JP3642918B2 - バンプボンダー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプをワイヤボンディング技術によって形成するバンプボンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング技術によりＩＣチップの電極とパッケージ導体部との電気的接続を行うボンダーは、「半導体ハンドブック（第２版）」（株式会社オーム社発行）に種々紹介されている。このような従来のワイヤボンディングを行うボンダーでも、その用い方によってＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプを形成することはでき、例えば特願平８−２４９７２４号等において既に提案されている。
【０００３】
そのバンプボンダーは、図８に示すように、ＩＣチップ５１を収容したトレイ５２を順次所定位置に供給するＩＣチップ供給部５３と、バンプをボールボンディングによって形成するボンディング部５４と、バンプを形成されたＩＣチップ５１をトレイ５５に順次収納して取り出すＩＣチップ排出部５６と、ＩＣチップ供給部５３とボンディング部５４とＩＣチップ排出部５６の間でＩＣチップ５１を移載する移載手段５７にて構成されている。ボンディング部５４には、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵したボンディングステージ５８が配設されるとともにその後部にＸＹ２方向に移動できるように支持されたボンディングヘッド５９が配設されている。
【０００４】
次に動作を説明すると、移載手段５７にてＩＣチップ供給部５３のトレイ５２から順次ＩＣチップ５１を取り出して、ボンディングステージ５８に設けられている複数のボンディング位置６０ａ、６０ｂの何れかに一方、例えば６０ａに供給し、位置決め手段（図示せず）にてそのＩＣチップ５１を精度良く位置決めして吸着固定する。その間にもう一方のボンディング位置６０ｂに吸着固定されているＩＣチップ５１にボンディングヘッド５９にてバンプを形成する。バンプ形成が終了すると、ボンディングヘッド５９は新たに供給・位置決めされて吸着固定されたボンディング位置６０ａに移動してそのＩＣチップ５１に対してバンプの形成を開始する。その間に、パンプが形成されたＩＣチップ５１を移載手段５７にてボンディングステージ５８から取り出してＩＣチップ排出部５６のトレイ５５内に移載して収納し、さらにそのボンディング位置６０ｂにＩＣチップ供給部５３からＩＣチップ５１を供給して位置決めし、吸着固定する。以上の動作を繰り返すことにより、生産性良くＩＣチップ５１に対するバンプ形成を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、各ＩＣチップ５１のバンプ数が１００点を越える場合には、ボンディングステージ５８でバンプを形成するタクトの方が、上記のようにＩＣチップ５１を移載手段５７にて排出・供給し、位置決め手段で位置決めする工程のタクトよりも長いために、バンプ形成タクトが生産タクトになる。しかし、各ＩＣチップ５１のバンプ数が１００点以下の場合には、ＩＣチップ５１の移載・位置決め工程のタクトが生産タクトを規定するようになり、バンプ数が数点から十数点ないし数十点のように、バンプ数が少ないＩＣチップ５１の場合には著しく生産性が悪くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保できるバンプボンダーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプボンダーは、ＩＣチップを内部に配置する開口部が一定ピッチ間隔で形成され、搬送経路を構成するステージ上を前記一定ピッチで間欠回動される無端ベルトと、搬送経路の一端側でＩＣチップを開口部内に供給する供給移載手段と、搬送経路の途中の所定位置で開口部内に配置されているＩＣチップの電極にワイヤ先端部に形成したボールをボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドと、搬送経路の他端側でＩＣチップを開口部から取り出す取出移載手段とを備えたものである。
【０００８】
これによってＩＣチップの移載は搬送経路の両端でそれぞれ無端ベルトの開口部に対してＩＣチップの供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルトの開口部内に供給されたＩＣチップはステージ上を移動する間にその側縁が開口部の側縁に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッドにて所定数のバンプが短いタクトで形成されるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができる。
【０００９】
また、その開口部を無端ベルトの移動方向後方に１つの角部が位置するように配置された方形開口にて構成すると、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても開口部の後方の角部にてＩＣチップの１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても同一の無端ベルトを用いることができる。
【００１０】
また、ＩＣチップを吸着して固定する吸着穴を、ステージ上面の少なくともボンディングヘッドにてバンプを形成するＩＣチップの停止位置に設けると、バンプ形成時にＩＣチップを確実に固定して精度及び信頼性の高いバンプ形成ができ、また無端ベルトを吸着する吸着穴をステージ上面に適当間隔おきに形成すると、ベルトの浮き上がりや振動を確実に防止してＩＣチップを確実にかつ精度良く移動及び位置決めすることができ、さらに吸着穴に付与する真空圧を、無端ベルト移動時の低真空と位置決め時の高真空の２段階に切換可能に構成すると、移動時に無端ベルトの浮き上がりを防止するとともに無端ベルトによりＩＣチップに割れや欠けが発生するのを防止し、かつボンディング時のＩＣチップの固定力を向上するとともに無端ベルトの急停止に伴う振動を防止することができる。
【００１１】
