(57)【要約】【課題】半導体チップをバンプを介して基板に加圧するとともに振動を付与しながらボンディングするボンディング装置において、半導体チップに付与する振動の速さを低速から高速まで的確かつ安定的に制御することができ、より確実なボンディングを簡便かつ安定的に実施し得るように改良する。【解決手段】バンプ７を介して半導体チップ６を基板８に加圧するとともに振動を付与するボンディングツール５を、回転磁界発生手段２の内部に弾性材４を介して保持し、回転磁界発生手段２から発生する回転磁界によりボンディングツール５を移動させることによって、半導体チップ６に旋回振動を付与する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを介して半導体チップを基板に加圧するとともにその半導体チップに振動を付与するボンディングツールを備えたボンディング装置において、回転磁界発生手段の内部に弾性材を介してボンディングツールを保持し、前記回転磁界発生手段から発生する回転磁界により前記ボンディングツールが移動して半導体チップに旋回振動を付与するように構成したことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記回転磁界発生手段を円周上に配設した複数のコイルにより構成した請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記ボンディングツールを介して半導体チップに付与する旋回振動の速さを前記コイルに流す電流の周波数の制御により加圧開始時の低速から徐々に高速に変速するように構成した請求項２記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプを介して半導体チップを基板に加圧するとともにその半導体チップに振動を付与しながらボンディングを行うボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のボンディング装置に関し、ボンディングツールに超音波振動を付与するように構成したものが開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この従来技術に使用される超音波振動において、共振を活用する共振タイプ駆動方式を採用する場合には、比較的低入力により高効率で大きい振幅の振動を得ることができるが、当該装置の具体的構成により共振周波数が決ってしまうため、振動数を変化させることは技術的に困難であった。しかも、その共振周波数は数十ｋＨｚと高いため、ボンディング開始時にボンディングツールと半導体チップとの間で位置ずれが生じやすいといった厄介な問題があった。他方、非共振タイプ駆動方式の採用も考えられるが、この駆動方式の場合には、大出力の超音波振動源が必要とされ、装置の大きさやコストに影響を及すだけでなく、低周波数には向かず動作が不安定になるといった技術的問題があった。また、カム機構を用いた機械的な振動装置を使用して振動数を調整し得るように構成したボンディング装置も開示されているが（特許文献２参照）、振動数に制限があり高い振動数を安定的に得ることは技術的に困難であるばかりでなく、耐久性にも問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５８２５７号公報
【特許文献２】
特開平１−１３０５３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来技術の状況に鑑みて開発したもので、半導体チップに付与する振動の速さを低速から高速まで的確かつ安定的に制御することができ、より確実なボンディングを簡便かつ安定的に実施し得るボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明では、バンプを介して半導体チップを基板に加圧するとともにその半導体チップに振動を付与するボンディングツールを備えたボンディング装置において、回転磁界発生手段の内部に弾性材を介してボンディングツールを保持することにより、前記回転磁界発生手段から発生する回転磁界により前記ボンディングツールが移動して半導体チップに旋回振動を付与するという技術手段を採用した。前記回転磁界発生手段は、円周上に配設した複数のコイルから構成することができる（請求項２）。また、ボンディングツールを介して半導体チップに付与する旋回振動の速さを前記コイルに流す電流の周波数の制御により加圧開始時の低速から徐々に高速に変速することも可能である（請求項３）。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、バンプを介して半導体チップを基板に加圧するとともにその半導体チップに振動を付与しながらボンディングを行うボンディング装置であれば、広く適用することが可能である。ハンダの種類としては、すずと鉛やすずと銀などの合金がよく知られているが、これらに限定されるものではなく広い適用が可能である。前記ボンディングツールの材質としては銅が好適であり、加工しやすく電気抵抗の小さい導電性を有するものが望ましい。なお、ボンディングツールは回転磁界発生手段から発生する回転磁界により円軌道上を移動することになるが、ここにいう円軌道とはそれほど厳密なものである必要はなく、回転磁界発生手段を構成する円周上に配設された複数のコイル等の個々の具体的な配置の影響により多少ずれても、ほぼ円軌道上を移動してボンディングに支障のないものであればよい。さらに、場合に応じて楕円軌道上を移動するように構成することも可能である。因みに、そのボンディングツールが所定の軌道上を移動する際に、該ボンディングツールが自転しないように構成してもよいし、揺動や自転を許容するように構成してもよい。また、ボンディング開始時におけるボンディングツールの軌道上の移動速度、すなわち例えば前記コイルに供給する電流の周波数は、ボンディングツールと半導体チップとの間で位置ずれが生じない程度のものであればよい。回転磁界発生手段の内部に配設してボンディングツールを保持するための弾性材は、例えばゴム系の素材から構成される。Ｏリングを並べたものでもよい。この弾性材の設置は、ボンディングツールの位置を的確に保持し得るものであれば足りる。さらに、前記回転磁界発生手段を活用して、半導体チップのボンディング位置への搬送時等に、ボンディングツールに対して磁界をかけることにより、そのボンディングツールの表面付近に発生するうず電流のジュール熱によってプレヒートすることも可能である。この場合、前記コイルに供給する電流の大きさによりボンディングツールの温度制御が可能である。また、そのコイルに対する電流の供給の仕方により、ボンディングツールが動かないように設定することも可能である。
