JP5042146B2 - Flip chip bonder - Google Patents
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Description
本発明は、粘着シートに貼着されてウエハから切り出された電子部品を吸着してピックアップし反転して基板に接続する、フリップチップボンダ装置に関するものである。 The present invention relates to a flip chip bonder device that adsorbs, picks up, inverts and connects an electronic component that is attached to an adhesive sheet and cut out from a wafer to a substrate.
ウエハとは、半導体素子製造の材料で、シリコン等の半導体の素材の結晶を円柱状に成長させたインゴッドを薄くスライスした円盤状の板である。板の厚さは0.03mm〜1mm程度である。 A wafer is a disk-shaped plate made by thinly slicing an ingot, which is a material for manufacturing a semiconductor element, and in which a crystal of a semiconductor material such as silicon is grown in a cylindrical shape. The thickness of the plate is about 0.03 mm to 1 mm.
この板は表面が現像・エッチングされ、レジスト除去された状態で粘着シートに貼着されて細かくダイジングされた状態で集積回路が構成された電子部品 (以下チップと称す)が提供されている。 This plate is provided with an electronic component (hereinafter referred to as a chip) in which an integrated circuit is formed in a state where the surface is developed / etched, adhered to an adhesive sheet in a state where the resist is removed, and finely diced.
チップは一辺が1mm〜30mm角程度の正方形で、ノズル等で吸着して搬送され基板等に実装される。
本出願はフリップチップボンダ装置とも呼ばれる、バンプを用いてチップを基板に接続するときに用いられる装置に関するものである。
The chip is a square having a side of about 1 mm to 30 mm square, and is sucked and conveyed by a nozzle or the like and mounted on a substrate or the like.
The present application relates to a device used when a chip is connected to a substrate using a bump, which is also called a flip chip bonder device.
図2に示すようにバンプ201とはシリコンウエハ19上に形成されたこぶ状の金属を指しウエハ19のダイ(集積回路のひとかたまりとして切り取られて一つの半導体チップ20となる領域)内で形成された集積回路につながる突起状金属端子を意味している。
ウエハ19に形成されたバンプ201は集積回路の配線の一部であり、集積回路が構成された半導体チップ20を回路基板18の回路へ接続するための端子となっている。一つの半導体チップ20に数十個から数千個のバンプ201が必要とされる。
As shown in FIG. 2, the
The
バンプ201が形成された半導体チップ20は反転されフェイスダウンしてバンプ201が直接回路基板18に接続される。バンプ201は高さが10〜100μm、直径が10〜125μmであり、200℃以上に加熱して加圧することによりバンプ201が熔けて回路基板18と半導体チップ20が接続される。
従ってフリップチップボンダ装置は数μm内の誤差で正確に位置決めし圧接しなくてはならないと共に、加熱部分が高温になるので、熱対策と熱膨張による変化を最小限に抑えて正確な位置決めをすることが重要である。
The
Therefore, the flip chip bonder must be accurately positioned and pressed with an error within a few μm, and the heated part becomes high temperature, so that accurate positioning is achieved with minimal changes due to thermal countermeasures and thermal expansion. This is very important.
熱対策として図8に示すような従来例、特開2003-264358が示されている。 従来例ではチップ92を基板93の定められた位置に正確に加熱加圧接合するために、チップ92を基板93に接合する直前にカメラ94(上下2視野カメラ)をチップ92と基板93の間に進出させ両者が正確に位置決めされるように修正した後、ボンディングヘッド91を下降させてチップ92を基板93に加熱加圧接合させるように構成されている。
As a countermeasure against heat, a conventional example as shown in FIG. 8, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-264358 is shown. In the conventional example, in order to accurately heat and pressure bond the
最初にボンディングステージ90に設置された基板93と、ボンディングヘッド91に取り付けられたチップ92の間にカメラ94が進出して画像認識を行い接合のための位置調整やチップ92の角度調整が行われる。
その後カメラ94が後退してボンディングヘッド91が下降しチップ92が基板93の所定の位置に加熱加圧接合する。チップ92は加熱しながら加圧されて接合するため、ボンディングヘッド91やボンディングステージ90近傍は高温の雰囲気となる。
First, the
Thereafter, the
高温の雰囲気中に進出して画像認識するカメラ94は何度もこのような作業が繰り返されるとやがて高温になり、熱変形が発生して正確な画像認識ができなくなってしまう。そこで供給路95から冷却した空気を矢印のように吹き込みカメラ94の温度上昇を防ぎ正確な画像認識をさせようとするものである。
上述した従来例ではカメラ94に冷風等を吹き込み温度調節を行おうとするものである。しかしながら本装置に用いられるカメラは2視野カメラ30が用いられている。図6、図7に示すように2視野カメラ30は2つのCCDカメラ31.32によってプリズムやレンズを使用して撮影穴33から上下両方の物体を撮影できるように構成されている。
従って上部焦点35と下部焦点36は撮影穴と平行な焦点軸37で結ばれた点で撮影物が撮像されることで、半導体チップ20と回路基板18の距離を計測すると共に高倍率で正確な位置あわせを行うようになっている。
In the above-described conventional example, cold temperature or the like is blown into the
Therefore, the upper
従来例では冷風を供給路95から吹き込み、カメラ94を冷却するようにしているが、2視野カメラ30は焦点軸37で結ばれた上下焦点35,36の位置に結合する半導体チップ20と回路基板18を撮影することにより、両者の位置を修正して結合する最終確認を行う部分である。2視野カメラ30に撮像されて位置修正された後は、ボンディングヘッド部50が半導体チップ20を吸着保持したまま、直下に所定距離下降して、回路基板18に加熱加圧接合される。
In the conventional example, cool air is blown from the
ここで重要なことは、2視野カメラ30内部に温度差が生じて、プリズム、レンズの変形や部品の熱膨張により発生する焦点軸37の変化や上下焦点35,36間の距離の変化を防止するためには、従来例のように冷風を供給路95から吹き込んでカメラ94を一方向から冷却するだけでは、カメラ94内部に温度差が生じて、焦点軸37や上下焦点35,36の距離hに誤差を発生してしまう可能性があった。
What is important here is that a temperature difference occurs inside the two-
また、図8の従来例のボンディングステージ90によってバンプ201が熔けて接続しやすいように基板93が温められているのでボンディングステージ90の上部は温められた状態の雰囲気になっている。