また、無端ベルトを一定ピッチで間欠移動させた後、微小な所定量後退移動させるように構成すると、ＩＣチップを所定位置に位置決めした後ＩＣチップと無端ベルトの開口部側縁との間に間隙を形成することができ、ＩＣチップの厚さが無端ベルトの厚さよりも薄い場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッドのキャピラリが無端ベルトに接触して不具合を生じるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のバンプボンダーについて、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１３】
図１、図２において、１は本体架台１０上の前部に配設されたＩＣチップの搬送手段で、搬送経路を構成するステージ２の長手方向両端外側部に駆動プーリ３と従動プーリ４が配設され、それらの間にスチールベルトから成る無端ベルト５が巻回され、駆動プーリ３を駆動モータ６にて間欠回転駆動することにより、無端ベルト５がステージ２上を摺動して移動するように構成されている。
【００１４】
無端ベルト５には、その内部にＩＣチップ１１を配置できる大きさの開口部７が一定ピッチ間隔で形成され、内部に配置されたＩＣチップ１１の側縁が開口部７の側縁に係合することにより、無端ベルト５の移動に伴ってステージ２上を移動するように構成されている。そして、無端ベルト５が開口部７のピッチ間隔で間欠移動されることにより、ＩＣチップ１１が順次１ピッチづつ搬送される。
【００１５】
また、開口部７は無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口にて構成されており、これによってＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部にてＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢が位置決めされ、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても同一の無端ベルト５を用いることができるように構成されている。
【００１６】
ステージ２の略中央部は超音波熱圧着によってボンディングするように加熱手段を内蔵したボンディングステージ８にて構成され、その両側部は無端ベルト５のガイドステージ９にて構成されている。ボンディングステージ８の後部には、Ｘ方向とＹ方向の任意の位置に移動・位置決め可能なＸＹテーブル（図示せず）上に搭載されたボンディングヘッド２１が配設されている。
【００１７】
搬送手段１の一端側の供給位置には、ＩＣチップ１１を多数収容したトレイ１２が供給され、供給移載手段１３にてトレイ１２内のＩＣチップ１１が順次無端ベルト５の開口部７に供給される。トレイ１２はマガジン１４内に多数積層収納されてリフタ１５に搭載され、各トレイ１２が順次引き出し手段（図示せず）にて上記供給位置に引き出される。また、搬送手段１の他端側の取出位置には、バンプを形成したＩＣチップ１１を収容するトレイ１６が供給され、取出移載手段１７にて無端ベルト５の開口部７から順次トレイ１６内に取り出される。ＩＣチップ１１が収容されたトレイ１６は押し込み手段（図示せず）にて取出位置からリフタ１９に搭載されたマガジン１８に順次収容されて搬出される。
【００１８】
ステージ２には、図３に示すように、ボンディングヘッド２１にてボンディング作業を行うＩＣチップ１１の停止位置に、このＩＣチップ１１を吸着固定する吸着穴２０ａが形成されるとともに、無端ベルト５の摺動面に沿って適当間隔おきに無端ベルト５を吸着して浮き上がりを防止する吸着穴２０ｂが形成されている。なお、図示していないが、その他のＩＣチップ１１の停止位置にもＩＣチップ１１を吸着固定する吸着穴を設けることにより、無端ベルト５の停止時のＩＣチップ１１の不用な慣性移動を防止することができる。
【００１９】
さらに、これら吸着穴２０ａ、２０ｂに付与する真空圧は、真空源に接続された真空圧制御手段（図示せず）にて無端ベルト５が移動する時には低真空に、無端ベルト５が停止してＩＣチップ１１を位置決めする時には高真空に切換制御される。このように吸着穴２０ａ、２０ｂの真空圧を制御することにより、無端ベルト５の移動時にその浮き上がりが防止されるとともに強く吸着固定されたＩＣチップ１１に無端ベルト５が強く当たることによって割れや欠けが発生するのを防止し、またＩＣチップ１１を位置決めしてボンディングする時のＩＣチップ１１の固定力を向上するとともに無端ベルト５の急停止に伴って振動するのを防止している。
【００２０】
また、無端ベルト５は、図４（ａ）に示すように、ピッチ移動してＩＣチップ１１を位置決めした後、例えば０．５ｍｍ程度の微小距離ｄだけ後退移動され、これによってＩＣチップ１１と開口部７の周縁との間に間隙を形成し、図４（ｂ）に示すようにＩＣチップ１１が５０μｍというような非常に薄い厚さの場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッド２１のキャピラリが無端ベルト５に接触して不具合を生じるのを防止するようにしている。
【００２１】
上記ボンディングヘッド２１は、図５に示すように、ワイヤリール装着部２２に装着されたワイヤリール２３と、このワイヤリール２３からのワイヤ２４を上方から通されてボンディングステージ８上のＩＣチップ１１にボンディングを行うボンディング作業機構３０とを備えている。ワイヤリール２３とボンディング作業機構３０の間には、ワイヤ２４の途中を上向きの湾曲状態にエアー２６で吹き上げてワイヤ２４にテンションを与える第１のワイヤテンショナー２７と、ボンディング作業機構３０におけるクランパ３１のワイヤガイド３１ａの真上でワイヤ２４を上方への吹き上げエアー２８にさらしてワイヤ２４に上向きのテンションを掛ける第２のワイヤテンショナー２９とが配設され、ワイヤリール２３からのワイヤ２４をエアー２６、２８にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構３０に無理なく供給できるように構成されている。
【００２２】
