KR101623368B1

KR101623368B1 - 플립칩 본더 및 플립칩 본딩 방법

Info

Publication number: KR101623368B1
Application number: KR1020147033242A
Authority: KR
Inventors: 코헤이 세야마
Original assignee: 가부시키가이샤 신가와
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2016-05-23
Also published as: WO2014141514A1; TWI490956B; KR20150013622A; US9536856B2; CN104335336B; JPWO2014141514A1; SG11201507246VA; US20150380381A1; CN104335336A; TW201436063A; JP5675008B1

Abstract

플립칩 본더에 있어서, 반도체 칩(20)을 반전시키는 흡착 반전 콜릿(30)과, 흡착 반전 콜릿(30)으로 반전시킨 반도체 칩(20)을 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 수취하여 회로 기판(65)에 본딩하는 본딩 툴(50)을 가지고, 흡착 반전 콜릿(30)은 내부에 냉각 공기를 유통시켜 흡착 반전 콜릿(30)을 냉각하는 냉각 유로를 구비하여, 본딩 품질을 저하시키지 않고 본딩 시간을 단축할 수 있다.

Description

플립칩 본더 및 플립칩 본딩 방법{FLIP CHIP BONDER AND FLIP CHIP BONDING METHOD}

본 발명은 플립칩 본더의 구조 및 플립칩 본더를 사용한 플립칩 본딩 방법에 관한 것이다.

반도체 칩을 회로 기판에 실장하는 방법으로서, 반도체 칩에 범프라고 불리는 돌기 전극을 형성하고, 반도체 칩을 회로 기판에 직접 접속하는 플립칩 본딩이 널리 채용되도록 되어 있다. 플립칩 본딩은 반도체 칩의 회로면에 대하여 땜납 등의 재료로 범프(돌기 전극)를 복수 형성하고, 이 범프를 회로 기판 상에 형성된 복수의 전극에 가열 용융에 의해 접합함으로써, 반도체 칩과 회로 기판을 접합하는 것이며, 종래의 와이어 본딩 접속 방식에 비해, 실장 면적을 작게 할 수 있음과 아울러, 전기적 특성이 양호하고, 몰드 봉지(封止)가 불필요하거나 한 이점을 가지고 있다.

플립칩 본딩에 있어서는, 반도체 칩과 회로 기판의 접합부의 접속 신뢰성을 확보하기 위해서, 반도체 칩과 회로 기판의 공극을 언더필 등에 의해 수지 봉지하는 것이 필요한데, 언더필을 사용하면 액상 수지의 충전에 시간이 걸리는 등의 문제가 있을 뿐만 아니라, 반도체 칩과 회로 기판 사이의 간극이 좁아지고 있는 최근의 현상황에서는 액상 수지의 주입이 곤란하게 된다는 문제도 있다. 이 때문에, 반도체 칩의 표면에 미리 절연 수지 필름(NCF)을 붙여 두고, 반도체 칩과 회로 기판의 접합과 동시에 수지를 용융·경화시킴으로써, 반도체 칩과 회로 기판 사이의 수지 봉지를 행하는 본딩 방법이 제안되어 있다.

이 방법에서는 미리 절연 수지 필름(NCF)을 반도체 칩의 표면에 붙여 두고, 절연 수지 필름(NCF)과 함께 반도체 칩을 유지 부재에 흡착하여 픽업한 후, 유지 부재를 회전시켜 절연 수지 필름(NCF)의 면이 하측이 되도록 반도체 칩을 반전시키고, 반도체 칩의 절연 수지 필름(NCF)이 붙여져 있는 면과 반대측의 면에 본딩 툴을 접촉시켜 반도체 칩을 본딩 툴에 흡착시키고, 반도체 칩을 유지 부재로부터 본딩 툴에 전달한다. 따라서, 반도체 칩의 전달시에는 반도체 칩의 절연 수지 필름(NCF)이 붙여져 있는 면이 유지 부재의 상측의 면에 접한 상태로 되어 있고, 본딩 툴에 전달된 반도체 칩은 절연 수지 필름(NCF)의 면이 하측(회로 기판측)으로 되어 있다. 그 후, 본딩 툴에 의해 반도체 칩을 회로 기판에 누름과 아울러, 본딩 툴의 온도를 범프의 용융 온도(300℃정도)까지 상승시키면, 범프의 용융과 동시에 절연 수지 필름(NCF)이 용융하여 반도체 칩과 회로 기판 사이에 들어간다. 그리고, 본딩 툴을 상승시키면, 범프와 절연 수지 필름(NCF)의 온도가 저하하여 용융한 범프의 금속과 용융한 수지가 경화하고, 반도체 칩의 회로 기판으로의 본딩이 종료된다.

본딩이 종료되었을 때는 본딩 툴은 300℃ 정도의 고온으로 되어 있으므로, 이 상태에서 유지 부재로부터 다음 반도체 칩을 수취하면, 고온의 본딩 툴이 반도체 칩에 접촉할 때에 반도체 칩 표면(유지 부재측의 면)에 붙여져 있는 절연 수지 필름(NCF)이 가열되고, 용융하여 유지 부재 표면에 부착되어버린다. 이 때문에, 고온 상태의 본딩 툴을 일단 절연 수지 필름(NCF)의 용융 온도 이하(예를 들면, 50℃정도)까지 냉각한 후, 유지 부재로부터 다음 반도체 칩을 수취하고, 다시 본딩 툴의 온도를 상승시킨 후에 본딩을 행하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 본딩 툴의 냉각은 상온(25~30℃정도)의 공기를 사용하여 행하는 경우가 많고, 300℃정도의 고온 상태의 본딩 툴을 50℃정도까지 냉각하는데 시간이 걸려, 전체적인 본딩 시간이 길어져버린다는 문제가 있었다.

그래서, 유지 부재와 본딩 툴을 접촉시키지 않는 상태, 즉, 본딩 툴로부터 유지 부재로의 열의 전달을 차단한 상태에서, 반도체 칩을 본딩 툴의 표면에 흡인(吸引)함으로써 유지 부재로부터 본딩 툴에 전달하고, 본딩 툴의 냉각을 행하지 않고 본딩을 계속함으로써 본딩 시간을 단축하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2012-174861호

