JPH0587945U

JPH0587945U - 半導体部品製造装置の冷却ガス供給構造

Info

Publication number: JPH0587945U
Application number: JP3453892U
Authority: JP
Inventors: 旭須黒; 達雄杉山
Original assignee: トーソク株式会社
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-26
Anticipated expiration: 2007-04-24
Also published as: JP2575831Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体部品製造装置によるダイボンディング
に際して、不良品の発生を防止しつつ生産性を向上させ
ることを可能する。【構成】冷却ガスの供給源５からボンディング作業地
点Ｐへ冷却ガスを供給する冷却ガス供給路Ｂに冷却ガス
側ダブルソレノイドバルブ２８を設ける。冷却ガス側ダ
ブルソレノイドバルブ２８の下流をメイン供給路Ｂｍと
サブ供給路Ｂｓとを設け、サブ供給路Ｂｓにおけるガス
流量をメイン側供給路Ｂｍのガス流量よりも小さくす
る。基材と半導体チップとの加熱接着の直後から徐冷時
間が経過するまではサブ供給路Ｂｓを開放し、それ以後
にメイン供給路Ｂｍを開放する。徐冷時間内において
は、互いに加熱接着された基材および半導体チップが徐
々に冷却され、それ以後には急速に冷却される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、冷却ガスを用いて互いに加熱接着された基材および半導体チップを冷却する半導体部品製造装置の冷却ガス供給構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、半導体部品製造装置における基材と半導体チップとのダイボンディングを行う場合、次のような方法が取られている。すなわち、例えば図５に示すような基材であるステム５１をボンディング作業地点に搬送したのちこれを予め加熱し、加熱されたステム５１上の所定位置に、はんだ箔５２及び半導体チップ５３を載置するとともに、融解するはんだ箔５２を介してステム５１と半導体チップ５３とを互いに加熱接着する。そして、冷却ガス供給源からボンディング作業地点に冷却ガスを供給する冷却ガス供給路を開放して、ボンディング作業地点に冷却ガス（主としてＮ_２等の不活性ガス）を吹き出させ、これによって、互いに加熱接着されたステム５１及び半導体チップ５３を強制的に冷却したのち、次のステム５１をボンディング作業地点に搬送するのである。

【０００３】また、かかる冷却時には、冷却ガスの吹出量を多くして冷却速度を上げることにより生産性の向上を図る一方、これと同時に、融解したはんだ（はんだ箔５２）を瞬時に固化させることによって半導体チップ５３（殊に半導体チップが小さい場合）の位置ずれを防止して、半導体チップ５３のボンディング位置精度を確保している。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来の半導体素子製造装置の冷却ガス供給構造にあっては、半導体チップ５３が比較的大きな場合、ステム５１と半導体チップ５３との熱膨張率が異なり、また一般にステム５１は鉄系の金属であってステム５１の方が半導体チップ５３よりも熱膨張率が大きい場合が多いことから、上記のように冷却速度を上げると、半導体チップ５３にクラックが入ったり、またそのコーナー部分が欠けてしまいことがある。すなわち不良品が発生してしまう。したがって、半導体チップ５３が比較的大きな場合においては、不良品の発生を防止するため、生産性を犠牲にしても冷却速度を下げなければならなかった。

【０００５】本考案は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、半導体チップと基材とのダイボンディングに際して、不良品の発生を防止しつつ生産性を向上させることを可能にする半導体部品製造装置の冷却ガス供給構造の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するために本考案にあっては、冷却ガス供給源からボンディング作業地点に冷却ガスを供給する冷却ガス供給路を有し、前記ボンディング作業地点に搬送された基材に半導体チップを加熱接着した後に前記冷却ガス供給路を開放し、ボンディング作業地点に吹き出される冷却ガスによって、互いに加熱接着された前記基材および前記半導体チップを冷却する半導体部品製造装置において、前記冷却ガス供給路を構成するメイン供給路、及び該メイン供給路よりもガス流量の小さいサブ供給路と、前記冷却ガス供給路の開放時に作動され予め設定された徐冷時間を計測するタイマ手段と、該タイマ手段の作動と同時に徐冷信号を出力し、かつ前記タイマ手段が出力するタイム・アップ信号に応答して急冷信号を出力する制御手段と、前記メイン供給路および前記サブ供給路を閉鎖するとともに、前記制御手段が出力する前記徐冷信号に応答して前記サブ供給路を開放し、かつ前記制御手段が出力する前記急冷信号に応答して前記メイン供給路を開放する供給路開閉手段とを備えている。また、前記サブ供給路のガス流量を調節可能とすることが望ましい。

