(57)【要約】      （修正有）【課題】ボンディングツールのチップの吸着面を直接冷却面に当接させることで、気体で冷却させるのに比べて、より高速な冷却を実現し、ボンディングの作業時間の短縮化を図るボンディング装置を提供する。【解決手段】ボンディング装置に次の手段を採用する。第１に、チップの吸着面が形成されたボンディングツール１０と加熱手段２１を有するボンディングヘッド３と、チップ供給手段と、基板が載置されるボンディングステージと、チップ供給位置とボンディング位置との間でボンディングヘッド３を移動させるヘッド移動手段と、ボンディングツール１０を冷却する冷却手段６とを備える。第２に、ボンディングツール１０は、チップ供給位置でチップの供給を受け、ボンディング位置で加熱されてチップをボンディングした後、冷却手段６により冷却される。第３に、冷却は、ボンディングツール１０の吸着面を冷却手段６の冷却面に当接させることにより行う。【選択図】図３
2014007328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを吸着保持する吸着面が形成されたボンディングツールと加熱手段を有するボンディングヘッドと、チップを前記ボンディングツールに供給するチップ供給手段と、基板が載置されるボンディングステージと、前記チップ供給手段によるチップ供給位置と前記ボンディングステージ上のボンディング位置との間で前記ボンディングヘッドを移動させるヘッド移動手段と、前記ボンディングツールを冷却する冷却手段とを備え、前記チップ供給位置で前記ボンディングツールにチップを供給し、前記ボンディング位置で当該チップを加熱して前記基板に当該チップをボンディングした後、前記冷却手段により前記ボンディングツールを冷却するボンディング装置において、
前記冷却手段は、前記ボンディングツールの吸着面と当接する冷却面を有するとともに、当該冷却面を前記吸着面に当接させることにより当該ボンディングツールを冷却する
ことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
上記冷却手段は、上記冷却面を冷却するペルチェ素子を有し、上記ボンディングツールを強制冷却する
ことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
上記冷却手段は、結露防止ガスを供給するガス供給手段を有し、当該結露防止ガス雰囲気中で上記吸着面と上記冷却面とを接触させる
ことを特徴とする請求項１または２記載のボンディング装置。
【請求項４】
上記加熱手段は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、当該レーザ発振器が発振したレーザ光を上記ボンディングヘッド内に導光する導光手段とを有し、前記レーザ発振器から発振され前記導光手段によって前記ボンディングヘッド内に導光したレーザ光により上記チップを直接的に加熱し、または、当該レーザ光により上記ボンディングツールを加熱して上記チップを間接的に加熱する
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ボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にチップをボンディングするボンディング装置に関するもので、詳しくは、ボンディング装置におけるボンディングツールの冷却技術に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボンディングツールでチップを保持し、ボンディングツールを加熱して、基板にチップをボンディングする装置が存在する。この種の装置では、基板にチップをボンディングした後に、次のチップを保持するまでに、チップへの影響を低減するためチップを保持するボンディングツールを所定温度まで下げておく必要がある。
【０００３】
半田バンプ接合方式のボンディングでは半田溶融温度である２００℃程度以下、望ましくは約１５０℃、熱硬化性樹脂接着剤による接合方式では熱硬化性樹脂の硬化開始温度である１００℃〜１８０℃以下、望ましくは室温に近い温度（約５０℃）まで降下させる必要があった。
【０００４】
ボンディングツールを上記所定温度まで下げる従来技術としては、特許文献１及び２に示されるようなものがあった。これらの従来技術は、いずれも気体による冷却を用いている。気体を空気とした場合、熱伝導率は最大でも４０Ｗ／ｍ・Ｋであるため、冷却時間が長引き、結果としてボンディングの作業時間が長くなるという問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１７２９４２号特許公報
