JP4220042B2 - 前後進するチップグリッパーを備えた半導体取付装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１位置においてチップを持ち上げて第２位置において基板上にチップを置くために、レバー機構によって第１位置と第２位置との間にわたって前後進可能とされたチップグリッパーを備えた半導体取付装置に関するものである。「ピックアップおよび配置」装置として参照されるこのような装置は、半導体取付において「ダイボンダー」として知られている取付装置の一構成要素として使用される。取付装置は、キャリア上に連続して配置されている、ウェハ上の多数の同様のチップを、例えば金属リードフレームのような基板上に、次々に取り付けるように機能する。各々のピックアップおよび配置動作に関連して、チップキャリアを載置したウェハテーブルは、第１位置において次なるチップを利用可能とし、また、第２位置において新たな基板の配置を利用可能とするために、基板が前進される。チップを持ち上げてその後配置するために、チップグリッパーは、装置全体とともにあるいは装置とは別にそれ自身が、公知方法によって、昇降することができる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
上記のタイプの取付装置に関しては、極度に要求が大きい。取り付けられたチップをさらに処理するために（ワイヤボンダーにおける集積回路の接続）、チップは、基板上に正確に配置されなければならない。そのためには、チップグリッパーによって第２位置へと同程度に正確に到着することが必要であり、また、チップを持ち上げるための第１位置に対して予め正確に搬送されていることが必要である。他方、高速であって短いサイクル時間の移動シーケンスが要望されており、このことは、移動対象をなすパーツに対して、大きな加速度と慣性力とを引き起こす。
【０００３】
現在までのところ、チップグリッパーの往復移動を引き起こすために、様々なレバー機構が使用されてきた。レバー機構には、ガイドスロットが（例えば、公知のマルターゼ伝達構成のようにして）設けられることがある。このようなスロットは、スロットどうしの間に大きな剪断力が発生することのために正確な移動を得ることに関しては不利であり、相応の対処をしなければならない。他の公知機構においては、チップグリッパーは、前後に回転するレバーの端部に配置されている。言い換えれば、チップグリッパーは、レバーの揺動移動に対応した湾曲移動をする。この場合には、端部において停止する際に常に、強い振動（ぶれ）を伴ってしまう。したがって、公知の構成であると、正確さや速度といった実用的な要求を満たすことが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、上述のタイプの半導体取付装置に関して、従来技術において存在している欠点を克服することである。つまり、ピックアップおよび配置機構を、両端位置においてチップグリッパーを正確に位置させることができ、かつ、迅速な前後移動を可能としてサイクル時間を短縮し得るようなものとすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１記載の特徴点を有した本発明によって解決される。本発明によれば、装置のレバー機構は、第１位置と第２位置との双方から等距離の位置に設けられたシャフト上に配置されているとともに、２つの端部位置の間にわたる各回転方向に交互に駆動され、さらに、各端部位置においては前記位置のうちのいずれかを向いて配置された、第１回転レバーを具備している。第１回転レバーの端部には、第２回転レバーが取り付けられている。第２回転レバーは、第１回転レバーの回転移動に対して、特定のギヤ比でもって、第１回転レバーの回転方向とは逆方向に駆動される。第２回転レバーの端部には、チップグリッパーが連結されている。前記ギヤ比、および、２つの回転レバーの長さは、第１回転レバーの２つの端部位置において、２つの回転レバーが互いに直線状をなし、かつ、チップグリッパーが前記位置のうちの一方に到達するように、互いに適合されている。
【０００６】
上記適合は、
ｎ＝３６０°／Φ； ｈ１／ｈ２＝ｎ−１； ｈ１＋ｈ２＝Ｓ
が満たされることによって達成される。ここで、
ｎ：ギヤ比、
Φ：端部位置どうしの間にわたっての、第１回転レバーの回転範囲、
ｈ１：第１回転レバーの長さ、
ｈ２：第２回転レバーの長さ、
Ｓ：第１回転レバーの回転軸と、第１位置または第２位置と、の間の距離、
である。
【０００７】
