JPH0485839A - チップボンディング装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はチップを基板に押圧するためのチップボンディ
ング装置に関する。

［従来の技術］ フリップチップのようなチップに形成されたノくンプ接
点を基板のリード端子に押圧するための従来のチップボ
ンディング装置は、チップを搭載し押圧するためのボン
ディングヘッドと、チップとボンディングヘッドとの間
に配置されチップを均一に押圧するためのゴム等の圧力
緩和部材とから構成されている。

チップを基板に押圧する場合、チップ内のバンプ接点と
基板の位置合わせマークとをＣＯＤ　（電荷結合素子）
カメラの視野内に入れ、チップを動かすことによってチ
ップと基板との位置合わせ、即ちアライメントを行う。

このアライメントが完了した後ボンディングヘッドを基
板に対して一定の角度で上昇させ、ボンディングヘッド
上に搭載されたチップは基板に対して下方から押圧され
る。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来のチップボンディング装置では、チップ
の下面にゴム等の圧力緩和部材を配置するのでチップを
基板に押圧するときに、チップを均一に押圧することを
意図しているにもかかわらず圧力緩和部材が不均一に変
形することがある。これに加えてボンディングヘッドを
基板に対して−定の角度で上昇させるためボンディング
ヘッド上に搭載されたチップが基板に対して均一に押圧
されなくなり、基板に対するチップの位置ずれが起こり
精度良くチップを基板に押圧することができないという
問題点がある。

従って、本発明の目的は圧力緩和部材を用いることなく
ボンディングヘッド上に搭載されたチップを基板に対し
て位置ずれが起こらないように均一に押圧することがで
きるチップボンディング装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本発明のチップボンディン
グ装置は、チップを搭載して基板に押圧するための面を
有しているボンディングヘッドと、基板に垂直な方向に
移動可能でありボンディングヘッドを支持するための支
持手段と、チップを基板に均一に押圧できるように基板
に対するボンディングヘッドの角度を調節するための角
度調節手段とを備えている。

［作用］ ボンディングヘッド上に搭載されるチップを基板に均一
に押圧できるように基板に対するボンディングヘッドの
角度が調節され、従って、圧力緩和部材を用いることな
くチップが位置ずれを起こさずに基板に押圧される。

更にチップやバンプ接点の厚さが不均一である場合にも
、チップが位置ずれを起こさずに基板に押圧される。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係るチップボンディング装置の一実施
例を示す一部側面断面図である。第２図は第１図のボン
ディングヘッドを示す斜視図である。

第１図に示すように、チップ１０は固定部材１．２ａに
固定されている基板１２の下方においてボンディングヘ
ッド１１の面上に搭載されている。チップ１０の表面に
はバンプ接点ＩＱａが側面に突出するように形成されて
いる。

チップ１Ｇの下方のボンディングヘッド１１の上部に圧
力センサｉ３ａ〜１３ｄが埋設されている。

第２図に示すように、本実施例のチップボンディング装
置ではボンディングヘッド１１の上部には４つの圧力セ
ンサ１３ａ〜１３ｄが備えられている。

ボンディングヘッド１１の下部には凹型の球面を成して
いる本実施例では４つの凹型球面軸受け１４８〜１４ｄ
が形成されている。凹型球面軸受け１４ａ〜１４ｄの下
方には軸ＩＦｕ〜１５ｄが配置されており軸１５ａ〜１
５ｄの上部には凸型球面部がそれぞれ形成されている。

第１図に示すように、ｘｙθテーブル１６が本実施例の
チップボンディング装置の最下方に配置されている。

昇降機構１７がｘｙθテーブル１６上に、又支持台１８
が昇降機構１７上にそれぞれ配置されている。

支持台１８上にガイドユニット１９が配置されていると
共に支持台１８上部に圧力センサ２０が設けられている
。

ガイドユニット１９と圧力センサ２０とは圧縮ばね２２
により結合され、ガイドユニット１９上に支持台２１が
配置されている。

支持台２１上に本実施例では４つのモータ２３ａ〜２３
ｄが配置されており、モータ２３ａ〜２３ｄは軸１５８
〜１５ｄにそれぞれ接続されている。

支持台２１とボンディングヘッド１１とは引っ張りばね
２４により結合されている。

固定部材１２ａの上方にはＣＯＤカメラ２５が配置され
ている。

昇降機構１７、支持台１８及び支持台２１は本発明の支
持手段の一実施例である。

圧力センサ１３ａ〜１３ｄ１凹型球面軸受け１４ａ〜１
４ｄ、軸１５ａ　〜１５−ｄ圧カセンサ２０、圧縮ばね
２２及びモータ２３ａ〜２３ｄは本発明の角度調節手段
の一実施例である。

