接合装置以及接合头调整方法与流程

1.本发明涉及一种接合装置以及接合头调整方法。


背景技术：

2.专利文献1公开一种倒装芯片(flip-chip)安装方法。专利文献1的安装方法在将半导体芯片安装于电路基板时使用。半导体芯片的处理中使用吸附工具。首先，使用吸附工具，拾取配置于支撑件的半导体芯片。接下来，吸附工具在保持半导体芯片的状态下移动至载置有电路基板的接合载台(bonding stage)。而且，吸附工具以将半导体芯片配置于电路基板的所期望的位置的方式进行移动。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利特开2012-174861号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.于在电路基板配置半导体芯片时，以半导体芯片相对于目标位置具有所期望的位置精度地配置的方式使吸附工具移动。在配置半导体芯片时，半导体芯片相对于电路基板的姿势也重要。半导体芯片相对于电路基板的姿势是指半导体芯片相对于供安装半导体芯片的电路基板的面的斜率。
8.例如，有时要求将与电路基板相向的半导体芯片的接合面配置成相对于电路基板的安装面平行。若半导体芯片相对于安装面倾斜，则半导体芯片在安装上产生不良。例如，在半导体芯片的凸块电极与电路基板的电极垫之间，存在产生电性接合的不良的可能性。在半导体芯片相对于安装面的斜率大的情况下，也会存在半导体芯片的一部分与电路基板接触的情况。在半导体芯片的一部分与电路基板接触的情况下，也会存在半导体芯片受到物理上的损伤的情况。若产生安装上的不良，则裸片接合作业的良率降低。
9.本发明提供一种能够提高裸片接合作业的良率的接合装置以及接合头调整方法。
10.解决问题的技术手段
11.作为本发明的一实施例的接合装置包括：载台，具有供载置基板的载置面；接合头，具有吸附并保持芯片零件的芯片保持面、及调整芯片保持面的斜率的调整单元，且相对于载置于载台的基板来配置芯片零件；信息保持部，保持将载置面上的位置与所述位置处的斜率建立了关联的载台的斜率信息；以及仿形夹具，具有要按压芯片保持面的仿形面，且能够变更仿形面的斜率以使芯片保持面的斜率与斜率信息所示的斜率相对应。
12.根据接合装置，即便在基板载置于载台的状态下，信息保持部也具有载台的斜率信息。其结果，可根据要配置芯片零件的场所的斜率来调整接合头的斜率。因此，可提高裸片接合作业的良率。
13.在一实施例中，仿形夹具可包括被动倾斜部，所述被动倾斜部包含仿形面，且仿形
面通过从仿形面受到的力而被动地倾斜。一实施例的接合装置也可包括：控制部，从信息保持部获取斜率信息，当芯片保持面被按压于仿形面时，基于所述位置处的斜率来控制芯片保持面对仿形面施加的力。根据所述结构，可使仿形夹具的结构简单。
14.在一实施例中，被动倾斜部可包括：板构件，包含仿形面；以及弹性变形部，设置于板构件中与仿形面相反一侧的面。弹性变形部可为树脂材料。根据所述结构，也可使仿形夹具的结构简单。
15.在一实施例中，被动倾斜部可包括：板构件，包含仿形面；以及弹性变形部，设置于板构件中与仿形面相反一侧的面。弹性变形部可为金属制的弹簧。根据所述结构，也可使仿形夹具的结构简单。
16.在一实施例中，仿形夹具可包括主动倾斜部，所述主动倾斜部包含仿形面，且仿形面与从仿形面受到的力无关地主动地倾斜。主动倾斜部可包括：板构件，包含仿形面；以及板构件驱动部，设置于板构件中与仿形面相反一侧的面，主动地控制板构件的斜率。板构件驱动部使板构件倾斜，以使仿形面的斜率与由信息保持部提供的斜率信息所示的斜率相对应。根据所述结构，可使仿形面确实地如倾斜信息所示那样倾斜。
