JPH0482242A - 半導体素子実装装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子実装装置に関し、特に詳細には、半
導体素子をフェースダウンボンディングで基板上に実装
する半導体素子実装装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体素子を基板上に実装する際、実装密度及び
作業性の点からフェースダウン方式において、フリップ
チップ実装技術が注目されるようになってきた。この方
法は、「エレクトロニック・パッケージング・テクノロ
ジー」の１９８９年１２月号に掲載された「フリップチ
ップ実装の技術動向」と題する文献に記載されている。

そして、フリップチップをフェースダウン方式で基板上
に実装する際、半導体素子を実装する基板面に対して平
行に保った状態でフェースダウンしなければならない。

しかし、従来は実装装置の最初の調節の際、ボンディン
グツールと基板面との平行度を調整した後は、調節をお
こなわずフェースダウンボンディングを実施していた。

二のような方法では、半導体素子を基板面に対して確実
にボンディングできない場合があった。そこで、フェー
スダウンボンディング中に半導体素子を吸着保持したソ
ールの真横にＴＶカメラ等を設け、このカメラ等で、半
導体素子を観察し、ツールと基板との平行度を観察しつ
つフェースダウンを行っていた。

［発明か解決しようとする課題〕 しかし、上記のような従来の装置では、ハンプが設けら
れた半導体素子とこれかボンディングされる基板との間
では、１０ｍｍ当たり数μｍ程度の平行度しか実現でき
ず、その結果、フリップチップのバンプ高さか１０μｍ
以下となるような高密度化に伴う微細化に十分対応する
ことができなかった。

本発明は上記課題を解決し、高密度化に伴い微細化に対
応できる半導体素子実装装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体素子実装装置は、吸着面を有し、片面に
バンプ電極か形成されている半導体素子を反対面で吸着
面に吸着させて保持するボンディングツールと、半導体
素子か実装される基板を保持する保持部材と、ボンディ
ングツールを保持部材に対して移動させる移動機構と、
保持部材の基板保持面の周囲に設けられ、所定の面積を
有する少なくとも３つの第１の導電面と、吸着面の周囲
であって、第１の導電面に対応する位置に設けられた第
２の導電面と、第１の導電面と第２の導電面との対にそ
れぞれ設けられ、第１の導電面と第２の導電面間の静電
容量を測定する静電容量測定手段と、静電容量測定手段
からの出力によりボンディングツールの傾斜状態を判別
する判別手段と備えたことを特徴とする。

更に、上記装置において、上記ボンディングツールに、
その吸着面の基板保持面に対する傾斜を調整できる傾斜
調整機構を設け、更に判別手段からの出力に基づき、前
記傾斜調整機構と前記移動機構とを制御する制御手段を
設け、自動的にボンディングツールの吸着面の傾斜を調
節し、フェースダウンボンディングを実行するように構
成しておくことか好ましい。

〔作用〕

本発明の半導体素子実装装置では、ボンディングツール
の吸着面の周囲及び基板保持部の基板保持面の周囲であ
って互いに対向する位置に導電面の対が複数設けられて
いる。そのため、ボンディングツールを保持部材に向け
て移動させ、これらの導電面対間の静電容量を測定する
ことにより導電面対間の距離を測定でき、この７ｆＪ＋
定から得られた結果から、ボンディングツールの吸着面
の傾斜状態を正確に検知できる。そしてこの検知された
結果から、ボンディングツールに搭載された半導体素子
のバンプ電極形成面の傾斜状態を補正し、ボンディング
ツール上の半導体素子のバンプ電極形成面を基板の素子
搭載面に対して平行にすることかできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ本発明に従う実施例を説明して
いく。

第１図は本発明に従う半導体素子実装装置の一実施例の
構成図である。

第１図に示すように、半導体素子実装装置は、半導体素
子１を搭載するボンディングツール２と、半導体素子が
実装される基板３を保持する基板保持部４と、ボンディ
ングツール２と基板保持部４との平行度を検出する検出
部５とを備えている。

このボンディングツール２の先端部には、半導体素子１
を吸着固定する平面２ａ（吸着面）が形成されている。

そして、この平面２ａの中央部には、真空ポンプ２０に
接続された貫通口２ｂが形成されている。更に、このボ
ンディングツール２には、第２図（ａ）に示すように、
貫通口２ｂの中心部を中心にして１２０度の角度で振り
分けられた位置であって、後述する基板保持部１２上に
固定された基板の対応する位置から外れた位置に第１の
導電面９．１０，１１が設けられている。