ボンディング作業機構３０は、図５、図６に示すように、ワイヤ２４を把持固定するクランパ３１と、先端にワイヤ２４が挿通されるキャピラリ３２を有するとともにワイヤ２４の先端部に形成されたボール２５（図７参照）にキャピラリ３２を介して超音波振動を印加するホーン３３と、ボール２５を形成するための放電用のトーチ３４とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ３５が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（図示せず）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。
【００２３】
また、クランパ３１は、水平支軸３７にて上下揺動自在に支持された上部揺動部材３６の前部に装着され、水平支軸３７の直後位置にクランパ上下動電磁駆動手段３８が配設され、上部揺動部材３６の後端部にクランパ位置検出手段３９が配設されている。４０はクランパ３１の中間部を開閉自在に枢支する垂直枢軸、４１はクランパ２１の後部に配設された開閉電磁駆動部である。また、ホーン３３は水平支軸４３にて上下揺動自在に支持された下部揺動部材４２の前部に装着され、水平支軸４３の直後位置にホーン上下動電磁駆動手段４４が配設され、下部揺動部材４２の後端部にホーン位置検出手段４５が配設されている。
【００２４】
次に、以上の構成のバンプボンダーの動作を説明する。
【００２５】
無端ベルト５の間欠回動毎に供給位置のトレイ１２に収容されているＩＣチップ１１が順次供給移載手段１３にて開口部７に供給されてその内部に配置される。開口部７内に配置されたＩＣチップ１１は無端ベルト５がステージ２上を間欠回動するのに伴って開口部７の側縁との係合により開口部７に対して自動的に位置決めされた状態でステージ２上を間欠的に移動する。更に、開口部７は無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口から成っているので、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部でＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢が位置決めされて移動する。
【００２６】
また、このＩＣチップ１１の移動及び位置決め時に、上記のように吸着穴２０ａ、２０ｂにて無端ベルト５及びＩＣチップ１１を真空吸着するとともに、その真空圧を移動時と停止位置決め時で切り換えるようにしているので、無端ベルト５の移動時にその浮き上がりを防止できるとともに強く吸着固定されたＩＣチップ１１に無端ベルト５が強く当たることによって割れや欠けが発生するのを防止でき、またＩＣチップ１１を位置決めしてボンディングする時のＩＣチップ１１の固定力を向上するとともに無端ベルト５が急停止に伴って振動するのを防止することができる。
【００２７】
こうしてＩＣチップ１１がボンディングヘッド２１に対向する所定位置に移動して停止すると、ボンディングヘッド２１にてバンプ形成が行われる。このボンディング作業を図６、図７を参照して説明する。まず、初期状態でクランパ３１及びキャピラリ３２が所定高さ位置に位置しかつワイヤ２４の先端部がキャピラリ３２の先端から所定長突出しており、この状態でＩＣチップ１１の所定の電極１１ａと対向する位置にボンディングヘッド２１が移動する都度、トーチ３４からのスパーク電流によって先端部が溶かされ、図７の（ａ）に示すようなボール２５が形成される。ワイヤ２４の各電極１１ａとの対向位置は認識カメラ３５の視覚認識のもとに高精度に制御される。
【００２８】
次に、クランパ３１を開いた後、クランパ上下動電磁駆動手段３８及びホーン上下動電磁駆動手段４４にて上部揺動部材３６及び下部揺動部材４２を揺動させて、クランパ３１及びキャピラリ３２をＩＣチップ１１に向けて下降させる。このとき、クランパ３１の下降量はキャピラリ３２の下降量によりも、キャピラリ３２先端からのワイヤ２４の突出量に相当する距離だけ短い距離下降する。そして、下降限まで下降した後、図７の（ｂ）に示すようにキャピラリ３２にてボール２５がＩＣチップ１１の電極１１ａ上に加圧されるとともにホーン３３にてキャピラリ３２を介して超音波振動が印加され、ボール２５と電極１１ａが熱圧着と超音波振動とによって接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨZ （具体例としては６３．５ＫＨZ ）程度とするのが好適である。
【００２９】
ボンディング時に開閉電磁駆動部４１が作動されてクランパ３１が閉じられてワイヤ２４が把持固定され、ボンディング後その状態でクランパ上下動電磁駆動手段３８及びホーン上下動電磁駆動手段４４が作動されてクランパ３１及びキャピラリ３２が上昇工程に入り、その上昇工程の初期にワイヤ２４が熱影響部との境界で切断され、電極１１ａの上にボール部５０ａと３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分５０ｂとからなる突出長約６０μｍ程度のバンプ５０が形成される。その後、クランパ３１及びキャピラリ３２が上昇するのに伴ってそれらの移動量の差によって図７の（ｃ）に示すようにキャピラリ３２の先端からワイヤ２４の先端部が突出し、図７の（ａ）に示した初期状態の所定高さ位置まで上昇すると、これらクランパ３１及びキャピラリ３２の移動量の差によって、キャピラリ３２の先端からワイヤ２４を所定長突出した初期状態となる。以後、上記バンプ形成動作が繰り返される。
【００３０】
