JP2006324533A - ボンディング荷重制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より安定した稼働を実現する。
【解決手段】 ボンディングヘッド１１にコレットホルダ１３を上下動自在に支持し、コレットホルダ１３にコレット１４を設ける。ベースプレート２１の一端部にバランス用スプリング２２とエアシリンダ３１を設け、コレットホルダ１３にバランス用スプリング２２による荷重方向への付勢力と、エアシリンダ３１による反荷重方向への付勢力とを付与する。エアシリンダ３１に電空レギュレータ４１を接続し、ロッド３３によるベースプレート２１の付勢力を制御する。ベースプレート２１他端部の荷重センサ５１をコントローラ６１に接続し、コントローラ６１で、荷重センサ５１からの出力を受けて荷重を計測するとともに、入力に応じた電圧の出力信号を電空レギュレータ４１に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コレットに加える荷重を制御するボンディング荷重制御装置に関する。

従来、チップをワークにボンディングする際には、ボンディング装置が用いられていた（例えば、特許文献１）。

このボンディング装置は、図３に示すように、ボンディングヘッド１０１を備えており、該ボンディングヘッド１０１には、コレット１０２が取り付けられたコレットホルダ１０３が上下動自在に支持されている。

このボンディングヘッド１０１には、前記コレットホルダ１０３を下方へ付勢する板バネ１１１，１１１が設けられており、前記コレット１０２でチップをピックアップするピックアップ点と、前記コレット１０２で吸着したチップをボンディングするボンディング点とにおいて、前記板バネ１１１，１１１の付勢力を荷重として前記チップに付与できるように構成されている。

また、前記ボンディングヘッド１０１には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）１２１が設けられており、該ＶＣＭ１２１によって可動アーム１２２を作動できるように構成されている。該可動アーム１２２には、ダンパスプリング１２３からのバネ力が付与されており、このバネ力は、前記コレットホルダ１０３を下方へ付勢する力として作用するように構成されている。

これにより、前記ダンパスプリング１２３からのバネ力によって前記コレットホルダ１０３を下限位置まで移動して当該コレットホルダ１０３の上下移動を規制するロック状態と、前記ＶＣＭ１２１で前記可動アーム１２２を上動して前記コレットホルダ１０３の上下移動を許容したアンロック状態とを形成できるように構成されており、ピックアップ時及びボンディング時に前記アンロック状態を形成することで前記板バネ１１１，１１１のバネ力を荷重として前記コレット１０２に付与する一方、当該ボンディングヘッド１０１移動時には、前記ロック状態を形成することで前記ダンパスプリング１２３のバネ力で前記コレットホルダ１０３を押さえて不用意な振動を防止できるように構成されている。

そして、前記ボンディングヘッド１０１に前記コレットホルダ１０３位置を検出する近接センサを設けることで、該近接センサからのＯＮ／ＯＦＦ信号より前記コレット１０２が着地したことを検出できるように構成されている。
特願２００４−１２１１５３号公報

しかしながら、このようなボンディング荷重制御装置にあっては、チップへの荷重が板バネ１１１，１１１によって決定されるため、ピックアップ点とボンディング点とでの荷重制御が困難であった。

また、生産中において、荷重の変化を検出することができなかった。さらに、ＶＣＭ１２１断線時には、ピックアップミスが発生し、装置が停止する恐れがあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、より安定した稼働を実現することができるボンディング荷重制御装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明のボンディング荷重制御装置にあっては、コレットを保持するコレットホルダがヘッドに対して上下動自在に支持されるとともに、前記コレットホルダを付勢して前記コレットに保持されるチップへ荷重を加える荷重機構が設けられたボンディング荷重制御装置において、前記荷重機構を、前記コレットホルダに荷重方向へ向けた付勢力を付与するスプリングと、該スプリングからの付勢力と逆向きの付勢力を前記コレットホルダに付与するエアシリンダと、該エアシリンダで発生する付勢力を制御する電空レギュレータと、前記コレット着地時の前記コレットホルダの変位方向に生ずる圧力から前記荷重を測定する荷重センサと、該荷重センサからの出力を受けて前記荷重を計測するとともに、前記電空レギュレータに出力する出力信号を制御して前記エアシリンダで発生する付勢力を可変するコントローラと、で構成した。

すなわち、ボンデング開始前のティーチング工程において、チップをピックアップするピックアップ点にヘッドを移動し、そのときにチップに加わる荷重を、荷重センサを介してコントローラで計測する。

