JP6419256B1 - ボンディング装置の不活性ガスフローシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディング装置の不活性ガスフローシステムを改善して窒素の使用量を抑える。
【解決手段】井戸の形状に形成された筒状体２と、筒状体２の内底に配置された不活性ガス吐出口９と、概ね円柱形の形状に形成された基板載置台３であって、基板載置台３の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアールが施されていて、筒状体２の内底及び内壁から離間されつつ筒状体２内に縦置きに配置された基板載置台３と、円い中心孔を有する円盤状の形状に形成された整流板５と、ドーナツ形の形状に形成された蓋体７であって、中空部が基板載置台３の上面の真上に位置するように、基板載置台３の上面よりも高い位置にほぼ水平に配置された蓋体７と、を備え、不活性ガス供給源から、不活性ガス供給管１０を介して、不活性ガス吐出口９まで不活性ガスを送ることができるに構成されたボンディング装置の不活性ガスフローシステムを提示する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、概して、ボンディング装置に用いられる不活性ガス（窒素、希ガスなど）のフローシステムに関し、詳しくは、不活性ガスの使用量を最小限に抑えつつ、電子回路基板等を載せるための基板載置台の上面付近に不活性ガス雰囲気をもたらすことのできる、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムに関する。

半導体部品等の製造において、塵や埃が混入してしまうことは製品に不具合が生じる原因ともなり得るため、清浄な環境をつくることのできる装置が使われることが多い（特許文献１の図２を参照）。例えば、金線や銅線などを使用するボンディングのプロセスにおいては、信頼性の高い製品をつくるために、塵埃の混入を防ぐのみならず酸化を防ぐことのできる装置が必要となる。

従来のボンディング装置においては、（電子回路）基板に電子部品を実装する際の塵埃の混入を防ぐとともに酸化を防ぐために、一般に、装置全体を取り囲むフルカバー５０が使用されていた（図１２を参照）。また、図１３に示される従来のボンディング装置の一例においては、不活性ガス供給源からの不活性ガス（窒素など）が、不活性ガス供給管１００を介して複数の小さな穴９０から基板載置台の上面へ吹き出されるものであった。

或いは、ボンディング装置の全体を覆うフルカバーを省くことにより装置全体をコンパクトにするとしても、ボンディング装置において使用される金属線などの酸化を防ぐために、基板載置台の上面付近における酸素濃度を低減させることが必要である。特には、酸化しやすい銅やアルミニウム等の金属線を使用するときに、基板の周囲に不活性ガス雰囲気をつくって酸素濃度を低減させる必要がある。一例においては、電子回路基板及びこれに実装される電子部品の酸化を防ぐために、ボンディング装置の基板載置台の上面付近における酸素濃度を約１００ｐｐｍ以下の濃度に抑えることが望ましい。

特開２００３−２９８２９８号公報 特開２００６−８０１３２号公報

ボンディング装置内における不活性ガスフローシステムを改善することにより、ボンディング装置の全体を覆うフルカバーを使用することなく、ボンディング装置の基板載置台の上面付近に不活性ガス雰囲気をもたらすことができるとよい。

ボンディング装置全体を覆うフルカバーを使用することなく基板載置台の上面付近に不活性ガス雰囲気をもたらすことは、ボンディング装置のヒーターの熱で温められた不活性ガスの流れが上昇気流となって逃げていき易いことを考慮すると困難とも思える。しかし、この上昇気流をうまく利用すると、不活性ガスの使用量を最小限に抑えることのできる、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムをつくることができる。

