(57)【要約】【課題】ステムの過熱を防止することができるダイボンディング装置を提供する。【解決手段】ダイボンディング装置１は、セラミックヒータ２１を有するヒータユニット２０と、このヒータユニット２０に冷却ガスを供給するための冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂ，３０と、ヒータユニット２０の雰囲気温度を測定する温度センサ３６と、この温度センサ３６の検出値に基づいてヒータユニット２０の雰囲気温度が予め設定された目標温度となるように冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂ，３０の電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を制御する制御ユニット３７とを有している。【選択図】　図３
2004022756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品をステムに実装するためのダイボンディング装置において、
前記ステムを支持する支持手段と、
前記電子部品を前記ステムの部品実装面上に載置した状態で加熱するヒータを有するヒータユニットと、
前記ヒータユニットに冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段と、
前記ヒータユニットの雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて前記ヒータユニットの雰囲気温度が予め設定された目標温度となるように前記冷却ガス供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするダイボンディング装置。
【請求項２】
前記電子部品を前記部品実装面に実装するときに、予め設定された温度変化シーケンスに応じて前記ヒータの温度を調節するヒータ温度調節手段を更に備え、
前記制御手段は、前記ヒータ温度調節手段によって前記温度変化シーケンスに応じた前記ヒータの温度調節が開始される前に、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記ヒータユニットの雰囲気温度が前記目標温度となるように前記冷却ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項１記載のダイボンディング装置。
【請求項３】
前記冷却ガス導入手段は、前記ヒータに前記冷却ガスを供給するための第１の冷却ガス供給路と、前記支持手段に支持された前記ステムの付近に前記冷却ガスを供給するための第２の冷却ガス供給路とを有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記ヒータユニットの雰囲気温度が前記目標温度となるように前記第１の冷却ガス供給路および前記第２の冷却ガス供給路をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１または２記載のダイボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等の電子部品をステムに実装するためのダイボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、ダイボンディング装置により電子部品をステムに実装する場合は、まずステムをヒータユニット内に配置し、ステムの部品実装面上にハンダ及び電子部品を載せる。そして、ヒータユニットのヒータの温度を上げてハンダを溶かし、その後ヒータの温度を下げてハンダを固める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなダイボンディング装置においては、ステムの酸化防止のために、ホットガス（Ｎ２ガス）をヒータユニットに導入することがある。しかし、この場合には、ステムの温度が必要以上に上昇し、電子部品をステムに実装する前にハンダが溶けてしまい、電子部品の実装に悪影響を及ぼすことがあった。
【０００４】
