JP2629646B2

JP2629646B2 - ボンディングヘッド

Info

Publication number: JP2629646B2
Application number: JP11167595A
Authority: JP
Inventors: 文夫高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH08306740A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置としてＩ
Ｃをプリント基板上に高精度でボンディングするボンデ
ィング装置におけるボンディングヘッドに関し、特にテ
ープ・オートメイテッド・ボンディング（以下、ＴＡＢ
という）方式によるＩＣ等のようにリードピッチが狭く
しかも多ピンのＩＣをプリント基板上に一括ボンディン
グ処理するために用いるボンディングヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置として用いられるボンデ
ィング装置において、被ボンディングワークである半導
体装置であるＩＣのリードとプリント基板上に形成した
電極部とを押圧力を与えた状態で加熱し、熱圧着により
接合するためのボンディングヘッドとして、図４の
（ａ），（ｂ）に示す構造が従来から知られている。

【０００３】これを説明すると、図中符号１は図示しな
い溶接用電源に接続されて所定温度に加熱されるヒータ
チップ、２はこのヒータチップ１を先端部に取付けた絶
縁ブロック、４はこの絶縁ブロック２を上下動させるた
めの昇降装置としてのシリンダである。一方、符号１０
は前記ヒータチップ１の下方で被ボンディングワーク
（図５中符号１２で示す）を上面で受ける基準ブロック
である。なお、このような図４に示したボンディングヘ
ッドとしてのユニットは、たとえばＩＣの四辺に形成さ
れるリードに対応して四セット配設して使用される。

【０００４】上述した構成によるボンディングヘッドを
用いたボンディング作業は、次のようにして行なわれ
る。すなわち、図５に示すように基準ブロック１０の上
面に被ボンディングワーク１２としてのプリント基板１
３とＩＣのリード１４とを位置決めして載置する。そし
て、その上方からヒータチップ１をシリンダ４によって
下降させ、前記ＩＣリード１４をプリント基板１３上の
各電極部に所定の押圧力で押え、この状態で加熱するこ
とにより熱圧着する。所定時間経過後に、ヒータチップ
１をシリンダ４によって上昇させれば、ボンディング作
業が終了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ボンディングヘッドによれば、ヒータチップ１が、基準
ブロック１０またはこの基準ブロック１０上の被ボンデ
ィングワーク１２におけるプリント基板１３に対し平行
でない場合には、図５に示したようにヒータチップ１が
片当たりし、所要の状態でボンディング処理を行なうこ
とができない。

【０００６】また、上述したような片当たりを生じた状
態でボンディングを行なうと、ＩＣリード１４がプリン
ト基板１３の各電極部に対しずれて接合されたり、リー
ドそのものが曲げられたりし、さらにＩＣリード１４と
プリント基板１３との接合状態が不均一となり、高精度
なボンディングが行なえず、ボンディング品質上から問
題であった。特に、最近は、多ピン化、微細化の傾向に
あり、ＩＣのリードピッチが狭くなっており、たとえ微
小なリードのずれや曲がりであっても、ボンディング処
理時に未接続部分やリード間の短絡が発生するおそれが
ある。

【０００７】このような問題を解消するために、通常は
ボンディング作業の直前に、ヒータチップ１の押圧面と
基準ブロック１０の上面を直接接触させて押圧力を加
え、その際に生じる接触面上の圧痕を観察しながらヒー
タチップ１の基準ブロック１０に対する傾きを調整する
ことで、ヒータチップ１の平行出しを行なっている。し
かし、このようなヒータチップ１の平行出し調整はたと
えば１０μｍ以下の高精度での平行出しを必要とする場
合が多く、その調整に多大な工数と手間がかかるという
欠点があった。

