JPH10135251A - ボンディングヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレットホルダに対するコレットの着脱が容
易で、かつエアーのリークを極力少なくすることができ
るボンディングヘッドを提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体ペレットＡを吸着するコレット３
６と、下端部にコレット３６が着脱自在に装着されるコ
レットホルダ３７とを備えたボンディングヘッド３１に
おいて、コレット３６は、半導体ペレットＡを吸着する
コレット本体５４と、コレット本体５４に連なりコレッ
トホルダ３７に嵌合する装着嵌合部５５と、軸心に形成
した吸引通路５２とを有し、コレットホルダ３７は、装
着嵌合部５５が嵌合される装着受け部５８を形成したホ
ルダ本体３８と、軸心に形成され装着受け部５８に連な
る装着吸引通路５３とを有し、装着嵌合部５５はテーパ
ー形状に形成され、装着受け部５８は装着嵌合部５５と
相補形状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ペレット
（チップ）を、真空吸着によりピックアップすると共に
基板やヒートシンクなどにボンディングするためのボン
ディングヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のボンディングヘッドとし
て、実開昭６０−１６３７４６号公報に記載のものが知
られている。このボンディングヘッドは、軸心に太径の
吸引通路を形成したコレットホルダと、軸心に細径の吸
引通路を形成したコレットとから成り、コレットは、コ
レットホルダの下端部に着脱自在に装着されている。コ
レットの上下中間位置にはストッパが設けられており、
コレットは、ストッパが突き当たる位置までその上半部
をコレットホルダの吸引通路に嵌入され、この状態で径
方向から螺合した小ねじにより、コレットホルダにねじ
止めされている。この場合、コレットホルダの吸引通路
は断面円形のストレート形状に形成され、これに対応し
てコレットの上半部は円筒形状に、且つできる限りエア
ーのリークのない嵌合いとなるように形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のボン
ディングヘッドでは、コレットホルダにコレットが、ほ
とんど隙間を生じない嵌合いで装着されるため、コレッ
トの上端などを面取りしても、その装着がし難くく、ま
たヒーターを装着するコレットなどでは、コレットホル
ダとコレットとの材質の相違から焼嵌め状態となって、
その離脱がし難くくなる不具合があった。逆に、嵌合い
を甘くすると、コレットホルダとコレットとの間に隙間
が生じ、エアーのリークが多くなる不具合があった。特
に、小ねじの先端を径方向からコレットに突き当てて、
これを係止するようにしている従来ものでは、より一
層、隙間が生じ易くなっていた。

【０００４】本発明は、コレットホルダに対するコレッ
トの着脱が容易で、かつエアーのリークを極力少なくす
ることができるボンディングヘッドを提供することをそ
の目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のボンディングヘ
ッドは、半導体ペレットを吸着するコレットと、下端部
にコレットが着脱自在に装着されるコレットホルダとを
備えたボンディングヘッドにおいて、コレットは、半導
体ペレットを吸着するコレット本体と、コレット本体に
連なりコレットホルダに嵌合する装着嵌合部と、軸心に
形成した吸引通路とを有し、コレットホルダは、装着嵌
合部が嵌合される装着受け部を形成したホルダ本体と、
軸心に形成され装着受け部に連なる装着吸引通路とを有
し、装着嵌合部はテーパー形状に形成され、装着受け部
は装着嵌合部と相補形状に形成されていることを特徴と
する。

【０００６】この構成によれば、コレットの装着嵌合部
がテーパー形状に形成され、コレットホルダの装着受け
部が装着嵌合部と相補形状に形成されているため、コレ
ットホルダにコレットを嵌入する初期段階では、装着受
け部の最も太径な部分に装着嵌合部の最も細径な部分を
挿入することになり、装着嵌合部が装着受け部に支える
ことなく円滑に挿入される。また、嵌入の最終段階で
は、装着受け部と装着嵌合部の同径部が合致して、装着
嵌合部が装着受け部に密着する。また逆に、コレットホ
ルダからコレットを引き抜く場合には、コレットのわず
かな下方への移動で、装着受け部に対する装着嵌合部の
密着状態が解け、その後、抵抗無く引き抜くことができ
る。一方、半導体ペレットを吸着すると、吸着力（吸引
力）がコレットを嵌入する力として作用するため、装着
嵌合部が装着受け部に、より強く密着する。

