(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、
チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、
前記複数のバンプそれぞれについて、前記基板の表面における前記バンプ周辺の温度変化を認識する第２の工程と、
前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、
前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程と
を有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法。
【請求項２】
チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、
チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記複数のバンプそれぞれについて、前記チップを前記基板に高精度に接触させたときの前記バンプ周辺の基準熱画像パターンＢｏを、前記温度認識手段により予め認識する工程と、
前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、
前記複数のバンプそれぞれについて、前記バンプ周辺の熱画像パターンＢｍａｘを、前記温度認識手段により認識する第２の工程と、
前記複数のバンプそれぞれについて、前記基準熱画像パターンＢｏと前記熱画像パターンＢｍａｘとを比較することにより、前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、
前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程と
を有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法。
【請求項３】
チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、
チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記チップを前記基板に高精度に接触させ、前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が所定温度以上変化した領域が最大になったときの基準熱画像パターンＢｏを、前記複数のバンプそれぞれについて予め記憶する工程と、
前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、
前記温度認識手段により前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が前記所定温度以上変化した領域が最大になったときの熱画像パターンＢｍａｘを、前記複数のバンプそれぞれについて認識する第２の工程と、
前記複数のバンプそれぞれについて、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさ以上に大きいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「良」であると判断し、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさより小さいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「不良」であると判断する第３の工程と、
前記第３の工程で全ての前記複数のバンプの接触状態を「良」と判断したときは前記チップを前記基板に接合し、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程と
を有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップを傾斜させ前記チップと前記基板とを再接触させ接合することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のチップの接合方法。
【請求項５】
前記第４の工程において、前記チップを超音波振動させて前記チップと前記基板とを接合する請求項１ないし４のいずれかに記載のチップの接合方法。
【請求項６】
前記第４の工程において、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップを傾斜させるとともに、前記接触状態に応じて加圧力、加圧時間、超音波出力のうち少なくとも１つの接合条件を調整し接合することを特徴とする請求項５に記載のチップの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップに形成されたバンプを介してチップを基板に接合するチップの接合装置及び接合方法と、その接合状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の民生用電子機器の小型化、薄型化の要求に対応するため、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ（以下、単にチップという）と、回路パターンが形成されたガラスエポキシ基板、セラミック基板やパッケージのベース等（以下、単に基板という）との電気的な接続（接合）は、金線等を介したワイヤーボンディングからバンプを介したフェースダウンボンディングに移行してきている。
【０００３】
