JPH10284521A - チップのボンディング装置におけるボンディングヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルの水平回転方向のがたつきを防止する
ための回り止め手段のスプリングによるチップの押しつ
け力の減殺を解消できるチップのボンディング装置にお
け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】 ボンディングヘッド４０は、フレーム４
１と管体４２と管体４２に挿入されたシャフト４３を備
え、シャフト４３の下端部にチップ１０を真空吸着する
ノズル４４を設け、上端部にブロック４５を装着する。
ブロック４５とフレーム４１はノズル４４の回り止め手
段を構成する第２のスプリング５８で連結され、ブロッ
ク４５は第１のスプリング５３で下方へ弾発される。チ
ップ１０を基板２５にボンディングするときは、ボンデ
ィングヘッド４０全体がガイド部材６１に沿って下降
し、ブロック４５は管体４２から離れる。これによりチ
ップ１０は第１のスプリング５３のばね力ｆ１により基
板２５に押しつけられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップを基板にボ
ンディングするチップのボンディング装置におけるボン
ディングヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップのボンディング装置は、ボンディ
ングヘッドに備えられたノズルでチップ供給部のチップ
を真空吸着してピックアップし、プリント基板やリード
フレームなどの基板に搭載するようになっている。以
下、従来のボンディングヘッドについて説明する。

【０００３】図５は従来のチップのボンディング装置の
ボンディングヘッドの側面図、図６は同部分斜視図、図
７（ａ）、（ｂ）は同部分正面図である。図５におい
て、１はチップのボンディング装置に備えられた移動テ
ーブルであり、その下面には支持部２がボルト３で固着
されている。支持部２にはボンディングヘッド５が保持
されている。次に、ボンディングヘッド５の構造につい
て説明する。

【０００４】６はボンディングヘッド５の主体となるコ
の字形のフレームであり、支持部２にボルト４で固着さ
れている。フレーム６の下板６ａには管体７が垂直な姿
勢で装着されており、管体７にはパイプ状のシャフト８
が垂直に挿入されている。シャフト８の下端部にはノズ
ル９が設けられている。ノズル９はその下端部にチップ
１０を真空吸着して保持する。

【０００５】シャフト８の上端部にはブロック１１が装
着されている。１２はブロック１１の上面に設けられた
ジョイント部であって、図示しないチューブを介して真
空吸引手段に接続されており、この真空吸引手段が駆動
することにより、ノズル９はチップ１０を真空吸着す
る。管体７には筒体１３が装嵌されている。下板６ａと
筒体１３の間にはスプリング１４が介装されており、ス
プリング１４はそのばね力で筒体１３を上方へ弾発して
いる。

【０００６】ブロック１１からはピン１５が突出してい
る。スプリング１６の両端部はピン１５と下板６ａに連
結されており、そのばね力でブロック１１を下方へ弾発
し、これによりブロック１１の下面は筒体１３の上面に
押しつけられている。１７は押圧子であって、筒体１３
の延出部１３ａに当接している。押圧子１７は、駆動手
段（図外）に駆動されて上下動する。ここで、一方のス
プリング１４のばね力は、他方のスプリング１６のばね
力よりも大きく設定されている。

【０００７】図５および図６において、ノズル９から側
方へアーム２０が延出している。アーム２０の先端部に
はロール２１が装着されている。ロール２１は下板６ａ
から下方へ延出する２本のロッド２２の間に嵌合してい
る。また下板６ａからもう１つのロッド２３が下方へ延
出しており、ロッド２３とアーム２０はスプリング２４
で連結されている（図７（ａ）も参照）。スプリング２
４はアーム２０とロッド２３を互いに引き付ける方向の
ばね力を有しており、このばね力によりロール２１は、
ロッド２２に押接されている。符号２０〜２４を付した
部材は、ノズル９やシャフト８の回り止め手段となるも
のである。すなわち、ノズル９がその軸心線を中心に不
要に水平回転方向にがたつくと、その下端部に真空吸着
して保持されたチップ１０の向きに狂いを生じるので、
この回り止め手段によりノズル９が不要に水平回転方向
へがたつくのを防止している。

【０００８】従来のボンディングヘッド５は上記のよう
に構成されており、次にその動作を説明する。図５およ
び図７（ａ）は、ノズル９が上昇位置にある状態を示し
ている。図７（ａ）において、２５はチップ１０を搭載
する基板、２６は基板２５に予め塗布されたチップ接着
用のボンドである。図５において、押圧子１７が下降す
ると、筒体１３はスプリング１４を圧縮しながら下降す
る。するとこれにともなって、ブロック１１はスプリン
グ１６のばね力により下降し、ブロック１１と一体のノ
ズル９も下降し、チップ１０は基板２５に着地する（図
７（ｂ）参照）。次にノズル９によるチップ１０の真空
吸着状態を解除し、押圧子１７を上昇させれば、筒体１
３はスプリング１４のばね力により上昇し、これにより
ブロック１１は筒体１３に押し上げられ、ノズル９は元
の高さまで上昇する。以上により、チップ１０は基板２
５に搭載される。

