(57)【要約】【課題】チップボンディング装置において半導体チップと回路基板を加熱加圧接合する際熱影響によってチップ位置が変化して加熱時にはバンプを圧縮してしまい近傍の接続位置と誤接続してしまう、そして冷却時には接合したバンプを引き剥がしてしまうことがあった。【解決手段】熱影響変位計測を行い熱変位量プロセスを作成しキャンセルプロセスを演算してチップ変位量をキャンセルしてしまうことによってチップを一定位置に保持することで不良品の排出を防止するようにしたものである。【選択図】図3
2010199111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドでチップを吸着保持して基板上に移動し前記チップをあらかじめ設定された加熱接合プロセスでバンプを溶解し前記基板の所定位置に加熱接合させるボンダ装置において、
前記ヘッド上部に取り付けられた力センサと、
前記ヘッドを上下動させるヘッド上下動手段と、
前記ヘッドの下部に取り付けられた加熱手段と、
前記ヘッドの下端に取り付けられたチップ吸着手段と、
前記ヘッドで前記チップを吸着保持して前記基板上に移動し前記チップをあらかじめ設定された加熱接合プロセスで前記バンプを溶解し前記基板の所定位置に加熱接合するように制御する制御部と、
前記チップと前記基板との加熱接合プロセスにおける前記チップと前記基板の間隔があらかじめ設定された距離に、前記ヘッド位置を前記ヘッド上下動手段で制御することによって熱変位をキャンセルするように設定するヘッド位置設定手段とを備え、
前記制御部は、前記力センサが前記ヘッドに吸着された前記チップと前記基板との接触を検知すると、前記ヘッド位置設定手段の設定に基づいて加熱接合プロセスにおける前記ヘッドの上下位置を前記ヘッド上下動手段によって制御することを特徴とするボンダ装置。
【請求項２】
前記ヘッド上下動手段は前記力センサの検出値に基づく前記ヘッドの上下動を前記ヘッド上部に取り付けたモータの回転運動で検出するように前記ヘッドと前記モータはねじ軸と軸受けで螺合するように構成させたことを特徴とする請求項1記載のボンダ装置。
【請求項３】
前記ヘッド下端部に取り付けられた吸着部と、前記吸着部上部に取り付けられた加熱部と、前記加熱部上部に取り付けられた空気取り入れ口を有した冷却部と、前記冷却部上部に取り付けられた力センサを備え、前記加熱部による昇温を前記冷却部によって冷却し前記力センサ及びその上部に加熱部の温度が伝達しないよう構成させたことを特徴とする請求項1,2記載のボンダ装置。
【請求項４】
前記加熱接合プロセス中に熱変形の少ないダミーチップを前記チップの代わりにして前記基板と前記ヘッドの間に挟持して、前記上下動手段をフリー状態にすることによって熱影響による前記ヘッド近傍の熱伸縮を前記上下動手段の前記ヘッド上部に取り付けたモータによって測定し、該測定値によって熱変位をキャンセルするように設定することを特徴とする請求項1，2記載のボンダ装置。
【請求項５】
前記加熱接合プロセス中に熱変形の少ないダミーチップを前記チップの代わりにして前記基板と前記ヘッドの間に挟持して、前記力センサの値が上昇するときは前記ヘッドを上昇させ、前記力センサの値が下降するときは前記ヘッドを下降させることによって熱影響による前記ヘッド近傍の熱伸縮を前記上下動手段の前記ヘッド上部に取り付けたモータによって測定し、該測定値によって熱変位をキャンセルするように設定することを特徴とする請求項1，2記載のボンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ボンダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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)として提供されている。
【０００４】
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。
【０００５】
図1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。
【０００６】
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℃以上に加熱して一定時間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載置しなくてはならないと共に、加熱部分が高温になるので、熱対策と熱変化による変位量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。
【０００７】
熱変化対策として図6に示すような従来例、特開平7-122596が示されている。  
従来例では吸着ノズル91で吸着保持された半導体92のアウタリード98をリード部材96に熱圧着する為にボンディングツール93で押圧して加熱し熱圧着するように構成されている。
【０００８】
