JPS5917975B2 - 自動ワイヤレスボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動ワイヤレスボンディング装置に関２５する
。

電子機器の小型化、薄型化が進む中で、薄いフィルム状
の基板にＬＳＩ、、ＩＣ、トランジスタ、抵抗コンデン
サ等のチップ部品を高密度に実装し、回路基板全体を非
常に薄くすることが可能なフィ■０ ルム状の基板を使
用する新しい実装方式が開発されている。

このような方式によれば、ＬＳＩ、ＩＣ、トランジスタ
、抵抗、コンデンサ等の大きさ、形状、厚みの異なる種
々のチップ部品を薄いフィルム状■５ の基板の所定位
置に精度良く位置合わせするとともに、各チップ部品を
フィルム状の基板に高密度に実装する必要がある。

しかし、こういう作業は、多くの労力を必要とし、工程
の自動化が必要とされる。第１図に従来例の基本構成図
を示す。

１はチツプ吸着用の孔（図示せず）を備えたボンデイン
グツール、２はボンデイングツールを加熱するためのヒ
ータ・ユニツト、３はマニユピユレータで、ボンデイン
グツール１を前後左右（Ｘ−Ｙ方向）に動かすとともに
、ボンデイングツール１の角度補正をすることができる
。

４は実装すべきフイルム基板、５はフイルム基板４を固
定する固定ユニツト、６は固定ユニツトを手動にて上下
動させる上下動ユニツト、７は実体顕微鏡、８は実装す
べきチツプである。

な卦高密度にチツプを実装するためにボンデイングツー
ル１はチツプ部品の形状、大きさに合わせて種々のもの
が準備され、その中より実装すべきチツプ８に合わせて
、手動にてボンデイングツールのみ交換する。次にその
操作について説明する。

（１）実装すべきチツブ８の形状、大きさに合わせて、
種々のボンデイングツールの中より作業者がその１つを
選択し、このボンデイングツール１を第１図のごとくセ
ツトする。

（２）フイルム基板４をセツトする。

（３）作業者がボンデイングツール１の形状、大きさに
合つたチツプ８を選択してこれをボンデイングツール１
上に設置し、チツプ８を吸着させる。

（４）作業者がマニユピユレータ３を操作し、ボンデイ
ングツール１をフイルム基板４の所定位置直下に移動さ
せる。

（５）作業者は顕微鏡７で観察しながら、上下動ユニツ
ト６によりフイルム基板４を降下させ、チツブ８とフイ
ルム基板４の所定位置との関係が顕微鏡７で判別できる
位置にて停止させる。

（６）顕微鏡７によりチツプ８とフイルム基板４の位置
関係を観察し、位置関係が正しければ、作業者は顕微鏡
７を観察しながら、上下動ユニツト６を降下させる。も
し、チツプ８とフイルム基板４の位置関係が正しくなけ
れば、作業者がマニユピユレータ３を操作し、チツプ８
の位置を補正し、上下動ユニツト６を降下させる。（７
）フイルム基板４をチツプ８に押し当てることにより、
フイルム基板４の接着剤が溶け、チツプ８がフイルム基
板４にボンデイングされる。（８）同様にボンデイング
ツール１の形状、大きさに合つたチツプ８を、前記２の
工程から７の工程で同様にフイルム基板４にボンデイン
グする。（９）次に別のボンデイングツールと交換し、
このボンデイングツール１の形状、大きさに合つたチツ
プ８を、同様工程でフイルム基板４にボンデイングする
。以上の操作を繰り返すことにより、種々のチツプ８を
フイルム基板４の所定位置の全てにボンデイングするこ
とができる。

上記従来例のやり方で、フイルム基板４に種々のチツプ
８をボンデイングすることができるが、この方法ではボ
ンデイングツールの交換、チツプの選択、チツプの設置
、位置合わせ等作業者の負担が大きく、また作業速度も
遅い。

本発明はチツプの選択、チツプのボンデイングツールへ
の供給、概略位置合わせ、チツプの大きさに合わせたボ
ンデイングツールの選択等を自動化し、精密位置合わせ
のみをボタン操作による手動で行なうようにした自動ワ
イヤレスボンデイング装置を提供するものである。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図卦よび第３図は基本構成図を示し、第４図は各部
の機構も合せて示した全体概略図を示す。第２図〜第４
図に卦いて、９はＬＳＩ．ＩＣｌトランジスタ、抵抗、
コンデンサ等のチツプ部品を実装すべき透明または半透
明のフイルム基板である。１０はフイルム基板９を設置
するための透明な載置板で、本実施例では際置板１０は
耐熱ガラス板が使用されて卦り、フイルム基板９を下方
より観察することが可能である。

