KR100741740B1 - 칩 본딩 장치 - Google Patents

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KR100741740B1
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오사무 가쿠타니
마사히토 츠지
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

칩 본딩 장치에서, Y테이블의 부하를 더욱 가볍게 하는 것이다.
다이 본딩 장치(10)는 X축 방향으로 저속 구동되는 X테이블(20)과, X테이블(20) 위에서 Y축 방향으로 고속 구동되는 Y테이블(30)과, 본딩 헤드(42)를 Z축 방향으로 고속 구동하는 Z구동모터를 구비한다. Z구동모터는 X테이블(20)에 설치되는 Z모터 자석부(60)와, 본딩 헤드(42)에 접속되고, Y테이블(30) 위에 설치된 Z레일(32)을 따라 Z축 방향으로 이동가능한 Z모터 구동 코일부(50)를 포함한다. Z모터 구동 코일부(50)에 구동 전류를 공급함으로써, Z모터 자석부(60)와 Z모터 구동 코일부(50)의 협동에 의해 Z모터 구동 코일부(50)에 Z축 방향의 구동력을 생기게 하여, 본딩 헤드(42)를 XYZ 3차원의 임의의 위치로 이동시킨다.
X테이블, Y테이블, 본딩 헤드부, Z구동모터, 칩 본딩 장치, 고정자부, 가동자부, 칩 본딩 장치

Description

칩 본딩 장치{CHIP BONDING DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 실시형태에서의 칩 본딩 장치로서의 다이 본딩 장치의 구성도이다. 여기에서는, 본딩 헤드(42)를 포함하는 도 1에 도시하는 XZ평면으로 잘랐을 때의 좌측 반의 구성을 도시하고, 또한 Z모터 자석부(60)의 일부를 파단한 모양이 도시된다. 또한 우측 반도 거의 동일한 구성이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시형태에서의 다이 본딩 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시형태에서의 다이 본딩 장치의 자석부를 떼어낸 모양을 도시하는 부분 설명도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시형태에서의 다이 본딩 장치의 저면도이다.
도 5는 다른 실시형태에서의 부분설명도이다.
도 6은 다른 실시형태에서의 부분설명도이다.
(부호의 설명)
10 다이 본딩 장치 12 베이스
14 X레일 20 X테이블
22 Y레일대 24, 25 Y레일
26 고정자 부착부 30 Y테이블
32 Z레일 34 Y모터 고정자석
36 Y모터 구동 코일 40, 84, 94 Z테이블
42 본딩 헤드 50 모터 구동 코일
50, 82, 92 모터 구동 코일부 52 코일
60, 80, 90 모터 자석부 62 자석
70 제어부 72 X구동부
74 Y구동부 76 Z구동부
78 본딩처리부
본 발명은 칩 본딩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본딩 헤드를 사용하여 칩을 칩 공급부로부터 본딩 대상 위치로 반송하고, 그곳에서 칩을 본딩 대상에 본딩하는 칩 본딩 장치에 관한 것이다.
반도체 칩에 관한 본딩 장치 중에서는, 소위 다이 본딩 장치와, 와이어 본딩 장치가 잘 알려져 있다. 전자는 칩 콜릿을 편입한 본딩 헤드를 사용하여 칩을 칩 공급부로부터 회로기판 등의 본딩 대상 위치로 반송하고, 그곳에서 칩을 본딩 대상인 회로기판에 본딩한다. 칩은 다이라고도 불리는 경우가 있으므로, 이 본딩은 다이 본딩이라고 불리는 경우가 있다. 이에 반해, 와이어 본딩 장치는 이렇게 하여 회로기판 등에 다이 본딩된 칩에 대해, 그 신호단자 등을 회로기판에 대해 접속하기 위해 사용된다. 즉, 칩의 표면에 배치되고 본딩 패드라고 불리는 칩측 접속단 자와, 회로기판에 배치되고 본딩 리드라고 불리는 기판측 접속단자와의 사이를, 금 세선 등의 와이어를 유지하는 캐필러리라고 불리는 툴을 구비하는 본딩 헤드를 사용하여, 와이어에 의해 상호간을 접속한다. 이 본딩은 이미 알고 있는 바와 같이 와이어 본딩이라고 불린다.
다이 본딩이든, 와이어 본딩이든, 본딩 헤드는 3차원 공간에 있어서의 임의의 2개의 위치 사이를 고속으로 이동한다. 즉, 어느 경우도 본딩 헤드는 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 각각 이동 가능하게 된다. 이 본딩 헤드의 XYZ이동기구에 대해서는 X축 방향으로 이동가능한 X테이블, X테이블 위에 탑재되고 Y축 방향으로 이동가능한 Y테이블, Y테이블 위에 탑재되고 Z축 방향으로 이동가능한 Z테이블의 적층구조를 사용할 수 있다. 그러나, 이 적층구조에서는, 하부의 테이블일수록 그 상부에 탑재되는 질량 및 관성을 지지하기 위해서, 보다 많은 구동력을 요하고, 또, 적층구조 때문에 구동력이 이동대상의 중심에 반드시 인가되는 것은 아닌 것 등의 과제를 발생한다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, X축 테이블 위에 Y축 테이블이 설치되는 소위 XY테이블에서, Y테이블 위에 무거운 본딩 헤드가 부착될 때, X축 테이블을 X축 VCM으로, Y축 테이블을 Y축 VCM으로 각각 구동하면, 가동부의 중심에 구동력이 작용하지 않게 되는 것이 기술된다. 그리고 여기에서는, Y테이블을 X축 VCM 및 Y축 VCM을 사용하여 XY평면 내에서 구동하는 구성이 개시되어 있다. 이 경우, X축 VCM의 고정자 및 Y축 VCM의 고정자는 베드에 고정되고, X축 VCM의 가동자 및 Y축 VCM의 가동자가 Y테이블에 부착된다.
