JPH1032225A - 半導体チップの実装方法およびその装置 - Google Patents
半導体チップの実装方法およびその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体チップを回路基板に実装する際に、高精
度に位置合せできる半導体チップの実装方法を提供する
ことにある。 【解決手段】ＸＹθ駆動機構３５および同駆動機構をロ
ックするロック機構３６を備えたボンディングツール２
４に半導体チップを保持して回路基板と位置合わせする
第１の工程と、回路基板の電極パッドに半導体チップの
はんだバンプを接触させる第２の工程と、ボンディング
ツールを加熱して前記はんだバンプを溶融する第３の工
程と、ボンディングツールの高さを測定し、その測定結
果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、回路
基板と半導体チップとの間隔を調整する第４の工程と、
ＸＹθ駆動機構のロックを解除して溶融したはんだバン
プのセルフアライメント作用を利用して回路基板と前記
半導体チップの位置ずれを補正する第５の工程とを具備
することを特徴とする。
度に位置合せできる半導体チップの実装方法を提供する
ことにある。 【解決手段】ＸＹθ駆動機構３５および同駆動機構をロ
ックするロック機構３６を備えたボンディングツール２
４に半導体チップを保持して回路基板と位置合わせする
第１の工程と、回路基板の電極パッドに半導体チップの
はんだバンプを接触させる第２の工程と、ボンディング
ツールを加熱して前記はんだバンプを溶融する第３の工
程と、ボンディングツールの高さを測定し、その測定結
果に基づいてボンディングツールの高さを制御し、回路
基板と半導体チップとの間隔を調整する第４の工程と、
ＸＹθ駆動機構のロックを解除して溶融したはんだバン
プのセルフアライメント作用を利用して回路基板と前記
半導体チップの位置ずれを補正する第５の工程とを具備
することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体チップを
はんだバンプを介して回路基板に実装する半導体チップ
の実装方法およびその装置に関する。
はんだバンプを介して回路基板に実装する半導体チップ
の実装方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップをはんだバンプを介して回
路基板に実装するフリップチップボンディングは、通
常、めっきなどの方法により半導体チップにはんだバン
プを形成し、フリップチップボンダを用いて、半導体チ
ップのはんだバンプを回路基板の電極パッドに位置合わ
せして置き、回路基板をリフロー炉に通し、はんだを溶
融して接続するのが一般的である。
路基板に実装するフリップチップボンディングは、通
常、めっきなどの方法により半導体チップにはんだバン
プを形成し、フリップチップボンダを用いて、半導体チ
ップのはんだバンプを回路基板の電極パッドに位置合わ
せして置き、回路基板をリフロー炉に通し、はんだを溶
融して接続するのが一般的である。
【０００３】しかし、この方法では、はんだの表面張力
により半導体チップのはんだバンプと回路基板の電極パ
ッドをつなぐバンプの形状が太鼓状となるので、隣接す
るバンプ同士が接触しないように、あるバンプ間距離を
とる必要があり、接続の狭ピッチ化には不向きだった。
により半導体チップのはんだバンプと回路基板の電極パ
ッドをつなぐバンプの形状が太鼓状となるので、隣接す
るバンプ同士が接触しないように、あるバンプ間距離を
とる必要があり、接続の狭ピッチ化には不向きだった。
【０００４】また、この方法では半導体チップと回路基
板の間隔が狭くなるため、半導体チップと回路基板が熱
膨張・熱収縮すると、バンプにより高い応力が掛かるた
め、チップサイズが大きい場合など、接続部劣化を招く
恐れがあった。さらに、半導体チップと回路基板の間隔
が狭いため、半導体チップと回路基板間に封止用樹脂が
注入しにくくなる問題があった。
板の間隔が狭くなるため、半導体チップと回路基板が熱
膨張・熱収縮すると、バンプにより高い応力が掛かるた
め、チップサイズが大きい場合など、接続部劣化を招く
恐れがあった。さらに、半導体チップと回路基板の間隔
が狭いため、半導体チップと回路基板間に封止用樹脂が
注入しにくくなる問題があった。
【０００５】そこで、これらの問題点を解消する手段と
して、半導体チップと回路基板の間隔を制御できるフリ
ップチップボンダが提案されている。この装置では半導
体チップ電極と回路基板の電極パッドとを位置合せした
後、半導体チップを回路基板に押しあて、ボンディング
ツールを加熱し、はんだバンプを溶融させる。この状態
でボンディングツールを上方に引き上げ、所定の半導体
チップと回路基板との距離になるようにボンディングツ
ールを保持し、ボンディングツールを冷却してフリップ
チップボンディングを行っていた。
して、半導体チップと回路基板の間隔を制御できるフリ
ップチップボンダが提案されている。この装置では半導
体チップ電極と回路基板の電極パッドとを位置合せした
後、半導体チップを回路基板に押しあて、ボンディング
ツールを加熱し、はんだバンプを溶融させる。この状態
でボンディングツールを上方に引き上げ、所定の半導体
チップと回路基板との距離になるようにボンディングツ
ールを保持し、ボンディングツールを冷却してフリップ
チップボンディングを行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記半
導体チップと回路基板の間隔を制御できるフリップチッ
プボンダを使用する方法では、半導体チップのはんだバ
