(57)【要約】【課題】  適用用途が限定されず、汎用性が高く、熱膨張前後における基準となる部材相互間の間隔を一定に保つことができる熱膨張抑制支持構造体を提供する。【解決手段】  熱膨張率が異なる少なくとも二つの部材からなり、基準点５に対して対象物３を一定位置に支持する熱膨張抑制支持構造体であって、基準点５と対象物３上の１点６とを同一部材からなる複数の棒状体１を用いて少なくとも二系統に連結し、一の系統の棒状体１相互の連結部と他の系統の棒状体１相互の連結部とを連結棒状体２で連結し、この連結棒状体２を他の棒状体１よりも熱膨張率の大きい部材で形成し、雰囲気温度変化の前後おける基準点５と対象物３上の１点６との間隔が等しく保たれるように熱膨張率の大きい連結棒状体２の長さを選定する。【選択図】図１
2005260190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張率が異なる少なくとも二つの部材からなり、基準点に対して対象物を一定位置に支持する熱膨張抑制支持構造体であって、前記基準点と対象物上の１点とを同一部材からなる複数の棒状体を用いて少なくとも２系統に連結し、一の系統の棒状体相互の連結部と他の系統の棒状体相互の連結部とを連結棒状体で連結し、この連結棒状体を他の棒状体よりも熱膨張率の大きい部材で形成し、雰囲気温度変化の前後における前記基準点と対象物上の１点との間隔が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする熱膨張抑制支持構造体。
【請求項２】
前記基準点と対象物上の１点とを連結する２系統の棒状体数をそれぞれ２とし、各系統における前記基準点に連結される棒状体の長さが等しく、かつ各棒状体総和の長さが等しい２系統を用いて前記基準点と対象物上の１点とを四角形構造体で連結し、この四角形構造体における前記棒状体同士の連結部相互を連結する連結棒状体を、前記四角形を形成する棒状体よりも熱膨張率の大きい部材で形成し、雰囲気温度変化の前後における前記基準点と対象物上の１点との間隔が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする請求項１に記載の熱膨張抑制支持構造体。
【請求項３】
前記基準点に接続された２本の棒状体をなくし、前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さ方向の中央部を直接前記基準点に固定したことを特徴とする請求項２に記載の熱膨張抑制支持構造体。
【請求項４】
熱膨張率が異なる少なくとも二つの部材からなり、基準面に対して対象物を一定位置に支持する熱膨張抑制支持構造体であって、前記基準面に近接して平行に配置され長さ方向の中央部で前記基準面上の１点に固定された熱膨張率の大きい部材からなる連結棒状体と、この棒状体の二つの端部と前記対象物上の１点とをそれぞれ連結する熱膨張率の小さい棒状体とで三角形構造体を形成し、雰囲気温度変化の前後における前記三角形構造体における三角形の高さが等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする熱膨張抑制支持構造体。
【請求項５】
前記三角形構造体の底辺を形成する熱膨張率の大きい連結棒状体と前記基準面上の１点との固定を解除し、前記熱膨張率の大きい連結棒状体を線対称として該熱膨張率の大きい連結棒状体を共通の底辺とする前記三角形構造体と同様の構造体を同様の構成部材で形成し、形成した三角形構造体の頂点を前記基準面上の１点に固定して前記熱膨張率の大きい棒状体を対角線とする四角形構造体で前記基準面上の１点と対象物上の１点とを連結し、雰囲気温度変化の前後における前記四角形構造体における前記熱膨張率が大きい連結棒状体と直交する対角線が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい棒状体の長さを選定したことを特徴とする請求項４に記載の熱膨張抑制支持構造体。
【請求項６】
請求項４に記載の三角形構造体と、請求項５に記載の四角形構造体のそれぞれ少なくとも１個を前記熱膨張率の小さい棒状体相互の連結部及び／又は前記三角形構造体の熱膨張率の大きい連結棒状体の中央部とで直線状に連結し、この連結体の両端部をそれぞれ前記基準面上の１点及び対象物上の１点に連結し、雰囲気温度変化の前後における前記連結体の長さが等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする熱膨張抑制支持構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気温度が変化する環境下であっても、熱膨張又は熱収縮を吸収して部材相互の間隔を一定に保ち半導体装置の高精度確認、高精度搭載及び高精度接合を実現することができる熱膨張抑制支持構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