しかしボンディングツール93によって熱圧着する際、ステージ94が熱膨張により高さ位置が変化する為、アウタリード98に捩れが生じることがあった。そこでステージ94に高さ位置検出手段95を設け間隔Wを、モータ97を駆動することにより一定に保つよう構成している。高さ位置検出手段95は距離センサ等を使用するとしている。
このようにしてボンディングツール93の熱圧着の精度を向上させることができる。
【０００９】
以上のように熱膨張によって変化するステージ94の高さ位置を高さ位置検出手段95によって検出しその出力に応じてボンディングツール93の圧着位置を制御するようにしたのでリード部材96に最適な押圧荷重が加わりアウタリード98の捩れなどの不具合を防止できるとしている。
【特許文献１】特開平7-122596
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例のような高さ位置検出手段95によってステージの高さを一定にする方法ではボンディングツール93が熱影響によって膨張した場合測定することができない。
また、本出願の明細書には記載されていないが、吸着ノズル91に半導体92が吸着されて保持されており、ボンディングツール92下側にアウタリード98やリード部材96が載置されて圧着されるので、レーザー等の距離測定装置でボンディングツール93の熱影響による膨張・収縮を測定するには作業を大幅に中断して測定しなければならない。従って作業中に何度も熱影響による変位量を測定することができない。
【００１１】
本出願に使用されるチップ20は下面にバンプ201が取り付けられており基板18と接合するように構成されておりウエハから剥離されて反転されてヘッドに吸着されたチップは、当初基板に軽く加圧して接触し位置決めされるが、加熱が始まるとバンプが溶解するので加圧された状態のままにすると溶解したバンプが広がって近傍の電極ないしバンプと接続されてしまう可能性がある。
【００１２】
また、加熱終了して冷却されるとヘッド近傍が収縮してヘッドに吸着したチップが上昇し溶解して基板と接合したバンプを剥離させてしまう可能性があった。そのためにヘッドに吸着保持されたチップは加熱プロセスの間は基板と一定の距離を保持した状態でいなくてはならない。このことにより適度にバンプを溶解させてチップと基板を配線して接合することができる。
【００１３】
バンプは一般的な半田ボールと同様の構成でありしかも高さが10〜100μｍ程度なので、熱膨張でヘッドが下降するとバンプが潰されて近傍の複数の電極と接合してしまうし、冷却時の熱収縮でヘッドが上昇するとヘッドに吸着保持されたチップも上昇し接合箇所が剥離してしまう。
【００１４】
理想的な接合はバンプが円柱状の状態でチップと基板を接合して搭載されているのが望ましい。このような状態で接合する為には、チップと基板の距離をヘッドの吸着部が一定に保たなければならない。
【００１５】
また、このとき加熱されるプロセスは各チップ、各基板の種類によって加熱プロセスが異なるので、加熱プロセス毎に熱影響変位量が異なることにも考慮しなくてはならない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、ヘッドでチップを吸着保持して基板上に移動し前記チップをあらかじめ設定された加熱接合プロセスでバンプを溶解し前記基板の所定位置に加熱接合させるボンダ装置において、前記ヘッド上部に取り付けられた力センサと、前記ヘッドを上下動させるヘッド上下動手段と、前記ヘッドの下部に取り付けられた加熱手段と、前記ヘッドの下端に取り付けられたチップ吸着手段と、前記ヘッドで前記チップを吸着保持して前記基板上に移動し前記チップをあらかじめ設定された加熱接合プロセスで前記バンプを溶解し前記基板の所定位置に加熱接合するように制御する制御部と、前記チップと前記基板との加熱接合プロセスにおける前記チップと前記基板の間隔があらかじめ設定された距離に、前記ヘッド位置を前記ヘッド上下動手段で制御することによって熱変位をキャンセルするように設定するヘッド位置設定手段とを備え、前記制御部は、前記力センサが前記ヘッドに吸着された前記チップと前記基板との接触を検知すると、前記ヘッド位置設定手段の設定に基づいて加熱接合プロセスにおける前記ヘッドの上下位置を前記ヘッド上下動手段によって制御することを特徴とするボンダ装置を提供するものである。
【００１７】
そして、前記ヘッド上下動手段は前記力センサの検出値に基づく前記ヘッドの上下動を前記ヘッド上部に取り付けたモータの回転運動で検出するように前記ヘッドと前記モータはねじ軸と軸受けで螺合するように構成させたことを特徴とすると共に、  前記ヘッド下端部に取り付けられた吸着部と、前記吸着部上部に取り付けられた加熱部と、前記加熱部上部に取り付けられた空気取り入れ口を有した冷却部と、前記冷却部上部に取り付けられた力センサを備え、前記加熱部による昇温を前記冷却部によって冷却し前記力センサ及びその上部に加熱部の温度が伝達しないよう構成させたことを特徴とするボンダ装置であって、
