JP6571040B2 - ボンディングヘッドの落下防止機構 - Google Patents

Description

本発明は、ボンディングヘッドの落下防止機構に関する。

半導体装置の製造においては、多数個の素子を一括して造り込まれたウエハをダイシングして個々の半導体チップに分離し、これを一個ずつリードフレーム等の所定位置にボンディングするというチップボンディングの手法が採用されている。このチップボンディングにはダイボンダが用いられる（特許文献１）。

ダイボンダは、図５に示すように、Ｚ（上下）方向に上下動するボンディングヘッド１００を有している。ボンディングヘッド１００は、可動部１１０と、その先端部にチップを吸着保持可能なコレット１０１とを有し、ピックアップポジション１０２とボンディングポジション１０３との間の移動が可能となっている。

ピックアップポジション１０２では、ピックアップ用ステージ（図示省略）を備え、このピックアップ用ステージに突き上げ針１０５が配置されている。ピックアップ用ステージには半導体ウエハ１０６が載置されている。半導体ウエハ１０６は、多数のチップ１０７に分割されて、粘着シート１０４に貼り付けられている。ボンディングポジション１０３では、送り手段（図示省略）により搬送されたリードフレーム１０８が待機している。ピックアップポジション１０２とボンディングポジション１０３とは、Ｚ位置（上下位置）が相違しており、図５の図示例では、ピックアップポジション１０２はボンディングポジション１０３よりも低い位置となっている。

チップ１０７をピックアップする際、矢印Ａに示すように、ボンディングヘッド１００は、ピックアップポジション１０２のチップ１０７の上方位置から下降して、コレット１０１をチップ１０７に接触させて吸着する。このとき、突き上げピン１０５が上昇して、この突き上げピン１０５にて粘着シートを介してチップ１０７を押し上げて、コレット１０１にて吸着しているチップ１０７を粘着シートから剥離させる。その後、矢印Ｂに示すように、ボンディングヘッド１００は上昇し、矢印Ｃに示すように、ボンディングポジション１０３の上方位置にまでチップ１０７を搬送する。ボンディングヘッド１００は、矢印Ｄに示すように下降して、リードフレーム１０８のボンディングポジション１０３でチップ１０７をボンディングする。

前記したように、ボンディングヘッド１００は上下動するものであり、その駆動手段としては、図６に示すようなリニア機構１０９が使用されることがある。この場合に使用されるリニア機構１０９は、公知公用の種々のものを適用でき、少なくともボンディングヘッド１００の可動部１１０に内蔵されたリニアモータ１１１と、固定部１１４に固定されるリニアガイド１１３と、リニアガイド１１３に対してボール等の転がり部材（図示省略）を介して上下動するスライダ１１２（例えば４つ）とを備えている。

リニア機構１０９は、ダイボンダ本体の電源からの電圧供給を受けて作動するものであり、ダイボンダの電源断時には、リニア機構１０９も作動停止する（具体的には、リニアモータ１１１の動作が停止する）。ダイボンダは、ユーザの意図により電源断されたり、例えば停電等のようにユーザが意図することなく電源断されたりする。いずれの場合でも、ダイボンダが電源断されると、ボンディングヘッド１００はいずれかの位置で停止することになる。

電源断時に、ボンディングヘッド１００がボンディングポジション１０２やピックアップポジション１０３の上方で停止した場合、ボンディングヘッド１００を支持するものがなければ、可動部１１０が自重落下してチップ１０７やリードフレーム１０８上に落下すると、製品が損傷するおそれがある。このため、図６に示すように、可動部１１０を引張ばね１１５により吊下げて、電源断時の可動部１１０の自重落下を防止している。

特開２０００−６８２９６号公報

しかしながら、可動部１１０をばね１１５により吊下げると、Ｚストローク全体にばねの張力が外乱として作用する。すなわち、図５に示すように、可動部１１０を、普段待機している待機位置１１６から下方にｘだけ下降させるためには、可動部の質量＋（ばね定数×ｘ）の力が必要となる。特に、ピックアップポジション１０２では、Ｚストロークｘ１が大きいため、ピックアップ時に過大な吊り上げ力が発生し、モータの必要トルクが大きくなる。一方、ボンディングポジション１０３では、Ｚストロークｘ２が小さいため、ピックアップ時の吊り上げ力は小さくなり、モータの必要トルクも小さくなる。