【０００７】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明の一実施例の要部を示した縦断面図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図である。図中１は本実施例に係るボンディング装置であり、回転磁界発生手段２を構成する薄い鋼板等を積層してなる断面円形状の固定子鉄心３の内部に弾性材４を介してボンディングツール５の位置を保持し得るように構成し、その回転磁界発生手段２からの回転磁界によりボンディングツール５が円軌道上を移動して半導体チップ６に旋回振動を付与するように構成した点に特徴を有する。すなわち、ボンディングツール５は、回転磁界発生手段２が未作動で回転磁界が発生していない場合には、弾性材４により中央部に位置し、回転磁界発生手段２が作動を開始して回転磁界が発生すると、そのときどきの回転磁界の方向に応じて吸引され、当該時点の回転磁界の吸引力と弾性材４の変形に基づく弾性力とがバランスする位置まで変位し、その吸引力により変位した位置を回転磁界の変化に応じて移動することにより円軌道上を移動することになる。そして、このボンディングツール５の円軌道上の移動により半導体チップ６に旋回振動が付与されることから、それぞれのバンプ７の接触部におけるボンディングがより的確に行われ、基板８側とのより確実な接続が得られることになる。なお、図中、９は吸引用ホースであり、ボンディングツール５を貫通した吸引路１０を介して半導体チップ６をボンディングツール５の下端部に吸引支持するように構成されている。また、図中、１１はコイルであり、図２に示したように、固定子鉄心３の内周面に複数形成された各スロット１２に適宜の巻線形式に従って順次嵌入される。例えば一つ置きの２個のスロット１２を用いて各組のコイル１１を順次ずらしながら嵌入される。なお、この場合には、１個のスロット１２に前後のコイル１１の一部が２組ずつ嵌入されることになる。しかして、それらの各コイル１１に位相をずらしながら電流を供給すれば、各コイル１１により励磁される磁界が供給電流の位相に応じて回転して回転磁界が発生される。因みに、各コイル１１に位相をずらしながら電流を供給するための具体的な電流供給手段に関しては任意の形式のものが可能である。コイル１１に供給する電流の周波数をインバータ等により制御可能に構成すれば、回転磁界の回転速度の制御が可能となり、ボンディングツール５の旋回移動速度を簡便に制御することができる。また、コイル１１に供給する電流の大きさを制御して磁界による吸引力の大きさを制御するようにすれば、ボンディングツール５の旋回移動半径の大きさを簡便に制御することができる。なお、前記固定子鉄心３は、図２に示したように外周部に放熱用の空間１３を形成した状態にステータ１４の各支持片１５により支持されている。
【０００８】
次に、図３〜図６に基づいてボンディングツール５の具体的な動作に関して説明する。図３〜図６は回転磁界発生手段２の部分を拡大して示した動作説明図である。先ず、図３に示したように、各コイル１１に対して電流が供給されていない動作前の状態においては、ボンディングツール５は弾性材４によりほぼ中央位置に保持されている。次に、回転磁界発生手段２に対する電流の供給を開始し、図４に示したように、仮にｐとｂの位置のスロット１２に挿入されたコイル１１に電流が供給されたとすると、ボンディングツール５は例えばｐとｂとの間のａの方向に吸引され、弾性材４が弾性変形して、その弾性力とバランスするように変位することになる。なお、レンツの法則によりボンディングツール５の表面付近にコイル１１に流れる電流の変化を打消すようにうず電流が流れ、このうず電流に基づいて磁界が発生する。そして、このうず電流に基づく磁界とコイル１１自体からの磁界との間には遅れが生じ、それらの両磁界の関係からボンディングツール５の吸引方向も左右されることになるが、この点に関してはここでは捨象して説明する。しかして、電流の供給がａとｃの位置のスロット１２に挿入されたコイル１１へ移行すると、図５に示したように、その磁気作用の移動に伴ってボンディングツール５はａとｃとの間のｂの方向に吸引され、弾性材４の変形位置が移動することになる。さらに、図６に示したように、電流の供給がｂとｄの位置のスロット１２に挿入されたコイル１１へ移行すると、その磁気作用の移動に伴ってボンディングツール５はｂとｄとの間のｃの方向に吸引され、弾性材４の変形位置が更に移動することになる。以上のように、電流を供給するコイル１１の位置を順次移動していくと、それに伴って発生する磁力の方向もａの方向から順次ｐの方向へと移動して回転磁界が形成され、ボンディングツール５は円軌道上を移動して半導体チップ６に旋回振動を付与することになる。前述のように、そのボンディングツール５が移動する円軌道の半径、すなわちボンディングツール５の中心が移動する円の半径は、各コイル１１に供給する電流の大きさにより調整することができる。また、そのボンディングツール５の移動速度の調整は、コイル１１に供給する電流の周波数制御により可能である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、回転磁界の回転速度を制御することにより、半導体チップに付与する旋回振動の速さを低速から高速まで的確かつ安定的に制御することができ、より確実なボンディングを簡便かつ安定的に実施することができる。半導体チップに付与する旋回振動の速さを加圧開始時の低速から徐々に高速に変速する場合にも、供給電流の周波数の制御により簡便に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部を示した縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】回転磁界発生手段の部分を拡大して示した動作説明図である。
【図４】動作開始時を示した動作説明図である。
【図５】次の動作状態を示した動作説明図である。
【図６】さらに次の動作状態を示した動作説明図である。
【符号の説明】
１…ボンディング装置、２…回転磁界発生手段、３…固定子鉄心、４…弾性材、５…ボンディングツール、６…半導体チップ、７…バンプ、８…基板、９…吸引用ホース、１０…吸引路、１１…コイル、１２…スロット、１３…放熱用の空間、１４…ステータ、１５…支持片
【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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