(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光源と接続された光ファイバケーブルの光出射方向側にチップ吸着孔を有するチップ吸着部を形成し、該チップ吸着部が光ファイバを束ねて構成され、束ねられた光ファイバ間に、吸引装置と接続され、チップ吸着孔に至る吸引通路を形成したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等のチップを基板等に実装するため紫外線（ＵＶ光）等の光により硬化する接着剤（光硬化性絶縁樹脂）を使用するボンディング装置において、ワークであるチップのハンドリング及びボンディングを行なうボンディングヘッドの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボンディング装置１には、図１０に示されるように、基板が載置固定されｘ軸及びｙ軸に移動可能なボンディングステージ２と、チップを吸着して基板へ移送し、ボンディングを行なうボンディングヘッド３が存在する。そしてボンディング方式として、基板とチップ間の接続箇所にスタッドバンプを配し、スタッドバンプ付近に光硬化性樹脂を塗布し、該光硬化性樹脂に紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより基板にチップをボンディングする実装方式が存在した。
【０００３】
この光硬化性樹脂を利用する実装方式として、特公平６−８０７０４号特許公報記載のごとき装置が存在した。この装置では、図１１（Ａ）に示されるように、ボンディングステージ２上に基板６を載置し、基板６上面のスタッドバンプ８付近に光硬化性樹脂９を塗布し、上方より吸着ヘッド４に吸着されたチップ７を供給するものであった。
【０００４】
その後、図１１（Ｂ）に示すように吸着ヘッド４はチップ７を基板６上に残して退避し、加圧ヘッド５が上方よりチップ７を押さえ、他方ボンディングステージ２下方からは、従来方式の光照射装置１０が近接し、光を光硬化性樹脂９にあて硬化固定することによりチップ７を基板６に実装するものであった。
【０００５】
しかし、このような実装方式では、ボンディングステージ２は勿論のこと、基板６も透明でなければ、光照射装置１０からの光（図１１（Ｂ）の上向きの細い矢印）が光硬化性樹脂９に照射されず、基板７の種類、及びボンディングステージ２を限定するものであり、汎用性に欠ける装置であった。
【０００６】
又、光照射装置を下から当てるのではなく側方より照射する方法も考えられるが、その方法によれば、ボンディングステージ２や基板６に限定は加わらないものの別途光照射装置を配備し、それを移動、制御する必要が生じるものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、ボンディングヘッド自体にチップの吸着や加圧の他、光照射装置の役割をも持たせ、紫外線等の光を半導体チップ等の真上から照射して光硬化性樹脂を硬化させる実装方式を採用したボンディンヘッドとし、これにより、チップのハンドリングとチップへの加圧と光硬化性樹脂への紫外線等の光の照射とを同じツールで行ない、ボンディングの動作工程を減少させ、ボンディングスピードの向上およびチップの搭載精度の向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、課題を解決するため、チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光源と接続された光ファイバケーブルの光出射方向側にチップ吸着孔を有するチップ吸着部を形成し、該チップ吸着部が光ファイバを束ねて構成され、束ねられた光ファイバ間に、吸引装置と接続され、チップ吸着孔に至る吸引通路を形成したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッドを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態につき説明する。図１０は、本発明の一例が利用されたボンディング装置１の概略を示すもので、図１０中符号３がボンディングヘッドであり、ボンディングヘッド３は、上下動作を行なうためのＺ軸駆動機構３１及び紫外線供給装置３２を備えている。
【００１０】
ボンディングヘッド３は、図１のボンディングヘッドの概略断面図に示されるように光路となる光ファイバケーブル４０及び該光ファイバケーブル４０を保持するケーブル保持体４１、４２と、光ファイバケーブル４０の先端部分を金属製保持器１２で保持して構成されるボンディングツール部１１及びその加圧調整シャフト３３よりなり、これらは、図１０により明かなようにＺ軸駆動機構３１に装着されている。尚、光ファイバケーブル４０は、ケーブル支持体４１、４２に対しては摺動可能に保持されている。
【００１１】
光ファイバケーブル４０の一端は、紫外線供給装置３２の光源（図示されていない。）と接続されている。他端の出射口４３は、ケーブル保持体４１下端より突出し、ボンディングツール部１１を保持する加圧調整シャフト３３の空部２０を貫通し、ボンディングツール部１１を構成する金属製保持器１２に固定されて、チップ吸着部となるチップ吸着面２１を構成している。
【００１２】
チップ吸着部は、本実施例のように光ファイバケーブル４０の出射口４３そのもので形成することができるのは勿論のこととして、第二実施例（図４乃至図６）に示されるように光ファイバケーブル４０の先端に別個部材を取り付ける場合や、第三実施例（図７及び図８）のように光ファイバケーブル４０の出射口４３との間に間隙を有するものであっても、光ファイバケーブル４０の出射方向側に存在するという条件を具備すればよい。尚チップ吸着部も光路の一部であること勿論である。