本発明の一実施例においては、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムにおいて、上方が開口した概ね円筒形の筒状体であって、円形の内底及び内壁を有する筒状体と、概ね円柱形の形状に形成された基板載置台であって、該基板載置台の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアール（Ｒ）が施されていて、筒状体の内底に配置された不活性ガス吐出口と、筒状体の内底及び内壁から離間されつつ筒状体内に縦置きに配置された基板載置台と、基板載置台の少なくとも上面を加熱することができるように基板載置台の内部に設けられたヒーターと、円い中心孔を有する円盤状の形状に形成された整流板であって、整流板の内周縁と基板載置台の外周壁との間並びに整流板の外周縁と筒状体の内壁との間に不活性ガスを通流させるための隙間を有するように、中心孔に基板載置台を通しつつ、基板載置台のアールが施されている位置よりも僅かに（数ｍｍ〜数ｃｍの範囲内）低い位置にほぼ水平に配置された整流板と、円形の中空部を有する概ね円盤状の形状に形成された蓋体であって、該蓋体が筒状体の開口の一部を覆うとともに該中空部が基板載置台の上面の真上に位置するように、基板載置台の上面よりも高い位置にほぼ水平に配置された蓋体と、を備え、不活性ガス供給源から、上記筒状体の底面を貫通している不活性ガス供給管を介して、不活性ガス吐出口まで不活性ガスを送ることができるように構成されていることを特徴とする、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムを提示する。

一実施例においては、整流板の内周縁が上方へ立ち上がるように湾曲していることを特徴とする。他の実施例においては、整流板の外周縁も上方へ立ち上がるように湾曲していることを特徴とする。

他の実施例においては、整流板の裏面に、複数の溝が放射状に延びていることを特徴とする。

さらに他の実施例においては、不活性ガス吐出口は、網目構造を有する吐出面を含むことを特徴とする。

本発明のさらなる実施例においては、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムにおいて、上方が開口した概ね円筒形の筒状体であって、円形の内底及び内壁を有する筒状体と、筒状体の内底に配置された不活性ガス吐出口であって、網目構造を有する吐出面を含む不活性ガス吐出口と、概ね円柱形の形状に形成された基板載置台であって、該基板載置台の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアール（Ｒ）が施されていて、筒状体の内底及び内壁から離間されつつ筒状体内に縦置きに配置された基板載置台と、基板載置台の少なくとも上面を加熱することができるように基板載置台の内部に設けられたヒーターと、円形の中空部を有する概ね円盤状の形状に形成された蓋体であって、蓋体が筒状体の開口の一部を覆うとともに該中空部が基板載置台の上面の真上に位置するように、基板載置台の上面よりも高い位置にほぼ水平に配置された蓋体と、を備え、不活性ガス供給源から、上記筒状体の底面を貫通している不活性ガス供給管を介して、不活性ガス吐出口まで不活性ガスを送ることができるように構成されていることを特徴とする、ボンディング装置の不活性ガスフローシステムを提示する。

図２のＡ−Ａ線に沿って切り出されたボンディング装置の断面の概略図。 ボンディング装置の平面図であり、整流板５が透視して示されている。 不活性ガスの流れ方を複数の矢印で示す図。 第１の実施形態における整流板５と蓋体７を示す図。 一実施例における整流板の裏面を示す図。 第２の実施形態における整流板（その一部を切り欠いて断面を示す図）。 第２の実施形態の整流板を用いた不活性ガスフローシステムを示す図。 第３の実施形態における整流板（その一部を切り欠いて断面を示す図）。 第３の実施形態の整流板を用いた不活性ガスフローシステムを示す図。 一実施例における不活性ガス吐出口を拡大して示す斜視図。 不活性ガス吐出口の底面図。 従来のボンディング装置を示す図。 従来のボンディング装置における不活性ガスの吹き出しを示す図。

本発明のボンディング装置の不活性ガスフローシステムについて、添付の図を参照しつつ説明する。

図１は、本発明におけるボンディング装置の不活性ガスフローシステムの概略図であり、図２のＡ−Ａ線に沿って切り出された断面を示している。本発明のボンディング装置の不活性ガスフローシステムは、上方が開口した概ね円筒形の形状に形成された筒状体２を備え、該筒状体２の内底に配置された不活性ガス吐出口９から不活性ガス（酸化防止用被覆ガス）が吐出されるように構成されている。不活性ガス吐出口９は、筒状体２の円形の形状の内底の中心に配置されていることが望ましい。一実施例においては、不活性ガス供給源から、筒状体２の底面を貫通している不活性ガス供給管１０を介して、不活性ガス吐出口９まで不活性ガスが送られるように構成されている。