또, 특허문헌 2에는, 다이 본딩 장치에서, 콜릿의 상하 이동을 행하기 위한 기구와 반도체 다이에 다이 본딩 가압력을 부여하기 위한 기구가 있기 때문에 장치의 부피나 중량이 커지는 것이 기술된다. 그리고 여기에서는, 리니어 모터를 사용하고, 또한 콜릿의 상하방향의 위치를 검출하는 위치센서를 설치하고, 리니어 모터에 의해 콜릿에 대하여 등속 운동 및 등가속도 운동을 행하게 함으로써 가압력을 부여하기 위한 기구를 불필요하게 하여, 다이 본딩 장치의 중량 및 부피를 저감시키는 구성이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특개2001-148398호 공보
[특허문헌 2] 일본 특개평6-013416호 공보
상기 특허문헌 2에서는 Z축 구동기구의 경량화가 제안되어 있다. 따라서, 이것을 사용함으로써 XY테이블, 특히 Z구동기구가 탑재되는 Y테이블의 구동 부하가 어느 정도 경감되는 것이 고려된다. 그러나, XY테이블 위에 Z축 구동기구가 탑재하는 것에 대해서는 그대로이므로, 더욱 Y축 방향의 이동의 고속화를 도모하기 위해서는 한도가 있다. 예를 들면, 고속화에 따라, Y모터가 과부하가 되어 발열 등이 과대하게 되고, 본딩 장치 자체의 동작에 지장이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 칩을 본딩 대상물에 본딩 할 때에, Y테이블의 부하를 더욱 가볍게 하는 것을 가능하게 하는 칩 본딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 칩 본딩 장치의 분야로 좁혔고, 와이어 본딩 장치를 대상으로 하 고 있지 않는다. 그 이유는, 이 양자에서의 X축 방향 및 Y축 방향의 이동속도에 차이점이 있는 것에 주목했기 때문이다. 즉, 와이어 본딩 장치에서는, 칩의 본딩 패드와 회로기판의 본딩 리드 사이를 와이어로 본딩하고, 게다가 1개의 칩에 대해 다수의 와이어 본딩을 반복하기 때문에, 이 XY 이동의 속도를 얼마만큼 빠르게 할지를 문제로 할 때, X축 방향의 이동속도도 Y축 방향의 이동속도도, 거의 동일한 정도로 고속인 것이 요구된다.
이에 반해, 칩 본딩 장치는 1개의 칩을 칩 공급부로부터 본딩 대상의 위치로 이동시키는 것이므로, 통상, X축 방향 및 Y축 방향 중 어느 하나는 다른 쪽에 비해 대단히 저속이어도 좋아, 거의 움직이지 않을 경우도 있다. 일반적으로는, X테이블의 이동속도는 다른 Y테이블, Z테이블의 이동속도에 비해 상당히 저속이어도 좋다. 따라서, 칩 본딩 장치에서는, 이 X테이블이 저속인 것을 이용하여, Y테이블의 부하를 더욱 가볍게 할 수 있으면, Y테이블의 과부하에 의한 발열을 방지하여, 더욱 고속화가 가능하게 될 것이다.
본 발명에 따른 칩 본딩 장치는, X축 방향으로 저속 구동되는 X테이블과, X테이블 위에서 Y축 방향으로 고속 구동되는 Y테이블과, 본딩 헤드부를 Z축 방향으로 고속 구동하는 Z구동모터를 구비하는 칩 본딩 장치로서, Z구동모터는 X테이블에 설치되는 고정자부와, 본딩 헤드부에 접속되고, Y테이블 위에 설치된 안내를 따라 Z축 방향으로 이동가능한 가동자부를 포함하고, 고정자부와 가동자부의 협동에 의해 가동자에 Z축 방향의 구동력을 생기게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, Z구동모터를 구성하는 고정자부와 가동자부 중, 무거운 질량, 큰 관성을 갖는 고정자부를 X테이블에 탑재시킨다. X테이블은 저속 구동되므로, Z구동모터의 고정자부의 부하를 더 부담하게 해도 그 특성상의 영향은 적다. 한편, Y테이블상의 부하는 Z구동모터의 고정자부의 부하가 없어지므로, 보다 가벼운 부하로 할 수 있다. 따라서, 칩 본딩 장치의 고속화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 칩 본딩 장치에서, 가동자부는 본딩 헤드부에 접속되고, YZ평면 내에서 편평한 구동 코일부로서, 고정자부는 자성체의 요크와, 구동 코일을 마주보고, 구동 코일의 YZ평면 내의 이동범위 전체를 커버하는 대향 면적을 갖는 자석부를 갖는 것이 바람직하다.