更に、前記加熱接合プロセス中に熱変形の少ないダミーチップを前記チップの変わりにして前記基板と前記ヘッドの間に挟持して、前記上下動手段をフリー状態にすることによって熱影響による前記ヘッド近傍の熱伸縮を前記上下動手段の前記ヘッド上部に取り付けたモータによって測定し、該測定値によって熱変位をキャンセルするように設定することを特徴とすると共に、  前記加熱接合プロセス中に熱変形の少ないダミーチップを前記チップの変わりにして前記基板と前記ヘッドの間に挟持して、前記前記力センサの値が上昇するときは前記ヘッドを上昇させ、前記前記力センサの値が下降するときは前記ヘッドを下降させることによって熱影響による前記ヘッド近傍の熱伸縮を前記上下動手段の前記ヘッド上部に取り付けたモータによって測定し、該測定値によって熱変位をキャンセルするように設定することを特徴とするボンダ装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は熱影響変位計測手段によってあらかじめ各チップと各基板によって異なる加熱プロセスのパラメータによる熱影響変位量を測定し制御部に記憶させヘッド位置をチップと基板の間隔があらかじめ設定された距離に保たれるように制御するようにしたものである。
【００１９】
熱影響変位量を加熱プロセスに応じてサーボモータの回転で検出し、得られたデータを加熱プロセスに応じてサーボモータを駆動するよう出力することで熱影響によるヘッドの位置変化をキャンセルして一定位置に保持するように制御するよう構成したものである。
【００２０】
熱影響変位計測手段はダミー基板とダミーチップを一定の場所に保管しておいて作業中に定期的に取り出してヘッド部に吸着保持させて測定するように自動制御させておくと、作業中であっても定期的に割り込ませて測定することができるので、効率的で現実に即応したデータを記憶して解析し実作業に反映することができる。
【００２１】
また、定期的に割り込んで測定作業できるようにしたことで、作業時間の経過と共に刻々と変化する装置全体の熱影響による変化も考慮して、測定することができる。
このような測定は熱影響変位量をモータの回転に変換して測定し、同一のモータでキャンセルするように駆動するように制御させるので部材による誤差が少なく、正確な作業が実行される。
【００２２】
加熱プロセスはチップの品種によって変更するし、状況によっても変更するが、部材を変えることなく簡単に熱影響変位量を測定することができる。本発明のヘッド部には力センサがあり加圧力を一定に保持するよう制御部で解析するのでダミーチップで何時でも簡単に計測することができる。
【００２３】
実装時のバンプが溶解している間はチップと基板の間隔があらかじめ設定された指定高さに保持されるよう制御部で制御される。
【００２４】
以上のようにモータによってチップの位置をあらかじめ設定された指定高さに保持していられるのでバンプが熱膨張によって発生するヘッド吸着部の下降によって潰されることがなく誤接続することがなく、バンプを円柱状の理想的な状態でチップと基板を接合することができ不良品を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は数μｍ程度の誤差しか許されないチップ20を基板18に接着させるボンダ装置に関するものである。加熱によって発生する膨張及び冷却によって発生する収縮の影響で、チップ20を基板18の位置が変化しないようにすることで、チップ20の接合面に配置されているバンプ201と基板18の接合を安定させるようにするものである。
この構成と手段を持った装置によってチップ20と基板18の不良発生率を低下させることができるものである。
【００２６】
図1はボンダ装置の全体の斜視図である。更にチップ20とバンプ201を拡大して図示したものである。
図2はヘッド部とその近傍を表示した斜視図である。
図3はヘッド部の側面図である。
図4は（1）熱影響変位量プロセス、（2）加熱プロセス、（3）キャンセルプロセス、（4）目標チップ高さプロセスを時間と変位量のグラフに表示したものである。
図5は熱変化計測時の動作フローと実装時の動作フローである。
図6は従来のボンディング装置である。
【実施例】
【００２７】
図1の本体1の中に制御部2が設置されており制御部2は全てのモータ、動作部、吸着部、加熱部、力センサ等のデータを送受信し記憶して解析し制御する部分である。
チップ20は粘着シートに貼着された状態でダイシングされたウエハ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。
【００２８】
チップ20は反転ヘッド17によって吸着保持されモータ171の駆動によってＹ方向に移動する。受け渡し位置で反転ヘッド17が上向きの状態になるようにモータ172によって反転し、ヘッド部30にチップ20を反転してバンプ201が下向きになるような状態でヘッド部30に受け渡しする。
【００２９】
