(57)【要約】      （修正有）【課題】熱によるチップ及びワークの性能劣化を抑えることができるチップをワークに接合する接合方法及び接合装置を提供する。【解決手段】チップ１及びワーク２をハンダ３の融点Ｔｍ未満の予熱温度Ｔ１に保持し、チップ１及びワーク２のいずれか一方のみを予熱温度Ｔ１から昇温し、チップ１をワーク２に接触させた状態で、チップ１とワーク２との間に設けられたハンダ３を融解してワーク２にチップ１を接合する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップとワークとの間に設けられたハンダを融解して前記ワークに前記チップを接合する方法において、
前記チップ及び前記ワークを前記ハンダの融点未満の予熱温度に保持する工程と、
前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみを前記予熱温度から昇温する工程と、
前記チップを前記ワークに接触させる工程とを備えることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記チップを前記ワークに接触させた状態で前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみを前記予熱温度から昇温することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記ワークを前記予熱温度から昇温することを特徴とする請求項１又は２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記ワークに複数の前記チップを接合する方法であって、
前記ワークと１の前記チップとを前記予熱温度に保持し、
前記ワークを前記予熱温度から昇温して１の前記チップを前記ワークに接合し、
１の前記チップを前記ワークに接合した後に前記ワークの温度を前記予熱温度に低下させてから前記ワークを再昇温して次の前記チップを前記ワークに接合することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。
【請求項５】
チップを吸着するコレットと、
前記コレットに吸着された前記チップを加熱する第１ヒータと、
ワークを載置する接合ステージと、
前記接合ステージに載置された前記ワークを加熱する第２ヒータと、
前記第１ヒータと前記第２ヒータの温度を制御する制御部とを備え、
前記コレットが、前記第１ヒータによって加熱された前記チップを前記第２ヒータによって加熱された前記ワークに接触させ、前記チップ及び前記ワークの間に設けられたハンダを融解して前記ワークに前記チップを接合する装置において、
前記制御部は、前記コレットに吸着された前記チップと前記接合ステージに載置された前記ワークとを前記ハンダの融点未満の予熱温度に保持し、前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみを前記予熱温度から昇温して前記ハンダを融解することを特徴とする接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にチップを加熱接合する接合方法及び接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置の製造では、発光ダイオード等のチップを回路基板やパッケージ等のワークに接合するダイボンディングが行なわれることがある。
【０００３】
このダイボンディングは、チップを吸着するコレットと、チップ及びワークを撮像するカメラとを備え、カメラが撮像した画像からチップ及びワークの位置を検出し、検出した位置に基づいてチップをワーク上の所定位置（ボンディング位置）に搬送した後、その位置でチップをワークに接合する。
【０００４】
ところで、チップとワークとの接合にハンダを用いる場合、チップ及びワークを加熱して両者の間に設けられたハンダを融解する必要があるが、チップ及びワークが高温で長時間加熱されるとチップ及びワークの性能が劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、ハンダの融点Ｔｍより高い温度Ｔａに加熱されたコレットでチップを持ち上げて、チップを温度Ｔａに向かって加熱してチップに設けられたハンダを融解し、ハンダの融点Ｔｍより低い温度Ｔｂに加熱されたワークにチップのハンダをワークに押し付けてチップをワークに接合する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１０３５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した方法では、チップがコレットに持ち上がられてからワークに接合されるまでの間、ハンダの融点Ｔｍより高い温度Ｔ１にチップが加熱され続けることとなり、チップの種類によっては熱により性能が劣化する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記の点に考慮してなされたものであり、チップ及びワークの熱による性能劣化を抑えることができる接合方法及び接合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】