年々、電子回路の細密化及び部品の高密度実装化が進み、ワイヤボンダにおいては数μｍの精度が必要となっている。ワイヤボンダはリードフレーム又は回路基板上に予め搭載された半導体チップと前記リードフレーム又は回路基板とを、例えば金線の熱圧着超音波接合等により配線を行う装置である。一方、ダイボンダはリードフレーム又は回路基板上に半導体チップを搭載する装置である。
【０００３】
ワイヤボンダ及びダイボンダは、共にＣＣＤカメラ、レンズ及び保持部品等からなる認識部によって接合又は搭載対象の位置を認識し、水平２方向に移送可能なテーブル上に搭載された鉛直方向に駆動するツール部によって上記各機能を発揮するものである。
【０００４】
このような装置においては、ツール部を移送するテーブルの位置決め性能の向上が図られている。すなわちワイヤボンダにおいては、位置決め計測手段としてリニアスケール等が用いられていることが多く、位置決め計測位置はテーブル中央にある。ダイボンダにおいては駆動手段にエンコーダ付のサーボモータが使用されていることが多い。ワイヤボンダ及びダイボンダは、共にテーブル位置決め計測位置とツール部の作業位置との間にはツールを保持する構成部材等に起因して避けられない隔たりがある。従って、テーブル位置決め計測手段では、ツールを保持する構成部材等の温度変化による熱伸びを認識することができない。認識部においても同様のことがいえ、ワイヤボンダ及びダイボンダにおいては、接合又は搭載時にリードフレーム及び回路基板等の加熱を要する場合、加熱手段であるヒータにより環境温度の変化以上に熱膨張の影響を受けやすくなる。
【０００５】
このような温度変化による熱膨張は、認識手段を有する他の装置、作業位置が基準位置から離れている装置並びに距離を一定に保ちたい治具及び構造物等において大きな問題となっている。
【０００６】
しかしながら、従来は、支持構造体として熱膨張しにくい材料を用いるか、熱膨張を考慮して調整することで対応するか、又は対象となる部分を冷却もしくは加熱して温度を一定に保つことによって対応していた。このため、低熱膨張材料の使用により材料費が高額になるか、又は冷却機構もしくは調整機構が必要となって十分な精度が確保できないという問題点があった。
【０００７】
一方、熱膨張の問題に対し、例えば熱膨張率の異なる２種類の部材で温度変化による同一方向の熱膨張量が等しくなるようにそれぞれの部材の熱膨張率に応じて長さを設計し、２種類の部材を折返してそれぞれ逆方向に配置することで一方の部材の熱伸び量をもう一方の部材の熱伸び量でキャンセルし、両部材が結合している折返し端とは別の２端間の寸法が一定となるように構成した光学部品の保持構造体が知られている（特許文献１の第１図、特許文献２の第２図、特許文献３の第１図及び特許文献４の第１図）。
【０００８】
【特許文献１】実開平０３−００２３１２号公報
【特許文献２】特開昭５９−０１５２０４号公報
【特許文献３】実開平６４−０３８６０９号公報
【特許文献４】特開２００３−３２２７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技技術では、折返し分に相当する長さだけ部材が突出するために部品が大きくなる。従って、保持用途が限定的であり、保持される部品を特定しない一般的な保持構造部品に対する汎用性が低いという問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、適用用途が限定されず、汎用性が高く、熱膨張前後における基準となる部材相互間の間隔を一定に保つことができる熱膨張抑制支持構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願第１発明に係る熱膨張抑制支持構造体は、熱膨張率が異なる少なくとも二つの部材からなり、基準点に対して対象物を一定位置に支持する熱膨張抑制支持構造体であって、前記基準点と対象物上の１点とを同一部材からなる複数の棒状体を用いて少なくとも２系統に連結し、一の系統の棒状体相互の連結部と他の系統の棒状体相互の連結部とを連結棒状体で連結し、この連結棒状体を他の棒状体よりも熱膨張率の大きい部材で形成し、雰囲気温度変化の前後における前記基準点と対象物上の１点との間隔が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする。
【００１２】
この熱膨張抑制支持構造体において、基準点と対象物上の１点とを連結する２系統の棒状体数をそれぞれ２とし、各系統における前記基準点に連結される棒状体の長さが等しく、かつ各棒状体総和の長さが等しい２系統を用いて前記基準点と対象物上の１点とを四角形構造体で連結し、該四角形構造体における前記棒状体同士の連結部相互を連結する連結棒状体を、前記四角形を形成する棒状体よりも熱膨張率の大きい部材で形成し、雰囲気温度変化の前後における前記基準点と対象物上の１点との間隔が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定することが好ましい。
