JP2000294602A - フリップチップボンダー - Google Patents

フリップチップボンダー

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップおよび配線基板を短時間で加熱
する。また接続部の基板の反りの無い安定した接続を得
る。 【解決手段】 半導体チップ４の各電極を配線基板に一
括接続するためのフリップチップボンダーにおいて、半
導体チップ４を吸着するためのチップ吸着ブロック５
が、レーザ光線を透過するガラスで構成され、ステージ
１の配線基板３に接する部分にはペルチェ素子２が組み
込まれている。半導体チップ４はレーザ光線によりチッ
プ４の全体が直接加熱されるので、急速加熱される。ま
た配線基板３はペルチェ素子２により急速加熱および急
速冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップボ
ンダーに関し、特に、半導体チップおよび配線基板の加
熱および冷却するためのフリップチップボンダーの構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のフリップチップボンダー
は、例えば、特開平４−３４８５４０号公報に示される
ように、チップは押圧アーム内のヒータにより加熱され
ていた。
【０００３】図６は、上述した従来の加熱方式を使用し
たフリップチップボンダーの一例を示す図であり、チッ
プ吸着ヘッド部とステージとの位置関係を示す断面図で
ある。チップ吸着ブロック５にはヒータ１０が埋め込ま
れている。この従来のフリップチップホルダーの動作に
ついては、まず、チップの裏面がチップ吸着ブロック側
になるように真空吸着する。さらに基板の所定位置にチ
ップ４の位置を光学的認識装置により合わせた後、プラ
ンジャー８を下降し、加圧しながらヒータ１０によりチ
ップ吸着ブロック５を介して、熱伝導によりチップ４を
加熱する。こうすることにより基板３の電極端子とチッ
プ４の電極パッドとが接続される。さらに所定時間保持
することにより、基板３側にあらかじめ塗布されている
熱硬化性樹脂が硬化しチップ４と基板３との接合が完了
する。次に、チップ吸着ブロック５の真空吸着を解除し
た後、ヒータ１０をＯＦＦにしプランジャー８を上昇さ
せ、チップ４が接合された基板３が取り出される。
【０００４】また、図７は、特開平４−９８２１号公報
に示されたボンディング装置を示す図であり、従来のレ
ーザを部分的に照射して、そのレーザを移動させながら
順次接続部を加熱する方法を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
ヒータによりチップ吸着ブロックを介して、熱伝導によ
り熱を伝えているため、チップに熱が伝わるのが遅くな
る。従って、チップと基板とを接合するための所要時間
が長く、生産性が悪いという問題があった。
【０００６】上記問題に対する対策として、あらかじめ
チップ吸着ブロックやステージを加熱しておくという方
法もあるが、この場合は、基板側にあらかじめ塗布され
ている熱硬化性樹脂の硬化が進行するため、基板の電極
端子とチップの電極パッドの接続が不安定となるばかり
でなく、基板とチップの線膨張係数の差によりチップが
接合された基板を取り出してから、常温に下がるまでの
間に基板が反ってしまうという問題点があった。
【０００７】また、上述した特開平４−９８２１号公報
に示されるような、従来のレーザを部分的に照射して、
そのレーザを移動させながら順次接続部を加熱する方法
では、チップ全体を同時に加熱することができず、接続
部の均一な加圧ができないため、フリップチップボンデ
ィングには使うことができないという問題があった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記問題を解決
すべく、生産性の良いフリップチップボンダーを提供す
ることにある。
【０００９】また、本発明の他の目的は、基板の反りが
発生せず、基板の電極端子とチップの電極パッドの安定
した接続が行えるフリップチップボンダーを提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のフリップチップボンダーは、チップの各電
極パッドを基板の各電極端子に一括接続するためのフリ