このチップと基板の接合の信頼性は、ワイヤーボンディングの場合は金線等が例えばチップの上部から基板に向けて延びているので、金線等の外観を検査することで、ある程度確認することができる。ところが、フェースダウンボンディングの場合はバンプがチップの陰に隠れてしまうので、バンプの外観を検査することができない。このため、チップと基板の接合の信頼性を向上させた接合装置及び接合方法や、チップと基板の接合の状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法が、種々提案されている。
【０００４】
接合装置や接合方法としては、例えば、特開平４−３５２４３９号公報には、ボンディングツールでチップを基板に押圧し、この状態でチップと基板との隙間に硬化収縮性樹脂を浸透・硬化させ、この硬化による収縮を利用してチップと基板の接合の信頼性を向上させた接合方法が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平６−２０９０２８号公報には、チップに形成された複数のバンプの高さを均一化させるためのレベリング工程を行った後、チップと基板を接合し、その信頼性を向上させた接合方法及び接合装置が提案されている。
【０００６】
さらに、特開平６−３１０５６６号公報には、基板におけるチップの実装部の中心に、バンプを一定量だけ潰した状態と同じ高さに突出した半抜き状態の突出部を設けておく。そして、チップを基板側へ押し下げてバンプを潰しながら突出部に当接させたときに、チップの傾斜を突出部により水平に矯正し、チップと基板の接合の信頼性を向上させた接合方法が提案されている。
【０００７】
また、接合検査装置や接合検査方法としては、例えば、母集団となる複数のチップが接合された基板（以下、単にチップ接合基板という）の中から所定数量をサンプリングし、それらを超音波検査や破壊検査して母集団の接合状態を推定する装置や方法、あるいは複数のチップ接合基板を熱衝撃試験してスクリーニングにより検査する装置や方法、あるいは複数のチップ接合基板をＸ線により検査する装置や方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のチップと基板の接合の信頼性を向上させた接合装置及び接合方法では、以下の問題がある。
【０００９】
特開平４−３５２４３９号公報記載の接合方法では、硬化収縮性樹脂の一定の硬化が進むまでは、ボンディングツールでチップを基板に押圧し続ける必要があるため、チップと基板の接合サイクルタイムが長くなり、生産性が劣るという問題がある。
【００１０】
特開平６−２０９０２８号公報記載の接合方法及び接合装置では、チップと基板を接合する前にバンプをレベリングする必要があるため、余分な工程が増えることになり、生産性が劣るという問題がある。
【００１１】
特開平６−３１０５６６号公報記載の接合方法では、チップと基板を接合する前に基板に突出部を設ける必要があるため、余分な工程が増えることになり、生産性が劣るという問題がある。
【００１２】
また、上述した従来のチップと基板の接合の状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法では、以下の問題がある。
【００１３】
超音波検査を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、検査精度が低いため、より小型のチップに対応できないという問題がある。さらに、超音波検査や破壊検査を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、サンプリングしたチップ接合基板を液体中に浸漬したり切断する必要があるため、サンプリング数量分のチップ接合基板が無駄になるという問題がある。
【００１４】
熱衝撃試験を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、熱衝撃の程度によってはチップ接合基板が不良になるおそれがあるという問題がある。
【００１５】
Ｘ線を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、バンプの変形状態を見て接合状態を判断する必要があるため、接合不良を見落としてしまうおそれがあるという問題がある。そして、使用環境温度やチップの発熱によりチップと基板との間で熱膨張差が発生し、接合部に機械的応力が掛かると、上記接合不良の接合部が剥離したり変形して導通不良となり、チップ接合基板の信頼性が低下するという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、上記課題を解消して、チップを基板に接合する際の生産性を高めることができるチップの接合装置及び接合方法と、チップ接合基板の歩留まりを高めることができると共に、品質及び信頼性を高めることができるチップの接合検査装置及び接合検査方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記基板の表面における前記バンプ周辺の温度変化を認識する第２の工程と、前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００１８】
この請求項１の発明では、チップと基板との間で温度差を生じさせている。このため、温度差が生じた状態のチップと基板を接触させると、バンプを介して熱が伝導し、基板の表面におけるバンプ周辺の温度が変化することになる。そして、この温度変化は、バンプと基板との接触度合いによって大きく変化することになる。よって、基板の表面における全バンプ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプと基板との接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、一部のバンプと基板との間に接触不良があっても、上記バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００１９】