このように、ピックアップポジション１０２とボンディングポジション１０３とで上下方向が相違すると、ピックアップ時とボンディング時とのＺストロークが異なるため、モータの必要トルクが相違する。特に、過大な吊り上げ力が発生するピックアップ時は、吊り上げ力から自重分を引いた分だけ余計にトルクを多く発生させるため非効率である。また、発熱はトルクの２乗に比例して大きくなるため、モータの発熱が必要以上に大きくなり、過大に発生した熱によって、全体が熱変形し、十分な位置決め精度を確保できないといった問題があった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、ボンディングヘッドの上下動を効率的に行いながら、電源断時のボンディングヘッドの自重落下による製品損傷を防止するボンディングヘッドの落下防止機構を提供しようとするものである。

本発明のボンディングヘッドの落下防止機構は、電源からの電圧供給を受けてボンディングヘッドを上下動させる上下動手段を備え、ボンディングヘッドが、チップをピックアップするピックアップポジションと、ピックアップポジションよりも上下方向位置が高い位置で、チップをワークにボンディングするボンディングポジションとの間を往復動するダイボンダに付設されて、電源断時に、ボンディングヘッドのピックアップポジションでの自重落下及びボンディングポジションでの自重落下を防止するボンディングヘッドの落下防止機構であって、前記ボンディングヘッドに設けられるヘッド側永久磁石と、前記ピックアップポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させる永久磁石からなるピックアップ側反発手段と、前記ボンディングポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させる永久磁石又は磁性体からなるボンディング側吸引手段とを備えたものである。

また、本発明のボンディングヘッドの落下防止機構は、電源からの電圧供給を受けてボンディングヘッドを上下動させる上下動手段を備え、ボンディングヘッドが、チップをピックアップするピックアップポジションと、ピックアップポジションよりも上下方向位置が低い位置で、チップをワークにボンディングするボンディングポジションとの間を往復動するダイボンダに付設されて、電源断時に、ボンディングヘッドのピックアップポジションでの自重落下及びボンディングポジションでの自重落下を防止するボンディングヘッドの落下防止機構であって、前記ボンディングヘッドに設けられるヘッド側永久磁石と、前記ピックアップポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させる永久磁石又は磁性体からなるピックアップ側吸引手段と、前記ボンディングポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させる永久磁石からなるボンディング側反発手段とを備えたものである。

本発明のボンディングヘッドの落下防止機構によれば、ボンディングヘッドにヘッド側永久磁石を設けている。また、ピックアップポジションとボンディングポジションとで上下位置が相違しており、ピックアップポジションとボンディングポジションとのいずれか低い側（低位置側という）に、ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させる反発手段を設け、ピックアップポジションとボンディングポジションとのいずれか高い側（高位置側という）に、ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させる吸引手段を設けている。これにより、電源断時に、ボンディングヘッドが低位置側で停止しても、ボンディングヘッドは反発力を付与されて浮上するため、自重落下することなく製品を傷つけることがない。また、電源断時に、ボンディングヘッドが高位置側で停止しても、ボンディングヘッドは吸引力を付与されて浮上するため、自重落下することなく製品を傷つけることがない。

前記構成において、低位置側に設けられる永久磁石は、第１磁石と、第１磁石と相対面する第２磁石とを備え、第１磁石と第２磁石とは異極が対面し、第１磁石と第２磁石とは、ボンディングヘッドの先端部が低位置側に位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第１磁石とで同極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第２磁石とで同極が対面するように配置されるようにしてもよい。

前記構成において、高位置側に設けられる永久磁石は、第３磁石と、第３磁石と相対面する第４磁石とを備え、第３磁石と第４磁石とは異極が対面し、第３磁石と第４磁石とは、ボンディングヘッドの先端部が高位置側の上方に位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第３磁石とで異極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第４磁石とで異極が対面するように配置されるようにしてもよい。

前記構成において、前記ピックアップポジションとボンディングポジションとの間、かつ、ピックアップポジション及びボンディングポジションよりも上下方向位置が高い位置に、ボンディングヘッドの待機位置が設けられていてもよい。

本発明では、ばねによりボンディングヘッドを吊下げることなく電源断時のボンディングヘッドの自重落下を防止できるため、ボンディングヘッドの上下動を効率的に行いながら、電源断時のボンディングヘッドの自重落下による製品損傷を防止することができる。

本発明のボンディングヘッドの落下防止機構を構成するボンディングヘッドを示す簡略正面図である。 本発明のボンディングヘッドの落下防止機構の簡略平面図である。 本発明のボンディングヘッドの落下防止機構を構成するダイボンダの簡略正面図である。 本発明のボンディングヘッドの落下防止機構によりボンディングヘッドの落下防止を説明する図であり、（ａ）はピックアップ側反発手段、（ｂ）はボンディング側吸引手段である。 従来のボンディングヘッドを示す簡略正面図である。 本発明のダイボンダの簡略正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

