JP4049721B2

JP4049721B2 - ボンディング方法、ボンディングプログラム及びボンディング装置

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Publication number: JP4049721B2
Application number: JP2003305151A
Authority: JP
Inventors: 久荒井; 秀明長畑; 正人辻
Original assignee: Shinkawa Ltd
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Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-08-28
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Description

本発明は、ボンディング方法、ボンディングプログラム及びボンディング装置に係り、特に、チップを保持するコレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行う場合のボンディング方法、ボンディングプログラム及びボンディング装置に関する。

チップをリードフレームや回路基板にボンディングを行うにはボンディング装置が用いられる。ボンディング装置における動作は概略次のように行われる。（１）先端にチップを吸着できるコレットを用い、まずダイシング済みのウエファリング等のチップ供給部の真上にコレットを持ってくる（位置決め）。（２）コレットを真下に下げ、ウエファリングからチップを吸着する（吸着）。（３）チップを保持しながらコレットを真上に上げる（ピックアップ）。（４）チップを保持したコレットをリードフレーム等のボンディングを行う位置の真上まで搬送する（搬送と位置決め）。（５）コレットを真下に下げ、ボンディング位置においてリードフレーム等の金パッドの部分にチップを押し付ける。ここでボンディング部分は加熱され、熱圧着によりボンディングが行われる（ボンディング）。（６）コレットを真上に上げる（ボンディング完了）。（７）コレットをチップ供給部の真上に持ってくる（搬送と位置決め）。これを繰り返すことで、順次新しいリードフレームに新しいチップをボンディングすることができる。

ここで、ボンディングの際にチップをボンディング対象であるリードフレームにある程度の押し付け圧で押し付ける必要がある。この押し付けは、ばね等の固定した付勢力手段によっても行うことができるが、押し付け圧の設定がばらつき、ボンディングにばらつきがでやすい。そこで特許文献１では、搬送のためのステージに設けられる搭載ヘッドに電子部品を保持させ、搭載ヘッドにボイスコイルモータを用いて押し付け加圧させることが開示されている。また、特許文献２では、昇降装置により相対的に昇降するスピンドルハウジングにスピンドルを回転可能に支持させ、スピンドル内部にロッドを設け、ロッド先端の吸着口で部品を保持し、ロッドを空気圧により加圧することが開示されている。

このように、チップを保持するコレットと、全体を搬送する搬送ステージとを分離し、コレットに押し付け圧を与える加圧装置を搬送ステージに設けることで、押し付け圧をコントロールしてボンディングを安定化させることができる。

ボンディングの安定性と並んで、ボンディング装置のもうひとつの重要な課題は高速性能であり、例えば、単位時間あたりのボンディング処理数として、ＵＰＨ（ＵｎｉｔＰｅｒＨｏｕｒ）が性能指標として用いられる。ボンディングの高速化が進むと、コレットに与える上昇・下降の加速度が大きくなり、搬送時におけるコレットと搬送ステージとの間の振動がおこり、高速化を阻む要因となることがある。この振動防止にも加圧装置を利用することが行われる。例えばコレットに「つば」等の圧力受け部を設け、加圧装置により一定の圧力で搬送ステージにコレットを押し付けることで、コレットと搬送ステージとの間の運動を拘束することができる。このように、高速化のためには、コレットを搬送ステージに常に押し付けるようにしてコレットと搬送ステージとを一体として搬送し、余分な振動を抑制することが望ましい。ボンディング位置においては、同じ加圧装置を用い、その圧力をボンディングに必要な押し付け圧にコントロールすることができる。

特開平７−１０６３５２号公報特開平５−２１８６８９号公報

従来のボンディング作業は、高速化にさらに課題がある。すなわち、ボンディング作業は上記のように（１）から（７）に至る多くの工程を反復しなければならず、そのために時間がかかる。そこで上記のボンディング作業を分析してみると、ボンディング位置においては一旦真上に上昇してから次にチップ供給位置への搬送経路をとり、チップ供給位置においてもボンディング位置の真上までの搬送経路の後に、真下に下降する。すなわち、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送は、直行型でなく、その前後に真上又は真下への運動がある。このように２つの位置の間における搬送が直行型でないことがＵＰＨを向上させる妨げの一因となっている。

ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送を直行型にすることを困難にしている事情は次の通りである。

ボンディング位置においてボンディングを行っている間に、チップ供給位置ではウエファリングの位置決めが行われ、次にコレットがチップ供給位置にきたときにちょうどその真下に次の新しいチップが位置するように調整が行われる。ところが、ウエファリングには必ずしも全部良品チップが並んでいるわけでなく、前にピックアップした位置の隣のチップが不良であることもある。そこでチップの良・不良を識別カメラ等で判断し、不良チップであるときはそのチップをスキップし、良品のチップをチップ供給位置に持ってくる。このように不良チップが検出されることでウエファリングの位置決めに時間が取られると、コレットはボンディング位置からチップ供給位置に移動できない。

