KR101380816B1 - 다이본딩 장치 - Google Patents

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KR101380816B1
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마사히토 츠지
미츠테루 사카모토
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

[과제] 간편한 구조로 얇은 반도체칩을 적절하게 픽업하여 본딩 한다.
[해결수단] 반도체칩을 픽업하여 본딩하는 본딩 툴(11)이 선단에 부착되는 샤프트(12), 복수의 평행하게 배치된 평판 링크(20, 30)를 통하여 샤프트(12)가 부착되고, 샤프트(12)가 연장되는 방향을 따라 직선이동하는 본딩 헤드(50)와, 본딩 헤드(50)에 회전 자유롭게 부착되고, 선단부(41)가 샤프트(12)에 접속되고, 후단부(43)에 카운터 웨이트(48)가 부착되는 레버(40)와, 본딩 헤드(50)와 레버(40)의 후단부(43) 사이에 부착되고, 본딩 툴(11)을 반도체칩에 내리누르는 누름 하중을 부여하는 스프링(58)을 구비하고, 카운터 웨이트(48)는 레버(40)의 회전축 주위의 회전 모멘트를 균형 잡히게 하는 중량으로 한다.

Description

다이본딩 장치{DIE BONDING DEVICE}
본 발명은 다이본딩 장치의 구조에 관한 것이다.
반도체칩을 기판 등에 접합하기 위한 다이본딩 장치는 다이싱된 웨이퍼로부터 반도체칩을 픽업하고, 픽업한 반도체칩을 기판 또는 리드 위에 본딩하여 접합하는 것이다. 이 다이본딩 장치는 반도체칩을 흡착하여 픽업하는 툴인 콜렛이 부착된 본딩 헤드를 반도체칩의 표면에 대하여 수직방향으로 이동시키는 것이다. 반도체칩을 픽업할 때 또는 반도체칩을 기판 등의 위에 본딩할 때는, 콜렛을 어느 정도의 누름 하중으로 반도체칩에 내리누를 필요가 있어, 예를 들면, 보이스 코일 모터에 의해 콜렛을 밀어내려 반도체칩에 적절한 누름 하중을 가하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그러나, 보이스 코일 모터는 중량이 크므로, 본딩 헤드의 고속이동이 어려운데다, 미소한 누름 하중을 조정하기 위한 제어 장치가 필요하여 구조가 복잡하게 되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 그래서, 콜렛과 본딩 헤드 사이에 본딩 헤드의 강하 거리에 따라 콜렛의 반도체칩으로의 누름력을 조정할 수 있는 것과 같은 하중 스프링을 부착하고, 본딩 헤드의 높이를 제어함으로써 반도체칩을 픽업할 때 또는 기판 등 위에 본딩할 때에 적절한 누름 하중이 반도체칩에 가해지도록 하는 간편한 방법도 사용되고 있다.
그런데, 하중 스프링을 사용한 방법에서는, 콜렛과 콜렛이 부착되어 있는 샤프트와 하중 스프링가 소위 스프링 매스계의 진동계를 구성하므로, 다이본딩 장치의 동작 속도나 누름 하중의 크기 등에 의해, 콜렛 및 샤프트가 크게 상하로 진동하는 경우가 있어, 픽업 시 또는 기판 등의 위에 본딩 시에 콜렛이 반도체칩의 표면으로부터 떠오르지 않도록 하기 위하여, 조금 큰 누름 하중이 걸리도록 하는 것이 필요했다.
일본 특개 2005-340411호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
한편, 최근, 반도체칩의 두께는 대단히 얇아져, 그 강도가 약해져 가고 있다. 또한 갈륨 비소 등의 깨지기 쉬운 소재를 사용한 반도체칩도 많이 사용되게 되어 가고 있다. 이 때문에, 픽업 시 또는 기판 등의 위에 본딩 시에 이러한 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩에 가해지는 누름 하중을 가능한 한 작게 하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 하중 스프링을 사용한 방법에서는, 진동에 의한 떠오름을 방지하기 위하여, 누름 하중을 작게 하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 또한 진동이 발생한 경우에는 하중 스프링의 반동으로 반도체칩에 순간적으로 큰 누름 하중이 걸려 버려, 반도체칩이 파손되어 버리는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 종래의 하중 스프링을 사용한 다이본딩 장치에서는, 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩의 픽업에 필요한 작은 누름 하중을 가할 수 없어, 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩을 적절하게 픽업하여 기판 등의 위에 본딩하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 다이본딩 장치에 있어서, 간편한 구조로 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩을 적절하게 픽업하여 본딩하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다이본딩 장치는 반도체칩을 픽업하여 본딩하는 본딩 툴이 선단에 부착되는 샤프트와, 복수의 평행하게 배치된 평판 링크를 통하여 샤프트가 부착되고, 샤프트의 연장되는 방향을 따라 직선이동하는 본딩 헤드와, 본딩 