ボンディング装置１に使用される不活性ガスとしては、窒素又は希ガス（ヘリウム、アルゴン等）がある。例えば、不活性ガスとして窒素ガスが供給される。その供給量（流量）は、ボンディング作業の様々な条件に応じて、適切な流量に設定される。一実施例においては、窒素ガスの単位時間当たりの供給量（流量）は、２５Ｌ／分の流量に設定される。他の実施例においては、窒素ガスの供給量は、使用条件に応じて適切な流量に設定される。

また、概ね円柱形の形状に形成された基板載置台３であって、該基板載置台３の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアール（Ｒ）が施されている基板載置台３が、筒状体２の内底及び内壁から離間されつつ縦置きに配置されている。一実施例においては、基板載置台３は、１つ又は複数の支柱４からなる支持部材によって支持されている（図面では、模式的に１本の支柱４で示されている）。他の実施例においては、基板載置台３は、懸架式の支持部材を使って蓋体７等に支持される場合もある。

基板載置台３は、熱伝導率の良い銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属から形成され得る。そして、少なくとも３ｃｍ×３ｃｍの寸法の正方形の電子回路基板を載せることができる広さの平坦な形状の上面を有する。基板載置台３の表面は、ステンレスから形成されているとよい。一実施例においては、円柱の形状の基板載置台３の直径は、約５５ｍｍの寸法を有する。他の実施例においては、基板載置台３の直径は、約７０ｍｍの寸法を有する。さらに他の実施例においては、基板載置台３の直径は、他の適切な寸法を有する場合もある。

また、基板載置台３の少なくとも上面を加熱することができるように構成されたヒーターが、該基板載置台３の内部に埋め込まれるように設けられている。一実施例においては、ヒーターは、円柱形の基板載置台３の全体を加熱することができるように、該基板載置台３の内部に設けられている。

一実施例においては、ヒーターの温度は、取り扱う電子回路基板や電子部品等に応じて、約３００℃〜４２０℃の範囲内の所定の温度に設定される。他の実施例においては、ヒーターの温度は、４２０℃以上の適切な温度に設定される場合もある。

ボンディング装置１はまた、円い中心孔を有する円盤状の形状の整流板５を備えている（図５の平面図、図６の斜視図及び図８の斜視図を併せて参照されたい）。

整流板５は、例えばボルトとナット（図示せず）を使って蓋体７から吊り下げられている。この整流板５は、該整流板５の内周縁と基板載置台３の外周壁との間並びに整流板５の外周縁と筒状体２の内壁との間に不活性ガスを通流させるための隙間を有するように、中心孔に基板載置台３を通しつつ、基板載置台３のアール（Ｒ）が施されている位置よりも僅かに低い位置にほぼ水平に配置されている。すなわち、整流板５の内周縁５ａと基板載置台３との間に、不活性ガスを通流させるための隙間６ａを有する。また、整流板５の外周縁５ｂと筒状体２の内壁との間にも、不活性ガスを通流させるための隙間６ｂを有する。一実施例においては、これらの隙間６ａ，６ｂは、約２．５ｍｍの幅を有するとよい。他の実施例においては、これらの隙間６ａ，６ｂは、約０．１ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲内の別々の幅を有する場合もある。

また、筒状体２の蓋体７が、円形の中空部８を有する概ね円盤状の形状に形成されており、該中空部８が基板載置台３の上面の真上に位置するように、基板載置台３の上面よりも高い位置に配置されている。一実施例においては、中空部８を有する蓋体７は、数ｍｍ〜数ｃｍ程度の範囲内の適切な厚さを有する円盤状の形状に形成されている。一実施例においては、約１０ｍｍの厚さを有する蓋体７が、基板載置台３の上面との間に５ｍｍの隙間をあけて基板載置台３の上面よりも高い位置に配置されている。他の実施例においては、蓋体７は、基板載置台３の上面よりも数ｍｍ〜数ｃｍだけ高い所定の位置に配置される。