このとき、当該コントローラから電空レギュレータに出力する出力信号を制御してエアシリンダで発生する付勢力を可変することで、スプリングによる荷重の相殺量を可変する。すると、前記コントローラで計測される荷重が変化するので、この荷重が当該ピックアップ点において、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータへの出力値を定めるとともに、この出力値をピックアップ点出力値として記憶する。

また、チップをボンディングするボンディング点にヘッドを移動し、そのときにコレットに保持されたチップに加わる荷重を、前記荷重センサを介して前記コントローラで計測する。

このとき、当該コントローラから電空レギュレータに出力する出力信号を制御してエアシリンダで発生する付勢力を可変して前記スプリングによる荷重の相殺量を可変する。すると、前記コントローラで計測される荷重が変化するので、この荷重が当該ボンディング点において、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータへの出力値を定めるとともに、この出力値をボンディング点出力値として記憶する。

そして、ボンディング開始時において、前記ヘッドを前記ピックアップ点へ移動する際には、記憶した前記ピックアップ点出力値を前記電空レギュレータへ出力する一方、前記ヘッドを前記ボンディング点へ移動する際には、記憶した前記ボンディング点出力値を前記電空レギュレータへ出力する。これにより、ピックアップ時には、前記ピックアップ点に設定された荷重が加えられる。また、ボンディング時には、前記ボンディング点に設定された荷重が加えられる。

そして、ボンディング作業中においては、チップに加わる荷重を前記荷重センサを介して前記コントローラで計測することができる。

以上説明したように本発明のボンディング荷重制御装置にあっては、ティーチング工程において、チップをピックアップするピックアップ点とチップをボンディングするボンディング点とにおける荷重を実測するとともに、各点で予め設定された荷重が生ずるように、コントローラから電空レギュレータに出力する出力信号を各点毎に変更することができる。

このため、チップへの荷重が板バネで決定された従来と比較して、ピックアップ点とボンディング点とにおいて異なる荷重に設定することができ、適切な荷重によるチップのピックアップ及びボンディングを行うことができる。これにより、チップ割れ等の不具合を防止することができる。

また、荷重を実測値で制御することにより、チップへの衝撃荷重の防止及び荷重不足によるピックアップミスやボンディング不良を防止することができ、品質向上を図ることができる。さらに、荷重調整のばらつきを抑えることができるとともに、荷重変更も容易となるため、他部品製造への変更に容易に対応することができる。

そして、ボンディング操作中において、チップに加わる荷重を前記荷重センサを介して前記コントローラで計測することができるため、スプリング等のメカ機構の経時的変化を監視することができる。このため、経時的変化検出時に警告等することによって、ピックアップミスやボンディング不良を未然に防止することができる。

したがって、より安定した稼働を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。図１は、本実施の形態にかかるボンディング荷重制御装置１を備えたボンディング装置２を示す図であり、該ボンディング装置２は、ウエハリングに支持されたチップ３をピックアップしてリードフレームまで移送し、該リードフレームのボンディングポイントにボンディングする装置である。

このボンディング装置２に設けられた可動アームの先端には、ボンディングヘッド１１が設けられており、該ボンディングヘッド１１のＺ軸１２には、コレットホルダ１３が前記ボンディングヘッド１１に対して上下動自在に支持されている。前記コレットホルダ１３の下端部には、コレット１４が交換可能に取り付けられており、該コレット１４下端に開口するバキューム穴には、負圧が供給されるように構成されている。これにより、前記コレット１４下端のバキューム穴に生ずる負圧によって前記チップ３を吸着できるように構成されている。

前記コレットホルダ１３には、ベースプレート２１が設けられており、該ベースプレート２１の一端部には、バランス用スプリング２２が設けられている。該バランス用スプリング２２の一端は、前記ボンディングヘッド１１に支持されており、当該バランス用スプリング２２の他端は、前記ベースプレート２１の上面２３に支持されている。これにより、前記バランス用スプリング２２は、前記ベースプレート２１を下方へ向けて付勢するように構成されており、前記コレットホルダ１３には、前記バランス用スプリング２２によって荷重方向である下方へ向けた付勢力が付与されている。

また、前記ベースプレート２１の前記一端部には、エアシリンダ３１が設けられている。該エアシリンダ３１は、シリンダ本体３２が前記ボンディングヘッド１１に固定されており、前記シリンダ本体３２より延出したロッド３３が前記ベースプレート２１の下面３４に接続されている。これにより、前記ベースプレート２１は、前記バランス用スプリング２２からの付勢力と逆向きである上方へ向けた付勢力が前記エアシリンダ３１によって付与されており、前記コレットホルダ１３には、前記バランス用スプリング２２によって荷重方向への付勢力が付与される一方、前記エアシリンダ３１によって前記荷重方向と逆向きの反荷重方向の付勢力が付与されている。

