JP2007110136A - 軽量接合ヘッド組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】より軽量であり、かつ少なくとも慣用の接合ヘッドの幾つかの上記不利な点を回避しようとする接合ヘッドを提供すること。
【解決手段】接合工具を装着するための接合本体と、接合組立体を異なる位置に移動させるために駆動可能に形状構成された支持構造体と、前記支持構造体に対する移動の間に接合本体を屈曲支持するように接合組立体を支持構造体に結合する、少なくとも１つの平面に実質的に沿って配置された屈曲要素と、を備える接合組立体が設けられる。モータは支持構造体に連結され、かつ作動して接合本体を駆動させて少なくとも１つの前記平面に対して実質的に直角に延在する軸線に沿って前記支持構造体を移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ダイ・ボンディング機のためのピックアンドプレイス工具を保持するために使用する接合ヘッド組立体に関する。

半導体パッケージングの間、半導体チップ又はダイスは、通常、処理のための基板又は担持体上に装着される。半導体ダイスは基板の表層上に直に、あるいは、例えば、積み重ねたダイス形状構成体のように配置し得るが、これらの半導体チップ又は半導体ダイスは他のダイス上に配置し得る。基板又は他のダイに対する半導体ダイの装着後、デバイスは、通常、下流側処理部に分離される。

ダイ・ボンディング機は、これらの半導体ダイス（これらは、通常、ウェーハから切断される）をピックアップするために使用され、その後、基板、キャリア又は他のダイス上にこれらを配置する。こうしたダイ・ボンディング機は、これらのピックアンドプレイス・プロセスで使われるダイピック及びダイ接合工具を保持して配置する接合ヘッド組立体を具備する。

寸法が益々より小さくなっている半導体ダイスの導入により、ダイ・ボンディング機に関する要求はより厳しくなっている。他の考慮すべき問題の中には、より小さく及び／又はより薄いダイスは割れ易く、処理上のより細かな注意を必要とする。現在のダイボンディング・システムは、これらの要求に対処することができるようにはほとんどなっていない。

図１は、ダイ接合機に使用する慣用の接合ヘッド１１０の側断面図である。この接合ヘッドは、通常、支持構造体１０４によって担持される接合本体１０２を備える。接合本体１０２は、支持構造体１０４を上下させることによって鉛直軸線に沿って移動させるように駆動可能であり、かつ、調節可能なバネ・ポスト１０６と接合本体１０２の間に予圧ばね１０８を更に備える調節可能な該バネ・ポスト１０６を介して支持構造体１０４に装着される。予圧ばね１０８は、接合ヘッド１００が待機位置にあるときに支持構造体１０４に向けて接合本体１０２を付勢する。更に、接合本体１０２と支持構造体１０４の間の相対移動は軸１１２に沿って可動なケージ軸受１１０によって導かれる。

接合本体１０２は、ピックアップ位置からダイをピックし、それから、該ダイを配置及び／又は接合するように作動するピックアンドプレイス・ツールを保持する。ピックアンドプレイス・ツール１１４は、通常、コレット組立体の形態をしている。ダイが真空吸引を使用してピックされる箇所で、ピックアンドプレイス・ツール１１４に接続した真空出口１１６が使用される。図１において、ピックアンドプレイス・ツール１１４によって保持したダイ１１８は基板１２０上に配置される。ダイ１１８は、接着剤又は他の手段を使用して基板１２０に装着される。接合本体１０２の端部の接触センサ１２２は待機中に支持構造体１０４の一部と接触する。支持構造体１０４が下向きに移動するにつれてピックアンドプレイス・ツール１１４が更に下向きに移動するのを防ぐときに接触センサ１２２は支持構造体１０４との接点から解放される。接触センサ１２２の解放は、ピックアンドプレイス・ツール１１４の接点が相対的に固い表面で作られること、従って、基板１２０を具備するダイ１１８の表面で作られたことを示す。支持構造体１０４の更なる下降は、予圧ばね１０８によって働く力によって接合力をダイ１１８に与える。