ンプと回路基板の電極パッドの位置合せ精度は、装置の
ボンディング精度で決まってしまうため、現実的に１０
μｍ程度の半導体チップのはんだバンプと回路基板の電
極パッドのずれが発生していた。このずれは、接合強度
を低下させ、接合信頼性に関る問題となっていた。
導体チップと回路基板の間隔を制御できるフリップチッ
プボンダを使用する方法では、半導体チップのはんだバ
ンプと回路基板の電極パッドの位置合せ精度は、装置の
ボンディング精度で決まってしまうため、現実的に１０
μｍ程度の半導体チップのはんだバンプと回路基板の電
極パッドのずれが発生していた。このずれは、接合強度
を低下させ、接合信頼性に関る問題となっていた。
【０００７】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、リフロー方式での隣
接するはんだバンプ同士の接触を避けるためのはんだバ
ンプ間距離の設計上の制約や、はんだバンプ掛かる応力
に起因する接続部劣化の問題や、さらに半導体チップと
回路基板間への樹脂注入性疎外の問題を回避すると同時
に、半導体チップのはんだバンプと回路基板の電極パッ
ドの位置ずれを防止でき、信頼性の高い半導体チップの
実装方法およびその装置を提供することにある。
もので、その目的とするところは、リフロー方式での隣
接するはんだバンプ同士の接触を避けるためのはんだバ
ンプ間距離の設計上の制約や、はんだバンプ掛かる応力
に起因する接続部劣化の問題や、さらに半導体チップと
回路基板間への樹脂注入性疎外の問題を回避すると同時
に、半導体チップのはんだバンプと回路基板の電極パッ
ドの位置ずれを防止でき、信頼性の高い半導体チップの
実装方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、半導体チップをはんだバン
プを介して回路基板に実装する半導体チップの実装方法
において、ボンディングツールに前記半導体チップを保
持し前記回路基板に対して位置合わせする第１の工程
と、前記位置合わせされた半導体チップのはんだバンプ
を前記回路基板上の所定位置の電極パッドに接触させる
第２の工程と、前記はんだバンプを加熱して溶融させる
第３の工程と、前記第３の工程中において前記回路基板
と前記半導体チップとの間隔を調整する第４の工程と、
前記第４の工程後に溶融したはんだバンプのセルフアラ
イメント作用により前記ボンディングツールをＸＹθ方
向に駆動させて前記回路基板と前記半導体チップの位置
ずれを補正する第５の工程と、を具備することを特徴と
する。
成するために、請求項１は、半導体チップをはんだバン
プを介して回路基板に実装する半導体チップの実装方法
において、ボンディングツールに前記半導体チップを保
持し前記回路基板に対して位置合わせする第１の工程
と、前記位置合わせされた半導体チップのはんだバンプ
を前記回路基板上の所定位置の電極パッドに接触させる
第２の工程と、前記はんだバンプを加熱して溶融させる
第３の工程と、前記第３の工程中において前記回路基板
と前記半導体チップとの間隔を調整する第４の工程と、
前記第４の工程後に溶融したはんだバンプのセルフアラ
イメント作用により前記ボンディングツールをＸＹθ方
向に駆動させて前記回路基板と前記半導体チップの位置
ずれを補正する第５の工程と、を具備することを特徴と
する。
【０００９】請求項２は、請求項１の第４の工程におけ
る回路基板と半導体チップとの間隔調整は、ボンディン
グツールの熱膨張による所定位置の変位量を測定し、そ
の測定結果に基づいて行うことを特徴とする。
る回路基板と半導体チップとの間隔調整は、ボンディン
グツールの熱膨張による所定位置の変位量を測定し、そ
の測定結果に基づいて行うことを特徴とする。
【００１０】請求項３は、半導体チップをはんだバンプ
を介して回路基板に実装する半導体チップの実装装置に
おいて、前記回路基板を載置するボンディングステージ
と、前記ボンディングステージの上部に設けられ前記半
導体チップを保持し前記回路基板上の所定位置にボンデ
ィングするボンディングツールと、前記ボンディングツ
ールに設けられ前記半導体チップのはんだバンプを溶融
する加熱手段と、前記ボンディングツールの熱膨張量を
測定する測定手段と、前記測定手段における測定結果に
基づいて前記回路基板と前記半導体チップとの間隔を調
整する間隔調整手段とを具備し、前記ボンディングツー
ルは、前記加熱手段により溶融されたはんだのセルフア
ライメント作用に基づき駆動可能に支持されていること
を特徴とする。
を介して回路基板に実装する半導体チップの実装装置に
おいて、前記回路基板を載置するボンディングステージ
と、前記ボンディングステージの上部に設けられ前記半
導体チップを保持し前記回路基板上の所定位置にボンデ
ィングするボンディングツールと、前記ボンディングツ
ールに設けられ前記半導体チップのはんだバンプを溶融
する加熱手段と、前記ボンディングツールの熱膨張量を
測定する測定手段と、前記測定手段における測定結果に
基づいて前記回路基板と前記半導体チップとの間隔を調
整する間隔調整手段とを具備し、前記ボンディングツー
ルは、前記加熱手段により溶融されたはんだのセルフア
ライメント作用に基づき駆動可能に支持されていること
を特徴とする。
【００１１】請求項４は、請求項３の測定手段は、ボン
ディングツールに設定された所定位置の変位量を測定す
るレーザ変位計であることを特徴とする。請求項５は、
請求項３のボンディングツールはＸＹθ駆動機構を有
し、このＸＹθ駆動機構により駆動自在となっているこ
とを特徴とする。
ディングツールに設定された所定位置の変位量を測定す
るレーザ変位計であることを特徴とする。請求項５は、
