JPH0476930A - 半導体素子実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子実装装置に関し、特に詳細には、半
導体素子をフェースダウンボンディングで基板上に実装
する半導体素子実装装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体素子を基板上に実装する際、実装密度及び
作業性の点からフェースダウン方式において、フリップ
チップ実装技術が注目されるようになってきた。この方
法は、「エレクトロニ・ンク・バッケイジング・テクノ
ロジー」の１９８９年１２月号に掲載された「フリ・ノ
プチ・ツブ実装の技術動向」と題する文献に記載されて
いる。そして、フリップチップをフェースダウン方式で
基板上に実装する際、半導体素子を実装する基板面に対
して平行に保った状態でフェースダウンしなければなら
ない。しかし、従来は実装装置の最初の調節の際、ボン
ディングヘッドと基板面との平行度を調整した後は、調
節をおこなわずフェースダウンボンディングを実施して
いた。このような方法では、半導体素子を基板面に対し
て確実にボンディングできない場合があった。そこで、
フェースダウンボンディング中に半導体素子を吸着保持
したツールの真横に設けたＴＶカメラ等で、半導体素子
を観察し、ツールと基板との平行度を観察しつつフェー
スダウンを行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のような従来の方法では、バンブか設けら
れた半導体素子とこれかボンディングされる基板との間
では、１０ｍｍ当たり数μｍ程度の平行度しか実現でき
ず、その結果、フリップチップのバンブ高さが１０μｍ
以下となるような高密度化に伴う微細化に十分対応する
ことかできなかった。

本発明は上記課題を解決し、高密度化に伴い微細化に対
応できる半導体素子実装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〕

本発明の半導体素子実装装置は、吸着面を有し、片面に
バンブ電極が形成されている半導体素子を反対面で吸着
面に吸着させて保持するボンディングツールと、半導体
素子が実装される基板を保持する保持部材と、ボンディ
ングツールを前記保持部材に対して移動させる移動機構
と、ボンディングツール内に収納可能で、その先端部が
前記吸着面に対して平行な面を画成するように前記吸着
面の周囲に設けられた少なくとも３本以上の導電ピンと
、保持部材の基板保持面の周囲に設けられ、導電ピンに
対応する位置に設けられた導電部と、導電ピンと導電部
との対にそれぞれ設けられ、導電ピンと導電部との接触
状態を電気的に検出する電気検出手段とを備えたことを
特徴とする。

更に、上記半導体素子実装装置に、ボンディングツール
がその吸着面の基板保持面に対する傾斜を調整できる傾
斜調整機構と導電ピンを収納させる収納機構とを設け、
更に電気検出手段での検出に基づいて傾斜調整機構と収
納機構と移動機構とを制御する制御手段を設け、自動的
にフェースダウンボンディングを行うように構成するこ
とも好ましい。

〔作用〕

本発明の半導体素子実装装置では、その先端部が素子吸
着面に平行な面を画成する複数の導電性ピンを吸着面よ
り突出して設け、かつこの導電ピンに対応した基板保持
面上に複数の導電部が設けである。そのため、ボンディ
ングツールを保持部材に向けて移動させ、この導電性ピ
ンとボンディングツール上に導電ピンに対応して設けた
導電部との接触状態を見ることにより、ボンディングツ
ルの吸着面の傾斜状態を正確に検知できる。そしてこの
検知された結果により、ボンディングツールの傾斜状態
を補正し、ボンディングツール上の半導体素子の面を基
板の素子搭載面に対して平行にすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ本発明に従う実施例を説明して
いく。

第１図に示すように、半導体素子実装装置は、半導体素
子１を搭載するボンディングツール２と、半導体素子が
実装される半導体基板を保持する基板保持部１２と、ボ
ンディングツール２と基板保持部１２との平行度を検出
する電気検出部４とを備えている。

このボンディングツール２の先端部には、半導体素子１
を吸着固定する平面２ａ（吸着面）が形成されている。

そして、この平面２ａの中央部には、真空ポンプ２０に
接続された貫通口２ｂが形成されている。更に、このボ
ンディングツール２には、第２図（ａ）に示すように、
貫通口２ｂの中心部を中心にして１２０度の角度で振り
分けられた位置に３つのビン機構５．６．７が設けられ
ている。そして、これらのビン機構５等は全て同じ構造
なので、ビン機構５を例に挙げて説明する。

このビン機構５は、第１図に示すように、円筒状のシリ
ンダ部５ａとこのシリンダ部５ａに接続され、これを保
持部材２内に収納する駆動機構（図示せず）を備えてい
る。更にこのシリンダ部５ａは、導電性の材料より構成
された導電ビン９とこの導電ピン９の先端部９ａをボン
ディングツールの吸着面より突出させるように圧縮スプ
リング８が導電ピン９の底部に当接して配置されている
。

