(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動してワークに対し加圧を伴う作業を行う作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴とする作業ヘッドユニット。
【請求項２】
ストッパは、リテーナに設けられた側方への張り出し部と当接し合う請求項１に記載の作業ヘッドユニット。
【請求項３】
張り出し部はリテーナの一部を折り曲げて形成されている請求項２に記載の作業ヘッドユニット。
【請求項４】
張り出し部はリテーナの上端にあり、ストッパは作業ヘッドの上面にある請求項２、３のいずれか１項に記載の作業ヘッドユニット。
【請求項５】
ストッパは緩衝体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業ヘッドユニット。
【請求項６】
ワークを受載してレベリング作業に供する作業ステージと、支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動時に作業ステージ上のワークに形成されているバンプを加圧し所定の高さにレベリングする作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴とするレベラー。
【請求項７】
ワークを受載してバンプのボンディングに供するボンディングステージと、ボンディング上のワークにバンプのボンディングを行うボンディングヘッドと、ボンディングヘッドをボンディング作業位置と非作業位置とに移動させる移動手段と、支持体に支持されてワークを受載してレベリング作業に供する作業ステージと、ボンディングステージ上でバンプが形成されたワークを作業ステージ上に移載するワーク取り扱い手段と、支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動時に作業ステージ上のワークに形成されているバンプを加圧し所定の高さにレベリングする作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴とするボンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業ヘッドユニットとこれを用いたレベラー、ボンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路を持った半導体素子、いわゆるＩＣチップは、電子部品の微小化、回路基板の小型化、集積密度、回路基板への実装密度が高まるなか、回路基板への装着面に電極を集めこれを回路基板の対応する電極や導体ランドに対向させて電気接続するのと同時に半田や接着剤などで一体に結合し、実装するいわゆる面実装が多用されるようになっている。
【０００３】
この面実装のためにフリップチップとした半導体素子の各電極の上に金属バンプを形成し、回路基板の電極や導体ランドとの電気的接続を図るのと同時に、接着、半田接合、金属バンプと回路基板の電極や導体ランドとの摩擦による金属接合などにより実装状態にすることは既に知られている。本出願人はこの金属バンプを形成する方法として金属ワイヤを用いたバンプボンディング法を先に提供し実用している。
【０００４】
この方法は、図９を参照して説明すると、半導体素子ｂをワークとし、図９（ａ）に示すようにキャピラリｋに通した金属ワイヤｌの先端にトーチｍからの放電により金属ボールｎを形成して、これをキャピラリｋにより超音波振動を与えながら図９（ｂ）に示すように半導体素子ｂの電極ｐに押し付けて、ボンディングステージｑ側からの加熱なども伴い金属間の摩擦接合を行った後、図９（ｃ）に示すように接合後の金属ボールｎから後続の金属ワイヤｌを引きちぎって金属バンプｒを電極ｐ上に形成する。後続の金属ワイヤｌは前記引きちぎりに代わってキャピラリｋにより下向きに折り返して接合後の金属ボールｎに押し付け押し切るようにもされる。
【０００５】
金属バンプｒの頂部ｓは金属ワイヤｌを引きちぎり、あるいは折り返し部を持って押し切ったもので、半導体素子ｂの電極ｐからの高さｈが一定しない。金属バンプｒの高さにバラツキがあると、面実装するための半田ペーストや接着剤ペーストの盛り量が変動したり、半導体素子ｂとそれを実装した回路基板との間の隙間に過不足が生じて封止剤が入らなかったり、入った封止剤の量が不足したりし、実装不良を招くことがある。
【０００６】