一実施例においては、蓋体７の直径は、約１０６ｍｍ（１０．６ｃｍ）の寸法を有するとよい。また、蓋体７の円い中空部８の直径は、約５５ｍｍの寸法を有する。また、他の実施例においては、蓋体７の中空部８の直径は、約７０ｍｍの寸法を有する。さらに他の実施例においては、蓋体７の直径と中空部８の直径はそれぞれ、他の適切な寸法を有する場合もある。

図２は、図１に示されるボンディング装置１を上方から見た平面図であり、平面視での蓋体７と基板載置台３が示されている。加えて、整流板５の位置が破線で示されている。一実施例においては、蓋体７の中空部８の径の寸法と、基板載置台３の円柱形の径の寸法とが同じ大きさに形成されていて、蓋体７の中空部８が、基板載置台３の上面の真上に配置される。図２に示されるように、筒状体２、基板載置台３及び整流板５が、同心円を有するように配置されることが好ましい。

図３は、ボンディング装置の筒状体２内における不活性ガスの流れ方を複数の矢印で示している。基板載置台３の内部に設けられたヒーター（図示せず）からの熱の影響により不活性ガスの流れは、筒状体２内において上昇気流となり得る。この不活性ガスの流れは、整流板５の内周縁と基板載置台の外壁との隙間、並びに整流板５の外周縁と筒状体の内壁との隙間を通流した後、蓋体７の中空部８から上方へ出ていくように流れる。

不活性ガスが、蓋体７の中空部８から流出する前に基板載置台３の上面に沿って流れることで、基板載置台３の上面付近に、不活性ガス雰囲気をもたらすことができるとよい。これに関して出願人は、整流板５の内周縁と基板載置台の外壁との隙間だけでなく、整流板５の外周縁と筒状体の内壁との隙間にも不活性ガスを通流させるように、ボンディング装置における不活性ガスフローシステムを構築することが有利であることを見出した。

そして、図４において一点破線で示されている蓋体７’のように、蓋体７’の中空部の径の寸法が、基板載置台３の円柱形の径の寸法よりも少しだけ短く形成されていて、蓋体７’の内周縁が、基板載置台３の上面に少しだけオーバーラップするように配置されるとよい。図４に示されるように、蓋体７’の内周縁が基板載置台３の上面に対してオーバーラップしている実施例においては、不活性ガスが基板載置台３の上面付近を必ず流れる構造となっている。従って、基板載置台３の上面付近に不活性ガス雰囲気がもたらされ易い。

図５に示される一実施例においては、整流板５の裏面に複数の溝５ｃが放射状に延びている（図５において、右側の一点鎖線の枠内に楔形の溝５ｃとして示されている）。この整流板５が採用される実施例においては、裏面の溝５ｃが隙間６ａ，６ｂを通流する直前の不活性ガスの流れを整流しつつ隙間６ａ，６ｂの両方へ向けて案内することにより、不活性ガスが滞りなく隙間６ａ，６ｂを通流すると考えられる。このような複数の溝５ｃは、本明細書中において後述する第２の実施形態の整流板５’の裏面や、第３の実施形態の整流板５”の裏面に形成される場合もある。

図６は、第２の実施形態の整流板５’の斜視図であり、該整流板５’の一部を切り欠いて断面を示している。第２の実施形態の整流板５’は、その内周縁５’ａが上方へ立ち上がるように湾曲している。

図７に示されるように、第２の実施形態の整流板５’が採用される実施例においては、整流板５’の内周縁５’ａと基板載置台３の外周壁との隙間６ａからなる隘路（絞り）が形成される。不活性ガスがこの隘路を通流する際に、該不活性ガスの流速が増して噴流となると、この噴流は、基板載置台３の円形の形状の上面と外周壁との境目の凸の曲面に沿って曲がる。

