JP2002076061A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、２つの異なるロードセルを備えるこ
とにより、低荷重域から高荷重域までの幅の広い荷重制
御が可能となるボンディング装置を提供する。 【解決手段】本発明は、昇降自在に設けたボンディング
ツールと、ボンディングツールによって電子部品を押圧
した際の荷重を検出するロードセルとを備えたボンディ
ング装置に次の手段を採用する。第１に、ロードセルを
第１のロードセルと第２のロードセルで構成する。第２
に、第１のロードセルを、ボンディングツールを介して
ロードセルに予め所定の荷重を付加し、ボンディングツ
ールによって電子部品を押圧した際に、ロードセルによ
って検出する荷重が減少するように構成する。第３に、
第２のロードセルを、ボンディングツールによって電子
部品を押圧した際にロードセルによって検出する荷重が
増加するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板に
ボンディングするボンディング装置の改良に関するもの
であって、主としてフリップチップボンディング装置に
おけるボンディング時のボンディングツールの荷重検出
手段を主眼に開発されたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、昇降自在に設けたボンディン
グツールと、ボンディングツールによって電子部品を押
圧した際の荷重を検出するロードセルとを備えたボンデ
ィング装置は存在した。

【０００３】更に、特許第２９７７０１７号特許公報に
記載されているように、ボンディングツールを介してロ
ードセルに予め所定の荷重を付加し、ボンディングツー
ルによって電子部品を押圧した際に、検出する荷重が減
少するように構成したロードセルも、ボンディングツー
ルによって電子部品を押圧した際に検出する荷重が増加
するように構成したロードセルも単独では公知である。

【０００４】しかし、極低荷重域のボンディング荷重か
ら、中乃至高荷重域までの仕様を１台のボンディング装
置にて精度良く実施しようとする場合、１つのロードセ
ルで対応させようとすると、定格容量の大きいロードセ
ルでは、大きな荷重の付加が可能ではあるが、精度が粗
く、低荷重域で使用できず、定格容量の小さいロードセ
ルでは、高精度ではあるが、高荷重を付加できなくな
る。そこで、ロードセルの定格容量を小のものから大の
ものへ取り換えると共にボンディングヘッドの自重を軽
いものから重いものへ取り換えることになるが、取り換
え作業に手間がかかり、実用的でなくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、２つの異な
るロードセルを備えることにより、低荷重域から高荷重
域までの幅の広い荷重制御が可能となるボンディング装
置を提供することを目的とする。更に、一方のロードセ
ルのみを働かせることにより、低荷重の荷重制御と高荷
重の荷重制御を可能とするボンディング装置とし、２つ
の定格容量の異なるロードセルを用いることにより、低
荷重から高荷重までの幅の広い領域での荷重制御が可能
となるボンディング装置を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明にかかる第１の発明は、昇降自在に設けたボンデ
ィングツールと、該ボンディングツールによって電子部
品を押圧した際の荷重を検出するロードセルとを備えた
ボンディング装置に次の手段を採用する。第１に、ロー
ドセルを第１のロードセルと第２のロードセルで構成す
る。第２に、第１のロードセルを、ボンディングツール
を介してロードセルに予め所定の荷重を付加し、ボンデ
ィングツールによって電子部品を押圧した際に、ロード
セルによって検出する荷重が減少するように構成する。
第３に、第２のロードセルを、ボンディングツールによ
って電子部品を押圧した際にロードセルによって検出す
る荷重が増加するように構成する。

【０００７】第２の発明は、第１及び第２のロードセル
を、いずれか一方のみのロードセルに荷重が付加される
よう構成し、第３の発明は、第１及び第２のロードセル
を、各々定格容量の異なるものとする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って、実施例と共
に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発
明のボンディング装置の一実施例の要部説明概略図であ
り、図中符号１は、ボンディング装置であり、ボンディ
ング装置は、基板ステージ２とボンディングヘッド３と
Ｚ軸駆動機構４とスライドユニット５と第１及び第２の
ロードセル６，７と制御装置８とを備えている。

【０００９】基板ステージ２は、基板９を載置して水平
面で相互に直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能なＸ
Ｙテーブルと水平面での回転可能なΘテーブルを備えて
いる。尚、ＸＹテーブル及びΘテーブルは図示されてい
ない。

【００１０】ボンディングヘッド３は、基板ステージ２
上方に、Ｚ軸方向に移動可能に設けられている。ボンデ
ィングヘッド３は、電子部品であるＩＣチップ１０を吸
着保持し、基板９上にＩＣチップ１０を上方から押圧し
てボンディングするボンディングツール１１と該ボンデ
ィングツール１１の交換のためのツール取付部材１２と
スライド部材１３と第１及び第２のロードセル６，７に
荷重を付加するブラケット１４とからなる。