この慣用の接合ヘッド構成では、ダイとの接触は、接触センサ１２２を使用して検出される。上述した接合ヘッドに含まれる全移動質量は約１７グラムである。こうした大きな浮動質量の不利な点は、相対的に高い衝突力がピックアンドプレイス・ツール１１４からダイ１１８上に与えられることである。これは、ピックアンドプレイス・ツール１１４並びに起こり得るクラックの両方に繋がり得る。基板１２０上へのダイ配置の間のサーチ速度が衝突力を減らすために減少する場合、下側は機械のスループットが実質的に減じられているということである。一貫した性能はケージ軸受１１０のスティクションによって更に制限される。その結果、ケージ軸受１１０と軸１１２の間の摩擦力はこれらのケージ軸受と軸の相対移動を首尾一貫しないように初期化するために要する力を生じさせる。そのうえ、接触センサ１２２の使用は、例えば、汚損及び摩耗のような接触センサ自体に関するこうした問題を提示し得る。上述した慣用の接合ヘッド１００と比べて、より軽く且つより信頼し得る接合ヘッドを開発する要望が存在する。

従って、従来技術と比較して、より軽量であり、かつ少なくとも慣用の接合ヘッドの幾つかの上記不利な点を回避しようとする接合ヘッドを提供しようとすることが本発明の目的である。

従って、本発明は、接合ヘッド組立体であって、接合工具を装着するための接合本体と、前記接合ヘッド組立体を異なる位置に移動させるために駆動可能に形状構成した支持構造体と、前記支持構造体に対する移動の間に前記接合本体を屈曲可能に支持するために、前記接合本体を前記支持構造体に結合する、少なくとも１つの平面に実質的に沿って配置された屈曲要素と、少なくとも１つの前記平面に実質的に直角に延在する軸線に沿って、前記接合本体を前記支持構造体に結合するように作動する、前記支持構造体に連結されたモータと、を備える接合ヘッド組立体を提供する。

本発明の好ましい実施例を例示する添付の図面を参照することで本発明を更に詳細に記載する。図面及び関連した説明の特殊性は、特許請求の範囲の各請求項に記載の本発明の広義の解釈の一般性に代わるものとして理解されない。

本発明による接合ヘッド組立の好ましい実施形態の例示は添付の図面を参照して記載する。

図２は、本発明の好ましい実施形態によるダイ接合機のための接合ヘッド組立体１０の等角図である。接合ヘッド組立体は、支持構造体１４に対する移動中に接合本体１２を屈曲可能に支持するために、例えば、２組の屈曲要素１６、１８のような屈曲要素によって支持構造体１４に連結される接合本体１２を備える。屈曲要素１６、１８は２平面に沿って、１つの屈曲要素１６は接合本体１２の上部に向けて装着され、そして、他の屈曲要素１８は接合本体１２の底部に向けて装着される。第１及び第２の平面は互いに対して平行に配置される。あるいは、屈曲要素を１平面だけに沿って配置するように、１組の屈曲要素を使用し得るが、これは、横方向及び回転剛性が低くなる結果に帰着し得る。

コレット２２の形態をした接合工具は、接合本体１２上に装着され、かつ接合本体１２２と共に移動可能に構成される。接合工具は、ダイ・ピックアンドプレイス・ツールまたはダイ接合工具とし得る。好ましくはボイスコイルモータ２０は移動を接合本体１２に直に与えるように形状構成され、コレット２２は支持構造体１４に装着される。接合本体１２は屈曲要素１６、１８を配置した平面に実質的に直角に延在する軸線に沿ってボイスコイルモータ２０を上下に、次にはこれに応じてコレット２２を駆動するように駆動可能である。真空出口２４はコレット２２に流体連結されて該コレットが真空吸引力によって半導体ダイスをピックアップ可能にする。さらに、エンコーダ２６は、接合本体１２の移動を監視するために支持構造体に装着されると有利である。