そこで、図１０に示すように、金属バンプｒを形成した半導体素子ｂをレベリングステージｔ上に置き、上方から下動させた加圧体ｕによりレベリングステージｔとの間で加圧し、金属バンプｒを所定の高Ｈに矯正することが行われている。
【０００７】
これを行うのに本出願人は、図１１に模式的に示すようなレベラーを採用している。これについて説明すると、レベリングステージｔ上の半導体素子ｂに形成された金属バンプｒを、支持体ｄに上下動できるように支持されたレベリングヘッドｅの下動により加圧し、この加圧状態での荷重をレベリングヘッドｅと加圧体ｆとの間に設けたロードセルｇにより検出し、検出される荷重値により前記加圧状態をフィードバック制御して、金属バンプｒを所定のバンプ高さに矯正する。原理的にはこれによって半導体素子ｂの厚みＸ（図１０）にバラツキがあってもこれの影響なしにバンプ高さを矯正できる。
【０００８】
このときの加圧には金属バンプｒの数に応じた加圧力が必要であり、通常５Ｋｇ／ｃｍ2〜１０Ｋｇ／ｃｍ2程度であるが、例えば５０バンプ程度に対しては５０Ｋｇ／ｃｍ2程度の加圧力が必要である。バンプ数が少なくバンプ高さを矯正するのに必要な加圧力が小さくなるほど、支持体ｄとレベリングヘッドｅとの摺動を案内するガイド部ｗでの摩擦力などによる摺動抵抗の影響が大きくなり、ロードセルｇで検出する荷重と加圧体ｆから金属バンプｒに実際に加わる荷重との差が大きくなるが、前記摺動抵抗を正確に見積もることも制御することもできないので、バンプ高さを必要な精度で矯正することができないことがある。
【０００９】
金属バンプｒの所定高さは通常５０μｍ前後に設定されるが、レベリング精度に±２μｍ程度以上のバラツキがときとして生じ、問題になる。
【００１０】
そこで、本出願人は前記ガイド部ｗに抵抗が少なく高精度な案内機能を発揮する転がりタイプの直進ガイドａを採用することにより上記のような問題を解消した。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の直進ガイドａを採用したレベラーでも、ときとして、バンプ高さの矯正性能が低下するし、これが繰り返し生じる。本発明者等はこの問題につき種種に実験をし検討を重ねたところ、ガイド部ｗに採用した転がりタイプの直進ガイドに問題のあることが判明した。直進ガイドａの転がり体を保持するリテーナｊは、レベリングヘッドｅが上下動されるときにレベリングヘッドｅと支持体ｄとの間で転がり体がレベリングヘッドｅの移動量の１／２移動するのに従い移動する。これによりレベリングヘッドｅの上下動に伴いリテーナｊも上下動するが、リテーナｊは支持体ｄとレベリングヘッドｅとの間の所定の範囲内から外れない筈である。
【００１２】
ところが、直進ガイドａを縦向きに用いることから、リテーナｊおよびそれが保持する転がり体のブロックは、重力により支持体ｄの固定側レール面ａ１およびレベリングヘッドｅの可動側レール面ａ２との間でリテーナｊに保持された転がり体が滑りをなして徐々に下動していき、リテーナｊおよびそれが保持している転がり体が支持体ｄおよびレベリングヘッドｅ間の必要案内領域から外れて案内性能が不足することによりレベリング精度を低下させたり、下動したリテーナｊがレベリングヘッドｅの下動に伴いさらに下動して固定側レール面ａ１の下端に設けられるストッパ片ｖなど他に当接し、レベリングヘッドｅの下動に伴う１／２の下動を阻止されてレベリングヘッドｅの可動側レール面ａ２とリテーナｊが保持する転がり体との間で強制的な滑りが生じ、これがレベリング作業を行っているレベリングヘッドｅに下動抵抗を及ぼしてレベリング精度を低下させたりする。
【００１３】
このようなことは、バンプの高さを矯正する作業にかかわらず、下動する作業ヘッドにより加圧を伴い精密な作業を行うあらゆる場合に共通しており、そのような例としては半導体素子の電極に金属ワイヤを押し付けて摩擦接合させるワイヤボンディングやバンプボンディングを行う場合、電子部品を押圧を伴って回路基板上に接着や金属どうしの摩擦接合などにより仮装着または実装する場合などがある。
【００１４】
本発明の目的は、直進ガイドにおけるリテーナの下動による問題がなく高精度な作業が安定して達成できる作業ヘッドユニット、およびこれを用いたレベラー、ボンダを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の作業ヘッドユニットは、支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動してワークに対し加圧を伴う作業を行う作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴としている。
【００１６】
このような構成では、作業ヘッドは支持体との間で転がりタイプの直進ガイドにより抵抗の少ない高精度な案内を受けた下動にて、ワーク上のバンプの高さ矯正、ワイヤやバンプのボンディング、電子部品の回路基板などへの仮装着や実装といった加圧を伴う各種の作業を高精度に達成することができ、これらの作業の繰り返しに際して直進ガイドのリテーナが作業ヘッドに対し徐々に下動していっても、それが下限高さにまで達したとき、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してリテーナはストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられ、以降作業ヘッドが下動および上動を繰り返すのに伴い、前記持ち上げ位置から作業ヘッドの下動と上動に１／２の移動量で追従し、下限高さになったとき持ち上げられることを繰り返すので、リテーナが保持している転がり体が作業ヘッドと支持体との間の必要案内領域から外れることはない。
【００１７】
同時に、リテーナは下限高さを越えて固定側レール面下端のストッパなど他と当接してそれ以上の下動を阻止されるような事態が回避でき、リテーナの下動阻止により転がり体と作業ヘッドの可動側レール面との間に滑りが生じて作業ヘッドの下動に抵抗を及ぼすことはないし、作業ヘッドがリテーナを持ち上げるとき、転がり体と支持体の固定側レール面との間で強制的な滑りが生じて作業ヘッドに上動抵抗を与えるが、作業ヘッドの上動は非作業状態であって、作業に影響がない。
【００１８】
これらによって、作業ヘッドによる高精度な作業が長期に安定して保証される。
【００１９】
本発明のレベラーは、ワークを受載してレベリング作業に供する作業ステージと、支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動時に作業ステージ上のワークに形成されているバンプを加圧し所定の高さに矯正するレベリングを行う作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが作業ヘッドに対する下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴としている。
【００２０】
このような構成では、作業ヘッドは、上記作業ヘッドユニットの場合同様に、直進ガイドによる支持体との間の抵抗の少ない高精度な案内機能を受けて、下動により作業ステージ上のワークに形成されているバンプを加圧し所定の高さにレベリングするのに、案内機能の変動により作業ヘッドの下動抵抗が大きくなることはなく、バンプ高さを矯正する加圧力が小さく設定される場合でも作業ヘッドの下動抵抗の影響を小さな範囲に抑えられるので、必要な加圧力の大小にかかわりなくバンプを設定通りの加圧力で加圧しバラツキのない高精度な高さ矯正ができる。
【００２１】
本発明のボンダは、ワークを受載してバンプのボンディングに供するボンディングステージと、ボンディング上のワークにバンプのボンディングを行うボンディングヘッドと、ボンディングヘッドをボンディング作業位置と非作業位置とに移動させる移動手段と、支持体に支持されてワークを受載してレベリング作業に供する作業ステージと、ボンディングステージ上でバンプが形成されたワークを作業ステージ上に移載するワーク取り扱い手段と、支持体に転がりタイプの直進ガイドを介し上下動できるように支持され下動時に作業ステージ上のワークに形成されているバンプを加圧し所定の高さにレベリングする作業ヘッドと、作業ヘッドを支持体に対し上下動させる上下駆動手段とを備え、直進ガイドの転がり体を保持しているリテーナが作業ヘッドに対する下限高さとなったとき、そのリテーナと当接し合うストッパを上下動する作業ヘッドに設け、作業ヘッドの下動にて、リテーナが徐々に下動し、作業ヘッドのストッパに当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナがストッパに当接した後の作業ヘッドの上動に際してストッパを介し作業ヘッドにより持ち上げられることを特徴としている。
【００２２】
このような構成では、ボンディングステージに受載されるワークに対し、ボンディングヘッドが働いてバンプボンディングを行うことによりバンプが形成され、ボンディングステージ上でバンプを形成されたワークはワーク取り扱い手段によって作業ステージ上に移載され、作業ステージ上に移載されたバンプ形成後のワークに対し、作業ヘッドが働いてワークに形成されているバンプの高さを上記レベラーの場合同様所定高さにバラツキなく高精度に矯正することができる。