【００１１】ボンディングヘッド３は、スライドユニッ
ト５と上下方向のみが摺動自在となるように接してい
る。スライドユニット５は、ＬＭガイド、クロスローラ
テーブル、エアスライダなどが用いられ、Ｚ軸駆動機構
４に取り付けられている。

【００１２】Ｚ軸駆動機構４は、サーボモータ１５と、
該サーボモータ１５により回転するＺ軸ボールねじ１６
と、Ｚ軸ボールねじ１６に螺合するナット部材１７と、
ナット部材１７に固着され且つスライドユニット５及び
ロードセル取付板１９，２０が固着される取付板１８と
によりなり、サーボモータ１５によりＺ軸ボールねじ１
６が回転し、ナット部材１７を上下動させることより取
付板１８を上下動させる。

【００１３】第１及び第２のロードセル６，７は、たわ
みバネの変位をアナログ電圧として出力するものであ
る。第１のロードセル６は、ボンディングツール１１を
介して予め所定の荷重を付加しており、ボンディングツ
ール１１によってＩＣチップ１０を押圧した際に、第１
のロードセル６によって検出する荷重が減少するように
構成されている。

【００１４】第１のロードセル６は、公知のロードセル
をロードセル取付板１９に上方に向けて取り付けられて
おり、ボンディングヘッド３のブラケット１４が、第１
のロードセル６に上方より当接している。図２はＩＣチ
ップが基板に接する前の第１及び第２のロードセルの状
態を示す説明図であり、ボンディングヘッド３は、ボン
ディングツール１１の吸着保持したＩＣチップ１０が基
板ステージ２上の基板９と接触していない状態では、第
１のロードセル６に吊り下げられた状態である。

【００１５】従って、第１のロードセル６に予め付加さ
れた所定の荷重とは、本来、ボンディングヘッド３（ボ
ンディングツール１１、ツール取付部材１２、スライド
部材１３、ブラケット１４）とＩＣチップ１０の総重量
と等しい。しかし、実施例でのＩＣチップ１０の重量は
ボンディングヘッド３の重量と比較して無視できる程の
重量であるので、無視している。

【００１６】第１のロードセル６がＺ軸駆動機構４によ
り取付板１８と共に下降すると、第１のロードセル６に
吊り下げ状態のボンディングヘッド３も同時に下降す
る。ボンディングツール１１先端で吸着保持されている
ＩＣチップ１０が基板９に当接したときからは、第１の
ロードセル６は下降するが、ボンディングツール１１は
下降を阻止されており停止する。従って、上記第１のロ
ードセル６の下降の継続により第１のロードセル６で検
出される荷重は減少する。ボンディングヘッド３が第１
のロードセル６から離れる直前に、第１のロードセル６
で検出される荷重はゼロとなる。

【００１７】第２のロードセル７は、ボンディングツー
ル１１によってＩＣチップ１０を押圧した際に、第２の
ロードセル７によって検出する荷重が増加するように構
成されている。このため第２のロードセル７は、ロード
セル取付板２０の下側に下向きでボンディングヘッド３
のブラケット１４の上方に位置するように取り付けられ
ており、第２のロードセル７がＺ軸駆動機構４により下
降したときに、ボンディングヘッド３のブラケット１４
に当接し、荷重を付加する。

【００１８】第１及び第２のロードセル６，７は、いず
れか一方のみのロードセルに荷重が付加されるように構
成されている。図４のチップにかかる荷重とＺ軸移動量
の関係を示すグラフに従って説明する。

【００１９】ＩＣチップ１０にかかる負荷をＦ、第１の
ロードセル６にかかる負荷をＬＡ、第１のロードセル６
のバネ定数をＫＡ、第２のロードセル７にかかる負荷を
ＬＢ、第２のロードセル７のバネ定数をＫＢ、Ｚ軸移動
量をＸｚ、ボンディングヘッド自重をＷとし、ＬＡ＝Ｗ
のときの第１のロードセル６の変位量をｌａとする（Ｋ
Ａ＊ｌａ＝Ｗ：バネ定数と変位量の積がボンディングヘ
ッド自重と等しい）。ＩＣチップ１０と基板９の接触ポ
イントにてＸｚ＝０とする。