또, 고정자부는 구동 코일의 YZ평면을 사이에 끼우고, 양측에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
또, 고정자부는 구동 코일의 YZ평면을 사이에 끼우고, 어느 한 쪽에 배치되는 것이 보다 바람직하다. 이 구성에 의해, 고정자부의 보다 소형화, 초박형화를 도모할 수 있다. 또, 고정자부를 자석으로 하는 경우에는, 구동 코일의 양측에 배치되는 경우에 비해, 대향하는 자석간의 흡인력이 없으므로, 고정자부에 불필요한 힘이 걸리는 것을 막아, 보다 낮은 강성의 구성이 가능하게 되어, 소형화, 경량화에 공헌한다.
또, 본 발명에 따른 칩 본딩 장치에서, 가동자부는 Z축 방향을 따라 배치되는 복수의 구동 코일로서, 각 구동 코일의 협조적인 구동에 의해 전체로서 Z축 방향을 따라 이동하는 구동 자장을 형성하도록 구동되는 복수의 구동 코일을 갖고, 고정자부는 Z축 방향으로 번갈아 극성을 바꾸어서 배치되는 복수의 고정자 자석으 로서, 각 구동 코일에 의해 형성되는 구동 자장과 협동하여 가동자부에 Z축 방향의 구동력을 생기게 하는 극성 배치관계로 배치되는 복수의 고정자 자석을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, Z구동모터는 교류구동 리니어 모터가 되고, 직류구동 리니어 모터의 경우에 비해, 구동 코일의 이동범위를 가리는 자석의 대향 면적을 보다 적게 할 수 있다. 따라서, 소형화, 경량화에 기여한다.
또, 본 발명에 따른 칩 본딩 장치에서, 가동자부는 서로 구동 위상이 120도 상위하는 U상, V상, W상의 구동 코일이 Z축 방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에 도면을 사용하여 본 발명에 따른 실시형태밖에 대해, 상세하게 설명한다. 이하에서는, 칩 본딩 장치로서, 소위 다이 본딩 장치에 대해 설명하지만, 본딩 헤드를 사용하여 칩을 본딩 대상물의 위치로 반송하고, 그곳에서 칩을 본딩 대상물에 본딩하는 장치이며, X테이블이 다른 이동 테이블에 비해 저속으로 이동 구동되는 장치이면, 다이 본딩 이외의 용도의 것이어도 좋다. 예를 들면, 페이스다운 본딩 장치이어도 좋다. 또, LSI칩 이외의 전자부품을 회로기판 등의 본딩 대상물에 본딩하는 장치이어도 좋다. 또한, 본딩 대상물은 회로기판으로서 설명하지만, 일반적인 배선수지기판 이외에, 리드프레임 등 이어도 좋다. 또, 이하에서, 다른 것에 비해 저속 구동되는 테이블을 X테이블로 하고, 이것에 직교방향에 구동되는 것을 Y테이블, 본딩 헤드가 탑재되는 테이블을 Z테이블로 하는데, 이것은 명 명의 편의일 뿐, 다른 명칭이어도 물론 상관없다.
도 1은 칩 본딩 장치로서의 다이 본딩 장치(10)의 구성도이다. 여기에서는, 본딩 헤드(42)를 포함하는 도 1에 도시하는 XZ평면으로 잘랐을 때의 좌측 반의 구성을 도시하고, 또한 Z모터 자석부(60)의 일부를 파단한 모양이 도시된다. 또한 우측 반도 거의 동일한 구성이다. 도 2부터 도 4는 다이 본딩 장치(10)의 부분설명도이고, 도 2는 XZ평면으로 나타내는 측면도이고, 단 Z고정자 부착부(26)를 포함하는 X테이블(20)의 구성요소 등을 생략한 것이며, 도 3은 도 2의 상태에서 Z모터 자석부(60)을 떼어냈을 때의 Z테이블(40)의 모양을 도시하는 것이고, 단, Z모터 구동 코일부(50)의 외형을 파선으로 도시한 것이며, 도 4는 도 2의 상태의 것을 -Z방향으로 보았을 때의 모양을 도시하는 저면도이다.
다이 본딩 장치(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 서로 직교하는 X축, Y축, Z축 방향으로 각각 이동 구동되는 X테이블(20), Y테이블(30), Z테이블(40)을 사용하고, Z테이블(40)에 부착되는 본딩 헤드(42)를 3차원의 임의의 위치로 이동시키고, 다이 본딩 작업을 행하게 할 수 있는 장치이다. 보다 상세하게는, 본딩 헤드(42)를 사용하여, 도시되지 않은 칩 공급부에서 칩을 흡착하여 유지하고, 그 위치로부터, 도시되지 않은 본딩 대상물인 회로기판의 소정의 본딩 위치로 반송하고, 그 소정의 위치에서 적당한 본딩 하중을 걸어서 칩을 회로기판에 세게 누르고, 적당한 가열조건하에서, 칩을 회로기판에 접합시키는 기능을 갖는 장치이다.
