(57)【要約】【課題】  本発明は、レーザ加熱手段が、ボンディングする電子部品に適合するように電流の立上がりから立下がりまで制御可能とされ、ボンディングの安定性及び位置精度を向上させることができると共にレーザ発振器の寿命を延ばすことを可能とした。【解決手段】  ボンディング装置に次の手段を採用する。  第１に、先端に電子部品を吸着保持するボンディングツールを有するボンディングヘッドと、電流を印加することによりレーザを発振するレーザ発振器を有しレーザ発振器から発振されたレーザをボンディングツールに保持された電子部品に照射して加熱するレーザ加熱手段と、を備える。  第２に、レーザ加熱手段は、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備える。 【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に電子部品を吸着保持するボンディングツールを有するボンディングヘッドと、
電流を印加することによりレーザを発振するレーザ発振器を有しレーザ発振器から発振されたレーザをボンディングツールに保持された電子部品に照射して加熱するレーザ加熱手段と、を備えたボンディング装置において、
レーザ加熱手段は、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
プロファイル設定手段は、温度プロファイルに基づいて電流プロファイルを設定するものである請求項1記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品にレーザを照射することにより加熱して接合するボンディング装置の改良に関するもので、レーザ加熱手段に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子部品にボンディングヘッドの内側からレーザを照射することにより加熱して接合するボンディング装置として、特許文献１に示されるように、ボンディングツールをレーザが透過可能なものとして、電子部品に対し直接レーザを照射し、電子部品を加熱して接合する方式が知られている。
【０００３】
この種のボンディング装置のレーザ加熱装置では、レーザ発振器に供給する電流のＯＮ・ＯＦＦによりレーザの発振・停止を制御でき、且つ、電流値を増減することによってレーザのエネルギ強度を制御できるようになっていた。
更に、この種のボンディング装置では、レーザが直接電子部品に照射されることから、所定の電流を供給することにより電子部品の急速加熱が可能であり、また、レーザを停止するだけで急速冷却が可能であり、ボンディング時間を短縮できるというメリットを有していた。
【０００４】
しかし、図４に示されるように、設定された電流値ｉ及び設定された時間ｔのみの制御であるため、レーザ発振器に対して急激な電流のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことになり、レーザ発振器の耐久性が問題となっていた。また、急激な冷却を嫌う電子部品も存在した。例えば、電子部品を急速冷却すると、ハンダが固まる際にムラになり変形したり、内部応力が発生したりするのである。これによりボンディングの安定性や位置精度は悪くなっていた。
【０００５】
ボンディング装置の加熱手段には、電子部品を吸着保持しているボンディングツールにレーザを照射し加熱し、ボンディングツールを介して電子部品を加熱する方式（ジュール熱ヒータ加熱方式）も存在した。この方式では、電子部品を保持しているボンディングツールに熱電対を設けて、実際の温度を検出し、設定された温度プロファイルに沿うように電流値をフィードバック制御することができた。
【０００６】
しかし、レーザを電子部品に照射して加熱する方式では、レーザが電子部品に直接照射され加熱されているため、ボンディングツールの温度を測定しても制御の役には立たず、更に、電子部品の温度を直接測定することはできないため、電流値をフィードバック制御できるものではなかった。すなわち、直接電子部品にレーザを照射して加熱する従来のレーザ加熱方式には、急激な冷却を嫌う電子部品には対応できていなかったのである。
【０００７】
【特許文献１】特許第３１９５９７０号特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、レーザ加熱手段に、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定されたプロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段と、を備えることにより、レーザ加熱手段が、ボンディングする電子部品に適合するように電流の立上がりから立下がりまで制御可能とされ、ボンディングの安定性及び位置精度を向上させることができると共にレーザ発振器の寿命を延ばすことを可能としたボンディング装置とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記課題を解決するためボンディング装置に次の手段を採用する。
