(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングヘッドと、各種チップに対応したボンディングツールが配置されたツール供給部とチップ供給部と各々を相対移動可能とする駆動機構とを有するボンディング装置において、ボンディングヘッドの真下にツール供給部を位置させると伴にツール供給部の真下にチップ供給部を位置させ、ボンディングヘッドとツール供給部とを相対的に上下動させてボンディングヘッドにボンディングツールを保持させ、ボンディングツールを保持したボンディングヘッドとチップ供給部を相対的に上下動させることによりボンディングヘッドのボンディングツールによりチップを保持させ、ボンディングを行なうことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディングヘッドと、各種チップに対応したボンディングツールが配置されたツール供給部とチップ供給部と各々を相対移動可能とする駆動機構とを有するボンディング装置において、ツール供給部にチップが通過可能な開口部を設け、ボンディングヘッド下方にツール供給部を位置させると伴にツール供給部の下方にチップ供給部を位置させ、ボンディングヘッドとツール供給部を相対的に上下動させてボンディングヘッドとボンディングツールを近接、接触させ、ツール供給部とチップ供給部を相対的に上下動させてボンディングツールとチップを近接、接触させ、ボンディングヘッドがボンディングツールを介してチップをボンディングツールの保持と同時又は順次に保持してボンディングを行なうことを特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置、主としてマルチチップモジュール対応のフリップチップボンディング装置におけるボンディングツールの交換及びワークであるチップの供給手段を改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチップモジュール対応のボンディング装置では理想的なボンディングを行なおうとする場合、ワークであるチップ毎にボンディングツールを用意しておき、ボンディング対象のチップに対応するボンディングツールに交換してボンディングを行なう必要がある。しかし、ボンディングツールの交換作業の間は他の動作を並行して行なうことができず、交換時間が生産性を落とす要因となっていた。
【０００３】
従来のボンディングツール交換を伴なうボンディング動作は、図９及至図１０に示されるように、ボンディングツール交換の工程とチップ吸着の工程とボンディング工程に区別されていた。
【０００４】
ボンディングヘッド１とボンディングツール２の配置されたツールトレイ３とは図９（Ａ）に示されるように異なる位置に配置されている。ボンディングツール交換の工程は次のように行なわれる。第一の工程として、図９（Ｂ）に示されるようにボンディングヘッド１がツールトレイ３の所定ボンディングツール２上方へ移動し、第二の工程として、図９（Ｃ）に示されるようにボンディングヘッド１が下降し、ボンディングヘッド１がボンディングツール２に当接する。第三の工程として図９（Ｄ）に示されるようにボンディングヘッド１は、ボンディングツール２を保持して上昇し、第四の工程として図９（Ｅ）のごとく側方へ退避する。
【０００５】
続いてチップ吸着工程に移り、第一工程として図１０（Ｆ）に示すようにチップ供給部５がチップ４を保持して、ボンディングヘッド１の保持するボンディングツール２の下方に移動してくる。第二工程として図１０（Ｇ）のようにチップ供給部５が上昇し、チップ４がボンディングツール２に当接し吸着される。第三工程として、図１０（Ｈ）のようにボンディングツール２がチップ４を吸着した後、チップ供給部５は下降し、第四工程として側方へ退避する（図１０（Ｉ））。その後ボンディングヘッド１は、基板６へと移動し、ボンディングの工程に移り図１０（Ｊ）のようにチップ４を基板６にボンディングするのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記ボンディング工程におけるボンディングツール交換の工程とチップ供給の工程との可能な同時進行を行なうことによりボンディングツール交換に伴なう時間を短縮し、この種のボンディング装置の生産性の向上を目指すものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題解決のため、  ボンディングヘッドと、各種チップに対応したボンディングツールが配置されたツール供給部とチップ供給部と各々を相対移動可能とする駆動機構とを有するボンディング装置において、ボンディングヘッドの真下にツール供給部を位置させると伴にツール供給部の真下にチップ供給部を位置させ、ボンディングヘッドとツール供給部とを相対的に上下動させてボンディングヘッドにボンディングツールを保持させ、ボンディングツールを保持したボンディングヘッドとチップ供給部を相対的に上下動させることによりボンディングヘッドのボンディングツールによりチップを保持させ、ボンディングを行なうことを特徴とするボンディング装置を提供する。