【０００７】

【作用】

前記構成において、基材と半導体チップとが加熱接着されたのち、冷却ガス供給路が開放されると、タイマ手段が作動され予め設定された徐冷時間の計時を開始する。また同時に、制御手段が供給路開閉手段に徐冷信号を出力する。すると、この徐冷信号に応答し供給路開閉手段がサブ供給路を開放するため、ボンディング作業地点には、メイン供給路よりもガス流量の小さいサブ供給路を通流した冷却ガスが供給される。やがて、前記徐冷時間が経過して前記タイマ手段がタイム・アップ信号を出力すると、そのタイム・アップ信号に応答して前記制御手段が前記供給路開閉手段に急冷信号を出力する。すると、この急冷信号に応答し供給路開閉手段がメイン供給路を開放するため、ボンディング作業地点には、メイン供給路またはメイン供給路とサブ供給路との双方を通流した、それまでよりも多量の冷却ガスが供給される。したがって、ボンディング作業地点に供給されて吹き出される冷却ガスが、冷却ガス供給路が開放された時、つまり加熱接着された直後から徐冷時間が経過するまでは少なく、それ以後には多くなる。

【０００８】また、前記サブ供給路のガス流量が調節可能であれば、基材と半導体チップの種類に応じて、前記徐冷時間内にボンディング作業地点に供給される冷却ガスの流量を増大させることができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図にしたがって説明する。すなわち図１、図２は、本考案を用いた半導体部品製造装置（図示せず）におけるエア回路を示す図であ。図１，２に示すように、半導体部品製造装置は、作動ガス（空気又はＮ₂）供給源１に接続された第１レギュレータ２と、雰囲気ガス（Ｈ₂）供給源３に接続された第２レギュレータ４と、雰囲気ガスでありかつ冷却ガス（Ｎ₂）の供給源５と接続された第３レギュレータ６とを有しており、該第３レギュレータ６の出力側には分配器７が接続されている。分配器７は第１〜第４の流出ポート８，９，１０，１１を有しており、第１流出ポート８の下流側には、雰囲気ガス供給路Ａを構成するメイン供給路Ａｍとサブ供給路Ａｓとが形成されている（図２）。

【００１０】メイン供給路Ａｍは、第１流出ポート８に接続され、かつガス流量を毎分５リットルに設定された第１流量調整器１２、その下流側に順次接続された第１空気抜き１３、メイン側合流器１４、メイン側空気差動弁１５、そして前記第２レギュレータ４の出力側に接続され、かつガス流量を毎分２リットルに設定された第２流量調整器１６と前記メイン側合流器１４との間に接続された第２空気抜き１７によって構成されている。一方、前記サブ供給路Ａｓは、第１流出ポート８に接続された、調整可能なガス流量の最大値が毎分５リットルである第３流量調整器１８、その下流側に順次接続された第３空気抜き１９、サブ側合流器２０、サブ側空気差動弁２１、そして前記第２レギュレータ４の出力側に接続された、調整可能なガス流量の最大値が毎分２リットルである第４流量調整器２２、及びこれと前記サブ側合流器２０との間に接続された第４空気抜き２３によって構成されている。そして、サブ供給路Ａｓにおけるガス流量は、メイン供給路Ａｍにおけるガス流量よりも予め小さく設定されている。なお、前述した流量調整器１２，１６，１８，２２は、それぞれ可変絞りと圧力計とを有するものである。

【００１１】そして、前記メイン供給路Ａｍと前記サブ供給路Ａｓとは、メイン側空気差動弁１５とサブ側空気作動弁２１との下流側において互いに合流されたのち、トグルバルブ２４を介して、半導体部品製造装置のボンディング作業地点Ｐに配設された図示しない雰囲気ガス吹出口へ配索されている。一方、前記メイン側空気差動弁１５および前記サブ側空気差動弁２１は、前記第１レギュレータ２の出力側に接続された雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５と接続されている。該雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５は、双方の空気作動弁１５，２１の作動を制御するためのパイロット切換弁であって、独立して作動制御することの可能な、メイン側空気差動弁１５が接続されたメイン側開閉弁２５ａと、サブ側空気差動弁２１が接続されたサブ側開閉弁２５ｂとから構成されている。