理解されるように（後述の具体例を参照することによっても）、適合条件を満たした様々な、回転範囲、ギヤ比、および、レバー比率を有した様々な実施形態が可能である。本発明の目的に対しては、このタイプのレバー機構において、主に重要なことは、各移動サイクルの終了時に、チップグリッパーが、常に、伸長したレバー方向において、端部位置（第１位置または第２位置）に到達することである。言い換えれば、レバーの長さ方向に対して直交する向きの移動成分が消失することである。その場合、加速されたチップグリッパーの慣性力は、レバーの伸長方向に機能し、伸長位置の安定化に特定の方法で寄与する。最後に、伸長位置における第１回転レバーの偶発的な過回転（第１回転レバーは、回転範囲の端部において停止しなければならない）は、チップグリッパーの端部位置における影響を消失させる。このような有利な運動特性および動特性は、本発明による取付装置に精度が高くかつ長期にわたって安定な配置精度をもたらすとともに、サイクル時間を短くする。
【０００８】
本発明の特に単純で有利な実施形態は、回転範囲がΦ＝１８０°であり、ギヤ比がｎ＝２であり、レバー比率がｈ１／ｈ２＝１である場合に得られる。このようなパラメータを備えたレバー機構は、いわゆる直線型機構として公知である。直線型機構とは、移動を受ける部材が、この場合にはチップグリッパーが、直線的に移動することを意味している。
【０００９】
上述のように、本発明による装置は、原理的に、他のパラメータを使用して構成することができる（整数でないｎを使用することさえできる）。請求項１に記載の本発明による装置のさらに他の構成は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明を、実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による半導体取付装置を簡略化して示す側面図である。
図２は、図１の装置を示す平面図である（ウェハおよび基板は省略されている）。
図３および図４は、図１および図２の装置におけるタイミング図である。
図５は、他の実施形態を示す平面図である。
図６は、規制手段を示す図である。
【００１２】
図１および図２に示す半導体取付装置は、詳細には示しておらず公知の「ダイボンダー」と称される取付装置の一構成要素である。目的は、チップグリッパー２０を使用して、第１位置Ａにおいてチップキャリア３２から半導体チップ３０を持ち上げ、チップグリッパーを移動させ、さらに、第２位置Ｂにおいて基板３８上にチップを配置する動作（「ピックアップおよび配置」）を繰り返すことである。ウェハ３５のチップを搭載したチップキャリア３２（典型的には、接着箔）は、移動可能なウェハテーブル３４上に配置されている。ウェハテーブル３４は、次なるチップ３０を位置Ａに移動させることができる。例えば金属製リードフレームとされた基板３８は、「インデクサー（indexer）」 と称される移動手段上に配置されている。インデクサーは、位置Ｂにおいて次なるチップを受領し得るよう自由な基板位置をもたらすために、基板をステップ的に前進させる。ウェハテーブルおよびインデクサーは、公知の構成要素であって、本発明の主題ではないので、詳細には図示していない（図２においては完全に省略されている）。チップ３０を持ち上げてその後チップ３０を配置するために、チップグリッパー２０（いわゆるボンディングヘッドの構成要素）は、図１において概略的に矢印で示すように、ピックアップおよび配置装置に対して、上下に移動することができる。一方、装置も、また、全体的に鉛直方向に移動可能であるように構成されている（図１）。
【００１３】
図１および図２に示すピックアップおよび配置装置は、シャフト４上に位置している第１回転レバー１０を備えている。シャフト４は、（図２に示すベアリング３によって）位置Ａ、Ｂ間の中央に保持されている。つまり、レバー１０の回転軸は、位置Ａ、Ｂから同じ距離Ｓの位置に位置している。第１回転レバーの端部には、シャフト１４を介して、第２回転レバー１２が取り付けられている。第２レバーの端部には、軸１６を介して、スライド体１８が連結されている。スライド体１８は、チップグリッパー２０を搭載しており、位置Ａ、Ｂ間にわたって延在している直線状ガイド１９に沿ってスライドする。
【００１４】
例えばモータ１と歯付きベルト機構２と（図２にのみ示す）からなるような固定された回転アクチュエータが、シャフト４を介して、第１レバー１０を、交互に逆回転させるように駆動する。その結果、レバー１０は、それぞれ位置Ａ、Ｂを向いている２つの端部位置Ｅａ、Ｅｂ間の回転範囲Φを掃引する。図１においては、回転したレバーの端部位置およびチップグリッパーの端部位置が一点鎖線で示されており、途中位置（レバー１０の回転角度がφ１である位置）が実線で示されている。第１回転レバー１０の端部位置Ｅａ、Ｅｂは、モータ１の適切な駆動制御によって決定され、維持される。