【００１３】
尚、図１乃至図３に表れた実施例には示されていないが、チップ吸着面２１、すなわち光ファイバケーブル４０の出射口４３に、図４乃至図６の第二実施例に表れる通気孔の開けられた石英ガラス１３を装備させることにより、チップ吸着面２１の平面精度をあげることができるものである。この場合、石英ガラス１３も光路の一部を構成することとなる。
【００１４】
ボンディングツール部１１は、加圧調整シャフト３３下端に、ケーブル保持体４１、４２とは分離して、固定された金属製保持器１２をボディとして構成され、内部に光ファイバケーブル４０の出射口４３が、直下を照射するよう配置固定されている。光ファイバケーブル４０の光ファイバ１７間には図示されていない真空吸引装置と接続される通気パイプ１８が通されており、通気パイプ１８の先端がチップ吸着面２１の通気孔１９とされている。
【００１５】
図４乃至図６はボンディングツール部１１部分の第二実施例を示すもので、光ファイバケーブル４０の先端に、一体として接続されるチップ吸着部材となるツールヘッド１５が装備されているものである。ツールヘッド１５は、図５に示される通り金属製円筒１６の内部に細い光ファイバ１７を束ねて、接着剤で接着したもので埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ１８が入れられている。
【００１６】
吸引通路はパイプのごとき部材を必要とするものではなく、図６に表れたような通気孔１９に通じる通気通路としての役割をまっとうできる穴であってもよい。尚、この場合光ファイバ１７の接着は真空を確保できるものでなければならない。このツールヘッド１５のチップ吸着面２１には図６に示すような中央に通気孔が開けられた石英ガラス１３が貼付されチップ吸着面２１の平面精度をあげることもできる。
【００１７】
この結果、別設の真空吸引装置により真空吸引されると減圧された通気パイプ１８より吸引され、通気パイプ１８の先端の通気孔１９に半導体チップ７を吸着保持するのである。
【００１８】
図７乃至図８は、ボンディングツール部１１部分の第三実施例を示すもので、光ファイバケーブル４０の一端は、紫外線供給装置３２の光源(図示されていない。)と接続されている。他端の出射口４３は、ケーブル保持体４１下端より突出し、ボンディングツール部１１の真空室５０の真上に設けられた加圧調整シャフト３３の空部２０に、出射光が、チップ吸着面２１に向かう方向性を持たして、挿入されている。
【００１９】
図７で明らかなように、ボンディングツール部１１は、加圧調整シャフト３３下端に、ケーブル保持体４１、４２とは分離して、固定された金属製保持器１２をボディとして構成され、内部に真空室５０が形成されている。真空室５０の上部で光ファイバケーブル４０の出射口４３直下には集光レンズ５２が配置されており、側面には真空配管用継手１４と連接する通気口５１が開口されており、真空配管用継手１４から図示されていない吸引装置により真空吸引される。
【００２０】
真空室５０の下部には、チップ吸着部材となるツールヘッド１５が装備されている。ツールヘッド１５は金属製円筒１６の内部に細い光ファイバ１７を束ねて、接着剤で接着したもので埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ１８が入れられている。尚、第二実施例の場合と同じく、吸引通路はパイプのごとき部材を必要とするものではなく、吸引通路としての役割をまっとうできる穴であってもよく、光ファイバ１７の接着は真空室５０の真空を確保できるものでなければならない。
【００２１】
この結果、真空配管用継手１４から、真空吸引されると真空室５０内は、減圧され通気パイプ１８より吸引し、通気パイプ１８の先端の半導体チップ７を吸着保持するのである。
【００２２】
ボンディングヘッド３の上下動の基本は、Ｚ軸駆動機構３１によるが、ボンディングの際の、加圧力の調整は加圧調整シャフト３３に装着されたウエイト２２と加圧調整シャフト３３の保持部材２４に取り付けられたロードセル２５により行なわれる。この関係に付いて説明すると、ボンディングツール部１１を有する加圧調整シャフト３３は、保持部材２４に対し、スライドユニット２６、２７により上下動可能で、且つ、ロードセル２５のボール２８に乗った状態で配置されている。ここで、保持部材２４は、ケーブル保持体４１、４２と固定状態で、Ｚ軸駆動機構３１に従って上下動する。
【００２３】
ここで、Ｚ軸駆動機構３１の動作により、保持部材２４を下降させると、最初、加圧調整シャフト３３も共に下降し、吸着されたチップ７が基板６に当接した時点で加圧調整シャフト３３の下降は停止する。この時点から保持部材２４の下降を継続すると、ロードセル２５により検出される荷重は減少し、チップ７及び基板６にかかる荷重が増加する。ロードセル２５の検出値が０になったときチップ７及び基板６にウエイト２２を含む加圧調整シャフト３３の全荷重がかかったことになる。
【００２４】
