(57)【要約】【課題】チップへの荷重衝撃を抑制してチップの安全を確保しつつ、良好なチップの搭載を実現するダイボンディング装置を提供する。【解決手段】その先端側でチップを吸着保持し、チップに対してその上方よりボンディング荷重を加えるボンディングヘッドと、ボンディングヘッドがチップに対してボンディング荷重を加えるように、ボンディングヘッドを下方に駆動させるモータと、チップに対して加えられるボンディング荷重を検出するロードセルと、ロードセルにより検出されるボンディング荷重がフィードバックされ、そのボンディング荷重に基づき、モータへ出力する指令電圧を逐次算出し、ボンディング荷重の増大に応じて、モータへの出力電圧が漸次的に低減するように、モータを速度制御する制御手段とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のチップを基材上に搭載するに際し、チップを吸着保持しつつ、ボンディング位置まで移動させ、基材の表面に対して固着させるボンディングツールを備えたダイボンディング装置において、
上記ボンディングツールが、
その先端側でチップを吸着保持し、該チップに対してその上方よりボンディング荷重を加えるボンディングヘッドと、
上記ボンディングヘッドがチップに対してボンディング荷重を加えるように、該ボンディングヘッドを下方に駆動させるモータと、
上記チップに対して加えられるボンディング荷重を検出するロードセルと、
上記ロードセルにより検出されるボンディング荷重がフィードバックされ、該ボンディング荷重に基づき、上記モータへ出力する指令電圧を逐次算出し、該ボンディング荷重の増大に応じて、該モータへの出力電圧が漸次的に低減するように、該モータを速度制御する制御手段と、を有していることを特徴とするダイボンディング装置。
【請求項２】
上記ボンディングヘッドを吊下げ支持し、該ボンディングヘッドの自重をキャンセルするバネと、該バネの伸び量を検出するリニアスケールとが設けられており、
上記制御手段が、上記リニアスケールからフィードバックされるバネの伸び量の増大に応じて、上記ボンディングヘッドのボンディング荷重に該バネの弾性力が影響しないように、上記モータを速度制御することを特徴とする請求項１記載のダイボンディング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のダイボンディング装置を用いたダイボンディング方法において、
上記ボンディングヘッドのチップに対するボンディング荷重を検出し、
検出されたボンディング荷重に基づき、上記モータへ出力する指令電圧を逐次算出して、該ボンディング荷重の増大に応じて、該モータへの出力電圧が漸次的に低減するように、該モータを速度制御することを特徴とするダイボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップ等のチップを基材上に搭載するためのダイボンディング装置及びそれを用いたダイボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、半導体デバイスの製造工程においては、ＩＣウエハを個々のチップに切り離してパッケージに組み込み、電子機器への実装を可能にするアセンブリ工程が実施される。このアセンブリ工程の１つに、ＩＣウエハから個々に切り離されたチップをリードフレーム等の基材の表面に設定されたダイパッド上に接合材を介して固着させるダイボンディング工程が知られている。かかるダイボンディング工程は、一般的に、ダイボンディング装置によって実施され、このダイボンディング装置においては、上下動可能でありチップを吸着保持するボンディングヘッドを備えたボンディングツールが水平及び上下に移動させられ、チップが順次吸着保持されつつ、ボンディング位置まで移動させられ、基材の表面に対して固着されるようになっている。
【０００３】
