特許 7573065 ボンディングヘッドおよびボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】ボンディングヘッドおよびボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20241017BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

【請求項の数】 21

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023080943

(22)【出願日】2023-05-16

【審査請求日】2023-05-16

(31)【優先権主張番号】10 2023 110 696.1

(32)【優先日】2023-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】501198796

【氏名又は名称】パック テック－パッケージング テクノロジーズ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】フェトケ， マティアス

(72)【発明者】

【氏名】コルバソウ， アンドレイ

(72)【発明者】

【氏名】クラウゼ， トルステン

(72)【発明者】

【氏名】ミルズ， スヴェトラーナ

【審査官】金田 孝之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０６９４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９４６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７２２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０３０９０５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記ノズル出口（７６、９４）が、前記第２の基板（６）上の実装面（４６）と垂直に延在するように配置されている、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項2】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記ノズル出口（３６、９８）が、前記第２の基板（６、１０６）上の実装面（４６、１０２）と平行又は垂直に延在するように配置され、
前記レーザダクト（８０）および前記ノズルダクト（８２）が、前記第２の基板（６）上の前記実装面（４６）に対して斜めの角度で延在している、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項3】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記ノズル出口（３６、９８）が、前記第２の基板（６、１０６）上の実装面（４６、１０２）と平行又は垂直に延在するように配置され、
前記レーザダクト（８８、１０８）が、前記第２の基板（６、１０６）上の前記実装面（４６、１０２）に対して斜めの角度で延在し、前記ノズルダクト（９０、１１０）が、前記第２の基板（６、１０６）上の前記実装面（４６、１０２）に対して屈曲しているかまたは湾曲している、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項4】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）と、
前記本体（１４）を通って前記レーザダクト（１６）内に延在し、前記保持面（４４）から温度放射を受け取るために前記ノズル出口（３６）に向けられる光ファイバ（４９）を有し、前記温度放射に基づいて前記第１の基板（８）の温度を測定するように構成された温度測定ユニット（４８）と、
をさらに備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項5】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記レーザビーム（１２）に対して透過的であり、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）と垂直に延在する光学要素（５０、１２８）が、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に配置され、
前記光学要素（５０、１２８）が、前記光学要素（５０、１２８）の断面にわたって前記レーザビーム（１２）の出力を均一化するように構成されている、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項6】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記レーザビーム（１２）に対して透過的であり、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）と垂直に延在する光学要素（５０、１２８）が、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に配置され、
前記光学要素（５０、１２８）が、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）の前記断面に従って前記レーザビーム（１２）の断面を整形するように構成されている、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項7】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）をさらに備え、
前記レーザビーム（１２）に対して透過的であり、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）と垂直に延在する光学要素（５０、１２８）が、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に配置され、
前記光学要素（５０、１２８）が、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を、前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）により近い第１のレーザダクト部（５８）と、前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）からより遠い第２のレーザダクト部（６０）とに流体的に分割する、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項8】

第１の基板（８、３８、７２、１１４）を第２の基板（６、１０６）との特定の三次元位置関係において保持し、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）にレーザビーム（１２）を当てることによって、前記第１の基板と前記第２の基板との接触領域間に配置された接合材料堆積物（１０、８４、１１８）を溶融することによって前記第１の基板と前記第２の基板とを共に接合するためのボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）であって、
レーザ入口（１８）からレーザ出口（２０）に延在するレーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を有する本体（１４、１２２）と、
前記本体（１４、１２２）を通って前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）の内部に配置された真空／圧力ポート（２６）につながる真空／圧力チャネル（２４）を介して、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すように構成された真空源（２２）と、
前記レーザビーム（１２）を出射し、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）を通って前記レーザ出口（２０）に誘導するように構成されたレーザ源（２８）と、
を備える、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）において、
前記本体（１４、１２２）に交換可能に取り付けられ、前記レーザビーム（１２）がノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を通過するように前記レーザ出口（２０）と連通して配置されたノズル入口（３４）から前記本体（１４、１２２）と反対側に配置されたノズル出口（３６、７６、９４、９８）に延在する前記ノズルダクト（３２、８２、９０、１１０）を有する保持ノズル（３０、７８、９２、１００）であって、前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）が、前記真空源（２２）が前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に真空を作り出すときに前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記保持ノズル（３０、７８、９２、１００）によって保持されるように前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の保持面（４４、７４）よりも小さい断面を有する、保持ノズル（３０、７８、９２、１００）
をさらに備え、
前記レーザビーム（１２）に対して透過的であり、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）と垂直に延在する光学要素（５０、１２８）が、前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に配置され、
前記本体（１４、１２２）が、下部本体部（５２、１２４）と上部本体部（５４、１２６）とから構成され、前記光学要素（５０、１２８）が、前記下部本体部（５２、１２４）と前記上部本体部（５４、１２６）との間に配置されている、ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項9】

前記ノズル出口（３６、７６、９４、９８）の前記断面が、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）上の前記保持面（４４、７４）の形状および／または寸法に適合されている、請求項１に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項10】

前記ノズルダクト（１１０）が、前記レーザビーム（１２）を反射して前記ノズル出口（９８）に向けるように構成されている、請求項３に記載のボンディングヘッド（９６）。

【請求項11】

前記レーザ源（２８）が、前記温度測定ユニット（４８）によって測定された前記温度が所定の最大許容温度を超えた場合に前記レーザビーム（１２）の出射を制御するように構成されている、請求項４に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項12】

前記真空／圧力ポート（２６）が、前記第１のレーザダクト部（５８）内に配置されている、請求項７に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項13】

温度測定ユニット（４８）の光ファイバ（４９）の端部が前記第１のレーザダクト部（５８）内に延在している、請求項７に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項14】

前記本体（１４、１２２）を通って前記第２のレーザダクト部（６０）の内部に配置された流体／圧力ポート（６６）につながる流体／圧力チャネル（６４）を介して、前記第２のレーザダクト部（６０）内に流体または圧力を導入するように構成された流体／圧力源（６２）をさらに備える、請求項７に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項15】

前記光学要素（５０、１２８）は、前記流体／圧力源（６２）が前記第１のレーザダクト部（５８）内の圧力に対して前記第２のレーザダクト部（６０）内に負圧または正圧を作り出すことによって前記光学要素（５０、１２８）の曲率が調整され得るように可撓性を有するよう構成されている、請求項１４に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項16】