ップチップボンダーにおいて、チップの吸着およびチッ
プへの加圧をするためのチップ吸着ブロックを備え、チ
ップ吸着ブロック越しにレーザでチップの全体を直接加
熱することを特徴とする。
【００１１】また、基板側にペルチェ素子を配置し、ペ
ルチェ素子により基板側から加熱および冷却するのが好
ましい。
【００１２】さらに、チップは、ペルチェ素子に向かい
合うように配置されるのが好ましい。
【００１３】またさらに、基板の電極端子の丁度真上に
チップの電極パッドが来て向かい合うように接合される
のが好ましい。
【００１４】また、チップ吸着ブロックでチップを加圧
したままの状態で、基板とチップとを加熱状態から冷却
状態に切り替えることができるのが好ましい。
【００１５】さらに、チップ吸着ブロックは、レーザ光
線を透過するガラスよりなり、チップを真空吸着する排
気口を備えるのが好ましい。
【００１６】またさらに、排気口は、チップの平面に対
して垂直な空洞と、垂直な空洞につながり、チップの平
面に対して平行な空洞とによりなるのが好ましい。
【００１７】また、チップ吸着穴は、チップの平面に対
して垂直にチップ吸着ブロックを貫通するのが好まし
い。
【００１８】このように、本発明のフリップチップボン
ダーは、特に、チップ吸着ブロックがレーザ光線を透過
するガラスで構成されている。またステージの基板に接
する部分にはペルチェ素子が組み込まれている。
【００１９】以上説明したように、本発明のフリップチ
ップボンダーでは、チップはチップ吸着ブロックの上方
からレーザにより直接加熱されるので急速加熱が可能で
ある。またステージには、ペルチェ素子が組み込まれて
おり、基板の急速加熱および急速冷却が可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】図１は、本発明のフリップチップボンダー
のチップ加熱部の実施の形態の構成を示す断面図であ
る。このチップ加熱部は、チップ吸着ヘッド部として、
レーザ光線を透過するチップ吸着ブロック５と、チップ
４を加圧するためのプランジャー８と、チップ吸着ブロ
ック５を支持するためのチップ吸着ブロックホルダー７
と、チップ４にレーザを照射するためのレーザ照射口９
と、チップ４を真空吸着する排気口６とを備える。他
に、基板３を位置決めするためのステージ１と、ステー
ジ１に設けられ、基板３を加熱および冷却するためのペ
ルチェ素子２とを備える。
【００２２】次に、図１〜図４を参照して、本発明の実
施の形態の動作について詳細に説明する。図２〜図４
は、本発明のフリップチップホルダーの実施の形態の動
作を示す断面図である。
【００２３】まず、図１に示すようにステージ１の所定
位置に基板３を載せる。この時、基板３のチップが接続
される位置は、丁度ペルチェ素子２の上に来るようにし
ておく。次に、チップ４の裏面をチップ吸着ブロック５
で真空吸着し、光学的認識装置（図示省略）により、基
板３およびチップ４の位置を認識し、チップ４側もしく
は基板３側で位置補正を行った後、プランジャー８を下
降し、基板３とチップ４との接続面を合わせる。
【００２４】図２は、基板３とチップ４との接続面を合
わせる直前の状態を示す詳細断面図である。基板３側の
電極端子とチップ４側の電極パッドが向かい合うように
して接合させる。
【００２５】図３は、基板３とチップ４との接合が完了
した時の周辺の状態を示す断面図である。次に、図３に
示すペルチェ素子２に通電し、基板３を加熱すると共に
図１に示すレーザ照射口９からレーザを照射しチップ４
を加熱する。
【００２６】図４は、フリップチップボンディングが完
了したときの状態を示す詳細断面図である。この状態
で、プランジャー８により加圧したまま所定時間基板３
とチップ４とを加熱することにより、基板３上に塗布さ
れている熱硬化性樹脂１２が硬化し、基板３とチップ４
が接着されると共に、基板の電極端子１１とチップの電
極パッド１３とが接続される。次に、レーザ照射を停止
し、さらにペルチェ素子２の通電方向を逆に切り替え、
基板３およびチップ４を常温付近まで冷却することによ
りフリップチップボンディングが完了する。
【００２７】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。
【００２８】図１を参照すると、本発明のフリップチッ
