(57)【要約】【課題】フリップ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の最終位置を確認して調整するために2視野カメラが使用されているが、加熱部分に隣接して配置されるため、2視野カメラが温度変化し焦点のずれを生じ、不良品ができてしまう原因になっていた。【解決手段】2視野カメラ全体を均等に冷却し、2視野カメラ全体のゆがみを無くすることによって正確な焦点位置を保つことができるようになり、不良品ができないようにすることができる。【選択図】図7
2010010547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板を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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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請求項1または請求項2記載のフリップチップボンダ装置。
【請求項４】
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請求項1または請求項2記載のフリップチップボンダ装置。
【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、フリップチップ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)が提供されている。
【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。
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【特許文献１】特開2003-264358
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【実施例】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】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】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。
【図３】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】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】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の外側を透明にした図である。
【図６】2視野カメラ30の拡大図である。
【図７】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】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。
【符号の説明】
【００７０】
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)
【図１】
2010010547.tif 000003
【図２】
2010010547.tif 000004
【図３】
2010010547.tif 000005
【図４】
2010010547.tif 000006
【図５】
2010010547.tif 000007
【図６】
2010010547.tif 000008
【図７】
2010010547.tif 000009
【図８】
2010010547.tif 000010