JP6632856B2 - Bonding head and mounting equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体チップ等の電子部品を配線基板等に加熱圧着する際に用いるボンディングヘッドおよびこれを備えた実装装置に関するものである。 The present invention relates to a bonding head used for heat-pressing an electronic component such as a semiconductor chip on a wiring board or the like, and a mounting apparatus having the same.
半導体チップ等の電子部品を配線基板等の基板に実装する方法として、フリップチップ工法が知られている。フリップチップ工法では、図7に示すような実装装置1を用いて、電子部品の電極と基板の電極を熱圧着して接合させている。
As a method for mounting an electronic component such as a semiconductor chip on a substrate such as a wiring board, a flip chip method is known. In the flip chip method, the electrodes of the electronic component and the electrodes of the substrate are joined by thermocompression bonding using a
図7の実装装置1では、まず、図示しない電子部品受け渡し機構により電子部品Cがボンディングヘッド2の先端部に配置され、ボンディングヘッド2に保持される。その後、基板ステージ4上に保持された基板Bに設けられたアライメントマークと電子部品Cに設けられたアライメントマークを画像認識手段5で認識し、位置合わせを行う。位置合わせに際しては、ボンディングヘッド2と基板ステージ4の少なくとも一方を、基板Bと平行な面内方向(XY方向およびθ方向)に移動させて行う。位置合わせ後は、ボンディングユニット3によりボンディングヘッド2を下降し、電子部品Cを昇温加熱しながら、基板Bに圧着して、電子部品Cの電極と基板Bの電極を接合する。接合が完了すると、ボンディングヘッド2は電子部品Cの保持を解除し、ボンディングユニット3によって上昇し、次に実装すべき電子部品Cを先端部に保持し、前述の一連の動作が行われる。
In the
ここで、ボンディングヘッド2は、図8に示すような構成となっている。すなわち、ボンディングヘッド2は、電子部品Cを下面で吸着保持するアタッチメントツール20、アタッチメントツール20の上方に配置されるヒータ21、ヒータ21の上方に配置される断熱ブロック22を備えている。ヒータ21を加熱することで電子部品Cが加熱されるが、ヒータ21の熱を電子部品Cに効率的に供給するために、ヒータ21上方への伝熱を抑制するため断熱ブロック22が配置されている。更に、断熱ブロック22はホルダ23を介してヘッド本体24に連結されている。
Here, the
フリップチップ工法では、はんだバンプを電子部品の電極として用いることが多く、基板に加熱圧着された電子部品は、はんだが固相状態になるまで冷却される必要がある。また、近年では、電子部品の電極側の面に熱硬化性接着剤層を予め設けておいて、熱圧着時に熱硬化性接着剤層を硬化させる工法の採用も進んでいるが、このような工法において、電子部品を保持する段階においてアタッチメントツールの温度は熱硬化性接着剤層の硬化開始温度よりも低くなければならない。このため、一連のタクトタイムにおいて、加熱したアタッチメントツール(およびヒータ)を冷却する時間の割合が増しており、タクトタイム短縮の観点から効果的な冷却手段が求められている。 In the flip-chip method, a solder bump is often used as an electrode of an electronic component, and the electronic component that has been heated and pressed on a substrate needs to be cooled until the solder is in a solid state. In recent years, a thermosetting adhesive layer is provided in advance on the surface of the electronic component on the electrode side, and a method of curing the thermosetting adhesive layer during thermocompression bonding has been adopted. In the method, at the stage of holding the electronic component, the temperature of the attachment tool must be lower than the curing start temperature of the thermosetting adhesive layer. For this reason, in a series of tact times, the ratio of time for cooling the heated attachment tool (and the heater) is increasing, and effective cooling means is required from the viewpoint of shortening the tact time.
たとえば、特許文献1では、アタッチメントツールとヒータを周囲に設けた冷却ブロー用ノズルを用いて空冷する方法が紹介されている。ところが、この方法では、空冷されている面と内部に温度差を生じ、内部まで冷却する時間としては大きな短縮が望めない。
For example,
そこで、ヒータに複数の溝を設け、ヒータと断熱ブロックの重ね合わせによって形成される流路に、ヒータ内側から冷却空気を流してヒータを冷却する方法も提案されている(例えば特許文献2)。 Therefore, a method has been proposed in which a plurality of grooves are provided in a heater, and cooling air is flown from inside the heater into a flow path formed by overlapping the heater and the heat insulating block to cool the heater (for example, Patent Document 2).
