JP6905778B2 - ボンディングヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ボンディングヘッドの構造に関する。

半導体ダイを基板に実装するボンディング装置が多く用いられている。ボンディング装置では、コレットの先端に吸着した半導体ダイが基板の表面に接地したことを検出する接地検出が行われる。従来のボンディング装置では、コレットをスプリングで支持し、コレットの先端が接地した際のコレット後端の変位による接点の解放により接地検出を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開平7−４５６４４号公報

しかし、特許文献１に記載されている従来技術による接地検出は、変位が接点を開放する程度の大きさになった際に接地を検出するので、検出に時間遅れが出る場合があった。また、経年的な汚れ等によりコレットの上下方向支持部の摺動抵抗が増加すると感度が低下して誤検出を招くという問題があった。更に、コレットをコイルスプリングで支持しているため、ボンディングヘッドが移動する際の外力の影響によりコレットが上下方向に振動してしまい、コレットに吸着されている半導体ダイの位置検出に影響が出る場合があった。

そこで、本発明は、ボンディングヘッドにおいて、接地検出の感度と応答性とを向上させると共に外力の影響を受けにくい接地検出を行うことを目的とする。

本発明のボンディングヘッドは、上下方向に移動するベースと、一端にボンディングツールが取り付けられ、ベースに対して水平軸回りに回転自在に取りつけられるアームと、アームの他端とベースとの間に取り付けられた初期張力付きのばねと、ばねの付勢力に対抗してアームの回転を拘束するストッパと、ボンディングツールに印加される上方向の接地荷重を検出する荷重センサと、を備え、荷重センサは、ストッパによりアームの回転が拘束されている状態で接地検出を行うこと、を特徴とする。

本発明のボンディングヘッドにおいて、水平軸は、軸方向の中心線が前記アームの重心を通るように配置されていること、としてもよい。

本発明のボンディングヘッドにおいて、ストッパは、アームの他端側が当接するベースの部分であり、荷重センサは、ベースとアームとの間にばねと直列に接続されていてもよい。この場合、荷重センサは、引張荷重を検出してもよい。

本発明のボンディングヘッドにおいて、アームは、ベースから下方向に突出したブラケットに回転自在に取り付けられ、ストッパは、ブラケットからアームの先端側に向かって突出した部材であり、荷重センサは、ブラケットとベースとの間に挟みこまれてもよい。この場合、荷重センサは、圧縮荷重を検出してもよい。

本発明のボンディングヘッドは、荷重センサによって接地検出を行うので、接地検出の感度と応答性とを向上させると共に外力の影響を受けにくい接地検出を行うことができる。

実施形態のボンディングヘッド斜視図である。 図１に示すボンディングヘッドの立断面図である。 他の実施形態のボンディングヘッドの立面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態のボンディングヘッド１００について説明する。図１，２に示すように、ボンディングヘッド１００は、図示しないＺ方向駆動機構によって上下方向であるＺ方向に移動するベース１１と、ベース１１に固定されたブラケット１２と、ブラケット１２の下端に回転自在に取りけられたアーム２０と、アーム２０のＹ方向マイナス側端２２に取り付けられたばね１９と、荷重センサ２５とを含んでいる。図１においてＺ方向は上下方向、ＸＹ方向は水平方向を示す。また、図中のＸＹＺの各矢印は、それぞれのプラス方向を示す。

ベース１１は、直方体のブロックで、上端面に先端がＹ方向マイナス側に延びるＬ字型の突出部１５を有している。突出部１５のＹ方向マイナス側端には、ばね１９の上端が係合するフック１６が設けられている。ベース１１のＹ方向プラス側には、空気管３０が取り付けられる穴３３と、切り欠き部３１とが設けられている。穴３３に取り付けられた空気管３０の上端は、切り欠き部３１からＹ方向プラス側に伸びている。

