WO2001041209A1 - Dispositif de soudage de puce - Google Patents

Description

明 細 書 チップボンディ ング装置 技術分野

この発明は， 半導体素子などのチップを基板上にボンディ ングするチ ップボンディ ング装置に係り ， 特にチップを保持して基板上に圧着させ るツール （以下， 「ヘッ ド」 という） の支持構造に関する。 背景技術

チップを基板上に直接実装するフ リ ップチップ方式の代表的な工法の 一つと して、 A C F (Anisotropic Conductive Film ) 工法力 ある。 こ の工法は、 チップを基板上に固着するための接着剤中に導電粒子を混ぜ 合わせた A C Fを用いる。 基板に貼られた A C F上からチップを実装す ることによ り 、 チッ プと基板の接着と同時に、 上下電極間に挟まれた導 電粒子によ り 、 チップと基板とが電気的に接統される。 A C F工法では 、 ボリエステルフィ ルム上に接着剤をコーティ ングしたものを A C Fテ ープ送り部から供給し、 セパレーターをはがし取り ながら、 接着材層に 切れ目を入れヒー トツールによって上部から加熱加圧する事によ り 、 A C Fを基板側へ熱転写する。 次にヘッ ドで保持されたチップを A C Fの 上から圧着すると、 接着剤中の導電粒子を介してチップのバンプと基板 の電極とが導通する。 圧着時にチップが加熱加圧される ことによ り、 接 着剤 （バイ ンダー） が硬化し、 チップと基板とが導通された状態で接着 する。

以下、 チップを基板上に圧着する工程で用い られる従来のチッ プボン ディ ング装置を図面を参照して説明する。 第 1 図は従来のチッ プボンデ ィ ング装置の概略構成を示している。

従来のチッ プボンディ ング装置は、 チッ プを保持するへッ ド 1 を基板 2 に向けて加圧する加圧シリ ンダー 3力 、 逆 Lの字状のヘッ ド支柱 1 5 に取り付けられている。 加圧シリ ンダー 3 のロ ッ ド 3 a の中間部はスラ ィ ド部 1 6 を介してへッ ド支柱 1 5 に支持されている。 また、 加圧シリ ンダー 3 のロ ッ ド 3 aの下端にへッ ド 1 が取り付けられている。 へッ ド 1 の下方にテーブル 6 がある。 このテーブル 6上に、 A C Fが転写され た基板 2 が保持されている。 図示しないチッ プはへッ ド 1 の下面に保持 されている。 この状態で加圧シリ ンダー 3 のロ ッ ド 3 a が伸張すること によ り 、 チップが基板 2上に圧着される。

以上のよう に、 従来のチップボンディ ング装置は、 加圧シリ ンダー 3 、 スライ ド部 1 6 、 およびヘッ ド 1 力 ヘッ ド支柱 1 5 と一体になつて いるので、 ヘッ ド 1 がチップを基板 2上に加圧する ときに， その反作用 として、 加圧シリ ンダー 3 が取り付けられたヘッ ド支柱 1 5 の水平部材 が押し上げられて， へッ ド支柱 1 5 に曲げモーメ ン トが作用 し、 へッ ド 支柱 1 5 に撓みや反 りが生じる。 その結果、 ヘッ ド 1 とテーブル 6 との 間に数ミ ク ロ ンオーダーのブレゃ平行度のく るいが生じる。

へッ ド 1 とテーブル 6 との問のプレゃ平行度のく るいによ り 、 次のよ うな不都合を生じる。 すなわち， 第 2図に示す様に A C F中の導電粒子 2 1 を挟むチップ 2 2側のバンプ 2 3 と， 基板 2側の電極 2 4 とが擦れ 合う （すなわち、 水平面内で相対変位する） 状態となる。 これによ りバ ンプ 2 3 と電極 2 4 との間にある導電粒子 2 1 は微少ではあるが転がり 移動し、 バンプ 2 3 と電極 2 4 との間に卵型の広がり空間ができる。 そ の結果、 導電粒子 2 1 とバンプ 2 3 、 あるいは導電粒子 2 1 と電極 2 4 との接触面積が小さ く なり 、 導電抵抗値が大き く なつたり 、 また、 その ノ ラツキを生じる原因となる。 この解決策と して、 ヘッ ド支柱 1 5 の剛 性を上げる こ とも考えられるが、 限界がある。

