JP6537963B2 - ダイボンダ及びボンディング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ダイボンダ及びボンディング方法に関する。
半導体装置の製造においては、多数個の素子を一括して造り込まれたウェーハをダイシングして個々の半導体チップに分離し、これを一個ずつリードフレーム等の所定位置にボンディングするというチップボンディングの手法が採用されている。そして、このチップボンディングにはダイボンダが用いられる(特許文献1)。ダイボンダは、搬送手段を介してピックアップポジション100(図4参照)とボンディングポジション101(図4参照)との間の移動が可能なボンディングアームを備え、ボンディングアームの先端部は、図4に示すように、半導体チップ102(以下、チップ102という)を吸着するコレット103を保持している。
コレット103は、図4に示すように、例えばフッ素ゴムからなるラバー(断熱材)104と、ラバー104を側面から加圧して保持するホルダー105とを備えている。ラバー104は、その下端面に開口した吸着孔(図示省略)を有しており、この吸引孔を介してチップ102が真空吸引され、ラバー104の下端面がチップ対応面106となって、チップ対応面106にチップ102が吸着する。なお、この真空吸引が解除されれば、コレット103からチップ102が外れる。
ところで、ボンディングポジション101で加熱しながらチップ102をボンディングする場合がある。例えば、チップ102の裏面に、加熱することで接着剤として作用するフィルム状接着剤(ダイアタッチフィルム)が貼り付けられており、このようなチップをボンディングする場合は、まず、常温のピックアップポジション100からチップ102をピックアップする。ボンディングステージ107はヒーター機能を有しており、高温となったボンディングポジション101にチップ102をボンディングする。このように、ピックアップポジション100とボンディングポジション101とでは温度差があり、コレット103は、常温と高温との往復動を繰り返すことになる。
特開2000−68296号公報
前記したように、コレット103が、常温(ピックアップポジション100)と高温(ボンディングポジション101)との往復動を繰り返す場合、ボンディングする毎に、コレット103のチップ対応面106の温度が上昇する。すなわち、図5に示すように、チップ対応面106の温度は、1回目のピックアップ時p1ではほぼ常温となっており、1回目のボンディング開始直前時b1の後、チップ対応面106がボンディングステージ107により加熱され、チップ対応面106の温度は常温よりも高くなる。なお、図5において、pnはn回目のピックアップ時、bnはn回目のボンディング開始直前時、bn´はn回目のボンディング終了時を示している。また、t(bn)はn回目のボンディング開始直前時におけるチップ対応面106の温度を示している。
ピックアップとボンディングとの往復動作を繰り返し行うと、図5に示すように、ボンディング開始直前時のチップ対応面106の温度t(b2)、t(b3)、t(b4)、t(b5)は段階的に上昇する。その後、ボンディング開始直前時のチップ対応面106の温度が、ある温度tcに到達すると(図5では6回目のボンディング開始直前時b6)、それ以降では、往復動作を連続で行う限り、往復動作を終了するまでボンディング開始直前時のチップ対応面106の温度は、ほぼ一定となる(図5では、tc=t(b6)≒t(b7)≒t(b8)・・・)。
装置停止状態からのスタート時や、リングチェンジ動作等による往復動作中断後の再スタート時は、チップ対応面106はほぼ常温となっている。このため、ボンディング前におけるチップ対応面106の温度がtcに到達するまでの、ボンディング前におけるチップ対応面106の温度(図5ではt(b1)、t(b2)、t(b3)、t(b4)、t(b5))は、それ以降のボンディング開始直前時におけるチップ対応面106の温度(図5ではt(b6)、t(b7)、t(b8)・・・)よりも低いものとなる。
ボンディング前のチップ対応面106の温度が低い場合、ラバー104は熱収縮する。このため、コレット105にてチップ102を保持したとき、チップ対応面106に対するチップ102の平面方向の位置が、連続運転時(図5ではb6以降)とは異なり、チップ102のボンディング位置がずれる。特に、最初のボンディング前では、チップ対応面106の温度t(b1)が低く、ラバー104は最も熱収縮した状態となっている。このため、特に運転開始時(つまり、チップ対応面106の温度が常温付近から開始する場合)では、平面方向でのボンディング位置の精度が悪くなるという問題があった。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、最初のボンディング又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディングの際に、平面方向でのボンディング位置の精度が良いダイボンダ及びボンディング方法を提供するものである。