更に、ボンディングヘッド91の先端部にはヒータが取り付けられており、チップ92を200℃以上に昇温して、基板93に加熱加圧接合するのでボンディングステージ90の上部は徐々に高温になってしまう。そのような高温の雰囲気に進出するカメラ94はやがて高温になり、熱膨張による誤差が発生する。従ってできるだけボンディングステージ90の上部を常温にしておくことが望ましい。
Further, the
Further, a heater is attached to the tip of the
ボンディングステージ90は一定温度に昇温されるがその熱がボンディングステージ90下部に伝わると、本体全体に熱膨張による誤差を生じさせるので熱がボンディングステージ90の下部に伝わらないように断熱処理がされていることが望ましい。
The
更にボンディングステージ90上部の雰囲気温度が高温にならないよう空気を循環させておくことが望ましい。しかし空気を吹き出す場合には、フィルタ等によって清浄化された空気を放出することによって、チップ92や基板93に塵芥等が付着して導電性を低下させることがないようにすることが望ましい。
Furthermore, it is desirable to circulate air so that the atmospheric temperature above the
そこで、回路基板を精密に載置し恒温手段によって一定温度に管理する基板実装部と、半導体チップを加熱手段によって昇温し前記回路基板に加熱加圧接合する半導体チップ移送接合手段と、前記半導体チップ移送接合手段が実装位置に位置したとき前記基板実装部と前記半導体チップ移送接合手段との間に位置するよう移動し、前記回路基板と前記半導体チップの相関関係を画像認識する2視野カメラを備えたフリップチップボンディング装置において、
前記2視野カメラに備えられた複数の温度センサーと、前記2視野カメラを空冷するための空気回路と、前記2視野カメラを空冷するための複数の強制冷却風の出入り口を備えた冷却手段と、該冷却手段の強制冷却を制御する冷却風制御手段を備え、前記冷却制御手段は感知温度が高い値の温度センサー近傍の冷却風入り口より、感知温度が低い値の温度センサー近傍の冷却風出口への冷却風流が生ずるように制御することによって、前記2視野カメラ全体の温度が均一になるようにしたことを特徴とするフリップチップボンダ装置を提供するものである。
Therefore, a substrate mounting part that precisely places the circuit board and manages the temperature by a constant temperature means, a semiconductor chip transfer bonding means that heats and heat-bonds the semiconductor chip to the circuit board by the heating means, and the semiconductor A two-field camera for recognizing the correlation between the circuit board and the semiconductor chip by moving so as to be positioned between the substrate mounting portion and the semiconductor chip transfer bonding means when the chip transfer bonding means is located at the mounting position; In the provided flip chip bonding apparatus,
A plurality of temperature sensors provided in the two-field camera; an air circuit for air-cooling the two-field camera; and a cooling means including a plurality of forced cooling air inlets and outlets for air-cooling the two-field camera; Cooling air control means for controlling forced cooling of the cooling means is provided, the cooling control means from the cooling air inlet in the vicinity of the temperature sensor having a high sensing temperature to the cooling air outlet in the vicinity of the temperature sensor having a low sensing temperature. The flip-chip bonder apparatus is characterized in that the temperature of the entire two-field camera is made uniform by controlling so that the cooling air flow is generated.
そして、前記半導体チップ移送接合手段に吹き込まれた空気が、該半導体チップ移送接合手段の前記加熱手段の加熱部近傍を通過して前記半導体チップ移送接合手段の下端部近傍から放出するよう構成した加熱手段冷却空気通路と、前記半導体チップ吸着部に取り付けられ、吹き込まれた空気で該半導体チップ移送接合手段の前記加熱手段によって発生した熱を遮断するように風流した断熱空気室を備え、前記加熱手段冷却通路によって前記加熱手段で過熱した加熱部を冷却し、前記断熱空気室によって前記加熱手段によって発した熱が前記半導体チップ移送接合手段の他部に熱伝導して熱膨張することを防止すると共に、前記加熱手段冷却空気通路と前記断熱空気室に吹き込まれた空気を、前記半導体チップ移送接合手段から放出することによって前記基板実装部と前記加熱手段から発生した熱を拡散させるように風流するようにしたことを特徴とするフリップチップボンダ装置を提供するものである。
更に、前記基板実装部には、熱が下部に伝導しないように断熱処理がされていることを特徴とするフリップチップボンダ装置であって、フィルタによって清浄化された空気を前記加熱手段冷却空気通路と前記断熱空気室に吹き込んで前記半導体チップ移送接合手段から放出して風流になるようにしたことで、前記回路基板や前記半導体チップに塵芥が付着することを防止するようにしたことを特徴とするフリップチップボンダ装置を提供するものである。
The air blown into the semiconductor chip transfer joining means passes through the vicinity of the heating portion of the heating means of the semiconductor chip transfer joining means and is discharged from the vicinity of the lower end of the semiconductor chip transfer joining means. A cooling air passage, and a heat insulating air chamber that is attached to the semiconductor chip adsorbing portion and is blown to block the heat generated by the heating means of the semiconductor chip transfer joining means by the blown air, and the heating means While cooling the heating part overheated by the heating means by the cooling passage, the heat generated by the heating means by the heat insulating air chamber is prevented from thermally conducting to the other part of the semiconductor chip transfer joining means and thermally expanding. The air blown into the heating means cooling air passage and the heat insulating air chamber is discharged from the semiconductor chip transfer joining means. Accordingly there is provided a flip-chip bonder, characterized in that so as to wind flow to diffuse the heat generated from the heating means and the substrate mounting portion.
