JP5713157B2 - ボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品に光を照射することにより加熱して接合するボンディング装置の改良に関するものであり、主として電子部品を保持する保持ツールの改良に関するものである。

従来、電子部品にボンディングヘッドの内側からレーザを照射することにより加熱して接合するボンディング装置があった。この種のボンディング装置では、電子部品を吸着保持する保持ツールをレーザが透過可能なものとして、電子部品に対し直接レーザを照射し、電子部品を加熱する方式が知られている（特許文献１、該文献によれば保持ツールはボンディングツールと称されている）。この方式では、加熱時間が短くて済む上、特別な冷却手段も必要とせず、短時間で冷却することができるとされていた。

しかし、レーザ照射が行われると、電子部品がレーザによって加熱される一方で、石英などで形成された保持ツールはレーザを透過するため、レーザによる昇温がない。このため保持ツール自体は、電子部品と比較して著しく温度が低い。従って、レーザによる電子部品への加熱が行われると同時に、電子部品と保持ツールとの接触面から保持ツールへの熱リークが生じ、電子部品の加熱が阻害されるという問題が生じていた。

特許第３１９５９７０号特許公報

石英のようなレーザ透過性を有する部材で形成された保持ツールにより保持された電子部品（例えばＳｉチップ）にレーザを照射して電子部品を昇温する場合、保持ツールからの熱流出によるロスを観察すると、このロスは、保持ツールと電子部品とが、べたに接触した場合の方が増大する。

電子部品の加熱用として一般的に使われているセラミックヒータでは、熱伝導で電子部品を加熱するので、セラミックヒータと電子部品の接触を密にする必要がある。しかし、直接レーザによる加熱をする場合には、接触を密にする必要はない。電子部品の吸着ができれば良いので、保持ツールと電子部品の接触を、電子部品の吸着に必要な最小限度とし、熱抵抗を最大とするのが好ましい。

これにより昇温した電子部品から流出する熱は、最小限に抑えることができる。そこで、第１の発明は、保持ツールの電子部品を吸着する吸着面に、複数の凸部を設け、電子部品がこの凸部に接して吸着されることにより、電子部品の加熱時には、保持ツールと電子部品との接触面を少なくして接触面からの熱流出を防ぎ、電子部品への加熱が阻害されることを防ごうとする。即ち、電子部品の高速加熱を目的とする。

第２の発明は、高速加熱のみならず、高速冷却をも可能とする保持ツールの提供を目的とする。加熱冷却時間を短縮するには、加熱時に電子部品を吸着する保持ツールと電子部品との熱抵抗（熱絶縁）を最大にするようにし、冷却時に熱抵抗を最小にし、電子部品の温度を保持ツール側に高速に移動させることが理想である。しかし、両方を満足する方法は、精密に位置決めをし、加熱冷却時の位置変化のないように取り扱う場合には、非常に難しい。

そこで、第２の発明は、第１の発明の保持ツールに、第１真空手段と接続され電子部品を吸着するための吸着口と、第２真空手段と接続され電子部品を冷却するための複数の冷却口とを形成し、第１の発明と同様、高速加熱を可能とすると共に、冷却口からの吸引による空気流により、高速冷却をも可能とするものである。

上記課題を解決するため、第１の発明は、ボンディング装置に次の手段を採用する。
第１に、先端に電子部品を吸着保持する吸着面を有する保持ツールと、この電子部品に光を照射する光照射手段とを備え、ボンディング時にこの吸着面に吸着保持された電子部品を前記光照射手段から照射された光で加熱するボンディング装置である。
第２に、前記保持ツールが光を透過する部材で形成されると共に、電子部品を吸着する吸着面には、複数の凸部が設けられ、電子部品はこの凸部に接して吸着されて吸着面からの熱流出が防がれる。

第２の発明は、第１の発明に次の手段を付加したボンディング装置である。
第１に、保持ツールには、第１真空手段と接続され電子部品を吸着するための吸着口と、第２真空手段と接続され電子部品を冷却するための複数の冷却口とが形成されている。
第２に、電子部品の加熱時には、第１真空手段でのみ電子部品の吸着を行い、電子部品の冷却時には、第２真空手段で外部流体を吸引する。

第１の発明は、保持ツールが電子部品を吸着する吸着面には、複数の凸部が設けられ、電子部品はこの凸部に接して吸着されることにより、電子部品の加熱時には、保持ツールと電子部品との接触面を少なくし、保持ツールとの接触面からの熱流出を防ぎ、電子部品への加熱が阻害されることのないボンディング装置となった。

第２の発明の効果ではあるが、電子部品の冷却時には、第２真空手段で外部流体を吸引することにより、電子部品の冷却を促進するボンディング装置となった。

本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッドの実施例を示す断面説明図 同ボンディングヘッド内の導光状態を示す断面説明図 保持ツールの第１実施例を示す平面説明図 同Ａ−Ａ線断面図 保持ツールの第２実施例を示す平面説明図 同Ａ−Ａ線断面図