【０００７】この場合、ホルダ本体には外側から装着受
け部まで水平に延びる貫通開口が形成され、且つ装着嵌
合部には水平に延び装着状態で貫通開口に臨む係止溝が
形成されており、貫通開口には、付勢状態で係止溝に係
合し、係止溝を介してコレットを装着受け部に係止する
抜止め部材が、更に設けられていることが好ましい。

【０００８】この構成によれば、コレットホルダにコレ
ットをその装着状態（装着完了状態）まで嵌入すると、
付勢状態の抜止め部材が装着嵌合部の係止溝に係合し、
この係止溝を介してコレットがコレットホルダの装着受
け部に係止される。これにより、コレットが抜止め状態
となる。また逆に、コレットホルダからコレットを引き
抜く際には、付勢状態に抗して抜止め部材が係止溝から
逃げ、装着受け部に対する装着嵌合部の係止状態が解か
れる。すなわち、コレットホルダに対するコレットの着
脱を、工具を必要とすることなく、ワンタッチで行うこ
とができる。

【０００９】これらの場合、コレット本体の装着嵌合部
側の部位には、装着状態でホルダ本体の下端面に間隙を
存して対向する、段部が形成されていることが好まし
い。

【００１０】この構成によれば、コレットホルダにコレ
ットをその装着完了位置まで嵌入した状態で、ホルダ本
体の下端面とコレット本体の段部との間に間隙が生ずる
ため、コレットが引き抜き難いとき、例えばコレットが
焼嵌め状態になったときに、この間隙に工具を挿入しこ
じることで、コレットをコレットホルダから簡単に引き
抜くことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一実施形態に係るボンディングユニットを搭載した
電子部品装着装置について説明する。図１は電子部品装
着装置の正面図であり、同図に示すように、この電子部
品装着装置１は、ヒートシンク供給装置２とボンディン
グ装置３とマウント装置４とで構成されている。ヒート
シンク供給装置２は、いわゆるパーツフィーダであり、
被ボンディング対象物となるヒートシンクを、一列に整
列させた状態で、ボンディング装置３に送り込む。ボン
ディング装置３は、外部から供給された半導体ペレット
（チップ）を、ヒートシンク供給装置２から供給された
ヒートシンク上に、ハンダを介してボンディングし、マ
ウント装置４に送り込む。マウント装置４は、ヒートシ
ンクにボンディングされた半導体ペレットを、基板上に
実装する。

【００１２】図１の正面図および図２の側面図に示すよ
うに、ボンディング装置３は、キャビネット５内に、ヒ
ートシンク供給装置２からマウント装置４に向かってほ
ぼ水平に延びるヒートシンク用の搬送通路６を備えると
共に、この搬送通路６に臨むように２組のダイボンダ３
ａ，３ａを備えている。ヒートシンクは２個を単位とし
て間欠送りされ、それぞれのダイボンダ３ａ，３ａに１
個ずつほぼ同時に供給される。なお、図中の符号７は、
ヒートシンクを間欠送りする送り爪である。

【００１３】各ダイボンダ３ａは、ハンダ供給部１１と
ダイ供給部１２とプリアライメント部１３とボンディン
グ部１４とで構成されている。ハンダ供給部１１は、シ
リンジを用いたディスペンサ形式のものであり、ヒータ
を組み込んだ搬送通路６で加熱されたヒートシンクの上
面にハンダを塗布する。

【００１４】ダイ供給部１２は、上側のピックアップ機
構１５と、ピックアップ機構１５に対峙する下側の突上
げ機構１６と、ピックアップ機構１５および突上げ機構
１６の中間に配設したＸＹテーブル１７とを備えてい
る。ダイである半導体ペレットは、半導体ウェーハをダ
イシングした状態で供給される場合と、ダイシング後各
半導体ペレットに分離した状態で供給される場合とがあ
る。前者は、半導体ペレットをウェーハ粘着テープに貼
着したまま専用キャリアに搭載し、ＸＹテーブル１７に
セットするが、後者は、半導体ペレットを格子状に整列
させるようにして専用トレイに収容して、ＸＹテーブル
１７にセットする。後者の専用トレイの場合には、ＸＹ
テーブル１７を駆動させて所望の半導体ペレットを、ピ
ックアップ機構１５の直下に臨ませてピックアップを行
うが、後者の専用キャリアの場合には、ピックアップ機
構１５の直下において、突上げ機構１６を駆動し、半導
体ペレットを突き上げ、ウェーハ粘着テープから剥すよ
うにしてからピックアップを行う。そして、ピックアッ
プされた半導体ペレットは、ピックアップ機構１５によ
り、プリアライメント部１３に搬送される。なお、図中
の符号１８は、ＸＹテーブル１７上において、半導体ペ
レットの不良品を識別するカメラである。

