JP2013026268A - ２軸駆動機構及びダイボンダ - Google Patents

Abstract

【課題】水平駆動軸のトルクを大きくせず、昇降軸の高速化を実現できるＺ軸を含む２軸駆動機構及びそれを用いたダイボンダを提供する。
【解決手段】処理部と、前記処理部を第１のリニアガイド５３に沿って昇降する第１の可動部５１と第１の固定部５２とを備える第１のリニアモータと、前記処理部を前記昇降する方向とは垂直な水平方向に移動させる第２の可動部４１と第２の固定部４２とを備える第２のリニアモータと、前記第１の可動部を前記第１のリニアガイド４３を介して連結し、前記第２の可動部を直接的又は間接的に連結する連結部６１と、前記第１の可動部、前記第２の可動部及び前記連結部を一体となって前記水平方向に移動させる第２のリニアガイドと、前記第１の固定部と前記第２の固定部を前記水平方向に所定の長さで互いに平行に固定する支持体６２ａとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、昇降軸を含む２軸駆動機構及びダイボンダに係わり、特に昇降軸を含む２軸駆動機構であるボンディングヘッドの高速化を図り、生産性の高いダイボンダに関する。

半導体製造装置の一つに半導体チップ（ダイ）をリードフレームなどの基板にボンディングするダイボンダがある。ダイボンダでは、ボンディングヘッドでダイを真空吸着し、高速で上昇し、水平移動し、下降して基板に実装する。その場合、上昇、下降させるのが昇降（Ｚ）駆動軸である。

昨今、ダイボンダの高精度、高速化の要求が高く、特にボンディングの心臓部であるボンディングヘッドの高速化の要求が高い。

この要求に答える技術として特許文献１に記載のものがある。一般的に装置を高速化すると、高速移動物体による振動が大きくなり、この振動によって装置が目的とする精度を得るのが困難になる。特許文献１では、この振動を反動吸収装置で低減し、精度を維持し高速化を図っている。

特開２００４−２６３８２５号公報

しかしながら、特許文献１のようなボールネジを用いたサーボモータ駆動では高速化の限界がある。そこで、高速化に適しているリニアモータによる駆動を検討に入った。単に、リニアモータ駆動を採用すると、図７に示すように、Ｚ軸駆動のＺ軸リニアモータの固定子及び可動子が共に水平、例えば、後述するＹ方向のＹ駆動軸の負荷なってしまう。Ｙ駆動軸のトルクを大きくすると消費電力が大きくなり、Ｚ軸駆動のリニアモータの固定子及び可動子の重量を小さくすると、Ｚ軸のトルクが小さくなってしまい所定の高速化を実現できない。

従って、本発明の目的は、水平駆動軸のトルクを大きくせず、昇降軸の高速化を実現できるＺ軸を含む２軸駆動機構及びそれを用いたダイボンダを提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、処理部と、前記処理部を第１のリニアガイドに沿って昇降する第１の可動部と第１の固定部とを備える第１のリニアモータと、前記処理部を前記昇降する方向とは垂直な水平方向に移動させる第２の可動部と第２の固定部を備える第２のリニアモータと、前記第１の可動部を前記第１のリニアガイドを介して連結し、前記第２の可動部を直接的又は間接的に連結する連結部と、前記第１の可動部、前記第２の可動部及び前記連結部を一体となって前記水平方向に移動させる第２のリニアガイドと、前記第１の固定部と前記第２の固定部を前記水平方向に所定の長さで互いに平行に固定する支持体と、を有することを第１の特徴とする。

また、本発明は、前記第１の可動部と前記第２可動部とは互いに平行又は垂直に設けることを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、前記第２のリニアガイドを前記第２の固定部に下部に設けられた前記支持体に設けたことを第３の特徴とする。

また、本発明は、前記第２のリニアガイドを前記連結部の上部の前記支持体に設けたことを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、前記第１の可動部に前記昇降する方向にＮ極、Ｓ極交互に複数組設けられた電磁石は、前記水平方向の所定に領域に設けられている
ことを第５の特徴とする。

また、本発明は、前記第１の固定部又は第２の固定部と前記連結部との間に第３のリニアガイドを設けたことを第６の特徴とする。
さらに、本発明は、第１乃至第６の特徴に記載の２軸駆動機構の前記処理部によって基板に処理することを第７の特徴とする。