【００１２】他方、図１に示すように、前記分配器７の第２流出ポート９は、可変絞り及び圧力計を備えた第５流量調整器２６とトグルバルブ２７とを介して、半導体部品製造装置のボンディング作業地点Ｐにガスカーテンを形成するため設けられた図示しないガスカーテン用吹出口に連通されている。なお、図１および図２に示したボンディング作業地点Ｐは同一のものである。さらに、分配器７の第３流出ポート１０の下流側には供給路開閉手段である冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８が接続されている。該冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８は、それぞれ独立して作動制御することの可能な、メイン側開閉弁２８ａとサブ側開閉弁２８ｂとから構成されている。メイン側開閉弁２８ａには、可変絞り及び圧力計を備え、かつ流量を毎分１０リットルに設定された第６流量調整器２９が接続される一方、サブ側開閉弁２８ｂには、可変絞り及び圧力計を備え、かつ流量を毎分５リットルに設定された第７流量調整器３０が接続されている。

【００１３】また、第６流量調整器２９と第７流量調整器３０とはその流出側を接続されたのち、前記ボンディング作業地点Ｐに設けられた図示しない冷却ガス吹出口へ配索されており、これによって、冷却ガスを前記ボンディング作業地点Ｐに供給する冷却ガス供給路Ｂが形成される一方、該冷却ガス供給路Ｂが、第６流量調整器２９を経由するメイン供給路Ｂｍと、これよりもガス流量の小さいサブ供給路Ｂｓとによって構成されている。

【００１４】一方、図３は、半導体部品製造装置（図示せず）における制御回路の概略を示すブロック図であって、半導体部品制御装置は制御手段であるプログラマブルコントローラ３１を有している。該プログラマブルコントローラ３１の入力側には加熱開始スイッチ３２が接続されるとともに、前記ボンディング作業地点Ｐに搬送されたステム５１（図５参照）を加熱するヒータ（図示せず）の温度管理に用いられるメイン加熱温度調節器３３と、温度センサ３４を接続されたプレ加熱温度調節器３５とが直列に接続されている。また、プログラマブルコントローラ３１の出力側には、前記雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５（図２）のメイン側開閉弁２５ａとサブ側開閉弁２５ｂ、前記冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８（図１）のメイン側開閉弁２８ａとサブ側開閉弁２８ｂ、ヒータ制御部３６がそれぞれ接続されている。さらに、プログラマブルコントローラ３１にはボンド時間設定タイマ３７と、タイマ手段である徐冷時間設定タイマ３８とが接続されている。

【００１５】次に、以上の構成からなる半導体部品制御装置の作動を、図４に示したサイクルタイムチャートにしたがって説明する。すなわち、ボンディング作業地点Ｐにステム５１が搬送され、加熱開始スイッチ３２がオン作動される以前においては、プレ加熱温度調節器３５がＯＮ状態に、そしてメイン加熱温度調節器３３がＯＦＦ状態に維持されており、ボンディング作業地点Ｐのヒータ（図示せず）がプレ加熱温度を維持されている。また、このとき、雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５は、メイン側開閉弁２５ａが閉、サブ側開閉弁２５ｂが開である状態を維持されている。このため、メイン側空気差動弁１５が閉、サブ側空気差動弁２１が開となっており、ボンディング作業地点Ｐの雰囲気ガス吹出口（図示せず）からは、雰囲気ガス供給路Ａのサブ供給路Ａｓを通流した、はんだ箔５２が吹き飛ばされない程度の少量の雰囲気ガス（Ｈ₂＋Ｎ₂）が吹き出されている。

【００１６】そして、搬送されたステム５１の上部にはんだ箔５２及び半導体チップ５３が載置されて加熱開始スイッチ３２がオン作動されると、プレ加熱温度調節器３５がＯＦＦ状態に、そしてメイン加熱温度調節器３３がＯＮ状態となると、これに伴いボンディング作業地点Ｐのヒータ（図示せず）の温度が上昇し、はんだ箔５２が融解しはじめる。またこのとき、これに応答してプログラマブルコントローラ３１から加熱開始信号が出力され、この加熱開始信号によって前記雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５が、メイン側開閉弁２５ａが開に、サブ側開閉弁２５ｂが閉となるよう作動され、これに伴いメイン側空気差動弁１５が開に、またサブ側空気差動弁２１が閉となる。したがって、雰囲気ガス吹出口（図示せず）からは、雰囲気ガス供給路Ａのメイン供給路Ａｍを通流した、はんだ箔５２の酸化を防止可能な量の雰囲気ガス（Ｈ₂＋Ｎ₂）が吹き出される。