これらの導電面９等はコンデンサーの極板を面が形成で
きるように十分な所定の面積をもち、その上面はボンデ
ィングツール２の吸着面２ａに対して平行となっている
。更に、ボンディングツール２は、実装装置に装着され
る基板３の半導体素子搭載面３ａをＸＹ平面としたとき
、このＸＹ平面に対して直交する方向Ｚに移動可能とす
る移動機構（図示せず）に接続され、更に、このＸＹ平
面に平行で、平面２ａ上の貫通孔２ｂの中心を通る平面
を規定するＸＹ両軸に対してそれぞれ回転角θＸ、θｙ
力方向調節可能に保持されている。

この半導体素子実装装置の基板保持部４は、基板３をそ
の下面全面で支持し、基板３を所定の位置に保持固定す
る固定機構（図示せず）を備えている。そして、この基
板保持部４の基板保持領域の外側領域には、第２図（ｂ
）に示すように、第１の導電面９．１０．１１に対応す
る位置に第２の導電面１３．１４、］５か設けられてい
る。そして、この３つの第２の導電面１Ｂ、１４．１５
０基板保持而１２ａに対して平行な面となっている。そ
して、これらの互いに対応する第１及び第２の導電面は
対を成しコンデンサーを構成している。

検出部５は、先に説明した第１及び第２の導電面との対
に対してそれぞれ設けられ、従来より知られている低周
波ブリッジ等の静電容量検圧器と、この静電容量検出器
で測定された結果に基づいてボンディングツールと基板
保持部との間の平行度を求める平行度算８部（図示せず
）とより構成されている。

上記のように構成したことにより、ボンディングツール
２を基板保持部４に対して下降させていったとき、もし
素子吸着面２ａが基板保持部４の基板保持面４ａに対し
て傾斜している場合には、それぞれの静電容量検出器の
測定する静電容量が異なり、これにより、どの方向に傾
斜しているかを平行度算出部で知ることができる。そし
て、具体的には、導電面の電荷をＱ−１０Ｃ１ε。

−８．８５Ｘ１０　　　（Ｆ／ｃｍ）　、導電面の面積
Ｓ＝１ｃｍ２とした場合には、導電面間の距離ｄが１μ
ｍ変化すると、導電面間にかかる電圧は１０ｍＶ変化す
る。この場合には、１０ｍｍ当たり１μｍ以下の精度で
平行度を検出することかできる。

そして、全ての静電容量検出器か同し静電容量を検知を
したときは、ボンディングツール２の吸着面２ａが、基
板保持部４の保持面４ａに平行となっている。ここで、
基板３の下面は、基板３の上面３ａに対して平行に構成
され、３つの第１の導電面により形成される平面が、ボ
ンディングツール２に搭載した半導体素子１のフェース
ダウンボンディング面に対して平行となるように構成し
である。そのため、３つの静電容量検出器で同じ静電容
量か検知されたときは、半導体素子１のバンプ電極形成
面と基板３の素子搭載面３ａとが、平行になっている。

次に、上記装置を使用して、半導体素子１を基板３上の
半導体素子搭載面３ａ上にフェースダウンボンディング
する方法について説明する。

まず、基板３を基板保持部４上の所定の位置に固定する
。次に、バンプ電極が形成されている面の反対面かボン
ディングツール２の貫通孔２ｂを覆うように半導体素子
］をセットし、真空ポンプ２０て貫通孔２ｂ内を真空吸
引して、半導体素子１をボンディングツール２の先端部
に吸着固定する。

次に、移動機構を作動し、ボンディングツール２を一２
方向に移動させる。

次に、ボンディングツール２と基板保持部１２か所定の
距離まで、近付いたとき、低周波ブリッジ等により、導
電面間の静電容量を測定し、これらの距離を求める。

そこで、ボンディングツール２のＸ軸方向の回転角θｘ
、Ｙ軸方向の回転角θｙを動かし、各導電面間の距離か
等しくなるように調整する。そして、各導電面間の静電
容量か等しくなったとき、ボンディングツール２の傾斜
調整を止め、ボンディングツールを一旦固定して、ボン
ディングツール２を−Ｚ力方向移動させていく。この移
動の際も、各導電面間の静電容量を常に監視し、３つの
対の導電面間の静電容量が互いに等しくなるように、ボ
ンディングツール２の傾斜を微調整しつつフェースダウ
ンボンディングを行う。