本発明の目的は、ステムの過熱を防止することができるダイボンディング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子部品をステムに実装するためのダイボンディング装置において、ステムを支持する支持手段と、電子部品をステムの部品実装面上に載置した状態で加熱するヒータを有するヒータユニットと、ヒータユニットに冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段と、ヒータユニットの雰囲気温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出値に基づいてヒータユニットの雰囲気温度が予め設定された目標温度となるように冷却ガス供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、温度検出手段の検出値が目標温度よりも高いときは、ヒータユニットに冷却ガスを導入するように冷却ガス供給手段を制御し、温度検出手段の検出値が目標温度よりも低いときは、ヒータユニットへの冷却ガスの導入を止めるように冷却ガス供給手段を制御する。このように冷却ガスを使ってヒータユニットの雰囲気温度を目標温度となるように制御することにより、ヒータユニットの雰囲気温度が必要以上に高温状態になることが抑えられ、これによりステムの過熱を防止することができる。
【０００７】
好ましくは、電子部品を部品実装面に実装するときに、予め設定された温度変化シーケンスに応じてヒータの温度を調節するヒータ温度調節手段を更に備え、制御手段は、ヒータ温度調節手段によって温度変化シーケンスに応じたヒータの温度調節が開始される前に、温度検出手段の検出値に基づいてヒータユニットの雰囲気温度が目標温度となるように冷却ガス供給手段を制御する。これにより、電子部品をステムに実装する前に、確実にステムの過熱が抑えられる。このため、電子部品の実装時には、ハンダを効果的に溶融・固化させることができる。
【０００８】
また、好ましくは、冷却ガス導入手段は、ヒータに冷却ガスを供給するための第１の冷却ガス供給路と、支持部材に支持されたステムの付近に冷却ガスを供給するための第２の冷却ガス供給路とを有し、制御手段は、温度検出手段の検出値に基づいてヒータユニットの雰囲気温度が目標温度となるように第１の冷却ガス供給路および第２の冷却ガス供給路をそれぞれ制御する。このように制御手段によって第１の冷却ガス供給部および第２の冷却ガス供給部の両方を制御することにより、ヒータユニットの雰囲気温度が目標温度よりも高くなっても、雰囲気温度が急速に下がるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るダイボンディング装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係るダイボンディング装置の一実施形態を示す側面図である。同図において、本実施形態のダイボンディング装置１は、電子部品（例えば、半導体レーザ結晶などの微小なチップ部品）を金属製のステム２に自動的に融着実装（ボンディング）するものである。
【００１１】
ステム２は、図２に示すように、円板状のステムベース３を有し、このステムベース３には部品実装突部４が設けられている。この部品実装突部４は、ステムベース３の上面に対して直交する方向に延在する部品実装面５を有し、この部品実装面５にチップ部品６がハンダ箔７を介して融着実装される（図６参照）。なお、ハンダ箔７としては、金錫や鉛錫が使用される。ステムベース３の下面には３本のステムピン８が固定され、このステムピン８を介してチップ部品６に所定の電圧を印加させることができる。
【００１２】
図１に戻り、ダイボンディング装置１は、トレー９内に収容されたチップ部品６及びハンダ箔７をボンディング位置まで搬送するためのボンディングヘッド１０を有し、このボンディングヘッド１０は、送りネジ１１によって水平方向に移動する。ボンディングヘッド１０には、チップ部品６及びハンダ箔７を吸着するボンディングノズル１２が設けられている。このボンディングノズル１２は、ボンディングヘッドの内部機構により上下動可能である。
【００１３】
このようなボンディングヘッド１０の後方側には、ストッカ１３に収容されたステム２をステム支持ヘッド１４まで搬送するための吸着ヘッド１５が配置されている。この吸着ヘッド１５には、ステム２を吸着する反転自在な１対の回転式吸着ノズル１６が設けられている。
【００１４】
ステム支持ヘッド１４は、ステム２を吸着して支持するものであり、ステム支持ユニット１７に設けられている。このステム支持ユニット１７は、水平方向に移動する可動ブロック１８を有し、この可動ブロック１８にステム支持ヘッド１４が回動自在に取り付けられている。ステム支持ヘッド１４は、エアーシリンダ１９によって、ステム２を受け入れるために立った状態（図１の２点鎖線）と、ステム２にチップ部品６を実装するために寝かせた状態との間で回動する。
【００１５】
ステム支持ユニット１７の前方には、ヒータユニット２０が配置されている。ヒータユニット２０は、図１及び図３に示すように、ステム２にチップ部品６を実装する時にハンダ箔７を溶かすためのセラミックヒータ２１を有している。このセラミックヒータ２１は収納ケース２２に囲まれており、この収納ケース２２の上部にはガラス板製の蓋部２３が設けられている。この蓋部２３には、チップ部品６またはハンダ箔７を吸着したボンディングノズル１２を収納ケース２２内に挿入させるための開口２４が設けられている。また、収納ケース２２におけるステム支持ユニット１７と対向する部位には、ステム２を支持したステム支持ヘッド１４を収納ケース２２内に挿入させるための開口（図示せず）が設けられている。
