従来のボンディング作業は、高速化にさらに課題がある。すなわち、ボンディング作業は上記のように(1)から(7)に至る多くの工程を反復しなければならず、そのために時間がかかる。そこで上記のボンディング作業を分析してみると、ボンディング位置においては一旦真上に上昇してから次にチップ供給位置への搬送経路をとり、チップ供給位置においてもボンディング位置の真上までの搬送経路の後に、真下に下降する。すなわち、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送は、直行型でなく、その前後に真上又は真下への運動がある。このように2つの位置の間における搬送が直行型でないことがUPHを向上させる妨げの一因となっている。
ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送を直行型にすることを困難にしている事情は次の通りである。
(1)ボンディング位置においてボンディングを行っている間に、チップ供給位置ではウエファリングの位置決めが行われ、次にコレットがチップ供給位置にきたときにちょうどその真下に次の新しいチップが位置するように調整が行われる。ところが、ウエファリングには必ずしも全部良品チップが並んでいるわけでなく、前にピックアップした位置の隣のチップが不良であることもある。そこでチップの良・不良を識別カメラ等で判断し、不良チップであるときはそのチップをスキップし、良品のチップをチップ供給位置に持ってくる。このように不良チップが検出されることでウエファリングの位置決めに時間が取られると、コレットはボンディング位置からチップ供給位置に移動できない。
ボンディング位置において、最適のボンディング時間を超えてチップをリードフレームに押し付けたまま待機していると、例えばボンディング時の加熱が過剰となり、ボンディング性が劣化し、またコレット等の損傷の原因ともなる。そこで、最適のボンディング時間を超えたときはコレットをボンディング位置から引き上げることがのぞましい。このため搬送ステージをボンディング位置から一旦引き上げ、そこでウエファリングの位置決めを待機することが考えられる。このようにすると、搬送ステージはボンディング位置からチップ供給位置に直行できない。
(2)ボンディング位置において稀にボンディングが正常に行われず、コレットにチップが保持されたまま、チップ供給位置に向けて搬送されることがある。このようなトラブルは、ボンディング位置とチップ供給位置の搬送経路の途中にチップ有無確認センサを設けることでチップの持ち帰りが検出できる。しかし、直行型で高速搬送を図ろうとすると、チップの持ち帰りが検出できても、搬送ステージの慣性等の制限により軌道修正が間に合わない恐れがある。そこで、その恐れをさけるには、予め、チップ供給位置の真上で止まり、そこから真下に下降することが望ましい。このようにすると、搬送ステージはボンディング位置からチップ供給位置に直行できない。
このように、従来のボンディング方法では、ボンディングの高速化を図る上で限界がある。本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、ボンディングのより高速化を図ることができるボンディング方法、ボンディングプログラム及びボンディング装置を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明に係るボンディング方法は、チップを吸引保持するコレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ工程と、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送工程と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング工程と、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送工程と、を含むボンディング方法において、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第1方向と逆向きの第2方向の駆動力を与えてコレットをボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避工程を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るボンディング方法は、チップを吸引保持するコレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ工程と、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送工程と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング工程と、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送工程と、を含むボンディング方法において、復路搬送工程の途中において、コレットにチップが保持されていないことを確認する確認工程と、確認工程においてコレットにチップが保持されていると判断されたときは、駆動源によりコレットに第2方向の駆動力を与え、チップ供給位置においてコレットが新しいチップに接触しないように退避させるピックアップ退避工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るボンディングプログラムは、チップを吸引保持するコレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置に実行させるボンディングプログラムであって、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理手順と、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送処理手順と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理手順と、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送処理手順と、を含み、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第1方向と逆向きの第2方向の駆動力を与えてコレットをボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理手順を実行させることを特徴とする。
また、本発明に係るボンディングプログラムは、チップを吸引保持するコレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置に実行させるボンディングプログラムであって、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理手順と、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送処理手順と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理手順と、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送処理手順と、を含み、復路搬送工程の途中において、コレットにチップが保持されていないことを確認する確認処理手順と、確認処理手順においてコレットにチップが保持されていると判断されたときは、駆動源によりコレットに第2方向の駆動力を与え、チップ供給位置においてコレットが新しいチップに接触しないように退避させるピックアップ退避処理手順と、を実行させることを特徴とする。
また、本発明に係るボンディング装置は、チップを保持するコレット部と制御部とを含み、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置であって、コレット部は、チップを吸引保持するコレットと、コレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有し、制御部は、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理モジュールと、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送処理モジュールと、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理モジュールと、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送処理モジュールと、を含み、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第1方向と逆向きの第2方向の駆動力を与えてコレットをボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理モジュールを有することを特徴とする。
また、本発明に係るボンディング装置は、チップを保持するコレット部と制御部とを含み、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置であって、コレット部は、チップを吸引保持するコレットと、コレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源と、を有し、制御部は、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理モジュールと、チップ供給位置からボンディング位置へコレット部を搬送する往路搬送処理モジュールと、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理モジュールと、ボンディング位置からチップ供給位置へコレット部を搬送する復路搬送処理モジュールと、を含み、復路搬送処理の途中において、コレットにチップが保持されていないことを確認する確認処理モジュールと、確認処理においてコレットにチップが保持されていると判断されたときは、駆動源によりコレットに第2方向の駆動力を与え、チップ供給位置においてコレットが新しいチップに接触しないように退避させるピックアップ退避処理モジュールと、を有することを特徴とする。