【００１７】つぎに、ボンディング作業地点Ｐのヒータ（図示せず）の温度が上昇され、その温度が所定の値に達すると、ボンド時間設定タイマ３７が作動し予め設定されていた所定時間ΔＴ₁の計測を開始する一方、このときステム５１と半導体チップ５３とが、はんだ（融解したはんだ箔５２）を介して加熱接着される。やがて、所定時間ΔＴ₁が経過してボンド時間設定タイマ３７がタイム・アップ信号を出力すると、これに応答して、メイン加熱温度調節器３３がＯＦＦ状態となる。また同時に、プログラマブルコントローラ３１から加熱終了信号が出力され、この加熱終了信号によって前記雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５が、メイン側開閉弁２５ａとサブ側開閉弁２５ｂとの双方が閉となるよう作動されるとともに、メイン側空気差動弁１５及びサブ側空気差動弁２１も共に閉となり、雰囲気ガス供給路Ａが閉鎖される。

【００１８】さらに、この時、徐冷時間設定タイマ３８が作動して予め設定されていた徐冷時間ΔＴ₂の計測を開始するとともに、プログラマブルコントローラ３１から徐冷信号が出力される。すると、この徐冷信号に応答して前記冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８が、メイン側開閉弁２８ａが閉に、サブ側開閉弁２８ｂが開となるよう作動して、サブ供給路Ｂｓが開放される。このため、ボンディング作業地点Ｐの冷却ガス吹出口（図示せず）から、冷却ガス供給路Ｂのサブ供給路Ｂｓを通流した少量の冷却ガス（Ｎ₂）が吹き出される。したがって、互いを加熱接着された直後のステム５１と半導体チップ５３は、少量の冷却ガスによって徐々に冷却されることとなり、双方が異なる熱膨張率を有していたとしても半導体チップ５３へ過大な変形力が加わることを回避される。よって、半導体チップ５３の破損を防止することが可能となる。

【００１９】しかも、かかる際には、吹き出される冷却ガス（Ｎ₂）が少量であることから、融解されたはんだ箔５２が固化される以前に半導体チップ５３が、吹き出される冷却ガスによって移動されてしまうことがない。よって、半導体チップ５３の破損を防止するばかりか半導体チップ５３の位置精度を確保することもでき、不良品の発生を防止することが可能となる。

【００２０】一方、前記徐冷時間ΔＴ₂が経過すると、徐冷時間設定タイマ３８がタイム・アップ信号を出力する。すると、これに応答してプログラマブルコントローラ３１が急冷信号を出力するため、前記冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８が、メイン側開閉弁２８ａが開に、サブ側開閉弁２８ｂが閉となるよう作動して、その状態が一定時間ΔＴ₃だけ維持され、この間にメイン供給路Ｂｍが開放される。このため、ボンディング作業地点Ｐの冷却ガス吹出口（図示せず）からは、冷却ガス供給路Ｂのメイン供給路Ｂｍを通流した多量の冷却ガス（Ｎ₂）が吹き出される。したがって、前記徐冷時間ΔＴ₂内において予め冷却されたステム５１と半導体チップ５３は、多量の冷却ガスによって急速に冷却されることとなる。よって、加熱接着後における冷却時間（ΔＴ₂＋ΔＴ₃）を従来よりも短縮することができ、前述したように不良品の発生を防止しつつ、生産性を向上させることが可能となる。

【００２１】しかも、前記第７流量調整器３０（図１）が可変絞りを有しており、サブ供給路Ｂｓにおけるガス流量が調節可能であることから、ステム５１や半導体チップ５３の種類に応じてサブ供給路Ｂｓのガス流量を決めることができる。つまり、ステム５１と半導体チップ５３との熱膨張率の違いに応じて、半導体チップ５３が破損しない範囲内でサブ供給路Ｂｓのガス流量を最大量に設定し、これにより前述した徐冷時間ΔＴ₂を必要最低限度に止めることができる。よって、全体的な冷却時間（ΔＴ₂＋ΔＴ₃）を更に短縮することができ、生産性をより向上させることが可能となる。

