JPH08227904A - チップボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 コレット装置の移動距離を短縮してボンディ
ングスピードを高めると共に、基板やウエハのサイズに
左右されずにスピードを一定化する。 【解決手段】 基板５を所定のボンディング位置をとる
ように送る基板搬送手段２と、チップ担持部材９をチッ
プ担持面方向に送る担持部保持手段３と、担持面に垂直
な方向を向きながら担持面に近接および離間してチップ
６をピックアップする動作と、ピックアップ後基板面と
平行な軸を中心としてボンディング面７と直交する方向
まで回動する動作と、回動後基板上面のボンディング面
に近接および離間してチップをボンディング面にボンデ
ィングする動作と、ボンディング後、軸を中心としてチ
ップ担持面に垂直な方向を向くまで回帰回動する動作を
相対する方向を向くように配置されたコレット１７，１
８で行うコレット装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、チップボンディ
ング装置に関し、詳しくは、チップボンディング用コレ
ット装置の移動距離が短縮され、そのボンディングスピ
ードが飛躍的に高められるように改良されたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩなどの半導体装置の製造工程にお
いては、たとえば、基板搬送手段により間欠的にこま送
りされるリードフレームなどの基板上に、半導体素子で
あるチップをボンディングする作業が行われる。この場
合、チップの形成作業においては、多数のチップが一括
形成されたウエハを伸縮性のあるシート上に仮接着して
これをクラッキングした後、シートを加熱しながら引き
伸ばした状態に保持し（いわゆるエキスパンドテープと
呼称される状態にして）、各チップ間の間隔を広げると
いう手順が踏まれる。

【０００３】一方、このようにして一個毎に独立させら
れたそれぞれのチップは、たとえば、特開昭５９−２０
４２４７号、同じく５９−２０５７３３号公報に開示さ
れているようなチップボンディグ装置を用いてボンディ
ングされる。すなわち、チップ担持部材としての上記エ
キスパンドテープは、サポートフレームに張り付けら
れ、このサポートフレームを支持し、かつ制御装置に連
結されたＸ−ＹテーブルによりＸＹ平面方向に間欠順送
りされるようになっている。これにより、上記エキスパ
ンドテープは、各チップが順次ピックアップ位置をとる
ようにされる。また、上記エキスパンドテープの下側に
は、中央にバキュームホールをもつガイド面と、上記バ
キュームホールから先端が出没するピックアップニード
ルを備えたテープガイドが配設される一方、上記エキス
パンドテープを挟んで上記テープガイドの真上に、チッ
プが上記テープガイドのガイド面の中央に位置している
かどうかを確認するための光学系認識装置が、上記Ｘ−
Ｙテーブルの制御装置と連携作動するように設けられて
いる。さらに、上記ガイド面の中央に位置させられたチ
ップの上方には、これを真空吸着して、基板上の所定位
置に運び、その位置に接着するコレット装置が配置され
ている。

【０００４】そして、上記光学系認識装置とこれに連動
する制御装置の作動により、上記Ｘ−Ｙテーブルが駆動
して上記サポートフレームに支持されたエキスパンドテ
ープ上のチップが上記ガイド面の中央に移動させられ、
上記ピックアップニードルがチップを突き上げてこれを
上記エキスパンドテープから離間させると同時に、上記
コレット装置がこのチップを吸い上げ、上記基板上の所
定位置に運び、接着する。この動作は、エキスパンドテ
ープ上のチップが全てなくなるまで繰り返される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のチッ
プボンディグ装置においては、基板とエキスパンドテー
プ上のチップとは、略同一平面上において離間して配置
されていることから、たとえば、文字表示ＬＥＤ（文字
表示ディスプレイ）などに使用される発光ダイオード用
のチップを基板にボンディングする場合には、その基板
の幅寸法が比較的に長いため、それに応じて上記コレッ
ト装置の移動距離が長くなるという不都合がある。

