JPH09153522A - ボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 このはんだ材の流出を有効に防止でき良好な
はんだ付けを行えるボンディング装置を提供する。 【手段】 プリント基板１３を保持するボンディングス
テージ１２と、プリント基板１３と半導体チップ１との
間にはんだバンプ２を介在させ、上記半導体チップ１を
プリント基板１３に対して加圧し、加熱した後冷却する
ボンディングツール４と、はんだバンプ２の加熱時ある
いは冷却時、上記半導体チップ１を保持するボンディン
グツール４及びこのボンディングツール４を保持するツ
ールホルダ８の熱伸縮を検出する熱電対２３及びレーザ
変位計２２と、これらの検出に基づいて上記ボンディン
グツール及びツールホルダ８を駆動制御し、上記半導体
チップ１の保持高さのずれを補正する制御部１６（駆動
指令部１８）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、半導体
チップ（半導体部品）をはんだバンプ（はんだ製の突起
電極）を介して実装基板の表面に実装（ボンディング）
するボンディング装置およびボンディング方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの実装方法は、主に、ワイ
ヤボンディング（Wire Bonding）、ＴＡＢ（Tape Autom
ated Bonding）およびフリップチップボンディング（Fl
ip Chip Bonding ）の３つの方法に分類される。

【０００３】このうち、ワイヤボンディングおよびフリ
ップチップボンディングにおいては、上記半導体チップ
（半導体部品）を実装基板上に直接的に固定する工程が
ある。すなわち、ワイヤボンディングにおいては、ワイ
ヤを用いた接続を行う前に、半導体チップをその能動端
子面（接続端子が形成された面）を上方に向けた状態で
リードフレームのダイパッド上に固定する必要がある。
また、フリップチップボンディングにおいては、半導体
チップを、その能動端子面をプリント基板に対向させた
状態（フェースダウン状態）で、このプリント基板上に
固定する必要がある。

【０００４】このような工程において、上記半導体チッ
プと上記実装基板との固定をはんだ材を用いて行う技術
がある。すなわち、ワイヤボンディングにおいては、接
着剤を用いて固定を行う方法もあるが、放熱性を向上さ
せるために熱伝導率の良いはんだ材を接合材として用い
ることがある。また、上記フリップチップボンディング
の場合には、上記プリント基板との接続媒体としてはん
だバンプと称されるはんだ製の突起電極を用いる技術が
ある。

【０００５】はんだ材を用いた接続を行う場合には、実
装基板上（フリップチップの場合には半導体チップ上）
にあらかじめはんだ材を供給しておき、このはんだ材を
加熱により再溶融させた後凝固させることで行うように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した接
続方法において問題となるのは、第１に、再溶融したは
んだ材が他の場所に流出してしまうことである。すなわ
ち、上記再溶融したはんだ材は表面張力によりその位置
に止まろうとするが、この表面張力以上の圧力が加わる
と、溶融したはんだ材がその位置から流出してしまうと
いうことが考えられる。

【０００７】例えば、上記半導体チップを保持するボン
ディングツールには、加熱による熱膨張が生じる。この
熱膨張により、上記チップと基板との距離が狭まり、上
記はんだに圧力が加わるということが考えられる。

【０００８】また、上記半導体チップと上記基板側との
距離を、このチップを上記基板に押し付けたままの状態
で保持したままにしておくと、溶融した際に、この半導
体チップと基板との間に加わる圧力によって、上記溶融
したはんだ材が流れ出してしまうということが考えられ
る。

【０００９】溶融したはんだ材が別の場所に流出する
と、上記実装基板に形成された電気回路にショートが発
生したり、また、上記半導体チップの能動端子面に形成
された各端子間でショートが起きる恐れがある。

【００１０】また、第２の問題として、上記はんだ材が
凝固する際、上記半導体チップおよび実装基板も冷却さ
れるが、このとき、半導体チップと実装基板との線熱膨
張係数が異なるため、凝固中に上記はんだ材に無理な応
力が加わりこのはんだ材に我が生じることがある。この
割れが生じると導電不良の原因になるから好ましくない
ということがある。