ボンディング位置において、最適のボンディング時間を超えてチップをリードフレームに押し付けたまま待機していると、例えばボンディング時の加熱が過剰となり、ボンディング性が劣化し、またコレット等の損傷の原因ともなる。そこで、最適のボンディング時間を超えたときはコレットをボンディング位置から引き上げることがのぞましい。このため搬送ステージをボンディング位置から一旦引き上げ、そこでウエファリングの位置決めを待機することが考えられる。このようにすると、搬送ステージはボンディング位置からチップ供給位置に直行できない。

このように、従来のボンディング方法では、ボンディングの高速化を図る上で限界がある。本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、ボンディングのより高速化を図ることができるボンディング方法、ボンディングプログラム及びボンディング装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係るボンディング方法は、チップを吸引保持するコレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ工程と、チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送工程と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング工程と、ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送工程と、を含むボンディング方法において、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避工程を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るボンディングプログラムは、チップを吸引保持するコレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置に実行させるボンディングプログラムであって、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理手順と、チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送処理手順と、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理手順と、ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送処理手順と、を含み、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理手順を実行させることを特徴とする。

また、本発明に係るボンディング装置は、チップを保持するコレット部と制御部とを含み、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置であって、コレット部は、チップを吸引保持するコレットと、コレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、を有し、制御部は、チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理モジュールと、チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送処理モジュールと、ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理モジュールと、ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送処理モジュールと、を含み、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理モジュールを有することを特徴とする。

上記構成の少なくとも一つにより、コレット部は、チップを吸引保持するコレットと、コレットを軸方向に移動可能に保持するコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられコレットに軸方向の駆動力を与える駆動源とを有する。そして、ボンディング位置においては、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与えて、チップをボンディング対象物にボンディングする。次に、ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをボンディング位置から引き上げ退避させる。すなわち、駆動源からの駆動力の方向を切り替えることで、コレットをコレットテーブルに対して押し付ける方向か、退避させる方向かに切り替える。このことで、コレットステージの位置を変えることなく、コレットのみを退避させることができ、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送時間を決めるコレットテーブルの運動を直行型として、ボンディングのより高速化を図ることができる。

このように、本発明によれば、コレットの退避とコレットテーブルの運動とを分離し、コレットテーブルの運動をそのままにしてコレットのみをボンディング位置から退避させることができる。したがって、ボンディング位置とチップ供給位置との間の搬送時間を決めるコレットテーブルの運動を直行型として、ボンディングのより高速化を図ることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下においては、ボンディング装置は熱圧着型のダイボンディング装置として説明するが、ボンディング時間に最適の範囲がある他のボンディング装置、例えば超音波型のボンディング装置であってもよい。また、ダイボンディング以外のボンディング装置、例えばハンダ付けによりチップを基板にボンディングする装置でもよい。また、ボンディング作業は、リードフレームにチップをボンディングするものとして説明するが、チップは半導体チップの他、抵抗チップ、コンデンサチップ等の一般的な電子部品でもよく、チップがボンディングされる対象はリードフレーム以外の回路基板等であってもよい。

図１は、ボンディング装置１０の構成図である。なお、ボンディング装置１０を構成するものではないが、ボンディング作業の対象であるチップ２，３及びリードフレーム４も図示してある。ボンディング装置１０は、ボンディング装置本体２０と、ボンディング装置本体２０の各要素と接続されボンディング装置１０全体の動作を制御する制御部６０とからなる。

ボンディング装置本体２０は、チップ供給位置６とボンディング位置８との間を往復するコレット部３０と、チップ供給位置６に設けられウエファをダイシングされた状態で配列されるチップ３を保持するウエファリング５０と、ボンディング位置８に設けられリードフレーム４を保持するキャリア５２と、リードフレーム４のボンディング部分を加熱するヒータ台５４と、コレット部３０の搬送経路中の確認位置７に設けられコレット部３０がチップ２を保持しているか否かを検出するチップ有無センサ５６とを備える。

コレット部３０は、チップ２を吸引できるコレット３２を含み、制御部６０の制御の下で、図１に示すＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動できる部材である。コレット部３０の詳細断面図を図２に示す。コレット部３０は、コレット３２と、コレット３２の上部に設けられるボイスコイルモータ（ＶｏｉｃｅＣｏｉｌＭｏｔｏｒ：ＶＣＭ）３４とを含み、コレット３２とＶＣＭ３４はアーム３６により保持され、アーム３６はコレットテーブル３８に取り付けられる。