【０００６】また、チップが一括形成されたウエハのサ
イズが大きい場合には、それに対応して上述したエキス
パンドテープの幅寸法も長くなるため、さらに上記の傾
向が顕著となる。この場合、上記コレット装置の移動回
数は、ボンディングしようとするチップの個数に比例す
ることから、ウエハのサイズが大きくなればなるほど、
換言すると、上記エキスパンドテープ上のチップの個数
が多くなればなるほど、その移動に要する時間も長くな
る。たとえば、上記発光ダイオード用のチップは、通
常、一枚のウエハで、２０，０００個ないし３０，００
０個が一括形成されており、その全てのチップをボンデ
ィングするためには、上記コレット装置は、エキスパン
ドテープと基板との間を２０，０００回ないし３０，０
００回も往復することとなる。

【０００７】したがって、使用する基板およびウエハの
サイズが大きくなるのに比例して、コレット装置の移動
に要する時間が非常に長くなり、ボンディングスピード
が極端に遅くなるという問題があった。このことは、作
業能率が大幅に低下する原因となり、結果的に半導体装
置製造における生産性が著しく悪化することになる。

【０００８】この発明は、以上のような事情のもとで考
え出されたもので、コレット装置の移動距離が短縮され
てボンディングスピードが飛躍的に高められるととも
に、採用される基板やウエハのサイズの変化に左右され
ることなくボンディングスピードが一定化し、生産性の
大幅なアップを可能にする、チップボンディグ装置を提
供することをその課題としている。

【０００９】

【問題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、この発明では、次の技術的手段を採用した。すなわ
ち、この発明にかかるチップボンディング装置は、基板
を支持し、かつこの基板を、チップを配置すべき複数の
ボンディング面が順次所定のボンディング位置をとるよ
うに間欠おくりする基板搬送手段と、上記基板搬送手段
の上方に配置され、複数のチップを担持したチップ担持
部材をチップ担持面が上記基板搬送手段上の基板を向く
ように支持し、かつ、このチップ担持部材を、これに担
持された各チップが順次ピックアップ位置をとるように
チップ担持面方向に間欠おくりするチップ担持部材保持
手段と、上記基板搬送手段上の基板と、上記チップ担持
部材のチップ担持面との間に配置され、上記チップ担持
面に垂直な方向を向きながらチップ担持面に相対的に近
接および離間して上記チップ担持部材におけるピックア
ップ位置にあるチップをピックアップする動作と、ピッ
クアップ後、基板面と平行な軸を中心として上記基板上
面のボンディング面と直交する方向を向くまで回動する
動作と、回動後上記基板上面のボンディング面に相対的
に近接および離間してチップをボンディング位置にある
ボンディング面にボンディングする動作と、ボンディン
グ後、上記軸を中心として上記チップ担持面に垂直な方
向を向くまで回帰回動する動作を相対する方向を向くよ
うに一直線上に配置された２本のコレットで行なうコレ
ット装置と、を備えることを特徴としている。

【００１０】

【作用および効果】単位チップを配置すべき一つのボン
ディング面が所定のボンディング位置をとるように、基
板が基板搬送手段によりこま送りされる。一方、チップ
担持部材上の単位チップがピックアップ位置をとるよう
に、上記チップ担持部材がチップ担持部材保持手段によ
りこま送りされる。

【００１１】そして、コレット装置は、まず、上記チッ
プ担持部材のチップ担持面に垂直な方向を向きながらチ
ップ担持面へ接離して上記チップ担持部材上のピックア
ップ位置にあるチップをピックアップする。このピック
アップは、チップ担持部材へ近接動したときにそれまで
解除状態にあった吸引力を作用させることにより行われ
る。次に、上記コレット装置は、基板面と平行な軸を中
心として上記基板上面のボンディング面と直交する方向
を向くまで回動し、上記基板のボンディング面に接離し
て上記チップを基板のボンディング位置にボンディング
する。このボンディングは、基板に近接動したときにそ
れまで作用状態にあった吸引力を解除することにより行
うことができる。その後、上記コレット装置は、上記軸
を中心として上記チップ担持部材のチップ担持面に垂直
な方向を向くまで回帰回動し、一連の単位チップボンデ
ィング動作を完了する。

