JP3970135B2

JP3970135B2 - ダイボンダ

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Publication number: JP3970135B2
Application number: JP2002260152A
Authority: JP
Inventors: 信裕永元
Original assignee: Canon Machinery Inc
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: JP2004103653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイボンダに関し、特に、ダイ（半導体チップなど）を、リードフレームや基板などにボンディング（接合）する場合に好適なダイボンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の組立においては、半導体チップをはんだや樹脂を介して、リードフレームや電極を形成した基板などにボンディングしている。このボンディングを行なう場合、一般に、図３に示すように、水平移動動作丸１、丸４、丸７、下降動作丸２、丸５および上昇動作丸３、丸６、さらに必要に応じて回転動作丸８を行なうコレット３０を具備するダイボンダを用いている。
【０００３】
そして、コレット３０を、水平移動動作丸１→ピックアップポジションＰで下降動作丸２→半導体チップ４０のピックアップ→上昇動作丸３→水平移動動作丸４→ボンディングポジションＢで下降動作丸５→半導体チップ４０をリードフレームや基板５０にボンディング→上昇動作丸６→水平移動動作丸７、丸１の繰り返しによって、半導体チップ４０を、ピックアップポジションＰで順次整列トレーや粘着テープからピックアップし、ボンディングポジションＢでリードフレームや基板５０にボンディングしている。
【０００４】
このようなボンディング動作を行なうダイボンダ６０は、従来、図４および図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように構成されている。図４において、ダイボンダ６０は、大きく分けてＸ軸駆動系６１と、このＸ軸駆動系６１に対して直交するＹ軸駆動系６２と、このＹ軸駆動系６２に対して直交するＺ軸駆動系６３と、このＺ軸駆動系６３に対してＺ軸方向の荷重を負荷する荷重制御機構部６４と、この荷重制御機構部６４の下端に取り付けられて、ダイを吸着すると共にθ方向に回転可能なコレット３０とが設けられている。
【０００５】
図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、上記のダイボンダ６０におけるＸ軸駆動系６１を省略したボンディングアーム７０部分の具体的構成を示したもので、７１はＹ軸駆動系６２のＹ軸駆動用のサーボモータで、その回転軸にボールねじ７２が同軸状に固定されている。このボールねじ７２の回転によって、このボールねじ７２に螺合する螺合部材７３と一体に構成されている水平方向のガイドレール７４およびリニアモーションガイド（以下、ＬＭガイドと称する）７５を介してＺ軸駆動系の保持部材７６がＹ軸方向に移動自在に構成されている。
【０００６】
保持部材７６の上部には、Ｚ軸駆動系６３のＺ軸駆動用のサーボモータ７７が固定されており、その回転軸７８に、ボールねじ７９が同軸状に固定されている。このボールねじ７９の回転によって、このボールねじ７９に螺合する昇降部材８０が、垂直方向のガイドレール８１およびＬＭガイド８２に沿って上昇または下降動作可能に取り付けられている。
【０００７】
前記昇降部材８０には、荷重制御機構部である荷重制御用ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）８３によって荷重が制御されるコレット３０が取り付けられている。このコレット３０は、θ回転角度制御用のサーボモータ８４とタイミングベルト８５とによって、回転角度θが任意に調整できる。
【０００８】
次に、その動作について説明すると、コレット３０が上昇位置にあって、Ｙ軸駆動用のサーボモータ７１によってＬＭガイド７５がガイドレール７４に沿ってＹ軸方向に水平移動して、コレット３０がピックアップポジションＰの上方に達すると停止する。すると、Ｚ軸駆動用のサーボモータ７７によってボールねじ７９が回転されて、このボールねじ７９に螺合する昇降部材８０が、ガイドレール８１およびＬＭガイド８２に沿って下降動作して、ダイ供給用整列トレーに収容された、あるいは粘着テープに貼り付けられた半導体チップ４０を真空吸着し、ピックアップする。このときに、荷重制御用ＶＣＭ８３により、コレット３０が半導体チップ４０にタッチする荷重をコントロールし、衝撃を吸収する。
