(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置であって、
前記基板に対して昇降し電気的に接地された導電性の昇降ブロックと、前記昇降ブロックに設けられ交流電圧を印加することにより発熱するセラミックヒータと、前記セラミックヒータに着脱自在に装着され前記半導体部品に当接して保持する保持ツールと、前記保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、前記昇降ブロックと前記導電部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えたことを特徴とする半導体部品の熱圧着装置。
【請求項２】
ツール収納部に収納された保持ツールと前記セラミックヒータに装着された保持ツールとを交換するツール交換手段を備え、
前記ツール交換手段は、保持ツールを収納保持する前記ツール収納部を備えたツール交換部と、前記昇降ブロックを備える熱圧着ヘッドの水平移動および昇降動作を行う実装機構部と、からなることを特徴とする請求項１記載の半導体部品の熱圧着装置。
【請求項３】
前記導電部は弾発力によって前記保持ツールに当接するバネ部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体部品の熱圧着装置。
【請求項４】
前記導電部は前記セラミックヒータの表面に形成された導電性被膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体部品の熱圧着装置。
【請求項５】
前記導電部は２系統の導通経路を備え、一方は前記導電接続部材と導通し、他方は前記保持ツールの帯電状態を計測する計測手段と導通することを特徴とする請求項１記載の半導体部品の熱圧着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンチップに回路が形成された半導体部品を基板に実装する装置として、熱圧着装置が知られている。この熱圧着装置では、保持ツールによって吸着保持された半導体部品を加熱しながら基板に対して押圧することにより、半田接合や異方性導電剤などによって半導体部品を基板に接合する（例えば特許文献１参照）。このような熱圧着装置において、半導体部品を加熱するための加熱手段として、セラミックヒータが一般に用いられている（特許文献２参照）。セラミックヒータは、窒化アルミニウムなどのセラミックに発熱回路を形成した構成となっており、使用するセラミックの性質、例えば良好な熱衝撃性を利用して急速加熱が可能となるなど優れた特性を有している。熱圧着装置においては、半導体部品を保持する保持ツールをこのセラミックヒータに接触させ、接触熱伝達によって加熱を行う方式が用いられる。
【特許文献１】特許第３３９９３６７号公報
【特許文献２】特開平９−６３７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年電子機器の小型化・高機能化の要請から実装基板は高密度化し、高集積度の実装が求められるようになっていることから、半導体部品の回路パターンは従来に増して微細化している。ところがこのような微細パターンの半導体部品を対象とする熱圧着装置に、上述のセラミックヒータを用いる場合には、次のような不都合を生じる場合がある。
【０００４】
すなわち、半導体部品を保持する保持ツールは、絶縁性の良好なセラミックヒータを介して電気的に絶縁された状態にあることから、セラミックヒータ作動時の磁界によって保持ツールに発生する渦電流によって、保持ツールが半導体部品とともに帯電する現象が生じる。そして部品実装時に帯電した状態の半導体部品が基板に着して導通する際に、場合によっては半導体部品自体が電気的にダメージを受けるという不具合が発生する。このような半導体部品のダメージは、半導体部品を複数層重ねるいわゆるチップオンチップ構造の実装形態においてより顕著に現れるようになっている。
【０００５】