特に最近の傾向として、 圧着工程の処理時間を短縮するなどの観点か ら、 2 へッ ド又はそれ以上のへッ ドを使って同時にチッ プを圧着する装 置が提案実施されており ， このようなマルチへッ ドの装置においては上 記問題点は一層顕著に現れる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、 チッ プの圧 着時に、 へッ ドのブレゃ平行度のく るいが生じないよう にする こ とを目 的とする。 発明の開示

本発明は、 基板上にチップを圧着するチッ プボンディ ング装置であつ て、 チッ プを保持するヘッ ドと、 前記ヘッ ドを基板に向けて加圧する加 圧シリ ンダ一と、 前記加圧シリ ンダーを昇降変移可能に支持する第 1 の 支持機構と、 前記ヘッ ドを基板に向けて加圧したときに、 前記加圧シリ ンダ一に作用する反力を支持する、 前記第 1 の支持機構とは分離独立し た第 2 の支持機構とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば， 加圧シリ ンダ一が第 1 の支持機構に昇降変移可能に 支持されているので、 チップ圧着時に加圧シリ ンダ一に反力が作用する と、 その反力は第 2の支持機構に受け持たれる。 この第 2 の支持機構は 、 加圧シリ ンダーを支持する第 1 の支持機構とは分離独立しているので 、 第 2 の支持機構が前記反力によって撓んだり反ったり しても、 その影 響は第 1 の支持機構に伝わらない。 つま り、 加圧シリ ンダーを支持する 第 1 の支持機構が撓んだり反った り しないので、 圧着時にへッ ドにブレ や平行度のく るいが生じない。

第 2 の支持機構は、 加圧シリ ンダーに接触する ことによ り 、 加圧シリ ンダ一に作用する反力を支持するよう に構成するのが好ましい。 このよ う に構成すれば， 第 1 の支持機構だけでなく、 加圧シリ ンダーも第 2 の 支持機構の撓みや反り の影響を受けないので、 圧着時のへッ ドのブレゃ 平行度のく るいを一層低減する こ とができる。

第 2 の支持機構と加圧シリ ンダーとの接触構造は、 直接的な接触、 あ るいは間接的な接触のいずれであってもよい。 接触構造は、 接触抵抗を 小さ くする観点から、 例えば、 球面状接点のような点接触が好ま しい。 本発明は、 一組のヘッ ドと加圧シリ ンダーとを備えた装置、 あるいは 複数組のへッ ド と加圧シリ ンダ一とを備えた装置のいずれにも適用可能 である。 複数組のへッ ド と加圧シ リ ンダーとを備えた装置の場合にも、 各加圧シリ ンダーを昇降変移可能に支持する第 1 の支持機構と、 各加圧 シリ ンダ一に作用する反力を支持する第 2 の支持機構とは、 分離独立し て構成される。 図面の簡単な説明

第 1 図は， 従来装置の概略構成を示した図である。

第 2 図は、 従来装置による圧着状態を示した断面図である。

第 3 図は、 本発明に係るチッ プボンディ ング装置の第 1 実施例の概略 構成を示した図である。

第 4図は， 実施例装置による圧着状態を示した断面図である。

第 5 図は、 第 2実施例装置の正面図である。

第 6 図は、 第 2実施例装置の側面図である . 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の好適な実施例を図面を参照して説明する。

(第 1実施例）

第 3 図は、 本発明に係るチップボンディ ング装置の第 1実施例の概略 構成図である。

本実施例装置は， その下面にチップ （図示せず） を保持するヘッ ド 1 と、 このヘッ ド 1 を基板 2 に向けて加圧する加圧シリ ンダー 3 と、 この 加圧シ リ ンダー 3 を昇降変移可能に支持する第 1 の支持機構 4 と、 へッ ド 1 を基板 2 に向けて加圧したときに、 加圧シリ ンダー 3 に作用する反 力を支持する、 第 1 の支持機構 4 とは分離独立した第 2 の支持機構 5 と を備えている。