【００１２】この一連のボンディング動作は、上記チッ
プ担持部材上のすべてのチップがなくなるまで繰り返さ
れる。このように、本発明においては、チップがボンデ
ィングされるべき基板の上方に、チップを担持したチッ
プ担持部材を配置し、各チップにピックアップ位置をと
らせ、他方、ボンディング面にボンディング位置をとら
せるとともに、上記基板とチップ担持部材との間にコレ
ット装置を配置してこれが一旦チップ担持部材に接離し
た後、回動して、基板に近接し、再び回動してチップ担
持部材への接離姿勢をとるように設定している。

【００１３】そのため、上記コレット装置の移動距離
は、上記チップ担持部材、および、上記基板に近接離間
する場合の移動距離と、回動距離だけとなる。この場
合、回動距離は、平面方向における移動距離に比べると
それほど長いものではない。したがって、回動に要する
時間を考慮しても、従来例におけるコレット装置が平面
的に移動する場合に比して、その移動に要する時間が大
幅に短縮される。

【００１４】この場合、上記基板とチップ担持部材との
距離を短縮し、コレット装置の両近接離間距離を短くす
ることにより、さらにその移動時間を短くすることが可
能となる。そのため、ボンディングスピードが驚異的に
アップする。さらに、上記基板と上記チップ担持部材と
は、従来例のように略同一平面上ではなく、上下方向に
配置されるとともに、上記コレット装置は上記チップ担
持部材のチップ担持面と上記基板のボンディング面との
間を移動するようになっていることから、基板あるいは
ウエハのサイズが大きくなりその幅寸法が長くなったと
しても、上記コレット装置の移動距離は上記基板と上記
チップ担持部材との距離が変化しない限り、同一に保た
れる。そのため、ボンディングスピードが一定化する。

【００１５】したがって、生産効率の改善が達成され、
半導体装置製造における生産コストの削減を実現でき
る。また、上述の動作を、相対する方向を向くように一
直線上に配置された２本のコレットで行っているので、
一のコレットで基板のボンディング面に接離して上記チ
ップを基板のボンディング位置にボンディングする場合
でも、他のコレットからチップが落下することはない。
すなわち、コレット装置によるチップのピックアップ
は、チップ担持面への近接動作時にそれまで開放状態と
していた吸引力を作用させることによって行い、ボンデ
ィングは、基板への近接作動持にそれまで作用状態にあ
った吸引力を解除することによって行う。従って、一の
コレットを使用して基板へのボンディングする際には、
他方のコレットにはチップが吸着されていないのでチッ
プが横ズレや落下するおそれがない。仮にコレットが３
本以上あり、しかも一直線上に配置されていない場合、
あるコレットでチップを基板のボンディング位置にボン
ディングすると、他のコレットのうち何れか１本にはチ
ップが吸着されていることになり、しかも、そのコレッ
トがボンディング面に対し垂直となるよう配置されてい
ないので、ボンディング時の上下動によりチップが横ズ
レや落下するおそれがあったが、本願の構成とすること
でチップの横ズレや落下を防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を第１図
ないし第４図を参照して詳細に説明する。第１図および
第２図に示すように、この例におけるチップボンディン
グ装置１は、基板搬送手段２と、チップ担持部材保持手
段３と、コレット装置４とを備えている。

【００１７】そして、上記基板搬送手段２は、文字表示
ＬＥＤに使用される半導体装置用の基板５を支持すると
ともに、これのチップ６を配置すべき複数のボンディン
グ面７が順次所定のボンディング位置をとるようにＸ−
Ｙ平面方向に間欠おくりする第一Ｘ−Ｙテーブル８を備
えており、この第一Ｘ−Ｙテーブル８は、図示しない制
御装置により駆動制御されるようになっている。