그런데, 플립칩 본딩에서는 다수의 전극을 한번에 접합하기 위해서, 반도체 칩과 회로 기판의 상대 위치를 정확하게 맞추는 것이 필요하다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 종래기술과 같이, 유지 부재에 대하여 간극을 둔 상태에서 반도체 칩을 본딩 툴에 흡착시키는 경우에는, 반도체 칩은 일단 공중에 부유한 후, 본딩 툴의 표면에 흡착되게 되므로, 반도체 칩의 위치, 방향이 크게 어긋나버려, 본딩 품질이 저하되어버린다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은 본딩 품질을 저하시키지 않고 본딩 시간을 단축할 수 있는 플립칩 본더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 플립칩 본더는 반도체 칩을 반전시키는 반전 기구와, 반전 기구로 반전시킨 반도체 칩을 반전 기구로부터 수취하여 기판에 본딩하는 본딩 툴과, 반전 기구를 냉각하는 냉각 기구를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 반전 기구는 반전한 반도체 칩을 유지하는 유지 부재를 포함하고, 냉각 기구는 본딩 툴이 반도체 칩을 수취하기 전에 유지 부재의 온도를 소정의 온도까지 냉각해 두는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 유지 부재의 열 용량은 본딩 툴의 열 용량보다 큰 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 유지 부재는 반도체 칩을 흡착하여 반전시킨 상태에서 본딩 툴에 전달하는 흡착 반전 콜릿인 것으로 해도 적합하고, 유지 부재는 반도체 칩을 반전한 상태에서 이동시키고, 반도체 칩을 반전시킨 상태에서 본딩 툴에 전달하는 이송 스테이지인 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 냉각 기구는 유지 부재의 내면 또는 외면을 냉각하는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 냉각 기구는 기체부(基體部)와, 유지 부재의 표면이 접지하는 접지면을 가지는 접지판과, 접지판에 부착된 방열 부재를 포함하는 냉각 부재를 구비하고, 냉각 부재는 유지 부재의 표면의 방향을 따르도록 접지면의 방향을 가변으로 하는 지지 기구에 의해 기체부에 지지되어 있는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 냉각 부재의 열 용량은 유지 부재의 열 용량보다 큰 것으로 해도 적합하고, 방열 부재는 접지판의 접지면과 반대측의 면에 부착되어 있는 것으로 해도 적합하고, 방열 부재는 방열 핀(fin)이며, 방열 핀을 냉각하는 냉각 팬을 구비하고 있는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본더에 있어서, 지지 기구는 접지면을 따른 제1 축과, 접지면을 따르고, 제1 축과 직교하는 제2 축의 2개의 축의 둘레에 회전이 자유롭게 되도록 접지판을 기체부에 지지하는 것으로 해도 적합하고, 기체부에 설치되고, 그 표면이 접지면에 접지하고 있는 유지 부재에 냉각 공기를 내뿜는 냉각 노즐을 구비하고 있는 것으로 해도 적합하고, 접지판의 접지면은 유지 부재의 표면이 접지했을 때에, 유지 부재로부터 접지판을 향하여 열전도가 발생하는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 플립칩 본딩 방법은, 반도체 칩을 반전시키는 반전 기구와, 반전 기구로 반전시킨 반도체 칩을 반전 기구로부터 수취하여 기판에 본딩하는 본딩 툴과, 반전 기구를 냉각하는 냉각 기구를 가지는 플립칩 본더를 준비하는 공정과, 냉각 기구에 의해 본딩 툴이 반도체 칩을 수취하기 전에 유지 부재의 온도를 소정의 온도까지 냉각해 두는 냉각 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 본딩 품질을 저하시키지 않고 본딩 시간을 단축할 수 있는 플립칩 본더를 제공할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 플립칩 본더의 구성을 나타내는 입면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 플립칩 본더의 흡착 반전 콜릿의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정에 있어서의 본딩 툴의 온도와 흡착 반전 콜릿의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래기술의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정에 있어서의 본딩 툴의 온도와 흡착 반전 콜릿의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 플립칩 본더에 의한 흡착 반전 콜릿의 냉각 온도에 대한 본딩 툴의 반도체 칩 수취 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 플립칩 본더에 의한 흡착 반전 콜릿과 반도체 칩과 본딩 툴의 크기를 나타내는 입면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더의 구성을 나타내는 입면도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 플립칩 본더의 냉각 스테이지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 8에 나타내는 플립칩 본더의 냉각 스테이지의 단면도이다.
도 11은 도 8에 나타내는 플립칩 본더의 냉각 스테이지의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 도 8에 나타내는 플립칩 본더의 다른 냉각 스테이지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 16은 도 8에 나타내는 플립칩 본더의 다른 냉각 스테이지의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더의 구성을 나타내는 입면도이다.
도 18은 도 17에 나타내는 플립칩 본더의 이송 스테이지의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더에 의한 본딩 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 플립칩 본더의 구성을 나타내는 입면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)는 표면(22)에 절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여진 반도체 칩(20)을 픽업하여 반전시킨 후, 본딩 스테이지(60) 위의 회로 기판(65) 위에 실장(본딩)하는 것이다. 본 실시형태의 플립칩 본더(101)는 상면(11)에 반도체 칩(20)을 유지하는 픽업 스테이지(10)와, 픽업 스테이지(10)의 상면(11)으로부터 반도체 칩(20)을 흡착하여 픽업하고, 픽업한 반도체 칩(20)을 반전시키는 반전 기구인 흡착 반전 콜릿(30)과, 반전시킨 반도체 칩(20)을 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 수취하고, 본딩 스테이지(60)에 흡착 고정된 회로 기판(65)에 본딩하는 본딩 툴(50)을 구비하고 있다.

흡착 반전 콜릿(30)은 반도체 칩(20)을 흡착하는 흡착면(32)을 구비하는 유지 부재인 콜릿 본체(31)와, 흡착면(32)과 반대측의 콜릿 본체(31)의 단부가 부착되는 회전 이동축(33)을 구비하고 있다. 회전 이동축(33)은 도시하지 않는 회전 이동 기구에 의해 상하 좌우 방향으로 이동 및 중심축의 둘레에 회전된다. 흡착 반전 콜릿(30)은 회전 이동 기구에 의해 회전 이동축(33)을 상하 좌우로 이동 또는 회전시킴으로써 콜릿 본체(31)를 상하 좌우로 이동시킴과 아울러 회전 이동축(33)의 둘레에 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 이동축(33)은 내부에 회전 이동축(33)의 축방향으로 뻗는 원통 형상의 냉각 공기 유로(34)와, 냉각 공기 유로(34)로부터 회전 이동축(33)의 반경 방향을 향하여 뻗는 냉각 공기 노즐(35)이 설치되어 있고, 콜릿 본체(31)에는 냉각 공기 노즐(35)에 연통하고, 회전 이동축(33)으로부터 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)을 향하여 뻗는 제1 냉각 공기 유로(37)와 제1 냉각 공기 유로(37)에 연통하고, 흡착면(32)을 따른 방향으로 뻗는 제2 냉각 공기 유로(38)가 설치되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 이동축(33)의 내부의 냉각 공기 유로(34)에 유입한 냉각 공기는 냉각 공기 노즐(35)로부터 제1 냉각 공기 유로(37), 제2 냉각 공기 유로(38)를 통과하여 콜릿 본체(31)에 외부로 유출됨으로써, 콜릿 본체(31)의 냉각을 행한다. 본 실시형태에서는 냉각 공기에 의해 콜릿 본체(31)의 냉각을 행하는 것으로서 설명했지만, 냉각 매체는 공기에 한정되지 않고, 물 등의 액체를 사용해도 된다. 냉각 공기 유로(34), 냉각 공기 노즐(35), 제1 냉각 공기 유로(37), 제2 냉각 공기 유로(38)는 냉각 기구를 구성하는 것이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본딩 툴(50)은 본딩 헤드(40)에 부착되고, 본딩 헤드(40)에 의해 수평, 수직 방향으로 이동한다. 또, 본딩 툴(50)은 반도체 칩(20)을 흡착하는 선단의 흡착면(51)(도 1에 있어서의 하측의 면)을 구비하고, 내부에는 반도체 칩(20)에 형성된 범프를 용융할 수 있는 온도(300℃~350℃)까지 반도체 칩(20)을 가열하는 도시하지 않는 펄스 히터가 내장되어 있다.

이하, 도 3, 도 4를 참조하면서 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에 의해 반도체 칩(20)을 회로 기판(65)에 본딩하는 공정을 설명한다. 또한, 도 4에는 나중에 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 종래의 플립칩 본더의 본딩 공정과의 대비를 행하기 위해서, 종래의 플립칩 본더에 의해 플립칩 본딩을 행할 때의 본딩 툴(50)의 온도 TB의 변화를 파선 a에 의해 기재하고, 그 본딩 사이클의 시각을 시각 t11~t16으로서 기재하고 있다. 종래기술의 플립칩 본더와 본 실시형태의 플립칩 본더(101)의 대비 설명은 도 5를 참조하여 종래기술의 플립칩 본더의 본딩 공정을 설명한 후에 행한다.