基板 2 はテーブル 6上に保持されている。 基板 2 のボンディ ング個所 には予め A C F (Anisotropic Conductive Film ) が転写されている。 ヘッ ド 1 は、 吸引機構あるいは機械式ッメなどの適宜な保持機構によ つて， その下面にチップを保持する。 ヘッ ド 1 は加圧シリ ンダー 3から 延び出たロ ッ ド 3 aの下端に連結されている。

第 1 の支持機構 4 は、 固定されたヘッ ド支柱 7 と、 このヘッ ド支柱 7 に鉛直方向に配設されたガイ ド レール 8 と、 このガイ ド レール 8 に摺動 自在に嵌合される とともに、 加圧シリ ンダー 3 に連結された可動部材 9 とを備えている。 ロ ッ ド 3 aの中間部位も同様のガイ ド レール 8 および 可動部材 9 によって昇降変移可能に支持されている。

第 2 の支持機構 5 は、 固定されたフ レーム 1 0 と， このフレーム 1 0 に連結された反力受け部材 1 1 とを備え、 この反力受け部材 1 1 が加圧 シリ ンダー 3 の頂部に接触する こ とによ り， 加圧シリ ンダー 3 に作用す る反力を支持するようになっている。 加圧シリ ンダー 3 の頂部には球面 状の接点 1 2 が形成されており、 この接点 1 2 を介して、 反力受け部材 1 1 が加圧シリ ンダー 3 に作用する反力を点接触で支持している。

以上のよう に構成された実施例装置において、 へッ ド 1 が加圧シリ ン ダ一 3 の作動に基きテーブル 6 の基板 2上へチッ プを圧着する とき、 カロ 圧シリ ンダー 3 に作用する反力が、 フ レーム 1 0 と一体の反力受け部材 1 1 へ伝え られ、 フ レーム 1 0 と反力受け部材 1 1 とからなる第 1 の支 持機構 4 はその押し上げ力に基きモーメ ン トを受けて撓んだり 、 反った りする。

しかし、 本実施例では， 第 1 の支持機構 4への押し上げ力の影響を受 けない様に、 加圧シリ ンダー 3 を支持する第 2 の支持機構 5 を第 1 の支 持機構 4 とは分離独立した構成としている。 また、 フ レーム 1 0及び反 力受け部材 1 1 の撓みや反り の微動を吸収する様に， 加圧シリ ンダー 3 を第 1 の支持機構 4 によって昇降変移可能に支持した。 したがって、 第 2 の支持機構 5 は， 加圧シリ ンダー 3 からの押上げ力を受けて、 撓みや 反り を生じている力 第 1 の支持機構 4 に撓みや反 りが生じないので、 へッ ド 1 はガイ ド レール 8 に沿って鉑直に降下し、 的確な圧着力をテー ブル 6 に伝える。

さ らに、 加圧シリ ンダー 3 が作動してへッ ド 1 を基板 2 に向けて加圧 したとき、 その反力によって、 フ レーム 1 0 と反力受け部材 1 1 に撓み や反りが生じるが、 反力受け部材 1 1 と加圧シリ ンダー 3 との間が第 1 図に示した従来装置のよう に連結固定されている と、 加圧シリ ンダ一 3 が、 反力受け部材 1 1 の撓みや反りの影響を受け， ガイ ド レール 8 に曲 げモーメ ン ト を与えてしまうので， へッ ド 1 とテーブル 6 との間にブレ や平行度のく るいが生じる。 そこで、 本実施例では、 その曲げモーメ ン トの影響を取り除く構成として、 加圧シリ ンダー 3 の頂部と反力受け部 材 1 1 との間に球面状の接点 1 2 を設け、 反力受け部材 1 1 が加圧シリ ンダー 3 の反力を点接触で支持するよう に した。 これによつて、 第 1 の 支持機構 4が何ら曲げ力の影響を受けずにへッ ド 1 を鉛直方向にス ライ ドさせる こ とができる。