上記構成の少なくとも一つにより、コレット部は、チップを吸引保持するコレットと、コレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源とを有する。そして、ボンディング位置においては、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第1方向に駆動力を所定時間与えて、チップをボンディング対象物にボンディングする。次に、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第1方向と逆向きの第2方向の駆動力を与えてコレットをボンディング位置から引き上げ退避させる。すなわち、駆動源からの駆動力の方向を切り替えることで、コレットをコレットテーブルに対して押し付ける方向か、退避させる方向かに切り替える。このことで、コレットステージの位置を変えることなく、コレットのみを退避させることができ、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送時間を決めるコレットテーブルの運動を直行型として、ボンディングのより高速化を図ることができる。
また、上記構成の少なくとも一つにより、復路搬送の途中において、コレットにチップが保持されていないことを確認し、コレットにチップが保持されていると判断されたときは、駆動源によりコレットに第2方向の駆動力を与え、チップ供給位置においてコレットが新しいチップに接触しないように退避させる。すなわち、駆動源からの駆動力の方向を切り替えて、コレットをコレットテーブルに対して退避させる方向に切り替える。このことで、コレットステージの運動をそのままにして、コレットのみを退避させることができ、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送時間を決めるコレットテーブルの運動を直行型として、ボンディングのより高速化を図ることができる。
このように、本発明によれば、コレットの退避とコレットテーブルの運動とを分離し、コレットテーブルの運動をそのままにしてコレットのみをボンディング位置あるいはチップ供給位置から退避させることができる。したがって、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送時間を決めるコレットテーブルの運動を直行型として、ボンディングのより高速化を図ることができる。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下においては、ボンディング装置は熱圧着型のダイボンディング装置として説明するが、ボンディング時間に最適の範囲がある他のボンディング装置、例えば超音波型のボンディング装置であってもよい。また、ダイボンディング以外のボンディング装置、例えばハンダ付けによりチップを基板にボンディングする装置でもよい。また、ボンディング作業は、リードフレームにチップをボンディングするものとして説明するが、チップは半導体チップの他、抵抗チップ、コンデンサチップ等の一般的な電子部品でもよく、チップがボンディングされる対象はリードフレーム以外の回路基板等であってもよい。
図1は、ボンディング装置10の構成図である。なお、ボンディング装置10を構成するものではないが、ボンディング作業の対象であるチップ2,3及びリードフレーム4も図示してある。ボンディング装置10は、ボンディング装置本体20と、ボンディング装置本体20の各要素と接続されボンディング装置10全体の動作を制御する制御部60とからなる。
ボンディング装置本体20は、チップ供給位置6とボンディング位置8との間を往復するコレット部30と、チップ供給位置6に設けられウエファをダイシングされた状態で配列されるチップ3を保持するウエファリング50と、ボンディング位置8に設けられリードフレーム4を保持するキャリア52と、リードフレーム4のボンディング部分を加熱するヒータ台54と、コレット部30の搬送経路中の確認位置7に設けられコレット部30がチップ2を保持しているか否かを検出するチップ有無センサ56とを備える。
コレット部30は、チップ2を吸引できるコレット32を含み、制御部60の制御の下で、図1に示すX,Y,Z3方向に移動できる部材である。コレット部30の詳細断面図を図2に示す。コレット部30は、コレット32と、コレット32の上部に設けられるボイスコイルモータ(Voice Coil Motor:VCM)34とを含み、コレット32とVCM34はアーム36により保持され、アーム36はコレットテーブル38に取り付けられる。
コレット32は、概略筒状の部材で、最上部はフランジ状の上つば部42となり、筒部の中間部分にも下つば部44が設けられる。上つば部42は、磁性体で構成され、VCM34との関係で可動鉄心の機能を有する。上つば部42と下つば部44の間は一様の径の部分で、アーム36に設けられた支持穴によりZ方向に移動自在に支持される部分である。コレット32の先端部46は、チップ2を吸引保持する部分で、この先端部46からコレット32の上つば部42に向かい筒部内部にまっすぐ延びる貫通穴48が設けられる。貫通穴48は図示されていない真空装置が接続されてチップ2を吸引できるようにする機能と、後述するチップ有無センサ56の発光素子からの光を通す機能を有する。