헤드에 회전 자유롭게 부착되고, 일단이 샤프트에 접속되고, 타단에 카운터 웨이트가 부착되는 레버와, 본딩 헤드와 레버의 타단과의 사이에 부착되고, 본딩 툴을 반도체칩에 내리누르는 누름 하중을 부여하는 스프링을 구비하고, 카운터 웨이트는 레버의 회전축 주위의 회전 모멘트를 균형이 잡히게 하는 중량인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다이본딩 장치에 있어서, 레버는 2장의 판스프링을 十자형으로 교차시킨 十자 판스프링에 의해 회전 자유롭게 본딩 헤드에 부착되고, 레버의 회전축은 2장의 판스프링의 교차하는 선을 따른 축인 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 다이본딩 장치에 있어서, 각 평판 링크는 샤프트가 연장되는 방향과 교차하는 면을 따라 연장되고, 본딩 헤드에 부착되는 환상 판과, 환상 판과 동일면에 배치되고, 환상 판의 내측에 있는 중공 부분을 건너 걸치는 건넘판을 포함하고, 건넘판에 샤프트가 부착되어 있고, 각 평판 링크의 환상 판은 대략 사각 환상이며, 대향하는 2변의 중앙의 각 고정점에서 본딩 헤드에 고정되고, 건넘판은 환상 판의 각 고정점을 연결하는 방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 샤프트가 접속되는 중앙으로부터 환상 판에 접속되는 양단을 향하여 폭이 작아지고, 환상 판은 각 고정점으로부터 상기 건넘판에 접속되는 양단을 향하여 폭이 작아져 있는 것으로 해도 적합하다.
본 발명은, 다이본딩 장치에 있어서, 간편한 구조로 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩을 적절하게 픽업하여 본딩할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 구조를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 평판 링크를 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 반도체칩을 픽업하기 전의 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 반도체칩을 픽업하는 상태를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 평판 링크의 변형 상태를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 평판 링크의 변형 상태를 도시하는 측면도.
도 7은 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 본딩 헤드의 가라앉음량에 대한 누름 하중의 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 본딩 헤드의 강하속도와 레버의 회전축 주위의 회전 모멘트의 변화와 누름 하중의 변화를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시형태에 있어서의 다이본딩 장치의 본딩 툴이 반도체칩에 접촉한 후의 누름 하중의 변화를 나타내는 그래프.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 다이본딩 장치(100)는, 도시하지 않은 XY방향으로의 이동장치에 부착된 리니어 가이드(62)와, 리니어 가이드(62)를 따라 Z방향으로 이동하는 슬라이더(61)와, 슬라이더(61)에 고정되고, 슬라이더(61)와 함께 Z방향으로 이동하는 본딩 헤드(50)를 구비하고 있다. 본딩 헤드(50)는 슬라이더(61)에 고정되는 본체(51)와, 본체(51)로부터 Y방향으로 연장되는 한 쌍 하측 암(52)과 한 쌍의 상측 암(53)과, 하측 암(52)에 부시(55)를 통하여 볼트(54)에 의해 고정된 하측 평판 링크(20)와, 상측 암(53)에 부시(55)를 통하여 볼트(54)에 의해 고정된 상측 평판 링크(30)와, 하측 평판 링크(20)와 상측 평판 링크(30)에 각각 고정된 샤프트(12)와, 샤프트(12)의 하측의 선단에 부착되어 있는 반도체칩을 흡착하는 본딩 툴(11)을 구비하고 있다. 하측 평판 링크(26)와 상측 평판 링크(30)는 평행하게 배치되어 있다. 샤프트(12)의 상단에는 샤프트(12)보다도 외경이 큰 엔드 블록(13)이 부착되어 있고, 엔드 블록(13)의 본체(51)측의 하면은 상측 암(53)에 볼트(54)로 고정된 역U자형의 스토퍼(56)의 상면에 닿도록 구성되어 있다. 또한, 도 1에서는, Z방향은 수직방향이며, XY방향은 서로 직교하는 수평면을 나타낸다. 이하 설명하는 다른 도면에서도 동일하다.
또한 본체(51)의 상부에는 회전 가이드인 十자 판스프링(45)을 통하여 레버(40)가 본딩 헤드(50)에 대하여 회전 자유롭게 부착되어 있다. 레버(40)의 선단부(41)(샤프트(12)측 또는 Y방향 플러스측)와 샤프트(12)의 엔드 블록(13)은 연결판(49)에 의해 연결되어 있다. 또한 레버(40)의 후단부(슬라이더(61)측 혹은 Y방향 마이너스측)에는 카운터 웨이트(48)가 볼트(42)에 의해 고정되어 있다. 카운터 웨이트(48)의 하측의 본체(51)에 설치된 구멍(57)에는 본딩 툴(11)을 반도체칩에 내리누르는 누름 하중을 부여하는 스프링(58)이 부착되어 있다. 스프링(58)의 상단은 카운터 웨이트(48)에 접촉해 있다.