【００１１】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、はんだ材を再溶融させることで半導体チッ
プの実装を行う場合において、このはんだ材の流出を有
効に防止できるとともに、凝固後の破断等を有効に防止
できるボンディング装置およびボンディング方法を提供
することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、はんだ材を介在させ、実装基板と半導体部品とをは
んだ付けするボンディング装置において、上記半導体部
品をはんだ材を介して上記実装基板に対向させた状態で
保持する保持部と、上記はんだ材の加熱時あるいは冷却
時における上記保持部の伸縮量を検出する伸縮量検出手
段と、この伸縮量検出手段によって検出された上記保持
部の伸縮量に基づいて、上記はんだ材の加熱時あるいは
冷却時の上記半導体部品の保持高さを補正する補正手段
とを有することを特徴とするボンディング装置である。

【００１３】第２の手段は、第１の手段のボンディング
装置において、上記伸縮量検出手段は、上記保持部の温
度変化を測定する温度センサと、この温度センサの検出
値を伸縮量に変換する変換手段とを有することを特徴と
するボンディング装置である。

【００１４】第３の手段は、第１の手段のボンディング
装置において、上記保持部は、上記半導体部品を保持
し、この半導体部品をはんだ材を介して上記ボンディン
グステージに保持された実装基板に加圧するボンディン
グツールと、このボンディングツールを保持するツール
ホルダとを有することを特徴とするボンディング装置で
ある。

【００１５】第４の手段は、第３の手段のボンディング
装置において、上記伸縮量検出手段は、上記ツールホル
ダの一端に設けられ、このツールホルダの他端までの距
離の変化を測定することでこのツールホルダの伸縮量を
検出する測長手段と、上記ボンディングツールに設けら
れ、このボンディングツールの温度を測定する温度セン
サと、この温度センサによる温度検出値を伸縮量に変換
する変換手段とを有し、上記測長手段及び上記変換手段
から得られた伸縮量から上記保持部の伸縮量を算出する
ことを特徴とするボンディング装置である。

【００１６】第５の手段は、第１の手段のボンディング
装置において、上記補正手段は、上記半導体素子の目標
保持高さから、上記保持部の伸縮量を減算する減算手段
と、減算後の値に基づき、上記駆動手段を作動させる駆
動指令手段とを有することを特徴とするボンディング装
置である。

【００１７】第６の手段は、半導体部品と実装基板との
間にはんだ材を介在させ、このはんだ材を加熱した後冷
却することで上記半導体部品と実装基板とをはんだ付け
するボンディング方法において、上記半導体部品を保持
する保持部の熱伸縮に基づいて上記半導体部品の保持高
さを所定の高さに補正する工程を有することを特徴とす
るボンディング方法である。

【００１８】第７の手段は、第６の手段のボンディング
方法において、上記はんだ材が加熱されることにより溶
融した後、一旦上記半導体部品と実装基板とを近づく方
向に駆動し、すべてのはんだ材を上記半導体部品と実装
基板とに接触させる工程を含むことを特徴とするボンデ
ィング方法である。

【００１９】第８の手段は、第６の手段のボンディング
方法において、上記はんだ材を凝固させる際に、上記半
導体部品と実装基板の距離を上記はんだ材を押しつぶし
た際の距離よりも大きく保つ工程を含むことを特徴とす
るボンディング方法である。

【００２０】第１の手段によれば、ボンディング中の温
度変化に伴いボンディングツール等が熱伸縮する場合で
あっても、この熱伸縮量に応じて上記半導体部品の保持
高さを補正する要にしたから、半導体部品と実装基板と
の間から溶融したはんだ材が流出したり、凝固したはん
だ材が破断するということはない。

【００２１】第２の手段によれば、保持部の温度変化に
基づいて、この保持部の伸縮量をもとめることができる
から、この保持部に測長器等を取り付けることができな
い場合であっても、その伸縮量を測定することが可能で
ある。

【００２２】第３、第４の手段によれば、測長手段が取
り付けられないボンディングツールについては、このボ
ンディングツールの温度変化に基づいて伸縮量を求める
ことができる。

【００２３】第５の手段によれば、保持部に伸縮が生じ
た場合、その伸縮量だけ保持部を駆動することができる
ので、半導体部品の保持高さのずれを補正することがで
きる。

【００２４】第６の手段によれば、保持部が熱伸縮する
ことで半導体部品の保持高さがずれても、これを補正す
ることができるから、溶融したはんだ材が流出したり、
凝固したはんだ材が破断したりすることがなく、良好な
はんだ付けを行える。