請求項３のボンディングツールはＸＹθ駆動機構を有
し、このＸＹθ駆動機構により駆動自在となっているこ
とを特徴とする。
【００１２】請求項６は、請求項５のＸＹθ駆動機構に
は、このＸＹθ駆動機構によるボンディングツールの駆
動のロックおよび前記ロックの解除を行うロック機構が
設けられていることを特徴とする。
は、このＸＹθ駆動機構によるボンディングツールの駆
動のロックおよび前記ロックの解除を行うロック機構が
設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はボンディング装置の全体
構成を示す斜視図で、図２はボンディングヘッドの正面
図、図３は画像合わせ装置のブロック図、図４は作用説
明図である。まず、ボンディング装置の全体構成を説明
すると、１１はＸＹθ軸方向に位置決め自在な第１のＸ
Ｙθテーブルであり、この第１のＸＹθテーブル１１の
上部にはボンディングステージ１２および半導体チップ
撮像手段としての半導体チップ認識カメラ１３が設けら
れている。そして、ボンディングステージ１２には回路
基板１４が電極パッド１４ａを上向きにして搭載され、
半導体チップ認識カメラ１３は光軸を垂直上向きにして
設置されている。
面に基づいて説明する。図１はボンディング装置の全体
構成を示す斜視図で、図２はボンディングヘッドの正面
図、図３は画像合わせ装置のブロック図、図４は作用説
明図である。まず、ボンディング装置の全体構成を説明
すると、１１はＸＹθ軸方向に位置決め自在な第１のＸ
Ｙθテーブルであり、この第１のＸＹθテーブル１１の
上部にはボンディングステージ１２および半導体チップ
撮像手段としての半導体チップ認識カメラ１３が設けら
れている。そして、ボンディングステージ１２には回路
基板１４が電極パッド１４ａを上向きにして搭載され、
半導体チップ認識カメラ１３は光軸を垂直上向きにして
設置されている。
【００１４】第１のＸＹθテーブル１１の隣側にはＸＹ
θ軸方向に位置決め自在な第２のＸＹθテーブル１５が
設けられ、この第２のＸＹθテーブル１５の上部にはト
レイ１６が設けられている。このトレイ１６には多数の
半導体チップ１７がはんだバンプ１７ａを上向きにして
整列状態に搭載されている。
θ軸方向に位置決め自在な第２のＸＹθテーブル１５が
設けられ、この第２のＸＹθテーブル１５の上部にはト
レイ１６が設けられている。このトレイ１６には多数の
半導体チップ１７がはんだバンプ１７ａを上向きにして
整列状態に搭載されている。
【００１５】また、第１のＸＹθテーブル１１の上方に
はボンディング機構１９が設けられており、第２のＸＹ
θテーブル１５の上方にはトレイ１６上の半導体チップ
１７をピックアップした状態で反転して半導体チップ１
７をはんだバンプ１７ａを下向きにしてボンディング機
構１９に供給する半導体チップ供給機構２０が設けられ
ている。
はボンディング機構１９が設けられており、第２のＸＹ
θテーブル１５の上方にはトレイ１６上の半導体チップ
１７をピックアップした状態で反転して半導体チップ１
７をはんだバンプ１７ａを下向きにしてボンディング機
構１９に供給する半導体チップ供給機構２０が設けられ
ている。
【００１６】前記ボンディング機構１９にはＸ軸ステー
ジ２１が設けられており、このＸ軸ステージ２１にはボ
ンディングヘッド２２がＸ軸方向に移動自在に搭載され
ている。ボンディングヘッド２２は後述するモータ２３
ａおよびロードセル２３ｂを備えた上下動機構２３によ
って上下動自在であり、その下端部にはボンディングツ
ール２４が設けられている。このボンディングツール２
４には半導体チップ１７をフェースダウン（はんだバン
プ１７ａが下向き）にした状態で真空吸着する手段およ
びはんだを溶融するパルスヒータ等の加熱手段を有して
いる。
ジ２１が設けられており、このＸ軸ステージ２１にはボ
ンディングヘッド２２がＸ軸方向に移動自在に搭載され
ている。ボンディングヘッド２２は後述するモータ２３
ａおよびロードセル２３ｂを備えた上下動機構２３によ
って上下動自在であり、その下端部にはボンディングツ
ール２４が設けられている。このボンディングツール２
４には半導体チップ１７をフェースダウン（はんだバン
プ１７ａが下向き）にした状態で真空吸着する手段およ
びはんだを溶融するパルスヒータ等の加熱手段を有して
いる。
【００１７】さらに、Ｘ軸ステージ２１にはボンディン
グヘッド２２と隣接して基板撮像手段としての基板認識
カメラ２５が光軸を垂直下向きにして設置され、ボンデ
ィングステージ１２上の回路基板１３の位置を認識でき
るようになっている。さらに、基板認識カメラ２５の隣
側には回路基板１４の電極パッド１４ａにフラックスを
塗布するディスペンサ２５ａが設置されている。
グヘッド２２と隣接して基板撮像手段としての基板認識
カメラ２５が光軸を垂直下向きにして設置され、ボンデ
ィングステージ１２上の回路基板１３の位置を認識でき
るようになっている。さらに、基板認識カメラ２５の隣
側には回路基板１４の電極パッド１４ａにフラックスを
塗布するディスペンサ２５ａが設置されている。
【００１８】また、前記半導体チップ供給機構２０には
Ｘ軸ガイドレール２６が設けられ、このＸ軸ガイドレー
ル２６にはチップ反転ユニット２７がＸ軸方向に移動自
在に設けられている。チップ反転ユニット２７はトレイ
１６上の半導体チップ１７を吸着し、これを反転する機
能を有しており、トレイ１６上では半導体チップ１７の
はんだバンプ１７ａは上向きであるが、反転によっては
んだバンプ１７ａを下向きにして前記ボンディングツー
ル２４に吸着保持できるようになっている。
Ｘ軸ガイドレール２６が設けられ、このＸ軸ガイドレー