【０００９】
半導体チップ４０をピックアップしたコレット３０は、Ｚ軸駆動用のサーボモータ７７の回転動作によって昇降部材８０がガイドレール８１およびＬＭガイド８２を介して上昇することによって上昇し、次いで、Ｙ軸駆動用のサーボモータ７１の回転動作によってボールねじ７２が回転してガイドレール７４およびＬＭガイド７５を介して水平移動し、ボンディングポジションＢの上方で停止する。
【００１０】
上記の半導体チップ４０の水平移動中に、図示しないＣＣＤカメラなどによって、コレット３０に吸着された半導体チップ４０の姿勢確認を行ない、もし、半導体チップ４０が正規の姿勢から±θ方向に回転してずれている場合は、θ回転角度制御用のサーボモータ８４によって、半導体チップ４０を逆方向に所定角度だけ回転させて姿勢補正を行なう。
【００１１】
半導体チップ４０を吸着したコレット３０がボンディングポジションＢの上方で停止すると、Ｚ軸駆動用のサーボモータ７７の回転動作によって昇降部材８０が下降して、吸着している半導体チップ４０をリードフレーム５０にボンディングする。このボンディング時の荷重が、荷重制御用ＶＣＭ８３によって最適な荷重に制御される。
【００１２】
なお、ボンディングポジションＢにおいて、ピックアップした半導体チップ４０を、例えば、ボンディングワイヤのボンディング角度などの要求から積極的に所定角度回転させてリードフレームや基板５０へボンディングする必要がある場合は、θ回転角度制御用のサーボモータ８４の回転によってコレット３０を所定角度回転させて、半導体チップ４０の向きを所望の方向に変更してからボンディングする。また、コレット３０の荷重も、ボンディングに最適な荷重に制御する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のダイボンダ６０においては、次のような解決すべき課題があった。
（１）Ｚ軸駆動用のサーボモータ７７によりボールねじ７９を回転させ、ガイドレール８１およびＬＭガイド８２との組み合わせによってＺ軸方向の動作を実現するため、短ストロークの動作にも関わらず、ユニットの小型・軽量化が困難である。
（２）上記ユニットが大きく重いため、Ｘ軸駆動系６１およびＹ軸駆動系６２やそれらを取り付けるベース部分に大きな剛性が必要となり、それらを厚肉状に形成しなければならず、それらを含めて小型・軽量化が困難である。
（３）半導体チップ４０をピックアップおよびボンディングするユニットをＺステージ（昇降ステージ）へ取付け、ボンディングアームを構成しているため、部品点数、アクチュエータ数が多くなり、高価である。
（４）Ｚステージ位置と半導体チップ４０のハンドリング部分であるコレット３０の位置とがオフセットされているため、半導体チップ４０に均等な荷重が掛かり難い構造である。
（５）各アクチュエータに対するＬＭガイドに金属ボールを使用しているため、予圧の掛かり方、グリスの塗布状態などによって摺動抵抗が左右されため、摺動抵抗の安定性を確保することが難しい。それによって、半導体チップ４０への荷重の掛かり方が不安定になり、ボンディング状態にばらつきが生じる。
（６）θ回転機構は、外部からサーボモータ８４とタイミングベルト８５を利用して間接的に駆動する構成であるため、半導体チップ４０をハンドリングするボンディングアームへの負荷が均等でない。
【００１４】
そこで、本発明は、半導体チップなどのダイをピックアップし、リードフレームや基板などにボンディングするダイボンディングアームを有するダイボンダにおいて、上記の問題点を解決して、小型・軽量化され、ダイに対する負荷が均一で、かつ、搭載精度の高い、安価なダイボンダを提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載されたダイボンダは、ダイのピックアップおよびボンディング機能を有するダイボンディングアームを有するダイボンダであって、
前記ダイボンディングアームが、コレットを昇降動作させる昇降自在な移動軸と、コレットに吸着されたダイに掛ける荷重を制御する推力軸と、コレットを水平面内で±θ方向に回転させる回転軸とを１本で兼ねた兼用軸を有し、軸心が前記兼用軸の軸心と一致するθ回転駆動源を備えるとともに、前記兼用軸が、上下位置で軸受によって回転自在、かつ、昇降自在に支持されており、前記θ回転駆動源にて前記兼用軸を所定角度回転駆動させて、ダイの姿勢補正および／またはボンディング時の方向制御を行なうことを特徴とするものである。
【００１６】
