JPH06216170A - 自動ダイボンダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 互いに接合する２つのワークの位置合わせの
精度を飛躍的に高め、且つボンデイングの完全自動化を
可能にする。 【構成】 保持コレット３の移動によりそれに保持され
たワーク１を可動テーブル５上のワーク２と対向させ、
精密位置決め装置により両ワーク１、２を精密に位置合
わせしてから、保持コレットに保持されたワークを他方
のワークに圧着して両ワークを接合する自動ダイボンダ
ーであり、同精密位置決め装置を、移動可能で且つ両ワ
ークの位置を検出可能で且つ各ワークをその被撮影面に
直交する方向から撮影可能な固体撮像素子７と、同固体
撮像素子からの検出信号により両ワークの相対的な位置
ずれを算出して可動テーブルの移動を制御する処理制御
部とで構成した。固体撮像素子が両ワークを同一視野で
撮影できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動ダイボンダー、更に
詳しくは、レーザーダイオード等の半導体或はその他の
適当な一方のワークを他方のワークに接合するための装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザーダイオードを他のワーク
に表面実装するダイボンダーとしては図３に示すような
ものがあった。これはマニュアル式のものであり、レー
ザーダイオードＡを吸着コレットＢで吸着保持したま
ま、そのレーザーダイオードＡとワークＣとの位置関係
を実体顕微鏡Ｄを用いて、斜め上から目視にて確認し、
図中のＸ−Ｙ−θ方向に可動自在な可動テーブルＥによ
りワークＣを移動させて両ワークを位置合わせして所定
位置に固定する。次に吸着コレットＢを下げてレーザー
ダイオードＡをワークＣ上の半田Ｆ及びワークＣに押し
付けながら、ヒータＧで半田Ｆを溶解しボンデイングを
行う。なお、図中のＨはヒータＧの温度を制御する温度
センサ、Ｉは可動テーブルＥにワークＣを固定する支持
台である。

【０００３】この他にこの種のダイボンダーとして、レ
ーザーダイオードとワークとの位置補正を自動的に行え
るようにした自動補正式のダイボンダーもある（図示さ
れていない）。これは可動テーブルの上に設置したワー
クに、保持コレットにて把持したレーザーダイオードを
仮り配置し、同保持コレットをレーザーダイオードから
離してから、固定撮像素子をレーザーダイオードとワー
クの上方に移動させて撮影を行い、それを画像処理装置
により処理して両者の位置関係をチェックする。そし
て、位置ずれがある場合は、保持コレットでレーザーダ
イオードを再度把持し、可動テーブルを動かしてワーク
の位置を補正し、そのワークの上にレーザーダイオード
を置き直し、両者が所定の位置関係になったところでボ
ンディングを行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のダ
イボンダーには下記のような問題があった。 図３のマニュアル式ダイボンダーでは、位置合わせ
を目視で行う上にレーザーダイオードＡとワークＣとを
斜め上から見て確認するため、位置合わせの精度が悪
く、誤差が数μｍ以上あった。また、可動テーブルの移
動もマイクロメータヘッドを用いて手動で行っていたの
で、これも位置合わせの精度劣化につながっていた。さ
らに、移動する可動テーブルＥの位置確認を目視で行っ
ていたので、作業者によるバラツキが大きい上に人件費
等のランニングコストが高かった。 自動補正式のダイボンダーでは、固定撮像素子がレ
ーザーダイオードとワークとの位置ずれを正確に観測し
ても、位置ずれを補正するためにワーク上に置かれたレ
ーザーダイオードを再把持するときにレーザーダイオー
ドが位置ずれしてしまい、結局、位置合わせ精度は良い
ものでも１０μｍ以下にはならなかった。

【０００５】本発明の目的は、互いに接合する２つのワ
ークの位置合わせの精度を飛躍的に高め、且つボンデイ
ングの完全自動化を可能にする自動ダイボンダーを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１の
自動ダイボンダーは、図１、図２に示すように可動テー
ブル５に保持されている一方のワーク２と対向する位置
に他方のワーク１を保持して移送すると共に精密位置決
め装置を介して両ワーク１、２の相対位置関係が所望の
位置関係に制御された状態において前記一方のワーク２
に対して前記他方のワーク１を圧着せしめる保持コレッ
ト３を備えた自動ダイボンダーにおいて、前記精密位置
決め装置を、両ワーク１、２間若しくは両ワーク１、２
の上方に移動し得ると共に各ワーク１、２の被撮影面に
対して直交する方向から撮影し得るように装着された固
体撮像素子７と、同固体撮像素子７からの検出信号によ
り両ワーク１、２の相対的な位置ずれを算出し、かつそ
れに基づいて前記可動テーブル５の移動を制御する処理
制御部とで構成したものである。