請求項２の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記チップを前記基板に高精度に接触させたときの前記バンプ周辺の基準熱画像パターンＢｏを、前記温度認識手段により予め認識する工程と、前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記バンプ周辺の熱画像パターンＢｍａｘを、前記温度認識手段により認識する第２の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記基準熱画像パターンＢｏと前記熱画像パターンＢｍａｘとを比較することにより、前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００２０】
この請求項２の発明では、バンプと基板との接触度合いが最良のときに、バンプを介して伝導する熱により形成されるバンプを中心とした円形状の基準となる熱画像パターンの大きさを、予め認識して記憶している。このため、接合対象のチップの全バンプを基板に接触させたときの熱画像パターンの大きさを認識し、基準熱画像パターンと比較することにより、全バンプと基板との接触状態を容易かつ確実に判断することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記チップを前記基板に高精度に接触させ、前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が所定温度以上変化した領域が最大になったときの基準熱画像パターンＢｏを、前記複数のバンプそれぞれについて予め記憶する工程と、前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記温度認識手段により前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が前記所定温度以上変化した領域が最大になったときの熱画像パターンＢｍａｘを、前記複数のバンプそれぞれについて認識する第２の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさ以上に大きいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「良」であると判断し、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさより小さいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「不良」であると判断する第３の工程と、
前記第３の工程で全ての前記複数のバンプの接触状態を「良」と判断したときは前記チップを前記基板に接合し、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００２２】
この請求項３の発明では、バンプと基板との接触度合いが最良のときに、バンプを介して伝導する熱により形成されるバンプを中心とした円形状の基準となる熱画像パターンの大きさを、予め認識して記憶している。このため、接合対象のチップの全バンプを基板に接触させたときの熱画像パターンの大きさを認識し、基準熱画像パターンと比較することにより、全バンプと基板との接触状態を容易かつ確実に判断することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の構成において、前記第４の工程において、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップを傾斜させ前記チップと前記基板とを再接触させ接合するチップの接合方法である。
【００２４】
この請求項４の発明では、バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の構成において、前記チップを超音波振動させて前記チップと前記基板とを接合するチップの接合方法である。
【００２６】
この請求項５の発明では、チップと基板との接合に超音波を併用しているので、チップと基板との接合状態を更に確実なものとすることができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の構成において、前記第４の工程は、前記チップを傾斜させるとともに、前記接触状態に応じて加圧力、加圧時間、超音波出力のうち少なくとも１つの接合条件を調整し接合するチップの接合方法である。
【００２８】
この請求項６の発明では、バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、本発明のチップの接合装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００３７】
この接合装置１００は、装置本体１１０に配設されたチップ処理部１２０及び基板処理部１４０と、基板２の表面の温度変化を画像認識する赤外線カメラ（温度認識手段）１６０と、各部を制御するコンピュータ（制御手段）１８０等で大略構成されている。
【００３８】
チップ処理部１２０は、チップ１を保持するボンディングツール（チップ保持手段）１２１と、チップ１を超音波振動させる超音波発振器（超音波発生手段）１２２と、チップ１を傾斜させるボンディングツールＶ軸制御機構（チップ接合修正手段）１２３と、チップ１を昇降させるボンディングツール昇降機構１２４を備えている。
【００３９】
ボンディングツール１２１は、略円錐状に形成され、軸（Ｖ軸）が垂直を向くように配置されており、貫通孔１２１ａに接続されている図示しない真空ポンプの作用により下端にチップ１を真空吸着して保持するようになっている。
【００４０】
