TWI597791B - Joining tool Cooling device and bonding tool Cooling method - Google Patents

Description

接合工具冷卻裝置及接合工具冷卻方法

本發明係關於將覆晶等之附有焊錫凸塊之晶片熱壓接於基板之接合工具冷卻裝置及接合工具冷卻方法。

於將覆晶等之附有焊錫凸塊之晶片熱壓接於基板之情形時，以圖像辨識機構辨識設置於基板之對準標記與設置於晶片之對準標記，且使保持基板之接合工具即基板載台、或保持晶片之接合工具即晶片接合工具位置對準於XY方向(水平方向)及θ方向(旋轉方向)，將晶片按壓於基板之特定位置並進行加熱。

於圖8表示晶片接合工具1之概略側視圖。晶片接合工具1包含固持器部10、加熱基座11、隔熱區塊12、加熱器13、及晶片附屬件工具14。

於該等熱壓接方法中，使用高速升溫、降溫之陶瓷製加熱器作為加熱器13。作為熱壓接方法之例，於焊錫方法等之情形時，必須使加熱器13升溫至焊錫熔融溫度，繼而冷卻至成為固化溫度以下。於先前之晶片接合工具1之構造中，為提高升溫、降溫效率，在加熱器13與固定加熱器13之隔熱區塊12之間設置空隙而減少加熱器13之接觸面積，且於加熱器降溫時，藉由向該空隙供給壓縮空氣而對加熱器13之背面噴附空氣來進行冷卻。冷卻空氣自空隙向外部吹出。

又，於加熱器13吸附固定有使吸附溝形狀或突起尺寸針對各晶片而專用化之晶片附屬件工具14，且可自動更換。

於圖9表示該等熱壓接方法之動作流程圖。若晶片接合工具1拾取晶片(ST01)，則辨識設置於晶片及基板之對準標記(ST02)，進行晶片與基板之對準(ST03)。其後，使晶片接合工具1下降(ST04)，且進行加熱器13之升溫(ST05)。若接合完成，則使晶片接合工具1上升(ST06)。並開始進行加熱器13之冷卻(ST07)。待加熱器13降溫至適當溫度後(ST08)，晶片接合工具1拾取晶片(ST09)，繼續進行自ST02起之步驟。

於該等動作中，於晶片接合工具1接收晶片時，若加熱器13保持高溫，則晶片之凸塊前端部之焊錫產生溶融或軟化致使凸塊變形等。又，疊層於晶片之電路面之樹脂薄膜等產生反應而加劇硬化等。

若焊錫因溶融或軟化而變形，則會在晶片與基板接合時凸塊未均等接觸而產生接觸不良。又，若促進樹脂薄膜之硬化，則自晶片之凸塊與基板之電極之間擠出之樹脂因硬化未被除去而殘留，從而有可能導致凸塊與電極接觸不良。

因此，必須使加熱器13充分冷卻直至不對晶片與基板之接合性造成影響之溫度為止。然而，若僅對加熱器13之背面進行冷卻，則因晶片附屬件工具14之熱容較大而存在花費冷卻時間致使作業時間變長之問題(有上述之ST08之等待時間變長之問題)。

又於晶片與基板之接合時，以不使樹脂薄膜或樹脂糊料軟化而導致自晶片之凸塊與基板之電極之間擠出之樹脂附著於晶片附屬件工具14之晶片吸附面側的方式，晶片附屬件工具14之吸附面係以較晶片之外形尺寸略小之方式製作。

因晶片附屬件工具14吸附固定於加熱器13，故重複安裝時因熱膨脹之伸縮等而逐漸產生偏移，若擠出之樹脂附著於晶片附屬件工具14之晶片吸附面，則硬化並固化之樹脂被夾入於晶片附屬件工具14之吸附面與晶片之間，從而引起接合不良。

因此，必須測定晶片附屬件工具14之偏移量，且於存在容許值以上之偏移之情形時卸除晶片附屬件工具14並再次進行吸附，每次進行該動作時亦有導致作業時間變長之問題。

另一方面，即便是包含吸附保持基板之基板附屬件工具、基板加熱器、及將基板附屬件工具吸附保持於基板加熱器之吸附機構之基板側之接合工具即基板載台，亦有於每次熱壓接晶片時來自晶片接合工具之熱量傳遞而使溫度上升之傾向。該情形時，雖然溫度上升較緩，但超過適當溫度範圍則不佳。例如，於樹脂預先塗佈於基板之情形中，若成為超過適當溫度之溫度，則產生樹脂中之硬化成分氣化，從而於熱壓接時樹脂難以硬化之問題。因此，亦必須適當冷卻基板載台，但由於熱容較大，故存在冷卻需要時間之問題。

