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CN114981939A - 安装头 - Google Patents

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CN114981939A
CN114981939A CN202080053494.3A CN202080053494A CN114981939A CN 114981939 A CN114981939 A CN 114981939A CN 202080053494 A CN202080053494 A CN 202080053494A CN 114981939 A CN114981939 A CN 114981939A
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CN
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cooling
heater
chip
mounting head
temperature
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Application number
CN202080053494.3A
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福本眞介
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Shinkawa Ltd
Original Assignee
Shinkawa Ltd
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Publication date
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Abstract

将芯片接合至接合对象的安装头(10)包括：安装工具(12)，底面作为抽吸保持所述芯片的吸附面(12a)发挥功能；加热器(14)，被配置于所述安装工具(12)的上表面，对所述安装工具(12)进行加热；冷却机构(35)，具有将制冷剂分别导向对所述加热器(14)设定的多个冷却区域(Ea)、(Eb)并且相互独立的多个冷却流路(28a)、(28b)，可相互独立地冷却所述多个冷却区域(Ea)、(Eb)；以及控制器(20)，控制所述加热器(14)及所述冷却机构(35)的驱动，所述控制器(20)在所述加热器(14)的加热时，相互独立地控制流向多个所述冷却流路(28a)、(28b)的所述制冷剂的流量，以获得所期望的温度分布。

Description

安装头
技术领域
本说明书公开一种将芯片接合至基板的安装头。
背景技术
以往，作为芯片与基板或者芯片与芯片的接合方法，一般进行使用焊料材或Au凸块等接合构件来接合两者的方法。这些接合方法中，在芯片的底面，形成有包含导电金属的接合构件，在使所述接合构件附着于作为接合对象的基板或另一芯片的电极的状态下，使接合构件熔融、凝固而进行配线部的连接。为了进行所述接合，安装头对所保持的芯片进行加热，并对接合对象进行加压，使接合构件熔融。
因此，在安装头，考虑芯片的尺寸等而设有所期望的性能的加热器。芯片必须尽快进行加热、冷却，因此，一般使用陶瓷加热器等之类的热容量小且具有高的热响应性的加热器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-199358号公报
发明内容
发明所要解决的问题
此外，一般而言，芯片要求尽可能均匀地受到加热。然而，搭载于安装头的陶瓷加热器等的加热器难以使其表面温度完全均匀，根据区域而温度会有所偏差。其结果，存在无法均匀地加热芯片的问题。
而且，根据芯片的种类，也有时欲根据芯片内的区域来改变加热温度。例如，在具有耐热温度低的保护部分的芯片的情况下，欲仅对所述保护部分将加热温度抑制为低，而其他部分将加热温度确保为高。然而，在利用一个加热器来对一个芯片进行加热的结构的情况下，无法仅对所期望的部分将加热温度抑制为低。