ル２６にはチップ反転ユニット２７がＸ軸方向に移動自
在に設けられている。チップ反転ユニット２７はトレイ
１６上の半導体チップ１７を吸着し、これを反転する機
能を有しており、トレイ１６上では半導体チップ１７の
はんだバンプ１７ａは上向きであるが、反転によっては
んだバンプ１７ａを下向きにして前記ボンディングツー
ル２４に吸着保持できるようになっている。
【００１９】さらに、Ｘ軸ガイドレール２６にはトレイ
１６に対向するトレイ認識カメラ２８が光軸を垂直下向
きにして設置されており、トレイ１６上の半導体チップ
１７のパターンを認識し、第２のＸＹθテーブル１５を
制御することにより、トレイ１６上の半導体チップ１７
をピックアップ位置に位置決めするようになっている。
１６に対向するトレイ認識カメラ２８が光軸を垂直下向
きにして設置されており、トレイ１６上の半導体チップ
１７のパターンを認識し、第２のＸＹθテーブル１５を
制御することにより、トレイ１６上の半導体チップ１７
をピックアップ位置に位置決めするようになっている。
【００２０】また、前記半導体チップ認識カメラ１３お
よび基板認識カメラ２５は画像合せ装置２９に接続され
ている。ここで、半導体チップ認識カメラ１３および基
板認識カメラ２５の相対的な位置関係は予め正確に求め
られる。そして、画像合せ装置２９は、半導体チップ認
識カメラ１３による画像と基板認識カメラ２５による画
像とを合成して表示するように構成されている。
よび基板認識カメラ２５は画像合せ装置２９に接続され
ている。ここで、半導体チップ認識カメラ１３および基
板認識カメラ２５の相対的な位置関係は予め正確に求め
られる。そして、画像合せ装置２９は、半導体チップ認
識カメラ１３による画像と基板認識カメラ２５による画
像とを合成して表示するように構成されている。
【００２１】すなわち、画像合せ装置２９は、図３に示
すように、ビデオミキサ３０を有し、半導体チップ認識
カメラ１３と基板認識カメラ２５からの画像信号はカメ
ラコントロールユニット１３ａ，２５ａに一旦記憶格納
された後、これらカメラコントロールユニット１３ａ，
２５ａからの合成画像信号をビデオミキサ３０に入力さ
せ、合成画像がモニター３１に表示されるようになって
いる。
すように、ビデオミキサ３０を有し、半導体チップ認識
カメラ１３と基板認識カメラ２５からの画像信号はカメ
ラコントロールユニット１３ａ，２５ａに一旦記憶格納
された後、これらカメラコントロールユニット１３ａ，
２５ａからの合成画像信号をビデオミキサ３０に入力さ
せ、合成画像がモニター３１に表示されるようになって
いる。
【００２２】さらに、この合成画像は後述するように、
半導体チップ１７と回路基板１４との相対的な位置決め
補正量を算出する位置決め補正量算出手段３０ａに入力
される。この位置決め補正量算出手段３０ａは図１に示
すように、ボンディング制御装置３２の一部をなしてい
る。このボンディング制御装置３２は、算出された位置
決め補正量に基づいて第１のＸＹθテーブル１１を位置
決め制御するように設けられている。さらに、このボン
ディング制御装置３２は、第１のＸＹθテーブル１１、
第２のＸＹθテーブル１５、半導体チップ供給機構２
０、Ｘ軸ステージ２１およびトレイ認識カメラ２８に電
気的に接続されている。
半導体チップ１７と回路基板１４との相対的な位置決め
補正量を算出する位置決め補正量算出手段３０ａに入力
される。この位置決め補正量算出手段３０ａは図１に示
すように、ボンディング制御装置３２の一部をなしてい
る。このボンディング制御装置３２は、算出された位置
決め補正量に基づいて第１のＸＹθテーブル１１を位置
決め制御するように設けられている。さらに、このボン
ディング制御装置３２は、第１のＸＹθテーブル１１、
第２のＸＹθテーブル１５、半導体チップ供給機構２
０、Ｘ軸ステージ２１およびトレイ認識カメラ２８に電
気的に接続されている。
【００２３】また、前記半導体チップ１７を所定の高さ
まで下降・上昇させると同時に加圧を行い回路基板１４
と半導体チップ１７との間隔を制御する手段としてのモ
ータ２３ａおよび半導体チップ１７を回路基板１４に押
し付ける荷重を測定し、モータ２３ａに荷重をフイード
バックするロードセル２３ｂを備えている。さらに、ボ
ンディングヘッド２２の高さをモータ２３ａにフィード
バックする高さ測定手段、すなわちボンディングヘッド
２２の半導体チップ１７方向への変位量を測定する測定
手段としてのレーザ変位計３３およびボンディングツー
ル２４の温度を測定し、制御するための熱電対３４を備
えている。
まで下降・上昇させると同時に加圧を行い回路基板１４
と半導体チップ１７との間隔を制御する手段としてのモ
ータ２３ａおよび半導体チップ１７を回路基板１４に押
し付ける荷重を測定し、モータ２３ａに荷重をフイード
バックするロードセル２３ｂを備えている。さらに、ボ
ンディングヘッド２２の高さをモータ２３ａにフィード
バックする高さ測定手段、すなわちボンディングヘッド
２２の半導体チップ１７方向への変位量を測定する測定
手段としてのレーザ変位計３３およびボンディングツー
ル２４の温度を測定し、制御するための熱電対３４を備
えている。
【００２４】さらに、前記ボンディングヘッド２２には
ボンディングツール２４自身の位置を微小な力でＸＹ平
面上に駆動させるためのＸＹθ駆動機構３５およびＸＹ
θ駆動機構３５の動きを中立位置で固定するロック機構
３６を備えている。このロック機構３６にはＸＹθ駆動
機構３５のロックおよびアンロックを切り換える機能を
有し、後述するように、ボンディングツール２４の駆動
の制御手段としての役割を果たしている。
ボンディングツール２４自身の位置を微小な力でＸＹ平
