JPH053223A - 平行出し機構と平行出し方法及びこの平行出し機構或いは平行出し方法を用いたインナリ−ドボンデイング装置とインナリ−ドボンデイング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２つの部材の対向する平面どうしを高精度に平
行出しすることができ、且つ、平行出しされた部材の姿
勢を保持することができる平行出し機構及び平行出し方
法を提供することにある。 【構成】２つの部材の対向する平面どうしを平行にする
平行出し機構において、滑動部材２６球面滑動部２９を
介して支持するとともに、球面滑動部２９に高圧気体ま
たは真空を導く手段（高圧エア源３４または第１の真空
源３５）とボンデングツ−ル９のツ−ル面１０によって
滑動部材２６の載置面２４を押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、２つの部材の
互いに対向する平面の向きを平行に調節する平行出し機
構及び平行出し方法及びこの平行出し機構或いは平行出
し方法を用いたインナリ−ドボンディング装置とインナ
リ−ドボンディング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２つの部材の互いに平行な平面で被加圧
物を加圧する装置は産業上広く用いられている。例え
ば、図６に示すように、半導体素子に形成された電極部
とフィルムキャリアに形成されたインナリ−ドとを接合
して半導体素子をフィルムキャリアに装着するインナリ
−ドボンディング装置（以下、装置と称する）１があ
る。

【０００３】この装置１は、ボンディングステ−ジ２の
載置面３に半導体素子４を載置するとともに、シネフィ
ルム状のフィルムキャリア５を例えば間欠的に走行させ
てフィルムキャリア５の所定の部位をボンディングステ
−ジ２上で停止させる。さらに、装置１は、半導体素子
４に形成された電極部としてのバンプ６…（２つのみ図
示）とフィルムキャリア５に形成されたインナリ−ド７
…（２つのみ図示）とを位置合せして互いに対向させ
る。

【０００４】そして、装置１は、先端に所定温度に加熱
されたボンディングヘッド８を有するボンディングツ−
ル９をボンディングステ−ジ２へ向けて下降させ、ボン
ディングツ−ル９のツ−ル面１０をインナリ−ド７…に
当接させる。そして、装置１は、インナリ−ド７…をバ
ンプ６…に加熱しながら押圧し、インナリ−ド７…とバ
ンプ６…とを一括に熱圧着して、半導体素子４をフィル
ムキャリア５の所定位置に装着する。

【０００５】このような装置１においては、半導体素子
４の姿勢がボンディングツ−ル９に対してずれている
と、ボンディングツ−ル９の加圧力が不均一になり、半
導体素子４に局部的に過大な力が加わることがある。そ
して、このような場合には、大量の半導体素子に不良が
生じることがある。

【０００６】したがって、装置１においては、ボンディ
ングツ−ル９の加圧力を均等に分散させるために、載置
面３とツ−ル面１０との平行度を例えば３μｍ程度に保
つことが必要である。

【０００７】載置面３とツ−ル面１０とを平行にする手
段として、一般的には、調整ねじによってボンディング
ツ−ル９を前後左右に傾け、載置面３とツ−ル面１０と
を平行にして固定する方法（図示省略）が用いられてい
る。また、ボンディングツ−ル９の加圧力を均等に分散
させる１つの手段が、例えば特開昭５７−３７８４２号
公報に開示されている。

【０００８】この特開昭５７−３７８４２号公報には、
図７に示すような、ならい機構部１１が示されている。
このならい機構部１１は、球状の部分を形成された滑動
部材１２とボンディングステ−ジ２に一体に設けられて
滑動部材１１と組合わされる滑動部材受１３とにより構
成されている。

【０００９】そして、ならい機構部１１は、ボンディン
グツ−ル９が下降してインナリ−ド７…をバンプ６…に
押圧した際に、ボンディングツ−ル９の加圧力に応じて
滑動部材１２を滑動部材受１３の受面１４に対して滑ら
せる。そして、ならい機構部１１は載置面３をツ−ル面
１０にならわせ、載置面３とツ−ル面１０との平行度を
向上させている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方法
には次の不具合がある。