したがって、 ヘッ ド 1 とテーブル 6 との間の数ミ ク ロンオーダ一のブ レゃ平行度のく るいを受けずに安定した圧着が可能となる。 その結果、 第 4図に示すよう に， A C F中の導電粒子 2 1 をはさむチップ 2 2側の バンプ 2 3 と基板 2側の電極 2 4 とが擦り合う こ ともなく 、 バンプ 2 3 及び電極 2 4 に， 導電粒子 2 1 が均一に変形して十分に抱え込まれる。 その結果、 バンプ 2 3及び電極 2 4 と， 導電粒子 2 1 との間の接触面積 が大き く なつて， 導電抵抗値が小さ く なり 、 またそのバラツキも小さ く なる。

(第 2実施例）

第 2実施例装置は、 チップの圧着を効率良く行うために、 2 へッ ド又 はそれ以上のヘッ ドを備えた、 いわゆるマルチヘッ ドタイ プのチッ プボ ンディ ング装置である。 第 5 図は第 2実施例に係るマルチへッ ドタイ プ のチッ プボンディ ング装置の正面図、 第 6 図はその側面図である。

このチップボンディ ング装置は、 複数個の加圧シリ ンダー 3 を昇降変 移可能に支持する第 1 の支持機構 3 0 と、 この第 1 の支持機構 3 0 とは 分離独立しており， 各加圧シリ ンダー 3 の作動によ り各へッ ド 1 が基板 2 に向けて同時に加圧されたときに、 各加圧シリ ンダー 3 に作用する反 力を支持する第 2 の支持機構 3 1 とを備えている。

第 1 の支持機構 3 0 は、 固定されたヘッ ド支柱 3 2 と、 このヘッ ド支 柱 3 2 に昇降自在に取り付けられると ともに、 各加圧シリ ンダー 3 を昇 降変移可能に支持する昇降部材 3 3 とを備える。 具体的には、 ヘッ ド支 柱 3 2 に鉛直方向にガイ ド レール 3 4が配設され、 このガイ ド レール 3 4 に可動部材 3 5 が摺動自在に嵌合し、 この可動部材 3 5が昇降部材 3 3 に連結している。 また， 昇降部材 3 3 にも同様に、 各加圧シリ ンダー 3 に対応して複数個のガイ ド レール 3 6 が配設され、 各ガイ ド レール 3 6 に可動部材 3 7 が摺動自在に嵌合し、 これらの可動部材 3 7 が各加圧 シリ ンダー 3 に連結している。 なお、 各加圧シリ ンダー 3 のロッ ド 3 a の中間部材は， 昇降部材 3 3 に立設されたガイ ド部材 3 8 に案内されて いる。

第 2 の支持機構 3 1 は、 固定されたフ レーム 3 9 と、 このフ レーム 3 9 に連結された第 1 の反力受け部材 4 0 と、 この第 1 の反力受け部材 4 0 に昇降自在に支持される とともに、 昇降部材 3 3 に点接触ないしは線 接触で連結され、 かつ昇降部材 3 3 に配設された複数個の加圧シリ ンダ 一 3 に接触する第 2 の反力受け部材 4 1 とを備えている。 具体的には、 第 2 の反力受け部材 4 1 の両端部に立設されたガイ ドポス ト 4 2 が第 1 の反力受け部材 4 0 に配設されたガイ ド部材 4 3 に鉛直方向に案内され ている。 第 2 の反力受け部材 4 1 の下面中央部に略 Lの字状の係止片 4 4が連結されてお り、 この係止片 4 4が昇降部材 3 3 に回動自在に取り 付けられた一対のローラ 4 5 に挟持されるこ とによ り， 第 2 の反力受け 部材 4 1 が昇降部材 3 3 に点接触ないしは線接触状態で連結されている 。 また， 昇降部材 3 3 を各加圧シリ ンダー 3 と一体に昇降させるァクチ ユエ一夕 （駆動手段） 4 6 が第 1 の反力受け部材 4 0 に配設されており 、 このァクチユエ一夕 4 6 の駆動軸 4 6 aが第 2 の反力受け部材 4 1 に 連結している。 ァクチユエ一夕 4 6 としては、 例えばェアーシリ ンダや サ一ボモータが用いられる。