【０００８】また、被ボンディングワーク１２を変更し
たり、被ボンディングワーク１２でのボンディング領域
を変えるときには、ヒータチップ１や基準ブロック１０
等のツール（ボンディングヘッドを構成するツール）を
交換する必要がある。しかし、このような場合にはその
都度、上述したヒータチップ１の平行出し等の調整作業
を行なう必要があり、調整に工数と手間がかかり、また
ツールの交換も煩雑であるという欠点があった。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、被ボンディングワークとしてＩＣリードと
プリント基板の電極部とを一括ボンディング処理等でボ
ンディングするにあたって、ヘッド先端部に設けたヒー
タチップの平行出しを自動化し、ボンディング品質を向
上させることができるボンディングヘッドを得ることを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係るボンディングヘッドは、被ボンディ
ングワーク載置用の基準ブロックの上方で昇降装置によ
り上下動するボンディングヘッドを、昇降装置に設けら
れ上下動するブロックと、その下側で一側寄りの部分を
回動可能に軸支するとともに他側寄りの部分に圧電アク
チュエータを介在させることで揺動可能に保持される絶
縁ブロックと、その先端部に設けられ通電によって加熱
されるヒータチップとで構成するとともに、基準ブロッ
ク上でこのヒータチップの長手方向の両端位置に合わせ
て二つの変位センサを設け、これらの変位センサで検出
されるヒータチップの基準ブロック上面への接触状態か
ら圧電アクチュエータへの通電制御を行なう制御装置を
設けたものである。

【００１１】また、本発明に係るボンディングヘッド
は、昇降装置側のブロックとその下側で一側寄りの部分
を回動可能に軸支して揺動可能に保持した絶縁ブロック
とは、両ブロックの他側寄りの部分に介在させた圧電ア
クチュエータの上下方向への伸縮によって接近、離間
し、両ブロックの軸支部と反対側には引張りばねを掛け
渡したものである。

【００１２】さらに、本発明に係るボンディングヘッド
は、ヒータチップを有する絶縁ブロックの揺動動作を制
御する圧電アクチュエータへの通電制御を行なう制御装
置を、基準ブロック上に設けた二つの変位センサによっ
て検出したヒータチップの両端位置での接触状態を各変
位センサの出力の差分をとって変位信号を出力する作動
アンプと、この作動アンプからのの出力信号に比例した
変位量を圧電アクチュエータに発生させるための電圧を
出力する駆動部とで構成したものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、被ボンディングワークを基準
ブロックの上面に載せ、昇降装置を駆動してヒータチッ
プを先端部に設けた絶縁ブロックとブロックを下降す
る。そして、ヒータチップを基準ブロック上の被ボンデ
ィングワークに接触すると、変位センサで得られた信号
に応じて圧電アクチュエータが駆動し、これにより絶縁
ブロックが昇降装置側のブロックに対し揺動動作し、平
行出しが自動的に補正された状態で行なえる。この状態
でヒータチップを加熱することにより、被ボンディング
ワークのボンディングを行なえる。

【００１４】

【実施例】図１の（ａ），（ｂ）および図２は本発明に
係るボンディングヘッドの一実施例を示し、これらの図
において、前述した図４、図５と同一または相当する部
分には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００１５】被ボンディングワーク１２としてのプリン
ト基板１３とＩＣリード１４を熱圧着するためのヒータ
チップ１は、図示しない溶接用電源に接続され、ワーク
１２に接触する押圧面が均一の温度分布になる加熱状態
に制御される。

【００１６】このヒータチップ１は絶縁ブロック２の先
端側に固定され、さらにこの絶縁ブロック２は、ピン１
１によりシリンダ４の先端部に取付けられたブロック３
の先端側で一側寄りの部分を回動自在に軸支された状態
で支持されている。なお、このピン１１による両ブロッ
ク２，３の軸支部でのがたは可能な限り極小となるよう
に形成することが望まれる。