ところで、基板に対するチップの良好な搭載を実現するには、チップを基材の表面に固着させるに際し、チップ上面に対してボンディング荷重を適切に加える必要がある。従来では、このようなボンディング荷重を実現する装置として、例えば、ボンディング荷重を検出するロードセルを備え、該ロードセルの検出荷重が増加し始めるまでボンディングヘッドを所定の速度で下降させ、検出荷重の増加後には、目標荷重に到達するまでより微速で下降させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９９５４５号公報  （第３頁，第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の技術では、ボンディング荷重を加えるに際して、ボンディングヘッドが２段階の速度で下降させられるものの、検出荷重の増加以降には、ボンディングヘッドは、目標荷重が実現されそれが停止されるまで所定の速度で下降させられるため、特に目標荷重付近で大きくなり得るチップへの荷重衝撃を抑制しチップの安全を確保する上では十分でなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、チップへの荷重衝撃を抑制してチップの安全を確保しつつ、良好なチップの搭載を実現するダイボンディング装置及びそれを用いたダイボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、所定のチップを基材上に搭載するに際し、チップを吸着保持しつつ、ボンディング位置まで移動させ、基材の表面に対して固着させるボンディングツールを備えたダイボンディング装置において、上記ボンディングツールが、その先端側でチップを吸着保持し、該チップに対してその上方よりボンディング荷重を加えるボンディングヘッドと、上記ボンディングヘッドがチップに対してボンディング荷重を加えるように、該ボンディングヘッドを下方に駆動させるモータと、上記チップに対して加えられるボンディング荷重を検出するロードセルと、上記ロードセルにより検出されるボンディング荷重がフィードバックされ、該ボンディング荷重に基づき、上記モータへ出力する指令電圧を逐次算出し、該ボンディング荷重の増大に応じて、該モータへの出力電圧が漸次的に低減するように、該モータを速度制御する制御手段と、を有していることを特徴としたものである。
【０００８】
また、本願の第２の発明は、上記第１の発明において、上記ボンディングヘッドを吊下げ支持し、該ボンディングヘッドの自重をキャンセルするバネと、該バネの伸び量を検出するリニアスケールとが設けられており、上記制御手段が、上記リニアスケールからフィードバックされるバネの伸び量の増大に応じて、上記ボンディングヘッドのボンディング荷重に該バネの弾性力が影響しないように、上記モータを速度制御することを特徴としたものである。
【０００９】
更に、本願の第３の発明は、請求項１又は２に記載のダイボンディング装置を用いたダイボンディング方法において、上記ボンディングヘッドのチップに対するボンディング荷重を検出し、検出されたボンディング荷重に基づき、上記モータへ出力する指令電圧を逐次算出して、該ボンディング荷重の増大に応じて、該モータへの出力電圧が漸次的に低減するように、該モータを速度制御することを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るダイボンディング装置により装備されたボンディングツールを概略的に示す側面図である。このボンディングツール１は、チップ３を吸着保持しつつボンディング位置まで移動し、基材１８の表面に接着フィルム等の接合材１９を介してチップ３を固着させるもので、その基本的な構成として、その先端側でボンディング対象とする半導体チップ３を吸着保持するとともに、半導体チップ３をステージ１上の基板８に対して付勢するボンディングヘッド２と、ボンディングヘッド２に半導体チップ３を基板８に対して付勢させるように、ボンディングヘッド２を上方から押し下げる押下げ部材１１と、押下げ部材１１を上下方向に駆動させ得るモータ１７と、を有している。
【００１１】
ボンディングヘッド２は、ヘッド２の側部でその長手方向に沿って延びるガイド５により保持されている。ガイド５は、第１のポールネジ４に沿って上下駆動可能な保持部材８に取り付けられ、所定の範囲で上下に変位することができる。また、ガイド５は、保持部材８に対し、バネ６を介して連結されており、このバネ６は、ガイド５及びボンディングヘッド２を吊下げ支持しそれらの自重をキャンセルし得る。
【００１２】
更に、保持部材８には、ガイド５を係止して、ガイド５の変位、すなわちボンディングヘッド２の変位を規制し得るロックピン７が取り付けられている。このロックピン７を解除することで、ガイド５は、それにより保持されるボンディングヘッド２とともに、所定の範囲で上下に変位可能となるが、バネ６によって、これらガイド５及びボンディングヘッド２は、ロックピン解除前の位置に保持されることとなる。
【００１３】