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、本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッドを示す断面説明図であり、同図に従って説明する。本実施例に係るボンディング装置は、電子部品をプリント基板に接合する装置である。実施例における電子部品は、ＩＣチップ４である。

ボンディング装置は、ボンディングヘッドと、光を発する光源と、導光手段とを有する。図１中符号３はボンディングヘッドであり、符号８は、ボンディングヘッド３のホルダであり、符号１は、ボンディングヘッド３の支持固定部材である。ボンディングヘッド３は、支持固定部材１により図示されていない昇降装置に装着されている。尚、図中符号９は、上部フランジである。

ボンディングヘッド３は、その先端、具体的にはホルダ８の先端（図１及び図２では下方端部）に電子部品たるＩＣチップ４を吸着保持する保持ツール２が装着されている。保持ツール２は、石英やサファイアといったＬＥＤ光１２を透過する部材を用いている。後述するが、図３及び図４には、保持ツール２の第１実施例が示されており、図５及び図６には、保持ツール３０の第２実施例が示されている。

図１中符号５は高出力ＵＶーＬＥＤ５であり、本発明における光照射手段となる。実施例での高出力ＵＶーＬＥＤ５は、紫外線領域の光を照射するものである。高出力ＵＶーＬＥＤ５は、複数個、ボンディングヘッド３のホルダ８の上部でホルダ８の周囲を囲むように配置され、上部フランジ９とホルダ８の間に発光部１５をボンディングヘッド３の内方に向けて取り付けられている。

高出力ＵＶーＬＥＤ５からボンディングヘッド３の内方へ照射されたＬＥＤ光１２を保持ツール２まで導光する導光手段として、アクシコンミラー６及びカライド７がある。アクシコンミラー６は円錐形で、テーパ部１３即ち円錐面が鏡面とされており、ボンディングヘッド３のホルダ８の内部に頂部１４を下方に向け、底円部を上部フランジ９に装着されて保持されている。

アクシコンミラー６の下方には、カライド７が配置される。カライド７は、筒形で内側が鏡面の多重反射体であり、上部開口が円で、下方に行くに連れて徐々に縮径されると共に、下部開口が四角となる。このカライド７は入射する円形のＬＥＤ光１２を全反射し、縮小しながら、ＩＣチップ４のサイズに相当する四角形のＬＥＤ光１２へと整形する。

続いて、本発明の特徴となる保持ツール２及び保持ツール３０の実施例について説明する。第１実施例の保持ツール２は、高速加熱を考慮したもので、石英やサファイアといったＬＥＤ光１２を透過する部材を用い、上部周囲に取付フランジ部２３が設けられ、中央にはＩＣチップ４を吸着保持するための吸引吸着口１０が貫通して形成されており、ＩＣチップ４の吸着保持側の面２０には、複数の凸部２１が形成されている。

凸部２１は同一の高さであり、実施例では、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の高さを有し、幅は１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の凸部２１である。尚、吸着保持側の面２０の外周には、凸部２１と同じ高さの真空封止リブ２２が形成されており、吸引吸着口１０からの真空吸引が凸部２１の存在により漏れることがなく、確実にＩＣチップ４を吸着保持側の面２０に保持できるようになっている。

第１実施例の保持ツール２が用いられるボンディングヘッド３のホルダ８には、図１に示すように、真空吸引手段１１との接続口１６が形成されている。ボンディングヘッド３は、ホルダ８の接続口１６と保持ツール２の吸引吸着口１０以外が密閉されている。そのため、真空吸引手段１１を作動させると、ＩＣチップ４は吸引吸着口１０に働く吸引力により保持ツール２に吸着される。

図５及び図６は、第２実施例の保持ツール３０を示す図である。第１実施例の保持ツール２は、高速加熱を考慮したものであるが、第２実施例の保持ツール３０は、高速加熱及び高速冷却を考慮したものである。

第２実施例に係る保持ツール３０は、第１実施例に係る保持ツール２と同様石英やサファイアといったＬＥＤ光１２を透過する部材を用いている。保持ツール３０は上部周囲に取付フランジ部３３が設けられ、中央にはＩＣチップ４を吸着保持するための吸着口３１が形成されている。ＩＣチップ４の吸着保持側の面３２には、高速加熱を達成するため、複数の凸部３４が形成されている。凸部３４の構成も、第１実施例である保持ツール２の凸部２１と同様である。尚、吸着口３１の周囲には、凸部３４と同じ高さを有する吸着凸平面４０が形成されている。

凸部３４のＩＣチップ４が接着する面の面積は、保持ツール３０の吸着保持側の面３２の面積の１／４程度の面積となっているが、もっと接着する面積を減少させ、例えば、１／２０程度であっても良く、その形状も適宜変更できるものである。又、凸部３４の配置も適宜変更できるものであって、必ずしも図５に示されるように千鳥状としなくても良い。

第２実施例に係る保持ツール３０で、吸着口３１は吸引路３５の第１吸引口４１を通じて第１真空手段３６と接続されている。又、吸着保持側の面３２には、凸部３４に四方を囲まれる形で流体冷却口３７が多数、保持ツール３０を貫通して形成されている。流体冷却口３７は、密閉されたホルダ８に開けられた第２吸引口３８より第２真空手段３９と接続されている。