【００１７】また、前記ブロック３の他側寄りの部分と
これに対向する絶縁ブロック２の一側部との間には圧電
アクチュエータ５が介在され、この圧電アクチュエータ
５が通電によって伸縮動作することで軸支部としてのピ
ン１１を揺動支点として絶縁ブロック２はブロック３に
対して揺動動作するように構成されている。なお、この
圧電アクチュエータ５は、両ブロック２，３内にわずか
に大きく形成した凹所内に跨った状態で配設するとよ
い。また、この実施例では、圧電アクチュエータ５の両
端部を、各凹所の端面部に略点接触状態で突き当たるよ
うに、半球状に形成した場合を例示している。

【００１８】ここで、これらブロック３と絶縁ブロック
２とのピン１１による軸支部と反対側の側部には、圧電
アクチュエータ５を介在させたブロック３と絶縁ブロッ
ク２との相互の隙間をなくすために、一端をブロック３
の側部に、他端を絶縁ブロック２の側部に引っ掛けるこ
とによって引張りコイルばね６が掛け渡されている。こ
の引張りコイルばね６としては弱い付勢力のものでよ
い。要は両ブロック２，３のピン１１と反対側の側部を
相対的に接近、離間可能な状態で連結できる構成であれ
ばよい。また、前記昇降装置であるシリンダ４の先端に
設けたブロック３はシリンダ４によって上下動し、これ
により絶縁ブロック２の先端側に設けたヒータチップ１
の押圧面に所定の加圧力が発生するようにシリンダ４の
加圧力が制御される。

【００１９】一方、ヒータチップ１の下方には、その上
面に被ボンディングワーク１２であるプリント基板１３
とＩＣリード１４を載置するための基準ブロック１０が
設置される。この基準ブロック１０には、ヒータチップ
１の両端の位置に合わせて二つの変位センサ７，７が設
けられている。これら二つの変位センサ７，７の出力
は、差動アンプ８により差分がとられ、変位信号が駆動
部９に出力される。そして、この駆動部９は、変位信号
に比例した変位量を前記圧電アクチュエータ５に発生さ
せるための電圧を出力するように構成されている。

【００２０】このような構成によるボンディングヘッド
によれば、被ボンディングワーク１２を載置する基準ブ
ロック１０が図２に示すように傾いていたときに、以下
のように動作し、ヒータチップ１の平行出しを自動的に
調整、補正して行なえる。

【００２１】すなわち、被ボンディングワーク１２がな
い状態で圧電アクチュエータ５の長さが最短となるよう
に駆動部９の出力電圧を設定する。また、シリンダ４に
よりヒータチップ１を基準ブロック１０の上面に接触す
るまで下降する。このとき、シリンダ４の圧力は、基準
ブロック１０を傷つけず、ヒータチップ１も変形しない
低圧力とする。そして、変位センサ７，７でヒータチッ
プ１の両端の高さを検出し、差動アンプ８により二つの
変位センサ７，７で検出した高さの違いを変位信号とし
て出力し、駆動部９により圧電アクチュエータ５を駆動
する。

【００２２】この動作を、ヒータチップ１の押圧面が基
準ブロック１０に対して平行になり、二つの変位センサ
７，７の出力が一致するまで続ける。また、上述した動
作が終了した時点で駆動部９の出力電圧を固定し、圧電
アクチュエータ５の長さを決定する。その後、ヒータチ
ップ１をシリンダ４により上昇する。これにより、ヒー
タチップ１の平行出しが自動的に行われ、補正されたこ
とになる。

【００２３】次に、上述した状態において、図２に示す
ように基準ブロック１０の上面に、被ボンディングワー
ク１２として基板１３およびＩＣリード１４を重ねて搭
載する。そして、この状態で、ヒータチップ１をシリン
ダ４によって降下させると、ヒータチップ１の押圧面
は、ＩＣリード１４および基板１３に対して平行に下降
し、ＩＣの各リード１４に対して均一の圧力を加えるこ
とになる。この加圧状態でヒータチップ１を溶接用電源
に接続して加熱させることにより、特に一括ボンディン
グ処理等のボンディングを安定した品質で行なえる。