コレット３２は、概略筒状の部材で、最上部はフランジ状の上つば部４２となり、筒部の中間部分にも下つば部４４が設けられる。上つば部４２は、磁性体で構成され、ＶＣＭ３４との関係で可動鉄心の機能を有する。上つば部４２と下つば部４４の間は一様の径の部分で、アーム３６に設けられた支持穴によりＺ方向に移動自在に支持される部分である。コレット３２の先端部４６は、チップ２を吸引保持する部分で、この先端部４６からコレット３２の上つば部４２に向かい筒部内部にまっすぐ延びる貫通穴４８が設けられる。貫通穴４８は図示されていない真空装置が接続されてチップ２を吸引できるようにする機能と、後述するチップ有無センサ５６の発光素子からの光を通す機能を有する。

ＶＣＭ３４は、アーム３６に支持されＺ方向に移動可能な磁性体の上つば部４２を可動鉄心とし、その周囲に巻回された空心コイル４０を駆動コイルとし、空心コイル４０に流す電流の大きさと方向により、鉄心すなわちコレット３２に＋Ｚ方向又は−Ｚ方向に駆動力を与えるモータ素子である。空心コイル４０の両端子は信号線により制御部６０のＶＣＭＩ／Ｆ７０に接続される。例えば、電流の向きが−Ｚ方向の駆動力を生ずるものであるときは、コレット３２は−Ｚ方向に移動し、上つば部４２がアーム３６に当たってそこで停止する。その前にコレット３２の先端がリードフレーム又はウエファリングに当たっているとすると、空心コイル４０に供給される電流の大きさに応じた駆動力で、コレットはその先端がリードフレーム等に押し付けられる。このようにして、ＶＣＭ３４に供給する電流を制御することで、コレット３２の押し付け圧を可変できる。また、電流の向きが＋Ｚ方向の駆動力を生ずるものであるときは、コレット３２は＋Ｚ方向に移動し、下つば部４４がアーム３６に当たってそこで停止する。すなわち、コレット３２を上に引き上げることができる。コレット３２の引き上げ量は、上つば部４２の下面と下つば部４４の上面との距離と、アーム３６のコレット支持部の長さによって規定できる。例えば、約２ｍｍの引き上げ量とすることができる。

アーム３６は、コレット３２を支持穴でＺ方向移動自在に支持し、コレット３２の上つば部４２の部分にＶＣＭ３４を構成するように空心コイル４０を取り付ける機能を有する部材である。また、支持穴は、図示されていない回転機構によりコレット３２をθ回転させるときの支持も行う。支持穴には潤滑性のよい材料からなるリングをはめ込み、そのリングの内径でコレット３２の筒部の外径を支持するようにすることで、Ｚ方向の移動及びθ回転を滑らかに行うことができる。

アーム３６は、コレットテーブル３８に取り付けられる。コレットテーブル３８は、図示されていないＸＹＺ移動機構によりＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なテーブルである。図示されていないＸＹＺ移動機構は、具体的にはＸモータとＹモータとＺモータの３つのステップモータを含んで構成することができる。これらのモータの各端子は信号線により制御部６０のコレットＩ／Ｆ７２に接続される。

再び図１に戻り、ウエファリング５０は、粘着シート上にダイシングにより相互に分離されたチップ３を粘着保持しているもので、チップ供給部の機能を有する。なお、不良のチップには不良マークが付されている。ウエファリング５０は、図示されていないＸＹ移動機構により、Ｘ方向、Ｙ方向に移動可能で、これにより、ウエファリング上の任意のチップをチップ供給位置６の真下に移動させることができる。正確な位置決め及びチップの不良マークの有無検出には、図示されていない検出カメラを用いることができる。図示されていないＸＹ移動機構は、具体的にはＸモータとＹモータの２つのステップモータを含んで構成することができる。これらのモータの各端子は信号線により制御部６０のウエファリングＩ／Ｆ７４に接続される。

キャリア５２は、リードフレーム４を保持する部材である。キャリア５２は図示されていないＹ移動機構により、Ｙ方向に移動可能で、これにより、リードフレームの搬送を行うことができる。図示されていないＹ移動機構は、具体的にはステップモータで構成することができる。このモータの各端子は信号線により制御部６０のキャリアＩ／Ｆ８０に接続される。

キャリア５２はヒータ台５４の上を移動する。ヒータ台５４は、ボンディングに適した温度にリードフレーム４及びチップ２を加熱するためのもので、例えばヒータを内蔵したテーブルで構成することができる。ヒータの各端子は、信号線により制御部６０のヒータＩ／Ｆに接続される。

チップ有無センサ５６は、コレット３２の移動経路中の確認位置７に設けられた透過光型センサで、発光素子と受光素子の組み合わせで構成できる。発光素子と受光素子の配置は、確認位置７において、発光素子から出た光が、ちょうどコレット３２の貫通穴４８を通り、もしコレット３２の先端部４６にチップ２がなければ、受光素子がその光を受光できるように設定される。これにより、チップ供給位置６からボンディング位置８に向かう往路搬送においてコレット３２がチップ２を保持しているか否か、及びボンディング位置８からチップ供給位置６に向かう復路搬送においてコレット３２がチップ２を持ち帰りしていないか否か、を確認することができる。チップ有無センサ５６の信号線は、制御部６０の有無センサＩ／Ｆ７６に接続される。