前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）が前記第２の基板（６、１０６）との前記特定の三次元位置関係において保持され、前記第１の基板（８、３８、７２、１１４）に前記レーザビーム（１２）を当てるとき、前記真空／圧力チャネル（２４）を介して前記レーザダクト（１６、８０、８８、１０８、１３０）内に圧力ガスを導入するように構成された圧力源（６８）をさらに備える、請求項１に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）。

【請求項17】

前記下部本体部（５２）または前記上部本体部（５４）のうちの少なくとも１つが、前記光学要素（５０）が配置される溝部分（５６）を形成している、請求項８に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６）。

【請求項18】

前記レーザダクト（１３０）が、前記下部本体部（１２４）と前記上部本体部（１２６）との間に、前記光学要素（１２８）が配置される段差部分（１３２）を形成するように、前記下部本体部（１２４）においてより狭く形成されている、請求項８に記載のボンディングヘッド（１２０）。

【請求項19】

第２の基板を保持し、ＸＹ平面内で移動可能であるように構成されたチャック（２）と、
前記ＸＹ平面と垂直なＺ軸に沿って移動可能であるように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載のボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）と
を備える、ボンディング装置（１）。

【請求項20】

少なくとも１つの第１の基板を収容し、前記ＸＹ平面または前記ＸＹ平面と平行な平面内で移動可能であるように構成された第１の基板キャリアをさらに備える、請求項１９に記載のボンディング装置（１）。

【請求項21】

前記ボンディングヘッド（４、７０、８６、９６、１２０）が、前記Ｚ軸に対して傾斜可能であるように構成されている、請求項１９に記載のボンディング装置（１）。

【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およびボンディング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この点に関して、米国特許第９１６２３２０号明細書は、チップおよび基板の接触領域間に配置されたバンプを溶融することによって基板に接合される半導体チップ上に配置されたボンディングツールを備えるボンディング装置を開示する。このため、ボンディングツールは、レーザビームを照射され、加熱されるためにレーザエネルギーを吸収するように構成される。次いで、ボンディングツールは、硬化の後にチップと基板とを接合するためにバンプが溶融されるようにチップを加熱する。

【0003】

同様の技術は、特開２００３－２５８０３７号からも知られている。

【0004】

米国特許出願公開第２００８／０２０２６７７号明細書は、突起を有する押圧ブロックを備えるチップボンディングツールを開示する。基板上に実装されるチップが真空吸着によって保持され、配置され得るように、押圧ブロックおよび突起において真空孔が形成される。押圧ブロックおよび突起は、基板に塗布された接着剤を硬化させるためにレーザビームを通過させることができるように、レーザ透過性材料で作られている。

【0005】

欧州特許出願公開第２０４５０３４号明細書は、吸着孔を有する（押圧体とも呼ばれる）吸着ヘッド部分を備えるフリップチップ実装装置を開示する。このようにして、半導体チップが、真空吸着によって基板上に保持され、配置され得る。吸着ヘッドは、透明ガラスで作られており、チップを加熱し、したがってチップおよび基板の接触領域間に配置されたバンプを溶融するためにレーザビームが透明ガラスを通過することを可能にする。しかしながら、この技術は、透明ガラスが、汚されるか、損傷されるか、または引っかかれることがあり、レーザビームがガラスを均一に通らないという欠点をもたらす。さらに、吸着孔の領域において、より出力が高いレーザピークがチップに照射され得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、ボンディングヘッドおよびボンディング装置のための改善された技術を提供することである。この目的は、独立請求項に記載のボンディングヘッドおよびボンディング装置によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、第１の基板を第２の基板との特定の三次元位置関係において保持し、第１の基板にレーザビームを当てることによって、前記基板の対応する接触領域間に配置された接合材料堆積物を溶融することによって前記基板を一緒に接合するためのボンディングヘッドを提供する。すなわち、はんだバンプなどのはんだ体であり得る接合材料堆積物は、第１の基板にレーザビームを当てることによって間接的に加熱される。接合材料堆積物は、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）など、金属化領域上に配置され得る。特に、第１の基板は、チップ、例えばフリップチップ（ＦＣ）または縦型チップ（ＶＣ）であり得る。第２の基板は、回路板、例えばプリント回路板（ＰＣＢ）もしくはフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣＢ）、またはチップスタックであり得る。

【0008】

本発明によるボンディングヘッドは、レーザ入口からレーザ出口に延在するレーザダクトを有する本体を備える。本体は、剛性材料から構成され、レーザダクトを包含する。

【0009】

ボンディングヘッドは、本体を通ってレーザダクトの内部に配置された真空／圧力ポートにつながる真空／圧力チャネルを介してレーザダクト内に真空を作り出すように構成された真空源をさらに備える。真空／圧力チャネルは、好ましくは、本体を通ってレーザダクトの延在方向と垂直に延在する。

【0010】

ボンディングヘッドは、レーザビームを出射し、レーザダクトを通ってレーザ出口に誘導するように構成されたレーザ源をも備える。例えば、レーザ源は、レーザ入口において取り付けられ得る。代替的に、レーザビームを誘導するファイバがレーザ入口において配置され得る。さらに、レーザダクトは屈曲していることがあり、レーザ源は、レーザダクトを通してレーザビームを誘導するための光学素子を備え得る。

【0011】

さらに、ボンディングヘッドは、本体に交換可能に取り付けられた保持ノズルを備える。例えば、保持ノズルはフランジを有し得、フランジは本体に螺合され得る。さらに、液密性を確保するためにフランジと本体との間にガスケットが配置され得る。

【0012】

保持ノズルは、ノズル入口からノズル出口に延在するノズルダクトを有する。ノズル入口は、レーザ出口と連通して配置される。すなわち、レーザ出口の領域とノズル入口の領域とは、互いに重なる。特に、ノズル入口は、レーザ出口と同じ領域、レーザ出口よりも小さいかまたは大きい領域を有し得る。好ましくは、レーザ出口の中心点とノズル出口の中心点とは、互いに対応して配置され得る。ノズル出口は、本体と反対側に配置される。したがって、保持ノズルは、管状部材に相当する。好ましくは、保持ノズルは、金属またはセラミックなど、不透明で剛性の材料で作られる。したがって、保持ノズルは、耐性があり、コスト効率の良い方法で製造され得る。さらに、保持ノズルは、保持ノズルの全長に沿って同じ断面積を有するか、ノズル入口からノズル出口まで保持ノズルの断面の形状を広げるか、細くするか、または変化させ得る。このようにして、レーザ出口を出たレーザビームは、ノズルダクトを通り、ノズル出口を出る。最も好ましくは、レーザ源は、ノズル出口の断面積全体にわたって均一な出力でレーザビームを出射するように構成される。