本発明のボンディングヘッドの落下防止機構は、ダイボンダに付設されて、電源断時に、ボンディングヘッドのピックアップポジションでの自重落下及びボンディングポジションでの自重落下を防止するものである。

ダイボンダは、図１に示すようなボンディングヘッド１を有している。ボンディングヘッド１は、図３に示すように、Ｚ方向に上下動する可動部２と、可動部２の先端部に一体的に設けられて、チップ３を吸着保持可能なコレット４とを備えている。ボンディングヘッド１は、Ｚ方向における上昇および下降と、ピックアップポジション５上とボンディングポジション６上との間の往復動とが可能とされる。ピックアップポジション５とボンディングポジション６とは、Ｚ位置（上下位置）が相違し、図３の図示例では、ピックアップポジション５はボンディングポジション６よりも低い位置となっている。

Ｘ方向において、ピックアップポジション５とボンディングポジション６との間、かつ、ピックアップポジション５及びボンディングポジション６よりも上下方向位置が高い位置に、ボンディングヘッド１の待機位置１５が設けられている。

ボンディングヘッド１を上下動させる上下動手段は、本実施形態では図１に示すように、リニア機構７が使用される。すなわち、リニア機構７は、公知公用の種々のものを適用することができ、少なくともボンディングヘッド１の可動部１１０に内蔵されたリニアモータ８と、固定部１０に固定されるリニアガイド１１と、リニアガイド１１に対してボール等の転がり部材（図示省略）を介して上下動するスライダ９（例えば４つ）とを備えている。

図２に示すように、可動部２にはアーム１２が設けられており、このアーム１２先端部には、固定部材１３を介してヘッド側永久磁石１４が固定されている。ヘッド側永久磁石１４は、アーム１２から直交する方向に延びた板状の永久磁石であり、水平方向（Ｙ方向）において、一方の面がＳ極をなし、他方の面がＮ極をなしている。なお、図２はボンディングヘッド１がピックアップポジション５の上方に位置する場合を示している。

図３に示すように、ピックアップポジション５ではピックアップ用ステージ２０を備え、このピックアップ用ステージ２０に突き上げ針２１が配置されている。ピックアップ用ステージ２０には半導体ウエハ２２が載置されている。半導体ウエハ２２は、多数のチップ３に分割されて、粘着シート（図示省略)に貼り付けられている。

ピックアップポジション５の近傍位置には、図２及び図４（ａ）に示すように、ピックアップ側反発手段２３が設けられている。具体的には、水平方向位置としては、図２に示すように、ボンディングヘッド１がピックアップポジション５に位置するときに、ヘッド側永久磁石１４が対面する位置であり、上下方向位置としては、図３に示すＨ１のいずれかの位置にピックアップ側反発手段２３を設ける。

ピックアップ側反発手段２３は、図示省略の固定部に固定された永久磁石（第１磁石２４）と、第１磁石２４と相対面する永久磁石（第２磁石２５）とを備えている。図２に示すように、第１磁石２４と第２磁石２５との隙間は、ヘッド側永久磁石１４の板厚よりも大きなものとなっており、ボンディングヘッド１の先端部（コレット４）がピックアップポジション５に位置するときに、第１磁石２４と第２磁石２５とで、ヘッド側永久磁石１４を非接触で挟み込むことが可能となっている。

図４（ａ）に示すように、第１磁石２４と第２磁石２５とは異極が対面している。また、ボンディングヘッド１の先端部（コレット４）がピックアップポジション５に位置するときに、ヘッド側永久磁石１４と第１磁石２４とで同極が対面するとともに、ヘッド側永久磁石１４と第２磁石２５とで同極が対面するように第１磁石２４と第２磁石２５とを配置している。すなわち、第１磁石２４において、第２磁石２５に対面する磁局面をＳ極とし、第２磁石２５において、第１磁石２４に対面する磁局面をＮ極としている。

ダイボンダの電源断時では、リニアモータ８の出力が停止される。この場合、電源断時に、ボンディングヘッド１がピックアップポジション５の付近で停止しても、図４（ａ）の矢印に示すように、ボンディングヘッド１はピックアップ側反発手段２３から反発力を付与されて浮上する。すなわち、図３に示すように、ボンディングヘッド１は範囲Ｈ２及びＨ３では自重落下するが、範囲Ｈ１では反発力が作用しているため、ボンディングヘッド１は範囲Ｈ１で下降することができない。このように、範囲Ｈ１は反発力による浮上範囲となり、ボンディングヘッド１は落下しないため、製品を傷つけることがない。