【特許文献２】特開２００７−３２９３０５号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、ボンディングツールのチップの吸着面を直接冷却手段の冷却面に当接させて、冷却させることにより、気体で冷却するのに比べて、より高速な冷却を実現し、ボンディングの作業時間の短縮化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、第１の発明は、ボンディング装置に次の手段を採用する。
第１に、チップを吸着保持する吸着面が形成されたボンディングツールと加熱手段を有するボンディングヘッドと、チップを前記ボンディングツールに供給するチップ供給手段と、基板が載置されるボンディングステージと、前記チップ供給手段によるチップ供給位置と前記ボンディングステージ上のボンディング位置との間で前記ボンディングヘッドを移動させるヘッド移動手段と、前記ボンディングツールを冷却する冷却手段とを備える。
第２に、前記チップ供給位置で前記ボンディングツールにチップを供給し、前記ボンディング位置で当該チップを加熱して前記基板に当該チップをボンディングした後、前記冷却手段により前記ボンディングツールを冷却する装置とする。
第３に、前記冷却手段は、前記ボンディングツールの吸着面と当接する冷却面を有するとともに、当該冷却面を前記吸着面に当接させることにより当該ボンディングツールを冷却する。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に、上記冷却手段は、上記冷却面を冷却するペルチェ素子を有し、上記ボンディングツールを強制冷却することを付加したボンディング装置とする。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明に、上記冷却手段は、結露防止ガスを供給するガス供給手段を有し、当該結露防止ガス雰囲気中で上記吸着面と上記冷却面とを接触させることを付加したボンディング装置とする。
【００１０】
第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかに、次の手段を付加したボンディング装置とする。
第１に、上記加熱手段は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、当該レーザ発振器が発振したレーザ光を上記ボンディングヘッド内に導光する導光手段とを有する。
第２に、前記レーザ発振器から発振され前記導光手段によって前記ボンディングヘッド内に導光したレーザ光により上記チップを直接的に加熱し、または、当該レーザ光により上記ボンディングツールを加熱して上記チップを間接的に加熱する。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明は、ボンディングツールの吸着面に冷却手段の冷却面を当接させることによりボンディングツールを冷却する。気体よりも熱伝導の良いものに接触させることで冷却させるため、高速に低温域での冷却が実現でき、冷却時間を短縮することができた。この結果、ボンディング装置の工程時間が短くなり、生産性の高いボンディング装置を提供することができた。
【００１２】
第２の発明の効果ではあるが、冷却手段に冷却面を冷却するペルチェ素子を用いることにより、ボンディングツールを強制冷却するので、冷却効率を高めることができ、冷却時間を更に短縮することができた。この結果、ボンディング装置の工程時間の更なる短縮ができ、より生産性の高いボンディング装置を提供することができた。
【００１３】
第３の発明の効果ではあるが、結露防止ガス雰囲気中で吸着面と冷却面とを接触させることにより、冷却面の結露を防止することができ、結露によるボンディングの不具合を防止することができた。
【００１４】
第４の発明の効果ではあるが、レーザ発振器から発振され、導光手段によってボンディングヘッド内に導光されたレーザ光によりチップを直接加熱し、または、ボンディングツールを加熱して、チップを間接的に加熱するので、冷却対象の体積つまりは熱容量を小さくでき、その結果、冷却時間を短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ボンディング装置の概略平面説明図
【図２】同概略正面説明図
【図３】ボンディングヘッド先端の内部概略正面説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，図示の実施例と共に実施の形態について説明する。図１は実施例に係るボンディング装置の概略平面説明図であり、図２は同概略正面説明図である。両図中、ボンディング装置は、チップ供給手段となるリレーステージ１と、フラックスステージ２と、ボンディングヘッド３と、ボンディングステージ４と、ヘッド移動手段５と、冷却手段６とを備える。
【００１７】
リレーステージ１は、チップ７が載置されるステージであって、Ｙ軸移動機構となるＹ軸移動レール８に、Ｙ軸方向（図１中上下方向）に、移動可能に装着されている。図１中、符号１はリレーステージであって、リレーステージ１の位置が、図示されていないピック＆プレーサによりチップ７が、受け渡される位置であり、Ｙ軸移動レール８上で後述するＸ軸移動レール３１付近の下方に示される点線位置がチップ供給位置９である。