【００１５】
第２回転レバー１２は、第１レバー１０に対して「受動的に」追従するわけではなく、第１レバー１０に対して所定のギヤ比でもって、第１レバー１０の回転方向とは反対方向に駆動される。図示の例においては、この駆動は、歯付きベルト６によってもたらされる。歯付きベルト６は、シャフト４と同軸の固定された歯車５と、シャフト１４上に設けられた歯車７と、の間にわたって巻回されている（歯付きベルト６に代えて、両方の歯車５，７に噛合する中間歯車を、レバー１２上に設けることができる）。このようにして、２つのレバー１０，１２の回転運動（それぞれの回転角度はφ１およびφ２）が、特定の様式で連携されている。
【００１６】
与えられた回転範囲Φが１８０°である場合には、レバー１０，１２間のギヤ比ｎは、２とされる。すなわち、レバーの各位置において、レバー１０に対してのレバー１２の角度φ２は、常に、レバー１０の回転角度φ１の２倍である。また、レバー１０，１２が同じ長さｈ１およびｈ２とされていて、２つのレバーの長さの合計ｈ１＋ｈ２が距離Ｓに等しいことが重要である。このようにして、ギヤ比ｎおよびレバー長さｈ１，ｈ２は、上述の比率に対応して、１８０°という回転角度Φに適合している。その結果、第１回転レバー１０の各端部位置Ｅａ、Ｅｂにおいては、２つの回転レバー１０，１２は、互いに直線状をなし、チップグリッパー２０が、位置ＡまたはＢのいずれかに配置される。
【００１７】
図１および図２に示すレバー機構は、直線機構の性質を有している。すなわち、第２回転レバー１２のの端部（軸１６）が、直線Ｇ上を移動する。このことは、スライド体１８から直線状ガイド１９に対して、剪断力やモーメントが一切もたらされないことを意味している。スライド体１８とレバー１２との間のこのような案内および関節結合は、本質的に、チップグリッパーの搬送時におけるチップグリッパーの向きを一定に維持するという機能だけを有している（レバー１２とチップグリッパー２０との間が堅固に連結されている場合には、チップグリッパー２０は、搬送されるチップ３０とともに、チップキャリア３２および基板３８がなす平面に対してそれぞれ１８０°だけ回転する）。図１から容易にわかるように、チップグリッパーは、２つの回転レバーの直線配置のおかげで、つまり、軸４，１４，１６といった複数の長さ方向軸が直線Ｇ上に位置することのおかげで、位置ＡまたはＢ上へと、高精度で到達する。このような直線状配置においては、全体構成は、高度に堅固である。このようにして、チップキャリアからのチップ３０の正確の持上、および、基板上へのチップ３０の正確な取付のための必須条件が、満たされる。
【００１８】
図３は、回転角度φ１が時間ｔに対して線形的に変化するという理想的な仮定の下での、ＡからＢへの移動サイクル時におけるまた逆にＢからＡへの移動サイクル時における、移動距離ｓ、速度ｖ、および、加速度ａの時間特性を示している。図からわかるように、図１および図２に示すレバー機構においては、３つのすべての値ｓ、ｖ、および、ａは、調和関数にしたがって変化する。しかしながら、交互移動においては、図３に見られるような急速な駆動開始および駆動停止は、実現されない。図４は、端部領域における駆動の「ソフトな」開始およびブレーキングを使用した、実用的な条件下での、ｓ、ｖ、および、ａの特性を示している。
【００１９】
図１および図２の実施形態においては、レバー１０，１２の回転移動は、鉛直面内において起こる。すなわち、チップキャリア３２や基板３８に対して直交する面内において起こる。この場合、レバーの軸が垂直であり、そのため、チップキャリア面や基板面と平行な水平面内を複数のレバーが移動するような、他の実施形態を想定することができる。その場合、チップグリッパーは、第２回転バーの端部に対して堅固に連結することができ、（図１および図２における直線状ガイド１９に対応した）長さ方向ガイドは、原則として不要である。しかしながら、ウェハテーブル上におけるチップキャリアの向きに関しては、ＡからＢに向けての経路に沿った平面内においてチップが１８０°だけ回転することを考慮しなければならない。このような変形形態においては、チップグリッパーの（および第２回転レバーの）鉛直位置および側方位置のための端部係止体を設けておくことが有利である。
【００２０】