Furthermore, the board mounting part is heat-insulated so that heat is not conducted to the lower part, and the flip-chip bonder device is characterized in that the air cleaned by the filter is supplied to the heating means cooling air passage. And blowing into the adiabatic air chamber and discharging it from the semiconductor chip transfer joining means to form an air flow, thereby preventing dust from adhering to the circuit board and the semiconductor chip. A flip chip bonder device is provided.
本願に係る発明は2視野カメラ30内部に外部に解放されていないエァー供給路38を設け、エァー供給路38の両端38a、38bのどちらからでもPポートから吹き込まれたエァーを吹き込めるようにした。また、エァー供給路端部38aから吹き込まれた場合のエァーはエァー供給路端部38bから吹き出すようにすると共に、エァー供給路端部38bから吹き込まれた場合のエァーはエァー供給路端部38aから吹き出すようにして、制御弁39を経由して大気に放出するように構成した。つまり2視野カメラ30内に設けたエァー供給路38は閉回路になるように構成したものである。
更に2視野カメラ30内部には複数の温度センサー40a、40bを備えた。
In the invention according to the present application, an
Furthermore, a plurality of
そして制御方法を、例えば温度センサー40aの値が温度センサー40bより高い場合、温度センサー40a近傍に配管されているエァー供給路端部38aからエァーを吹き込みエァー供給路端部38bからエァーを制御弁39を経由して大気に放出するように制御部3で制御する空圧制御部を備えた。
このことにより温度の高い温度センサー40a近傍を通過した空気はいち早く温度センサー40a近傍を冷却し、幾分温められた状態で温度センサー40b近傍を通過するので、温度センサー40aと温度センサー40bの温度差が発生しにくくすることができるようになった。
For example, when the value of the
As a result, the air that has passed through the vicinity of the
このような構成によってCCDカメラ31,32に取り付けられた撮影回路34内部のプリズムもしくは2視野カメラ30内部の光学系の部品等が左右均等の温度になり、熱影響によって焦点軸37がずれることを少なくすることができると共に、焦点距離hの誤差を少なくすることができる。このように2視野カメラ30内部の光学系の部品が温度差によって傾き、精度が不安定になることを防止することができた。
With such a configuration, the prism inside the photographing
また、温度センサー40a、40bに温度差がない場合には一定時間でエァー供給路端部38a、38bから交互にエァーを供給するようにしたことで、2視野カメラ30全体の温度を一定に保つことができるようになった。
In addition, when there is no temperature difference between the
また、エァーは制御弁39によってPポートから吹き込まれた後、再び制御弁39に戻されてから本装置外等に誘導して大気に放出することができるので、フィルターを取り付けてエァーを清浄化する必要がなく経済的である。また、2視野カメラ30に吹き込まれるエァーは一定温度に冷却されたものを使用すれば、更に温度管理効果が向上する。また制御弁39に戻されたエァーは配管を追加することによって、架台2や制御部3近傍に放出しこれらの部品の冷却に再利用することができる。
In addition, the air is blown from the P port by the control valve 39, and then returned to the control valve 39 and then guided to the outside of the device and released to the atmosphere, so a filter is attached to clean the air. There is no need to do so and it is economical. Further, if the air blown into the two-
次に、ボンディングヘッド部50の下端部には半導体チップ20を吸着するためのボンディングツール51と半導体チップ20を加熱するためのヒータ52がある。ヒータ取付部53にはヒータ冷却エァー吹込み口53aとヒータ冷却エァー噴出し口532がある。
Next, a
ヒータ52が発熱しているときにはヒータ冷却エァー吹込み口53aからのエァー吹込みは停止しており、ヒータ52の発熱によってボンディングツール51が発熱し半導体チップ20が加熱されバンプ201が溶解して半導体チップ20と回路基板18が接合される。接合直後にヒータ冷却エァー吹込み口53aからエァーが吹き込まれてヒータ52が冷却され、同時にボンディングツール51と半導体チップ20が冷却される。
ヒータ冷却エァー吹込み口53aから吹き込まれたエァーはヒータ52直上のヒータ冷却エァー吹き出し口532から吹き出され半導体チップ20近傍を冷却して溶解したバンプ201を固形化し急速に半導体チップ20と回路基板18の接合を完了することができるようになった。
When the
The air blown from the heater cooling
更に断熱材54の上部には断熱部55があり断熱部冷却エァー吹込み口551からは常にエァーが吹き込まれ、断熱部エァー吹き出し口552からエァーを吹き出し、ヒータ52の熱が力センサー56に伝わらないよう断熱すると共にボンディングステージ60によって昇温された近傍の雰囲気を拡散する。