도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 픽업 스테이지(10)의 상면(11)에는 웨이퍼를 다이싱한 반도체 칩(20)이 유지되어 있다. 반도체 칩(20)의 본딩면(도 3 중의 상측의 면)에는 도시하지 않는 범프가 형성됨과 아울러 절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여져 있다. 우선, 도 3(a)의 화살표 81에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)이 픽업하고자 하는 반도체 칩(20)의 본딩면으로 강하해온다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)은 회전 이동축(33)의 냉각 공기 유로(34), 냉각 공기 노즐(35), 제1 냉각 공기 유로(37), 제2 냉각 공기 유로(38)를 흐르는 냉각 공기에 의해 냉각되어 있으므로, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 도 4(b)에 나타내는 초기 상태의 온도 TC1(예를 들면, 30℃정도)로 되어 있다.

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)이 반도체 칩(20)을 향하여 강하하고, 콜릿 본체(31) 선단의 흡착면(32)이 반도체 칩(20)의 본딩면에 붙여져 있는 절연 수지 필름(NCF)(21)에 접하면, 절연 수지 필름(NCF)(21)이 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 흡착된다. 이 때, 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 절연 수지 필름(NCF)(21)의 용융 온도(60~70℃)보다 낮은 온도 TC1(예를 들면, 30℃정도)로 되어 있으므로, 절연 수지 필름(NCF)(21)이 흡착면(32)에 흡착되어도 절연 수지 필름(NCF)(21)은 용융하지 않는 상태로 되어 있다.

도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)을 화살표 82와 같이 상승시키면, 절연 수지 필름(NCF)(21)과 함께 반도체 칩(20)이 픽업 스테이지(10)의 상면(11)으로부터 픽업된다.

도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(20)을 픽업하면, 흡착 반전 콜릿(30)의 회전 이동축(33)을 도 3(d)의 화살표 83의 방향으로 180도 회전시킴으로써 하측을 향하고 있던 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)을 상방향으로 하고, 반도체 칩(20)의 표면(22)(절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여져 있는 본딩면과 반대측의 면)이 도 3(d)에 있어서 상방향이 되도록 반도체 칩(20)을 반전시킨다.

도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)을 상방향으로 유지한 채, 반도체 칩(20)을 유지한 상태에서, 본딩 툴(50)로의 반도체 칩(20)의 전달 위치까지 흡착 반전 콜릿(30)을 이동시킨다. 흡착 반전 콜릿(30)이 반도체 칩(20)의 전달 위치까지 이동하면, 본딩 헤드(40)는 도 4(b)에 나타내는 시각 t1에 본딩 툴(50)의 선단의 흡착면(51)을 반도체 칩(20)의 표면(22)(절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여져 있는 본딩면과 반대측의 면)에 접촉시킨다. 그리고, 흡착 반전 콜릿(30)에 의한 반도체 칩(20)의 흡인 유지를 정지하고, 본딩 툴(50)에 의한 반도체 칩(20)의 흡착을 개시함으로써, 반도체 칩(20)을 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)으로부터 본딩 툴(50)의 흡착면(51)에 전달한다.

도 4(b)에 나타내는 시각 t1에 있어서의 본딩 툴(50)의 온도 TB는 도 4(a)의 실선 A로 나타내는 바와 같이, 온도 TB2로 되어 있다. 온도 TB2는 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 초기 온도 TC1(30℃정도)보다 높은 예를 들면 100℃정도의 온도이다. 그리고, 시각 t1에 본딩 툴(50)의 선단의 흡착면(51)이 반도체 칩(20)의 표면(22)(절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여져 있는 본딩면과 반대측의 면)에 접촉하면, 고온의 본딩 툴(50)로부터 반도체 칩(20)을 통하여 흡착 반전 콜릿(30)에 열이 이동하고, 콜릿 본체(31)의 온도는 초기 온도의 온도 TC1(30℃정도)로부터 급속히 상승을 개시한다. 반도체 칩(20)을 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)으로부터 본딩 툴(50)의 흡착면(51)에 전달할 때까지 매우 짧은 시간(예를 들면, 0.1~0.2초)의 사이에 콜릿 본체(31)의 온도는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 온도 TC2(50℃정도)까지 상승한다. 이 온도 TC2(50℃정도)는 절연 수지 필름(NCF)(21)의 용융 온도(60~70℃)보다 낮은 온도이기 때문에, 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)으로부터 본딩 툴(50)의 흡착면(51)에 반도체 칩(20)을 전달하고 있는 사이에 절연 수지 필름(NCF)은 용융하지 않고, 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 용융하여 수지가 부착되는 일도 없다.

본딩 툴(50)이 도 4(a)에 나타내는 시각 t1에서 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 반도체 칩(20)을 수취한 후, 본딩 헤드(40)는 도 3(f)에 나타내는 바와 같이 본딩 툴(50)을 상승시키고, 도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 도 4(a)에 나타내는 시각 t101에 본딩 스테이지(60) 위에 흡착 고정되어 있는 회로 기판(65) 위의 소정의 위치에 반도체 칩(20)을 누른다. 그리고, 본딩 툴(50)은 도 4(a)의 시각 t101로부터 시각 t102의 사이에 내장하고 있는 펄스 히터에 의해 그 온도를 반도체 칩(20)에 형성된 범프를 용융할 수 있는 온도(300℃~350℃)까지 상승시킨다. 그 후, 도 4(a)에 나타내는 시각 t102로부터 시각 t103의 사이, 본딩 헤드(40)는 고온(300℃~350℃) 상태의 본딩 툴(50)에 의해 반도체 칩(20)과 절연 수지 필름(NCF)(21)을 가열, 압압하고, 반도체 칩(20)에 형성된 범프 및 절연 수지 필름(NCF)(21)을 용융시킨다. 그 후, 본딩 헤드(40)는 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 흡착을 정지함과 아울러, 본딩 툴(50)에 내장되어 있는 펄스 히터를 정지시키고, 본딩 툴(50)을 상승시킨다. 이 때, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에서는 도시하지 않는 냉각 장치에 의해 본딩 툴(50)을 냉각한다. 그러면, 도 4(a)에 나타내는 시각 t103으로부터 본딩 툴(50)의 온도 TB는 저하를 개시하고, 도 4(b)에 나타내는 시각 t2에 초기 온도의 온도 TB2(100℃정도)가 된다.

한편, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 회전 이동축(33)의 냉각 공기 유로(34), 냉각 공기 노즐(35), 제1 냉각 공기 유로(37), 제2 냉각 공기 유로(38)를 흐르는 냉각 공기에 의해 냉각되어 있으므로, 도 4(b)에 나타내는 시각 t1에 반도체 칩(20)을 본딩 툴(50)에 전달하고, 도 3(f)에 나타내는 바와 같이 본딩 툴(50)이 콜릿 본체(31)로부터 떨어져 본딩 툴(50)로부터의 입열이 없어지면, 도 4(b)의 선 D에 나타내는 바와 같이 그 온도는 저하되어간다. 그리고, 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 도 4(b)에 나타내는 시각 t2에 초기 온도의 온도 TC1(30℃정도)까지 저하한다.

이후, 초기 온도의 TC1(30℃정도)까지 저하한 흡착 반전 콜릿(30)에 의해 반도체 칩(20)을 픽업하여 반전시키고, 초기 온도의 온도 TB1(100℃정도)의 본딩 툴(50)에 반도체 칩(20)을 전달하여 본딩하는 공정을 반복하여, 다수의 반도체 칩(20)을 회로 기판(65) 위에 순차 접합해간다.

