JP6019802B2 - Bonding head - Google Patents
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Description
本発明はボンディングヘッドに関し、より詳しくは、レーザを照射して加熱したボンディングツールにより半導体チップを加熱して基板に接合するようにしたボンディングヘッドに関する。 The present invention relates to a bonding head, and more particularly to a bonding head in which a semiconductor chip is heated and bonded to a substrate by a bonding tool heated by irradiation with a laser.
従来、半導体チップを基板に熱圧着させて接合するボンディングヘッドとして、ハウジングに設けられてレーザ光を透過させるツールベースと、このツールベースに接触して設けられ、ツールベースを透過したレーザ光によって加熱されるボンディングツールとを備え、ボンディングツールにより半導体チップを加熱して基板に接合するようにしたものが知られている(特許文献1)。 Conventionally, as a bonding head for bonding a semiconductor chip to a substrate by thermocompression bonding, a tool base that is provided on a housing and transmits a laser beam and a laser beam that is provided in contact with the tool base and transmits through the tool base is heated. There is known a bonding tool that is bonded to a substrate by heating a semiconductor chip with the bonding tool (Patent Document 1).
上記ボンディングツールは、多数の半導体チップを順次高速で基板に接合するために、ツールベースを透過したレーザ光によって速やかに昇温され、かつレーザ光の照射が停止された際には速やかに冷却されることが望ましい。
しかしながら従来のボンディングヘッドにおいては、ツールベースとボンディングツールとの間で相対的に多くの熱のやり取りがあるため、その結果としてボンディングツールを高速で昇温・冷却させることに一定の限界があった。
本発明はそのような事情に鑑み、より高速でボンディングツールを昇温・冷却させることが可能なボンディングヘッドを提供するものである。
The bonding tool is quickly heated by the laser beam transmitted through the tool base in order to bond a large number of semiconductor chips to the substrate sequentially at high speed, and is quickly cooled when the laser beam irradiation is stopped. It is desirable.
However, in the conventional bonding head, there is a relatively large amount of heat exchange between the tool base and the bonding tool. As a result, there is a certain limit to heating and cooling the bonding tool at high speed. .
In view of such circumstances, the present invention provides a bonding head capable of heating and cooling a bonding tool at a higher speed.
すなわち本発明は、レーザ光を透過させるツールベースと、このツールベースに接触して設けられ、ツールベースを透過したレーザ光によって加熱されるボンディングツールとを備え、ボンディングツールにより半導体チップを加熱して基板に接合するようにしたボンディングヘッドにおいて、
上記ボンディングツールの接触面とツールベースの接触面との少なくとも一方に凹部を形成して、該ボンディングツールとツールベースの接触面積を減少させ、
上記凹部は、上記ボンディングツールとツールベースとを接触させた際に密封空間を形成するとともに当該ツールベースに設けた負圧通路に連通するようになっており、上記ボンディングツールは、上記密封空間に導入された負圧によりツールベースに吸着保持されることを特徴とするものである。
That is, the present invention includes a tool base that transmits laser light, and a bonding tool that is provided in contact with the tool base and is heated by the laser light transmitted through the tool base. The semiconductor chip is heated by the bonding tool. In a bonding head designed to be bonded to a substrate,
Forming a recess in at least one of the contact surface of the bonding tool and the contact surface of the tool base to reduce the contact area between the bonding tool and the tool base ;
The concave portion forms a sealed space when the bonding tool and the tool base are brought into contact with each other and communicates with a negative pressure passage provided in the tool base. The bonding tool is connected to the sealed space. It is characterized by being sucked and held on the tool base by the introduced negative pressure .
レーザ光によるボンディングツールの加熱時には、該ボンディングツールに吸収された熱が接触面を介してツールベースに奪われるようになるが、その際に接触面積が大きいとツールベースに奪われる熱量も大きくなり、ボンディングツールの速やかな昇温が阻害されるようになる。しかるに本発明においては、上記ボンディングツールの接触面とツールベースの接触面との少なくとも一方に凹部を形成して、該ボンディングツールとツールベースの接触面積を減少させているので、ツールベースに奪われる熱量を従来に比較して低減させることができ、それによってボンディングツールを速やかに昇温させることが可能となる。
他方、ボンディングツールの冷却時においては、上記接触面を介して昇温したツールベースからボンディングツールに熱が伝わることとなり、その際に接触面積が大きいとツールベースからボンディングツールに伝わる熱量も大きくなるので、ボンディングツールの速やかな冷却が阻害されるようになる。しかるに本発明においては、ボンディングツールとツールベースとの接触面積を減少させているので、ツールベースからボンディングツールに伝わる熱量を従来に比較して低減させることができ、それによってボンディングツールの速やかな冷却が可能となる。
これらにより加熱効率、冷却効率を従来に比較して高めることができるので、ボンディング装置のタクトアップを達成することが可能となる。
When the bonding tool is heated by laser light, the heat absorbed by the bonding tool is taken away by the tool base through the contact surface. However, if the contact area is large, the amount of heat taken away by the tool base also increases. As a result, the rapid temperature rise of the bonding tool is inhibited. However, in the present invention, a concave portion is formed in at least one of the contact surface of the bonding tool and the contact surface of the tool base to reduce the contact area between the bonding tool and the tool base. The amount of heat can be reduced as compared with the prior art, whereby the temperature of the bonding tool can be raised quickly.
