JPH03246953A - フェイスダウンボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、ボンディングツールにより半導体チ
ップを下向きに保持し、この半導体チップを回路基板に
上方から押圧してボンディングするフェイスダウンボン
ディング装置に関する。

（従来の技術） 半導体のペアチップをフェイスダウンでボンディングす
る、いわゆるフリップチップ実装が、近年、高密度実装
を要求される製品に用いられてきている。そして、この
フリップチップ実装により、比較的電極間隔が大きくバ
ンプ（突起電極）サイズの大きな半導体チップを回路基
板に実装する場合には、バンプ材料に例えば５ｎ−Ｐｂ
等を採用し、半導体チップと回路基板との位置合せを行
い、半導体チップを回路基板上の所定位置に仮固定した
のちりフロー炉に通してボンディングを行っている。

また、金バンブの表面に導電性樹脂ベーストを付けたも
ののようにバンブ材料と接合材料とを異ならせた半導体
チップを実装する場合には、半導体チップを加熱しなが
ら加圧してボンディングを行う必要がある。そして、半
導体チップを加熱しながら加圧するフェイスダウンボン
ディング装置（以下、ボンディング装置と称する）とし
て、第３図に示すようにエアシリンダ１等を用いて半導
体チップ２に常に一定の押圧荷重を加えるようにしたも
のや、或いは、図示しないが、ボンディングツールの駆
動に送りねじとモータとを用いたもの等がある。

ここで、第２図中３は半導体チップ２を矢印Ａで示すよ
うに負圧吸引して保持するボンディングツールを示して
いる。そして、図中４は半導体チップを加熱する加熱チ
ップ、５は断熱材を示している。さらに、図中６・・・
は接合材料を付けられたバンブ、７はボンディングステ
ージ８上に載置され配線パターン９・・・を有する回路
基板を示している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、第３図に示すようにエアシリンダ１を用い、
ボンディングツール３を矢印Ｂで示すように昇降させて
半導体チップ２を回路基板７に押圧し、半導体チップ２
に加圧するようにしたタイプのボンディング装置では、
半導体チップに加わる荷重の立ち上がり安定性について
は問題はないが、半導体チップ２と回路基板７とが接触
する際の衝撃が過大になる場合がある。

さらに、このタイプのボンディング装置では、バンプに
付けられた接合材料が加熱されて軟化した場合に、半導
体チップ２と回路基板７との接合部に必要以上に大きな
荷重が加わり、接合部の材料が潰れて半導体チップ２に
ダメージを与えてしまうことがある。

一方、図示しないが、ボンディングツールの駆動に送り
ねじとモータ等を用いたタイプのボンディング装置では
、ロードセルと荷重変換器を用い、半導体チップに加わ
った押圧荷重が設定荷重に達した時点でモータを停止し
てボンディングツールの位置を保持するようにしている
。しかし、このタイプのボンディング装置では、ツール
の熱膨張や、接合材料の温度変化に伴う伸縮等によって
半導体チップに加わる押圧荷重が変動することがあった
。

このため、ボンディングを行う際に、例えばボンディン
グツールの温度を段階的に変化させることや、半導体チ
ップに一定の押圧荷重を加えながら加熱・冷却のサイク
ルを実行すること等が困難だった。

本発明の目的とするところは、半導体チップに加わる押
圧荷重を正確に調節でき、半導体チップにダメージを与
えることがなく、確実で信頼性の高いボンディングを行
うことが可能なフェイスダウンボンディング装置を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明は、半導体チップを下向きに保持し
て回路基板と対向させるボンディングツールとこのボン
ディングツールを昇降させる駆動機構部とを備え、駆動
機構部によりボンディングツールを下降させ、ボンディ
ングツールにより半導体チップを、加熱するとともに回
路基板に押圧し、半導体チップに抑圧加重を加えながら
ボンディングするフェイスダウンボンディング装置にお
いて、ボンディングツールから半導体チップに加えられ
た押圧荷重を検出する荷重検出部と、この荷重検出部の
出力に基づいて駆動機構部へ出力しボンディングツール
をフィードバック制御して、押圧加重をボンディングツ
ールおよび半導体チップの温度条件に応じて調節する制
御部とを設けたことにある。