なお、反発力の大きさは、ボンディングヘッド１がチップ３をピックアップする際に、ボンディングヘッド１のチップ３に対する下降を妨げない（つまり、リニアモータ８の出力トルクよりも十分に小さい）ものとなるように、永久磁石の大きさを選択したり、ピックアップポジション５からの永久磁石の距離を調節したりして、反発力を設定する。

図３に示すように、ボンディングポジションで６は、送り手段（図示省略）により搬送されたリードフレーム２６が待機している。ボンディングポジション６の近傍位置には、図４（ｂ）に示すように、ボンディング側吸引手段２７が設けられている。具体的には、水平方向位置としては、ボンディングヘッド１がボンディングポジション６の上方に位置するときに、ヘッド側永久磁石１４が対面する位置であり、上下方向位置としては、ボンディングヘッドの待機位置１５の上下方向位置（Ｚ位置）とほぼ同じ位置にボンディング側吸引手段２７を設ける。

ボンディング側吸引手段２７は、図示省略の固定部に固定された永久磁石（第３磁石２８）と、第３磁石２８と相対面する永久磁石（第４磁石２９）とを備えている。第３磁石２８と第４磁石２９との隙間は、ヘッド側永久磁石１４の板厚よりも大きなものとなっており、ボンディングヘッド１の先端部（コレット４）がボンディングポジション６の上方に位置するときに、第３磁石２８と第４磁石２９とで、ヘッド側永久磁石１４を非接触で挟み込むことが可能となっている。

図４（ｂ）に示すように、第１磁石２４と第２磁石２５とは異極が対面している。また、ボンディングヘッド１の先端部（コレット４）がボンディングポジション６の上方に位置するときに、ヘッド側永久磁石１４と第３磁石２８とで異極が対面するとともに、ヘッド側永久磁石１４と第４磁石２９とで異極が対面するように第３磁石２８と第４磁石２９とを配置している。すなわち、第３磁石２８において、第４磁石２９に対面する磁局面をＮ極とし、第４磁石２９において、第３磁石２８に対面する磁局面をＳ極としている。

ダイボンダの電源断時では、リニアモータ８の出力が停止される。この場合、電源断時に、ボンディングヘッド１がボンディングポジション６の付近で停止しても、図４（ｂ）の矢印に示すように、ボンディングヘッド１はボンディング側吸引手段２７から吸引力を付与されて浮上する。すなわち、図３に示すように、範囲Ｈ３では吸引力が作用しているため、ボンディングヘッド１は範囲Ｈ３では下降することができない。このように、範囲Ｈ３は吸引力による浮上範囲となり、ボンディングヘッド１は落下しないため、製品を傷つけることがない。

なお、この吸引力の大きさは、ボンディングヘッド１がチップ３をボンディングする際に、ボンディングヘッド１のリードフレーム２６に対する下降を妨げない（つまり、リニアモータ８の出力トルクよりも十分に小さい）ものとなるように、永久磁石の大きさを選択したり、ボンディングポジション６からの永久磁石の距離を調節したりして、吸引力を設定する。

前記のように構成することによって、ばねによりボンディングヘッド１を吊下げることなく電源断時のボンディングヘッド１の自重落下を防止できるため、ボンディングヘッド１の上下動を効率的に行いながら、電源断時のボンディングヘッド１の自重落下による製品損傷を防止することができる。

前記実施形態では、ピックアップポジションはボンディングポジションよりも低い位置であったが、ピックアップポジションがボンディングポジションよりも高い位置であってもよい。この場合、ピックアップポジションの近傍に、ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させるピックアップ側吸引手段を設けるとともに、ボンディングポジションに、ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させるボンディング側反発手段を設ける（図示省略）。

具体的には、ピックアップ側吸引手段は、第３磁石と第４磁石とを備え、ボンディングヘッドの先端部（コレット）がピックアップポジションの上方に位置するときに、ヘッド側永久磁石１と第３磁石とで異極が対面するとともに、ヘッド側永久磁石１と第４磁石とで異極が対面するように第３磁石と第４磁石とを配置する。また、ボンディング側反発手段は、第１磁石と第２磁石とを備え、ボンディングヘッドの先端部（コレット）がボンディングポジションに位置するときに、ヘッド側永久磁石１と第１磁石とで同極が対面するとともに、ヘッド側永久磁石１と第２磁石とで同極が対面するように第１磁石と第２磁石とを配置する。

