JP4981426B2

JP4981426B2 - ボンディング装置のボンディングヘッド

Info

Publication number: JP4981426B2
Application number: JP2006332297A
Authority: JP
Inventors: 漢鉉崔
Original assignee: トップエンジニアリングカンパニー，リミテッド
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: CN100440470C; TW200746319A; KR100609634B1; CN101022086A; TWI313900B; JP2007221098A

Description

本発明は、ボンディング装置に係り、より詳細には、力（圧力）が伝達される部分と駆動部分の関連性を排除して作動誤差を減らすとともに、動作を安定化し、また、構成部品をコンパクト化して構造を簡単にしたボンディング装置のボンディングヘッドに関する。

一般に、ボンディング装置は、半導体チップのような微細部品をパッケージなどに接着してチップとパッケージ間を電気的に接続する装置である。半導体チップとパッケージを接着する方式としては、熱圧着又は超音波接着方式が用いられている。ＬＣＤモニタの場合、ＬＣＤパネルに複数の駆動回路が備えられ、この駆動回路は、駆動チップと該駆動チップに連結される複数のワイヤ端子とにより実現される。

前記駆動回路は、図７に示すように、絶縁フィルム１からなるテープＴに形成された複数の単位メタルパターン２に、駆動チップ３を接着する一連の工程により製造される。テープＴのメタルパターン２に駆動チップ３を接着する工程は、ボンディング装置により行われる。メタルパターン２は複数のワイヤ端子で構成される。駆動チップ３は、ウエハに複数が配列されて製造される。

図８は、本発明の出願人が研究開発中のボンディング装置の概略図である。図８に示すように、ボンディング装置には、リール１０（図面左側）が用意される。絶縁フィルムに複数の単位メタルパターンが形成されたテープＴは、リール１０から引き出され、テープフィーダ２０で持続的に移送され、テープガイド３０に沿ってボンディングヘッド４０側に移動される。同時に、チップ３が配列されたウエハがウエハ供給ユニット５０から供給される。ウエハ供給ユニット５０の側部に位置するチップ配送ユニット６０がウエハに配列された駆動チップ３をピックアップしてボンディングヘッド４０側に移動させる。ボンディングヘッド４０は、チップ配送ユニット６０から供給された駆動チップ３を吸着して、テープＴに配列された単位メタルパターン２に接着する。ここでメタルパターン２と駆動チップ３は、加熱及び加圧により互いに接着される。テープＴの下部には下部ツール（又は、ボンディングステージ）７０が位置して、駆動チップ３及びボンディングヘッド４０を支持する。このような過程が繰り返され、ウエハに配列された駆動チップ３が、テープＴに配列された単位メタルパターン２に、次々と接着される。

駆動チップ３が接着されたテープＴは、装置右端のリール１１に巻き取られる。下部ツール７０及びチップ配送ユニット６０は、ベースフレーム８０に設置され、ボンディングヘッド４０はバックフレーム９０に設置され、バックフレーム９０はベースフレーム８０の後方に位置する。ボンディングヘッド４０は、ベースフレーム８０に対して垂直方向に位置する。なお、符号１００はテープ供給ユニットであり、符号１１０はテープワインディングニットである。

このような工程により、テープＴの単位メタルパターン２にそれぞれ駆動チップ３が接着されると、駆動チップ３は、単位メタルパターン２すなわち微細ワイヤ端子と電気的に接続される。テープＴに配列された単位メタルパターン２に駆動チップ３を正確に接着するためには、垂直方向に移動して駆動チップ３を加圧しテープＴの単位メタルパターン２に接着させるボンディングヘッド４０の構成が非常に重要である。ボンディングヘッドが上下に移動すると同時に駆動チップを加圧する過程で、構成部品に作用する力が偏心する、あるいは構成部品の結合誤差及び加工誤差などが発生すると、ボンディングヘッドの駆動が不安定になり、駆動チップと単位メタルパターン間の接着が不良となり、また、製品の不良率が増加することになる。
特開２００５−７９１１７号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、圧力が伝達される部分と駆動部分の関連性を排除して作動誤差を減らすとともに、動作を安定させ、構成部品をコンパクト化して構造を簡単にしたボンディング装置のボンディングヘッドを提供することにある。