【０００９】ところで、図７（ｂ）に示すように、チッ
プ１０を基板２５に着地させるときは、所定の強さでチ
ップ１０を基板２５側に押しつけねばならない。この押
しつけ力Ｆ２は、ノズル部の自重とスプリング１６のば
ね力Ｆ１（図５）で決定される。すなわち、従来のボン
ディングヘッド５では、押しつけ力Ｆ２はノズル部の自
重とスプリング１６のばね力Ｆ１に等しいことを前提と
している。ところが、図７（ｂ）に示すようにノズル９
が下降すると、スプリング２４は伸長して強い引き付け
力Ｆ３が斜方向に発生する。したがってその垂直方向の
分力Ｆ４が押しつけ力Ｆ２を減殺することとなり、真の
押しつけ力はＦ２からＦ４を差し引いたものとなってし
まう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のボ
ンディングヘッドでは、ノズル９の回り止め手段を構成
するスプリング２４の垂直方向の分力Ｆ４が押しつけ力
を減殺するため、押しつけ力の不足によりチップ１０の
ボンディング不良が発生しやすいものであった。殊に上
記分力Ｆ４は、ノズル９の上下動ストロークが大きくな
ってスプリング２４が長く伸長する程大きくなるため、
ノズル９を大きく下降させて基板２５にチップを搭載す
る場合には大きな押しつけ力不足を生じ、ボンディング
不良がきわめて発生しやすくなる。これに対応してスプ
リング１６のばね力Ｆ１を大きくすると、ノズル９の上
下動ストロークが小さくなった時に押しつけ力過大とな
り、ボンディング不良となる。殊にチップ１０が微小チ
ップの場合には、きわめて小さな力でチップ１０を基板
２５に押しつけねばならないことから、厳格な押しつけ
力（荷重）のコントロールが必要であり、押しつけ力が
過不足するとボンディング不良がきわめて発生しやすく
なる。

【００１１】したがって本発明は、回り止め手段のスプ
リングによるチップの押しつけ力の減殺を解消し、所望
の押しつけ力でチップを基板にボンディングできるチッ
プのボンディング装置におけるボンディングヘッドを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、チップ供給部
のチップを基板にボンディングするチップのボンディン
グ装置におけるボンディングヘッドであって、ガイド部
材を介して支持部に上下動自在に装着されたフレーム
と、フレームを上下動させることによりボンディングヘ
ッド全体を上下動させる上下動手段と、フレームに垂直
な姿勢で挿入されたシャフトと、シャフトの下端部に設
けられてチップを真空吸着するノズルと、シャフトの上
端部に装着されたブロックと、ブロックとフレームを連
結してブロックを下方へ弾圧する第１のスプリングと、
ブロックの下降限度を規定するストッパと、ブロックか
ら延出するアームと、アームとフレームを連結してアー
ムを回り止め用ストッパに押接させる第２のスプリング
とから成る。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記構成の本発明において、上下
動手段が駆動して、フレームが上下動すると、フレーム
に一体的に組みつけられたボンディングヘッド全体が上
下動する。したがって第２のスプリングなどの回り止め
手段もノズルと一体的に上下動するので、第２のスプリ
ングに垂直方向の分力は生じず、ノズルの上下動ストロ
ークの長短にかかわらず、チップを第１のスプリングの
ばね力で設定された所定の押しつけ力で基板と押しつけ
てボンディングすることができる。

【００１４】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態のチッ
プのボンディング装置の斜視図、図２は同ボンディング
ヘッドの斜視図、図３および図４は同ボンディングヘッ
ドの側面図である。

【００１５】まず図１を参照して、チップのボンディン
グ装置の全体構造を説明する。３０は移動テーブルであ
り、支持部３１を介してボンディングヘッド４０が保持
されている。ボンディングヘッド４０の移動路の下方に
はコンベヤ３２が配設されており、コンベヤ３２により
基板２５が搬送される。コンベヤ３２の側方にはテーブ
ル３３が設けられている。テーブル３３上にはウエハ１
０Ａが載置されている。テーブル３３とウエハ１０Ａ
は、チップ供給部となっている。