다이 본딩 장치(10)는 고정대인 베이스(12) 위에 순차 배치되는 X테이블(20), Y테이블(30), Z테이블(40)을 갖고, Z테이블(40)에 본딩 헤드(42)가 부착되 고, 이들 요소는 제어부(70)에 접속된다. 제어부(70)는 X테이블(20), Y테이블(30), Z테이블(40)을 각각 동작 구동하는 X구동부(72), Y구동부(74), Z구동부(76), 이것들의 종합적인 시퀀스의 제어를 통하여 본딩 헤드(42)의 본딩 작업을 제어하는 본딩처리부(78)를 포함한다. 여기에서, X테이블(20), Y테이블(30), Z테이블(40)의 순차 배치를 위한 각 요소는 아래와 같이 구성된다.
먼저, 다이 본딩 장치(10)의 고정부분인 베이스(12) 위에 X축 방향으로 뻗어 배치되는 X레일(14)과, X레일(14)에 의해 X축 방향의 이동이 안내되는 X테이블(20)이 배치된다. 따라서, X테이블(20)은 XY평면 내에서 X축 방향으로 이동 가능하다. X테이블(20)의 이동구동은 제어부(70)의 제어하에서 도시되지 않은 X구동모터에 의해 행해진다.
그리고, X테이블(20)에는, Y레일대(22)가 고정되어 부착되고, Y레일대(22) 위에 Y축 방향으로 뻗는 2개의 평행한 Y레일(24)이 배치된다. 또, 후술하는 Z모터 자석부(60)를 유지하기 위한 Z고정자 부착부(26)가 Y레일대(22)의 Y축 방향의 끝부로부터 암 형상으로 X축 방향으로 뻗어 설치된다. Y테이블(30)은 이 Y레일(24, 25)에 의해 Y축 방향의 이동이 안내되도록 배치된다. 따라서, Y테이블(30)은 YZ평면에 평행한 면내에서 Y축 방향으로 이동가능하다.
Y테이블(30)의 이동구동은 Y레일대(22)에 고정하여 설치되는 Y모터 고정자석(34)과, Y테이블(30)에 고정되는 Y모터 구동 코일(36)로 구성되는 Y구동모터에 의해, 제어부(70)의 제어하에서 행해진다. Y모터 구동 코일(36)은 YZ평면 내에서 편평한 코일이다. Y모터 고정자석(34)은 Y모터 구동 코일(36)의 편평 형상을 사이에 끼우고 양측에 배치되고, 역시 YZ평면 내에서 편평한 2개의 평판 형상 자석이다. 2 개의 평판 형상 자석은 마주 보는 면의 극성이 서로 역이 되도록 배치된다. 따라서, Y모터 고정자석(34)은 YZ면에 평행한 자기 갭을 갖고, X축 방향의 자계를 발생하는 2개의 대향하는 자석이고, 그 자기 갭 속에 Y모터 구동 코일(36)이 배치된다. 여기에서, Y모터 구동 코일(36)에 구동 전류가 공급되면, Y모터 구동 코일(36)을 흐르는 Z축 방향에 평행한 성분과, Y모터 고정자석(34)의 X축 방향의 자계와의 협동작용에 의해, Y축 방향의 구동력을 발생하고, 따라서, Y모터 구동 코일(36)에 접속되는 Y테이블(30)을 Y축 방향으로 이동 구동할 수 있다.
또, Y테이블(30) 위에는 Z축 방향으로 뻗는 Z레일(32)이 배치되고, 그것에 안내되는 Z테이블(40)이 설치된다. 따라서 Z테이블(40)은 YZ평면 내에서 Z축 방향으로 이동가능하다. Z테이블(40)은 도 1에 도시하는 바와 같이 -Z축 방향으로 뻗고, 그 선단에 본딩 헤드(42)가 부착된다.
Z테이블(40)의 이동구동은 Z테이블(40)에 고정해서 설치되는 Z모터 구동 코일부(50)와, X테이블(20)로부터 뻗는 Z고정자 부착부(26)에 부착되는 Z모터 자석부(60)에 의해, 제어부(70)의 제어하에서 행해진다. Z모터 구동 코일부(50)와 Z모터 자석부(60)는 Z테이블(40)을 Z축 방향으로 이동 구동하기 위한 3상 구동 리니어 모터인 Z구동모터를 구성하고, 전자가 Z모터 가동자, 후자가 Z모터 고정자에 상당한다. 그리고, 이 구성에 의해, Z구동모터는 1개의 테이블에 탑재되는 것이 아니고, 무거운 고정자는 X테이블(20) 위에, 그리고 가벼운 가동자는 Y테이블(30) 위의 Z테이블(40) 위에, 각각 나뉘어 탑재된다.