また、押下げ部材１１は、その下面側に、ボンディングヘッド２の上面に押し付けられつつ、半導体チップ３に対するボンディング荷重を検出可能なロードセル１２を有している。また、押下げ部材１１は、その側部に設けられた保持部材９を介して、第２のポールネジ１３に取り付けられ、モータ１７の駆動力によって上下方向に駆動可能となっている。
【００１４】
ボンディングツール１０は、更に、ロードセル１２により検出されたボンディング荷重をあらわすアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４と、モータ１７を駆動制御するＣＰＵ１５と、ＣＰＵ１５からの出力信号を増幅してモータ１７へ出力するアンプ１６と、を有している。チップ３に対するボンディング荷重の印加に際して、ＣＰＵ１５には、ロードセル１２により検出されるボンディング荷重が逐次フィードバックされ、ＣＰＵ１５は、ボンディング荷重の増大に応じて、モータ１７へ出力する指令電圧を算出し、所定のボンディング荷重を取得するようにモータ１７を速度制御する。
【００１５】
次に、ＣＰＵ１５によるモータ速度制御について説明する。
チップ３の基材１８へのボンディング動作に先立ち、ボンディングヘッド２は、その先端側でチップ３を吸着保持した状態で、ステージ１上のボンディング位置まで移動させられてくる。この実施の形態では、ボンディングヘッド２を押し下げる押下げ部材１１が、ボンディングヘッド２と一体的に設けられておらず、このため、ボンディングヘッド２の自体の軽量化が実現され、ボンディング位置への高速移動が可能となっている。ボンディング位置への移動後、ロックピン７が解除されて、ボンディングヘッド２がバネ６を介して上下に変位可能とされる。そして、ＣＰＵ１５がアンプ１６を介してモータ１７へ電圧を供給するよう制御することにより、押下げ部材１１が下方へ駆動され、ボンディングヘッド２にボンディング荷重が加えられる。
【００１６】
押下げ部材１１の下方への駆動に際して、ロードセル１２が、ボンディングヘッド２の上面に押し付けられると、ロードセル１２によりボンディング荷重が連続的に検出され、このボンディング荷重をあらわすアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換器１４を通じてデジタル信号に変換された上で、ＣＰＵ１５へフィードバックされる。ＣＰＵ１５は、ロードセル１２からのボンディング荷重（フィードバック値）に基づき、モータ１７へ出力する指令電圧を算出し、所定のボンディング荷重を取得するようにモータ１７を速度制御する。このとき、モータへの指令電圧は、ＣＰＵ周期時間毎のロードセル１２からのフィードバック値を元に、次の式（１）を用いて算出される。
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【００１７】
これに関連して、図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、時間−モータに対する出力電圧（モータ出力電圧）の関係及び時間−フィードバック値の関係をあらわすグラフである。これらのグラフから明らかなように、ロードセル１２からのフィードバック値はモータ１７に対する出力電圧に連続的に反映され、フィードバック値が目標荷重に近付くよう増大するにつれ、モータ１７に対する出力電圧が漸次的に低減させられる。すなわち、目標荷重に近付くにつれ、モータ１７の速度は小さくなる。これにより、目標荷重付近で大きくなり得るチップ３への荷重衝撃は抑制される。
【００１８】
以上のように、本実施の形態に係るダイボンディング装置によれば、目標荷重を実現する直前までのモータ出力電圧を制御することができ、チップ３への荷重衝撃を抑制しチップ３の安全を確保しつつ、基材１８に対する良好なチップ３の搭載を実現することができる。
【００１９】
なお、上記のダイボンディング装置では、ボンディング開始時にモータ１７へ電圧を出力するに際して、チップ３と基材１８とが非接触状態にあっても構わない。これにより、チップ３と基材１８との接触を監視せずに、ボンディング動作を実施することができる。
【００２０】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。なお、以下では、上記実施の形態１における場合と同様のものについては同一の符号を付し、それ以上の説明を省略する。