ウエハ19に搭載されたチップ20はモータ171の駆動で移動する反転ヘッド17によるＸ方向の動きと、モータ161の駆動で移動するウエハ台16によるＹ方向の動きによって順次反転ヘッド17に吸着され反転されて、所定位置でヘッド部30に受け渡される。
【００３０】
反転ヘッド17からチップ20を受け取ったヘッド部30は、モータ29の駆動によってＸ方向に移動し、基板18上の所定位置上部に移送される。
ヘッド部30に吸着保持されたチップ20は所定位置に移送されるとヘッドモータ31の駆動によってねじ部32を回転させねじ軸受け33を上下動するようになっている。ねじ軸受け33と一体になっているヘッド部30も同様にＺ方向に上下動するようになっている。
【００３１】
基板18はステージ40の定められた位置に載置されている。ステージ40はテーブル401によってX方向に移動することが可能でテーブル402によってY方向に移動することが可能になっている。このような構成によってステージ40に載置された基板18は作業位置に移動できる構成になっている。
【００３２】
ヘッド部30は図2、図3に示すように、ヘッド部30の下端部には吸着部36が備えられており、その下側にチップ20をチップ吸着空気口361からエァーを吸引することにより吸着保持するよう構成されている。
【００３３】
また、チップ20の形状は品種によって異なるので、その度に吸着部36も変更する必要があり、吸着部36を加熱部35下部に吸着保持させる為に吸着空気口362からエァーを吸引して吸着部36をヘッド部30下端部に交換可能に吸着保持するように構成されている。
【００３４】
吸着部36上部に加熱部35が取り付けられており加熱部35は加熱部配線351によって制御部2と配線され加熱プロセスに従って発熱するようになっている。
加熱部35の上部には冷却部37が設置されており、冷却部37内部にはチップ吸着空気口361と吸着部空気口362が配管されていると共に冷却空気口371から冷却風を送り込みヘッド部30及び吸着部36を加熱プロセス(b)に従って温度調節できるようになっている。
【００３５】
また、冷却部37の上には第二の冷却部375が設置されており、加熱部35が発生した熱影響が冷却部37及び第二冷却部375を通過してその上部力センサ38やシャフト39に熱影響を伝達しないように配慮されている。
【００３６】
力センサ38は力センサ配線381によって力センサ38に加わった力を測定し制御部2に発信する。力センサ38上部にはシャフト39が固着されておりシャフト39はヘッド回転モータ34によって回転運動するようになっている。  このような構成によりチップ20がθ方向に回転することができる構成になっている。
【００３７】
反転ヘッド17からヘッド部30に受け渡しされたチップ20の位置がずれていたりθ方向に回転して吸着保持されていたりする場合に、撮像部8で撮像して画像処理して制御部2で演算し、ヘッド回転モータ34によってその向きが修正されるように構成されている。
【００３８】
これらのヘッド部30はねじ軸受け32に固定されておりねじ軸受け32はヘッド上下モータ31が駆動することによって回転するねじ軸33に螺合しており、ねじ軸33の回転によってねじ軸受け32がZ方向に上下動するように構成されている。
従ってヘッド上下モータ31を駆動させてヘッド部30を下降させ、チップ20が基板18に接触すると力センサ38が接触時の微妙な押圧力を感知してあらかじめ定められた押圧力に達するとヘッド上下モータ31を停止して基板18とチップ20が接触した所定位置にあることが、制御部2によって判断するように制御されている。
【００３９】
また、熱膨張等によってヘッド部30が下方に伸びると力センサ38の検出した押圧力が上昇するのでチップ20の押圧力が上昇したと制御部2が判断する。
このときチップ20の代わりにダミーチップ等の熱変形しないものを吸着保持していれば、熱膨張によってねじ軸受け32の上昇分がねじ軸33によって回転量に変換されヘッド上下モータ31で測定される。
もしくはこの時の押圧力が一定になるようにヘッドモータ31を回転させてヘッド部30が上昇するように制御することによって、チップ20と基板18の間隔を常に一定にすることができる。
【００４０】
但しこの測定は実物を用いるとチップ20のバンプ201が溶解してしまうので、実装作業の場合はヘッド部30の押圧力を一定にすると溶解したバンプ20がつぶされて測定することができない。そこで実装作業の合間にダミーチップを用いて定期的に加熱プロセスに応じた熱変化量を記録しておきあらかじめヘッド部30の動きをキャンセルするように設定しておくことにより、加熱プロセスに即応してヘッド部30を上下動させ吸着部36に吸着保持されたチップ20と基板18の間隔を一定に保つように制御部2で制御できるようにするものである。
【００４１】
本装置に使用されているモータについて説明する。ヘッド上下モータ31を例にして説明する。このモータはサーボモータであり、サーボモータの場合は、モータ部にロータリエンコーダが内蔵されている。