また、本発明は、前記処理部はダイをウェハからピックアップし基板にボンディングするボンディングヘッド又は前記基板にダイ接着剤を塗布するニードルであることを第８の特徴とする。
さらに、本発明は、第５の特徴に記載の前記所定に領域は、前記ピックアップする領域及び前記ボンディングする領域であることを第９の特徴とする。

また、本発明は、前記処理部を前記昇降する方向を回転軸として回転させる回転手段を前記第１の可動部に設けたことを第１０の特徴とする。

本発明によれば、水平駆動軸のトルクを大きくせず、昇降軸の高速化を実現できるＺ軸を含む２軸駆動機構及びそれを用いたダイボンダを提供できる。

本発明の一実施形態であるダイボンダを上から見た概念図である。 図１に示すＺＹ駆動軸のボンディングヘッドが存在する位置おけるＡ−Ａ断面図である。 図２に示すＺＹ駆動軸をＢの方向から見た矢視図である。 所定の位置でボンディングヘッドを昇降できる左右の固定磁石部の構成例を模式的に示す図である。 第２の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ｂの基本構成を示す図である。 第３の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ｃの基本構成を示す図である。 Ｚ軸が負荷となる２軸駆動機構を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるダイボンダ１０を上から見た概念図である。ダイボンダは大別してウェハ供給部１と、ワーク供給・搬送部２と、ダイボンディング部３とを有する。

ウェハ供給部１は、ウェハカセットリフタ１１とピックアップ装置１２とを有する。ウェハカセットリフタ１１はウェハリングが充填されたウェハカセット（図示せず）を有し，順次ウェハリングをピックアップ装置１２に供給する。ピックアップ装置１２は、所望するダイをウェハリングからピックアップできるように、ウェハリングを移動する。

ワーク供給・搬送部２はスタックローダ２１と、フレームフィーダ２２と、アンローダ２３とを有し、ワーク（リードフレーム等の基板）を矢印方向に搬送する。スタックローダ２１は、ダイを接着するワークをフレームフィーダ２２に供給する。フレームフィーダ２２は、ワークをフレームフィーダ２２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ２３に搬送する。アンローダ２３は、搬送されたワークを保管する。
ダイボンディング部３はプリフォーム部（ダイペースト塗布装置）３１とボンディングヘッド部３２とを有する。プリフォーム部３１はフレームフィーダ２２により搬送されてきたワーク、例えばリードフレームにニードルでダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部３２は、ピックアップ装置１２からダイをピックアップして上昇し、ダイをフレームフィーダ２２上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンディングヘッド部３２はボンディングポイントでダイを下降させ、ダイ接着剤が塗布されたワーク上にダイをボンディングする。

ボンディングヘッド部３２は、ボンディングヘッド３５（図２参照）をＺ（高さ）方向に昇降させ、Ｙ方向に移動させるＺＹ駆動軸６０と、Ｘ方向に移動させＸ駆動軸７０とを有する。ＺＹ駆動軸６０は、Ｙ方向、即ちボンディングヘッドをウェハリングホルダ１２内のピックアップ位置とボンディングポイントとの間を往復するＹ駆動軸４０と、ダイをウェハからピックアップする又は基板にボンディングするために昇降させるＺ駆動軸５０とを有する。Ｘ駆動軸７０は、ＺＹ駆動軸６０全体をワークを搬送する方向であるＸ方向に移動させる。Ｘ駆動軸７０は、ボールネジをサーボモータで駆動する構成でもよいし、ＺＹ駆動軸６０の構成で説明するリニアモータで駆動する構成でもよい。

以下、図を用いて本発明の特徴であるＺＹ駆動軸６０の実施形態を説明する。図２、図３は第１の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ａの基本構成を示す図である。図２は、ＺＹ駆動軸６０Ａのボンディングヘッド３５が存在する図１に示す位置おけるＡ−Ａ断面図である。図３は、図２に示すＺＹ駆動軸６０ＡをＢの方向から見た矢視図である。

第１の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ａは、Ｙ駆動軸４０と、Ｚ駆動軸５０と、Ｙ駆動軸４０のＹ軸可動部４１とＺ駆動軸５０とのＸ軸可動部５１を連結する連結部６１と、処理部であるボンディングヘッド３５と、ボンディングヘッド３５をＺ軸中心に回転させる回転駆動部８０と、これら全体を支える横Ｌ字状の支持体６２とを有する。なお、以下の説明を分かり易くするために、支持体６２に固定されている部分は斜線で、Ｙ軸可動部４１、Ｘ軸可動部５１及び連結部６１と一体になって移動する部分を白抜きで示している。また、支持体６２は上部支持体６２ａと、側部支持体６２ｂと、下部支持体６２ｃとを有する。