その一例を図9に示す。図9では、図8に示したボンディングヘッド2におけるヒータ21と断熱ブロック22の部分を示している。また。図10および図11は、図9に示した部分を構成するヒータ21と断熱ブロック22の形状を示す三面図である。図10に示すようにヒータ21の上面には複数の溝21Uが設けられており、図11に示す断熱ブロック22とヒータ21を重ね合わせることにより、複数の管状流路21Pが形成される。 一方、断熱ブロック22にはヒータ21の全ての溝21Uに跨る範囲の窪み22Dを形成され、この窪み22Dに繋がる通気孔22Vが設けられている。このため、通気孔22Vに冷却空気を送りこむことで、冷却空気は、ヒータ21中央付近から両側面(図9の前方向および後方向)に流れ、ヒータ21は内部から冷却される。なお、図9および図10において、溝21Uおよび管状流路21Pは説明のために大きめに描いているが、実際は各片が1mm未満の溝21U(管状流路21P)が多数形成されている。
One example is shown in FIG. FIG. 9 shows the
このように、ヒータ21の上面に溝21Uを形成し、断熱ブロック22の下面22Sと重ねて流路を形成する方式は、ヒータ21を内部から冷却できることから、外部から冷却空気を吹きかける場合に比べて有利な冷却方式である。
As described above, the method in which the
図10において、ヒータ21の中央付近には溝21Uが形成されていないが、これは、アタッチメントツール中央付近で電子部品Cを吸着保持することに起因している。すなわち、図8に示すように、アタッチメントツール20の中央付近で電子部品Cを吸着保持するための減圧流路2Vを形成する必要があり、減圧流路2Vを形成するために、ヒータ21および断熱ブロック22には、孔21VC(図10)および孔22VC(図11)が設けられている。このため、外部に通じる溝21Uと減圧状態を確保する必要がある孔21VCを同じ位置に設けることが出来ず、孔21VCが存在するヒータ21の中央付近には溝21Uを設けることが出来ない。図10(図11)では、孔21VC(孔22VC)とは別に孔21VA(孔22VA)を設けてあるが、孔21VA(孔22VA)はアタッチメントツール20を吸着保持する方式で減圧流路を形成するために設けるものであり、溝21Uを孔21VAの位置に設けることが出来ないことは、孔21VCの場合と同様である。なお、アタッチメントツール20は、電子部品Cの形状に応じて最適なものに交換する必要があるため、交換の容易化のために、アタッチメントツール20を吸着保持する方式がよく用いられている。
In FIG. 10, the
このように図10のヒータ21には溝21Uが形成されていない領域21Fが存在し、ヒータ21を用いた場合、内部から冷却することはできるものの、領域21Fには冷却空気を送り込めなくなる。また、図12に示すように、領域21Fは断熱部材22と面接触しているため、熱HTは上部に伝導することが出来ず冷め難い状態となっている。また、図12の横方向(左右方向)に伝熱したとしても、熱HTは溝21Uに達すると(空気の伝熱性がヒータ部材の伝熱性に比べて小さいため)放熱量は僅かで、冷却され難い。ここで、領域21F内に減圧流路2Vが形成されることから、減圧流路2V周辺の温度が他の部分に比べて下がり難い。すなわち、ヒータ21の冷却に際して、減圧流路2Vの直下にある電子部品Cの冷却効率が良くないことが判る。
As described above, the
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、ボンディングヘッドのヒータ冷却に際して、ヒータ位置による冷却ムラを低減し、ボンディングヘッドが吸着保持する電子部品を効率的に冷却するボンディングヘッドおよびこれを用いた実装装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a bonding head that reduces cooling unevenness due to a heater position and efficiently cools an electronic component sucked and held by the bonding head when cooling the heater of the bonding head. And a mounting device using the same.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
電子部品の加熱圧着に用いるボンディングヘッドであって、
下面に電子部品を保持するアタッチメントツールと、
前記アタッチメントツールの上部に配置され、板状で、両面を貫通した減圧流路を形成する孔が形成され、上面の前記孔と重複しない領域に冷却空気を流すための複数の溝が形成されたヒータと、
前記ヒータの上部に配置される板状の伝熱部材と、
前記伝熱部材の上部に配置される断熱ブロックとを備えたボンディングヘッドである。
In order to solve the above problems, the invention described in
A bonding head used for heat compression bonding of electronic components,
An attachment tool that holds the electronic components on the underside,
Arranged on the upper part of the attachment tool, in a plate shape, a hole forming a decompression flow path penetrating both sides was formed, and a plurality of grooves for flowing cooling air were formed in a region not overlapping with the hole on the upper surface . A heater,
A plate-like heat transfer member disposed above the heater,
And a heat insulating block disposed above the heat transfer member.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のボンディングヘッドであって、
前記伝熱部材の熱伝導率が前記ヒータの熱伝導率以上であることを特徴とするボンディングヘッドである。
The invention according to
The thermal conductivity of the heat transfer member is equal to or higher than the thermal conductivity of the heater.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれかに記載のボンディングヘッドを備えていることを特徴とする実装装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a mounting apparatus including the bonding head according to the first or second aspect.
