JP3574941B2 - 光照射用ボンディングヘッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等のチップを基板等に実装するため紫外線(UV光)等の光により硬化する接着剤(光硬化性絶縁樹脂)を使用するボンディング装置において、ワークであるチップのハンドリング及びボンディングを行なうボンディングヘッドの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボンディング装置1には、図10に示されるように、基板が載置固定されx軸及びy軸に移動可能なボンディングステージ2と、チップを吸着して基板へ移送し、ボンディングを行なうボンディングヘッド3が存在する。そしてボンディング方式として、基板とチップ間の接続箇所にスタッドバンプを配し、スタッドバンプ付近に光硬化性樹脂を塗布し、該光硬化性樹脂に紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより基板にチップをボンディングする実装方式が存在した。
【0003】
この光硬化性樹脂を利用する実装方式として、特公平6−80704号特許公報記載のごとき装置が存在した。この装置では、図11(A)に示されるように、ボンディングステージ2上に基板6を載置し、基板6上面のスタッドバンプ8付近に光硬化性樹脂9を塗布し、上方より吸着ヘッド4に吸着されたチップ7を供給するものであった。
【0004】
その後、図11(B)に示すように吸着ヘッド4はチップ7を基板6上に残して退避し、加圧ヘッド5が上方よりチップ7を押さえ、他方ボンディングステージ2下方からは、従来方式の光照射装置10が近接し、光を光硬化性樹脂9にあて硬化固定することによりチップ7を基板6に実装するものであった。
【0005】
しかし、このような実装方式では、ボンディングステージ2は勿論のこと、基板6も透明でなければ、光照射装置10からの光(図11(B)の上向きの細い矢印)が光硬化性樹脂9に照射されず、基板7の種類、及びボンディングステージ2を限定するものであり、汎用性に欠ける装置であった。
【0006】
又、光照射装置を下から当てるのではなく側方より照射する方法も考えられるが、その方法によれば、ボンディングステージ2や基板6に限定は加わらないものの別途光照射装置を配備し、それを移動、制御する必要が生じるものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、ボンディングヘッド自体にチップの吸着や加圧の他、光照射装置の役割をも持たせ、紫外線等の光を半導体チップ等の真上から照射して光硬化性樹脂を硬化させる実装方式を採用したボンディンヘッドとし、これにより、チップのハンドリングとチップへの加圧と光硬化性樹脂への紫外線等の光の照射とを同じツールで行ない、ボンディングの動作工程を減少させ、ボンディングスピードの向上およびチップの搭載精度の向上を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、課題を解決するため、チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光源と接続された光ファイバケーブルの光出射方向側にチップ吸着孔を有するチップ吸着部を形成し、該チップ吸着部が光ファイバを束ねて構成され、束ねられた光ファイバ間に、吸引装置と接続され、チップ吸着孔に至る吸引通路を形成したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッドを提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態につき説明する。図10は、本発明の一例が利用されたボンディング装置1の概略を示すもので、図10中符号3がボンディングヘッドであり、ボンディングヘッド3は、上下動作を行なうためのZ軸駆動機構31及び紫外線供給装置32を備えている。
【0010】
ボンディングヘッド3は、図1のボンディングヘッドの概略断面図に示されるように光路となる光ファイバケーブル40及び該光ファイバケーブル40を保持するケーブル保持体41、42と、光ファイバケーブル40の先端部分を金属製保持器12で保持して構成されるボンディングツール部11及びその加圧調整シャフト33よりなり、これらは、図10により明かなようにZ軸駆動機構31に装着されている。尚、光ファイバケーブル40は、ケーブル支持体41、42に対しては摺動可能に保持されている。
【0011】
光ファイバケーブル40の一端は、紫外線供給装置32の光源(図示されていない。)と接続されている。他端の出射口43は、ケーブル保持体41下端より突出し、ボンディングツール部11を保持する加圧調整シャフト33の空部20を貫通し、ボンディングツール部11を構成する金属製保持器12に固定されて、チップ吸着部となるチップ吸着面21を構成している。
【0012】
チップ吸着部は、本実施例のように光ファイバケーブル40の出射口43そのもので形成することができるのは勿論のこととして、第二実施例(図4乃至図6)に示されるように光ファイバケーブル40の先端に別個部材を取り付ける場合や、第三実施例(図7及び図8)のように光ファイバケーブル40の出射口43との間に間隙を有するものであっても、光ファイバケーブル40の出射方向側に存在するという条件を具備すればよい。尚チップ吸着部も光路の一部であること勿論である。
【0013】