【００１３】
また、この熱膨張抑制支持構造体において、前記基準点に接続された２本の棒状体をなくし、前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さ方向の中央部を直接前記基準点に固定することもできる。
【００１４】
本願第２発明に係る熱膨張抑制支持構造体は、熱膨張率が異なる少なくとも二つの部材からなり、基準面に対して対象物を一定位置に支持する熱膨張抑制支持構造体であって、前記基準面に近接して平行に配置され長さ方向の中央部で前記基準面上の１点に固定された熱膨張率の大きい部材からなる連結棒状体と、この連結棒状体の二つの端部と前記対象物上の１点とをそれぞれ連結する熱膨張率の小さい棒状体とで三角形構造体を形成し、雰囲気温度変化の前後における前記三角形構造体における三角形の高さが等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定したことを特徴とする。
【００１５】
この熱膨張抑制支持構造体において、前記三角形構造体の底辺を形成する熱膨張率の大きい連結棒状体と前記基準面上の１点との固定を解除し、前記熱膨張率の大きい連結棒状体を線対称として該熱膨張率の大きい棒状体を共通の底辺とする前記三角形構造体と同様の構造体を同様の構成部材で形成し、形成した三角形構造体の頂点を前記基準面上の１点に固定して前記熱膨張率の大きい連結棒状体を対角線とする四角形構造体で前記基準面上の１点と対象物上の１点とを連結し、雰囲気温度変化の前後における前記四角形構造体における前記熱膨張率が大きい連結棒状体と直交する対角線が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定することができる。
【００１６】
また、この熱膨張抑制支持構造体において、上記三角形構造体と四角形構造体のそれぞれ少なくとも１個を前記熱膨張率の小さい棒状体相互の連結部及び／又は前記三角形構造体の熱膨張率の大きい連結棒状体の中央部とで直線状に連結し、この連結体の両端部をそれぞれ前記基準面上の１点及び対象物上の１点に連結し、雰囲気温度変化の前後における前記連結体の長さが等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体の長さを選定しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本願の第１発明に係る熱膨張抑制支持構造体によれば、雰囲気温度が変動しても基準点と対象物上の１点との間隔を一定に保つことができるので、半導体装置における認識位置、搭載位置及び接合位置等のズレを抑制し、高精度な搭載又は接合が可能となる。
また、基準点と対象物上の１点とを四角形構造体で連結しても上記と同様、雰囲気温度が変動しても基準点と対象物上の１点との間隔をほぼ一定に維持することができる。更に、支持構造体の形状を三角形としても上記と同様の効果が得られる。
【００１８】
本願の第２発明に係る熱膨張抑制支持構造体によれば、三角形構造体の底辺を形成する連結棒状体がこの三角形構造体の高さ方向の熱伸びを抑制するので、雰囲気温度が変動しても基準点と対象物上の１点との間隔を一定に維持することができる。また、支持構造体の形状を四角形としても熱膨張率が大きい連結棒状体が熱膨張による伸びを抑制するので、雰囲気温度が変動しても基準点と対象物上の１点との間隔を一定に保持することができる。更に、三角形構造体と四角形構造体とのそれぞれ一つ又は複数を連結して支持構造体とすることができ、これによっても基準点と対象物上の１点との間隔を一定に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る熱膨張抑制支持構造体を示す図である。
【００２０】
基準面４及び対象物であるカメラ３はヒーターステージ７上に設けられている。基準面４上の基準点である固定箇所５（以下、単に基準点５という）と対象物であるカメラ３上のカメラ取付個所６とが四角形構造体で連結されている。四角形構造体は、４本の線熱膨張係数(以下、単に熱膨張率という)αの棒状体１と、この４本の棒状体１で構成される四角形の図中上下方向の対角線を形成する熱膨張率βの連結棒状体２で構成されている。そして、連結棒状体２の熱膨張率βは、棒状体１の熱膨張率αよりも大きくなっている。また、雰囲気温度変化の前後における基準点５とカメラ取付個所６との間隔が等しく保たれるように前記熱膨張率の大きい連結棒状体２の長さが以下のようにして選定される。なお、雰囲気温度変化の前後における基準点５とカメラ取付個所６との間隔が等しいとは、厳密に等しいのではなく、略等しくて実質的に等しいものであればよい。
【００２１】
すなわち、上記四角形構造体において、常温における熱膨張率αの棒状体１の長さをｃ、熱膨張率βの連結棒状体２の長さをｂ、基準点５からカメラ取付個所６までの距離をａ０とし(図２参照)、雰囲気温度をＴ℃上昇させると、棒状体１の長さはｃ（１＋αＴ）、連結棒状体２の長さはｂ（１＋βＴ）となる(図３参照)。