ここで、上記の「移動軸」とはコレットを昇降動作させる昇降自在な軸を言い、「推力軸」とはコレットに吸着されたダイに掛ける荷重を制御する軸を言い、「回転軸」とは、コレットを水平面内で±θ方向に回転させてダイの姿勢補正および／または積極的にボンディング時の方向制御を行なう軸を言う。本発明では、これらの軸を１本の軸で兼用させている。
【００１７】
上記のダイボンダによれば、１本の軸で移動軸と推力軸と回転軸とを兼用し、かつ、軸心が前記兼用軸の軸心と一致するθ回転駆動源を備えている。このため、従来の移動軸と推力軸と回転軸とをそれぞれ別々に構成し、かつ、それぞれの軸を別々のアクチュエータで駆動するように構成したダイボンダに比較して、小型・軽量化が実現され、しかも、前記兼用軸は、コレットに吸着されたダイに掛ける荷重を制御するので、ダイに対して均一な荷重を掛けることができ、ダイボンディングされた半導体装置の製品品質を向上することができ、さらに、構造が簡単になることによって使用部品点数が大幅に削減できて、部品材料費は勿論のこと、組立加工費も低減でき、ダイボンダを安価に提供することができる。また、点検やオーバーホールなどのメンテナンスも容易になる。
【００１８】
また、上記のダイボンダによれば、前記兼用軸が、上下位置で軸受によって回転自在、かつ、昇降自在に支持されているので、軸のブレがなく、高精度の回転・昇降動作ができ、また、θ回転駆動源で駆動しているので、サーボモータとボールねじを用いた従来の移動軸に比較して、高速動作が可能で、かつ、摩擦によるパーティクルを発生することがない。
【００１９】
請求項２に記載されたダイボンダは、前記兼用軸の昇降動作および兼用軸に掛かる荷重を制御する非接触式の昇降動作制御機構部を、同軸状に設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
上記のダイボンダによれば、前記兼用軸の昇降動作および兼用軸に掛かる荷重を、非接触式の昇降動作制御機構部によって制御するようにしたので、兼用軸の回転動作と、兼用軸の昇降動作およびこの兼用軸への荷重制御とが同軸的に行なえるため、ダイに対して均等な荷重を掛けることができるのみならず、非接触で兼用軸の昇降動作および兼用軸に掛かる荷重を制御できるため、兼用軸の昇降動作駆動トルクを小さくでき、しかも兼用軸の昇降時に摩擦によるパーティクルを発生させない。
【００２１】
請求項３に記載されたダイボンダは、前記昇降動作制御機構部が、ボイスコイルモータで構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
上記のダイボンダによれば、昇降動作制御機構部を、ボイスコイルモータで構成したので、ボイスコイルモータのコイルへの電流制御によって、兼用軸の昇降速度・昇降距離やダイに掛かる荷重を制御でき、高精度の昇降動作および荷重制御が可能になる。しかも、摩擦部を有しないので、兼用軸の昇降時に摩擦によるパーティクルが発生しない、さらに、兼用軸の昇降動作およびこの兼用軸への荷重制御とが同軸的に行なえるため、ダイに対して均等な荷重を掛けることができる。
【００２３】
請求項４に記載されたダイボンダは、前記軸受が、非接触式のエア軸受であることを特徴とするものである。
【００２４】
上記のダイボンダによれば、兼用軸が非接触のエア軸受で構成されているので、軸の昇降動作や回転動作の際の駆動トルクが小さくでき、θ回転駆動源や昇降動作制御機構部を小出力かつ小型化でき、しかも、摩擦部を有しないので、軸の昇降動作や回転動作の際に、摩擦によるパーティクルが発生しない。
【００２５】
請求項５に記載されたダイボンダは、前記兼用軸の回転角度を検出する回転角度検出機構部を設けたことを特徴とするものである。
【００２６】
上記のダイボンダによれば、ダイを吸着したコレットを回転させてダイのθ方向ずれ角度補正を行なったり、ボンディングポジションで積極的にダイのボンディング角度の制御を行なったりした際に、その回転角度を回転角度検出機構部で検出し、ダイボンディング後のコレットの上昇停止時に、次のダイをピックアップするためにコレットを逆方向に回転させたり、あるいは水平移動中のコレットを、前記回転角度検出機構部で検出し姿勢補正した回転角度だけ逆方向に正確に回転させて元の状態に復帰させることができる。
【００２７】
請求項６に記載されたダイボンダは、前記兼用軸の高さ位置を検出する位置検出機構部を設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
上記のダイボンダによれば、兼用軸の上昇位置または下降位置を位置検出機構部で検出できるので、兼用軸を高精度で昇降動作させたり、兼用軸に掛ける荷重を高精度で制御したりすることができる。