１１はトレイ１２に配列されたチツプ部品である。

１３は載置板１０とトレイ１２を設置した移動台で、前
後左右、つまり第２図〜第４図の矢印のごとく、Ｘ卦よ
びＹ方向に移動可能であり、Ｘ軸パルスモータ１４、Ｙ
軸パルスモータ１５等よりなる精密送り機構部（図示せ
ず）を有している。

１６はヒーター（図示せず）を内蔵し、水平軸周りの周
面上にはチツプ吸着用の真空吸着孔（図示せず）を備え
た８ケの突起状のツールヘツド１６ａを設けられたロー
タリーボンデイングツール（以下ＲＢＴと略す）である
。

次に各チツプの大きさ、形状に合つたボンデイングツー
ルを選択するためのツールヘツド自動交換機能について
説明する。

第２図では、ＲＢＴｌ６のツールヘツド１６ａにチツプ
１１を吸着し、フイルム基板９のボンデイング位置９ａ
がツールヘツド１６ａ（ｒ）真下にきて卦り、つまり、
ボンデイング時の状態である。１７はα軸パルスモータ
で、ＲＢＴｌ６を水平軸周りの矢印αのごとく回転させ
る。

第３図は、説明上、ＲＢＴｌ６のツールヘツド１６ａを
α軸パルスモータ１７により上方位置に回転させている
ところを示している。通常は第２図のごとく、ツールヘ
ツド１６ａは下方位置に位置する。１８はα軸パルスモ
ータ１７等のＲＢＴｌ６をα回転させるための機構部を
保持するツール回転機構部ベースである。

次に、チツプ吸着、ボンデイング時等に必要なＲＢＴｌ
６の上下動機構について説明する。

１９は上下動軸で、一端をツール回転機構部ベース１８
に固定され、他端をレバー２０の先端に固定されたカム
フオロア一（図示せず）により支えられている。

上下動軸１９は回転機構部ベース１８と一体的に矢印ｚ
のごとく上下動するとともに、矢印θのごとく回転する
ように軸受（図示せず）にて案内され、アームベース２
１に装着されている。レバー２０はＺ軸パルスモータ２
２の回転力によりカム２３を介して、揺動し、上下動軸
１９を上下動させる。次にフイルム基板９の所定位置と
チツプ１１との位置合わせを行なう際に、チツプ１１の
角度補正を行なうためのツールヘツド１６ａの角度補正
機構について説明する。

２４は引張りコイルバネで、ツール回転機構部ベース１
８を、上下動軸１９を回転中心として、つまり、第３図
に示すごとくツールヘツド１６ａの中心点Ｂを回動中心
として回動するように、一方向に付勢している。

２５は０軸パルスモータで、カム２６、レバー２７を介
してツール回転機構部ベース１８にθ方向の回転力を伝
える。

引張りコイルバネ２４のバネカとθ軸パルスモータ２５
の回転力とにより、中心点Ｂつまり、ツールヘツド１６
ａの中心を回動中心として、ツール回転機構部ベース１
８をθ方向に回動させる。次に光学系について説明する
。

２８は精密送り機構部（図示せず）を固定するベース（
図示せずに固定された顕微鏡で、ＲＢＴｌ６の直下にあ
る。

つまり、ＲＢＴｌ６のツールヘツド１６ａ，吸着したチ
ツプ１１、フイルム基板９のボンデイング位置９ａと顕
微鏡２８とが、ボンデイング時，には第２図の中ＪＣ４
！Ａを示すごとく一直線状に配置される。な卦中心線Ａ
上に、第３図の中心点Ｂがある。２９は顕微鏡２８に接
続固定されたテレビジヨンカメラ、３０はモニターテレ
ビジヨン受像機で、テレビジヨンカメラ２９に写された
映像をモニターする。

３１はデータ入力用操作部で、各チツプを実装すべきフ
イルム基板９の所定位置、チツプが格納されているトレ
イ１２の位置、各チツブの大きさ、形状に合わせたツー
ルヘツド１６ａの指定等を行ない、マイクロコンピユー
タ（図示せず）にデータを入力する。

３２はボンデイング作業用操作部で、各スイツチ３２ａ
を操作することにより、移動台１３の位置補正、ＲＢＴ
ｌ６の角度補正等を行なう。

３３は力セツトテープレコーダで、入力したデータを保
存して卦き、必要な時に該力セツトテープレコーダ３３
より直接マイクロコンピユータに入力することができる
。

次に動作について説明する。

データ入力用操作部３１を操作することにより、マイク
ロコンピユータに、各種チツプ１１を実装すべきフイル
ム基板９の各所定位置（Ｘ卦よびＹ方向データ）、各所
定位置に実装すべきチツプ１１が格納されているトレイ
１２の位置、ならびに各チツプ１１の大きさ、形状に合
わせたツールヘツド１６ａの指定等を行なう。次にボン
デイング作業用操作部３２のスタートスイツチ（図示せ
ず）を操作することにより、マイクロコンビユータが作
動し、挿入した各データをもとに、順次作動する。（１
）先ず、チツプの大きさ、形状に合うツールの選択を行
なう。

