JP3206487B2 - チップのボンディング装置におけるボンディングヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップを基板にボ
ンディングするチップのボンディング装置におけるボン
ディングヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップのボンディング装置は、ボンディ
ングヘッドに備えられたノズルでチップ供給部のチップ
を真空吸着してピックアップし、プリント基板やリード
フレームなどの基板に搭載するようになっている。以
下、従来のボンディングヘッドについて説明する。

【０００３】図９は従来のチップのボンディング装置の
ボンディングヘッドの側面図、図１０は同部分斜視図、
図１１（ａ）、（ｂ）は同部分正面図である。図９にお
いて、１はチップのボンディング装置に備えられた移動
テーブルであり、その下面には支持部２がボルト３で固
着されている。支持部２にはボンディングヘッド５が保
持されている。次に、ボンディングヘッド５の構造につ
いて説明する。

【０００４】６はボンディングヘッド５の主体となるコ
の字形のフレームである。フレーム６の下板６ａには管
体７が垂直な姿勢で装着されており、管体７にはパイプ
状のシャフト８が垂直に挿入されている。シャフト８の
下端部にはノズル９が設けられている。ノズル９はその
下端部にチップ１０を真空吸着して保持する。

【０００５】シャフト８の上端部にはブロック１１が装
着されている。１２はブロック１１の上面に設けられた
ジョイント部であって、図示しないチューブを介して真
空吸引手段に接続されており、この真空吸引手段が駆動
することにより、ノズル９はチップ１０を真空吸着す
る。管体７には筒体１３が装嵌されている。下板６ａと
筒体１３の間にはスプリング１４が介装されており、ス
プリング１４はそのばね力で筒体１３を上方へ弾発して
いる。

【０００６】ブロック１１からはピン１５が突出してい
る。スプリング１６の両端部はピン１５と下板６ａに連
結されており、そのばね力でブロック１１を下方へ弾発
し、これによりブロック１１は筒体１３の上面に押しつ
けられている。１７は押圧子であって、筒体１３の延出
部１３ａに当接している。押圧子１７は、駆動手段（図
外）に駆動されて上下動する。ここで、一方のスプリン
グ１４のばね力は、他方のスプリング１６のばね力より
も大きく設定されている。

【０００７】図９および図１０において、ノズル９から
側方へアーム２０が延出している。アーム２０の先端部
にはロール２１が装着されている。ロール２１は、下板
６ａから下方へ延出する２本のロッド２２の間に嵌合し
ている。また下板６ａからもう１つのロッド２３が下方
へ延出しており、ロッド２３とアーム２０はスプリング
２４で連結されている（図１１（ａ）も参照）。スプリ
ング２４はアーム２０とロッド２３を互いに引き付ける
方向のばね力を有しており、このばね力によりロール２
１はロッド２２に押接されている。符号２０〜２４を付
した部材は、ノズル９やシャフト８の回り止め手段とな
るものである。すなわち、ノズル９がその軸心線を中心
に不要に水平回転方向にがたつくと、その下端部に真空
吸着して保持されたチップ１０の向きに狂いを生じるの
で、この回り止め手段によりノズル９が不要に水平回転
方向へがたつくのを防止している。

【０００８】従来のボンディングヘッド５は上記のよう
に構成されており、次のその動作を説明する。図９およ
び図１１（ａ）は、ノズル９が上昇位置にある状態を示
している。図１１（ａ）において、２５はチップ１０を
搭載する基板、２６は基板２５に予め塗布されたチップ
接着用のボンドである。図９において、押圧子１７が下
降すると、筒体１３はスプリング１４を圧縮しながら下
降する。するとこれにともなって、ブロック１１はスプ
リング１６のばね力により下降し、ブロック１１と一体
のノズル９も下降し、チップ１０は基板２５に着地する
（図１１（ｂ）参照）。次にノズル９によるチップ１０
の真空吸着状態を解除し、押圧子１７を上昇ささせれ
ば、筒体１３はスプリング１４のばね力により上昇し、
これによりブロック１１は筒体１３に押し上げられ、ノ
ズル９は元の高さまで上昇する。以上により、チップ１
０は基板２５に搭載される。