こうすることによって本発明は、荷重検出部の出力に基
づいて半導体チップに加わる押圧荷重を正確に調節でき
、半導体チップにダメージを与えることがなく、確実で
信頼性の高いボンディングを行えるようにしたことにあ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図中１１はペアチップの実装を行うフェイスダウン
ボンディング装置（以下、ボンディング装置と称する）
を示している。このボンディング装置１１は、本体１２
に昇降自在に支持されたボンディングツール１３と、本
体１１に固定されボンディングツール１３を駆動する駆
動機構部１４とを有している。

そして、ボンディング装置１１は、ボンディングツール
１３の先端部にボンディングヘッド１５を備えており、
このボンディングヘッド１５に、加熱チップ１６とこの
加熱チップ１６の発した熱を遮断する断熱材１７とを有
している。そして、ボンディング装置１１は、ボンディ
ングヘッド１５の先端に、半導体チップ１８を負圧吸引
して保持している。

さらに、ボンディング装置１１は半導体チップ１８の、
接合材料をその表面に付けられたバンプ（突起電極）１
９・・・を下方に向けており、このバンブ１９・・・を
、ボンディングステージ２ｏ上に載置固定された回路基
板２１の上方に位置させている。そして、ボンディング
装置１１は、半導体チップ１８の素子形成面と回路基板
２１の配線面とを対向させ、バンプ１９・・・を、回路
基板２１に形成された配線パターン２２・・・に対して
位置合わせしている。

また、ボンディング装置１１は上記駆動機構部１４に、
サーボモータ２３とこのサーボモータ２３に連結された
送りねじ２４とを有している。

そして、ボンディング装置１１は駆動機構部１４の送り
ねじ２４を正逆回転させることによって、ボンディング
ツール１３と一体なスライドブラケット２５を上下に進
退させ、ボンディングツール１３を図中の矢印Ｂで示す
ように昇降させるようになっている。

さらに、ボンディング装置１１は、ボンディングツール
１３を下降させることによって、加熱チップ１６により
加熱されて昇温した半導体チップ１８のバンブ１９・・
・を、回路基板２１の配線パターン２２に当接させる。

そして、ボンディングツール１３により半導体チップ１
８を加圧し、半導体チップ１８に押圧荷重を加えて、第
２図に示すように半導体チップ１８を回路基板２１上に
熱圧着しボンディングする。

また、第１図中に２６で示すのは荷重検出部である。こ
の荷重検出部２６はボンディングツール１３の上部に例
えば内蔵されており、ボンディングツール１３とスライ
ドブラケット２５との間に介在して各部材１５．２５に
その上下を接している。そして、荷重検出部２６は、半
導体チップ１８に加わった押圧荷重の反力を圧縮力とし
て受けることにより、ボンディングツール１３から半導
体チップ１８に加わった押圧荷重を検知し、検出信号２
７を制御部としての演算制御部２８へ出力する。

演算制御部２８は、荷重検出部２６の検出信号２７を読
み取り、この検出信号２７を基にして演算制御を行うも
ので、検出信号２７により、半導体チップ１８に実際に
加えられている押圧荷重を求める。そして、演算制御部
２８は実際の押圧荷重と、ボンディングステージ２０上
に供給された半導体チップ１８の回路基板２１へのボン
ディングに適するよう決められた設定加重との差を演算
する。

そして、演算制御部２８は、演算の結果に基づいてサー
ボモータ２３へ指令信号２９を出力し、駆動機構部１４
の駆動力を調節してボンディングツール１３を、実際の
押圧荷重が半導体チップ１８等の特性に応じて決められ
た設定荷重に等しい値になるよう、フィードバック制御
する。

すなわち、このようなボンディング装置１１では、荷重
検出部２６と演算制御部２８とを設けてボンディングツ
ール１３をフィードバック制御しているので、例えばボ
ンディングツール１３が熱膨張して軸方向に伸びた場合
に、ボンディングツール１３の伸び具合に応じて駆動機
構部１４の駆動力を加減することができ、押圧加重を正
確に調節することができる。