このような上記の目的を達成するために、本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドは、バックフレームに装着されるＬＭガイドと、前記ＬＭガイドに移動可能に結合される第１移動ブロックと、前記第１移動ブロックを直線運動させる第１駆動ユニットと、前記第１移動ブロックに装着される第１リニアモータと、前記第１移動ブロックの移動方向に対して直角方向に移動可能に該第１移動ブロックに結合される第２移動ブロックと、前記第１リニアモータの直線駆動力を前記第２移動ブロックに伝達する伝達ユニットと、チップをピックアップするツールが備えられて前記第２移動ブロックに回転可能に結合されるヘッドと、前記ヘッドを回転させる回転駆動ユニットと、から構成されることを特徴とする。

本発明のボンディング装置のボンディングヘッドは、力（圧力）が伝達される部分と駆動部分の関連性を排除してヘッドに作用する力が駆動部分に伝達されないため、作動誤差を減らし、動作を安定させることができる。これにより、ボンディング作業の正確性及び信頼性が向上するという効果がある。また、構成がコンパクトになるので、装置サイズを小さくすることができるとの効果がある。

以下、図面を参照して本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを説明する。

図１は、本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドの正面図である。図２は、本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドの側面図である。ボンディング装置のボンディングヘッドは、駆動チップをピックアップしてテープのメタルパターンに加熱及び加圧して接着する。

ボンディング装置のボンディングヘッドは、図１及び図２に示すように、バックフレーム９０に所定間隔を置いて装着される第１ＬＭガイド２００と、第１ＬＭガイド２００に移動可能に結合される第１移動ブロック３００と、バックフレーム９０に装着されて第１移動ブロック３００を直線運動させる第１駆動ユニット４００と、第１移動ブロック３００に装着される第１リニアモータ５００と、第１移動ブロック３００の移動方向に対して直角方向に移動可能に第１移動ブロック３００に結合される第２移動ブロック６００と、第１リニアモータ５００の直線駆動力を第２移動ブロック６００に伝達する伝達ユニット７００と、チップをピックアップするツールが備えられ、第２移動ブロック６００に回転可能に結合されるヘッド８００と、ヘッド８００を回転させる回転駆動ユニット９００とから構成される。

バックフレーム９０は、所定厚さ及び面積を有するプレート部９１と、プレート部９１の背面に所定形状に延設される補強部９２とを備える。さらに、バックフレーム９０は、ボンディング装置を構成するベースフレーム８０に装着される。第１ＬＭガイド２００は、一定の長さを有する２つのガイド２１０から構成され、その２つのガイド２１０は、所定間隔を置いてバックフレーム９０のプレート部９１に固定結合される。２つのガイド２１０は、それぞれ垂直方向に位置し、互いに平行する。第１移動ブロック３００は、所定厚さ及び面積を有する本体３１０と、第１ＬＭガイド２００に摺動可能に結合されると共に、本体３１０に固定結合される複数のスライダ３２０とから構成される。

第１駆動ユニット４００は、バックフレーム９０に固定結合される回転モータ４１０と、回転モータ４１０の回転力が伝達されて第１移動ブロック３００を直線往復運動させるボールスクリュー４２０と、ボールスクリュー４２０を支持する支持ブロック４３０とから構成される。回転モータ４１０の正／逆回転によりボールスクリュー４２０が回転すると、第１移動ブロック３００が第１ＬＭガイド２００に沿って上下に移動する。第１リニアモータ５００は、第１移動ブロック３００の本体３１０に結合される固定子５１０と、固定子５１０に直線移動可能に結合される可動子５２０とから構成される。第１リニアモータ５００は、可動子５２０が水平方向に移動するように位置する。

第２移動ブロック６００は、第１リニアモータ５００の下部に、第１リニアモータ５００に隣接して位置する。第１移動ブロック３００と第２移動ブロック６００間には、第２移動ブロック６００の直線移動を案内するガイドユニット６１０が備えられる。ガイドユニット６１０の一例を図３に示す。図３に示すように、ガイドユニット６１０は、第１移動ブロック３００に結合される第１ガイド６１１と、第１ガイド６１１に摺動可能に噛み合う第２ガイド６１２とを含む。第１移動ブロック３００の一側に水平方向に形成された段差部３１１が備えられ、段差部３１１に第１ガイド６１１が装着されることが好ましい。また、第２移動ブロック６００に水平方向に形成された段差部６０１が備えられ、段差部６０１に第２ガイド６１２が装着される。

伝達ユニット７００は、図４に示すように、第１リニアモータ５００の可動子５２０に結合されるメインブラケット７１０及びサブブラケット７２０と、第２移動ブロック６００に結合される支持台７３０と、サブブラケット７２０と支持台７３０を連結して引張力を発生する弾性連結ユニット７４０と、サブブラケット７２０に回転可能に結合されて支持台７３０と接触支持される円筒状カム７５０とから構成される。サブブラケット７２０は、所定厚さ及び面積を有し、第１リニアモータ５００の可動子５２０に結合される板部７２１と、板部７２１の下部に所定長さに延設される連結部７２２とを含む。円筒状カム７５０は、所定長さ及び外径を有する丸棒状に形成され、連結部７２２に回転可能に結合される。支持台７３０は、所定長さを有し、第２移動ブロック６００に結合される胴部７３１と、胴部７３１の端部に折曲して延設される支持部７３２とを含む。支持台７３０は、支持部７３２が第２移動ブロック６００の前面に対して直角方向に位置するように、第２移動ブロック６００の前面に固定結合され、支持部７３２の側面に円筒状カム７５０が接触支持される。

弾性連結ユニット７４０は、サブブラケット７２０の連結部７２２に固定結合される第１連結ピン７４１と、支持台７３０の支持部７３２に固定結合される第２連結ピン７４２と、第１連結ピン７４１と第２連結ピン７４２を連結する引張スプリング７４３とから構成される。支持台７３０と円筒状カム７５０は、引張スプリング７４３により密着される。伝達ユニット７００は、前述した構成以外にも多様な形態に実現される。

ヘッド８００は、第２移動ブロック６００に回転可能に結合される回転軸８１０と、回転軸８１０に固定結合されるヘッド本体８２０と、ヘッド本体８２０の下段部に備えられるツール８３０と、ツール８３０を加熱する加熱ユニット８４０とから構成される。ツール８３０の下面に微細孔（図示せず）が形成され、動作時にその微細孔に吸入圧が作用する。

回転駆動ユニット９００は、図５及び図６に示すように、第２移動ブロック６００に装着される第２リニアモータ９１０と、第２リニアモータ９１０の可動子９１２に結合されるメインブラケット９２０及びサブブラケット９３０と、ヘッド８００に備えられる支持バー９４０と、サブブラケット９３０と支持バー９４０を連結して引張力を発生する弾性連結ユニット９５０と、支持バー９４０に接触支持され、サブブラケット９３０に回転可能に結合されて第２リニアモータ９１０の直線運動を支持バー９４０に伝達してヘッド８００を回転させる円筒状カム９６０とから構成される。

第２リニアモータ９１０は、第２移動ブロック６００に固定結合される固定子９１１と、固定子９１１に直線移動可能に結合される可動子９１２とから構成される。また、第２リニアモータ９１０は、可動子９１２が第１移動ブロック３００の移動方向に対して直角方向に移動するように第２移動ブロック６００に装着される。サブブラケット９３０は、所定厚さ及び面積を有し、第２リニアモータ９１０の可動子９１２に結合される板部９３１と、板部９３１の下部に所定長さに延設される連結部９３２とを含む。円筒状カム９６０は、所定長さ及び外径を有する丸棒状に形成され、連結部９３２に回転可能に結合される。支持バー９４０は、所定長さを有し、ヘッド本体８２０の上面に固定結合される。また、支持バー９４０は、ヘッド８００の回転軸８１０に対して水平方向に位置し、図５の前後方向に位置する。円筒状カム９６０は、支持バー９４０の側面に接触して支持される。

弾性連結ユニット９５０は、サブブラケット９３０の連結部９３２に固定結合される第１連結ピン９５１と、支持バー９４０に固定結合される第２連結ピン９５２と、第１連結ピン９５１と第２連結ピン９５２を連結する引張スプリング９５３とから構成される。支持バー９４０と円筒状カム９６０は、引張スプリング９５３により密着される。

回転駆動ユニット９００は、直線駆動力を回転力に変換して伝達するように構成される。その一例として、回転駆動ユニット９００は、第２リニアモータ９１０の駆動により第２リニアモータ９１０の可動子９１２が直線運動すると、可動子９１２に結合されたサブブラケット９３０が直線運動し、サブブラケット９３０の直線運動によってサブブラケット９３０に回転可能に結合された円筒状カム９６０が支持バー９４０に付勢された状態で回転しながら直線運動する。これにより、支持バー９４０及びヘッド本体８２０は、回転軸８１０を軸にして一定角度回転する。第２リニアモータ９１０の移動距離によってヘッド本体８２０及びそれに結合されたツール８３０の回転角が決定される。すなわち、第２リニアモータ９１０の移動距離によってツール８３０の回転角が設定又は訂正される。

一方、バックフレーム９０は、ベースフレーム８０に固定結合された第２ＬＭガイド８１に移動可能に結合され、ベースフレーム８０にはバックフレーム９０を直線往復運動させる第２駆動ユニット８２が装着される。バックフレーム９０は、第２移動ブロック６００の移動方向に対して水平面上で直角方向に移動する。すなわち、図１の前後方向に移動する。また、バックフレーム９０は、第１移動ブロック３００に対して直角に移動する。バックフレーム９０の移動方向をＹ軸にすると、第２移動ブロック６００の移動方向がＸ軸になり、第１移動ブロック３００の移動向がＺ軸になる。

以下、本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドの作用効果を説明する。まず、第１駆動ユニット４００の駆動により第１移動ブロック３００が第１ＬＭガイド２００に沿って上下に移動する（図１及び図２）。また、第１リニアモータ５００が駆動されると、第１リニアモータ５００の駆動力が伝達ユニット７００により第２移動ブロック６００に伝達されて、第２移動ブロック６００が第１移動ブロック３００と連結して直線運動する。ここで、第２移動ブロック６００は、第１移動ブロック３００と第２移動ブロック６００間に備えられたガイドユニット６１０により案内されて直線運動する。また、回転駆動ユニット９００により、第２移動ブロック６００に回転可能に結合されたヘッド８００が一定角度回転する。また、第２駆動ユニット８２の駆動によりバックフレーム９０が前後方向に移動する（図１及び図２）。

このような動作メカニズムによりヘッド８００がＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に移動するとともに一定角度回転して設定された位置に移動し、また、ヘッド８００が第１駆動ユニット４００の駆動によりＺ軸方向（図の上下方向）に移動してヘッド８００のツール８３０に吸着された駆動チップを下部ツールと共に加熱及び加圧してテープの単位メタルパターンに接着する。

本発明は、ヘッド８００をＸ軸方向に駆動させる第１リニアモータ５００が上下に移動する第１移動ブロック３００に装着されるので、第１駆動ユニット４００により作用する力（ヘッドのツールを加圧する力）が、第１移動ブロック３００を経てヘッド８００に伝達される過程で、第１リニアモータ５００に伝達されない。これにより、第１リニアモータ５００の変形が防止されるとともに、第１リニアモータ５００の移動が自由になるので、ヘッド８００のＸ軸方向への制御が精密になる。

また、第１リニアモータ５００の運動を第２移動ブロック６００に伝達する伝達ユニット７００が引張スプリング７４３と円筒状カム７５０とを含み、第２移動ブロック６００はガイドユニット６１０により案内されて直線運動するので、第１リニアモータ５００と第２移動ブロック６００を連結する部品に、加工誤差や組立誤差が発生した場合、その誤差を引張スプリング７４３と円筒状カム７５０が補正し、それにより、第２移動ブロック６００に結合されるヘッド８００のＸ軸方向への移動制御がより正確になる。

また、回転駆動ユニット９００を構成する第２リニアモータ９１０が第２移動ブロック６００に装着され、第２移動ブロック６００の直線運動を引張スプリング９５３と円筒状カム９６０を含むアセンブリがヘッド８００に伝達するので、第１駆動ユニット４００の力が回転駆動ユニット９００に伝達されない。これにより、第２リニアモータ９１０の変形が防止されるとともに、第２リニアモータ９１０の移動が自由になるので、ヘッド８００の回転方向への制御が精密になる。

このように、第１駆動ユニット４００の力がヘッド８００をＸ軸方向に移動させる部分とそのヘッド８００を回転させる部分に伝達されずにヘッド８００のツール８３０に伝達されるので、そのツール８３０の変形を最小化できる。また、第１移動ブロック３００に第１リニアモータ５００を装着し、第２移動ブロック６００に第２リニアモータ９１０を装着し、第１移動ブロック３００、第２移動ブロック６００、及びヘッド８００をほぼ同一線上に配置するので、力の伝達に有利であり、構成がコンパクトになる。

本発明は、半導体チップのような微細部品をパッケージなどに接着するボンディング装置に好適である。

本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを示す正面図である。（実施例１）本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを示す側面図である。（実施例１）本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを構成するガイドユニットを示す側面図である。（実施例１）本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを構成する力伝達ユニットを示す正面図である。（実施例１）本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを構成する回転駆動ユニットを示す正面図である。（実施例１）本発明によるボンディング装置のボンディングヘッドを構成する回転駆動ユニットを示す側面図である。（実施例１）駆動チップが備えられたテープを示す平面図である。本発明の出願人が研究開発中のボンディング装置を概略的に示す正面図である。

符号の説明

９０バックフレーム
２００ＬＭガイド
３００第１移動ブロック
４００第１駆動ユニット
５００第１リニアモータ
６００第２移動ブロック
７００伝達ユニット
７２０、９３０サブブラケット
７３０支持台
７４０、９５０弾性連結ユニット
７５０、９６０円筒状カム
８００ヘッド
８３０ツール
９００回転駆動ユニット
９４０支持バー

Claims

バックフレームに装着されるＬＭガイドと、
前記ＬＭガイドに移動可能に結合される第１移動ブロックと、
前記第１移動ブロックを直線運動させる第１駆動ユニットと、
前記第１移動ブロックに装着される第１リニアモータと、
前記第１移動ブロックの移動方向に対して直角方向に移動可能に該第１移動ブロックに結合される第２移動ブロックと、
前記第１リニアモータの直線駆動力を前記第２移動ブロックに伝達する伝達ユニットと、
チップをピックアップするツールが備えられて前記第２移動ブロックに回転可能に結合されるヘッドと、
前記ヘッドを回転させる回転駆動ユニットと、から構成されることを特徴とするボンディング装置のボンディングヘッド。
前記第１リニアモータは、第１リニアモータの可動子が前記第１移動ブロックの移動方向に対して直角方向に動くように前記第１移動ブロックに装着されることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記伝達ユニットは、前記第１リニアモータ側と第２移動ブロック側が互いに弾性的に連結されるように弾性部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記伝達ユニットは、前記第１リニアモータの可動子に結合されるブラケットと、前記第２移動ブロックに結合される支持台と、前記ブラケットと前記支持台を連結して引張力を発生する弾性連結ユニットと、前記ブラケットに回転可能に結合されて前記支持台と接触支持される円筒状カムとから構成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記弾性連結ユニットは、前記ブラケットに固定結合される第１連結ピンと、前記支持台に固定結合される第２連結ピンと、前記第１連結ピンと前記第２連結ピンを連結する引張スプリングとから構成されることを特徴とする請求項４に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記第１移動ブロックと前記第２移動ブロック間に前記第２移動ブロックの直線移動を案内するように備えられるガイドユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記回転駆動ユニットは、直線駆動力を回転力に変換することを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記回転駆動ユニットは、前記第２移動ブロックに装着される第２リニアモータと、前記第２リニアモータの可動子に結合されるブラケットと、前記ヘッドに備えられる支持バーと、前記ブラケットと前記支持バーを連結して引張力を発生する弾性連結ユニットと、前記支持バーと接触支持されるように前記ブラケットに回転可能に結合されて前記第２リニアモータの直線運動を支持バーに伝達してヘッドを回転させる円筒状カムとから構成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。
前記第２リニアモータは、前記第２リニアモータの可動子が前記第１移動ブロックの移動方向に対して直角方向に動くように前記第２移動ブロックに装着されることを特徴とする請求項８に記載のボンディング装置のボンディングヘッド。