本発明のボンディングヘッドおよびこれを用いた実装装置により、ボンディングヘッドのヒータ冷却に際して、ヒータ位置による冷却ムラを低減し、ボンディングヘッドが吸着保持する電子部品を効率的に冷却することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION By the bonding head of this invention and the mounting apparatus using the same, when cooling the heater of a bonding head, it becomes possible to reduce the cooling unevenness by the heater position, and to cool the electronic component which the bonding head adsorbs and holds efficiently.
本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明の一実施形態では、図7に示す実装装置1において、ボンディングヘッド2が図1の構成となっている。図1のボンディングヘッド2では、図8の公知技術と異なり、ヒータ21と断熱ブロック22の間に伝熱部材25を備えている。ボンディングヘッド2における、ヒータ21、断熱ブロック25および伝熱部材の関係を示したのが図2である。図2に示したヒータ21および断熱ブロック22の三面図は図10および図11に示すとおりであり、伝熱部材25の三面図を示したのが図3である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In one embodiment of the present invention, in the mounting
ヒータ21は、内部に発熱抵抗体を埋め込んだもので、材質はセラミックスであるセラミックスとしては、熱伝導率が高く(50W/m・K以上)、電気的絶縁性に優れたものが望ましく、窒化アルミニウムなどが好適である。構造は図10に三面図を示したとおりであり、上面の1側面から対向する側面に向けて、幅がWUで深さがHUの溝21Uが複数形成してある。溝21Uを複数形成することによって櫛歯状の壁21Wが複数形成される。図10に示すヒータ21において、壁21Wの上部21Tはヒータ21の上面21Sと同じ高さであり、壁21Wの高さはHUとなる。なお、壁21Wは幅はWTであるが、幅WTは溝21Uの幅WUと形成ピッチによって決まる。また、孔21VCは半導体Cを吸着保持するための減圧流路2Vを形成するために設けられたものであり、孔21VAはアタッチメントツール20を吸着保持するための減圧流路を形成するために設けられたものである。
The
断熱ブロック22は、ヒータ21で発生した熱がアタッチメントツール20以外の方向に伝達するのを妨げるものであり、耐熱性や機械的強度も考慮してセラミックスを用いるが、熱伝導率が5W/m・K以下、望ましくは1.5W/m・K以下が好適である。構造は図11に三面図を示したとおりであり、ヒータ21の全ての溝21Uに跨る範囲の窪み22Dが形成され、この窪み22Dに繋がる通気孔22Vが設けられている。孔22VCは電子部品Cを吸着保持するための減圧流路2Vを形成するために設けられたものであり、孔22VAはアタッチメントツール20を吸着保持するための減圧流路を形成するために設けられたものである。
The
伝熱部材25は、ヒータ21を冷却する際に、図2に示す領域21Fの熱を低温側に伝熱するために設けるものであり、熱伝導率が50W/m・K以上の材質によって形成されており、ヒータ21と同等以上の熱伝導率を有した材料を用いることが望ましい。具体的な材料としては、伝熱性と耐熱性を備えたものとして、銀、銅、タングステン、等の金属および窒化アルミニウムやシリコンカーバイド等のセラミックスを用いることが出来る。
The
伝熱部材25の材料として金属を用いる場合は、電子部品を実装する際の実装品質に影響を及ぼす金属微粉末に注意が必要である。しかし、金属は展延性を有しているため、何れもセラミックスであるヒータ21と断熱ブロック22の間に挟まることで、伝熱部材25の上面25Aは断熱ブロック22の下面22Sに密着し、伝熱部材25の下面25Aは断熱ブロック22の上面21Sに密着するので、減圧流路の密閉性を確保する上で有益である。
When a metal is used as the material of the
伝熱部材25の材料としてセラミックを用いる場合は、ヒーター21と線膨張係数が略等しい材料であれば、膨張による材料間の摩擦や歪みの発生を抑制することが出来る。また一体型に接着固定や焼成することも可能であり、一体型にすることでさらに減圧流路の密閉性を確保する上で有益である。
When ceramic is used as the material of the
伝熱部材25の構造は図3に三面図を示したとおりであり、断熱ブロック22に設けた窪み22Dと連通する開口部25Hが設けられているとともに、電子部品Cを吸着保持するための減圧流路2Vを形成するための孔25VCと、アタッチメントツール20を吸着保持するための減圧流路を形成するための孔25VAとが設けられている。
The structure of the
伝熱部材25の厚みTは、厚すぎると放熱が大となって、ヒータ21昇温時に悪影響を及ぼすので適切な厚みを選定する必要があり、熱伝導率等を考慮して適性値に定める必要がある。ただし、ヒータ21昇温時の効率低下により昇温時間が増えたとしても、冷却時間の短縮効果が大きければ、タクトタイム短縮効果を優先して厚みを選定すればよい。具体的には、伝熱部材25の厚みTの適正値は0.05mmから1.0mmの間に存在する。