次に、上述の実施例の動作を説明する。

チップ１０はボンディングヘッド１１の面上に搭載され
図示していない真空源による吸着で固定される。

基板１２は固定部材１２！に図示していない真空源によ
る吸着で固定される。

凹球面軸受け１４ａ〜１４ｄは軸１５ａ〜１５ｄの凸型
球面部にそれぞれ嵌合するように配置される。

昇降機構１７によりチップｌＯが基板１２に近接するよ
うにボンディングヘッド１１を上昇させた後、ＣＣＤカ
メラ２５によりｘｙθテーブル１６を用いてチップ１０
と基板１２との位置合わせを行う。

この位置合わせが完了すると昇降機構１７によりチップ
１０が基板１２に当接するようにボンディングヘッド１
１を上昇させる。このときのチップｌＯの四隅の圧力が
ボンディングヘッドＩＩ上部の圧力センサ１３ａ〜１３
ｄによりそれぞれ測定される。この測定結果によりチッ
プ１０の四隅の圧力が均一になるようにモータ２３ａ〜
２３ｄを駆動させ軸１５ａ〜１５（１を上下方向にそれ
ぞれ移動させる。

支持台１８上部の圧力センサ２０によりチップ１０の基
板１２への圧力を測定し、この測定値が所定の圧力値に
なるようにボンディングヘッド１１を更に上昇させ、ボ
ンディングヘッド１１の圧力センサ１３ａ〜１３ｄによ
りチップ１０の四隅の圧力値をそれぞれ測定し、チップ
１０の四隅の圧力が均一になるようにモータ２３ａ〜２
３ｄを駆動させる。

昇降機構１７が上昇すると圧縮ばね２２が縮むため、こ
の圧縮ばね２２の縮み量によって圧力センサ２０により
測定されたチップ１０の基板Ｉ２への圧力値を調整する
ことができる。即ち、昇降機構１７の上昇幅と圧縮ばね
２２の復元力との関係からチップ１０の基板１２への圧
力値を調整することができる。

チップｌＯの基板Ｉ２への圧力値を一定に維持するため
に圧力センサ２０のにより測定された圧力値を昇降機構
１７にフィードバックするようにしてもよい。

この位置合わせのとき引っ張りばね２４は凹型球面軸受
け１４ａ〜１４ｄと軸１５ａ〜１５（ｌの凸型球面部と
の嵌合を保つように凹型球面軸受け１４ａ　−１４ｄと
軸１５２〜１５ｄとを引っ張っている。

従って、上述の実施例ではチップ１０の基板１２への圧
力値をチップ１０の四隅の圧力としてそれぞれ測定する
ために、ボンディングヘッド１１の上部に圧力センサ１
３ａ〜１３ｄを配設すると共に、凹型球面軸受け１４ａ
　〜１４ｄと軸１５ａ−１５ｄとを設け、モータ２３ａ
〜２３ｄによりチップ１０の四隅の基板１２に対する圧
力値が均一になるように構成したので、チップ１０を基
板１２に均一に押圧できるように基板１２に対するボン
ディングヘッド１１の角度が調節され、チップ１０を位
置ずれが起こらないように基板１２に押圧することがで
きる。

更にチップ１０やバンプ接点１０ａの厚さが不均一であ
る場合にも、チップＩＯを基板１２に均一に押圧できる
ように基板１２に対するボンディングヘッド１１の角度
が調節され、チップ１０を位置ずれが起こらないように
基板１２に押圧することができる。

尚、上述の実施例は圧力センサ１３ａ〜１３ｄ１凹型球
面１４ａ　〜１４ｄ　ｓ軸１５ａ　〜１５ｄ及びモータ
２３ａ〜２３ｄをそれぞれ４つずつ設けた例であるが、
少なくとも３つ以上の各部材を用いることによりチップ
ＩＯを基板１２に均一に押圧できるように基板１２に対
するボンディングヘッド１１の角度が調節され、チップ
１０を位置ずれが起こらないように基板１２に押圧する
ことができる。

第３図は本発明に係るチップボンディング装置の他の実
施例を示す一部側面断面図である。第４図は第３図のボ
ンディングヘッド支持台を示す斜視図である。

第３図に示すように、チップ３０は固定部材３３ａによ
り固定されている基板３３の下方においてボンディング
ヘッド支持台３２により支持されているボンディングヘ
ッド３１の面上に搭載されている。チップ３０の表面に
はバンプ接点３０ａが側面に突出するように形成されて
いる。