【０００７】本発明のうち請求項２の自動ダイボンダー
は、前記の両ワーク１、２間若しくは両ワーク１、２の
上方に移動された固体撮像素子７が、両ワーク１、２を
同一視野で撮影し得るように装着されてなるものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明のうち請求項１の自動ダイボンダーで
は、ワーク１を保持コレット３で把持した状態で、固体
撮像素子７によりワーク１及びワーク２をその被撮影面
に対して直交する方向（真上或は真下）から観測する
と、固体撮像素子７からの信号が処理制御部で処理され
て両ワーク１、２の位置ずれが算出され、これに基づい
て可動テーブル５が移動して、同テーブル５の上のワー
ク２の位置が補正される。この補正が完了すると前記固
体撮像素子７がワーク１或はワーク２の上或は下、或は
両ワーク１、２の間から退避し、その後に保持コレット
３が降下してワーク１がワーク２に圧接され、両ワーク
１、２が所定の位置関係で正確にボンディングされる。

【０００９】本発明のうち請求項２の自動ダイボンダー
では、前記固体撮像素子７が保持コレット３に把持され
ているワーク１と可動テーブル５に固定されているワー
ク２とを同一視野で撮影して両者の相対的な位置ずれを
検出するため、位置ずれ検出時に前記ワーク１、２や固
体撮像素子７等を動かす必要が全く無く、この結果、位
置ずれの検出精度が大幅に向上し、ワーク１、２のボン
ディング精度も向上する。

【００１０】

【実施例１】本発明の自動ダイボンダーの第１の実施例
を図１に基づいて詳細に説明する。同図における１はレ
ーザーダイオード等の半導体素子（ワーク）、２は同ワ
ーク１を接合する他方のワーク、３はワーク１を把持し
て上下方向（図中のＺ方向）に移動可能な保持コレット
（吸着コレット）、５は左右方向（図中のＸ方向）、前
後方向（図中のＹ方向）に移動可能であり且つＺ軸を中
心としてθ方向に回転可能な可動テーブル、１１は可動
テーブル５の上に設けた支持台、１２は支持台１１の上
のワーク２を加熱するヒータ、１３はヒーター１２の温
度を検知するための温度センサである。

【００１１】図１の６は図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動自
在なカメラテーブル、７は同カメラテーブル６内に収容
されてワーク１、ワーク２を撮影する固体撮像素子で、
同カメラテーブル６の先端の上下に２個設けてある。ま
た、この上下２個の固体撮像素子７はほぼ同軸上（Ｚ軸
上）に設けられ、その相対的な軸ずれ量は別途位置合わ
せ用治具を用いて測定し、図示されていない処理制御部
にその軸ずれ量を記憶させておき、位置検出時に上下２
つの固体撮像素子７のずれを自動的に補正させる機能を
備えている。この実施例では、前記固体撮像素子７と処
理制御部とにより構成される精密位置決め装置により、
両ワーク１、２の相対位置関係を所望の位置関係に制御
することができる。

【００１２】以下に図１に示す自動ダイボンダーの動作
手順を述べる。先ず、可動テーブル５の上の支持台１１
にワーク２を固定し、そのワーク２の上に半田２３を予
め吸着コレット３により載せておく。次に、吸着コレッ
ト３にてワーク（例えばレーザダイオード）１を吸着し
て引上げ、同ワーク１と前記支持台１１に固定されたワ
ーク２との間にカメラテーブル６を進入させ、そのカメ
ラテーブル６を両ワーク１、２の間で上下及び横方向に
移動させて上側の固体撮像素子７をワーク１の下面に表
示されている２つのマーク２０の真下に位置させて、両
マーク２０の位置を認識させる。この認識は固体撮像素
子７から検出信号として図示されていない処理制御部に
送り込まれ、同処理制御部においてその位置（現在位
置）が算出され、記憶される。次に、図１（ｂ）に示す
ようにカメラテーブル６を後退させて下側の固体撮像素
子７をワーク２の上面に表示されている２つのマーク２
１の真上に位置させ、該マーク２１を認識させ、この認
識が前記の場合と同様に固体撮像素子７から検出信号と
して処理制御部に送り込まれ、同処理制御部においてそ
の位置（現在位置）が算出され、記憶される。