【００２２】
この場合、連結棒状体２は棒状体１よりも熱膨張率が大きいので、棒状体１は連結棒状体２の熱膨張により変形され、連結棒状体２を底辺としカメラ取付個所６及び基準点５を頂点とする２つの二等辺三角形は前記底辺の伸びにより頂点が底辺側へ引っ張られるように付勢される。このような雰囲気温度の上昇に伴って上記二等辺三角形の高さを低減しようとする作用力を利用することにより、Ｔ℃の温度上昇後の基準点５からカメラ取付位置６までの距離をａとしたとき(図３)、ａ＝ａ０となるような連結棒状体２の長さｂを選定することができる。
【００２３】
すなわち、図２及び図３より夫々下記数式１及び数式２が導出される。
【００２４】
【数１】
2005260190.tif 000003
【００２５】
【数２】
2005260190.tif 000004
【００２６】
上記数式１より、下記数式３が導かれる。
【００２７】
【数３】
2005260190.tif 000005
【００２８】
上記数式３を上記数式２に代入し、ａ０＝ａとすると下記数式４が得られる。
以上より解は下記数式５又は数式６のようになる。
【００２９】
【数４】
2005260190.tif 000006
【００３０】
【数５】
2005260190.tif 000007
【００３１】
【数６】
2005260190.tif 000008
【００３２】
上記数式６より下記数式７が導かれる。
【００３３】
【数７】
2005260190.tif 000009
【００３４】
以上より、ｂを求め、図１の四角形構造体における連結棒状体２の長さを決定すれば、温度変化の前後において基準点５とカメラ取付個所６との間隔が変らない（ａ＝ａ０)支持構造体となる。
【００３５】
本実施形態によれば、長さの等しい４本の棒状体１で四角形構造体を構成し、この四角形構造体で基準点５とカメラ取付個所６とを連結するとともに、棒状体１相互の連結部を連結棒状体２で連結し、この連結棒状体２の熱膨張率βを棒状体１の熱膨張率αよりも大きくしたことにより、雰囲気温度の変化により基準点５とカメラ取付個所６との間隔を変化させる方向に作用する力を連結棒状体２の長さを変化させる作用力によって打ち消すことができるので、基準点５とカメラ取付個所６との間隔は雰囲気温度の変化の前後において一定に保たれる。これによって、間隔ａ(図２)のズレを抑制すことができる。
【００３６】
なお、本実施形態において、４本の棒状体１の長さが等しくなくても基準点５とカメラ取付個所６との間隔のズレは生じるが、上記と同様の方法で長さが変らないａを有する支持構造体を設計することは可能である。
【００３７】
次に、具体的数値を用いて本実施形態の効果を検証する。
【００３８】
雰囲気温度変化前の基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａ０を０．１ｍ、温度変化前後における温度差ΔＴを１００℃、棒状体１の熱膨張率αを９．９×１０−６／℃（ＳＵＳ４１０）、連結棒状体２の熱膨張率βを２３．８×１０−６／℃（Ａ５０５２）とすると、上記数式６により、ｂ＝０．０８４３ｍが求まる。
【００３９】
従って、上記条件の時、連結棒状体２の長さｂを０．０８４３ｍとすることにより、温度変化前後における基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａを一定に保持することができる。なお、このとき棒状体２の長さｂと基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａ０に基づいて棒状体１の長さｃが一義的に求まる。
【００４０】
次に、上記条件において、連結棒状体２の長さｂを０．０８４３ｍと選定した場合の温度変化後の基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａを求め、連結棒状体２の長さｂを０．０８４３ｍとしたことの効果について検討する。
【００４１】
数式２より、温度変化後の基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａは次式で表される。
【００４２】
【数８】
2005260190.tif 000010
【００４３】
従って、式７に棒状体１の熱膨張率α＝９．９×１０−６／℃、連結棒状体２の熱膨張率β＝２３．８×１０−６／℃、温度変化幅ΔＴ＝１００℃、棒状体１の長さｃ、連結棒状体２の長さｂ＝０．０８４３ｍをそれぞれ代入してａを求めると、
ａ＝０．１０００００１０２ｍとなり、温度変化前後の基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａのズレ量（ａ−ａ０）は約０．１μｍとなる。これによって本実施形態の熱膨張抑制支持構造体によれば、雰囲気温度変化の前後における基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａがほぼ等しく保たれることが分かる。なお、上記ズレ量は連結棒状体２の長さｂの値を設計可能な数値に丸めたことによる誤差であると考えられる。
