JPS62200744A - ボンデイング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造分野で用いる半導体チップのボン
ディング装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体チップを保持する保持手段を有し、半
導体チップを所定の基体にマウントするボンディング装
置において、保持手段の一端の半導体チップ保持部と他
端の保持手段取付部を垂直方向に関して一直線上に存し
ないように構成することによって、ボンディング直前に
カメラを通して画像処理で保持部に保持された半導体チ
ップと基体との位置修正を可能にし、精度よくボンディ
ングできるようにしたものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造において、半導体チップを所定の基体
にグイボンディングする工程では正確に位置合せしてボ
ンディングすることが重要である。

例えば半導体レーザ装置においては、第１２図に示すよ
うにホトダイオード（１）上にレーザダイオード（２）
を設けて成る極小半導体チップ（３）を外部導出端子（
４）を有する基台（５）上の放熱体を兼ねる取付ブロッ
ク（６）にグイボンディングして構成されるが、このと
き半導体チップ（３）は取付ブロック（６）に対して正
確な位置にボンディングされなければならない。

従来は人が目で見て位置・合せを行い、マニュアル操作
でボンディングを行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、半導体製造分野では上述のような極小半導体
チップのボンディングの自動化が望まれている。しかし
、自動化に際しては、予め位置決めした半導体チップの
ボンディング位置までの搬送中に半導体チップが位置ず
れしないこと、ボンディング直前に半導体チップの位置
を確認し、位置修正ができること、またボンディング後
のボ°ンド確認ができること等が必要である。

本発明は、上述の点に鑑み、自動によって半導体チップ
を所定の基体に精度よくグイボンディングできるように
したボンディング装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半導体チップ（３）を保持する保持手段（２
０）を有し、半導体チップ（３）を所定の基体（１４）
にマウントするボンディング装置において、保持手段（
２０）の一端の半導体チップ保持部（２０ａ　）と他端
の保持手段取付部（２０ｂ　）が垂直方向において一直
線上に存しないように構成する。即ち保持手段（２０）
は例えば第３図に示すように垂直にのびる取付部（２０
ｂ　）より直角に折曲し、さらに下方に直角に折曲した
所謂クランク型をなし、その先端の保持部（２０ａ　）
において真空吸着で半導体チップ（３）を保持するよう
に形成される。保持手段（２０）は所謂ボンディングヘ
ッド部（１６）に組込まれ、半導体チップ（３）の位置
決めステージ（１２）と半導体チップ（３）をボンディ
ングすべき基体（１４）が載置された基体載置部（１３
）間を移動可能になされ、且つ上下方向及び前後方向に
移動できるように構成される。

また、載置部（１３）上の基体（１４）のボンディング
位置に対応する上方に保持手段（２０）で搬送された半
導体チップの位置を確認するためのカメラ（３９）が配
される。

〔作用〕

半導体チップ（３）が保持手段（２０）によって真空吸
着されて位置決めステージ（１２）より基体（１４）が
載置されている載置部（１３）上に搬送される。

そして、ボンディング直前に上方に配されたカメラ（３
９）を通して半導体チップ（３）と基体（１４）の位置
確認がなされ、画像処理しながら最終的な半導体チップ
（３）の位置修正が行われる。このとき、保持手段（２
０）においては半導体チップ保持部（２０ａ　）と保持
手段取付部（２０ｂ）が垂直方向に関して一直線上に存
しないため取付部（２０ｂ）に邪魔をされることなく半
導体チップ（３）の位置がカメラ（３９）により確認さ
れる。しかる後、半導体チップ（３）が基体（１４）上
にボンディングされる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明によるボンディング装置の
一実施例を説明する。

第１図は本ボンディング装置の概略図を示すもので、（
１１）はマウントすべき半導体チップ（３）の供給部、
（１２）は半導体チップ（３）を予め位置決めする位置
決めステージ、（１３）は半導体チップ（３）をマウン
トすべき基体（１４）を載置した基体載置部を示す。