すなわちα軸パルスモータ１７によりＲＢＴｌ６がα回
転し、指定されたツールヘツド１６ａのボンデイング面
を、移動台１３面と平行にする。（２）前記と同時に、
チツプの選択を行なう。

すなわち移動台１３が移動し、指定されたチツプ１１の
格納されているトレイ１２の位置が前記ツールヘツド１
６ａの直下に移動する。（３）次にチツプ１１の吸着を
行なう。

すなわちＲＢＴｌ６がＺ軸パルスモータ２２により降下
するとともに、前記ツールヘツド１６ａの真空吸着孔よ
りエアーを吸引する吸引源（図示せず）が作動し、チツ
プ１１を吸着する。（４） ＲＢＴｌ６がＺ軸パルスモ
ータ２２によりチツプ１１を吸着したまま上昇する。

（５）次にボンデイングすべき位置の選択を行なう。

すなわち前記吸着したチツプ１１を実装すべきフイルム
基板９の指定された位置が前記のツールヘツド１６ａの
真下にくるように、移動台１３が移動する。（６）次に
吸着したチツプ１１とフイルム基板９のボンデイングす
べき位置とが、載置板１０、顕微鏡２８を介してモニタ
ーテレビジヨン３０に写しだされるように、顕微鏡２８
の焦点位置まで吸着したチツプ１１を降下させる。

つまり、ＲＢＴｌ６がＺ軸パルスモータ２２により下降
１し、フイルム基板９近傍の位置で停止する。（７）
次にチツプ１１とフイルム基板９のポンデイング位置と
の精密位置合わせを行なう。すなわち吸着されたチツプ
１１とフイルム基板９の位置関係をモニターテレビジヨ
ン３０に写し出さ 乏れた映像を観察することにより、
位置関係が正しければ、ボンデイングスイツチ（図示せ
ず）を操作する。第５図は吸着したチツプ１１とフイル
ム基板９のボンデイング位置９ａとの関係を示す図で、
実線フイルム基板９のボンデイン ２グ位置９ａを示し
、破線はチツプ１１を示し、△Ｘ，△Ｙ，△θはずれ量
を示す。中心点Ｂは角度補正時の回転中心を示し、第２
図の中心線Ａに一致する。もし、位置関係が第５図のご
とく、△Ｘ，△Ｙ，△θずれているようであれば、３ボ
ンデイング作業用操作部３２の各スイツチ３２ａを操作
し、移動台１３の位置を△Ｘ，△ｙ補正し、チツプ１１
を吸着しているツールヘツド１６ａの角度を△θだけ角
度調整し、チツプ１１とフイルム基板９の位置関係が一
致す ３るように補正を行ない、ボンデイングスイツチ
（図示せず）を押す。（８）ボンデイングスイツチを押
すことにより、ＲＢＴｌ６がさらに降下し、チツプ１１
をフイルム基板９に押圧し、この時、ＲＢＴｌ６に内
４蔵されたヒーターによりフイルム基板９上の接着剤が
溶け、チツプ１１はフイルム基板９にボンデイングされ
る。

（９）前記の後再びＲＢＴｌ６を上昇させ、次にボンデ
イングすべきチツプのツールヘツド１６ａを工程（１）
のごとく選択し、工程（支）から工程（８）の操作を順
次行なつていく。

上記動作を繰り返し、フイルム基板９にチツプ部品がす
べてボンデイングされれば停止し、フイルム基板９１枚
分のチツプ部品の実装が完了する。

欠にフイルム基板９を取り換え、前記工程（１）から舟
記工程（９）を繰り返すことにより、同一機種のフイル
ム基板９にチツプを実装することができる。以上本発明
によれば、次のような利点を有するものである。１）従
来では、チツプの選択、ボンデイングツールへのチツプ
の設置と吸着、マニユピユレータを操作しての位置合わ
せ、上下動ユニツトを操作してのフイルム基板の上下動
操作等を作業者が各ユニツトの操作により行なつて、ボ
ンデイングしていたため、作業者の負担が大きく、作業
速度も遅く、また、ボンデイング不良等の問題があつた
。