因此，也考虑设置多个加热器。通过采用所述结构，可局部地控制芯片的表面温度，而获得所期望的温度分布。然而，在设有多个加热器的情况下，会导致伴随导线等的增加造成的设置空间的增加这一其他问题。而且，加热器的电路数越增加，则用于防止过热等的安全机构也越繁琐化。
此处，专利文献1中公开了一种加热头，其具有加热器与保持芯片的夹头(collet)，使夹头与芯片的接触密度疏密地分布。根据所述技术，使从加热头向芯片传递的热容量产生分布。因此，通过调整接触密度的分布，便可调整芯片的表面温度的分布。
然而，专利文献1中，为了获得所期望的温度分布而变更了夹头的机械结构。因此，每当所需的温度分布发生改变时，必须对夹头进行机械变更，缺乏通用性。
因此，本说明书中，公开一种安装头，能以所期望的温度分布来更简便地加热芯片。
解决问题的技术手段
本说明书中公开的安装头将芯片接合至接合对象，所述安装头的特征在于包括：安装工具，底面作为抽吸保持所述芯片的吸附面发挥功能；加热器，被配置于所述安装工具的与所述吸附面为相反侧的面，对所述安装工具进行加热；冷却机构，具有将制冷剂分别导向对所述加热器设定的多个冷却区域并且相互独立的多个冷却流路，可相互独立地冷却所述多个冷却区域；以及控制器，控制所述加热器及所述冷却机构的驱动，所述控制器在所述加热器的加热时，相互独立地控制流向多个所述冷却流路的所述制冷剂的流量，以获得所期望的温度分布。
此时，也可为，所述控制器预先存储有记录了温度分布、所述加热器的驱动条件与流向多个所述冷却流路的所述制冷剂的流量的关系的条件数据，基于所述条件数据来控制所述加热器及所述冷却机构的驱动。
而且，也可为，所述冷却流路的流路剖面积随着接近所述加热器而阶段性地变大。
而且，也可为，所述控制器在所述芯片的加热处理、及在所述加热处理之后进行的所述芯片的冷却处理这两处理中，使所述制冷剂流向多个所述冷却流路。
发明的效果
根据本说明书中公开的安装头，可利用制冷剂来调整加热器的温度分布，因此能以所期望的温度分布来更简便地加热芯片。
附图说明
图1是表示安装头的结构的方块图。
图2是被装入安装头的保持块的底面图。
图3A是图2的A-A剖面图。
图3B是图2的B-B剖面图。
图4是表示欲将加热器的温度分布设为均等时的温度调整的情况的图。
图5是条件数据的映象图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明安装头10的结构。图1是表示安装头10的结构的方块图。而且，图2是被装入安装头10的保持块16的底面图。进而，图3A是图2的A-A剖面图，图3B是图2的B-B剖面图。再者，以下，将安装头10的轴方向称作“Z方向”，将与Z方向正交的方向称作“X方向”，将与Z方向及X方向这两方向正交的方向称作“Y方向”。
所述安装头10被用于将芯片(未图示)接合至作为基板或另一芯片的接合对象(未图示)的接合处理。在芯片的底面，突出形成有包含导电金属的凸块。凸块是被接合于作为接合对象的电极的接合构件。在将芯片接合于接合对象时，将所述凸块熔接于作为接合对象的电极。
具体而言，安装头10在抽吸保持有芯片的状态下，相对于接合对象而沿水平方向及铅垂方向相对移动，以搬送芯片。安装头将芯片的凸块按压至作为接合对象的电极，并且对所述芯片进行加热，使凸块熔融。并且，在凸块熔融后，只要对芯片进行冷却而使凸块凝固，芯片对接合对象的熔接便完成。
此种安装头10如图1所示，是将安装工具12、加热器14、保持块16以及本体18沿轴方向层叠配置而构成。安装工具12的底面作为抽吸保持芯片的吸附面12a发挥功能。在所述安装工具12的吸附面12a，形成有用于抽吸保持芯片的抽吸凹部23。抽吸凹部23经由抽吸孔22而连接于真空源24。并且，真空源24根据需要来使抽吸凹部23产生抽吸力。
加热器14被配置于安装工具12的与吸附面12a为相反侧的面，即，安装工具12的上表面。所述加热器14对安装工具12，甚而对芯片进行加热。加热器14的结构并无特别限定。但是，为了尽快对芯片进行加热、冷却，加热器14理想的是热容量小且具有高的热响应性者。本例中，作为加热器14，采用在氮化铝等陶瓷的内部嵌入有包含铂或钨等的发热电阻体的陶瓷加热器。所述加热器14为四方板状构件。驱动器26根据需要来对加热器14施加电流，而使加热器14发热。