支持構造体１４は、例えば、ダイピック位置とダイ接合位置の間のような異なる位置に接合ヘッド組立体１０を移動させるためのモータ（図示せず）によって駆動可能に形状構成される。支持構造体１４は、通常、所望の位置上に接合ヘッド組立体１０を位置づけるために駆動されるのが一般的である。その後、コレット２２はダイをピックアップ又は接合するためにボイスコイルモータ２０によって更に駆動される。接合本体１２及び表面に向かって上下にのみ駆動可能に形状構成されるコレット２２とは対照的に、支持構造体１４は、所望の場所上に該コレット２２を配置するために直交座標系３つの全ての軸線に沿って駆動可能に構成される。

図３は、その平均又は待機位置にある、図２の線Ａ−Ａに沿って切断した接合ヘッド組立体１０の側断面図である。この視野では、ボイスコイルモータ２０は磁気回路を構成するために支持構造体１４に装着される永久磁石２６のような磁気回路構成要素、及び接合本体１２に装着されたボイスコイル２８を備えるボイスコイル構成要素を備えるのが分かる。永久磁石２６がその代わりに接合本体１２に装着し得るものであり、そして、ボイスコイル２８が、この場合、支持構造体１４に装着し得ることも理解されるであろう。ボイスコイル２８は、電磁相互作用によって接合本体１２を駆動させるために磁石２６に対して移動可能に構成される。この待機位置において、屈曲要素１６、１８の配向は、相対的に水平である。より大きな剛性を図るために、屈曲要素１６、１８は、ボイスコイルモータ２０の対向側に位置する。

ボイスコイルモータ２０からの作用力は、屈曲要素１６、１８が配置され、かつこれらの中間点を通過する複数の平面に直交する平面に位置するように配置されることが好ましい。コレット２２及びボイスコイルモータ２０、及び、従って、作用力は屈曲要素１６、１８の位置に対して実質的に中央に位置づけられ、かつ、屈曲要素１６、１８の両側から実質的に等距離である点に留意すべきである。これは、鉛直以外の方向に屈曲要素１６、１８が屈曲するのを制限することによって移動の精度を高める。効果的作用力がコレット２２を直に通過するように、ボイスコイルモータ２０がコレット２２と同軸な関係にあるようにコレット２２が装着されることが好ましい。

図４は、ダイ３０をピックアップするためのその下向きストロークの間の図３による接合ヘッド組立体１０の側断面図である。ボイスコイル２８が電磁相互作用によって磁石２６に対して移動するようになされるように、電流はボイスコイル２８を通じて流れるようになされる。この場合、ボイスコイル２８は磁石２６から離間した方向に移動し、これにより、表面３２に載っているダイ３０に向かって下向きにコレット２２を突出させる。

接合本体１２が支持構造体１４に対して移動するにつれて、接合本体１２の移動はダイ３０の方向に屈曲要素１６、１８を屈曲させる。好ましくは、支持構造体１４は、この移動の全体に亘って相対的に静止しているままである。エンコーダ２６は、接合本体１２に連結されるスケール２７上のマーキングを参照することによって接合本体１２によって移動された距離も監視し得る。接合本体１２の移動を監視することは、コレット２２の能動的な駆動を促進する。コレット２２がダイ３０に十分接近するか又は該ダイ３０に接触するときに、真空吸引力によってダイ３０を保持するように真空出口２４によってスイッチを入れ得る。

この形状構成のボイスコイルモータ２０を使用することの他の利点は、コレット２２の下向き移動中のコレット２２とダイ３０の間の接触が所定のレベルより上にボイスコイル２８によって担持される電流の急激なサージによって検出可能である。最初に、ボイスコイル２８の電流は、屈曲要素１６、１８の抵抗に打ち勝つのに十分であることを必要とするのみである。しかしながら、コレット２２が比較的固い表面３２に載っているダイ３０に接触するときに、電流のサージは表面３２から反力を打ち負かそうと試みるコレット２２から生じる。したがって、コレット２２とダイ３０の間の接触は、従来技術の別々の接触センサを用いずに検出可能である。