これ以上の保持部材２４の下降は、加圧調整シャフト３３が、ロードセル２５のボール２８より離れてしまうため、荷重増加はない。従って、それ以上の荷重が必要な場合、ウエイト２２の重量を増加させることにより対応する。すなわち、加圧調整シャフト３３にウエイト２２を取り付けた全体の重量範囲で荷重を設定し、ロードセル２５により、現実の荷重値をフィードバックしなが保持部材２４の下降を制御するのである。尚、上限センサ２３は、設定ミス等により保持部２４が必要以上に下降することを防止するものである。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態であるボンディング装置１の動作について説明する。基板６を載置したボンディングステージ２がＸ軸およびＹ軸駆動機構により光硬化性樹脂供給装置の下方に移動し、基板６に光硬化性樹脂を塗布する。その後ボンディングステージ２は、ボンディング位置に移動する。
【００２６】
他方、ボンディングヘッド３はチップ供給位置で、チップ７へ下降近接し、吸引装置が動作する。真空吸引される。これによりチップ７は、ボンディングツール部１１の吸着面２１に吸着保持され、上方へ移動しボンディングステージ２の移動を待っている。尚、実施例でチップ７は、０．３ｍｍ角のチップを利用している。
【００２７】
ボンディングステージ２が、ボンディングヘッド３の下方に来ると、ボンディングヘッド３は、Ｚ軸駆動機構３１により下降し、チップ７が基板６に当接する。このとき紫外線供給装置３２が動作し、ＵＶ光源より、紫外線が光ファイバケーブル４０を通り、出射口４３より出射され、チップ７付近の光硬化性樹脂９に照射される。この状態を示すのが図９であり、同図中下向きの矢印が紫外線を示している。
【００２８】
この時、ボンディングには一定の加圧が必要であるので、ボンディングヘッド３は、Ｚ軸駆動機構３１により若干下降されている。この際、加圧が強すぎると基板６やチップ７の破壊、バンプの破壊による短絡等の不都合が生じる危険があるため、ボンディングのための加圧は、Ｚ軸駆動機構３１の下降動作に強制的に従うもので無く、装備されたウエイト２２を含む加圧調整シャフト３３の重さの範囲内でロードセル２５の荷重検出に従って調整され加圧されている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を発揮する。
チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装するボンディング装置のボンディングヘッドにおいて、光照射をボンディングヘッドのチップ吸着部材により、行なうものであるので、本発明に係る光照射用ボンディングヘッドは、一つのヘッドによりチップのハンドリング、チップへの加圧及び光硬化性樹脂への光照射の役割を果たすことができ、ボンディングの動作工程を減少させることができ、ボンディングスピードの向上およびチップの搭載精度の向上を図ることができるものとなった。
【００３０】
又、第二実施例の効果ではあるが、チップ吸着部材となるツールヘッド１５を装備し、該ツールヘッド１５を金属製円筒１６の内部に細い光ファイバ１７を束ねて接着剤で接着したもの埋め、中央に吸引通路としての通気パイプ１８が入れたものとすることにより、チップ吸着面２１に光硬化性樹脂が付着したような場合交換可能であり便利である。
【００３１】
また、第三実施例の効果であるが、レンズを配置しているため、集光レンズを用いれば、低出力の紫外線照射装置で高いパワー密度の紫外線照射を行うことができ、その結果、樹脂硬化時間を短くすることが可能であるばかりか、拡散レンズを使用すれば、照射エリアを広げることもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボンディングヘッドの一実施例を示す概略断面図
【図２】同ボンディングツール部分の断面図
【図３】通気パイプと光ファイバの関係を示す説明図
【図４】ボンディングツール部分の第二実施例を示す断面図
【図５】第二実施例におけるツールヘッドを示す断面図
【図６】同ツールヘッドと光ファイバとの関係を示す断面図
【図７】ボンディングツール部分の第三実施例を示す断面図
【図８】同側面図
【図９】ボンディング方法を示す説明図
【図１０】ボンディング装置の概要を示す側面図
【図１１】従来の光硬化性絶縁樹脂による実装方式の動作説明図
【符号の説明】
１．．．．．．ボンディング装置
２．．．．．．ボンディングステージ
３．．．．．．ボンディングヘッド
４．．．．．．吸着ヘッド
５．．．．．．加圧ヘッド
６．．．．．．基板
７．．．．．．チップ
８．．．．．．バンプ
９．．．．．．光硬化性樹脂
１０．．．．．従来方式の光照射装置
１１．．．．．ボンディングツール部
１２．．．．．金属製保持器
１３．．．．．石英ガラス
１４．．．．．真空配管用継手
１５．．．．．ツールヘッド
１６．．．．．金属製円筒
１７．．．．．光ファイバ
１８．．．．．通気パイプ
１９．．．．．通気孔
２０．．．．．空部
２１．．．．．チップ吸着面
２２．．．．．ウエイト
２３．．．．．上限センサ
２４．．．．．保持部材
２５．．．．．ロードセル
２６、２７．．スライドユニット
２８．．．．．ボール
３１．．．．．Ｚ軸駆動機構
３２．．．．．紫外線供給装置
３３．．．．．加圧調整シャフト
４０．．．．．光ファイバケーブル
４１、４２．．ケーブル保持体
４３．．．．．出射口
５０．．．．．真空室
５１．．．．．通気口
５２．．．．．集光レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003574941.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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