超音波発振器１２２は、略円錐台状に形成され、先端にボンディングツール１２１が連結された超音波ホーン１２２ａと、この超音波ホーン１２２ａの後端に連結された振動子１２２ｂを有しており、振動子１２２ｂで発生した超音波を超音波ホーン１２２ａで増幅・伝達し、ボンディングツール１２１に保持されたチップ１を超音波振動させてチップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４１】
ボンディングツールＶ軸制御機構１２３は、超音波発振器１２２に連結されており、ボンディングツール１２１と共にチップ１をＶ軸周りで傾斜させてチップ１と基板２との接触状態を修正するようになっている。
【００４２】
ボンディングツール昇降機構１２４は、装置本体１１０の上面に立設されたガイドバー１２４ａと、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３に連結され、ガイドバー１２４ａに沿って移動可能なスライダー１２４ｂを有しており、ボンディングツール１２１と共にチップ１を降下させて基板２に押し付け、チップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４３】
基板処理部１４０は、基板２を保持する加工テーブル（基板保持手段）１４１と、基板２を加熱するヒータ（温調手段）１４２を備えている。
【００４４】
加工テーブル１４１は、略平板状に形成され、装置本体１１０の上面に水平に配設されており、基板２を載置して図示しないクランプ等により固定し保持するようになっている。
【００４５】
ヒータ１４２は、加工テーブル１４１下方の装置本体１１０内に配設されており、加工テーブル１４１に保持された基板２を加熱し、チップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４６】
赤外線カメラ１６０は、例えば赤外線熱画像計測装置（商品名：ＬＡＩＲＤ  ３Ａ  シリーズ、メーカー名：ニコン（株））が使用され、基板２が放射する赤外線の量的変化を撮影して基板２の表面の温度変化を画像認識するようになっている。
【００４７】
コンピュータ１８０は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータが使用され、ボンディングツール１２１に配設された図示しない真空ポンプ、超音波発振器１２２、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３、ボンディングツール昇降機構１２４、加工テーブル１４１に配設された図示しないクランプ、ヒータ１４２、赤外線カメラ１６０等を制御するようになっている。
【００４８】
以上のような構成の接合装置１００によれば、ヒータ１４２により加工テーブル１４１に保持された基板２を加熱することで、ボンディングツール１２１に保持されたチップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、ボンディングツール昇降機構１２４によりチップ１のバンプ１ａを基板２の回路パターン２ａに接触させると、バンプ１ａを介して熱が伝導し、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度が変化することになる。即ち、比較的低温のバンプ１ａが比較的高温の回路パターン２ａに接触すると、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度は瞬間的に低下し、再び元の温度に上昇する。このときの温度変化の様子は、赤外線カメラ１６０により画像認識することができ、バンプ１ａを中心とした円形状の低温領域が一旦大きくなり、ある大きさになった後に小さくなって消滅する。そして、この低温領域の最大の大きさは、バンプ１ａと基板２との接触度合いによって大きく変化することになる。よって、赤外線カメラ１６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと回路パターン２ａとの接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３により全バンプ１ａを回路パターン２ａに均一に接触させ、ボンディングツール昇降機構１２４による加圧、ヒータ１４２による加熱及び超音波発振器１２２による超音波、即ち超音波併用熱圧着によりチップ１を基板２に接合する。
【００４９】
このような構成において、その動作例を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００５１】
先ず、準備作業として、この接合装置１００を使用して例えばチップ１の表面温度が室温、図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａの平均表面温度がＴ°Ｃ（室温よりも高い温度）の場合にチップ１を基板２に高精度に接触したときの、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を赤外線カメラ１６０により画像認識させる。そして、その画像データに基づいて平均表面温度Ｔ°ＣよりΔＴ°Ｃ以上低い円形状の低温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ１８０により計算処理させる。このときの温度変化は、チップ１や基板２の種類が同一で、接合装置１００の作動条件が同一であれば、ほぼ所定の温度になるので、赤外線カメラ１６０により認識される熱画像パターンは、ほぼ同一の大きさとなる。そして、この熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ１８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ１８０に登録する（ステップＳ１）。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００５２】
