JP3369877B2 - ボンディングユニット - 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、ダイボンダにおい
て、ピックアップした半導体ペレット（チップ）を基板
やヒートシンクなどに所定の圧力でボンディングするボ
ンディングユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボンディングにおける加圧コントロール
部を構成するボンディングユニットとして、特開平１−
２９１４９３号公報に記載のものが知られている。この
ボンディングユニットは、昇降機構により昇降するフレ
ームと、フレームのホルダ部に上下方向に摺動自在に保
持されるボンディングヘッドとを備えると共に、フレー
ムとボンディングヘッドとの間に、ボンディングヘッド
を互に相反する方向に付勢する加圧ばねおよびバランス
ばねを備えている。バランスばねは、ボンディングヘッ
ドを上方に付勢して、ボンディングヘッドの自重を相殺
し、ボンディングの際にボンディングヘッドの自重が影
響しないようにしている。また、加圧ばねは、フレーム
を介してボンディングヘッドが下降し、吸着したペレッ
トがヒートシンクなどに突き当たった時点から伸張し始
めて、ボンディングヘッドを下方に付勢する。この加圧
ばねによる付勢が、ボンディング圧力（荷重）としてペ
レットに作用し、ペレットをヒートシンクに適切な圧力
でボンディングすることになる。

【０００３】したがって、ペレットが、ヒートシンクに
突き当たった状態から停止するまでのフレームの下降ス
トロークと、加圧ばねのばね定数とによりボンディング
圧力が決定する。この場合、ボンディング圧力は、ペレ
ットとヒートシンクとの間に介在させるハンダや接着剤
の種別により、またペレットの接触面積により区々とな
り、且つ高いものから低いものまでその範囲はかなり広
くなる。このため、ばね定数の異なる複数の加圧ばねを
用意しておき、これを適宜交換する必要があるが、上記
公報に記載のボンディングユニットでは、加圧ばねの一
端をモータにより伸縮させ、加圧ばねを交換することな
く、ボンディング圧力を広い範囲で調整できるようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のボン
ディングユニットでは、単一の加圧ばねにより、ボンデ
ィング圧力を広い範囲で調整できるが、構造が複雑にな
ると共に、その前提として、加圧ばねがばねストローク
の極めて長いものである必要があり、ボンディングユニ
ットが大型化する不具合があった。もちろん、加圧ばね
にばねストロークの短いものを用いれば、ボンディング
ユニットが小型化することができるが、かかる場合に
は、加圧ばねの交換が必要となり、取扱いが煩雑になる
不具合があった。また、ボンディングヘッドの自重の影
響は排除することができるが、加圧ばねの自重の影響は
排除することができなかった。

【０００５】本発明は、極めて単純な構造で且つ部品交
換を必要とすることなく、ボンディング圧力を広い範囲
で且つ精度良く調整することができるボンディングユニ
ットを提供することをその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のボンディングユ
ニットは、昇降手段により昇降するヘッドホルダと、ヘ
ッドホルダに上下方向に摺動自在に支持したボンディン
グヘッドと、ボンディングヘッドに固定したアームと、
アームに水平に取り付けた第１マグネットと、ヘッドホ
ルダに取り付けられ、第１マグネットの上方に同極同士
を対向させて配置した第２マグネットと、ヘッドホルダ
に取り付けられ、第１マグネットの下方に同極同士を対
向させて配置した第３マグネットとを備えたことを特徴
とする。

【０００７】この構成によれば、第１マグネットと第３
マグネットとの間に生ずる反発力が、アームを介してボ
ンディングヘッドを浮き上がらせる方向に作用するた
め、ヘッドホルダに摺動自在に支持されたボンディング
ヘッドの自重と、この反発力とが釣り合う。このため、
ボンディングの際に、ボンディングヘッドの自重の影響
（慣性などを含む）を排除することができる。一方、昇
降手段により、ボンディングヘッドがヘッドホルダと共
に下降してゆく過程で、ボンディングヘッドに吸着した
ペレットが被ボンディング対象物に突き当たると、ボン
ディングヘッドを残してヘッドホルダのみが下降し、や
がて停止する。すると、静止側の第１マグネットに移動
側の第２マグネットが十分に接近し、両者間に一定の反
発力が生ずる。この反発力は、第１マグネットからアー
ムを介してボンディングヘッドを下方に付勢し、ボンデ
ィング圧力（荷重）としてペレットに作用する。この場
合、ボンディング圧力は、第１、第２両マグネットの磁
束密度と両マグネットの離間距離とで決定する。両マグ
ネットの磁束密度は一定しているため、装置が必要とす
る最大のボンディング圧力に比して十分な磁力を有する
両マグネットを搭載すれば、両マグネットの離間距離、
すなわちヘッドホルダの下降ストロークでボンディング
圧力が決定する。したがって、予め下降ストロークと両
マグネットの反発力との関係（常に一定している）を計
測しておけば、ゼロから必要最大圧力までの範囲で、任
意のボンディング圧力の調整が可能になる。また、マグ
ネットは、従来のばねと異なり部材間（ヘッドホルダと
ボンディングヘッド間）に跨って配設されるものではな
いため、ばね自体の自重の影響も排除することができ
る。