【００１１】調整ねじでボンディングツ−ルを傾ける第
１の方法では、作業者の熟練度やツ−ル面の大きさにも
よるが、通常３０分〜４時間程度の調整時間を要する。
ボンディングツ−ルは半導体素子に応じて交換する必要
があるため、品種交換が多い場合には極めて効率が悪い
という欠点がある。ならい機構を用いた第２の方法（特
開昭５７−３７８４２号公報）には以下の不具合があ
る。

【００１２】第１に、インナリ−ドボンディング装置で
は、半導体素子の電極部とフィルムキャリアのインナリ
−ドとを例えば±１０μｍ程度の高い精度で位置合せす
る必要があるが、特開昭５７−３７８４２号公報では、
滑動部材１２は滑動部材受１３に自重のみによって拘束
されているため、例えば半導体素子４を載置面３に載置
してから半導体素子４をシルムキャリア５の所定位置の
下方に移動させるまでの間に、滑動部材１２が位置ずれ
し易い。特に、滑動部材１２はその軸心を中心とした回
転方向、即ち、図８中にθで示す方向には何ら拘束され
ていないため、滑動部材１２が位置ずれし易い。

【００１３】また、同様の理由により、例えばインナリ
−ドボンディング装置では、半導体素子４の裏面にダイ
シングの際に用いられるダイシングテ−プの粘着剤等が
残っていることが希にあり、半導体素子４と滑動部材１
１とが分離せず、滑動部材１１と滑動部材受１３とが分
離して作業に支障が生じることがある。第２に、滑動部
材１２と滑動部材受１３との間には摩擦力が作用するた
め、高精度に平行出しすることができないという欠点が
ある。

【００１４】特に、図８中に示すように、半導体素子の
大きさ が球面の曲率半径ｒに対して過度に小さく設定
されている場合には、摩擦力Ｆ´が回転力Ｆよりも大と
なり、滑動部材１２はボンディングツ−ル９の加圧力を
受けても滑動しない。

【００１５】したがって、半導体素子の大きさによって
は載置面３がツ−ル面１０にならわず、載置面３とツ−
ル面１０とを平行出しできず、品種に応じて適当な曲率
半径ｒをもったならい機構部を準備して交換しなければ
ならないという不具合がある。

【００１６】本発明の目的とするところは、２つの部材
の対向する平面どうしを高精度に平行出しすることがで
き、且つ、平行出しされた部材の姿勢を保持することが
できる平行出し機構及び平行出し方法を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、２つの部材の対向する平面どう
しを平行にする平行出し機構において、２つの部材の両
方またはいずれか一方を球面滑動部を介して支持すると
ともに、球面滑動部に高圧気体または真空を導く手段と
２つの部材の対向する平面どうしを相対的に押圧する手
段とを設けた。

【００１８】また、２つの部材の互いに対向する平面ど
うしを自動的に押圧する工程と、上記２つの部材の両方
またはいずれか一方に面した球面滑動部に真空を導入し
て吸着保持する工程とを具備した。

【００１９】そして、本発明は２つの部材の対向する平
面どうしを高精度に平行出しすることができ、且つ、平
行出しされた部材の姿勢を保持することができるように
した。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
基づいて説明する。なお、従来の技術の項で説明したも
のと重複するものについては同一番号を付し、その説明
は省略する。

【００２１】図１および図２は本発明の一実施例を示し
ており、両図中２１はインナリ−ドボンディング装置
（以下、装置と称する）である。この装置２１は、ボン
ディングツ−ル９、ボンディングステ−ジ２２、およ
び、ボンディングステ−ジ２２上に設けられたならい機
構部２３を有している。

【００２２】これらのうちボンディングツ−ル９は、昇
降自在に設けられており、その先端部にボンディングヘ
ッド８を形成されている。さらに、ボンディングツ−ル
９は、ボンディングヘッド８の先端部を平坦に加工され
ており、先端部にツ−ル面１０を形成されている。そし
て、ボンディングツ−ル９はボンディングヘッド８を、
図示しないヒ−タ等を用いてインナリ−ドボンディング
に適した値に昇温させる。