【００２９】
請求項７に記載したダイボンダは、前記兼用軸の下端に、ダイを吸着するコレットを設けたことを特徴とするものである。
【００３０】
上記のダイボンダによれば、コレットを兼用軸と同軸に配置しているので、兼用軸の昇降動作時および荷重制御時に、コレットの傾きを防止して、コレットに吸着したダイに均等な荷重を掛けることができる。
【００３１】
請求項８に記載したダイボンダは、電源ダウン時に前記兼用軸の落下を防止する落下防止手段を設けたことを特徴とするものである。
【００３２】
上記のダイボンダによれば、誤って電源を切った場合や、落雷などによって電源がダウンした際に、昇降動作制御機構部が兼用軸の非接触状態での保持機能を失った場合でも、落下防止手段によって兼用軸の落下を防止することができるので、例えば、ダイボンディング中に落雷などによって停電した場合でも、コレットが落下してコレットに吸着されたダイがダイ供給用整列トレーや粘着テープ、あるいはリードフレームや基板などに打ち付けられることがないので、ダイの損傷を防止できるのみならず、コレット、ダイ供給用整列トレーや粘着テープ、リードフレームや基板などの損傷を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイボンダの実施形態について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明のダイボンダ１を示し、（Ａ）正断面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は平面図である。
【００３４】
図１（Ａ）ないし図１（Ｃ）において、１はダイボンダのボンディングアームで、アームハウジング２に全体が組込まれており、図示２点鎖線で示す取付部材２'により、図示しないボンダ本体に取り付られている。このアームハウジング２の上下には非接触式のエア軸受３，４が設けられており、これらのエア軸受３，４によって移動軸、推力軸および回転軸を兼ねる兼用軸５が、回転自在、かつ、昇降自在に非接触状態で保持されている。３ａ，４ａはそれぞれエア軸受３，４に圧縮エアを供給する配管接続部である。
【００３５】
前記アームハウジング２の凹部２ａ内の兼用軸５を取り囲んで、サーボモータまたはパルスモータからなるθ回転駆動源６が配置されており、兼用軸５に取り付けられた後述する回転角度検出機構部１４を介してθ回転を伝達している。このθ回転駆動源６は、図示は省略するが、固定コイルと、兼用軸５に固定された磁石とを有し、前記兼用軸５を＋θ方向または−θ方向に回転駆動する。この兼用軸５の下端には、ダイ（半導体チップ）を真空吸着するコレット７が取付けられている。７ａはコレット７に真空吸引力を作用させる配管接続部である。
【００３６】
また、前記アームハウジング２の凹部２ａ内におけるθ回転駆動源６の下方位置には、兼用軸５を介してコレット７をＺ軸に沿って昇降動作させ、その昇降位置、昇降速度およびコレット７に吸着されたダイをリードフレームや基板にボンディングする際にダイに付加する荷重を制御するＶＣＭ（ボイスコイルモータ）からなる昇降動作制御機構部８が同軸状に設けられている。この昇降動作制御機構部８は、固定コイル９と磁石１０とを有する非接触式のもので、固定コイル９の給電ケーブル９ａへの通電電流の大きさおよび方向を制御することによって、固定コイル９に誘起される磁界の大きさを制御し、それによって磁石１０に作用する反発力でもって、兼用軸５を上昇または下降動作させることができる。また、ダイボンディング時に兼用軸５に掛かる下向き荷重の大きさを制御して、コレット７に吸着されたダイに掛かる荷重を制御するものである。
【００３７】
さらに、前記兼用軸５の上部軸受３の上方かつ側方位置には、兼用軸５の電源ダウン時の落下防止手段１１が設けられている。この落下防止手段１１は、その駆動用アクチュエータであるエアシリンダ１２とそのピストンロッドに固定された落下防止板１３によって構成されている。常時は、エアシリンダ１２のピストンロッドの進出によって、落下防止板１３が図示実線で示すように下降しており、兼用軸５の回転動作および昇降動作を妨げないようになっており、電源ダウン時には、エアシリンダ１２のピストンロッドの退入によって落下防止板１３が図示２点鎖線で示す位置に上昇して、兼用軸５の落下を防止する。
【００３８】