次に、個別の接合作業に入る。図示しないコンベア等の移動機構を作動させて基板２を加工テーブル１４１上に載置し、図示しないクランプを作動させて基板２を加工テーブル１４１上に固定・保持させる。そして、ヒータ１４２を作動させて基板２を加熱する（ステップＳ２）。このとき、基板２の表面の温度を赤外線カメラ１６０により画像認識させ、その画像データに基づいて基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａの平均表面温度（Ｔ°Ｃ）をコンピュータ１８０により計算処理させる（ステップＳ３）。
【００５３】
次に、図示しない真空ポンプを作動させてチップ１をボンディングツール１２１に真空吸着させ、ボンディングツール昇降機構１２４を作動させてチップ１を基板２方向に下降させる（ステップＳ４）。そして、チップ１のバンプ１ａを基板２の回路パターン２ａに押圧する。これと同時に、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を赤外線カメラ１６０により画像認識させ、その画像データに基づいて平均表面温度Ｔ°ＣよりΔＴ°Ｃ以上低い熱画像パターンをコンピュータ１８０により計算処理させる。即ち、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、バンプ１ａを中心とした円形状の低温領域Ｂは図示矢印方向に向かって一旦大きくなり、ある大きさの低温領域Ｂｍａｘになった後、図４（Ｄ）〜（Ｅ）に示すように、低温領域Ｂは図示矢印方向に向かって小さくなって消滅するので、この低温領域Ｂｍａｘを熱画像パターンとして求める（ステップＳ５）。尚、図４では、１つのバンプ１ａのみについて図示している。
【００５４】
次に、図４（Ｆ）に示すように、これらの熱画像パターンＢｍａｘの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンＢｏの大きさとをコンピュータ１８０により比較させ、各熱画像パターンＢｍａｘの大きさが基準熱画像パターンＢｏの大きさ以上に大きいときは、バンプ１ａと基板２との接触状態は「良」であると判断し、超音波発振器１２２を作動させてチップ１を超音波振動させチップ１と基板２とを接合し、そのチップ接合基板を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、バンプ１ａと基板２との接触状態は「不良」であると判断する（ステップＳ６）。そして、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３を作動させて小さい熱画像パターンとなったバンプ１ａが基板２と良好に接触するようにチップ１を傾斜させ、チップ１と基板２を再接触させ接合する（ステップＳ７）。接合する際、接触状態に応じて加圧力、加圧時間、超音波出力等の接合条件をコンピュータ１８０で適正に調整すれば、接合の信頼性は一層向上する。これにより、接触不良のバンプ１ａを修正し、全バンプ１ａと回路パターン２ａとの接合度合いを高めることができるので、良品のチップ接合基板を得ることができる。
【００５５】
この接合装置１００により得られたチップ接合基板を用いて、１サイクルあたり３０分／−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの熱衝撃試験を５００サイクル行ったところ、接続抵抗の変化は０．１Ω以内という良好な結果が得られた。また、１０００時間の温度７０°Ｃ／湿度９０％の高温高湿放置試験を行ったところ、接続抵抗の変化は０．１Ω以内という良好な結果が得られた。
【００５６】
尚、上述した実施形態では、チップ１と基板２との間で温度差を付けるため、基板２を加熱するヒータ１４２を配設したが、このヒータ１４２の代わりにチップ１を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られ、またチップ１あるいは基板２を冷却するクーラを配設しても同様の効果が得られる。さらに、基板２あるいはチップ１を加熱するヒータと、チップ１あるいは基板２を冷却するクーラを共に配設しても同様の効果が得られる。
【００５７】
図５は、本発明のチップの接合検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００５８】
この接合検査装置２００は、装置本体２１０に配設されたチップ処理部２２０及び基板処理部２４０と、チップ接合基板３の基板２の表面の温度変化を画像認識する赤外線カメラ（温度認識手段）２６０と、各部を制御するコンピュータ（制御手段）２８０等で大略構成されている。
【００５９】
チップ処理部２２０は、チップ接合基板３のチップ１を加熱するヒータ（チップ温調手段）２２１と、ヒータ２２１を昇降させるヒータ昇降機構２２２を備えている。
【００６０】
ヒータ２２１は、電熱線２２１ａ及び熱電対２２１ｂが接続された加熱温調器２２１ｃと、電熱線２２１ａ及び熱電対２２１ｂが内蔵された角柱状のヘッド２２１ｄを有しており、ヘッド２２１ｄを下端に貼り付けられているクッション材２２１ｅを介してチップ接合基板３のチップ１に接触させることにより、チップ１を加熱するようになっている。クッション材２２１ｅは、シリコンシートあるいは金属微粉末等を含有したシリコンシート等の比較的熱伝導性の良好な材料で構成し、ヘッド２２１ｄからの熱を効率良くチップ１に伝える。また、クッション材２２１ｅは、クッション性に富むため、ヘッド２２１ｄにてチップ１を偏りなく押圧できる。
【００６１】
ヒータ昇降機構２２２は、装置本体２１０の上面に立設されたガイドバー２２２ａと、ヒータ２２１のヘッド２２１ｄに連結され、ガイドバー２２２ａに沿って移動可能なスライダー２２２ｂを有しており、ヒータ２２１のヘッド２２１ｄを下降させてチップ接合基板３のチップ１に押し付けるようになっている。
