(57)【要約】【課題】ボンディング装置において、簡便な構成で湾曲の大きな回路基板を吸着ステージに吸着させる。【解決手段】吸着ステージ１０の基板吸着面１５から真空吸引ベローズ１８の吸引口１８ａが突出するように配設され、湾曲した回路基板１２の中央部領域を真空吸着すると共に大気圧との圧力差によって前記真空吸引ベローズ１８が圧縮されて前記回路基板１２を真空吸引する伸縮自在の真空吸引パッド１６と、開閉自在に配設され、前記回路基板１２の周辺領域を前記基板吸着面１５の両縁部に押し付けて前記真空吸引パッド１６の伸縮部吸引口１８ａに当接させる押さえ板３２とを備え、押さえ板３２によって前記回路基板１２を吸引口１８ａに当接させてから、前記真空吸引パッド１６で回路基板１２を吸引する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ステージの基板吸着面から伸縮部の吸引口が突出するように配設され、前記吸着ステージ上に搬送された湾曲した回路基板の中央部領域を真空吸着すると共に大気圧との圧力差によって前記伸縮部が圧縮されて前記回路基板を前記基板吸着面上に真空吸引する伸縮自在の真空吸引パッドを備えるボンディング装置において、
開閉自在に配設され、前記搬送方向と平行な前記回路基板の周辺領域を前記搬送方向と平行な前記基板吸着面の両縁部に押し付けて前記真空吸引パッドの伸縮部吸引口に当接させる押さえ板と、
を有することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置において、
前記真空吸引パッドの伸縮部は、耐熱性ゴム材料で構成され、
前記吸着ステージ下部に配設され、前記吸着ステージの基板吸着面上に真空吸着される前記回路基板を加熱するヒーティングブロックを更に備えていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボンディング装置において、
前記押さえ板の前記搬送方向長さは、前記搬送方向の吸着ステージ長さと略同等の長さであること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
吸引口のある伸縮部を有する真空吸引パッドと真空吸引孔とを備える吸着ステージに搬送された湾曲した回路基板を真空吸着固定する方法であって、
押さえ板で前記搬送方向と平行な前記回路基板の周辺領域を前記搬送方向と平行な前記基板吸着面の両縁部に押し付けて、前記回路基板を前記真空吸引パッドの伸縮部吸引口に当接させる押し付け工程と、
前記押し付け工程の後、前記真空吸引パッドの伸縮部内部及び前記真空吸引孔を真空として前記回路基板の中央部領域を真空吸引すると共に前記真空吸引パッドの伸縮部を大気圧との圧力差で圧縮させて前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空吸着する真空吸着工程と、
前記真空吸着工程の後、前記真空吸引パッド及び前記真空吸引孔によって前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空固定する真空固定工程と、
前記真空固定工程の後、前記真空吸引パッドの真空を開放し、前記真空吸引孔によって前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空固定保持及び加熱する真空固定保持工程と、
を備えることを特徴とする湾曲した回路基板を真空吸着固定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイボンダ、ワイヤボンダに用いられる吸着ステージの構造及び吸着ステージでの回路基板の吸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路のプリントされた回路基板に半導体ダイを装着するダイボンダや、回路基板上に装着された半導体ダイと回路基板の間をワイヤにて接続するワイヤボンダは、搬送されてくるリートフレームを吸着ステージの上面に真空吸着固定した状態でボンディング工程、あるいはディスペンシング工程を行う。一方、近年の薄型化の要求、高機能要求及び製造効率化の要求から、回路基板の薄板化、大型化が進むと共に、ダイの多層装着、いわゆるスタッキングが多用されるようになってきている。このように薄い回路基板の場合には回路基板に湾曲あるいは反りが生じてしまい、吸着ステージで回路基板を吸着して真空固定することができず、半導体ダイの装着、ディスペンシングあるいはワイヤボンディングができなくなる場合があった。
【０００３】