又，於安裝之晶片數較多之情形時，於吸附保持基板整面之情形時預先塗佈於基板之樹脂係於安裝晶片之前之期間被加熱，因長時間加熱而出現樹脂黏度增大從而熱壓接時流動性變差而產生接合不良之問題。即便於該情形時，亦必須預先使基板載台之長時間加熱基板之區域之溫度下降，但因熱容較大，故亦存在冷卻需要時間之問題。

進而，於如COC(Chip on Chip：覆晶)般利用晶片接合工具與基板載台之各者之加熱器升溫而使焊錫凸塊熔融來進行熱壓接之方法中，基板載台側之溫度亦必須以於吸附保持基板之狀態下在熱壓接之前不使焊錫熔融之方式預先降低，但因熱容較大，故存在冷卻需要時間之問題。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利第3809125號公報

作為縮短晶片接合工具中之加熱器之冷卻時間之方法，如專利文獻1所記述，有藉由於晶片附屬件工具14之加熱器13側之吸附面加工冷卻溝，以冷卻空氣使晶片附屬件工具14面與加熱器13面之兩者冷卻，而提高冷卻效率之方法。

然而此種方法中，存在因吸附溝部分未接觸於加熱器13而熱傳遞變差，致使出現溫度不均之問題。又，因晶片附屬件工具14吸附保持於加熱器13面，故當強烈之壓縮空氣流入至冷卻溝時，冷卻溝內之壓力急遽升高而向脫離晶片附屬件工具14之方向施力，因而亦產生晶片附屬件工具14脫落或偏移之問題。

又，關於基板載台之冷卻，因熱容較大，故難以以較短時間進行冷卻。

因此，本發明之課題在於提供可高效冷卻接合工具，且不產生附屬件工具之溫度不均或附屬件工具之脫落、偏移之接合工具冷卻裝置及接合工具冷卻方法。

為解決上述課題，技術方案1之發明係一種接合工具冷卻裝置，其係將具備吸附保持被接合物之附屬件工具、加熱附屬件工具之加熱器、及將附屬件工具吸附保持於加熱器之吸附機構之接合工具加以冷卻者；且具備：附屬件固持器，其位於接合工具之外周，且於附屬件工具之吸附解除後保持附屬件工具；及冷卻噴吹用噴嘴，其對附屬件工具與加熱器之間供給冷卻空氣。

技術方案2之發明係如技術方案1之接合工具冷卻裝置，其中上述被接合物為晶片。

技術方案3之發明係如技術方案2之接合工具冷卻裝置，其中上 述附屬件固持器具備：移動機構，其可於水平方向伸縮；及附屬件固持器爪，其設置於附屬件固持器之下端，且握持附屬件工具之側面。

技術方案4之發明係如技術方案1之接合工具冷卻裝置，其中上述被接合物為基板，且上述附屬件固持器具有：夾入附屬件工具之功能；及使附屬件工具升降之功能。

技術方案5之發明係如技術方案4之接合工具冷卻裝置，其中上述附屬件固持器之夾入附屬件工具之附屬件固持器爪為可保持附屬件工具相互正交之X方向與Y方向之兩方向位置之形狀。

技術方案6之發明係一種接合工具冷卻方法，其係將具備吸附保持被接合物之附屬件工具、加熱附屬件工具之加熱器、及將附屬件工具吸附保持於加熱器之吸附機構之接合工具加以冷卻者；且具備：解除附屬件工具之吸附之步驟；利用位於接合工具之外周且保持附屬件工具之可伸縮之附屬件固持器，以與加熱器分離之狀態保持附屬件工具之步驟；及以冷卻噴吹噴嘴對附屬件工具與加熱器間供給冷卻空氣之步驟。

技術方案7之發明係如技術方案6之接合工具冷卻方法，其中上述被接合物為晶片，且該接合工具冷卻方法包含如下步驟：於解除附屬件工具之吸附之前或之後，將附屬件固持器朝附屬件工具側延伸。

技術方案8之發明係如技術方案7之接合工具冷卻方法，其中以附屬件固持器保持附屬件工具之步驟，係以設置於附屬件固持器之下端且握持附屬件工具之側面之附屬件固持器爪進行之步驟。