こうしてバンプ５０を形成されたＩＣチップ１１は、無端ベルト５の間欠回動に伴って移動し、所定のＩＣチップ１１の取り出し位置で停止すると、取出移載手段１７にて取出位置のトレイ１６内に順次収容される。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば搬送手段１の両端でそれぞれ無端ベルト５の開口部７に対してＩＣチップ１１の供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルト５の開口部７内に供給されたＩＣチップ１１はステージ２上を移動する間にその側縁が開口部７に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッド２１にて所定数のバンプ５０を短いタクトで形成できるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができ、また開口部７を無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口にて構成しているので、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部にてＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても同一の無端ベルト５を用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のバンプボンダーによれば、以上の説明から明らかなように、ＩＣチップが配置される開口部が一定ピッチ間隔で形成され、搬送経路を構成するステージ上を前記一定ピッチで間欠回動される無端ベルトと、搬送経路の一端側のＩＣチップの供給移載手段と、搬送経路の途中の所定位置でバンプを形成するボンディングヘッドと、搬送経路の他端側のＩＣチップの取出移載手段とを備えているので、搬送経路の両端でそれぞれ無端ベルトの開口部に対してＩＣチップの供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルトの開口部内に供給されたＩＣチップはステージ上を移動する間にその側縁が開口部に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッドにて所定数のバンプが短いタクトで形成できるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができる。
【００３３】
また、その開口部を無端ベルトの移動方向後方に１つの角部が位置するように配置された方形開口にて構成すると、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても開口部の後方の角部にてＩＣチップの１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても同一の無端ベルトを用いることができる。
【００３４】
また、ＩＣチップを吸着して固定する吸着穴を、ステージ上面の少なくともボンディングヘッドにてバンプを形成するＩＣチップの停止位置に設けると、バンプ形成時にＩＣチップを確実に固定して精度及び信頼性の高いバンプ形成ができ、また無端ベルトを吸着する吸着穴をステージ上面に適当間隔おきに形成すると、ベルトの浮き上がりや振動を確実に防止してＩＣチップを確実にかつ精度良く移動及び位置決めすることができ、さらに吸着穴に付与する真空圧を、無端ベルト移動時の低真空と位置決め時の高真空の２段階に切換可能に構成すると、移動時に無端ベルトの浮き上がりを防止するとともに無端ベルトによりＩＣチップに割れや欠けが発生を防止し、かつボンディング時のＩＣチップの固定力を向上するとともに無端ベルトの急停止に伴う振動を防止することができる。
【００３５】
また、無端ベルトを一定ピッチで間欠移動させた後、微小な所定量後退移動させるように構成すると、ＩＣチップを所定位置に位置決めした後ＩＣチップと無端ベルトの開口部周縁との間に間隙を形成することができ、ＩＣチップの厚さが無端ベルトの厚さよりも薄い場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッドのキャピラリが無端ベルトに接触して不具合を生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーの全体斜視図である。
【図２】同実施形態のバンプボンダーの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図３】同実施形態におけるステージと無端ベルトの部分拡大平面図である。
【図４】同実施形態における無端ベルトの詳細動作状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】同実施形態のボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構の斜視図である。
【図６】同実施形態のボンディングヘッドの主要部の構成を示す斜視図である。
【図７】同実施形態におけるボンディング作業工程の説明図である。
【図８】従来例のバンブボンダーの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 搬送手段
２ ステージ
５ 無端ベルト
７ 開口部
１１ ＩＣチップ
１１ａ 電極
１３ 供給移載手段
１７ 取出移載手段
２０ａ 吸着穴
２０ｂ 吸着穴
２１ ボンディングヘッド
２４ ワイヤ
２５ ボール
５０ バンプ
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプをワイヤボンディング技術によって形成するバンプボンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング技術によりＩＣチップの電極とパッケージ導体部との電気的接続を行うボンダーは、「半導体ハンドブック（第２版）」（株式会社オーム社発行）に種々紹介されている。このような従来のワイヤボンディングを行うボンダーでも、その用い方によってＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプを形成することはでき、例えば特願平８−２４９７２４号等において既に提案されている。
【０００３】
そのバンプボンダーは、図８に示すように、ＩＣチップ５１を収容したトレイ５２を順次所定位置に供給するＩＣチップ供給部５３と、バンプをボールボンディングによって形成するボンディング部５４と、バンプを形成されたＩＣチップ５１をトレイ５５に順次収納して取り出すＩＣチップ排出部５６と、ＩＣチップ供給部５３とボンディング部５４とＩＣチップ排出部５６の間でＩＣチップ５１を移載する移載手段５７にて構成されている。ボンディング部５４には、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵したボンディングステージ５８が配設されるとともにその後部にＸＹ２方向に移動できるように支持されたボンディングヘッド５９が配設されている。