【０００９】
本発明の接合方法は、チップとワークとの間に設けられたハンダを融解して前記ワークに前記チップを接合する方法において、前記チップ及び前記ワークを前記ハンダの融点未満の予熱温度に保持する工程と、前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみを前記予熱温度から昇温する工程と、前記チップを前記ワークに接触させて前記チップを前記ワークに接合する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の接合装置は、チップを吸着するコレットと、前記コレットに吸着された前記チップを加熱する第１ヒータと、ワークを載置する接合ステージと、前記接合ステージに載置された前記ワークを加熱する第２ヒータと、前記第１ヒータと前記第２ヒータの温度を制御する制御部とを備え、前記コレットが、前記第１ヒータによって加熱された前記チップを前記第２ヒータによって加熱された前記ワークに接触させ、前記チップ及び前記ワークの間に設けられたハンダを融解して前記ワークに前記チップを接合する装置において、前記制御部は、前記コレットに吸着された前記チップと前記接合ステージに載置された前記ワークとを前記ハンダの融点未満の予熱温度に保持し、前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみを前記予熱温度から昇温して前記ハンダを融解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チップ及びワークの熱による性能劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す接合装置の動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態に係る接合装置１０は、発光ダイオード等のチップ１と、回路基板やパッケージ等のワーク２との間に設けられたハンダ３を融解して前記チップ１をワーク２に接合する装置である。
【００１５】
この接合装置１０は、図１に示すように、ワーク２に接合するチップ１を供給する供給部１２と、供給部１２から搬送されたチップ１を仮置きする移載部１４と、ワーク２が載置される接合部１６と、供給部１２から移載部１４へチップ１を搬送する第１コレット１８と、移載部１４から接合部１６へチップ１を搬送する第２コレット２０と、接合装置１０を制御する制御部２１とを備える。
【００１６】
供給部１２は、ワーク２に接合するチップ１が多数貼付された粘着シートを有するチップ保持部２２と、チップ保持部２２を水平方向及び鉛直軸回り方向に移動させる供給用移動テーブル２４を備え、供給用移動テーブル２４の動作によって、チップ保持部２２を図１に示すような第１コレット１８の下方を避けた待避位置と、第１コレット１８の下方位置との間をチップ保持部２２が移動する。
【００１７】
チップ保持部２２に保持された各チップ１にはワーク２に接合する面（本実施形態では下面）にハンダ３が設けられている。チップ１とワーク２とを接合するハンダ３として、本実施形態では例えば、融点Ｔｍが２８０℃の金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金を用いる。
【００１８】
第１コレット１８は、下端面に開口する吸着孔を介してチップ保持部２２に保持されたチップ１を真空吸着する。第１コレット１８は、上下方向に移動可能に設けられたピックアップベース２５に取り付けられており、上記した供給用移動テーブル２４によるチップ保持部２２の移動に同期して上下動することで、チップ保持部２２が保持するチップ１を真空吸着して移載部１４へ供給する。
【００１９】
移載部１４は、第１コレット１８によって供給部１２から搬送されたチップ１が載置されるアライメントステージ２６と、アライメントステージ２６に載置されたチップ１を加熱する第３ヒータ２８と、アライメントステージ２６に載置されたチップ１を撮像しその位置を検出する第１カメラ３０と、アライメントステージ２６を移動させる移載用移動テーブル３１とを備える。