【０００８】この場合、第２マグネットが第１マグネッ
トから受ける反発力を検出する圧力センサを、更に備え
ることが好ましい。

【０００９】この構成によれば、圧力センサを利用し
て、後述するように警報を発することができると共に、
ボンディング圧力のゼロおよびゼロからの立上り、更に
所定のボンディング圧力が加わっているか否かなどの検
出を行うことができる。ゼロからの立上りを利用すれ
ば、ボンディング圧力が加わってからのヘッドホルダの
下降ストロークを制御でき、ボンディング対象物および
被ボンディング対象物に厚みのばらつきなどがあって
も、ボンディング圧力を精度良く加えることとができ
る。もちろん、この検出結果をヘッドホルダの下降動作
にフィードバックすれば、ボンディング圧力の精度を、
より高めることができる。また、ハンダの供給不良、ご
みの噛み込みなども検出することができる。

【００１０】この場合、圧力センサには警報手段が接続
されており、警報手段は、圧力センサの検出値が所定の
圧力値を越えた場合に、警報を行うことが好ましい。

【００１１】適切なボンディングを行うためには、ボン
ディング圧力が所定の値（範囲）になる必要があり、こ
れを越えた場合には装置側或いは被ボンディング対象物
側のいずれかの部分に不具合が生じていることである。
したがって、このような場合に警報を行うことで、不適
切なボンディングが継続して行われるのを回避すること
ができる。もちろん、この警報と同時に装置の駆動を停
止させるようにしてもよい。

【００１２】これらの場合、圧力センサの検出結果に基
づいて、昇降手段を介してヘッドホルダの下降端位置を
制御する制御手段を、更に備えることが好ましい。

【００１３】この構成によれば、圧力センサが所望の設
定圧力になったところで、昇降手段を介してヘッドホル
ダの下降を停止させる。これにより、ヘッドホルダの下
降ストロークに関係なく、ボンディング対象物に所望の
ボンディング圧力を加えることができる。したがって、
ボンディング対象物および被ボンディング対象物に厚み
のばらつきなどがあっても、所望のボンディング圧力を
精度良く加えることができ、ボンディングを正確かつ安
定に行うことがいできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一実施形態に係るボンディングユニットを搭載した
電子部品装着装置について説明する。図１は電子部品装
着装置の正面図であり、同図に示すように、この電子部
品装着装置１は、ヒートシンク供給装置２とボンディン
グ装置３とマウント装置４とで構成されている。ヒート
シンク供給装置２は、いわゆるパーツフィーダであり、
被ボンディング対象物となるヒートシンクを、一列に整
列させた状態で、ボンディング装置３に送り込む。ボン
ディング装置３は、外部から供給された半導体ペレット
（チップ）を、ヒートシンク供給装置２から供給された
ヒートシンク上に、ハンダを介してボンディングし、マ
ウント装置４に送り込む。マウント装置４は、ヒートシ
ンクにボンディングされた半導体ペレットを、基板上に
実装する。

【００１５】図１の正面図および図２の側面図に示すよ
うに、ボンディング装置３は、キャビネット５内に、ヒ
ートシンク供給装置２からマウント装置４に向かってほ
ぼ水平に延びるヒートシンク用の搬送通路６を備えると
共に、この搬送通路６に臨むように２組のダイボンダ３
ａ，３ａを備えている。ヒートシンクは２個を単位とし
て間欠送りされ、それぞれのダイボンダ３ａ，３ａに１
個ずつほぼ同時に供給される。なお、図中の符号７は、
ヒートシンクを間欠送りする送り爪である。