次に第 2実施例装置の動作を説明する。

初期状態において、 各加圧シリ ンダー 3 は昇降部材 3 3 と一体に、 上 限位置にまで引き上げられている。 チッ プの実装開始に伴い、 ァクチュ エー夕 4 6が作動して、 各加圧シリ ンダー 3 は昇降部材 3 3 と一体に下 降する。 へッ ド 1 がテーブル 6上の所定高さ位置にまで下降したときに 、 ァクチユエ一タ 4 6 による下降移動が停止する。 続いて、 各加圧シリ ンダ一 3が同時に作動して、 各へッ ド 1 を基板に向けて加圧する ことに よ り、 チップを各基板 2上に同時に圧着する 本実施例は、 原理的には、 第 1 実施例で説明した 1 ヘッ ドの場合と同 様に， へッ ド 1 及び加圧シリ ンダー 3 を支える第 1 の支持機構 3 0 と、 各加圧シリ ンダー 3 の反力を支持する第 2 の支持機構 3 1 とを分離独立 して構成し、 第 1 実施例と同様の効果を得ている。

第 1 実施例の 1 ヘッ ドタイプの装置においては、 第 3 図に示したよう に、 反力受け部材 1 1 の Y方向のたわみだけ考慮すれば良かったが、 第 2実施例のよ うなマルチヘッ ドタイ プの装置においては、 X方向 （へッ ド並列方向） のたわみも考慮するのが好ま しい„ そこで， 第 2実施例で は， 第 1 の反力受け部材 4 0から上下方向にスライ ドガイ ドされた第 2 の反力受け部材 4 1 を昇降部材 3 3 に対して中央で点接触ないしは線接 触状態で結合させる と ともに、 昇降部材 3 3 を昇降変移可能に構成して いる。 また、 各加圧シリ ンダー 3 と第 2 の反力受け部材 4 1 とを、 第 1 実施例と同様に， 球面状の接点 1 2 を介して接触させている。

したがって， 第 2実施例によれば、 チップの圧着時に各加圧シリ ンダ 一 3 に作用する反力、 特に Y方向の撓みを生じさせる反力は、 第 2 の反 力受け部材 4 1 およびァクチユエ一夕 4 6 の駆動軸 4 6 a を介して、 第 1 の反力受け部材 4 0 に伝達され、 この第 1 の反力受け部材 4 0 で支持 される （第 6 図参照 上述したよう に第 1 の支持機構 3 0 と第 2 の支 持機構 3 1 とは分離独立しており， また、 第 2 の反力受け部材 4 1 と各 加圧シリ ンダー 3 とは球面状接点 1 2 を介して接触しているので、 上記 反力によってへッ ド支柱 3 2が Y方向に撓むことはない。

—方、 チップ圧着時における各へッ ド 1 の加圧力にばらつきがあると , 各加圧シリ ンダー 3 に作用する反力もばらつく ので、 結果と して、 各 加圧シリ ンダー 3間に X方向の撓みを生じさせる反力が作用する。 各加 圧シリ ンダー 3 は昇降変移可能であるので、 前記反力は第 2 の反力受け 部材 4 1 に作用する。 この反力を受けた第 2 の反力受け部材 4 1 は、 第 5 図に示すよ う に， X方向に撓むが， 第 2 の反力受け部材 4 1 と昇降部 材 3 3 は点接触で連結されているので、 この連結部分に曲げモーメ ン ト は作用しない" また、 各加圧シリ ンダー 3 は昇降部材 3 3 に対して昇降 変移可能で， かつ第 2 の反力受け部材 4 1 と各加圧シリ ンダー 3 とは球 面状接点 1 2 で接触しているので、 第 2 の反力受け部材 4 1 が X方向に 橈んでも、 各加圧シリ ンダー 3 に曲げモーメ ン トが作用 しない。 したが つて、 昇降部材 3 3 が X方向に撓むこ とはない。

以上のよう に， 本実施例装置によれば、 マルチヘッ ドタイ プのチッ プ ボンディ ング装置において、 各へッ ド 1 とテーブル 6 との間にブレゃ平 行度のく るいが生じる こ とがなく ， 複数個のチッ プを同時に的確に基板 上に圧着する こ とができる。