17.本发明的另一实施例是一种接合头调整方法，其对芯片保持面相对于基板的斜率进行调整，所述基板载置于具有供载置基板的载置面的载台的载置面，所述芯片保持面是配置芯片零件的接合头所具有的、吸附并保持芯片零件的芯片保持面。接合头调整方法包括：第一工序，获得将载置面上的位置与所述位置处的斜率建立了关联的斜率信息；以及第二工序，基于与载置面上的位置建立了关联的斜率信息来调整芯片保持面的斜率，所述载置面上的位置与供配置芯片零件的基板的位置相对应。根据接合头调整方法，即便在基板载置于载台的状态下，信息保持部也具有载台主面的斜率信息。其结果，可根据要配置芯片零件的场所的斜率来调整接合头的斜率。因此，可提高裸片接合作业的良率。
18.在另一实施例中，第二工序可使用根据芯片保持面的按压而被动地产生仿形面的斜率的仿形夹具，来调整芯片保持面的斜率。通过所述方法，也可根据要配置芯片零件的场所的斜率来调整接合头的斜率。
19.在另一实施例中，第二工序可使用与芯片保持面的按压无关地主动地产生仿形面的斜率的仿形夹具，来调整芯片保持面的斜率。通过所述方法，也可根据要配置芯片零件的场所的斜率来调整接合头的斜率。
20.发明的效果
21.根据本发明，提供一种能够提高裸片接合作业的良率的接合装置以及接合头调整方法。
附图说明
22.[图1]图1是表示可应用接合装置以及接合头调整方法的接合动作的情形的概略图。
[0023]
[图2]图2是表示接合装置的结构的图。
[0024]
[图3]图3(a)是表示弹性变形部所具有的位置与斜率的关系的图。图3(b)是表示弹性变形部所具有的权重与斜率的关系的图。图3(c)是表示弹性变形部的刚性与斜率的关系的图。
[0025]
[图4]图4(a)是表示接合作业的一工序的图。图4(b)是表示接合作业中图4(a)的后续工序的图。图4(c)是表示接合作业中图4(b)的后续工序的图。
[0026]
[图5]图5(a)是表示接合头调整作业的工序的图。图5(b)是表示接合头调整作业中图5(a)的后续工序的图。
[0027]
[图6]图6(a)是表示接合头调整作业中图5(b)的后续工序的图。图6(b)是表示接合头调整作业中图6(a)的后续工序的图。
[0028]
[图7]图7(a)是表示接合头调整作业后续的接合作业的一工序的图。图7(b)是表示接合作业中图7(a)的后续工序的图。
[0029]
[图8]图8(a)是表示接合作业中图7(b)的后续工序的图。图8(b)是表示接合作业中图8(a)的后续工序的图。
[0030]
[图9]图9是表示变形例1的接合装置的结构的图。
[0031]
[图10]图10是表示变形例2的接合装置的结构的图。
[0032]
[图11]图11(a)是表示接合头调整作业的工序的图。图11(b)是表示接合头调整作业中图11(a)的后续工序的图。
[0033]
[图12]图12(a)是表示接合头调整作业中图11(b)的后续工序的图。图12(b)是表示接合头调整作业中图12(a)的后续工序的图。
具体实施方式
[0034]
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。在附图的说明中，对同一部件标注同一符号，省略重复的说明。
[0035]
如图1所示，接合装置1将芯片零件202接合至基板201。所述接合包括机械接合及电性接合的含义。芯片零件202例如是通过半导体晶片的单片化而获得的半导体芯片。芯片零件202也可为其他经封装化的电子零件等。多个芯片零件202载置于芯片载台203。基板201例如是形成有配线图案及电极垫的电路基板。基板201载置于基板载台204。芯片零件202所包括的凸块电极会被接合于基板201的电极垫。接合装置1的接合头200移动至芯片载台203上。继而，接合头200以靠近芯片载台203的方式下降。继而，接合头200保持芯片零件202。继而，保持着芯片零件202的接合头200移动至基板201上。继而，接合头200将芯片零件202载置于基板201的规定位置。而且，接合头200进行为了将芯片零件202接合于基板201而所需的处理。例如，为了使机械接合中需要的接着剂热硬化，接合头200对芯片零件202施加热。