【０００９】ところで、図１１（ｂ）に示すように、チ
ップ１０を基板２５に着地させるときは、所定の強さで
チップ１０を基板２５側に押しつけねばならない。この
押しつけ力の大きさＦ２は、ノズル自重とスプリング１
６のばね力Ｆ１（図９）で設定される。すなわち、従来
のボンディングヘッド５では、押しつけ力Ｆ２はノズル
自重とばね力Ｆ１にほぼ等しいことを前提としている。
ところが、図１１（ｂ）に示すようにノズル９が下降す
ると、スプリング２４は伸長して強い引き付け力Ｆ３が
斜方向に発生する。したがってその垂直方向の分力Ｆ４
が押しつけ力Ｆ２を減殺することとなり、真の押しつけ
力はＦ２からＦ４を差し引いたものとなってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のボ
ンディングヘッドでは、ノズル９の回り止め手段を構成
するスプリング２４の垂直方向の分力が押しつけ力を減
殺するため、押しつけ力の不足によりチップ１０のボン
ディング不良が発生しやすいものであった。殊に上記分
力Ｆ４は、ノズル９の上下動ストロークが大きくなる程
大きくなるため、ノズル９を大きく下降させて基板２５
にチップ１０を搭載する場合には大きな押しつけ力不足
を生じ、ボンディング不良をきわめて発生しやすくな
る。これに対応してスプリング１６のばね力Ｆ１を大き
くすると、ノズル９の上下動ストロークが小さくなった
時に押しつけ力過大となり、ボンディング不良となる。
チップ１０が微小チップの場合には、小さな力でチップ
を基板に押しつけねばならないことから、厳格な押しつ
け力（荷重）のコントロールが必要であり、押しつけ力
が過不足するとボンディング不良がきわめて発生しやす
くなる。

【００１１】したがって本発明は、回り止め手段のスプ
リングによるチップの押しつけ力の減殺を解消し、所望
の押しつけ力でチップを基板にボンディングできるチッ
プのボンディング装置におけるボンディングヘッドを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、チップ供給部
のチップを基板にボンディングするチップのボンディン
グ装置におけるボンディングヘッドであって、フレーム
と、フレームに上下動自在に挿入されたシャフトと、シ
ャフトの下端部に設けられてチップを真空吸着するノズ
ルと、ノズルを上下動させる上下動手段と、前記フレー
ム側に設けられたストッパ部材および前記ノズル側に設
けられてこのストッパ部材に当接する当接部材となら成
るノズルの回り止め手段と、当接部材をストッパ部材に
押しつける方向に磁性力を有するマグネットとを備え
た。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記構成において、上下動手段を
駆動してノズルを下降させることにより、ノズルの下端
部に保持されたチップを基板に押しつけてボンディング
するが、この場合、当接部材はマグネットの磁性力によ
りストッパ部材に押しつけられているので、ノズルがそ
の水平回転方向へがたつくことはなく、スプリングのば
ね力で設定された押しつけ力によりチップを高い位置精
度で基板にボンディングできる。

【００１４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１のチップのボンディング装置の斜視図、図２は同
ボンディングヘッドの斜視図、図３は同ボンディングヘ
ッドの部分平面図、図４および図５は同ボンディングヘ
ッドの側面図である。

【００１５】まず図１を参照して、チップのボンディン
グ装置の全体構造を説明する。３０は移動テーブルであ
り、支持部３１を介してボンディングヘッド４０が保持
されている。ボンディングヘッド４０の下方にはコンベ
ヤ３２が配設されており、コンベヤ３２により基板２５
が搬送される。コンベヤ３２の側方にはテーブル３３が
設けられている。テーブル３３上にはウエハ１０Ａが載
置されている。テーブル３３とウエハ１０Ａは、チップ
供給部となっている。チップ供給部であるテーブル３３
の側方には、チップの位置ずれ補正テーブル３５が設け
られている。ウエハ１０Ａのチップ１０は移送ヘッド
（図外）により位置ずれ補正テーブル３５上へ移載さ
れ、位置ずれ補正爪３６が押当されることにより、チッ
プ１０の位置ずれは補正される。ボンディングヘッド４
０は、位置ずれ補正テーブル３５上のチップ１０をピッ
クアップして基板２５に移送搭載する。

【００１６】次に、図２〜図５を参照して、ボンディン
グヘッド４０の構造を説明する。なお図４は、ボンディ
ングヘッド４０が上昇位置にある状態を示しており、ま
た図５はボンディングヘッド４０が下降してチップ１０
を基板２５に塗布されたボンド２６上に押しつけて搭載
している状態を示している。

【００１７】図２〜図４において、４１はコの字形のフ
レームであり、支持部３１にボルト３５で固着されてお
り、以下に述べる部品が組み付けられている。フレーム
４１の下板４１ａには管体４２が垂直な姿勢で装着され
ている。管体４２の内部には垂直なパイプ状のシャフト
４３が挿入されている。シャフト４３の下端部にはノズ
ル４４が設けられている。ノズル４４はその下面にチッ
プ１０を真空吸着して保持する。シャフト４３の上端部
にはブロック４５が装着されている。ブロック４５の上
面にはジョイント部４６が設けられている。ジョイント
部４６は、図示しないチューブを介して真空吸引手段に
接続されており、この真空吸引手段が駆動することによ
り、ノズル４４はチップ１０を真空吸着する。