前記各実施形態において、ボンディング側吸引手段（ピックアップ側吸引手段）は、永久磁石ではなく、強磁性体であってもよい。図４に示すＳ極がＮ極であり、Ｎ極がＳ極であってもよい。

前記実施形態は、上下動手段としてリニア機構を用いたが、ボールねじ機構であってもよい。

１ ボンディングヘッド
３ チップ
５ ピックアップポジション
６ ボンディングポジション
７ リニア機構
１４ ヘッド側永久磁石
２３ ピックアップ側反発手段
２４ 第１磁石
２５ 第２磁石
２６ リードフレーム
２７ ボンディング側吸引手段
２８ 第３磁石
２９ 第４磁石

Claims (8)

1. 電源からの電圧供給を受けてボンディングヘッドを上下動させる上下動手段を備え、ボンディングヘッドが、チップをピックアップするピックアップポジションと、ピックアップポジションよりも上下方向位置が高い位置で、チップをワークにボンディングするボンディングポジションとの間を往復動するダイボンダに付設されて、電源断時に、ボンディングヘッドのピックアップポジションでの自重落下及びボンディングポジションでの自重落下を防止するボンディングヘッドの落下防止機構であって、
   前記ボンディングヘッドに設けられるヘッド側永久磁石と、
   前記ピックアップポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させる永久磁石からなるピックアップ側反発手段と、
   前記ボンディングポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させる永久磁石又は磁性体からなるボンディング側吸引手段とを備えたことを特徴とするボンディングヘッドの落下防止機構。
2. 前記ピックアップ側反発手段は、第１磁石と、第１磁石と相対面する第２磁石とを備え、第１磁石と第２磁石とは異極が対面し、第１磁石と第２磁石とは、ボンディングヘッドの先端部がピックアップポジションに位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第１磁石とで同極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第２磁石とで同極が対面するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。
3. 前記ボンディング側吸引手段は、第３磁石と、第３磁石と相対面する第４磁石とを備え、第３磁石と第４磁石とは異極が対面し、第３磁石と第４磁石とは、ボンディングヘッドの先端部がボンディングポジションの上方に位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第３磁石とで異極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第４磁石とで異極が対面するように配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。
4. 電源からの電圧供給を受けてボンディングヘッドを上下動させる上下動手段を備え、ボンディングヘッドが、チップをピックアップするピックアップポジションと、ピックアップポジションよりも上下方向位置が低い位置で、チップをワークにボンディングするボンディングポジションとの間を往復動するダイボンダに付設されて、電源断時に、ボンディングヘッドのピックアップポジションでの自重落下及びボンディングポジションでの自重落下を防止するボンディングヘッドの落下防止機構であって、
   前記ボンディングヘッドに設けられるヘッド側永久磁石と、
   前記ピックアップポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に吸引力を発生させる永久磁石又は磁性体からなるピックアップ側吸引手段と、
   前記ボンディングポジションに前記ヘッド側永久磁石との間に反発力を発生させる永久磁石からなるボンディング側反発手段とを備えたことを特徴とするボンディングヘッドの落下防止機構。
5. 前記ボンディング側反発手段は、第１磁石と、第１磁石と相対面する第２磁石とを備え、第１磁石と第２磁石とは異極が対面し、第１磁石と第２磁石とは、ボンディングヘッドの先端部がボンディングポジションに位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第１磁石とで同極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第２磁石とで同極が対面するように配置されたことを特徴とする請求項４に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。
6. 前記ピックアップ側吸引手段は、第３磁石と、第３磁石と相対面する第４磁石とを備え
   、第３磁石と第４磁石とは異極が対面し、第３磁石と第４磁石とは、ボンディングヘッドの先端部がピックアップポジションの上方に位置するときに、前記ヘッド側永久磁石を非接触で挟み込み、かつ、前記ヘッド側永久磁石と第３磁石とで異極が対面するとともに、前記ヘッド側永久磁石と第４磁石とで異極が対面するように配置されたことを特徴とする請求項５に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。
7. 前記ピックアップポジションとボンディングポジションとの間、かつ、ピックアップポジション及びボンディングポジションよりも上下方向位置が高い位置に、ボンディングヘッドの待機位置が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。
8. 前記上下動手段は、リニア機構であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のボンディングヘッドの落下防止機構。

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