JP4415294B2 - Bonding head - Google Patents
Bonding head Download PDFInfo
- Publication number
- JP4415294B2 JP4415294B2 JP2001060665A JP2001060665A JP4415294B2 JP 4415294 B2 JP4415294 B2 JP 4415294B2 JP 2001060665 A JP2001060665 A JP 2001060665A JP 2001060665 A JP2001060665 A JP 2001060665A JP 4415294 B2 JP4415294 B2 JP 4415294B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding tool
- ultrasonic
- ultrasonic bonding
- chip
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
- H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/75301—Bonding head
- H01L2224/75302—Shape
- H01L2224/75303—Shape of the pressing surface
- H01L2224/75304—Shape of the pressing surface being curved
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動を付与してチップを基板にボンディングするボンディング装置の改良に関するものであって、詳しくはボンディングツールの保持手段を主眼に開発されたものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯機器の軽量小型化の要求により半導体部品の実装面積は年々小型化され、CSPやベアチップのフリップチップの実装が量産レベルで実現しつつある。この量産性からして有望視されている実装技術として、超音波振動による実装技術がある。しかし、現在の超音波振動による実装技術は、少ピンの小型チップレベルには適しているものの、多ピンで大型のチップの実装にはいまだ適していないものであった。
【0003】
その理由として、第1にボンディングツールを効率よく振動させることができないこと、第2にボンディングツールの振動減衰時間の制御が難しいこと、第3にチップサイズの変化によるボンディングツールの共振周波数を一定化することが難しいこと、すなわち、チップサイズが変化することによりチップ重量を含む超音波ボンディングツールの自重が変化するために共振するための固有振動数が変化してしまうのである。第4に、実装精度の維持が難しいことが考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ボンディングツールをフローティング構造により支持し、ボンディングツールの振動効率をアップし、振動減衰時間の制御を容易とすると共に、チップサイズの変化によるボンディングツールの共振周波数の一定化を可能とし、更に、実装精度の向上の図れるボンディングヘッドを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためボンディングヘッドに次の手段を採用した。
第1に、ボンディングヘッドのハウジング内部に隙間を介してボンディングツールを装着する。
第2に、ボンディングツールに超音波振動を付与する超音波振動付与手段を設ける。
第3に、ボンディングツールを磁力により上方へ付勢する付勢手段を設ける。第4に、ボンディングツールの天面及び側面とハウジング内部との間の隙間に気体を供給する気体供給手段を設ける。
第5に、上記手段によりボンディングツールをハウジング内部で浮遊状態に保持する。
【0006】
更に、第2の発明として、上記ボンディングヘッドに、ボンディングツールの天面とハウジング内部との隙間を測定するセンサを設けたボンディングヘッドを提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の特徴部分となる超音波ボンディングヘッドの取り付け概要を示す説明図であり、図中1が超音波ボンディングヘッドであり、31が、基板30を保持した基板ステージである。
【0008】
超音波ボンディングヘッド1は、垂直に取り付けられた2本のガイドレール2に渡されたヘッド支持ブラケット3の下面に取り付け固定されており、図示されていないZ軸駆動機構により超音波ボンディングヘッド1はヘッド支持ブラケット3と一体でガイドレール2に沿って昇降し、後述する超音波振動付与手段によりチップ20に超音波振動を付与し、基板30にボンディングするものである。
【0009】
ヘッド支持ブラケット3は、一カ所(図1中上方位置)でロードセル4に当接させられて実装荷重をモニタできるようになっている。ロードセル4は、別設のロードセル支持プレート5に支持されている。
【0010】
図1では、超音波ボンディングヘッド1の移動として垂直方向の移動しか示されていないが、図1に示される機構全体を水平方向等に移動させる装置とすることもできるし、又は、この機構全体は固定しておき、チップ供給や基板供給は他の機構により行う装置とすることもできる。
【0011】
図2は、超音波ボンディングヘッド1の構成を示す断面説明図で、超音波ボンディングヘッド1は、ボンディングツール本体となる超音波ボンディングツール6と、ボンディングツール天面となる吸着プレート7と、ツールホルダ8と、トップカバー9とよりなる。
【0012】
尚、超音波ボンディングヘッド1の上部を構成するトップカバー9と側周面を構成するツールホルダ8とが、本発明におけるボンディングヘッドのハウジングとなる。