ボンディングヘッド支持台３２の下部には凹型の球面を
成している凹型球面軸受け３４が形成されている。

凹型球面軸受け３４の下方には軸３５が配置されており
軸３５の上部には球面が一部切断された凸型球面部が形
成されている。

凹型球面軸受け３４と軸３５上部の凸型球面部との間の
隙間３６が形成され軸３５には空洞部３７が形成されて
おり、空洞部３７は隙間３６に通じている。

本実施例では凹型球面軸受け３４と軸３５とは上下方向
に着脱可能に形成されている。

ボンディングヘッド支持台３２の下方にはショックアブ
ソーバ４６ａ〜４６ｄが配置され、ショックアブソーバ
４６ａ〜４６ｄは支持台４３により支持されている。

第４図に示すように、本実施例のチップボンディング装
置では４つのショックアブソーバ４６ａ〜４６ｄが備え
られておりショックアブソーバ４６ａ〜４６ｄとしては
可変オリフィス形状のものが選択される。

第３図に示すように、ｘｙθテーブル３８が本実施例の
チップボンディング装置の最下方に配置されている。

昇降機構３９がｘｙθテーブル３８上に、又支持台４０
が昇降機構３９上にそれぞれ配置されている。

支持台４０上にガイドユニット４１と支持台４３を四隅
で支持している本実施例では４つのシリンダ４７２〜４
１ｄとが配置されていると共に支持台４０上部にロード
セル４２が配設されている。

ガイドユニット４１とロードセル４２とは圧縮ばね４４
により結合され、ガイドユニット４１上に支持台４３が
配置されている。

固定部材３３ａの上方にはＣＣＤカメラ４５が配置され
ている。

ボンディングヘッド支持台３２、昇降機構３９及びシリ
ンダ４７ａ〜４７ｄは本発明の支持手段の一実施例であ
る。

凹型球面軸受け３４、軸３５及びショックアブソーバ４
６ａ〜４６ｄは本発明の角度調節手段の一実施例である
。

次に、上述の実施例の動作を説明する。

第５図、第６図、第７図、第８図及び第９図の各々は第
３図のチップボンディング装置の動作をそれぞれ説明す
るための一部側面断面図である。

第５図に示すように、基板３３は固定部材３３ａに図示
していない真空源による吸着で固定される。

チップ３０が除かれた状態でシリンダ４７ａ〜４？ｄに
より支持台４３及びショックアブソーバ４６ａ〜４６ｄ
を上昇させる。

ショックアブソーバ４６ａ〜４６ｄの先端がボンディン
グヘッド支持台３２の下面に当接してボンディングヘッ
ド支持台３２が上昇し、ボンディングヘッド支持台３２
の凹型球面軸受け３４と軸３５上部の凸型球面部との間
の隙間３６が大きく形成される。

次いで第６図に示すように、昇降機構３９により軸３５
及びシリンダ４７ａ〜４７ｄを上昇させるとボンディン
グヘッド３１が基板３３に当接しショックアブソーバ４
６ａ〜４６ｄの先端が縮む。

この場合、ショックアブソーバ４６ａ〜４６ｄが可変オ
リフィス形状であるため縮み量による復元力の変化がな
く、ボンディングヘッド３１が受けるショックアブソー
バ４６ａ〜４６ｄの復元力はショックアブソーバ４ｆｕ
〜４６ｄの位置でそれぞれ同一になる。従って、ボンデ
ィングヘッド３１は基板３３に対して互いに平行に密着
する。

次いで第７図に示すように、昇降機構３９により軸３５
を上昇させると凹型球面軸受け３４と軸３５とが嵌合し
てその間の隙間３６が少なくなり、軸３５を更に上昇さ
せると圧縮ばね４４が縮む。

次いで第８図に示すように、隙間３６を空洞部３７より
真空引きすると凹型球面軸受け３４と軸３５上部の凸型
球面部とが固定される。この後シリンダ４７８〜４７ｄ
により支持台４３及びショックアブソーバ４６ａ〜４６
ｄを下降させ、更にボンディングヘッド３１等を下降さ
せるとボンディングヘッド３１と基板３３とが平行にな
る。

このボンディングヘッド３１と基板３３とを平行にする
ための動作は基本的に最初に１回行えばよいが、基板３
３毎に平行度が異なる場合があるため基板３３毎に上述
した動作を行うほうが望ましい。

次にチップ３０を基板３３に押圧するための動作を説明
する。

第９図に示すように、チップ３０はボンディングヘッド
３１上に搭載され図示していない真空源による吸着で固
定される。

昇降機構３９によりチップ３０が基板３３に近接するよ
うにボンディングヘッド３１を上昇させた後、ＣＣＤカ
メラ４５によりｘｙθテーブル３８を用いてチップ３０
と基板３３との位置合わせを行う。