【００１６】各ダイボンダ３ａは、ハンダ供給部１１と
ダイ供給部１２とプリアライメント部１３とボンディン
グ部１４とで構成されている。ハンダ供給部１１は、シ
リンジを用いたディスペンサ形式のものであり、ヒータ
を組み込んだ搬送通路６で加熱されたヒートシンクの上
面にハンダを塗布する。

【００１７】ダイ供給部１２は、上側のピックアップ機
構１５と、ピックアップ機構１５に対峙する下側の突上
げ機構１６と、ピックアップ機構１５および突上げ機構
１６の中間に配設したＸＹテーブル１７とを備えてい
る。ダイである半導体ペレットは、半導体ウェーハをダ
イシングした状態で供給される場合と、ダイシング後各
半導体ペレットに分離した状態で供給される場合とがあ
る。前者は、半導体ペレットをウェーハ粘着テープに貼
着したまま専用キャリアに搭載し、ＸＹテーブル１７に
セットするが、後者は、半導体ペレットを格子状に整列
させるようにして専用トレイに収容して、ＸＹテーブル
１７にセットする。後者の専用トレイの場合には、ＸＹ
テーブル１７を駆動させて所望の半導体ペレットを、ピ
ックアップ機構１５の直下に臨ませてピックアップを行
うが、後者の専用キャリアの場合には、ピックアップ機
構１５の直下において、突上げ機構１６を駆動し、半導
体ペレットを突き上げ、ウェーハ粘着テープから剥すよ
うにしてからピックアップを行う。そして、ピックアッ
プされた半導体ペレットは、ピックアップ機構１５によ
り、プリアライメント部１３に搬送される。なお、図中
の符号１８は、ＸＹテーブル１７上において、半導体ペ
レットの不良品を識別するカメラである。

【００１８】プリアライメント部１３は、回転テーブル
１９と、回転テーブル１９上の半導体ペレットの角度を
認識する認識カメラ２０とを備えている。ピックアップ
機構１５から搬送されてきた半導体ペレットは、回転テ
ーブル１９上に載置され、この半導体ペレットを認識カ
メラ２０が上側から撮像して、半導体ペレットの水平面
内のおける角度の認識が行われる。そして、この認識結
果に基づいて、回転テーブル１９が微小回転し、半導体
ペレットの角度補正が行われる。角度補正が行われた半
導体ペレットは、ボンディング部１４に受け渡される。

【００１９】ボンディング部１４は、半導体ペレットを
吸着すると共にこれをヒートシンク上にボンディングす
るボンディングユニット２１と、ボンディングユニット
２１を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させると共に、昇降
させる（Ｚ軸方向）昇降機構（昇降手段）２２とを備え
ている。昇降機構２２は、ボンディングユニット２１を
プリアライメント部１３の回転テーブル１９と搬送通路
６との間で移動させると共に、回転テーブル１９および
搬送通路６に臨んだボンディングユニット２１を昇降さ
せる。そして、回転テーブル１９に臨んだボンディング
ユニット２１は、下降して回転テーブル１９上の半導体
ペレットを吸着し、搬送通路６に臨んだボンディングユ
ニット２１は、下降して半導体ペレットを搬送通路６上
のヒートシンクにボンディングする。

【００２０】図３に示すように、ボンディングユニット
２１は、半導体ペレットＡを吸着するボンディングヘッ
ド３１と、ボンディングヘッド３１を上下方向に摺動自
在に保持するヘッドホルダ３２とを備えており、ヘッド
ホルダ３２は昇降機構２２の下端部に固定されている。
ヘッドホルダ３２は、昇降機構２２に固定される取付部
３３と、取付部３３から延び、上保持部３４ａおよび下
保持部３４ｂから成る断面「Ｃ」字状の保持部３４とで
構成されている。上保持部３４ａおよび下保持部３４ｂ
の先端には、同軸上にガイド孔３５，３５がそれぞれ形
成されており、この両ガイド孔３５，３５にボンディン
グヘッド３１が保持されている。一方、ボンディングヘ
ッド３１は、半導体ペレットＡを吸着するコレット３６
と、コレット３６を保持するホルダ本体３８および軸部
３９から成るコレットホルダ３７とで構成されている。