【００１５】プリアライメント部１３は、回転テーブル
１９と、回転テーブル１９上の半導体ペレットの角度を
認識する認識カメラ２０とを備えている。ピックアップ
機構１５から搬送されてきた半導体ペレットは、回転テ
ーブル１９上に載置され、この半導体ペレットを認識カ
メラ２０が上側から撮像して、半導体ペレットの水平面
内のおける角度の認識が行われる。そして、この認識結
果に基づいて、回転テーブル１９が微小回転し、半導体
ペレットの角度補正が行われる。角度補正が行われた半
導体ペレットは、ボンディング部１４に受け渡される。

【００１６】ボンディング部１４は、半導体ペレットを
吸着すると共にこれをヒートシンク上にボンディングす
るボンディングユニット２１と、ボンディングユニット
２１を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させると共に、昇降
させる（Ｚ軸方向）昇降機構（昇降手段）２２とを備え
ている。昇降機構２２は、ボンディングユニット２１を
プリアライメント部１３の回転テーブル１９と搬送通路
６との間で移動させると共に、回転テーブル１９および
搬送通路６に臨んだボンディングユニット２１を昇降さ
せる。そして、回転テーブル１９に臨んだボンディング
ユニット２１は、下降して回転テーブル１９上の半導体
ペレットを吸着し、搬送通路６に臨んだボンディングユ
ニット２１は、下降して半導体ペレットを搬送通路６上
のヒートシンクにボンディングする。

【００１７】図３に示すように、ボンディングユニット
２１は、半導体ペレットＡを吸着するボンディングヘッ
ド３１と、ボンディングヘッド３１を上下方向に摺動自
在に保持するヘッドホルダ３２とを備えており、ヘッド
ホルダ３２は昇降機構２２の下端部に固定されている。
ヘッドホルダ３２は、昇降機構２２に固定される取付部
３３と、取付部３３から延び、上保持部３４ａおよび下
保持部３４ｂから成る断面「Ｃ」字状の保持部３４とで
構成されている。上保持部３４ａおよび下保持部３４ｂ
の先端には、同軸上にガイド孔３５，３５がそれぞれ形
成されており、この両ガイド孔３５，３５にボンディン
グヘッド３１が保持されている。一方、ボンディングヘ
ッド３１は、半導体ペレットＡを吸着するコレット３６
と、コレット３６を保持するホルダ本体３８および軸部
３９から成るコレットホルダ３７とで構成されている。

【００１８】ボンディングヘッド３１は、その軸部３９
を上記の上保持部３４ａおよび下保持部３４ｂの両ガイ
ド孔３５，３５に挿通しており、この状態で軸部３９の
ほぼ中間部分には、上保持部３４ａと下保持部３４ｂと
の間隙に位置するようにアーム４０が固定されている。
これにより、ボンディングヘッド３１は、アーム４０が
上保持部３４ａと下保持部３４ｂとに突き当たる範囲
で、上下方向に摺動する。アーム４０は、保持部３４の
内側空間に向かって延びる水平片４１と、上保持部３４
ａの先端面に沿うように上方に延びる垂直片４２とを有
している。垂直片４２は、上保持部３４ａの先端面に取
り付けた一対のローラ４３に挟み込まれており、ボンデ
ィングヘッド３１の回止めとして機能している。また、
水平片４１には、水平片４１の厚みよりわずかに薄い第
１マグネット４４が埋め込まれている。

【００１９】第１マグネット４４の直上には、第１マグ
ネット４４と同極同士を対向させるようにして第２マグ
ネット４５が配設されている。第２マグネット４５はマ
グネットアーム４６に埋め込まれるようにして取り付け
られており、マグネットアーム４６はその基部で上保持
部３４ａから延びるブラケット４７に上下方向揺動自在
に取り付けられている。また、ブラケット４７には、マ
グネットアーム４６の上側に位置して、ロードセルなど
から成る圧力センサ４８が取り付けられている。圧力セ
ンサ４８の検出端４８ａは、マグネットアーム４６を介
して第２マグネット４５の上側に当接しており、第２マ
グネット４５が受ける力（圧力）を検出できるようにな
っている。一方、第１マグネット４４の直下には、下保
持部３４ｂから突出した着座部４９に、第１マグネット
４４と同極同士を対向させるようにして第３マグネット
５０が埋め込まれている。なお、実施形態における各マ
グネット４４，４５，５０は永久磁石で構成されている
が、電磁石で構成するようにしてもよい。