【００６２】
基板処理部２４０は、チップ接合基板３の基板２を保持するセット部２４１と、チップ接合基板３のチップ１と基板２を冷却するクーラ（チップ接合基板温調手段）２４２を備えている。
【００６３】
セット部２４１は、略平板状に形成され、装置本体２１０の上面に水平に配設された載置台２４１ａと、この載置台２４１ａの上面から側面にかけて設けられた貫通孔２４１ｂに接続された真空ポンプ２４１ｃを有しており、チップ接合基板３の基板２を載置台２４１ａ上に載置して真空ポンプ２４１ｃにより真空吸着し保持するようになっている。
【００６４】
クーラ２４２は、載置台２４１ａに内蔵された冷却管２４２ａ及び熱電対２４２ｂと、冷却管２４２ａ及び熱電対２４２ｂが接続された冷却温調器２４２ｃを有しており、載置台２４１ａ上に載置されたチップ接合基板３のチップ１と基板２を冷却するようになっている。
【００６５】
赤外線カメラ２６０は、例えば赤外線熱画像計測装置（商品名：ＬＡＩＲＤ  ３Ａ  シリーズ、メーカー名：ニコン（株））が使用され、基板２が放射する赤外線の量的変化を撮影して基板２の表面の温度変化を画像認識するようになっている。
【００６６】
コンピュータ２８０は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータが使用され、ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃ、ヒータ昇降機構２２２、セット部２４１の真空ポンプ２４１ｃ、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃ、赤外線カメラ２６０等を制御するようになっている。
【００６７】
以上のような構成の接合検査装置２００によれば、ヒータ２２１により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３のチップ１を加熱し、クーラ２４２により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３の基板２を冷却することで、チップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、バンプ１ａを介して熱が伝導し、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度が変化することになる。即ち、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度は瞬間的に上昇し、再び元の温度に下降する。このときの温度変化の様子は、赤外線カメラ２６０により画像認識することができ、バンプ１ａを中心とした円形状の高温領域が一旦大きくなり、ある大きさになった後に小さくなって消滅する。そして、この高温領域の最大の大きさは、バンプ１ａと基板２との接合度合いによって大きく変化することになる。よって、赤外線カメラ２６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと基板２との接合状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、チップ接合基板３の良否を判定し選別する。
【００６８】
このような構成において、その動作例を図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００７０】
先ず、図６に示す準備作業として、ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃを作動させてヘッド２２１ｄを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する（ステップＳ１）。そして、チップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し（ステップＳ２）、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する（ステップＳ３）。続いて、ヒータ昇降機構２２２を作動させてヘッド２２１ｄをチップ１方向に下降させ、クッション材２２１ｅを介してチップ１を所定時間押圧する（ステップＳ４）。そして、この押圧している間及びその後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる（ステップＳ５）。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる（ステップＳ６）。以上のステップＳ２〜Ｓ６の動作を適切なサンプル数で実施する。その後、複数の高温領域の最大熱画像パターンより、良品と見なすことができる最小熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ２８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ２８０に登録する（ステップＳ７）。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００７１】