技術方案9之發明係如技術方案6之接合工具冷卻方法，其中被接合物為基板，且該接合工具冷卻方法包含如下步驟：於解除附屬件工具之吸附後，以附屬件固持器使附屬件工具與加熱器分離。

根據本發明，因於接合工具之外周設置在附屬件工具之吸附解除後保持附屬件工具之附屬件固持器，且具備向附屬件工具與加熱器之間之間隙噴附冷卻空氣之冷卻噴吹用噴嘴，故可提高附屬件工具及加熱器之冷卻效率。因此，可高效冷卻接合工具，且可縮短作業時間。

又，藉由保持附屬件工具之附屬件固持器爪進行附屬件工具之位置修正，而可消除附屬件工具之偏移。

1‧‧‧晶片接合工具

10‧‧‧固持器部

11‧‧‧加熱基座

12‧‧‧隔熱區塊

13‧‧‧加熱器

13a‧‧‧加熱器下表面

14‧‧‧晶片附屬件工具

14a‧‧‧晶片附屬件工具凹部

14b‧‧‧晶片附屬件工具上表面

14c‧‧‧晶片附屬件工具側面

15‧‧‧附屬件吸附用流路

30‧‧‧冷卻裝置

31‧‧‧滑動基座

32‧‧‧附屬件固持器部

33‧‧‧附屬件固持器爪

33a‧‧‧附屬件固持器爪前端

34‧‧‧冷卻噴吹用噴嘴

34a‧‧‧吹出口

40‧‧‧接合頭本體

101‧‧‧基板載台(基板側接合工具)

111‧‧‧載台基座

112‧‧‧載台區塊

113‧‧‧載台加熱器

114‧‧‧基板附屬件工具

130‧‧‧冷卻裝置

131B‧‧‧滑動基座

131S‧‧‧滑動機構

132‧‧‧附屬件固持器部

133‧‧‧附屬件固持器爪

134‧‧‧冷卻噴吹流路

圖1係具備本發明之冷卻裝置之晶片接合工具之概略側視圖。

圖2係說明本發明之冷卻方法之動作之流程圖。

圖3係說明握持附屬件工具之其他形態之概略側視圖。

圖4係說明附屬件工具與附屬件固持器爪之位置關係之概略俯視圖。

圖5係比較本發明之冷卻方法與先前之冷卻方法之冷卻時間之圖表。

圖6(a)、(b)係具備本發明之冷卻裝置之基板載台(基板側接合工具)之概略側視圖。

圖7係說明基板側之附屬件固持器爪之形狀之概略俯視圖。

圖8係先前之晶片接合工具之概略側視圖。

圖9係說明先前之冷卻方法之動作之流程圖。

針對本發明之實施形態參照圖式予以說明。圖1係具備本發明之冷卻裝置之晶片接合工具1之側視圖。圖1中，朝向晶片接合工具1，將左右方向設為X軸，將前後方向設為Y軸，將正交於由X軸與Y軸構成之XY平面之軸設為Z軸(上下方向)，槍繞Z軸設為θ軸。與圖8之先前之晶片接合工具1相同之構件以相同編號表示。

晶片接合工具1由固持器部10、加熱基座11、隔熱區塊12、加熱器13、晶片附屬件工具14、及冷卻裝置30構成。

固持器部10連接於接合裝置本體之接合頭本體40，可沿未圖示之滑軌於Z軸方向移動地構成。於固持器部10之下側安裝有加熱基座11。於加熱基座11之下側安裝有隔熱區塊12。於隔熱區塊12之下側吸附保持有晶片附屬件工具14。

冷卻裝置30包含滑動基座31、附屬件固持器部32、附屬件固持器爪33、及冷卻噴吹用噴嘴34。滑動基座31以上述固持器部10為中心而於左右各1式地安裝於於接合頭本體40。

於滑動基座31上，以可水平移動之方式於左右各安裝有1套附屬件固持器部32。藉由附屬件固持器部32水平移動，安裝於附屬件固持器部32之下端之附屬件固持器爪33夾入晶片附屬件工具14。晶片附屬件工具14可根據所要接合之晶片種類而更換，且可藉由附屬件固持器爪33水平移動而卸除晶片附屬件工具14。附屬件固持器爪33之前端33a以與設置於晶片附屬件工具14之凹部14a於夾入方向僅留微小間隙而嵌合之方式構成。