다음에, 도 5를 참조하면서, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 종래의 플립칩 본더에 의해 플립칩 본딩을 행할 때의 본딩 툴(50)과 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 온도 TC의 변화에 대해서 설명한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 종래의 플립칩 본더의 경우, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 초기 상태에 있어서, 본딩 툴(50)의 온도 TB는 절연 수지 필름(NCF)(21)의 용융 온도(60~70℃)보다 낮은 온도 TB1(50℃정도)까지 냉각되어 있다. 한편, 초기 상태에 있어서, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 실온과 동일한 정도의 온도 TC1(30℃정도)로 되어 있다. 그리고, 도 5에 나타내는 시간 t11에 있어서, 도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 본딩 툴(50)이 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 흡착되어 있는 반도체 칩(20)에 접촉하고, 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 반도체 칩(20)을 수취할 때에, 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 본딩 툴(50)의 초기 온도 TB1(50℃정도)과 콜릿 본체(31)의 초기 온도 TC1(30℃정도)의 온도차에 의해 약간 상승한다. 콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 종래의 플립칩 본더에 있어서는, 본딩 툴(50)의 온도 TB를 본 실시형태의 플립칩 본더(101)의 경우의 온도 TB2(100℃정도)보다 낮은 온도 TB1(50℃정도)로 하여 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 본딩 툴(50)에 반도체 칩(20)을 전달하고 있으므로, 그 때의 온도 상승은 도 4(a), 도 4(b)를 참조하여 설명한 본 실시형태의 플립칩 본더(101)의 경우보다 훨씬 작게 되어 있다.

종래기술의 플립칩 본더에서는 도 5(b)에 나타내는 시간 t111에 본딩 툴(50)을 회로 기판(65)에 접지시키고, 시간 t111로부터 t112까지의 사이에 본딩 툴(50)의 온도 TB를 반도체 칩(20)에 형성된 범프를 용융할 수 있는 온도(300℃~350℃)까지 상승시키고, 그 후, 도 5(a)에 나타내는 시각 t112로부터 시각 t113의 사이, 고온(300℃~350℃) 상태의 본딩 툴(50)에 의해 반도체 칩(20)과 절연 수지 필름(NCF)(21)을 가열, 압압하고, 반도체 칩(20)에 형성된 범프 및 절연 수지 필름(NCF)(21)을 용융시킨다. 그 후, 본딩 헤드(40)는 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 흡착을 정지함과 아울러, 본딩 툴(50)에 내장되어 있는 펄스 히터를 정지시키고, 본딩 툴(50)을 상승시킨다. 이 때, 종래기술에 있어서의 플립칩 본더에서도 도시하지 않는 냉각 장치에 의해 본딩 툴(50)을 냉각한다. 그러면, 도 5(a)의 시각 t113으로부터 본딩 툴(50)의 온도 TB는 저하를 개시하고, 도 5(b)에 나타내는 시각 t12에 초기 온도의 온도 TB1(50℃정도)의 온도로 되어 있다.

한편, 종래기술의 플립칩 본더에서는 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 냉각을 행하지 않으므로, 도 5(b)에 나타내는 시각 t11에 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 본딩 툴(50)로의 반도체 칩(20)의 전달이 끝나도, 콜릿 본체(31)의 온도는 거의 저하하지 않고, 초기 온도의 TC1(30℃정도)보다 약간 높은 온도인 채로 되어 있다. 이 때문에, 도 5(b)에 나타내는 일점쇄선 b에 나타내는 바와 같이, 시각 t12~t18에 있어서 흡착 반전 콜릿(30)으로부터 본딩 툴(50)에 반도체 칩(20)을 전달할 때마다, 콜릿 본체(31)의 온도는 조금씩 상승하고, 최종적으로는 온도 TC3이 된다. 온도 TC3은 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)을 수취할 때의 온도인 온도 TB1(50℃정도)과 동일 온도이다.

이 때문에 콜릿 본체(31)의 냉각을 행하지 않는 종래기술의 플립칩 본더에서는 본딩 툴(50)의 반도체 수취 온도는 본딩 툴(50)의 온도를 본딩시의 300~350℃로부터 온도 TB1(50℃정도)까지 저하시키는 것이 필요하게 된다. 그런데, 통상, 본딩 툴(50)의 냉각은 실온(25℃~30℃정도)의 공기를 내뿜는 것에 의해 행하므로, 온도 TB1(50℃정도)까지 저하시키는 것과, 본 실시형태의 플립칩 본더와 같이 온도 TB2(100℃정도)까지 저하시키는 것에서는 그 냉각 시간에 큰 차가 난다.

다음에, 도 4(a)를 참조하면서, 콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 종래기술의 플립칩 본더와 본 실시형태의 플립칩 본더(101)의 본딩 공정의 상이점에 대해서 설명한다.

도 4(a)의 점선 a에 나타내는 바와 같이, 종래기술의 플립칩 본더에 있어서, 본딩 툴(50)의 온도를 TB3(300~350℃)으로부터 TB1(50℃정도)까지 저하시키는 시간(도 4에 나타내는 시각 t103과 시각 t12의 사이)과, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에 있어서 본딩 툴(50)의 온도를 온도 TB3(300~350℃)으로부터 TB2(100℃정도)까지 저하시키는 시간(도 4에 나타내는 시각 t103과 시각 t2의 사이)의 시간차 Δt는 4~5초정도가 된다. 종래기술의 플립칩 본더에 의해 반도체 칩(20)을 픽업하고나서 본딩을 행하고, 본딩 툴(50)의 냉각이 완료할 때까지의 사이클 타임은(도 4에 나타내는 시각 t11과 t12의 사이) 14~15초 정도이므로, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에 있어서, 콜릿 본체(31)의 냉각을 행한 경우에는, 플립칩 본딩의 사이클 타임(도 4에 나타내는 시각 t1과 시각 t2의 사이)을 14~15초로부터 10초정도까지, 약2/3로 단축하는 것이 가능하다. 또, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에서는 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)에 흡착 유지되어 있는 반도체 칩(20)에 본딩 툴(50)을 접촉시키고나서 흡착 반전 콜릿(30)의 반도체 칩(20)의 흡착 유지를 개방하여 본딩 툴(50)에 반도체 칩(20)을 전달하므로, 특허문헌 1에 기재된 종래기술의 플립칩 본더와 같은 반도체 칩(20)의 전달시에 반도체 칩(20)의 위치가 크게 어긋나는 것이 억제되어, 본딩 품질을 유지하는 것이 가능하게 된다.

즉, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)에 있어서는, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 냉각함으로써, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 종래기술보다 높게 하고, 본딩 후의 본딩 툴(50)의 냉각 시간을 단축할 수 있으므로 플립칩 본딩의 사이클 타임을 대폭 단축할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플립칩 본더(101)는 본딩 품질을 저하시키지 않고 본딩 시간을 단축할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

다음에, 도 6, 도 7을 참조하면서, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1(도 4(b)의 선 D로 나타내는 콜릿 본체(31)의 냉각 후의 온도 TC1)에 대한 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2(도 4(a)의 선 A로 나타내는 본딩 툴(50)의 냉각 후의 온도 TB2)의 관계에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

도 4(b)의 곡선 D로 나타내는 바와 같이, 콜릿 본체(31)의 온도가 상승하는 것은, 도 7(a), 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 온도 TB2의 고온의 본딩 툴(50)로부터 온도 TC1의 저온의 콜릿 본체(31)를 향하여 열이 이동함으로써 발생하는 것이다. 도 7(a), 도 7(b)에 있어서 흰 화살표는 열 이동의 방향을 나타내고, 그 굵기는 열 이동량의 크기를 나타낸다. 그리고, 온도 상승 후의 콜릿 본체(31)의 온도 TC2가 절연 수지 필름(NCF)(21)의 용융 온도(60~70℃)에 가깝게 되면 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 접하고 있는 절연 수지 필름(NCF)(21)의 연화, 용융이 발생하고, 용융하여 수지가 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 부착되게 된다. 따라서, 온도 상승 후의 콜릿 본체(31)의 온도 TC2는 절연 수지 필름(NCF)(21)의 연화, 용융이 발생하지 않는 50℃정도의 온도로 할 필요가 있다. 한편, 플립칩 본딩의 사이클 타임을 짧게 하기 위해서는, 반도체 칩(20)의 전달시의 본딩 툴(50)의 온도 TB2를 가능한 한 높게 하는 것이 좋다.