On the other hand, when the bonding tool is cooled, heat is transferred from the tool base heated through the contact surface to the bonding tool, and if the contact area is large, the amount of heat transferred from the tool base to the bonding tool also increases. Therefore, prompt cooling of the bonding tool is hindered. However, in the present invention, since the contact area between the bonding tool and the tool base is reduced, the amount of heat transferred from the tool base to the bonding tool can be reduced as compared with the prior art, thereby promptly cooling the bonding tool. Is possible.
As a result, the heating efficiency and the cooling efficiency can be increased as compared with the prior art, so that the tact-up of the bonding apparatus can be achieved.
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図1において、1は基板2に半導体チップ3を接合するボンディング装置であって、該ボンディング装置1は、上記基板2を支持して水平面内でX−Y方向に移動させる基板ステージ4を備えている。上記基板ステージ4の上方側にボンディングヘッド6を配置してあり、このボンディングヘッド6は昇降加圧機構7によって昇降させることができるようにしてある。
上記ボンディングヘッド6は筒状に形成したハウジング6Aを備えており、このハウジング6Aの下端部にツールベース8を水平に固定し、後に詳述するように該ツールベース8の下面にボンディングツール9を着脱自在に吸着保持すると同時に、該ボンディングツール9の下面に上記半導体チップ3を着脱自在に吸着保持できるようにしてある。
1 is a bonding apparatus for bonding a
The bonding head 6 includes a
上記ハウジング6Aの側面上部には可撓性を有する光ファイバー11の一端部を水平方向となるように接続してあり、この光ファイバー11の他端はレーザ発振器12に接続している。
上記レーザ発振器12から発振されたレーザ光Lは、光ファイバー11を介して上記一端部からハウジング6Aの中心に向けて水平に照射されるとともに、集光レンズ13によって所要の大きさに集光されるようになっている。
そして水平方向に照射されたレーザ光Lは、ハウジング6Aの内部上方中央部に設けた反射ミラー14により鉛直下方に反射され、ツールベース8を透過してボンディングツール9に照射されて該ボンディングツール9を加熱することができるようになっている。
One end of a flexible
Laser light L oscillated from the
The laser beam L irradiated in the horizontal direction is reflected vertically downward by the
上記ツールベース8は強度が高い石英あるいはサファイヤから構成してあり、またボンディングツール9はシリコンカーバイド製の薄い部材から構成してある。
また上記基板ステージ4、レーザ発振器12および昇降加圧機構7の作動は図示しない制御装置によって制御されるようになっており、この制御装置によってレーザ発振器12を作動させることにより、レーザ光Lをボンディングツール9に照射させてこれを加熱することができるようにしてある。
さらに上記レーザ発振器12としては、半導体レーザ、YAGレーザ等の固体レーザ、或いはその他のレーザを用いることができる。
The tool base 8 is made of quartz or sapphire having a high strength, and the bonding tool 9 is made of a thin member made of silicon carbide.