【００２５】第７の手段によれば、はんだ材を押しつぶ
した際に半導体素子とプリント基板とに接触していない
はんだ材があった場合でも、このはんだ材を両者に接触
させることができるから、良好なはんだ付けを行うこと
ができる。第８の手段によれば、はんだ材凝固後におけ
るこのはんだ材の高さを任意に設定することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
面を参照して説明する。図１は、フリップチップボンデ
ィングを行うボンディング装置を示した概略構成図であ
る。

【００２７】図１に１で示すのは、このフリップチップ
ボンディングに用いる半導体チップ（半導体部品）であ
る。この半導体チップ１の能動端子面１ａには、はんだ
材からなる多数個の突起電極２（以下「はんだバンプ」
という）が形成されている。

【００２８】このはんだバンプ２は、上記半導体チップ
１の能動端子面１ａの任意の位置に設けられたアルミニ
ウム製のパッド（図示しない）上にバリアメタルを介し
て形成されたものであり、例えば、転写バンプ方式また
はスクリーン印刷方式によって形成される。そして、そ
の高さは略一定に揃えられている。

【００２９】また、同図に４で示すのは、このボンディ
ング装置のボンディングツールである。このボンディン
グツール４は、通電加熱式（パルスヒート式）のもので
あり、図に示すように上方に開放する断面略コの字形状
をなし、細幅に形成された一対の垂直壁部４ａと、この
垂直壁部４ａの下端間に架設された押圧壁部４ｂとから
なる。

【００３０】上記一対の垂直壁部４ａの上端部は給電用
端子として機能するようになっており、この給電用端子
を介して通電がなされることにより、上記押圧壁部４ｂ
を抵抗発熱させるようになっている。また、この押圧壁
部４ｂは、構造上、中央部の発熱量が他の部位よりも大
きくなることから、図に示すようにこの部分を厚くし、
蒲鉾型あるいは山形に形成することで、中央部の熱容量
を大きくして加熱温度の平均化を図るようにしている。

【００３１】また、この押圧壁部４ｂの中心部には、図
に５で示す吸着ノズルが挿通され、この吸着ノズル５
は、上記押圧壁部４ｂの下面に開口している。この吸着
ノズル５は、真空発生装置６に接続されている。

【００３２】したがって、図１に示すように、このボン
ディングツール４は、上記真空発生装置６を作動させる
ことで、上記半導体チップ１を、能動端子面１ａ（はん
だバンプ２が形成された面）を下方に向けた状態（フェ
ースダウン状態）で吸着保持できるようになっている。

【００３３】また、このボンディングツール４は、図に
７で示す給電部を介してツールホルダ８に取着されてい
る。このツールホルダ８は、その外面に多数の放熱フィ
ン８ａを有するものであり、図示しないボンディング装
置本体に上下移動自在に保持されている。そして、この
ツールホルダ８は、この上端部に接続された上下駆動機
構９によって上下駆動されるようになっている。なお、
この上下駆動機構９には、ボンディングツール４の加圧
力を検出するための加圧力検出センサ１０（例えばロー
ドセル）が取着されている。

【００３４】一方、上記ボンディングツール４の下方に
は、ボンディングステージ１２が設けられている。この
ボンディングステージ１２の上面には、上記半導体チッ
プ１がフェースダウンボンディングされるプリント基板
１３（実装基板）が保持されている。このプリント基板
１３には、上記半導体チップ１に設けられた各はんだバ
ンプ２に対応する電極パッド１３ａ（配線回路）が形成
されている。

【００３５】次に、このボンディング装置の制御系統に
ついて説明する。上記ツールホルダ８を駆動する上下駆
動機構９は、上下駆動ドライバ１５を介して図に１６で
示す制御部に接続されている。

【００３６】この制御部１６内には、上記半導体チップ
１の保持高さを、後述するように時間に応じて適当な高
さに設定する目標高さ設定部１７と、この目標高さ設定
部１７に設定された目標高さに応じた駆動指令を上記上
下駆動ドライバ１５に発する駆動指令部１８とが設けら
れている。

【００３７】また、上記給電部７は、温度制御ドライバ
１９を介して上記制御部１６に接続され、この制御部１
６からの温度指令に基づいて、上記ボンディングツール
４に対する給電を行うようになっている。なお、上記ボ
ンディングツール４の押圧壁部４ｂの中央部には、ボン
ディング温度測定用の熱電対２０が埋設されており、こ
の熱電対２０は上記温度制御ドライバ１９にボンディン
グ温度をフィードバックするようになっている。