【００１６】ウエハ１０Ａのチップ１０は、移送ヘッド
（図示せず）により位置補正テーブル３５上に移送搭載
される。位置補正テーブル３５上には規正爪３６が設け
られており、規正爪３６がチップ１０の直交する２つの
側面に押当することにより、チップ１０の位置ずれを補
正する。ボンディングヘッド４０は、位置補正テーブル
３５上で位置ずれが補正されたチップ１０をピックアッ
プして基板２５に移送搭載する。

【００１７】次に、図２〜図４を参照して、ボンディン
グヘッド４０の構造を説明する。なお図３は、ボンディ
ングヘッド４０が上昇位置にある状態を示しており、ま
た図３において破線はノズル４４の上下動ストロークが
大きい場合を示している。また図４はボンディングヘッ
ド４０が下降してチップ１０を基板２５に塗布されたボ
ンド２６上に押しつけて搭載している状態を示してい
る。

【００１８】図２および図３において、４１はコの字形
のフレームであり、以下に述べる部品が組み付けられて
いる。フレーム４１の下板４１ａには管体４２が垂直な
姿勢で装着されている。管体４２の内部には垂直なパイ
プ状のシャフト４３が挿入されている。シャフト４３の
下端部にはノズル４４が設けられている。ノズル４４は
その下面にチップ１０を真空吸着して保持する。シャフ
ト４３の上端部にはブロック４５が装着されている。ブ
ロック４５の上面にはジョイント部４６が設けられてい
る。ジョイント部４６は、図示しないチューブを介して
真空吸引手段に接続されており、この真空吸引手段が駆
動することにより、ノズル４４はチップ１０を真空吸着
する。

【００１９】ブロック４５の前面にはピン５１が突設さ
れており、また下板４１ａの前面にもピン５２が突設さ
れている。ピン５１とピン５２は第１のスプリング５３
で連結されており、そのばね力ｆ１によりブロック４５
の下面は管体４２の上面に押しつけられている。すなわ
ち、管体４２はブロック４５の下降限度を規定するスト
ッパとなっている。

【００２０】図２および図３において、ブロック４５の
側面からアーム５４が水平に延出している。アーム５４
の先端近くにはロール５５が装着されている。フレーム
４１の上板４１ｂには２本のロッド５６が垂直されてお
り、ロール５５はロッド５６とロッド５６の間に嵌合し
ている。アーム５４の先端部とフレーム４１の胴部に突
設されたピン５７は、第２のスプリング５８で連結され
ている。第２のスプリング５８はアーム５４とピン５７
を引きつける方向のばね力を有しており、これによりロ
ール５５は一方のロッド５６にしっかり当接している。
すなわち、符号５４〜５８を付した部品は、シャフト４
３やノズル４４の回り止め手段となっている。

【００２１】支持部３１の前面には垂直なレール状のガ
イド部材６１が設けられており、フレーム４１の背面に
はこのガイド部材６１にスライド自在に嵌合するスライ
ダ６２が設けられている。したがってフレーム４１は、
支持部３１に上下動自在に装着されている。支持部３１
とフレーム４１は第３のスプリング６３で連結されてい
る。第３のスプリング６３はフレーム４１を上昇させる
方向へ弾発している。

【００２２】フレーム４１の上板４１ｂにはロッド６４
が立設されている。ロッド６４の上端部には押圧子６５
が当接している。押圧子６５は図示しない駆動手段に駆
動されて上下動する。押圧子６５が下降すると、フレー
ム４１は第３のスプリング６３を引き伸ばしながらガイ
ド部材６１に沿って下降する。また押圧子６５が上昇す
ると、フレーム４１は第３のスプリング６３のばね力に
より上昇する。ボンディングヘッド４０は、フレーム４
１に上述した部品を組みつけて構成されており、押圧子
６５が上下動することにより、ボンディングヘッド４０
はその全体が上下動する。すなわち押圧子６５や第３の
スプリング６３はボンディングヘッド４０の上下動手段
となっている。

【００２３】このボンディングヘッド４０は上記のよう
な構成より成り、次に全体の動作を説明する。図１にお
いて、移動テーブル３０が駆動することにより、ボンデ
ィングヘッド４０は位置補正テーブル３５と基板２５の
間を移動し、位置補正テーブル３５上のチップ１０をノ
ズル４４の下端部に真空吸着してピックアップし、基板
２５に移送して搭載する。ノズル４４がチップ１０をピ
ックアップするときや、チップ１０を基板２５に搭載す
るときは、ノズル４４は上下動作を行う。次に、図３お
よび図４を参照して、ノズル４４の上下動作を説明す
る。