そこで本発明は、保持ツールが帯電することによる半導体部品のダメージを防止することができる半導体部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体部品の熱圧着装置は、半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置であって、前記基板に対して昇降し電気的に接地された導電性の昇降ブロックと、前記昇降ブロックに設けられ交流電圧を印加することにより発熱するセラミックヒータと、前記セラミックヒータに着脱自在に装着され前記半導体部品に当接して保持する保持ツールと、前記保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、前記昇降ブロックと前記導電部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体部品に当接して保持しセラミックヒータに着脱自在に装着される保持ツールと、保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、昇降ブロックと導電
部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えた構成を採用することにより、保持ツールへの帯電を防止して半導体部品の電気的なダメージを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の正面図、図２、図３，図４は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの構造説明図、図５は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の動作説明図である。
【０００９】
まず図１を参照して半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置１の構造を説明する。図１において、基台２上には保持テーブル３が設けられており、保持テーブル３は半導体部品であるチップ６を供給する部品トレイ５およびチップ６が熱圧着により実装される基板４を保持する。基板４の上面には電極４ａが設けられており、チップ６の下面に形成されたバンプ６ａを電極４ａに熱圧着によって接合することにより、チップ６は基板４に実装される。
【００１０】
保持テーブル３の上方には、実装機構部１３が配設されている。実装機構部１３はＸ方向に配設された移動テーブル１４によって水平往復動する移動ブロック１５に、熱圧着ヘッド１６を連結した構成となっている。移動ブロック１５は熱圧着ヘッド１６を昇降させるための昇降機構を内蔵しており、移動テーブル１４および移動ブロック１５を駆動することにより、熱圧着ヘッド１６はＸ方向への水平移動および昇降動作を行う。
【００１１】
熱圧着ヘッド１６の下端部には下面に吸引孔１２ａが設けられた保持ツール１２が装着されており、保持ツール１２をチップ６に当接させた状態で吸引孔１２ａから真空吸着することにより、熱圧着ヘッド１６はチップ６を吸着して保持する。また吸引孔１２ａからの真空吸引を解除することにより、熱圧着ヘッド１６によるチップ６の吸着保持が解除される。そして熱圧着ヘッド１６による吸着保持・保持解除動作と、熱圧着ヘッド１６の水平移動・昇降動作を組み合わせて行うことにより、後述する部品圧着動作が実行される。
【００１２】
保持テーブル３の斜め上方には、認識ユニット７が配設されている。認識ユニット７は、上方の撮像視野と下方の撮像視野を単一撮像動作で撮像可能な２視野光学系を備えた撮像ユニット８を、移動機構９によってＸ方向に進退させる構成となっている。基板４が保持テーブル３に保持され、且つチップ６を吸着保持した熱圧着ヘッド１６が基板４の直上に位置した状態で、撮像ユニット８を基板４と熱圧着ヘッド１６との間に進出させることにより、基板４の電極４ａとチップ６とを同一の撮像動作によって撮像して認識することができる。認識ユニット７は、基板４および熱圧着ヘッド１６によって保持されたチップ６を光学的に認識する認識手段となっている。
【００１３】
保持テーブル３の上方の熱圧着ヘッド１６の移動範囲には、ツール交換部１０が配設されている。ツール交換部１０は保持ツール１２を収納保持するツール収納部１１を備えており、熱圧着ヘッド１６をツール収納部１１の上方に移動させてツール収納部１１に保持された保持ツール１２に対して熱圧着ヘッド１６を昇降させるツール交換動作を行わせることにより、熱圧着ヘッド１６に既に装着済みの保持ツール１２とツール収納部１１に収納された新たな保持ツール１２とを自動的に交換することができる。熱圧着ヘッド１６を移動させる実装機構部１３およびツール交換部１０は、ツール収納部１１に収納された保持ツール１２とセラミックヒータ２３に装着された保持ツール１２とを交換するツール交換手段となっている。