그래서, 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1과, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2는 예를 들면 도 6과 같은 그래프에 의해 선정하는 것으로 해도 된다. 도 6의 선 e는 도 7(a)에 기재한 바와 같이, 전달하는 반도체 칩(20)의 폭이 D1로 크고, 반도체 칩(20)을 전달할 때에 본딩 툴(50)로부터 콜릿 본체(31)로 이동하는 열량이 크며, 콜릿 본체(31)의 온도 TC가 상승하기 쉬운 경우에, 콜릿 본체(31)의 온도 TC2를 50℃ 이하로 하는 것 같은 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1에 대한 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2의 관계를 규정하는 선이며, 도 6의 선 f는 도 7(b)에 기재한 바와 같이, 전달하는 반도체 칩(20)의 폭이 D2로 작고, 반도체 칩(20)을 전달할 때에 본딩 툴(50)로부터 콜릿 본체(31)로 이동하는 열량이 작으며, 콜릿 본체(31)의 온도 TC가 상승하기 어려운 경우에, 콜릿 본체(31)의 온도 TC2를 50℃ 이하로 하는 것 같은 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1에 대한 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2의 관계를 규정하는 선이다.

콜릿 본체(31)를 냉각하지 않는 경우에는, 종래기술의 플립칩 본딩에 있어서 설명한 바와 같이, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2는 50℃이다(도 6의 점 g). 이것은 반도체 칩(20)의 폭이 큰 경우도 작은 경우도 마찬가지이다.

콜릿 본체(31)를 냉각하는 경우에서 도 6의 선 e에 나타내는 바와 같이 반도체 칩(20)의 폭이 큰 경우에는, 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1이 예를 들면 30℃인 경우에는, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 100℃까지 높게 한 경우에도 콜릿 본체의 온도 상승은 50℃ 이하가 된다. 또한, 온도가 낮은 냉매에 의해 콜릿 본체(31)를 냉각하고, 콜릿 본체(31)의 온도를 10℃정도까지 저하시킨 경우에는, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 100℃까지 높게 한 경우에도 콜릿 본체의 온도 상승은 50℃ 이하가 된다.

또, 콜릿 본체(31)를 냉각하는 경우에서 도 6의 선 f에 나타내는 바와 같이 반도체 칩(20)의 폭이 작은 경우에는, 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1이 예를 들면 30℃인 경우에는, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 150℃까지 높게 한 경우에도 콜릿 본체의 온도 상승은 50℃ 이하가 된다. 또한, 온도가 낮은 냉매에 의해 콜릿 본체(31)를 냉각하고, 콜릿 본체(31)의 온도를 10℃정도까지 저하시킨 경우에는, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 250℃까지 높게 한 경우에도 콜릿 본체의 온도 상승은 50℃ 이하가 된다.

즉, 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1을 낮게 할수록, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다. 또, 전달하는 반도체 칩(20)의 크기가 작아지면, 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1이 동일한 온도라도 반도체 칩(20)을 전달할 때에 본딩 툴(50)로부터 콜릿 본체(31)로 이동하는 열량이 적어지므로, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 보다 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다.

콜릿 본체(31)의 열 용량이 본딩 툴(50)의 열 용량에 대하여 큰 경우에는, 본딩 툴(50)로부터 콜릿 본체(31)로 이동하는 열량이 동일한 경우라도 콜릿 본체(31)의 온도 상승은 작아지므로, 콜릿 본체(31)의 열 용량이 본딩 툴(50)의 열 용량에 대하여 클수록, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다.

콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2는 상기와 같은 특성을 고려한 다음, 예를 들면, 시험 등에 의해 결정하는 것으로 해도 된다. 또한. 도 6은 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2의 관계의 특성을 나타내는 개념도이며, 그 관계, 특성은 도 6에 나타낸 직선 이외의 경우도 있다.

다음에, 도 8 내지 도 14를 참조하면서, 본 발명의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 플립칩 본더(102)는 냉각 기구로서 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)을 접촉시켜 콜릿 본체(31)의 냉각을 행하는 냉각 스테이지(110)를 구비하는 것이다.

도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이, 냉각 스테이지(110)는 기체부(基體部)인 프레임(112)과, 콜릿 본체(31)의 선단의 흡착면(32)이 접지하는 접지면(114a)을 가지는 접지판(114)과, 접지판(114)의 접지면(114a)과 반대측의 면에 부착된 방열 부재인 방열 핀(115)을 포함하는 냉각 부재(116)를 구비하고, 접지판(114)은 지지 기구(200)에 의해 접지면(114a)의 방향이 가변이 되도록 프레임(112)에 부착되어 있다. 또, 프레임(112)의 측면에는 브래킷(121)을 통하여 부착되고, 접지면(114a)의 표면 근방을 따라 취출 구멍(吹出穴)(120)으로부터 냉각 공기를 분출하는 냉각 노즐(119)과, 냉각 노즐(119)에 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급관(117, 118)이 부착되어 있다. 또, 냉각 부재(116)의 방열 핀(115)의 하측에는 방열 핀(115)에 냉각 공기를 내뿜는 냉각 팬(122)이 배치되어 있다.

도 10, 도 11에 나타내는 바와 같이, 지지 기구(200)는 접지판(114)의 중심(125)을 통과하여 접지면(114a)을 따른 X축(126)에 직교하는 제2 축인 Y축(127)의 둘레에 회전이 자유롭게 되도록, 핀(pin)(123)에 의해 프레임(112)의 사각진 개구의 내측에 부착되어 있는 사각 환 형상의 중간 프레임(113)과, 중간 프레임(113)의 내측에 부착되고, 접지판(114)의 중심(125)을 통과하여 접지면(114a)을 따른 제1 축인 X축(126)의 둘레에 접지판(114)을 회전이 자유롭게 지지하는 핀(124)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 접지판(114)은 프레임(112)에 대하여, 중심(125)을 통과하는 X축(126) 및 Y축(127)의 둘레에 회전이 자유롭게, 프레임(112)에 대한 접지면(114a)의 방향 또는 접지면(114a)의 경사가 가변이 되도록 지지되어 있다. 또, 도 10에 나타내는 바와 같이, 방열 핀(115)은 접지판(114)의 하측의 면(접지면(114a)과 반대측의 면)에 고정되고, 접지판(114)과 일체가 되어 이동하므로, 접지판(114)과 방열 핀(115)을 포함하는 냉각 부재(116)는 전체적으로 접지판(114)의 중심(125)을 통과하는 X축(126) 및 Y축(127)의 둘레에 회전이 자유롭게 된다.

접지판(114)의 표면인 접지면(114a)은 콜릿 본체(31)의 선단의 흡착면(32)이 밀착할 수 있는 것 같은 평면으로 되어 있고, 접지판(114)과 방열 핀(115)을 포함하는 냉각 부재(116)의 열 용량은 콜릿 본체(31)의 열 용량보다 크게 되도록 구성되어 있다.

