JP4397349B2

JP4397349B2 - チップボンディング装置

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Publication number: JP4397349B2
Application number: JP2005148425A
Authority: JP
Inventors: 修角谷; 正人辻
Original assignee: Shinkawa Ltd
Current assignee: Shinkawa Ltd
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-05-20
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Description

本発明は、チップボンディング装置に係り、より詳しくは、ボンディングヘッドを用いてチップをチップ供給部からボンディング対象位置に搬送し、そこでチップをボンディング対象にボンディングするチップボンディング装置に関する。

半導体チップに関するボンディング装置の中では、いわゆるダイボンディング装置と、ワイヤボンディング装置がよく知られている。前者は、チップコレットを組み込んだボンディングヘッドを用いてチップをチップ供給部から回路基板等のボンディング対象位置に搬送し、そこでチップをボンディング対象である回路基板にボンディングする。チップはダイとも呼ばれることがあるので、このボンディングは、ダイボンディングと称されることがある。これに対し、ワイヤボンディング装置は、このようにして回路基板等にダイボンディングされたチップについて、その信号端子等を回路基板に対して接続するために用いられる。すなわち、チップの表面に配置されボンディングパッドと呼ばれるチップ側接続端子と、回路基板に配置されボンディングリードと呼ばれる基板側接続端子との間を、金細線等のワイヤを保持するキャピラリと呼ばれるツールを備えるボンディングヘッドを用いて、ワイヤによって相互間を接続する。このボンディングは、周知のようにワイヤボンディングと称される。

ダイボンディングにせよ、ワイヤボンディングにせよ、ボンディングヘッドは、３次元空間における任意の２つの位置の間を高速に移動する。すなわち、いずれの場合もボンディングヘッドは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれに移動可能とされる。このボンディングヘッドのＸＹＺ移動機構については、Ｘ軸方向に移動可能なＸテーブル、Ｘテーブルの上に搭載されＹ軸方向に移動可能なＹテーブル、Ｙテーブルの上に搭載されＺ軸方向に移動可能なＺテーブルの積層構造を用いることができる。しかしながら、この積層構造においては、下部のテーブルほどその上部に搭載される質量及び慣性を支持するために、より多くの駆動力を要し、また、積層構造のために駆動力が移動対象の重心に必ずしも印加されない等の課題を生じる。

例えば、特許文献１には、Ｘ軸テーブルの上にＹ軸テーブルが設けられるいわゆるＸＹテーブルにおいて、Ｙテーブルの上に重いボンディングヘッドが取り付けられるとき、Ｘ軸テーブルをＸ軸ＶＣＭで、Ｙ軸テーブルをＹ軸ＶＣＭでそれぞれ駆動すると、可動部の重心に駆動力が作用しなくなることが述べられる。そしてここでは、Ｙテーブルを、Ｘ軸ＶＣＭ及びＹ軸ＶＣＭを用いてＸＹ平面内で駆動する構成が開示されている。この場合、Ｘ軸ＶＣＭの固定子及びＹ軸ＶＣＭの固定子は土台に固定され、Ｘ軸ＶＣＭの可動子及びＹ軸ＶＣＭの可動子がＹテーブルに取り付けられる。

また、特許文献２には、ダイボンディング装置において、コレットの上下動を行うための機構と半導体ダイにダイボンディング加圧力を与えるための機構があるために装置の体積や重量が大きくなることが述べられる。そしてここでは、リニアモータを用い、さらにコレットの上下方向の位置を検出する位置センサを設け、リニアモータによってコレットに対し等速運動及び等加速度運動を行わせることで、加圧力を与えるための機構を不要として、ダイボンディング装置の重量及び体積を低減させる構成が開示されている。

特開２００１−１４８３９８号公報特開平６−０１３４１６号公報

上記特許文献２においては、Ｚ軸駆動機構の軽量化が提案されている。したがって、これを用いることで、ＸＹテーブル、特にＺ駆動機構が搭載されるＹテーブルの駆動負荷がある程度軽減されることが考えられる。しかしながら、ＸＹテーブルの上にＺ軸駆動機構が搭載することについてはそのままであるので、さらにＹ軸方向の移動の高速化を図るには限度がある。例えば、高速化に伴い、Ｙモータが過負荷となって発熱等が過大となり、ボンディング装置自体の動作に支障が生じうる。