このようなサーボモータは回転数や回転角度に応じてロータリエンコーダから回転パルスを発生しそれを制御部2に送信して解析・演算することによりモータがどちらの方向にどれだけ回転したかが判断される。他の位置決めのために使用されているモータは全て同様のサーボモータが使用されている。
このような構成によってねじ軸受け32がどちらの方向にどれだけ送られたかはヘッド上下モータ31によって制御部2に送信された回転パルスを解析することによって軸受け部32ないしヘッド部30の位置が判断される。
【００４２】
以上のように構成されたチップボンダ装置の動作について説明する。上流工程から搬送されてきたウエハ19はウエハ台16に自動的に装填される。ウエハ16上のチップ20のそれぞれの位置はあらかじめ記憶されているか、カメラ(図示しない)等によって撮像されそれぞれのチップ位置が特定され制御部2に記憶されるようになっている。
【００４３】
チップ20は順次反転ヘッド17によって一枚ずつ吸着保持され、モータ172によって反転ヘッド17が上向きになるように回転しチップ20が180度反転してヘッド部30に受け渡しされる。
当初のチップ20はバンプ201が上向きの状態でウエハ19のシートに貼着されているが、反転ヘッド17によって吸着保持され反転されることによってバンプ201が下向きになるような状態で、ヘッド部30の吸着部36に吸着保持させるように受け渡しする。
【００４４】
この際チップ20のバンプ201は下向きになるように吸着保持される。その後ヘッド部30は基板18上部に移動する。基板18はステージ40によってヘッド部30直下に基板18の所定位置が来るように移動される。
ヘッド部30が下降する前に撮像部8が基板18とヘッド部30に吸着されたチップ20との間に挿入され上下方向をそれぞれ撮像しチップ20の位置と基板18の位置と角度が一致しているか否かを撮像し制御部2によって解析される。
【００４５】
ヘッド20をθ方向に回転させるときはヘッド回転モータ34を駆動させてヘッド部30をθ方向に回転させチップ20が回転を変更するよう構成されている。
撮像部8の撮像した上下の映像が一致していないときはヘッド部30をθ方向に回転させるかもしくは基板18を搭載したステージ40を動かして基板18とチップ20が所定位置になるように調整する。
【００４６】
次にヘッド上下モータ31を駆動させてねじ軸33を回転させてねじ軸33と螺合しているねじ軸受け32を下降させる。
ねじ軸受け32つまりヘッド部30を下降させて所定の位置にチップ20を停止する。実際の作用としてはヘッド部30が下降してチップ20の下側になっているバンプ201が基板18に接触した位置で停止する。
バンプ201が基板18に接触したか否かは力センサ38が上記接触時に荷重が変化することで判断することができる。
【００４７】
そして加熱部35が一定温度になるように図4の(2)の加熱プロセス(b)の工程で加熱される。加熱部35の発生した熱は吸着部36を通過してチップ20に伝達されチップ20はあらかじめ定められた温度(200〜300℃)に一定時間昇温される。
【００４８】
その熱によってバンプ201が溶解し基板18上と連結する。液状になったバンプ20は表面張力によって周りに広がることなくチップ20と基板18を連結した円柱の状態になるようにして、次に冷却部37にエァが送られて加熱部35を急速に冷却する。
このような加熱プロセス(b)は吸着部36を通過してチップ20に伝達されバンプ201の溶解状態を調整するように制御される。
【００４９】
そして、吸着部36の吸着用エァが遮断されチップ20は基板18に溶着された状態で開放され、基板18上にチップ20の搭載が完了する。
【００５０】
前述したようにチップ20が基板18に触れたかどうかは力センサ38によって判断することができる。また、吸着部36からチップ20が開放されると真空圧力が下がり制御部2に発信する。
以上のようにしてチップ20の基板18への搭載が終了する。
【００５１】
引き続きヘッド部30は次のチップ20を受け取る為に移動し、反転ヘッド17から新たなチップ20を受け渡されて吸着保持して基板18上の所定の位置に移送する。
以上のような方法の繰り返しで複数のチップ20が基板18に装着される。
【００５２】
しかしここで問題になるのは図3のようにチップ20のバンプ201が、基板18に接触した状態で加熱部35が加熱すると吸着部36及び冷却部37等の熱膨張によってヘッド部30が下方向に伸長し所定の空間にチップ20が保持されなくなってしまうことである。
【００５３】
前述したようにシリコンの厚みは0.03〜1mm程度でありバンプ201の高さは10〜100μｍで直径は10〜125μｍである。それらを200℃以上に加熱して一定の加熱プロセス(b)の工程を経ることによってチップ20と基板18の装着が終了する。
【００５４】