Ｙ駆動軸４０は、Ｎ極とＳ極の電磁石が交互にＹ方向に多数配列された上下の固定電磁石部４７ｕ、４７ｄ（以後、全体又は位置を指定しないときは単に４７とする）を有する逆コの字状のＹ軸固定部４２と、前記配列方向に少なくとも１組のＮ極とＳ極の電磁石を有し、逆コの字状の凹部に挿入され凹部内を移動するＹ軸可動部４１と、Ｙ軸可動部４１を支持する連結部６１と、連結部６１に固定され、下部の支持体６２ｃとの間に設けられたＹ軸リニアガイド４３を備えるＹ軸ガイド部４４とを有する。Ｙ軸固定部４２は、Ｙ軸可動部４１が所定の範囲移動できるように図１の破線で示すＹ駆動軸４０略全域に亘って設けられている。また、Ｙ軸リニアガイド４３は、Ｙ方向に伸びる２つのリニアレール４３ａとリニアレール上を移動するリニアスライダ４３ｂを有する。

Ｚ駆動軸５０は、Ｙ駆動軸４０と同様に、Ｎ極とＳ極の電磁石が交互にＺ方向に多数配列された左右の固定電磁石部５７ｈ、５７ｍ（図４参照、以後、全体又は位置を指定しないときは単に５７とする）を有する逆Ｕの字状のＺ軸固定部５２と、Ｚ軸固定部５２の配列方向に少なくとも１組のＮ極とＳ極の電磁石を上部に有し、逆Ｕの字状の凹部に挿入され凹部内を移動するＺ軸可動部５１と、Ｚ軸可動部５１と連結部６１との間にＹ軸リニアガイド４３と同様な構造を有するＺ軸リニアガイド５３とを有する。Ｚ軸リニアガイド５３は、連結部６１に固定されＺ方向に伸びる２つのリニアレール５３ａとＺ軸可動部５１に固定されリニアレール上を移動するリニアスライダ５３ｂを有する。

Ｚ軸可動部５１は連結部６１を介してＹ軸可動部４１と繋がっており、Ｙ軸可動部４１がＹ方向に移動するとＺ軸可動部５１も共にＹ方向に移動する。そして移動先の所定の位置でＺ軸可動部５１（ボンディングヘッド３５）が昇降できるようにする必要がある。

図４に、所定の位置でボンディングヘッドを昇降できる左右の固定磁石部５７（５７ｈ、５７ｍ）の構成例を模式的に示す図である。本実施例では、少なくとも、ボンディング領域及びピックアップ領域にＹ方向に細長いＮ極、Ｓ極を交互に設けている。細長いＮ極、Ｓ極は短く分割して設けてもよい。勿論、Ｙ方向の全域に亘って、Ｙ方向に細長いＮ極、Ｓ極を交互に設けてもよい。

ボンディングヘッド３５は、Ｚ軸可動部５１の先端に回転駆動部８０によって歯車３５ｂを介して回転可能に設けられ、自身先端にダイ吸着用のコレット３５ａを有している。また、回転駆動部８０は、Ｚ軸可動部５１に固定されたモータ８１で歯車８２、３５ｂを介してボンディングヘッド３５の回転姿勢を制御する。

以上説明したように、本実施形態のＺＹ駆動軸６０Ａによれば、Ｚ軸固定部５２は略全域に設けられているが、図７に示す構成と比べ、重量体であるＺ軸固定部５２自体は移動しないので、Ｙ方向の移動に対する負荷が大幅に低減され、水平駆動軸のトルクを大きくせず、昇降軸の高速化を実現できる。

図５は第２の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ｂの基本構成を示す図である。図５において基本的には第１の実施形態と同じ構成又は機能を有するものは同一符号を付している。
ＺＹ駆動軸６０Ｂの第１の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ａと異なる点は、第１に、Ｙ軸可動部４１のＹ方向の移動を可能とするＹ軸リニアガイド４３を支持するＹ軸ガイド部４４が、下部支持体６２ｃから上部支持体６２ａに移動している点である。第２に、Ｚ軸固定部５２がＵ字状からＩ字状になり、固定磁石部５７ｈ、５７ｍが片側の固定磁石部５７のみとなっている点である。
その他の点は第１の実施形態６０Ａと基本的に同じである。