【００２０】上述したように、第１マグネット４４に対
して第２、第３マグネット４５，５０は、同極同士を対
向させて相互に反発するように配設されている。第１マ
グネット４４と第３マグネット５０との間に生ずる反発
力は、ボンディングヘッド３１の自重を相殺し、第１マ
グネット４４と第２マグネット４５との間に生ずる反発
力は、ボンディングにおけるボンディング圧力（荷重）
の加圧源となる。すなわち、第１、第３マグネット４
４，５０間の反発力は、アーム４０を上方に付勢し、ア
ーム４０を下保持部３４ｂからわずかに浮かせるように
して、ボンディングヘッド（＋アーム４０）３１の自重
と釣り合う。またこの状態で、第１、第３マグネット４
４，５０間の反発力と第１、第２マグネット４４，４５
間の反発力とは釣り合っており、ボンディング圧力（圧
力センサ４８はゼロ値ではないが）はゼロとなってい
る。

【００２１】一方、昇降機構２２により、このボンディ
ングユニット２１が下降し、ボンディングヘッド３１に
吸着されている半導体ペレットＡがヒートシンク（実際
にはハンダＣ）Ｂに接地（接触）すると、その後ヘッド
ホルダ３２の下降が停止するまで、ヘッドホルダ３２に
対しボンディングヘッド３１が相対的に上昇する。これ
により、第１マグネット４４が第２マグネット４５に接
近し、両者間の反発力が増大する。ヘッドホルダ３２の
下降端位置は、半導体ペレットＡの厚み、ヒートシンク
Ｂの厚みおよびハンダＣの性状により、予め設定されて
おり、ヘッドホルダ３２が下降端位置で停止した状態の
第１、第２マグネット４４，４５間の反発力が、ボンデ
ィング圧力となる。

【００２２】次に、図４を参照して、ボンディングヘッ
ド３１の構造について説明する。同図に示すように、ボ
ンディングヘッド３１の先端には、コレットホルダ３７
にコレット３６が着脱自在に装着されており、コレット
３６は抜止めピン（抜止め部材）５１により、コレット
ホルダ３７に係止されている。コレット３６の軸心には
吸引通路５２が形成され、またコレットホルダ３７に
は、この吸引通路５２の下流端に連なる装着吸引通路５
３が形成されている。吸引通路５２に比して装着吸引通
路５３は太径に形成され、装着吸引通路５３の下流端に
は図外の吸引装置が接続されている。

【００２３】コレット３６は、半導体ペレットＡを吸着
するコレット本体５４と、コレット本体５４に連なりコ
レットホルダ３７に嵌合する装着嵌合部５５とで一体に
形成されている。装着嵌合部５５はテーパー形状に形成
され、上下方向の中間部には、抜止めピン５１が係合す
る環状の係止溝５６が形成されている。コレット本体５
４の装着嵌合部５５側の部位には段部５７が形成され、
この段部５７は、コレット３６をコレットホルダ３７に
装着したときに、コレットホルダ３７の下面に間隙を存
して対面するようになっている。この間隙は工具を差し
込み得る幅を有しており、コレット３６がコレットホル
ダ３７から引き抜き難い場合に、この間隙に工具を差し
込んでこじるようにする。また、コレット本体５４の下
半部はわずかに細径に形成され、この部分にヒータ（図
示省略）を巻回できるようになっている。

【００２４】一方、コレットホルダ３７は、上述したよ
うにコレット３６を装着するホルダ本体３８と、これを
支持する軸部３９とで一体に形成されている。ホルダ本
体３８は、コレット３６の装着嵌合部５５が嵌入される
装着受け部５８を有し、装着受け部５８は、装着吸引通
路５３の上流端に連なると共に、テーパー形状に形成さ
れた装着嵌合部５５と相補形状に形成されている。した
がって、コレットホルダ３７の装着受け部５８にコレッ
ト３６の装着嵌合部５５を嵌入すると、装着受け部５８
に装着嵌合部５５が密着すると共に吸引通路５２と装着
吸引通路５３とが連通して、コレット３６がコレットホ
ルダ３７に装着される。

【００２５】ホルダ本体３８の下部には、外側から装着
受け部５８まで水平に延びる左右一対のの貫通スリット
（貫通開口）５９，５９が形成され、この一対の貫通ス
リット５９，５９は、装着状態における装着嵌合部５５
の係止溝５６に合致するように配設されている。そし
て、この貫通スリット５９には、係止溝５６に係合する
ようにして抜止めピン５１が装着されており、この抜止
めピン５１を介して、装着嵌合部５５が装着受け部５８
に係止されている。