【００１８】一方、第１図および第２図に示すように、
上記チップ担持部材保持手段３は、上記基板搬送手段２
の上方において、複数のチップ６を担持したチップ担持
部材９のチップ担持面１０と上記基板５のボンディング
面７とが対向するように配置されており、上記各チップ
６に所定のピックアップ位置をとらせるように構成され
る。

【００１９】すなわち、上記チップ担持部材保持手段３
は、チップ担持部材９が張り付けられるサポートフレー
ム１１をもち、かつ図示しない制御装置に連結されて上
記第一Ｘ−Ｙテーブル８に対応して作動する第二Ｘ−Ｙ
テーブル１２を備えており、この第二Ｘ−Ｙテーブル１
２の駆動により上記チップ担持部材９をＸ−Ｙ平面方向
に間欠順送りするようになっている。

【００２０】この場合、上記チップ担持部材９として
は、たとえば、多数のチップ６が一括形成されたウエハ
を伸縮性のあるシート上に仮接着してこれをクラッキン
グした後、シートを加熱しながら引き伸ばした状態に保
持することにより作成され、各チップ６間の間隔を広が
った状態に維持するいわゆるエキスパンドテープなどが
採用される。

【００２１】また、第２図に示すように、上記チップ担
持部材９の上側には、中央にバキュームホール１３をも
つガイド面１４と、上記バキュームホール１３から先端
が出没するピックアップニードル１５を備えたガイド１
６が配置されている。さらに、上記チップ担持部材９を
挟んで上記ガイド１６の真下に、チップ６が上記ガイド
１６のガイド面１５の中央に、すなわち、ピックアップ
位置に位置しているか否かを認識するための図示しない
光学系認識装置が、上記第二Ｘ−Ｙテーブル１２の制御
装置と連携して駆動するように配設される。

【００２２】そして、第１図に示すように、上記コレッ
ト装置４は、上記基板搬送手段２上の基板５と、上記チ
ップ担持部材９との間に配置されており、外部のバキュ
ーム装置などに連結された一対の真空吸着用コレット１
７，１８を備えている。これらコレット１７，１８は、
モータケース１９内の図示しないステッピングモータに
おける回転軸２０の突出端部に連結された支持体２１の
上下面２１ａ，２１ａにおいて、上記支持体２１を挟ん
で直列状に突設されている。これらのコレット１７，１
８の軸方向長さは、上記チップ担持部材９のチップ担持
面１０と上記基板５のボンディング面７との離間距離に
応じて、上記コレット装置４が上記チップ担持面１０と
ボンディング面７との間で回動可能に、かつ効率的にピ
ックアップならびにボンディング動作を行ないうるよう
に設定されるものである。

【００２３】さらに、上記コレット装置４は、上記ステ
ッピング・モータの駆動により、上記基板面５ａと平行
な軸を中心として回動させられるとともに、Ｚ軸方向送
り手段２２によりその軸方向に往復動させられる。すな
わち、上記Ｚ軸方向送り手段２２は、上記ステッピング
・モータに連携駆動して上記モータケース１９を上記コ
レット１７，１８の軸方向に往復動させる図示しないカ
ム装置などを備えている。このＺ軸方向送り手段２２と
上記ステッピング・モータとの連携駆動により、上記コ
レット装置４は以下に述べるような一連のボンディング
動作を行なう。

【００２４】すなわち、上記コレット装置４は、作動時
において、上記チップ担持面１０に垂直な方向を向きな
がらチップ担持面１０に接離して、近接時に作用させる
吸引力によって上記チップ担持部材９におけるピックア
ップ位置にあるチップ６をピックアップする動作と、ピ
ックアップした後、上記吸引力を作用させたまま基板面
５ａと平行な軸を中心として上記基板上面５ｂのボンデ
ィング面７に近接および離間してチップ６をボンディン
グ位置にあるボンディング面７にボンディングする動作
と、ボンディングした後、上記軸を中心として上記チッ
プ担持面１０に垂直な方向を向くまで回帰回動する動作
を行なうように構成されている。