詳しくは、基板載置台３の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されている場合に、筒状体２内の不活性ガスの流れが噴流となることにより、コアンダ効果（壁面に沿って噴出する噴流が、湾曲した壁面に沿って流れる性質）が生じる。コアンダ効果が生じると、不活性ガスの流れが該凸の曲面に沿って曲がり、基板載置台３の上面に沿って流れるようになる。ひいては、基板載置台３の上面付近に不活性ガス雰囲気がもたらされる。

換言すれば、基板載置台３の外周壁に沿って上昇する不活性ガスは、湾曲した壁面に沿って流れる性質をもっている。しかし壁面に大きな凸の曲がりがあるときには、不活性ガスは、ほとんどの場合その曲がりの位置で壁面から剥離してしまう。そのようなときにも、隙間を通るときに不活性ガスの流れが噴流となることにより、その不活性ガスは壁から剥離せずに曲がりに沿って流れ易くなる。特には基板載置台３に急激に曲がる凸の曲がりがある場合に、凸の曲がりの直前の位置において不活性ガスを噴流にすることが有効である。

図８は、第３の実施形態の整流板５”の斜視図であり、該整流板５”の一部を切り欠いて断面を示している。第３の実施形態の整流板５”は、その内周縁５ａが湾曲していることに加えて、外周縁５ｂも上方へ立ち上がるように湾曲している。

図９に示されるように、第３の実施形態の整流板５”が採用される実施例においては、整流板５”の外周縁と筒状体２の内壁との間の隙間を通る不活性ガスの流れも流速が増して噴流となり、この噴流は、他方の（整流板５”の内周縁と基板載置台３の外周壁との）隙間を通流した後に整流板５”の上方へ流出した不活性ガスを上方から押さえ付けるように流れ得る。これにより、基板載置台３の上面付近に不活性ガス雰囲気がもたらされ易いと考えられる。

図１０は、本発明において使用される不活性ガス吐出口９を示す。不活性ガス吐出口９は、一実施例においては、上蓋９ａと、幾重かに巻かれた金網からなる吐出面９ｂとからなる。不活性ガス吐出口９が網目構造を有する吐出面９ｂを含むことにより、この吐出面９ｂにおいて不活性ガスの流れを分断し筒状体２内へムラなく吐出させることができる。

図１１は、不活性ガス吐出口９を底面から見た図である。不活性ガスを通流させるための不活性ガス通路９ｃを取り囲むように、網目構造を有する吐出面９ｂが存在している。

他の実施例においては、不活性ガス吐出口９は、ストレート排気型サイレンサなどの市販のサイレンサと同じ網目構造を有する吐出面を含む。不活性ガス吐出口９の吐出面９ｂは、規則的な（格子状の）網目構造を有する場合もあれば、不規則な（ランダムな）網目構造を有する場合もある。特には、吐出面９ｂが微細で不規則な網目構造を有する場合に、不活性ガスの流れを細かく分断してムラなく筒状体２内へ吐出させる機能が高いと考えられ、実際に、基板載置台３の上面における酸素濃度が低い値に安定することが観測された。

本発明のボンディング装置の不活性ガスフローシステムのさらなる実施例においては、不活性ガス吐出口９の吐出面９ｂが微細な網目構造を有することにより、上述した種々の整流板５，５’，５”を備えずとも、基板載置台３の上面に不活性ガス雰囲気をもたらすことができる。

本発明のボンディング装置の不活性ガスフローシステムを利用することにより、窒素等からなる不活性ガスの使用量を最小限に抑えつつ、ボンディング装置の基板載置台の上面付近に安定よく不活性ガス雰囲気をもたらすことができる。また、本発明の不活性ガスフローシステムは、例えば、基板に実装すべきＩＣ部品や表面実装部品のすべてを自動的に実装することのできる電子部品実装設備などと組み合わせて利用することも考えられる。