前記兼用軸５の上部エア軸受３の下方には、兼用軸５の回転角度検出機構部１４が設けられている。回転角度検出機構部１４は、例えば、兼用軸５に固定された金属円板１５と、アームハウジング２に固定され、金属円板１５の回転角度に応じた電圧を誘起する磁気センサ１６とによって構成されている。そして、金属円板１５の回転角度に応じて磁気センサ１６に誘起される電圧を検出することによって、金属円板１５の回転角度、すなわち、兼用軸５の回転角度を連続的に検出できるようになっている。
【００３９】
なお、上記磁気センサ１６による連続的な回転角度検出が可能な回転角度検出機構部１４に代えて、光学的な回転角度検出機構部を設けてもよい。例えば、兼用軸５に固定された周縁に所定角度おきに形成された切欠きを有する不透明な材料からなる円板と、アームハウジング２に固定されて円板を介して上下に対向する透過型センサとによって構成する。この光学的な回転角度検出機構部は、兼用軸５の回転角度に応じて、円板の周囲に形成された切欠きによって発光器から照射された光またはレーザが円板の切欠きを通って受光器に入射される受光回数を検出することによって、切欠きの形成ピッチ角度×受光回数を算出して、兼用軸５の回転角度を検出する。
【００４０】
また、上記の透過型センサに代えて、反射型センサを用いてもよい。反射型センサの場合は、兼用軸５に固定された周縁に所定角度おきに形成された切欠きを有する反射材料からなる円板と、アームハウジング２に固定されて円板に対向する反射型センサとによって構成する。そして、発光器から照射された光またはレーザが反射板で反射されて受光器に入力される受光回数を検出することによって、切欠きの形成ピッチ角度×受光回数を算出して、兼用軸５の回転角度を検出する。
【００４１】
このような光学的な回転角度検出機構部は、磁気センサ１６を用いて連続的に金属円板１５の回転角度を検出できる磁気式の回転角度検出機構部に比較すると、円板の切欠きが所定角度おきに形成されていることに基づいて、回転角度の検出がデジタルで行なわれるため、回転角度の検出精度は若干劣るが、安価にできる。
【００４２】
兼用軸５の上方部には、兼用軸５の昇降動作による高さ位置を検出する位置検出機構部１７が設けられている。この位置検出機構部１７は、磁気センサ１８と検出スケール１９とによって構成されている。
【００４３】
次に、上記のボンディングアーム１の動作について説明する。まず、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に正方向または逆方向の給電電流を供給することによって、兼用軸５が非接触で上昇または下降する。この兼用軸５の上昇または下降速度や上昇または下降位置は、位置検出機構部１７によって検出・制御される。また、昇降動作制御機構部８の固定コイル９への通電電流の大きさを制御することによって、コレット７に吸着されたダイに掛かる荷重が制御できる。さらに、θ回転駆動源６の正転または逆転動作により、兼用軸５を＋θ方向または−θ方向に回転制御できる。
【００４４】
したがって、上記のボンディングアーム１によれば、ダイのピックアップポジションＰ（図３参照）において、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に逆方向電流を供給すると、コレット７が下降する。このとき、図２（Ａ）の丸１に示すように、コレット７が元の高さ位置Ｈ１からダイにタッチする位置の若干上方の高さ位置Ｈ２まで高速で降下させる。
【００４５】
コレット７がダイにタッチする位置より若干上方の所定高さ位置Ｈ２に達すると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を小さくして、図２（Ａ）の丸２に示すように、指定速度，すなわち、コレット７がダイに接触してもダイに何らの支障を生じさせない程度の低速度で下降動作させる。それによって、コレット７はゆっくりと下降して、ダイにソフトタッチする。
【００４６】
コレット７がダイにソフトタッチすると、それを図示しない圧力センサなどで検出して、コレット７の下降動作を停止し、配管接続部７ａからコレット７に真空吸引力を作用させることによってダイを吸着する。
【００４７】
コレット７がダイを吸着すると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流の方向を逆転させると共に、その電流値を大きくして、図２（Ｂ）の丸３に示すように、兼用軸５を高速で高さ位置Ｈ３まで上昇動作させて、その下端に設けられたコレット７に吸着したダイを高速で上昇動作させる。
【００４８】
コレット７が所定高さ位置Ｈ４の若干下方の高さ位置Ｈ３まで上昇すると、図２（Ｂ）の丸４に示すように、コレット７の上昇速度を小さくする。これは、コレット７を高速度のままで上昇動作させることによって、コレット７がオーバーシュートしたり、あるいは急停止による衝撃を生じさせたりしないためである。