十자 판스프링(45)은 수평 스프링판(46)과, 수직 스프링판(47)을 十자로 조합시킨 것으로, 수평 스프링판(46)의 후단(슬라이더(61)측 혹은 Y방향 마이너스측)은 본딩 헤드(50)의 본체(51)에 볼트(42)에 의해 고정되고, 선단(샤프트(12)측 혹은 Y방향 플러스측)은 레버(40)의 중앙 블록(44)의 하면에 볼트(42)에 의해 고정되어 있다. 또한 수직 스프링판(47)의 하단은 볼트(42)에 의해 본딩 헤드(50)의 본체(51)의 상부에 고정되어 있고, 그 상단은 레버(40)의 중앙 블록(44)의 수직면에 볼트(42)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이, 十자 판스프링(45)은 수평 스프링판(46)의 선단과 후단, 수직 스프링판(47)의 상단과 하단의 4개의 단부를 가지고 있고, 인접하는 수평 스프링판(46)의 후단과 수직 스프링판(47)의 하단과는 본딩 헤드(50)의 본체(51)에 고정되고, 수평 스프링판(46)의 선단과 수직 스프링판(47)의 상단과는 레버(40)의 중앙 블록(44)에 고정되어 있다. 그리고, 수평 스프링판(46)과 수직 스프링판(47)이 교차하는 X방향으로 연장되는 선이 레버(40)의 회전축(40c)이 되고, 十자 판스프링(45)은 레버(40)를 회전축(40c)의 주위로 회전 자유롭게 지지한다.
도 2를 참조하면서 상측 평판 링크(30)의 구조의 상세에 대하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 상측 평판 링크(30)는 얇은 스테인리스강이나 스프링강 등을 가공한 것으로, 샤프트(12)가 연장되는 Z방향으로 수직한 XY면 내를 따라 연장되어 있다. 상측 평판 링크(30)는 환상 판(31)과, 환상 판(31)의 내측의 중공 부분(34)을 Y방향으로 건너 걸치는 건넘판(32)을 구비하고 있다. 환상 판(31)과 건넘판(32)은 동일 평면 내에 배치되어 있다. 환상 판(31)은 대략 사각 환상이며 각 변은 X방향과 Y방향으로 연장되어 있다. 그리고, Y방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 변(31a)의 길이 방향의 중앙은 부시(55)를 통하여 볼트(54)에 의해 상측 암(53)의 상면에 고정되어 있다. 이 볼트(54)에 의해 상측 암(53)에 고정되어 있는 제 1 변(31a)의 부분은 각각 상측 평판 링크(30)의 고정점(33)이다. 또한 환상 판(31)의 X방향으로 연장되는 한 쌍의 제 2 변(31b)의 각 중앙은 건넘판(32)에 의해 Y방향에 접속되어 있다. 그리고, 건넘판(32)의 중앙에는 샤프트(12)가 고정되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 건넘판(32)의 중심선(72)은 샤프트(12)의 중심선(71)을 통과하는 선이다. 샤프트(12)가 건넘판(32)에 부착되는 부분은 링(14)에 의해 보강되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 건넘판(32)은 샤프트(12)의 중심선(71)을 통과하여 Y방향으로 연장되고, 샤프트(12)가 고정되어 있는 중앙 부분은 폭이 넓고, 환상 판(31)과 접속되는 단부를 향하여 그 폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 되어 있다. 또한 Y방향으로 연장되는 한 쌍의 제 1 변(31a)은 볼트(54)에 의해 고정되는 고정점(33)의 부분은 폭이 넓고, Y방향을 향함에 따라 제 2 변(31b)은 그 폭이 좁아지도록 구성되어 있다. 그리고, 2개의 고정점(33)과 샤프트(12)는 1개의 직선(73) 위에 배치되고, X 방향으로 1열로 줄지어 있다. 이상, 상측 평판 링크(30)의 구조에 대하여 설명했지만, 하측 평판 링크(20)의 구조도 상측 평판 링크(30)와 동일한 구조이다.
이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 본 실시형태의 다이본딩 장치(100)에 의해 반도체칩을 픽업할 때의 동작에 대하여 설명한다. 도 1, 2를 참조하여 설명한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 픽업하고자 하는 반도체칩(90)은 이면에 다이싱 테이프(83)가 붙여진 상태에서 픽업 스테이지(81) 위에 흡착 고정되어 있다. 다이싱 테이프(83)는 주위를 향하여 잡아 당겨진 상태이며, 각 반도체칩(90)의 사이에는 미소한 간극이 형성되어 있다. 다이본딩 장치(100)는 도시하지 않은 XY이동 장치에 의해 본딩 헤드(50)를 이동시키고, 샤프트(12)의 하단에 부착된 본딩 툴(11)의 위치를 픽업하고자 하는 반도체칩(90)의 바로 위에 가지고 온다.