１…ボンディング装置
２…筒状体
３…基板載置台
４…支柱（支持部材）
５…整流板（第１の実施形態）
５’…整流板（第２の実施形態）
５”…整流板（第３の実施形態）
６ａ…（整流板５の内周縁５ａと基板載置台３との）隙間
６ｂ…（整流板５の外周縁５ｂと筒状体２の内壁との）隙間
７…蓋体
８…（蓋体７の）中空部
９…不活性ガス吐出口
９ａ…（不活性ガス吐出口の）上蓋
９ｂ…（網目構造を有する）吐出面
９ｃ…不活性ガス通路
１０…不活性ガス供給管

Claims (6)

1. ボンディング装置の不活性ガスフローシステムにおいて、
   上方が開口した概ね円筒形の筒状体であって、円形の内底及び内壁を有する筒状体と、
   上記筒状体の内底に配置された不活性ガス吐出口と、
   概ね円柱形の形状に形成された基板載置台であって、該基板載置台の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアール（Ｒ）が施されていて、上記筒状体の内底及び内壁から離間されつつ上記筒状体内に縦置きに配置された基板載置台と、
   上記基板載置台の少なくとも上面を加熱することができるように上記基板載置台の内部に設けられたヒーターと、
   円い中心孔を有する円盤状の形状に形成された整流板であって、該整流板の内周縁と上記基板載置台の外周壁との間並びに該整流板の外周縁と上記筒状体の内壁との間に不活性ガスを通流させるための隙間を有するように、該中心孔に上記基板載置台を通しつつ、上記アールが施されている位置よりも僅かに低い位置にほぼ水平に配置された整流板と、
   円形の中空部を有する概ね円盤状の形状に形成された蓋体であって、該蓋体が上記筒状体の開口の一部を覆うとともに該中空部が上記基板載置台の上面の真上に位置するように、上記基板載置台の上面よりも高い位置にほぼ水平に配置された蓋体と、
   を備え、
   不活性ガス供給源から、上記筒状体の底面を貫通している不活性ガス供給管を介して、上記不活性ガス吐出口まで不活性ガスを送ることができるように構成されていることを特徴とする、ボンディング装置の不活性ガスフローシステム。
2. 上記整流板の内周縁が上方へ立ち上がるように湾曲してい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不活性ガスフローシステム。
3. 上記整流板の外周縁も上方へ立ち上がるように湾曲していることを特徴とする請求項２に記載のボンディング装置の不活性ガスフローシステム。
4. 上記整流板の裏面に、複数の溝が放射状に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボンディング装置の不活性ガスフローシステム。
5. 上記不活性ガス吐出口は、網目構造を有する吐出面を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のボンディング装置の不活性ガスフローシステム。
6. ボンディング装置の不活性ガスフローシステムにおいて、
   上方が開口した概ね円筒形の筒状体であって、円形の内底及び内壁を有する筒状体と、
   上記筒状体の内底に配置された不活性ガス吐出口であって、網目構造を有する吐出面を含む不活性ガス吐出口と、
   概ね円柱形の形状に形成された基板載置台であって、該基板載置台の円形の形状の上面と外周壁との境目に沿って凸の曲面が形成されるようにアール（Ｒ）が施されていて、上記筒状体の内底及び内壁から離間されつつ上記筒状体内に縦置きに配置された基板載置台と、
   上記基板載置台の少なくとも上面を加熱することができるように上記基板載置台の内部に設けられたヒーターと、
   円形の中空部を有する概ね円盤状の形状に形成された蓋体であって、該蓋体が上記筒状体の開口の一部を覆うとともに該中空部が上記基板載置台の上面の真上に位置するように、上記基板載置台の上面よりも高い位置にほぼ水平に配置された蓋体と、
   を備え、
   不活性ガス供給源から、上記筒状体の底面を貫通している不活性ガス供給管を介して、上記不活性ガス吐出口まで不活性ガスを送ることができるように構成されていることを特徴とする、ボンディング装置の不活性ガスフローシステム。

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