【0013】

さらに、ノズル出口は、第１の基板上の保持面よりも小さい断面を有する。このようにして、第１の基板は、真空源がレーザダクト内に真空を作り出すとき、ノズル出口において保持される。その結果、吸着ヘッドのガラスの摩耗とレーザビームの不均一な透過とが回避され得る。さらに、保持ノズルを使用することによって、保持面の領域内に、凹凸形状、例えばさらなるチップを有するチップが、ボンディングヘッドを使用することによって接合され得る。保持ノズルは本体に交換可能に取り付けられるため、ボンディングヘッドは、逸脱したサイズを有するチップに容易に適合され得る。

【0014】

本発明の好ましい態様によれば、ノズル出口の断面は、第１の基板上の保持面の形状および／または寸法に適合され得る。すなわち、ノズル出口は、第１の基板の形状、例えば第１の基板の上面を有し得る。追加または代替として、ノズル出口の寸法は、第２の基板上の保持面の寸法に対応し得る。例えば、ノズル出口は、長方形であり得、保持ノズルの縁が第１の基板の保持面、例えば上面の縁部において配置されるように寸法決定され得る。このようにして、真空力が第１の基板に均一に加えられ、第１の基板はレーザビームを均等に照射され得る。

【0015】

本発明の一態様によれば、ノズル出口は、第２の基板上の実装面と平行に延在するように配置され得る。すなわち、ノズル出口の平面が第２の基板上の実装面と平行である。ノズル出口および実装面のこの配向は、特定の三次元位置関係に対応する。このようにして、第１の基板は、対応する接触領域を有する、第２の基板、例えば回路板、または別のチップ上に実装され得るフリップチップであり得る。

【0016】

本発明の代替態様によれば、ノズル出口は、第２の基板上の実装面と垂直に延在するように配置され得る。すなわち、ノズル出口の平面が第２の基板上の実装面と垂直である。ノズル出口および実装面のこの配向は、特定の三次元位置関係の別の例である。このようにして、第１の基板としての縦型チップが、第２の基板としての回路板上に端面を接して配置され得る。

【0017】

本発明の代替態様によれば、レーザダクトおよびノズルダクトは、第２の基板上の実装面に対して斜めの角度で延在し得る。このようにして、第１の基板としての縦型チップが、第２の基板がボンディングヘッドによって損傷されるリスクなしに、第２の基板上に配置され得る。さらに、第１の基板としてのチップを第２の基板としてのチップスタックに実装することが可能である。この点に関して、チップスタックの単一チップの端面は、全体で、チップスタックの実装面を形成する。第１の基板としての縦型チップを、第２の基板としての回路板に端面を接して実装することも可能である。

【0018】

本発明のさらなる態様によれば、レーザダクトは、第２の基板上の実装面およびノズルダクトに対して斜めの角度において延在し得、したがって、保持ノズルは、第２の基板上の実装面に対して湾曲しているかまたは屈曲していることがある。例えば、保持ノズルは、実装面に向かうように、または実装面から離れるように屈曲しているかまたは湾曲していることがある。このようにして、第１の基板としての縦型チップが、第２の基板がボンディングヘッドによって損傷されるリスクを低減しながら、第２の基板上に配置され得る。さらに、保持ノズルは、レーザダクトとノズルダクトとが斜めの角度において配置される場合と比較して、より短いことがあり、より大きいノズル出口を有し得る。この場合も、第１の基板としてのチップを第２の基板としてのチップスタックに実装することが可能である。第１の基板としての縦型チップを、第２の基板としての回路板に端面を接して実装することも可能である。

【0019】

本発明の一態様によれば、ノズルダクトは、レーザビームを反射してノズル出口に向けるように構成され得る。保持ノズルが反射性材料で作られていることがあるか、またはノズルダクトが反射性コーティングを含み得る。したがって、ノズル出口のより大きい領域が、レーザビームを第１の基板に当てるために使用され得る。特に、レーザビームの反射は、レーザダクトが斜めの角度において配置され、ノズルダクトが第２の基板上の実装面に対して屈曲しているかまたは湾曲している場合に有益である。

【0020】

本発明の一態様によれば、ボンディングヘッドは、本体を通ってレーザダクト内に延在し、保持面から温度放射を受け取るためにノズル出口に向けられる光ファイバを有し、温度放射に基づいて第１の基板の温度を測定するように構成された温度測定ユニットをさらに備え得る。このようにして、第１の基板の保持面上の温度は、第１の基板を第２の基板に接合するプロセス中に考慮に入れられ得る。

【0021】

本発明の追加の態様によれば、レーザ源は、温度測定ユニットによって測定された温度が所定の最大許容温度を超えた場合にレーザビームの出射を制御するように構成され得る。特に、レーザビームの制御中に、レーザビームの出力が低減され得る。代替的に、レーザビームの出射が停止され得るか、またはレーザビームが間欠的に出射され得る。すなわち、レーザビームは、測定された温度が最大許容温度を下回るとき、再び出射される。レーザビームの出射は、測定された温度が再び最大許容温度を超える場合、再び停止される。その結果、レーザビームを制御することによって、過熱による第１の基板の損傷が回避され得る。

【0022】

本発明のさらなる態様によれば、レーザビームに対して透過的であり、レーザダクトと垂直に延在する光学要素が、レーザダクト内に配置され得る。光学要素は、光学窓、レンズ、ビーム整形器またはビームホモジナイザであり得る。光学要素はまた、これらの要素の組合せであり得る。したがって、レーザビームの光学特性は、光学要素を使用することによってレーザダクト内で影響を及ぼされ得る。

【0023】

本発明の好ましい態様によれば、光学要素は、光学要素の断面にわたってレーザビームの出力を均一化するように構成され得る。したがって、光学要素は、ビームホモジナイザに相当し得る。その結果、第１の基板は、第１の基板上の不均等な熱分布が回避され得るように、レーザ出力を均等に照射される。