[0036]
当将芯片零件202配置于基板201时，芯片零件202相对于基板201的姿势很重要。芯片零件202相对于基板201的姿势例如是指芯片零件202的芯片接合面202a相对于供安装芯片零件202的基板201的安装面201a的斜率。理想情况下，芯片接合面202a理想为与安装面201a平行。例如，为了芯片零件202的接合，接合装置1的接合头200有时会将芯片零件202朝向基板201按压。若芯片接合面202a与安装面201a平行，则按压力的分布不会产生偏移。在芯片接合面202a与安装面201a平行的情况下，也可对配置在芯片零件202与基板201之间的接着剂均匀地赋予热。在芯片接合面202a相对于安装面201a倾斜的情况下，存在按压力的分布及热的分布产生偏移的可能性。在芯片接合面202a相对于安装面201a极端倾斜的情况下，也会存在芯片零件202的一部分与基板201接触的情况。
[0037]
因此，控制芯片零件202相对于基板201的姿势很重要。本实施方式的接合装置以及接合头调整方法是良好地设定芯片零件202相对于基板201的姿势的接合装置以及接合头调整方法。
[0038]
对接合装置1进行简单说明。接合装置1包括接合头200、基板载台204(载台)、调整控制器20(信息保持部)及仿形夹具10作为主要的结构部件。
[0039]
接合头200具有芯片保持部101及斜率调整机构102(调整单元)。芯片保持部101具有芯片保持面101a。芯片保持部101保持芯片零件202在芯片保持面101a上能够装卸。例如，在芯片零件202的保持中可使用真空吸附机构等。芯片保持部101安装于斜率调整机构102。斜率调整机构102变更芯片保持部101相对于基准轴的斜率。斜率调整机构102维持芯片保持部101的斜率。斜率调整机构102包含球面气压轴承。斜率调整机构102可使构成轴承的可动部102a自如地倾斜。因此，斜率调整机构102可将芯片保持部101设定为任意的斜率。可动部102a的位置例如通过真空吸附来保持。斜率调整机构102安装于致动器(actuator)103。致动器103使斜率调整机构102及芯片保持部101在三个轴方向上移动。以下的说明中，将靠近或远离基板201等的方向设为z方向。将与z方向正交的方向设为x方向。致动器103基于主控制器104(控制部)所提供的控制信号φ1来运行。
[0040]
如图2所示，若芯片保持部101被按压至仿形夹具10，则仿形夹具10根据所述按压力而变形。所述变形会产生仿形夹具10的斜率。斜率可通过偏差d、以及按压力f的大小来控制。所谓偏差d，是从仿形夹具10的夹具基准轴a1至斜率调整机构102的载台基准轴a2为止的距离。仿形夹具10能够产生任意的斜率。因此通过使芯片保持部101仿形所述斜率，可将芯片保持部101调整为任意的斜率。所述仿形及斜率的保持通过斜率调整机构102来实现。
[0041]
仿形夹具10具有被动倾斜部11及基座12。被动倾斜部11具有板构件13及弹性变形部14。板构件13为平板。板构件13具有不会因芯片保持部101的按压而产生显著变形的程度的刚性。板构件13具有仿形面13a。在仿形面13a按压芯片保持面101a。仿形面13a的大小也可比芯片保持面101a大。弹性变形部14被板构件13与基座12所夹住。弹性变形部14相对于按压力f而产生显著的变形。弹性变形部14的刚性低于板构件13的刚性。此处所谓的刚性是表示变形的难易度的程度。此处所谓的刚性也可称之为弹性系数或杨氏模量。弹性变形部14是包含橡胶或树脂的块体。