次に、図７に示す個別のチップ接合基板３の検査作業に入る。ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃを作動させてヘッド２２１ｄを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する（ステップＳ１１）。そして、図示しないコンベアを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し（ステップＳ１２）、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する（ステップＳ１３）。続いて、ヒータ昇降機構２２２を作動させてヘッド２２１ｄをチップ１方向に下降させ、クッション材２２１ｅを介してチップ１を所定時間押圧する（ステップＳ１４）。そして、この押圧している間及びその後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる（ステップＳ１５）。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる（ステップＳ１６）。そして、これらの熱画像パターンの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンの大きさとをコンピュータ２８０により比較させ、各熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさ以上に大きいときは、チップ接合基板３は良品であると判断し、そのチップ接合基板３を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、チップ接合基板３は不良品であると判断し、そのチップ接合基板３を排除する（ステップＳ１７）。これにより、良品と不良品のチップ接合基板３を確実に選別することができる。
【００７２】
尚、上述した実施形態では、チップ接合基板３のチップ１と基板２との間で温度差を付けるため、チップ１を加熱するヒータ２２１と基板２を冷却するクーラ２４２を配設したが、チップ１を冷却するクーラと基板２を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られる。バンプ材質を金として説明したが、半田バンプ等でチップと基板とを接合したチップ接合基板でも適用でき、また、超音波接合方式で説明したが、リフロー接合方式で得られたチップ接合基板にも適用できる。
【００７３】
図８は、本発明のチップの接合検査装置の別の実施形態を図５に対応させて示す概略構成図であり、同一構成個所は同一番号を付して説明を省略する。
【００７４】
この接合検査装置３００は、チップ処理部３２０が図５の接合検査装置２００のチップ処理部２２０と異なる構成となっている。
【００７５】
チップ処理部３２０は、チップ接合基板３のチップ１を加熱するヒータ（チップ温調手段）３２１と、ヒータ３２１を昇降させるヒータ昇降機構２２２を備えている。
【００７６】
ヒータ３２１は、ランプ３２１ａ及び熱電対３２１ｂが接続された加熱温調器３２１ｃと、ランプ３２１ａからの光を絞るためのレンズ３２１ｄと、ランプ３２１ａからの光を所定時間のみ透過させ所定時間以外は遮蔽するためのシャッタ３２１ｅと、ランプ３２１ａからの光をチップ接合基板３のチップ１のみに照射するためのマスク３２１ｆを有しており、ランプ３２１ａからの光をチップ接合基板３のチップ１に照射させることにより、チップ１を加熱するようになっている。
【００７７】
ヒータ昇降機構２２２は、装置本体２１０の上面に立設されたガイドバー２２２ａと、ヒータ３２１のランプ３２１ａ等に連結され、ガイドバー３２２ａに沿って移動可能なスライダー２２２ｂを有しており、ヒータ３２１のランプ３２１ａ等を下降させてチップ１に近接させるようになっている。
【００７８】
以上のような構成の接合検査装置３００によれば、ヒータ３２１により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３のチップ１を所定時間シャッタ３２１ｅを開放することにより加熱し、クーラ２４２により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３の基板２を冷却することで、チップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、図５の接合検査装置２００と同様に、赤外線カメラ２６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと基板２との接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、チップ接合基板３の良否を判定し選別する。
【００７９】
このような構成において、その動作例を説明する。
【００８０】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００８１】
先ず、準備作業として、ヒータ３２１の加熱温調器３２１ｃを作動させてランプ３２１ａを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する。そして、チップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する。続いて、シャッタ３２１ｅは閉じた状態でヒータ昇降機構２２２を作動させてランプ３２１ａ等をチップ１方向に所定の高さまで下降させて近接させる。そして、シャッタ３２１ｅを開け、その後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる。以上の動作を適切なサンプル数で実施する。その後、複数の高温領域の最大熱画像パターンより、良品と見なすことができる最小熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ２８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ２８０に登録する。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００８２】