次に、制御部６０の構成を説明する。制御部６０は、ボンディング装置本体２０を構成する各要素を制御する機能を有し、特にコレット部３０におけるコレットテーブル３８の移動と、ＶＣＭ３４の駆動によるコレット３２の位置及び押し付け圧とを制御し、高速にボンディング作業を実行させる機能を有する装置で、一般的なコンピュータで構成できる。

具体的には、コレット部３０を用いてチップ供給位置６においてチップをピックアップするピックアップ処理機能と、チップ供給位置６からボンディング位置８へコレット部３０を搬送する往路搬送処理機能と、ボンディング位置８においてボンディングを行わせるボンディング処理機能と、ボンディング位置８からチップ供給位置６へコレット部３０を搬送する復路搬送処理機能と、を有し、さらに確認位置７においてコレット部３０におけるチップ有無を検出する確認処理機能と、ボンディング位置８においてコレット３２を退避させるボンディング退避処理機能と、チップ供給位置６においてコレット３２を退避させるピックアップ退避処理機能とを有する。これらの機能に対応する処理を行うにはソフトウエアを用いることができ、対応するボンディングプログラムを実行することで所定の処理を行うことができる。処理の一部をハードウエアで実行させることもできる。

制御部６０は、ＣＰＵ６２と、キーボード等の入力部６４と、表示盤等のディスプレイである出力部６６と、外部記憶装置６８と、ボンディング装置本体２０の各要素と接続されるＶＣＭＩ／Ｆ７０からキャリアＩ／Ｆ８０までの入出力Ｉ／Ｆとを含み、これらは内部バスで相互に結ばれる。

ＣＰＵ６２におけるピックアップ処理モジュール８２からピックアップ退避処理モジュール９４までの機能については、図３のフローチャートを用いて説明する。図３に示すボンディング動作の手順は、チップ供給位置６とボンディング位置との間のコレットテーブル３８の搬送について直行型としたものである。ボンディング動作の手順はどこから説明してもよいが、図３ではチップ供給位置６におけるピックアップから始めている。

ピックアップ工程（Ｓ１０）において、コレット３２はチップ２をピックアップする。具体的には、ＣＰＵ６２のピックアップ処理モジュール８２が、図示されていない真空装置に指示を出し、コレット３２の貫通穴４８の部分を減圧し、ウエファリング５０からチップ２をコレット３２の先端部４６に吸引保持させる。また、ウエファリング５０に指示を出し、コレット３２の吸引に同期してチップをその裏側からコレット３２のほうに突き上げる動作を行わせる。

さらにピックアップ処理モジュール８２は、ＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、コレット３２をウエファリング５０に向かう方向、すなわち図２に示す−Ｚ方向に駆動力を与え、例えば−Ｚ方向に約４００Ｎの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、コレット３２は、ウエファリング５０の突き上げ動作とあいまって、チップ２を約４００Ｎの力で挟み込みつつ真空吸引を行う。このことでピックアップをより確実に行うことができる。

往路搬送工程（Ｓ１２）では、コレット部３０はチップ２を吸引保持したまま、チップ供給位置６からボンディング位置８へ直行搬送される。ここで直行搬送とは、例えばチップ２を吸引して一旦真上に上昇するとか、ボンディング位置８の真上に一旦移動しそこから真下に下降するといった動作を含まず、ウエファリング５０からチップ２を吸引した状態からリードフレーム４のボンディング個所まで直行する搬送をいうが、必ずしも空間的に最短距離を直行することのみを意味せず、ボンディング装置１０における各要素の配置等の条件の中で、最も高速に搬送できることを意味する。したがって、直線的な搬送軌跡より放物線的な搬送軌跡であってもよい。具体的には、往路搬送処理モジュール８４がコレットＩ／Ｆ７２を介して図示されていないＸＹＺ移動機構に指示を出し、チップ供給位置６からボンディング位置８へ最短の時間で搬送できる運動軌跡に基づいて、コレット部３０を移動させる。搬送の最大加速度は、例えば１７０−１９０ｍ／ｓｅｃ ²とすることができる。

このとき、往路搬送処理モジュール８４はＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、コレット３２を図２に示す−Ｚ方向により大きな駆動力を与える。例えば、コレット３２の質量を４０−６０グラムとして、−Ｚ方向に約３５００Ｎの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、搬送の最大加速度において、コレット３２がアーム３６に対し振動しない程度に十分な押し付け圧を発生させ、コレット３２とアーム３６及びコレットテーブル３８と一体となって移動するようにする。

