特許 6064388 ボンディングヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6064388

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】ボンディングヘッド

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 311T

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2012-145862(P2012-145862)

(22)【出願日】2012年6月28日

(65)【公開番号】特開2014-11263(P2014-11263A)

(43)【公開日】2014年1月20日

【審査請求日】2015年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000253019

【氏名又は名称】澁谷工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082108

【弁理士】

【氏名又は名称】神崎 真一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100156199

【弁理士】

【氏名又は名称】神崎 真

(72)【発明者】

【氏名】田中 栄次

(72)【発明者】

【氏名】安吉 裕之

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−８７２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−２３００５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２９３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０９０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２１／６０−２１／６０７

Ｈ０５Ｋ１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングに設けられてレーザ光を透過させるツールベースを備え、このツールベースを透過させたレーザ光により電子部品を加熱して基板に接合するようにしたボンディングヘッドにおいて、
上記ツールベースの上記レーザ光が入射する表面に接触して設けられ、上記レーザ光を透過させる光透過性を有するとともに、上記ツールベースの熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有した放熱部材と、
上記放熱部材の上記レーザ光が入射する表面に接触して設けられ、その中心部を上記レーザ光が通過できるように放熱部材の周囲に配置され、かつ上記放熱部材の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する金属材料からなる冷却部材とを備えることを特徴とするボンディングヘッド。

【請求項2】

上記放熱部材における上記レーザ光が透過する部分の厚さは、ツールベースにおける上記レーザ光が透過する部分の厚さよりも大きく設定してあることを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。

【請求項3】

上記ツールベースと電子部品との間にボンディングツールが配置されて、該ボンディングツールはツールベースと電子部品とにそれぞれ接触するようになっており、上記ツールベースを透過したレーザ光はボンディングツールを加熱して、加熱されたボンディングツールが電子部品を加熱するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボンディングヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はボンディングヘッドに関し、より詳しくは、ハウジングに設けられてレーザ光を透過させるツールベースを備え、このツールベースを透過させたレーザ光により電子部品を加熱して基板に接合するようにしたボンディングヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のボンディングヘッドとして、ツールベースを透過させたレーザ光により直接電子部品を加熱するようにしたものが知られている（特許文献１）。このボンディングヘッドは、電子部品にレーザ光吸収性と耐久性がある場合に用いられており、電子部品はツールベースの下面で直接保持されて、ツールベースを透過したレーザ光により加熱されるようになっている。
また従来、ツールベースを透過させたレーザ光によりボンディングツールを加熱し、このボンディングツールを介してこれに吸着保持した電子部品を加熱するようにしたボンディングヘッドも知られている（特許文献２）。このボンディングヘッドは、電子部品にレーザ光吸収性と耐久性がない場合に用いられており、この場合には光吸収性を有するボンディングツールをツールベースの下面に装着し、ボンディングツールの下面で電子部品を保持するようにしている。
上記特許文献１、２におけるボンディングヘッドにおけるツールベースは、いずれも石英で製造されている。石英は光透過性を有するためレーザ光によっては昇温されず、また熱伝導率が小さいため、レーザ光によって加熱された電子部品、又はボンディングツールからの伝熱が伝わりにくく、それ自体が昇温されにくくなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１８２１６２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１２９８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電子部品を基板に接合するボンディング処理を行えば、ツールベースには加熱された電子部品又はボンディングツールからの熱が伝わるため、温度が上昇するようになる。
電子部品を基板に接合した後、次の電子部品をピックアップする際には、ツールベースは所定温度以下となっていなければならないが、上述したようにツールベースを構成する石英は熱伝導率が小さいため、これが昇温されると逆に冷却に時間がかかることになる。特にボンディングツールを用いたボンディングヘッドにおいては、ボンディングツールを冷却してもそれに伴なってツールベースからボンディングツールに熱が戻ってきてしまうため、冷却時間の短縮が困難であった。
そして特に熱硬化性樹脂を接着剤に用いたボンディングにおいては、電子部品をピックアップする際には、ツールベースの温度を熱硬化性樹脂が硬化しない室温付近まで降下させる必要があるため、ボンディング装置のタクトアップのためには冷却時間の短縮は必須の課題であった。
本発明はそのような事情に鑑み、より迅速にツールベースを冷却することが可能なボンディングヘッドを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