【００１８】
尚、図１中符号２が、リレーステージ１に載置されたチップ７にフラックスを塗布するためのフラックストレイ２０が配置されたフラックスステージである。リレーステージ１をチップ供給位置９に位置させて、チップ７をリレーステージ１からボンディングヘッド３に供給した後、チップ供給位置９からリレーステージ１をチップ７が受け渡される位置へ移動させると略同時にフラックスステージ２をチップ供給位置９へ位置させる。この間、ボンディングヘッド３はチップ供給位置９上方に待機しており、チップ供給位置９にフラックスステージ２が位置すると下降させて、保持したチップ７の裏面のみをフラックストレイ２０中のフラックスにディップすることで、チップ７の裏面にフラックスを塗布する。
【００１９】
ボンディングヘッド３は、加熱方式の相違により第1実施例と第2実施例が考えられる。第1実施例はボンディングツール１０を加熱して、チップ７を間接的に加熱する間接加熱方式を採用する場合のボンディングヘッド３であり、第２実施例は直接チップ７を加熱する直接加熱方式を採用する場合のボンディングヘッドである。ここでは第1実施例のボンディングヘッド３について説明する。第1実施例にかかるボンディングヘッド３は、チップ７を吸着保持する吸着面１１が形成されたボンディングツール１０と、ボンディングツール１０の吸着部１２と、当該ボンディングツール１０にボンディングのための加熱を行う加熱部２１を有し、加熱部２１の下方に吸着部１２を配置し、該吸着部１２にボンディングツール１０を保持させたものである。ボンディングツール１０の吸着面１１には、チップ７を吸着保持するためチップ吸着孔Ｃが穿設されている。
【００２０】
ボンディングツール１０の吸着部１２は、内部空間１３を有するリング状部材であって、そのケーシング１６にツール吸着用配管１４及びチップ吸着用配管１５が形成されている。又、ケーシング１６の下端には、マスク１７を挟んでツールベース１８が、ツールベース止め１９によりネジ止めされている。ツールベース１８には、ボンディングツール１０を吸着するツール吸着孔Ａが穿設されている。
【００２１】
ツール吸着用配管１４は、図示されていない真空源と接続することでツール吸着孔Ａに真空吸引力を発生させ、その吸引力でボンディングツール１０をツールベース１８に吸着させる。尚、ボンディング装置を運転中は常時吸引する。
【００２２】
ツールベース１８にはツール吸着孔Ａとは別に、チップ吸着孔Ｂが穿設されている。ツールベース１８のチップ吸着孔Ｂは、一方でボンディングツール１０のチップ吸着孔Ｃと連続しており、他方では、チップ吸着用配管１５が繋がった内部空間１３に連通している。所望のタイミングでチップ吸着用配管１５を図示しない真空源と接続することにより、ボンディングツール１０のチップ吸着孔Ｃに真空吸引力を発生させ、チップ７をボンディングツール１０に吸着保持する。
【００２３】
ボンディングツール１０を加熱する加熱部２１には、図３に示されるように、レーザ光２４を発振するレーザ発振器２５と、当該レーザ発振器２５が発振したレーザ光２４を第1実施例でのボンディングヘッド３内に導光する導光手段となる照射筒２６と、第1実施例にかかるボンディングヘッド３内でレーザ光２４を受光し、ボンディングツール１０へ照射する受光部２２が設けられている。尚、レーザ発振器２５は近赤外光レーザを発信する半導体レーザである。本実施例での加熱部２１は、レーザ加熱方式によるものを利用しているが、従来より用いられているその他の加熱方式、例えば、セラミックヒータによる加熱方式であってもよい。
【００２４】
受光部２２のケーシング２３内には、ミラー２８が反射方向を下方のボンディングツール１０に向けて、傾斜角度を設けて設置される。尚、受光部２２のケーシング２３内の空部とその下方に配置される吸着部１２の内部空間１３との間にはガラス板２９が装着されている。
【００２５】
レーザ発振器２５から発振されたレーザ光２４は、光ファイバー２７から照射筒２６を通り、受光部２２のミラー２８に向けて照射される。レーザ光２４は、ミラー２８により角度を変えられ、ボンディングツール１０へと向い、ガラス板２９を透過し、マスク開口３０を通過し、ツールベース１８を透過してボンディングツール１０を加熱する。第1実施例のボンディングヘッド３におけるツールベース１８は、石英ガラス製であり、レーザ光２４が透過できる透明体である。
【００２６】
ボンディングヘッド３には、ヘッド移動手段としてＸ軸移動機構と昇降機構とθ軸移動機構（回転機構）とを有する。Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸移動レール３１とＸスライダ３２を有しており、ボンディングヘッド３は、Ｘスライダ３２を介してＸ軸移動レール３１上をＸ軸方向（図１及び図２中左右方向）に移動可能とされている。Ｘ軸移動機構により、ボンディングヘッド３はリレーステージ１上のチップ供給位置９とボンディングステージ４上のボンディング位置３３との間で往復移動する。