【００１６】
セラミックヒータ２１の前面部には凹部２１ａが設けられている。そして、ステム支持ヘッド１４に支持されたステム２の部品実装突部４が凹部２１ａに入り込むことで、ステム２のステムベース３がセラミックヒータ２１の前面に押し当てられ、ステム２の位置が固定される。また、ヒータユニット２０には、そのようにステム２がセラミックヒータ２１に押し付けられた時に、ステム２の部品実装面５が常に上を向くようにするための回り止め機構２５が設けられている。
【００１７】
このようなヒータユニット２０の上方には、収納ケース２２内に配置されたステム２を撮像する撮像カメラ２６が設置されている。また、ヒータユニット２０とトレー９との間には、ボンディングノズル１２に吸着されたチップ部品６を撮像する撮像カメラ２７が設置されている。そして、撮像カメラ２６の撮像データ及び撮像カメラ２７の撮像データはそれぞれ画像処理され、これに基づいてチップ部品６の位置補正演算が行われる。
【００１８】
また、ダイボンディング装置１は、図３に示すように、ホットガス供給路２８、セラミックヒータ用の冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂ、ステム押当部用の冷却ガス供給路３０、かげろう防止ガス供給路３１を有している。ホットガス供給路２８は、チップ部品６をステム２にボンディングする時にステム２の温度を下げないように、白金ロジウムヒータ３２によって３００〜４００℃まで加熱されたホットガスを収納ケース２２内に供給するための通路である。
【００１９】
冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂは、例えば常温の冷却ガスをセラミックヒータ２１に供給するための通路である。冷却ガス供給路３０は、例えば常温の冷却ガスをセラミックヒータ２１の凹部２１ａ付近に供給するための通路である。このような冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂ，３０を設けることにより、セラミックヒータ２１の温度下降と共にヒータユニット２０を効果的に冷却することができる。また、冷却ガス供給路３０からの冷却ガスがセラミックヒータ２１におけるステム２の押当部に吹き付けられるため、セラミックヒータ２１によって過熱されたステム２を急速に冷却することができる。このため、ステム２上に置かれたハンダ箔７を早く固化させることが可能となる。
【００２０】
かげろう防止ガス供給路３１は、撮像カメラ２６でステム２を撮像して画像認識を行う際に、ステム２付近に存在するかげろうを除去するためのガス通路である。
【００２１】
冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂには電磁弁３３Ａ，３３Ｂが接続され、冷却ガス供給路３０には電磁弁３４が接続されている。また、図示はしないが、ホットガス供給路２８及びかげろう防止ガス供給路３１にも電磁弁が接続されている。
【００２２】
上記の各ガスとしては、ボンディングの際にハンダ箔７の酸化を防ぐ観点から、窒素ガス（Ｎ２ガス）を使用するのが好ましい。なお、そのようにハンダ箔７の酸化を防ぐために、ホットガス供給路２８からはＮ２ガスを常に吹き出すようにする。
【００２３】
さらに、ダイボンディング装置１は、セラミックヒータ２１の温度を調節するヒータ温度調節器３５と、収納ケース内２２の雰囲気温度を測定する温度センサ（例えば熱電対）３６と、ヒータ温度調節器３５及び温度センサ３６と接続された制御ユニット３７とを有している。
【００２４】
ヒータ温度調節器３５は、予め設定された温度変化シーケンス（図５（ｂ）参照）に従ってセラミックヒータ２１の温度を調整する。具体的には、ヒータ温度調節器３５は、通常はセラミックヒータ２１の温度を一定のプレヒート温度（例えば３６０℃）に保つように調整する。そして、制御ユニット３７によりボンディングの開始が指示されると、ヒータ温度調節器３５は、まずプレヒート温度から所定温度（例えば４４０℃）まで急激に上昇させ、その後緩やかに上昇させ、所定時間（図５（ｂ）の時間Ｔ）が経過すると、プレヒート温度まで下げるようにセラミックヒータ２１の温度を調整する。
【００２５】