【００１４】
次に図２を参照して、熱圧着ヘッド１６の構造を説明する。図２（ａ）に示すように、熱圧着ヘッド１６は移動ブロック１５に結合されて基板４に対して昇降する昇降ブロック
２０を備えている。昇降ブロック２０の下部には、結合軸部２１を介して冷却部としての冷却ジャケット２２およびセラミックヒータ２３が固定的に装着され、さらにセラミックヒータ２３の下面には保持ツール１２が着脱自在に装着されている。昇降ブロック２０は導電性の良好な金属で構成されており、実装機構部１３を介して装置本体の接地部と導通して、電気的に接地された状態にある。なお、基板４も保持テーブル３を介して装置本体の接地部と導通して、電気的に接地された状態にある。
【００１５】
昇降ブロック２０に装着して設けられたセラミックヒータ２３は、ＳｉＮ（窒化珪素）など、耐熱性・電気的絶縁性に優れたセラミックで製作されており、内蔵された発熱体２４により昇温する。発熱体２４は板状の基板に発熱回路パターンを形成した形態となっており、発熱回路パターンに交流電圧を印加することにより発熱する。また保持ツール１２は、ＳｉＣ（炭化珪素）など導電性を有するセラミックで製作されており、セラミックヒータ２３に着脱自在に装着される。熱圧着ヘッド１６による熱圧着時には、保持ツール１２はチップ６に当接して保持するとともに、セラミックヒータ２３の熱をチップ６に伝達する。
【００１６】
セラミックヒータ２３の下面はツール装着面２３ａとなっており、ツール装着面２３ａには吸引孔２３ｂが開口している。吸引孔２３ｂは冷却ジャケット２２、結合軸部２１を貫通して設けられた吸引経路を介して真空吸引源に接続されており、吸引孔２３ｂから真空吸引することにより、保持ツール１２はツール装着面２３ａに吸着保持される。この状態において、吸引孔１２ａはセラミックヒータ２３、冷却ジャケット２２、結合軸部２１を貫通して設けられた吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続される。
【００１７】
保持ツール１２は上面よりも低い位置において両側端から水平に延出した張出し部１２ｃを有しており、保持ツール１２をセラミックヒータ２３に保持させた状態では、ツール装着面２３ａと張出し部１２ｃの上面の導電接触面１２ｄとの間には、隙間２５が形成される。冷却ジャケット２２の両側面には、略Ｌ字形状の導電バネ部材２７が固着端子２６によって固定されており、固着端子２６にはさらに昇降ブロック２０と導通する導電コード２８が接続されて、導電バネ部材２７は昇降ブロック２０と電気的に導通した状態となっている。
【００１８】
保持ツール１２をツール装着面２３ａに装着した状態では、導電バネ部材２７が屈曲して水平方向内側に延出した接触端部２７ａは、隙間２５内に進入し、導電接触面１２ｄに接触した状態となる。導電バネ部材２７は導電性の良好な金属の板バネ部材を曲げ加工して形成されており、保持ツール１２がセラミックヒータ２３から離脱して接触端部２７ａが自由端となった状態においては、接触端部２７ａは幾分下垂した形状（図２（ｂ）参照）となっている。そして保持ツール１２をセラミックヒータ２３に吸着保持させて、図２（ａ）に示すように、張出し部１２ｃが接触端部２７ａに接触して押し上げた状態では、接触端部２７ａは弾発力によって導電接触面１２ｄに押し付けられ、これにより導電バネ部材２７は保持ツール１２と導通する。すなわち、保持ツール１２は導電バネ部材２７、導電コード２８を介して昇降ブロック２０と導通する。
【００１９】
これにより、装置稼動状態において保持ツール１２に滞留する電荷は導電バネ部材２７、導電コード２８、昇降ブロック２０を介して接地部に速やかに放電して帯電状態が解消される。上記構成において、導電バネ部材２７は保持ツール１２に当接して電気的に導通する導電部となっており、弾発力によって保持ツール１２に当接するバネ部材によって構成されている。そして導電コード２８は昇降ブロック２０と導電部とを電気的に接続する導電接続部材として機能している。
【００２０】
ここで、装置稼動状態における保持ツール１２の帯電現象およびこれに起因して発生す