【００１３】前記の処理制御部は記憶されたワーク１と
ワーク２との相対的な位置関係が所望の位置関係からど
れだけずれているかを算出すると、そのずれを相殺する
ように可動テーブル５に設けたステッピングモータを駆
動させ、ワーク２を移動させる。そして再度固体撮像素
子７を前記のカメラテーブル６により移動させ、前記の
場合と同様にワーク１とワーク２との相対位置関係（相
対角度も含む）を確認する。このときワーク１とワーク
２との相対位置が所望の位置関係になければ再度補正を
行い、所望の位置関係にあればカメラテーブル６を図１
（ａ）のＸ方向に退避させる。そして吸着コレット３を
下げてそれに保持されているワーク１を半田２３及びワ
ーク２に対してある一定の加圧力で押しつけ、ヒーター
１２にて半田２３を溶解し、スクラブ、冷却によりワー
ク１とワーク２とをボンディングする。

【００１４】なお、前記ワーク１、２の位置検出方法と
しては、カメラテーブル６がワーク１とワーク２との間
に固体撮像素子７を移動させた後、カメラテーブル６を
所定位置に固定して同固体撮像素子７をも固定し、その
固定状態で上側の固体撮像素子７がワーク１のマーク２
０を、下側の固体撮像素子７がワーク２のマーク２１を
夫々同一視野で撮影するようにするようにしてもよい。
そして処理制御部により両ワーク１、２の相対的な位置
関係を算出するようにすれば、カメラテーブル６の移動
に伴う測定誤差が防止でき、ワーク１、２の位置検出精
度がより一層向上する。

【００１５】ここで、吸着コレット３を下げてワーク１
をワーク２に圧接する際に生じる位置ずれは、予め吸着
コレット３の位置と各位置における絶対位置を測定して
おき、その分の補正を処理制御部に加えておけば殆どな
くすことができる（これは一般のＮＣ工作機械に使用さ
れている技術である）。

【００１６】

【実施例２】本発明の自動ダイボンダーの第２の実施例
を図２に基づいて詳細に説明する。この実施例も基本的
な構成は実施例１と同じであるが、ここでは実施例１に
おいてワーク（レーザダイオード）１が搭載されたワー
ク（複合ワーク）２を更に他のワーク３０にボンデイン
グするための実施例である。そのためこの実施例では前
記吸着コレット３を前記ワーク２の側面をグリップでき
るクランプ付きの保持コレット３に置き換え、同保持コ
レット３でワーク２を保持した状態で、ワーク２及びワ
ーク３０をそれらの真上から同一の固体撮像素子７で観
察できるようにした。なお、精密位置決め装置は実施例
１のそれと同様に設けられている。

【００１７】以下にこの自動ダイボンダーの動作手順を
述べる。先ず、前記したクランプ付きの保持コレット３
にてワーク２の側面を保持したまま、同ワーク２を半田
２３が設置されているワーク３０の上に一定の加圧力に
て仮置きする。次に、カメラテーブル６を移動させて図
２（ａ）のように下側の固体撮像素子７をワーク１の真
上に位置させて、同固体撮像素子７に該ワーク１の２つ
のマーク２０を認識させ、同固体撮像素子７からの検出
信号に基づいて処理制御部によりその位置を現在位置と
して認識させる。次に、該カメラテーブル６を図２
（ｂ）に示すように後退させて先の固体撮像素子７をワ
ーク３０の２つのマーク３１の真上に位置させ、同固体
撮像素子７に同マーク３１を認識させ、同固体撮像素子
７からの検出信号に基づいて処理制御部によりその位置
を現在位置として認識させる。

【００１８】前記の処理制御部は記憶されたワーク１と
ワーク３０との相対的な位置関係が所望の位置関係から
どれだけずれているかを算出すると、そのずれを相殺す
るように可動テーブル５に設けたステッピングモータを
駆動させ、ワーク２を移動させる（移動時には保持コレ
ット３がＺ方向に動いて、ワーク２と半田２３とが触れ
合わないようになっており、移動後は保持コレット３が
再びワーク２を半田２３が置かれているワーク３０の上
に一定の加圧力で押し付けられる）。そして再度、固体
撮像素子７をカメラテーブル６により移動させて前記の
場合と同様にワーク２とワーク３０との相対位置関係
（相対角度も含む）を確認する。このときワーク２とワ
ーク３０との相対位置が所望の位置関係になければ再度
補正を行い、所望の位置関係にあればカメラテーブル６
を図２（ａ）のＸ方向に退避させる。そして、ヒーター
１２にて半田２３を溶解し、スクラブ、冷却によりワー
ク１とワーク３０とをボンディングする。

