JP2578932B2 - ダイボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダイボンデイング荷重、ダイ吸着時の付加荷
重等を所望に応じて変化させ得るようにしたダイボンデ
イング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のダイボンデイング装置の一例としては、例えば
特開昭61−234040号公報に開示されたものがある。第５
図は該公報に開示されたもののうち、本発明に関連する
部分のみを概略図示したものである。

同図において、ボンデイングアーム100、第１のアー
ム101及び第２のアーム102とは、固定支点をＰ及びQ,移
動する支点をR,Sとする平行リンク機構を構成してい
る。

ボンデイングアーム100の左端部に設けた軸受103には
コレットホルダ104が上下動可能に嵌装され、コレット
ホルダ104の下方にはスプリング受け用のカラー105及び
コレット106が一体形成されるとともに、上方にはカラ
ー107（前記公報では歯車）が一体形成されている。カ
ラー105とボンデイングアーム100との間には、ボンデイ
ング荷重及びダイ吸着時の荷重を付与するためのスプリ
ング108が縮設されている。

109は、例えばカム駆動により矢印Ｔ又はＴ′方向に
移動するロッドであり、該ロッドの左端部に設けられた
ヒンジピン110によりベルクランク111にピン結合されて
いる。したがってベルクランク111は枢軸112を中心とし
て時計方向又は反時計方向に揺動できるようになってい
る。

コレット106の真下には、該コレットによって真空吸
着しようとするダイ113がウエハ114に粘着されて位置し
ている。

以上の構成から成るダイボンデイング装置の作用を概
説する。

図示省略した駆動手段により第１のアーム101が固定
支点Ｐを中心として揺動し、支点がＲ′からＲまで円弧
運動すると、平行リンク機構の原理により第２のアーム
102は固定支点Ｑを中心として揺動し、支点Ｓ′からＳ
まで円弧運動するとともに、コレット106は点Ｕ（仮想
の揺動中心）を中心として点ｊから点ｋまで円弧運動
し、コレット106は吸着しようとするダイ113の真上に位
置する。

すると、図示省略したロッド駆動手段により、ロッド
109が矢印Ｔ′方向に押され、ヒンジピン110によってロ
ッドにピン結合されているベルクランク111は枢軸112を
中心として反時計方向に揺動し、ベルクランク111の左
端に設けてあるベアリング115が下降する。するとスプ
リング108の弾撥力により常時下方に付勢されているコ
レットホルダ104及びこれに一体のコレット106はベアリ
ング115の下降に追随しながら下降し、所定距離下降し
た時点でコレット106に設けてある内方斜面（通常４斜
面）がダイの稜線（通常４稜線）に、スプリング108の
弾撥力を受けながら当接する。当接前に、コレットホル
ダ104及びコレット106の中心部を貫通している不図示の
真空吸引通路に負圧を導入することと、更には図示省略
したダイ突き上げピンで吸着しようとするダイ113を突
き上げることと相まって、ダイ113の吸着が行なわれ
る。

ダイ吸着に前後して、ロッド109は不図示のロッド駆
動手段により矢印Ｔ方向に引張られ、ベルクランク111
は時計方向に揺動する。これによりベアリング115がカ
ラー107の下面に当接してコレットホルダ104をスプリン
グ108の弾撥力に抗して図示のように上方に持ち上げ
る。

このようにしてダイ113が吸着したかつ上方定位置ま
で持ち上げられるのと、前後して不図示のアーム駆動手
段により、第１のアーム101が固定支点Ｐを中心として
揺動し、他端の支点がＲからＲ′まで円弧運動すると、
平行リンク機構の原理により第２のアーム102は固定支
点Ｑを中心として揺動し、他端の支点はＳからＳ′まで
円弧運動するとともに、コレット106も点ｋから点ｊま
で円弧運動し、不図示のリードフレーム又は基盤上のボ
ンディングパッドの真上に位置する。

そしてダイ吸着時と同様に不図示のロッド駆動手段が
作動し、ロッドが再び矢印Ｔ′方向に押され、ベルクラ
ンク111が反時計方向に揺動し、これによりコレットホ
ルダ104及びこれと一体のコレット106は吸着して来たダ
イを例えばリードフレームのパッド上に押付けて圧着
（ボンデイング）する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来のダイボンデイング
装置にあっては、点ｋにおけるダイ吸着時のタイ113に
対するコレット106の荷重（押付け荷重）と、点ｊにお
けるダイボンディング時のリードフレームのパッド等に
対するダイ押付け荷重とは、いづれもスプリング108の
特性及び被押圧面の高さにより一義的に決まってしま
い、例えばダイ吸着時には比較的弱い押圧力をダイに与
え、ボンディング時には比較的強い押圧力をダイを介し
てボンディングパッドに与える等押圧力を調整するのが
困難であった。強いてこのような調整を行なおうとする
場合には、１個のスプリング108の作用する範囲内にお
いて、ダイ吸着位置の高さと、ボンディング位置高さと
の差等を微妙に調整しなければならず、調整が煩らわし
いという問題点があった。