る部品破損について説明する。近年の半導体部品の高密度化に伴って回路パターンの微細化が進行するに従い、半導体部品の電気的衝撃に対する耐性が不可避的に低下している。このため半導体部品を基板に実装する実装工程などにおいて、半導体部品が電気的衝撃によって破損する事例が発生しており、このような事例に対する対策が求められるようになっている。以下に説明する保持ツールの帯電現象に関する記述は、上述の課題を解決するために発明者が方策を追及する過程において明らかにされたものであり、従来においては知られていなかった新たな知見である。
【００２１】
熱圧着ヘッド１６による熱圧着動作時には、セラミックヒータ２３に内蔵された発熱体２４の発熱回路に交流電流が流れ、これにより熱圧着ヘッド１６において発熱体２４を取り巻くように磁場が形成される。そしてこの磁場により、導電性の保持ツール１２には磁力を打ち消す方向に渦電流が発生し、この渦電流により保持ツール１２と装置本体の接地部との間には電位差が生じる。
【００２２】
保持ツール１２と昇降ブロック２０との間には電気抵抗の高い絶縁体より成るセラミックヒータ２３が介在しているため、従来装置においては保持ツール１２と接地部との間に発生した電位差はそのまま保たれ、保持ツール１２は常に帯電した状態にあった。そして保持ツール１２に帯電していた電荷は、部品搭載動作において保持ツール１２に保持されたチップ６が基板に着地した瞬間に、チップ６を介して基板に向かって放電する。そしてこの放電により、チップ６の回路部分が電気的にダメージを受けて部品破損にいたる事例が発生する場合があった。このような事例は回路パターンの微細化に伴い、特に半導体装置を積層して実装するチップオンチップ構造においてより顕著になっている。
【００２３】
本発明は上述の新たな知見に基づいてなされたものであり、従来は昇降ブロックとの間にセラミックヒータが介在することにより、装置本体から電気的に絶縁された状態となっていた保持ツールを、電気的に接地された状態に保つようにしたものである。これにより、微細回路パターンを有する半導体部品を熱圧着対象とする場合においても、本実施の形態に示す熱圧着装置によれば、半導体部品が帯電することによる半導体部品のダメージを防止することができる。
【００２４】
図３は、図２に示すセラミックヒータ２３に替えて、表面が導電性を有するセラミックヒータ１２３を用いた例を示している。図３において、冷却ジャケット２２の下面には、図２と同様の発熱体２４を内蔵したセラミックヒータ１２３が装着されている。ツール装着面１２３ａにはセラミックヒータ２３と同様に吸引孔１２３ｂが設けられており、吸引孔１２３ｂから真空吸引することによりツール装着面１２３ａには保持ツール１１２が吸着保持される。保持ツール１１２の吸着保持面１１２ｂには、図２に示す保持ツール１２と同様の吸引孔１１２ａが設けられており、保持ツール１１２をセラミックヒータ１２３に装着した状態では、吸引孔１１２ａはセラミックヒータ１２３、冷却ジャケット２２、結合軸部２１を貫通して真空吸引源と接続される。
【００２５】
セラミックヒータ１２３の表面は、導電膜２９によって被覆されている。導電膜２９は酸化チタンの被膜より成るチタンコートによって形成されており、セラミックヒータ１２３の耐熱性・耐摩耗性を向上させるとともに、絶縁体より成るセラミックヒータ１２３に導電性を与える機能を有している。保持ツール１１２をセラミックヒータ１２３に装着した状態では、保持ツール１１２はセラミックヒータ１２３の導電膜２９を介して冷却ジャケット２２と導通し、さらに導電コード２８、昇降ブロック２０を介して装置本体の接地部と導通する。
【００２６】
これにより、図２に示す例と同様に、装置稼動状態において保持ツール１１２に生じた帯電は速やかに導電膜２９、導電コード２８、昇降ブロック２０を介して接地部に放電し
て帯電状態が解消される。この例では、セラミックヒータ１２３の表面に形成された導電性被膜である導電膜２９が、導電部として機能している。このような構成を採用することにより、熱圧着ヘッドの構造を簡略化することができるとともに、保持ツールは広い接触面積で冷却ジャケット２２と導通し、安定した接地効果が実現される。なお導電性被膜としてはチタンコートに限定されるものではなく、他の種類のものを用いてもよく、ダイヤモンドコートなど耐熱性・耐摩耗性を有するものであれば望ましい。
【００２７】