【００２３】
上記各発明において、ストッパは、リテーナに設けられた側方への張り出し部と当接し合うものにすると、通常形状をした作業ヘッドまわりの前記張り出し部と作業ヘッドの上下動方向で対向し合う部分に設けるだけで足り、張り出し部はリテーナの一部を折り曲げて特別な部材なしに形成されてもよいし、別部材で形成されてもよい。別部材では耐久性のよい材料を選択したり、摩耗や損傷したときは交換したりできる利点がある。張り出し部がリテーナの上端にあると、ストッパは作業ヘッドの上面に設けて上方に位置するリテーナの張り出し部に対向させればよく構成が簡単になるし、ストッパを緩衝体で形成することにより、それが張り出し部と当接したりリテーナを持ち上げるときの衝撃や振動を吸収し、張り出し部やリテーナが損傷したり直進ガイドの案内機能が低下するようなことを防止することができるし、この際に、作業ヘッドの上面が緩衝体としたストッパをバックアップするので、特別なバックアップ部材が不要になる利点がある。
【００２４】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、可能な限りそれ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る作業ヘッドユニット、およびこれを用いたレベラー、ボンダにつき、図１〜図８を参照してその実施例とともに詳細に説明し、本発明の理解に供する。
【００２６】
本実施の形態は、集積回路を持った図１に示すような半導体素子１を作業対象であるワークとして、その一面にある電極２上に従来のバンプボンディング法により形成された金や白金などからなる金属バンプ３の高さを作業ヘッド４によって加圧し所定の高さに矯正するレベリングを行うレベラーを持ったボンダの場合の一例である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、作業ヘッド４が下動してワイヤやバンプのボンディングを行うボンダ、あるいは電子部品を回路基板に仮装着したり実装状態に本装着したりするような、加圧を伴う作業を行う各種の作業機に適用して有効である。
【００２７】
本実施の形態に係る図１〜図４に示す作業ヘッドユニットＡは、支持体５に転がりタイプの直進ガイド６を介し上下動できるように支持され下動して作業ステージ７上の半導体素子１に対しレベリング作業を行う作業ヘッド４と、この作業ヘッド４を支持体５に対し上下動させる上下動駆動手段８とを備え、作業ヘッド４が上下動駆動手段８により下動されて金属バンプ３を加圧したときの荷重をロードセル９にて検出し、制御装置１０が検出される荷重値に基づいて上下動駆動手段８をフィードバック制御することにより作業ヘッド４による加圧状態を精度よく制御し、高精度なレベリング機能、つまり金属バンプ３の高精度な高さ矯正機能を発揮できるようにする。
【００２８】
このため、作業ヘッド４は図１、図２に示すように、支持体５に対し直進ガイド６を介し上下動できるように支持、案内される一方、金属バンプ３を実際に加圧する加圧体１１を前記と同様な転がりタイプの直進ガイド６を介して上下動できるように支持、案内し、この加圧体１１と作業ヘッド４との間にロードセル９を働かせてある。
【００２９】
上下動駆動手段８はサーボモータ１２を用いたもので、作業ヘッド４の受動部４ａに螺合したねじ軸１２ａを正逆駆動して作業ヘッド４を上下動させる。上下動駆動手段８により作業ヘッド４が下動されて加圧体１１が金属バンプ３に当接した以降の下動速度と金属バンプ３の潰れの進行度との関係によって、作業ヘッド４が加圧体１１で金属バンプ３を加圧するときの実際の荷重が決定する。そのときの荷重がロードセル９により検出される。制御装置１０はロードセル９からの出力に応じて上下動駆動手段８をフィードバック制御して作業ヘッド４の下動速度や下動の停止を行うことで、金属バンプ３を半導体素子１に対し所定の高さに矯正する。
【００３０】