【００２０】
移載部１４では、ピックアップベース２５に取り付けられ第１コレット１８の移動に同期して、アライメントステージ２６が第１コレット１８の下方位置と図１に示すような第１カメラ３０による撮像が可能な撮像位置との間を移動することで、第１コレット１８の下方位置においてアライメントステージ２６にチップ１が載置され、その後、第１カメラ３０による撮像が可能な撮像位置へアライメントステージ２６は移動する。
【００２１】
第２コレット２０は、下端面に開口する吸着孔を介してチップ１を真空吸着するコレット本体３２と、コレット本体３２に真空吸着されたチップ１を加熱する第１ヒータ３４と備える。第２コレット２０は、移載部１４と接合部１６の間を移動するとともに上下方向に移動するボンディングベース３５に取り付けられており、移載部１４に載置されたチップ１を真空吸着して接合部１６へ搬送し、接合部１６に設けられたワーク２の所定位置（ボンディング位置）に吸着するチップ１を接合する。
【００２２】
接合部１６は、ワーク２が載置される搭載ステージ３６と、搭載ステージ３６に載置されたワーク２を加熱する第２ヒータ３８と、搭載ステージ３６に載置されたワーク２を撮像しその位置を検出する第２カメラ４０と、搭載ステージ３６を水平方向及び鉛直軸回り方向に移動させる搭載用移動テーブル４２とを備える。搭載用移動テーブル４２は、ボンディングベース３５に取り付けられた第２コレット２０の移動に同期して搭載ステージ３６を水平方向及び鉛直軸回り方向に移動させることで、ワーク２のボンディング位置の上方に第２コレット２０に真空吸着されたチップ１が位置するようにワーク２の位置を調整する。
【００２３】
なお、搭載ステージ３６の近傍には、チップ１を接合する前のワーク２が載置され搭載ステージ３６へワーク２を供給するワーク供給部（不図示）と、搭載ステージ３６から搬出されたチップ１を接合した後のワーク２を受け入れて収納する収納部（不図示）とが設けられている。
【００２４】
制御部２１は、図２に示すように、供給用移動テーブル２４、ピックアップベース２５、移載用移動テーブル３１、ボンディングベース３５及び搭載用移動テーブル４２の位置制御や、第１ヒータ３４、第２ヒータ３８及び第３ヒータ２８の温度制御や、第１カメラ３０及び第２カメラ４０の制御を行う制御手段として機能するとともに、第１カメラ３０及び第２カメラ４０が撮像した画像からチップ１及びワーク２の位置を検出する。
【００２５】
次に、上記した接合装置１０を使用した接合方法について、図３に基づいて説明する。
【００２６】
まず、供給部１２のチップ保持部２２に保持された多数のチップ１から１のチップ１を第１コレット１８で真空吸着して移載部１４のアライメントステージ２６に載置する。アライメントステージ２６に設けられた第３ヒータ２８は、予め、ハンダの融点Ｔｍ未満の予熱温度Ｔ１（例えば、１５０〜２５０℃）に加熱保温されており、供給部１２からアライメントステージ２６に載置されたチップ１を予熱温度Ｔ１に加熱保温する（ステップＳ１）。
【００２７】
また、搭載ステージ３６には、上記したワーク供給部よりチップ１を接合する前のワーク２が搬送され搭載ステージ３６の上面に載置される。ワーク２が載置される前の搭載ステージ３６も第２ヒータ３８によって、予熱温度Ｔ１に加熱保温されており、搭載ステージ３６に載置されたワーク２を温度Ｔ１に加熱保温する（ステップＳ２）。
【００２８】
次いで、第１カメラ３０によってアライメントステージ２６上のチップ１を撮像した画像から当該チップ１の位置を検出するとともに、第２カメラ４０によって搭載ステージ３６上のワーク２を撮像した画像から当該ワーク２の位置を検出する（ステップＳ３）。
【００２９】
次いで、検出したチップ１及びワーク２の位置情報に基づいて、ボンディングベース３５及び搭載用移動テーブル４２を動作させることで、アライメントステージ２６上のチップ１を第２コレット２０で真空吸着してワーク２のボンディング位置にチップ１を接触させる（ステップＳ４）。
【００３０】
なお、第２コレット２０に設けられた第１ヒータ３４も、第２ヒータ３８及び第３ヒータ２８と同様、予熱温度Ｔ１に加熱されており、アライメントステージ２６から搭載ステージ３６に載置されたワーク２にチップ１を搬送する間も第２コレット２０はチップ１を予熱温度Ｔ１に加熱保温する。
【００３１】
次いで、チップ１をワーク２のボンディング位置に接触させた状態で、第１ヒータ３４及び第２ヒータ３８のいずれか一方のみ、例えば、第２ヒータ３８のみを温度Ｔ１からハンダ３の融点以上の温度Ｔ２（例えば、３２０℃）へ昇温することで、搭載ステージ３６に載置されたワーク２を温度Ｔ１から昇温し、他方のヒータ、例えば、第１ヒータ３４の温度を予熱温度Ｔ１に保持する。（ステップＳ５）。本実施形態では、第２ヒータ３８の温度Ｔ１から温度Ｔ２への昇温を例えば２〜５秒間で行う。