なお， 本発明は A C F工法に限らず、 種々 のフ リ ッ プチッ プ工法に適 用可能である。 すなわち、 チップを基板上に直接に実装するフ リ ツ プチ ップ工法おいては， 基板上の電極チップ上にチップのバンプ （電極） を 圧着するため、 チップの全範囲で、 数マイ ク ロメー トルオーダーの平行 度が必要となり 、 ヘッ ドにモーメ ン トが加わわらなく 、 且つ、 平行度に く るいが生じない本方式が有効である。 産業上の利用可能性

以上のよう に， 本発明は. チッ プを保持するヘッ ド と、 基板を保持す るテーブルとの間に、 ブレゃ平行度のく るいが生じないので、 チッ プを 基板上に圧着するフ リ ップチップ工法に有用である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 基板上にチップを圧着するチッ プボンディ ング装置であって、 チッ プを保持するへッ ド と、 前記へッ ドを基板に向けて加圧する加圧 シリ ンダ一と、 前記加圧シリ ンダーを昇降変位可能に支持する第 1 の支 持機構と、 前記ヘッ ドを基板に向けて加圧したときに、 前記加圧シリ ン ダ一に作用する反力を支持する、 前記第 1 の支持機構とは分離独立した 第 2 の支持機構とを備えたこ とを特徵とするチップボンディ ング装置。

2 . 請求項 1 に記載のチップボンディ ング装置において，

前記第 2 の支持機構は， 前記加圧シリ ンダーに接触する こ とによ り 、 前記加圧シリ ンダ一に作用する反力を支持するチップボンディ ング装置

3 . 請求項 2 に記載のチップボンディ ング装置において、

前記第 2 の支持機構は、 前記加圧シリ ンダ一に点接触で接触するチッ プボンディ ング装置。

4 . 請求項 3 に記載のチップボンディ ング装置において、

前記第 2 の支持機構は、 前記加圧シリ ンダ一に球面状の接点で接触す るチッ プボンディ ング装置。

5 . 請求項 1 に記載のチップボンディ ング装置において、

前記第 1 の支持機構は、 固定されたヘッ ド支柱と、 このヘッ ド支柱に 鉛直方向に配設されたガイ ド レールと、 このガイ ド レールに摺動自在に 嵌合されるとともに、 前記加圧シリ ンダに連結された可動部材とを備え ているチッ プボンディ ング装置。

6 . 請求項 1 に記載のチッ プボンディ ング装置において、

前記第 2 の支持機構は， 固定されたフ レーム と、 この フ レームに連結 された反力受け部材とを備え、 この反力受け部材が前記加圧シリ ンダー に接触する こ とによ り、 前記加圧シリ ンダ一に作用する反力を支持する チップボンディ ング装置。

7 . 請求項 1 に記載のチップボンディ ング装置において，

前記へッ ド と前記加圧シリ ンダ一との組を複数組備えているチッ プボ ンディ ング装置。

8 . 請求項 7 に記載のチップボンディ ング装置において，

前記第 1 の支持機構は， 前記各加圧シリ ンダーを昇降変移可能に支持 し，

前記第 2 の支持機構は， 前記第 1 のま持機構とは分離独立してお り ， 前記各へッ ドを基板に向けて同時に加圧したときに、 前記各加圧シリ ン ダ一に作用する反力を支持するチッ プボンディ ング装置。

9 . 請求項 8 に記載のチップボンディ ング装置において、

前記第 1 の支持機構は、 固定されたヘッ ド支柱と、 このヘッ ド支柱に 昇降自在に取り付けられるとともに、 各加圧シリ ンダ一を昇降変移可能 に支持する昇降部材とを備え、

前記昇降部材を各加圧シリ ンダと一体に昇降させる駆動手段を備えて いるチップボンディ ング装置。

1 0 . 請求項 9 に記載のチップボンディ ング装置において、 前記第 2 の支持機構は、 固定されたフ レーム と， このフ レームに連結 された第 1 の反力受け部材と， この第 1 の反力受け部材に昇降自在に支 持されるとともに、 前記昇降部材に点接触ないしは線接触で連結され， かつ前記昇降部材に配設された各加圧シリ ンダーに接触する第 2 の反力 受け部材とを備え、 さ らに、 前記昇降部材の駆動手段は， 前記第 1 の反 力受け部材に取り付けられており、 この駆動手段の駆動軸が前記第 2 の 反力受け部材に速結しているチップボンディ ング装置。