이상과 같이 구성된 냉각 스테이지(110)를 구비하는 플립칩 본더(102)에 의한 플립칩 본딩의 동작에 대해서 도 12 내지 도 14를 참조하면서 설명한다. 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다.

도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 초기 상태에서는 흡착 반전 콜릿(30)의 흡착면(32)은 냉각 스테이지(110)의 상면에 접하여 냉각되고, 예를 들면, 30℃정도의 상온으로 되어 있다. 도 12(b)의 화살표 91에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않는 회전 이동 기구에 의해 회전 이동축(33)을 상하 좌우로 이동시켜, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 픽업하고자 하는 반도체 칩(20)의 직상까지 이동시키고, 도 12(b)의 화살표 92에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)을 픽업할 반도체 칩(20) 위에 강하시킨다. 도 12(c)에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)이 반도체 칩(20)의 표면의 절연 수지 필름(NCF)(21)에 접하면, 흡착 반전 콜릿(30)은 절연 수지 필름(NCF)(21)을 흡착하고, 도 12(d)의 화살표 93에 나타내는 바와 같이 절연 수지 필름(NCF)(21)과 반도체 칩(20)을 픽업한다. 그리고, 도시하지 않는 회전 이동 기구에 의해 도 12(e)의 화살표 94에 나타내는 바와 같이 회전 이동축(33)의 둘레에 콜릿 본체(31)를 회전시켜, 픽업한 반도체 칩(20)을 반전시키고, 도시하지 않는 회전 이동 기구에 의해 회전 이동축(33)을 이동시키고, 도 13(f)에 나타내는 바와 같이, 콜릿 본체(31)를 본딩 툴(50)과의 사이에서 반도체 칩(20)의 전달을 행하는 전달 위치까지 이동시킨다. 도 13(f)의 화살표 95에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(40)는 본딩 툴(50)의 흡착면(51)을 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)에 반전 상태로 흡착 유지되어 있는 반도체 칩(20)의 표면(22)(절연 수지 필름(NCF)(21)이 붙여져 있는 본딩면과 반대측의 면)에 접촉시켜, 반도체 칩(20)을 흡착하고, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)로부터 반도체 칩(20)을 수취한다. 반도체 칩(20)의 전달시, 콜릿 본체(31)의 온도 TC는 도 4(b)의 시각 t1에 나타내는 바와 같이 30℃정도의 초기의 온도 TC1로부터 50℃정도의 온도 TC2까지 상승한다. 도 13(i)의 화살표 98에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(40)는 본딩 툴(50)을 본딩 스테이지(60)에 고정되어 있는 회로 기판(65)의 소정의 위치에 접지시킨다. 그리고, 본딩 툴(50)에 내장되어 있는 펄스 히터에 의해 본딩 툴(50)을 가열하여 반도체 칩(20)의 범프 및 절연 수지 필름(NCF)을 용융시켜, 반도체 칩(20)을 회로 기판(65) 위에 본딩한다.

도 4(b)에서 설명한 바와 같이, 반도체 칩(20)을 전달한 후의 콜릿 본체(31)의 온도는 50℃정도의 온도 TC2로 되어 있다. 도 13(h)의 화살표 97에 나타내는 바와 같이, 회전 이동 기구는 회전 이동축(33)의 흡착면(32)이 하측이 되도록 회전시킴과 아울러 콜릿 본체(31)의 중심을 냉각 스테이지(110)의 중심으로 이동시킨다. 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 냉각 스테이지(110)의 냉각 팬(122)은 회전하고 있어, 방열 핀(115)에 도면 중의 화살표 R로 나타내는 바와 같이, 냉각 공기를 보내고 있으므로, 접지판(114), 방열 핀(115)은 대략 상온 상태로 되어 있다.

콜릿 본체(31)를 도 14(b)에 나타내는 화살표 P와 같이 하방향(Z방향 마이너스측)으로 이동시키고, 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)을 접지판(114)의 표면의 접지면(114a)에 접지시킨다. 도 10, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 접지판(114)은 지지 기구(200)에 의해 프레임(112)에 대하여 접지판(114)의 중심(125)을 통과하는 X축(126), Y축(127)의 둘레에 회전이 자유롭게 되도록 프레임(112)에 부착되어 있으므로, 그 접지면(114a)의 경사(접지면(114a)의 방향)는 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)의 경사(선단면의 방향)를 따라 X축(126)의 둘레, Y축(127)의 둘레에 자유롭게 회전한다. 이것에 의해 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)은 접지면(114a)에 밀착한다. 접지판(114)은 방열 핀(115)과는 일체로 고정되어 있는 점에서, 접지면(114a)에 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)이 밀착하면 콜릿 본체(31)의 열은 도 14(b)의 화살표 S에 나타내는 바와 같이, 상온으로 유지되어 있는 접지판(114), 방열 핀(115)을 향하여 흘러간다. 접지판(114) 및 방열 핀(115)을 포함하는 냉각 부재(116)의 열 용량은 콜릿 본체(31)의 열 용량보다 크게 되도록 구성되어 있으므로, 콜릿 본체(31)의 온도는 급속히 저하되어간다. 또, 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)이 접지판(114)의 접지면(114a)에 밀착하고 있을 때에, 프레임(112)의 옆에 부착한 냉각 노즐(119)의 취출 구멍(120)으로부터 접지면(114a)을 따른 방향(화살표 Q의 방향)으로 냉각 공기를 분출하여 콜릿 본체(31)의 선단에 쏘아, 콜릿 본체(31)의 외면으로부터도 냉각을 행한다.

소정의 시간만큼 콜릿 본체(31)를 접지판(114)의 접지면(114a)에 밀착시키면, 콜릿 본체(31)의 온도는 도 4(b)에 나타내는 초기 온도 TC1까지 저하한다. 냉각 스테이지(110)의 냉각 팬(122)은 도 14(a)에 나타내는 바와 같이 콜릿 본체(31)의 흡착면(32)이 접지판(114)의 접지면(114a)으로부터 떨어진 후에도 냉각 공기를 방열 핀(115)에 계속해서 보내고 있으므로, 접지판(114)과 방열 핀(115)에 의해 구성되어 있는 냉각 부재(116)는 본딩 툴(50)에 의해 반도체 칩(20)의 본딩을 행하고 있는 사이에 초기 온도의 온도 TC1까지 냉각된다.

냉각이 종료하면, 다시 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 다음에 픽업할 반도체 칩(20) 위로 이동하여 다음 반도체 칩(20)의 픽업과 본딩을 행한다.

본 실시형태의 플립칩 본더(102)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시형태의 플립칩 본더(101)와 마찬가지로 본딩 품질을 저하시키지 않고 본딩 시간을 단축할 수 있다는 효과를 나타내는 것이다.

도 8 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시형태의 플립칩 본더(102)에서는, 냉각 스테이지(110)는 도 10, 도 11에 나타내는 바와 같이, 2개의 핀(123, 124)과 중간 프레임(113)을 조합시킨 지지 기구(200)에 의해 프레임(112)에 부착되고, 접지판(114)이 XY의 각 축에 대하여 회전이 자유롭게 되는 것으로서 설명했지만, 접지판(114)이 XY의 각 축에 대하여 회전이 자유롭게 되면, 이하에 설명하는 바와 같은 구성으로 해도 된다.