図4の(2)のような加熱プロセス(b)はチップ20の種類によって異なる。本発明では加熱プロセス(b)が行われたときヘッド部30の吸着部36に熱変化の少ないダミーチップ202及びダミー基板181を取り付けて加熱プロセス(b)を実行する。ダミー基板181を用いるのは基板18では弾力があり変形してしまうことがあり、更には製品となる基板18に傷を付けないようにする為である。
【００５５】
ダミーチップ202やダミー基板181は熱によって変形しない材料を使用することができる。熱膨張や熱収縮によって力センサ38が加熱プロセス(b)実行中に生じる圧力変化を正確に捉えることができる。
力センサ38はダミーチップ202がダミー基板181に接触した時の荷重Cを基準として設定しておくことによってヘッド部30が熱膨張すれば荷重Cが上昇していく。
【００５６】
そこで力センサ38の値が荷重Cになるようにヘッド上下モータ31を駆動させてヘッド部30を上昇させれば、熱膨張によって変位した量がヘッド上下モータ31の回転量で測定することができる。同様に温度を下げるときはベッド部30は熱収縮するがその際も同じようにヘッド上下モータ31を駆動させてヘッド部30を下降させれば、力センサ38の圧力が荷重Cになるようにヘッド上下モータ31を制御部2によって制御して一定荷重にするようにすれば、加熱した部分が冷却されることによりヘッド部30が熱収縮した量だけ縮み力センサ38の荷重Cが減少する。しかし荷重Cが減少しないようにヘッド上下モータ31を駆動させてヘッド部30を下降させる。
現実には力センサ38が設定する荷重Cは一定の交差があり上限及び下限を超えないように制御部2で制御してベッド30を上下動するものである。
ダミーチップ202とダミー基板181は変形しないので吸着部36の下端部は熱変化によって上下動しない一定高さに保持される。このような方法で図4の熱影響変位量プロセス(a)が測定され制御部2に記憶される。
【００５７】
本発明では、熱影響変位量プロセス(a)の測定方法で力センサ38を使用しないで測定する方法も提示することができる。この方法はダミーチップ202とダミー基板181をステージ40及びヘッド部30の吸着部36との間に挟持させ、熱影響による伸縮をヘッド上下モータ31のエンコーダの発する回転パルスによって測定する方法である。
ヘッド上下モータ31が停止しているときの通常時は保持トルクによってねじ軸33が回転しないように保持し、ねじ軸受け32が上下動しないようにする働きがあるが、ダミーチップ202とダミー基板181をステージ40及びヘッド部30の吸着部36との間に挟持させて加熱プロセス(b)を実行する前にヘッド上下モータ31をフリー状態に(保持トルクが無い状態に)設定しておく。
この状態で加熱プロセス(b)を実行する。ダミーチップ202とダミー基板181は熱変形しないので熱影響によってヘッド部30が伸長するとねじ軸受け32を上昇させねじ軸33を回転し、ヘッド上下モータ31を回転する。つまり、ねじ軸受け32が上昇するとねじ軸33が回転運動しヘッド上下モータ31が回転パルスを発生するので、回転パルスを加熱プロセスの(b)の時間軸と同時に測定し図4の熱影響変位量プロセス(a)を測定し制御部2に記憶する方法である。
上記のような方法であれば力センサ38を用いずに熱影響によって上下動するヘッド部30をヘッド上下モータ31によって測定して熱影響変位量プロセス(a)を作成できるので容易に測定することができる。
【００５８】
このような方法で図4の(2)の加熱プロセス(b)に応じたヘッド部30下端部の熱影響変位量プロセス(a)が作成される。以上が熱膨張変位測定方法で図5の(1)のような熱膨張変位計測時の動作フローのようなフローチャートが作成される。
【００５９】
上記フローチャートに基づいて説明する。まず、ダミーチップ202が吸着部36下側に吸着保持され、ダミー基板181がステージ40の上に装着された状態で測定が開始される。これがF10のステップである。
次にヘッド上下モータ31を駆動させてヘッド部30を下降させるのがF2のステップである。
【００６０】
ダミーチップ202がダミー基板181(但し熱変化が無く変形がないのであれば、実際に使用される基板18であっても良い)が接触し一定の荷重C(押圧力C)に設置されたと力センサ38で検出する手段がF3のステップである。
【００６１】
このときの押圧力Cを一定に保つように制御部2がヘッド上下モータ31を駆動させ押圧力Cを一定公差範囲内に制御部2で制御するのがＦ41のステップである。もしくは段落57に記載したようにベッド上下モータ31をフリー状態にして加圧力をヘッド部30の自重とすることで一定にし、ねじ軸受け32の熱膨張による上下動をベッド上下モータ31の回転運動として計測するようにしてもよい。
このようにして熱膨張を加熱プロセス(b)の実行と同時に測定し熱変化させるのがF43とF42のステップである。
【００６２】
F41とF43のステップを実行すると同時にヘッド上下モータ31のパルスを演算して熱影響によるヘッド部30の位置変位計測を行い制御部2に記憶するのがF42のステップである。