本発明のダイボンダは、平坦面のチップ対応面をチップに対して当接させて保持する、肉厚が上下方向に均一なラバー部品の断熱材からなる吸着部材を備えたコレットを有し、前記コレットにて、ピックアップポジションでチップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱しながら基材にチップをボンディングし、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するダイボンダにおいて、ピックアップポジションとボンディングポジションとの間に設けられて、ピックアップ前に、コレットのチップ対応面を当接させてチップ対応面の温度を調節する表面加熱手段を設け、前記表面加熱手段は、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前に、前記チップ対応面を加熱して、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差を、吸着部材の熱収縮の範囲内とするものである。
本発明のダイボンダによれば、表面加熱手段を設け、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前に、コレットのチップ対応面をチップ側から加熱することができる。これにより、装置停止状態からのスタート時や、リングチェンジ動作等による往復動作中断後の再スタート時等の、チップ対応面がほぼ常温となっている状態から往復動作を開始する際であっても、最初のボンディング前のチップ対応面の温度を、連続運転中のボンディング前のチップ対応面の温度に近づけることができる。これにより、最初のボンディング前において、断熱材の熱収縮の発生を抑制することができる。このため、コレットにてチップを保持したとき、断熱材(チップ対応面)に対するチップの平面方向の位置ずれを防止することができ、最初のボンディング前のチップのボンディング位置のずれを抑えることができる。
前記構成において、前記表面加熱手段は、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差が、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置とで位置ずれが生じない範囲内となるように、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前におけるチップ対応面の温度を設定するものとできる。
前記構成において、前記表面加熱手段は、前記チップ対応面よりも大きな平坦面を有する加熱ステージとすることができる。
前記構成において、所定時間往復動作がなかったときに前記表面加熱手段を加熱する制御手段を設けることができる。
本発明のボンディング方法は、平坦面のチップ対応面を当接させて保持する、肉厚が上下方向に均一なラバー部品の断熱材からなる吸着部材を備えたコレットにて、ピックアップポジションでチップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱しながら基材にチップをボンディングし、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するボンディング方法において、ピックアップポジションとボンディングポジションとの間に表面加熱手段が設けられて、ピックアップ前に、コレットのチップ対応面を表面加熱手段に当接させることにより、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前に、前記チップ対応面を加熱して、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差を、吸着部材の熱収縮の範囲内とするものである。
前記構成において、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差が、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置とで位置ずれが生じない範囲内となるように、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前におけるチップ対応面の温度を設定することができる。
前記構成において、前記チップ対応面よりも大きな加熱面をチップ対応面に接触させて、前記チップ対応面を加熱することができる。
前記構成において、所定時間往復動作がなかったときに前記チップ対応面を加熱することができる。
本発明では、最初のボンディング又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディングの際に、平面方向でのボンディング位置の精度が良いものとなる。
本発明のダイボンダを示す簡略正面図である。 本発明のダイボンダを用いて往復動作する際のチップ対応面の温度変化を示すグラフ図である。 本発明のダイボンダを用いて往復動作する際のチップ対応面の他の温度変化を示すグラフ図である。 従来のダイボンダを示す簡略正面図である。 従来のダイボンダを用いて往復動作する際のチップ対応面の温度変化を示すグラフ図である。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。
本発明のダイボンダは、図1に示すように、ピックアップポジション1とボンディングポジション2との間の移動が可能なボンディングアーム(図示省略)を備え、ボンディングアームの先端部には、半導体チップ4(以下、チップ4という)を吸着するコレット5を保持している。