また図４に示すように、熱圧着ヘッド１６において、保持ツール１２の電位を計測するために、導電バネ部材２７を電位計測器３１、パーソナルコンピュータ３２と接続するようにしてもよい。すなわち、図２に示す例において冷却ジャケット２２の両側端部に２つ設けられた導電バネ部材２７のうち、１つを導電コード２８を介して昇降ブロック２０と導通させ、他を導電コード３０を介して電位計測器３１に接続する。
【００２８】
これにより、保持ツール１２の電位を電位計測器３１によって計測し、計測結果をパーソナルコンピュータ３２によって取り込むことが可能となり、装置稼動状態において必要に応じて保持ツール１２の帯電状態を監視することができる。すなわちこの例では、導電部は２系統の導通経路を備え、一方は前記導電接続部材である導電コード２８と導通し、他方は保持ツール１２の帯電状態を計測する計測手段である電位計測器３１と導通する構成となっている。
【００２９】
次に図５を参照して、熱圧着装置による部品圧着動作を説明する。まず図５（ａ）に示すように、熱圧着ヘッド１６を保持テーブル３上の部品トレイ５の上方へ移動させ、実装対象となるチップ６に熱圧着ヘッド１６を位置合わせして下降させる。そして保持ツール１２をチップ６に当接させ、吸引孔１２ａから真空吸引してチップ６を吸着保持する。この後、熱圧着ヘッド１６によってチップ６を部品トレイ５から取り出して、図５（ｂ）に示すように、基板４上へ移動させる。
【００３０】
このときセラミックヒータ２３は作動状態にあり、保持ツール１２を介してのチップ６の加熱が開始される。この加熱過程において、保持ツール１２にはセラミックヒータ２３の発熱体２４に交流電流が流れることによる渦電流が発生するが、前述のように保持ツール１２は電気的に接地された状態にあるため、装置本体の接地部との間に電位差が発生しない。
【００３１】
そして熱圧着ヘッド１６がこの位置において待機した状態で、図５（ｂ）に示すように、撮像ユニット８を基板４と熱圧着ヘッド１６との間に進出させ、撮像ユニット８に備えられた２視野光学系によって、チップ６と基板４とを同一撮像動作で撮像する。撮像結果は認識処理部（図示省略）によって認識処理され、チップ６と基板４の電極４ａが認識される。そしてこの認識結果に基づいて、チップ６と電極４ａとの位置合わせが行われる。
【００３２】
この後撮像ユニット８が熱圧着ヘッド１６の下方から退避したならば、図５（ｃ）に示すように、熱圧着ヘッド１６を下降させて、チップ６を基板４に着地させ、所定の押圧荷重で押圧状態を保持する。このとき、保持ツール１２と接地部との間には電位差が存在せず帯電状態にないため、保持ツール１２が帯電状態のまま部品圧着動作を実行することに起因する電気的な部品破損が発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の半導体部品の熱圧着装置は、保持ツールへの帯電を防止して半導体部品の電気的なダメージを防止することができるという効果を有し、チップオンチップ構造の半導体装置の製造分野など、微細パターンを有する半導体部品を熱圧着により実装する分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの構造説明図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの構造説明図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの構造説明図
【図５】本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の動作説明図
【符号の説明】
【００３５】
１  熱圧着装置
４  基板
６  チップ
１０  ツール交換部
１２  保持ツール
１３  実装機構部
１６  熱圧着ヘッド
２０  昇降ブロック
２２  冷却ジャケット
２３、１２３  セラミックヒータ
２４  発熱体
２７  導電バネ部材（導電部）
２８  導電コード（導電接続部材）
２９  導電膜（導電性被膜）
３１  電位計測器（計測手段）
【図１】
0004508124.tif 000002
【図２】
0004508124.tif 000003
【図３】
0004508124.tif 000004
【図４】
0004508124.tif 000005
【図５】
0004508124.tif 000006