【００２１】ボンディングヘッド３１は、その軸部３９
を上記の上保持部３４ａおよび下保持部３４ｂの両ガイ
ド孔３５，３５に挿通しており、この状態で軸部３９の
ほぼ中間部分には、上保持部３４ａと下保持部３４ｂと
の間隙に位置するようにアーム４０が固定されている。
これにより、ボンディングヘッド３１は、アーム４０が
上保持部３４ａと下保持部３４ｂとに突き当たる範囲
で、上下方向に摺動する。アーム４０は、保持部３４の
内側空間に向かって延びる水平片４１と、上保持部３４
ａの先端面に沿うように上方に延びる垂直片４２とを有
している。垂直片４２は、上保持部３４ａの先端面に取
り付けた一対のローラ４３に挟み込まれており、ボンデ
ィングヘッド３１の回止めとして機能している。また、
水平片４１には、水平片４１の厚みよりわずかに薄い第
１マグネット４４が埋め込まれている。

【００２２】第１マグネット４４の直上には、第１マグ
ネット４４と同極同士を対向させるようにして第２マグ
ネット４５が配設されている。第２マグネット４５はマ
グネットアーム４６に埋め込まれるようにして取り付け
られており、マグネットアーム４６はその基部で上保持
部３４ａから延びるブラケット４７に上下方向揺動自在
に取り付けられている。また、ブラケット４７には、マ
グネットアーム４６の上側に位置して、ロードセルなど
から成る圧力センサ４８が取り付けられている。圧力セ
ンサ４８の検出端４８ａは、マグネットアーム４６を介
して第２マグネット４５の上側に当接しており、第２マ
グネット４５が受ける力（圧力）を検出できるようにな
っている。一方、第１マグネット４４の直下には、下保
持部３４ｂから突出した着座部４９に、第１マグネット
４４と同極同士を対向させるようにして第３マグネット
５０が埋め込まれている。なお、実施形態における各マ
グネット４４，４５，５０は永久磁石で構成されている
が、電磁石で構成するようにしてもよい。

【００２３】上述したように、第１マグネット４４に対
して第２、第３マグネット４５，５０は、同極同士を対
向させて相互に反発するように配設されている。第１マ
グネット４４と第３マグネット５０との間に生ずる反発
力は、ボンディングヘッド３１の自重を相殺し、第１マ
グネット４４と第２マグネット４５との間に生ずる反発
力は、ボンディングにおけるボンディング圧力（荷重）
の加圧源となる。すなわち、第１、第３マグネット４
４，５０間の反発力は、アーム４０を上方に付勢し、ア
ーム４０を下保持部３４ｂからわずかに浮かせるように
して、ボンディングヘッド（＋アーム４０）３１の自重
と釣り合う。またこの状態で、第１、第３マグネット４
４，５０間の反発力と第１、第２マグネット４４，４５
間の反発力とは釣り合っており、ボンディング圧力（圧
力センサ４８はゼロ値ではないが）はゼロとなってい
る。

【００２４】一方、昇降機構２２により、このボンディ
ングユニット２１が下降し、ボンディングヘッド３１に
吸着されている半導体ペレットＡがヒートシンク（実際
にはハンダＣ）Ｂに接地（接触）すると、その後ヘッド
ホルダ３２の下降が停止するまで、ヘッドホルダ３２に
対しボンディングヘッド３１が相対的に上昇する。これ
により、第１マグネット４４が第２マグネット４５に接
近し、両者間の反発力が増大する。ヘッドホルダ３２の
下降端位置は、半導体ペレットＡの厚み、ヒートシンク
Ｂの厚みおよびハンダＣの性状により、予め設定されて
おり、ヘッドホルダ３２が下降端位置で停止した状態の
第１、第２マグネット４４，４５間の反発力が、ボンデ
ィング圧力となる。