【００２５】本例においては、上記したように一対のコ
レット１７，１８が支持体２１を挟んで対向配置される
ことにより、上記コレット装置４は、上述したピックア
ップ動作およびボンディング動作をその半回転毎に交互
に行いうるようになっている。 上記の構成において、
その作用を第１図ないし第４図により詳述する。まず、
第１図に示すように、上記基板５が基板搬送手段２の第
一Ｘ−Ｙテーブル８によりこま送りされ、基板５のチッ
プ６を配置すべき一つのボンディング面７が所定のボン
ディング位置をとらせられる。その一方で、上記光学系
認識装置およびこれに連動する制御装置により、上記第
二Ｘ−Ｙテーブル１２が駆動させられ、上記サポートフ
レーム１１に支持されたチップ担持部材９上の所定のチ
ップ６が、上記ガイド１６のガイド面１４の中央に移動
させられ、ピックアップ位置をとる。

【００２６】次に、第２図に示すように、上記Ｚ軸方向
送り手段２２の駆動により、上記コレット装置４は、ま
ず、上記チップ担持部材９のチップ担持面１０に垂直な
方向を向きながら、チップ担持面１０へ近接して、一方
のコレット１７の先端に上記チップ６を真空吸着する。
このとき、上記ピックアップニードル１５がチップ６を
突き下げてこれをチップ担持部材９から離間させること
により、上記チップ６はすみやかに上記コレット１７の
先端に吸い付けられる。

【００２７】その後、上記コレット装置４は、上記チッ
プ担持面１０から離間してピックアップ動作を完了す
る。さらに、第３図に示すように、上記ステッピング・
モータの駆動により、上記コレット装置４は、基板面５
ａと平行な軸を中心として反時計回り方向に１８０度回
動して上記基板上面５ｂのボンディング面７と直交する
方向を向くまで回動する。そして、再び上記Ｚ軸方向送
り手段２２が駆動して、上記コレット装置４は、上記ボ
ンディング面７に接離して上記チップ６を基板５のボン
ディング位置にボンディングする。すなわち、コレット
１７の先端に吸着されていたチップ６がこのコレット１
７のボンディング面への近接時に上記吸引力が解除され
ることにより、ボンディング面７に受け渡される。この
とき、上記コレット装置４は、上記ボンディング面７か
ら離間するとともに、上記チップ担持部材９のチップ担
持面１０に近接し、上記コレット１７と反対側に配置さ
れているコレット１８の先端に、上記の場合と同様にし
て上記チップ担持部材保持手段３によりこま送りされた
新たにボンディングすべきチップ６を真空吸着する。

【００２８】最後に、上記コレット装置４は、再び上記
チップ担持面１０から離間して、第４図に示すように、
上記ステッピング・モータの回転軸２０が１８０度回転
することにより、上記コレット装置４は、上記軸を中心
として反時計回り方向に上記チップ担持部材９のチップ
担持面１０に垂直な方向を向くまで回帰回動し、すでに
上記コレット１８の先端に保持しているチップ６を新た
なボンディング面７に接着しうる姿勢をとるとともに、
上記コレット１７の先端にその次にピックアップすべき
チップ６を吸着しうる態勢を整える。

【００２９】こうして、一連の単位チップボンディング
動作が完了する。なお、この一連のボンディング動作
は、上記チップ担持部材９上のすべてのチップ６が一掃
されるまで繰り返され、所定のボンディング作業が達成
される。以上のように、本例におけるコレット装置４の
実質的な移動距離は、上記チップ担持部材９に近接離間
するのに要する距離と、上記基板５に近接離間するのに
要する距離だけである。