本発明の目的は、チップをボンディング対象物にボンディングする際に、Ｙテーブルの負荷をさらに軽くすることを可能とするチップボンディング装置を提供することである。

本発明は、チップボンディング装置の分野に絞り、ワイヤボンディング装置を対象としていない。その理由は、この両者におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の移動速度に相違があることに注目したからである。すなわち、ワイヤボンディング装置においては、チップのボンディングパッドと回路基板のボンディングリードとの間をワイヤでボンディングし、しかも１つのチップについて多数のワイヤボンディングを繰り返すため、このＸＹ移動の速度をどれくらい速くするかを問題にするとき、Ｘ軸方向の移動速度もＹ軸方向の移動速度も、ほぼ同程度に高速であることが要求される。

これに対し、チップボンディング装置は、１つのチップを、チップ供給部からボンディング対象の位置に移動させるものであるので、通常、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれかは他方に比べ非常に低速でよく、ほとんど動かない場合もある。一般的には、Ｘテーブルの移動速度は、ほかのＹテーブル、Ｚテーブルの移動速度に比べかなり低速でよい。したがって、チップボンディング装置においては、このＸテーブルが低速であることを利用して、Ｙテーブルの負荷をさらに軽くすることができれば、Ｙテーブルの過負荷による発熱を防止し、さらに高速化が可能となるはずである。

本発明に係るチップボンディング装置は、Ｘ軸方向に低速駆動されるＸテーブルと、Ｘテーブル上でＹ軸方向に高速駆動されるＹテーブルと、ボンディングヘッド部が搭載されるＺテーブルと、駆動コイル部と磁石部とで構成される固定子部と可動子部とを有し、ＺテーブルをＺ軸方向に高速駆動するＺ駆動モータと、を備えるチップボンディング装置であって、Ｚ駆動モータは、固定子部と可動子のうち、重い質量または大きな慣性を有する固定子部がＸテーブルに設けられ、軽い質量または小さな慣性を有する可動子部がボンディングヘッド部に接続され、Ｙテーブル上に設けられた案内に沿ってＺ軸方向に移動可能であり、固定子部と可動子部との協働によって可動子にＺ軸方向の駆動力を生じさせることを特徴とする。

上記構成により、Ｚ駆動モータを構成する固定子部と可動子部のうち、重い質量、大きな慣性を有する固定子部をＸテーブルに搭載させる。Ｘテーブルは低速駆動されるので、Ｚ駆動モータの固定子部の負荷をさらに負うことにしてもその特性上への影響は少ない。一方、Ｙテーブル上の負荷は、Ｚ駆動モータの固定子部の負荷がなくなるので、より軽い負荷とできる。したがって、チップボンディング装置の高速化が図れる。

また、本発明に係るチップボンディング装置において、可動子部は、ボンディングヘッド部に接続され、ＹＺ平面内で扁平な駆動コイル部であって、固定子部は、磁性体のヨークと、駆動コイルに向かい合い、駆動コイルのＹＺ平面内の移動範囲全体をカバーする対向面積を有する磁石部と、を有することが好ましい。

また、固定子部は、駆動コイルのＹＺ平面を挟んで、両側にそれぞれ配置されることが好ましい。

また、固定子部は、駆動コイルのＹＺ平面を挟んで、いずれか片側に配置されることがより好ましい。この構成により、固定子部のより小型化、薄型化が図れる。また、固定子部を磁石とする場合には、駆動コイルの両側に配置される場合に比べ、対向する磁石間の吸引力がないので、固定子部に余計な力がかかることを防ぎ、より低い剛性の構成が可能となり、小型化、軽量化に貢献する。

また、本発明に係るチップボンディング装置において、可動子部は、Ｚ軸方向に沿って配置される複数の駆動コイルであって、各駆動コイルの協調的な駆動によって全体としてＺ軸方向に沿って移動する駆動磁場を形成するように駆動される複数の駆動コイルを有し、固定子部は、Ｚ軸方向に交互に極性を変えて配置される複数の固定子磁石であって、各駆動コイルによって形成される駆動磁場と協働して可動子部にＺ軸方向の駆動力を生じさせる極性配置関係で配置される複数の固定子磁石を有することが好ましい。

上記構成により、Ｚ駆動モータは、交流駆動リニアモータとなり、直流駆動リニアモータの場合に比べ、駆動コイルの移動範囲を覆う磁石の対向面積をより少なくできる。したがって、小型化、軽量化に寄与する。

また、本発明に係るチップボンディング装置において、可動子部は、相互に駆動位相が１２０度相違するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイルがＺ軸方向に沿って配置されることが好ましい。