尚、図1乃至図3に表れた実施例には示されていないが、チップ吸着面21、すなわち光ファイバケーブル40の出射口43に、図4乃至図6の第二実施例に表れる通気孔の開けられた石英ガラス13を装備させることにより、チップ吸着面21の平面精度をあげることができるものである。この場合、石英ガラス13も光路の一部を構成することとなる。
【0014】
ボンディングツール部11は、加圧調整シャフト33下端に、ケーブル保持体41、42とは分離して、固定された金属製保持器12をボディとして構成され、内部に光ファイバケーブル40の出射口43が、直下を照射するよう配置固定されている。光ファイバケーブル40の光ファイバ17間には図示されていない真空吸引装置と接続される通気パイプ18が通されており、通気パイプ18の先端がチップ吸着面21の通気孔19とされている。
【0015】
図4乃至図6はボンディングツール部11部分の第二実施例を示すもので、光ファイバケーブル40の先端に、一体として接続されるチップ吸着部材となるツールヘッド15が装備されているものである。ツールヘッド15は、図5に示される通り金属製円筒16の内部に細い光ファイバ17を束ねて、接着剤で接着したもので埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ18が入れられている。
【0016】
吸引通路はパイプのごとき部材を必要とするものではなく、図6に表れたような通気孔19に通じる通気通路としての役割をまっとうできる穴であってもよい。尚、この場合光ファイバ17の接着は真空を確保できるものでなければならない。このツールヘッド15のチップ吸着面21には図6に示すような中央に通気孔が開けられた石英ガラス13が貼付されチップ吸着面21の平面精度をあげることもできる。
【0017】
この結果、別設の真空吸引装置により真空吸引されると減圧された通気パイプ18より吸引され、通気パイプ18の先端の通気孔19に半導体チップ7を吸着保持するのである。
【0018】
図7乃至図8は、ボンディングツール部11部分の第三実施例を示すもので、光ファイバケーブル40の一端は、紫外線供給装置32の光源(図示されていない。)と接続されている。他端の出射口43は、ケーブル保持体41下端より突出し、ボンディングツール部11の真空室50の真上に設けられた加圧調整シャフト33の空部20に、出射光が、チップ吸着面21に向かう方向性を持たして、挿入されている。
【0019】
図7で明らかなように、ボンディングツール部11は、加圧調整シャフト33下端に、ケーブル保持体41、42とは分離して、固定された金属製保持器12をボディとして構成され、内部に真空室50が形成されている。真空室50の上部で光ファイバケーブル40の出射口43直下には集光レンズ52が配置されており、側面には真空配管用継手14と連接する通気口51が開口されており、真空配管用継手14から図示されていない吸引装置により真空吸引される。
【0020】
真空室50の下部には、チップ吸着部材となるツールヘッド15が装備されている。ツールヘッド15は金属製円筒16の内部に細い光ファイバ17を束ねて、接着剤で接着したもので埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ18が入れられている。尚、第二実施例の場合と同じく、吸引通路はパイプのごとき部材を必要とするものではなく、吸引通路としての役割をまっとうできる穴であってもよく、光ファイバ17の接着は真空室50の真空を確保できるものでなければならない。
【0021】
この結果、真空配管用継手14から、真空吸引されると真空室50内は、減圧され通気パイプ18より吸引し、通気パイプ18の先端の半導体チップ7を吸着保持するのである。
【0022】
ボンディングヘッド3の上下動の基本は、Z軸駆動機構31によるが、ボンディングの際の、加圧力の調整は加圧調整シャフト33に装着されたウエイト22と加圧調整シャフト33の保持部材24に取り付けられたロードセル25により行なわれる。この関係に付いて説明すると、ボンディングツール部11を有する加圧調整シャフト33は、保持部材24に対し、スライドユニット26、27により上下動可能で、且つ、ロードセル25のボール28に乗った状態で配置されている。ここで、保持部材24は、ケーブル保持体41、42と固定状態で、Z軸駆動機構31に従って上下動する。
【0023】
ここで、Z軸駆動機構31の動作により、保持部材24を下降させると、最初、加圧調整シャフト33も共に下降し、吸着されたチップ7が基板6に当接した時点で加圧調整シャフト33の下降は停止する。この時点から保持部材24の下降を継続すると、ロードセル25により検出される荷重は減少し、チップ7及び基板6にかかる荷重が増加する。ロードセル25の検出値が0になったときチップ7及び基板6にウエイト22を含む加圧調整シャフト33の全荷重がかかったことになる。
【0024】
これ以上の保持部材24の下降は、加圧調整シャフト33が、ロードセル25のボール28より離れてしまうため、荷重増加はない。従って、それ以上の荷重が必要な場合、ウエイト22の重量を増加させることにより対応する。すなわち、加圧調整シャフト33にウエイト22を取り付けた全体の重量範囲で荷重を設定し、ロードセル25により、現実の荷重値をフィードバックしなが保持部材24の下降を制御するのである。尚、上限センサ23は、設定ミス等により保持部24が必要以上に下降することを防止するものである。
【0025】
以下、本発明の実施の形態であるボンディング装置1の動作について説明する。基板6を載置したボンディングステージ2がX軸およびY軸駆動機構により光硬化性樹脂供給装置の下方に移動し、基板6に光硬化性樹脂を塗布する。その後ボンディングステージ2は、ボンディング位置に移動する。