【００３８】また、この装置には、ボンディングツール
４およびツールホルダ８が熱伸縮した場合でも、上記半
導体チップ１の高さを所望の高さに保持するために、上
記ボンディングツール４およびツールホルダ８の熱伸縮
量を測定し、これをツールホルダ８の上下駆動量に反映
させる手段が設けられている。

【００３９】ツールホルダ８の熱伸縮を測定する手段
は、このツールホルダ８の下端部から水平に突設された
突起部２１と、上記ツールホルダ８の上端部に固定さ
れ、上記突起部２１に反射したレーザ光Ｌを検出するこ
とで、このツールホルダ８の伸縮量を測定するレーザ変
位計２２とからなる。

【００４０】ツールホルダ８の熱伸縮を測定する手段
は、上記ボンディングツール４の垂直壁部４ａに埋設さ
れ、この垂直壁部４ａの温度を測定する伸縮量測定用の
熱電対２３と、この熱電対２３の検出値を上記垂直壁部
４ａの膨張量に変換する変換部２４とからなる。この変
換部２４は、あらかじめ測定されたこの垂直壁部４ａの
熱伸縮係数（上記熱電対２３の測定温度と伸長量の関係
を示す係数）を用いて上記垂直壁部４ａの伸長量を算出
するようになっている。

【００４１】なお、上記レーザ変位計２２及び上記変換
部２４により検知された上記ツールホルダ８及びボンデ
ィングツール４の伸長量は、上記駆動指令部１８に入力
されるようになっており、この駆動指令部１８は、上記
目標高さ設定部１７により設定された目標高さから上記
ツールホルダ８及びボンディングツール４の伸長量を減
算し、これに基づいて駆動指令を発するようになってい
る。

【００４２】次に、この装置によるボンディング動作を
図２に示すタイミングチャート及び図３に示す工程図に
基づいて説明する。なお、図２に示すタイミングチャー
トは、上記目標高さ設定部１７で設定される目標高さ
（半導体チップ１の保持高さ）と時間との関係を示した
ものである。

【００４３】上記はんだバンプ２の形成された半導体チ
ップ１は、図示しないチップトレイ内に複数個収納され
ている。この半導体チップ１は、このトレイ内から順次
取り出され、上述したように上記ボンディングツール４
の下面に吸着保持される。

【００４４】一方、プリント基板１３は、上記ボンディ
ングステージ１２上に供給され、このボンディングステ
ージ１２は、ＸＹ方向に駆動され、図３（ａ）に示すよ
うに上記プリント基板１３の各電極パッド１３ａを上記
半導体チップ１の各はんだバンプ２に対向位置決めす
る。

【００４５】この位置決めがなされたならば、上記ボン
ディングツール４は、上記上下駆動機構９を作動するこ
とにより下降駆動される（図２に示す点Ａ〜Ｂ）。ボン
ディングツール４が下降駆動されると、上記半導体チッ
プ１のはんだバンプ２はプリント基板１３の電極パッド
１３ａに当接し、図３（ｂ）に示すように押し潰され
る。このことで、上記半導体チップ１に形成された略す
べてのはんだバンプ２が上記電極パッド１３ａに押し付
けられる。

【００４６】上記制御部１６は、上記上下加圧力検出セ
ンサ１０の検出値よりこの状態を知り、上記上下駆動機
構９による下降駆動を停止させる。このような作業を面
検出といい、この面検出時の上記半導体チップ１の保持
高さを面検出高さという（図２点Ｂ）。そして、上記制
御部１６に設けられた目標高さ設定部１７は、この面検
出高さを基準にして以後の目標高さを設定する。なお、
この実施形態においては、図２に点Ｂ〜Ｃで示すよう
に、面検出後しばらく上記半導体チップ１をこの面検出
高さに保持するようになっている。

【００４７】面検出が終了したならば、上記制御部１６
は、上記ボンディングツール４に給電を行い、このボン
ディングツール４の押圧壁部４ｂを抵抗発熱させる。こ
のことで、上記半導体チップ１のはんだバンプ２は瞬時
に溶融温度に達し、溶融を開始する。

【００４８】このようにして、上記ボンディングツール
４を昇温させると、このボンディングツール４の垂直壁
部４ａ及びツールホルダ８にこの温度が伝導し、熱膨張
によってこれらに上下方向に伸長が生じることになる。
それぞれの伸長量は、上記熱伸縮測定用熱電対２３及び
レーザ変位計２２によって検出され、上記制御部１６の
駆動指令部１８に入力される。