また、第５図に示したスプリング108はダイ吸着時及
びダイボンディング時に押付力を付与するために設けた
スプリングであるから、比較的ばね力が小さく、最近の
高速ダイボンディング装置におけるボンディングアーム
の急速前進，停止，及び急速後進の繰返しにおいて、振
動が生じ易いという問題点もあった。

したがって、上記問題点を如何に解決すべきかという
課題が生じていたのである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

即ち本発明はボンデングアームの先端部に形成したヘ
ッド部に固設した案内杆と、該案内杆に沿って上下方向
に移動可能な横桁と、該横桁の一端側に固定されかつ前
記ヘッド部に設けられた案内部に案内されて前記横桁と
一体的に上下方向に移動可能のコレットホルダと、該コ
レットホルダに取付けたコレットと、前記案内杆の先端
部と前記横桁との間に縮設した荷重付加用の第１のスプ
リングと、前記横桁の他端側に係合するプランジャシャ
フトを有し、かつ前記ヘッド部に固定したソレノイド、
該ソレノイドと前記横桁の他端側との間に、前記第１の
スプリングの付勢方向に対向するように縮設された第２
のスプリングとを備え、前記ソレノイドのコイルに流す
電流の大きさに従って前記ソレノイドのプランジャに対
する磁気級引力を変えて前記第１のスプリングの弾撥力
によるコレット荷重を変えることによりダイ吸着時の荷
重又はダイボンデイング荷重を所望値に設定することが
できるようにしたダイボンデイング装置を提供すること
にある。従ってこのダイボンディング装置によれば、ソ
レノイドのコイルに流すべき電流を調整することによ
り、ダイボンデイング荷重又はダイ吸着時の付加荷重を
所望に応じて正確かつ有効に変化させることができるの
で、ボンディング精度品質等を高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、平面図である第１図、側
面図である第２図、ボンディングヘッド部15の詳細を示
す第３図イ，ロを参照して説明する。先づ構成を述べる
と、１はベース,2及び２′はベース１に固定した枠体、
３は枠体２に固定したカム駆動用のモータである。モー
タ３の駆動軸４には間隔をおいて、コレット上下用のカ
ム（以下上下用カム５という）及びコレットの前後方向
（図では左右方向）移動用のカム（以下前後用カム６と
いう）が固定されている。７は駆動軸４の回転角を検出
するエンコーダである。

前後用カム６には同心円部６′を有し、この前後用カ
ム６に係合するカムフオロワ８′はＬ型の第１のアーム
９′の一端部に枢着され、カム６の回転により第１のア
ーム９′は枢軸10を中心として回動可能であり、該第１
のアーム９′の他端部はボンディングアーム11にピン結
合されている。

ベース１に固定した基台12には、第２のアーム13の一
端部が枢軸14に枢着され、他端部はボンディングアーム
11にピン結合されている。

これらの第１のアーム９′，第２のアーム13及びボン
ディングアーム11でもって平行リンク機構を構成してい
る。

ボンディングアーム11の左端部には、コレッドホルダ
18を取付ける部分即ちボンディングヘッド部（以下ヘッ
ド部15という）が形成され、そのヘッド部15には第３図
イに詳示するように案内杆16が立設され、該案内杆16に
沿って横桁17が上下方向に移動可能であり、該横桁17の
左端部にはコレットホルダ18が一体的に固定され、ヘッ
ド部15に設けた案内部、例えばベアリング19に案内され
て横桁17と一体的に上下方向に移動できるようになって
いる。

コレットホルダ18には、その中心部を貫きかつ途中か
ら直角に折曲って真空源Ｖ通じる真空吸引用の穴20が設
けられるとともに、中心部を貫いた前記穴20の下方から
入射された光を検出できる光センサである受光素子21が
内蔵されている。

コレットホルダ18の下端部には、前記穴20に連通する
真空吸引用の穴を有するコレット22が挿入、固定され、
該コレット22の先端部でダイ（半導体チップ）23を真空
吸着し、吸着したダイをリードフレームのパッド部に押
付けてボンディングするようになっている。