図５は、ダイ３０がピックアップされ、かつ他の位置にまさに移動しようとするときのその上向きストロークの間の図３による接合ヘッド組立体１０の側断面図である。これを達成するために、ボイスコイル２８が磁石２６に向かう方向に移動するように、ボイスコイル２８の電流はコレット２２を下降させるために使用される電流に対して反対方向に流れるようになされる。これはコレット２２を上向きに後退させる一方で、ダイ３０を保持し、かつこれはダイを表面３２から持ち上げる。

接合本体１２が上向きに移動するとき、屈曲要素１６、１８も表面３２から離間する方向に上向きに屈曲される。接合ヘッド組立体１０が現在位置に移動し得る一方で、コレット２２はダイ３０の設置のために該ダイ３０上に保持される。

図６は、本発明の好ましい実施例による接合ヘッド組立体１０に組み込むのに適した平らな屈曲要素１６ａ、１８ａの実施例の等角図である。平らな屈曲要素１６ａは、１８ａは、同一平面上に配置され、かつ全体的に矩形又は四角形で固定される４つの屈曲アーム３６から構成される。装着時に、接合本体１２と支持構造体１４の間に延在する屈曲アーム３６のうちの２つは互いに対して離間しているように見える。屈曲は、ステンレス鋼又はベリリウム銅を含む、如何なる材料でも作ることができる。装着穴３８は、屈曲アームを接合本体１２又は支持構造体１４に装着するために屈曲アーム３６の各々の隅部に形成される。

図７は、本発明の好ましい実施例による接合ヘッド組立体１０に組み込むのに適した翼付屈曲要素１６ｂ、１８ｂの実施の等角図である。この構成は、平らな屈曲要素１６ａ、１８ｂの構成に類似しているが、翼付フランジ４０が追加されている。これらの翼付フランジ４０は、屈曲アーム３６の少なくとも２つの側に沿って好ましくは形成され、かつ屈曲要素１６ｂ、１８ｂの平面に直角に外向きに延在する。これらは、屈曲要素１６ｂ、１８ｂの平面に平行な横方向移動４２並びに翼付フランジ４０と平行に延びる軸線回りの回転移動４４に対する翼付屈曲要素１６ｂ、１８ｂ内の横方向及び捩り剛性を高める手助けをする。翼付屈曲要素１６ｂ、１８ｂの移動は、翼４０の平面と実質的に平行な方向に集中させることができる。さらにまた、翼付フランジ４０は、屈曲要素１６ｂ、１８ｂの座屈を回避する手助けをする。上述した記載は本発明で有益に使用し得るが、この記載は排他的であることを意図するものではない、屈曲要素１６、１８のまさに実例であることに留意すべきである。

本発明の好ましい実施例の屈曲軸受の使用が接合ヘッド組立体の重量を減らす手助けをすることが理解される。５グラム未満での重量は、慣用の接合ヘッド１００のための１７グラムまでの重量と比較して、こうした種類の接合ヘッド組立体１０のために達成可能である。より軽い接合ヘッド組立体によって、機械全体を通じての重量を減じることなく、ピックアンドプレースされるダイに関する衝撃は減じられる。

さらに、ボイスコイルモータ２０の作動力が屈曲要素の平面に直角であり、かつこれらの平面の中央点を通過する平面に位置するように配置し得るから、屈曲要素は屈曲要素１６、１８の対称な積載を保証する手助けをする。ボイスコイルモータ２０は接合工具又はコレット２２と同軸な関係にもあるため、その結果として、モータの力はこの力を屈曲要素１６、１８によって直に伝わる。この方法は、屈曲要素１６、１８の座屈の理由によって破壊の危険性を回避するのに役立つ。

本願明細書で記載してきた本発明は変形、変更及び／又は特に記載された以外の加入を受け入れることができる。そして、本発明が前記記載の精神及び範囲内に該当する全ての変形、変更及び／又は加入を含むことを理解すべきである。