於附屬件固持器爪33之上側，於左右各安裝有1套冷卻噴吹用噴嘴34。冷卻噴吹用噴嘴34之吹出口34a之高度以下述方式設定。首先，於吸附保持於加熱器13之晶片附屬件工具14之下方，配置附屬件固持器爪33。其次，解除晶片附屬件工具14之吸附，使晶片附屬件工具14下落且以附屬件固持器爪33之前端33a承受晶片附屬件工具14之 凹部14a。以與在晶片附屬件工具14之上表面14b與加熱器13之下表面13a之間所形成之間隙一致之方式設定冷卻噴吹用噴嘴34之吹出口34a之高度。凹部14a與前端33a以與上述間隙相同之方式於上下調整間隙。若凹部14a與前端33a如圖所示般為設置有凹陷之嵌合部，則於高度方向變薄，故而較為理想，亦可為無凹部14a之構造。例如，亦可如圖3所示般前端33a握持晶片附屬件工具14之側面14c。

於圖4表示說明晶片附屬件工具14與附屬件固持器爪33之位置關係之概略俯視圖。如圖4所示，附屬件固持器爪33握持晶片附屬件工具14之對角。附屬件固持器爪33可藉由所連結之附屬件固持器部32之水平移動，而以圖4所示之點線之軌跡之方式移動並位置對準。

如此，藉由對晶片附屬件工具14與加熱器13之間之間隙噴附冷卻空氣，可提高晶片附屬件工具14及加熱器13之冷卻效率，且可縮短作業時間。

其次，根據圖2之動作流程圖說明冷卻裝置30之動作。若晶片接合工具1拾取晶片(ST11)，則辨識設置於晶片及基板之對準標記(ST12)，進行晶片與基板之對準(ST13)。其後，使晶片接合工具1下降(ST14)，進行加熱器13之升溫(ST15)。若接合完成，則使晶片接合工具1上升(ST16)。冷卻裝置30之附屬件固持器部32水平移動且包圍晶片接合工具1(ST17)。此時，於附屬件固持器爪33之前端33a與晶片附屬件工具14之凹部14a之間之夾持方向之微小間隙內進行晶片附屬件工具14之位置對準。停止來自附屬件吸附用流路15之吸引而進行吸附破壞，晶片附屬件工具14自加熱器13下落(ST18)。自冷卻噴吹用噴嘴34對晶片附屬件工具14與加熱器13之間之間隙供給冷卻空氣(ST19)。等待加熱器13下降至適當溫度後停止冷卻空氣(ST20)。開始自附屬件吸附用流路15之吸引，而將晶片附屬件工具14吸附保持於加熱器13(ST21)。附屬件固持器部32水平移動而與晶片接合工具1分離 (ST22)。晶片接合工具1拾取晶片(ST23)，繼續進行自ST12起之步驟。

加熱器13與晶片附屬件工具14之間隙必須為可吸附之間隙，較理想為0.3mm以下。

又，若為不影響加熱器13之升溫之範圍，則接合動作中附屬件固持器爪33亦可為在始終水平移動之狀態下握持附屬件工具14之狀態，該情形可縮短作業時間。

藉由以此種方式握持晶片附屬件工具14之附屬件固持器爪33修正晶片附屬件工具14之位置，可消除晶片附屬件工具14之位置偏移。

又，本實施形態中，因冷卻裝置30安裝於接合頭本體40且一體地動作，故即便於升降動作中亦可進行冷卻動作，但亦可將冷卻裝置30安裝於安裝有接合頭本體40之接合裝置本體側。

於圖5表示使用本發明之冷卻裝置之情形之冷卻時間之圖表、與利用先前之冷卻方法之冷卻時間之圖表。加熱器之溫度自300℃冷卻至200℃。#1為先前方法，#2為本發明之冷卻方法。#1之冷卻時間為3.0sec，#2之冷卻時間變為2.2sec。如此藉由使用本發明之冷卻方法，可大幅縮短加熱器之冷卻時間。

至此為止之說明係關於晶片接合工具之冷卻之實施形態者，以下使用圖6說明與基板側之接合工具即基板載台之冷卻相關之實施形態。

於圖6(a)中，基板載台101由載台基座111、載台區塊112、載台加熱器113、基板附屬件工具114、及冷卻裝置130，且基板附屬件工具114被吸附保持於載台加熱器113構成。

冷卻裝置130包含滑動基座131B、滑動機構131S、附屬件固持器部132、附屬件固持器爪133、及冷卻噴吹流路134。滑動基座131B雖安裝於載台基座111，但亦可具備沿圖之左右方向在載台基座111上移 動之功能。保持附屬件固持器部132之滑動機構131S具備沿滑動基座131B上下滑動之功能。又，藉由調整滑動基座131B之左右位置，亦可使附屬件固持器部132亦可夾入基板附屬件工具114。再者，冷卻噴吹流路134以配管與未圖示之送風源連結。