このエアシリンダ３１には、当該エアシリンダ３１で発生する付勢力を制御する電空レギュレータ４１が接続されている。該電空レギュレータ４１は、供給源から供給された空気を電気信号に応じて開度が可変する絞りを介して出力する装置であり、第１ポート４２から出力する空気を前記シリンダ本体３２の下部室４３に供給するとともに、第２ポート４４から出力する空気を前記シリンダ本体３２の上部室４５に供給するように構成されている。これにより、両室４３，４５内の圧力バランスを制御することによって、前記ロッド３３による前記ベースプレート２１の付勢力を制御できるように構成されている。

前記ベースプレート２１の他端部には、荷重センサ５１が設けられており、該荷重センサ５１は、前記ボンディングヘッド１１に支持されるとともに、その測定面５２が前記ベースプレート２１の上面２３に接するように構成されている。この荷重センサ５１は、前記ベースプレート２１からの受ける圧力に応じた大きさの電気信号を出力するように構成されており、前記コレット１４着地時に前記コレットホルダ１３が上動した際に、前記ベースプレート２１より受ける圧力から前記コレット１４が前記チップ３に加える荷重を測定するように構成されている。

この荷重センサ５１は、コントローラ６１に接続されている。該コントローラ６１は、ＣＰＵを中心に構成されており、前記荷重センサ５１からの出力を受けて前記荷重を計測するとともに、その測定値を図外の表示装置に表示するように構成されている。また、このコントローラ６１には、前記電空レギュレータ４１が接続されており、当該コントローラ６１は、例えば図外のスイッチや可変抵抗器などの入力手段や外部入力からの入力に応じた電圧の出力信号を前記電空レギュレータ４１に出力するように構成されている。

これにより、前記荷重の表示を見ながら前記入力手段への入力や前記外部入力を可変して前記出力信号を制御することで、前記電空レギュレータ４１の各ポート４２，４４からの供給圧を可変して、前記エアシリンダ３１で発生する付勢力を制御できるように構成されている。

このように、前記バランス用スプリング２２と、前記エアシリンダ３１と、前記電空レギュレータ４１と、前記荷重センサ５１と、前記コントローラ６１とによって、前記コレット１４に保持される前記チップ３へ荷重を加える荷重機構が構成されている。

以上の構成にかかる本実施の形態において、ボンデング開始前のティーチングを行う際には、図２に示すように、第１調整工程７１において、無負荷状態に維持してコントローラ６１から電空レギュレータ４１に出力する出力信号を制御してエアシリンダ３１で発生する付勢力を可変することで、バランス用スプリング２２による荷重の相殺量を可変する。すると、前記荷重センサ５１で取得されるとともに前記コントローラ６１で計測される荷重が変化するので、この荷重が通常移動時において、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータ４１への出力値を定めるとともに、この出力値を通常移動時出力値として記憶する。

また、第２調整工程７２において、チップ３をピックアップするピックアップ点ＰＰにボンディングヘッド１１を移動し、そのときにチップ３に加わる荷重を前記荷重センサ５１を介して前記コントローラ６１で計測する。

このとき、当該コントローラ６１から前記電空レギュレータ４１に出力する出力信号を制御して前記エアシリンダ３１で発生する付勢力を可変することで、前記バランス用スプリング２２による荷重の相殺量を可変する。すると、前記コントローラ６１で計測される荷重が変化するので、この荷重が当該ピックアップ点ＰＰにおいて、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータ４１への出力値を定めるとともに、この出力値をピックアップ点出力値として記憶する。

次に、第３調整工程７３では、無負荷状態においてコントローラ６１から電空レギュレータ４１に出力する出力信号を可変してエアシリンダ３１で発生する付勢力を制御することで、バランス用スプリング２２による荷重の相殺量を可変する。すると、前記荷重センサ５１で取得されるとともに前記コントローラ６１で計測される荷重が変化するので、この荷重が前記ボンディングヘッド１１をピックアップ点ＰＰからボンディング点ＢＰへ高速移動する高速移動時において、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータ４１への出力値を定めるとともに、この出力値を高速移動時出力値として記憶する。

また、第４調整工程７４において、チップ３をボンディングするボンディング点ＢＰにボンディングヘッド１１を移動し、そのときにコレット１４に保持されたチップ３に加わる荷重を、前記荷重センサ５１を介して前記コントローラ６１で計測する。