コレット5は、図1の矢印Bに示すように、ピックアップポジション1とボンディングポジション2間を往復動作してチップ4を搬送するものである。コレット5は、図1に示すように、吸着部材6と、吸着部材6を保持する金属製のホルダー7とから構成されている。
吸着部材6は、肉厚が上下方向に均一な断熱材にて構成されている。より具体的には、吸着部材6は、天然ゴムや合成ゴムのラバー部品であり、本実施形態ではフッ素ゴムにて構成されている。図1に示すように、吸着部材6の下面は平坦面となっており、この面が、チップ4が当接するチップ対応面8となる。吸着部材6には、チップ対応面8に開口する吸着孔(図示省略)が設けられており、吸着孔に図外の真空発生器が接続されている。この真空発生器の駆動にて吸着孔のエアが吸引されると、チップ4が真空吸引され、チップ対応面8にチップ4が吸着する。なお、この真空吸引が解除されれば、チップ対応面8からチップ4が外れる。
ホルダー7は、図1に示すように、軸部9と、軸部9の下端部と一体のフランジ部10とを備え、フランジ部10の下面に爪部11を一体に有する。爪部11が吸着部材6の側面を加圧することで、ホルダー7は吸着部材6を保持している。
ピックアップポジション1は、ほぼ常温であり、ピックアップステージ12に多数のチップ4が載置されている。本実施形態では、ピックアップステージ12はアライメントステージ(いわゆる中間ステージ)としているが、これに限るものではなく、ボンディングする前にチップ4を載置するためのステージであればよい。ピックアップステージ12上のチップ4の裏面には、加熱することで接着剤として作用するフィルム状接着剤(ダイアタッチフィルム)が貼り付けられている。
ボンディングポジション2では、ヒーター機能を有するボンディングステージ13にリードフレームなどの基材14が載置されている。ピックアップポジション1において、コレット5にてピックアップしたチップ4は、ボンディングポジション2へ搬送される。ボンディングポジション2に搬送されたチップ4は、ボンディングステージ13にて加熱され、ダイアタッチフィルムが接着剤として作用することで、チップ4は基材14にボンディングされる。その後、コレット5は、ピックアップポジション1へ戻り、前記した方法でチップ4をピックアップした後、ボンディングする。このようにして、コレット5は図1の矢印Bのようにピックアップポジション1とボンディングポジション2とを往復動作する。
ピックアップポジション1とボンディングポジション2との間に、チップ対応面8をチップ側(つまり吸着部材6の下側)から加熱する表面加熱手段15を設け、ボンディングポジション2のヒーターとは別に、チップ対応面8を加熱するための手段を設けている。ボンディングポジション2には基材14が存在していたり、基材14にチップ4を段積みしたりする場合が多く、ボンディングポジション2のヒーターでは、基材14やチップ4以外を加熱することが難しい。このため、チップ対応面8を加熱する表面加熱手段15を設けている。本実施形態では、表面加熱手段15は、チップ対応面8よりも大きな平坦面を有する加熱ステージ16にて構成している。これにより、チップ対応面8が加熱ステージ16に当接すると、チップ対応面8は、加熱ステージ16にて均一に加熱される。また、表面加熱手段15をピックアップポジション1とボンディングポジション2との間に設けることにより、コレット5のストロークを最小化し、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
運転開始(最初のピックアップ)前、又は再運転開始(往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ)前において、コレット5は加熱ステージ16上に位置しており、高温状態の加熱ステージ16に、コレット5のチップ対応面8を当接させる(図1の状態)。加熱ステージ16の温度と、チップ対応面8を加熱ステージ16に当接させる時間は、吸着部材6の材質や大きさ等によりユーザが任意に設定する。以下、運転開始とは、再運転開始を含むものとし、最初のピックアップとは、往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップを含むものとする。また、所定時間経過とは、往復動作において高温となったチップ対応面8が常温に戻るまでの時間であり、吸着部材6の材質や大きさ等により異なる。
チップ対応面8の温度は、図2に示すように、最初のピックアップP1前のある時点B0でT(B0)まで上昇する。そして、図1の矢印Aに示すように、コレット5がピックアップポジション1でチップ4をピックアップする。このとき、チップ対応面8の温度は、最初のピックアップP1により下降する。なお、図2において、Pnはn回目のピックアップ時、Bnはn回目のボンディング開始直前時、Bn´はn回目のボンディング終了時を示している。また、T(Bn)はn回目のボンディング開始直前時におけるチップ対応面8の温度を示している。さらに、二点鎖線は、チップ対応面8を加熱しない場合のチップ対応面8の温度変化を示すものであり、図5のグラフに相当する。
