(57)【要約】【課題】酸化防止用ガスの温度制御を適切に且つ安価な構成で行う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、ガス用ヒータ３０によって加熱された酸化防止用ホットガスをヒータユニット２０内に導入するためのホットガス導入路２８と、冷却ガスをヒータユニット２０内に導入するための冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃとを有している。ガス用ヒータ３０には、ガス用ヒータ３０への通電をオン・オフするリレー３２が接続され、このリレー３２は制御ユニット３７によって制御される。制御ユニット３７は、ヒータユニット２０内に冷却ガスを導入する期間中は、ガス用ヒータ３０への通電をオフさせるようにリレー３２を制御し、ヒータユニット２０内に冷却ガスを導入しない期間中は、ガス用ヒータ３０への通電を周期的にオン・オフさせるようにリレー３２を制御する。【選択図】　図３
2004022757.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ユニットと、
前記ヒータユニット内に酸化防止用ガスを導入する第１ガス導入手段と、
前記ヒータユニット内に導入される前記酸化防止用ガスを加熱するガス用ヒータと、
前記ガス用ヒータと接続され、前記ガス用ヒータへの通電をオン・オフするスイッチと、
前記ガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせるように前記スイッチ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】
前記ヒータユニット内に冷却ガスを導入する第２ガス導入手段を更に備え、
前記制御手段は、前記ヒータユニット内に前記冷却ガスを導入する期間中は、前記ガス用ヒータへの通電をオフさせるように前記スイッチを制御し、前記ヒータユニット内に前記冷却ガスを導入しない期間中は、前記ガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせるように前記スイッチ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。
【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温度を上げてハンダを溶かし、その後ヒータ温度を下げてハンダを固める。
【０００３】
このようなダイボンディング装置においては、酸化防止用のホットガス（例えばＮ２ガス）をヒータユニット内に導入することがある。この場合には、電子部品をステムに実装する前にホットガスによってハンダが溶けることが無いように、ホットガスを最適な温度に調整する必要がある。ホットガスの温度を調整する方法としては、ヒータユニット内に供給するホットガスの流量を調整したり、ホットガスを加熱するためのガス用ヒータに印可する電圧を調整することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ホットガスの供給流量を調整するだけでは、ホットガスの温度を適切に制御するのは困難であった。また、ガス用ヒータへの印可電圧を調整する場合には、ホットガスの温度を適切に制御することが可能となるが、ボリューム付の高価な電源等が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、酸化防止用ガスの温度制御を適切に且つ安価な構成で行う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。
【０００６】
【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ユニットと、ヒータユニット内に酸化防止用ガスを導入する第１ガス導入手段と、ヒータユニット内に導入される酸化防止用ガスを加熱するガス用ヒータと、ガス用ヒータと接続され、ガス用ヒータへの通電をオン・オフするスイッチと、ガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせるようにスイッチ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。
【０００７】
このようにスイッチ及び制御手段を設け、ガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせることにより、ヒータユニット内に導入される酸化防止用ガスの加熱が間欠的に行われる事になるため、酸化防止用ガスの温度を下げることができる。このとき、ガス用ヒータへの通電をオン・オフさせる周期を変えることで、ガス用ヒータに印可する電圧を一定にした場合でも、ヒータユニット内に導入される酸化防止用ガスの温度を任意に調整することができる。従って、ガス用ヒータへの印可電圧を調整可能なボリューム付きの高価な電源等を使わずに済む。これにより、酸化防止用ガスの温度制御を適切に且つ安価な構成で行うことができる。
【０００８】
好ましくは、ヒータユニット内に冷却ガスを導入する第２ガス導入手段を更に備え、制御手段は、ヒータユニット内に冷却ガスを導入する期間中は、ガス用ヒータへの通電をオフさせるようにスイッチを制御し、ヒータユニット内に冷却ガスを導入しない期間中は、ガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせるようにスイッチを制御する。ヒータユニット内に冷却ガスを導入するのは、ステムと電子部品との間のハンダを急速に固めるためである。このような冷却ガスがヒータユニット内に導入されている期間中は、ガス用ヒータへの通電がオフされるので、加熱された酸化防止用ガスがヒータユニット内に導入されることが防止される。従って、冷却ガスによるハンダの冷却を効率良く行うことができる。
【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５参照）。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には、ホットガス導入路２８及び冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃが接続されている。ホットガス導入路２８は、酸化防止用の窒素ガス（Ｎ２ガス）を収納ケース２２内に導入するための通路である。ホットガス導入路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、ガス用ヒータ３０によって加熱されたＮ２ガスをホットガスとして収納ケース２２内に導入する。なお、Ｎ２ガスは、酸化を防ぐ観点から、ホットガス導入路２８から常時吹き出される。
【００１８】
ガス用ヒータ３０としては、白金ロジウムヒータ等が使用される。ガス用ヒータ３０には、電源３１及びリレー３２が直列に接続されている。リレー３２は、電源３１によるガス用ヒータ３０への通電をオン・オフするスイッチである。なお、ガス用ヒータ３０への通電をオン・オフするスイッチとしては、リレー以外のものを使用してもよい。
【００１９】
冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃは、例えば常温の冷却ガスをセラミックヒータ２１内に導入するための通路である。冷却ガスとしてもＮ２ガスを使用する。このような冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃを設けることにより、セラミックヒータ２１の温度下降と相まってヒータユニット２０を効果的に冷却することができる。冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃには電磁弁３３Ａ〜３３Ｃが接続されている。なお、図示はしないが、ホットガス導入路２８にも電磁弁が接続されている。
【００２０】
また、ダイボンディング装置１は、セラミックヒータ２１の温度を調節する温度調節器３５と、この温度調節器３５と接続された制御ユニット３７とを有している。
【００２１】
温度調節器３５は、予め設定された温度変化シーケンス（図６（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、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、温度調節器３５は、制御ユニット３７からの信号に応じて、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。
【００２２】
制御ユニット３７は、リレー３２の開閉を制御することで、ホットガス導入路２８からヒータユニット２０内に供給されるホットガスの温度を制御する。また、制御ユニット３７は、電磁弁３３Ａ〜３３Ｃの開閉を制御することで、冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃからヒータユニット２０内への冷却ガスの供給・停止を制御する。さらに、制御ユニット３７は、ボンディングを行う時に温度調節器３５にボンディング開始指示信号を送出する。
【００２３】
このような制御ユニット３７によりホットガスの温度制御および冷却ガスの供給・停止制御を行う処理手順の詳細を図４に示す。このフローチャートを用いてダイボンディング装置１の動作を説明する。
【００２４】
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。
【００２５】
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５参照）。
【００２６】
この間、ヒータユニット２０の収納ケース２２内には、ガス用ヒータ３０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、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。
【００２７】
そのようなプレヒート状態では、制御ユニット３７は、リレー３２を周期的に（例えば１０ｍＳ間隔で）開閉するように制御することで、図６（ｄ）に示すようにガス用ヒータ３０への通電を周期的にオン・オフさせる（図４の手順１０１）。この場合には、ホットガス導入路２８を通るＮ２ガスがガス用ヒータ３０によって間欠的に加熱される事になるため、ホットガスを連続的に加熱した場合に比べてホットガスの温度が下がる。従って、ホットガスによってステムの温度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が防止される。このとき、リレー３２のオン時間及びオフ時間を適宜設定することで、ホットガスの温度を調整する。
【００２８】
その後、図６（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、温度調節器３５によって、図６（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。そして、所定時間経過すると、セラミックヒータ２１の温度が下がり始める。
【００２９】
このとき、制御ユニット３７は、ハンダ箔７を固化させるタイミングになったかどうかを判断する（図４の手順１０２）。この判断は、ボンディング開始のタイミングから時間Ｔ１（図６（ｂ）参照）だけ経過したかどうかを判断することによって行う。このとき、ハンダ箔７を固化させるタイミングであると判断されたときは、電磁弁３３Ａ〜３３Ｃを開くように制御する（図４の手順１０３）。これにより、冷却ガス導入路２９Ａ〜２９Ｃを通る冷却ガスがヒータユニット２０内に導入される。
【００３０】
また、制御ユニット３７は、リレー３２を開くように制御することで、ガス用ヒータ３０への通電をオフさせる（図４の手順１０４）。これにより、ホットガス導入路２８を通るＮ２ガスが、ガス用ヒータ３０によって加熱されない状態でヒータユニット２０内に導入される。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に固定される。
【００３１】
続いて、制御ユニット３７は、ハンダ箔７を固化させるタイミングから時間Ｔ２（図６（ｂ）参照）だけ経過したかどうかを判断する（図４の手順１０５）。このとき、時間Ｔ２経過したと判断されたときは、電磁弁３３Ａ〜３３Ｃを閉じるように制御する（図４の手順１０６）。これにより、ヒータユニット２０への冷却ガスの導入が停止する。また、手順１０１と同様に、リレー３２を周期的に開閉するように制御することで、ガス用ヒータ３０への通電を周期的にオン・オフさせる（図４の手順１０７）。
【００３２】
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。
【００３３】
以上のように本実施形態にあっては、ガス用ヒータ３０への通電をオン・オフするためのリレー３２を設け、このリレー３２を周期的にオン・オフ切換するようにしたので、電源３１によってガス用ヒータ３０に印可する電圧を一定にした場合であっても、ホットガスの温度制御を適切に行うことができる。このため、ガス用ヒータ３０を作動させるための電源として、印可電圧を調整可能な高価なボリューム付きの電源を使用する必要がない。従って、コスト削減を図ることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、ガス用ヒータ３０への通電を一定周期でオン・オフさせるものとしたが、ガス用ヒータ３０への通電の周期を変動させてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、酸化防止用ガスを加熱するガス用ヒータへの通電を周期的にオン・オフさせるようにスイッチを制御するので、酸化防止用ガスの温度制御を適切に且つ安価な構成で行うことができる。
【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ホットガスの温度制御および冷却ガスの供給・停止制御を行う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。
【図６】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。
【符号の説明】
１…ダイボンディング装置、２…ステム、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、２８…ホットガス導入路（第１ガス導入手段）、２９Ａ〜２９Ｃ…冷却ガス導入路（第２ガス導入手段）、３０…ガス用ヒータ、３２…リレー（スイッチ）、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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