ベース１１のＹ方向プラス側の面には、Ｈ型の厚板形状のブラケット１２が取り付けられている。Ｈ型を構成するブラケット１２の上側の切り欠き部３１には空気管３０の先端が通っている。Ｈ型を構成するブラケット１２の下側の凹部１７の内側には、四角断面でＹ方向に伸びる棒状のアーム２０が配置されている。アーム２０は、下側の凹部１７の両側部分にナット１４で固定された水平方向に伸びる水平軸である回転軸１３の周りに回転自在に取りつけられている。ここで、回転軸１３は、軸方向の中心線がアーム２０の重心を通るように配置されている。アーム２０の一端であるＹ方向プラス側端にはボンディングツールであるコレット２１が取り付けられている。また、アーム２０の他端であるＹ方向マイナス側端２２の上側の面は、ベース１１のＹ方向マイナス側端の下面に設けられたストッパ部分１８に当接している。

図２に示すように、ばね１９の上端は、ベース１１に設けられた突出部１５のＹ方向マイナス側端に取り付けられたフック１６に係合し、ばね１９の下端は、荷重センサ２５に接続されている。そして、荷重センサ２５の下端はアーム２０のＹ方向マイナス側端２２にボルトで固定されている。このように、荷重センサ２５は、ベース１１とアーム２０との間にばね１９と直列に接続されている。

ばね１９は、初期張力Ｆが掛るまでは延びがゼロであり、初期張力Ｆを超える張力が掛かると初めて全長が延び始める初期張力付きのばねである。荷重センサ２５は、板状の部材の上にピエゾ素子或いはひずみゲージ等を張り付けたもので、板状部材のひずみを検出することにより板状部材に掛かる引張力を接地荷重と検出するものである。

ばね１９は、コレット２１が接地していない状態で初期張力Ｆよりも小さい僅かな張力が付勢力として掛かるように設定されており、この張力によりアーム２０のＹ方向マイナス側端２２の上側の面はベース１１のストッパ部分１８に押し付けられている。これにより、アーム２０の回転が拘束されている。このように、ストッパ部分１８は、ばね１９の付勢力に対抗してアーム２０の回転を拘束している。

コレット２１の先端が接地すると、アーム２０には回転軸１３の周りの回転モーメントが掛かる。この回転モーメントにより、アーム２０のＹ方向マイナス側端２２が下側に引っ張られ、荷重センサ２５には引張荷重が加わる。荷重センサ２５は、この引張荷重を検出し、所定の閾値を超えた場合にコレット２１の接地を検出する。

この際、コレット２１の先端に印加される上方向の力によりばね１９、荷重センサ２５に加わる引張力がばね１９の初期張力Ｆを超えるまでは、ばね１９は延びないので、コレット２１から加わる上方向の荷重を荷重センサ２５で検出することができる。

一方、コレット２１の先端に印加される上方向の力により、ばね１９、荷重センサ２５に加わる引張力がばね１９の初期張力Ｆを超えると、コレット２１からの上方向の力により、ばね１９が延び、アーム２０のＹ方向マイナス側端２２の上側の面がベース１１のストッパ部分１８から離れる。このため、コレット２１に過大な荷重が掛かり、コレット２１の先端に吸着している半導体ダイが損傷することを抑制できる。この状態では、荷重センサ２５の延びはコレット２１の上方向の力に比例しなくなる。したがって、荷重センサ２５はストッパ部分１８によりアーム２０の回転が拘束されている状態でのみ接地検出を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態のボンディングヘッド１００は、荷重センサ２５によって接地検出を行うので、接地検出の応答性を向上させることができる。また、アーム２０によってコレット２１に掛かる荷重を増幅して荷重センサ２５に掛けるようにしているので、荷重の検出感度を大きくすることができる。更に、コレット２１の先端に大きな荷重が印加された際には、ばね１９が延びることによってコレット２１の先端に係る荷重を逃がし、コレット２１の先端に吸着されている半導体ダイが損傷することを抑制することができる。更に、コレット２１が接地していない状態ではばね１９によりアーム２０のＹ方向マイナス側端２２の上側の面をベース１１のストッパ部分１８に押し付けているので、ボンディングヘッド１００の移動の際にコレット２１がＺ方向に振動することがなく、ボンディングヘッド１００の移動中にコレット２１の先端に吸着された半導体ダイの位置検出に影響が出ることを抑制することができる。