面上に駆動させるためのＸＹθ駆動機構３５およびＸＹ
θ駆動機構３５の動きを中立位置で固定するロック機構
３６を備えている。このロック機構３６にはＸＹθ駆動
機構３５のロックおよびアンロックを切り換える機能を
有し、後述するように、ボンディングツール２４の駆動
の制御手段としての役割を果たしている。
【００２５】次に、前述のように構成されたボンディン
グ装置によって半導体チップ１７を回路基板１４にボン
ディングする方法を説明する。まず、図５のステップＳ
1 に示すように、ボンディングステージ１２の所定の位
置に回路基板１４を電極パッド１４ａを上向きにして搭
載する（図５のステップＳ１参照）。次に、ステップＳ
2 に示すように、トレイ認識カメラ２８によってトレイ
１６上の半導体チップ１７のパターンを認識し、第２の
ＸＹθテーブル１５をＸＹθ軸方向に移動制御してトレ
イ１６上の半導体チップ１７をピックアップ位置に位置
決めする（図５のステップＳ２参照）。
グ装置によって半導体チップ１７を回路基板１４にボン
ディングする方法を説明する。まず、図５のステップＳ
1 に示すように、ボンディングステージ１２の所定の位
置に回路基板１４を電極パッド１４ａを上向きにして搭
載する（図５のステップＳ１参照）。次に、ステップＳ
2 に示すように、トレイ認識カメラ２８によってトレイ
１６上の半導体チップ１７のパターンを認識し、第２の
ＸＹθテーブル１５をＸＹθ軸方向に移動制御してトレ
イ１６上の半導体チップ１７をピックアップ位置に位置
決めする（図５のステップＳ２参照）。
【００２６】次に、ステップＳ3 に示すように、チップ
反転ユニット２７はピックアップ位置に移動してトレイ
１６上の１個の半導体チップ１７を吸着し、これを反転
させて半導体チップ１７のはんだバンプ１７ａを下向き
にし、ボンディングツール２４に受け渡し、ボンディン
グツール２４は半導体チップ１７をはんだバンプ１７ａ
を下向きにして吸着保持する（図５のステップＳ３参
照）。
反転ユニット２７はピックアップ位置に移動してトレイ
１６上の１個の半導体チップ１７を吸着し、これを反転
させて半導体チップ１７のはんだバンプ１７ａを下向き
にし、ボンディングツール２４に受け渡し、ボンディン
グツール２４は半導体チップ１７をはんだバンプ１７ａ
を下向きにして吸着保持する（図５のステップＳ３参
照）。
【００２７】次に、第１のＸＹθステージ１１が移動し
て半導体チップ認識カメラ１３によりボンディングツー
ル２４に吸着された半導体チップ１７を撮像できる位置
に位置決めし、ステップＳ4 に示すように、半導体チッ
プ認識カメラ１３によって半導体チップ１７のはんだバ
ンプ１７ａの画像（例えば８カ所）をティーチングして
取り込む（図５のステップＳ４参照）。次に、ステップ
Ｓ5 に示すように、基板認識カメラ２５はボンディング
ステージ１２上の回路基板１４の電極パッド１４ａの画
像をティーチングして取り込むと、カメラコントロール
ユニット２５ａは、回路基板１４の認識パターンを検出
した後、記憶格納する（図５のステップＳ５参照）。
て半導体チップ認識カメラ１３によりボンディングツー
ル２４に吸着された半導体チップ１７を撮像できる位置
に位置決めし、ステップＳ4 に示すように、半導体チッ
プ認識カメラ１３によって半導体チップ１７のはんだバ
ンプ１７ａの画像（例えば８カ所）をティーチングして
取り込む（図５のステップＳ４参照）。次に、ステップ
Ｓ5 に示すように、基板認識カメラ２５はボンディング
ステージ１２上の回路基板１４の電極パッド１４ａの画
像をティーチングして取り込むと、カメラコントロール
ユニット２５ａは、回路基板１４の認識パターンを検出
した後、記憶格納する（図５のステップＳ５参照）。
【００２８】次に、ディスペンサ２５ａによって回路基
板１４の電極パッド１４ａにフラックスを塗布した後、
ステップＳ6 に示すように、画像合わせ装置２９にて
は、半導体チップ認識カメラ１３によって取り込みカメ
ラコントロールユニット１３ａに格納さている画像認識
パターンと基板認識カメラ２５によって取り込みカメラ
コントロールユニット２５ａに格納さている画像認識パ
ターンとを画像合せ装置２９のビデオミキサ３０によっ
て合成（重ね合せ）し、モニター３１に表示する。
板１４の電極パッド１４ａにフラックスを塗布した後、
ステップＳ6 に示すように、画像合わせ装置２９にて
は、半導体チップ認識カメラ１３によって取り込みカメ
ラコントロールユニット１３ａに格納さている画像認識
パターンと基板認識カメラ２５によって取り込みカメラ
コントロールユニット２５ａに格納さている画像認識パ
ターンとを画像合せ装置２９のビデオミキサ３０によっ
て合成（重ね合せ）し、モニター３１に表示する。
【００２９】位置ずれ量算出手段３０ａにて、半導体チ
ップ１７と回路基板１４の相対的な座標Ｘ・Ｙ・θ方向
の相対的位置ずれに対する補正量を算出した後、第１の
ＸＹθステージ１１を移動して半導体チップ１７と回路
基板１４を位置合わせする。このとき、まずＸＹθ駆動
機構３５を中立位置で固定した状態にしておき、半導体
認識カメラ１３および基板認識カメラ２５で半導体チッ
プ１７および回路基板１４の電極パッド１４ａを認識
し、ボンディングツール２４およびボンディングステー
ジ１２を移動させ、半導体チップ１７と回路基板１４の
電極パッド１４ａが上下に対向するよう位置合せする
（図４（ａ）および図５のステップＳ６参照）。
ップ１７と回路基板１４の相対的な座標Ｘ・Ｙ・θ方向
の相対的位置ずれに対する補正量を算出した後、第１の
ＸＹθステージ１１を移動して半導体チップ１７と回路
基板１４を位置合わせする。このとき、まずＸＹθ駆動
機構３５を中立位置で固定した状態にしておき、半導体