【００２７】
ボンディングヘッド３の昇降機構は、Ｘスライダ３２に昇降自在に装着されたベーススライダ３４にヘッドベース３５を取り付け、該ヘッドベース３５に荷重制御装置を介してボンディングヘッド３を装着したものである。尚、ボンディングヘッド３は、図示しないθ軸移動機構を有し、チップ７のθ軸方向（回転方向）の姿勢を修正できるようになっている。
【００２８】
ボンディングヘッド３の荷重制御装置は、ヘッドベース３５に上下動自在に装着されたヘッドスライダ３８にボンディングヘッド３を取り付け、ボンディングヘッド３に固着したアーム３７と、これに接するロードセル３６を有する。即ち、ボンディングの際の荷重制御は、ロードセル３６によって行う。
【００２９】
詳述すると、次のようになる。ボンディング位置３３でヘッドベース３５を下降させると、ボンディングツール１０が保持しているチップ７が基板４０に当接することになり、ボンディングヘッド３の下降が規制される。当接時点まではボンディングヘッド３の自重すべてがアーム３７を通してロードセル３６にかかっている。
【００３０】
更に、ヘッドベース３５を下降させると、アーム３７からロードセル３６にかかっていた荷重が抜ける。即ち、チップ７が基板４０に当接する前にかかっていた荷重（ボンディングヘッド３の自重分）が、減少する。この抜けた分が基板４０にかかることになる。具体的には、ボンディングヘッド３の自重による荷重が３０Ｎであった場合に、ロードセル３６の表示値が２５Ｎであれば、その差分の５Ｎが基板４０に加わっている荷重となる。このようにして荷重を適正値で制御することになる。
【００３１】
Ｘ軸移動レール３１には、カメラ用スライダ４２がＸ軸方向（図１及び図２中左右方向）に移動可能に装着され、カメラ用スライダ４２に上下動可能な昇降体４３が取り付けられており、昇降体４３に撮像手段としてのカメラ４１が取り付けられている。カメラ４１は、チップ７と基板４０上のボンディング位置３３とのそれぞれの位置情報を取得するため、上下を同時に撮像可能なカメラである。
【００３２】
ボンディングのための基板４０が載置されるステージが、ボンディングステージ４であり、ボンディングステージ４上のボンディング位置３３でボンディングツール１０を加熱して基板４０のボンディング位置３３にチップ７をボンディングする。ボンディングステージ４は、Ｘ軸移動機構によりＸ軸方向及びＹ軸移動機構によりＹ軸方向に移動可能なるようＸＹステージ４４上に設けられる。
【００３３】
リレーステージ１とボンディングステージ４との間には冷却手段６となる冷却ステージ６０が配置される。冷却ステージ６０は、その上面が冷却面６１であり、冷却面６１にボンディングツール１０の吸着面１１を当接させてボンディングツール１０を冷却する。実施例での、冷却ステージ６０は、冷却面６１を冷却するペルチェ素子を有し、ボンディングツール１０を強制冷却する。実施例では、ペルチェ素子を組み込んだ冷却ステージ６０であるが、内部に冷却流体循環用の配管を配置したものでも良い。
【００３４】
又、冷却ステージ６０には、結露防止ガスを供給するガス供給装置６２を有する。図３に示されるようにガス供給装置６２が供給する結露防止ガス雰囲気中でボンディングツール１０の吸着面１１と冷却ステージ６０の冷却面６１とを接触させることにより、冷却面６１の結露を防止する。冷却面６１が結露することにより、冷却手段６の各所に錆が生じたりして、装置寿命が短くなる上、吸着面１１に結露の液滴が付着すれば、装置内のダスト等が付着し、チップ７を汚染する結果、ボンディングに不具合を生じさせることになる。ガス供給装置６２は、このような結露が生じることを防止する。
【００３５】
尚、冷却のためのボンディングツール１０と冷却ステージ６０の当接は、ボンディングツール１０側の昇降機構、具体的にはボンディングヘッド３の取り付けられているヘッドベース３５の上下によるが、冷却手段６のベース６３に冷却ステージ６０を昇降させる昇降手段を仕込んでおき、冷却ステージ６０の上方にボンディングヘッド３を停止させた状態で、冷却ステージ６０を上昇させて、冷却面６１をボンディングツール１０の吸着面１１に接触させるようにしても良い。
【００３６】
以下、実施例に係るボンディング装置の動作について説明する。チップ供給手段では、図示されていないピック＆プレーサにより、リレーステージ１にチップ７を載置した後、リレーステージ１がチップ供給位置９へと移動する。チップ７をリレーステージ１からボンディングヘッド３に供給した後、チップ供給位置９からリレーステージ１をチップ７が受け渡される位置へ移動させると略同時にフラックスステージ２をチップ供給位置９へ位置させる。この間、ボンディングヘッド３はチップ供給位置９上方に待機しており、チップ供給位置９にフラックスステージ２が位置すると下降させて、保持したチップ７の裏面のみをフラックストレイ２０中のフラックスにディップすることで、チップ７の裏面にフラックスを塗布する。