VCM34は、アーム36に支持されZ方向に移動可能な磁性体の上つば部42を可動鉄心とし、その周囲に巻回された空心コイル40を駆動コイルとし、空心コイル40に流す電流の大きさと方向により、鉄心すなわちコレット32に+Z方向又は−Z方向に駆動力を与えるモータ素子である。空心コイル40の両端子は信号線により制御部60のVCMI/F70に接続される。例えば、電流の向きが−Z方向の駆動力を生ずるものであるときは、コレット32は−Z方向に移動し、上つば部42がアーム36に当たってそこで停止する。その前にコレット32の先端がリードフレーム又はウエファリングに当たっているとすると、空心コイル40に供給される電流の大きさに応じた駆動力で、コレットはその先端がリードフレーム等に押し付けられる。このようにして、VCM34に供給する電流を制御することで、コレット32の押し付け圧を可変できる。また、電流の向きが+Z方向の駆動力を生ずるものであるときは、コレット32は+Z方向に移動し、下つば部44がアーム36に当たってそこで停止する。すなわち、コレット32を上に引き上げることができる。コレット32の引き上げ量は、上つば部42の下面と下つば部44の上面との距離と、アーム36のコレット支持部の長さによって規定できる。例えば、約2mmの引き上げ量とすることができる。
アーム36は、コレット32を支持穴でZ方向移動自在に支持し、コレット32の上つば部42の部分にVCM34を構成するように空心コイル40を取り付ける機能を有する部材である。また、支持穴は、図示されていない回転機構によりコレット32をθ回転させるときの支持も行う。支持穴には潤滑性のよい材料からなるリングをはめ込み、そのリングの内径でコレット32の筒部の外径を支持するようにすることで、Z方向の移動及びθ回転を滑らかに行うことができる。
アーム36は、コレットテーブル38に取り付けられる。コレットテーブル38は、図示されていないXYZ移動機構によりX,Y,Z3方向に移動可能なテーブルである。図示されていないXYZ移動機構は、具体的にはXモータとYモータとZモータの3つのステップモータを含んで構成することができる。これらのモータの各端子は信号線により制御部60のコレットI/F72に接続される。
再び図1に戻り、ウエファリング50は、粘着シート上にダイシングにより相互に分離されたチップ3を粘着保持しているもので、チップ供給部の機能を有する。なお、不良のチップには不良マークが付されている。ウエファリング50は、図示されていないXY移動機構により、X方向、Y方向に移動可能で、これにより、ウエファリング上の任意のチップをチップ供給位置6の真下に移動させることができる。正確な位置決め及びチップの不良マークの有無検出には、図示されていない検出カメラを用いることができる。図示されていないXY移動機構は、具体的にはXモータとYモータの2つのステップモータを含んで構成することができる。これらのモータの各端子は信号線により制御部60のウエファリングI/F74に接続される。
キャリア52は、リードフレーム4を保持する部材である。キャリア52は図示されていないY移動機構により、Y方向に移動可能で、これにより、リードフレームの搬送を行うことができる。図示されていないY移動機構は、具体的にはステップモータで構成することができる。このモータの各端子は信号線により制御部60のキャリアI/F80に接続される。
キャリア52はヒータ台54の上を移動する。ヒータ台54は、ボンディングに適した温度にリードフレーム4及びチップ2を加熱するためのもので、例えばヒータを内蔵したテーブルで構成することができる。ヒータの各端子は、信号線により制御部60のヒータI/Fに接続される。
チップ有無センサ56は、コレット32の移動経路中の確認位置7に設けられた透過光型センサで、発光素子と受光素子の組み合わせで構成できる。発光素子と受光素子の配置は、確認位置7において、発光素子から出た光が、ちょうどコレット32の貫通穴48を通り、もしコレット32の先端部46にチップ2がなければ、受光素子がその光を受光できるように設定される。これにより、チップ供給位置6からボンディング位置8に向かう往路搬送においてコレット32がチップ2を保持しているか否か、及びボンディング位置8からチップ供給位置6に向かう復路搬送においてコレット32がチップ2を持ち帰りしていないか否か、を確認することができる。チップ有無センサ56の信号線は、制御部60の有無センサI/F76に接続される。
次に、制御部60の構成を説明する。制御部60は、ボンディング装置本体20を構成する各要素を制御する機能を有し、特にコレット部30におけるコレットテーブル38の移動と、VCM34の駆動によるコレット32の位置及び押し付け圧とを制御し、高速にボンディング作業を実行させる機能を有する装置で、一般的なコンピュータで構成できる。