上記のように、本発明に係るチップボンディング装置によれば、チップをボンディング対象物にボンディングする際に、Ｙテーブルの負荷をさらに軽くすることが可能となる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、チップボンディング装置として、いわゆるダイボンディング装置について説明するが、ボンディングヘッドを用いてチップをボンディング対象物の位置に搬送し、そこでチップをボンディング対象物にボンディングする装置であって、Ｘテーブルが他の移動テーブルに比較して低速に移動駆動される装置であれば、ダイボンディング以外の用途のものであってもよい。たとえば、フェースダウンボンディング装置であってもよい。また、ＬＳＩチップ以外の電子部品を回路基板等のボンディング対象物にボンディングする装置であってもよい。なお、ボンディング対象物は回路基板として説明するが、一般的な配線樹脂基板のほか、リードフレーム等であってもよい。また、以下において、他に比べて低速駆動されるテーブルをＸテーブルとし、これに直交方向に駆動されるものをＹテーブル、ボンディングヘッドが搭載されるテーブルをＺテーブルとするが、これは命名の都合であって、他の名称であってももちろん構わない。

図１は、チップボンディング装置としてのダイボンディング装置１０の構成図である。ここでは、ボンディングヘッド４２を含む図１に示すＸＺ平面で切ったときの左半分の構成を示し、さらにＺモータ磁石部６０の一部を破断した様子が示される。なお右半分もほぼ同様の構成である。図２から図４は、ダイボンディング装置１０の部分説明図で、図２は、ＸＺ平面で示す側面図で、但しＺ固定子取付部２６を含むＸテーブル２０の構成要素等を省略したものであり、図３は、図２の状態からＺモータ磁石部６０を取り外したときのＺテーブル４０の様子を示すもので、ただし、Ｚモータ駆動コイル部５０の外形を破線で示したものであり、図４は図２の状態のものを−Ｚ方向から見たときの様子を示す底面図である。

ダイボンディング装置１０は、図１に示すように相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ移動駆動されるＸテーブル２０、Ｙテーブル３０、Ｚテーブル４０を用い、Ｚテーブル４０に取り付けられるボンディングヘッド４２を３次元の任意の位置に移動させ、ダイボンディング作業を行わせることができる装置である。より詳しくは、ボンディングヘッド４２を用いて、図示されていないチップ供給部においてチップを吸着保持し、その位置から、図示されていないボンディング対象物である回路基板の所定のボンディング位置に搬送し、その所定の位置において適当なボンディング荷重をかけてチップを回路基板に押し付け、適当な加熱条件の下で、チップを回路基板に接合させる機能を有する装置である。

ダイボンディング装置１０は、固定台である架台１２の上に順次配置されるＸテーブル２０、Ｙテーブル３０、Ｚテーブル４０を有し、Ｚテーブル４０にボンディングヘッド４２が取り付けられ、これらの要素は制御部７０に接続される。制御部７０は、Ｘテーブル２０、Ｙテーブル３０、Ｚテーブル４０をそれぞれ動作駆動するＸ駆動部７２、Ｙ駆動部７４、Ｚ駆動部７６、これらの総合的なシーケンスの制御を通してボンディングヘッド４２のボンディング作業を制御するボンディング処理部７８を含む。ここで、Ｘテーブル２０、Ｙテーブル３０、Ｚテーブル４０の順次配置のための各要素は、以下のように構成される。

まず、ダイボンディング装置１０の固定部分である架台１２の上にＸ軸方向に延びて配置されるＸレール１４と、Ｘレール１４によってＸ軸方向の移動が案内されるＸテーブル２０が配置される。したがって、Ｘテーブル２０は、ＸＹ平面内でＸ軸方向に移動可能である。Ｘテーブル２０の移動駆動は、制御部７０の制御の下で図示されていないＸ駆動モータによって行われる。

そして、Ｘテーブル２０には、Ｙレール台２２が固定して取り付けられ、Ｙレール台２２上にＹ軸方向に延びる２本の平行なＹレール２４が配置される。また、後述するＺモータ磁石部６０を保持するためのＺ固定子取付部２６が、Ｙレール台２２のＹ軸方向の端部からアーム状にＸ軸方向に延びて設けられる。Ｙテーブル３０は、このＹレール２４，２５によってＹ軸方向の移動が案内されるように配置される。したがって、Ｙテーブル３０は、ＹＺ平面に平行な面内でＹ軸方向に移動可能である。