【００４９】このようにして伸長量が入力されたなら
ば、この駆動指令部１８は、上記目標高さ設定部１７に
よって設定された目標高さから上記ボンディングツール
４及びツールホルダ８の伸長量を差し引いた値に基づい
て上記上下駆動ドライバ１５に駆動指令を発し、上記半
導体チップ１の保持高さを補正するようにする。なお、
上記レーザ変位計２２及び熱電対２３による検出は所定
のサンプリングタイム毎に行われ、上記補正は略リアル
タイムでなされるようになっている。

【００５０】このことによって、上記ボンディングツー
ル４及びツールホルダ８の熱膨張によって上記半導体チ
ップ１の保持高さに誤差が生じることが防止され、上記
半導体チップ１は、常に所定の目標高さに保持されるこ
ととなる。

【００５１】このような制御を行なわない場合には、上
記ボンディングツール４及びツールホルダ８の熱伸長に
伴って、上記半導体チップ１の保持高さは下がることと
なる。このことで上記半導体チップ１とプリント基板１
３との間の溶融したはんだバンプ２が圧縮されて他の箇
所に流れ出すおそれがある。

【００５２】なお、この実施形態では、半導体チップ１
をしばらく面検出時の高さに保つようにしているが（図
２のＢ〜Ｃ）、はんだバンプ２の溶融が開始した直後に
上記半導体チップ１の高さを面検出高さよりも高い位置
に駆動し、以後その高さで上記半導体チップ１を保持す
るようにしても良い。はんだバンプ２が溶融し始めた後
も面検出時高さを保っていると、溶融はんだの表面張力
と加圧力とのバランスが崩れ上記溶融はんだが流れ出し
てしまう場合もあるからである。

【００５３】上記半導体チップ１の加熱を所定の時間行
ったならば、図２に点Ｃ〜Ｄで示すように一旦上記ボン
ディングツール４を下降駆動し、上記半導体チップ１を
上記面検出高さ以下に下降させる。これは、溶融したは
んだバンプ２のすべてを上記プリント基板１３の電極パ
ッド１３ａに接触させるためである。

【００５４】すなわち、上記はんだバンプ２の高さはほ
ぼ一定に形成されているのであるが、図３（ａ）に示す
ように一部高さが低いものが生じている場合がある。こ
のようなはんだバンプ２は、上記はんだバンプ２を押し
つぶす工程（図３（ｂ））やはんだバンプ２を溶融させ
る工程（図３（ｃ））を経ても、同図（ｃ）に示すよう
に上記プリント基板１３の電極パッド１３ａに接触しな
いものがあるからである。したがって、上記はんだバン
プ２が溶融した後に上記半導体チップ１を上記面検出高
さ以下に一旦押し下げることによって、図３（ｄ）に示
すようにすべてのはんだバンプ２が上記プリント基板１
３の電極パッド１３ａに接触することとなる。

【００５５】ついで、上記制御部１６は上記半導体チッ
プ１を上昇駆動し、図２の点Ｅ〜Ｆに示すように、上記
半導体チップ１の高さが上記面検出高さよりも高くなる
ように保持する。このことで、上記溶融したはんだバン
プ２は上方へ引き伸ばされ、図３（ｅ）に示すような形
状となる。

【００５６】ついで、上記制御部１６は上記ボンディン
グツール４への給電を停止する。このことで、上記はん
だバンプ２は図３（ｅ）に示す状態で冷却され、凝固す
る（図２点Ｆ〜Ｇ）。なお、このときボンディングツー
ル４の温度が低下することからこのボンディングツール
４の垂直壁部４ａ及びツールホルダ８が高さ方向に熱収
縮する。この場合にも上記半導体チップ１の保持高さが
目標高さからずれるから、上記加熱時と同様に、上記制
御部１６の駆動指令部１８は、上記レーザ変位計２２及
び熱伸縮測定用熱電対２３により検出される上記ボンデ
ィングツール４及びツールホルダ８の収縮量に基づい
て、この収縮量を是正する方向に上記駆動機構９を作動
させる。

【００５７】なお、上記はんだバンプ２の収縮率が高い
場合には、この冷却の際に、上記半導体チップ１の高さ
を徐々に低くするようにしても良い。ただしこの場合で
も、上記レーザ変位計２２及び熱電対２３の測定に基づ
いて上記半導体チップ１の高さを所望の高さに保つよう
にすることで、このはんだバンプ２を過度に押しつぶす
ことを有効に防止できる。