【００３０】また、上記コレット装置４は、上記一対の
相対する方向を向くように一直線上に配置されたコレッ
ト１７，１８を用いて、上述したピックアップ動作とボ
ンディング動作をその半回転毎に交互に行なっている。
したがって、コレット装置４は、その直線的な移動にか
かる時間が大幅に短くなるとともに、一つのチップ６を
ピックアップする一方で、もう一つのチップ６をボンデ
ィングすることになる。特に図５に示すように、コレッ
トが３本以上で（ここでは４本）相対する方向を向くよ
うに一直線上に配置されていない場合、あるコレット１
７ａでチップを基板のボンディング位置にボンディング
すると、他のコレット１７ｂにはチップ６が吸着されて
いることになり、しかも、そのコレット１７ｂがボンデ
ィング面７に対し垂直となるよう配置されていないの
で、ボンディング時の上下動によりコレット１７ｂに吸
着されたチップ６が横ズレや落下するおそれがあった
が、本願の構成とすることでチップの横ズレや落下を防
止することができる。

【００３１】このような構成を有することで、上記ステ
ッピング・モータにおける回転軸２０の回動に要する時
間を考慮しても、ボンディングに要する時間は、従来例
に比べ飛躍的に短縮される。なお、上記実施例における
チップ担持部材９は、上記基板５に対して斜交い状に配
置し、チップ担持部材保持手段３により上記の場合と同
様にして間欠順送りさせてもよい。そうすれば、コレッ
ト装置４の移動距離をさらにカットできる。

【００３２】また、上記実施例では、コレットを回動お
よび上下動させていたが、ボンディング面および／また
はチップ担持面をコレットに対して近接または離間させ
て、コレットは回動運動するだけの構成にしてもよい。
なお、いうまでもなく、上記チップボンディング装置１
は、基板５としてリードフレームが採用される場合にお
いても同様にして使用されうるとともに、本発明の範囲
内において、その他、種々、設計変更可能なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図

【図２】本発明の作用説明図

【図３】本発明の作用説明図

【図４】本発明の作用説明図

【図５】本発明の作用説明図

【符号の説明】

１…チップボンディング装置 ２…基板搬送手段 ３…チップ担持部材保持手段 ４…コレット装置 ５…基板 ５ａ…基板面 ５ｂ…基板上面 ６…チップ ７…ボンディング面 ９…チップ担持部材 １０…チップ担持面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を支持し、かつこの基板を、チップ
   を配置すべき複数のボンディング面が順次所定のボンデ
   ィング位置をとるように間欠おくりする基板搬送手段
   と、 上記基板搬送手段の上方に配置され、複数のチップを担
   持したチップ担持部材をチップ担持面が上記基板搬送手
   段上の基板を向くように支持し、かつ、このチップ担持
   部材を、これに担持された各チップが順次ピックアップ
   位置をとるようにチップ担持面方向に間欠おくりするチ
   ップ担持部材保持手段と、 上記基板搬送手段上の基板と、上記チップ担持部材のチ
   ップ担持面との間に配置され、上記チップ担持面に垂直
   な方向を向きながらチップ担持面に相対的に近接および
   離間して上記チップ担持部材におけるピックアップ位置
   にあるチップをピックアップする動作と、ピックアップ
   後、基板面と平行な軸を中心として上記基板上面のボン
   ディング面と直交する方向を向くまで回動する動作と、
   回動後上記基板上面のボンディング面に相対的に近接お
   よび離間してチップをボンディング位置にあるボンディ
   ング面にボンディングする動作と、ボンディング後、上
   記軸を中心として上記チップ担持面に垂直な方向を向く
   まで回帰回動する動作を相対する方向を向くように一直
   線上に配置された２本のコレットで行うをコレット装置
   と、を備えることを特徴とする、チップボンディング装
   置。