【0024】

本発明の追加の態様によれば、光学要素は、ノズル出口の断面に従ってレーザビームの断面を整形する（形作る）ように構成され得る。したがって、光学要素は、ビーム整形器に相当し得る。その結果、第１の基板は、レーザ出力を均等に照射され得る。

【0025】

本発明の有益な態様によれば、光学要素は、レーザダクトを、保持ノズルにより近い第１のレーザダクト部と、保持ノズルからより遠い第２のレーザダクト部とに流体的に分割し得る。例えば、光学要素は、レーザダクトを形成する本体に対してガスケットで封止され得る。ガスケットはまた、光学要素をレーザダクト内に接着するために使用される接着剤によって形成され得る。

【0026】

本発明の好ましい態様によれば、真空／圧力ポートは、第１のレーザダクト部内に配置され得る。したがって、限られた空間のみが真空にされる必要があり、第１のレーザダクト部内に効率的に真空が作り出され得る。

【0027】

本発明の好ましい態様によれば、光ファイバの端部が第１のレーザダクト部内に延在し得る。したがって、光ファイバは、温度放射が光学要素を通過することなしに、第１の基板の保持面から温度放射を受け取り得る。ボンディングヘッドは保持ノズルを使用するため、温度放射も、ガラス製の吸着ヘッド本体を通る必要がない。したがって、第１の基板の温度は、温度放射が光学要素または吸着ヘッド本体によって影響を及ぼされないため、より高い精度で検出され得る。

【0028】

本発明の随意の態様によれば、ボンディングヘッドは、本体を通って第２のレーザダクト部の内部に配置された流体／圧力ポートにつながる流体／圧力チャネルを介して、第２のレーザダクト部内に流体または圧力を導入するように構成された流体／圧力源を備え得る。流体は気体または液体として理解されるべきであることに留意されたい。流体の導入は、レーザダクトが光学要素によって流体的に分割される場合に可能である。特に、流体は、冷却流体、またはレーザビームの光学特性に影響を及ぼす流体であり得る。したがって、ボンディングヘッドは、動作中に冷却され得る。この点に関して、流体／圧力チャネルおよび流体／圧力ポートは、それぞれ、冷却流体の流入および流出を可能にするための２つの別個のチャネルおよびポートによって形成され得ることに留意されたい。さらに、レーザビームの光学特性は、光学要素を交換する必要なしに影響を及ぼされ得る。代替的に、流体／圧力源は、流体／圧力チャネルおよび流体／圧力ポートを介して第２のレーザダクト部内に圧力ガスを導入し得る。流体／圧力源は、第２のレーザダクト部を減圧することも可能であることに留意されたい。特に、第２のレーザダクト内の圧力は、第１のレーザダクト内の圧力よりも低いまたは高いことがある。

【0029】

本発明の別の態様によれば、光学要素は、流体／圧力源が第１のレーザダクト部内の圧力に対して第２のレーザダクト部内に負圧または正圧を作り出すことによって、光学要素の曲率、特に凸面または凹面が調整され得るように可撓性であるように構成され得る。特に、光学要素の中心点が、レーザダクトの延在方向にシフトされ得る。その結果、レーザビームの焦点、したがって、レーザビームによって照射される第１の基板上の領域が、光学要素を置換する必要なしに設定され得る。

【0030】

本発明のさらなる態様によれば、ボンディングヘッドは、第１の基板が第２の基板との特定の三次元位置関係において保持され、第１の基板にレーザビームを当てるとき、真空／圧力チャネルを介してレーザダクト内に圧力ガスを導入するように構成された圧力源を備え得る。圧力源はまた、真空／圧力チャネルに接続され得るため、本体内に追加のチャネルが必要とされない。圧力源と真空源とは、真空モードと圧力モードとの間で切替え可能である同じユニットによって形成され得る。代替的に、圧力源と真空源とは、切替え可能なバルブによって真空／圧力チャネルに接続された別個のユニットとして設けられ得る。特に、圧力ガスは、第１の基板と第２の基板とが特定の位置関係において配置されるとき、レーザダクトまたは第１のレーザダクト部内に導入され得る。次いで、第１の基板は、第１の基板と第２の基板との間に配置された接合材料堆積物を溶融するために第１の基板にレーザビームを当てることによって第２の基板に接合され得る。接合プロセス中に、すなわち、第１の基板へのレーザビームの照射中に、圧力ガスは、レーザダクトまたは第１のレーザダクト部に供給される。このようにして、第１の基板は、接合材料堆積物が溶融されると第２の基板の実装面に押圧される。したがって、接合材料堆積物が再び硬化した後に、第１の基板と第２の基板との間の適切な結合が実現され得る。

【0031】

本発明の別の態様によれば、本体は、下部本体部と上部本体部とから構成され得る。その場合、光学要素は、下部本体部と上部本体部との間に配置される特に、光学要素は、下部本体部と上部本体部との間に接着され得る。したがって、光学要素は、レーザダクト内に容易に配置されるかまたは取り付けられ得る。さらに、上記で説明された流体分離を実現するために、光学要素と本体部との間にガスケットが配置され得る。ガスケットはまた、接着剤のみによって形成され得る。

【0032】

本発明の好ましい態様によれば、下部本体部または上部本体部のうちの少なくとも１つが、光学要素が配置される溝部分を形成し得る。すなわち、下部本体部または上部本体部のいずれか１つが溝部分を形成し得る。代替的に、組み合わせられた下部本体部と上部本体部とが溝部分を形成し得る。その場合、光学要素を保持するために、溝部分内に光学要素の縁部が配置される。溝部分は、レーザダクトの上述の流体分離が実現され得るようにレーザダクトの内周全体に沿って延在し得る。光学要素は、溝部分に接着され得る。ガスケットも溝部分内に配置され得る。光学要素を溝部分内に配置するために、下部本体部と上部本体部とは、例えばねじを使用することによって互いに固定され得る別個のパーツであり得る。