プボンダーのチップ加熱部の構成は、チップ吸着ヘッド
部として、レーザ光線を透過するガラス製のチップ吸着
ブロック５と、チップ４を加圧するためのプランジャー
８と、チップ吸着ブロック５を支持するためのチップ吸
着ブロックホルダー７と、チップ４にレーザを照射する
ためのレーザ照射口９と、チップ４を真空吸着する排気
口６とを備え、他に、基板３を位置決めするためのステ
ージ１と、基板３を加熱および冷却するためのペルチェ
素子２とで構成されている。
【００２９】次に、図１〜図４を参照して、本発明の第
１の実施例の動作について詳細に説明する。
【００３０】まず、図１に示すようにステージ１の所定
位置に基板３を載せる。この時、基板３のチップ４が接
続される位置は、丁度ペルチェ素子２の上に来るように
しておく。次に、チップ４の裏面をチップ吸着ブロック
５で真空吸着し、光学的認識装置（図示省略）により基
板３とチップ４との位置を認識し、チップ４側もしくは
基板３側で位置補正を行った後、プランジャー８を下降
し、基板３とチップ４の接続面とを合わせる。
【００３１】次に、上述した位置補正が完了して、図２
に示すように、基板３およびチップ４の接続面が接合す
る直前の状態を、基板３の熱硬化性樹脂１２の間に設け
られた電極端子１１の丁度真上にチップ４の電極パッド
１３が来ている状態にする。
【００３２】次に、図３に示すように、基板３とチップ
４との接続面を接合させる。この図は、基板３およびチ
ップ４の周辺の位置関係を示している。図３に示すペル
チェ素子２に通電し、基板３を加熱すると共に、図１に
示すレーザ照射口９からレーザを照射し、チップ４を加
熱する。ここでペルチェ素子２は市販品（例えば、電子
冷却式ユニットクーラーＭＣ−３０Ｔとして熱電子工業
株式会社から販売されている）が使用可能であり、基板
３の温度を７０℃程度まで加熱できる。また、レーザは
波長１．０６μｍのＹＡＧレーザを使用することにより
石英製のチップ吸着ブロック５を透過してチップ４を直
接加熱することが可能であり、チップ４の温度を２５０
℃程度に加熱する。さらに、プランジャー８により、チ
ップ４を１０Ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧し、２０〜３０秒
間保持することにより、基板３上に塗布されている熱硬
化性樹脂１２が硬化し、基板３とチップ４とは接着固化
される。次に、レーザ照射を停止し、さらにペルチェ素
子２の通電方向を逆に切り換え、基板３およびチップ４
を３０℃程度まで冷却した後プランジャー８によりチッ
プ吸着ヘッド部を上昇し、チップ４が接着された基板３
を取り出しフリップチップボンディングが完了する。
【００３３】図４に、フリップチップボンディングが完
了した基板とチップの詳細断面図を示す。基板３側の電
極端子１１とチップ４側の電極パッド１３とが向き合い
その周囲に熱硬化性樹脂が取り巻いている状態で、フリ
ップチップボンディングが完了する。
【００３４】次に、図面を参照して、本発明の第２の実
施例について詳細に声明する。
【００３５】図５は、本発明の第２の実施例の構成を示
す断面図である。本実施例では、チップ吸着ブロック５
に設けられたチップ吸着穴１６はまっすぐ上に貫通して
いる。すなわち、上述した第１の実施例においては、チ
ップ吸着穴１６は、チップ吸着ブロック内でＬ型に曲が
り、チップ吸着ブロックホルダー７の排気口６につなが
っていたが、第２の実施例ではチップ吸着ブロック５か
らまっすぐ上に貫通した後、プランジャー８のレーザ照
射光９を通過してチップ吸着ブロックホルダー７に横向
きに設けられた排気口６につながっている。こうするこ
とにより、レーザがチップ４に照射されるエネルギーが
チップ吸着穴１６により遮られる量がより少なくて済
み、レーザによるチップの加熱効率が向上するという特
徴を有する。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、レー
ザによりガラス越しにチップ全体を直接加熱することと
ペルチェ素子により基板の加熱を行っていてチップと基
板とが急速に所定温度に達するので加熱時間が短くて済
む。従って、チップと基板を接合するための時間が短く
生産性が良くなるという効果を奏する。
【００３７】また、基板にチップを加圧した状態で基板
をペルチェ素子により加熱しながらレーザによりチップ