なお、ピックアップ工程（Ｓ１０）において、図示されていない検出カメラを用いて、コレット３２とチップ２の相対的な位置関係が検出されるので、その結果がボンディング位置８におけるコレット３２とリードフレーム４との間の位置決めに用いられる。具体的には、検出カメラにより、コレット３２とチップ２の相対的な位置関係が標準よりずれているとすると、そのずれた分往路搬送工程の目標終端位置を修正する。また、角度ずれがある場合には、そのずれた分コレット３２をθ回転させて補正を行う。このようにして、直行搬送の目標終端位置等を修正しつつ、コレット３２に保持されたチップ２はリードフレーム４の所定のボンディング個所に搬送される。

ボンディング工程（Ｓ１４）において、コレット３２はチップ２をリードフレーム４のボンディング個所にボンディングする。なお、ヒータ台５４は、リードフレーム４のボンディング個所が所定のボンディングに適した温度になるように、ヒータＩ／Ｆ８０を介してコントロールされている。ここでボンディング処理モジュール８６は、ＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、コレット３２をリードフレーム４に向かう方向、すなわち図２に示す−Ｚ方向に駆動力を与え、例えば−Ｚ方向に約４００Ｎの押し付け圧を発生させるようにする。この指令は、ＶＣＭ３４の電流値切り替えの応答時間を考慮して往路搬送工程の終盤において出すことができる。そして、ボンディングに適した所定時間ｔ₀の間そのまま保持される。すなわち、チップ２はリードフレーム４に対し、所定のボンディング温度の下で、約４００Ｎの押し付け圧でｔ₀の時間押し付けられ、これにより適切なボンディングが行われる。

ウエファリング５０においては、往路搬送工程（Ｓ１２）及びボンディング工程（Ｓ１４）の処理が行われている間を利用して、チップ供給位置６に次の良品チップを持ってくる処理を行っている。全体の高速化の観点からは、ピックアップした位置の次のチップをチップ供給位置に持ってくる時間＝往路搬送工程（Ｓ１２）の処理時間とボンディング工程（Ｓ１４）の処理時間と復路搬送工程（Ｓ１８）の処理時間の和、とすれば最も高速化を図ることができる。しかし、このように設定すると、もしピックアップした位置の次のチップが不良品であれば、ウエファリング５０における次のチップの位置決めが間に合わなくなる。

そこで、ボンディング工程の時間経過ΔＴが所定のボンディング時間ｔ₀を超えたか否かが判断される（Ｓ１６）。ΔＴがｔ₀以上の場合は後述のボンディング退避工程（Ｓ２４）へ移るが、ここでは、ΔＴがｔ₀を超えていない通常の場合を先に説明する。このときは、次に復路搬送工程（Ｓ１８）を行う。すなわち、ボンディング位置８からチップ供給位置６までコレット部３０を直行搬送する。具体的には、復路搬送処理モジュール８８がコレットＩ／Ｆ７２を介して図示されていないＸＹＺ移動機構に指示を出し、ボンディング位置８からチップ供給位置６へ最短の時間で搬送できる運動軌跡に基づいて、コレット部３０を移動させる。搬送の最大加速度は、往路搬送のときと逆向きで、例えば１７０−１９０ｍ／ｓｅｃ ²とすることができる。

このとき、復路搬送処理モジュール８８はＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、コレット３２を図２に示す−Ｚ方向により大きな駆動力を与える。例えば、コレット３２の質量を４０−６０グラムとして、−Ｚ方向に約３５００Ｎの押し付け圧を発生させるようにする。つまり、搬送の最大加速度において、コレット３２がアーム３６に対し振動しない程度に十分な押し付け圧を発生させ、コレット３２とアーム３６及びコレットテーブル３８と一体となって移動するようにする。

ボンディングが正常に行われば、復路搬送工程（Ｓ１８）においてコレット３２にチップ２がなく、いわば空荷状態でチップ供給位置６に戻される。ところが稀にボンディングがうまく行かなくて、コレット３２にチップ２が吸引されたまま復路搬送工程（Ｓ１８）に入り、いわゆるチップの持ち帰り状態になることがある。このことを確認するために、確認位置６において、コレット３２にチップがないか否かを確認する（Ｓ２０）。具体的には、確認処理モジュール９２が、有無センサＩ／Ｆ７６を介して、チップ有無センサ５６に指示を出し、確認位置６において発光素子を発光させ、その光をコレット３２の貫通穴４８を通らせて、その結果を受光素子で検出する。受光素子が光を検出すればコレット３２にチップがなく正常であると確認できる。もし、受光素子が光を受け取れないときは、コレット３２の先端部４６にチップ２が保持されていると判断される。コレット３２にチップが保持されたままのいわゆる持ち帰り状態のときは、後述するピックアップ退避工程（Ｓ２６）に移るが、ここでは正常の場合を先に説明する。