以上のF41、F42、F43、を同時に実行させるのがF4のステップである。
【００６３】
以上のように加熱プロセス(ｂ)が終了したところでヘッド部30を上昇させ測定を終了し熱影響変位量プロセス(a)の測定値を制御部2に記憶させるのがF5のステップである。
この後ダミーチップ202及びダミー基板181を取り外しすることで熱影響変位計測フローを終了するのがF6のステップである。
【００６４】
次に実装時のステップを図5の(2)のフローを用いて説明する。
反転ヘッド17からチップ20を受け渡されヘッド部30に吸着保持して、撮像部8によって撮像し、ヘッド回転モータ34及びステージ40を駆動して所定の位置決めを決定するのがE1のステップである。
【００６５】
ヘッド部30に吸着保持したチップ20を基板18の所定位置に位置決めしヘッド部30を下降移動するのがE2のステップである。
次に力センサ38によって一定の圧力になることでチップ20と基板18が接触していることを検出し制御部2において判断する。これがE3のステップである。
【００６６】
次に加熱プロセス(b)に従って実行される加熱部35には加熱配線351が配線されるのと同時に温度センサが配線されており随時温度が測定され制御部2によって制御される。以上のような構成で加熱プロセス(b)を実行するのがE42のステップである。
【００６７】
加熱プロセス(b)が行われると同時に熱変形に寄る吸着部36の下端部の位置の変位がゼロになるように図4の(3)のキャンセルプロセス(c)になるように吸着部36(ツール)高さ調節を加熱プロセス(b)の実行と同じに行うのがE42のステップである。
【００６８】
その結果基板18とチップ20の間隔は、図4の(4)の目標チップ高さプロセス(d)のように行われる。つまり図4の(1)の熱影響変位量プロセス(a)に書かれているh1分の熱変化は図4の(3)に描かれているh1’分の熱変化量に演算されヘッド30下端部の吸着部36をh1’分上昇させることで熱変化量h1分をキャンセルし吸着部36の下端部は常に図4の目標チップ高さプロセス(d)の位置に一定するよう保たれる。以上がE4のステップである。
ここでh1及びh1’のグラフの一目盛の高さは約10〜20μm程度を表現しており、グラフの横軸は0〜pまでの時間は0.5〜5秒程度の時間をあらわしている。また、熱影響変位量プロセス(a)とキャンセルプロセス(c)の点pにおける高さが元の高さ(時間0のときの高さ)と異なるが加熱プロセス(b)が始まるときはグラフの位置の高さにリセットされるものである。
【００６９】
以上のように加熱プロセス(b)が終了したのち吸着部36はチップ20の吸着保持を開放して上昇移動するのがE5のステップである。
そしてヘッド部30は次のチップ20を吸着保持する為に反転ヘッド17の受け渡し場所へ移動を開始する。以上がE6のステップである。
【００７０】
そしてヘッド部30先端の吸着部36は反転ヘッド17から受け渡しされたチップ20をバンプ201が下向きになるように吸着保持して同様の工程を繰り返す。
以上のようにすることで吸着部36の下端部は図4の(4)のように熱変化があっても一定高さに保持されるので、チップ20は常に一定高さに保持された状態で熱変化量に左右されること無くバンプ201が溶解したときも一定間隔で基板18上に保持される。
【００７１】
また、このような熱影響変位量プロセス(a)は作業が長時間繰り返されることによって、熱影響がシャフト39やステージ40等の装置全体に熱伝導することによって、熱影響変位量プロセス(a)が必ずしも変化しないとは限らない。
【００７２】
そこで作業中、たとえば30分間隔とか100サイクル間隔でダミーチップ202とダミー基板181を設置して加熱プロセス(b)を実行して熱影響変位量プロセス(a)を測定しキャンセルプロセス(ｃ)を演算して目標チップ高さプロセス(d)にチップ20が保持されるように測定し変更を行うことができる。
【００７３】
時間の間隔を狭めてそのつど上記測定しプロセス変更作業を行えばより正確に測定できる。従来は同様の作業でもレーザー変位計測装置によって測定していたが長時間作業を中断して行わなければならなかった。
しかしこのような方法であれば作業中に測定してデータを変更することができるので測定時間を短縮すると共に即応したデータを得られるので不良品の発生を防止することができる。
【００７４】
以上のような方法で基板18とチップ20の間隔を力センサ38とヘッド上下モータ31のエンコーダを利用して変位データを取ることにより目標チップ高さ(d)を一定にし、チップ20を基板18に装填することが正確に行われて不良品の発生を大幅に減少させたものである。
【００７５】
本発明は熱影響変位量を加熱プロセスに応じてサーボモータの回転で検出し、得られたデータを加熱プロセスに応じてサーボモータを駆動するよう出力することで熱影響によるヘッドの位置変化をキャンセルして一定位置に保持するように制御するよう構成したものである。