Z모터 구동 코일부(50)는 YZ평면 내에서 편평한 3개의 코일(52)로 구성된다. 이들 3개의 코일(52)은 적당한 지지체 위에 배치되고, 수지로 편평한 평판 형상으로 성형되고, 그 편평한 수지 평판형상의 것이 Z테이블(40) 위에 부착된다. 3개의 코일은 각각 3상 구동 리니어 모터의 U상, V상, W상의 구동모터 코일에 상당한다. 각각의 코일(52)은 Z축 방향을 따라 예를 들면, U상, V상, W상의 순으로 배열되어 배치된다. 각 코일(52)은 Y축 방향을 따른 코일성분과, Z축 방향을 따른 코일성분을 갖지만, 전자가 Z구동모터의 구동력을 발생하는 부분이므로, 후자에 비해 충분히 길어지도록 설정된다. 즉 각 코일(52)은 Y축 방향으로 긴 축을 갖는 직사각형, 또는 타원 형상을 갖는다. 각 코일(52)의 2단자는 각각 제어부(70)의 Z구동부(76)에 접속된다. Z구동부(76)는 구동회로를 포함하는 제어회로로 구성된다.
Z모터 자석부(60)는 Z모터 구동 코일부(50)의 편평면에 평행하게, 즉 YZ평면에 평행하게 배치되고, Z모터 구동 코일부(50)에 대해 X축 방향의 자계를 공급하는 것이다. 구체적으로는, 복수의 자석(62)이 Z축 방향으로 복수 행, Y축 방향으로 복수 열 배치된다. 이들 자석은 적당한 지지판체 위에 배치되고, 평판 형상의 것이 Z고정자 부착부(26)를 통하여, X테이블(20) 위에 부착된다.
Z모터 자석부(60)의 YZ평면 내의 크기는 Z모터 구동 코일부(50)의 이동범위 전체를 커버하는 대향 면적을 갖도록 설정된다. 구체적으로, Y테이블(30)의 Y방향의 이동량인 Y스크로크를 SY, Z테이블(30)의 Z방향의 이동량인 Z스크로크를 SZ, 3개의 코일(52)의 Z축 방향을 따라 측정한 끝부에서 끝부까지의 길이를 LY, 코일(52)의 Y축 방향을 따라 측정한 끝부에서 끝부까지의 길이를 LZ, 코일(52)의 Z축 방향을 따른 코일성분의 Y축 방향의 코일폭을 WY, 코일(52)의 Y축 방향을 따른 코일성분의 Z축 방향의 코일폭을 WZ라고 한다. 이때, Z모터 자석부(60)의 Y축 방향의 길이는 (SY+LY+WY), Z축 방향의 길이는 (SZ+LZ+WZ) 이상인 것이 필요하다.
자석(62)은 도 1의 예에서는 7행 배치되고, 그 7행 중 Z축 방향의 양 끝측의 2행을 구성하는 자석(62)의 Z축 방향의 길이는 그 내측의 5행을 구성하는 자석(62)의 Z축 방향의 길이의 약 반 정도이다. 양 끝 행의 자석의 치수를 이와 같이 내측 행의 자석보다 작게 한 것은, Z모터 구동 코일부(50)의 이동범위를 고려하여, Z모터 자석부(60)의 Z방향의 치수를 최소로 하기 위해서 이다. 따라서, 치수를 신경 쓰지 않는다면, 양 끝 행의 자석도 내측 행의 자석과 동일한 치수로 해서 자석(62)의 치수 호환성을 갖게 하는 것으로 해도 좋다. 이 7행의 자석행의 극성은 이웃이 되는 행 사이에서 서로 역극성이다. 구체적으로는, Z축 방향을 따라, 순차적으로 N, S, N, S, N, S, N로 배치된다. 각 행의 동일한 극성 사이에서의 복수열의 분할수는 자석(62)을 만들기 쉽게 적당하게 정해도 좋다. 예를 들면, 2개로 분할해도 좋고, 그 이상이어도 좋다. 또 제조방법에 따라서는, 분할하지 않고, 각 행 각각 1개의 자석으로 구성해도 좋다.
각 행간의 Z축 방향 피치는 3상 리니어 모터의 구동 방법에 따라, Z모터 구동 코일부(50)의 코일(52)의 Z축 방향 피치와의 관계로 정해진다. 상기의 예에서는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 코일(52)의 3피치가 자석(62)의 4피치가 되도록 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 고정자 4극, 가동자 3극의 3상 회전 모터의 구조를 평면 전개하여 3상 코어레스 리니어 모터로 한 구성으로 할 수 있다. 따라서, 이러한 Z모터 구동 코일부(50)와 Z모터 자석부(60)를 사용하여, 제어부(70)의 Z구동부(72)에서, 서로 120도씩 상위하여 이동시킨 소위 U상, V상, W상의 구동 신호를 각각 3개의 코일(52)에 공급함으로써 Z모터 구동 코일부(50)와 Z모터 자석부(60)는 협동하여 Z방향의 구동력을 발생하고, Z테이블을 Z방향으로 이동 구동할 수 있다.