If the thickness T of the
伝熱部材25をヒータ21と断熱ブロック22の間に設けることにより、図4に示すようにヒータ21の領域21Fの熱HTは上部の伝熱部材25に伝わり、伝熱部材25に伝わった熱HTは、(空冷によって温度の下がっている)横方向に伝わって行く。このため、ヒータ21の領域21Fの冷却性において、ヒータ21と断熱部材22を密着させている場合に比べて大きく改善される。すなわち、ボンディングヘッド2のヒータ21を冷却するのに際して、ヒータ21の面内位置による冷却ムラを低減する。
By providing the
このため、ボンディングヘッド2が吸着保持する電子部品Cのはんだが固相状態に冷却される際に、電子部品C面内のはんだが均一に固まっていくので、はんだ高さも安定して良好な接続を得ることが可能になる。
For this reason, when the solder of the electronic component C sucked and held by the
なお、本発明の別の実施形態として図5に示す構成がある。図5においては、断熱ブロック22の構造は図6に示とおりであり、図11に示したような窪み22Dを有していない。すなわち、図3に示した伝熱部材25に設けた開口部25Hの上に、窪み22Dを有しない断熱ブロック22を重ねたものであり、開口部25Hおよび断熱ブロック22の下面22Sによって図11の窪み22Dと同様な働きをさせるものである。この構成にすることにより、断熱ブロック22製作時に窪み22Dを空ける手間を省くことが出来る。
Note that there is a configuration shown in FIG. 5 as another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the structure of the
さらに本発明はボンディングヘッド2についてだけではなく、基板B側を保持加熱する基板ステージ4にも用いても良く、ボンディングヘッド2、基板ステージ4の両方に用いて両側から加熱及び冷却を行っても良い。電子部品Cが微小で基板B側の方が体積が大きくヘッド側からの熱量が十分に伝わらない場合には、基板B側からヒーターで加熱するのが有効で、電子部品C、基板Bともに微小であった場合には両側からヒーターで加熱するのが有効である。
Further, the present invention may be applied not only to the
1 実装装置
2 ボンディングヘッド
2V 減圧流路
3 ボンディングユニット
4 基板ステージ
5 画像認識手段
20 アタッチメントツール
21 ヒータ
21P 管状流路
21S ヒータの上面
21T 壁の上部
21U 溝
21W 溝を形成する壁
22 断熱ブロック
22D 窪み
22S 断熱ブロックの下面
22V 通気孔
23 ホルダ
24 ヘッド本体
25 伝熱部材
25A 伝熱部材の上面(断熱ブロック側)
25B 伝熱部材の下面(ヒータ側)
B 基板
C 電子部品
HU 溝の深さ
WT 壁の幅(厚み)
WU 溝の幅
DESCRIPTION OF
25B Lower surface of heat transfer member (heater side)
B Board C Electronic component HU Groove depth WT Wall width (thickness)
WU groove width
Claims (3)
下面に電子部品を保持するアタッチメントツールと、
前記アタッチメントツールの上部に配置され、板状で、両面を貫通した減圧流路を形成する孔が形成され、上面の前記孔と重複しない領域に冷却空気を流すための複数の溝が形成されたヒータと、
前記ヒータの上部に配置される板状の伝熱部材と、
前記伝熱部材の上部に配置される断熱ブロックとを備えたボンディングヘッド。 A bonding head used for heat compression bonding of electronic components,
An attachment tool that holds the electronic components on the underside,
Arranged on the upper part of the attachment tool, in a plate shape, a hole forming a decompression flow path penetrating both sides was formed, and a plurality of grooves for flowing cooling air were formed in a region not overlapping with the hole on the upper surface . A heater,
A plate-like heat transfer member disposed above the heater,
A bonding head comprising: a heat insulating block disposed above the heat transfer member.
前記伝熱部材の熱伝導率が前記ヒータの熱伝導率以上であることを特徴とするボンディングヘッド。 The bonding head according to claim 1, wherein
The thermal conductivity of the heat transfer member is higher than the thermal conductivity of the heater.
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