【０００４】
次に動作を説明すると、移載手段５７にてＩＣチップ供給部５３のトレイ５２から順次ＩＣチップ５１を取り出して、ボンディングステージ５８に設けられている複数のボンディング位置６０ａ、６０ｂの何れかに一方、例えば６０ａに供給し、位置決め手段（図示せず）にてそのＩＣチップ５１を精度良く位置決めして吸着固定する。その間にもう一方のボンディング位置６０ｂに吸着固定されているＩＣチップ５１にボンディングヘッド５９にてバンプを形成する。バンプ形成が終了すると、ボンディングヘッド５９は新たに供給・位置決めされて吸着固定されたボンディング位置６０ａに移動してそのＩＣチップ５１に対してバンプの形成を開始する。その間に、パンプが形成されたＩＣチップ５１を移載手段５７にてボンディングステージ５８から取り出してＩＣチップ排出部５６のトレイ５５内に移載して収納し、さらにそのボンディング位置６０ｂにＩＣチップ供給部５３からＩＣチップ５１を供給して位置決めし、吸着固定する。以上の動作を繰り返すことにより、生産性良くＩＣチップ５１に対するバンプ形成を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、各ＩＣチップ５１のバンプ数が１００点を越える場合には、ボンディングステージ５８でバンプを形成するタクトの方が、上記のようにＩＣチップ５１を移載手段５７にて排出・供給し、位置決め手段で位置決めする工程のタクトよりも長いために、バンプ形成タクトが生産タクトになる。しかし、各ＩＣチップ５１のバンプ数が１００点以下の場合には、ＩＣチップ５１の移載・位置決め工程のタクトが生産タクトを規定するようになり、バンプ数が数点から十数点ないし数十点のように、バンプ数が少ないＩＣチップ５１の場合には著しく生産性が悪くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保できるバンプボンダーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプボンダーは、ＩＣチップを内部に配置する開口部が一定ピッチ間隔で形成され、搬送経路を構成するステージ上を前記一定ピッチで間欠回動される無端ベルトと、搬送経路の一端側でＩＣチップを開口部内に供給する供給移載手段と、搬送経路の途中の所定位置で開口部内に配置されているＩＣチップの電極にワイヤ先端部に形成したボールをボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドと、搬送経路の他端側でＩＣチップを開口部から取り出す取出移載手段とを備えたものである。
【０００８】
これによってＩＣチップの移載は搬送経路の両端でそれぞれ無端ベルトの開口部に対してＩＣチップの供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルトの開口部内に供給されたＩＣチップはステージ上を移動する間にその側縁が開口部の側縁に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッドにて所定数のバンプが短いタクトで形成されるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができる。
【０００９】
また、その開口部を無端ベルトの移動方向後方に１つの角部が位置するように配置された方形開口にて構成すると、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても開口部の後方の角部にてＩＣチップの１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても同一の無端ベルトを用いることができる。
【００１０】
また、ＩＣチップを吸着して固定する吸着穴を、ステージ上面の少なくともボンディングヘッドにてバンプを形成するＩＣチップの停止位置に設けると、バンプ形成時にＩＣチップを確実に固定して精度及び信頼性の高いバンプ形成ができ、また無端ベルトを吸着する吸着穴をステージ上面に適当間隔おきに形成すると、ベルトの浮き上がりや振動を確実に防止してＩＣチップを確実にかつ精度良く移動及び位置決めすることができ、さらに吸着穴に付与する真空圧を、無端ベルト移動時の低真空と位置決め時の高真空の２段階に切換可能に構成すると、移動時に無端ベルトの浮き上がりを防止するとともに無端ベルトによりＩＣチップに割れや欠けが発生するのを防止し、かつボンディング時のＩＣチップの固定力を向上するとともに無端ベルトの急停止に伴う振動を防止することができる。
【００１１】
また、無端ベルトを一定ピッチで間欠移動させた後、微小な所定量後退移動させるように構成すると、ＩＣチップを所定位置に位置決めした後ＩＣチップと無端ベルトの開口部側縁との間に間隙を形成することができ、ＩＣチップの厚さが無端ベルトの厚さよりも薄い場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッドのキャピラリが無端ベルトに接触して不具合を生じるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のバンプボンダーについて、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１３】
図１、図２において、１は本体架台１０上の前部に配設されたＩＣチップの搬送手段で、搬送経路を構成するステージ２の長手方向両端外側部に駆動プーリ３と従動プーリ４が配設され、それらの間にスチールベルトから成る無端ベルト５が巻回され、駆動プーリ３を駆動モータ６にて間欠回転駆動することにより、無端ベルト５がステージ２上を摺動して移動するように構成されている。
【００１４】
無端ベルト５には、その内部にＩＣチップ１１を配置できる大きさの開口部７が一定ピッチ間隔で形成され、内部に配置されたＩＣチップ１１の側縁が開口部７の側縁に係合することにより、無端ベルト５の移動に伴ってステージ２上を移動するように構成されている。そして、無端ベルト５が開口部７のピッチ間隔で間欠移動されることにより、ＩＣチップ１１が順次１ピッチづつ搬送される。