【0033】

本発明の代替態様によれば、レーザダクトは、下部本体部と上部本体部との間に、光学要素が配置される段差部分を形成するように、下部本体部においてより狭く形成され得る。特に、光学要素は、段差部分に接着され得る。好ましくは、段差部分は、上述の流体分離が実現され得るようにレーザダクトの内周全体に沿って延在し得る。さらに、段差部分上にガスケットが配置され得る。この点に関して、本体部は、一体的にまたは別々に形成され得る。どちらの方法でも、光学要素は、段差部分上に、したがってレーザダクト内に容易に配置され得る。

【0034】

本発明は、第２の基板を保持し、ＸＹ平面内で移動可能であるように構成されたチャックを備えるボンディング装置をさらに提供する。さらに、ボンディング装置は、上記の態様のいずれか１つによるボンディングヘッドを備える。ボンディングヘッドは、ＸＹ平面と垂直なＺ方向に移動可能であるように構成される。例えば、ボンディングヘッドは、軸線システムを使用して移動され得る。このようにして、特定の三次元関係においてボンディングヘッドによって保持される第１の基板は、チャックおよびボンディングヘッドの三次元相対移動によって第２の基板上に配置され得る。その後、基板は、第１の基板にレーザビームを当てることによって一緒に接合され得る。

【0035】

本発明の一態様によれば、ボンディング装置は、少なくとも１つの第１の基板を収容し、ＸＹ平面またはＸＹ平面と平行な平面内で移動可能であるように構成された第１の基板キャリアを備え得る。好ましくは、少なくとも１つの基板は、第２の基板上に実装されることになるように第１の基板キャリア上に配置される。チャックと第１の基板キャリアとは、相互接続され得、したがって、同じＸＹ平面内で移動され得る。最初に、第１の基板キャリアは、ボンディングヘッドが第１の基板キャリア上に収容された第１の基板のうちの１つを把持し、保持し得るように、ボンディングヘッドの下に移動される。次いで、チャックは、第２の基板、すなわち第２の基板の実装面を第１の基板に対して配置するために、ボンディングヘッドの下に移動され得る。第１の基板を保持するボンディングヘッドは、第１の基板を第２の基板上に配置し、第１の基板にレーザビームを当てることによって２つの基板を一緒に接合するために、下方に移動する。代替的に、要素、第１の基板キャリアまたはチャックのうちの一方が、他方の上で移動可能であり得る。例えば、第１の基板キャリアはチャックの上で移動され得る。次いで、ボンディングヘッドは、第１の基板のうちの１つを把持し、保持し得る。その後、第１の基板を第２の基板上に配置し、基板を一緒に接合するために、第１の基板キャリアが移動され、ボンディングヘッドが下方に移動される。

【0036】

本発明の追加の態様によれば、ボンディングヘッドは、Ｚ方向に対して傾斜可能であるように構成され得る。例えば、ボンディングヘッドは、制御可能なボールジョイントまたはヘキサポッドによって軸線システムに取り付けられ得る。このようにして、第１の基板が第２の基板上に適切に配置されるように、チャック内の第２の基板の斜めのまたは傾斜した配置が補償され得る。

【0037】

以下で、本発明の好ましい実施形態が図面を参照しながら説明される。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の第１の実施形態によるボンディングヘッドを概略的に示す図である。

【図2】第１の実施形態によるボンディングヘッドの適用例を概略的に示す図である。

【図3】本発明の第２の実施形態によるボンディングヘッドを概略的に示す図である。

【図4】本発明の第３の実施形態によるボンディングヘッドを概略的に示す図である。

【図5】本発明の第４の実施形態によるボンディングヘッドを概略的に示す図である。

【図6】本発明の第５の実施形態によるボンディングヘッドを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

［第１の実施形態］
図１は、本発明によるボンディング装置１を示す。ボンディング装置１は、第１の実施形態によるチャック２およびボンディングヘッド４を備える。チャック２は、第２の基板に対応する回路板６を保持するように構成され、ＸＹ平面内で移動可能である。第１の実施形態によるボンディングヘッド４は、第１の基板に対応するフリップチップ８を保持するように構成され、ＸＹ平面と垂直なＺ方向に移動可能である。すなわち、回路板６とフリップチップ８とは、チャック２およびボンディングヘッド４を移動させることによって互いに対して配置され得る。特に、チャック２は、シフト可能なステージ上に取り付けられ得、ボンディングヘッド４は、軸線システムによって移動可能であり得る。回路板６は、チャック２内に傾斜してまたは斜めに配置され得るため、ボンディングヘッド４は、好ましくは、Ｚ方向に対して傾斜可能である。特に、ボンディングヘッド４は、制御可能なボールジョイントまたはヘキサポッドを使用することによって軸線システムに取り付けられ得る。

【0040】

図に示されていないが、ボンディング装置１はまた、少なくとも１つのフリップチップ８を収容するように構成された、第１の基板キャリアとしてのフリップチップキャリアを備え得る。好ましくは、フリップチップ８は、回路板６上に実装されることになるようにフリップチップキャリア上に配置される。フリップチップキャリアは、ＸＹ平面またはＸＹ平面と平行な平面内で移動可能であり得る。チャック２とフリップチップキャリアとは、相互接続され得、したがって、同じＸＹ平面内で移動され得る。最初に、フリップチップキャリアは、ボンディングヘッド４がフリップチップキャリア上に収容されたフリップチップ８のうちの１つを把持し、保持し得るように、ボンディングヘッド４の下に移動される。フリップチップ８を把持するために、ボンディングヘッド４は、下方に移動し、フリップチップ８を保持し、次いで、再び上方に移動する。次いで、チャック２は、回路板６をフリップチップ８に対して配置するためにボンディングヘッド４の下に移動され得る。フリップチップ８を保持するボンディングヘッド４は、フリップチップ８を回路板６上に配置し、２つの基板６、８を一緒に接合するために、再び下方に移動する。

【0041】

代替的に、要素、フリップチップキャリアまたはチャック２のうちの一方は、他方の上で移動可能であり得る。例えば、フリップチップキャリアはチャック２の上で移動され得る。次いで、ボンディングヘッド４は、フリップチップ８を把持し、保持し得る。その後、フリップチップ８を回路板６上に配置し、基板６、８を一緒に接合するために、フリップチップキャリアが移動され、ボンディングヘッド４が下方に移動される。