そして、ヒータ冷却エァー吹き出し口532や断熱部冷却エァー吹き出し口552から吹き出されるエアーは、全てフィルターを通ってヒータ冷却吹き込み口53aや断熱冷却エァー吹き込み口551から吹き込まれるので、半導体チップ20や回路基板18には常に清浄化されたエァーが流入し塵芥が付着して配線不良が生じないように防止することができる。
Furthermore, there is a
All of the air blown from the heater cooling
また、ボンディングステージ60はボンディングステージヒータ62によって温められ回路基板18にバンプ201が着きやすくしている。ボンディングステージ60とXYテーブル63の間にはボンディングステージ断熱材61が介在しておりボンディングステージヒータ62の熱がXYテーブル63に伝達され熱膨張しないように構成されている。
Further, the
本発明は数μm程度の誤差しか許されない、フリップチップボンダ装置に関するもので、熱源が近くにあるにもかかわらず、最終的な位置決めに用いられる2視野カメラ30の光学系部品が温度差によって傾き、精度が不安定にならないよう温度センサー40a、40bを設けかつ2視野カメラ30内で開放することのない閉回路状態で構成されたエァー供給路38を設けたものである。
かつ、ボンディングヘッド部50から外側に向かって清浄化されたエァーを放出することによって2視野カメラ30の進出する場所の雰囲気温度を低下させると共に、接合部近傍に塵芥のないエァーを放出することによって接触不具合を防止しようとするものである。
図1はフリップチップボンダ装置1の全体図で反転ヘッド17がウエハ19に半導体チップ20を取りに行った状態を示す図である。
図2はフリップチップボンダ装置1の全体図で反転ヘッド17からボンディングヘッド50に半導体チップ20を受け渡ししている状態を示す。
The present invention relates to a flip-chip bonder that can only have an error of about several μm, and the optical system components of the two-
In addition, by releasing air that has been cleaned outward from the
FIG. 1 is an overall view of the flip
FIG. 2 is an overall view of the flip
図3は半導体チップ20を吸着保持したボンディングヘッド部50と回路基板18の間に2視野カメラ30が進出して測定している状態を示す拡大図である。
図4は半導体チップ20を吸着保持したボンディングヘッド部50によって半導体チップ20を回路基板18に加熱加圧接合している状態を示す拡大図である。
図5はボンディングヘッド部50の拡大図で断熱部55とヒータ取り付け部53の外側を透視できるようにした図である。
図6は2視野カメラ30の拡大図である。
図7は2視野カメラ30の外側を透明にした図に、制御弁39の製図記号を記載してエァー通路38を理解しやすいように表現した図である。
図8は従来例のカメラ94とボンディングヘッド91、ボンディングステージ90の近傍を描いた図である。
FIG. 3 is an enlarged view showing a state in which the two-
FIG. 4 is an enlarged view showing a state in which the
FIG. 5 is an enlarged view of the
FIG. 6 is an enlarged view of the two-
FIG. 7 is a diagram in which the outside of the two-
FIG. 8 is a view depicting the vicinity of a
半導体チップ20は粘着シートに貼着されたウエハ19の状態で、ウエハ台16に設置されモータ161によってX方向に移動する構成になっている。
The
半導体チップ20は図1に示すように反転ヘッド17によって吸着保持される。次にモータ171の駆動によってY方向に移動すると共にモータ172の駆動によって図2のように反転ヘッド17が上向き状態になるようにして、所定の位置でボンディングヘッド50に半導体チップ20を反転させて受け渡すように構成されている。
The
ウエハ19のX方向の動きと反転ヘッドのY方向の動きによってウエハ19上の半導体チップ20は制御部3の制御によって順次反転ヘッド17に吸着保持されるように構成されている。
なお、本出願に使用されているモータは全てサーボモータでありエンコーダ(回転検出器)が備えられており、モータ軸の回転角度や回転速度を検知し、制御部3において制御することで、反転ヘッド17やウエハ台16等全ての可動部の位置決めが制御部3の制御によって正確に行うことができるように構成されている。
The semiconductor chips 20 on the
The motors used in the present application are all servo motors and are equipped with an encoder (rotation detector). The rotation angle and the rotation speed of the motor shaft are detected and controlled by the
反転ヘッド17から半導体チップ20を受け取るのがボンディングヘッド部50(半導体チップ移送接合手段)である。図1と図5に示すようにボンディングヘッド部50はモータ501の駆動によってX方向に移動し、モータ502の駆動によってZ方向に移動するように構成されている。更にボンディングヘッド回転モータ59によって、ボンディングヘッド部50をR方向に回転できるように構成されている。ボンディングヘッド部50の下端部にはボンディングツール51が取り付けられており、ボンディングツールエァー吸着通路53bから吸引することにより、ヒータ52に吸着保持されている。
The bonding head unit 50 (semiconductor chip transfer bonding means) receives the
従ってボンディンクツール51は半導体チップ20の形状に応じて交換可能に構成されている。また、ボンディングツール51中央部には穴が開けられており、チップ吸着通路53Cから吸引することにより、半導体チップ20をボンディングツール51下側に吸着保持するように構成されている。ボンディングツール51はヒータ52が加熱することによって半導体チップ20を200℃〜300℃に昇温させることができるようになっている。