直進ガイド６は、図４（ａ）（ｂ）に示すようなガイドレール６ａ、６ｂ間に変形剛性の高いコロ６ｃを転がり体としてリテーナ６ｄにより保持したクロスローラガイドを転がりタイプのものとして採用しており、下動側を固定側に対して抵抗少なく遊びやガタツキなく高精度に案内して上下動できるようにする。作業ヘッド４と支持体５との間では支持体５に設けるガイドレール６ａが固定側で、作業ヘッド４に設けるガイドレール６ｂが可動側である。また、作業ヘッド４と加圧体１１との間では作業ヘッド４側のガイドレール６ａが固定側で、加圧体１１の側のガイドレール６ｂが可動側である。しかし、場合によって各ガイドレール６ａ、６ｂはそれらが対応する固定側部材、および可動側部材に一体形成されたものでもよい。また、要求される作業精度によっては変形剛性がコロよりも若干低いボールを転がり体として用いた直進ガイドを採用することもできる。
【００３１】
以上のような作業ヘッド４を持った作業ヘッドユニットＡでは、作業ヘッド４が支持体５との間で転がりタイプの直進ガイド６により抵抗が少なく遊びやガタツキのない高精度な案内を受けた下動にて、半導体素子１上に形成されている金属バンプ３の高さを矯正するレベリングの外、ワイヤやバンプのボンディング、電子部品の仮装着や実装といった加圧を伴う各種の作業を高精度に達成することができる。本実施の形態では作業ヘッド４を固定側とする直進ガイド６を介した加圧体１１の上下動時の抵抗なども作業精度に影響するが、この加圧体１１も直進ガイド６による抵抗が少なく遊びやガタツキのない高精度な案内機能を受けて作業ヘッド４に対し上下動できることにより、前記抵抗などの影響少なくロードセル９が検出する荷重通りの加圧力を金属バンプ３に及ぼせるので、作業ヘッド４によるバンプ高さの矯正など加圧を伴う各種の作業を高精度に達成することを妨げない。
【００３２】
しかし、上記したように、直進ガイド６を縦向きに用いることから、リテーナ６ｄおよびそれが保持するコロ６ｃのブロックが重力により徐々に下動していき、支持体５および作業ヘッド４間の、各必要案内領域から外れて案内性能が不足しレベリングなどの作業精度を低下させたりする。また、下動したリテーナ６ｄが作業ヘッド４の下動に伴いさらに下動して固定側レール６ａの下端に設けられる図４（ａ）に示すようなストッパ片１１２など他に当接し、作業ヘッド４の下動に伴う１／２の下動を阻止されて作業ヘッド４の可動側レール面６ｂ１とリテーナ６ｄが保持するコロ６ｃとの間で強制的な滑りが生じ、これがレベリングなどの作業を行う作業ヘッド４に下動抵抗を及ぼしてレベリングなどの作業精度を低下させたりする。作業ヘッド４と加圧体１１との間の直進ガイド６についても同様のことが言える。
【００３３】
そこで、本実施の形態では図１〜図４に示すように、直進ガイド６のコロ６ｃを保持しているリテーナ６ｄが下限高さとなったとき、そのリテーナ６ｄと当接し合うストッパ１３を作業ヘッド４に設けてある。これにより、作業ヘッド４が直進ガイド６により抵抗が少なく遊びやガタツキのない高精度な案内を受けた下動にて、金属バンプ３の高さ矯正などの作業を繰り返す際に、リテーナ６ｄが作業ヘッド４に対し徐々に下動していっても、それが図８に破線で示す下限高さにまで達したとき、作業ヘッド４のストッパ１３に当接してそれ以上の下動を阻止され、リテーナ６ｄがストッパ１３に当接した後の作業ヘッド４の上動に際してリテーナ６ｄはストッパ１３を介し作業ヘッドにより持ち上げられ、以降作業ヘッド４が下動および上動を繰り返すのに伴い、前記持ち上げ位置から作業ヘッド４の図７に示す上動位置と、図８に示す下動位置との間で上下動するのに対し１／２の移動量で追従し、万一下限高さになったときは上記のように持ち上げられることを繰り返すので、リテーナ６ｄが保持している転がり体６ｃが作業ヘッド４と支持体５との間の必要案内領域から外れることはない。このことは作業ヘッド４と加圧体１１との間の直進ガイド６においても同様に行われる。
【００３４】
これと同時に、リテーナ６ｄは下限高さを越えて下動しストッパ片１１２など他と当接してそれ以上の下動を阻止されるような事態が回避でき、リテーナ６ｄの下動阻止によりコロ６ｃと作業ヘッド４の可動側レール面６ｂ１との間に滑りが生じて作業ヘッド４の下動に抵抗を及ぼすことはない。実施例では張り出し部１５がストッパ１３に当接したとき、リテーナ６ｄの下端と固定側レール６ａの下端のストッパ片１１２との間に３．４５ｍｍ程度の距離が残るようにしている。作業ヘッド４がリテーナ６ｄを持ち上げるとき、コロ６ｃと支持体５の固定側レール面６ａ１との間で強制的な滑りが生じて作業ヘッド４に上動抵抗を与えるが、作業ヘッド４の上動は非作業状態であって、作業に影響がない。
【００３５】
これらによって、作業ヘッド４による高精度な作業を長期に安定して保証することができる。なお、加圧体１１は下面に加圧板１１ａをねじなどで取り替えできるように取り付け、この加圧板１１ａによって金属バンプ３を加圧するようにし、加圧作業の繰り返しによって面が荒れたり摩耗したりすると、再加工や取替えができるようにしてある。