そしてシリンダ部５ａは駆動機構から伸びるロッド５ｃ
に結合されている。この駆動機構は、シリンダ部５ａを
ツール面に対して垂直方向に移動するように構成され、
その導電ピン９の先端部９ａをツール面の内部に収納可
能にしている。このように構成された駆動機構、シリン
ダ部、導電ピンが３対に設けられている。そして、この
３本の導電ピン９．１０．１１の先端部は無負荷状態で
、吸着面２ａに対して平行な面を画成している。更に、
ボンディングツール２は、実装装置に装着される基板３
の半導体素子搭載面３ａをＸＹ平面としたとき、このＸ
Ｙ平而面対して直交する方向Ｚに移動可能であり、更に
、このＸＹ平面に平行で、平面２ａ上の貫通孔２ｂの中
心を通る平面を規定するＸＹ両軸に対してそれぞれ回転
角θＸ、θｙ力方向調節可能に保持されている。

この半導体素子実装装置の基板保持部１２は、基板３を
その下面を全面で支持し、基板３を所定の位置に保持固
定する固定機構（図示せず）を備えている。そして、こ
の基板保持部１２の基板保持領域を外した領域には導電
部１３．１４．１５が設けられている。そして、これら
の導電部１３等は導電ピン９．１０．１１に対応する位
置に設けられ、このボンディングツール２がある程度傾
斜しても、それぞれ導電ピン９．１０．１１に当接でき
るように十分な面積をもち、その上面はボンディングツ
ール２の基板保持面１２ａに対して平行となるように設
けられている。

電気検出部４は、先に説明した導電ピンと導電部との対
に対してそれぞれ設けられ、それらは同じ構造を有して
いる。そのため、導電ピン９と導電部１３との対に対し
て設けである電気検出部４について説明する。この電気
検出部４は、互いに直列に接続された電源部１６と電流
検出器１７とを備え、第１図に示すように電源部１６の
一端は、導電ピン９の一端に、電流検出器１７の一端は
導電部１３に接続されている。そして、導電ピン９の先
端部９ａが導電部１３に接触して導通状態となったとき
、電流検出器１７は、そこに流れる電流を検知し、接触
したことを指示するように構成されている。このような
電気検出部が導電ピン９．１０．１１と導電部１３．１
４．１５との対のそれぞれ独立に設けである。

上記のように構成したことにより、ボンディングツール
２を基板保持部１２に対して下降させていったとき、も
しンボンデイングツール２の素子吸着面２ａが基板保持
部１２の基板保持面１２ａに対して傾斜している場合に
は、傾斜面の一番下側に近い導電ピンと導電部とか接触
し、この対に対応する電気検出器か、その接触を検知す
る。これにより、どの電気検出器か真っ先に電流を検出
したかにより、どの部分が一番低くなっているか、すな
わちどの方向に傾斜しているかを知ることができる。

また、最初の電流検知の後、更にボンディングツール２
を下降させ、次にどの電気検出器で電流検知が行われる
かを調べることにより、さらに正確に、ボンディングツ
ール２の傾斜方向、傾斜の程度を知ることもができる。

そして、全ての電気検出器が同時に電流検知をしたとき
は、ボンディングツール２の吸着面が、基板保持部１２
の保持面１２ａに平行となっている。ここで、基板３の
下面は、基板３の上面３ａに対して平行に構成され、３
本の導電ピンの先端により構成される平面が、ボンディ
ングツール２に搭載した半導体素子１のフェースダウン
ボンディング面に対して平行となるように構成しである
。

そのため、３つの電気検出器で同時に電流検知がされた
ときは、半導体素子１のボンディング面と基板３の上面
３ａとが、平行になっている。

次に、上記装置を使用して、半導体素子１を基板３上の
半導体素子搭載面３ａ上にフェースダウンボンディング
する方法について、第３図を用いて説明する。

まず、基板３を基板保持部１２上の所定の位置に固定す
る。次に、シリンダ部５ａ等の駆動機構を駆動し、導電
ピンをボンデインブール２内に、収納し、導電ピンの先
端がボンディングツール内に収納した後、バンブ電極が
形成されている面の反対面がボンディングツール２の貫
通孔２ｂを覆うように半導体素子１をセットし、真空ポ
ンプ２０で貫通孔２ｂ内を真空吸引して、半導体素子１
をボンディングツール２の先端部に吸着固定する（第３
図（ａ）参照）。

次に、駆動機構を作動させ、導電ピン９等をボンディン
グツール２より突出させる。

次に、ボンディングツール２を−Ｚ方向に徐々に下降さ
せていく。下降中、どの電気検出部において、電流が検
出されるかを観察する。第３図（ｂ）は、３本の導電ピ
ンのうち、−本の導電ピンが、対応する導電部に接触し
た状態を示している。この状態では、接触している導電
ピンと導電部との対に対応する電流検知器か電流を検知
し、接触したことを表示する。

そこで、次に、ボンディングツール２をＺ方向に上昇さ
せ、接触している導電ピンと導電部とを離間させた後、
先の電流検知した電流検知器に対応する導電ピンの位置
する部分が他の２つの導電ピンが設けられている位置に
対して同じ高さとなるようにボンディングツール２のＸ
軸方向の回転角θｘＳＹ軸方向の回転角θｙを微調整す
る。そして、再度、ボンディングツール２を−Ｚ方向に
移動し、電流検知器の電流検知状態を観察する。