先ず、第１実施例に係る保持ツール２を用いてボンディングする場合の動作につき説明する。半導体チップ供給装置より供給されるＩＣチップ４は、半田バンプを下方に位置させて供給される。ボンディングヘッド３が下降し、ＩＣチップ４に当接する。この時、真空吸引手段１１が作動しており、吸引吸着口１０には吸着負圧が生じている。吸引吸着口１０は凸部２１より下方に位置しているが、真空封止リブ２２がＩＣチップ４に密着するため、該ＩＣチップ４は上面を吸引され、保持ツール２に吸着されて取出される。同時に別設の駆動装置によりプリント基板がボンディング位置に供給される。

保持ツール２をボンディング位置に移動させ、位置合わせを行った後、保持ツール２をＩＣチップ４の半田バンプがプリント基板のリード線と接触するまで下降させる。この時点で、高出力ＵＶーＬＥＤ５よりＬＥＤ光１２の照射が開始される。図２は、本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッド３内の導光状態を示す断面説明図である。

高出力ＵＶーＬＥＤ５から水平出射されたＬＥＤ光１２はアクシコンミラー６で下方に向けて反射され、カライド７により、円形のＬＥＤ光１２から縮小し、均一なＩＣチップ４のサイズに相当するＬＥＤ光１２へと整形される。整形されたＬＥＤ光１２は保持ツール２を透過して、ＩＣチップ４に照射される。

この時、保持ツール２は透過性のためＬＥＤ光１２による昇温がなく、ＩＣチップ４のみが昇温する。しかし、高温度のＩＣチップ４と低温度の保持ツール２との接触は、凸部２１により接触面積を小とされているため、ＩＣチップ４から保持ツール２への熱流出が小となり、高速加熱が可能となる。該照射によって半田バンプが溶けて、ＩＣチップ４がプリント基板に溶着される。

次に、第２実施例に係る保持ツール３０を用いてボンディングする場合の動作につき説明する。加熱時の動作は、第１実施例に係る保持ツール２を用いた場合とほぼ同様である。保持ツール３０の中央部に形成されている吸着口３１から第１真空手段３６により真空吸着を行ってＩＣチップ４を吸着凸平面４０に固定する点のみが相違している。固定後、保持ツール３０の背面から直接ＬＥＤ光１２による加熱を行い、ＩＣチップ４の高速加熱ができる。

ＩＣチップ４の冷却は、ＩＣチップ４を保持ツール３０が吸着した状態で第２真空手段３９により真空吸引をすることによりＩＣチップ４と保持ツール３０の吸着保持側の面３２間に０．０５〜０．２ｍｍの隙間があり、この隙間から外気を勢いよく吸い込むため、空気流は乱流となり、ＩＣチップ４や保持ツール３０表面からの剥離が発生し、気体であっても高効率で冷却できる。尚、本実施例では、光照射手段としてＬＥＤを使用したが、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、半導体レーザといったレーザや、キセノンランプといったランプを用いるようにしてもよい。

１・・・・・・・・支持固定部材
２、３０・・・・・保持ツール
３・・・・・・・・ボンディングヘッド
４・・・・・・・・ＩＣチップ
５・・・・・・・・高出力ＵＶーＬＥＤ
６・・・・・・・・アクシコンミラー
７・・・・・・・・カライド
８・・・・・・・・ホルダ
９・・・・・・・・上部フランジ
１０・・・・・・・吸引吸着口
１１・・・・・・・真空吸引手段
１２・・・・・・・ＬＥＤ光
１３・・・・・・・テーパ部
１４・・・・・・・頂部
１５・・・・・・・発光部
１６・・・・・・・接続口
２０、３２・・・・吸着保持側の面
２１、３４・・・・凸部
２２・・・・・・・真空封止リブ
２３、３３・・・・取付フランジ部
３１・・・・・・・吸着口
３５・・・・・・・吸引路
３６・・・・・・・第１真空手段
３７・・・・・・・流体冷却口
３８・・・・・・・第２吸引口
３９・・・・・・・第２真空手段
４０・・・・・・・吸着凸平面
４１・・・・・・・第１吸引口

Claims (2)

1. 先端に電子部品を吸着保持する吸着面を有する保持ツールと、この電子部品に光を照射する光照射手段と、を備え、
   ボンディング時に、この吸着面に吸着保持された電子部品を前記光照射手段から照射された光で加熱するボンディング装置において、
   前記保持ツールが光を透過する部材で形成されると共に、電子部品を吸着する吸着面には、複数の凸部が設けられ、電子部品はこの凸部に接して吸着されて吸着面からの熱流出が防がれることを特徴とするボンディング装置。
   
2. 上記保持ツールには、第１真空手段と接続され電子部品を吸着するための吸着口と、第２真空手段と接続され電子部品を冷却するための複数の冷却口とが形成されており、
   電子部品の加熱時には、第１真空手段でのみ電子部品の吸着を行い、電子部品の冷却時には、第２真空手段で外部流体を吸引することを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。

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