【００１５】
また、開口部７は無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口にて構成されており、これによってＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部にてＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢が位置決めされ、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても同一の無端ベルト５を用いることができるように構成されている。
【００１６】
ステージ２の略中央部は超音波熱圧着によってボンディングするように加熱手段を内蔵したボンディングステージ８にて構成され、その両側部は無端ベルト５のガイドステージ９にて構成されている。ボンディングステージ８の後部には、Ｘ方向とＹ方向の任意の位置に移動・位置決め可能なＸＹテーブル（図示せず）上に搭載されたボンディングヘッド２１が配設されている。
【００１７】
搬送手段１の一端側の供給位置には、ＩＣチップ１１を多数収容したトレイ１２が供給され、供給移載手段１３にてトレイ１２内のＩＣチップ１１が順次無端ベルト５の開口部７に供給される。トレイ１２はマガジン１４内に多数積層収納されてリフタ１５に搭載され、各トレイ１２が順次引き出し手段（図示せず）にて上記供給位置に引き出される。また、搬送手段１の他端側の取出位置には、バンプを形成したＩＣチップ１１を収容するトレイ１６が供給され、取出移載手段１７にて無端ベルト５の開口部７から順次トレイ１６内に取り出される。ＩＣチップ１１が収容されたトレイ１６は押し込み手段（図示せず）にて取出位置からリフタ１９に搭載されたマガジン１８に順次収容されて搬出される。
【００１８】
ステージ２には、図３に示すように、ボンディングヘッド２１にてボンディング作業を行うＩＣチップ１１の停止位置に、このＩＣチップ１１を吸着固定する吸着穴２０ａが形成されるとともに、無端ベルト５の摺動面に沿って適当間隔おきに無端ベルト５を吸着して浮き上がりを防止する吸着穴２０ｂが形成されている。なお、図示していないが、その他のＩＣチップ１１の停止位置にもＩＣチップ１１を吸着固定する吸着穴を設けることにより、無端ベルト５の停止時のＩＣチップ１１の不用な慣性移動を防止することができる。
【００１９】
さらに、これら吸着穴２０ａ、２０ｂに付与する真空圧は、真空源に接続された真空圧制御手段（図示せず）にて無端ベルト５が移動する時には低真空に、無端ベルト５が停止してＩＣチップ１１を位置決めする時には高真空に切換制御される。このように吸着穴２０ａ、２０ｂの真空圧を制御することにより、無端ベルト５の移動時にその浮き上がりが防止されるとともに強く吸着固定されたＩＣチップ１１に無端ベルト５が強く当たることによって割れや欠けが発生するのを防止し、またＩＣチップ１１を位置決めしてボンディングする時のＩＣチップ１１の固定力を向上するとともに無端ベルト５の急停止に伴って振動するのを防止している。
【００２０】
また、無端ベルト５は、図４（ａ）に示すように、ピッチ移動してＩＣチップ１１を位置決めした後、例えば０．５ｍｍ程度の微小距離ｄだけ後退移動され、これによってＩＣチップ１１と開口部７の周縁との間に間隙を形成し、図４（ｂ）に示すようにＩＣチップ１１が５０μｍというような非常に薄い厚さの場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッド２１のキャピラリが無端ベルト５に接触して不具合を生じるのを防止するようにしている。
【００２１】
上記ボンディングヘッド２１は、図５に示すように、ワイヤリール装着部２２に装着されたワイヤリール２３と、このワイヤリール２３からのワイヤ２４を上方から通されてボンディングステージ８上のＩＣチップ１１にボンディングを行うボンディング作業機構３０とを備えている。ワイヤリール２３とボンディング作業機構３０の間には、ワイヤ２４の途中を上向きの湾曲状態にエアー２６で吹き上げてワイヤ２４にテンションを与える第１のワイヤテンショナー２７と、ボンディング作業機構３０におけるクランパ３１のワイヤガイド３１ａの真上でワイヤ２４を上方への吹き上げエアー２８にさらしてワイヤ２４に上向きのテンションを掛ける第２のワイヤテンショナー２９とが配設され、ワイヤリール２３からのワイヤ２４をエアー２６、２８にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構３０に無理なく供給できるように構成されている。
【００２２】
ボンディング作業機構３０は、図５、図６に示すように、ワイヤ２４を把持固定するクランパ３１と、先端にワイヤ２４が挿通されるキャピラリ３２を有するとともにワイヤ２４の先端部に形成されたボール２５（図７参照）にキャピラリ３２を介して超音波振動を印加するホーン３３と、ボール２５を形成するための放電用のトーチ３４とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ３５が上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（図示せず）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。
【００２３】
また、クランパ３１は、水平支軸３７にて上下揺動自在に支持された上部揺動部材３６の前部に装着され、水平支軸３７の直後位置にクランパ上下動電磁駆動手段３８が配設され、上部揺動部材３６の後端部にクランパ位置検出手段３９が配設されている。４０はクランパ３１の中間部を開閉自在に枢支する垂直枢軸、４１はクランパ２１の後部に配設された開閉電磁駆動部である。また、ホーン３３は水平支軸４３にて上下揺動自在に支持された下部揺動部材４２の前部に装着され、水平支軸４３の直後位置にホーン上下動電磁駆動手段４４が配設され、下部揺動部材４２の後端部にホーン位置検出手段４５が配設されている。
【００２４】
次に、以上の構成のバンプボンダーの動作を説明する。
【００２５】