制御ユニット３７は、温度センサ３６の検出値を入力し、所定の処理を行い、電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を開閉を切り換えることによって冷却ガスの供給を制御する。また、制御ユニット３７は、ボンディングを行う時にヒータ温度調節器３５にボンディング開始指示信号を送出したり、ホットガス供給路２８に設けられた白金ロジウムヒータ３２のオンオフ制御等を行う。
【００２６】
このような制御ユニット３７により冷却ガスの供給を制御する処理手順の詳細を図４に示す。なお、制御ユニット３７のメモリには、セラミックヒータ２１の温度がプレヒート温度にある状態（プレヒート状態）における収納ケース２２内の雰囲気温度の目標値（目標温度）が記憶されている。
【００２７】
同図において、まず温度センサ３６の検出値（検出温度）を入力し（手順１０１）、この検出温度を予め設定された目標温度と比較する（手順１０２）。このとき、検出温度が目標温度よりも高いと判断されたときは、電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を開くように制御し、冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂの冷却ガス及び冷却ガス供給路３０の冷却ガスをヒータユニット２０にそれぞれ導入する（手順１０３）。一方、検出温度が目標温度よりも低いと判断されたときは、電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を閉じるように制御し、ヒータユニット２０への冷却ガスの導入を止める（手順１０４）。これにより、収納ケース２２内の雰囲気温度が目標温度となるように制御される。
【００２８】
続いて、ボンディングを開始するタイミングになったかどうかを判断する（手順１０５）。ここで、ボンディングを開始するタイミングは、ボンディングノズル１２によるチップ部品６の吸着解除（図５（ａ）参照）と同じタイミングである。そこで、例えばチップ部品６の吸着解除タイミングかどうかによって、ボンディングを開始するタイミングかどうかを判断する。このとき、ボンディングを開始するタイミングになったと判断されたときは、電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を閉じるように制御する（手順１０６）。これにより、ヒータユニット２０への冷却ガスの導入が中断される。一方、未だボンディングを開始するタイミングでないときは、手順１０１に戻る。
【００２９】
続いて、ボンディングの開始タイミングから所定時間（図５（ｂ）の時間Ｔ１）が経過したかどうかを判断する（手順１０７）。このとき、所定時間が経過したと判断されたときは、電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を所定時間（図５（ｂ）の時間Ｔ２）だけ開くように制御する（手順１０８）。これにより、冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂの冷却ガス及び冷却ガス供給路３０の冷却ガスがヒータユニット２０にそれぞれ導入される。
【００３０】
なお、ここでは、温度センサ３６の検出温度が目標温度よりも高いかどうかの判断を制御ユニット３７で行うものとしたが、温度センサ３６をヒータ温度調節器３５に接続し、このヒータ温度調節器３５において温度センサ３６の検出温度と目標温度との比較処理を実行してもよい。
【００３１】
次に、以上のように構成したダイボンディング装置１の動作を説明する。先ず、ストッカ１３に収容されたステム２を吸着ヘッド１５の吸着ノズル１６に吸着させ、その状態で、吸着ヘッド１６をステム支持ヘッド１４に向けて前方に移動させる。次いで、吸着ノズル１６を下降させて、立てられた状態のステム支持ヘッド１４に移載する。この状態からステム支持ヘッド１４を寝せるように９０度回転させて、ステム２の部品実装面５を真上に向ける。次いで、可動ブロック１８をヒータユニット２０に向けて前方に移動させ、セラミックヒータ２１の凹部２１ａ内にステム２の部品実装突部４を差し込む。そして、回り止め機構２５によってステム２を位置決め固定する。
【００３２】
その後、トレー９内のハンダ箔７をボンディングヘッド１０のボンディングノズル１２に吸着させ、その状態でボンディングヘッド１０をヒータユニット２０に向けて後方に移動させる。そして、ボンディングノズル１２を下降させて、ハンダ箔７をステム２の部品実装面５上に置く。次いで、トレー９内のチップ部品６をボンディングノズル１２に吸着させ、その状態でボンディングヘッド１０を後方に移動させる。そして、ボンディングノズル１２を下降させて、チップ部品６をハンダ箔７の上に置く（図６参照）。
【００３３】
この間、ヒータユニット２０の収納ケース２２内には、白金ロジウムヒータ３２によって熱せられたホットガスが常時導入されている。また、セラミックヒータ２１の温度は、ヒータ温度調節器３５によって一定のプレヒート温度に保たれている。このようなホットガスの吹き付けとセラミックヒータ２１のプレヒートとによって、ステム２の温度が上昇する。