具体的には、コレット部30を用いて、チップ供給位置6においてチップをピックアップするピックアップ処理機能と、チップ供給位置6からボンディング位置8へコレット部30を搬送する往路搬送処理機能と、ボンディング位置においてボンディングを行わせるボンディング処理機能と、ボンディング位置から8チップ供給位置6へコレット部30を搬送する復路搬送処理機能と、を有し、さらに確認位置7においてコレット部30におけるチップ有無を検出する確認処理機能と、ボンディング位置8においてコレット32を退避させるボンディング退避処理機能と、チップ供給位置6においてコレット32を退避させるピックアップ退避処理機能とを有する。これらの機能に対応する処理を行うにはソフトウエアを用いることができ、対応するボンディングプログラムを実行することで所定の処理を行うことができる。処理の一部をハードウエアで実行させることもできる。
制御部60は、CPU62と、キーボード等の入力部64と、表示盤等のディスプレイである出力部66と、外部記憶装置68と、ボンディング装置本体20の各要素と接続されるVCMI/F70からキャリアI/F80までの入出力I/Fとを含み、これらは内部バスで相互に結ばれる。
CPU62におけるピックアップ処理モジュール82からピックアップ退避処理モジュール94までの機能については、図3のフローチャートを用いて説明する。図3に示すボンディング動作の手順は、チップ供給位置6とボンディング位置との間のコレットテーブル38の搬送について直行型としたものである。ボンディング動作の手順はどこから説明してもよいが、図3ではチップ供給位置6におけるピックアップから始めている。
ピックアップ工程(S10)において、コレット32はチップ2をピックアップする。具体的には、CPU62のピックアップ処理モジュール82が、図示されていない真空装置に指示を出し、コレット32の貫通穴48の部分を減圧し、ウエファリング50からチップ2をコレット32の先端部46に吸引保持させる。また、ウエファリング50に指示を出し、コレット32の吸引に同期してチップをその裏側からコレット32のほうに突き上げる動作を行わせる。
さらにピックアップ処理モジュール82は、VCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、コレット32をウエファリング50に向かう方向、すなわち図2に示す−Z方向に駆動力を与え、例えば−Z方向に約400Nの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、コレット32は、ウエファリング50の突き上げ動作とあいまって、チップ2を約400Nの力で挟み込みつつ真空吸引を行う。このことでピックアップをより確実に行うことができる。
往路搬送工程(S12)では、コレット部30はチップ2を吸引保持したまま、チップ供給位置6からボンディング位置8へ直行搬送される。ここで直行搬送とは、例えばチップ2を吸引して一旦真上に上昇するとか、ボンディング位置8の真上一旦移動しそこから真下に下降するといった動作を含まず、ウエファリング50からチップ2を吸引した状態からリードフレーム4のボンディング個所まで直行する搬送をいうが、必ずしも空間的に最短距離を直行することのみを意味せず、ボンディング装置10における各要素の配置等の条件の中で、最も高速に搬送できることを意味する。したがって、直線的な搬送軌跡より放物線的な搬送軌跡であってもよい。具体的には、往路搬送処理モジュール84がコレットI/F72を介して図示されていないXYZ移動機構に指示を出し、チップ供給位置6からボンディング位置8へ最短の時間で搬送できる運動軌跡に基づいて、コレット部30を移動させる。搬送の最大加速度は、例えば170−19−m/secとすることができる。
このとき、往路搬送処理モジュール84はVCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、コレット32を図2に示す−Z方向により大きな駆動力を与える。例えば、コレット32の質量を40−60グラムとして、−Z方向に約3500Nの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、搬送の最大加速度において、コレット32がアーム36に対し振動しない程度に十分な押し付け圧を発生させ、コレット32とアーム36及びコレットテーブル38と一体となって移動するようにする。
なお、ピックアップ工程(S10)において、図示されていない検出カメラを用いて、コレット32とチップ2の相対的な位置関係が検出されるので、その結果がボンディング位置8におけるコレット32とリードフレーム4との間の位置決めに用いられる。具体的には、検出カメラにより、コレット32とチップ2の相対的な位置関係が標準よりずれているとすると、そのずれた分往路搬送工程の目標終端位置を修正する。また、角度ずれがある場合には、そのずれた分コレット32をθ回転させて補正を行う。このようにして、直行搬送の目標終端位置等を修正しつつ、コレット32に保持されたチップ2はリードフレーム4の所定のボンディング個所に搬送される。