【００４４】
次に、本実施形態における温度変化前後の熱伸び抑制効率を求めると以下のようになる。
【００４５】
すなわち、上記数式３に温度変化前の棒状体１の長さｃ、連結棒状体２の長さｂ＝０．０８４３ｍをそれぞれ代入して温度変化前の基準点５とカメラ取付個所６との間隔ａ０を求め、次いで同一熱膨張率の同一部材で棒状体１と連結棒状体２を形成して温度変化に対して熱伸び抑制手段を全く講じなかった場合を想定し、数式７に棒状体１の熱膨張率α及び連結棒状体２の熱膨張率βとしてそれぞれ９．９×１０−６／℃、温度変化幅ΔＴ＝１００℃、棒状体１の長さｃ、棒状体２の長さｂ＝０．０８４３ｍをそれぞれ代入して温度変化後のａを求め、温度変化前の間隔ａ０と温度変化後の間隔ａとの差（ａ−ａ０）の絶対値を求めたところ、
ａ−ａ０＝０．１×１００×９．９×１０−６（ｍ）＝９９（μｍ）であった。
【００４６】
従って、本発明を採用することによる熱伸び抑制効率ηは、
η＝〔（９９−０．１）／９９〕×１００＝９９.８９となり、熱伸び抑制効果は約９９．９％であることが分かった。以上より、本実施形態によれば、温度変化によるカメラ位置のズレはほぼ確実に抑制されることになる。
【００４７】
本実施形態において、基準点と対象物上の１点を連結する棒状体の系統は２系統の他、４系統又は２の整数倍の系統とすることが好ましい。
【００４８】
本実施形態において、保持対象物としてカメラを用いたが、半導体装置等の搭載又は接合を行う別のツール部を保持対象とすることもできる。
【００４９】
次に、本願発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。本実施形態の支持構造体が図１のものと異なるところは、棒状体１と連結棒状体２との連結部、棒状体１と基準点５との連結部及び棒状体１とカメラ取付位置６との連結部に夫々取付部８を設けた点である。
【００５０】
本実施形態においても、上記実施形態と同様、温度変化の前後における熱膨張を抑制する効果が得られる。
【００５１】
次に、本願発明に係る第３実施形態について図５を参照して説明する。この実施形態が図１と異なるところは、図１の基準点５に接続された２本の棒状体１をなくし、熱膨張率の大きい連結棒状体２の熱膨張を拘束しないように、この連結棒状体２の長さ方向の中央部を直接基準点５に固定して三角形構造体を形成した点である。なお、連結棒状体２の長さ方向の中央部は略中央部を含み、実質的に中央であればよい。
【００５２】
本実施形態によれば、温度変化前後における三角形構造体における高さ方向の熱伸び差が連結棒状体２の熱膨張によって吸収されるので、他の実施形態と同様、熱膨張を抑制して温度変化前後における基準点５とカメラ取付個所６との間隔を一定に保つことができる。
【００５３】
本実施形態において、上記実施形態と同様、カメラ取付個所６と棒状体１との連結部、基準点５と連結棒状体２との連結部及び棒状体１と連結棒状体２との連結部にそれぞれ取付部を設けることができ、このようにしても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
熱膨張率が異なる少なくとも二つ以上の部材からなり、熱膨張率の小さい部材の熱伸び量を熱膨張率が大きい別の部材で吸収し、全体として熱膨張の影響をほぼなくして雰囲気温度変化の前後にわたる基準点と対象物との間隔を一定に保つことができる本発明の熱膨張抑制支持構造体は、例えば半導体装置の高精度認識、高精度搭載及び高精度接合等の分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態である熱膨張抑制支持構造体を示す図である。
【図２】第１実施形態における温度変化前の状態を示す図である。
【図３】第１実施形態における温度変化後の状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態である熱膨張抑制支持構造体を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態である熱膨張抑制支持構造体を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：棒状体
２：連結棒状体
３：カメラ
４：基準面
５：固定個所（基準点）
６：カメラ取付個所
７：ヒーターステージ
８：取付部
【図１】
2005260190.tif 000011
【図２】
2005260190.tif 000012
【図３】
2005260190.tif 000013
【図４】
2005260190.tif 000014
【図５】
2005260190.tif 000015