認識カメラ１３および基板認識カメラ２５で半導体チッ
プ１７および回路基板１４の電極パッド１４ａを認識
し、ボンディングツール２４およびボンディングステー
ジ１２を移動させ、半導体チップ１７と回路基板１４の
電極パッド１４ａが上下に対向するよう位置合せする
（図４（ａ）および図５のステップＳ６参照）。
【００３０】そして、位置合せが終了すると、ボンディ
ングヘッド２２が上下動機構２３によって下降し、電極
パッド１４ａにはんだバンプ１７ａを接触する（図４
（ｂ）参照）。このときロードセル２３ｂを用いて回路
基板１４へのはんだバンプ１７ａの接触を感知する。
ングヘッド２２が上下動機構２３によって下降し、電極
パッド１４ａにはんだバンプ１７ａを接触する（図４
（ｂ）参照）。このときロードセル２３ｂを用いて回路
基板１４へのはんだバンプ１７ａの接触を感知する。
【００３１】次に、ボンディングツール２４に吸着され
た半導体チップ１７を加熱することにより、はんだを溶
融する。ボンディングツール２４を荷重制御モードから
変位制御モードに切り換える（荷重制御モードのままチ
ップ加熱をすると、はんだバンプ１７ａの変形抵抗が低
下し、はんだバンプ１７ａがつぶれてしまう）。
た半導体チップ１７を加熱することにより、はんだを溶
融する。ボンディングツール２４を荷重制御モードから
変位制御モードに切り換える（荷重制御モードのままチ
ップ加熱をすると、はんだバンプ１７ａの変形抵抗が低
下し、はんだバンプ１７ａがつぶれてしまう）。
【００３２】ボンディングツール２４の加熱に伴いボン
ディングツール２４自身が熱膨張するため、熱膨張量を
レーザ変位計３３で測定し、ボンディングツール２４の
高さを一定に保つよう高さ補正を行う。つまり、ボンデ
ィングツール２４自身が熱膨張するため、Ｚ方向（上下
方向）については、レーザ変位計３３でボンディングツ
ール２４の伸び量を計測し、モータ２３ａにフィードバ
ックし、伸び量を補正する。この工程により所定のギャ
ップに調整できる。はんだバンプ１７ａが溶融したら、
ボンディングツール２４を後述する図４（ｄ）に示すよ
うに溶融はんだの形状が鼓形となる高さまで上昇させ、
半導体チップ１７と回路基板１４の間隔を調整する（図
４（ｃ）参照）。
ディングツール２４自身が熱膨張するため、熱膨張量を
レーザ変位計３３で測定し、ボンディングツール２４の
高さを一定に保つよう高さ補正を行う。つまり、ボンデ
ィングツール２４自身が熱膨張するため、Ｚ方向（上下
方向）については、レーザ変位計３３でボンディングツ
ール２４の伸び量を計測し、モータ２３ａにフィードバ
ックし、伸び量を補正する。この工程により所定のギャ
ップに調整できる。はんだバンプ１７ａが溶融したら、
ボンディングツール２４を後述する図４（ｄ）に示すよ
うに溶融はんだの形状が鼓形となる高さまで上昇させ、
半導体チップ１７と回路基板１４の間隔を調整する（図
４（ｃ）参照）。
【００３３】ここで、ＸＹθ駆動機構３５のロック機構
３６のロックを解除すると、はんだバンプ１７ａのセル
フアライメント作用（半導体チップ１７上のはんだバン
プ１７ａの表面積を最少にする力が作用する。）を利用
して、半導体チップ１７のはんだバンプ１７ａと回路基
板１４の電極パッド１４ａの正確な位置合せを行う。こ
の状態でボンディングツール２４を冷却し、半導体チッ
プ１７の吸着保持を解除すると、半導体チップ１７のは
んだバンプ１７ａが回路基板１４の電極パッド１４ａに
はんだ接合し、ボンディングが完了する（図４（ｄ）参
照）。
３６のロックを解除すると、はんだバンプ１７ａのセル
フアライメント作用（半導体チップ１７上のはんだバン
プ１７ａの表面積を最少にする力が作用する。）を利用
して、半導体チップ１７のはんだバンプ１７ａと回路基
板１４の電極パッド１４ａの正確な位置合せを行う。こ
の状態でボンディングツール２４を冷却し、半導体チッ
プ１７の吸着保持を解除すると、半導体チップ１７のは
んだバンプ１７ａが回路基板１４の電極パッド１４ａに
はんだ接合し、ボンディングが完了する（図４（ｄ）参
照）。
【００３４】このようにボンディングツール２４側に設
けたＸＹθ駆動機構３５のロック機構３６を解除するこ
とにより、ボンディングツール２４の加熱に伴うＸＹθ
方向の伸びによる位置ずれを補正（アライメント調整）
する。補正は、溶融したはんだのセルフアライメント作
用を利用する。この場合、Ｚ方向は拘束されているが、
ＸＹθ方向は自由になっているので、キャップ調整とア
ライメント調整を同時に実現できる。
けたＸＹθ駆動機構３５のロック機構３６を解除するこ
とにより、ボンディングツール２４の加熱に伴うＸＹθ
方向の伸びによる位置ずれを補正（アライメント調整）
する。補正は、溶融したはんだのセルフアライメント作
用を利用する。この場合、Ｚ方向は拘束されているが、
ＸＹθ方向は自由になっているので、キャップ調整とア
ライメント調整を同時に実現できる。
【００３５】
【発明の効果】この発明の請求項１〜２によれば、ボン
ディングツールが加熱によって熱膨張しても、その熱膨
張量を測定してボンディングツールの高さを補正するこ
とにより、はんだバンプを理想的な形状に整えることに
より、はんだバンプの狭ピッチ化に対応できる。しか
も、回路基板と半導体チップとの間隔を大きくした状態
で実装でき、封止用樹脂の注入の容易化と作業性を向上
できる。また、溶融したはんだのセルフアライメント作
用を利用して半導体チップのはんだバンプと回路基板の
電極パッドの位置ずれを防止でき、信頼性の高い半導体
チップの実装方法を提供できる。
ディングツールが加熱によって熱膨張しても、その熱膨
張量を測定してボンディングツールの高さを補正するこ
とにより、はんだバンプを理想的な形状に整えることに