【0013】
そして、トップカバー9とツールホルダ8で囲まれたボンディングヘッド内側のハウジング空間に、所定の隙間(後述のエアギャップ41,42が確保可能な間隙)を設けて、吸着プレート7及び吸着プレート7下面に固着された超音波ボンディングツール6が装着される。
【0014】
トップカバー9は、図1に示されるようにヘッド支持ブラケット3に固着されており、内側に永久磁石21が埋め込まれている。永久磁石21が、本発明におけるボンディングツールを磁力により上方へ付勢する付勢手段となる。
【0015】
すなわち、該永久磁石21により、トップカバー9下方のハウジング空間に位置する超音波ボンディングツール6の天面を構成する吸着プレート7を上方へ付勢する。吸着プレート7を上方に付勢することにより吸着プレート7の下面に固着された超音波ボンディングツール6もトップカバー9側に付勢される。
【0016】
超音波ボンディングツール6を構成する吸着プレート7は、平板状のもので、垂直方向のエアギャップ41を維持するために配管27を通して吸着プレート7の中心から上方に向かってドライエアを噴出し、永久磁石21による吸着プレート7の吸着を阻止し、トップカバー9の内側と吸着プレート7の間隔(5乃至10ミクロン)のエアギャップ41を一定に保つようにしている。
【0017】
この構造により超音波ボンディングツール6を重力に逆らい空中に浮上させることができるのである。尚、吸着プレート7に供給するドライエアの圧力を微調整することによりチップ20への印加する荷重を微妙にコントロールすることができる。
【0018】
このトップカバー9には非接触タイプのギャップセンサ22が埋め込まれており、後述するトップカバー9と吸着プレート7のエアギャップ41を観察し、吸着プレート7に供給するドライエアの圧力を制御することにより、このエアギャップ41の制御を行っている。
【0019】
このエアギャップ41は実装時に、チップ20が基板30に高速で接触した際、チップ20への機械的な衝撃を和らげる緩衝機構となり、チップ20へのダメージを防止することができる。
【0020】
超音波ボンディングツール6及び吸着プレート7は、後述するように吸着プレート7の天面側だけでなく、超音波ボンディングツール6の側面側にもエアを供給するので超音波ボンディングツール6が傾くことが無いようになっている。尚、実施例ではトップカバー9と吸着プレート7の対向する面に溝を設けていないが、エアが均等に供給されるように溝を設けても良い。
【0021】
ツールホルダ8は、超音波ボンディングツール6の四方を囲む方形枠の形状のもので、四方にエア供給口18が設けられており、四方のエア供給口18からからドライエアを供給し、超音波ボンディングツール6をエアにて水平面内に固定できる構造となっている。実施例での水平方向のエアギャップ42は5乃至10ミクロンである。
【0022】
ツールホルダ8は、剛性のある材料で製作され、超音波ボンディングツール6に面している内面は、精度良く仕上げられている。超音波ボンディングツール6とツールホルダ8の内側間にドライエアを図示されていない電空バルブで所定の圧力にして供給することにより、このギャップを5乃至10ミクロンに保つことができる。これは3つの理由から非常に重要である。
【0023】
第1に超音波ボンディングツール6の振動減衰時間を制御できる。例えば、電空バルブにより、高いエア圧とすることにより減衰時間を短縮することができる。
【0024】
第2にチップ20のサイズの変化による超音波ボンディングツール6の共振周波数を一定化することができる。すなわち、チップ20のサイズが変化することによりチップ重量を含む超音波ボンディングツール6の自重が変化するために共振するための固有振動数が変化してしまう。そこで、固有振動数を一定化するためエア圧を電空バルブで所定圧力に調整するのである。
【0025】
第3に、実装精度を向上することができる。超音波ボンディングツール6が四方からエアベアリングにて支持されているため、振動が減衰し停止する位置は必ず±5ミクロン以内に押さえることができる。
【0026】
超音波ボンディングツール6は、チップ吸着手段を備えており、図6に示されるように、先端24の中央にチップ真空吸着用穴19が穿設されている。
【0027】
チップ真空吸着用穴19への真空圧の供給は、図6に示されるように、外部に設置した真空ポンプ等と連結された真空吸着ライン25から、吸着プレート7及び超音波ボンディングツール6内部の配管26を通じて行われる。配管26は、超音波ボンディングツール6の動きを妨げないようにフレキシブルチューブとされている。チップ真空吸着用穴19に供給された真空圧により、チップ20を超音波ボンディングツール6先端24に吸着保持するのである。
【0028】
又、超音波ボンディングツール6の先端24は、図5に示されるようにチップ20との接触部の摩擦係数をアップさせるために凹面の曲面形状に仕上げられている。これによりチップ20の吸着の際、チップ20を微小に変形させるようにしている。これによりチップずれの防止、超音波振動の伝達効率向上が期待できる。
【0029】
超音波ボンディングツール6は、超音波振動付与手段を内蔵したボンディングツールであり、超音波ボンディングツール6の内側に外形が矩形状の2組の弾性フレーム10,11と2本の超音波振動子12,13を内蔵している。弾性フレーム10,11と超音波振動子12,13は対に構成され、図1、図3及び図4に示されるように直交する位置に配置されている。
【0030】