弹性变形部14例如可使用氟橡胶或硅酮橡胶。但是弹性变形部14并不限于此，只要为弹性体即可使用。弹性变形部14可为一个或多个金属制的弹簧。就产生显著的斜率的观点而言，弹性变形部14的厚度大于板构件13的厚度。夹具基准轴a1也可称为弹性变形部14的中立轴。当按压力f的轴线与夹具基准轴a1重叠时，弹性变形部14在z方向上收缩而不产生斜率。按压力f的轴线也可称为载台基准轴a2。当按压力f的轴线偏离夹具基准轴a1时，弹性变形部14在z方向上收缩。但是，其收缩量因场所而异。因此，配置于弹性变形部14之上的板构件13产生斜率。
[0042]
弹性变形部14的特性可通过图3(a)的曲线g1及图3(b)的曲线g2来例示。图3(a)的横轴表示位置。图3(b)的纵轴表示斜率。横轴所指的位置换言之是载台基准轴a2相对于夹具基准轴a1的位置(偏差d)。位置为零是指载台基准轴a2与夹具基准轴a1重叠。图3(b)的横轴表示权重。图3(b)的纵轴表示斜率。权重越大，斜率越增加。曲线g3中，例示权重与斜率的关系成比例的情况。
[0043]
作为变形例1将在下文进行说明，但弹性变形部14并不限定于其刚性恒定的结构。
如图3(c)的曲线g3所示，弹性变形部14的刚性也可为可变。所述情况下，通过使按压力恒定来控制弹性变形部14的刚性，也能够产生任意的斜率。
[0044]
调整控制器20向主控制器104提供控制信号φ2，以成为产生所期望的斜率的按压的形式。调整控制器20保持后述的载台主面204a(载置面)上的要配置芯片零件202的位置与所述位置处的载台主面204a的斜率相互建立关联的信息。调整控制器20从主控制器104接收接下来要配置的芯片零件202的位置信息。调整控制器20调用与所接收到的位置信息相对应的斜率信息。继而，调整控制器20基于所调用的斜率信息来设定芯片保持部101的斜率目标。调整控制器20基于图3(a)及图3(b)所示的弹性变形部14的特性，算出载台基准轴a2相对于夹具基准轴a1的偏差d。偏差d被换算为芯片保持部101的x方向及y方向的位置。调整控制器20算出芯片保持部101按压仿形夹具10的力。芯片保持部101按压仿形夹具10的力被换算为芯片保持部101的z方向的位置。调整控制器20将控制信号φ1输出至主控制器104，以使芯片保持部101移动至所算出的x向、y方向及z方向的各个位置。
[0045]
＜接合头调整方法＞
[0046]
以下，适当参照图4～图8来对包含接合调整方法的接合方法进行说明。
[0047]
准备基板载台204(s1：图4(a))。在基板载台204上，在之后的工序中将基板201载置于载台主面204a。所载置的基板201与载台主面204a的位置关系事先已知。具体而言，明确了要配置芯片零件202的基板201上的位置与对应于要配置芯片零件202的位置的载台主面204a的位置之间的对应关系。图4(a)所示的例子中，图示出三个部位的对应区域r1、r2、r3。理想情况下，载台主面204a如两点划线所示，与z方向正交。但是，实际上，载台主面204a可能会如实线所示那样倾斜。
[0048]
接下来，获得载台主面204a的斜率(s2(第一工序)：图4(b))。获得所述斜率的作业可使用可测定面的斜率的所期望的测定装置206。测定装置206针对载台主面204a上的各测定位置(各对应区域r1、r2、r3)测定斜率。测定装置206将位置信息与斜率的信息建立关联，从而输出至调整控制器20。
[0049]
接下来，在载台主面204a载置基板201(s3：图4(c))。在工序s3以后的工序中，无法直接测定载台主面204a的斜率。但是，实施方式的接合装置1已将与要配置芯片零件202的区域相对应的斜率信息保持于调整控制器20中。因此，即便于在载台主面204a上载置有基板201的状态下，也可获知与要配置芯片零件202的区域相对应的斜率。