ボンディング工程(S14)において、コレット32はチップ2をリードフレーム4のボンディング個所にボンディングする。なお、ヒータ台54は、リードフレーム4のボンディング個所が所定のボンディングに適した温度になるように、ヒータI/F80を介してコントロールされている。ここでボンディング処理モジュール86は、VCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、コレット32をリードフレーム4に向かう方向、すなわち図2に示す−Z方向に駆動力を与え、例えば−Z方向に約400Nの押し付け圧を発生させるようにする。この指令は、VCM34の電流値切り替えの応答時間を考慮して往路搬送工程の終盤において出すことができる。そして、ボンディングに適した所定時間t0の間そのまま保持される。すなわち、チップ2はリードフレーム4に対し、所定のボンディング温度の下で、約400Nの押し付け圧でt0の時間押し付けられ、これにより適切なボンディングが行われる。
ウエファリング50においては、往路搬送工程(S12)及びボンディング工程(S14)の処理が行われている間を利用して、チップ供給位置6に次の良品チップを持ってくる処理を行っている。全体の高速化の観点からは、ピックアップした位置の次のチップをチップ供給位置に持ってくる時間=往路搬送工程(S12)の処理時間とボンディング工程(S14)の処理時間と復路搬送工程(S18)の処理時間の和、とすれば最も高速化を図ることができる。しかし、このように設定すると、もしピックアップした位置の次のチップが不良品であれば、ウエファリング50における次のチップの位置決めが間に合わなくなる。
そこで、ボンディング工程の時間経過ΔTが所定のボンディング時間t0を超えたか否かが判断される(S16)。ΔTがt0以上の場合は後述のボンディング退避工程(S24)へ移るが、ここでは、ΔTがt0を超えていない通常の場合を先に説明する。このときは、次に復路搬送工程(S18)を行う。すなわち、ボンディング位置8からチップ供給位置6までコレット部30を直行搬送する。具体的には、復路搬送処理モジュール88がコレットI/F72を介して図示されていないXYZ移動機構に指示を出し、ボンディング位置8からチップ供給位置6へ最短の時間で搬送できる運動軌跡に基づいて、コレット部30を移動させる。搬送の最大加速度は、往路搬送のときと逆向きで、例えば170−190m/secとすることができる。
このとき、復路搬送処理モジュール88はVCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、コレット32を図2に示す−Z方向により大きな駆動力を与える。例えば、コレット32の質量を40−60グラムとして、−Z方向に約3500Nの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、搬送の最大加速度において、コレット32がアーム36に対し振動しない程度に十分な押し付け圧を発生させ、コレット32とアーム36及びコレットテーブル38と一体となって移動するようにする。
ボンディングが正常に行われば、復路搬送工程(S18)においてコレット32にチップ2がなく、いわば空荷状態でチップ供給位置6に戻される。ところが稀にボンディングがうまく行かなくて、コレット32にチップ2が吸引されたまま復路搬送工程(S18)に入り、いわゆるチップの持ち帰り状態になることがある。このことを確認するために、確認位置6において、コレット32にチップがないか否かを確認する(S20)。具体的には、確認処理モジュール92が、有無センサI/F76を介して、チップ有無センサ56に指示を出し、確認位置6において発光素子を発光させ、その光をコレット32の貫通穴48を通らせて、その結果を受光素子で検出する。受光素子が光を検出すればコレット32にチップがなく正常であると確認できる。もし、受光素子が光を受け取れないときは、コレット32の先端部46にチップ2が保持されていると判断される。コレット32にチップが保持されたままのいわゆる持ち帰り状態のときは、後述するピックアップ退避工程(S26)に移るが、ここでは正常の場合を先に説明する。
確認工程(S20)においてコレット32にチップが無いと判断されると、そのまま復路搬送工程を続け、チップ供給位置へコレット部30が搬送され(S22)、ついでピックアップ工程(S10)に戻る。復路搬送工程(S18)においては、VCM34への指令が約3500Nの押し付け圧を発生させるようになっているが、ピックアップ工程(S10)においては約400Nの押し付け圧が最適である。この約400Nの押し付け圧発生指令は、ピックアップ工程(S10)にて行うものとして説明したが、VCM34の電流値切り替えの応答時間を考慮して復路搬送工程(S18)の終盤において出すこととしてもよい。
通常の場合は、これらの工程を繰り返すことで、チップ供給位置6とボンディング位置8との間でコレット部30を直行搬送し、順次新しいリードフレーム4に新しいチップ2を高速にボンディングすることができる。その様子を模式的に図4に示す。図4は、コレット部30のXZ平面内の移動軌跡を模式的に示す図で、横軸にX方向の距離を位置座標で表し、Y軸にZ方向の距離を位置座標で表してある。図4において、チップ供給位置は(XP,ZP)、ボンディング位置は(XB,ZB)、確認位置は(XS,ZS)である。例えば、XP−XB,を約4−10cm、ZB−ZPを約3cmとすることができる。通常の直行搬送の場合は、コレット部30は、コレットがアーム部すなわちコレットステージに常に押し付けられた状態であり、一体として搬送される。この位置関係で、上記の搬送時加速度を170−190m/secとする直行搬送の例では、1サイクルのボンディング作業を約140msecで完了できる。