【0042】

ボンディングヘッド４は、第１の基板としてのフリップチップ８を、第２の基板としての回路板６との特定の三次元位置関係において保持し、回路板６およびフリップチップ８の接触領域間に配置された接合材料堆積物を溶融することによって前記基板６、８を一緒に接合するように設計される。特に、接合材料堆積物は、本実施形態では、（はんだバンプとも呼ばれる）はんだ体１０であり、円形または直方体であり得るはんだ体１０は、フリップチップ８にレーザビーム１２を当てることによって溶融される。このようにして、フリップチップ８が加熱され、したがって、フリップチップ８の下に配置されたはんだ体１０が次いで加熱され、溶融される。液化されたはんだ体１０が再び固化した後に、フリップチップ８と回路板６との間の恒久的な電気的および機械的結合が実現される。

【0043】

上記で説明されたプロセスを実行するために、ボンディングヘッド４は、レーザ入口１８からレーザ出口２０まで延在するレーザダクト１６を有する本体１４を備える。さらに、ボンディングヘッド４は、本体１４を通ってレーザダクト１６の内部に配置された真空／圧力ポート２６につながる真空／圧力チャネル２４を介してレーザダクト１６内に真空を作り出すように構成された真空源２２を備える。レーザビーム１２を出射し、レーザダクト１６を通ってレーザ出口２０に誘導するように構成されたレーザ源２８も設けられる。図１では、レーザ源２８は、レーザビーム１２をレーザ入口１８内へ直接結びつける。代替的に、レーザビーム１２は、レーザビーム１２を誘導するファイバを使用することによってレーザ入口１８内に導入され得る。レーザ源２８はまた、レーザビーム１２を形成し、誘導するための光学素子を備え得る。

【0044】

さらに、ボンディングヘッド４は、本体１４に交換可能に取り付けられた保持ノズル３０をも備える。保持ノズル３０は、ノズル入口３４からノズル出口３６に延在するノズルダクト３２を有する。ノズル入口３４は、レーザダクト１６を通るレーザビーム１２がノズルダクト３２に入ることができるように、レーザ出口２０と連通して配置される。ノズル出口３６は、保持ノズル３０が管状部材に相当するように、本体１４と反対側に配置される。最後に、レーザビーム１２はノズル出口３６を出る。

【0045】

図１に示されているように、ノズル出口３６は、真空源２２がレーザダクト１６内に真空を作り出すときにフリップチップ８が保持ノズル３０の先端において保持されるように、フリップチップ８上の保持面４４よりも小さい断面を有する。言い換えれば、フリップチップ８は、真空吸着によって保持ノズル３０の先端において保持される。

【0046】

好ましくは、保持面４４は、ノズル出口３６を取り囲む保持ノズル３０の縁が容易に配置され得るように、平坦なまたは滑らかな領域としてフリップチップ８上に設けられる。それにもかかわらず、保持ノズル３０の縁の内部の領域内、すなわち、ノズル出口３６の領域内に、凹凸形状があり得る。この点に関して、図２は、第１の実施形態によるボンディングヘッド４の適用例を示す。図２の例では、さらなるチップ４０を支持するフリップチップ３８が回路板６に接合される。これは、さらなるチップ４０を受け入れる自由空間がノズルダクト３２の内部に設けられるため、可能である。さらなるチップ４０をフリップチップ３８内に実装するために使用されるはんだ体４２は、さらなるチップ４０が外れるのを回避するために、より高い融点を有し得ることに留意されたい。代替的に、さらなるチップ４０は、はんだの代わりに、接着剤などの別の接合材料を使用することによって固定され得る。

【0047】

図１に示されているように、ノズル出口３６の断面は、保持面４４の形状および寸法に適合されることが有益である。すなわち、保持ノズル３０の縁は、フリップチップ８の上面の縁部に相当する。このようにして、真空吸着によるフリップチップ８上の張力が均等に分散される。さらに、レーザビーム１２は、フリップチップ８上の熱が均等に分散され、はんだ体１０がフリップチップ８の領域全体にわたって確実に溶融されるように、フリップチップ８に均等に照射され得る。

【0048】

図１に示されているように、本実施形態によるボンディングヘッド４は、フリップチップ８を配置し、回路板６に接合するために使用される。特に、フリップチップ８は、保持面４４の面法線と回路板６上の実装面４６の面法線とが互いに平行になるように、回路板６上に配置される。この配置を実現するために、ノズル出口３６は、回路板６の実装面４６と平行に延在するように配置される。フリップチップ８と回路板６とのこの配置は、特定の三次元位置関係の一例となる。

【0049】

ボンディングヘッド４は、本体１４を通ってレーザダクト１６内に延在する光ファイバ４９を有する温度測定ユニット４８をさらに備え得る。光ファイバ４９は、保持面４４からの温度放射を受け取るためにノズル出口３６に向けられる。図１に示されているように、光ファイバ４９は、好ましくは本体１４を通って真っ直ぐ延在し、次いで、ノズル出口３６に向かって、すなわち保持面４４に向かって曲げられる。特に、光ファイバ４９は、剛性の被覆を使用することによって曲げられる。温度測定ユニット４８は、光ファイバ４９を介して温度放射を獲得し、温度放射に基づいてフリップチップ８の温度を測定する。

【0050】

さらに、レーザ源２８は、温度測定ユニット４８によって測定された温度が所定の最大許容温度を超えた場合にレーザビーム１２の出射を制御するように構成され得る。特に、レーザビーム１２の出力が制御中に下げられ得る。代替的に、レーザビーム１２の出射が停止され得るか、またはレーザビーム１２が間欠的に出射され得る。すなわち、レーザビーム１２は、測定された温度が最大許容温度を下回るとき、再び出射される。温度が再び最大許容温度を超える場合、レーザビーム１２の出射は再び停止される。その結果、過熱によるフリップチップ８の損傷が回避され得る。

【0051】

好ましくは、レーザビーム１２に対して透過的な光学要素５０がレーザダクト１６内に配置され得る。本実施形態における光学要素５０は、光学窓であり、レーザダクト１６と垂直に延在する。代替的に、光学要素５０は、その断面にわたってレーザビーム１２の出力を均一化するように、および／またはノズル出口３６の断面に従ってレーザビーム１２の断面を整形するように構成され得る。したがって、フリップチップ８はレーザビーム１２を均等に照射され得る。