在加热器14的上表面，进而设有保持所述加热器14的保持块16。保持块16是介隔在安装头10的本体18与加热器14之间的块状构件。所述保持块16包含具有隔热性的材料例如陶瓷等，也作为阻碍从加热器14向本体18的导热的隔热层发挥功能。
在安装头10，进而设有用于对加热器14进行冷却的冷却机构35。所述冷却机构35可相互独立地冷却对加热器14设定的多个冷却区域E1、E2。即，本例中，将加热器14以X方向中心线为边界而划分为两个冷却区域即第一冷却区域E1及第二冷却区域E2，相互独立地冷却这两个冷却区域E1、E2。再者，以下，在不区分第一冷却区域E1与第二冷却区域E2的情况下，省略尾标a、b而简称作“冷却区域E”。其他构件也同样。
为了可实现此种冷却，冷却机构35具有两个冷却流路28a、28b。两个冷却流路28a、28b相互独立，两个冷却流路28a、28b不连通。各冷却流路28包含形成于保持块16及本体18的一个以上的冷却孔29。本例中，如图2、图3A、图3B所示，在一个保持块16设有四个冷却孔29a～29d。四个冷却孔29a～29d是在X方向上排列两个、在Y方向上排列两个的两列两行配置。设于与第一冷却区域E1相向的位置的两个冷却孔29a、29b在保持块16的外部汇流，并连通于一个电动调节器38a。这两个冷却孔29a、29b均作为将制冷剂导向加热器14的第一冷却区域E1的第一冷却流路28a发挥功能。而且，设于与第二冷却区域E2相向的位置的两个冷却孔29c、29d也在保持块16的外部汇流，并连通于一个电动调节器38b。这两个冷却孔29c、29d作为将制冷剂导向加热器14的第二冷却区域E2的第二冷却流路28b发挥功能。再者，制冷剂只要可冷却加热器14，则其种类不受限定。因此，例如也可利用空气等气体来作为制冷剂。而且，制冷剂并不限于气体，也可使用水、油等液体或氟氯烷气体(Freon gas)。
四个冷却孔29呈彼此相同的结构。即，冷却孔29具有主部30、形成与加热器14的上表面接触的面状流路的末端部32、以及介隔在主部30与末端部32之间的中间部34。主部30从保持块16的上表面朝下方延伸。中间部34位于保持块16的下端附近。所述中间部34的流路剖面积(即水平剖面积)充分大于主部30的流路剖面积。本例中，中间部34在仰视时，呈向Y方向外侧打开的大致U字状。
末端部32是形成于保持块16的底面的凹部，作为沿着加热器14的上表面而扩展的面状流路发挥功能。所述末端部32的Y方向端部连通于外部空间，使得制冷剂可排出至外部。末端部32的形状并无特别限定，但在本例中，如图2所示，在仰视时呈完全覆盖中间部34的大致矩形。
根据所述图2可明确的是，末端部32的流路剖面积大于中间部34的流路剖面积。换言之，本例中，各冷却流路28的流路剖面积随着接近加热器14而阶段性地变大。通过采用所述结构，制冷剂在从主部30经过中间部34而向末端部32前进的过程中，阶段性地朝面方向扩展。并且，由此，制冷剂在加热器14的上表面附近均等地分散，因此可更均等地冷却加热器14。
冷却机构35进而具有电动调节器38及流量计36。电动调节器38与冷却流路28同样，设有多个，所述多个电动调节器38相互独立地驱动。而且，各电动调节器38对流向对应的冷却流路28的制冷剂的流量Fa、流量Fb进行调整。因此，流向各冷却流路28的制冷剂的流量F可相互独立地控制。流量计36被设于电动调节器38与冷却流路28之间，对流向各冷却流路28的制冷剂的流量F进行测量。
控制器20控制所述的真空源24或驱动器26、电动调节器38的驱动。所述控制器20是在物理上具有处理器42与存储器44的计算机。
控制器20在欲吸收保持芯片的时机，驱动真空源24来使抽吸力作用于抽吸凹部23。而且，控制器20在对芯片进行加热时，即，在使芯片的凸块熔融的时机，对驱动器26进行驱动以使加热器14升温。而且，控制器20在凸块熔融后欲使所述凸块固化的时机，将加热器14设为关闭(OFF)，并且对冷却机构35进行驱动，以将制冷剂送向冷却流路28而使加热器14进行气冷。