The operations of the substrate stage 4, the
Further, as the
図2に拡大して示すように、上記ツールベース8はリング状の取付部材21によって上記ハウジング6Aの下端面に水平に取り付けられている。上記ツールベース8の上面とハウジング6Aの下端面との間に薄板状のマスク22を介在させてあり、このマスク22の中央部にレーザ光Lの通過を許容するアパーチャ22aを形成してある。
上記アパーチャ22aの大きさは、上記ボンディングツール9の大きさに合わせて形成してある。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the tool base 8 is horizontally attached to the lower end surface of the housing 6 </ b> A by a ring-
The size of the
上記ハウジング6Aには図示しない負圧供給手段に接続されたツール吸着用負圧ポート25と、チップ吸着用負圧ポート26とが設けられており、ツール吸着用負圧ポート25から導入される負圧によってボンディングツール9をツールベース8の下面に吸着保持し、またチップ吸着用負圧ポート26から導入される負圧によって半導体チップ3をボンディングツール9の下面に吸着保持することができるようにしてある。
上記ツール吸着用負圧ポート25は、ハウジング6Aに形成した上下方向の貫通孔27およびマスク22に形成した上下方向の貫通孔28を介してマスク22の下面とツールベース8の上面との間に連通しており、さらにマスク22の下面に形成した連通溝29を介してツールベース8に形成した複数のツール吸着孔30のそれぞれに連通している。
ツールベース8に形成した複数のツール吸着孔30は、ボンディングツール9と重合する位置に形成してあり、したがってツール吸着孔30に負圧を導入することによりツールベース8の下面にボンディングツール9を吸着保持することができるようになっている。
The
The tool suction
The plurality of
他方、上記チップ吸着用負圧ポート26は、ハウジング6Aに形成した水平方向の貫通孔33を介してハウジング6Aの内部に連通している。このチップ吸着用負圧ポート26よりも上方位置で、上記反射ミラー14よりも下方位置に、ハウジング6Aの下方内部を密封するガラス板34を設けてあり、このガラス板34によってハウジング6Aに導入された負圧を保持することができるようにしてある。
そしてツールベース8とボンディングツール9とには両者を貫通させてチップ吸着孔35、36を形成してあり、これらチップ吸着孔35、36に負圧を導入することにより、ボンディングツール9の下面に半導体チップ3を吸着保持することができるようにしてある。
上記ツール吸着用負圧ポート25には常時負圧が供給されて上記ツールベース8からボンディングツール9が脱落しないようになっており、他方、チップ吸着用負圧ポート26には半導体チップ3を吸着保持する際に負圧が供給されるようになっている。
On the other hand, the chip suction
The tool base 8 and the bonding tool 9 are formed with
The tool suction
本実施例においては上記ボンディングツール9とツールベース8とが相互に接触する接触面9A、接触面8Aのうち、ボンディングツール9の接触面9Aに凹部41を形成して、ボンディングツール9とツールベース8の接触面積を減少させている。
上記ボンディングツール9は、図3、図4から理解されるように、方形の薄板状に形成してあり、その底壁9aと、四方の側壁9bと、中央のチップ吸着孔36を形成するための支柱9cとを残存させるとともに、さらに側壁9bの内側における四方の補強用支柱9dと、互いに向き合う2つの側壁9bの各中央部に縦方向に形成した補強用リブ9eとを残して、その他の部分を切除して上記凹部41としている。
上記補強用支柱9dや補強用リブ9eは、ボンディングツール9によって半導体チップ3を基板2に圧着した際に、ボンディングツール9の底壁9aが歪むのを抑制することができる。
In the present embodiment, of the
As can be understood from FIGS. 3 and 4, the bonding tool 9 is formed in a rectangular thin plate shape, and forms a
The reinforcing
そして上記凹部41は、ボンディングツール9の上面となる接触面9Aをツールベース8の下面となる接触面8Aに密着させた状態では、ツールベース8の接触面8Aによって密封されて、密封空間を形成するようになっている。
上記ツールベース8に形成したツール吸着孔30は、密封空間となる凹部41内に連通して該凹部41内に負圧を導入し、それによってボンディングツール9をツールベース8の下面に吸着保持することができるようになっている。
The concave portion 41 is sealed by the contact surface 8A of the tool base 8 to form a sealed space when the
The
以上の構成において、半導体チップ3をボンディングツール9の下面に吸着保持した状態において、レーザ光Lがツールベース8を透過してボンディングツール9に照射されると、該ボンディングツール9がレーザ光Lによって加熱されて、半導体チップ3およびその下面の複数箇所に配置されたバンプ42(図1)が加熱されるようになる。
制御装置は、基板ステージ4を作動させて、ボンディングツール9に保持した半導体チップ3と基板2とを位置合わせした状態において、上記昇降加圧機構7によるボンディングヘッド6の下降を開始するようになっている。ボンディングヘッド6を所定の高さまで下降させ、チップと基板とを当接させ所要のボンディング荷重をかけた状態において、レーザ発振器12からレーザ光Lを発振させてボンディングツール9に照射させることにより、ボンディングツール9に吸着保持された半導体チップ3は、加熱されながら基板2へ押圧されて該基板2に接合されるようになる。
このようにしてボンディング作業が終了したら、制御装置からの指令によりチップ吸着孔35、36からの吸引が停止されるので、ボンディングツール9による半導体チップ3の保持状態が解除され、その後、昇降加圧機構7によりボンディングヘッド6が上昇され、次回のボンディングに移行するようになっている。
In the above configuration, when the laser light L passes through the tool base 8 and is applied to the bonding tool 9 in a state where the
The control device starts the descent of the bonding head 6 by the elevating and
When the bonding operation is completed in this manner, the suction from the chip suction holes 35 and 36 is stopped by a command from the control device, so that the holding state of the
上記ボンディングツール9がレーザ光Lによって加熱される際には、加熱されたボンディングツール9からこれに接触しているツールベース8に熱が逃げることになるが、ボンディングツール9に凹部41を形成して、ボンディングツール8とツールベース8の接触面積を減少させているので、加熱された熱がボンディングツール9からツールベース8に逃げることを良好に防止することができる。
またこの際、上記凹部41によって形成される密封空間には負圧が導入されて真空状態となっているので、この真空の凹部41を良好な断熱手段として利用することができる。
したがってこれにより、ボンディングツール9を速やかに所要の温度まで昇温させることが可能となる。
When the bonding tool 9 is heated by the laser beam L, heat escapes from the heated bonding tool 9 to the tool base 8 in contact with the bonding tool 9, but a recess 41 is formed in the bonding tool 9. Since the contact area between the bonding tool 8 and the tool base 8 is reduced, it is possible to satisfactorily prevent the heated heat from escaping from the bonding tool 9 to the tool base 8.