【0052】

レーザダクト１６内に光学要素５０を配置するために、本体１４は、下部本体部５２と上部本体部５４とから構成され得る。その場合、光学要素５０は、下部本体部５２と上部本体部５４との間に配置される図１に示されているように、光学要素５０を保持するために、下部本体部５２内に溝部分５６が形成される。溝部分５６は、レーザダクト１６の周長全体にわたって配置され得る。溝部分５６はまた、上部本体部５４内に形成されるか、または下部本体部５２および上部本体部５４内に一緒に形成され得る。光学要素５０を溝部分５６内に配置するために、下部本体部５２と上部本体部５４とは、例えばねじを使用することによって互いに固定され得る別個の要素によって形成される。

【0053】

さらに、光学要素５０は、レーザダクト１６を、保持ノズル３０により近い第１のレーザダクト部５８と、保持ノズル３０からより遠い第２のレーザダクト部６０とに流体的に分割し得る。その場合、真空／圧力ポート２６は、第１のレーザダクト部５８内に真空を作り出すために第１のレーザダクト部５８内に配置される。真空が作り出される必要がある空間は、今や第１のレーザダクト部５８に限定されるため、真空源２２は、真空吸着によってフリップチップ８を保持するために、低減した量のガスを抜くだけでよい。したがって、ボンディングヘッド４の効率ならびに処理速度が高められる。

【0054】

さらに、光ファイバ４９の端部は、第１のレーザダクト部５８内に延在する。したがって、光ファイバ４９は、温度放射が光学要素５０を通過することなしに、フリップチップ８の保持面４４から温度放射を受け取り得る。ボンディングヘッド４は保持ノズル３０を使用するため、温度放射も、ガラス製の吸着ヘッド本体を通る必要がない。したがって、フリップチップ８の温度は、温度放射が光学要素５０または吸着ヘッド本体を通過することによって影響を及ぼされないため、より高い精度で検出され得る。

【0055】

レーザダクト１６の流体分離はまた、ボンディングヘッド４が流体／圧力源６２を備えることができるという利点をもたらす。流体／圧力源６２は、本体１４を通って第２のレーザダクト部６０の内部に配置された流体／圧力ポート６６につながる流体／圧力チャネル６４を介して、第２のレーザダクト部６０内に流体または圧力を導入するように構成される。特に、流体は、冷却流体、またはレーザビーム１２の光学特性に影響を及ぼす流体であり得る。このようにして、ボンディングヘッド４は、動作中に冷却され得る。この点に関して、流体／圧力チャネル６４および流体／圧力ポート６６は、それぞれ、冷却流体の流入および流出を可能にするための２つの別個のチャネルおよびポートによって形成され得ることに留意されたい。さらに、レーザビーム１２の光学特性は、光学要素５０を変更する必要なしに影響を及ぼされ得る。

【0056】

代替的に、流体／圧力源６２は、流体／圧力チャネル６４および流体／圧力ポート６６を介して第２のレーザダクト部６０内に圧力ガスを導入することが可能である。この点について、流体／圧力源６２は、第２のレーザダクト部６０を減圧することも可能である。特に、第２のレーザダクト部６０内の圧力は、第１のレーザダクト部５８内の圧力よりも低いまたは高いことがある。

【0057】

好ましくは、光学要素５０は、流体／圧力源６２が第１のレーザダクト部５８内の圧力に対して第２のレーザダクト部６０内に負圧または正圧を作り出すことによって光学要素５０の曲率、すなわち凸面または凹面が調整され得るように可撓性であり得る。特に、光学要素５０は周長全体で保持されるため、光学要素５０の中心点がレーザダクト１６の延在方向にシフトされる。その結果、レーザビーム１２の焦点、したがって、レーザビーム１２によって照射されるフリップチップ８上の領域が、光学要素５０を置換する必要なしに調整され得る。

【0058】

本実施形態によるボンディングヘッド４は、圧力源６８をも含み得る。圧力源６８は、フリップチップ８が回路板６上に配置され、レーザビーム１２がフリップチップ８に当てられたとき、真空／圧力チャネル２４を介してレーザダクト１６内に圧力ガスを導入するように構成される。したがって、フリップチップ８と回路板６との間のはんだ体１０が溶融され、フリップチップ８が回路板６に押圧される。その結果、液化されたはんだ体１０が再び硬化した後に、フリップチップ８と回路板６との間の適切な機械的および電気的結合が実現される。図１に示されている実施形態では、真空源２２と圧力源６８とは、圧力モードと真空モードとを切り替えることが可能である単一のユニットとして一体的に形成される。代替的に、圧力源６８と真空源２２とは、別個のユニットとして形成され得る。

【0059】

要約すれば、第１の実施形態によるボンディング装置１およびボンディングヘッド４は、ガラス製の吸着ヘッドの摩耗が回避され得るという効果をもたらす。したがって、第１の基板の不均等なレーザ照射が回避され得る。さらに、さらなるチップなど、凹凸突起を有する第１の基板は、第２の基板に取り付けられ得る。

【0060】

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態によるボンディングヘッド７０を示す。ボンディングヘッド７０は、第１の実施形態によるボンディングヘッド４と同様であるため、相違点のみが以下で説明される。

【0061】

本実施形態における第１の基板は、回路板６の実装面４６に一方の端面で接合されることになる縦型チップ７２である。この点に関して、「縦型」という用語は、回路板６の水平配向に対するチップ７２の延在方向の配向を表すことを意図している。したがって、縦型チップ７２の保持面７４の面法線と、回路板６の実装面４６の面法線とは、互いに垂直である。このため、保持ノズル７８のノズル出口７６は、回路板６上の実装面４６と垂直に延在するように配置される。

【0062】

さらに、レーザダクト８０およびノズルダクト８２が、回路板６上の実装面４６に対して斜めの角度で延在する。図３に示されている実施形態では、レーザダクト８０とノズルダクト８２とは、実装面４６の面法線に対して４５°だけ傾斜している。ただし、本実施形態はこの角度に限定されない。好ましくは、縦型チップ７２は、回路板６に接合されることになる端面に近接する位置において保持ノズル７８によって保持される。したがって、縦型チップ７２と回路板６との間に配置されたはんだ体８４を溶融するために、縦型チップ７２の、回路板６に近接する領域のみが加熱される必要がある。