[0050]
接下来，调整芯片保持部101的斜率(s4(第二工序)：图5及图6)。
[0051]
调整控制器20读取与要配置芯片零件202的位置相对应的斜率信息。而且，利用所读取的斜率信息及弹性变形部14的特性信息，算出载台基准轴a2相对于夹具基准轴a1的位置(偏差d)及按压力f。基于所算出的偏差d及按压力f，调整控制器20向主控制器104输出表示出芯片保持部101的目标位置的控制信号。接收到控制信号的主控制器104对致动器输出控制信号φ1，以使x方向的位置及y方向的位置成为目标位置(s4a：参照图5(a))。
[0052]
所述状态下，斜率调整机构102的可动部102a被锁定。即，可动部102a无法倾斜。主控制器104提供控制信号φ1来解除斜率调整机构102的锁定(s4b：参照图5(b))。
[0053]
调整控制器20对主控制器104输出控制信号φ2，以使芯片保持部101的z方向的位置成为目标位置。芯片保持部101的芯片保持面101a被按压至仿形面13a。弹性变形部14产生偏斜的变形，因此板构件13倾斜。对芯片保持部101进行保持的斜率调整机构102的可动
部102a仿形板构件13的斜率而倾斜(s4c：参照图6(a))。仿形夹具10的板构件13因按压力f而倾斜。仿形夹具10的斜率在不按压芯片保持部101的时不会产生。将通过按压芯片保持部101而产生仿形夹具10的斜率称为被动地产生仿形夹具10的斜率。
[0054]
而且，在产生了仿形夹具10的斜率的状态下，主控制器104提供控制信号φ1。其结果，斜率调整机构102的可动部102a被锁定(s4d：参照图6(b))。因此，芯片保持部101的斜率得以维持。
[0055]
接下来，保持芯片零件202(s5：图7(a))。主控制器104向致动器103提供控制信号φ1。使接合头200移动至芯片零件202的上方。接下来，主控制器104使接合头200沿着z方向向下移动。接下来，主控制器104将芯片零件202保持于接合头200。而且，主控制器104使保持着芯片零件202的接合头200沿着z方向向上移动。
[0056]
接下来，使芯片零件202移动至基板201(s6：图7(b))。主控制器104向致动器103提供控制信号φ1。其结果，接合头200移动至基板201上的配置芯片零件202的区域的上方。
[0057]
接下来，将芯片零件202安装于基板201(s7：图8(a))。主控制器104向致动器103提供控制信号φ1。其结果，接合头200朝向基板201沿z方向向下移动。此时，芯片保持部101的芯片保持面101a与基板201的安装面201a平行。若使芯片零件202的由芯片保持部101所保持的面和与基板201相向的相反一侧的面相互平行，则由芯片保持面101a保持着的芯片零件202的芯片接合面202a也与基板201的安装面201a平行。接合头200进行用于使接着剂热硬化的加热等在接合中需要的所期望的处理。
[0058]
接下来，使接合头200从芯片零件202离开(s8：图8(b))。主控制器104向接合头200提供控制信号φ1。其结果，接合头200的吸附动作停止。主控制器104向致动器103提供控制信号φ1。其结果，接合头200朝向基板201沿z方向向上移动。通过以上工序，将芯片零件202安装于基板201。
[0059]
＜作用效果＞
[0060]
接合装置1以及接合头调整方法中，即便在基板201载置于基板载台204的状态下，调整控制器20也具有载台主面204a的斜率信息。结果，可根据要配置芯片零件202的场所的斜率来调整芯片保持部101的斜率。因此，可提高裸片接合作业的良率。
[0061]
本发明的接合装置并不限定于所述方式。
[0062]
＜变形例1＞
[0063]