Therefore, the
ヒータ52には発熱のための電極と温度管理のための温度センサーが内蔵されており、それぞれ電極ケーブル52bと温度センサーケーブル52aで配線されている。
ヒータ取付部53にはボンディングツール吸着通路53bとチップ吸着通路53cが配管されている。更にヒータ冷却エァー吹き込み口53aから吹き込まれたエァーをヒータ冷却エァー吹き出し口532から吹き出して急速にヒータ52を冷却すると共にヒータ取付部53を冷却して熱が力センサー56に伝達しないように構成されている。
また、ボンディングヘッド50近傍の熱せられた空気をヒータ冷却エァー吹き出し口532から吹き出して拡散するように構成されている。
The
A bonding
Further, the heated air in the vicinity of the
また、ヒータ取付部53の上部には断熱材54が取り付けられており、断熱材54の上部には断熱部55が設置されている。断熱部55には冷却エァー吹き込み口551が2箇所構成されており、断熱部55によってヒータ52の発熱の上昇を完全に遮断し力センサー56が熱によって測定値に誤差を生じないように構成されている。
力センサー56はボンデイングヘッド部50がどれだけの荷重を半導体チップ20に負荷させたかを力センサーケーブル561を経由して制御部3によって測定記憶するようになっている。しかしヒータ52の熱が力センサー56に伝達して熱影響によって正確な荷重測定値が検出できない恐れがある。更に力センサー56より上のシャフト57も同様に熱膨張するとボンディングツール51の制御された高さに誤差を生じてしまう危険性がある。
In addition, a
The
断熱部55は断熱エァー吹き込み口551から空気を吹き込んで断熱部エァー吹き出し口552から吹き出すようにすることで、断熱部55の温度を一定に保つと共に、周囲の温められた雰囲気をいち早く拡散する構成になっている。
なお、断熱部55に吹き込まれるエァーは冷却装置によって冷却され一定温度に管理された冷風を使用する。
The
The air blown into the
2視野カメラ30について図6、図7を用いて説明する。図6のように2視野カメラ30本体は角形をしており、前方部中央に撮影穴33が上下に貫通して開けられている。2視野カメラ30の本体後方にはCCDカメラ31とCCDカメラ32の2つのカメラが接続されており、2視野カメラ30本体内部に構成された撮影回路34内に設置されたレンズやプリズム(図示しない)を組み合わせることにより、一方のCCDカメラは上部焦点35の映像を撮像し、他方のCCDカメラは下部焦点36の映像を撮像する。つまり2つの撮像手段によって上下方向同時に撮像できる構成になっている。
The two-
撮像した映像は、カメラケーブル311、321を通して制御部3に送られて、制御部3に記憶された映像と照合し、撮像した映像と制御部3にあらかじめ記憶された映像が異なる場合は、ボンディングステージ60(基板実装部)やボンディングヘッド50(半導体チップ移送接合手段)等を移動するよう制御して、撮像した映像と記憶された映像が同一になるように各モータを駆動して調整される。
The captured video is sent to the
制御部3では上部焦点35と下部焦点36の撮像が記憶された映像と同一であれば、下部焦点36には回路基板18の所定位置が配置されており、上部焦点35には半導体チップ20が所定位置に配置されていると判断する。つまり2視野カメラ30の撮像が制御部3に記憶された映像と一致すれば回路基板18と半導体チップ20は距離hの間隔で焦点軸37上に精密に配置されたと判断することができる。
もし2視野カメラ30の撮像が制御部3に記憶された映像と一致しないときは、制御部3において一致しない撮像を解析してXYZ方向とR方向のズレを計算し、制御部3に記憶された映像と一致するように制御部3で制御して、ボンディングヘッド部50やボンディングステージ60を移動させる。
In the
If the image captured by the two-
このようにして制御部3によって回路基板18と半導体チップ20が所定の位置に配置されたと判断された後は、図4のように2視野カメラ30がY2方向に後退し、モータ502を駆動させてボンディングヘッド50をZ方向に下降させ半導体チップ20を回路基板18に加熱加圧接合することができる。ボンディングヘッド50が下降する際は側板503に沿ってガイド501が移動するのでR方向に回転することがないような構成になっている。
After the
以上のような構成によってボンディングヘッド50(半導体チップ移送接合手段)に吸着保持された半導体チップ20とボンディングステージ60(基板実装部)に載置された回路基板18の最終位置決めが制御部3によって制御される。しかし図7のように2視野カメラ30が熱影響によってレンズやプリズムの角度に変化を生じると、上部焦点35が熱影響によって移動した上部焦点351になってしまうことがある。
With the above configuration, the
同様に下部焦点36が熱影響によって移動した下部焦点361になってしまうことがある。すると制御部3は誤認識して熱影響によって移動した上下焦点351,361の位置に半導体チップ20と回路基板18を移動して設置し、ボンディングヘッド50をZ方向に下降させて加熱加圧接合するようになるので、数μm程度の誤差しか許されない半導体チップ20の接合ができなくなり、不良品を発生してしまうことになる。
このような状態にならないために、2視野カメラ30は本体全体が一定温度になるように温度管理しなくてはならない。
Similarly, the lower
In order to avoid such a state, the two-
2視野カメラ30には複数の温度センサー40a、40bが備えられており、各部の温度が測定されて制御部3に送られる。そして温度差がある場合には高い温度を感知した温度センサー40の近傍のエァー供給路(風流路)38から冷風を吹き込み、感知温度が低い温度センサー40近傍の冷却出口へ冷却風流が生ずるように制御部3によって制御される。
つまり温度センサー40aが温度センサー40bより高い温度を感知している場合は、エァー供給路(風流口)38aからエァーを吹き込み、エァー供給路端部(風流口)38bから制御弁(制御手段)39を経てエァーを放出するように構成されているものである。
これらのエァー供給路端部38a、38bは制御弁39を制御部3が制御することによって風流方向が制御される制御手段である。。
The two-
That is, when the
These air supply