このとき、当該コントローラ６１から前記電空レギュレータ４１に出力する出力信号を制御して前記エアシリンダ３１で発生する付勢力を可変して前記バランス用スプリング２２による荷重の相殺量を可変する。すると、前記コントローラ６１で計測される荷重が変化するので、この荷重が当該ボンディング点ＢＰにおいて、予め設定された荷重となるように前記電空レギュレータ４１への出力値を定めるとともに、この出力値をボンディング点出力値として記憶する。

そして、ボンディングを開始した際には、前記ボンディングヘッド１１を前記ピックアップ点ＰＰまで移動する通常移動時には、記憶した前記通常移動時出力値を前記電空レギュレータ４１に出力することで、前記コレット１４に加わる荷重を前記通常移動時に設定された荷重とすることができる。

また、前記ボンディングヘッド１１を前記ピックアップ点ＰＰへ移動してウエハシート８１上のチップ３をピックアップする際には、記憶した前記ピックアップ点出力値を前記電空レギュレータ４１へ出力することで、前記コレット１４から前記チップ３に加えられる荷重をピックアップ時に設定された荷重とすることができる。

次に、このピックアップ点ＰＰから前記ボンディング点ＢＰへ高速移動する間では、記憶した前記高速移動出力値を前記電空レギュレータ４１に出力することで、前記コレットに加わる荷重を前記高速移動時に設定された荷重とすることができる。

また、前記ボンディングヘッド１１を前記ボンディング点ＢＰへ移動してチップ３をリードフレーム８２にボンディングする際には、記憶した前記ボンディング点出力値を前記電空レギュレータ４１へ出力することで、前記コレット１４から前記チップ３に加えられる荷重をボンディング時に設定された荷重とすることができる。

このように、チップ３をピックアップするピックアップ点ＰＰとチップ３をボンディングするボンディング点ＢＰとにおける荷重を実測するとともに、各点ＰＰ、ＢＰで予め設定された荷重が生ずるように、前記コントローラ６１から前記電空レギュレータ４１に出力する出力信号を各点ＰＰ、ＢＰ毎に変更することができる。

このため、チップへの荷重が板バネで決定された従来と比較して、ピックアップ点ＰＰとボンディング点ＢＰとにおいて異なる荷重に設定することができ、適切な荷重によるチップ３のピックアップ及びボンディングを行うことができる。これにより、チップ割れ等の不具合を防止することができる。

また、荷重を実測値で制御することにより、チップ３への衝撃荷重の防止及び荷重不足によるピックアップミスやボンディング不良を防止することができ、品質向上を図ることができる。さらに、荷重調整のばらつきを抑えることができるとともに、荷重変更も容易となるため、他部品製造への変更に容易に対応することができる。

そして、ボンディング操作中において、チップ３に加わる荷重を前記荷重センサ５１を介して前記コントローラ６１で常時計測することができる。このため、バランス用スプリング２２等のメカ機構の経時的変化を監視することができる。これにより、経時的変化検出時にコントローラ６１から警告を発する等することによって、ピックアップミスやボンディング不良を未然に防止することができる。したがって、より安定した稼働を実現することができる。

加えて、実際の荷重データを収集することができるため、半導体デバイス製造プロセスのトレーサビリティ管理を行うことができる。

本発明の一実施の形態を示す模式図である。 同実施の形態のティーチング工程を示す説明図である。 従来のボンディング装置を示す要部の拡大図である。

符号の説明

１ ボンディング荷重制御装置
３ チップ
１１ ボンディングヘッド
１３ コレットホルダ
１４ コレット
２２ バランス用スプリング
３１ エアシリンダ
４１ 電空レギュレータ
５１ 荷重センサ
６１ コントローラ

Claims (1)

1. コレットを保持するコレットホルダがヘッドに対して上下動自在に支持されるとともに、前記コレットホルダを付勢して前記コレットに保持されるチップへ荷重を加える荷重機構が設けられたボンディング荷重制御装置において、
   前記荷重機構を、
   前記コレットホルダに荷重方向へ向けた付勢力を付与するスプリングと、
   該スプリングからの付勢力と逆向きの付勢力を前記コレットホルダに付与するエアシリンダと、
   該エアシリンダで発生する付勢力を制御する電空レギュレータと、
   前記コレット着地時の前記コレットホルダの変位方向に生ずる圧力から前記荷重を測定する荷重センサと、
   該荷重センサからの出力を受けて前記荷重を計測するとともに、前記電空レギュレータに出力する出力信号を制御して前記エアシリンダで発生する付勢力を可変するコントローラと、
   で構成したことを特徴とするボンディング荷重制御装置。
   

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