다음에 도 4에 도시하는 바와 같이, 다이본딩 장치(100)는, 도시하지 않은 제어부의 지령에 의해, 본딩 헤드(50)가 부착되어 있는 슬라이더(61)를 Z방향 하향으로 강하시킨다. 그리고, 제어부는 본딩 툴(11)의 선단이 반도체칩(90)의 표면에 접하고나서 또한 높이(△Z0)만큼 슬라이더(61) 및 본딩 헤드(50)를 강하시킨다. 그러면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 샤프트(12)는 2개의 평판 링크(20, 30)에 가이드 되어 본딩 헤드(50)에 대하여 높이(△Z0)만큼 상방으로 이동하고, 샤프트(12)의 상단의 엔드 블록(13)도 높이(△Z0)만큼 상방으로 이동한다. 그리고, 엔드 블록(13)에 연결판(49)에 의해 접속되어 있는 레버(40)의 선단부(41)도 높이(△Z0)만큼 상방으로 이동한다. 레버(40)는 十자 판스프링(45)의 수평 스프링판(46)과 수직 스프링판(47)이 교차하는 회전축(40c)을 따라 X축 주위로 회전하고, 레버(40)의 후단부(43)는 하향으로 높이(△Z5)만큼 이동한다. 그러면, 스프링(58)이 Z방향으로 길이(△Z5)만큼 줄어들고, 그 반력에 의해 레버(40)의 후단부(43)를 밀어 올리고, 레버(40)의 선단부(41)에 연결판(49)을 통하여 접속되어 있는 엔드 블록(13), 샤프트(12)에 대하여 하향으로 힘(F0)을 가한다. 본딩 툴(11)의 내부는, 도시하지 않은 진공 장치에 의해 진공으로 되어 있으므로, 이 힘(F0)에 의해 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 내리눌려지면, 본딩 툴(11)은 반도체칩(90)을 흡착한다. 그 후에 도시하지 않은 제어부에 의해 슬라이더(61)가 상승하면, 본딩 툴(11)은 반도체칩(90)을 픽업한다.
도 5, 도 6을 참조하여, 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접한 후, 본딩 헤드(50)가 또한 높이(△Z0)만큼 강하했을 때의 상측 평판 링크(30)의 변형과 샤프트(12)의 이동에 대하여 상세하게 설명한다. 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접한 후, 본딩 헤드(50)가 또한 높이(△Z0)만큼 강하하면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상측 평판 링크(30)를 고정하고 있는 상측 암(53)도 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접했을 때의 높이보다도 높이(△Z0)만큼 강하하므로, 상측 평판 링크(30)의 고정점(33)도 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접했을 때의 높이보다도 높이(△Z0)만큼 강하한다. 한편, 샤프트(12)는 선단의 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접해 있으므로, 그 이상 강하하지 않고, 상측 평판 링크(30)의 샤프트(12)를 고정하고 있는 건넘판(32)의 중앙과, 2개의 고정점(33) 사이에는 △Z0만큼 높이의 차가 생기게 된다. 상측 평판 링크(30)의 고정점(33)에 의해 중앙이 상측 암(53)에 고정되어 있는 각 제 1 변(31a)은, 도 5 및 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 고정점(33)으로부터 제 2 변(31b)을 향하여 상방으로 만곡해 간다. 또한 도 5, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 변(31b)의 사이를 건너 걸치는 건넘판(32)은 제 2 변(31b)으로부터 샤프트(12)가 부착되어 있는 중앙부가 부풀어 오르도록 상방을 향하여 변형된다. 또한 도 5, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 변(31b)은 건넘판(32)이 접속되어 있는 중앙 부분이 제 1 변(31a)에 접속되어 있는 양단으로부터 부풀어 오르도록 상방을 향하여 변형된다. 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 제 1 변(31a)의 상방으로의 만곡에 의해, 고정점(33)과 제 1 변(31a)의 양단 또는 제 2 변(31b)과의 사이에는, △Z1만큼의 높이의 차가 생긴다. 또한 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 변(31b)의 부풀어오름 변형에 의해 제 1 변(31a)의 양단과 제 2 변(31b)의 중앙부와의 사이에는, △Z2의 높이의 차가 생긴다. 또한 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 건넘판(32)의 부풀어오름 변형에 의해 제 2 변(31b)의 중앙과 샤프트(12)가 부착되어 있는 건넘판(32)의 중앙과의 사이에는, △Z3만큼의 높이의 차가 생긴다. 그리고, 이 높이의 차(△Z1, △Z2, △Z3)의 합계가 높이(△Z0)가 된다. 즉, △Z1+△Z2+△Z3=△Z0가 된다.