より、はんだバンプの狭ピッチ化に対応できる。しか
も、回路基板と半導体チップとの間隔を大きくした状態
で実装でき、封止用樹脂の注入の容易化と作業性を向上
できる。また、溶融したはんだのセルフアライメント作
用を利用して半導体チップのはんだバンプと回路基板の
電極パッドの位置ずれを防止でき、信頼性の高い半導体
チップの実装方法を提供できる。
【００３６】また、請求項３〜６によれば、ボンディン
グツールは、加熱手段により溶融されたはんだのセルフ
アライメント作用に基づき駆動可能に支持されているた
め、半導体チップのはんだバンプを溶融したときに、は
んだバンプのセルフアライメント作用を利用して回路基
板と半導体チップの位置ずれを自動補正することがで
き、信頼性の高い半導体チップの実装装置を提供でき
る。
グツールは、加熱手段により溶融されたはんだのセルフ
アライメント作用に基づき駆動可能に支持されているた
め、半導体チップのはんだバンプを溶融したときに、は
んだバンプのセルフアライメント作用を利用して回路基
板と半導体チップの位置ずれを自動補正することがで
き、信頼性の高い半導体チップの実装装置を提供でき
る。
【図１】この発明の一実施形態のボンディング装置の斜
視図。
視図。
【図２】同実施形態の要部の正面図。
【図３】同実施形態の画像重ね合せ装置のブロック図。
【図４】同実施形態の位置合せ方法の作用説明図。
【図５】同実施形態の位置合せ方法のフローチャート。
１２…ボンディングステージ １４…回路基板 １４ａ…電極パッド １７…半導体チップ １７ａ…はんだバンプ ２４…ボンディングツール ３３…レーザ変位計 ３５…ＸＹθ駆動機構 ３６…ロック機構
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体チップをはんだバンプを介して回
路基板に実装する半導体チップの実装方法において、 ボンディングツールに前記半導体チップを保持し前記回
路基板に対して位置合わせする第１の工程と、 前記位置合わせされた半導体チップのはんだバンプを前
記回路基板上の所定位置の電極パッドに接触させる第２
の工程と、 前記はんだバンプを加熱して溶融させる第３の工程と、 前記第３の工程中において前記回路基板と前記半導体チ
ップとの間隔を調整する第４の工程と、 前記第４の工程後に溶融したはんだバンプのセルフアラ
イメント作用により前記ボンディングツールをＸＹθ方
向に駆動させて前記回路基板と前記半導体チップの位置
ずれを補正する第５の工程と、 を具備することを特徴とする半導体チップの実装方法。 - 【請求項２】 第４の工程における回路基板と半導体チ
ップとの間隔調整は、ボンディングツールの熱膨張によ
る所定位置の変位量を測定し、その測定結果に基づいて
行うことを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実
装方法。 - 【請求項３】 半導体チップをはんだバンプを介して回
路基板に実装する半導体チップの実装装置において、 前記回路基板を載置するボンディングステージと、 前記ボンディングステージの上部に設けられ前記半導体
チップを保持し前記回路基板上の所定位置にボンディン
グするボンディングツールと、 前記ボンディングツールに設けられ前記半導体チップの
はんだバンプを溶融する加熱手段と、 前記ボンディングツールの熱膨張量を測定する測定手段
と、 前記測定手段における測定結果に基づいて前記回路基板
と前記半導体チップとの間隔を調整する間隔調整手段と
を具備し、 前記ボンディングツールは、前記加熱手段により溶融さ
れたはんだのセルフアライメント作用に基づき駆動可能
に支持されていることを特徴とする半導体チップの実装
装置。 - 【請求項４】 測定手段は、ボンディングツールに設定
された所定位置の変位量を測定するレーザ変位計である
ことを特徴とする請求項３記載の半導体チップの実装装
置。 - 【請求項５】 ボンディングツールはＸＹθ駆動機構を
有し、このＸＹθ駆動機構により駆動自在となっている
ことを特徴とする請求項３記載の半導体チップの実装装
置。 - 【請求項６】 ＸＹθ駆動機構には、このＸＹθ駆動機
構によるボンディングツールの駆動のロックおよび前記
ロックの解除を行うロック機構が設けられていることを
特徴とする請求項５記載の半導体チップの実装装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486296A JP3561089B2 (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | 半導体チップの実装方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18486296A JP3561089B2 (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | 半導体チップの実装方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1032225A true JPH1032225A (ja) | 1998-02-03 |