Ｙテーブル３０の移動駆動は、Ｙレール台２２に固定して設けられるＹモータ固定磁石３４と、Ｙテーブル３０に固定されるＹモータ駆動コイル３６とで構成されるＹ駆動モータによって、制御部７０の制御の下で行われる。Ｙモータ駆動コイル３６は、ＹＺ平面内で扁平なコイルである。Ｙモータ固定磁石３４は、Ｙモータ駆動コイル３６の扁平形状を挟んで両側に配置され、やはりＹＺ平面内で扁平な２つの平板状磁石である。２つの平板状磁石は、向かい合う面の極性が互いに逆となるように配置される。したがって、Ｙモータ固定磁石３４は、ＹＺ面に平行な磁気ギャップを有し、Ｘ軸方向の磁界を発生する２つの対向する磁石であり、その磁気ギャップの中にＹモータ駆動コイル３６が配置される。ここで、Ｙモータ駆動コイル３６に駆動電流が供給されると、Ｙモータ駆動コイル３６を流れるＺ軸方向に平行な成分と、Ｙモータ固定磁石３４のＸ軸方向の磁界との協働作用により、Ｙ軸方向の駆動力を発生し、したがって、Ｙモータ駆動コイル３６に接続されるＹテーブル３０をＹ軸方向に移動駆動することができる。

また、Ｙテーブル３０の上にはＺ軸方向に延びるＺレール３２が配置され、それに案内されるＺテーブル４０が設けられる。したがってＺテーブル４０は、ＹＺ平面内でＺ軸方向に移動可能である。Ｚテーブル４０は、図１に示すように−Ｚ軸方向に延び、その先端にボンディングヘッド４２が取り付けられる。

Ｚテーブル４０の移動駆動は、Ｚテーブル４０に固定して設けられるＺモータ駆動コイル部５０と、Ｘテーブル２０から延びるＺ固定子取付部２６に取付けられるＺモータ磁石部６０とによって、制御部７０の制御の下で行われる。Ｚモータ駆動コイル部５０とＺモータ磁石部６０とは、Ｚテーブル４０をＺ軸方向に移動駆動するための３相駆動リニアモータであるＺ駆動モータを構成し、前者がＺモータ可動子、後者がＺモータ固定子に相当する。そして、この構成により、Ｚ駆動モータは、１つのテーブルに搭載されるのではなく、重い固定子はＸテーブル２０上に、そして軽い可動子はＹテーブル３０の上のＺテーブル４０上に、それぞれ分けられて搭載される。

Ｚモータ駆動コイル部５０は、ＹＺ平面内で扁平な３つのコイル５２から構成される。これら３つのコイル５２は、適当な支持体の上に配置され、樹脂で扁平平板状に成形され、その扁平樹脂平板形状のものがＺテーブル４０上に取り付けられる。３つのコイルは、それぞれ３相駆動リニアモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動モータ巻線に相当する。それぞれのコイル５２は、Ｚ軸方向に沿って例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に並べて配置される。各コイル５２は、Ｙ軸方向に沿った巻線成分と、Ｚ軸方向に沿った巻線成分とを有するが、前者がＺ駆動モータの駆動力を発生する部分であるので、後者に比べ十分長くなるように設定される。すなわち各コイル５２は、Ｙ軸方向に長手軸を有する矩形、または長円形状を有する。各コイル５２の２端子は、それぞれ制御部７０のＺ駆動部７６に接続される。Ｚ駆動部７６は、駆動回路を含む制御回路で構成される。

Ｚモータ磁石部６０は、Ｚモータ駆動コイル部５０の扁平面に平行に、すなわちＹＺ平面に平行に配置され、Ｚモータ駆動コイル部５０に対しＸ軸方向の磁界を供給するものである。具体的には、複数の磁石６２が、Ｚ軸方向に複数行、Ｙ軸方向に複数列配置される。これらの磁石は、適当な支持板体の上に配置され、平板形状のものがＺ固定子取付部２６を介し、Ｘテーブル２０上に取り付けられる。

Ｚモータ磁石部６０のＹＺ平面内の大きさは、Ｚモータ駆動コイル部５０の移動範囲全体をカバーする対向面積を有するように設定される。具体的に、Ｙテーブル３０のＹ方向の移動量であるＹストロークをＳ_Y、Ｚテーブル３０のＺ方向の移動量であるＺストロークをＳ_Z、３つのコイル５２のＹ軸方向に沿って測った端部から端部までの長さをＬ_Y、コイル５２のＺ軸方向に沿って測った端部から端部までの長さをＬ_Z、コイル５２のＺ軸方向に沿った巻線成分の巻線幅であってＹ軸方向に沿って測った巻線幅をＷ_Y、コイル５２のＹ軸方向に沿った巻線成分の巻線幅であってＺ軸方向に沿って測った巻線幅をＷ_Zとする。このとき、Ｚモータ磁石部６０のＹ軸方向の長さは、（Ｓ_Y＋Ｌ_Y＋Ｗ_Y）、Ｚ軸方向の長さは、（Ｓ_Z＋Ｌ_Z＋Ｗ_Z）以上あることが必要である。