無端ベルト５の間欠回動毎に供給位置のトレイ１２に収容されているＩＣチップ１１が順次供給移載手段１３にて開口部７に供給されてその内部に配置される。開口部７内に配置されたＩＣチップ１１は無端ベルト５がステージ２上を間欠回動するのに伴って開口部７の側縁との係合により開口部７に対して自動的に位置決めされた状態でステージ２上を間欠的に移動する。更に、開口部７は無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口から成っているので、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部でＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢が位置決めされて移動する。
【００２６】
また、このＩＣチップ１１の移動及び位置決め時に、上記のように吸着穴２０ａ、２０ｂにて無端ベルト５及びＩＣチップ１１を真空吸着するとともに、その真空圧を移動時と停止位置決め時で切り換えるようにしているので、無端ベルト５の移動時にその浮き上がりを防止できるとともに強く吸着固定されたＩＣチップ１１に無端ベルト５が強く当たることによって割れや欠けが発生するのを防止でき、またＩＣチップ１１を位置決めしてボンディングする時のＩＣチップ１１の固定力を向上するとともに無端ベルト５が急停止に伴って振動するのを防止することができる。
【００２７】
こうしてＩＣチップ１１がボンディングヘッド２１に対向する所定位置に移動して停止すると、ボンディングヘッド２１にてバンプ形成が行われる。このボンディング作業を図６、図７を参照して説明する。まず、初期状態でクランパ３１及びキャピラリ３２が所定高さ位置に位置しかつワイヤ２４の先端部がキャピラリ３２の先端から所定長突出しており、この状態でＩＣチップ１１の所定の電極１１ａと対向する位置にボンディングヘッド２１が移動する都度、トーチ３４からのスパーク電流によって先端部が溶かされ、図７の（ａ）に示すようなボール２５が形成される。ワイヤ２４の各電極１１ａとの対向位置は認識カメラ３５の視覚認識のもとに高精度に制御される。
【００２８】
次に、クランパ３１を開いた後、クランパ上下動電磁駆動手段３８及びホーン上下動電磁駆動手段４４にて上部揺動部材３６及び下部揺動部材４２を揺動させて、クランパ３１及びキャピラリ３２をＩＣチップ１１に向けて下降させる。このとき、クランパ３１の下降量はキャピラリ３２の下降量によりも、キャピラリ３２先端からのワイヤ２４の突出量に相当する距離だけ短い距離下降する。そして、下降限まで下降した後、図７の（ｂ）に示すようにキャピラリ３２にてボール２５がＩＣチップ１１の電極１１ａ上に加圧されるとともにホーン３３にてキャピラリ３２を介して超音波振動が印加され、ボール２５と電極１１ａが熱圧着と超音波振動とによって接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨZ （具体例としては６３．５ＫＨZ ）程度とするのが好適である。
【００２９】
ボンディング時に開閉電磁駆動部４１が作動されてクランパ３１が閉じられてワイヤ２４が把持固定され、ボンディング後その状態でクランパ上下動電磁駆動手段３８及びホーン上下動電磁駆動手段４４が作動されてクランパ３１及びキャピラリ３２が上昇工程に入り、その上昇工程の初期にワイヤ２４が熱影響部との境界で切断され、電極１１ａの上にボール部５０ａと３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分５０ｂとからなる突出長約６０μｍ程度のバンプ５０が形成される。その後、クランパ３１及びキャピラリ３２が上昇するのに伴ってそれらの移動量の差によって図７の（ｃ）に示すようにキャピラリ３２の先端からワイヤ２４の先端部が突出し、図７の（ａ）に示した初期状態の所定高さ位置まで上昇すると、これらクランパ３１及びキャピラリ３２の移動量の差によって、キャピラリ３２の先端からワイヤ２４を所定長突出した初期状態となる。以後、上記バンプ形成動作が繰り返される。
【００３０】
こうしてバンプ５０を形成されたＩＣチップ１１は、無端ベルト５の間欠回動に伴って移動し、所定のＩＣチップ１１の取り出し位置で停止すると、取出移載手段１７にて取出位置のトレイ１６内に順次収容される。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば搬送手段１の両端でそれぞれ無端ベルト５の開口部７に対してＩＣチップ１１の供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルト５の開口部７内に供給されたＩＣチップ１１はステージ２上を移動する間にその側縁が開口部７に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッド２１にて所定数のバンプ５０を短いタクトで形成できるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができ、また開口部７を無端ベルト５の移動方向後方に１つの角部が位置する方形開口にて構成しているので、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても開口部７の後方の角部にてＩＣチップ１１の１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップ１１の大きさや形状が変化しても同一の無端ベルト５を用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のバンプボンダーによれば、以上の説明から明らかなように、ＩＣチップが配置される開口部が一定ピッチ間隔で形成され、搬送経路を構成するステージ上を前記一定ピッチで間欠回動される無端ベルトと、搬送経路の一端側のＩＣチップの供給移載手段と、搬送経路の途中の所定位置でバンプを形成するボンディングヘッドと、搬送経路の他端側のＩＣチップの取出移載手段とを備えているので、搬送経路の両端でそれぞれ無端ベルトの開口部に対してＩＣチップの供給と取出を行うだけで良いので短いタクトで移載することができ、また無端ベルトの開口部内に供給されたＩＣチップはステージ上を移動する間にその側縁が開口部に係合して自動的に位置決めされ、所定位置でボンディングヘッドにて所定数のバンプが短いタクトで形成できるので、各ＩＣチップのバンプ数が少ない場合に高い生産性を確保することができる。