| JP3561089B2 JP3561089B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=16160616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18486296A Expired - Fee Related JP3561089B2 (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | 半導体チップの実装方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3561089B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10326805A (ja) * | 1997-05-26 | 1998-12-08 | Nec Corp | フリップチップ接続方法及びフリップチップ搭載装置 |
| JP2000353725A (ja) * | 1999-04-05 | 2000-12-19 | Toray Eng Co Ltd | チップ実装方法及びその装置 |
| SG81357A1 (en) * | 1999-06-18 | 2001-06-19 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Work/head positioning apparatus, flux reservoir, mount head and transfer head for ball mount apparatus |
| JP2003077955A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Toshiba Corp | ボンディング方法及びボンディング装置 |
| JP2005191460A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 |
| WO2006098426A1 (ja) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電子部品の実装方法及び電子部品実装装置 |
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| JP2013247124A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Panasonic Corp | 半導体素子の実装装置および実装方法 |
| JP2016219552A (ja) * | 2015-05-18 | 2016-12-22 | 新光電気工業株式会社 | 電子部品搭載装置及び電子部品の搭載方法 |
-
1996
- 1996-07-15 JP JP18486296A patent/JP3561089B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10326805A (ja) * | 1997-05-26 | 1998-12-08 | Nec Corp | フリップチップ接続方法及びフリップチップ搭載装置 |
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| SG81357A1 (en) * | 1999-06-18 | 2001-06-19 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Work/head positioning apparatus, flux reservoir, mount head and transfer head for ball mount apparatus |
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| WO2006098426A1 (ja) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電子部品の実装方法及び電子部品実装装置 |
| JPWO2006098426A1 (ja) * | 2005-03-17 | 2008-08-28 | 松下電器産業株式会社 | 電子部品の実装方法及び電子部品実装装置 |
| US7752749B2 (en) | 2005-03-17 | 2010-07-13 | Panasonic Corporation | Electronic component mounting method and electronic component mounting device |
| JP4696110B2 (ja) * | 2005-03-17 | 2011-06-08 | パナソニック株式会社 | 電子部品の実装方法及び電子部品実装装置 |
| JP2008117993A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱圧着装置および熱圧着方法 |
| JP2013247124A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Panasonic Corp | 半導体素子の実装装置および実装方法 |
| JP2016219552A (ja) * | 2015-05-18 | 2016-12-22 | 新光電気工業株式会社 | 電子部品搭載装置及び電子部品の搭載方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3561089B2 (ja) | 2004-09-02 |
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Effective date: 20040527 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
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