磁石６２は、図１の例では７行配置され、その７行のうち、Ｚ軸方向の両端側の２行を構成する磁石６２のＺ軸方向の長さは、その内側の５行を構成する磁石６２のＺ軸方向の長さの約半分である。両端行の磁石の寸法をこのように内側行の磁石より小さくしたのは、Ｚモータ駆動コイル部５０の移動範囲を考慮して、Ｚモータ磁石部６０のＺ方向の寸法を最小にするためである。したがって、寸法を気にしなければ、両端行の磁石も内側行の磁石と同じ寸法にして磁石６２の寸法互換性を持たせることとしてもよい。この７行の磁石行の極性は、隣り合う行の間で互いに逆極性である。具体的には、Ｚ軸方向に沿って、順にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎと配置される。各行の同じ極性の間での複数列の分割数は、磁石６２の作りやすさで適当に決めてよい。例えば、２つに分割してもよく、それ以上でもよい。また製造方法によっては、分割せず、各行それぞれ１つの磁石で構成してもよい。

各行間のＺ軸方向ピッチは、３相リニアモータの駆動方法に従い、Ｚモータ駆動コイル部５０のコイル５２のＺ軸方向ピッチとの関係で定められる。上記の例では、図２に示されるように、コイル５２の３ピッチが磁石６２の４ピッチとなるように設定されている。換言すれば、固定子４極、可動子３極の３相回転モータの構造を平面展開して３相コアレスリニアモータとした構成とすることができる。したがって、このようなＺモータ駆動コイル部５０とＺモータ磁石部６０とを用い、制御部７０のＺ駆動部７２において、相互に１２０度ずつ相違してずらしたいわゆるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号をそれぞれ３つのコイル５２に供給することで、Ｚモータ駆動コイル部５０とＺモータ磁石部６０とは協働してＺ方向の駆動力を発生し、ＺテーブルをＺ方向に移動駆動することができる。

上記構成のダイボンディング装置１０の動作について以下に説明する。ダイボンディングにおけるチップと回路基板のメカニズムは、金メッキ等の表面処理がされた回路基板にチップの裏面を押し付け、加熱することで接合されるものとする。この場合には、チップトレイ等のチップを整列配置したチップ供給部のピックアップ位置から１つのチップをピックアップし、ヒータ等が配置され回路基板が保持されるボンディング位置まで搬送し、そこで接合が行われることになる。ダイボンディングあるいはチップボンディングのメカニズムとしては、これ以外に、超音波エネルギを用いるものとしてもよい。あるいは、チップ裏面に接着材を付着させて、回路基板の所定の位置に配置して接合するメカニズムとしてもよい。この場合には、接着材を付着させたチップをピックアップして、回路基板の位置の搬送し、そこで接合が行われる。いずれにせよピックアップ位置からボンディング位置への位置決め搬送がダイボンディングの必須の基本工程であるので、以下ではその動作について説明する。

この位置決め搬送は、まずボンディングヘッド４２を、初期位置からピックアップ位置に移動させる。ピックアップ位置は、上記のように架台１２の所定の位置に配置されたチップトレイの、次にピックアップすべきチップの位置である。この、次にピックアップすべきチップの位置の座標及び初期位置の座標は、制御部７０のボンディング処理部７８の機能によって、ボンディング作業のシーケンスと、チップトレイにおけるチップ配置等のデータに基づいて割り出されている。

この初期位置からピックアップ位置への移動は、初期位置のＸＹ座標と、ピックアップ位置のＸＹ座標の差に基づき、ボンディング処理部７８が、Ｘテーブル２０のＸ軸方向移動量ΔＸ₁と、Ｙテーブル２０のＹ軸方向移動量ΔＹ ₁とを算出し、これをＸ駆動部７２とＹ駆動部７４のそれぞれに、Ｘ軸方向移動指令とＹ軸方向移動指令として与える。