도 15, 도 16을 참조하여 다른 구성의 냉각 스테이지(110)의 구성에 대해서 설명한다. 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 15에 나타내는 냉각 스테이지(110)는 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한 냉각 스테이지(110)의 지지 기구(200)를, 접지판(114)의 하면에 설치한 함몰부(211)를 프레임(112)에 설치한 지지 핀(pin)(212)으로 피봇 지지하는 피봇 지지 기구(210)로 한 것이다. 또, 도 16에 나타내는 냉각 스테이지(110)는 접지판(114)의 네 모서리를 스프링(221)으로 지지하는 스프링 지지 기구(220)로 한 것이다. 또, 도 15에 나타낸 냉각 스테이지(110)의 피봇 지지 기구(210) 대신에 접지판(114)의 하면에 설치한 구면 형상의 함몰부를 프레임(112)에 설치한 구면 형상의 대좌로 지지하도록 해도 된다. 도 15, 도 16에 나타낸 냉각 스테이지(110)는 XY 각 축에 대하여 회전이 자유로움과 아울러, Z축에 대해서도 회전이 자유롭다. 또, 방열 핀(115)은 접지판(114)의 열을 방열할 수 있도록 접지판(114)과 일체로 되어 있으면 되고, 도 15에 나타내는 바와 같이, 접지판(114)의 옆에 배치해도 된다. 또한, 냉각 부재(116)는 방열 핀(115)이 아니라, 예를 들면, 내부에 냉각수를 흘리는 등 공기 이외의 냉매에 의해 냉각하는 것이어도 된다.

또한, 도 8 내지 도 16을 참조하여 설명한 실시형태의 플립칩 본더(102)에서는, 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)를 냉각 스테이지(110)로 냉각하는 것으로서 설명했지만, 냉각 스테이지(110)와 마찬가지의 구조로 본딩 툴(50)의 선단의 흡착면(51)을 밀착시켜 냉각하는 다른 냉각 스테이지를 설치하고, 콜릿 본체(31)와 마찬가지로 본딩 툴(50)을 냉각하도록 해도 된다.

다음에 도 17, 도 18을 참조하면서 본 발명의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 플립칩 본더(103)는 흡착 반전 콜릿(30)으로 반전시킨 반도체 칩(20)을 직접 본딩 툴(50)에 전달하는 대신, 흡착 반전 콜릿(30)에 의해 반전시킨 반도체 칩(20)을 이송 헤드(70)에 부착된 콜릿(71)으로 수취하여, 이송 스테이지(75)의 표면(76)에 재치하고, 이송 스테이지(75)는 반도체 칩(20)을 반전한 상태로 유지하면서, 본딩 툴(50)로의 전달 위치까지 반송한다. 그리고, 본딩 툴(50)은 이송 스테이지(75)의 표면(76)으로부터 반전 상태의 반도체 칩(20)을 수취하고, 본딩 스테이지(60) 위에 흡착 고정된 회로 기판(65) 위에 본딩하는 것이다. 본 실시형태의 플립칩 본더(103)에서는 본딩 툴(50)과 이송 스테이지(75) 사이에서 반도체 칩(20)의 전달이 행해지므로, 반도체 칩(20)의 전달시에 이송 스테이지(75)의 온도가 도 4(b)에 나타낸 콜릿 본체(31)와 마찬가지로 온도 TC1로부터 온도 TC2로 상승하는 것이다. 또한, 이송 헤드(70)에 부착되어 있는 콜릿(71)은 상온에서 사용되는 것이므로, 본 실시형태의 플립칩 본더(103)에서는 흡착 반전 콜릿(30)은 상온이며, 온도의 상승은 없는 것이다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, 흡착 반전 콜릿(30)과, 이송 헤드(70), 콜릿(71) 및 이송 스테이지(75)는 반전 기구를 구성하고, 이송 스테이지(75)는 반전한 반도체 칩(20)을 유지하는 유지 부재이다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 이송 스테이지(75)는 그 하면(반도체 칩(20)을 유지하는 표면(76)과 반대측의 면)으로부터 표면(76)을 향하여 뻗는 공기 유입로(77)와, 공기 유입로(77)에 연통하여 표면(76)을 따른 방향으로 뻗는 수평 냉각 유로(78)를 구비하고 있다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 공기 유입로(77)에 유입한 냉각 공기는 수평 냉각 유로(78)를 통과하여 이송 스테이지(75)의 측면으로부터 외부로 유출됨으로써, 이송 스테이지(75)의 냉각을 행한다. 본 실시형태에서는 냉각 공기에 의해 이송 스테이지(75)의 냉각을 행하는 것으로서 설명했지만, 냉각 매체는 공기에 한정되지 않고, 물 등의 액체를 사용해도 된다. 공기 유입로(77), 수평 냉각 유로(78)는 냉각 기구를 구성하는 것이다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플립칩 본더(103)에 있어서도, 본딩 툴(50)은 본딩 헤드(40)에 부착되고, 본딩 헤드(40)에 의해 수평, 수직 방향으로 이동한다. 또, 본딩 툴(50)은 반도체 칩(20)을 흡착하는 선단의 흡착면(51)(도 1에 있어서의 하측의 면)을 구비하고, 내부에는 반도체 칩(20)에 형성된 범프를 용융할 수 있는 온도(300℃~350℃)까지 반도체 칩(20)을 가열하는 도시하지 않는 펄스 히터가 내장되어 있다.

이하, 도 19, 도 20을 참조하면서 본 실시형태의 플립칩 본더(103)에 의해 반도체 칩(20)을 회로 기판(65)에 본딩하는 공정을 설명한다. 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시형태와 동일한 공정, 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.

도 19(a) 내지 도 19(d)에 나타내는 바와 같이, 흡착 반전 콜릿(30)에 의해 반도체 칩(20)을 흡착, 픽업하고, 반전시킨다. 그 후, 도 19(e)의 화살표 84에 나타내는 바와 같이, 이송 헤드(70)에 부착된 콜릿(71)의 흡착면(72)을 반도체 칩(20)의 표면(22)에 접촉시켜 반도체 칩(20)을 흡착 반전 콜릿(30)의 콜릿 본체(31)로부터 수취하고, 도 19(f)의 화살표 87에 나타내는 바와 같이, 이송 헤드(70)에 의해 콜릿(71)을 이송 스테이지(75) 위에 이동시키고, 콜릿(71)에 흡착한 반도체 칩(20)을 이송 스테이지(75)의 표면(76)에 전달한다. 도 20(g)에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(20)의 이송 스테이지(75)로의 전달이 끝나면, 이송 헤드(70)는 콜릿(71)을 상승시킨다. 이송 스테이지는 표면(76)에 반전한 상태의 반도체 칩(20)을 유지한 채, 도 20(g)의 흰 화살표 88에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(20)의 본딩 툴(50)로의 전달 위치까지 이동한다. 도 20(h)에 나타내는 바와 같이, 이송 스테이지(75)가 소정의 전달 위치에 오면, 본딩 툴(50)은 이송 스테이지(75)의 표면(76)으로부터 반도체 칩(20)을 수취하고, 본딩 스테이지(60)의 표면(61)에 흡착 유지되어 있는 회로 기판(65) 위에 반도체 칩(20)을 본딩한다.

본딩 툴(50)에 반도체 칩(20)을 전달했을 때에 이송 스테이지(75)의 온도는 도 4(b)의 시각 t1에 나타내는 콜릿 본체(31)의 온도와 마찬가지로 초기의 30℃정도의 온도 TC1로부터 50℃정도의 온도 TC2로 상승한다. 그 후, 이송 스테이지(75)는 공기 유입로(77), 수평 냉각 유로(78)에 흐르는 냉각 공기에 의해 냉각되어, 그 온도는 도 4(b)의 시각 t2에 나타내는 콜릿 본체(31)의 온도와 마찬가지로 초기의 온도 TC1로 되돌아간다.