【００２３】上記ならい機構部２３は、平坦な載置面２
４と球状部２５とを有する滑動部材２６と、球状凹部２
７を有する滑動部材受２８とからなっている。そして、
ならい機構部２３は滑動部材２６を滑動部材受２８に上
方から組合わせており、球状部２５を球状凹部２７に係
合させている。さらに、ならい機構部２３においては、
滑動部材２６と滑動部材受２８とが、例えばボンディン
グステ−ジ２２の本体２２ａにボルト等の固定具を介し
て一体に連結された枠部２３ａの内側に収納されてい
る。

【００２４】さらに、ならい機構部２３は滑動部材２６
の球状部２５と滑動部材受２８の球状凹部２７との間に
球面滑動部２９を形成している。そして、ならい機構部
２３は、滑動部材２６を滑動部材受２８によってピボッ
ト状に保持しており、滑動部材２３を、滑動部材受２８
に対して滑動して載置面２４の向きを変化させるように
している。

【００２５】また、ボンディングステ−ジ２２には第１
および第２の２つの導通路３０、３１が設けられてい
る。これらのうち第１の導通路３０は、ボンディングス
テ−ジ本体２２ａと滑動部材受２８に跨がって延びてお
り、滑動部材受２８に例えば環状に形成された導通溝３
２と連通している。導通溝３２は滑動部材受２８および
滑動部材２６と同心的に形成されており、球面滑動部２
９に開口し全周に亘って球状部２５に面している。

【００２６】上記第２の導通路３１は、ボンディングス
テ−ジ２２の本体２２ａ、滑動部材受２８、および、滑
動部材２６に跨がって延びている。そして、第２の導通
路３１は、滑動部材２６中および滑動部材受２８中にお
いては、滑動部材２６および滑動部材受２８の軸心に沿
って直線状に形成されている。そして、第２の導通路３
１は滑動部材２６の載置面２４に開口している。

【００２７】また、上記第１の導通路３０には、互いに
並列に設けられた高圧エア源３３と第１の真空源３４と
が配管接続されている。さらに、これら高圧エア源３３
および真空源３４は第１の導通路３０との間にそれぞれ
独立にバルブ３５、３６を介在させており、第１の導通
路３０とそれぞれ別々に連通するようになっている。

【００２８】さらに、第２の導通路３２には第２の真空
源３７が配管接続されている。そして、この真空源３７
は、第２の導通路３２との間にバルブ３８を介在させて
いる。

【００２９】また、装置２１には制御手段３９が設けら
れており、この制御手段３９には前記各バルブ３５、３
６、３８が接続されている。さらに、制御手段３９には
ボンディングツ−ル９を駆動するボンディングツ−ル駆
動手段４０が接続されている。そして、制御部３９は各
バルブ３５、３６、３８の駆動制御、および、ボンディ
ングツ−ル９の駆動制御を行う。つぎに、上述の構成の
装置２１を用いて行われるインナリ−ドボンディング方
法を説明する。

【００３０】図１はボンディングツ−ル９のツ−ル面１
０と滑動部材２６の載置面２４との平行出しの状態を示
している。つまり、まず、ボンディングツ−ル９が下降
してツ−ル面１０を滑動部材２６の載置面２４に直に当
接させ、滑動部材２６を所定の力で押圧する。

【００３１】さらに、高圧エア源側のバルブ３６が開放
され、高圧エアが高圧エア源３４から第１の導通路３０
に供給される。そして、高圧エアが導通溝３２を介して
球面滑動部２９に導入され、滑動部材２６に形成された
球状部２５の外周面に与圧する。そして、球面滑動部２
９に空気軸受と同様の機能が生じ、滑動部材２６が球面
滑動部２９の圧力に応じて滑動部材受２８から例えば所
定量浮き上がる。

【００３２】さらに、球状部２５と球状凹部２７との間
の摩擦係数が大幅に減少し、滑動部材２６が滑動部材受
２８との間の摩擦力から解放される。そして、滑動部材
２６がその姿勢をボンディングツ−ル９に合わせて変化
させ、載置面２４をツ−ル面１０に密着させる。