上記のように構成することにより半導体素子の・・ンブ
電極形成面と半導体素子搭載面３ａとの平行度を簡単に
かつ精度よく検出てき、この検出結果に基づいて、ボン
ディングツール２の傾斜を調整する二とにより、高精度
なフェースダウンボンディングを実施することができる
。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例か考えら
れ得る。

具体的には、上記実施例で使用する装置では、３対の第
１及び第２の導電面を設けているか、３対以上であれば
、幾つでもよい。この導電面対の数を増加させることに
より、ボンディングツール２の傾斜状態をより詳しく知
ることができる。

また、上記実施例では、第］の導電面により形成される
面をホンディングツール２上の半導体素子面に平行とな
るように構成し、また第２の導電面の上面を基板保持面
と平行となるように構成しているか、このように構成せ
ず、半導体素子の上面と基板上面とが平行な状態になっ
た状態で全ての導電面対で同じ静電容量が測定できるよ
うに構成しておいてもよい。

また、上記実施例において、ボンディングツール２の傾
斜を調整することができるステッピングモータ等の電気
制御型の傾斜駆動機構を設け、更に、ボンディングツー
ル２をＺ方向に移動させる駆動機構を電気制御型にして
、これらを制御する、例えば、マイクロコンピュータの
ような電子制御装置を設けておくことにより、自動的に
半導体素子のバンプ電極か形成されている面を基板の半
導体素子搭載面に対して平行に調節し、フェースダウン
ボンディングを実施させることができる。具体的には、
電子制御装置を各機構及び検出部に接続し、検出器から
の検出結果に基づき、傾斜駆動機構を付勢し、ボンディ
ングツールの傾斜の調節を行なわせる。そしてその後、
この静電容量を監視しつつ、移動機構を付勢し、ボンデ
ィングツールを下降させてフェースダウンボンディング
を行う。そして、二のフェースダウンボンディング中、
これらの静電容量が常に同じになるように傾斜駆動機構
を制御し、フェースダウンボンディングを行ってもよい
。

〔発明の効果〕

本発明の半導体素子実装装置では、先に説明したように
、基板保持部及びボンディングツールに設けた第１及び
第２の導電面間の静電容量を測定し、この測定された静
電容量から半導体素子と基板との平行度を、電気的に検
知し、その検知結果から半導体素子と基板との平行度を
精度よく検出しているので、微細なバンプを有する半導
体素子においても確実なフェースダウンボンディングを
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体素子実装装置の構成
を示す図、第２図は第１図に示すボンディングツールの
導電面の配置状態を示す図である。 １・・・半導体素子、２・・・ボンディングツール、３
・・・基板、４・・基板保持部、５・・・検出部、９．
１０．１１・・・第１の導電面、１２・・・基板保持部
、１３．１４、］５・・第２の導電面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着面を有し、片面にバンプ電極が形成されている
   半導体素子を反対面で吸着面に吸着させて保持するボン
   ディングツールと、 前記半導体素子が実装される基板を保持する保持部材と
   、 前記ボンディングツールを前記保持部材に対して移動さ
   せる移動機構と、 前記保持部材の基板保持面の周囲に設けられ、所定の面
   積を有する少なくとも３つの第１の導電面と、 前記吸着面の周囲であって、前記第１の導電面に対応す
   る位置に設けられた第２の導電面と、前記第１の導電面
   と前記第２の導電面との対にそれぞれ設けられ、前記第
   １の導電面と第２の導電面間の静電容量を測定する静電
   容量測定手段と、前記静電容量測定手段からの出力に基
   づいてボンディングツールの傾斜状態を判別する判別手
   段とを備えた半導体素子実装装置。 ２、前記ボンディングツールが、その吸着面の基板保持
   面に対する傾斜を調整できる傾斜調整機構を含み、前記
   判別手段からの出力に基づき、前記傾斜調整機構と前記
   移動機構とを制御し、フェースダウンボンディングを実
   行する制御手段を含む請求項１記載の半導体素子実装装
   置。