【００３６】
なお、図１〜図４に示す実施例の作業ヘッドユニットＡでは、ストッパ１３は、リテーナ６ｄに設けられた側方への張り出し部１５と当接し合うものにしてある。これにより、通常形状をした作業ヘッド４まわりの前記張り出し部１５と作業ヘッド４および加圧体１１の上下動方向で対向し合う部分に設けるだけで足りる。張り出し部１５はリテーナ６ｄの一部を図に示すように必要な部分を単純に折り曲げたり、切り起こしたりして特別な部材なしに形成されるのが部品点数組立工数を少なくする点で好適である。張り出し部１５はリテーナ６ｄの長手方向における途中の側部に設けることもできる。
【００３７】
図示は省略するが、張り出し部１５はリテーナ６ｄと別部材で形成して後付けするものとされてもよい。別部材で形成する場合は耐久性のよい材料や吸振性のある材料などを選択したり、摩耗や損傷したときは交換したりできるように設けられる利点がある。どのように設ける場合もストッパ１３および張り出し部１５はそれらの間で上記機能を発揮できればよく、その形態は他の理由から自由に設計することができる。
【００３８】
図に示すように張り出し部１５がリテーナ６ｄの上端にあると、ストッパ１３は作業ヘッド４や加圧体１１の上面（これに等価な可動側レール６ｂの上面を含む。）に設けてその上方に位置するリテーナ６ｄの張り出し部１５に対向させればよく構成が簡単になる。また、ストッパ１３はウレタンゴムなどよりなる緩衝体で形成してあり、それが張り出し部１５と当接したりリテーナ６ｄを持ち上げたりするときの衝撃や振動を吸収し、張り出し部１５やリテーナ６ｄが損傷したり直進ガイド６の案内機能が低下するようなことを防止でき、しかも、緩衝体としたストッパ１３は作業ヘッド４の上面に設けてあることによりバックアップされるので、特別なバックアップ部材が不要になる利点がある。
【００３９】
また、リテーナ６ｄの上端に張り出し部１５を設けるのに、この張り出し部１５がストッパ１３と作業ヘッド４の上で上下に対向していることにより、作業ヘッド４の上面、図では可動側レール６ｂの上面に設けたガイドボルト１６によってストッパ１３を径方向にも保持して、上記バックアップの補助とするのに併せ、張り出し部１５の孔１５ａ（図４（ａ））にガイドボルト１６が挿通され、その上端に設けた二重ナット１７と張り出し部１５との間でもコイルばね１８を介した緩衝性を持った位置規制をし、万一の場合のリテーナ６ｄの上方への過剰な動きや抜けを防止するようにしてある。コイルばね１８はウレタンゴムなどの他の緩衝体でもよいし、逆にストッパ１３をコイルばねにすることもできる。
【００４０】
なお、ストッパ１３の側を作業ヘッド４から側方への張り出し部として下限位置となった平板状リテーナ６ｄの孔の縁や下向きの段部などと当接し合うようにもできる。しかし、リテーナ６ｄの張り出し部１５と張り出し状態のストッパ１３とが当接し合うようにもできる。
【００４１】
図５（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る金属バンプ３の高さを矯正するレベラーＢは、上記の作業ヘッドユニットＡを基台２１上に設置するとともに、作業ステージ７を基台２１上のガイドレール２２により加圧体１１とその真下で対向する図１の作業位置と、この作業位置から外れた図５（ａ）のワーク交換位置との間で移動できるように支持し、モータ２３によりねじ軸２４を正逆駆動することにより作業ステージ７を上記作業位置とワーク交換位置との間で移動させられるようにしてある。作業ステージ７は必要に応じて受載した半導体素子１を吸着保持する吸着孔２５が設けられている。
【００４２】
作業ステージ７がワーク交換位置にあるとき金属バンプ３を形成した半導体素子１が載置される。載置された半導体素子１は作業ステージ７の作業位置への移動により作業ヘッド４によるレベリング作業に供される。作業後の半導体素子１は作業ステージ７がワーク交換位置に移動されることにより、レベリング後の半導体素子１が他へ持ち運ばれ、新たな半導体素子１が載置され次のレベリング作業に供される。以降、これを繰り返し多数の半導体素子１のバンプ高さ矯正するレベリング作業を順次に連続して能率よく自動的に確実に達成することができる。
【００４３】