すなわち本発明は、ハウジングに設けられてレーザ光を透過させるツールベースを備え、このツールベースを透過させたレーザ光により電子部品を加熱して基板に接合するようにしたボンディングヘッドにおいて、
上記ツールベースの上記レーザ光が入射する表面に接触して設けられ、上記レーザ光を透過させる光透過性を有するとともに、上記ツールベースの熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有した放熱部材と、
上記放熱部材の上記レーザ光が入射する表面に接触して設けられ、その中心部を上記レーザ光が通過できるように放熱部材の周囲に配置され、かつ上記放熱部材の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する金属材料からなる冷却部材とを備えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0006】

上述したようにツールベースは、電子部品を基板に接合する際に加熱されて温度が上昇するようになる。しかるに本発明においては、ツールベースのレーザ光が入射する表面に放熱部材を接触させて設けてあり、この放熱部材は上記ツールベースの熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有しているので、電子部品からツールベースに逃げてこれに蓄熱されようとする熱は、上記大きな熱伝導率を有する放熱部材に速やかに逃げるようになる。
したがってツールベースが昇温されるのを常に良好に防止することができるので、ボンディング装置のタクトアップを達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施例を示す構成図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１において、１は基板２に電子部品３を接合するボンディング装置であって、該ボンディング装置１は、上記基板２を支持して水平面内でＸ−Ｙ方向に移動させる基板ステージ４を備えている。上記基板ステージ４の上方側にボンディングヘッド６を配置してあり、このボンディングヘッド６は昇降加圧機構７によって昇降させることができるようにしてある。
上記ボンディングヘッド６は筒状に形成したハウジング６Ａを備えており、このハウジング６Ａの下端部にリング状の取付部材６Ｂを介してツールベース８を水平に固定し、後に詳述するように該ツールベース８の下面にボンディングツール９を着脱自在に吸着保持すると同時に、該ボンディングツール９の下面に上記電子部品３を着脱自在に吸着保持できるようにしてある。

【0009】

上記ハウジング６Ａの側面上部には可撓性を有する光ファイバー１１の一端部を水平方向となるように接続してあり、この光ファイバー１１の他端はレーザ発振器１２に接続してある。
上記レーザ発振器１２から発振されたレーザ光Ｌは、光ファイバー１１を介して上記一端部からハウジング６Ａの中心に向けて水平に照射されるとともに、集光レンズ１３によって所要の大きさに集光されるようになっている。
そして水平方向に照射されたレーザ光Ｌは、ハウジング６Ａの内部上方中央部に設けた反射ミラー１４により鉛直下方に反射され、ツールベース８の上記レーザ光Ｌが入射する側の表面に積層密着させて設けた光透過性を有する放熱部材１５および上記ツールベース８を透過してボンディングツール９に照射されて、該ボンディングツール９を加熱することができるようになっている。

【0010】

上記放熱部材１５はツールベース８の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有しており、この放熱部材１５の上面に、該放熱部材１５の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する冷却部材１６を接触させて設けてある。この冷却部材１６は、その中心部を上記レーザ光が通過できるように筒状に形成してあり、したがって放熱部材１５の周囲に配置されてその上面に接触している。また該放熱部材１５の外周面は、ハウジング６Ａの内周面に密着させてある。
本実施例においては上記ツールベース８の厚さを薄く設定すると同時に、上記放熱部材１５の厚さをツールベース８の厚さよりも大きく設定している。これによりツールベース８に蓄熱される熱量を可及的に少なくすることができ、またツールベース８の厚さを薄く設定してもその強度を放熱部材１５によって補強することができる。