【００３３】こののち、高圧エア源側のバルブ３６が閉
塞され、さらに、第１の真空源の側のバルブ３７が開放
されて、球面滑動部２９が真空吸引される。そして、滑
動部材２６が、載置面２４をボンディングツ−ル９のツ
−ル面１０に密着させたまま滑動部材受２８に真空吸着
されて固定される。そして、滑動部材２６が滑動部材受
２８に固定された状態でボンディングツ−ル９が上昇
し、載置面２４とツ−ル面１０との平行出しが完了す
る。図２はインナリ−ド７…と電極部としてのバンプ６
…との接合の状態を示している。

【００３４】前述の平行出しが完了したのち、第１の真
空源の側のバルブ３７は開放されたままになっており、
滑動部材２６が保持され続けているとともに、載置面２
４とツ−ル面１０との平行状態が保たれている。そし
て、半導体素子４が載置面２４に載置され、第２の導通
路３１に接続された第２の真空源の側のバルブ３８が開
放される。そして、半導体素子４が滑動部材２６に吸着
保持され、半導体素子４に形成されたバンプ６…がフィ
ルムキャリア５に形成されたインナリ−ド７…に対して
位置合せされる。

【００３５】こののち、ボンディングツ−ル９が下降
し、所定温度に加熱されたボンディングヘッド８のツ−
ル面１０をインナリ−ド７…に押し当てて、インナリ−
ド７…とバンプ６…とを一括に熱圧着する。図２におい
ては、制御系の図示が省略されている。

【００３６】上述のように平行出しを行うインナリ−ド
ボンディング装置２１とインナリ−ドボンディング方法
においては、滑動部材２６と滑動部材受２８との間に形
成された球面滑動部２９に高圧エア−が供給されている
ので、球状部２５と球状凹部２７との間の摩擦係数を低
減することができる。

【００３７】したがって、半導体素子４の大きさにかか
わらず滑動部材２６を滑動させることができ、高精度な
平行出しを行うことができる。そして、載置面２４とツ
−ル面１０との傾きを原因として半導体素子４に加圧力
のばらつきが生じることを防止でき、半導体素子４の不
良の発生を防止できる。

【００３８】また、平行出しが完了した後に滑動部材２
６が滑動部材受２８に真空吸着されているので、バンプ
６…とインナリ−ド７…との位置合せの際に例えばボン
ディングステ−ジ２２の移動に伴って振動が生じても、
バンプ６…とインナリ−ド７…とは簡単には位置ずれし
ない。したがって、位置決め精度が高い。

【００３９】さらに、滑動部材２６が滑動部材受２８に
真空吸着されているので、例えば半導体素子４の裏面に
ダイシングテ−プの粘着剤が残っていた場合でも、半導
体素子４と滑動部材２６とを確実に分離させることがで
きる。

【００４０】なお、滑動部材２６および滑動部材受２８
の材質は十分な硬度の硬質材料であれば、金属・非金属
は問わない。そして、例えば滑動部材２６および滑動部
材受２８の材質にガラスを採用することも可能である。

【００４１】また、滑動部材２６および滑動部材受２８
の材質の組合わせも任意に行うことが可能である。そし
て、例えばボンディング時の熱の影響を考慮して材質の
組合せを考え、上側からの加熱が行われる場合と、下側
から加熱が行われる場合とで材質の組合せを変更するこ
とが考えられる。また、本発明は上記実施例に限定され
ず、例えば平行出しの際にボンディングツ−ル９の加圧
力を平行出しの過程に合せて変化させるようにしてもよ
い。