【００５８】このようにして、このボンディング工程中
の半導体チップ１の高さ、すなわち、この半導体チップ
１と上記プリント基板１３との距離は、上記はんだバン
プ２の加熱・冷却に応じて所望の値に保たれるようにな
っている。

【００５９】上記はんだバンプ２が完全に凝固したなら
ば上記真空発生装置６を停止させ、上記半導体チップ１
の吸着を解除する。そして最後に、図２の点Ｇ〜Ｈに示
すように、上記ボンディングツール４を上昇駆動する。
このことで一連のボンディング工程が終了する。

【００６０】このような構成によれば、以下に説明する
効果がある。第１に、はんだバンプ２を用いてフリップ
チップボンディングを行う際、半導体チップ１を保持す
るボンディングツール４及びツールホルダ８の熱伸縮を
検出し、これに基づき、半導体チップ１の保持高さを、
上記はんだバンプ２の溶融・凝固に応じて所望の値に制
御するようにした。このことで、溶融したはんだバンプ
２が別の場所に流出してしまうことや凝固時にはんだバ
ンプ２が破断することを有効に防止することができる効
果がある。

【００６１】すなわち、上記一実施形態のようにはんだ
バンプ２（突起電極）の材質としてはんだ材を用いる場
合には、このはんだ材が溶融して液状となるので、金等
を用いる場合のようにただ押しつけるだけではだめで、
上記半導体チップ１の保持高さ、すなわちこの半導体チ
ップ１とプリント基板１３との距離を適確に制御しなけ
ればならないということがある。

【００６２】一方、上記ボンディングツール４やツール
ホルダ８が熱伸縮した場合には上記半導体チップ１を所
望の保持高さに保持できないということがある。このよ
うな場合には、はんだ加熱時に、上記プリント基板１３
と半導体チップ１の距離が狭まってこの間に位置する溶
融したはんだバンプ２が押し出されて流れ出したり、は
んだ冷却時には、反対に凝固したはんだバンプ２が引っ
張られて破断したりするおそれがある。

【００６３】しかし、この発明では、上記ボンディング
ツール４及びツールホルダ８の熱伸縮を検出し、これに
基づいて上記半導体チップ１の保持高さ（半導体チップ
１とプリント基板１３の相対距離）を所定の値に制御す
るようにしたので、上記ボンディングツール４に熱伸縮
が生じた場合等であっても、これにリアルタイムで対処
でき、はんだバンプ２の溶融および凝固に応じた良好な
ボンディング制御を行うことができる。このことによ
り、溶融したはんだバンプ２が流出してショートが発生
することを有効に防止できると共に良好なはんだ付けを
行える効果がある。

【００６４】なお、この実施形態に示すように、パルス
ヒート式のボンディングツール４を使用する場合には、
その垂直壁部４ａに大きな熱伸長が生じることが考えら
れる。この伸長量は、ツールホルダ８の場合と異なり直
接検出することが困難であることから、あらかじめこの
部分の温度と熱伸縮との関係を求めておき、この部分の
温度を検出することでボンディングツール４の伸びを間
接的に検知するようにした。

【００６５】第２に、面検出時にはすべてのはんだバン
プ２がプリント基板１３の電極パッド１３ａに接触して
いない場合でも、すべてのはんだバンプ２を上記プリン
ト基板１３の電極パッド１３ａに接触させることがで
き、良好なボンディング（はんだ付け）を行うことがで
きる効果がある。

【００６６】すなわち、上記全てのはんだバンプ２は略
同じ高さに揃えられていなければならないのであるが、
何らかの原因で図３（ａ）に示したように一部のはんだ
バンプ２が他のはんだバンプ２よりも高さが低く形成さ
れてしまう場合がある。

【００６７】このようなバンプが存在する場合、通常ボ
ンディングを行うと、上記高さの低いはんだバンプ２が
プリント基板１３の電極パッド１３ａに接触せず導電不
良が生じる場合がある。

【００６８】しかし、この発明によれば、上記はんだバ
ンプ２が溶融した後に一度半導体チップ１を押し下げて
いるから、背の低いはんだバンプ２についても確実にプ
リント基板１３に接触させることができる。したがっ
て、良好なボンディングを行える効果がある。

【００６９】第３に、上記ボンディングによって半導体
チップ１が搭載された実装済みプリント基板１３を実際
に用いる場合において、半導体チップ１等の発熱によっ
て上記はんだバンプ２が破損することを有効に防止する
ことができる効果がある。