案内杆16の上端部に螺着、固定したナット部材24と横
桁17との間にはボンディング荷重又はダイ吸着時の荷重
を付与するための第１のスプリング25が縮設されてい
る。

横桁17の右端部にはボルト状部材26が上下方向位置調
節可能に該横桁17に螺着、固定され、またこのボルト状
部材26に対設するように、ヘッド部15にはソレノイド27
が固定されている。ソレノイド27は内部にコア、コイ
ル、コイルへの通電時コア側に即ち図で上方に磁気吸引
されるプランジャ28及びプランジャに固定されたシャフ
ト29を有し、また、シャフト29の先端頭部とソレノイド
本体との間には比較的ばね定数の小さな第２のスプリン
グ30が縮設されている。

次に、コレット22の上下動機構につき第１図、第２図
及び第３図ロを参照して説明する。

上下用カム５に係合するカムフオロワ８はＬ型のアー
ム９の一端部に枢着され、カム５の回転によりアーム９
は枢軸10を中心として揺動する。該アーム９の他端部は
ロッド31の一端部にピン結合され、またロッド31の他端
部にはリンク32がピン結合されている。第３図ロに示す
ように、リンク32にはバー部材33が一体的に固定されて
おり、これらのリンク32及びバー部材33は、ボンディン
グアーム11に設けた枢軸34を固定支点として揺動できる
ようになっている。

横桁17の左端部に植設されたピン35は第１のスプリン
グ25の弾撥力を受け、常時はバー部材33に当接してお
り、したがってバー部材33が反時計向きに揺動すると、
ピン35及び横桁17はバー部材に追随して下降する。

次に、ダイボンディンゲ位置及びダイ吸着位置付近の
構成を説明する。ベース１に固定した基台36にはヒート
ブロック37及びリードフレーム案内部38が設けてあり、
該案内部38に沿ってリードフレームが遂次図の紙面と直
角方向に送られて来るようになっている。他方、ベース
１上には、Ｘテーブル39a及びＹテーブル39bから成るXY
テーブル39が設けてあり、Ｙテーブル39b上には支柱40
を介してウエハリング41が固定され、そのウエハリング
41は、多数のダイ（半導体チップ）23…を粘着してなる
ウエハ42を保持、固定している。

43は、コレット22の先端部の後述する運動軌跡の途中
に位置して、前記受光素子21に光を照射することができ
るように固定された光源である。

第４図は前記ソレノイド27のソレノイドコイルに制御
された電流を印加するための制御回路で、CPU45,D/Aコ
ンバータ46,増巾回路47、キーボード48、デイスプレイ4
9等を有している。

以上が本実施例装置の構成であるが、次にその作用を
説明する。

第２図はダイボンディングが完了した後、上下用カム
５の作用によりダイコレット22が上方に持上げられた位
置（リセット位置ということにする）を示すもので、所
定期間中前後用カム６のリフトは最小（同心円上６′に
ある）であって、第１のアーム９′は時計方向極限位置
にある。モータ３の駆動により前後用カム６が矢印Ｐ方
向に回転し、同心円部６′を過ぎると、カムリフトが次
第に増大して、カムフオロワ８′が上方に持上げられ、
第１のアーム９′は反時計方向に揺動し、平行リンク機
構の原理によりダイコレット22の先端部は仮想の回動中
心Ｑを中心としてボンディング位置Ａの真上のリセット
位置からダイ吸着位置Ｂの真上まで移動し、所定期間
（カムの同心円の範囲内）停止するが、その期間内にお
いて、上下用カム５の作用によりＬ型のアーム９が僅か
に時計方向に回動する。するとロッド31が図で右方に引
張られるので、リンク32及びこれに固定されたバー部材
33は枢軸34の中心として反時計方向に回動する。する
と、第１のスプリング25の弾撥力により横桁17及びこれ
に一体のコレットホルダ18及びコレット22はバー部材33
の下降に追随しながら下降し、その下降の途中におい
て、吸着しようとするダイ23に当接する。当接前に真空
源Ｖからの負圧が穴20に導かれ、図示省略したダイ突き
上げピンとの協働によりコレット22は１個のダイ23を吸
着する。吸着されたダイ23は上下用カム５の作用による
バー部材33の時計方向揺動により、ピン35、横桁17,コ
レットボルダ18及びコレット22が上動するため、コレッ
ト22とともに上動する。このようにして吸着されたダイ
は前後用カム６の作用により再びリセット位置即ちボン
ディング位置Ａの真上まで運ばれる。