【００３４】
そのようなプレヒート状態では、上述したように、温度センサ３５により収納ケース２２内の雰囲気温度を監視しながら、ヒータユニット２０への冷却ガスの供給を制御することによって、収納ケース２２内の雰囲気温度が目標温度となるように制御される。従って、ステムの温度２が必要以上に高くなることは無い。これにより、ボンディングの開始前に、ステム２の部品実装面５とチップ部品６との間のハンダ箔７が溶けてしまうこと等が防止される。
【００３５】
その後、図５（ａ）に示すように、ボンディングノズル１２によるチップ部品６の吸着が解除されると、ボンディングが開始される。このとき、図５（ｃ）に示すように、ヒータユニット２０の雰囲気温度制御（冷却ガスのオンオフ制御）が中断され、ヒータユニット２０への冷却ガスの導入が停止する。また、ヒータ温度調節器３５によって、図５（ｂ）に示すようにセラミックヒータ２１の温度が所定温度まで上がる。これにより、ステム２とチップ部品６との間のハンダ箔７が溶融する。
【００３６】
そして、図５（ｂ）に示すようにボンディング開始から時間Ｔが経過すると、ヒータ温度調節器３５によってセラミックヒータ２１の温度が下がり始める。その後しばらくすると、図５（ｃ）に示すようにヒータユニット２０に冷却ガスが導入されると共に、図５（ｄ）に示すように白金ロジウムヒータ３２がオフ状態になる。これにより、ステム２が急速に冷却されてハンダ箔７が固化し、チップ部品６がステム２の部品実装面５に実装される。このとき、上述したようにボンディング開始前にハンダ箔７が溶けることは無いため、チップ部品６は良好な状態でステム２に実装されることになる。
【００３７】
このようなボンディング工程が完了した後、可動ブロック１８を後退させると共に、ステム支持ヘッド１４を立たせるように９０度回転させる。そして、チップ部品６が実装された状態のステム２を吸着ヘッド１５の吸着ノズル１６に吸着させ、その状態で吸着ヘッド１５を後退させ、ステム２をストッカ１３の元の場所に戻す。
【００３８】
以上のように本実施形態にあっては、温度センサ３６の検出信号に基づいてヒータユニット２０の雰囲気温度が目標温度となるように冷却ガス供給路２９Ａ，２９Ｂ，３０の電磁弁３３Ａ，３３Ｂ，３４を制御するので、ボンディング開始前に、ステムの温度２が高くなり過ぎてハンダ箔７が溶け出してしまうことを防止できる。これにより、ボンディング特性の悪化等といった不具合を防ぐことができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータユニットの雰囲気温度を検出し、この検出値に基づいてヒータユニットの雰囲気温度が予め設定された目標温度となるように冷却ガス供給手段を制御するので、ヒータユニット内に配置されたステムの過熱を抑えることができる。これにより、ステムに電子部品を融着実装する前にハンダが溶け出す等、電子部品の実装に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイボンディング装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示すステム支持ヘッドに支持されるステムを示す斜視図である。
【図３】図１に示すヒータユニットの平面図およびヒータユニットの制御系を示す構成図である。
【図４】図３に示す制御ユニットにより冷却ガスの供給を制御する処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図２に示すステムにチップ部品を実装するときの動作を示すタイミングチャートである。
【図６】図２に示すステムの部品実装面にチップ部品を実装した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ダイボンディング装置、２…ステム、５…部品実装面、６…チップ部品（電子部品）、１４…ステム支持ヘッド（支持部材）、２０…ヒータユニット、２１…セラミックヒータ、２９Ａ，２９Ｂ…セラミックヒータ用の冷却ガス供給路（第１の冷却ガス供給路、冷却ガス導入手段）、３０…ステム押当部用の冷却ガス供給路（第２の冷却ガス供給路、冷却ガス導入手段）、３３Ａ，３３Ｂ，３４…電磁弁（冷却ガス導入手段）、３５…ヒータ温度調節器（ヒータ温度調節手段）、３６…温度センサ（温度検出手段）、３７…制御ユニット（制御手段）。
【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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