【００２０】このときＩＣチップ１０にかかる負荷Ｆ
は、次のように示される。Ｘｚ≦ｌａのとき Ｆ＝Ｗ−ＬＡ＋ＬＢ ＝Ｗ−（ＫＡ）＊（ｌａ−Ｘｚ）＋０ ＝Ｗ−（ＫＡ）＊（ｌａ−Ｘｚ） Ｘｚ≧ｌａのとき Ｆ＝Ｗ−ＬＡ＋ＬＢ ＝Ｗ−０＋（ＫＢ）＊（Ｘｚ−ｌａ） ＝Ｗ＋（ＫＢ）＊（Ｘｚ−ｌａ）

【００２１】そして、Ｆ＝Ｗのとき、ＬＢ＝０となるよ
うに、第２のロードセル７を設置する。図１がＦ＝Ｗ、
ＬＢ＝０の状態を示している。従って、ボンディングツ
ール１１に吸着保持されたＩＣチップ１０が基板ステー
ジ２上の基板９に接触し、その後ボンディングヘッド３
のブラケット１４が第１のロードセル６から離れる直前
（ＬＡ＝０の地点）までは、ボンディングヘッド３の重
量が第１のロードセル６に荷重が付加されているが、そ
の後は第２のロードセル７がボンディングヘッド３のブ
ラケット１４に押し付けられ、第２のロードセル７に荷
重が付加されるのである。

【００２２】第１及び第２のロードセル６，７は、各々
定格容量の異なるものを使用している。第１のロードセ
ル６は低荷重用ロードセルで定格容量の小さいものを用
い、第２のロードセル７は、中高荷重用ロードセルで定
格容量の大きいものを用いる。この場合ＩＣチップ１０
にかかる荷重のグラフは、図４の実線グラフの形を示
す。尚、第１のロードセル６と第２のロードセル７が同
一定格容量のものを用いた場合には、図４の２点鎖線グ
ラフの形を示す。第１のロードセル６の定格容量が大き
く、第２のロードセル７の定格容量が小さい場合、図４
の１点鎖線グラフの形を示す。従って、ボンディングヘ
ッド自重を小さくし、第１のロードセル６を、定格容量
の小さい高精度のものにすれば低荷重域で精度の良い荷
重制御が実施できる。更に、第２のロードセル７を定格
容量の大きいものにすれば部品交換を行わずに第１のロ
ードセル６の定格容量を超えた高荷重域でも荷重制御が
実施できる。

【００２３】第１のロードセル６及び第２のロードセル
７は、制御装置８と接続されている。制御装置８は、第
１及び第２のロードセル６，７のアナログ電圧出力をデ
ジタル電圧に変換するＡ／Ｄコンバータ２１，２２と電
算処理を行うパソコン等の電算処理装置２３とサーボモ
ータ１５の作動を制御するモータドライバ２４を有して
いる。従って、制御装置８によりサーボモータ１５を回
転させて、ボンディングヘッド３を上下動させてボンデ
ィング動作を行う。

【００２４】以下、ボンディング装置の作動について説
明する。まず低荷重にてボンディングする場合について
説明する。ボンディング装置１によってＩＣチップ１０
の基板９へのボンディング動作を開始する前に、制御装
置８にボンディングツール１１による押圧荷重を予め入
力する。更に、第１のロードセル６には予め所定の荷重
（ボンディングヘッド重量Ｗ、例えば５ｋｇ）が付加さ
れており、第１のロードセル６は、上記５ｋｇを検出し
て、その検出荷重を制御装置８にＡ／Ｄコンバータ２１
を介して入力している。

【００２５】この状態から基板ステージ２上に基板９を
載置するとともに、基板ステージ２を所要量だけＸＹ方
向及びΘ方向に移動及び回転させて、ＩＣチップ１０を
保持した状態のボンディングツール１１の直下位置に基
板９を位置決めする。尚、ボンディングヘッド３にΘ軸
駆動機構を有する場合、該Θ軸駆動機構によりＩＣチッ
プのΘ方向の位置決めを行ってもよい。

【００２６】この状態で制御装置８によってモータドラ
イバ２４を介してサーボモータ１５を作動させて、ボン
ディングツール１１を下降させる。ボンディングツール
１１の下端部に吸着保持したＩＣチップ１０が基板９に
接触し押圧される。

【００２７】これに伴って、ＩＣチップ１０に対するボ
ンディングツール１１による押圧荷重が増加し、ボンデ
ィングツール１１がＺ軸駆動機構４で下降する第１のロ
ードセル６に対して相対的に上昇する。

【００２８】これに伴って、第１のロードセル６による
検出荷重は、当初の５ｋｇから徐々に減少していく。低
荷重域、例えば２ｋｇ荷重でボンディングを行う場合、
第１のロードセル６の検出荷重が３ｋｇとなったら、制
御装置８はその時点でモータドライバ２４を介してサー
ボモータ１５の作動を停止させ、ボンディングツール１
１の下降を停止させる。これにより、ボンディングツー
ル１１による基板９へのＩＣチップ１０のボンディング
作業が終了する。