例えば半導体チップ（３）が前述の第１２図のレーザダ
イオード（２）及びホトダイオード（１）からなる場合
には、基体（１４）は基台（５）と一体の取付ブロック
（６）となる。又、（１５）は半導体チップ（３）を真
空吸着で保持してチップ供給部（１１）より位置決めス
テージ（１２）に搬送するための搬送手段、（１６）は
ボンディングヘッド部を示し、これら搬送手段（１５）
及びボンディングヘッド部（１６）は固定基材（１８）
上を矢印ａ方向に往復動じ得る可動基板（１７）に所定
間隔を置いて固定される。この場合、搬送手段（１５）
がチップ供給部（１１）に対応した位置にあるとき、ボ
ンディングヘッド部（１６）が位置決めステージ（１２
）に対応した位置にあり、搬送手段（１５）が位置決め
のステージ（１２）に対応した位置にあるときはボンデ
ィングヘッド部（１６）が基体ｆｌｉ置部（１３）に対
応した位置にあるように、搬送手段（１５）ｆｌＬびボ
ンディングヘッド部（１６）と、チップ供給部（１１）
　、位置決めステージ（１２）及び載置部（１３）との
位置関係が選定される。この装？２（１９）は所謂自動
ボンディング装置であって、可動基板（１７）によって
搬送手段（１５）がチップ供給部（１１）と位置決めス
テージ（１２）間を往復動し、ボンディングヘッド部（
１６）が位置決めステージ（１２）と基体載置部（１３
）間を往復動するようになされる。先ず、チップ供給部
（１１）上の１つの半導体チップ（３）が搬送手段（１
５）の保持手段即ちコレット（工９）によって真空吸着
されて位置決めステージ（１２）上に搬送される。半導
体チップ（３）は位置決めステージ（１２）において所
定位置に位置決めされる。次に、ボンディングヘッド部
（１６）の保持手段即ちコレット（２０）によって位置
決めステージ（１２）上の半導体チップ（３）が真空吸
着されて載置部（１３）上に搬送され、次いで基体（１
４）に対してダイボンディングされる。

次に、本発明に係るボンディングヘッド部（１６）の機
構について詳述する。第２図、第３図及び第４図はボン
ディングヘッド部（１６）の正面図、一部所面とする側
面図及び底面図を示す。同図において、（２０）は半導
体チップの保持手段即ち半導体チップを真空吸着するコ
レットを示し、このコレット（２０）はコレット支持体
（２１）　、第１のクロスローラテーブル（２２）及び
第２のり°ロスローラテーブル（２３）を介して可動基
板（１７）に固着される。第２のクロスローラテーブル
（２３）はコレット（２０）を前後方向（第７図の矢印
す方向）に移動せしめるもので、固定部（２３ａ　）と
可動部（２３ｂ　）からなり、固定部（２３ａ　）が可
動基板（１７）に固着した支持体（２４）に固定される
。第１のクロスローラテーブル（２２）はコレット（２
０）を上下方向（第６図の矢印Ｃ方向）に移動せしめる
もので、固定部（２２ａ　）と可動部（２２ｂ　）とか
ら形成され、可動部（２２ｂ）がコレット支持体（２１
）に固着されると共に、固定部（２２ａ　）がＬ字状の
支持体（２５）を介して第２のクロスローラテーブル（
２３）の可動部（２３ｂ　）に固着される。

（２６）は第２のクロスローラテーブル（２３）を可動
するための第２のパルスモータで、このモータ軸（２６
ａ　）にハートカム（２７）が一体に取付けられ、この
ハートカム（２７）が第２のクロスローラテーブル（２
３）の可動部（２３ｂ）よりの延長部に取着されたカム
フォロア（２８）に転接される。そして、支持体（２４
）に植立した固定軸（２９）と、第２のクロスローラテ
ーブル（２３）の可動部（２３ｂ）との間にスプリング
（３０）が介装され、パルスモータ（２６）の回転駆動
によりハートカム（２７）が回動し、カムフォロア（２
８）をして可動部（２３ｂ）従ってコレット（２０）が
前後方向に移動するようになされる（第７図及び第８図
参照）。又、（３１）は第１のクロスローラテーブル（
２２）を可動するための第１のパルスモータで、このモ
ータ軸（３１ａ　）にカム（３２）が一体に取付けられ
、このカム（３２）が第１のクロスローラテーブル（２
２）の可動部（２２ｂ　）側のコレット支持体（２１）
に設けられたカムフォロア（３３）に転接される。そし
て、このコレット支持体（２１）に一体の固定軸（３４
）と固定部（２２ａ）側のＬ字状の支持体（２５）に一
体の固定軸（３５）間にスプリング（３６）が介装され
、第１のパルスモータ（３１）の回転駆動によりカム（
３２）が回動し、カムフォロア（３３）をして可動部（
２２ｂ　）従ってコレラＩ−（２０）が上下方向に移動
するようになされる（第６図参照）。なお、（３７）は
マイクロフォトセンサである。