【００１９】なお、前記ワーク２、３０の位置検出方法
としては、固体撮像素子７でワーク２とワーク３０とを
同一視野で撮影できるような位置にカメラテーブル６移
動させて固定し、その固定状態でワーク２のマーク２０
とワーク３０のマーク３１とを同一視野で撮影するよう
にする。この場合は、同一の固体撮像素子（カメラテー
ブル６における下方の固体撮像素子）７でワーク２とワ
ーク３０の両方の撮影を行うため、実施例１のような上
下２つの固体撮像素子７を用いることによる軸ずれがな
く、従ってその軸ずれを補正する必要もなく、しかもカ
メラテーブル６の移動に伴う測定誤差も発生しないの
で、両ワーク２、３０の位置検出精度が大幅に向上す
る。

【００２０】なお、保持コレット３を下げてワーク１を
ワーク２に圧接する際に生じる位置ずれは、実施例１と
同様に、予め保持コレット３の位置と各位置における絶
対位置を測定しておき、その分の補正を処理制御部に加
えておけば殆どなくすことができる。

【００２１】上記２つの実施例は２つのワークを半田付
けして固定する場合の例であるが、本発明では半田に限
らず、接着剤、金属ろう及び導電性ペースト、ＴＡＢ等
すべての固定方法に適用できる。またワーク１としてレ
ーザーダイオードの代わりにＰＤやＬＥＤなどのすべて
の通信用素子、ＬＳＩ等のすべての論理素子を使用する
こともでき、それらのボンデイングや高精度の位置きめ
を必要とする多くの装置に適用できるものである。更
に、保持コレットについても吸着式以外のもの、例えば
把持式のもの等であってもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明の自動ダイボンダーによれば下記
のような効果がある。 ワークをそれの真上又は真下から観察しながらボン
デイングできるので、従来のタイプのダイボンダーに比
べ読み取り精度が高く、またボンデイングに起因する位
置ずれを直接観察しその補正移動も可能となる。 観察手段に肉眼ではなく固体撮像素子７を用い、ワ
ーク同士の位置ずれをその固体撮像素子７の検出信号を
基に処理制御部が処理して自動的に可動テーブル５を移
動させるため、ワーク同士の位置合わせ及びボンデイン
グ後の補正移動が１ミクロン以下の精度で可能となり、
またこれらの作業がすべて自動化されているため再現性
が良く、構成度のダイボンディングが可能で、人件費等
のコスト削減にもつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動ダイボンダーの一実施例を示す概
略図であり、（ａ）は上方のワークの位置検出時の説明
図、（ｂ）は下方のワークの位置検出時の説明図。

【図２】本発明の自動ダイボンダーの他の実施例を示す
概略図であり、（ａ）は一方のワークの位置検出時の説
明図、（ｂ）は他方のワークの位置検出時の説明図。

【図３】従来のダイボンダーの一例を示す概略図。

【符号の説明】

１ ワーク ２ ワーク ３ 保持コレット ５ 可動テーブル ７ 固体撮像素子 ３０ ワーク

フロントページの続き (72)発明者 並木 周 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 大石 勇 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 山内 朗 滋賀県大津市大江１丁目１番45号 東レエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 苅北 一朗 滋賀県大津市大江１丁目１番45号 東レエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 木下 義浩 滋賀県大津市大江１丁目１番45号 東レエ ンジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動テーブルに保持されている一方のワ
   ークと対向する位置に他方のワークを保持して移送する
   と共に精密位置決め装置を介して両ワークの相対位置関
   係が所望の位置関係に制御された状態において前記一方
   のワークに対して前記他方のワークを圧着せしめる保持
   コレットを備えた自動ダイボンダーにおいて、前記精密
   位置決め装置を、両ワーク間若しくは両ワークの上方に
   移動し得ると共に各ワークの被撮影面に対して直交する
   方向から撮影し得るように装着された固体撮像素子と、
   同固体撮像素子からの検出信号により両ワークの相対的
   な位置ずれを算出し、かつそれに基づいて前記可動テー
   ブルの移動を制御する処理制御部とで構成したことを特
   徴とする自動ダイボンダー。
2. 【請求項２】 両ワーク間若しくは両ワークの上方に移
   動された固体撮像素子が、両ワークを同一視野で撮影し
   得るように装着されていることを特徴とする請求項１の
   自動ダイボンダー。