この位置合わせが完了すると昇降機構３９によりチップ
３０が基板３３に当接するようにボンディングヘッド３
１を上昇させ、チップ３０を基板３３へ押圧する。この
とき支持台４０上部のロードセル４２によりチップ３０
の基板３３への圧力が測定される。

昇降機構３９が上昇すると圧縮ばね４４が縮むため、こ
の圧縮ばね４４縮み量によってロードセル４２によりチ
ップ３０の基板３３への圧力値を調整することができる
。即ち、昇降機構３９の上昇幅と圧縮ばね４４の復元力
との関係からチップ３０の基板３３への圧力値を調整す
ることができる。

チップ３０の基板３３への圧力値を一定に維持するため
にロードセル４２により測定された圧力値を昇降機構３
９にフィードバックするようにしてもよい。

従って、上述の他の実施例ではボンディングヘッド３１
を支持しているボンディングヘッド支持台３２を凹型球
面軸受け３４と軸３５とショックアブソーバ４６ａ〜４
６ｄとにより、予めボンディングヘッド３１と基板３３
とを平行にしておくので、チップ３０をボンディングヘ
ッド３１に搭載し基板３３に対して均一に且つチップの
位置ずれを起こさないように押圧することができる。

尚、上述の他の実施例では上下方向に移動可能な軸３５
によりボンディングヘッド３１と基板３３とを平行にす
るように構成したが、このような構成は上下方向に移動
しない軸３５の場合には凹型球面部３４と軸３５上部の
凸型球面部との摩擦が大きいので、この摩擦抵抗により
正確にボンディングヘッド３１と基板３３とを平行にす
ることができない可能性があることに比べ有利である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、チップを搭載して基板に
押圧するための面を有しているボンディングヘッドと、
基板に垂直な方向に移動可能でありボンディングヘッド
を支持するための支持手段と、チップを基板に均一に押
圧できるように基板に対するボンディングヘッドの角度
を調節するための角度調節手段とを備えたので、チップ
を基板に均一に押圧できるように基板に対するボンディ
ングヘッドの角度が調節されるため、圧力緩和部材を用
いることなくチップを位置ずれが起こらないように基板
に押圧することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るチップボンディング装置の一実施
例を示す一部側面断面図、第２図は第１図のボンディン
グヘッドを示す斜視図、第３図は本発明に係るチップボ
ンディング装置の他の実施例を示す一部側面断面図、第
４図は第３図のボンディングヘッド支持台を示す斜視図
、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図はそれぞれ
第３図のチップボンディング装置の動作を説明するため
の一部側面断面図である。 ＩＯ・・・・・・チップ、ｌＯａ・・・・・・バンプ接
点、１１・・・・・・ボンディングヘッド、１２・・・
・・・基板、１３ａ〜１３ｄ・・・・・・圧力センサ、
１４ａ−１４ｄ・・・・・・凹型球面軸受け、１５ａ−
１５ｄ・・・・・・軸、１６・・・・・・ｘｙθテーブ
ル、１７・・・・・・昇降機構、１８・・・・・・支持
台、１９・・・・・・ガイドユニット、２０・・・・・
・圧力センサ、２１・・・・・・支持台、２３ａ〜２３
ｄ・・・・・・モータ、２４・・・・・・引っ張りばね
、２５・・・・・・ＣＣＤカメラ、３０・・・・・・チ
ップ、３０！・・・・・・バンプ接点、３１・・・・・
・ボンディングヘッド、３２・・・・・・ボンディング
ヘッド支持台、３３・・・・・・基板、３３ａ・・・・
・・固定部材、３４・・・・・・凹型球面軸受け、３５
・・・・・・軸、３６・・・・・・隙間、３７・・・・
・・空洞部、３８・・・・・・ｘｙθテーブル、３９・
・・・・・昇降機構、４０・・・・・・支持台、４１・
・・・・・ガイドユニット、４２・・・・・・ロードセ
ル、４３・・・・・・支持台、４４・・・・・・圧縮ば
ね、４５・・・・・・ＣＣＤカメラ、４６ａ〜４６ｄ・
・・・・・ショックアブソーバ、４７ａ〜４７ｄ・・・
・・・シリンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チップを搭載して基板に押圧するための面を有している
   ボンディングヘッドと、前記基板に垂直な方向に移動可
   能であり前記ボンディングヘッドを支持するための支持
   手段と、前記チップを前記基板に均一に押圧できるよう
   に前記基板に対する前記ボンディングヘッドの角度を調
   節するための角度調節手段とを備えたことを特徴とする
   チップボンディング装置。