確認工程（Ｓ２０）においてコレット３２にチップが無いと判断されると、そのまま復路搬送工程を続け、チップ供給位置へコレット部３０が搬送され（Ｓ２２）、ついでピックアップ工程（Ｓ１０）に戻る。復路搬送工程（Ｓ１８）においては、ＶＣＭ３４への指令が約３５００Ｎの押し付け圧を発生させるようになっているが、ピックアップ工程（Ｓ１０）においては約４００Ｎの押し付け圧が最適である。この約４００Ｎの押し付け圧発生指令は、ピックアップ工程（Ｓ１０）にて行うものとして説明したが、ＶＣＭ３４の電流値切り替えの応答時間を考慮して復路搬送工程（Ｓ１８）の終盤において出すこととしてもよい。

通常の場合は、これらの工程を繰り返すことで、チップ供給位置６とボンディング位置８との間でコレット部３０を直行搬送し、順次新しいリードフレーム４に新しいチップ２を高速にボンディングすることができる。その様子を模式的に図４に示す。図４は、コレット部３０のＸＺ平面内の移動軌跡を模式的に示す図で、横軸にＸ方向の距離を位置座標で表し、Ｙ軸にＺ方向の距離を位置座標で表してある。図４において、チップ供給位置は（Ｘ_P，Ｚ_P）、ボンディング位置は（Ｘ_B，Ｚ_B）、確認位置は（Ｘ_S，Ｚ_S）である。例えば、Ｘ_P−Ｘ_B，を約４−１０ｃｍ、Ｚ_B−Ｚ_Pを約３ｃｍとすることができる。通常の直行搬送の場合は、コレット部３０は、コレットがアーム部すなわちコレットステージに常に押し付けられた状態であり、一体として搬送される。この位置関係で、上記の搬送時加速度を１７０−１９０ｍ／ｓｅｃ ²とする直行搬送の例では、１サイクルのボンディング作業を約１４０ｍｓｅｃで完了できる。

次に、通常と異なる２つの場合について説明する。第１の場合は、ボンディング工程の時間経過ΔＴが所定のボンディング時間ｔ₀を超えたか否かが判断される工程（Ｓ１６）において、ΔＴがｔ₀以上であると判断される場合である。この場合は、ΔＴ＝ｔ₀の時にボンディング退避工程（Ｓ２４）に移る。すなわち、ボンディング位置において、ボンディング工程の時間経過ΔＴがｔ₀を上回ると、コレットテーブル３８の位置をそのままにして、ＶＣＭ３４に流す電流の向きを逆向きとし、コレット３２をリードフレーム４から引き上げて退避させる。引き上げ退避の大きさは、上記の例では約２ｍｍである。具体的には、ボンディング退避処理モジュール９０が、ＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、ボンディング工程（Ｓ１４）における電流の向きと逆向きの電流を流す指令を出す。電流の大きさは、コレット３２の下つば部４４の上面がアーム３６の下面に押し当てられる程度の大きさでよい。このときコレットテーブル３８を駆動するＸＹＺ駆動機構への指令は変更しない。このことで、コレットテーブル３８の位置を変えずに、コレット３２のみをリードフレーム４から約２ｍｍ退避させることができる。したがって、ΔＴ＝ｔ₀でボンディング工程を終了させることができ、リードフレーム４とチップに余分な押し付け圧をかけることもなくなり、コレット３２に余分な加熱を継続させることもなくなる。

図５は、ボンディング退避前後のコレットとコレットテーブルのＺ方向の位置の時間経過を模式的に説明する図である。横軸に時間を取り、縦軸に任意の基準点からのＺ方向の距離を位置座標で取り、コレットの先端におけるＺ位置座標の軌跡１３２を破線で示し、これに対応するコレットテーブル上にとった適当な基準点におけるＺ位置座標の軌跡１３８を実線で示した。なお、比較のために通常の場合におけるコレット先端におけるＺ位置座標の軌跡１３３を２点鎖線で、対応するコレットテーブルの基準点におけるＺ位置座標の軌跡１３９を１点鎖線で示した。図５において、往路搬送のときはコレットもコレットテーブルも一体として搬送されるので、コレットの軌跡１３２とコレットテーブルの軌跡１３８は一定の間隔を保っている。時刻ｔ₁においてコレットの先端のチップがリードフレームに接触し適当な押し付け圧で押し付けられてボンディング工程が開始する。開始時刻ｔ₁からボンディングに適した時間として定められた時間ｔ₀が経過する時刻ｔ₂までは、コレットもコレットテーブルもその位置を保ったままで、ここでリードフレームとチップとが所定の温度と所定の押し付け圧に保たれてボンディングが行われる。

なお、通常の場合であれば、ボンディング工程の時間経過がｔ₀に達する前に、ウエファリングにおける次の良品チップの位置決めが順調に進み、時刻ｔ₂＝ｔ₁＋ｔ₀から直ちに復路搬送の指示が出され、図５の１点鎖線と２点鎖線に示すように、コレットとコレットテーブルは一体のままチップ供給位置に向け搬送される。