半導体ダイが装着されて湾曲した回路基板を吸着ステージに確実に吸着固定する方法として、内部に真空吸引孔を備えた吸着筒を吸着ステージを貫通させて上下に移動させる吸着固定装置がある。これは図７（ａ）に示すように、半導体ダイ１４が装着されて湾曲した回路基板１２が吸着ステージ１０に搬送されてきたら、吸着筒５０を回路基板１２に当たるように上昇させて、内部の真空吸引孔５２によって回路基板１２を吸着し、その後、図７（ｂ）に示すように、この吸着筒５０を回路基板１２が基板吸着面１５の上に来るまで下降させて、基板吸着面１５に備えられた複数の真空吸引孔１１で回路基板１２を吸着固定するものである（例えば、特許文献１参照）。また、図８に示すように、吸着ステージ１０の貫通孔６４に、上下方向シリンダ７０によって上下する支持部材６８に取り付けられたベロー型の真空グリッパ６２を貫通させて、この真空グリッパ６２を上下させる装置がある。特許文献１に記載の従来技術と同様に回路基板１２が搬送されてくるまでは、真空グリッパ６２を吸着ステージ１０の下部に格納し、回路基板１２が吸着ステージ１０に搬送されてきたら真空グリッパ６２を湾曲した回路基板１２に当たるまで上下方向シリンダ７０で上昇させる。弁６６を開けて真空グリッパ６２の内部を真空にして大気圧との差圧によって真空グリッパ６２のベローを圧縮させて回路基板１２を基板吸着面１５に引き込むと同時に、弁７８を開けて真空になっている基板吸着面１５にあけられた複数の真空吸引孔７６で回路基板１２を真空吸引固定するという方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３８２５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年の回路基板の薄板化、大型化によって回路基板の反りが大きくなり、更に、表面に多くの半導体ダイを多層に装着するようになると、この回路基板の湾曲、反りはますます大きくなる。上記の特許文献１又は２に記載された従来技術によってこれに対応するには、吸着筒５０または、真空グリッパ６２を大きなストロークで上下動させることが必要で、この結果装置全体が大型となってしまうという問題があった。
【０００６】
また、回路基板にダイボンダによって半導体ダイを装着する場合には、接着剤を固着させるために回路基板を加熱することが必要である。上記の特許文献１、２に記載された従来技術では、吸着ステージの下部に吸着筒５０または、真空グリッパ６２を上下させる上下動機構を備えているため、ボンディング工程と加熱工程とを別工程としていた。しかし、近年の製造効率化の要求から吸着ステージ１０の下部に回路基板を加熱するヒートブロックを設け、ボンディングと加熱を同時に行うものがある。ところが、特許文献１、２に示す従来技術の回路基板の吸着機構は、吸着ステージ下部に吸着筒５０等を上下させる上下動機構を備えているため吸着ステージ下部にヒートブロックを取り付けられない。このため特許文献１又は２に記載の従来技術は、このようなボンディングと加熱を同時に行うダイボンダには用いることができず製造を効率的に行うことに対応できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な構成で、湾曲の大きな回路基板を吸着ステージに吸着させることを目的とする。また、本発明は、湾曲の大きな回路基板を吸着ステージに吸着させると同時に加熱することができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るボンディング装置は、吸着ステージの基板吸着面から伸縮部の吸引口が突出するように配設され、前記吸着ステージ上に搬送された湾曲した回路基板の中央部領域を真空吸着すると共に大気圧との圧力差によって前記伸縮部が圧縮されて前記回路基板を前記基板吸着面上に真空吸引する伸縮自在の真空吸引パッドを備えるボンディング装置において、開閉自在に配設され、前記搬送方向と平行な前記回路基板の周辺領域を前記搬送方向と平行な前記基板吸着面の両縁部に押し付けて前記真空吸引パッドの伸縮部吸引口に当接させる押さえ板と、を有することを特徴とする。また、前記真空吸引パッドの伸縮部は、耐熱性ゴム材料で構成され、前記吸着ステージ下部に配設され、前記吸着ステージの基板吸着面上に真空吸着される前記回路基板を加熱するヒーティングブロックを更に備えていること、としても好適であるし、前記押さえ板の前記搬送方向長さは、前記搬送方向の吸着ステージ長さと略同等の長さであること、としても好適である。
【０００９】