此外，通常，加热器14会因内建的发热电阻体的分布的偏差等而导致其表面温度产生少许偏差。所处理的芯片的尺寸越大，则所述偏差越容易更显著地产生。另一方面，多数芯片要求在接合时均等地受到加热。所述均热的精度要求伴随芯片的高精度化而变得更为严格。因此，在利用单个加热器来加热芯片的情况下，有时难以满足所要求的均热精度。
而且，在芯片中，也有欲积极地使加热时的温度分布发生偏颇的情况。例如，在芯片中，也有局部性地具有耐热性低的保护部分的芯片。对于所述芯片，理想的是以保护部分确保为低温而其他部分成为高温的温度分布来进行加热。
因此，为了以所期望的温度分布来对芯片进行加热，也考虑设置多个加热器14。此时，通过相互独立地驱动对芯片的互不相同的区域进行加热的多个加热器14，从而可使芯片的温度分布接近所期望的温度分布。
然而，在设有多个加热器14的情况下，相应地，从发热电阻体或温度传感器(例如热电偶等)引出的导线增加，从而导致设置空间的增加。而且，在设有多个加热器14的情况下，用于防止过热等的安全电路也必须设置多个，从而导致整体的结构复杂化。
因此，本例中，为了不增加加热器14的个数而获得所期望的温度分布，设置相互独立的多个冷却流路28，并相互独立地控制流向所述多个冷却流路28的制冷剂的流量F，由此来调整加热器14的温度分布。以下对其进行说明。
图4是表示欲将加热器14的温度分布设为均等时的温度调整的情况的图。图4中，交叉影线(cross hatching)表示加热器14的温度分布，交叉影线的眼越细，则表示温度越高。而且，箭头表示第一冷却流路28a的制冷剂的流量Fa及第二冷却流路28b的制冷剂的流量Fb。
如图4(a)所示，假设因加热器14其自身的特性等，而导致第二冷却区域E2的温度较第一冷却区域E1的温度容易成为高温。此时，本例中，为了使加热器14的温度变得均匀，与加热器14的驱动并行地驱动冷却机构35，向冷却流路28a、冷却流路28b供给冷却用的制冷剂。此时，独立地控制两个冷却流路28a、28b的流量Fa、流量Fb，以使流向高温的第二冷却区域E2的制冷剂的流量Fb大于流向第一冷却区域E1的制冷剂的流量Fa。由此，第二冷却区域E2较第一冷却区域E1而积极地受到散热，第二冷却区域E2的温度下降。其结果，第二冷却区域E2的温度接近第一冷却区域E1的温度，从而可使加热器14的温度分布接近均等。
同样，如图4(b)所示，在第一冷却区域E1的温度较第二冷却区域E2容易成为高温的情况下，独立地控制两个冷却流路28a、28b的流量Fa、流量Fb，以使流向高温的第一冷却区域E1的制冷剂的流量Fa大于流向第二冷却区域E2的制冷剂的流量Fb。再者，此时，制冷剂流量Fb也可为零。由此，第一冷却区域E1的温度接近第二冷却区域E2的温度，从而可使加热器14的温度分布接近均等。
而且，如图4(c)所示，在第一冷却区域E1的温度与第二冷却区域E2相同的情况下，将流向两个冷却流路28a、28b的制冷剂流量Fa、制冷剂流量Fb设为相同。再者，此时，流量Fa、流量Fb也可均为零。
如此，本例中，对流向两个冷却流路28a、28b的制冷剂流量Fa、制冷剂流量Fb进行调整，以调整加热器14的温度分布。通过采用所述结构，即便不设置多个加热器14，也可获得所期望的温度分布。再者，在相互独立地控制多个冷却流路28的流量的情况下，可抑制从发热电阻体引出的导线或安全电路的增加，另一方面，电动调节器38等的零件增加。然而，伴随此类与冷却相关的零件的增加数量引起的成本或空间的增加，比伴随加热器14的增加数量引起的成本或空间的增加要小。因此，根据本例，既可抑制成本或空间的增加，又能以所期望的温度分布来加热芯片。
而且，本例的冷却流路28不仅被利用于加热器14的温度分布的调整，也被利用于凸块熔融后的芯片的冷却。换言之，根据本例，不需要另行设置芯片冷却用的冷却流路，因此可进一步抑制空间的增加。
此处，加热器14的温度分布是由加热器14的驱动条件(例如，所施加的电流I的值等)以及流向两个冷却流路28a、28b的制冷剂的流量Fa、流量Fb的组合来决定。控制器20在接合处理之前先获取条件数据46，所述条件数据46记录了此种加热器14的温度分布、加热器14的驱动条件与流向两个冷却流路28a、28b的制冷剂的流量Fa、流量Fb的关系。图5是条件数据46的映象图。在接合处理时，控制器20基于所述条件数据46来决定对芯片进行加热时的施加电流I、流量Fa、流量Fb。