Ｘ駆動部７２はその指令に従い、図示されていないＸ駆動モータを駆動してＸテーブル２０をＸ軸方向にΔＸ₁移動させる。同様に、Ｙ駆動部７４は、Ｙ駆動モータを構成するＹモータ駆動コイル３６に所定の駆動電流を与え、Ｙテーブル３０をＹ軸方向にΔＹ₁移動させる。指令された移動量移動したかどうかは、Ｘテーブル２０、Ｙテーブル３０に設けられた位置センサ等を用いて検出され、指令の結果位置との差異を制御部７０にフィードバックされる。

このようにして、ボンディングヘッド４２がピックアップ位置の真上に来ると、ボンディング処理部７８が、Ｚ駆動部７６に指示し、初期位置におけるボンディングヘッド４２のＺ方向の高さ位置から、チップトレイのチップの高さ位置までの高さ差であるΔＺ₁を算出し、Ｚ駆動部７６に、Ｚ軸方向移動指令として与える。なお、Ｘ軸方向移動指令、Ｙ軸方向移動指令、Ｚ軸移動指令をこのように順次与えずに、３次元移動軌跡として与えてもよい。

Ｚ駆動部７４は、ΔＺ₁の移動駆動指令から、３つのコイル５２に対応する相互に１２０度ずつ駆動位相のずれたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流信号を生成し、これらの信号をそれぞれ３つのコイル５２に供給する。これらの３相駆動電流信号がＺモータ駆動コイル部５０に与えられることで、これに対向するＺモータ磁石部６０から供給されるＺ軸方向に所定のピッチで極性が相互に反転する磁界との協働作用により、Ｚ軸方向に駆動力が生じ、Ｚテーブル４０はＺ軸方向に移動駆動される。指令された移動量移動したかどうかは、Ｚテーブル４０に設けられた位置センサ等を用いて検出され、指令の結果位置との差異を制御部７０にフィードバックされる。

このようにして、ピックアップ位置にボンディングヘッド４２が移動して位置決めされると、ボンディング処理部７８が図示されていない吸引部に指示を行い、それによりボンディングヘッド４２はチップトレイの所定のチップを吸引し保持する。すなわち、ボンディングヘッド４２には吸引用のくぼみと真空吸引経路が設けられ、図示されていない真空装置を作動させて、チップをボンディングヘッド４２の先端のチップ保持くぼみに吸引し保持する。

つぎに、ボンディング処理部７８は、ボンディングヘッド４２を、ピックアップ位置からＺ軸方向の適当な上方位置に引き上げる。そしてピックアップ位置からボンディング位置にボンディングヘッド４２を移動させる。ボンディング位置は、上記のように架台１２の所定の位置に配置された回路基板の位置である。この、ボンディング位置の座標は、制御部７０のボンディング処理部７８の機能によってあらかじめ割り出されている。

このピックアップ位置からボンディング位置への移動は、ピックアップ位置のＸＹ座標と、ボンディング位置のＸＹ座標の差に基づき、ボンディング処理部７８が、Ｘテーブル２０のＸ軸方向移動量ΔＸ₂、Ｙテーブル２０のＹ軸方向移動量ΔＹ ₂を算出し、初期位置からピックアップ位置への移動と同様に、これをＸ駆動部７２とＹ駆動部７４のそれぞれに、Ｘ軸方向移動指令とＹ軸方向移動指令として与える。以下、上記に述べたピックアップ位置への移動と同様の内容で、ボンディングヘッド４２はボンディング位置の真上に移動し、そこでボンディングヘッド４２のＺ方向の移動量ΔＺ₂を算出し、Ｚ駆動部７６に、Ｚ軸方向移動指令として与える。そして上記のように３相リニアモータの駆動法により、ボンディングヘッド４２は回路基板の上に下降する。

そこでボンディング処理部７８は図示されていない押付部に指令を出し、チップを回路基板に所定の押付圧で押し付け、適当な加熱条件の下で、チップと回路基板との間の接合を行う。接合が終われば、ボンディング処理部７８はＺ駆動部７６に指令を出し、再びボンディングヘッド４２を上昇させる。そして、次のチップと回路基板との間のボンディング作業に移る。

このようにして、Ｘテーブル２０のＸ軸方向移動、Ｙテーブル３０のＹ軸方向移動、Ｚテーブル４０のＺ軸方向移動を組み合わせることで、ボンディングヘッド４２をＸＹＺ３次元空間の任意の位置に移動させることができる。