【００２２】しかる後、一定時間ΔＴ₃が経過すると、前記冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ２８が、メイン側開閉弁２８ａとサブ側開閉弁２８ｂとの双方が閉となるよう作動されて冷却ガス供給路Ｂが再び閉鎖される。また、この時プログラマブルコントローラ３１から冷却終了信号が出力され、これに応じて前記プレ加熱温度調節器３５がＯＮ状態となり、ボンディング作業地点Ｐのヒータがプレ加熱温度を維持される。さらに、前記冷却終了信号に応じて、前記雰囲気ガス側ダブルソレノイドバルブ２５が、メイン側開閉弁２５ａが閉、サブ側開閉弁２５ｂが開となるよう作動されるとともに、メイン側空気差動弁１５が閉、サブ側空気差動弁２１が開に作動される。したがって、ボンディング作業地点Ｐの雰囲気ガス吹出口（図示せず）からは、再び雰囲気ガス供給路Ａのサブ供給路Ａ_Sを通流した少量の雰囲気ガス（Ｈ₂＋Ｎ₂）が吹き出される。そして、これ以後は上記の作動が繰り返される。

【００２３】なお、本実施例においては、冷却ガス供給路Ｂのサブ供給路Ｂｓにおけるガス流量が調節可能である場合を示したが、これに限らずサブ供給路Ｂｓにおけるガス流量は固定されていても構わない。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は、半導体部品製造装置における冷却ガス供給路を、メイン供給路とサブ供給路とによって構成し、冷却ガスをボンディング作業地点に供給する際には、予め設定された徐冷時間に基づいてメイン供給路とサブ供給路とを開放し、ボンディング作業地点に供給されて吹き出される冷却ガスの流量が、基材と半導体チップとの加熱接着の直後から徐冷時間が経過するまでは少なく、それ以後には多くなるようにした。

【００２５】かかることから、徐冷時間内においては、互いに加熱接着された基材および半導体チップを徐々に冷却することにより、半導体チップへ過大な変形力が加わることを回避し、半導体チップの破損を防止することができる。しかも、徐冷時間が経過した後においては、互いに加熱接着された基材および半導体チップを急速に冷却することができることから、半導体チップの破損を防止しながら、従来よりも基材および半導体チップの冷却時間を短縮することができる。よって、半導体チップと基材とのダイボンディングに際して、不良品の発生を防止しつつ生産性を向上させることが可能となる。

【００２６】さらに、前記サブ供給路におけるガス流量が調節可能な構造としたことから、基材と半導体チップとの種類に応じて、つまり双方の熱膨張率の違いに応じてサブ供給路のガス流量を決めることができる。このため、前述した徐冷時間を必要最低限度に止めることにより、全体的な冷却時間を更に短縮することができる。よって、生産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す半導体部品製造装置の
エア回路図である。

【図２】同実施例の図１に続くエア回路図である。

【図３】同実施例を示す半導体部品製造装置の制御部の
概略ブロック図である。

【図４】同実施例のサイクルタイムチャートである。

【図５】半導体部品の一例を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

５冷却ガス供給源６第３レギュレータ７分配器２８冷却ガス側ダブルソレノイドバルブ（供給路開
閉手段）２９第６流量調整器３０第７流量調整器３１プログラマブルコントローラ（制御手段）３８徐冷時間設定タイマ（タイマ手段）Ｂ冷却ガス供給路Ｂｍメイン供給路Ｂｓサブ供給路 ΔＴ₂ 徐冷時間

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】冷却ガス供給源からボンディング作業地
点に冷却ガスを供給する冷却ガス供給路を有し、前記ボ
ンディング作業地点に搬送された基材に半導体チップを
加熱接着したのち、前記冷却ガス供給路を開放し、ボン
ディング作業地点に吹き出される冷却ガスによって、互
いに加熱接着された前記基材および前記半導体チップを
冷却する半導体部品製造装置において、前記冷却ガス供給路を構成するメイン供給路、及び該メ
イン供給路よりもガス流量が小さいサブ供給路と、前記冷却ガス供給路の開放時に作動され予め設定された
徐冷時間を計測するタイマ手段と、該タイマ手段の作動と同時に徐冷信号を出力し、かつ前
記タイマ手段が出力するタイム・アップ信号に応答して
急冷信号を出力する制御手段と、前記メイン供給路および前記サブ供給路を閉鎖するとと
もに、前記制御手段が出力する前記徐冷信号に応答して
前記サブ供給路を開放し、かつ前記制御手段が出力する
前記急冷信号に応答して前記メイン供給路を開放する供
給路開閉手段とを備えたことを特徴とする半導体部品製
造装置の冷却ガス供給構造。
【請求項２】前記サブ供給路のガス流量を調節可能と
したことを特徴とする請求項１記載の半導体部品製造装
置の冷却ガス供給構造。