【0011】

上記ツールベース８は例えば強度が高く、かつ熱伝導率が小さな石英によって薄板状に形成してある。石英の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍ・Ｋである。上記放熱部材１５は例えば熱伝導率が大きなサファイヤによって薄板状に形成してある。サファイアの熱伝導率は４０Ｗ／ｍ・Ｋである。また冷却部材１６やハウジング６Ａはアルミニウムによって製造してあり、アルミニウムの熱伝導率はサファイヤよりも大きく、２３６Ｗ／ｍ・Ｋである。なお、ボンディングツール９はシリコンカーバイド製の薄い部材から構成してあり、シリコンカーバイドの熱伝導率は８０Ｗ／ｍ・Ｋである。
上記放熱部材１５の材料としてはサファイヤのほか、レーザ透過性を有し、かつ熱伝導率の大きなダイヤモンドやルビーを用いることができる。また冷却部材１６やハウジング６Ａとしてはアルミニウムのほかに、熱伝導率の大きな金属材料を用いることができる。特にこの冷却部材１６やハウジング６Ａの内部に、例えば冷却水を流通させる冷却通路を設けて、冷却部材１６とハウジング６Ａとの少なくともいずれか一方を冷却するようにすることが望ましい。

【0012】

上記基板ステージ４、レーザ発振器１２および昇降加圧機構７の作動は図示しない制御装置によって制御されるようになっており、この制御装置によってレーザ発振器１２を作動させることにより、レーザ光Ｌをボンディングツール９に照射させてこれを加熱することができるようにしてある。
上記レーザ発振器１２としては、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、或いはその他のレーザを用いることができる。

【0013】

上記ハウジング６Ａには負圧供給手段２１に接続されたツール吸着用負圧ポート２２と、負圧供給手段２３に接続されたチップ吸着用負圧ポート２４とが設けられており、ツール吸着用負圧ポート２２から導入される負圧によってボンディングツール９をツールベース８の下面に吸着保持し、またチップ吸着用負圧ポート２４から導入される負圧によって電子部品３をボンディングツール９の下面に吸着保持することができるようにしてある。
上記ツール吸着用負圧ポート２２は、冷却部材１５に形成した半径方向の連通孔２６と上下方向の連通孔２７、および冷却部材１６の下面に形成した連通溝２９を介して、放熱部材１５とツールベース８とに両者を貫通させてそれぞれ形成したツール吸着孔３０、３１に連通させている。
これらツール吸着孔３０、３１はボンディングツール９と重合する位置に形成してあり、したがってツール吸着孔３０、３１に負圧を導入することにより、ツールベース８の下面にボンディングツール９を吸着保持することができるようになっている。

【0014】

他方、上記チップ吸着用負圧ポート２４は、ツールベース８の上面に形成した水平方向の連通溝３３を介して、ツールベース８とボンディングツール９とに両者を貫通させてそれぞれ形成したチップ吸着孔３５、３６に連通させている。
そして上記チップ吸着孔３５、３６に負圧を導入することにより、ボンディングツール９の下面に電子部品３を吸着保持することができるようにしてある。
上記ツール吸着用負圧ポート２２には常時負圧が供給されて上記ツールベース８からボンディングツール９が脱落しないようになっており、他方、チップ吸着用負圧ポート２４には電子部品３を吸着保持する際に負圧が供給されるようになっている。