上記したようにバンプ高さ矯正のために作業ヘッドユニットＡは、５ｋｇ／ｃｍ2〜５０ｋｇ／ｃｍ2と場合により強力な加圧を行う関係上移動させず、作業ステージ７の側を移動させるのが有利ではある。しかし、これに限られることはなく作業ヘッドユニットＡを移動させて作業ステージ７を停止側としてもよい。また双方を移動させてもよいし、場合により作業ヘッドユニットＡおよび作業ステージ７を対向させた状態のまま、作業ステージ７上の半導体素子１を各種のロボット機構によって交換するようにしてもよい。
【００４４】
このレベラーＢによれば、作業ヘッド４が下動により作業ステージ７上の半導体素子１に形成されている金属バンプ３を加圧し所定の高さに矯正するのに、直進ガイド６での案内機能の変動により作業ヘッド４および加圧体１１の下動抵抗が大きくなることはなく、バンプ高さを矯正する加圧力が小さく設定される場合でも作業ヘッドの下動抵抗の影響を小さく抑えられるので、必要な加圧力の大小にかかわりなく金属バンプ３を設定通りの加圧力で加圧しバラツキのない高精度な高さ矯正ができる。
【００４５】
図６に示す本実施の形態のボンダＣは、上記レベラーＢを機台３１の上に設置し、その横に半導体素子１の位置決めおよび吸着して金属バンプ３を形成するボンディングステージ３２を設け、受載した半導体素子１をバンプボンディングのために加熱するヒータを内蔵しており、前記位置決めのための位置規正機構３３が付帯している。ボンディングステージ３２の上方にはそこに位置決めし吸着された半導体素子１の電極の上に、その位置の画像認識のもとに金属バンプ３を形成するボンディングヘッド３４が設けられ、上記した従来の方法と同様に金属ワイヤの先端にスパークによる金属ボールを形成し、それをキャピラリにて半導体素子１の電極上に押し付けながら超音波振動などにより金属どうしを摩擦接合させて後、接合された金属ボールから後続のワイヤを切断してバンプボンディングを行うようにしている。
【００４６】
ボンディングステージ３２の一方の横には、金属バンプ３が形成されていない半導体素子１を収容したトレイ３５を多段に収納してバンプボンディングのために供給する第１のトレイストッカ部３６および半導体素子１の供給を終えた空のトレイ３５を多段に収納する第２のトレイストッカ部３７が設けられている。これら第１、第２の各トレイストッカ部３６、３７の部分からボンディングステージ３２の近傍までの範囲に、トレイステージ３８がＸＹ移動機構３９により直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられている。
【００４７】
トレイステージ３８はＸＹ移動機構３９と協働して、第１のトレイストッカ部３６から１枚ずつトレイ３５を下方に取り出し、それをボンディングステージ３２の近くに移送して半導体素子１を供給し、供給し終わると空になったトレイ３５を第２のトレイストッカ部３７の下に移送してそこに収納した後、第１のトレイストッカ部３６に戻って次のトレイ３５を取り出し、半導体素子１を供給することを繰り返す。
【００４８】
トレイステージ３８による半導体素子１の供給位置とボンディングステージ３２との間の上方には、ワーク取り扱いヘッド４１がＸＹ方向移動機構４２により直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられている。ワーク取り扱いヘッド４１は供給される部品を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４１の移動によりボンディングステージ３２上の所定位置に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、多数の半導体素子１を順次に自動的に能率よく取り扱いボンディングステージ３２上でのバンプボンディングに確実に供する。
【００４９】
ボンディングステージ３２とレベラーＢのワーク交換位置との間にはワーク取り扱いヘッド４３がＸ方向移動機構４４によってＸ方向に移動されるように設けられ、ボンディングステージ３２上の金属バンプ３が形成された半導体素子１を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４３の移動によりレベラーＢのワーク交換位置にある作業ステージ７の上に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、金属バンプ３が形成される多数の半導体素子１を順次に自動的に能率よく取り扱い作業ステージ７上でのバンプ高さの矯正に連続して確実に供する。
【００５０】