この結果、超音波ボンディングツール6の上部に内蔵された超音波振動子12は、図3中左右方向への振動を付与し、他方超音波振動子13は図4中上下方向に振動を付与している。尚、実施例のように2個の超音波振動子12,13の振動周期の位相を90度相対的にずらせて振動させているものであれば、超音波ボンディングツール6は楕円運動振動を発生している。更に、互いの振幅が等しくなるようにすれば超音波ボンディングツール6は正円運動となる。超音波ボンディングツール6に楕円運動若しくは正円運動等の略円運動をさせることにより、超音波ボンディングツール6先端に吸着されたチップ20と基板30との摩擦距離が単に往復運動の場合に比較して最大2分のπ倍となり、熱効率を向上させることができ、ボンディングに要する時間を短縮することができる。
【0031】
弾性フレーム10,11は、図3及び図4に示されるように振動伝達部14,14′と、ウエイト部15,15′と、バネ部16,16′と外周ハウジング部17からなり、外周ハウジング部17に各バネ部16,16′が連設されている。尚、超音波振動子12,13は外周ハウジング部17に取り付けられ、振動発生部側端部を振動伝達部14,14′に当接している。尚、実施例ではチップ20の吸着部となる先端24は、外周ハウジング部17の下方に保持されている。
【0032】
弾性フレーム10,11が上記構造を取ることにより超音波振動子12,13の超音波振動を振動伝達部14,14′よりウエイト部15,15′に伝え、更にバネ部16,16′を通じて、外周ハウジング部17に伝達され、超音波ボンディングツール6が振動するものである。弾性フレーム10,11が上記構造を取ることにより超音波振動に共振し、超音波ボンディングツール6を効率よく振動させることができ、チップ20への低損失での振動の伝達が可能となる。
【0033】
尚、2個の超音波振動子12,13への電源供給は、図7に示されるように吸着プレート7から超音波ボンディングツール6の外周ハウジング部17内部に配線され、該内部で個々の超音波振動子12,13に接続された配線23による。
【0034】
【発明の効果】
本発明は、ボンディングヘッドのハウジングに隙間を介して設けられた超音波ボンディングツールと、該ボンディングツールを磁力により上方へ付勢する付勢手段と、該ボンディングツールの天面及び側面とハウジング内部との間の隙間に気体を供給する気体供給手段とを備え、ボンディングツールをハウジング内部で浮遊状態に保持することを特徴とするボンディングヘッドであるので、ボンディングツールをフローティング構造により支持でき、超音波振動子の振動を効率よくボンディングツールに伝達でき、ボンディングツールの振動減衰時間の制御を容易とすると共に、チップサイズの変化によるボンディングツールの共振周波数の一定化を可能とし、更に、実装精度の向上の図れるボンディンヘッドとなった。
【0035】
請求項2記載の発明の効果ではあるが、ボンディングツールの天面とハウジング内部との隙間を測定するセンサを設けることにより、この隙間の観察ができ、その結果より隙間に供給する気体の圧力を制御し、隙間(エアギャップ)の制御を容易に行うことができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波ボンディングヘッドの取り付け概要を示す説明図
【図2】超音波ボンディングヘッドの構成を示す断面説明図
【図3】超音波ボンディングツール上部の横断面説明図
【図4】超音波ボンディングツール下部の横断面説明図
【図5】超音波ボンディングツール先端の拡大説明図
【図6】超音波ボンディングツールのチップ吸着用真空配管図
【図7】超音波ボンディングツールの電器配線図
【符号の説明】
1......超音波ボンディングヘッド
2......ガイドレール
3......ヘッド支持ブラケット
4......ロードセル
5......ロードセル支持プレート
6......超音波ボンディングツール
7......吸着プレート
8......ツールホルダ
9......トップカバー
10,11..弾性フレーム
12,13..超音波振動子
14,14′.振動伝達部
15,15′.ウエイト部
16,16′.バネ部
17.....外周ハウジング部
18.....エア供給口
19.....チップ真空吸着用穴
20.....チップ
21.....永久磁石
22.....ギャップセンサ
23.....配線
24.....先端
25.....真空吸着ライン
26,27..配管
30.....基板
31.....基板ステージ
41,42..エアギャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a bonding apparatus that applies ultrasonic vibration to bond a chip to a substrate, and is specifically developed mainly for holding means for a bonding tool.
[0002]
[Prior art]
Due to the demand for lighter and smaller portable devices, the mounting area of semiconductor components has been reduced year by year, and mounting of CSP and bare chip flip chips is being realized at the mass production level. As a mounting technology that is considered promising in terms of mass productivity, there is a mounting technology using ultrasonic vibration. However, although the current ultrasonic vibration mounting technology is suitable for a small chip level with few pins, it is still not suitable for mounting a large chip with many pins.