図５には、本発明による半導体取付装置の他の例が平面図で示されている。この例においては、回転レバー１０’、１２’は、水平回転するように構成されており、図１および図２の例と比較してパラメータが変更されている。この構成においては、回転範囲Φ’は、１２０°であり、対応して、ギヤ比ｎが３であって、レバー長さの比ｈ１／ｈ２は、２である。この場合にも、異なる長さとされたレバー長さの合計ｈ１＋ｈ２は、第１回転レバー１０’の軸４’と、位置ＡまたはＢと、の間の距離Ｓに等しいものとされている。
【００２１】
第１回転レバー１０’の軸４’は、Ａ、Ｂ間の中間垂直線上に取り付けられている。これにより、端部位置ＥａおよびＥｂにおいては、レバー１０’および第２回転レバー１２’は、互いに直線状をなし、位置Ａ、Ｂへと直面する。この場合には第２レバー１２’の端部に対して堅固に固定されたチップグリッパー２０’は、位置Ａ、Ｂ間にわたって搬送される。レバー１０’の交互回転駆動装置（図示せず）は、図２のものと同様に構成することができる。しかしながら、この場合には、上記の通り、回転範囲は、わずか１２０°である。この場合にも、端部位置ＥａおよびＥｂは、駆動モータの適切な制御によって決定される。この場合においても、固定された歯車５’と歯車７’との間に巻回された歯付きベルト６’が、第２回転レバー１２’の反対向きの駆動のための連結をもたらすよう機能している。歯車７’は、シャフト１４’を介して、レバー１２’に対して連結されており、その歯数は、歯車５’の歯数の３分の１とされている。したがって、レバー１０’に対しての、レバー１２’の回転角度φ２は、常に、レバー１０’の回転角度φ１の３倍である。
【００２２】
各チップ３０は、ＡからＢに向けての経路に沿って、１２０°回転を受ける。したがって、ウェハ３５は、Ｅａに対して平行にまた垂直にチップのエッジを向かせなければならない。そのため、ウェハテーブル３４の変位は、図６において矢印で示すような向きとしなければならない。
【００２３】
よって、この変形例においても、上記パラメータは、端部位置Ｅａ、Ｅｂにおける２つの回転レバーの対しての、直線状配置のための基準を満たす。この場合、チップグリッパー２０’は、Ａ、Ｂ間を直線的に移動するのではなく、湾曲経路Ｔに沿って移動する。Ａ、Ｂにおける端部位置Ｅａ、Ｅｂは、この経路Ｔに対して接線的である。このことは、この場合においても、チップグリッパーがＡまたはＢに到達するに際して、ＥａおよびＥｂに対して直交するような移動成分が消失していることを意味している。よって、この例における構成は、先の例におけるものと同様の有利さを有している。
【００２４】
２つの回転レバー１０’、１２’を備えたピックアップおよび配置装置の構成は、さらに、端部位置ＥａおよびＥｂにおいてチップグリッパーの移動を案内するとともにそれによって急速な停止時における回転レバー１２’およびチップグリッパー２０’の揺動を効率的に防止し得るような規制手段の使用を可能とする。図６は、端部位置Ｅｂに到達する直前箇所における回転レバー１２’を示している。回転レバー１２’は、２つの端面４１ａ、４１ｂを有したＴ字形端部４１を備えている。チップグリッパー２０の中心は、破線に沿って移動する。端面４１ａ、４１ｂは、それぞれ、曲線４３ａ、４３ｂに沿って移動する。ピックアップおよび配置装置は、チップグリッパー２０の移動方向に対して側方に設けられた規制手段４４を備えている。規制手段４４の面４４ａ、４４ｂは、それぞれ、曲線４３ａ、４３ｂに適合するものとされている。これにより、回転レバー１２’の面４１ａ、４１ｂは、規制手段４４の面４４ａ、４４ｂにそれぞれってスライドする。
【００２５】
図１および図２の実施形態においては、規制手段でもって、直線状ガイド１９を置換することができる。
【００２６】
１つの回転レバーしか備えていないピックアップおよび配置装置と比較しての、２つの回転レバーを備えたピックアップおよび配置装置の利点は、特に、端部位置ＥａおよびＥｂにおけるチップグリッパー２０の停止を、規制手段を使用することによって改良することができることであり、また、レバーアームの長さが短いことのために回転時の遠心力が小さいことである。また、レバーアームの長さが短いことは、駆動源における電力消費を小さくする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による半導体取付装置を簡略化して示す側面図である。
【図２】 図１の装置を示す平面図である（ウェハおよび基板は省略されている）。
【図３】 図１および図２の装置におけるタイミング図である。
【図４】 図１および図２の装置におけるタイミング図である。
【図５】 他の実施形態を示す平面図である。
【図６】 規制手段を示す図である。
【符号の説明】
４ シャフト