条件数据46是通过实验而获取。在实验中，首先，对加热器14施加电流I，直至各冷却区域Ea、Eb的温度达到目标温度以上为止。此时的各冷却区域Ea、Eb的温度是由温度传感器40(图1中的传感器)来获取。温度传感器40只要可获取加热器14表面的多个测定点的温度，则其形态并无限定。因此，温度传感器40也可为利用红外线来非接触地测定温度的辐射温度计。此时，通过使红外线进行扫描来获取多个测定点的温度。而且，温度传感器40也可为接触至加热器14的表面来测定温度的接触式的温度传感器例如热敏电阻等。此时，温度传感器40也可在加热器14的表面设置多个。而且，测定温度的测定点只要关于一个冷却区域E1、E2为一个以上，则其数量、位置不受限定。
控制器20对所获得的多个测定点的温度与所述测定点的目标温度进行比较。并且，若测定点的温度高于目标温度，则使对所述测定点所属的冷却区域进行冷却的冷却流路28的制冷剂的流量F逐渐增加。并且，将测定点的温度最终到达目标温度时的制冷剂流量F与加热器14的施加电流I记录至条件数据46中。
在接合处理时，控制器20参照所述条件数据46，以与目标温度分布对应的电流I及流量Fa、流量Fb来驱动加热器14及冷却机构35。通过如此般事先获取条件数据46，从而不需要在接合时重新进行对象面的温度测定，可缩短接合处理所需的时间。
再者，至此为止所说明的结构为一例，只要具有相互独立的多个冷却流路28，且控制器20在加热器14的加热时，相互独立地控制流向多个冷却流路28的制冷剂的流量F，以获得所期望的温度分布，则其他结构也可进行变更。例如，在所述的说明中，是控制制冷剂流量Fa、制冷剂流量Fb以使加热器14的温度分布变得均等，但也可根据芯片或基板的种类来控制制冷剂流量Fa、制冷剂流量Fb，以积极地产生温度的偏颇。
而且，所述示例中，设有两个冷却流路28，但他们也可为更多的数量。例如，所述示例中，由两个冷却孔29构成一个冷却流路28，但也可由一个冷却孔29构成一个冷却流路28。即，也可对一个冷却孔29设置一个电动调节器38，从而整体上设置相互独立的四个冷却流路28。而且，冷却区域的划分也可适当变更。例如，所述示例中，加热器14是划分为两个冷却区域E1、E2，但也可如2×2或3×3等那样呈矩阵状划分。而且，加热器14也可被划分为：位于其中心的大致矩形的冷却区域、与围绕所述中心的冷却区域周围的大致口字状的冷却区域。
符号的说明
10：安装头
12：安装工具
12a：吸附面
14：加热器
16：保持块
18：本体
20：控制器
22：抽吸孔
23：抽吸凹部
24：真空源
26：驱动器
28a、28b：冷却流路
29a～29d：冷却孔
30：主部
32：末端部
34：中间部
35：冷却机构
36a、36b：流量计
38a、38b：电动调节器
40：温度传感器
42：处理器
44：存储器
46：条件数据

Claims (4)

1.一种安装头，将芯片接合至接合对象，所述安装头的特征在于包括：
安装工具，底面作为抽吸保持所述芯片的吸附面发挥功能；
加热器，被配置于所述安装工具的与所述吸附面为相反侧的面，对所述安装工具进行加热；
冷却机构，具有将制冷剂分别导向对所述加热器设定的多个冷却区域并且相互独立的多个冷却流路，能够相互独立地冷却所述多个冷却区域；以及
控制器，控制所述加热器及所述冷却机构的驱动，
所述控制器在所述加热器的加热时，相互独立地控制流向多个所述冷却流路的所述制冷剂的流量，以获得所期望的温度分布。
2.根据权利要求1所述的安装头，其特征在于
所述控制器预先存储有记录了温度分布、所述加热器的驱动条件与流向多个所述冷却流路的所述制冷剂的流量的关系的条件数据，基于所述条件数据来控制所述加热器及所述冷却机构的驱动。
3.根据权利要求1或2所述的安装头，其特征在于
所述冷却流路的流路剖面积随着接近所述加热器而阶段性地变大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的安装头，其特征在于
所述控制器在所述芯片的加热处理、及在所述加热处理之后进行的所述芯片的冷却处理这两处理中，使所述制冷剂流向多个所述冷却流路。
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