図7は温度センサー40a、40b撮影回路34、エァー供給路38の状態が透視できるように作図したものである。エァー供給路38は、図7のように配管状態で作成されているが、2視野カメラ30本体の内部全体を空隙にしてエァー供給路端部38a、38bを設けるようにして全体に風流するように構成しても良い。
また、制御弁のPポートから吹き込まれて、2視野カメラ30を通過してきたエァーは制御弁39を経て放出されるか、放出口をフリップチップボンダ本体1下部の制御部3近傍や架台2の内部に放出するようにして他の部分を冷却するように応用することもできる。
FIG. 7 is constructed so that the states of the
In addition, air blown from the P port of the control valve and passed through the two-
なお、2視野カメラ30はカメラテーブル45によってY方向に移動し、回路基板18と半導体チップ20との間に進出して撮像する。また、モータ461の駆動によってカメラテーブル46はX方向に移動することもできるように構成されている。
Note that the two-
また、ボンディングステージ60はボンディングステージヒータ62によって一定温度に昇温されていると共に、回路基板18を精密に載置する部分は一定の高さと水平度を保っていなくてはならない。そのためにボンディングヒータ62の下部は熱が伝わらないようにボンディングステージ断熱材61が取り付けられており、XYテーブル63が熱影響によって変形し誤差が出ないように構成されている。
In addition, the
以上のように構成されたフリッブチップボンダ装置1の動作について説明する。図2のように反転ヘッド17に吸着保持された半導体チップ20は反転してボンディングヘッド部50のボンディンクツール51に吸着されて受け渡される。このとき半導体チップ20のバンプ201面は下方向に向いている。
The operation of the flip
ボンディングヘッド部50はモータ501の駆動によって所定の位置に半導体チップ20を移送する。同時にXYテーブル63が移動して基板18の所定の位置がボンディングヘッド部50の直下に来るように基板18を移動する。
次に基板18とボンディングツール51の間に2視野カメラ30がY1方向に進出して、上部焦点35に半導体チップ20が撮像され、下部焦点36に基板18が撮像される。
半導体チップ20は反転ヘッド17からボンディングツール51に受け渡されるときに、微細なズレを生じることが多い。そこでボンディングヘッド回転モータ59によってボンディングヘッド部50をR方向に回転して半導体チップ20の方向を修正することができる。
The
Next, the two-
When the
2視野カメラ30の下部焦点36には基板18の所定の位置が撮像され、上部焦点35には半導体チップ20の位置と方向性が撮像される。2つの焦点35,36の撮像があらかじめ制御部3に記憶されたものと同じであれば基板18と半導体チップ20は所定の装着状態で所定距離hの間隔に正しく移送されたことが確認される。
もし2視野カメラ30の撮像が制御部3に記憶された映像と一致しないときは、制御部3において一致しない撮像を解析してXYZ方向とR方向のズレを計算し、制御部3に記憶された映像と一致するように制御部3で制御して、ボンディングヘッド部50やボンディングステージ60を移動させる。
A predetermined position of the
If the image captured by the two-
その後図45のように2視野カメラ30がY2方向に引き戻されると、ボンディングヘッド部50は、モータ502の駆動によって所定距離分移動して、半導体チップ20を基板18に加圧する。加圧する場合の圧力は力センサー56によって測定されあらかじめ決められた圧力になるように制御部3で制御される。
Thereafter, as shown in FIG. 45, when the two-
加圧されると同時にヒータ52が加熱し、ボンディングツール51を経て半導体チップ20を200℃から300℃に昇温しバンプ201を溶解して基板18の所定の位置に接合する。
次にヒータ冷却エァー吹き込み口53aからエァーを吹き込みヒータ52を急激に冷却し同時にボンディングツール51と半導体チップ20を冷却し半導体チップ20の接合を完了する。そしてチップ吸着エァー通路53cからの吸着を停止して、半導体チップ20を開放しボンディングヘッド20を上昇させた後反転ヘッド17から次の半導体チップ20を吸着保持するべく移動するよう構成されている。
At the same time as the pressure is applied, the
Next, air is blown from the heater cooling
以上のような作業が繰り返し行われる。回路基板18はボンディングステージ60に精密に載置された後、ボンディングステージヒータ62によって一定温度に恒温され温められる。その結果ボンディングステージ60上部の雰囲気は一定温度に上昇する。
The above operations are repeated. After the
同時にボンディングステージ60下部のXYテーブル63等も温度上昇しボンディングステージ60の位置に誤差を生じる恐れがある。これを防止するためにボンディングステージ60の下にはボンディングステージ断熱材61が設置されて熱影響がXYテーブル63に伝導しないように構成されている。
At the same time, the temperature of the XY table 63 and the like below the
また、半導体チップ20が回路基板18に加熱加圧接合する際にボンディングツール51と半導体チップ20は200℃以上に加熱される。
従ってボンディングステージ60の上部は常時恒温の雰囲気になっている。そのような恒温の雰囲気内に繰り返し進出して撮像を繰り返す2視野カメラ20もやがて熱影響を受け高温になってしまう。
2視野カメラ20には複数の温度センサー40a、40bが装着されており、2視野カメラ20の各部の温度が測定され制御部3に送信される。
Further, when the
Therefore, the upper part of the
The two-
2視野カメラ20の内部には、エァー供給路38が作られており、エァー供給路38(空気回路)はエァー供給路端部38a、38bに結合された閉回路を形成している。
温度センサー40a、40bが同一の温度の場合は、エアー供給路端部38a、38bのどちらか一方からエァーを吹き込んで他方から出すよう制御部3で定められている。