次に、通常と異なる2つの場合について説明する。第1の場合は、ボンディング工程の時間経過ΔTが所定のボンディング時間t0を超えたか否かが判断される工程(S16)において、ΔTがt0以上であると判断される場合である。この場合は、ΔT=t0の時にボンディング退避工程(S24)に移る。すなわち、ボンディング位置において、ボンディング工程の時間経過ΔTがt0を上回ると、コレットテーブル38の位置をそのままにして、VCM34に流す電流の向きを逆向きとし、コレット32をリードフレーム4から引き上げて退避させる。引き上げ退避の大きさは、上記の例では約2mmである。具体的には、ボンディング退避処理モジュール90が、VCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、ボンディング工程(S14)における電流の向きと逆向きの電流を流す指令を出す。電流の大きさは、コレット32の下つば部44の上面がアーム36の下面に押し当てられる程度の大きさでよい。このときコレットテーブル38を駆動するXYZ駆動機構への指令は変更しない。このことで、コレットテーブル38の位置を変えずに、コレット32のみをリードフレーム4から約2mm退避させることができる。したがって、ΔT=t0でボンディング工程を終了させることができ、リードフレーム4とチップに余分な押し付け圧をかけることもなくなり、コレット32に余分な加熱を継続させることもなくなる。
図5は、ボンディング退避前後のコレットとコレットテーブルのZ方向の位置の時間経過を模式的に説明する図である。横軸に時間を取り、縦軸に任意の基準点からのZ方向の距離を位置座標で取り、コレットの先端におけるZ位置座標の軌跡132を破線で示し、これに対応するコレットテーブル上にとった適当な基準点におけるZ位置座標の軌跡138を実線で示した。なお、比較のために通常の場合におけるコレット先端におけるZ位置座標の軌跡133を2点鎖線で、対応するコレットテーブルの基準点におけるZ位置座標の軌跡139を1点鎖線で示した。図5において、往路搬送のときはコレットもコレットテーブルも一体として搬送されるので、コレットの軌跡132とコレットテーブルの軌跡138は一定の間隔を保っている。時刻t1においてコレットの先端のチップがリードフレームに接触し適当な押し付け圧で押し付けられてボンディング工程が開始する。開始時刻t1からボンディングに適した時間として定められた時間t0が経過する時刻t2までは、コレットもコレットテーブルもその位置を保ったままで、ここでリードフレームとチップとが所定の温度と所定の押し付け圧に保たれてボンディングが行われる。
なお、通常の場合であれば、ボンディング工程の時間経過がt0に達する前に、ウエファリングにおける次の良品チップの位置決めが順調に進み、時刻t2=t1+t0から直ちに復路搬送の指示が出され、図5の1点鎖線と2点鎖線に示すように、コレットとコレットテーブルは一体のままチップ供給位置に向け搬送される。
ここでウエファリングにおける作業が順調に進まず、時刻t2になっても復路搬送のための指令が出ないときは、時刻t2において、コレットテーブルの位置をそのままにして、コレットのみを退避させる。すなわち図5に示すように、コレットテーブルの軌跡138は変化しないのに対し、コレットの軌跡は+Z方向に移動する。そして、ウエファリングにおける位置決めが進んでコレット部に復路搬送のための指令が出される時刻t3になって初めてコレットテーブルが移動を開始する。時刻t4はコレットとコレットテーブルとが再び一体化する時刻を表している。なお、コレットの退避スピードは復路搬送のときの対応する上昇スピードと同じでなくてもよい。また、コレットの退避中に復路搬送のための指令が出されてもよい。
図6は、ボンディング退避工程のあとにおける復路搬送の様子を図4と同様な表現で示したものである。すなわち、ボンディング退避工程により、ボンディング位置X=XBにおいて、コレットテーブル38のZ位置はそのままであるが、コレット32のZ位置は+Z方向に退避移動している。ここで復路搬送に入るとすると、ボンディング退避工程の有無によってはコレットテーブルの位置は変化しないので、コレットテーブルの復路搬送の移動軌跡は、図4の通常の場合と同じである。すなわち、図6の場合でも、図4と同様にボンディング位置からチップ供給位置までコレット部が直行搬送される。