その後、コレット5は、ボンディングポジション2でチップ4をボンディングする。このとき、最初のボンディングの開始直前時B1のチップ対応面の温度T(B1)は、図2に示すように、ある温度Tcにまで下がるが、加熱しない場合の1回目のボンディング開始直前時b1のチップ対応面8の温度t(b1)よりも高くなる。この場合、温度Tcとは、往復動作の連続運転中のボンディング前において、チップ対応面8が到達する最高温度である(ボンディング時の加熱によって到達するチップ対応面8のボンディング時の最高温度であり、往復動作を連続で行う限りは、往復動作を終了するまで、ほぼ一定)。また、ボンディング前とは、コレットにてチップをピックアップしてから、ボンディングするまでの間をいい、コレットにてチップを保持している状態をいう。本実施形態において、ボンディング前とは、ボンディングの開始直前時(つまり、ボンディングポジションへチップをボンディングする前の瞬間)としている。
このように、表面加熱手段15は、最初のピックアップP1前に、チップ対応面8をチップ側から加熱することにより、最初のボンディング開始直前時B1におけるチップ対応面8の温度T(B1)と、連続運転中のボンディング開始直前時におけるチップ対応面8の温度Tcとの温度差ΔT(つまりTc−T(B1)であり、図2ではΔTは0に近い)を、加熱しないときの温度差Δt(つまりtc−t(b1)である)よりも減少させる。
これにより、装置停止状態からのスタート時や、リングチェンジ動作等による往復動作中断後の再スタート時等の、チップ対応面8がほぼ常温となっている状態から往復動作を開始する際であっても、最初のボンディング開始直前時B1のチップ対応面8の温度T(B1)を、連続運転中のボンディング開始直前時のチップ対応面8の温度Tcに近づけることができる。これにより、最初のボンディング開始直前時B1において、吸着部材6の熱収縮の発生を抑制することができ、コレット5にてチップ4を保持したとき、チップ対応面8に対するチップ4の平面方向の位置ずれを防止することができる。
表面加熱手段15は、図1に示すように、制御手段17によりON−OFFが制御される。制御手段17は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を中心としてROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターである。なお、ROMには、CPUが実行するプログラムやデータが格納されている。この制御手段17は、所定時間(例えば1秒)往復動作がなかったときに表面加熱手段15を加熱するように制御する。前記所定時間は、ユーザが任意に設定することができる。すなわち、チップ対応面8の温度が上がった後に常温まで戻る時間は、吸着部材6の材質や大きさ等によって異なっている。このため、ユーザは、使用する吸着部材6ごとに、チップ対応面8が常温に戻るまでの時間を把握し、使用する吸着部材6に応じた時間を設定する。また、制御手段17が、吸着部材6の種類と、夫々の所定時間を対応させたテーブルを備え、ユーザが使用する吸着部材6の種類を指定すると、制御手段17は、それに対応する所定時間を自動的に設定する構成としてもよい。
図2の実施形態では、温度差ΔT(=Tc−T(B1))をほぼ0としたが、図3に示すように、ΔTは0でなくてもよい。すなわち、最初のボンディング開始直前時B1におけるチップ対応面8の温度T(B1)はTcでなくてもよい。この場合、表面加熱手段15は、図3に示すように、温度差ΔTが範囲H内となるように、最初のピックアップP1前においてチップ対応面8を昇温すればよい。
範囲Hは、最初のボンディング開始直前時B1におけるチップ対応面8のチップ4の保持位置と、連続運転中のボンディング開始直前時におけるチップ対応面8のチップ4の保持位置とで位置ずれが生じない範囲である。すなわち、ボンディング開始直前時のチップ対応面8の温度がTcよりも低すぎると、吸着部材6が熱収縮し、この熱収縮が、チップ対応面8のチップ4の保持位置のずれの原因となる。この場合、ボンディング開始直前時におけるチップ対応面8の温度がTcと相違していても、熱収縮が生じない程度の相違であるか、熱収縮が生じても、チップ対応面8のチップ4の保持位置に影響を与えない程度の相違であれば、平面方向でのボンディング位置の精度は悪くならない。つまり、範囲Hとは、温度差ΔT(つまり、TcとT(B1)との相違)が、熱収縮が生じない程度のものであるか、熱収縮が生じても、チップ対応面8のチップ4の保持位置に影響を与えない程度のものとなる範囲である。この範囲Hは、吸着部材6の材質や大きさ等によって、ユーザが任意に設定することができる。
このように、表面加熱手段15は、温度差ΔTが範囲H内となるように、最初のピックアップ前のチップ対応面8の温度T(B0)を設定することにより、温度T(B1)がTcと相違していても、最初のボンディング開始直前時B1におけるチップ対応面8のチップ4の保持位置と、連続運転中のボンディング開始直前時におけるチップ対応面8のチップ4の保持位置とで位置ずれが生じることがない。
本発明のダイボンダ及びボンディング方法は、最初のボンディング又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディングの際に、チップ4のボンディング位置のずれを抑えることができて、平面方向でのボンディング位置の精度が良いものとなる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、温度T(B1)は、温度Tcよりも高温であってもよい。表面加熱手段15は、チップ対応面8を均一に加熱するという点ではステージが望ましいが、チップ対応面8に対して高温ガス等を吹き付けるものであってもよい。表面加熱手段15の位置は、省スペースという点でピックアップポジション1とボンディングポジション2との間が望ましいが、この位置に限られない。また、チップ4は、ダイアタッチフィルムが貼り付けられたものではなく、接合時に加熱が必要なものであれば、ペースト状の接着剤等であってもよい。ボンディングの際の加熱手段として、ボンディングステージ13にヒーター機能を備えている必要はなく、ボンディングステージ13とは別に加熱手段が設けられていてもよい。制御手段17は省略してもよい。