【００１８】図４において、管体４２には外筒５１が装
嵌されており、外筒５１は第１のスプリング５２により
上方へ弾発されている。ブロック４５にはピン５３が突
設されており、ピン５３とフレーム４１の下板４１ａは
第２のスプリング５４で連結されている。第２のスプリ
ング５４はブロック４５を下方へ弾発しており、そのば
ね力によりブロック４５の下面は外筒５１の上面に押接
している。第１のスプリング５２のばね力ｆ１は、第２
のスプリング５４のばね力ｆ２よりも大きく設定してあ
る。

【００１９】５５は押圧子であって、外筒５１から上方
へ延出する延出部５１ａの上端部に当接している。押圧
子５５は、図示しない駆動手段に駆動されて上下動す
る。押圧子５５が下降すると、外筒５１は第１のスプリ
ング５２を圧縮しながら下降し、これにともないブロッ
ク４５およびこれと一体のシャフト４３やノズル４４は
第２のスプリング５４のばね力により下降し、チップ１
０は基板２５のボンド２６上に搭載される。図５は、こ
のときの状態を示している。したがって、チップ１０を
基板２５に押しつける押しつけ力は、第２のスプリング
５２のばね力ｆ２で決定される。

【００２０】図２および図３において、ノズル４４から
側方へアーム６１が延出しており、アーム６１の先端部
にはロール６２が装着されている。またフレーム４１の
下板４１ａにはバー６３が垂設されており、ロール６２
はバー６３に当接している。またフレーム４１の胴部の
前面には、円板形のマグネット６４が上下方向に複数個
埋設されている。またブロック４５には、マグネット６
４に対向するマグネット６５が埋設されている。マグネ
ット６４とマグネット６５の極性は互いに反発し合う方
向に設定されており、したがってシャフト４３には図３
において反時計方向Ｎに回転する方向の力が作用し、こ
れによりロール６２はバー６３に押しつけられる。すな
わち、ロール６２とバー６３はノズル４４の回り止め手
段であって、ロール６２は当接部材、バー６３はロール
６２の回転を止めるストッパ部材となっている。マグネ
ット６４とマグネット６５は、ノズル４４の上下動スト
ロークの範囲内で反発力を発生する必要があり、したが
ってマグネット６４は少なくともノズル４４の上下動ス
トロークの範囲内に上下方向に配設されている。

【００２１】このボンディングヘッドは上記のような構
成により成り、次に全体の動作を説明する。図１におい
て、移動テーブル３０が駆動することにより、ボンディ
ングヘッド４０はウエハ１０Ａと基板２５の間を移動
し、ウエハ１０Ａのチップ１０をノズル４４の下端部に
真空吸着してピックアップし、基板２５に移送して搭載
する。ノズル４４がチップ１０をピックアップするとき
や、チップ１０を基板２５に搭載するときは、ノズル４
４は上下動作を行う。次に、図４および図５を参照し
て、ノズル４４の上下動作を説明する。

【００２２】図４は、ノズル４４が上昇位置にある状態
を示している。この状態でブロック４５は第２のスプリ
ング５４のばね力ｆ２より外筒５１の上面に弾接してい
る。さて押圧子５５が下降して外筒５１を第１のスプリ
ング５２を圧縮しながら下降させると、ブロック４５お
よびこれと一体のシャフト４３やノズル４４も下降し、
図５に示すようにチップ１０はボンド２６上に着地す
る。この場合、上述したようにチップ１０は第２のスプ
リング５４のばね力ｆ２で決定される押しつけ力により
基板２５に押しつけられてボンディングされる。次にノ
ズル４４はチップ１０の真空吸着状態を解除し、押圧子
５５は上昇する。するとブロック４５やノズル４４は、
第１のスプリング５２のばね力ｆ１により元の高さまで
上昇し、一連の動作は終了する。

【００２３】上記のようにしてチップ１０を基板２５に
ボンディングするためにノズル４４が上下動するとき
は、ロール６２はマグネット６４とマグネット６５の反
発力によりバー６３にしっかり押接しているので、ノズ
ル４４が水平回転方向へがたつくことはなく、したがっ
て高い位置精度で基板２５にボンディングされる。

【００２４】またチップ１０は、第２のスプリング５４
のばね力ｆ２で決定される所定の力で基板２５に押しつ
けられてボンディングされるので、第２のスプリング５
４のばね力ｆ２を適正に設定しておけば、所定の押しつ
け力で確実にチップ１０を基板に押しつけることができ
る。