を加熱し、所定時間保持して基板上に塗布されている熱
硬化性樹脂が硬化して基板とチップとが接着された後、
レーザによるチップの加熱を停止し、さらにペルチェ素
子の通電方向を逆に切り換えて基板とチップを常温付近
まで冷却してから加圧を解除している。従って、基板の
電極端子とチップの電極パッドとの安定した接続が行
え、基板の反りも発生しないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフリップチップボンダーの実施の形態
の構成を示す断面図であり、チップ吸着ヘッド部とステ
ージの位置関係を示す断面図である。
【図２】本発明のフリップチップボンダーにより基板と
チップが接合される直前の状態を示す詳細断面図であ
る。
【図３】本発明のフリップチップボンダーにより接続さ
れた基板およびチップの状態を示す断面図である。
【図４】本発明のフリップチップボンダーにより接続さ
れた基板およびチップの状態を示す詳細断面図である。
【図５】本発明のチップ吸着ヘッド部の他の実施例の構
成を示す断面図である。
【図６】従来のフリップチップボンダーのチップ吸着ヘ
ッド部とステージとの位置関係を示す断面図である。
【図７】従来のレーザを部分的に照射して、そのレーザ
を移動させながら順次接続部を加熱する方法を示す概略
断面図である。
【符号の説明】
１ ステージ ２ ペルチェ素子 ３ 基板 ４ チップ ５ チップ吸着ブロック ６ 排気口 ７ チップ吸着ブロックホルダー ８ プランジャー ９ レーザ照射口 １０ ヒータ １１ 電極端子 １２ 熱硬化性樹脂 １３ 電極パッド １４ ガラス板 １５ ポリイミドテープ １６ チップ吸着穴

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】チップの電極パッドの各々を基板の電極端
    子の各々にレーザにより一括接続するためのフリップチ
    ップボンダーにおいて、 前記チップの吸着および前記チップへの加圧をするため
    のチップ吸着ブロックを備え、前記チップ吸着ブロック
    越しにレーザで前記チップの全体を直接加熱することを
    特徴とするフリップチップボンダー。
  2. 【請求項２】前記基板側にペルチェ素子を配置し、前記
    ペルチェ素子により前記基板側から加熱および冷却する
    ことを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップボ
    ンダー。
  3. 【請求項３】前記チップは、前記ペルチェ素子に向かい
    合うように配置されたことを特徴とする、請求項２に記
    載のフリップチップボンダー。
  4. 【請求項４】前記基板の前記電極端子の丁度真上に前記
    チップの前記電極パッドが来て向かい合うように接合さ
    れたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載
    のフリップチップボンダー。
  5. 【請求項５】前記チップ吸着ブロックで前記チップを加
    圧したままの状態で、前記基板と前記チップとを加熱状
    態から冷却状態に切り替えることができることを特徴と
    する、請求項１〜４のいずれかに記載のフリップチップ
    ボンダー。
  6. 【請求項６】前記チップ吸着ブロックは、レーザ光線を
    透過するガラスよりなり、前記チップを真空吸着する排
    気口を備えたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれ
    かに記載のフリップチップボンダー。
  7. 【請求項７】前記排気口は、前記チップの平面に対して
    垂直な空洞と、前記垂直な空洞につながり、前記チップ
    の平面に対して平行な空洞とによりなることを特徴とす
    る、請求項１〜６のいずれかに記載のフリップチップボ
    ンダー。
  8. 【請求項８】前記排気口は、前記チップの平面に対して
    垂直な空洞よりなり、前記垂直な空洞は、前記レーザの
    照射口に開放されていることを特徴とする、請求項１〜
    ６のいずれかに記載のフリップチップボンダー。
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