次に、個別のチップ接合基板３の検査作業に入る。ヒータ３２１の加熱温調器３２１ｃを作動させてランプ３２１ａを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する。そして、図示しないコンベアを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する。続いて、シャッタ３２１ｅは閉じた状態でヒータ昇降機構２２２を作動させてランプ３２１ａ等をチップ１方向に所定の高さまで下降させて近接させる。そして、シャッタ３２１ｅを開け、その後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる。そして、これらの熱画像パターンの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンの大きさとをコンピュータ２８０により比較させ、各熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさ以上に大きいときは、チップ接合基板３は良品であると判断し、そのチップ接合基板３を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、チップ接合基板３は不良品であると判断し、そのチップ接合基板３を排除する。これにより、良品と不良品のチップ接合基板３を確実に選別することができる。
【００８３】
尚、上述した実施形態では、チップ接合基板３のチップ１と基板２との間で温度差を付けるため、チップ１を加熱するヒータ３２１と基板２を冷却するクーラ２４２を配設したが、チップ１を冷却するクーラと基板２を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られる。
【００８４】
本実施形態の接合装置１００及び接合検査装置２００、３００では、最小の基準熱画像パターンを設定し、この最小の基準熱画像パターンを超えたときに接合が良好であると評価するようにしているが、さらに最大の基準熱画像パターンも設定し、最小の基準熱画像パターンと最大の基準熱画像パターンとの範囲内に入ったときに接合が良好であると評価するようにすれば、全ての接合状態を均一にすることができる。また、接合対象や接合検査対象の種類が変更になっても、データを単に入れ替えるのみで対応可能であるので、迅速な処理が可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、チップと基板との間で温度差を生じさせ、バンプを介して熱を伝導させるようにしているので、バンプと基板との接触度合いによって基板の表面におけるバンプ周辺の温度変化は、大きく変化することになる。従って、基板の表面における全バンプ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプと基板との接触状態を判断し、この判断結果に基づいて、全バンプを基板に均一に接触させることにより、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができ、またチップ接合基板の良否を迅速かつ確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチップの接合装置の実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１のチップの接合装置の動作例を説明するためのフローチャート。
【図３】図１のチップの接合装置により熱画像パターンを得る際の測定範囲を示す斜視図。
【図４】図１のチップの接合装置により熱画像パターンを得る際の挙動を示す平面図。
【図５】本発明のチップの接合検査装置の実施形態を示す概略構成図。
【図６】図５のチップの接合検査装置の動作例を説明するための第１のフローチャート。
【図７】図５のチップの接合検査装置の動作例を説明するための第２のフローチャート。
【図８】本発明のチップの接合検査装置の別の実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１  チップ
１ａ  バンプ
２  基板
２ａ  回路パターン
３  チップ接合基板
１００  接合装置
１１０  装置本体
１２０  チップ処理部
１２１  ボンディングツール
１２１ａ  貫通孔
１２２  超音波発振器
１２２ａ  超音波ホーン
１２２ｂ  振動子
１２３  ボンディングツールＶ軸制御機構
１２４  ボンディングツール昇降機構
１２４ａ  ガイドバー
１２４ｂ  スライダー
１４０  基板処理部
１４１  加工テーブル
１４２  ヒータ
１６０  赤外線カメラ
１８０  コンピュータ
２００  接合検査装置
２１０  装置本体
２２０  チップ処理部
２２１  ヒータ
２２１ａ  電熱線
２２１ｂ  熱電対
２２１ｃ  加熱温調器
２２１ｄ  ヘッド
２２１ｅ  クッション材
２２２  ヒータ昇降機構
２２２ａ  ガイドバー
２２２ｂ  スライダー
２４０  基板処理部
２４１  セット部
２４１ａ  載置台
２４１ｂ  貫通孔
２４１ｃ  真空ポンプ
２４２  クーラ
２４２ａ  冷却管
２４２ｂ  熱電対
２４２ｃ  冷却温調器
２６０  赤外線カメラ
２８０  コンピュータ
３００  接合検査装置
３２０  チップ処理部
３２１  ヒータ
３２１ａ  ランプ
３２１ｂ  熱電対
３２１ｃ  加熱温調器
３２１ｄ  レンズ
３２１ｅ  シャッタ
３２１ｆ  マスク
【図１】
0003632534.tif 000002
【図２】
0003632534.tif 000003
【図３】
0003632534.tif 000004
【図４】
0003632534.tif 000005
【図５】
0003632534.tif 000006
【図６】
0003632534.tif 000007
【図７】
0003632534.tif 000008
【図８】
0003632534.tif 000009