第１に、先端に電子部品を吸着保持するボンディングツールを有するボンディングヘッドと、電流を印加することによりレーザを発振するレーザ発振器を有しレーザ発振器から発振されたレーザをボンディングツールに保持された電子部品に照射して加熱するレーザ加熱手段と、を備えたボンディング装置とする。
第２に、レーザ加熱手段は、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に、プロファイル設定手段が、温度プロファイルに基づいて電流プロファイルを設定するものであるという事項を付加したボンディング装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、レーザ加熱手段が、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備えたものであるため、電流の立上がりから立下がりまでの制御が可能となり、ボンディングの安定性及び位置精度を向上させることができると共にレーザ発振器の寿命を延ばすことを可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。実施例におけるボンディング装置は、電子部品である半導体チップ１を基板２にボンディングする装置である。尚、図１中符号１３は、半導体チップ１を載置固定し、位置合わせのため移動可能とされた載置ステージである。
【００１３】
ボンディング装置は、半導体チップ１を吸着保持するボンディングツール３を先端部（下端部）に有するボンディングヘッド４を備えており、移動可能とされている。即ち、ボンディングヘッド４は、チップ供給位置でボンディングツール３に半導体チップ１を吸着保持し、ボンディング位置に移動して、下降して基板２に半導体チップ１を搭載し、加熱して接合し、冷却後固定してボンディングを完了し、上昇して、再度、チップ供給位置に戻る動作を繰り返す。
【００１４】
ボンディングヘッド４の内部は、空部５とされ、該空部５には、ボンディングツール３に保持された半導体チップ１をボンディングヘッド４の内側からレーザを照射して加熱するレーザ加熱装置６が配置されている。
【００１５】
ボンディングヘッド４の下端部にはボンディングツール３が装着されている。ボンディングツール３は、実施例では熱膨張が小さく、レーザ１７の透過性の良い石英ガラスが用いられているが、レーザ１７を透過する素材であれば良い。ボンディングツール３の中央部には、半導体チップ１を吸着保持するための吸着孔１９が形成されている。更に、ボンディングツール３のボンディングヘッド４内部側に位置する表面（図１中では上面）には、反射防止膜が形成されている。
【００１６】
ボンディングヘッド４には、吸引通路７が形成されており、空部５は、該吸引通路７とボンディングヘッド４の下端に装着されたボンディングツール３の吸着孔１９以外は、密閉されている。更に、吸引通路７は、吸引装置８と接続されているため、吸引装置８により真空吸引することにより、ボンディングヘッド４内の空部５には負圧が付与され、ボンディングツール３の吸着孔１９に半導体チップ１が吸着保持可能となる。
【００１７】
レーザ加熱装置６は、光源となるレーザ発振器１４と、レーザ発振器１４に印加する電流プロファイルを決定し且つそれに従ってレーザ発振器１４に印加する電流値を制御するコントロール装置２０と、レーザ発振器１４と接続されておりボンディングヘッド４内にレーザ出射口１０を位置させた光ファイバ９と、該出射口１０から出射されたのレーザ１７を集束する集光手段たる集光レンズ１１と、レーザ１７の照射範囲を限定するための遮蔽板１５を有する。尚、光ファイバ９から出射されたレーザ１７は、拡散して集光レンズ１１に入射するため、レーザ１７の集光点１２は、集光レンズ１１の焦点位置より下方に設けられている。
【００１８】
コントロール装置２０は、ＣＰＵ２５と、電源を含む電圧リミット付定電流回路２１と、断線検知用のフォトセンサ１８と接続された照度読取回路２２と、テストチップ３１に取り付けられた熱電対２４と接続された温度読取回路２３を有している。
【００１９】
コントロール装置２０による電流プロファイルの設定は、次のような手順で行われる。
第１に、設定準備としてボンディングの際のチップ位置に熱電対２４付きのテストチップ３１を装着する。
第２に、コントロール装置２０のモニタ画面に温度プロファイルの設定画面を表示させて、生産時における温度プロファイルを入力する。
第３に、入力された温度プロファイルに応じた電流プロファイルをコントロール装置２０で求める。
【００２０】
電流プロファイルの具体的な求め方は次のように行われる。
入力された温度プロファイルに沿うと思われる電流を印加して、実際に熱電対２４付きテストチップ３１をレーザ１７により加熱し、入力した温度プロファイルの設定温度までのテストチップ３１の実際の立上がり時間が、設定した立上がり時間となるよう印加電流値を試行錯誤により求めて、記憶させる。すなわち図３に示すように設定電流値ｉ１、そこまでの立上がり時間ｔ１、設定電流値ｉ1での照射時間ｔ２、設定電流値ｉ２、そこまでの変更時間ｔ３、設定電流値ｉ２での照射時間ｔ４、立下がり時間ｔ５を求めるのである。
【００２１】
上記方法は温度プロファイルから電流プロファイルを求めているが、直接電流プロファイルを設定するようにしても良い。
更に、次のようにして電流プロファイルを求めることもできる。