コレット（２０）は第３図で示すようにその垂直にのび
る取付部（２０ｂ　）より直角に折曲し、さらに下方に
直角に折曲した所謂クランク型に形成される。（３８）
は厩空吸引装置（図示せず）よりのパイプである。一方
、載置部（１３）上に載置された基体（１４）のボンデ
ィング位置に対応する上方にＣＣＤカメラ（３９）が配
される。叩ちこのＣＣＤカメラ（３９）は丁度コレット
（２０）が載置部（１３）に移動したときにコレット（
２０）の上方からコレット先端部（２０ａ）に保持され
た半導体チップ（３）が見れるような位置に配される。

又、コレット（２０）の先端部（２０ａ）に、この先端
部（２０ａ　）を両側より挾む如き１対のガイド部（４
１ａ　）及び（４１ｂ　）からなる半導体チップ（３）
の固定手段即ち位置規制手段（４２）が設けられる。こ
の１対のガイド部（４１ａ）及び（４１ｂ　＞はコレッ
ト先端部に真空吸着した半導体チップ（３）の相対向す
る１組の辺に近接し、半導体チップ（３）の一方向即ち
左右方向の位置を規制するものである。１対のガイド部
（４１ａ　）及び（４１ｂ　）はコレット（２０）を挾
んで相対向する夫々の支持部（４３ａ　）及び（４３ｂ
　）に取付けられ、この支持部（４３ａ　）及び（４３
ｂ　）の一端が夫々固定部（４４ａ　）及び（４４ｂ　
）に軸（４５ａ　）及び（４５ｂ）を中心に回動自在に
取付けられる。

両支持部（４３ａ）及び（４３ｂ）間には両ガイド部（
４１ａ　）及び（４１ｂ　）を閉じる方向に偏倚せしめ
るスプリング（４６）が介装される。又、シリンダー　
（４７）に直結した断面台形状のカム（４８）が設けら
れ、このカム（４８）のカム面に夫々支持部（４３ａ　
）及び（４３ｂ　）の一端より直角に延長した延長部端
のミニチュアベアリング（４９）が転接される。従って
、第５図に示すようにシリンダー（４７）によってカム
（４８）が前進したときには支持部（４３ａ　）及び（
４３ｂ）が夫々軸（４５ａ）及び（４５ｂ　）を中心に
回動し両ガイド部（４１ａ　）及び（４１ｂ　）が開き
（鎖線位置）、カム（４８）が後退したときは両ガイド
部（４１ａ　）及び（４１ｂ　’）が閉じる（実線位置
）ようになされる。

次にかかる構成のボンディングヘッド部（１６）の動作
を説明する。

可動基板（１７）によってボンディングヘッド部（１６
）が位置決めステージ（１２）上に移動されると、シリ
ンダー（４７）の動作でカム（４８）が前進して第５図
に示す如くガイド部（４１ａ）及び（４１ｂ　＞が開く
と共に、第１のパルスモータ（３１）によって第１のク
ロスローラテーブル（２２）の可動部（２２ｂ）が駆動
し、コレット（２０）が降下して（第６図参照）位置決
めステージ（１２）上の半導体チップ（３）を息空吸着
する。そしてコレット（２０）が第１のクロスローラテ
ーブル（２２）の駆動で上昇し、元の位置に戻ると、シ
リンダー（４７）が動作して、カム（４８）が後退し、
ガイド部（４１ａ　）及び（４１ｂ）が閉じる。この閉
じた状態でガイド部（４１ａ）及び（４１ｂ）が夫々半
導体チップ（３）の左右方向の両側辺に接近することに
よって第９図に示すように半導体チップ（３）はその左
右方向の位置が規制される。次に、可動基板（１７）に
よってボンディングヘッド部（１６）が第９図の状態を
維持して載置部（１３）上に移動される。この移動途中
ではコレット（２０）に吸着された半導体チップ（３）
の左右方向の位置は両ガイド部（４１ａ）及び（４１ｂ
）によって固定されるために、半導体チップ（３）が回
転方向又は左右方向に位置ずれすることがない。次にボ
ンディング直前に第１θ図で示すようにＣＯＤカメラ（
３９）を通して画像処理を行い、基体（１４）に対する
半導体チップ（３）の位置、部ち左右方向はガイド部（
４１ａ　）及び（４１ｂ）によって位置ずれがないので
、前後方向の位置ずれ即ち変位量を計算し、位置ずれが
あれば、第２のパルスモータ（２６）が駆動し、ハート
カム（２７）をして第２のクロスローラテーブル（２３
）が駆動され、コレット（２０）が前後方向に移動され
て（第７図及び第８図参照）半導体チップ（３）の前後
方向の位置修正が行われる。次に、゛シリンダー（４７
）によってガイド部（４１ａ　）及び（４１ｂ　）が開
き、同時に第１のパルスモータ（３１）によってコレッ
ト（２０）が降下して半導体チップ（３）が基体（１４
）にダイボンディングされる。また、ボンディング後に
おいて、半導体チップ（３）のボンディングの良否のチ
ェックが同様にＣＯＤカメラ（３９）を通して画像処理
によって行われる。