さて、上記したコレット22のリセット位置から吸着位
置Ｂ真上までの移動の途中において、すでに行なわれた
筈のボンディングが正しく行なわれていた場合には、コ
レット22の先端部が光源43の真上を通過する瞬間に光源
43からの光が穴20を通って受光素子21に達するため、こ
れにより、次のダイを吸着しても良いという判断がなさ
れる。この場合には、その後吸着位置Ｂの真上に達する
前後適当な時期に予め定めた電流をソレノイド27のコイ
ルに印加する。すると、ソレノイド27のプランジャ28及
びシャフト29には該電流に追従し、かつ第１のスプリン
グ25の弾撥力に抗する如き力が発生する。そして前述の
ようにバー部材33の下降に追随するコレット22の下降に
よりコレット22がダイに当接したとき、ダイ吸着に必要
な押付力を得ることができる。即ち、そのときの第１の
スプリングによる下向きの力をＦ、そのときの電圧に追
従する電磁吸引力に相当するプランジャ28及びシャフト
29の上向きの力をｆとすれば、ダイ吸着時の押付け力は
Ｆ−ｆで求まる。即ち、ソレノイド27のコイルに印加す
る電流の制御で上記ｆの値を変えることにより、Ｆ−ｆ
の力を制御できる。

他方、上記した、コレット22のリセット位置（Ａ点真
上）から吸着位置Ｂ真上まえの移動路の途中において、
もしボンデイングが終了したにもかかわらず、ダイが意
前としてコレット22に吸着されたままになっている場合
とか、ボンディング時に破損したダイの一部がコレット
22の穴20につまっているような場合には、次に行なわれ
るべき新たなダイの吸着に支障を来たすこととなる。そ
こで、かかる場合には、コレット22の先端部が光源43の
真上を通過した時に光源43から発せられた光が充分に受
光素子21に達しないことを該受光素子で検出し、その検
出信号により、ソレノイド27のコイルに最大電流を印加
し、最大磁気吸引力をプランジャ28及びシャフト29に作
用させ、第１のスプリング25の力に抗して横桁17及びこ
れに一体のコレットホルダ18及びコレット22を上方位置
に固定（ホールド）する。このようにすることにより、
上下用カム５の作用に基づくバー部材33の移動（下降）
があっても横桁17はバー部材33に追随せず、したがって
コレット22はダイに到達せず、その後吸着しないままリ
セット位置まで送られる。

さて、ダイ吸着が行なわれる場合、上下用カム５の作
用によりコレット22が一たん吸着位置Ｂの真上まで上動
するのと前後して、コレット22は前後用カム６の作用に
基づき、吸着位置Ｂの真上からのボンデイング位置Ａの
真上即ちリセット位置まで移動し、そこで所定期間停止
するが、その期間内において上下用カム５の作用でバー
部材33が反時計方向に回動（下降）し、それに追随し
て、横桁17及びこれに一体のコレットホルダ18及びコレ
ット22が下降してリードフレームのパッドにダイを圧着
（ボンデイング）する。この際も、ソレノイド27のコイ
ルには適切な電流を印加することにより、前記ｆの力を
適切な値とし、もってＦ−ｆで表わされるボンデイング
荷重を最適値とするのである。

ボンディング完了後、上下用カム５の作用に基き、コ
レット22がボンデイング位置Ａの真上のリセット位置ま
で上昇し、再び前後用カム６の作用に基き、更に新しい
ダイを吸着するために第２図で左方に移動することは先
に述べた通りである。

さて、上記した、コレット22の吸着位置Ｂ真上からリ
セット位置までの移動の途中において、吸着すべきダイ
が正しく吸着されている場合には、コレット22の先端部
が光源43の真上を通過する瞬間にも、光源からの光が受
光素子21に達しないため、これによりダイが正しく吸着
されているから以後の動作を通常通り行っても差支えな
いという判断ができ、上記したソレノイド27のコイルへ
の適正電流の印加を行なえば良いが、前記移動の途中に
おいて吸着すべき筈のダイが万一吸着されていない場合
には、コレット22の先端部が光源43の真上を通過する瞬
間に、光源43からの光が穴20を通って受光素子21に達す
るため、これにより吸着ミスがあったことの判断がで
き、この検出信号に基き、例えばソレノイド27のコイル
に最大電流を印加し、横桁17を第１のスプリング25の弾
撥力に抗して上方に固定して、たとえば上下用カム５の
作用に基くバー部材33の回転（下動）があってもコレッ
ト22を下降させないようにし、再びバー部材33の回動
（上動）によるリセット位置到達時に機械を停止せしめ
て点検を行なう等の処理をとる。