第１に、設定準備として、チップ位置に熱電対２４付きのテストチップ３１を装着する。
第２に、電流値と温度関係や立上がりや立下がり時間の関係の沢山のデータを蓄積しておく。
第３に、画面に温度プロファイルの設定画面を表示させて、生産時における温度プロファイルを入力する。
第４に、その温度プロファイルに応じた電流プロファイルを予め記憶しているデータから適正な電流プロファイルを求めるのである。
【００２２】
生産時にコントロール装置２０は、記憶した電流プロファイルで電流を制御し、レーザ発振器１４に、電源を含む電圧リミット付の定電流回路２１を介して電流を印加する。これによりレーザ発振器１４は、レーザ１７を発振する。実施例でのレーザ発振器１４は、ボンディングヘッド４とは別体で装備され、光ファイバ９を介してボンディングヘッド４までレーザを導光するようにしているが、ボンディングヘッド４にレーザ発振器１４を一体的に設けたものであっても良い。光ファイバ９のレーザ出射口１０は、図１の実施例では、ボンディングツール３に対向して下向きに設置されている。勿論、反射鏡などを設けることにより、向きを限定されることのないものとなる。
【００２３】
集光レンズ１１は、図１の実施例では１枚の凸レンズを用いているが、複数枚のレンズを用いても良い。集光レンズ１１は、ボンディングヘッド４内のホルダ１６に支持されている。集光レンズ１１によるレーザの集光点１２は、ボンディングヘッド４の内部である空部５内に設けている。尚、集光レンズ１１の表裏面は反射防止膜が形成されている。また、集光手段として、凹面鏡を使用しても良い。
【００２４】
遮蔽板１５は、集光レンズ１１を通過したレーザ１７が、照射されるべき半導体チップ１からはみ出さないようするためのものである。遮蔽板１５は、図１に示す実施例では存在するが、集光レンズ１１のみで照射範囲が半導体チップ１に限定する調整が可能な場合は設けなくとも良い。
【００２５】
レーザ１７が、半導体チップ１からはみ出していると基板２に照射されて基板２が加熱されて、膨張する危険を有している。基板２が樹脂からなるような場合にはシリコンからなる基板２に比べて大きく膨張してしまう。基板２が加熱され膨張した状態でボンディングするとバンプと電極の位置がずれる上、冷却して元に戻った場合でも半導体チップ１が曲がったりして、不良品になることがあった。遮蔽板１５はこの危険を回避するために設けられている。
【００２６】
尚、ボンディングヘッド４内のボンディングツール３の斜め上方には、ボンディングツール３に吸着された半導体チップ１に照射されたレーザ１７の反射光を検出するための反射光検出用のフォトセンサ１８を設けている。フォトセンサ１８は、ボンディングヘッド４が、チップ供給位置とボンディング位置との間で往復移動することから、光ファイバ９が繰り返ししごかれ、断線することがあるので、そのような事態を検出しようとするために設けられたものである。尚、フォトセンサ１８からの信号は、照度読取回路２２を介してＣＰＵ２５に入力される。
【００２７】
以下、ボンディングの動作について説明すると、先ず、ボンディング位置では、載置ステージ１３上に基板２が供給される。他方、チップ供給位置では、ボンディングヘッド４が半導体チップ１をボンディングツール３に吸着保持する。その後、ボンディングヘッド４は、ボンディング位置に移動し、下降し、荷重制御をし、同時にコントロール装置２０は、記憶した電流プロファイルで電流を制御し、レーザ発振器１４に、電源を含む電圧リミット付の定電流回路２１より電流を印加する。
【００２８】
レーザ発振器１４はレーザ１７を半導体チップ１に向かって照射し、半導体チップ１を加圧加熱してボンディングする。レーザ１７の照射をＯＦＦにすると冷却されるが、電流プロファイルに沿って急激な冷却は避けられているので、半導体チップ１は、基板２に適正に固着される。その後、ボンディングヘッド４は、上昇し、次のボンディング動作を繰り返すことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例に係るボンディング装置の概要を示す断面説明図
【図２】コントロール装置とボンディングヘッドの関係を示すブロック図
【図３】電流プロファイルに従って電流制御のグラフ
【図４】従来の電流制御のグラフ
【符号の説明】
【００３０】
１・・・・・半導体チップ
２・・・・・基板
３・・・・・ボンディングツール
４・・・・・ボンディングヘッド
５・・・・・空部
６・・・・・レーザ加熱装置
７・・・・・吸引通路
８・・・・・吸引装置
９・・・・・光ファイバ
１０・・・・レーザ出射口
１１・・・・集光レンズ
１２・・・・集光点
１３・・・・載置ステージ
１４・・・・レーザ発振器
１５・・・・遮蔽板
１６・・・・ホルダ
１７・・・・レーザ
１８・・・・フォトセンサ
１９・・・・吸着孔
２０・・・・コントロール装置
２１・・・・定電流回路
２２・・・・照度読取回路
２３・・・・温度読取回路
２４・・・・熱電対
２５・・・・ＣＰＵ
３１・・・・テストチップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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