(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、
前記冷却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板を貫通する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成されて吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と連通する、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風通路とを具備することを特徴とする半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項２】
前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設けられた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項３】
前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、
該柱状部に、柱状部側壁に開口する通孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項４】
前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項５】
前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする請求項３または４記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項６】
ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、
前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、
前記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開口する通孔を有することを特徴とする半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項７】
前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする請求項６記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載の半導体チップボンディング用ヘッドを用い、
吸着ツールによって半導体チップを吸着保持し、ヒーター板によって吸着ツールを介して半導体チップを加熱し、該加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給路から前記吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を供給し、前記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体チップを実装基板にフリップチップボンディングすることを特徴とする半導体チップボンディング方法。
【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ボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金バンプを形成した半導体チップを実装基板にはんだによりフリップチップボンディングする場合には、図５に示すようなボンディング用ヘッド１０を用いている。
このボンディング用ヘッド１０は、ヘッド本体部１２と、該ヘッド本体部１２に取りつけられたヒーター板１３と、吸引孔１４を有し、ヒーター板１３下面に当接して取りつけられた吸着ツール１５と、冷却部とを有する。
冷却部は、ヘッド本体部１２およびヒーター板１３を貫通して設けられた冷却風供給路１６と（図６）、ヒーター板１３下面に形成されてヒーター板１３側壁面に開口し、冷却風供給路１６と連通する冷却風通路１７とを有する（図７）。１８は冷却エアポートである。
【０００３】
そして、吸着ツール１５に吸引保持された半導体チップを吸着ツール１５を介してヒータ板１３により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングするのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記半導体チップのボンディング方法には次のような課題がある。
すなわち、上記ヒーター板は、パルスヒーター等により対象物（吸着ツール、半導体チップ）を短時間に加熱可能である。しかしながら、昇温は比較的短時間で行えるものの、冷却は容易でなく、溶融したはんだを冷却、凝固させるまで、吸着ツールにより半導体チップを長時間押圧していなければならず、タクトタイム短縮のために、上記のように冷却部により急冷するようにしているが、冷却効果が十分でなく、望むようなタクトタイム短縮が得られていない。
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、冷却効果が高く、タクトタイムの短縮が図れる半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の構成を有する。
すなわち、本発明に係る半導体チップボンディング用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、前記冷却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板を貫通する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成されて吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と連通する、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風通路とを具備することを特徴とする。
【０００６】
前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設けられた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを特徴とする。
前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、該柱状部に、柱状部側壁に開口する通孔が設けられていることを特徴とする。
また、前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設されていることを特徴とする。