このように、ダイボンディング装置１０は、１つのチップを、チップ供給部からボンディング対象の位置に移動させるものであるが、Ｘテーブル２０の移動指令量は小さく、したがってその移動速度はＹテーブル３０、Ｚテーブル４０に比べ非常に低速でよく、移動指令によってはほとんど動かない場合もある。したがって、重いＺモータ磁石部６０をＸテーブル２０に取り付けても、Ｘ駆動モータにとってあまり負担にならない。その反面、Ｙテーブル３０の上には、Ｚテーブル４０と、Ｚモータ駆動コイル部５０が搭載され、重いＺモータ磁石部６０が外されるので、Ｙ駆動モータの負荷が軽くなる。

上記において、３相リニアモータの極性配置は、上記のコイル３ピッチ＝磁石４ピッチ以外でも３相駆動方法が適用される構成であればよい。また、コイル３ピッチ＝磁石４ピッチの関係のもとで、同じＺ軸方向寸法をさらに細かくしてもよい。たとえば、Ｚモータ駆動コイル部５０を、Ｚ軸方向の寸法を同じとして、６つのコイルとしてもよい。このように様々な駆動法を用いることで、Ｚ軸方向の駆動力をそのままにして、Ｚモータ駆動コイル部５０のコイル５２のピッチ寸法を細かくできる。したがって、Ｚモータ駆動コイル部５０のＺ軸方向寸法の長さ（Ｓ_Z＋Ｌ_Z＋Ｗ_Z）においてＷ_Zをかなり小さくすることができ、これにより、Ｚモータ駆動コイル部が単一のコイルからなるいわゆる直流駆動モータの方式に比べ、Ｚ軸方向寸法の長さを小さく抑えることができる。

上記において、Ｚモータ磁石部は、Ｚモータ駆動コイル部の扁平面の片側に配置するものとしたが、Ｙ駆動モータのように、Ｚモータ磁石部を、Ｚモータ駆動コイル部の扁平面の両側に配置することもできる。図５、図６はそのような例の様子を示す図である。これらの図の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図２および図３に対応し、図２、図３と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５は、Ｚモータ磁石部８０が、Ｚモータ駆動コイル部８２の扁平面の両側に配置される。そして、Ｚモータ駆動コイル部８２は、その根元部でＺテーブル８４によって片持ち支持で保持される。これに対し、図６は、Ｚモータ磁石部９０が、Ｚモータ駆動コイル部９２の扁平面の両側に配置される。そして、Ｚモータ駆動コイル部９２は、Ｚ軸方向の両端部がＺテーブル９４に両持ち支持で保持される。

図５、図６のように、Ｚモータ磁石部を、Ｚモータ駆動コイル部の扁平面の両側に配置する場合は、両側に対向して配置される各磁石の極性は相互に相違するように配置される。例えば、図５（ａ）において、Ｚモータ磁石部８０の＋Ｘ側に配置される７行の磁石のＺモータ駆動コイル部８２に向かう面の極性が、＋Ｚ側から−Ｚ側に向かう順に、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎとする。この場合、Ｚモータ磁石部８０の−Ｘ側に配置される７行の磁石のＺモータ駆動コイル部８２に向かう面の極性が、＋Ｚ側から−Ｚ側に向かう順に、Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓとなる。

したがって、図５、図６のように、Ｚモータ磁石部を、Ｚモータ駆動コイル部の扁平面の両側に配置する場合は、向かい合う磁石の間の磁界はＮ極からＳ極に向かう。これを図１、図２のように、Ｚモータ磁石部が、Ｚモータ駆動コイル部の扁平面の片側に配置するものと比較すると、磁界の強さは図５、図６の方式の方が強くでき、Ｚテーブルの駆動力を大きくできる。したがって、図５、図６の構成と同じ駆動力とするためには、図１、図２の磁石は、より強力な磁石、たとえばネオジ磁石等を用いることが望ましい。

一方で、図５、図６の構成においては、両側の磁石の間に吸引力が働く。したがってＺモータ磁石部全体を歪ませ、その間の磁気ギャップを不均一にする恐れがあり、それを防止するため、図５、図６の構成においては、両側の磁石の間に吸引力が働く。したがってＺモータ磁石部全体の剛性を上げる必要がある。したがって、結果的にＺモータ磁石部の質量が増え、慣性が増加し、Ｘ方向の厚みも増加する。これに対し、図１、図２の構成では、そのような吸引力が生じず、Ｚモータ磁石部自体をＸ方向に薄くできる。

したがって、図１、図２の構成のように、Ｚモータ磁石部６０をＺモータ駆動コイル部５０の扁平面の片側に配置するときは、Ｚモータ磁石部６０自体をＸ方向に薄くできるので、Ｚ駆動モータの駆動力の掛かる位置を、Ｚテーブル４０とＺモータ駆動コイル部５０をあわせた可動部分の重心に合わせやすくなる。同様に、Ｙ駆動モータの駆動力の掛かる位置をＹテーブル３０とＺテーブル４０とＺモータ駆動コイル部５０をあわせた可動部分の重心に合わせやすくなる。

なお、上記において、Ｚモータ固定子は磁石、Ｚモータ可動子はコイルとしたが、コイルと磁石の質量、慣性の関係によっては、Ｚモータ固定子をコイル、Ｚモータ可動子を磁石としてもよい。

本発明に係る実施の形態におけるチップボンディング装置としてのダイボンディング装置の構成図である。ここでは、ボンディングヘッド４２を含む図１に示すＸＺ平面で切ったときの左半分の構成を示し、さらにＺモータ磁石部６０の一部を破断した様子が示される。なお右半分もほぼ同様の構成である。本発明に係る実施の形態におけるダイボンディング装置の側面図である。本発明に係る実施の形態におけるダイボンディング装置の磁石部を取り外した様子を示す部分説明図である。本発明に係る実施の形態におけるダイボンディング装置の底面図である。他の実施形態における部分説明図である。別の実施形態における部分説明図である。

符号の説明

１０ダイボンディング装置、１２架台、１４Ｘレール、２０Ｘテーブル、２２Ｙレール台、２４，２５Ｙレール、２６固定子取付部、３０Ｙテーブル、３２Ｚレール、３４Ｙモータ固定磁石、３６Ｙモータ駆動コイル、４０，８４，９４Ｚテーブル、４２ボンディングヘッド、５０モータ駆動コイル、５０，８２，９２モータ駆動コイル部、５２コイル、６０，８０，９０モータ磁石部、６２磁石、７０制御部、７２Ｘ駆動部、７４Ｙ駆動部、７６Ｚ駆動部、７８ボンディング処理部。

Claims

Ｘ軸方向に低速駆動されるＸテーブルと、
Ｘテーブル上でＹ軸方向に高速駆動されるＹテーブルと、
ボンディングヘッド部が搭載されるＺテーブルと、
駆動コイル部と磁石部とで構成される固定子部と可動子部とを有し、ＺテーブルをＺ軸方向に高速駆動するＺ駆動モータと、
を備えるチップボンディング装置であって、
Ｚ駆動モータは、
固定子部と可動子のうち、重い質量または大きな慣性を有する固定子部がＸテーブルに設けられ、
軽い質量または小さな慣性を有する可動子部がボンディングヘッド部に接続され、Ｙテーブル上に設けられた案内に沿ってＺ軸方向に移動可能であり、
固定子部と可動子部との協働によって可動子にＺ軸方向の駆動力を生じさせることを特徴とするチップボンディング装置。
請求項１に記載のチップボンディング装置において、
可動子部は、
ボンディングヘッド部に接続され、ＹＺ平面内で扁平な駆動コイル部であって、
固定子部は、
磁性体のヨークと、
駆動コイルに向かい合い、駆動コイルのＹＺ平面内の移動範囲全体をカバーする対向面積を有する磁石部と、
を有することを特徴とするチップボンディング装置。
請求項２に記載のチップボンディング装置において、
固定子部は、
駆動コイルのＹＺ平面を挟んで、両側にそれぞれ配置されることを特徴とするチップボンディング装置。
請求項２に記載のチップボンディング装置において、
固定子部は、
駆動コイルのＹＺ平面を挟んで、いずれか片側に配置されることを特徴とするチップボンディング装置。
請求項２に記載のチップボンディング装置において、
可動子部は、
Ｚ軸方向に沿って配置される複数の駆動コイルであって、各駆動コイルの協調的な駆動によって全体としてＺ軸方向に沿って移動する駆動磁場を形成するように駆動される複数の駆動コイルを有し、
固定子部は、
Ｚ軸方向に交互に極性を変えて配置される複数の固定子磁石であって、各駆動コイルによって形成される駆動磁場と協働して可動子部にＺ軸方向の駆動力を生じさせる極性配置関係で配置される複数の固定子磁石を有することを特徴とするチップボンディング装置。
請求項５に記載のチップボンディング装置において、
可動子部は、
相互に駆動位相が１２０度相違するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイルがＺ軸方向に沿って配置されることを特徴とするチップボンディング装置。