【００７０】すなわち、上記実装済みプリント基板に給
電を行い上記半導体チップ１を作動させると、この半導
体チップ１の発熱によってこの半導体チップ１に熱膨張
が生じる場合がある。

【００７１】すなわち、図３（ｅ）に示すように、上記
半導体チップ１が上記プリント基板１３に対して図に矢
印（イ）で示す方向に伸長する場合がある。このような
場合、上記はんだバンプ２の内部に専断歪みが生じるこ
ととなりこのはんだバンプ２が破損するおそれがある。

【００７２】しかし、この発明では、上記はんだバンプ
２の凝固時に上記半導体チップ１を上昇させ、凝固後の
はんだバンプ２の高さを上記面検出高さよりも高くなる
ように形成した。上記はんだバンプ２の高さを大きくす
ることで、上記半導体チップ１の熱膨張量が同じ場合に
は、上記はんだバンプ２の内部に発生する専断歪みを小
さくすることができる。

【００７３】このことで、はんだバンプ２の破損を有効
に防止することができる効果がある。なお、この発明
は、上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の
要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。

【００７４】例えば、上記一実施形態では、ボンディン
グ装置として、フリップチップボンディング装置を挙げ
たが、これに限定されるものではなく、リードフレーム
のダイパッド上に半導体チップをボンディングするダイ
ボンディング装置であっても良い。

【００７５】また、フリップチップやダイボンディング
に限定されるものではなく、はんだ材を用い、部品の高
さ制御を高精度に行う必要がある場合には、この発明を
適用することが可能である。

【００７６】例えば、ＴＡＢ（Tape Automated Bondin
g）部品（ＴＣＰ等）等を実装基板上にはんだ付けする
場合には、実装基板の電極パッド上にあらかじめはんだ
材を供給しておき、これにＴＡＢ部品のアウタリードを
当接させ加圧・加熱することではんだ付けするようにし
ている。

【００７７】しかし、上記ＴＡＢ部品のリードのピッチ
は非常に狭く、上記はんだ材が溶融して流出すると隣り
合う電極パッドとの間で容易にショートが生じる。した
がって、上記リードと実装基板の電極パッドの距離を高
精度に制御する必要がある。

【００７８】この場合には、上記レーザ変位計２２及び
熱電対２３を介して上記ツールホルダ８及びボンディン
グツール４の熱伸縮を監視し、これに応じて上記ＴＡＢ
部品の高さ制御を行うことで、上記一実施形態と同様の
効果を得ることができる。

【００７９】なお、上記一実施形態では、ボンディング
ツール４とツールホルダ８の両方に伸縮量検出手段を設
けていたが、これに限定されるものではなく、ツールホ
ルダ８があまり熱伸縮しない場合には、ボンディングツ
ール４のみに設けるようにしても良い。

【００８０】また、上記一実施形態では、ツールホルダ
４の伸縮量は、レーザ変位計２２を用いて測定するよう
にしていたが、これに限定されるものではなく、ボンデ
ィングツール４と同様に熱電対（２３）を用いてこのツ
ールホルダ８の温度を測定し、これに基づいてツールホ
ルダ８の伸縮量を求めるようにしても良い。

【００８１】さらに、上記一実施形態では、上記はんだ
バンプ２の溶融あるいは凝固時の上記半導体チップ１と
プリント基板１３間の距離の制御を、上記ボンディング
ツール４の移動に適宜補正を加えることで行っていた
が、これに限定されるものではない。例えば、上記ボン
ディングツール４の伸び等による誤差については、上記
ボンディングステージ１２を上下させることで補正する
ようにしても良い。

【００８２】また、上記はんだ材の加熱あるいは冷却中
における上記半導体チップ１とプリント基板１３間の相
対距離の制御を、上記ボンディングツール４を停止さ
せ、上記ボンディングステージ１２を上下駆動するのみ
で行うようにしても良い。

【００８３】このような構成であっても、上記半導体チ
ップ１とプリント基板１３間の相対距離を制御すること
ができるので、上記一実施形態と同様の効果を得ること
ができる。

【００８４】

【発明の効果】この発明は、はんだ材を用いて半導体部
品と実装基板のボンディングを行う際、半導体部品を保
持する保持部の、はんだ材加熱時あるいは冷却時の伸縮
量を検出し、この伸縮による半導体部品の保持高さのず
れを適宜補正するようにした。