如上所述，弹性变形部并不限定于其刚性恒定的结构。如图3(c)的曲线g3所示，弹性变形部的刚性也可为可变。图9是能够将弹性变形部14a的刚性控制为任意刚性的接合装置1a的一例。接合装置1a包括仿形夹具10a。仿形夹具10a具有被动倾斜部11a。仿形夹具10a所具有的被动倾斜部11a的弹性变形部14a包含能够控制刚性(弹性系数、杨氏模量)的可变刚性部14s。可变刚性部14s例如可通过液压、水压或气压，基于调整控制器20输出的控制信号φ2来控制刚性。
[0064]
＜变形例2＞
[0065]
实施方式的仿形夹具10是因按压力而被动地产生板构件13的斜率的仿形夹具10。例如，如图10所示，接合装置1b的仿形夹具10b的斜率也可主动地产生。所述主动是指即便不按压芯片保持部101也会产生斜率。变形例2的接合装置1b具有主动倾斜部15来代替被动倾斜部11。主动倾斜部15具有板构件13及驱动柱16(板构件驱动部)。驱动柱16例如配置于
板构件13的角部。驱动端16a的前端抵接于板构件13。板构件13的支撑体不需要全部为驱动柱16。也可为在矩形的板构件13的三个角部设置驱动柱16。在一个角部配置支撑柱17。支撑柱17并非如驱动柱16那样突出长度可变。驱动柱16接收来自调整控制器20的控制信号φ2。其结果，驱动柱16的突出长度得到调整。通过调整驱动柱16的突出长度，能够将板构件13的斜率设定为所期望的斜率。
[0066]
根据接合装置1b，可通过图11及图12所示的工序来调整芯片保持部101的斜率。如图11(a)所示，使芯片保持部101移动至仿形夹具10b上。芯片保持部101只要位于板构件13上即可。不需要如实施方式那样进行夹具基准轴a1与载台基准轴a2的偏差d所示那样的严格的对位。接下来，如图11(b)所示，调整控制器20向驱动柱16输出控制信号φ2。驱动柱16基于控制信号φ2来调整驱动端16a的长度。通过驱动端16a的长度的调整，将板构件13设定为所期望的斜率。进而，主控制器104解除斜率调整机构102的锁定。继而，如图12(a)所示，主控制器104输出控制信号φ1。致动器103使斜率调整机构102及芯片保持部101沿z方向向下移动。此时，斜率调整机构102的可动部102a的锁定被解除。因此，固定于可动部102a的芯片保持部101仿形板构件13的斜率。此时，只要芯片保持面101a与仿形面103a接触即可。即，未产生按压力。其后，主控制器104锁定可动部102a。而且，如图12(b)所示，主控制器104输出控制信号φ1。致动器103使斜率调整机构102及芯片保持部101沿z方向向上移动。通过以上工序，完成芯片保持部101的斜率的调整。
[0067]
符号的说明
[0068]
1、1a、1b：接合装置
[0069]
10、10a、10b：仿形夹具
[0070]
11、11a：被动倾斜部
[0071]
12：基座
[0072]
13：板构件
[0073]
13a：仿形面
[0074]
14、14a：弹性变形部
[0075]
14s：可变刚性部
[0076]
15：主动倾斜部
[0077]
16：驱动柱
[0078]
20：调整控制器
[0079]
101：芯片保持部
[0080]
101a：芯片保持面
[0081]
102：斜率调整机构(斜率调整单元)
[0082]
103：致动器
[0083]
104：主控制器(控制部)
[0084]
200：接合头
[0085]
201：基板
[0086]
201a：安装面
[0087]
202：芯片零件
[0088]
202a：芯片接合面
[0089]
203：芯片载台
[0090]
204：基板载台(载台)
[0091]
204a：载台主面(载置面)
[0092]
a1：夹具基准轴
[0093]
a2：载台基准轴
[0094]
d：偏差
[0095]
f：按压力。