【００４９】
コレット７が所定高さ位置Ｈ４（＝Ｈ１）まで上昇すると、コレット７が上昇動作を停止し、図示しない水平移動手段によって、ボンディングアーム１が水平移動する。この水平移動中に、コレット７に吸着されたダイの姿勢を、図示しないＣＣＤカメラなどによって検出する。もし、コレット７に吸着されたダイが、正規のボンディング姿勢に対して、＋θ方向（または−θ方向）に角度θだけ回転している場合は、θ回転駆動源６により兼用軸５を−θ方向（または＋θ方向）に角度θだけ回転させて、ダイの姿勢補正を行なう。
【００５０】
ボンディングアーム１がボンディングポジションＢ（図３参照）の上方位置に達すると、水平移動手段による移動動作を停止させる。ここで、もし、リードフレームや基板にボンディングするダイの向きを、ボンディングワイヤのボンディング方向などの関係で積極的に変更する必要がある場合は、θ回転駆動源６によって兼用軸５を＋θ方向または−θ方向に所定角度回転させて、ダイを所望の向きに変更する。一般に、このダイの方向変更角度は、ダイのピックアップ角度に対して±９０度または１８０度である。もちろん、その他に任意に指定される角度に停止することもできる。
【００５１】
ボンディングアーム１がボンディングポジションＢの上方位置に達して、水平移動手段による移動動作を停止するか、上記のダイの向きの変更が実施されると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を大きくして、図２（Ｃ）の丸５に示すように、コレット７を高さ位置Ｈ５（＝Ｈ４）から高速で下降動作させる。
【００５２】
コレット７が所定位置まで、すなわち、コレット７に吸着されたダイがリードフレームや基板にタッチする若干上方位置Ｈ６まで下降すると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を小さくして、図２（Ｃ）の丸６に示すように、コレット７が指定の低下降速度になり、コレット７がゆっくりと下降する。
【００５３】
ゆっくりと下降するコレット７に吸着されたダイが、高さ位置Ｈ７でリードフレームや基板にソフトタッチすると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を大きくして、図２（Ｃ）の丸７に示すように、ダイに所定の荷重を掛けて、はんだや樹脂などの接着剤を介して、あるいはバンプ電極を介して、ダイをリードフレームや基板にボンディングする。
【００５４】
このとき、接着剤としてはんだを用いる場合は、基板載置用レール内に配置されたヒータによってはんだを加熱溶融するように構成し、また、必要に応じて、コレット７に超音波振動を付加して溶融はんだ表面の酸化膜やコンタミネーション膜を破壊して、内部のはんだ成分によって確実にボンディングできるようにする。
【００５５】
また、バンプ電極を利用するボンディングの場合は、コレット７に超音波振動を付加して、バンプ電極の表面の酸化膜やコンタミネーション膜を破壊して、バンプ電極材料の新生バンプ電極表面を露出させて、確実にボンディングできるようにする。この場合、必要に応じて、基板を加熱するようにしてもよい。
【００５６】
基板へのダイボンディングが終了すると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を大きくすることによって、図２（Ｂ）の丸８に示すように、コレット７を高速で上昇させる。コレット７が所定高さ位置（Ｈ４）の若干下方位置（Ｈ３）に達すると、昇降動作制御機構部８の固定コイル９に流す電流を小さくすることによって、図２（Ｂ）の丸９に示すように、コレット７の上昇速度を小さくする。
【００５７】
コレット７が所定の高さ位置（Ｈ４）に達すると上昇動作が停止される。ここで、もし、前述のように、ダイをボンディングする際にダイの向きを＋θ方向（または−方向）に変更している場合は、θ回転駆動源６によって、兼用軸５を−θ方向（または＋方向）に所定角度だけ回転させて、コレット７の向きを元に戻しておく。この時、回転角度検出機構部１４の金属円板１５および磁気センサ１６によって、コレット７の原点位置を確認することで、ボンディングしたダイが正常に回転したコレット７によりリードフレームや基板上に搭載されているか、簡易的に確認できる。
【００５８】
コレット７が所定の高さ位置（Ｈ４）に達して上昇動作が停止されるか、コレット７の向きが元の状態に戻されると、図示しない水平移動機構部によって、ボンディングアーム１がピックアップポジションＰに向かって水平移動する。
【００５９】