通常と異なる第2の場合は、ボンディング工程の後の確認工程(S20)において、コレットにチップが有ると判断された場合である。このときは、ピックアップ退避工程(S26)に移る。すなわち、チップがコレットに持ち帰り状態で保持されていると判断されると、コレットテーブル38の位置をそのままにして、VCM34に流す電流の向きを逆向きとし、コレット32をコレットテーブル38に対して引き上げる方向に移動させて退避させる。引き上げ退避の大きさΔZは、上記の例では約2mmである。具体的には、ピックアップ退避処理モジュール94が、VCMI/F70を介してVCM34に指令を出し、ボンディング工程(S14)における電流の向きと逆向きの電流を流す指令を出す。電流の大きさは、ボンディング退避処理のときと同じ程度の大きさでよい。このときコレットテーブル38を駆動するXYZ駆動機構への指令は変更しない。このことで、コレットテーブル38の位置を変えずに、コレット32のみをコレットテーブル38に対し約2mm退避させることができる。そしてこのまま復路搬送を続ければ、チップ供給位置にコレット部30が達したとき、コレットテーブル38のZ方向の位置は通常と同じであるが、コレット32の先端は通常より約2mm、ウエファリングより上方に退避しているようにすることができる。
図7は、ピックアップ退避前後のコレットとコレットテーブルのZ方向の位置の時間経過を模式的に説明する図である。横軸、縦軸は図5と同様にそれぞれ時間及び位置座標である。ただし、図5はボンディング位置を中心としたものであるのに対し、図7はチップ供給位置を中心としているので、絶対値は異なっている。ここでも図5と同様にコレットの先端におけるZ位置座標の軌跡232を破線で示し、これに対応するコレットテーブルの基準点におけるZ位置座標の軌跡238を実線で示した。また、比較のために通常の場合におけるコレット先端におけるZ位置座標の軌跡233を2点鎖線で示した。図7において、時刻t5は、復路搬送で確認位置に達した時の時刻である。ここまではコレットもコレットテーブルも一体として搬送されるので、コレットの軌跡232とコレットテーブルの軌跡238は一定の間隔を保っている。
時刻t5において、チップがないと確認されると、コレットテーブルの位置をそのままにして、コレットのみを退避させる。すなわち図7に示すように、コレットテーブルの軌跡238はそのまま移動を続けるのに対し、コレットはコレットテーブルに対し+Z方向に移動するため、コレットの軌跡232はコレットテーブルの軌跡238と一定間隔を保たなくなる。そして、時刻t6においてコレットがアームに突き当たるまで移動すると、その後はその状態でコレットとコレットテーブルは一緒に移動し、時刻t6においてチップ供給位置に到達する。図7において、通常の場合におけるコレットの軌跡233を2点鎖線で示したが、時刻t6においてコレットのZ位置は、ウエファリングからチップをピックアップできる高さになるように設定されている。このこの通常の場合における位置に比べると、ピックアップ退避状態におけるコレットの位置は、+ΔZだけ高い位置に退避していることになる。退避量ΔZの大きさは、上記の例ではボンディング退避のときとおなじ約2mmである。その後ピックアップ処理を行い、時刻t7でピックアップ処理が完了した後は、往路搬送に移る。時刻t8はコレットとコレットテーブルとが再び一体化する時刻を表している。なお、コレットの退避スピードは、時刻t6においてコレットが十分退避するのに間に合う程度のものであればよい。
図8は、復路搬送においてチップの持ち帰りがある場合の様子を図4、図6と同じ表現で表したものである。チップ有無センサ56は、コレットにチップがあることを検出する。これによりコレット32はコレットテーブル38から相対的に退避し、チップ供給位置においては、チップ2を持ち帰ったコレット32の先端が、ウエファリングの上面から十分上方に退避する。これにより、持ち帰りチップがコレットに保持されていても、チップ供給位置において、ウエファリングあるいはその上に配置された他のチップ等に衝突することを防止できる。そして、この場合において、コレットテーブル38のZ位置は何ら修正を加えられずにそのまま当初の搬送軌跡どおりに移動し、図4の通常の場合と同じである。すなわち、図8の場合でも、図4と同様にボンディング位置からチップ供給位置までコレット部が直行搬送される。
このようにして、VCM34に流す電流の向き、電流の大きさをボンディングの各工程について適切に制御することで、コレット部30の中で質量が小さく搬送速度に与える影響が少ないコレット32について適切な押し付け圧を与え、また適切な退避を行わせることができる。そして、コレット32の動きはコレットテーブル38等と独立に制御できるので、コレット部30の中で慣性が大きく搬送速度に与える影響が大きいコレットテーブル38及びこれに固定されるアーム36、VCM34等の搬送軌跡を、最適な高速搬送の条件で設定できる。
2,3 チップ、4 リードフレーム、6 チップ供給位置、7 確認位置、8 ボンディング位置、10 ボンディング装置、20 ボンディング装置本体、30 コレット部、32 コレット、34 VCM、36 アーム、38 コレットテーブル、40 空心コイル、56 チップ有無センサ、60 制御部、62 CPU、82 ピックアップ処理モジュール、84 往路搬送処理モジュール、86 ボンディング処理モジュール、88 復路搬送処理モジュール、90 ボンディング退避処理モジュール、92 確認処理モジュール、94 ピックアップ退避処理モジュール、132,133,232,233 コレットの軌跡、138,139,238 コレットテーブルの軌跡。