An
When the
しかし温度センサー40a、が温度センサー40bより高い場合、制御部3は制御弁39を制御して温度センサー40a近傍を流れるエァー供給路端部38aをPポートにつなぎ、エァー供給路端部38aからエァー供給路段部38bに風流するようにエァーを供給する。
However, when the
すると高温の温度センサー40a近傍に冷風が当たり温度センサー40a近傍が冷やされる。以上のように温度が高い温度センサー40a、40bの近傍を最初に冷風が通過するようにエァー供給路38(空気回路)に風流するように制御することによって、2視野カメラ30全体に温度差が生じないように空冷することにより、撮影回路34内に設けられたレンズやプリズムが熱変化しないように構成した。
逆に温度センサー40bが温度センサー40aより高い場合はエァー供給路段部38bからエァー供給路段部38aに風流するようエァーを供給する。
Then, cold air hits the vicinity of the
Conversely, when the
このことにより2視野カメラ30は全体が均一に冷やされ熱影響を受けにくくなると共に温度差による形状変形を防止するので、レンズやプリズムが変位することがなく、熱影響による光路長の変動と光軸の移動や揺らぎの発生を防止し、常に当初にセッティングされた上部焦点35と下部焦点36で撮像するようになり、不良品の生産を防止することができる。
As a result, the entire two-
更にボンディングステージ60のボンディングステージヒータ62とボンディングヘッド部50のヒータ52によって発生した熱はボンディングステージ60上部に高温の雰囲気を作成する。この雰囲気はボンディングステージ60上部に進出してくる2視野カメラ30に熱影響を与える最大の原因になるので取り除くことが好ましい。
Further, the heat generated by the
そこでボンディングヘッド50の力センサー56下部に断熱部55を取り付けて、断熱冷却エァー吹込み口551からエァーを吹き込んで、断熱部冷却エァー吹き出し口552から全周囲方向に冷却エァーを吹き出すように構成したことにより、冷却エアーが断熱部55を冷却すると共に、空気室を断熱部54内に形成して断熱効果を高め、力センサー56が熱影響を受けるのを防止した。
Therefore, the
また、冷却エァーがボンディングツール60上部の高温になった雰囲気を拡散させ2視野カメラ30が熱影響を受けるのを防止した。
更に2視野カメラ30が半導体チップ20と回路基板18の間に進出して撮像している間、断熱部冷却エァー吹き出し口552から放出された冷風は2視野カメラ30やX方向カメラテーブル46やY方向カメラテーブル45を冷却し熱による影響がより少なくなるように構成した。
Further, the cooling air diffused the high temperature atmosphere above the
Further, while the two-
断熱部冷却エァー吹き出し口552から吐出される冷却エァーはフィルタを通過し清浄化したエァーを用いることで回路基板18に塵芥が付着するのを防止することができるようになった。2視野カメラ30の冷却機構と断熱部55の冷却機構は以上のような相乗効果を生み出すことができるものである。
The cooling air discharged from the heat insulating portion cooling
更にまた、ヒータ冷却エァー吹込み口53aから冷風を吹き込んでヒータ冷却エァー吹き出し口532から吐出するようにしたことで、ヒータ52を急激に冷やすことができる。このことによって半導体チップ20と回路基板18を冷却し接合を短時間で完了することができるようになった。
なお、ヒータ52が加熱しているときはヒータ冷却吹き込み口53aからの冷風の吹き込みは停止するように制御部3によって制御されている。
Furthermore, the cooler is blown from the heater cooling
Note that, when the
また、ヒータ取付部53内部を冷風が通過することにより、ヒータ取付部53を冷却すると共に、ヒータ取付部53内部に空気を充填した部屋を形成し、断熱効果を高めることができた。
そして、ヒータ冷却エァー吹込み口53aから吹き込まれた冷風はヒータ冷却エァー吹き出し口532からあらゆる方向に吹き出すようにすることでヒータ52が発熱した熱を拡散させヒータ52近傍の雰囲気を早急に一定温度に戻すことができる。
Further, when the cool air passes through the
The cool air blown from the heater cooling
以上のように本願発明によるフリップチップボンダ装置は2視野カメラ30全体が一定温度に保たれるよう風流を変更するようにした。そして、2視野カメラ30が移動を繰り返す空間の温度を一定に保つように構成した。
As described above, the flip chip bonder device according to the present invention changes the airflow so that the entire two-
このことにより2視野カメラ30は熱影響を受ける事無く、長時間稼働しても当初の精度を保つことができ、不良品を出すことがなくなった。
また、2視野カメラ30本体を一定温度に保つためのエァーは閉回路にすることによって他の部分の冷却に再利用することができる。
As a result, the two-
Further, the air for maintaining the two-
そして2視野カメラ30近傍の空間を一定温度に保つためのエアーはフィルタを使用して清浄化して吹き出すようにしたので半導体チップ20や回路基板18等に塵芥が付着して不良品を出すことを防止することができる。
And the air to keep the space in the vicinity of the two-
本発明は、フリップチップボンダ装置だけでなく、様々な加熱部分で構成された精密部品組立装置に応用することができる。
The present invention can be applied not only to a flip chip bonder device but also to a precision component assembling device composed of various heating parts.