【００２９】他方、中高荷重域、例えば２０ｋｇの荷重
でボンディングを行う場合には、第１のロードセル６の
検出値がゼロとなった時点から第２のロードセル７によ
るボンディングツール１１の押圧が開始する。図３は高
荷重でのボンディング時の第１及び第２のロードセルの
状態を示す説明図であり、第２のロードセル７は徐々に
荷重を増加していき、第１のロードセル６に予め付加さ
れた荷重との和が２０ｋｇに達したとき、制御装置８は
その時点でモータドライバ２４を介してサーボモータ１
５の作動を停止させ、ボンディングツール１１の下降を
停止させる。これにより、ボンディングツール１１によ
る基板９へのＩＣチップ１０のボンディング作業が終了
する。尚、本実施例は第１及び第２のロードセル６，７
の何れか一方のみのロードセルに荷重が付加されるよう
に構成されているが、予め第１のロードセル６及び第２
のロードセル７の両方に荷重が付加されたものであって
もよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以下のような効果を発揮す
る。本発明は、第１に、ボンディングツールを介してロ
ードセルに予め所定の荷重を付加し、上記ボンディング
ツールによって電子部品を押圧した際に、ロードセルに
よって検出する荷重が減少するように構成した第１のロ
ードセルと、ボンディングツールによって電子部品を押
圧した際にロードセルによって検出する荷重が増加する
ように構成した第２のロードセルとを備えたものである
ので、荷重制御の範囲を広げることができ、１台のボン
ディング装置で段取り換えをする必要がなく、低荷重制
御から高荷重制御まで実施できるボンディング装置とな
った。

【００３１】請求項２記載の発明の効果ではあるが、第
１及び第２のロードセルのいずれか一方のみに荷重が付
加されるよう構成することにより、荷重検出の幅をより
拡大することができると共に、低荷重と中高荷重を区別
して荷重制御をすることができるものとなった。

【００３２】請求項３記載の発明の効果ではあるが、第
１及び第２のロードセルを各々定格容量の異なるものと
することにより、例えば、ボンディングヘッド自重を小
さくし、第１のロードセルを定格容量の小さい高精度の
ものにすれば低荷重域で精度の良い荷重制御が実施で
き、第２のロードセルを定格容量の大きいものにすれ
ば、第１のロードセルの定格容量を超えた高荷重域で荷
重制御を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボンディング装置の一実施例の要部説
明概略図。

【図２】ＩＣチップが基板に接する前の第１及び第２の
ロードセルの状態を示す説明図。

【図３】高荷重でのボンディング時の第１及び第２のロ
ードセルの状態を示す説明図。

【図４】ＩＣチップにかかる荷重とＺ軸の移動量の関係
を示すグラフ

【符号の説明】 １．．．．．ボンディング装置 ２．．．．．基板ステージ ３．．．．．ボンディングヘッド ４．．．．．Ｚ軸駆動機構 ５．．．．．スライドユニット ６．．．．．第１のロードセル ７．．．．．第２のロードセル ８．．．．．制御装置 ９．．．．．基板 １０．．．．．ＩＣチップ １１．．．．．ボンディングツール １２．．．．．ツール取付部材 １３．．．．．スライド部材 １４．．．．．ブラケット １５．．．．．サーボモータ １６．．．．．Ｚ軸ボールねじ １７．．．．．ナット部材 １８．．．．．取付板 １９，２０．．ロードセル取付板 ２１，２２．．Ａ／Ｄコンバータ ２３．．．．．電算処理装置 ２４．．．．．モータドライバ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】昇降自在に設けたボンディングツールと、
   該ボンディングツールによって電子部品を押圧した際の
   荷重を検出するロードセルとを備えたボンディング装置
   において、上記ロードセルが、上記ボンディングツール
   を介してロードセルに予め所定の荷重を付加し、上記ボ
   ンディングツールによって電子部品を押圧した際に、上
   記ロードセルによって検出する荷重が減少するように構
   成した第１のロードセルと、上記ボンディングツールに
   よって電子部品を押圧した際にロードセルによって検出
   する荷重が増加するように構成した第２のロードセルと
   を備えたことを特徴とするボンディング装置。
2. 【請求項２】第１及び第２のロードセルは、いずれか一
   方のみのロードセルに荷重が付加されるよう構成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
3. 【請求項３】第１及び第２のロードセルは、各々定格容
   量の異なるものであることを特徴とする請求項１または
   ２記載のボンディング装置。