本発明に係る湾曲した回路基板を真空吸着固定する方法は、吸引口のある伸縮部を有する真空吸引パッドと真空吸引孔とを備える吸着ステージに搬送された湾曲した回路基板を真空吸着固定する方法であって、押さえ板で前記搬送方向と平行な前記回路基板の周辺領域を前記搬送方向と平行な前記基板吸着面の両縁部に押し付けて、前記回路基板を前記真空吸引パッドの伸縮部吸引口に当接させる押し付け工程と、前記押し付け工程の後、前記真空吸引パッドの伸縮部内部及び前記真空吸引孔を真空として前記回路基板の中央部領域を真空吸引すると共に前記真空吸引パッドの伸縮部を大気圧との圧力差で圧縮させて前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空吸着する真空吸着工程と、前記真空吸着工程の後、前記真空吸引パッド及び前記真空吸引孔によって前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空固定する真空固定工程と、前記真空固定工程の後、前記真空吸引パッドの真空を開放し、前記真空吸引孔によって前記回路基板を前記吸着ステージの基板吸着面上に真空固定保持及び加熱する真空固定保持工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、簡便な構成で、湾曲の大きな回路基板を吸着ステージに吸着させることができるという効果を奏する。また、本発明は、湾曲の大きな回路基板を吸着ステージに吸着させると同時に加熱することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について図１〜５を参照しながら説明する。図１は、ダイボンダの吸着ステージの断面図であり、図２はダイボンダの吸着ステージを示す平面図であり、図３は真空吸引パッドの断面図であり、図４は図１、２に示したダイボンダの真空系統図であり、図５は湾曲した回路基板の吸着工程を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、ダイボンダは回路基板１２の両側を搬送方向にガイドする平行な２本の搬送ガイド１３を備えている。搬送ガイド１３の間には湾曲した回路基板１２が搬送されてくる。回路基板１２は前工程において、回路基板１２の上面に半導体ダイ１４が装着されているため上向きに湾曲している。搬送ガイド１３の間には下部のフレーム２１が固定され、フレーム２１の上には吸着した回路基板１２を加熱するヒートブロック４０が固定されている。ヒートブロック４０の中には加熱装置４２が通っており、これによってヒートブロック４０全体を加熱し、ヒートブロック４０は上部の吸着ステージ１０を介して吸着した回路基板１２を加熱する。ヒートブロック４０の上面には搬送ガイド１３によって搬送されてくる湾曲した回路基板１２を上面の基板吸着面１５に吸着保持する吸着ステージ１０が配設されている。吸着ステージ１０のヒートブロック４０の両側には貫通孔１９が設けられており、その中に真空吸引パッド１６の伸縮部である真空吸引ベローズ１８が配設されている。図３に示すように、真空吸引ベローズ１８は上端に回路基板１２を真空吸引するための吸引口１８ａを有するジャバラ管構造で下部の固定部１７に接続されている。真空吸引ベローズ１８はヒートブロック４０の加熱に耐えるようにシリコンゴム、フッ素ゴムなどの薄い耐熱性ゴムで３〜５段のベローズが形成されているものとなっているが、真空と大気圧との差圧によって圧縮することができるものであれば可撓性の金属材料で構成してもよい。ヒートブロック４０のない場合には、通常のゴムによって真空吸引ベローズを構成することもできる。また、回路基板１２の湾曲の大きさによって、ベローズの段数を多くしたり少なくしたりすることも好適である。真空吸引パッド１６の下部の固定部１７は図示しない下部フレームに固定されている。この下部フレームは調整ネジなどによって高さの微調整を可能として、回路基板１２の湾曲の度合いによって真空吸引ベローズ１８の基板吸着面からの突出高さを調整することができるようにしても好適である。このように、真空吸引パッド１６は下部の固定部１７が固定され、上部の伸縮部の真空吸引ベローズ１８が伸縮自在となるようになっている。
【００１３】
真空吸引パッド１６の固定部１７には真空配管２０が接続され、真空配管２０はフレーム２１に接続され、フレーム２１には真空配管２２が接続されている。また、吸着ステージ１０の上面には吸着ステージ１０の両縁に当接する２本の平行な押さえ板３２を有するクランパが上下移動可能に配設されている。押さえ板３２はクランパ３０の上下動によって、回路基板１２の両側の周辺部を上から吸着ステージ１０の両縁部に押さえるように駆動される。クランパ３０の押さえ板３２は断面が図２のハッチングで示されているように、略吸着ステージ１０の搬送方向長さと同程度の長いものとなっている。これによって吸着ステージの搬送方向長さいっぱい、湾曲した回路基板１２の周辺部を抑えることができる。押さえ板３２は回路基板１２の表面に半導体ダイが装着されていない部分であれば、吸着ステージ１０の上面のどこの位置で回路基板１２を抑えるようにしてもよいし、回路基板１２の湾曲度合いによって、その長さを短くするようにしてもよい。
【００１４】