【００２４】たとえば上述したヒータチップ１を基準ブ
ロック１０に対し平行出しを行なうために球面軸受等を
利用したものが従来から知られている。しかし、このよ
うな構造を採用すると常に軸受部分に潤滑剤の供給が必
要である。これに対し、本発明によるボンディングヘッ
ドでは、圧電アクチュエータ５の駆動のみで平行出しを
行なえるので、このような潤滑剤は不要であり、メンテ
ナンスなども容易に行なえる。

【００２５】また、上述した構成によるボンディングヘ
ッドにおいて、絶縁ブロック２とブロック３とはピン１
１による軸支部でのがた分だけ遊動するおそれがある。
しかし、両ブロック２，３間に介在させた圧電アクチュ
エータ５への駆動部９からの出力電圧の設定を、シリン
ダ４により両ブロック２，３を基準ブロック１０に押し
付けた状態で行なっており、ボンディングを行なうため
にシリンダ４により両ブロック２，３を被ボンディング
ワーク１２上に下降させて押し付けた状態と同じ状態で
ある。したがって、ボンディング処理を行なう際には上
述したピン１１による軸支部でのがたは問題ない。

【００２６】このような両ブロック２，３間でのピン１
１による軸支部でのがたによる遊動を防止するために、
たとえば図３の（ａ），（ｂ）に示す構造を採用するこ
とも考えられる。すなわち、両ブロック２，３におい
て、ピン１１による軸支部側の側部間に、引張りコイル
ばね２０を掛け渡すとよい。このようにすれば、ピン１
１による軸支部でのがたが、シリンダ４による昇降動作
にかかわらず常に一定の状態となり、両ブロック２，３
間での不必要な動きは生じない。このような引張りコイ
ルばね２０は、両ブロック２，３の反対側を連結する引
張りコイルばね６と同程度の付勢力をもつものであれば
よい。勿論、圧電アクチュエータ５としては、これらの
ばね６，２０より充分に大きな力を発生できるものを用
いる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例構造には限
定されず、ボンディングヘッドを構成する各部の形状、
構造等を適宜変形、変更してもよく、さらにその適用す
る被ボンディングツールとしても、従来から広く知られ
ている熱圧着によるボンディング対象物であれば適用で
きる。

【００２８】また、上述した実施例では、ボンディング
ヘッドを用いてＩＣの一辺にあるリードのボンディング
処理について説明したが、リードが四辺にある通常のＩ
Ｃをボンディング処理する際にも利用して効果を得られ
る。すなわち、上述した実施例に示したボンディングヘ
ッドを被ボンディングワークであるＩＣの四辺のリード
に対応して設置することにより、これら四辺のリード１
４の基板１３へのボンディング処理を行なえる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るボンデ
ィングヘッドによれば、基準ブロックの上方で昇降装置
により上下動するボンディングヘッドを、昇降装置で上
下動するブロックと、その下側で一側寄りの部分を回動
可能に軸支しかつ他側寄りの部分に圧電アクチュエータ
を介在させて揺動可能に保持される絶縁ブロックと、こ
の絶縁ブロックの先端部に設けられ通電によって加熱さ
れるヒータチップとによって構成するとともに、基準ブ
ロック上でヒータチップの長手方向の両端位置に合わせ
て二つの変位センサを設け、これらの変位センサで検出
されるヒータチップの基準ブロック上面への接触状態か
ら圧電アクチュエータへの通電制御を行なう制御装置を
設ける構成としたので、簡単な構成であるにもかかわら
ず、以下に述べる優れた効果を奏する。