At this time, since a negative pressure is introduced into the sealed space formed by the recess 41 and a vacuum state is established, the vacuum recess 41 can be used as a good heat insulating means.
Therefore, this makes it possible to quickly raise the temperature of the bonding tool 9 to a required temperature.
また、ボンディングツール9に対するレーザ光Lの照射を終了した際には、このボンディングツール9は冷却されることになるが、この際には、それ以前にボンディングツール9からツールベース8に逃げた熱によって昇温されたツールベース8から、ボンディングツール9に熱が戻ることとなる。
その際、ボンディングツール9とツールベース8との接触面積が大きいと、ツールベース8からボンディングツールに伝わる熱量も大きくなるので、ボンディングツールの速やかな冷却が阻害されるようになるが、本実施例においてはボンディングツール9とツールベース8との接触面積を減少させているので、ツールベース8からボンディングツール9に伝わる熱量を従来に比較して低減させることが可能となる。
したがってこれにより、ボンディングツール9の速やかな冷却が可能となる。このように本実施例によれば、従来に比較してボンディングツール9の加熱効率、冷却効率を高めることができるので、ボンディング装置1のタクトアップを達成することが可能となる。
In addition, when the irradiation of the laser beam L to the bonding tool 9 is finished, the bonding tool 9 is cooled. In this case, the heat that has escaped from the bonding tool 9 to the tool base 8 before that time. The heat returns to the bonding tool 9 from the tool base 8 whose temperature has been raised by the above.
At this time, if the contact area between the bonding tool 9 and the tool base 8 is large, the amount of heat transferred from the tool base 8 to the bonding tool also increases, so that rapid cooling of the bonding tool is hindered. Since the contact area between the bonding tool 9 and the tool base 8 is reduced, the amount of heat transferred from the tool base 8 to the bonding tool 9 can be reduced as compared with the prior art.
Therefore, the bonding tool 9 can be quickly cooled. As described above, according to the present embodiment, the heating efficiency and the cooling efficiency of the bonding tool 9 can be increased as compared with the prior art, so that the tact-up of the bonding apparatus 1 can be achieved.
なお、上記実施例ではボンディングツール9とツールベース8とが相互に接触する接触面9A、接触面8Aのうち、ボンディングツール9の接触面9Aに凹部41を形成している。ツールベース8の接触面8Aに凹部41を形成した場合には、該ツールベース8に対するレーザ光Lの透過性を阻害するおそれがあるので、上記凹部41はボンディングツール9の接触面9Aに形成することが望ましいが、これに限定されるわけではない。ツールベース8の接触面8Aに設けても、あるいは両接触面8A、9Aに設けてもよい。
In the above embodiment, the recess 41 is formed on the
1 ボンディング装置 2 基板
3 半導体チップ 6 ボンディングヘッド
6A ハウジング 8 ツールベース
8A、9A 接触面 9 ボンディングツール
30 ツール吸着孔 35、36 チップ吸着孔
41 凹部 L レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
上記ボンディングツールの接触面とツールベースの接触面との少なくとも一方に凹部を形成して、該ボンディングツールとツールベースの接触面積を減少させ、
上記凹部は、上記ボンディングツールとツールベースとを接触させた際に密封空間を形成するとともに当該ツールベースに設けた負圧通路に連通するようになっており、上記ボンディングツールは、上記密封空間に導入された負圧によりツールベースに吸着保持されることを特徴とするボンディングヘッド。 A tool base that transmits a laser beam and a bonding tool that is provided in contact with the tool base and is heated by the laser beam transmitted through the tool base are provided so that the semiconductor chip is heated by the bonding tool and bonded to the substrate. In the bonding head
Forming a recess in at least one of the contact surface of the bonding tool and the contact surface of the tool base to reduce the contact area between the bonding tool and the tool base ;
The concave portion forms a sealed space when the bonding tool and the tool base are brought into contact with each other and communicates with a negative pressure passage provided in the tool base. The bonding tool is connected to the sealed space. A bonding head characterized in that it is sucked and held on the tool base by the introduced negative pressure .
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