図２は吸着ステージの平面図であり、湾曲した回路基板１２、半導体ダイ１４は二点鎖線で示してある。また、クランパ３０は押さえ板３２の部分のみを断面として表してある。図２に示すように、吸着ステージ１０は、回路基板１２をその線上に吸着固定して半導体ダイ１４のボンディング動作を行うボンディング中心線３４の上に、回路基板１２との間でキャビティを形成するＸ型の溝１１ａを備え、この溝１１ａの中心には真空吸引孔１１が空けられている。真空吸引孔１１によって溝１１ａが真空となると溝１１ａと回路基板１２の間のキャビティが真空となって回路基板１２が基板吸着面１５に真空固定される。図２において、真空吸引パッド１６は搬送中心線３６の両側で、ボンディング中心線３４から搬送方向に半導体ダイ１４の装着ピッチの１／２だけ上流側に配設されている。この位置は回路基板１２を真空吸着固定、保持する溝１１ａ、真空吸引孔１１と近く、しかも干渉しない位置で、真空吸引パッド１６によって吸引した回路基板１２をスムースに溝１１ａと真空吸引孔１１によって形成される真空キャビティで吸引することができるような位置である。また、この位置は、回路基板１２に配線用の貫通孔があまり配設されていない位置で、真空吸引パッド１６によって回路基板１２を効果的に吸引することができる位置である。もちろん、上記のように真空吸引パッド１６によって効果的に吸引することができる位置であれば、真空吸引パッド１６の位置は上記で説明した実施形態の位置に限られない。また、吸着ステージの下面にヒートブロック４０を配設していない場合には、真空吸引パッド１６をより搬送中心線３６に寄せた位置としてもよいし、１つのみの配置としてもよい。
【００１５】
図４に本実施形態の真空配管系統を示す。図４に示すように真空吸引パッド１６の真空吸引ベローズ１８、固定部１７は真空配管２０、２２を経由して電磁弁２６に接続されている。電磁弁２６は真空配管２８によって真空装置２９に接続されている。一方、吸着ステージ１０の真空吸引孔１１は真空管路２３を介して真空配管２５に接続され、別の電磁弁２７に接続されている。別の電磁弁２７は電磁弁２６と同様に真空配管２８を介して真空装置２９に接続されている。真空装置２９は真空ポンプに直接接続されていてもよいし、真空ポンプに接続された真空タンクのようなものでもよい。電磁弁２６、２７が開となると空気は真空吸引ベローズ１８、真空吸引孔１１から空気が吸込まれ、これによって回路基板１２を吸着する。本実施形態では、真空吸引ベローズ１８と真空吸引孔１１からの吸引を別々の電磁弁２６，２７によって開閉することとしたが、同一の電磁弁によって開閉することとしても好適である。
【００１６】
図５を参照して、本実施形態の動作について説明する。図５（ａ）に示すように、搬送ガイド１３によって前工程で半導体ダイ１４が装着されて湾曲した回路基板１２が吸着ステージ１０に搬送されて、半導体ダイ１４の中心位置がボンディング中心線３４の位置に来て停止している。この時、クランパ３０は開状態で、吸着ステージ１０の上部に位置しており、押さえ板３２と回路基板１２との間にはクリアランスがある。また、真空吸引ベローズ上端の吸引口１８ａは基板吸着面１５の上に突出しているが、回路基板１２との間にはクリアランスがあり、当接していない状態となっている。
【００１７】
次に、図５（ｂ）に示すように、クランパ３０を下動させて、押さえ板３２によって、回路基板１２両側の周辺部を押し下げて、基板吸着面１５に押し付ける。この押さえ板３２の長さは前記のように搬送方向に吸着ステージ１０と略同様の長さの長いもので、吸着ステージ１０の上にある回路基板１２のかなりの部分の周辺を押さえ込むことができることから、大きく湾曲している回路基板１２であっても、的確に湾曲を押さえ込むことができる。そして、押さえ板３２によって湾曲した回路基板１２が押さえ込まれると、回路基板１２の底面は真空吸引ベローズ１８の上端の吸引口１８ａに当接する。
【００１８】
クランパ３０の下動によって、回路基板１２の底面が真空吸引ベローズ１８の吸引口１８ａに当接したら、電磁弁２６，２７を開として真空吸引ベローズ１８と真空吸引孔１１の内部を真空とする。すると真空吸引ベローズ１８は真空と大気圧との圧力差によって軸方向に圧縮される。真空吸引ベローズ１８の下部は固定部１７に接続、固定されていることから、回路基板１２を吸着した吸引口１８ａは圧縮によって吸着ステージ１０の上面に向かって下がって基板吸着面１５に吸着される。また、回路基板１２が基板吸着面１５の近くまで下がってくると、更に、真空吸引孔１１によって真空にされている溝１１ａに大気圧との圧力差によって吸引され、真空吸引ベローズ１８及び溝１１ａによって基板吸着面１５に吸着固定される。この時、真空吸引ベローズ１８の中の圧力を大気圧に開放しても回路基板１２は溝１１ａによって吸着ステージ１０に吸着固定されている。そして、吸着固定された回路基板１２に次の層の半導体ダイ１４がスタック圧着されると共に、回路基板１２、半導体ダイ１４はヒートブロック４０によって加熱されて固定装着される。
【００１９】