1 ピックアップポジション
2 ボンディングポジション
4 チップ
5 コレット
6 吸着部材
8 チップ対応面
14 基材
15 表面加熱手段
16 加熱ステージ
17 制御手段
H 範囲
T 温度
ΔT 温度差

Claims (8)

  1. 平坦面のチップ対応面をチップに対して当接させて保持する、肉厚が上下方向に均一なラバー部品の断熱材からなる吸着部材を備えたコレットを有し、前記コレットにて、ピックアップポジションでチップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱しながら基材にチップをボンディングし、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するダイボンダにおいて、
    ピックアップポジションとボンディングポジションとの間に設けられて、ピックアップ前に、コレットのチップ対応面を当接させてチップ対応面の温度を調節する表面加熱手段を設け、
    前記表面加熱手段は、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前に、前記チップ対応面を加熱して、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差を、吸着部材の熱収縮の範囲内とすることを特徴とするダイボンダ。
  2. 前記表面加熱手段は、
    最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差が、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置とで位置ずれが生じない範囲内
    となるように、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前におけるチップ対応面の温度を設定するものであることを特徴とする請求項1に記載のダイボンダ。
  3. 前記表面加熱手段は、前記チップ対応面よりも大きな平坦面を有する加熱ステージであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイボンダ。
  4. 所定時間往復動作がなかったときに前記表面加熱手段を加熱する制御手段を設けたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のダイボンダ。
  5. 平坦面のチップ対応面を当接させて保持する、肉厚が上下方向に均一なラバー部品の断熱材からなる吸着部材を備えたコレットにて、ピックアップポジションでチップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱しながら基材にチップをボンディングし、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するボンディング方法において、
    ピックアップポジションとボンディングポジションとの間に表面加熱手段が設けられて、ピックアップ前に、コレットのチップ対応面を表面加熱手段に当接させることにより、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前に、前記チップ対応面を加熱して、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差を、吸着部材の熱収縮の範囲内とするものであることを特徴とするボンディング方法。
  6. 最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面の温度と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面の温度との温度差が、最初のボンディング前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置と、連続運転中のボンディング前におけるチップ対応面のチップの保持位置とで位置ずれが生じない範囲内
    となるように、最初のピックアップ前又は往復動作後所定時間経過した後の最初のピックアップ前におけるチップ対応面の温度を設定することを特徴とする請求項5に記載のボンディング方法。
  7. 前記チップ対応面よりも大きな加熱面をチップ対応面に接触させて、前記チップ対応面を加熱することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のボンディング方法。
  8. 所定時間往復動作がなかったときに前記チップ対応面を加熱することを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載のボンディング方法。
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