上述の構成によれば、ボンディングヘッド部（１６）の
コレット（２０）によっ゛ζ半導体チップ（３）を吸着
し、基体（１４）の載置部（１３）に１般送する途中に
おいては、１対のガイド部（４１ａ　）及び（４１ｂ　
）によって半導体チップ（３）の左右方向の位置が規制
されるために、回転方向の位置ずれ、或いは左右方向の
位置ずれを阻止することができる。

そして、第２のクロスローラテーブル（２３）によって
前後方向の位置修正が可能なために、正確に半導体チッ
プ（３）をボンディングすることができる。

また、コレット（２０）がクランク型に折曲して形成さ
れるためにコレットの取付部（２０ｂ）に邪魔されずに
上方よりのＣＣ−Ｄカメラ（３９）を通して画像処理で
正確に位置の確認及び修正ができる。

尚、上剥においてはコレラｌ−（２０）に吸着された半
導体チップ（３）の一方向（即ち左右方向）の位置を規
制する手段（４２）としてガイド部に代えて例えば第１
１図に示すようにコレット（２０）の先端部（２０ａ　
）の一方向の両側部を突出させて、この両側壁部（５１
ａ　）及び（５１ｂ）にて半導体チップ（３）の一方向
の位置を規制するようにしてもよい。

また、上剥ではホトダイオード上にレーザダイオードを
設けて成る半導体チップを放熱休養兼ねる取付ブロック
にボンディングする場合に通用したが、その他の通常の
半導体チップ、極小半導体チップの所定基体上へのダイ
ボンディングにも通用できること勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体チップの自動ボンディング装置
において、半導体チップを保持する保持手段をその一端
の半導体チップ保持部と保持手段取付部が垂直方向に関
して一直線上に存しないためにボンディング直前に上方
よりカメラを通して画像処理で半導体チップ保持部に保
持されている半導体チップの位置確認及び位置修正を行
うことができ、精度よく自動ボンディングが行える。

従って、例えば半導体レーザチップ等の極小半導体チッ
プのボンディングを容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボンディング装置の概略図、第２
図、第３図及び第４図はそのボンディングヘッド部の正
面図、一部断面とした側面図及び底面図、第５図はガイ
ド部の動作状態を示す図、第６図、第７図及び第８図は
夫々ボンディングヘッド部の動作状態を示す図、第９図
はボンディングヘッド部の半導体チップを保持した状態
図、第１０図はボンディング直前の状態図、第１１図は
コレットの他の例を示す要部の断面図、第１２図は本装
置が通用される半導体装置の一例を示す側面図である。 （３）は半導体チップ、（１１）はチップ供給部、（１
２）は位置決めステージ、（１３）は基体載置部、（１
４）は基体、（１５）は搬送手段、（１６）はボンディ
ングヘッド部、（２０）はコレット、（３９）はＣＣＤ
カメラ、　（４１ａ　）　　（４１ｂ　）はガイド部、
（４２）は位置規制手段である。 同　　松隈秀盛 ｔｈ作口 第５図 第２図 ボ°ンティン２に、、ド含１１／ｌイ則面口第３図 動作図 第６図 第　９　図　　　　　　　　　　　ホ゛ン乞ング直前の
状態図第１０図 の１４１１／１１！／ｒｏＴ＋［Ｉ　　　　　　　　　
　　＋１体ルーで装置第１１図　　　　　　第１２図 ｂ 動作口 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体チップを保持する保持手段を有し、前記半導体チ
   ップを所定の基体にマウントするボンディング装置にお
   いて、 前記保持手段の一端の半導体チップ保持部と他端の保持
   手段取付部が垂直方向において一直線上に存しないこと
   を特徴とするボンディング装置。