全ての電流検知器が同時に電流を検知するまで、上記ボ
ンディングツール２の上下降、傾斜調整を繰返す。そし
て、全ての電流検知器が同時に電流検知をするようにな
った状態で、ボンディングツル２の傾斜を固定する。こ
の状態を第３図（ｃ）に示す。

その後、駆動機構を作動し導電ビン９等をボンディング
ツール２内に収納した後、ボンディングツール２を−Ｚ
方向に移動させ、半導体素子１を基板３の上面３ａ上に
フェースダウンボンディングする。

このようにして、半導体素子１のバンブ電極が形成され
ている面と、基板の半導体素子搭載面３ａとの平行度を
簡単にかつ精度よく検出でき、この検出結果に基づいて
、ボンディングツール２の傾斜を調整することにより、
高精度なフェースダウンボンディングを実施することが
できる。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例か考えら
れ得る。

具体的には、上記実施例で使用する装置では、３対の導
電ピンと導電部とを設けているが、３対以上であれば、
幾つでもよい。この導電ピンと導電部との組み合わせの
数を増加させることにより、ボンディングツール２の傾
斜状態をより詳しく知ることかできる。

また、上記実施例では、導電ピンの先端により形成され
る面をボンディングツール２上の半導体素子面に平行と
なるように構成し、また導電部の上面を基板上面と平行
となるように構成しているか、このように構成せず、半
導体素子の上面と基板上面とが平行な状態になった状態
で全ての導電ピンか導電部に同時に接触するように構成
しておいてもよい。

また、上記実施例において、ボンディングツール２の傾
斜を調整することができるステッピングモータ等の電気
制御型の傾斜駆動機構と導電ピンをボンディングツール
２内に収容できるようにソレノイドのような電気制御型
の駆動機構を設け、更に、ボンディングツール２をＺ方
向に移動させる駆動機構を電気制御型にして、これらを
制御する、例えば、マイクロコンピュータのような電子
制御装置を設けておくことにより、自動的に半導体素子
のバンブ電極が形成されている面を基板の半導体素子搭
載面に対して平行に調節し、フエ−スダウンボンディン
グを実施させることができる。

具体的には電子制御装置は、Ｚ方向にボンディングツー
ル２を移動させる移動機構を付勢する。これによりボン
ディングツール２が−Ｚ力方向移動する。この電子制御
装置は、電気検知部に接続され、電気検知部からの導電
ビンと導電部との接触状態の検出結果に基づき、傾斜駆
動機構を付勢させ、ボンディングツールの傾斜の調節を
行なわせる。調整終了後、この電子制御装置は、導電ピ
ンの駆動機構を付勢し、導電ビンをボンディングツル内
に収納させ、その後、移動機構を付勢してフェースダウ
ンボンディングを行う。

〔発明の効果〕

本発明の半導体素子実装装置では、先に説明したように
、ボンディングツールに設けた導電ビンと基板保持部に
設けた導電部との当接状態を、電気的に検知し、その検
知結果から半導体素子と基板との平行度を精度よく検出
しているので、微細なバンブを有する半導体素子におい
ても確実なフェースダウンボンディングを行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体素子実装装置の構成
を示す図、第２図は第１図に示すボン、ディングツール
の導電ビンの配置状態を示す図、第３図は第１図に示す
実施例の装置で半導体素子を実装する際のボンディング
ツールと基板保持部との関係を示す図である。 １・・・半導体素子、２・・・ボンディングツール、３
・・基板、４・・・電気検知部、５．６．７・・ビン機
構、５ａ・・・シリンダ部、８・・・圧縮スプリング、
９．１０．１１・・導電ピン、１２・・基板保持部、１
３．１４．１５・・・導電部、１６・・電源、１７・・
・電流検知器。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　崎　　　史　　　朗動作（前半） 第３図（１） 動作（ｖｋ半） 第３図（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着面を有し、片面にバンプ電極が形成されている
   半導体素子を反対面で吸着面に吸着させて保持するボン
   ディングツールと、 前記半導体素子が実装される基板を保持する保持部材と
   、 前記ボンディングツールを前記保持部材に対して移動さ
   せる移動機構と、 前記ボンディングツール内に収納可能で、その先端部が
   前記吸着面に対して平行な面を画成するように前記吸着
   面の周囲に設けられた少なくとも３本以上の導電ピンと
   、 前記保持部材の基板保持面の周囲に設けられ、前記導電
   ピンに対応する位置に設けられた導電部と、 前記導電ピンと前記導電部との対にそれぞれ設けられ、
   前記導電ピンと導電部との接触状態を電気的に検出する
   電気検出手段とを備えた半導体素子実装装置。 ２、前記ボンディングツールがその吸着面の基板保持面
   に対する傾斜を調整できる傾斜調整機構と、前記導電ピ
   ンを収納させる収納機構とを含み、前記半導体素子実装
   装置か前記電気検出手段での検出に基づいて前記傾斜調
   整機構と前記収納機構と前記移動機構とを制御する制御
   手段を含む請求項１記載の半導体素子実装装置。