【００４２】具体的には、始めにボンディングツ−ル９
により滑動部材２６を弱い力で加圧し、球面滑動部２９
に高圧エアを供給して滑動部材２６を浮かせながら滑動
部材２６の姿勢を調整する。こののちにボンディングツ
−ル９の加圧力を増大させ、滑動部材２６に強い力で加
圧して滑動部材２６を滑動部材受２８に押し付ける。そ
して、高圧エア源側のバルブ３６を閉じ、高圧エアの供
給を停止する。また、この他に、例えば高圧エアを平行
出しの過程に合せて断続的に供給してもよい。さらに、
本発明の平行出し機構及び平行出し方法をアウタリ−ド
ボンディング装置及び方法に適用することも可能であ
る。

【００４３】また、本実施例においては、インナリ−ド
ボンディング装置とインナリ−ドボンディング方法とを
例として説明しているが、例えば、２つの部材の対向す
る平面どうしを平行にする平行出し機構と平行出し方法
とを適用したフリップチップボンディング装置及び方法
にも適用可能である。

【００４４】つまり、図３に示すようにフリップチップ
ボンディング装置５１は、回路基板５２の配線パタ−ン
５３…と半導体素子５４の電極５５…とを接合して半導
体素子５４を回路基板５２に装着する装置である。そし
て、前述のインナリ−ドボンディング装置２１と同様
に、回路基板載置台５６の載置面５６ａと半導体素子５
４を吸着保持する滑動部材５７の吸着面５８とを平行に
すれば前述の実施例と同様な効果が得られる。図３のよ
うに滑動部材５７を加圧手段の側に設けても前述の実施
例と同様な効果を得ることが可能である。

【００４５】また、図４に示すように、一方の部品６０
と他方の部品６１とを平行に向い合わせて両部品６０、
６１を接合する場合にも本発明を適用することが可能で
ある。なお、図５に示すように、突起物６２…の先端を
同一平面内に位置させ、突起物６２…により半導体素子
等を均一な力で押圧する場合等にも適用可能である。ま
た、滑動部材２６を動かないよう固定するための手段と
して真空吸着が採用されているが、例えばねじやクラン
プ等の固定具を採用することも可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、２つの部
材の対向する平面どうしを平行にする平行出し機構にお
いて、２つの部材の両方またはいずれか一方を球面滑動
部を介して支持するとともに、球面滑動部に高圧気体ま
たは真空を導く手段と２つの部材の対向する平面どうし
を相対的に押圧する手段とを設けた。

【００４７】また、２つの部材の互いに対向する平面ど
うしを自動的に押圧する工程と、上記２つの部材の両方
またはいずれか一方に面した球面滑動部に真空を導入し
て吸着保持する工程とを具備した。

【００４８】したがって本発明は、２つの部材の対向す
る平面どうしを高精度に平行出しすることができ、且
つ、平行出しされた部材の姿勢を保持することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における平行出しの状態を示
す説明図。