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るダイボンディング装置により装備されたボンディングツールを概略的に示す側面図である。このボンディングツール２０は、上記実施の形態１における場合と同様の構成を有するもので、更に、この実施の形態２では、保持部材８に取り付けられ、ガイド５及びボンディングヘッド２を吊下げ支持するバネ６の伸び量を検出するリニアスケール２２と、リニアスケール２２により検出された位置をあらわすアナログ信号をデジタル信号に変換した上でＣＰＵ１５へ出力するＡ／Ｄ変換器２４とが設けられている。これらは、以下に述べるように、バネ６の弾性力（引上げ力）を補正するための構成である。
【００２１】
ロックピン７を解除した状態では、前述したように、ガイド５及びボンディングヘッド２は、所定の範囲で上下に変位可能となるが、バネ６によって、ロックピン解除前の位置に保持される。ボンディング開始後、ＣＰＵ１５では、ボンディングヘッド２が下方へ駆動されるに伴い、ロードセル１２からボンディング荷重のフィードバック値を受けるとともに、リニアスケール２２からバネ６の伸び量を受け、このバネ６の伸び量をモータ１７への出力電圧に加算することにより、バネ６の弾性力の影響をなくす。
【００２２】
より具体的には、リニアスケール２２により検出されるバネ６の伸び量とロードセル１２により検出されるボンディング荷重のフィードバック値との関係（図４参照）を、補正データとして、装置に組み込まれたメモリに予め格納しておき、ＣＰＵ周期毎にリニアスケール２２からのバネ６の伸び量を読み取り、モータ１７への出力電圧に加算する。
【００２３】
このように、ＣＰＵ１５では、リニアスケール２２からフィードバックされるバネ６の伸び量の増大、すなわちバネ６の弾性力の増大に応じて、ボンディングヘッド２のボンディング荷重にバネ６の弾性力が影響しないように、モータ１７への出力電圧が算出されるので、バネ６の弾性力の増大によるボンディング荷重の誤差が補正され、バネ６の弾性力の影響がなくなり、チップ３へのボンディング荷重が一層厳密に制御されることとなる。その結果、チップ３への荷重衝撃を抑制しチップ３の安全を確保しつつ、基材１８に対する良好なチップ３の搭載を実現することができる。
【００２４】
前述したリニアスケール２２は、バネ６の伸び量を検出するのみならず、チップ３と基材１８との接触を検知する手段としても適用可能である。この場合には、両者の接触開始からボンディング荷重が加えられる間に、チップ３の沈込み量の監視が可能であり、このチップ３の沈込み量に基づき、製品の良否判定を実行することができる。
【００２５】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本願の第１の発明によれば、ロードセルによって現在のボンディング荷重を把握し、その目標荷重への到達度に基づきモータへの出力電圧を算出し出力を行なうので、目標荷重への到達までの制御が可能となり、これにより、チップへの荷重衝撃を抑制しチップの安全を確保することができる。
【００２７】
また、本願の第２の発明によれば、バネの弾性力の増大に伴うボンディング荷重の誤差を補正することができ、チップに対して正確なボンディング荷重を加えることが可能となる。
【００２８】
更に、本願の第３の発明によれば、ロードセルによって現在のボンディング荷重を把握し、その目標荷重への到達度に基づきモータへの出力電圧を算出し出力を行なうので、目標荷重への到達までの制御が可能となり、これにより、チップへの荷重衝撃を抑制しチップの安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るダイボンディング装置により装備されたボンディングツールを概略的に示す側面図である。
【図２】（ａ）時間−モータ出力電圧の関係をあらわすグラフである。
（ｂ）時間−フィードバック値の関係をあらわすグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るダイボンディング装置により装備されたボンディングツールを概略的に示す側面図である。
【図４】バネ伸び量−ボンディング荷重のフィードバック値の関係をあらわすグラフである。
【符号の説明】
２  ボンディングヘッド，３  チップ，６  バネ，１０，２０  ボンディングツール，１１  押下げ部材，１２  ロードセル，１５  ＣＰＵ，１７  モータ，１８  基材，２２  リニアスケール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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