상기 구성의 다이 본딩 장치(10)의 동작에 대해 이하에 설명한다. 다이 본딩에서의 칩과 회로기판의 메커니즘은 금 도금 등의 표면처리가 된 회로기판에 칩의 이면을 세게 누르고, 가열함으로써 접합되는 것으로 한다. 이 경우에는, 칩 트레이 등의 칩을 정렬 배치한 칩 공급부의 픽업 위치로부터 1개의 칩을 픽업하고, 히터 등이 배치되고 회로기판이 유지되는 본딩 위치까지 반송하고, 그곳에서 접합이 행해지게 된다. 다이 본딩 혹은 칩 본딩의 메커니즘으로서는, 이것 이외에, 초음파 에너지를 사용하는 것으로 해도 좋다. 또는, 칩 이면에 접착재를 부착시키고, 회로기판의 소정의 위치에 배치하여 접합하는 메커니즘으로 해도 좋다. 이 경우에는, 접착재를 부착시킨 칩을 픽업하고, 회로기판의 위치로 반송하고, 그곳에서 접합이 행해진다. 어떻든 픽업 위치로부터 본딩 위치로의 위치결정 반송이 다이 본딩의 필수적인 기본공정이므로, 이하에서는 그 동작에 대해 설명한다.
이 위치결정 반송은 우선 본딩 헤드(42)를 초기 위치로부터 픽업 위치로 이동시킨다. 픽업 위치는 상기한 바와 같이 베이스(12)의 소정의 위치에 배치된 칩 트레이의 다음에 픽업해야 할 칩의 위치이다. 이, 다음에 픽업해야 할 칩의 위치 의 좌표 및 초기 위치의 좌표는 제어부(70)의 본딩처리부(78)의 기능에 따라, 본딩 작업의 시퀀스와, 칩 트레이에 있어서의 칩 배치 등의 데이터에 기초하여 산출되고 있다.
이 초기 위치로부터 픽업 위치로의 이동은, 초기 위치의 XY좌표와, 픽업 위치의 XY좌표의 차에 기초하여, 본딩처리부(78)가 X테이블(20)의 X축 방향 이동량 △X1과, Y테이블(20)의 Y축 방향 이동량 △Y1을 산출하고, 이것을 X구동부(72)와 Y구동부(74)의 각각, X축 방향 이동지령과 Y축 방향 이동지령으로서 부여한다.
X구동부(72)는 그 지령에 따라, 도시되지 않은 X구동모터를 구동하여 X테이블(20)을 X축 방향으로 △X1 이동시킨다. 마찬가지로, Y구동부(74)는 Y구동모터를 구성하는 Y모터 구동 코일(36)에 소정의 구동 전류를 부여하여, Y테이블(30)을 Y축 방향으로 △Y1 이동시킨다. 지령된 이동량 이동했는지 아닌지는 X테이블(20), Y테이블(30)에 설치된 위치센서 등을 사용하여 검출되고, 지령의 결과 위치와의 차이가 제어부(70)에 피드백된다.
이렇게 하여, 본딩 헤드(42)가 픽업 위치의 바로 위에 오면, 본딩처리부(78)가 Z구동부(76)에 지시하여, 초기 위치에서의 본딩 헤드(42)의 Z방향의 높이 위치로부터, 칩 트레이의 칩의 높이 위치까지의 높이인 △Z1을 산출하고, Z구동부(76)에 Z축 방향이동 지령으로 부여한다. 또한, X축 방향이동 지령, Y축 방향이동 지령, Z축이동 지령을 이렇게 순차 부여하지 않고, 3차원 이동궤적으로서 부여해도 좋다.
Z구동부(74)는 △Z1의 이동구동 지령으로부터, 3개의 코일(52)에 대응하는 서로 120도씩 구동 위상이 벗어난 U상, V상, W상의 구동전류 신호를 생성하고, 이들 신호를 각각 3개의 코일(52)에 공급한다. 이들 3상 구동전류 신호가 Z모터 구동 코일부(50)에 주어짐으로써 이것에 대향하는 Z모터 자석부(60)로부터 공급되는 Z축 방향에 소정의 피치로 극성이 서로 반전하는 자계와의 협동작용에 의해, Z축 방향으로 구동력이 생겨, Z테이블(40)은 Z축 방향으로 이동 구동된다. 지령받은 이동량 이동했는지 아닌지는 Z테이블(40)에 설치된 위치센서 등을 사용하여 검출되고, 지령의 결과위치와의 차가 제어부(70)에 피드백된다.
이렇게 하여, 픽업 위치에 본딩 헤드(42)가 이동하여 위치결정되면, 본딩처리부(78)가 도시되지 않은 흡인부에 지시를 행하고, 그것에 의해 본딩 헤드(42)는 칩 트레이의 소정의 칩을 흡인하여 유지한다. 즉, 본딩 헤드(42)에는 흡인용의 오목부와 진공흡인 경로가 설치되고, 도시되지 않은 진공장치를 작동시켜서, 칩을 본딩 헤드(42)의 선단의 칩 유지 오목부에 흡인하여 유지한다.
다음에, 본딩처리부(78)는 본딩 헤드(42)를 픽업 위치로부터 Z축 방향의 적당한 상방 위치로 끌어올린다. 그리고 픽업 위치로부터 본딩 위치로 본딩 헤드(42)를 이동시킨다. 본딩 위치는 상기한 바와 같이 베이스(12)의 소정의 위치에 배치된 회로기판의 위치이다. 이 본딩 위치의 좌표는 제어부(70)의 본딩처리부(78)의 기능에 의해 미리 산출되어 있다.