次に、図３を参照しながら、他の実施形態のボンディングヘッド２００について説明する。ボンディングヘッド２００は、ベース５１と、ブラケット５２と、アーム５４と、コレット５５と、ストッパ５３と、ばね５６と、荷重センサ５８と、を含んでいる。

ブラケット５２はベース５１の下側に下方向に突出するように取り付けられている。アーム５４は、ブラケット５２の下端部に回転自在に取り付けられている。ストッパ５３は、ブラケット５２の下端に取りけられ、ブラケット５２からアーム２０のＹ方向プラス側端側に向かって突出した板状の部材である。荷重センサ５８は、ブラケット５２とベース５１むとの間に挟みこまれて圧縮荷重を検出する。

ボンディングヘッド２００のばね５６は、先に説明したボンディングヘッド１００のばね１９と同様の初期張力付きばねであり、コレット２１の先端が接地していない状態では、初期張力Ｆより小さい僅かな引張力でアーム５４のＹ方向マイナス側端を上方向に引張上げてアーム５４の下面をストッパ５３の上側の面に押し付けている。

接地によりコレット２１の先端に加わる上方向の力によりばね５６に掛かる引張力が初期張力Ｆよりも小さい状態では、ばね５６の延びはゼロで、コレット２１の先端に加わる荷重は荷重センサ５８によって検出される。また、ばね５６に加わる荷重が初期張力Ｆを超えた場合には、ばね５６が延びてコレット２１の先端に加わる荷重を逃がす。

このように、ボンディングヘッド２００は、ボンディングヘッド１００と同様の作用効果を奏する。

１１，５１ ベース、１２，５２ ブラケット、１３ 回転軸、１４ ナット、１５ 突出部、１６ フック、１７ 凹部、１８ ストッパ部分、２０，５４ アーム、２１，５５ コレット、２２ Ｙ方向マイナス側端、２５，５８ 荷重センサ、３０ 空気管、３１ 切り欠き部、３３ 穴、５３ ストッパ、１００，２００ ボンディングヘッド、Ｆ 初期張力。

Claims (6)

1. 上下方向に移動するベースと、
   一端にボンディングツールが取り付けられ、前記ベースに対して水平軸の回りに回転自在に取りつけられるアームと、
   前記アームの他端と前記ベースとの間に取り付けられた初期張力付きのばねと、
   前記ばねの付勢力に対抗して前記アームの回転を拘束するストッパと、
   前記ボンディングツールに印加される上方向の接地荷重を検出する荷重センサと、を備え、
   前記荷重センサは、前記ストッパにより前記アームの回転が拘束されている状態で接地検出を行うこと、
   を特徴とするボンディングヘッド。
2. 請求項１に記載のボンディングヘッドであって、
   前記水平軸は、軸方向の中心線が前記アームの重心を通るように配置されていること、
   を特徴とするボンディングヘッド。
3. 請求項１または２に記載のボンディングヘッドであって、
   前記ストッパは、前記アームの他端側が当接する前記ベースの部分であり、
   前記荷重センサは、前記ベースと前記アームとの間に前記ばねと直列に接続されていること、
   を特徴とするボンディングヘッド。
4. 請求項３に記載のボンディングヘッドであって、
   前記荷重センサは、引張荷重を検出すること、
   を特徴とするボンディングヘッド。
5. 請求項１に記載のボンディングヘッドであって、
   前記アームは、前記ベースから下方向に突出したブラケットに回転自在に取り付けられ、
   前記ストッパは、前記ブラケットから前記アームの先端側に向かって突出した部材であり、
   前記荷重センサは、前記ブラケットと前記ベースとの間に挟みこまれていること、
   を特徴とするボンディングヘッド。
6. 請求項５に記載のボンディングヘッドであって、
   前記荷重センサは、圧縮荷重を検出すること、
   を特徴とするボンディングヘッド。

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