なお、リセット位置から吸着位置Ｂ真上までの移動期
間中及び逆に吸着位置Ｂ真上からリセット位置までの移
動期間中は、ソレノイド27のコイルに印加する電流を零
とすることにより第１のスプリング25による横桁17及び
コレットホルダー18への弾撥力を大きくして、ボンディ
ングアーム11の急激な加減速度に基く前記横桁及びコレ
ットホルダーの振動を有効に吸収できるようにする。

〔発明の効果〕

以上述べたように、請求項１に記載した発明によれ
ば、ただ１個のソレノイドのコイルに流す電流の大きさ
を変えることによりプランジャに対する上向きの磁気吸
引力を変えて、第１のスプリングによる強力な下向きに
弾圧力に対抗させることにより、コレットによるダイ吸
着時の荷重やボンデイング荷重を所望値となるよう容易
に制御することができるとともに、ソレノイドに電流を
流さないボンデイングアーム移動時には、第１のスプリ
ングによる比較的大きな弾撥力がコレットホルダに作用
するため、その第１のスプリングによるボンディングア
ームの高速往復移動時に生じ勝ちであったコレットホル
ダ及びコレットの振動を吸収でき、高速稼働に適応でき
るという効果がある。

また、請求項２に記載した発明によれば、上記効果に
加えて、コレッドがダイを吸着し損なった場合や、ボン
デイング加工後例えばダイの一部が破損してその破損部
やゴミ等がコレットの先端に付着したような場合には、
光源及び受光素子から成る検出手段で上記現象を検知
し、ソレノイドのコイルに最大電流を流してコレットを
上方に保持（ホールド）せしめ、これにより吸着作業や
ボンディング加工を行なわせないようにし、事故を未然
に防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は第１図に
おけるII−II線に沿った側断面図、第３図イはヘッド部
の詳細断面図、第３図ロはヘッド部の側面図、第４図は
ソレノイドのコイルの制御回路図、第５図は公知例を示
す概略図である。 １……ベース、2,2′……枠体 ３……モーター、４……駆動軸 ５……上下用カム、６……前後用カム ７……エンコーダ、8,8′……カムフオロワ ９……Ｌ型のアーム ９′……Ｌ型の第１のアーム 10……枢軸 11……ボンディングアーム 12……基台、13……第２のアーム 14……枢軸、15……ヘッド部 16……案内杆、17……横桁 18……コレットホルダ、19……ベアリング 20……穴（真空吸引用） 21……受光素子、22……コレット 23……ダイ（半導体チップ） 24……ナット部材、25……第１のスプリング 26……ボルト状部材、27……ソレノイド 28……プランジャ、29……シャフト 30……第２のスプリング 31……ロッド、32……リンク 33……バー部材、34……枢軸 35……ピン、36……基台 37……ヒートブロック 38……リードフレーム案内部 39……XYテーブル、39a……Ｘテーブル 39b……Ｙテーブル、40……支柱 41……ウエハリング、42……ウエハ 43……光源、45……CPU 46……D/Aコンバータ 47……増巾回路、48……キーボード 49……デイスプレイ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボンデングアームの先端部に形成したヘッ
   ド部に固設した案内杆と、該案内杆に沿って上下方向に
   移動可能な横桁と、該横桁の一端側に固定されかつ前記
   ヘッド部に設けられた案内部に案内されて前記横桁と一
   体的に上下方向に移動可能なコレットホルダと、該コレ
   ットホルダに取付けたコレットと、前記案内杆の先端部
   と前記横桁との間に縮設した荷重付加用の第１のスプリ
   ングと、前記横桁の他端側に係合するプランジャシャフ
   トを有し、かつ前記ヘッド部に固定したソレノイドと、
   該ソレノイドと前記横桁の他端側との間に、前記第１の
   スプリングの付勢方向に対向するように縮設された第２
   のスプリングとを備え、前記ソレノイドのコイルに流す
   電流の大きさに従って前記ソレノイドのプランジャに対
   する磁気吸引力を変えて前記第１のスプリングの弾撥力
   によるコレット荷重を変えることによりダイ吸着時の荷
   重又はダイボンデイング荷重を所望値に設定することが
   できることを特徴とするダイボンデイング装置。
2. 【請求項２】コレットの移動路上の定位置に固定した光
   源と、コレット又はコレットホルダの真空吸着用穴（2
   0）内に設けた光センサー（21）とからなる、ダイ吸着
   の有無及びコレットのつまりの有無を検出する手段を設
   けた請求項１記載のダイボンデイング装置。