【００８５】このことで、溶融したはんだ材が別の場所
に流出してしまうことを防止しつつ良好なはんだ付けを
行える。また、ショート等の接続不良等が生じることを
有効に防止できる効果がある。

【００８６】また、この発明では、上記半導体部品を上
記はんだ材が溶融した後この半導体部品を一旦実装基板
に近づく方向に駆動するようにした。このことで面検出
の際、両者に接触していないはんだ材がある場合でも、
確実に接触させることができ、良好なはんだ付けを行う
ことができる効果がある。

【００８７】また、上記はんだ材を凝固させる際には、
上記半導体チップとプリント基板の距離を離して、上記
はんだ材の高さを高くするようにした。このことで、上
記実装基板と半導体部品との間に熱収縮の差が生じた場
合でも、その際生じる歪みが小さいので、このはんだ材
が破損することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す概略構成図。

【図２】同じく、ボンディング工程を示すタイミングチ
ャート。

【図３】同じく、ボンディング工程を示す工程図。

【符号の説明】

１…半導体チップ（半導体部品）、２…はんだバンプ
（はんだ材）、４…ボンディングツール（保持部）、８
…ツールホルダ（保持部）、９…上下駆動機構（駆動手
段）、１２…ボンディングステージ、１３…プリント基
板（実装基板）、１６…制御部、１８駆動指令部（補正
手段）、２２…レーザ変位計（伸縮量検出手段）、２３
…熱電対（伸縮量検出手段）、２４…変換部（伸縮量検
出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池谷 之宏 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ材を介在させ、実装基板と半導体
   部品とをはんだ付けするボンディング装置において、 上記半導体部品をはんだ材を介して上記実装基板に対向
   させた状態で保持する保持部と、 上記はんだ材の加熱時あるいは冷却時における上記保持
   部の伸縮量を検出する伸縮量検出手段と、 この伸縮量検出手段によって検出された上記保持部の伸
   縮量に基づいて、上記はんだ材の加熱時あるいは冷却時
   の上記半導体部品の保持高さを補正する補正手段とを有
   することを特徴とするボンディング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のボンディング装置におい
   て、 上記伸縮量検出手段は、 上記保持部の温度を測定する温度センサと、 この温度センサの検出値を伸縮量に変換する変換手段と
   を有することを特徴とするボンディング装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のボンディング装置におい
   て、 上記保持部は、 上記半導体部品を保持し、この半導体部品をはんだ材を
   介して上記実装基板に加圧するボンディングツールと、 このボンディングツールを保持するツールホルダとを有
   することを特徴とするボンディング装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のボンディング装置におい
   て、 上記伸縮量検出手段は、 上記ツールホルダの一端に設けられ、このツールホルダ
   の他端までの距離の変化を測定することでこのツールホ
   ルダの伸縮量を検出する測長手段と、 上記ボンディングツールに設けられ、このボンディング
   ツールの温度を測定する温度センサと、 この温度センサによる温度検出値を伸縮量に変換する変
   換手段とを有し、 上記測長手段及び上記変換手段から得られた伸縮量から
   上記保持部の伸縮量を算出することを特徴とするボンデ
   ィング装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のボンディング装置におい
   て、 上記補正手段は、 上記半導体素子の目標保持高さから、上記保持部の伸縮
   量を減算する減算手段と、 減算後の値に基づき、上記駆動手段を作動させる駆動指
   令手段とを有することを特徴とするボンディング装置。
6. 【請求項６】 半導体部品と実装基板との間にはんだ材
   を介在させ、このはんだ材を加熱した後冷却することで
   上記半導体部品と実装基板とをはんだ付けするボンディ
   ング方法において、 上記半導体部品を保持する保持部の熱伸縮に基づいて上
   記半導体部品の保持高さを所定の高さに補正する工程を
   有することを特徴とするボンディング方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載のボンディング方法におい
   て、 上記はんだ材が加熱されることにより溶融した後、一旦
   上記半導体部品と実装基板とを近づく方向に駆動し、す
   べてのはんだ材を上記半導体部品と実装基板とに接触さ
   せる工程を含むことを特徴とするボンディング方法。
8. 【請求項８】 請求項６記載のボンディング方法におい
   て、 上記はんだ材を凝固させる際に、上記半導体部品と実装
   基板の距離を上記はんだ材を押しつぶした際の距離より
   も大きく保つ工程を含むことを特徴とするボンディング
   方法。