ここで、もし、前述のように、前記ダイを吸着したコレット７をピックアップポジションＰからボンディングポジションＢに向かって水平移動中に、コレット７を−θ方向（または＋θ方向）に角度θだけ回転させて、ダイの姿勢補正を行なっている場合は、上記のボンディングアーム１がボンディングポジションＢからピックアップポジションＰに向かって水平移動中に、θ回転駆動源６によって、兼用軸５を＋θ方向（または−θ方向）に所定角度θだけ回転させて、元の状態に戻しておく。
【００６０】
以下、同様の動作を行なって、ピックアップポジションＰにおいて、コレット７で順次ダイをピックアップし、ボンディングポジションＢにおいて、順次ダイをリードフレームや基板上にボンディングしていく。
【００６１】
上記のボンディングアーム１を具備する実施形態のダイボンダにおける、従来のダイボンダにない特徴的な構成・動作を、以下に列挙する。
（ a ）昇降動作制御機構部８によりダイハンドリング部分（コレット７）をダイレクトに駆動している。
（ b ）１本の兼用軸５で高さ位置制御・昇降速度制御・荷重制御を行ない、動作の各パートを単一の昇降動作制御機構部８で実現している。
（ c ）θ回転駆動源６とダイハンドリング部（コレット７）が同軸上に配置されている。
（ d ）非接触式のエア軸受３，４を用いている。
（ e ）中空のθ回転駆動源６および昇降動作制御機構部８を利用し、これらを兼用軸５と同軸状に配置している。
（ f ）回転角度検出機構部１４による兼用軸５の回転角度の検出・制御および位置検出機構部１７による兼用軸５の高さ位置の検出・制御を行なっている。
（ g ）ダイハンドリングのための吸着機能（コレット７）を併せ持っている。
（ h ）電源ダウン時の落下防止手段１１（エアシリンダ１２および落下防止板１３）を併せ持っている。
（ i ）上記（ a ）〜（ h ）の他に下記動作を制御する機能を持っている。
【００６２】
（ a ）〜（ h ）の機構で構成されるボンディングアームの動作の一例を以下に示す。
（１）ピックアップするダイの上方からボンディングアーム１がダイにタッチする直前（その距離は任意に選択可）まで位置制御を行ないながら高速下降する。
（２）上記（１）の動作後、ボンディングアームがダイにタッチするまで指定速度（その速度は任意に選択可）を制御しながらゆっくり下降する。
（３）ボンディングアーム１がダイにソフトタッチしたことを検出する。
（４）ダイに指定荷重（その荷重は任意に選択可）を制御しながら負荷する。
（５）ダイを吸着し、位置制御を行ないながら高速上昇する。
（６）ボンディングポジションＢに移動しながら、必要に応じてθ回転駆動源６を用いてダイの姿勢補正および／または積極的にボンディングの向きを制御する。
（７）ボンディングポジションＢの上方から上記（１）〜（４）の動作を行ない、リードフレームや基板などにダイをボンディングし、ボンディング後はボンディングアームが高速で上昇する。
（８）ピックアップポジションＰへ移動する前あるいは移動しながら、必要に応じて、θ回転駆動源６を用いてボンディング角度変更分あるいは姿勢補正分を元に戻す。
【００６３】
上記の実施形態のダイボンダによれば、従来のダイボンダに比較して、次のような構造上の特徴を有する。
（１）昇降動作制御機構部８により、Ｚ軸位置制御とその駆動速度制御とダイへの荷重制御を兼用している。
（２）上記構成を実現するため、位置制御・速度制御・荷重制御を行なっている。
（３）ダイハンドリング部分を、θ回転駆動源６により、ダイレクトに、かつ、同軸駆動している。
（４）非接触ガイドの使用を基本とし、非接触ガイド以外にも対応可能にしている。
（５）水平方向移動に関しては、従来公知のＸ−Ｙテーブルだけでなく、スイングアーム、ロータリーヘッドに連結することも考慮している。
【００６４】
上記の構成上の特徴の結果、次のような構成上・動作上の利点が得られる。
（１）従来必要であった回転モータ＋直線変換機構＋ＬＭガイドが不要になる。
（２）ダイハンドリング部分と同軸上にアクチュエータを配置し、重心を駆動することができる。
（３）小型・軽量化により、アームハウジングや取付ベース部分が小型であっても、剛性が確保でき、ユニット全体の小型化が可能になる。
（４）非接触ガイドにより、摩擦部がなくなるため、ボール径のばらつき・組立精度・摩擦熱による摩擦係数の変動、摩擦音、摩擦によるパーティクル発生がない。
【００６５】
上記の構成上・動作上の特徴の結果、次のような効果が得られる。
（１）ダイレクトドライブにより機構部が簡素化されて、小型・軽量化が可能となる。
（２）小型化により、レイアウトの自由度、ユニット移動エリアのミニマム化が図れる。