【００３７】
その後、ボンディングヘッド３をボンディング位置３３上方に移動させ、カメラ４１をチップ７と基板４０上のボンディング位置３３との間に位置させ、それぞれの位置情報を取得する。そして、この位置情報に基づき、チップ７と基板４０の位置合わせを行う。即ち、ボンディングヘッド３のθ軸移動機構により、チップ７のθ軸方向の姿勢を修正するとともに、ボンディングステージ４のＸＹステージ４４により基板４０のＸ軸方向の位置の修正とＹ軸方向の位置の修正を行う。
【００３８】
位置が決まったら、ボンディングヘッド３をロードセル３６での荷重表示が所定の荷重となるまで下降させ、レーザ光２４を発振してボンディングツール１０を加熱することにより、チップ７を加熱してバンプを溶融し、チップ７を基板４０にボンディングする。
【００３９】
所定時間だけレーザ光２４を供給すると、チップ７の吸着を解除し、ボンディングヘッド３をボンディング位置３３から離脱させ、次に、冷却位置となる冷却ステージ６０の冷却面６１上方へと移動させ、下降させて、冷却面６１にボンディングツール１０の吸着面１１を当接させる。この際、ガス供給装置６２のノズルからドライエアか露点の低い窒素ガスを供給しておくことで冷却面６１が結露することを防止する。
【００４０】
所定時間だけボンディングヘッド１０の吸着面１１を冷却面６１に接触させた後、冷却位置から離脱し、再びチップ供給位置９にボンディングヘッド３を移動させて次のチップ７を吸着する。
【００４１】
第1実施例のボンディングヘッド３での加熱方式では、ボンディングツール１０にレーザ光２４を照射して、ボンディングツール１０を加熱することにより、チップ7を間接的に加熱するようにしているが、耐熱性の高いチップ７であれば、チップ7にレーザ光２４を直接照射して、加熱する第2実施例のボンディングヘッドとすることも可能である。
【００４２】
この直接加熱方式の場合のボンディングヘッドでは、第1実施例のボンディングヘッド３におけるボンディングツール１０を省略し、ツールベース１８のチップ吸着孔Bによって、チップ7を保持するようになる。即ち、第2実施例にかかるボンディングヘッドでは、透明体であるツールベース１８が、本発明でのチップを吸着保持する吸着面が形成されたボンディングツールとなるのである。直接加熱されたチップ7からツールベース１８へと熱が伝導するので、この場合も冷却手段6での冷却が必要になる。
【００４３】
このような直接加熱方式であれば、第1実施例のボンディングヘッド３の間接加熱方式と比較して、ボンディングツール１０を昇温させる時間だけ、タクトタイムを減少させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・・・・・リレーステージ
２・・・・・・・・フラックスステージ
３・・・・・・・・ボンディングヘッド
４・・・・・・・・ボンディングステージ
５・・・・・・・・ヘッド移動手段
６・・・・・・・・冷却手段
７・・・・・・・・チップ
８・・・・・・・・Ｙ軸移動レール
９・・・・・・・・チップ供給位置
１０・・・・・・・ボンディングツール
１１・・・・・・・吸着面
１２・・・・・・・吸着部
１３・・・・・・・内部空間
１４・・・・・・・ツール吸着用配管
１５・・・・・・・チップ吸着用配管
１６・・・・・・・ケーシング
１７・・・・・・・マスク
１８・・・・・・・ツールベース
１９・・・・・・・ツールベース止め
２０・・・・・・・フラックストレイ
２１・・・・・・・加熱部
２２・・・・・・・受光部
２３・・・・・・・ケーシング
２４・・・・・・・レーザ光
２５・・・・・・・レーザ発振器
２６・・・・・・・照射筒
２７・・・・・・・光ファイバー
２８・・・・・・・ミラー
２９・・・・・・・ガラス板
３０・・・・・・・マスク開口
３１・・・・・・・Ｘ軸移動レール
３２・・・・・・・Ｘスライダ
３３・・・・・・・ボンディング位置
３４・・・・・・・ベーススライダ
３５・・・・・・・ヘッドベース
３６・・・・・・・ロードセル
３７・・・・・・・アーム
３８・・・・・・・ヘッドスライダ
４０・・・・・・・基板
４１・・・・・・・カメラ
４２・・・・・・・カメラ用スライダ
４３・・・・・・・昇降体
４４・・・・・・・ＸＹステージ
６０・・・・・・・冷却ステージ
６１・・・・・・・冷却面
６２・・・・・・・ガス供給装置
６３・・・・・・・ベース
Ａ・・・・・・・・ツール吸着孔
Ｂ・・・・・・・・チップ吸着孔
Ｃ・・・・・・・・チップ吸着孔
【図１】
2014007328.tif 000003
【図２】
2014007328.tif 000004
【図３】
2014007328.tif 000005