【0015】

以上の構成において、電子部品３をボンディングツール９の下面に吸着保持した状態において、レーザ光Ｌが放熱部材１５およびツールベース８を透過してボンディングツール９に照射されると、該ボンディングツール９がレーザ光Ｌによって加熱されて、電子部品３およびその下面の複数箇所に配置されたバンプ３７が加熱されるようになる。
制御装置は、基板ステージ４を作動させて、ボンディングツール９に保持した電子部品３と基板２とを位置合わせした状態において、上記昇降加圧機構７によるボンディングヘッド６の下降を開始するようになっている。ボンディングヘッド６を所定の高さまで下降させ、電子部品と基板とを当接させ所要のボンディング荷重をかけた状態において、レーザ発振器１２からレーザ光Ｌを発振させてボンディングツール９に照射させることにより、ボンディングツール９に吸着保持された電子部品３は、加熱されながら基板２へ押圧されて該基板２に接合されるようになる。
このようにしてボンディング作業が終了したら、制御装置からの指令によりチップ吸着孔３５、３６からの吸引が停止されるので、ボンディングツール９による電子部品３の保持状態が解除され、その後、昇降加圧機構７によりボンディングヘッド６が上昇され、次回のボンディングに移行するようになる。

【0016】

上記ボンディングツール９がレーザ光Ｌによって加熱される際には、加熱されたボンディングツール９からこれに接触しているツールベース８に熱が逃げることになるが、ツールベース８の熱伝導率は小さく設定してあるので、ボンディングツール９からツールベース８に逃げる熱量を抑制することができる。したがってこれにより、ボンディングツール９を速やかに所要の温度まで昇温させることが可能となる。
ところでボンディング作業が行われると、熱はボンディングツール９からツールベース８に伝達されるので、それによってツールベース８の温度が上昇するようになる。しかしながらツールベース８には該ツールベース８の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する放熱部材１５が接触されているので、ツールベース８に蓄熱されようとする熱は速やかに放熱部材１５に逃げるようになる。これにより、ツールベース８の温度を常に低温に維持することが可能となる。
そして放熱部材１５に逃げた熱は、さらに冷却部材１６やハウジング６Ａを介して外部に逃げるようになる。

【0017】

上記ボンディングツール９に対するレーザ光Ｌの照射を終了した際には、このボンディングツール９は冷却されることになるが、この際には、それ以前にボンディングツール９からツールベース８に逃げた熱によって昇温されたツールベース８からボンディングツール９に熱が戻ることとなる。
しかしながら上述したように、ツールベース８に逃げた熱は放熱部材１５側に逃げるので、ツールベース８からボンディングツール９に戻ろうとする熱量を従来に比較して遥かに低減させることが可能となる。
したがってこれにより、ボンディングツール９の速やかな冷却が可能となる。このように本実施例によれば、従来に比較してボンディングツール９の冷却効率を高めることができるので、ボンディング装置１のタクトアップを達成することが可能となる。

【0018】

なお、上記実施例では、レーザ光Ｌによりボンディングツール９を加熱し、この加熱されたボンディングツール９によって電子部品３を加熱するようにしているが、ボンディングツール９を省略してツールベース８に電子部品３を吸着保持し、この電子部品３をレーザ光Ｌによって直接加熱するようにしてもよい。
この場合には、上記ツール吸着用負圧ポート２２からツール吸着孔３０、３１への負圧の導入を停止させて、ツールベース８の下面に吸着保持していたボンディングツール９を離脱させるとともに、チップ吸着用負圧ポート２４からチップ吸着孔３５に負圧を導入して、該チップ吸着孔３５によってツールベース８の下面に直接電子部品３を吸着保持すればよい。つまりこの場合には、ツールベース８がボンディングツール９として作用することになる。
このように上記実施例のボンディング装置１は、ツールベース８を透過させたレーザ光Ｌにより、ボンディングツール９を介して電子部品３を加熱したり、ツールベース８に吸着保持した電子部品３を直接加熱したりすることができるが、それぞれ専用機として構成することができることは勿論である。

【符号の説明】

【0019】

１ ボンディング装置 ２ 基板
３ 電子部品 ６ ボンディングヘッド
６Ａ ハウジング ８ ツールベース
９ ボンディングツール １５ 放熱部材
１６ 冷却部材 Ｌ レーザ光

【図1】