図６は第３の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ｃの基本構成を示す図である。図面の符号については図５と同様である。ＺＹ駆動軸６０Ｃの第２の実施形態であるＺＹ駆動軸６０Ｂと異なる点は、第１に、Ｙ軸固定部４２を第２の実施形態のＺ軸固定部５２と同様にＩ字状にし、Ｙ軸の固定磁石部を片側の４７のみとした点である。第２に、Ｙ軸可動部４１と連結部６１に固定するＹ軸可動部固定部４５を設けた点である。第３に、Ｙ方向の移動時の左右の揺れを防止するために、Ｙ軸固定部４２と連結部６１との間にリニアガイド４６を設けた点である。

なお、このような移動を安定させるリニアガイド４６を第１の実施形態、第２の実施形態において、Ｙ軸固定部４２又はＺ軸固定部５２と連結部６１との間に設けてもよい。
その他の点は第２の実施形態６０Ｂと基本的に同じである。なお、第３の実施形態に、第１の実施形態の逆コの字状のＹ駆動軸４０を用いてもよい。

以上説明した第２、第３の実施形態においても、第１の実施形態同様に、図７に示す構成と比べ、重量体であるＺ軸固定部５２自体は移動しないので、Ｙ方向の移動に対する負荷が大幅に低減され、水平駆動軸のトルクを大きくせず、昇降軸の高速化を実現できる。

以上の説明では、何かを処理する処理部としてボンディングヘッドの例で説明した。基本的には、昇降軸を有する必要とする２軸駆動機構と必要とする処理部に適用可能である。例えば、ダイボンダでは基板にダイ接着剤を塗布するニードルに適用可能である。

以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：ウェハ供給部 ２：ワーク供給・搬送部
３：ダイボンディング部 １０：ダイボンダ
３２：ボンディングヘッド部 ３５：ボンディングヘッド
４０：Ｙ駆動軸 ４１：Ｙ軸可動部
４２：Ｙ軸固定部 ４３：Ｙ軸リニアガイド
４４：Ｙ軸ガイド ４５：Ｙ軸可動部固定部
４６：リニアガイド ４７、４７ｄ、４７ｕ：固定電磁石
５０：Ｚ駆動軸 ５１：Ｚ軸可動部
５２：Ｚ軸固定部 ５３：Ｚ軸リニアガイド
５７、５７ｈ、５７ｍ：固定電磁石
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ：ＺＹ駆動軸
６１：連結部
６２、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ：支持体
７０：Ｘ駆動軸 ８０：回転駆動部

Claims (11)

1. 処理部と、
   前記処理部を第１のリニアガイドに沿って昇降する第１の可動部と第１の固定部とを備える第１のリニアモータと、
   前記処理部を前記昇降する方向とは垂直な水平方向に移動させる第２の可動部と第２の固定部とを備える第２のリニアモータと、
   前記第１の可動部を前記第１のリニアガイドを介して連結し、前記第２の可動部を直接的又は間接的に連結する連結部と、
   前記第１の可動部、前記第２の可動部及び前記連結部を一体となって前記水平方向に移動させる第２のリニアガイドと、
   前記第１の固定部と前記第２の固定部を前記水平方向に所定の長さで互いに平行に固定する支持体とを、
   を有することを特徴とする２軸駆動機構。
2. 前記第１の可動部と前記第２可動部とは互いに平行又は垂直に設けたことを特徴とする請求項１に記載の２軸駆動機構。
3. 前記第２のリニアガイドを前記第２の固定部に下部に設けられた前記支持体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の２軸駆動機構。
4. 前記第２のリニアガイドを前記連結部の上部の前記支持体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の２軸駆動機構。
5. 前記第１の可動部に前記昇降する方向にＮ極、Ｓ極交互に複数組設けられた電磁石は、前記水平方向の所定に領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の２軸駆動機構。
6. 前記第１の固定部又は第２の固定部と前記連結部との間に第３のリニアガイドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の２軸駆動機構。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の２軸駆動機構を備え、前記処理部によって基板に処理することを特徴とするダイボンダ。
8. 前記処理部はダイをウェハからピックアップし前記基板にボンディングするボンディングヘッドであることを特徴とする請求項７に記載のダイボンダ。
9. 請求項５に記載の前記所定に領域は、前記ピックアップする領域及び前記ボンディングする領域であることを特徴とする請求項８に記載のダイボンダ。
10. 前記処理部は、前記基板にダイ接着剤を塗布するニードルであることを特徴とする請求項７に記載のダイボンダ。
11. 前記処理部を前記昇降する方向を回転軸として回転させる回転手段を前記第１の可動部に設けたことを特徴とする請求項７に記載のダイボンダ。

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