1
フリップチップボンダ装置本体
2
架台
3
制御部
16 ウエハ台
161
モータ
17
反転ヘッド
171
モータ
172
モータ
18
回路基板
19
ウエハ
20 半導体チップ
201 バンプ
30 2視野カメラ
31 CCDカメラ
311 カメラケーブル
32 CCDカメラ
321 カメラケーブル
33 撮影穴
34 撮影回路
35 上部焦点
351 移動した上部焦点
36 下部焦点
361 移動した下部焦点
37 焦点軸
38 エァー供給路
38a エァー供給路端部
38b エァー供給路端部
39 制御弁
40a 温度センサー
40b 温度センサー
45
Y方向カメラテーブル
46
X方向カメラテーブル
461
モータ
50
ボンディングヘッド部
501 モータ
502
モータ
503
側板
504
ガイド
51 ボンディングツール
52 ヒータ
52a 温度センサーケーブル
52b 電極ケーブル
53 ヒータ取付部
53a ヒータ冷却エァー吹込み口
53b ボンディングツール吸着吹き込み口
53c チップ吸着通路
532
ヒータ冷却エァー吹き出し口
54 断熱材
55
断熱部
551
断熱部冷却エァー吹込み口
552
断熱部冷却エァー吹き出し口
56
力センサー
561
力センサーケーブル
57
シャフト
58
ベルト
59
ボンディングヘッド回転モータ
60
ボンディングステージ
61
ボンディングステージ断熱材
62
ボンディングステージヒータ
63
XYテーブル
90
ボンディングステージ(従来)
91
ボンディングヘッド(従来)
92
チップ(従来)
93
基板(従来)
94
カメラ(従来)
95
供給路(従来)
1
Flip chip bonder body
2
Stand
Three
Control unit
16 Wafer stand
161
motor
17
Reversing head
171
motor
172
motor
18
Circuit board
19
Wafer
20 Semiconductor chip
201 bump
30 2-field camera
31 CCD camera
311 Camera cable
32 CCD camera
321 camera cable
33 Shooting hole
34 Shooting circuit
35 Top focus
351 Upper focus moved
36 Bottom focus
361 Lower focal point moved
37 Focal axis
38 Air supply path
38a Air supply end
38b Air supply path end
39 Control valve
40a temperature sensor
40b temperature sensor
45
Y direction camera table
46
X direction camera table
461
motor
50
Bonding head
501 motor
502
motor
503
Side plate
504
guide
51 Bonding tool
52 Heater
52a Temperature sensor cable
52b electrode cable
53 Heater mounting
53a Heater cooling air inlet
53b Bonding tool suction inlet
53c Chip suction passage
532
Heater cooling air outlet
54 Insulation
55
Heat insulation
551
Heat insulation cooling air inlet
552
Insulation section cooling air outlet
56
Force sensor
561
Force sensor cable
57
shaft
58
belt
59
Bonding head rotation motor
60
Bonding stage
61
Bonding stage insulation
62
Bonding stage heater
63
XY table
90
Bonding stage (conventional)
91
Bonding head (conventional)
92
Chip (conventional)
93
Substrate (conventional)
94
Camera (conventional)
95
Supply path (conventional)
Claims (4)
半導体チップを前記回路基板に加熱加圧接合する半導体チップ接合手段と、
前記半導体チップ接合手段が実装位置に位置したとき前記基板実装部と前記半導体チップ接合手段との間に位置するよう移動し、前記回路基板と前記半導体チップの相互の位置関係を画像認識する、2つの撮像手段によって上下方向同時に撮像できるように構成した、2視野カメラを備えたフリップチップボンディング装置において、
前記2視野カメラに備えられた複数の温度センサーと、
前記2視野カメラを空冷するための送風手段と、
前記2視野カメラを冷却するため複数の出入り口を備えた風流路と、
前記風流路に流れる冷却風の流れ方向を制御する冷却制御手段と、を備え
前記冷却制御手段は感知温度が高い値の温度センサー近傍の風流口より、感知温度が低い値の温度センサー近傍の風流口へ冷却風流が生ずるように制御することによって、前記2視野カメラ全体の温度が均一になるようにしたことを特徴とするフリップチップボンダ装置。 A circuit board mounting part for mounting a circuit board and managing the circuit board at a constant temperature by means of constant temperature;
A semiconductor chip bonding means for heating and pressure bonding the semiconductor chip to the circuit board;
When the semiconductor chip bonding means is located at a mounting position, the semiconductor chip bonding means moves so as to be positioned between the substrate mounting portion and the semiconductor chip bonding means, and recognizes the mutual positional relationship between the circuit board and the semiconductor chip, 2 In a flip chip bonding apparatus equipped with a two-field camera configured to be able to simultaneously image in the vertical direction by two imaging means,
A plurality of temperature sensors provided in the two-field camera;
Air blowing means for air-cooling the two-field camera;
A wind passage with a plurality of doorways for cooling the two-field camera;
Cooling control means for controlling the flow direction of the cooling air flowing through the wind flow path, wherein the cooling control means has an air flow in the vicinity of the temperature sensor having a lower sensed temperature than an air flow outlet in the vicinity of the temperature sensor having a higher sensed temperature. A flip chip bonder characterized in that the temperature of the entire two-field camera is made uniform by controlling so that a cooling airflow is generated in the mouth.
前記半導体チップ接合手段に取り付けられ、吹き込まれた空気で該半導体チップ接合手段の前記加熱手段によって発生した熱を遮断するように風流した断熱空気室を備え、
前記加熱手段冷却通路によって前記加熱手段で過熱した加熱部を冷却し、前記断熱空気室によって前記加熱手段によって発した熱が前記半導体チップ接合手段の他部に熱伝導して熱膨張することを防止すると共に、前記加熱手段冷却空気通路と前記断熱空気室に吹き込まれた空気を、前記半導体チップ接合手段から放出することによって前記基板実装部と前記加熱手段から発生した熱を拡散させるように風流したことを特徴とする請求項1記載のフリップチップボンダ装置。 Air blown into the semiconductor chip bonding means, a heating means the cooling air passage which is configured to heat portion through the vicinity emitted from the vicinity of the lower end portion of the semiconductor chip bonding means of said heating means of said semiconductor chip joining means ,
A heat insulating air chamber that is attached to the semiconductor chip bonding means and has been blown to block the heat generated by the heating means of the semiconductor chip bonding means with the blown air,
The heating part overheated by the heating means is cooled by the heating means cooling passage, and the heat generated by the heating means by the heat insulating air chamber is prevented from conducting heat to the other part of the semiconductor chip bonding means and thermally expanding. In addition, the air blown into the heating means cooling air passage and the heat insulating air chamber was discharged from the semiconductor chip joining means , thereby causing air flow to diffuse the heat generated from the substrate mounting portion and the heating means. 2. The flip chip bonder device according to claim 1, wherein:
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