【００２５】そして、このボンディング圧力は、わずか
に揺動する第２マグネット４５を介して圧力センサ４８
により検出される。この場合、圧力センサ４８の検出結
果を昇降機構２２にフィードバックして、ボンディング
圧力を制御することも可能であるが、実施形態では、圧
力の立上りを検出してヘッドホルダ３２の下降端位置を
制御すると共に、所定の圧力値を越えた場合に警報を発
するようにしている（コントローラ、警報装置等は図示
省略）。すなわち、ボンディング圧力は、ボンディング
ヘッド３１に吸着した半導体ペレットＡがハンダＣに接
地してからのヘッドホルダ３２の下降ストロークで決定
されるため、圧力センサ４８の圧力の立上りでこの接地
を検出すれば、半導体ペレットＡの厚みやヒートシンク
Ｂの厚みに製造上のばらつき（許容できる範囲）があっ
ても、ボンディング圧力を一定にすることができる。ま
た、所定の圧力値を越えた場合に警報を発するようにす
れば、半導体ペレットＡとヒートシンクＢとの間にごみ
などが噛み込んでも、これを認識することができる。

【００２６】以上のように、本実施形態のボンディング
ユニット２１によれば、第１および第３マグネット４
４，５０により、半導体ペレットＡのボンディングにお
いて、ボンディングヘッド３１の自重の影響（慣性など
を含む）を排除することができる。この場合、ボンディ
ングヘッド３１の自重より、ボンディング圧力が小さい
場合には、特に有効である。また、第１および第３マグ
ネット４４，４５により、半導体ペレットＡのボンディ
ングにおいて、半導体ペレットＡに適切なボンディング
圧力を加えることができる。この場合のボンディング圧
力は、第１および第３マグネット４４，４５の反発力で
決定され、この反発力は両マグネット４４，４５の磁力
と離間距離で決定される。このため、半導体ペレット
Ａ、ヒートシンクＢおよびハンダＣ別に、予めこの離間
距離とヘッドホルダ３２の下降ストローク（実際には、
ボンディングヘッド３１に吸着した半導体ペレットＡが
ハンダＣに接地してからの下降ストローク）との関係を
測定しておけば、所望のボンディング圧力でボンディン
グを行うことができる。しかも、使用するマグネット４
４，４５の磁力が十分強ければ、マグネット４４，４５
の反発力を利用することで、ボンディング圧力を広い範
囲で設定することができ、かつ半導体ペレットＡに安定
したボンディング圧力を付与することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明のボンディングユニ
ットによれば、相互に反発するように配設した３個のマ
グネットにより、ボンディングヘッドの自重を相殺する
と共にボンディング圧力の加圧源を構成しているため、
極めて単純な構造で且つ部品交換を必要とすることな
く、ボンディング圧力を広い範囲で且つ精度良く調整す
ることができる。したがって、これをボンディング装置
に搭載した場合、装置の取扱い性および信頼性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボンディングユニッ
トが搭載された電子部品装着装置の正面図である。

【図２】実施形態に係るボンディングユニットが搭載さ
れたボンディング装置の側面図である。

【図３】実施形態に係るボンディングユニットの側面図
である。

【符号の説明】

１ 電子部品装着装置 ３ ボンディング装置 １４ ボンディング部 ２１ ボンディングユニット ２２ 昇降機構 ３１ ボンディングヘッド ３２ ヘッドホルダ ４０ アーム ４４ 第１マグネット ４５ 第２マグネット ４８ 圧力センサ ５０ 第３マグネット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 市川 良雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−235064（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124947（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−65224（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/52

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇降手段により昇降するヘッドホルダ
   と、 当該ヘッドホルダに上下方向に摺動自在に支持したボン
   ディングヘッドと、 当該ボンディングヘッドに固定したアームと、 当該アームに水平に取り付けた第１マグネットと、 前記ヘッドホルダに取り付けられ、前記第１マグネット
   の上方に同極同士を対向させて配置した第２マグネット
   と、 前記ヘッドホルダに取り付けられ、前記第１マグネット
   の下方に同極同士を対向させて配置した第３マグネット
   とを備えたことを特徴とするボンディングユニット。
2. 【請求項２】 前記第２マグネットが前記第１マグネッ
   トから受ける反発力を検出する圧力センサを、更に備え
   たことを特徴とする請求項１に記載のボンディングユニ
   ット。
3. 【請求項３】 前記圧力センサには警報手段が接続され
   ており、 当該警報手段は、前記圧力センサの検出値が所定の圧力
   値を越えた場合に、警報を行うことを特徴とする請求項
   ２に記載のボンディングユニット。
4. 【請求項４】 前記圧力センサの検出結果に基づいて、
   前記昇降手段を介して前記ヘッドホルダの下降端位置を
   制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする請求
   項２または３に記載のボンディングユニット。