【００２４】図３は、ノズル４４が上昇位置にある状態
を示している。この状態で、ブロック４５は第１のスプ
リング５３のばね力ｆ１により管体４２の上面に弾接し
ている。さて、押圧子６５が下降してロッド６４を押圧
すると、フレーム４１は第３のスプリング６３を引き伸
ばしながら下降し、これによりボンディングヘッド４０
は下降し、ノズル４４の下端部に保持されたチップ１０
は基板２５のボンド２６上に着地する。図４はこのとき
の状態を示している。このようにチップ１０が基板２５
に着地すると、ノズル４４はそれ以上下降することはで
きないが、フレーム４１はなおも若干下降し、これによ
りブロック４５は管体４２の上面から離れ、管体４２と
ブロック４５の間にはギャップＧが生じる。この場合、
フレーム４１とブロック４５はほぼ同じストローク下降
するので、両者を連結する第２のスプリング５８は水平
な張設姿勢を保持し、したがって第２のスプリング５８
のばね力に垂直方向の分力は生じない。

【００２５】以上のことから、ノズル４４がチップ１０
を基板２５に押しつける押しつけ力は、第１のスプリン
グ５３のばね力ｆ１と等しいこととなる。したがってチ
ップ１０は、第１のスプリング５３のばね力ｆ１で設定
された押しつけ力で基板２５に押しつけられることとな
るので、第１のスプリング５３のばね力ｆ１を適正に設
定しておけば、所定の押しつけ力で確実にチップ１０を
基板に押しつけることができる。

【００２６】このことは、ノズル４４の上下動ストロー
クが大きい場合に特に有益である。図３において、破線
は、ノズル４４の上下動ストロークが大きい場合の共晶
ボンディング方法を示している。基板２５’はヒートブ
ロック（熱源体）６６上に載置されて予め共晶温度（た
とえば３００°Ｃ）に加熱されている。このような共晶
ボンディングにおいては、ボンディングヘッド４０がヒ
ートブロック６６の放熱により加熱されないように、ボ
ンディングヘッド４０はヒートブロック６６からできる
だけ離しておく必要があり、このためにはノズル４４の
上下動ストロークＳを大きくする必要がある。ところが
このボンディングヘッド４０は、チップ１０’を基板２
５’に押しつける押しつけ力ｆ２は第１のスプリング５
３のばね力ｆ１で決定され、ノズル４４の上下動ストロ
ークの長短には影響されないので、所定の力でチップ１
０’を基板２５’に押しつけてボンディングすることが
できるものである。

【００２７】ノズル４４の上下動ストロークを大きくす
るのは、共晶ボンディング以外にも、基板の上面に背高
な電子部品が実装されていて、この電子部品にボンディ
ングヘッドが当るのを避けながらチップを基板に搭載す
る場合などもあり、このような場合も上記と同様の利点
が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ノズルの
下端部に保持されたチップを所定の押しつけ力で基板に
押しつけてボンディングできるものであり、殊にごく小
さな押しつけ力で基板に押しつける必要のある微小なチ
ップのように、厳格な荷重コントロールが要求されるチ
ップのボンディングにその長所を発揮する。また共晶ボ
ンディングのようにノズルの上下動ストロークを大きく
する必要がある場合にもその長所を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のチップのボンディング
装置の斜視図

【図２】本発明の一実施の形態のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの斜視図

【図３】本発明の一実施の形態のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図４】本発明の一実施の形態のチップのボンディング
装置のボンディングヘッドの側面図

【図５】従来のチップのボンディング装置のボンディン
グヘッドの側面図

【図６】従来のチップのボンディング装置のボンディン
グヘッドの部分斜視図

【図７】（ａ）従来のチップのボンディング装置のボン
ディングヘッドの部分正面図 （ｂ）従来のチップのボンディング装置のボンディング
ヘッドの部分正面図

【符号の説明】

１０、１０’ チップ ２５、２５’ 基板 ４０ ボンディングヘッド ４１ フレーム ４２ 管体（ストッパ） ４３ シャフト ４４ ノズル ４５ ブロック ５３ 第１のスプリング ５８ 第２のスプリング ６１ ガイド部材 ６２ スライダ ６５ 押圧子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チップ供給部のチップを基板にボンディン
   グするチップのボンディング装置におけるボンディング
   ヘッドであって、ガイド部材を介して支持部に上下動自
   在に装着されたフレームと、フレームを上下動させるこ
   とによりボンディングヘッド全体を上下動させる上下動
   手段と、フレームに垂直な姿勢で挿入されたシャフト
   と、シャフトの下端部に設けられてチップを真空吸着す
   るノズルと、シャフトの上端部に装着されたブロック
   と、ブロックとフレームを連結してブロックを下方へ弾
   圧する第１のスプリングと、ブロックの下降限度を規定
   するストッパと、ブロックから延出するアームと、アー
   ムとフレームを連結してアームを回り止め用ストッパに
   押接させる第２のスプリングとから成ることを特徴とす
   るチップのボンディング装置におけるボンディングヘッ
   ド。