したがって、半導体チップ１８に加わる抑圧荷重が、ボ
ンディングツール１３の温度条件の変化に伴って変動す
ることを防止でき、ボンディングツール１３の熱膨張に
拘らず上記抑圧荷重を一定に保つことができる。

また、加熱終了後に半導体チップ１８を、加圧を続けな
がら冷却する場合に、例えばバンプ１９に付けられた接
合材料か収縮して接合材料の硬度や体積が変化しても、
駆動機構部１４の駆動力を加減して抑圧加重を一定に保
ち、所定の荷重条件でボンディングを行うことができる
。

そして、これらのことから、確実で信頼性の高いボンデ
ィングを行うことができる。

さらに、ボンディングツール１３を荷重検出部２６の出
力に基づいてフィードバック制御しているから、半導体
チップ１８を回路基板２１にボンディングする際に、ボ
ンディングツール１３の温度を段階的に変化させること
や、半導体チップに一定の押圧荷重を加えながら加熱・
冷却のサイクルを実行することが可能になる。

さらに、半導体チップ１８と回路基板２１とが接触する
際の衝撃をやわらげ羊零ることや、押圧加重を温度プロ
セスの変化に関連させなから変化させることも可能であ
り、半導体チップ１８にダメージを与えることなく、半
導体チップ１８等に最適な条件でボンディングを行うこ
とかできる。

なお、本実施例では、駆動機構部１４にサーボモータ２
３と送りねじ２４とを用いているか、本発明はこれに限
定されるものではなく、十分に応答性よくボンディング
ツール１３を駆動できるものであれば、サーボモータ２
３と送りねし２４以外のものを用いてもよい。そして、
駆動機構部１４に、例えば、圧電素子や、リニアモータ
等を用いることが考えられる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、半導体チップを下向きに
保持して回路基板と対向させるボンディングツールとこ
のボンディングツールを昇降させる駆動機構部とを備え
、駆動機構部によりボンディングツールを下降させ、ボ
ンディングツールにより半導体チップを、加熱するとと
もに回路基板に押圧し、半導体チップに押圧加重を加え
ながらボンディングするフェイスダウンボンディング装
置において、ボンディングツールから半導体チップに加
えられた押圧荷重を検出する荷重検出部と、この荷重検
出部の出力に基づいて駆動機構部へ出力しボンディング
ツールをフィードバック制御して、押圧加重をボンディ
ングツールおよび半導体チップの温度条件に応じて調節
する制御部とを設けたものである。

したがって本発明は、荷重検出部の出力に基づいて半導
体チップに加わる押圧荷重を正確に調節でき、半導体チ
ップにダメージを与えることなく、確実で信頼性の高い
ボンディングを行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
従来例を示す同じく概略構成図である。 １１・・・フェイスダウンボンディング装置、１３・・
・ボンディングツール、１４・・・駆動機構部、１８・
・・半導体チップ、２１・・・回路基板、２６・・・荷
重検出部、２８・・・演算制御部（制御部）。 比 区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体チップを下向きに保持して回路基板と対向させる
   ボンディングツールとこのボンディングツールを昇降さ
   せる駆動機構部とを備え、上記駆動機構部により上記ボ
   ンディングツールを下降させ上記ボンディングツールに
   より、上記半導体チップを加熱するとともに上記回路基
   板に押圧し、上記半導体チップに押圧加重を加えながら
   ボンディングするフェイスダウンボンディング装置にお
   いて、上記ボンディングツールから上記半導体チップに
   加えられた押圧荷重を検出する荷重検出部と、この荷重
   検出部の出力に基づいて上記駆動機構部へ出力し上記ボ
   ンディングツールをフィードバック制御して、上記押圧
   加重を上記ボンディングツールおよび上記半導体チップ
   の温度条件に応じて調節する制御部とを設けたことを特
   徴とするフェイスダウンボンディング装置。