이 픽업 위치로부터 본딩 위치로의 이동은 픽업 위치의 XY좌표와, 본딩 위치 의 XY좌표의 차에 기초하여, 본딩처리부(78)가 X테이블(20)의 X축 방향 이동량 △X2, Y테이블(20)의 Y축 방향 이동량 △Y2를 산출하고, 초기 위치로부터 픽업 위치로의 이동과 동일하게, 이것을 X구동부(72)와 Y구동부(74) 각각에, X축 방향 이동지령과 Y축 방향 이동지령으로서 부여한다. 이하, 상기에 기술한 픽업 위치로의 이동과 동일한 내용에서, 본딩 헤드(42)는 본딩 위치의 직상으로 이동하고, 그곳에서 본딩 헤드(42)의 Z방향의 이동량 △Z2를 산출하고, Z구동부(76)에 Z축 방향 이동지령으로서 부여한다. 그리고 상기한 바와 같이 3상 리니어 모터의 구동법에 의해, 본딩 헤드(42)는 회로기판 위로 하강한다.
그곳에서 본딩처리부(78)는 도시되지 않은 누름부에 지령을 내려, 칩을 회로기판에 소정의 가압력으로 세게 누르고, 적당한 가열조건하에서, 칩과 회로기판 사이의 접합을 행한다. 접합이 끝나면, 본딩처리부(78)는 Z구동부(76)에 지령을 내려, 다시 본딩 헤드(42)를 상승시킨다. 그리고, 다음 칩과 회로기판 사이의 본딩 작업으로 이동한다.
이렇게 하여, X테이블(20)의 X축 방향 이동, Y테이블(30)의 Y축 방향 이동, Z테이블(40)의 Z축 방향 이동을 조합시킴으로써 본딩 헤드(42)를 XYZ 3차원 공간의 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 다이 본딩 장치(10)는 1개의 칩을 칩 공급부로부터 본딩 대상의 위치로 이동시키는 것이므로, X테이블(20)의 이동지령량은 작고, 따라서 그 이동속도는 Y테이블(30), Z테이블(40)에 비해 대단히 저속이어도 좋고, 이동지령에 따라 서는 거의 움직이지 않는 경우도 있다. 따라서, 무거운 Z모터 자석부(60)를 X테이블(20)에 부착해도, X구동모터로서는 그다지 부담이 되지 않는다. 그 반면, Y테이블(30) 위에는, Z테이블(40)과, Z모터 구동 코일부(50)가 탑재되고, 무거운 Z모터 자석부(60)가 제외되므로, Y구동모터의 부하가 가벼워진다.
상기에서, 3상 리니어 모터의 극성 배치는 상기의 코일 3피치=자석 4피치 이외라도 3상구동 방법이 적용되는 구성이면 된다. 또, 코일 3피치=자석 4피치의 관계를 기초로 동일한 Z축 방향 치수를 더욱 미세하게 해도 좋다. 예를 들면, Z모터 구동 코일부(50)를 Z축 방향의 치수를 동일하게 하고, 6개의 코일로 해도 좋다. 이렇게 여러 구동법을 사용함으로써, Z축 방향의 구동력을 그대로 하고, Z모터 구동 코일부(50)의 코일(52)의 피치 치수를 미세하게 할 수 있다. 따라서, Z모터 구동 코일부(50)의 Z축 방향 치수의 길이(SZ+LZ+WZ)에서 WZ를 상당히 작게 할 수 있고, 이것에 의해, Z모터 구동 코일부가 단일 코일로 이루어지는 소위 직류구동모터의 방식에 비해 Z축 방향 치수의 길이를 작게 억제할 수 있다.
상기에서, Z모터 자석부는 Z모터 구동 코일부의 편평면의 한 쪽에 배치하는 것이라고 했지만, Y 구동모터와 같이, Z모터 자석부를 Z모터 구동 코일부의 편평면의 양측에 배치할 수도 있다. 도 5, 도 6은 그러한 예의 모양을 도시하는 도면이다. 이들 도면의 (a), (b)는 각각 도 2 및 도 3에 대응하고, 도 2, 도 3과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 Z모터 자석부(80)가 Z모터 구동 코일부(82)의 편평면의 양측에 배치 된다. 그리고, Z모터 구동 코일부(82)는 그 근원부에서 Z테이블(84)에 의해 편측 지지로 유지된다. 이에 반해, 도 6은 Z모터 자석부(90)가 Z모터 구동 코일부(92)의 편평면의 양측에 배치된다. 그리고, Z모터 구동 코일부(92)는 Z축 방향의 양끝부가 Z테이블(94)에 양쪽 지지로 유지된다.