【００２５】このことは、ノズル４４の上下動ストロー
クが大きい場合に特に有益である。図４において、破線
は、ノズル４４の上下動ストロークが大きい場合の例で
ある共晶ボンディング方法を示している。基板２５’は
ヒートブロック（熱源体）６６上に載置されて予め共晶
温度（たとえば３００°Ｃ）に加熱されている。このよ
うな共晶ボンディングにおいては、ボンディングヘッド
４０がヒートブロック６６の放熱により加熱されないよ
うに、ボンディングヘッド４０はヒートブロック６６か
らできるだけ離しておく必要があり、このためにはノズ
ル４４の上下動ストロークＳを大きくする必要がある。
ところがこのボンディングヘッド４０は、チップ１０’
を基板２５’に押しつける押しつけ力は第２のスプリン
グ５４のばね力ｆ２で決定され、ノズル４４の上下動ス
トロークの長短には影響されないので、所定の力でチッ
プ１０’を基板２５’に押しつけてボンディングするこ
とができるものである。

【００２６】ノズル４４の上下動ストロークを大きくす
るのは、共晶ボンディング以外にも、基板の上面に背高
な電子部品が実装されていて、この電子部品にボンディ
ングヘッドが当るのを避けながらチップを基板に搭載す
る場合などもあり、この場合も上記と同様の利点が得ら
れる。

【００２７】（実施の形態２）図６および図７は、本発
明の実施の形態２のチップのボンディング装置のボンデ
ィングヘッドの側面図、図８は同部分斜視図である。実
施の形態２は、実施の形態１のマグネット６４、６５に
かえて、以下に述べる構成を有しており、その他の構成
は実施の形態１と同じである。

【００２８】図８において、フレーム４１または支持部
３１の下板４１ａにはバー６７が垂設されている。バー
６７の背面には長尺のマグネット６８が装着されてい
る。またバー６７に当接するロール６２は、マグネット
６８に吸着される磁性体から成っている。したがってノ
ズル４４が上下動するときは、ロール６２はバー６７の
前面に沿って転動するが、その場合、ロール６２はマグ
ネット６８に吸着されているので、ノズル４４の水平回
転方向のがたは防止され、実施の形態１と同様の作用効
果が得られる。勿論、バー６７をマグネットで形成して
もよく、あるいはロール６２をマグネットで形成してバ
ー６７を磁性体で形成してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ノズルの
下端部に保持されたチップを所定の押しつけ力で基板に
押しつけてボンディングできるものであり、殊にごく小
さな押しつけ力で基板に押しつける必要のある微小なチ
ップのように、厳格な荷重コントロールが要求されるチ
ップのボンディングにその長所を発揮する。また共晶ボ
ンディングのようにノズルの上下動ストロークを大きく
する必要がある場合にもその長所を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のチップのボンディング
装置の斜視図

【図２】本発明の実施の形態１のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの斜視図

【図３】本発明の実施の形態１のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの部分平面図

【図４】本発明の実施の形態１のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図５】本発明の実施の形態１のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図６】本発明の実施の形態２のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図７】本発明の実施の形態２のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図８】本発明の実施の形態２のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの部分斜視図

【図９】従来のチップのボンディング装置のボンディン
グヘッドの側面図

【図１０】従来のチップのボンディング装置のボンディ
ングヘッドの部分斜視図

【図１１】（ａ）従来のチップのボンディング装置のボ
ンディングヘッドの部分正面図（ｂ）従来のチップのボ
ンディング装置のボンディングヘッドの部分正面図

【符号の説明】

１０、１０’ チップ ２５、２５’ 基板 ４０ ボンディングヘッド ４１ フレーム ４３ シャフト ４４ ノズル ６２ ロール（当接部材） ６３ バー（ストッパ部材） ６４、６５、６８ マグネット

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 21/60 H05K 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チップ供給部のチップを基板にボンディン
   グするチップのボンディング装置におけるボンディング
   ヘッドであって、フレームと、フレームに上下動自在に
   挿入されたシャフトと、シャフトの下端部に設けられて
   チップを真空吸着するノズルと、ノズルを上下動させる
   上下動手段と、前記フレーム側に設けられたストッパ部
   材および前記ノズル側に設けられてこのストッパ部材に
   当接する当接部材とから成るノズルの回り止め手段と、
   当接部材をストッパ部材に押しつける方向に磁性力を有
   するマグネットとを備えたことを特徴とするチップのボ
   ンディング装置におけるボンディングヘッド。