[0003]
The reason is that the bonding tool cannot be vibrated efficiently, the second is that it is difficult to control the vibration attenuation time of the bonding tool, and the third is that the resonance frequency of the bonding tool is made constant by changing the chip size. It is difficult to do this, that is, the natural frequency for resonance changes because the weight of the ultrasonic bonding tool including the weight of the chip changes due to the change of the chip size. Fourth, it may be difficult to maintain mounting accuracy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention supports the bonding tool by a floating structure, improves the vibration efficiency of the bonding tool, facilitates control of vibration damping time, and makes it possible to make the resonance frequency of the bonding tool constant by changing the chip size, It is another object of the present invention to provide a bonding head that can improve mounting accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means for the bonding head.
First, a bonding tool is mounted inside the housing of the bonding head via a gap.
Second, an ultrasonic vibration applying means for applying ultrasonic vibration to the bonding tool is provided.
Thirdly, a biasing means for biasing the bonding tool upward by magnetic force is provided. Fourthly, gas supply means for supplying gas to the gap between the top and side surfaces of the bonding tool and the inside of the housing is provided.
Fifth, the bonding tool is held in a floating state inside the housing by the above means.
[0006]
Furthermore, as a second invention, a bonding head is provided in which a sensor for measuring a gap between the top surface of the bonding tool and the inside of the housing is provided on the bonding head.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with examples according to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of attachment of an ultrasonic bonding head that is a characteristic part of the present invention, in which 1 is an ultrasonic bonding head, and 31 is a substrate stage holding a
[0008]
The ultrasonic bonding head 1 is attached and fixed to the lower surface of a
[0009]
The
[0010]
In FIG. 1, only the vertical movement is shown as the movement of the ultrasonic bonding head 1, but the whole mechanism shown in FIG. 1 can be moved in the horizontal direction or the like, or the whole mechanism can be used. Can be fixed, and the chip supply and substrate supply can be performed by another mechanism.