ここでウエファリングにおける作業が順調に進まず、時刻ｔ₂になっても復路搬送のための指令が出ないときは、時刻ｔ₂において、コレットテーブルの位置をそのままにして、コレットのみを退避させる。すなわち図５に示すように、コレットテーブルの軌跡１３８は変化しないのに対し、コレットの軌跡は＋Ｚ方向に移動する。そして、ウエファリングにおける位置決めが進んでコレット部に復路搬送のための指令が出される時刻ｔ₃になって初めてコレットテーブルが移動を開始する。時刻ｔ₄はコレットとコレットテーブルとが再び一体化する時刻を表している。なお、コレットの退避スピードは復路搬送のときの対応する上昇スピードと同じでなくてもよい。また、コレットの退避中に復路搬送のための指令が出されてもよい。

図６は、ボンディング退避工程のあとにおける復路搬送の様子を図４と同様な表現で示したものである。すなわち、ボンディング退避工程により、ボンディング位置Ｘ＝Ｘ_Bにおいて、コレットテーブル３８のＺ位置はそのままであるが、コレット３２のＺ位置は＋Ｚ方向に退避移動している。ここで復路搬送に入るとすると、ボンディング退避工程の有無によってはコレットテーブルの位置は変化しないので、コレットテーブルの復路搬送の移動軌跡は、図４の通常の場合と同じである。すなわち、図６の場合でも、図４と同様にボンディング位置からチップ供給位置までコレット部が直行搬送される。

通常と異なる第２の場合は、ボンディング工程の後の確認工程（Ｓ２０）において、コレットにチップが有ると判断された場合である。このときは、ピックアップ退避工程（Ｓ２６）に移る。すなわち、チップがコレットに持ち帰り状態で保持されていると判断されると、コレットテーブル３８の位置をそのままにして、ＶＣＭ３４に流す電流の向きを逆向きとし、コレット３２をコレットテーブル３８に対して引き上げる方向に移動させて退避させる。引き上げ退避の大きさΔＺは、上記の例では約２ｍｍである。具体的には、ピックアップ退避処理モジュール９４が、ＶＣＭＩ／Ｆ７０を介してＶＣＭ３４に指令を出し、ボンディング工程（Ｓ１４）における電流の向きと逆向きの電流を流す指令を出す。電流の大きさは、ボンディング退避処理のときと同じ程度の大きさでよい。このときコレットテーブル３８を駆動するＸＹＺ駆動機構への指令は変更しない。このことで、コレットテーブル３８の位置を変えずに、コレット３２のみをコレットテーブル３８に対し約２ｍｍ退避させることができる。そしてこのまま復路搬送を続ければ、チップ供給位置にコレット部３０が達したとき、コレットテーブル３８のＺ方向の位置は通常と同じであるが、コレット３２の先端は通常より約２ｍｍ、ウエファリングより上方に退避しているようにすることができる。

図７は、ピックアップ退避前後のコレットとコレットテーブルのＺ方向の位置の時間経過を模式的に説明する図である。横軸、縦軸は図５と同様にそれぞれ時間及び位置座標である。ただし、図５はボンディング位置を中心としたものであるのに対し、図７はチップ供給位置を中心としているので、絶対値は異なっている。ここでも図５と同様にコレットの先端におけるＺ位置座標の軌跡２３２を破線で示し、これに対応するコレットテーブルの基準点におけるＺ位置座標の軌跡２３８を実線で示した。また、比較のために通常の場合におけるコレット先端におけるＺ位置座標の軌跡２３３を２点鎖線で示した。図７において、時刻ｔ₅は、復路搬送で確認位置に達した時の時刻である。ここまではコレットもコレットテーブルも一体として搬送されるので、コレットの軌跡２３２とコレットテーブルの軌跡２３８は一定の間隔を保っている。

時刻ｔ₅において、チップがあると確認されると、コレットテーブルの位置をそのままにして、コレットのみを退避させる。すなわち図７に示すように、コレットテーブルの軌跡２３８はそのまま移動を続けるのに対し、コレットはコレットテーブルに対し＋Ｚ方向に移動するため、コレットの軌跡２３２はコレットテーブルの軌跡２３８と一定間隔を保たなくなる。そして、時刻ｔ₆においてコレットがアームに突き当たるまで移動すると、その後はその状態でコレットとコレットテーブルは一緒に移動し、時刻ｔ₆においてチップ供給位置に到達する。図７において、通常の場合におけるコレットの軌跡２３３を２点鎖線で示したが、時刻ｔ₆においてコレットのＺ位置は、ウエファリングからチップをピックアップできる高さになるように設定されている。この通常の場合における位置に比べると、ピックアップ退避状態におけるコレットの位置は、＋ΔＺだけ高い位置に退避していることになる。退避量ΔＺの大きさは、上記の例ではボンディング退避のときとおなじ約２ｍｍである。その後ピックアップ処理を行い、時刻ｔ₇でピックアップ処理が完了した後は、往路搬送に移る。時刻ｔ₈はコレットとコレットテーブルとが再び一体化する時刻を表している。なお、コレットの退避スピードは、時刻ｔ₆においてコレットが十分退避するのに間に合う程度のものであればよい。