도 5, 도 6과 같이, Z모터 자석부를 Z모터 구동 코일부의 편평면의 양측에 배치하는 경우에는, 양측에 대향하여 배치되는 각 자석의 극성은 상호 상위하도록 배치된다. 예를 들면, 도 5(a)에서, Z모터 자석부(80)의 +X측에 배치되는 7행의 자석의 Z모터 구동 코일부(82)를 향하는 면의 극성이 +Z측으로부터 -Z측을 향하는 순서로, N, S, N, S, N, S, N으로 한다. 이 경우, Z모터 자석부(80)의 -X측에 배치되는 7행의 자석의 Z모터 구동 코일부(82)를 향하는 면의 극성이 +Z측으로부터 -Z측을 향하는 순서로, S, N, S, N, S, N, S가 된다.
따라서, 도 5, 도 6과 같이, Z모터 자석부를 Z모터 구동 코일부의 편평면의 양측에 배치하는 경우에는, 마주 보는 자석 사이의 자계는 N극에서 S극을 향한다. 이것을 도 1, 도 2와 같이, Z모터 자석부가 Z모터 구동 코일부의 편평면의 한쪽에 배치하는 것과 비교하면, 자계의 강도는 도 5, 도 6의 방식쪽을 강하게 할 수 있어, Z테이블의 구동력을 크게 할 수 있다. 따라서, 도 5, 도 6의 구성과 동일한 구동력으로 하기 위해서는, 도 1, 도 2의 자석은 보다 강력한 자석, 예를 들면 네오듐 자석 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편으로, 도 5, 도 6의 구성에서는 양측의 자석 사이에 흡인력이 작용한다. 따라서 Z모터 자석부 전체를 변형시키고, 그 사이의 자기 갭을 불균일하게 할 우려 가 있고, 그것을 방지하기 위해서, 도 5, 도 6의 구성에서는, 양측의 자석 사이에 흡인력이 작용한다. 따라서 Z모터 자석부 전체의 강성을 높일 필요가 있다. 따라서, 결과적으로 Z모터 자석부의 질량이 증가하고, 관성이 증가하고, X 방향의 두께도 증가한다. 이에 반해, 도 1, 도 2의 구성에서는, 그러한 흡인력이 생기지 않아, Z모터 자석부 자체를 X방향으로 얇게 할 수 있다.
따라서, 도 1, 도 2의 구성과 같이, Z모터 자석부(60)를 Z모터 구동 코일부(50)의 편평면의 한쪽 배치할 때는, Z모터 자석부(60) 자체를 X방향으로 얇게 할 수 있으므로, Z구동모터의 구동력이 걸리는 위치를 Z테이블(40)과 Z모터 구동 코일부(50)를 맞춘 가동부분의 중심에 맞추기 쉽게 된다. 마찬가지로, Y구동모터의 구동력이 걸리는 위치를 Y테이블(30)
과 Z테이블(40)과 Z모터 구동 코일부(50)를 맞춘 가동부분의 중심에 맞추기 쉽게 된다.
또한, 상기에서, Z모터 고정자는 자석, Z모터 가동자는 코일로 했지만, 코일과 자석의 질량, 관성의 관계에 따라서는, Z모터 고정자를 코일, Z모터 가동자를 자석으로 해도 좋다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 칩 본딩 장치에 의하면, 칩을 본딩 대상물에 본딩할 때에, Y테이블의 부하를 더욱 가볍게 하는 것이 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. X축 방향으로 저속 구동되는 X테이블과,
    X테이블 위에서 Y축 방향으로 고속 구동되는 Y테이블과,
    본딩 헤드부를 Z축 방향으로 고속 구동하는 Z구동모터를 구비하는 칩 본딩 장치로서,
    Z구동모터는,
    X테이블에 설치되는 고정자부와,
    본딩 헤드부에 접속되고, Y테이블 위에 설치된 안내에 따라 Z축 방향으로 이동가능한 가동자부를 포함하고, 고정자부와 가동자부의 협동에 의해 가동자에 Z축 방향의 구동력을 생기게 하는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가동자부는,
    본딩 헤드부에 접속되고, YZ평면 내에서 편평한 구동 코일부이며,
    고정자부는,
    자성체의 요크와,
    구동 코일을 마주 보고, 구동 코일의 YZ평면 내의 이동범위 전체를 커버하는 대향 면적을 갖는 자석부를 갖는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    고정자부는,
    구동 코일의 YZ평면을 사이에 끼우고, 양측에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    고정자부는,
    구동 코일의 YZ평면을 사이에 끼우고, 어느 한쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    가동자부는,
    Z축 방향을 따라 배치되는 복수의 구동 코일이며, 각 구동 코일의 협조적인 구동에 의해 전체로서 Z축 방향을 따라 이동하는 구동 자장을 형성하도록 구동되는 복수의 구동 코일을 갖고,
    고정자부는,
    Z축 방향으로 번갈아 극성을 바꾸어서 배치되는 복수의 고정자 자석이며, 각 구동 코일에 의해 형성되는 구동 자장과 협동하여 가동자부에 Z축 방향의 구동력을 생기게 하는 극성 배치관계로 배치되는 복수의 고정자 자석을 갖는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    가동자부는,
    서로 구동 위상이 120도 상위한 U상, V상, W상의 구동 코일이 Z축 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 칩 본딩 장치.
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