さらに前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明に係る半導体チップボンディング用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、前記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開口する通孔を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る半導体チップボンディング方法では、上記ボンディングヘッドを用い、吸着ツールによって半導体チップを吸着保持し、ヒーター板によって吸着ツールを介して半導体チップを加熱し、該加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給路から前記吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を供給し、前記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体チップを実装基板にフリップチップボンディングすることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、ボンディングヘッド２０の正面図である。図５に示す従来ヘッド１０と同一の部材は同一符号で示した。
ヘッド本体１２に断熱ブロック１２ａを介してヒーター板１３が取りつけられている。ヒーター板１３はパルスヒーターが組み込まれて、対象物を短時間に加熱可能である。ヒーター板１３は断熱ブロック１２ａに取り付けネジ（図示せず）によって固定されている。ヒーター板１３はセラミック板を用いることができる。
【００１０】
ヒーター板１３に、吸着ツール１５が図示しない取り付けネジによって固定されている。吸着ツール１５もセラミック製とすることができるが、これに限定されるものではない。
吸着ツール１５は、図２に示すように、ヒーター板１３とほぼ同じ大きさに形成され、ヒーター板１３下面に当接する板状部１５ａと、この板状部１５ａ下面に突設され、吸引孔１４を有する柱状部１５ｂとからなる。
吸着ツール１５には、半導体チップ２１を吸着可能な吸引孔１４が上下方向に開口されている。この吸引孔１４は、ヘッド本体１２、ヒーター板１３を貫通して設けられた吸引孔２２と連通している。吸引孔２２は図示しない真空吸引装置に接続される。
【００１１】
吸着ツール１５の上面には、図２（ａ）に示すように、吸着ツール１５の板状部１５ｂの側壁面に開口する凹部からなる冷却風通路２３が設けられている。
この冷却風通路２３は、吸引孔１４を囲むようにして、吸着ツール１５の上面に広い面積で設けるとよい。
冷却風通路２３は、ヘッド本体１２およびヒーター板１３を貫通して設けられた冷却風供給路１６と連通する。冷却風供給路１６には接続口１８に冷風供給パイプ（図示せず）が接続されて冷風が供給される。
【００１２】
なお、ボンディングヘッド２０は、図示しない３次元駆動装置に搭載され、半導体チップ２１をボンディングする実装基板２４の上方空間内で自在に移動可能に配設される。
【００１３】
本実施の形態は上記のように構成されている。
半導体チップ２１を実装基板２４にボンディングするには次のようになされる。
まず、半導体チップ２１が収容されているトレー（図示せず）から、吸着ツール１５によって半導体チップ２１を吸着して保持する。次いでヘッド２０は実装基板２４上の所定位置に移動される。ヒーター板１３に所要時間通電され、ヒーター板１３によって吸着ツール１５を介して半導体チップ２１が加熱される。
次いでヘッド２０が下降され、加熱された半導体チップ２１が実装基板２４上の所要実装箇所に押圧される。半導体チップ２１に設けられたバンプ（図示せず）を介して実装基板２４に設けられたはんだ層（図示せず）が溶融される。
次いで冷却風供給路１６から吸着ツール１５に形成された冷却風通路２３に冷風が供給され、溶融したはんだが冷却、凝固され、これにより半導体チップ２１が実装基板２４にフリップチップボンディングされる。
次いでヘッド２０が上昇され、次の半導体チップ２１のボンディングがなされる。
【００１４】
本実施の形態では、上記のように、ヒーター板１３下面と接する吸着ツール１５の上面に、広い面積の冷却風通路２３を設け、多量の冷風を供給できるようにしたので、吸着ツール１５が素早く冷却され、これに保持されている半導体チップ２１も冷却され、したがってはんだも素早く冷却、凝固されて半導体チップ２１がボンディングされることになる。
したがって、タクトタイムの短縮化が図れる。
従来では、前記のように、冷却風通路がヒーター板１３下面に設けられ、ヒーター板１３の構造上の制約から広い面積あるいは断面積の冷却風通路が設けられなかったので、冷却効率が悪く、タクトタイムの短縮が図れなかったのである。
本実施の形態では、従来に比して、冷却時間を７６％（２．６秒から１．９８秒）に短縮できた。
【００１５】
図３は他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、吸着ツール１５の柱状部１５ｂに、柱状部１５ｂの側壁面に開口する通孔２５を設けている。この通孔２５は、吸着ツール１５の大気との接触面積を大きくするためのもので、実施例では、柱状部１５ｂ内に格子状に設けた。
このように、本実施の形態では、吸着ツール１５の大気との接触面積を大きくしたので、それだけ吸着ツール１５ひいては半導体チップ２１の冷却を早め、はんだを素早く凝固させることができる。
これにより、冷却時間を８８％（２．６秒から２．３０秒）に短縮できた。
【００１６】
なお、本実施の形態では、図１に示すように、吸着ツール１５に吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズル２７を設けるとさらに好適である。
このように冷却ノズル２７を設けて、通孔２５内に強制的に冷風を吹き込むことによってさらに冷却効率を高めることができる。
また本実施の形態でも、図２に示す冷却部（冷却風通路２３等）を併用することで一層冷却効率を高めることができる。
【００１７】
図４はさらに他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、吸着ツール１５の板状部１５ａ下面に、多数の冷却フィン２９を突設している。本実施の形態でも吸着ツール１５の大気との接触面積（表面積）を増大でき、それだけ冷却効率を高めることができる。従来例に比して、冷却時間を９０％（２．６秒から２．３４秒）に短縮できた。
また本実施の形態でも、図１に示すように、冷却ノズル２７を設けて、吸着ツール１５に強制的に冷風を吹き付けることでさらに冷却効率を高めることができる。
また、図２、および／または図３に示す態様を併用することで一層冷却効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構造で、容易にはんだ凝固時間、したがってタクトタイムを短縮できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ヘッド全体の構造を示す概略図である。
【図２】  第１の実施の形態を示す説明図である。
【図３】  第２の実施の形態を示す説明図である。
【図４】  第３の実施の形態を示す説明図である。
【図５】  従来のヘッドの概略を示す説明図である。
【図６】  冷却風供給路の説明図である。
【図７】  ヒーター板の下面に設けた冷却風通路を示す説明図である。
【符号の説明】
１２  ヘッド本体
１３  ヒーター板
１４  吸引孔
１５  吸着ツール
１６  冷却風供給路
２０  ヘッド
２１  半導体チップ
２２  吸引孔
２３  冷却風通路
２４  実装基板
２５  通孔
２７  冷却ノズル
２９  冷却フィン
【図１】
0003809125.tif 000002
【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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【図７】
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