図８は、復路搬送においてチップの持ち帰りがある場合の様子を図４、図６と同じ表現で表したものである。チップ有無センサ５６は、コレットにチップがあることを検出する。これによりコレット３２はコレットテーブル３８から相対的に退避し、チップ供給位置においては、チップ２を持ち帰ったコレット３２の先端が、ウエファリングの上面から十分上方に退避する。これにより、持ち帰りチップがコレットに保持されていても、チップ供給位置において、ウエファリングあるいはその上に配置された他のチップ等に衝突することを防止できる。そして、この場合において、コレットテーブル３８のＺ位置は何ら修正を加えられずにそのまま当初の搬送軌跡どおりに移動し、図４の通常の場合と同じである。すなわち、図８の場合でも、図４と同様にボンディング位置からチップ供給位置までコレット部が直行搬送される。

このようにして、ＶＣＭ３４に流す電流の向き、電流の大きさをボンディングの各工程について適切に制御することで、コレット部３０の中で質量が小さく搬送速度に与える影響が少ないコレット３２について適切な押し付け圧を与え、また適切な退避を行わせることができる。そして、コレット３２の動きはコレットテーブル３８等と独立に制御できるので、コレット部３０の中で慣性が大きく搬送速度に与える影響が大きいコレットテーブル３８及びこれに固定されるアーム３６、ＶＣＭ３４等の搬送軌跡を、最適な高速搬送の条件で設定できる。

本発明に係る実施の形態におけるボンディング装置の構成図である。本発明に係る実施の形態におけるコレット部の詳細断面図である。本発明に係る実施の形態におけるボンディングの手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、コレット部の移動軌跡を模式的に示す図である。本発明に係る実施の形態において、ボンディング退避前後のコレットとコレットテーブルのＺ方向の位置軌跡を模式的に説明する図である。本発明に係る実施の形態において、ボンディング退避工程のあとにおける復路搬送の様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ピックアップ退避前後のコレットとコレットテーブルのＺ方向の位置軌跡を模式的に説明する図である。本発明に係る実施の形態において、復路搬送においてチップの持ち帰りがある場合の様子を示す図である。

符号の説明

２，３チップ、４リードフレーム、６チップ供給位置、７確認位置、８ボンディング位置、１０ボンディング装置、２０ボンディング装置本体、３０コレット部、３２コレット、３４ＶＣＭ、３６アーム、３８コレットテーブル、４０空心コイル、５６チップ有無センサ、６０制御部、６２ＣＰＵ、８２ピックアップ処理モジュール、８４往路搬送処理モジュール、８６ボンディング処理モジュール、８８復路搬送処理モジュール、９０ボンディング退避処理モジュール、９２確認処理モジュール、９４ピックアップ退避処理モジュール、１３２，１３３，２３２，２３３コレットの軌跡、１３８，１３９，２３８コレットテーブルの軌跡。

Claims

チップを吸引保持するコレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、
チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ工程と、
チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送工程と、
ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対してＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング工程と、
ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送工程と、
を含むボンディング方法において、
ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避工程を含むことを特徴とするボンディング方法。
チップを吸引保持するコレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、を有するコレット部を用い、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置に実行させるボンディングプログラムであって、
チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理手順と、
チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送処理手順と、
ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理手順と、
ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送処理手順と、
を含み、
ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理手順を実行させることを特徴とするボンディングプログラム。
チップを保持するコレット部と制御部とを含み、コレット部をチップ供給位置とボンディング位置との間で往復させてボンディングを行うボンディング装置であって、
コレット部は、
チップを吸引保持するコレットと、
コレットをＺ方向に移動可能に保持しＸ，Ｙ，Ｚ３方向に移動可能なコレットテーブルと、
コレットテーブルに取り付けられるコレット駆動源であってコレットテーブルに対しコレットをＺ方向に移動させる駆動力を与える駆動源と、
を有し、
制御部は、
チップ供給位置においてコレットによりチップをピックアップするピックアップ処理モジュールと、
チップ供給位置からボンディング位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する往路搬送処理モジュールと、
ボンディング位置において、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング対象物に向かって押し付ける第１方向に駆動力を所定時間与え、チップをボンディング対象物にボンディングするボンディング処理モジュールと、
ボンディング位置からチップ供給位置へ、Ｘ，Ｙ，Ｚ３方向に関する運動軌跡に基づいて、コレットとコレットテーブルとを一体として、コレット部を直行搬送する復路搬送処理モジュールと、
を含み、
ボンディング位置において所定時間が経過したときには、コレットテーブルの位置をそのままにして、駆動源によりコレットに第１方向と逆向きの第２方向の駆動力を与えてコレットをコレットテーブルに対しＺ方向に移動させてボンディング位置から引き上げ退避させるボンディング退避処理モジュールを有することを特徴とするボンディング装置。