熱影響変位計測手段はダミー基板とダミーチップを一定の場所に保管しておいて作業中に定期的に取り出してヘッド部に吸着保持させて測定するように自動制御させておくと、作業中であっても定期的に割り込ませて測定することができるので、効率的で現実に即応したデータを記憶して解析し実作業に反映することができる。
また、定期的に割り込んで測定作業できるようにしたことで、作業時間の経過と共に刻々と変化する装置全体の熱影響による変化も考慮して、測定することができる。従って作業中に何度も熱影響による変位量を測定することができる。
このような測定は熱影響変位量をモータの回転に変換して測定し、同一のモータでキャンセルするように駆動するように制御させるので部材による誤差が少なく、正確な作業が実行される。
加熱プロセスは品種によって変更するし、状況によっても変更するが、部材を変えることなく簡単に熱影響変位量を測定することができる。本発明のヘッド部には力センサがあり圧力を一定に保持するよう制御部で解析するのでダミーチップで何時でも簡単に計測することができる。
以上のようにモータによってチップの位置を一定に保持していられるのでバンプが熱膨張によって潰されることがなく誤接続することがなくなった。そしてバンプを円柱状の理想的な状態でチップと基板を接合することができ不良品を減少させることができたものである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ボンダ装置の全体の斜視図である
【図２】ヘッド部とその近傍を表示した斜視図である。
【図３】ヘッド部の側面図である。
【図４】各プロセスを時間と変位量もしくは温度で表したグラフである。
【図５】熱変化計測時の動作フローと実装時の動作フローである。
【図６】従来のボンディング装置である。
【符号の説明】
【００７８】
1                       
チップボンダ装置本体
2                       
制御部
8            撮像部
16                   
ウエハ台
161        モータ
17                   
反転ヘッド
171               
モータ
172               
モータ
18                   
基板
181        ダミー基板
19                   
ウエハ
20                   
チップ
201               
バンプ
202               
ダミーチップ
29                   
モータ
30                   
ヘッド部
31                   
ヘッド上下モータ
32                   
ねじ軸受け
33                   
ねじ軸
34                   
ヘッド回転モータ
35                   
加熱部
351    加熱部配線
36                   
吸着部
361              
チップ吸着空気口
362              
吸着部吸着空気口
37                   
冷却部
371               
冷却部空気口
375    第二冷却部
38                   
力センサ
381    力センサ配線
39          シャフト
40                   
ステージ
401               
テーブル
402               
テーブル
91                      
吸着ノズル
92                      
半導体
93                      
ボンディングツール
94                      
ステージ
95                      
高さ位置検出手段
96                      
リード部材
97                      
モータ
98                      
アウターリード
(a)                      
熱影響変位量プロセス
(b)                      
加熱プロセス
(c)                      
キャンセルプロセス
(d)                     
目標チップ高さプロセス
P       プロセス終了点
【図１】
2010199111.tif 000003
【図２】
2010199111.tif 000004
【図３】
2010199111.tif 000005
【図４】
2010199111.tif 000006
【図５】
2010199111.tif 000007
【図６】
2010199111.tif 000008