이와 같이, 상측 평판 링크(30)는 고정점(33)으로부터 연장되는 제 1 변(31a)의 휨 변형과, 제 2 변(31b)의 부풀어오름 변형과, 제 2 변(31b)과의 사이에 건너 걸쳐진 건넘판(32)의 부풀어오름 변형에 의해 샤프트(12)를 본딩 헤드(50)에 대하여 높이(△Z0)만큼 Z방향으로 이동시킨다. 또한 제 1 변(31a)과 건넘판(32)의 제 2 변(31b)에 접속하는 단부는 그 폭이 작아져 있으므로, 제 2 변(31b)의 양단, 및 건넘판(32)의 양단에 각각 링크를 형성하고, 각 링크의 회전에 의해 샤프트(12)를 Z방향으로 이동시킨다. 이 때문에, 샤프트(12)의 Z방향의 이동에 대한 저항이 거의 발생하지 않는다. 또한 본 실시형태의 다이본딩 장치(100)는, 하측 평판 링크(20)와 상측 평판 링크(30)의 2개의 평판 링크를 평행하게 배치하고, 이것에 의해 샤프트(12)가 Z방향으로 이동 가능하게 지지하므로, 샤프트(12)가 반도체칩(90)의 표면에 대하여 수직방향으로 원활하게 이동할 수 있다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 레버(40)는 十자 판스프링(45)에 의해 회전축(40c)의 주위에 회전 지지되어 있으므로, 회전 베어링 등과 같은 마찰 저항이 없어, 회전에 대한 저항이 거의 발생하지 않는다.
이 때문에, 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 접한 후, 본딩 헤드(50)가 높이(△Z)만큼 가라앉았을 때에 반도체칩(90)의 표면에 걸리는 힘은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 가라앉음 높이(△Z)에 대하여 정비례하게 된다. 즉, F=K×△Z가 된다. 그리고, 가라앉음량이 높이(△Z0)가 되면, 반도체칩(90)에는 F0=K×△Z0만큼의 누름 하중이 걸린다. 그리고, 앞에 설명한 바와 같이, 이 힘(F0)에 의해 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)의 표면에 내리눌리면, 본딩 툴(11)은 반도체칩(90)을 흡착한다. 그 후에 도시하지 않은 제어부에 의해 슬라이더(61)가 상승하면, 본딩 툴(11)은 반도체칩(90)을 픽업한다.
이상, 본 실시형태의 다이본딩 장치(100)의 기본적인 동작에 관하여 설명했지만, 다음에 본딩 툴(11)의 선단을 반도체칩(90)의 위에 접할 때까지 본딩 헤드(50)를 강하시키는 동작과, 그 때에 발생하는 관성력에 대하여 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본딩 툴(11)을 픽업하는 반도체칩(90)의 바로 위로 가지고 오면, 도시하지 않은 제어부는 슬라이더(61)를 구동하여 본딩 헤드(50)를 반도체칩(90)을 향하여 강하를 개시하게 한다.
도 8에 도시하는 시간(t20)에 본딩 헤드(50)가 강하를 개시하면, 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)는 제로로부터 점차로 빨라져 간다. 그리고, 도 8에 도시하는 시간(t21)으로부터 시간(t22) 사이는 가속도(플러스 가속도)가 일정하여 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)는 직선적으로 증가해 간다. 그리고, 도 8에 도시하는 시간(t22)으로부터 시간(t23) 사이는 가속도가 마이너스가 되고, 본딩 헤드(50)의 강하속도의 상승률은 점차로 저하되어, 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)는 점차로 일정한 강하속도(v1)에 근접해 간다. 그 후에 도 8에 도시하는 시간 t23으로부터 t24의 사이, 본딩 헤드(50)는 일정한 강하속도(v1)로 강하해 간다. 본딩 헤드(50)가 강하하고 있는 동안, 제어부는 도시하지 않은 높이 검출기에 의해 본딩 헤드(50)의 높이를 검출하고, 그 검출결과로부터 본딩 툴(11)의 선단과 반도체칩(90)의 표면과의 거리를 계산한다.
그리고, 본딩 툴(11)의 선단과 반도체칩(90)의 표면과의 거리가 소정의 거리까지 줄어들어 가면, 도 8의 시간(t24)에 도시하는 바와 같이, 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)를 일정한 강하속도(v1)로부터 점차로 작게 한다. 도 8에 도시하는 시간 t24로부터 t25 사이는 가속도가 마이너스가 되어, 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)는 시간과 함께 작아져 간다. 그리고, 도 8에 도시하는 시간(t25)로부터 시간(t26)의 사이는 가속도(마이너스 가속도)가 일정하여, 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)는 직선적으로 감소해 간다. 그리고, 도 8에 도시하는 시간(t26)으로부터 시간(t27) 사이는 가속도가 플러스가 되고, 본딩 헤드(50)의 강하속도의 감소율은 점차로 작아져, 도 8에 도시하는 시간(t27)에는, 반도체칩(90)의 표면에 접지하기 위한 일정한 미소 강하속도(v0)가 된다. 제어부는 본딩 헤드(50)를 일정한 미소 강하속도(v0)로 천천히 강하시켜 간다.