【００３０】すなわち、本発明によれば、昇降装置側の
ブロックに揺動変位可能に設けた絶縁ブロック先端部の
ヒータチップの押圧面の傾きを、変位センサで検出し、
その変位出力により圧電アクチュエータを駆動し絶縁ブ
ロックを揺動させて、ヒータチップの平行出しを自動的
に行なっているので、従来多大な工数を要していたヒー
タチップの平行出し作業を、簡単にしかも短時間で行な
うことができる。

【００３１】また、本発明によれば、被ボンディングワ
ークを押圧するヒータチップの平行出しを従来人手で調
整することにより行なっていた場合に生じているばらつ
きを皆無とすることが可能で、ボンディング品質の向上
させ、高精度なボンディングを安定化させて行なうこと
ができる。特に、本発明に係るボンディングヘッドによ
れば、基準ブロック上面に載置した被ボンディングワー
クに対し押し付けられて熱圧着するためのヒータチップ
を、自動的に補正して平行出しすることができるもの
で、一括ボンディング処理を行なううえで効果を発揮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボンディングヘッドの一実施例
を示し、（ａ）はそのブロック図、（ｂ）はその要部の
側面図である。

【図２】図１の実施例でのボンディングヘッドを用い
たボンディングの状態を示す図である。

【図３】本発明に係るボンディングヘッドの別の実施
例を示し、（ａ）はそのブロック図、（ｂ）はその要部
の側面図である。

【図４】（ａ）は従来のボンディングヘッドを示すブ
ロック図、（ｂ）はその要部の側面図である。

【図５】図４に示したボンディングヘッドを用いたボ
ンディングの状態を示す図である。

【符号の説明】

１…ヒータチップ、２…絶縁ブロック、３…ブロック、
４…シリンダ（昇降装置）、５…圧電アクチュエータ、
６…引張りコイルばね（引張りばね）、７…変位セン
サ、８…差動アンプ、９…駆動部（制御装置）、１０…
基準ブロック、１１…ピン、１２…被ボンディングワー
ク、１３…プリント基板、１４…ＩＣリード、２０…引
張りコイルばね。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被ボンディングワークを上面に載置する
基準ブロックの上方で昇降装置により上下動するボンデ
ィングヘッドを備え、このボンディングヘッドを、前記
昇降装置に設けられ上下動するブロックと、このブロッ
クの下側で一側寄りの部分を回動可能に軸支するととも
に他側寄りの部分に圧電アクチュエータを介在させるこ
とにより揺動可能に保持される絶縁ブロックと、この絶
縁ブロックの先端部に設けられ通電によって所定温度に
加熱されるヒータチップとによって構成するとともに、
前記基準ブロック上でこのヒータチップの長手方向の両
端位置に合わせて二つの変位センサを設け、かつこれら
二つの変位センサによって検出される前記ヒータチップ
の基準ブロック上面への接触状態から前記圧電アクチュ
エータへの通電制御を行なう制御装置を設けたことを特
徴とするボンディングヘッド。
【請求項２】請求項１記載のボンディングヘッドにお
いて、昇降装置側のブロックとその下側で一側寄りの部分を回
動可能に軸支することにより揺動可能に保持した絶縁ブ
ロックとは、これらのブロックの他側寄りの部分に介在
させた圧電アクチュエータの上下方向への伸縮によって
接近、離間可能に構成され、かつこれら両ブロックの軸
支部と反対側には引張りばねが掛け渡されていることを
特徴とするボンディングヘッド。
【請求項３】請求項１または請求項２記載のボンディ
ングヘッドにおいて、ヒータチップを先端部に設けた絶
縁ブロックの揺動動作を制御する圧電アクチュエータへ
の通電制御を行なう制御装置を、基準ブロック上に設け
た二つの変位センサによって検出した前記ヒータチップ
の長手方向の両端位置での接触状態を各変位センサの出
力の差分をとって変位信号を出力する作動アンプと、こ
の作動アンプからのの出力信号に比例した変位量を前記
圧電アクチュエータに発生させるための電圧を出力する
駆動部とによって構成したことを特徴とするボンディン
グヘッド。