（３）小型化により、高速・高精度で、かつ、振動軽減が可能になる。
（４）ボンディングヘッドへの負荷が小さく、慣性が小さいため、高速動作、かつ、瞬時停止が可能になり、スループットが向上する。また、軽量であるため、ロータリーヘッドへ複数個のボンディングアームを連結することも容易に可能であり、スループットをさらに向上することができる。
（５）非接触式のエア軸受により、荷重の安定性・静粛性・クリーン化が可能になる。
（６）駆動部をダイハンドリング部分と同軸状に配置することにより、可動部の軽量化が可能で、かつ、不要な外力を与えないことにより、振動が発生し難く、ダイへの負担を軽減できる。また、荷重コントロールの直線制御性（リニアリティ）が高く、ダイへの荷重が安定する。
【００６６】
【発明の効果】
本発明のダイボンダは、ダイのピックアップおよびボンディング機能を有するダイボンディングアームを有するダイボンダであって、前記ダイボンディングアームが、移動軸と推力軸と回転軸とを兼ねた軸を有することを特徴とするものであるから、従来の各軸ごとにアクチュエータを具備するダイボンダに比較して、アクチュエータ数の低減により小型・軽量化され、ダイに対する負荷が均一で、かつ、搭載精度が高い、安価なダイボンダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態のダイボンダにおけるダイボンディングアームの正断面図、
（Ｂ）はその側断面図、
（Ｃ）はその平面図である。
【図２】（Ａ）は図１のダイボンディングアームにおけるダイピックアップ時の下降動作説明図、
（Ｂ）はダイピックアップ後の上昇動作説明図、
（Ｃ）はダイボンディング時の下降動作説明図である。
【図３】ダイボンディングについて説明するコレットの動作説明図である。
【図４】従来のダイボンダにおけるＸ軸駆動、Ｙ軸駆動およびＺ軸駆動動作について説明するＺ軸駆動系、Ｙ軸駆動系、Ｚ軸駆動系およびコレットの概略構成斜視図である。
【図５】（Ａ）は従来のダイボンダにおける正断面図、
（Ｂ）は側断面図、
（Ｃ）は平面図である。
【符号の説明】
１ボンディングアーム
２アームハウジング
２' 取付部材
３，４エア軸受
５移動軸、推力軸、回転軸を兼ねる兼用軸
６ θ方向駆動源（サーボモータまたはパルスモータ）
７ダイハンドリング部（コレット）
８昇降動作制御機構部（ボイスコイルモータ）
９固定コイル
１０磁石
１１落下防止手段
１２落下防止用アクチュータ（エアシリンダ）
１３落下防止板
１４回転角度検出機構部
１５金属円板
１６磁気センサ
１７位置検出機構部
１８磁気センサ
１９スケール

Claims

ダイのピックアップおよびボンディング機能を有するダイボンディングアームを有するダイボンダであって、
前記ダイボンディングアームが、コレットを昇降動作させる昇降自在な移動軸と、コレットに吸着されたダイに掛ける荷重を制御する推力軸と、コレットを水平面内で±θ方向に回転させる回転軸とを１本で兼ねた兼用軸を有し、
軸心が前記兼用軸の軸心と一致するθ回転駆動源を備えるとともに、前記兼用軸が、上下位置で軸受によって回転自在、かつ、昇降自在に支持されており、前記θ回転駆動源にて前記兼用軸を所定角度回転駆動させて、ダイの姿勢補正および／またはボンディング時の方向制御を行なうことを特徴とするダイボンダ。
前記兼用軸の昇降動作および兼用軸に掛かる荷重を制御する非接触式の昇降動作制御機構部を、同軸状に設けたことを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記昇降動作制御機構部が、ボイスコイルモータで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のダイボンダ。
前記軸受が、非接触式のエア軸受であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記兼用軸の回転角度を検出する回転角度検出機構部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のダイボンダ。
前記兼用軸の高さ位置を検出する位置検出機構部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のダイボンダ。
前記兼用軸の下端に、ダイを吸着するコレットを設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のダイボンダ。
電源ダウン時に前記兼用軸の落下を防止する落下防止手段を設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のダイボンダ。