도 8에 도시하는 시간(t1)에 본딩 툴(11)의 선단이 반도체칩(90)의 표면에 접하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 본딩 툴(11)과 샤프트(12)가 밀어올려져 레버(40)가 회전축(40c)의 주위로 회전하여 스프링(58)을 밀어 내린다. 그리고, 또한 본딩 헤드(50)가 밀어 내려지면 스프링(58)의 반력에 의해 본딩 툴(11)의 선단은 반도체칩(90)의 표면에 누름 하중(F)에 의해 내리눌려진다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 누름 하중(F)은 본딩 툴(11)의 선단이 반도체칩(90)의 표면에 접하는 시간(t1)으로부터 본딩 헤드(50)가 강하함에 따라 점차로 증가해 간다.
이상 설명한 바와 같이, 본딩 헤드(50)가 강하 중에는, 그 강하속도가 변화되고, 그 때에 본딩 헤드(50)에 상방향 또는 하방향의 가속도가 걸린다. 그 때의 본딩 헤드(50)에 부착되어 있는 샤프트(12), 본딩 툴(11), 레버(40), 카운터 웨이트(48)에는 가해지는 가속도에 의해 상방향 또는 하방향을 향하는 관성력이 작용한다. 도 8의 시간(t20)으로부터 시간(t21)과 같이 본딩 헤드(50)의 강하속도(v)가 증가하고 있는 동안은 본딩 헤드(50)에는 하향의 가속도가 가해진다. 그러면, 본딩 헤드(50)에 대하여 Z방향으로 이동 가능하게 되도록 각 평판 링크(20, 30)에 의해 본딩 헤드(50)의 각 암(52, 53)에 부착되어 있는 샤프트(12), 엔드 블록(13) 및 샤프트(12)의 선단에 부착되어 있는 본딩 툴(11)에는, 본딩 헤드(50)에 걸리는 가속도와 크기가 동일하고 반대 방향인 가속도(α)이 걸리고, 이 가속도(α)에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 슬라이더(61)에 고정된 본딩 헤드(50)에 대하여 상향의 관성력(G1)이 걸린다(도 3에서 흰색 화살표(82)로 나타냄).
여기에서, 본딩 헤드(50)에 걸리는 가속도와 동일하고 방향이 반대인 가속도를 α, 샤프트(12), 엔드 블록(13) 및 샤프트(12)의 선단에 부착되어 있는 본딩 툴(11)의 합계 질량을 m1이라고 하면, G1=m1×α,이다. 그리고, 이 관성력(G1)에 의해, 샤프트(12)가 연결판(49)에 의해 접속되어 있는 레버(40)의 선단부(41)에는 회전축(40c) 주위에서 시계방향을 향하는 회전 모멘트(M1)가 걸린다. 여기에서, 레버(40)의 회전축(40c)과 샤프트(12)의 중심과의 거리를 모멘트 암(L1)이라고 하면, M1=G1×L1이다. 또한 도 3에 도시하는 바와 같이, 레버(40)의 후단부(43)에 부착되어 있는 카운터 웨이트(48)에도 카운터 웨이트(48)의 질량을 m2라고 하면, G2=m2×α의 본딩 헤드(50)에 대하여 상향의 관성력(G2)이 걸린다(도 3에 있어서 흰색 화살표(84)로 나타냄). 그리고, 이 관성력(G2)에 의해, 카운터 웨이트(48)가 부착되어 있는 레버(40)의 후단부(43)에는 회전축(40c) 주위에서 반시계방향을 향하는 회전 모멘트(M2)가 걸린다. 여기에서, 레버(40)의 회전축(40c)과 카운터 웨이트(48)의 중심과의 거리를 모멘트 암(L2)이라고 하면, M2=G2×L2이다.
샤프트(12), 엔드 블록(13), 본딩 툴(11)에 걸리는 가속도와 카운터 웨이트(48)에 걸리는 가속도는, 모두 본딩 헤드(50)에 걸리는 가속도와 동일한 크기이고 방향이 반대인 가속도(α)이므로, 샤프트(12), 엔드 블록(13), 본딩 툴(11)의 합계 질량(m1)과, 카운터 웨이트(48)의 질량(m2)이 동일하고, 각 모멘트 암(L1, L2)이 각각 동일한 경우이고 또한, 레버(40)의 회전축(40c)의 주위의 회전 모멘트가 주위 방향으로 균형잡혀 있는 경우에는, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 그 방향이 반대이고 크기가 동일한 것으로 된다. 또한 레버(40)의 회전축(40c)의 주위의 회전 모멘트가 불균형하게 되어 있는 경우에는, 그 불균형을 해소하도록 카운터 웨이트(48)의 무게를 조정함으로써, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 그 방향이 반대이고 크기가 동일한 것으로 할 수 있다.
앞에 설명한 바와 같이, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 본딩 헤드(50)에 걸리는 가속도와 크기가 동일하고 반대 방향인 가속도(α)에 비례하므로, 도 8에 도시하는 시간(t20)으로부터 시간(t21)과 같이 가속도(α)가 증대하고 있는 경우에는, 그것에 따라 각각 도 8에 1점쇄선으로 나타내는 회전 모멘트(M1)도 증대하여, 시간 t21로부터 t22과 같이 가속도(α)가 일정한 경우에는, 회전 모멘트(M1)는 일정하며, 시간 t22로부터 t23과 같이 가속도(α)가 감소해 가는 경우에는, 회전 모멘트(M1)는 감소한다. 또한 시간(t23)으로부터 시간(t24)과 같이 속도가 변화되지 않아 가속도(α)가 제로인 경우에는, 회전 모멘트(M1)는 제로가 된다.