【００３２】
そして、所定時間だけ第２ヒータ３８を温度Ｔ２に保持することで、チップ１とワーク２との間に設けられたハンダ３が融点Ｔｍ以上となって融解する（ステップＳ６）。
【００３３】
このように本実施形態では、チップ１及びワーク２のいずれか一方（ワーク２）が温度Ｔ２に加熱され、他方（チップ１）が予熱温度Ｔ１に加熱されており、加熱されたチップ１及びワーク２を接触させてハンダ３を融解する。そのため、チップ１及びワーク２のいずれか一方のみを加熱してハンダ３を融解する場合の加熱温度に比べて、本実施形態ではハンダ３を融解するための温度Ｔ２を低く設定することができる。
【００３４】
次いで、チップ１の真空吸着を解除してから第２コレット２０を上方に移動させるとともに、第２ヒータ３８の温度を温度Ｔ２から予熱温度Ｔ１へ降温することで、ハンダ３が凝固してチップ１とワーク２とを接合する（ステップＳ７）。
【００３５】
チップ１を接合したワーク２に更に次のチップ１を接合する場合は、次のチップ１を供給部１２からアライメントステージ２６に載置して予熱温度Ｔ１に加熱保温し（ステップＳ１）、第１カメラ３０及び第２カメラ４０によってチップ１及びワーク２の位置を検出し（ステップＳ３）、次のチップ１をワーク２のボンディング位置に接触させ（ステップＳ４）、第２ヒータ３８を予熱温度Ｔ１から温度Ｔ２へ昇温してワーク２を再昇温し（ステップＳ５）、所定時間だけ第２ヒータ３８を温度Ｔ２に保持してハンダ３を融解し（ステップＳ６）、第２ヒータ３８の温度を温度Ｔ２から予熱温度Ｔ１へ降温することで、ハンダ３が凝固して次のチップ１とワーク２とを接合する（ステップＳ７）。  そして、上記したステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６、及びステップＳ７をこの順に繰り返し行うことで、ワーク２に複数のチップ１を接合することができる。
【００３６】
以上のように本実施形態では、チップ１及びワーク２が予めハンダ３の融点Ｔｍ未満の予熱温度Ｔ１に加熱保温されているため、予熱温度Ｔ１からハンダ３の融点Ｔｍ以上の温度Ｔ２へ素早く昇温することができ、接合時間を短縮することができる。
【００３７】
しかも、予熱温度Ｔ１から温度Ｔ２への昇温は前記チップ及び前記ワークのいずれか一方のみ行い、他方を予熱温度Ｔ１に保持しておくため、チップ１及びワーク２の間に配置されているハンダ３の温度を制御しやすくなるため、昇温速度を上げてもオーバーシュートしにくく、ハンダ３を融解するために過不足のない適切な温度へ素早く昇温することができ、チップ１及びワーク２の熱による性能劣化を抑えることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、チップ１をワーク２のボンディング位置に接触させた状態で第２ヒータ３８を予熱温度Ｔ１から昇温するため、急激にハンダ３が加熱されることがなくハンダ３に気泡が発生しにくくなるとともに、ワーク２の熱膨張に起因する位置ずれの影響を低減でき位置精度を向上させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、チップ１及びワーク２のうち外形寸法の大きいワーク２を予熱温度Ｔ１から温度Ｔ２へ昇温するため、昇温時の温度制御がしやすく、ハンダ３を融解するために過不足のない適切な温度へ素早く昇温することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…チップ            ２…ワーク          ３…ハンダ
１０…接合装置      １２…供給部        １４…移載部
１６…接合部        １８…第１コレット  ２０…第２コレット
２１…制御部        ２２…チップ保持部  ２４…供給用移動テーブル
２５…ピックアップベース    ２６…アライメントステージ    ２８…第３ヒータ
３０…第１カメラ    ３１…移載用移動テーブル    ３２…コレット本体
３４…第１ヒータ    ３５…ボンディングベース    ３６…搭載ステージ
３８…第２ヒータ    ４０…第２カメラ            ４２…搭載用移動テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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