ボンディング中心線３４にある回路基板１２の各半導体ダイ１４装着位置への半導体ダイ１４の装着が終了すると、クランパ３０を上昇させ、真空吸引孔１１、溝１１ａの圧力を大気圧に開放する。すると、回路基板１２は図５（ａ）に示す湾曲状態に戻り、真空吸引ベローズ１８の吸引口１８ａも基板吸着面１５から上に突出した状態となる。この状態では、回路基板１２は湾曲によって真空吸引ベローズ上端の吸引口１８ａとクリアランスを持っているので、回路基板１２を真空吸引ベローズ１８と干渉させずに搬送することができる。そして、次の列の半導体ダイ１４の中心がボンディング中心線３４に来るまで回路基板１２を図示しない搬送機構によって搬送する。これでダイボンダによる湾曲した回路基板１２への半導体ダイ１４の装着の１サイクルが終了する。
【００２０】
このように、本実施形態のダイボンダにおいては、クランパ３０によって湾曲した回路基板１２を押さえて、固定された伸縮自在の真空吸引パッド１６によって回路基板１２を吸引し吸着ステージ１０に吸着固定するという簡便な機構によって、湾曲した回路基板１２を吸着ステージ１０に吸着させることができる。しかも、ボンディング後にクランパ３０を上昇させて、真空系統を大気圧に開放し、真空吸引ベローズ１８の吸引口１８ａが基板吸着面１５の上に突出した状態となっても、回路基板１２と真空吸引ベローズ１８が干渉しないことから搬送時においても真空吸引パッド１６を上下方向に動作させる必要もない。このため吸着ステージ１０の下部にヒートブロック４０を配置することができ、簡便な構成で、湾曲の大きな回路基板１２を吸着ステージ１０に吸着させることができるとともに、回路基板１２を吸着ステージ１０に吸着させると同時に加熱することができるという優れた効果を奏する。
【００２１】
図６は、本発明の他の実施形態を示す断面図である。図１と同様の部分には同様の符号を用いて説明は省略する。図６に示す他の実施形態では、吸着ステージ１０の孔１９ａは真空吸引パッド１６の真空吸引ベローズ１８の高さ分だけ掘り込まれた孔であり、下部には固定部１７が貫通して取り付けられるように構成されている。真空吸引パッド１６の固定部１７は吸着ステージ１０に固定されているので、上記の実施形態よりも更に構成が簡便で同様の効果を奏することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上、本発明の実施形態は、半導体ダイ１４が装着されて湾曲している回路基板１２を吸着固定する場合について説明したが、薄く、大型で当初から湾曲のある回路基板１２を吸着固定することにも用いることができる。また、上記の実施形態はダイボンダの半導体ダイ１４を装着するボンディング工程においての回路基板１２の真空吸着について説明したが、本発明は、ダイボンダのディスペンサ工程において回路基板１２を吸着固定する場合にも適用できるし、ワイヤボンダのワイヤボンディング工程において回路基板１２を真空吸着する場合にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態であるダイボンダの吸着ステージの断面図である。
【図２】本発明の実施形態であるダイボンダの吸着ステージを示す平面図である。
【図３】真空吸引パッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態であるダイボンダの真空系統図である。
【図５】湾曲した回路基板の吸着工程を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態であるダイボンダの吸着ステージの断面図である。
【図７】従来技術による吸着筒を上下させる吸着固定装置の動作を示す断面図である。
【図８】従来技術によるベロー型真空グリッパを上下させる吸着固定装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  吸着ステージ、１１  真空吸引孔、１１ａ  溝、１２  回路基板、１３  搬送ガイド、１４  半導体ダイ、１５  基板吸着面、１６  基板吸引パッド、１７  固定部、１８  真空吸引ベローズ、１８ａ  吸引口、１９  貫通孔、１９ａ  孔、２０，２２，２４，２５，２８  真空配管、２１  フレーム、２３  真空管路、２６，２７  電磁弁、２９  真空装置、３０  クランパ、３２  押さえ板、３４  ボンディング中心線、３６  搬送中心線、４０  ヒートブロック、４２  加熱装置、５０  吸着筒、５２  真空吸引孔、６２  真空グリッパ、６４  貫通孔、６６  弁、６８  支持部材、７０  上下方向シリンダ、７６  真空吸引孔、７８  弁。
【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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