ダイ接合機のための慣用の接合ヘッドの側断面図である。 本発明の好ましい実施形態によるダイ接合機のための接合ヘッド組立体の等角図である。 平均又は待機位置における図２の線Ａ−Ａに沿って切断した接合ヘッド組立体の側断面図である。 ダイをピックアップする下向きストロークの間の図３による接合ヘッド組立体の側断面図である。 ダイがピックアップされ、かつ他の位置にまさに移動するときにその上向きストロークの間の図３による接合ヘッド組立体の断面側面図である。 本発明の好ましい実施形態による接合ヘッド組立体に組み込むのに適した平らな屈曲要素の実施の等角図である。 本発明の好ましい実施形態による接合ヘッド組立体に組み込むのに適した翼付屈曲要素の実例の等角図である。

符号の説明

１０ 接合ヘッド組立体
１２ 接合本体
１４ 支持構造体
１６、１８ 屈曲要素
１６ａ、１８ａ 屈曲要素
１６ｂ、１８ｂ 屈曲要素
２０ ボイスコイルモータ
２２ コレット
２４ 真空出口
２６ エンコーダ、磁石
２８ ボイスコイル
３０ ダイ
３２ 表面
３６ 屈曲アーム
３８ 装着穴
４０ 翼付フランジ
４２ 横方向移動
４４ 回転移動

Claims (15)

1. 接合ヘッド組立体であって、
   接合工具を装着するための接合本体と、
   前記接合ヘッド組立体を異なる位置に移動させるために駆動可能に形状構成した支持構造体と、
   前記支持構造体に対する移動の間に前記接合本体を屈曲可能に支持するために、前記接合本体を前記支持構造体に結合する、少なくとも１つの平面に実質的に沿って配置された屈曲要素と、
   少なくとも１つの前記平面に実質的に直角に延在する軸線に沿って、前記接合本体を前記支持構造体に結合するように作動する、前記支持構造体に連結されたモータと、を備える接合ヘッド組立体。
2. 前記モータは、
   前記ボイスコイル構成要素と、
   電磁相互作用を行うように形状構成した磁気回路構成要素と、を備え、
   一方の構成要素は前記接合本体に装着され、他方の構成要素は前記支持構造体に装着される、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
3. 前記接合工具と相対的に固い表面の接触が所定の水準より上の前記ボイスコイル構成要素によって担持される電流のサージによって検出可能であるように、前記ボイスコイルモータが形状構成される、請求項２に記載の接合ヘッド組立体。
4. 前記モータが前記屈曲要素の少なくとも１つの前記平面に直角な平面に位置する力を与えるべく形状構成されるように、前記モータが前記屈曲要素に対して中央に装着される、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
5. 前記モータからの作用力が前記接合工具を直に通過するように、前記接合ツールが該モータと実質的に同軸な関係に装着される、請求項４に記載の接合ヘッド組立体。
6. 伝達された力が前記屈曲要素の少なくとも１つの前記平面の中央点を実質的に通過するように、前記接合工具がモータと実質的に同軸な関係で装着される、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
7. 前記屈曲要素は、第１平面に沿って配置された第１組の屈曲要素と、前記第１平面に平行な第２平面に沿って配置された第２組の屈曲要素と、を備える、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
8. 前記第１及び第２平面は前記モータの対向側に位置する、請求項７に記載の接合ヘッド組立体。
9. 前記屈曲要素は、互いに対して所定の間隔を置いて配置された少なくとも２つの可撓性アームを備える、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
10. 前記屈曲要素は、正方形又は矩形に配置される同一平面上に４つの可撓性アームを備える、請求項９に記載の接合ヘッド組立体。
11. 前記屈曲要素は、該屈曲要素が配置される少なくとも１つの前記平面に直角に延在するフランジを更に備える、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
12. 前記屈曲要素はステンレス鋼又はベリリウム銅製である、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
13. 前記支持構造体に対する前記接合本体の移動を監視するように構成したエンコーダを更に備える、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。
14. 前記接合本体が移動した距離を測定するために前記エンコーダが参照するために前記接合本体に結合されるマーキングを具備するスケールを含む、請求項１３に記載の接合ヘッド組立体。
15. 前記接合工具はダイ・ボンディング・デバイス又はダイ・ピックアンドプレイス・デバイスである、請求項１に記載の接合ヘッド組立体。

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