【0063】

その結果、第２の実施形態によるボンディングヘッド７０は、縦型チップ７２を配置し、回路板６に接合することができるという効果をもたらす。さらに、実装面４６の面法線に対するレーザダクト８０およびノズルダクト８２の斜めの配置は、回路板６への損傷を確実に防止する。

【0064】

図３の例は、縦型チップ７２の端面と回路板６の実装面４６との間にはんだ体８４が配置される場合を示す。ただし、第２の実施形態はまた、縦型チップ７２の端面が実装面４６と密着し、縦型チップ７２のより大きい面と回路板６の実装面４６との間に形成された少なくとも１つの角部においてはんだ体が配置される場合を含む。

【0065】

［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態によるボンディングヘッド８６を示す。ボンディングヘッド８６は、第２の実施形態によるボンディングヘッド７０と同様であるため、相違点のみが以下で説明される。

【0066】

図４から分かるように、レーザダクト８８が、回路板６上の実装面４６に対して斜めの角度で延在する。ただし、保持ノズル９２のノズルダクト９０が、回路板６上の実装面４６から離れるように屈曲しているかまたは湾曲している。

【0067】

その結果、保持ノズル９２は、第２の実施形態と比較して、より短いことがあるか、またはより大きいノズル出口９４を有し得る。

【0068】

［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態によるボンディングヘッド９６を示す。ボンディングヘッド９６は、第３の実施形態によるボンディングヘッド８６と同様であるため、相違点のみが以下で説明される。

【0069】

図５に示されているように、保持ノズル１００のノズル出口９８が、チップスタック１０６において配置されたチップ１０４の複数の端面によって形成された実装面１０２と平行に延在するように配置される。すなわち、端面は一緒に実装面１０２を形成する。

【0070】

この場合も、レーザダクト１０８が、実装面１０２に対して斜めの角度で延在する。ただし、保持ノズル１００のノズルダクト１１０が、実装面１０２に向かって屈曲しているかまたは湾曲している。その結果、チップ１１４が、実装面１０２、すなわち、チップスタック１０６において配置されたチップ１０４の複数の端面に実装され得る。

【0071】

さらに、ノズルダクト１１０は、レーザビーム１２を反射してノズル出口９８に向けるように構成される。このようにして、レーザビーム１２によって照射されるチップ１１４上の領域は、拡大され得る。したがって、チップ１１４と複数のチップ１０４の端面との間に配置されたはんだ体１１８が適切に溶融される。ノズル出口９８に向かう反射率を実現するために、保持ノズル１００が反射性材料で作られていることがあるか、またはノズルダクト１１０が反射性コーティングを含み得る。ノズル出口に向かう反射率はまた、第３の実施形態によるボンディングヘッド８６、すなわちノズルダクト９０と組み合わせて使用され得ることに留意されたい。

【0072】

［第５の実施形態］
図６は、本発明の第５の実施形態によるボンディングヘッド１２０を示す。ボンディングヘッド１２０は、第１の実施形態によるボンディングヘッド４と同様であるため、相違点のみが以下で説明される。

【0073】

本体１２２が、下部本体部１２４と上部本体部１２６とから構成される。この場合も、光学要素１２８が、下部本体部１２４と上部本体部１２６との間に配置されるただし、レーザダクト１３０が、下部本体部１２４と上部本体部１２６との間に、光学要素１２８が配置される段差部分１３２を形成するように、下部本体部１２４においてより狭く形成される。好ましくは、光学要素１２８は、段差部分１３２に接着される。その結果、下部本体部１２４と上部本体部１２６とが別個のパーツによって形成される必要がなく、一体的に形成され得る。したがって、光学要素１２８は、レーザダクト１３０の内部に容易に配置され得る。第５の実施形態による段差部分１３２は、第２～第４の実施形態によるボンディングヘッドにおいて使用され得ることに留意されたい。

【符号の説明】

【0074】

１…ボンディング装置、２…チャック、４…ボンディングヘッド、６…回路板、８…フリップチップ、１０…はんだ体、１２…レーザビーム、１４…本体、１６…レーザダクト、１８…レーザ入口、２０…レーザ出口、２２…真空源、２４…真空／圧力チャネル、２６…真空／圧力ポート、２８…レーザ源、３０…保持ノズル、３２…ノズルダクト、３４…ノズル入口、３６…ノズル出口、３８…フリップチップ、４０…さらなるチップ、４２…はんだ体、４４…保持面、４６…実装面、４８…温度測定ユニット、４９…光ファイバ、５０…光学要素、５２…下部本体部、５４…上部本体部、５６…溝部分、５８…第１のレーザダクト部、６０…第２のレーザダクト部、６２…流体／圧力源、６４…流体／圧力チャネル、６６…流体／圧力ポート、６８…圧力源、７０…ボンディングヘッド、７２…縦型チップ、７４…保持面、７６…ノズル出口、７８…保持ノズル、８０…レーザダクト、８２…ノズルダクト、８４…はんだ体、８６…ボンディングヘッド、８８…レーザダクト、９０…ノズルダクト、９２…保持ノズル、９４…ノズル出口、９６…ボンディングヘッド、９８…ノズル出口、１００…保持ノズル、１０２…実装面、１０４…チップ、１０６…チップスタック、１０８…レーザダクト、１１０…ノズルダクト、１１４…チップ、１１８…はんだ体、１２０…ボンディングヘッド、１２２…本体、１２４…下部本体部、１２６…上部本体部、１２８…光学要素、１３０…レーザダクト、１３２…段差部分

【要約】      （修正有）

【課題】第１の基板を第２の基板との特定の三次元位置関係において保持し、第１の基板にレーザビームを当てることで、これらの基板の接触領域間に配置された接合材料堆積物を溶融することによって基板を接合するボンディングヘッド及びボンディング装置を提供する。
【解決手段】ボンディングヘッド４は、レーザ入口１８からレーザ出口２０に延在するレーザダクト１６を有する本体１４と、本体を通ってレーザダクトの内部に配置された真空／圧力ポート２６につながる真空／圧力チャネルを介して、レーザダクト内に真空を作り出す真空源２２と、レーザビームを出射し、レーザダクトを通ってレーザ出口に誘導するレーザ源２８と、本体に交換可能に取り付けられノズルダクト３２を有する保持ノズル３０と、第１の基板としてのフリップチップ８上の保持面よ４４りも小さい断面を有するノズル出口３６と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】