【００３３】
また、その開口部を無端ベルトの移動方向後方に１つの角部が位置するように配置された方形開口にて構成すると、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても開口部の後方の角部にてＩＣチップの１つの角部の位置と姿勢を位置決めすることができ、ＩＣチップの大きさや形状が変化しても同一の無端ベルトを用いることができる。
【００３４】
また、ＩＣチップを吸着して固定する吸着穴を、ステージ上面の少なくともボンディングヘッドにてバンプを形成するＩＣチップの停止位置に設けると、バンプ形成時にＩＣチップを確実に固定して精度及び信頼性の高いバンプ形成ができ、また無端ベルトを吸着する吸着穴をステージ上面に適当間隔おきに形成すると、ベルトの浮き上がりや振動を確実に防止してＩＣチップを確実にかつ精度良く移動及び位置決めすることができ、さらに吸着穴に付与する真空圧を、無端ベルト移動時の低真空と位置決め時の高真空の２段階に切換可能に構成すると、移動時に無端ベルトの浮き上がりを防止するとともに無端ベルトによりＩＣチップに割れや欠けが発生を防止し、かつボンディング時のＩＣチップの固定力を向上するとともに無端ベルトの急停止に伴う振動を防止することができる。
【００３５】
また、無端ベルトを一定ピッチで間欠移動させた後、微小な所定量後退移動させるように構成すると、ＩＣチップを所定位置に位置決めした後ＩＣチップと無端ベルトの開口部周縁との間に間隙を形成することができ、ＩＣチップの厚さが無端ベルトの厚さよりも薄い場合でも、バンプ形成時にボンディングヘッドのキャピラリが無端ベルトに接触して不具合を生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーの全体斜視図である。
【図２】同実施形態のバンプボンダーの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図３】同実施形態におけるステージと無端ベルトの部分拡大平面図である。
【図４】同実施形態における無端ベルトの詳細動作状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】同実施形態のボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構の斜視図である。
【図６】同実施形態のボンディングヘッドの主要部の構成を示す斜視図である。
【図７】同実施形態におけるボンディング作業工程の説明図である。
【図８】従来例のバンブボンダーの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 搬送手段
２ ステージ
５ 無端ベルト
７ 開口部
１１ ＩＣチップ
１１ａ 電極
１３ 供給移載手段
１７ 取出移載手段
２０ａ 吸着穴
２０ｂ 吸着穴
２１ ボンディングヘッド
２４ ワイヤ
２５ ボール
５０ バンプ
Claims (6)
- ＩＣチップを内部に配置する開口部が一定ピッチ間隔で形成され、搬送経路を構成するステージ上を前記一定ピッチで間欠回動される無端ベルトと、搬送経路の一端側でＩＣチップを開口部内に供給する供給移載手段と、搬送経路の途中の所定位置で開口部内に配置されているＩＣチップの電極にワイヤ先端部に形成したボールをボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドと、搬送経路の他端側でＩＣチップを開口部から取り出す取出移載手段とを備えたことを特徴とするバンプボンダー。
- 開口部は、無端ベルトの移動方向後方に１つの角部が位置するように配置された方形開口にて構成されていることを特徴とする請求項１記載のバンプボンダー。
- ＩＣチップを吸着して固定する吸着穴を、ステージ上面の少なくともボンディングヘッドにてバンプを形成するＩＣチップの停止位置に設けたことを特徴とする請求項１記載のバンプボンダー。
- 無端ベルトを吸着する吸着穴をステージ上面に適当間隔おきに形成したことを特徴とする請求項３記載のバンプボンダー。
- 吸着穴に付与する真空圧を、無端ベルト移動時の低真空と位置決め時の高真空の２段階に切換可能に構成したことを特徴とする請求項３又は４記載のバンプボンダー。
- 無端ベルトを、一定ピッチで間欠移動させた後、微小な所定量後退移動させるように構成したことを特徴とする請求項１記載のバンプボンダー。
Priority Applications (1)
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| JP13391897A JP3642918B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | バンプボンダー |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP13391897A JP3642918B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | バンプボンダー |
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| JPH10326785A JPH10326785A (ja) | 1998-12-08 |
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| JP (1) | JP3642918B2 (ja) |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP13391897A patent/JP3642918B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10326785A (ja) | 1998-12-08 |
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