作業ステージ７のワーク交換位置の横には、空のトレイ３５を多段に収納してバンプ高さを矯正された半導体素子１の収納に供する第３のトレイストッカ部５１と、バンプ高さ矯正後の半導体素子１を収納し終えたトレイ３５を多段に収納していく第４のトレイストッカ部５２とが設けられ、第３、第４のトレイストッカ部５１、５２の下にも図示しないトレイステージが第１、第２の各トレイストッカ部３６、３７の場合同様に設けられ、前記ワーク取り扱いヘッド４３がＸ方向移動機構４４により移動されて、ワーク交換位置にある作業ステージ７上のバンプ高さ矯正後の半導体素子１をピックアップし、それを部品受け入れ位置にあるトレイステージ上に持ち運んで移載することにより収納することをも繰り返す。
【００５１】
第３、第４のトレイストッカ部５１、５２でのトレイステージは、第３のトレイストッカ部５１に収納されている空のトレイ３５を引き出して、部品取り扱いヘッド４３によって持ち運ばれてくるバンプ高さ矯正後の半導体素子１の収納に供し、半導体素子１が満杯になったときそのトレイ３５を第４のトレイストッカ部５２に移送してそこに収納した後、第３のトレイストッカ部５１に戻って空のトレイ３５を引き出し、バンプ高さ矯正後の半導体素子１の収納に供することを繰り返す。
【００５２】
なお、半導体素子１をトレイ３５から取り出しバンプボンディングに供するワークの取り扱い、バンプ形成後の半導体素子１をバンプ高さの矯正に供するワークの取り扱い、バンプ高さ矯正後の半導体素子１をトレイに収納するワークの取り扱いのそれぞれは、上記にかかわらずそれぞれ個別のワーク取り扱い機構により行ったり、種々に共用して行ったりすることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、上記の説明で明らかなように、作業ヘッドは支持体との間で転がりタイプの直進ガイドにより抵抗の少ない高精度な案内を受けた下動にて、ワーク上のバンプの高さ矯正、ワイヤやバンプのボンディング、電子部品の仮装着や実装状態への本装着といった加圧を伴う各種の作業を高精度に達成するのに、直進ガイドのリテーナが作業ヘッドに対し徐々に下動していっても下限高さに達する都度下動を阻止されて作業ヘッドにより持ち上げられ、リテーナが保持している転がり体が作業ヘッドと支持体との間の必要案内領域から外れること、および、リテーナが下動により固定側レール面下端のストッパ片など他と当接して下動を阻止され作業ヘッドによる作業抵抗となるようなことを防止し、作業ヘッドによる上記高精度な作業が長期に安定して保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る作業ヘッドユニットをバンプのレベリング作業状態で示す１つの実施例の断面図である。
【図２】図１の作業ヘッドユニットの平面図である。
【図３】図１の作業ヘッドユニットの上部正面図である。
【図４】図１の作業ヘッドユニットが採用している転がりタイプの直進ガイドを示し、その（ａ）は斜視図、その（ｂ）は横断面図ある。
【図５】図１の作業ヘッドユニットを採用した本発明の実施の形態に係るレベラーの１つの実施例を示し、その（ａ）は全体構成の斜視図、その（ｂ）は分解斜視図である。
【図６】図５のレベラーを採用した本発明の実施の形態に係るボンダの１つの実施例を示す全体構成の斜視図である。
【図７】図１の作業ヘッドユニットの上動状態を示す模式正面図である。
【図８】図１の作業ヘッドユニットの下動状態を示す模式正面図である。
【図９】金属バンプを形成する手順例を（ａ）〜（ｃ）の段階に分けて示す説明図である。
【図１０】図９のようにして形成した金属バンプの高さを矯正するレベリングの作業状態を示す断面図である。
【図１１】レベリングを行う従来の作業ヘッドユニットを作業ヘッドが下動した状態で示す模式正面図である。
【符号の説明】
１  半導体素子
２  電極
３  金属バンプ
４  作業ヘッド
５  支持体
６  直進ガイド
６ａ  固定側レール
６ａ１  固定側レール面
６ｂ  可動側レール
６ｂ１  可動側レール面
６ｃ  転がり体
６ｄ  リテーナ
７  作業ステージ
８  上下動駆動手段
９  ロードセル
１０  制御装置
１１  加圧体
１３  ストッパ
４１、４３  ワーク取り扱いヘッド
４２  ＸＹ方向移動機構
４４  Ｘ方向移動機構
Ａ  作業ヘッドユニット
Ｂ  レベラー
Ｃ  ボンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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