도 8에 도시하는 시간 t24로부터 t25와 같이, 본딩 헤드(50)의 강하속도가 일정한 속도(v1)로부터 감소하는 경우, 가속도(α)는 제로로부터 감소하므로 마이너스가 되고, 회전 모멘트(M1)도 시간(t24)의 제로로부터 감소하여 마이너스가 된다. 그리고, 시간 t25로부터 t26과 같이 가속도(α)가 일정한 경우에는, 회전 모멘트(M1)는 일정하여, 시간 t26으로부터 t27과 같이 본딩 헤드(50)의 강하속도의 감소 정도가 저하해 가면 가속도(α)는 증가하고, 회전 모멘트(M1)는 마이너스로부터 제로를 향하여 증가해 간다. 그리고, 시간(t27)으로부터 시간(t28)과 같이 속도가 변화되지 않아 가속도(α)가 제로인 경우에는, 회전 모멘트(M1)는 제로가 된다. 이상은 회전 모멘트(M1)의 변화에 대하여 설명했지만, 도 8에 파선으로 나타내는 바와 같이 회전 모멘트(M2)는 회전 모멘트(M1)와 크기가 동일하고 방향이 반대이므로, 도 8에서는, 제로의 가로축에 대하여 회전 모멘트(M1)와 상하 대칭이 되도록 변화된다.
이와 같이, 본딩 헤드(50)에 걸리는 가속도(α)의 크기, 방향에 의해, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 변화되지만, 앞에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 그 방향이 반대이고 크기가 동일하게 되도록 카운터 웨이트(48)의 무게가 조정되어 있으므로, 도 8에 나타내는 각 시간에 있어서, 각 회전 모멘트(M1, M2)는 균형이 잡혀 있다. 이것에 의해 샤프트(12), 카운터 웨이트(48) 등과 스프링(58)이 스프링 매스 진동계를 구성해도 본딩 헤드(50)가 강하할 때에 샤프트(12)가 상하로 진동하는 것을 억제하고 있다.
도 8에 도시하는 시간(t1)에 본딩 툴(11)의 선단이 반도체칩(90)의 표면에 접하면, 앞에 설명한 바와 같이, 스프링(58)이 압축되어, 도 8, 도 9에 나타내는 시간(t1) 이후와 같이 본딩 헤드(50)의 가라앉음량(△Z)에 비례한 누름 하중(F)이 반도체칩(90)의 표면에 가해진다. 그러면, 레버(40)의 회전축(40c)의 주위의 각 회전 모멘트(M1, M2)의 균형이 무너져, 도 9에 도시하는 바와 같이, 샤프트(12), 카운터 웨이트(48) 등과 스프링(58)으로 구성되는 스프링 매스 진동계에 의해, 샤프트(12)가 상하방향으로 진동한다. 그리고, 도 9에 실선으로 나타내는 바와 같이, 시간(t2)에는 반도체칩(90)의 누름 하중이 최대 누름 하중(F1)이 되고, 그 후 시간(t3)에 최소 누름 하중(F2)이 되지만, 그 진동은 시간의 경과와 함께 쇠퇴하여, 도 9에 나타내는 시간(t4)에는 대략 규정의 누름 하중(F0)이 일정하게 된다. 그리고, 시간 t4로부터 t5의 사이, 반도체칩(90)에 소정의 누름 하중(F0)을 가하여 반도체칩(90)을 픽업하고, 본딩 헤드(50)가 상승하면, 도 9의 시간(t6)에는 반도체칩(90)의 누름 하중은 제로가 된다.