【００２６】抜止めピン５１は、ばね性を有する線材を
略「Ｕ」字状に曲げ加工して形成したものであり、上記
の両貫通スリット５９，５９に着脱自在に装着されると
共に、装着嵌合部５５を左右両側から挟持するようにし
て係止溝５６に係合する。したがって、装着受け部５８
に装着嵌合部５５を嵌入すると、抜止めピン５１はいっ
たん押し開かれた後、係止溝５６に落ち込むようにして
係合する。また、装着受け部５８から装着嵌合部５５を
引き抜くと、抜止めピン５１はいったん押し開かれた
後、係止溝５６から離脱する。すなわち、コレット３６
はコレットホルダ３７に対し、工具を必要とすることな
く且つワンタッチで着脱される。

【００２７】以上のように、本実施形態のボンディング
ヘッド３１によれば、装着嵌合部５５がテーパー形状に
形成されると共に、装着受け部５８が装着嵌合部５５と
相補形状に形成されており、且つ抜止めピン５１を介し
て、コレット３６をコレットホルダ３７にワンタッチで
着脱できる構造になっているので、コレット３６の着脱
を簡単かつ円滑に行うことができると共に、装着状態に
おいて装着受け部５８に装着嵌合部５５を密着させるこ
とができる。したがって、コレット３６の取扱いが容易
になると共にエアーのリークを最小限にすることができ
る。特に、半導体ペレットＡを吸着した状態では、吸着
力（吸引力）が装着嵌合部５５に作用して、装着受け部
５８との密着状態を、より一層高めることができる。

【００２８】なお、実施形態では抜止めピンを用いてコ
レットを係止するようにしているが、他のワンタッチ構
造、例えば、ばねによりクリックボールを係止溝に係合
させる構成にしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明のボンディングヘッ
ドによれば、コレットの装着嵌合部をテーパー形状に形
成しているので、コレットホルダに対するコレットの着
脱を簡単かつ円滑に行うことができると共に、エアーの
リークを極力少なくすることができる。したがって、コ
レットの交換が容易で、安定したペレットの吸着が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボンディングヘッド
が搭載された電子部品装着装置の正面図である。

【図２】実施形態に係るボンディングヘッドが搭載され
たボンディング装置の側面図である。

【図３】実施形態に係るボンディングヘッドを備えたボ
ンディングユニットの側面図である。

【図４】実施形態に係るボンディングヘッドの下部縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 電子部品装着装置 ３ ボンディング装置 １４ ボンディング部 ２１ ボンディングユニット ３１ ボンディングヘッド ３６ コレット ３７ コレットホルダ ３８ ホルダ本体 ３９ 軸部 ５１ 抜止めピン ５２ 吸引通路 ５３ 装着吸引通路 ５４ コレット本体 ５５ 装着嵌合部 ５６ 係止溝 ５７ 段部 ５８ 装着受け部 ５９ 貫通スリット Ａ 半導体ペレット

フロントページの続き (72)発明者 西尾 幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 市川 良雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ペレットを吸着するコレットと、
   下端部に当該コレットが着脱自在に装着されるコレット
   ホルダとを備えたボンディングヘッドにおいて、 前記コレットは、半導体ペレットを吸着するコレット本
   体と、当該コレット本体に連なり前記コレットホルダに
   嵌合する装着嵌合部と、軸心に形成した吸引通路とを有
   し、 前記コレットホルダは、前記装着嵌合部が嵌合される装
   着受け部を形成したホルダ本体と、軸心に形成され当該
   装着受け部に連なる装着吸引通路とを有し、 前記装着嵌合部はテーパー形状に形成され、前記装着受
   け部は当該装着嵌合部と相補形状に形成されていること
   を特徴とするボンディングヘッド。
2. 【請求項２】 前記ホルダ本体には外側から前記装着受
   け部まで水平に延びる貫通開口が形成され、且つ前記装
   着嵌合部には水平に延び装着状態で前記貫通開口に臨む
   係止溝が形成されており、 前記貫通開口には、付勢状態で前記係止溝に係合し、当
   該係止溝を介して前記コレットを前記装着受け部に係止
   する抜止め部材が、更に設けられ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ヘッド。
3. 【請求項３】 前記コレット本体の前記装着嵌合部側の
   部位には、装着状態で前記ホルダ本体の下端面に間隙を
   存して対向する、段部が形成されていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のボンディングヘッド。