【0026】
他方、ボンディングヘッド3はチップ供給位置で、チップ7へ下降近接し、吸引装置が動作する。真空吸引される。これによりチップ7は、ボンディングツール部11の吸着面21に吸着保持され、上方へ移動しボンディングステージ2の移動を待っている。尚、実施例でチップ7は、0.3mm角のチップを利用している。
【0027】
ボンディングステージ2が、ボンディングヘッド3の下方に来ると、ボンディングヘッド3は、Z軸駆動機構31により下降し、チップ7が基板6に当接する。このとき紫外線供給装置32が動作し、UV光源より、紫外線が光ファイバケーブル40を通り、出射口43より出射され、チップ7付近の光硬化性樹脂9に照射される。この状態を示すのが図9であり、同図中下向きの矢印が紫外線を示している。
【0028】
この時、ボンディングには一定の加圧が必要であるので、ボンディングヘッド3は、Z軸駆動機構31により若干下降されている。この際、加圧が強すぎると基板6やチップ7の破壊、バンプの破壊による短絡等の不都合が生じる危険があるため、ボンディングのための加圧は、Z軸駆動機構31の下降動作に強制的に従うもので無く、装備されたウエイト22を含む加圧調整シャフト33の重さの範囲内でロードセル25の荷重検出に従って調整され加圧されている。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を発揮する。
チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光照射をボンディングヘッドのチップ吸着部材により、行なうものであるので、本発明に係る光照射用ボンディングヘッドは、一つのヘッドによりチップのハンドリング、チップへの加圧及び光硬化性樹脂への光照射の役割を果たすことができ、ボンディングの動作工程を減少させることができ、ボンディングスピードの向上およびチップの搭載精度の向上を図ることができるものとなった。
【0030】
又、第二実施例の効果ではあるが、チップ吸着部材となるツールヘッド15を装備し、該ツールヘッド15を金属製円筒16の内部に細い光ファイバ17を束ねて接着剤で接着したもの埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ18が入れたものとすることにより、チップ吸着面21に光硬化性樹脂が付着したような場合交換可能であり便利である。
【0031】
また、第三実施例の効果であるが、レンズを配置しているため、集光レンズを用いれば、低出力の紫外線照射装置で高いパワー密度の紫外線照射を行うことができ、その結果、樹脂硬化時間を短くすることが可能であるばかりか、拡散レンズを使用すれば、照射エリアを広げることもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボンディングヘッドの一実施例を示す概略断面図
【図2】同ボンディングツール部分の断面図
【図3】通気パイプと光ファイバの関係を示す説明図
【図4】ボンディングツール部分の第二実施例を示す断面図
【図5】第二実施例におけるツールヘッドを示す断面図
【図6】同ツールヘッドと光ファイバとの関係を示す断面図
【図7】ボンディングツール部分の第三実施例を示す断面図
【図8】同側面図
【図9】ボンディング方法を示す説明図
【図10】ボンディング装置の概要を示す側面図
【図11】従来の光硬化性絶縁樹脂による実装方式の動作説明図
【符号の説明】
1......ボンディング装置
2......ボンディングステージ
3......ボンディングヘッド
4......吸着ヘッド
5......加圧ヘッド
6......基板
7......チップ
8......バンプ
9......光硬化性樹脂
10.....従来方式の光照射装置
11.....ボンディングツール部
12.....金属製保持器
13.....石英ガラス
14.....真空配管用継手
15.....ツールヘッド
16.....金属製円筒
17.....光ファイバ
18.....通気パイプ
19.....通気孔
20.....空部
21.....チップ吸着面
22.....ウエイト
23.....上限センサ
24.....保持部材
25.....ロードセル
26、27..スライドユニット
28.....ボール
31.....Z軸駆動機構
32.....紫外線供給装置
33.....加圧調整シャフト
40.....光ファイバケーブル
41、42..ケーブル保持体
43.....出射口
50.....真空室
51.....通気口
52.....集光レンズ
Claims (1)
- チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光源と接続された光ファイバケーブルの光出射方向側にチップ吸着孔を有するチップ吸着部を形成し、該チップ吸着部が光ファイバを束ねて構成され、束ねられた光ファイバ間に、吸引装置と接続され、チップ吸着孔に至る吸引通路を形成したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッド。
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---|---|---|---|
JP35559796A JP3574941B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 光照射用ボンディングヘッド |
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