以下記述以上機構中之基板載台之冷卻。首先，在關閉載台加熱器113之加熱後，解除基板附屬件工具114對載台加熱器113之吸附。其次，附屬件固持器部132以夾入基板附屬件工具114之狀態與滑動機構131S一同上升，由附屬件固持器爪133握持之基板附屬件工具114亦上升。圖6(b)為表示該狀態之圖，於載台加熱器113與基板附屬件工具114之間產生空隙。因此，藉由自冷卻噴吹流路134對該空隙噴出冷卻空氣，可提高基板附屬件工具114及載台加熱器113之冷卻效率。再者，雖然於圖6中，冷卻噴吹流路134設為形成於附屬件固持器部132之孔，但若為可對基板附屬件工具114與載台加熱器113之空隙噴出冷卻空氣者，則並未限定於此。

藉由附屬件固持器爪之形狀如圖7所示般設為夾入附屬件工具之凸部之2部位之角部之形狀，故可以不使附屬件工具相互正交之X方向、Y方向之兩方向之位置產生偏移之方式保持。

藉由設為此種形狀，可如圖7所示密接排列基板載台101，從而可節省空間。

10‧‧‧固持器部

11‧‧‧加熱基座

12‧‧‧隔熱區塊

13‧‧‧加熱器

13a‧‧‧加熱器下表面

14‧‧‧晶片附屬件工具

14a‧‧‧晶片附屬件工具凹部

14b‧‧‧晶片附屬件工具上表面

30‧‧‧冷卻裝置

31‧‧‧滑動基座

32‧‧‧附屬件固持器部

33‧‧‧附屬件固持器爪

33a‧‧‧附屬件固持器爪前端

34‧‧‧冷卻噴吹用噴嘴

34a‧‧‧吹出口

40‧‧‧接合頭本體

Claims (9)

1. 一種接合工具冷卻裝置，其係將包含吸附保持被接合物之附屬件工具、加熱附屬件工具之加熱器、及將附屬件工具吸附保持於加熱器之吸附機構之接合工具加以冷卻者，且包含：附屬件固持器，其位於接合工具之外周，且於附屬件工具解除吸附後保持附屬件工具；及冷卻噴吹用噴嘴，其對附屬件工具與加熱器之間供給冷卻空氣。
2. 如請求項1之接合工具冷卻裝置，其中上述被接合物為晶片。
3. 如請求項2之接合工具冷卻裝置，其中上述附屬件固持器包含：移動機構，其可於水平方向伸縮；及附屬件固持器爪，其設置於附屬件固持器之下端，且握持附屬件工具之側面。
4. 如請求項1之接合工具冷卻裝置，其中上述被接合物為基板，且上述附屬件固持器具有夾入附屬件工具之功能、及使附屬件工具升降之功能。
5. 如請求項4之接合工具冷卻裝置，其中上述附屬件固持器之夾入附屬件工具之附屬件固持器爪，為可保持附屬件工具之相互正交之X方向與Y方向之兩方向位置之形狀。
6. 一種接合工具冷卻方法，其係將包含吸附保持被接合物之附屬件工具、加熱附屬件工具之加熱器、及將附屬件工具吸附保持於加熱器之吸附機構之接合工具加以冷卻者，且包含：解除附屬件工具之吸附之步驟；利用位於接合工具之外周且保持附屬件工具之可伸縮之附屬件固持器，以與加熱器分離之狀態保持附屬件工具之步驟；及 利用冷卻噴吹噴嘴對附屬件工具與加熱器間供給冷卻空氣之步驟。
7. 如請求項6之接合工具冷卻方法，其中上述被接合物為晶片，且該接合工具冷卻方法包含如下步驟：於解除附屬件工具之吸附之前或之後，將附屬件固持器朝附屬件工具側延伸。
8. 如請求項7之接合工具冷卻方法，其中以附屬件固持器保持附屬件工具之步驟，係以設置於附屬件固持器之下端且握持附屬件工具之側面之附屬件固持器爪進行之步驟。
9. 如請求項6之接合工具冷卻方法，其中被接合物為基板，且該接合工具冷卻方法包含如下步驟：於解除附屬件工具之吸附後，以附屬件固持器使附屬件工具與加熱器分離。