[0011]
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic bonding head 1. The ultrasonic bonding head 1 includes an
[0012]
The
[0013]
A predetermined gap (a gap in which
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
That is, the
[0016]
The
[0017]
With this structure, the
[0018]
A non-contact
[0019]
The
[0020]
As will be described later, since the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
First, the vibration attenuation time of the
[0024]
Secondly, the resonance frequency of the
[0025]
Third, the mounting accuracy can be improved. Since the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIG. 6, the vacuum pressure is supplied to the chip
[0028]
Further, as shown in FIG. 5, the
[0029]
The
[0030]
As a result, the
[0031]
As shown in FIGS. 3 and 4, the
[0032]
With the
[0033]
The power supply to the two
[0034]
【The invention's effect】
The present invention relates to an ultrasonic bonding tool provided in a housing of a bonding head via a gap, biasing means for biasing the bonding tool upward by magnetic force, a top surface and a side surface of the bonding tool, and the inside of the housing. And a gas supply means for supplying gas to the gap between the two, and the bonding tool is characterized by holding the bonding tool in a floating state inside the housing. The vibration of the child can be efficiently transmitted to the bonding tool, the vibration attenuation time of the bonding tool can be easily controlled, the resonance frequency of the bonding tool can be made constant by changing the chip size, and the mounting accuracy can be improved. It became a bondin head.
[0035]
Although it is an effect of invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of attachment of an ultrasonic bonding head. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram showing a configuration of an ultrasonic bonding head. FIG. Cross-sectional explanatory diagram of the lower part of the bonding tool [Fig. 5] Enlarged explanatory diagram of the tip of the ultrasonic bonding tool [Fig. 6] Vacuum piping diagram for chip adsorption of the ultrasonic bonding tool [Fig. 7] Electrical wiring diagram of the ultrasonic bonding tool [Code] Explanation of]
1. . . . . . 1. Ultrasonic bonding head . . . . .
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001060665A JP4415294B2 (en) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | Bonding head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001060665A JP4415294B2 (en) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | Bonding head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002261124A JP2002261124A (en) | 2002-09-13 |
JP4415294B2 true JP4415294B2 (en) | 2010-02-17 |
Family
ID=18920054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001060665A Expired - Fee Related JP4415294B2 (en) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | Bonding head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4415294B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11121113B2 (en) * | 2020-01-16 | 2021-09-14 | Asm Technology Singapore Pte Ltd | Bonding apparatus incorporating variable force distribution |
-
2001
- 2001-03-05 JP JP2001060665A patent/JP4415294B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002261124A (en) | 2002-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4072065B2 (en) | Device for gripping and holding objects in a contactless manner | |
JP3855973B2 (en) | Ultrasonic bonding method and ultrasonic bonding apparatus | |
JP5704846B2 (en) | Vibration type driving device | |
KR102281285B1 (en) | Driving system having reduced vibration transmission | |
JP4415294B2 (en) | Bonding head | |
JP2012015250A (en) | Chip bonder | |
JP2004330228A (en) | Ultrasonic joining apparatus | |
JP3541354B2 (en) | Ultrasonic vibration bonding equipment | |
JP2002261122A (en) | Bonding apparatus | |
JP2002261125A (en) | Bonding apparatus | |
JP4376737B2 (en) | Non-contact chuck | |
US20060090833A1 (en) | Method of ultrasonic-mounting electronic component and ultrasonic mounting machine | |
CN112228494A (en) | Active damping system and scanning electron microscope with same | |
JP2003197686A (en) | Apparatus and method for mounting electronic element | |
JP3487162B2 (en) | Bonding tools and bonding equipment | |
JP3768432B2 (en) | Bonding equipment | |
US20210024350A1 (en) | Piezoelectric mems device with cantilever structures | |
JP2002127133A (en) | Scribing apparatus | |
JP3143841U (en) | Ultrasonic mounting equipment | |
KR100950980B1 (en) | Half-wavelength ultrasonic welder of horizontal vibration type, and ultrasonic bonding apparatus having the same | |
JP3770172B2 (en) | Electronic component bonding apparatus, bonding method, and parallelism adjustment method for ultrasonic bonding tool | |
JP2002222834A (en) | Ultrasonic vibration junction device | |
JP4345815B2 (en) | Ultrasonic bonding method and ultrasonic bonding apparatus | |
JPH08107121A (en) | Solder ball mounting device | |
JP2002246420A (en) | Semiconductor mounting apparatus for ultrasonically connecting flip-chip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091013 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091020 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091112 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131204 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |