JP5410625B2 - 反動吸収装置及び半導体組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体組立装置及び反動吸収装置、特に軽量化を図った反動吸収装置を提供でき、生産性の稼働率の高い半導体組立装置に関する。

半導体製造装置の一つに半導体チップ(ダイ)をリードフレームなどの基板にボンディングするダイボンダがある。ダイボンダでは、ボンディングヘッドでダイを真空吸着し、高速で上昇し、水平移動し、下降して基板に実装する。

一般的に装置を高速化すると、高速移動物体による振動が大きくなり、この振動によって装置が目的とする精度を得るのが困難になる。この振動を低減する反動吸収装置の従来例としては特許文献１に記載するものがある。特許文献１では、図７に示すように、カウンタウエイトｃｗを追加し、モータｍでリードの異なる２種類のボールねじｎ１，ｎ２を駆動し、処理ヘッド(例えば、ボンディングヘッド部)の負荷ｆとカウンタウエイトｃｗとを矢印で示すように逆方向に移動させ、振動の発生を防止する方法をとっている。

特開２００４−２６３８２５号公報

一般的にカウンタウエイトの質量と駆動力の間には逆比例の関係があり、上記従来技術は制振の効果を得るためには、その駆動と逆の運動量が必要である。たとえば、負荷とカウンタウエイトが同質量のとき、カウンタウエイトの駆動エネルギは負荷駆動と同じだけ必要で、駆動モータの出力は２倍必要となる。カウンタウエイトの駆動エネルギを減ずるにはカウンタ質量を重くすれば良いが(カウンタ質量２倍で駆動エネルギ１／２)、反動吸収装置の重量増を招く。また、この駆動エネルギを供給する駆動系とカウンタ部とを併せた全体重量も増加する。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、本発明の第１の目的は、軽量化を図った反動吸収装置を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、軽量化を図った反動吸収装置を用い、更に処理時間の短い生産性或いは品質の高い半導体組立装置を提供することである。

本発明の第1の目的を達成するために、ベースと、前記ベースに固定された支持体と、動力源と、前記動力源により移動し、少なくとも半導体を組み立てる処理ヘッドを負荷とする負荷ユニットと、前記動力源と前記負荷ユニットを含み、前記動力源により前記負荷ユニットに対して反対方向に移動するカウンタ機構と、前記支持体に設け、前記カウンタ機構を移動可能に支持する支持部材と、を有することを第１の特徴とする。
前記負荷ユニットは、前記動力源の動作を第１のボールネジを介して移動し、前記カウンタ機構は、第２のボールネジを介して前記支持体に移動可能に支持されることを第２の特徴とする。
装置ベースと、装置ベースに固定された支持体と、第１のボールネジと、前記第１のボールネジによって所定方向に移動され、少なくとも半導体を組み立てる処理ヘッドを負荷とする負荷ユニットと、前記所定方向と逆の方向に反力を発生させる第２のボールネジと、前記第１のボールネジと前記第２のボールネジを駆動する動力源を有する駆動ユニットと、を具備するカウンタ機構部と、前記支持体と、前記カウンタ機構部を前記第２のボールネジにより移動可能に支持する支持部材とを備えている反動吸収ユニットと、を有することを第３の特徴とする。
上記の目的達成するために、前記第１のボールネジと前記第２のボールネジは一直線状に配置され、同一方向のリードネジを有する。

また、前記装置ベースが移動しないように固定され、前記カウンタ機構部が前記装置ベースに沿って移動する。

前記動力源は、前記第１のボールネジ若しくは前記第２のボールネジのどちらか一方のボールネジの一端、又は前記第１のボールネジ若しくは前記第２のボールネジの双方のボールネジのそれぞれの一端を直接的若しくは間接的に駆動する。ここで、間接的とは、ボールネジが、歯車機構やベルト機構などを介して、動力源と結合するこという。また、直接的とは、ボールネジが、歯車機構やベルト機構などを介さずに、直接動力源と結合することをいう。

前記第１のボールネジと前記第２のボールネジは互いに平行に配置する。

前記第１のボールネジのリードは前記第２のボールネジのリードより大きい。

また、本発明の第２の目的を達成するために、上記特徴に加え、前記半導体組立装置はダイボンダであって、前記ダイボンダの有するボンディングヘッド、プリフォームヘッド、ウェハリングホルダのうち少なくとも一つの直動装置に前記反動吸収装置を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、軽量化を図った反動吸収装置を提供できる。
また、本発明によれば、軽量化を図った反動吸収装置を用い、更に処理時間の短い生産性或いは品質の高い半導体組立装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態であるＸ反動吸収装置の基本構成を示す図である。 図１に示すＸ反動吸収装置の動作例を示す図である。 本発明の一実施形態であるダイボンダを上から見た概念図と、ボンディングヘッド部を示す図である。 本発明の第２の実施形態であるＺ反動吸収装置の基本構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態である反動吸収装置の基本構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態である反動吸収装置の基本構成を示す図である。 反動吸収装置の従来例を示す図である。

以下、図面に基づき、半導体組立装置としてダイボンダを例に本発明の実施形態を説明する。
図３は本発明の一実施形態であるダイボンダ１０を上から見た概念図と、ボンディングヘッド部３２を示す図である。ダイボンダは大別してウェハ供給部１と、ワーク供給・搬送部２と、ダイボンディング部３とを有する。

ウェハ供給部１はウェハカセットリフタ１１とウェハリングホルダ１２を有する。ウェハカセットリフタ１１はウェハリングが充填されたウェハカセット(図示せず）を有し，ウェハリングホルダ１２にウェハリングを供給する。ウェハリングホルダ１２は、後述するボンディング処理時に、ウェハリングを保持しているウェハテープを下に引き伸ばしダイの間隔を広げ、突き上げ部によりダイ下方よりダイを突き上げ、ダイのピックアップ性を向上させている。また、ウェハリングホルダ１２はＸＹ直動テーブル上に配置され、ピックアップ後は次のダイ位置まで直動移動し、次のピックアップに備える。

ワーク供給・搬送部２はスタックローダ２１と、フレームフィーダ２２と、アンローダ２３とを有する。スタックローダ２１によりフレームフィーダ２２に供給されたワーク（リードフレーム）は、フレームフィーダ２２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ２３に搬送される。
ダイボンディング部３はプリフォーム部３１とボンディングヘッド部３２とを有する。プリフォーム部３１はフレームフィーダ２２により搬送されてきたワークにダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部３２は、ウェハリングホルダ１２からダイをピックアップして上昇し、ダイを平行移動してフレームフィーダ２２上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンディングヘッド部３２はダイを下降させダイ接着剤が塗布されたワーク上にボンディングする。

ボンディングヘッド部３２は、ボンディングヘッド(図４の３２ａ参照)をウェハリングホルダ１２内のピックアップ位置とボンディングポイントとの間、即ちＸ方向を移動させるＸ反動吸収装置６と、Ｘ反動吸収装置６に固定(負荷となる)され、ボンディングヘッド３２ａを上下(Ｚ方向)に移動させるＺ反動吸収装置７を有している。

以下、図を用いて発明の特徴である反動吸収装置の実施形態を説明する。図１は第１の実施形態であるＸ反動吸収装置６の基本構成を示す図である。図２はＺ反動吸収装置７を固定する負荷ユニット６２を右方向に移動させる状態を示す図である。

Ｘ反動吸収装置６は、大別して移動対象であり破線枠内に示す負荷ユニット６２と、前記負荷ユニットを図１に示す矢印のように左右方向に移動させる駆動ユニット６１と、負荷ユニットによる振動を低減するカウンタの役目を果たす反動吸収ユニット６３と、これらを支持又は固定する装置ベース６４を有する。

駆動ユニット６１は、負荷ユニット６２を移動させる負荷側ボールネジ６１ａと、負荷側ボールネジ６１ａに連結部６１ｆで連結され、反動吸収ユニット６３を移動させようとする反動吸収側ボールネジ６１ｂと、両ボールネジを回転させる駆動モータ６１ｃと、駆動モータと両ボールネジを支持するコの字型の駆動固定板６１ｄと、前記駆動固定板が装置ベース６４上を移動可能にするベースガイド６１ｅとを有する。
負荷ユニット６２は、先端にボンディングヘッド３２ａ(図３参照)を有する負荷である反動吸収装置７を固定または支持する負荷固定ベース６２ａと、前記負荷固定ベースに固定され負荷側ボールネジ上を移動する負荷ナット６２ｂと、前記負荷ナットによる負荷ユニット６２の駆動固定板６１ｄ上の移動をスムーズに行なわせる負荷ガイド６２ｃとを有する。この構成によって、負荷ユニット６２は負荷側ボールネジ６１ａの回転によって、図１の矢印に示すように左右方向に移動する。

上述した前記反動吸収側ボールネジ６１ｂと前記負荷側ボールネジ６１ａとはネジ山の方向は共に順(同一)方向に切ってある。さらに、前記反動吸収側ボールネジ６１ｂのリードＲｈと前記負荷側ボールネジ６１ａのリードＲｄとのリード比Ｍは、式(１)の関係を有する。
Ｒ ＝ Ｒｄ／Ｒｈ ：Ｒ＞１ （１）
反動吸収ユニット６３は、一端側を反動吸収側ボールネジ６１ｂ上を移動する反動吸収ナット６３ａ(支持部材)に、他端側を装置ベース６４に固定された反動吸収体６３ｂ(支持体)を有する。
前記装置ベース６４は、ボンディングヘッド部３２に固定されており、前述のように反動吸収ユニット６３を固定する。また、前記装置ベースは、太線枠内で示す駆動ユニット６１と負荷ユニット６２とを有するカウンタ機構部８をベースガイド６１ｅによって矢印に示す方向に移動可能に支持している。

図２は、このような構成を有する反動吸収装置６の動作例を示す図である。図２は負荷ユニット６２を前記負荷側ボールネジ６１ａと前記反動吸収側ボールネジ６１ｂとを順回転(同一方向に)させて矢印Ａに示す右方向に移動させる例を示す。左方向に移動させる場合は、括弧内に示すように反対の動作となる。
図２の場合は、前記負荷側ボールネジ６１ａと前記反動吸収側ボールネジ６１ｂの回転により、負荷ユニット６２は右(左)方向に移動し、反動吸収ユニット６３も右(左)方向に移動しようとする。しかしながら、反動吸収ユニット６３は装置ベース６４で固定されているので、逆に反動吸収側ボールネジ６１ｂが反力を受け、装置ベース６４に対し矢印Ｃに示す左方向に移動する。その結果、太線枠内で示カウンタ機構部８はベースガイド６１ｅによって装置ベース６４上を矢印Ｂに示す左(右)方向に移動する。

この場合、負荷ユニット６２も駆動ユット６１の移動に伴い左(右)方向に移動しようとするが、式(１)の関係より、前記負荷側ボールネジ６１ａの方がリード（移動量）が大きいので、負荷ユニット６２は矢印Ａに示す右(左)方向に移動する。式(１)に示すリード比Ｒを適切な値にすることにより十分な作動範囲を得ることができる。

本実施形態では、上述のように、図２に示す太黒枠で示す駆動ユニット６１、負荷ユニット６２を有するカウンタ機構部８が、負荷ユニット６２と逆方に移動するカウンタ負荷の役目を果たしている。即ち、反動吸収装置のほぼ全体を占めるカウンタ機構部８の質量Ｋｍが振動を吸収するカウンタ負荷となる。このことが第１の実施形態の特徴である。前記質量Ｋｍと破線で示す負荷ユニット６２の質量Ｆｍとの比をＭ(＝Ｋｍ／Ｆｍ）すれば、Ｍと式(１)に示すリード比Ｒとの比Ｍ：Ｒが1に近づけば近づくほど振動は相殺されることになる。特に、相殺度合いを高くするときには、前記Ｍ：Ｒ比が０．９５〜１．０５の範囲が望ましい。なお、第１の実施形態の説明において、前記負荷側ボールネジ６１ａと反動吸収側ボールネジ６１ｂと回転を同一方向としたが、逆方向にすることも可能である。

上記の本発明の第１の実施形態によれば、負荷ユニットによって発生する振動の反対の振動が反動吸収ユニットによって発生し、動作時の振動を低減あるいは相殺することができる。

上記の本発明の第１の実施形態によれば、カウンタとしての質量を追加する必要がなく、反動吸収装置を軽量小型にできる。その結果、反動吸収装置の駆動をより高速にできる。また、反動吸収装置を軽量小型にできるので、振動の低減あるいは相殺するまでの時間を短くでき、タクトタイムを早めることができる。振動の低減あるいは相殺するまで時間が短いので、タクトタイムを犠牲にすることなく振動がなくなってからボンディングヘッドが次の工程を実行できるので、品質を高めることができる。

図４は本発明の第２の実施形態であるＺ反動吸収装置７の基本構成を示す図である。Ｚ反動吸収装置７はボンディングヘッド３２ａによってダイを吸着し、ボンディングするために、ダイを上下させる機能を有する。Ｚ反動吸収装置７の基本構成は、基本的には図１に示す第１の実施形態と同じであるが、幾つかの相違点を有する。以下相違点を中心に説明する。図４において第１の実施形態と同じ機能を有するものは同一符号を付す。

第１に、第１の実施形態での負荷は４図に示すボンディングヘッド３２ａを上下させるＺ反動吸収装置７であるが、第２の実施形態での負荷はＺ反動吸収装置の先端を上下するボンディングヘッドである。

従って、第２に、Ｚ反動吸収装置７では、ボンディングヘッド３２ａが上下し、ダイを吸着、ボンディングし易いように、ボンディングヘッドを有する負荷ユニット６２を先端側に、反動吸収ユニット６３を根元の駆動モータ６１ｃの近くに設けている。

第３に、Ｚ反動吸収装置７の装置ベース６５はＸ反動吸収装置６の負荷固定ベース６２ａであるか、或いは負荷固定ベース６２ａに固定されている。

その他の構成及び動作は第１の実施形態と同様である。なお、図４において、図２に同様に、太黒枠はカウンタ負荷の役目を果たす駆動ユニット６１、負荷ユニット６２を有するカウンタ機構部８を示す、破線枠は負荷ユニット６２を示す。

上記の本発明の第２の実施形態においても、負荷ユニットによって発生する振動の反対の振動が反動吸収ユニットによって発生し、動作時の振動を低減あるいは相殺することができる。

第２の実施形態ではカウンタ負荷の役目を果たすカウンタ機構部８も上下するので一見駆動モータの負荷容量が大きくなるように見える。しかし、従来例においても同じ質量を有するカウンタを上下させる必要があるのでモータの負荷容量は変わらない。

また、上記の本発明の第２の実施形態においても、カウンタとしての質量を追加する必要がなく、反動吸収装置を軽量小型にできる。その結果、反動吸収装置の駆動の高速化を図ることができる。

さらに、Ｚ反動吸収装置が軽量小型できるので、第１の実施形態で示したＸ反動吸収装置６はさらに軽量小型ができ、ボンディングヘッド部３２全体を軽量小型化できる。

また、図３に示すダイボンダ１０に、本発明の実施形態で示したＸ、Ｚの２自由度の直動動作を有するボンディングヘッド部を適用することによって、ダイボンディング時の待ち時間や低速駆動時間が低減できるため、スループットが向上する。また、ダイボンディング時の振動が低減できる為、製品の品質、特にダイボンド精度が向上する。

一般的に、ダイボンダにおいては、上記ボンディングヘッド部の他、プリフォームヘッド部はＸ、Ｚ方向２自由度の、ウェハリングホルダはＸ、Ｙ方向の２自由度の直動動作を有する。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚは説明を解り易くする為に付した符号であり、符号自体に意味がない。
従って、上記に説明した本発明の反動吸収装置をプリフォームヘッド、ウェハリングホルダにも適用すれば、さらに、ダイボンディング時の待ち時間や低速駆動時間が低減できるため、スループットが向上する。また、ダイボンディング時の振動が低減できる為、製品の品質、特にダイボンド精度がさらに向上する。

図５は、Ｘ反動吸収装置６やＺ反動吸収装置７に適用できる第３の実施形態である反動吸収装置９を示す。第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と基本的な動作、構成は同じである。
以下、相違点を重点に説明する。

第３の本実施形態では負荷側ボールネジ６１ａと反動吸収側ボールネジ６１ｂと一直線上に配置せず、平行に配置している。平行に駆動するために、駆動モータ６１ｃの駆動力を歯車６１ｆ１及び６１ｆ２を介して反動吸収側ボールネジ６１ｂに伝達している。駆動力の伝達を歯車で行っているので、負荷側ボールネジ６１ａと反動吸収側ボールネジ６１ｂとのネジ山の方向は逆に設ける。この結果、反動吸収ユニット６３は負荷ユニット６２と同一方向に移動しようとする。しかしながら、反動吸収ユニット６３は装置ベース６４に固定されているので、装置ベース６４に対し負荷ユニット６２とは逆方向に移動する。その結果、太線枠内で示すカウンタ機構部８もベースガイド６１ｅによって装置ベース６４上に対し負荷ユニット６２とは反対方向に移動する。
なお、図５では、駆動力の伝達を歯車で行ったが、タイミングベルトで行う場合はネジ山の方向は同じとすることで、図５と同様な動作をさせることができる。

従って、第３の実施形態においても、カウンタ機構８をカウンタ負荷とすることで、負荷ユニット６２よって発生する振動の反対の振動が反動吸収ユニット６３によって発生し、動作時の振動を低減あるいは相殺することができる。

また、第３の実施形態においても、新たにカウンタを設ける必要がないので、反動吸収装置を軽量小型にできる。その結果、反動吸収装置の駆動の高速化を図ることができる。

さらに、第３の実施形態によれば、負荷ユニット６２と反動吸収ユニット６３を装置ベース６４に対して図面上で上下に配置している。この結果、反動吸収装置を移動方向の長さを短くできる。なお、配置は図５に示すものに限らず、例えば、負荷ユニット６２と反動吸収ユニット６３を装置ベース６４上で図面奥行き方向に前後に配置してもよい。

以上の説明おいて、半導体組立装置としてダイボンダを例に説明したが、処理ヘッドが高速に動作するような他の半導体組立装置にも適用できる。
第４の本実施形態ある反動吸収装置５を図６に示す。第４の本実施形態では、駆動モータ６１ｃの左側に反動吸収側ボールネジ６１ｂを配置し、駆動モータ６１ｃの右側に負荷側ボールネジ６１ａを配置する。このとき、モータ６１ｃ、負荷側ボールネジ６１ａ、反動吸収側ボールネジ６１ｂの各々の回転中心が一致するように、駆動モータ６１ｃ、負荷側ボールネジ６１ａ、反動吸収側ボールネジ６１ｂを一直線状に配置する。負荷側ボールネジ６１ａと反動吸収側ボールネジ６１ｂは、それぞれの一端が駆動固定版６１ｄに回転可能に支持される。
第４の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と基本的な動作は同じである。

以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：ウェハ供給部 ２：ワーク供給・搬送部
３：ダイボンディング部 ５、９：反動吸収装置
６：Ｘ反動吸収装置 ７：Ｚ反動吸収装置
８：カウンタ機構部 １０：ダイボンダ
１２：ウェハリングホルダ ３２：ボンディングヘッド部
３２ａ：ボンディングヘッド ６１：駆動ユニット
６１ａ：負荷側ボールネジ ６１ｂ：反動吸収側ボールネジ
６１ｃ：駆動モータ ６１ｄ：駆動固定板
６１ｅ：ベースガイド ６１ｆ１、６１ｆ２：歯車
６２：負荷ユニット ６２ａ：負荷固定ベース
６２ｂ：負荷ナット ６２ｃ：負荷ガイド
６３：反動吸収ユニット ６３ａ：反動吸収ナット(支持部材)
６３ｂ：反動吸収体(支持体) ６４、６５：装置ベース
Ｆｍ：負荷ユニット６２の質量 Ｋｍ：カウンタ機構部の質量
Ｒ：負荷側ボールネジと反動吸収側ボールネジとのリード比。

Claims (11)

1. ベースと、
   前記ベースに固定された支持体と、
   動力源と、
   前記動力源により移動し、少なくとも半導体を組み立てる処理ヘッドを負荷とする負荷ユニットと、
   前記動力源と前記負荷ユニットを含み、前記動力源により前記負荷ユニットに対して反対方向に移動するカウンタ機構と、
   前記支持体に設け、前記カウンタ機構を移動可能に支持する支持部材と、
   を有する反動吸収装置。
2. 前記負荷ユニットは、前記動力源の動作を第１のボールネジを介して移動し、
   前記カウンタ機構は、第２のボールネジを介して前記支持体に移動可能に支持される請求項１記載の反動吸収装置。
3. 装置ベースと、
   装置ベースに固定された支持体と、
   第１のボールネジと、前記第１のボールネジによって所定方向に移動され、少なくとも半導体を組み立てる処理ヘッドを負荷とする負荷ユニットと、前記所定方向と逆の方向に反力を発生させる第２のボールネジと、前記第１のボールネジと前記第２のボールネジを駆動する動力源を有する駆動ユニットと、を具備するカウンタ機構部と、
   前記支持体と、前記カウンタ機構部を前記第２のボールネジにより移動可能に支持する支持部材とを備えている反動吸収ユニットと、
   を有する反動吸収装置。
4. 前記第１のボールネジと前記第２のボールネジは一直線状に配置され、同一方向のリードネジを有する請求項２又は３に記載の反動吸収装置。
5. 前記装置ベースが移動しないように固定され、前記カウンタ機構部が前記装置ベースに沿って移動する請求項１又は３に記載の反動吸収装置。
6. 前記動力源は、前記第１のボールネジ若しくは前記第２のボールネジのどちらか一方のボールネジの一端、又は前記第１のボールネジ若しくは前記第２のボールネジの双方のボールネジのそれぞれの一端を直接的若しくは間接的に駆動する請求項２または３に記載の反動吸収装置。
7. 前記第１のボールネジと前記第２のボールネジは互いに平行に配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の反動吸収装置。
8. 前記第１のボールネジのリードは前記第２のボールネジのリードより大きい請求項２又は３に記載の反動吸収装置。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の反動吸収装置を有し、前記処理ヘッドにより半導体を組み立てることを特徴とする半導体組立装置。
10. 前記半導体組立装置はダイボンダであって、前記ダイボンダの有するボンディングヘッド、プリフォームヘッド、ウェハリングホルダのうち少なくとも一つの直動装置に前記反動吸収装置を適用したことを特徴とする請求項９に記載の半導体組立装置。
11. 前記直動装置は互いに直交する２自由度を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体組立装置。

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