５ 歯車
６ 歯付きベルト
７ 歯車
１０ 第１回転レバー
１０’ 第１回転レバー
１２ 第２回転レバー
１２’ 第２回転レバー
１４ シャフト
１８ スライド体
１９ ガイド部材
２０ チップグリッパー
２０’ チップグリッパー
３０ チップ
３２ チップキャリア
３８ 基板
４４ 規制手段
Ａ 第１位置
Ｂ 第２位置
Ｅａ 端部位置
Ｅｂ 端部位置
ｈ１ 第１回転レバーの長さ
ｈ２ 第２回転レバーの長さ
ｎ ギヤ比
Φ 第１回転レバーの回転範囲

Claims (10)

1. 基板（３８）上にチップを置くための装置であって、
   第１シャフト（４）が第１位置（Ａ）と第２位置（Ｂ）との双方から等距離の位置に設けられたものである場合に、この第１シャフト（４）に対して一端が取り付けられた第１回転レバー（１０）と、
   前記第１回転レバー（１０）の他端に対して第２シャフト（１４）を介して取り付けられた第２回転レバー（１２）であるとともに、前記第１および第２回転レバー（１０、１２）の長さの合計が、前記第１シャフト（４）から前記第１位置（Ａ）までの距離、あるいは、前記第１シャフト（４）から前記第２位置（Ｂ）までの距離、と等しいものとされているような、第２回転レバー（１２）と、
   この第２回転レバー（１２）の一端に配置されたチップグリッパー（２０）と、
   前記第１回転レバー（１０）が前記第１位置（Ａ）を向いている第１端部位置（Ｅａ）と、前記第１回転レバー（１０）が前記第２位置（Ｂ）を向いている第２端部位置（Ｅｂ）と、の間の角度範囲（Φ）の間にわたる各回転方向に前記第１回転レバー（１０）を交互に回転駆動させるための回転アクチュエータと、
   前記第１回転レバー（１０）の回転方向とは逆方向に前記第２回転レバー（１２）を回転駆動させるための駆動機構と、
   を具備し、
   前記第１回転レバー（１０）の前記第１および第２端部位置（Ｅａ、Ｅｂ）においては、前記第１および第２回転レバー（１０，１２）が互いに直線状をなしていることを特徴とする装置。
2. 前記２つの回転レバー（１０，１２）は、前記基板（３８）に対して垂直な平面内において回転することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記端部位置（Ｅａ、Ｅｂ）どうしの間にわたっての、前記第１回転レバー（１０）の回転範囲（Φ）が１８０°であることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記第２回転レバー（１２）の他端には、ガイド部材（１９）に沿って移動可能でありかつ前記チップグリッパー（２０）を搭載したスライド体（１８）が連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記２つの回転レバー（１０’，１２’）は、前記基板（３８）に対して平行な平面内において回転することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記端部位置（Ｅａ、Ｅｂ）どうしの間にわたっての、前記第１回転レバー（１０’）の回転範囲（Φ）が１２０°であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記チップグリッパー（２０’）が、前記第２回転レバー（１２’）の前記他端に堅固に固定されていることを特徴とする請求項５または６記載の装置。
8. 前記端部位置（Ｅａ、Ｅｂ）に、前記第２回転レバー（１２’）のための規制手段（４４）が、前記チップグリッパー（２０）の移動方向に関して側方に設けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記駆動機構が、前記第１シャフト（４）上に同軸的に固定された第１歯車（５）と、前記第２シャフト（１４）上に同軸的に固定された第２歯車（７）と、これら第１および第２歯車（５、７）の間にわたって巻回されたベルト（６）と、を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記駆動機構が、前記第１シャフト（４）上に同軸的に固定された第１歯車（５）と、前記第２シャフト（１４）上に同軸的に固定された第２歯車（７）と、これら第１および第２歯車（５、７）に対して係合しつつ前記第１回転レバー（１０）上に取り付けられた中間歯車と、を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。

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