しかし、本発明では、ボンデイングツールをＺ方向に上
下動させる機構を備え、また透明な載置板上に設置され
たフイルム基板をチツプと共にＸ卦よびＹ方向に移動さ
せる機構を備え、かつボンデイングツールに吸着された
チツプの角度調整を行なうためにボンデイングツールを
θ方向に回転させる機構を備え、さらに顕微鏡をボンデ
イングツールに対向して設け、フイルム基板とチツプの
位置関係をテレビジヨンカメラを通してモニターテレビ
ジヨン受像機に映像を写し出す光学系を備えることによ
り、作業者はデータを入力しスタートスイツチを押すだ
けで、チツプ選択、チツプ吸着、概略位置合わせまでを
自動で行ない、精密位置合わせだけをモニターテレビジ
ヨン受像機を観察しながらボンデイング作業用操作部の
各スイツチを操作して作業者が行ない、位置合わせした
後、ボンデイングスイツチを押すことによりチツプをフ
イルム基板にボンデイングできるものである。この様に
、作業の負担はほとんどなくなり、また作業速度も早く
なるとともに、全て機械操作であるためボンデイング条
件が安定し、ボンデイング不良が少なくなる。シ）従来
では、チツプを高密度に実装するためには何種類かのポ
ンデイングツールを準備して卦き、チツプの形状、大き
さが変わる毎にボンデインクツールを手動で交換しなけ
ればならず、しかも、ボンデイングツールは加熱されて
いるため、交換の時間がかかる等の問題があつたが、本
発明ではチツプ吸着可能な穴を備えたツールヘツドを周
方向に有するボンデイングツールを水平軸周りに回転さ
せることによりチツプの形状、大きさに合つたツールヘ
ツドを任意に選択できるものであり、ツールヘツドの自
動交換が可能であり、省力化、能率化が図られる。

（３）フイルム基板と実装すべき各種チツプ部品を同一
移動台上に設置したことにより、フイルム基板のチツプ
装着位置への送りと、トレイのチツプをツールヘツドに
吸着させるための送りとを、同一の精密送り機構部によ
り兼用しているため、Ｘ，Ｙの２軸を省略することがで
き簡素な構造にできる。

（４）ボンデイング作業用操作部各スイツチを操作する
ことにより、チツプとフイルム基板のボンデイング位置
とを簡単にかつ、正確に位置合わせすることができる。

（５）実装すべき基板を透明な載置板上にのせ、ボンデ
イングツールの対向する位置から光学系でこれを観察し
ながら作業を行なえるので、チツプとボンデイング位置
との位置関係を正しく判別でき、しかもモニターテレビ
ジヨン受像機に写しだされるため、正確に位置合わせす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の基本構成図、第２図卦よび第３図は本
発明の一実施例を示す基本構成図、第４図はその全体概
略図、第５図はチツプとフイルム基板のボンデイング位
置との関係を示す説明図である。 ９・・・フイルム基板、９ａ・・・ボンデイング位置、
１０・・・載置板、１１・・・チツプ、１２・・・トレ
イ、１３・・・移動台、１４，１５・・・Ｘ軸卦よびＹ
軸パルスモータ、１６・・・ロータリーボンデイングツ
ール、１６ａ・・・ツールヘツド、１７・・・α軸パル
スモータ、１９・・・上下動軸、２２・・・Ｚ軸パルス
モータ、２５・・・θ軸パルスモータ、２８・・・顕微
鏡、２９・・・テレビジヨンカメラ、３０・・・モニタ
ーテレビジヨン受像機、３１・・・データ入力用操作部
、３２・・・ボンデイング作業用操作部、３２ａ・・・
スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＩＣ、抵抗等のチップ部品を実装すべき基板をのせ
   る透明な載置板と、前記チップ部品を格納したチップト
   レイと、前記載置板とチップトレイとを設置した移動台
   と、前記移動台を前後左右に移動するための駆動手段と
   、前記移動台と対向する位置に水平軸周りに回転可能に
   設置され、チップを吸着する手段を水平軸周りの周面に
   有するボンディングツールと、前記ポンディングツール
   を上下動させるための上下動手段と、前記ボンディング
   ツールに吸着されたチップの角度調整を行なうために前
   記ボンディングツールを上下動周りに回動させる手段と
   、前記移動台を介して前記ボンディングツールの対向す
   る位置に設けられた、前記実装すべき基板のボンディン
   グ位置と前記ボンディングツールに吸着されたチップと
   の位置関係を検出する手段とを有することを特徴とする
   自動ワイヤレスボンディング装置。 ２ 実装すべき基板のボンディング位置とボンディグツ
   ールに吸着されたチップとの位置関係を検出する手段と
   して、顕微鏡と、前記顕微鏡に接続されたテレビジョン
   カメラと、前記テレビジョンカメラの映像を写し出すモ
   ニターテレビジョン受像機とを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の自動ワイヤレスボンディン
   グ装置。 ３ 移動台を前後左右に移動する駆動手段およびボンデ
   ィングツールを回動させる手段を操作するための数個の
   スイッチを備えたボンディング作業用操作部を有し、前
   記スイッチを操作することにより、実装すべき基板のボ
   ンディング位置とボンディングツールに吸着されたチッ
   プとの位置関係の調整を可能にしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動ワイヤレスボンディング
   装置。