본 실시형태의 플립칩 본더(103)에 있어서는, 본딩 툴(50)과의 사이에서 반도체 칩(20)의 전달을 행하는 이송 스테이지(75)를 냉각함으로써, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 종래기술보다 높게 하고, 본딩 후의 본딩 툴(50)의 냉각 시간을 단축할 수 있으므로 플립칩 본딩의 사이클 타임을 대폭 단축할 수 있는 것이다.

또한, 이송 스테이지(75)의 냉각 온도와 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2와의 관계는, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한 콜릿 본체(31)의 냉각 온도 TC1과 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2와의 관계와 마찬가지로, 이송 스테이지(75)의 냉각 온도를 낮게 할수록, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다. 또, 전달하는 반도체 칩(20)의 크기가 작아지면, 이송 스테이지(75)의 냉각 온도가 동일한 온도여도, 반도체 칩(20)을 전달할 때에 본딩 툴(50)로부터 이송 스테이지(75)로 이동하는 열량이 적어지므로, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 보다 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다. 또, 이송 스테이지(75)의 열 용량이 본딩 툴(50)의 열 용량에 대하여 큰 경우에는, 본딩 툴(50)로부터 이송 스테이지(75)로 이동하는 열량이 동일한 경우에도 이송 스테이지(75)의 온도 상승은 작아지므로, 이송 스테이지(75)의 열 용량이 본딩 툴(50)의 열 용량에 대하여 클수록, 본딩 툴(50)의 반도체 칩(20)의 수취 온도 TB2를 높게 할 수 있고, 본딩의 사이클 타임을 보다 짧게 할 수 있다.

도 21을 참조하면서 본 발명의 다른 실시형태의 플립칩 본더(104)에 대해서 설명한다. 앞서 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명은 생략한다. 본 실시형태의 플립칩 본더(104)는 앞서 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 플립칩 본더(103)에 이동 스테이지(75)를 냉각하는 냉각 스테이지(150)를 배치하고, 이동 스테이지(75)를 상하 방향으로 이동시켜 그 표면(76)을 냉각 스테이지(150)의 접지판(154)에 밀착시킴으로써 이동 스테이지(75)의 냉각을 행하도록 구성한 것이다. 냉각 스테이지(150)는 도 8 내지 도 14를 참조하여 설명한 실시형태의 냉각 스테이지(110)를 상하 반전한 구성이다. 본 실시형태의 효과는 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 실시형태와 마찬가지이다. 또한, 본 실시형태에서는 이동 스테이지(75)를 상하 방향으로 이동시켜 냉각 스테이지(150)의 접지판(154)에 밀착시키는 것으로서 설명했지만, 반대로 냉각 스테이지(150)를 상하 방향으로 이동시켜 접지판(154)을 이동 스테이지(75)의 표면(76)에 밀착시키도록 해도 된다.

본 발명은 이상 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 청구의 범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 내지 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.

10…픽업 스테이지
11…상면
20…반도체 칩
21…절연 수지 필름(NCF)
22…표면
30…흡착 반전 콜릿
31…콜릿 본체
32, 51, 72…흡착면
33…회전 이동축
34…냉각 공기 유로
35…냉각 공기 노즐
37…제1 냉각 공기 유로
38…제2 냉각 공기 유로
40…본딩 헤드
50…본딩 툴
60…본딩 스테이지
61, 76…표면
65…회로 기판
70…이송 헤드
71…콜릿
75…이송 스테이지
77…공기 유입로
78…수평 냉각 유로
101, 102, 103, 104…플립칩 본더
110, 150…냉각 스테이지
112…프레임
113…중간 프레임
114, 154…접지판
114a…접지면
115…방열 핀
116…냉각 부재
117, 118…냉각 공기 공급관
119…냉각 노즐
120…구멍
121…브래킷
122…냉각 팬
123, 124…핀
125…중심
126…X축
127…Y축
200…지지 기구
210…피봇 지지 기구
212…지지 핀
221…스프링
220…스프링 지지 기구

Claims

반도체 칩을 반전시키는 반전 기구;
상기 반전 기구로 반전시킨 상기 반도체 칩을 상기 반전 기구로부터 수취하여 기판에 본딩하는 본딩 툴; 및
상기 반전 기구를 냉각하는 냉각 기구;
를 가지는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 1 항에 있어서,
상기 반전 기구는 반전한 상기 반도체 칩을 유지하는 유지 부재를 포함하고,
상기 냉각 기구는 상기 본딩 툴이 상기 반도체 칩을 수취하기 전에 상기 유지 부재의 온도를 소정의 온도까지 냉각해 두는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 2 항에 있어서,
상기 유지 부재의 열 용량은 상기 본딩 툴의 열 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 2 항에 있어서,
상기 유지 부재는 상기 반도체 칩을 흡착하여 반전시킨 상태에서 상기 본딩 툴에 전달하는 흡착 반전 콜릿인 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 3 항에 있어서,
상기 유지 부재는 상기 반도체 칩을 흡착하여 반전시킨 상태에서 상기 본딩 툴에 전달하는 흡착 반전 콜릿인 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 2 항에 있어서,
상기 유지 부재는 상기 반도체 칩을 반전한 상태에서 이동시키고, 상기 반도체 칩을 반전시킨 상태에서 상기 본딩 툴에 전달하는 이송 스테이지인 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 3 항에 있어서,
상기 유지 부재는 상기 반도체 칩을 반전한 상태에서 이동시키고, 상기 반도체 칩을 반전시킨 상태에서 상기 본딩 툴에 전달하는 이송 스테이지인 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 기구는 상기 유지 부재의 내면 또는 외면을 냉각하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 기구는,
기체부(基體部); 및
상기 유지 부재의 표면이 접지하는 접지면을 가지는 접지판과, 상기 접지판에 부착된 방열 부재를 포함하는 냉각 부재;
를 구비하고,
상기 냉각 부재는 상기 유지 부재의 표면의 방향을 따르도록 상기 접지면의 방향을 가변으로 하는 지지 기구에 의해 상기 기체부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각 부재의 열 용량은 상기 유지 부재의 열 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 방열 부재는 상기 접지판의 접지면과 반대측의 면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 방열 부재는 방열 핀이며,
상기 방열 핀을 냉각하는 냉각 팬을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 지지 기구는 상기 접지면을 따른 제1 축과, 상기 접지면을 따르고, 상기 제1 축과 직교하는 제2 축의 2개의 축의 둘레에 회전이 자유롭게 되도록 상기 접지판을 상기 기체부에 지지하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 기체부에 설치되고, 상기 접지면에 접지하고 있는 표면을 가지는 상기 유지 부재에 냉각 공기를 내뿜는 냉각 노즐을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
제 9 항에 있어서,
상기 접지판의 상기 접지면은 상기 유지 부재의 상기 표면이 접지했을 때에, 상기 유지 부재로부터 상기 접지판을 향하여 열전도가 발생하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본더.
플립칩 본딩 방법으로서,
반도체 칩을 반전시키는 반전 기구와, 상기 반전 기구로 반전시킨 상기 반도체 칩을 상기 반전 기구로부터 수취하여 기판에 본딩하는 본딩 툴과, 상기 반전 기구를 냉각하는 냉각 기구를 가지는 플립칩 본더를 준비하는 공정; 및
상기 냉각 기구에 의해 상기 본딩 툴이 상기 반도체 칩을 수취하기 전에 상기 반전 기구의 온도를 소정의 온도까지 냉각해 두는 냉각 공정;을 가지는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩 방법.