본 실시형태에서는, 카운터 웨이트(48)에 의해, 본딩 헤드(50)가 강하할 때의 각 회전 모멘트(M1, M2)를 균형이 잡히도록 하고 있으므로, 도 9에 파선으로 나타내는 카운터 웨이트(48)가 설치되어 있지 않은 경우에 비해, 본딩 툴(11)의 선단이 반도체칩(90)의 표면에 접한 후, 반도체칩(90)에 가해지는 최대 누름 하중(F1)과 최소 누름 하중(F2)의 차를 카운터 웨이트(48)가 없는 경우의 최대 누름 하중(F11)과 최소누름 하중(F12)의 차보다도 작게 할 수 있음과 아울러, 최대 누름 하중(F1)의 크기를 최대 누름 하중(F11)보다도 작고, 최소 누름 하중(F2)을 제로 이상으로 할 수 있다. 이 때문에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 누름 하중의 설정값(F0)을 카운터 웨이트(48)가 없는 경우의 설정값(F10)보다도 작게 해도 본딩 툴(11)이 반도체칩(90)으로부터 들뜨지 않아, 반도체칩(90)에 과잉한 누름 하중을 걸어 반도체칩(90)을 파손시키는 일이 없어진다. 이것에 의해, 보다 작은 누름 하중을 설정값으로 하여, 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩(90)을 손상시키지 않고 적절하게 픽업할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, 샤프트(12)를 2개의 평판 링크(20, 30)에 의해 서포트하고, 레버(40)를 十자 판스프링(45)에 의해 회전 자유롭게 지지하고 있고, 종래 기술과 같은 슬라이드 부분이 없으므로, 슬라이드 부분의 걸림 등에 의해 도 9의 시간(t13)에 발생하는 것과 같은 누름 하중의 피크가 발생하지 않아, 작은 누름 하중을 안정하게 가할 수 있다. 또한 본 실시형태는 샤프트(12), 본딩 툴(11), 엔드 블록(13) 등의 중량을 가볍게 할 수 있으므로, 도 9의 파선으로 나타내는 종래기술의 다이본딩 장치의 반도체칩(90)을 픽업하는데 필요한 시간(t17-t1)을 시간(t6-t1)까지 짧게 할 수 있어, 반도체칩(90)의 픽업 시간을 짧게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태는, 다이본딩 장치에 있어서, 간편한 구성에 의해 얇은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩을 파손시키지 않고 적절하게 픽업할 수 있다.
이상, 본 실시형태의 다이본딩 장치(100)에 의해 반도체칩(90)을 픽업할 때의 동작에 대하여 설명했지만, 반도체칩(90)을 기판 또는 리드프레임 등의 위에 접합할 때의 동작도 동일하며, 반도체칩(90)에 걸리는 작은 누름력을 정확하게 제어할 수 있으므로, 얇고 강도가 낮은 또는 깨지기 쉬운 반도체칩(90)을 손상시키지 않고 기판 또는 리드프레임 등의 위에 적절하게 본딩할 수 있다. 또한 반도체칩의 위에 반도체칩을 더 본딩할 때에도 마찬가지로 반도체칩(90)을 손상시키지 않고 적절하게 본딩을 행할 수 있다.
11 본딩 툴 12 샤프트
13 엔드 블록 14 링
20 하측 평판 링크 30 상측 평판 링크
21, 31 환상 판 31a 제 1 변
31b 제 2 변 22, 32 건넘판
33 고정점 24, 34 중공 부분
40 레버 40c 회전축
41 선단부 42 볼트
43 후단부
44 중앙 블록 45 十자 판스프링
46 수평 스프링판 47 수직 스프링판
48 카운터 웨이트 49 연결판
50 본딩 헤드 51 본체
52 하측 암 53 상측 암
54 볼트 55 부시
56 스토퍼 57 구멍
58 스프링 61 슬라이더
62 리니어 가이드 71, 72 중심선
73 직선 81 픽업 스테이지
83 다이싱 테이프 90 반도체칩
100 다이본딩 장치

Claims (6)

  1. 다이본딩 장치로서,
    반도체칩을 픽업하여 본딩하는 본딩 툴이 선단에 부착되는 샤프트와,
    복수의 평행하게 배치된 평판 링크를 통하여 상기 샤프트가 부착되고, 상기 샤프트가 연장되는 방향을 따라 직선이동하는 본딩 헤드와,
    상기 본딩 헤드에 회전 자유롭게 부착되고, 일단이 상기 샤프트에 접속되고, 타단에 카운터 웨이트가 부착되는 레버와,
    상기 본딩 헤드와 상기 레버의 타단 사이에 부착되고, 상기 본딩 툴을 상기 반도체칩에 내리누르는 누름 하중을 부여하는 스프링을 구비하고,
    상기 카운터 웨이트는 상기 레버의 회전축 주위의 회전 모멘트를 균형 잡히게 하는 중량인 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레버는 2장의 판스프링을 十자형으로 교차시킨 十자 판스프링에 의해 회전 자유롭게 본딩 헤드에 부착되고, 상기 레버의 회전축은 상기 2장의 판스프링의 교차하는 선을 따른 축인 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 평판 링크는 상기 샤프트가 연장되는 방향과 교차하는 면을 따라 연장되고, 상기 본딩 헤드에 부착되는 환상 판과, 상기 환상 판과 동일면에 배치되고, 상기 환상 판의 내측에 있는 중공 부분을 건너 걸치는 건넘판을 포함하고, 상기 건넘판에 상기 샤프트가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각 평판 링크의 상기 환상 판은 사각 환상이며, 대향하는 2변의 중앙의 각 고정점에서 상기 본딩 헤드에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 건넘판은 상기 환상 판의 상기 각 고정점을 연결하는 방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 샤프트가 접속되는 중앙으로부터 상기 환상 판에 접속되는 양단을 향하여 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 환상 판은 상기 각 고정점으로부터 상기 건넘판에 접속되는 양단을 향하여 폭이 작아져 있는 것을 특징으로 하는 다이본딩 장치.
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