【図２】本発明の一実施例におけるインナリ−ドとバン
プとの接合の状態を示す説明図。

【図３】変形例を示す説明図。

【図４】変形例を示す説明図。

【図５】（ａ）は変形例を示す説明図、（ｂ）は突起物
を備えたボンディングツ−ルの平面図。

【図６】一般のインナリ−ドボンディング装置を示す概
略構成図。

【図７】ならい機構部を備えた従来のインナリ−ドボン
ディング装置を示す概略構成図。

【図８】ならい機構部を備えたインナリ−ドボンディン
グ装置における摩擦力の発生の様子を示す説明図。

【図９】ならい機構部を備えたインナリ−ドボンディン
グ装置における摩擦力の発生の様子を示す説明図。

【符号の説明】

４…半導体素子、５…フィルムキャリア、６…バンプ
（電極部）、７…インナリ−ド、９…ボンディングツ−
ル、１０…ツ−ル面、２１…インナリ−ドボンディング
装置、２２…ボンディングステ−ジ、２３…ならい機構
部、２４…載置面、２５…球状部、２６…滑動部材、２
７…球状凹部、２８…滑動部材受、２９…球面滑動部、
３４…高圧エア源（高圧エア供給手段）、３５…第１の
真空源（真空吸引手段）、３９…制御手段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極部を有する半導体素子をボンディン
   グステ−ジ上に形成された載置面に載置し、フィルムキ
   ャリアに形成されたインナリ−ドを上記電極部に対向さ
   せ、ツ−ル面を有するボンディングツ−ルを駆動し上記
   ツ−ル面を上記インナリ−ドに当接させて上記インナリ
   −ドを上記電極部に押圧し、上記インナリ−ドと上記電
   極部とを接合して上記半導体素子を上記フィルムキャリ
   アに装着するインナリ−ドボンディング装置において、
   載置面を有しこの載置面に上記半導体素子を載置すると
   ともに球状部を形成された滑動部材と上記ボンディング
   ステ−ジに一体に設けられるとともに上記球状部を係合
   させる球状凹部を形成された滑動部材受とからなり、上
   記球状部と上記球状凹部との間に球面滑動部を形成し、
   上記ボンディングツ−ルによる押圧時に上記ボンディン
   グツ−ルの押圧力に応じ上記滑動部材を滑動させて上記
   載置面を上記ツ−ル面にならわせるならい機構部と、上
   記球面滑動部に高圧エアを供給して上記滑動部材を上記
   滑動部材受から浮かせる高圧エア供給手段と、この高圧
   エア供給手段に対し独立に駆動されるとともに上記球面
   滑動部を真空吸引して上記滑動部材を上記滑動部材受に
   固定する真空吸引手段とを設けたことを特徴とするイン
   ナリ−ドボンディング装置。
2. 【請求項２】 電極部を有する半導体素子をボンディン
   グステ−ジ上に形成された載置面に載置し、半導体素子
   接続用のインナリ−ドを有するフィルムキャリアを、ツ
   −ル面を有するボンディングツ−ルにより上記半導体素
   子に向けて押圧し、上記載置面と上記ツ−ル面との間に
   上記半導体素子と上記フィルムキャリアを挟み付け、上
   記インナリ−ドに上記電極部を接合するインナリ−ドボ
   ンディング方法において、上記載置面に上記半導体素子
   を載置した滑動部材に形成された球状部と上記ボンディ
   ングステ−ジに一体に固定された滑動部材受に形成され
   上記球状部を係合させた球状凹部との間に介在する球面
   滑動部に高圧エア供給手段により高圧エアを供給し、上
   記滑動部材を上記滑動部材受から浮かせながら上記載置
   面と上記ツ−ル面とを平行出しし、上記滑動部材を姿勢
   調整する第１の工程と、上記球面滑動部を真空吸引し、
   上記滑動部材を上記滑動部材受に固定し、上記滑動部材
   の姿勢を保ったまま上記インナリ−ドに上記電極部を接
   合する第２の工程とを具備したことを特徴とするインナ
   リ−ドボンディング方法。
3. 【請求項３】 第１の工程において上記球面滑動部に高
   圧エアを供給しながらボンディングツ−ルにより上記滑
   動部材に加圧するとともに上記ボンディングツ−ルの加
   圧力を変化させ、上記滑動部材を上記滑動部材受から浮
   かせながら弱い力で加圧したのち、上記滑動部材を強い
   力で加圧して上記滑動部材受に押付けることを特徴とす
   る［請求項２］記載のインナリ−ドボンディング方法。
4. 【請求項４】 ２つの部材の対向する平面どうしを平行
   にする平行出し機構において、上記２つの部材の両方ま
   たはいずれか一方を球面滑動部を介して支持するととも
   に、上記球面滑動部に高圧気体または真空を導く手段と
   上記２つの部材の対向する平面どうしを相対的に押圧す
   る手段とを設けたことを特徴とする平行出し機構。
5. 【請求項５】 球面滑動部へ高圧気体または真空を導く
   手段と２つの部材を互いに押圧する手段とを制御する制
   御手段を備え、自動的に平行出しすることを特徴とする
   ［請求項４］記載の平行出し機構。
6. 【請求項６】 ２つの部材の互いに対向する平面どうし
   を自動的に押圧する工程と、上記２つの部材の両方また
   はいずれか一方に面した球面滑動部に真空を導入して吸
   着保持する工程とを具備したことを特徴とする平行出し
   方法。