【０００８】
本発明は、更にその工程を少なくするため、ボンディングヘッドと、各種チップに対応したボンディングツールが配置されたツール供給部とチップ供給部と各々を相対移動可能とする駆動機構とを有するボンディング装置において、ツール供給部にチップが通過可能な開口部を設け、ボンディングヘッド下方にツール供給部を位置させると伴にツール供給部の下方にチップ供給部を位置させ、ボンディングヘッドとツール供給部を相対的に上下動させてボンディングヘッドとボンディングツールを近接、接触させ、ツール供給部とチップ供給部を相対的に上下動させてボンディングツールとチップを近接、接触させ、ボンディングヘッドがボンディングツールを介してチップをボンディングツールの保持と同時又は順次に保持してボンディングを行なうことを特徴とするボンディング装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施例と共に発明実施の形態について説明する。本発明は主としてマルチチップモジュール対応のフリップチップボンディング装置に利用される。図４の斜視図にボンディング装置の概略が示されている。ボンディング装置には、基板ステージ７とボンディング部１０、チップ反転供給部８、ツール供給部９が装備されている。
【００１０】
基板ステージ７は、上面に基板６を載置固定でき、Ｘ軸駆動テーブル１６とＹ軸駆動テーブル１７によりＸ軸方向（ボンディングヘッド１に対し左右方向）及びＹ軸方向（ボンディングヘッド１に対して前後方向）に移動可能とされている。ここにおける移動手段は、ボンディングのための位置決め、位置合わせ及び基板及びチップの画像認識の位置合わせに利用される駆動機構であり、本発明における相対移動手段には該当しない。尚、基板ステージ７上には、チップ認識カメラ１５が設置されている。
【００１１】
ボンディング部１０は、下端にボンディングヘッド１を有し、Ｚ軸モータ１１にて上下動（Ｚ軸方向の移動）可能なＺ軸駆動機構１２に装着されている。Ｚ軸駆機構１２は、支持台１３に固着されており、ボンディング部１０、言い換えればボンディングヘッド１の有する解決手段としての相対移動手段は、実施例ではＺ軸駆動機構１２のみである。図中１４は、ボンディング部１０に装着された基板認識カメラである。
【００１２】
ツール供給部９は、図１に示されるようにボンディングヘッド１の下端部より低い位置に配置される。ツール供給部９は、各種ボンディングツール２を配置するツールトレイ３とボンディングヘッド１の真下に指定ボンディングツール２が位置するよう前進し、且つ、退避する駆動機構を有する。この駆動機構は、ツール供給部進退用モータ２３とボールネジ（図示されていない。）で構成されている。ツール供給部進退用モータ２３で動く該駆動機構は、本発明における相対移動手段にあたる。相対移動手段による移動は、第一実施例の動作及び第二実施例の動作として後に説明するが、それらは相対的移動の一例である。例えば第二実施例におけるチップ保持のための相対的上下動は、ツール供給部９が、停止状態でボンディングヘッド１及びチップ反転供給部８がツール供給部に接触するまで近接していくものであるが、これに限定されるものでなく、チップ反転供給部８が停止状態で、他がチップ反転供給部８に近接していく場合や、ボンディングヘッド１が停止状態で、他がこれに近接していく場合等種々のケースが存在する。
【００１３】
ツールトレイ３には、複数のツール収納部３１が形成されている。第一実施例におけるツール収納部３１は、図５及び図６に示されるようにツールトレイ３に凹部を設けることにより形成されており、第二実施例におけるツールトレイ３のツール収納部分３１は、図７及び図８に示すようにツール収納部３１の下面をチップ４が通過可能な開口部２２としている。第一実施例と第二実施例とは、構造上の相違点は、この開口部２２の有無だけである。ただし、後述するように第一実施例と第二実施例では動作工程が異なる。
【００１４】
チップ反転供給部８は、図示されていないチップトレイ、チップの認識カメラ、チップ吸着部２１にてチップ吸着保持し、チップ反転機能を有するピックアンドプレース２０及び駆動機構を有し、ツール供給部９の位置より低い位置に配置されている。ピックアンドプレース２０の駆動機構は、反転機構の他、ＸＹＺΘの各軸方向の駆動機構を有する。Θ軸方向とは水平面での回転方向を意味する。
【００１５】
駆動機構は、上下動モータ２４により動作するＺ軸方向への駆動機構と進退モータ２５によりボンディングヘッド１下方位置への進退移動を行うＸ軸方向の駆動機構と、Ｙ軸モータ１８とボールネジ１９で構成されるＹ軸駆動機構とΘ軸駆動モータ２７により水平面で回転移動を行うΘ軸駆動機構及び反転モータ２６により吸着チップを反転させるための反転駆動機構が存在する。
【００１６】
チップ反転供給部８の有する本発明における相対移動手段は、第一実施例及び第二実施例とも、進退モータ２５による駆動機構と上下動モータ２４によるＺ軸駆動機構である。
【００１７】
第一実施例の動作について説明する。第一実施例は、開口部２２がないツールトレイ３を利用するものである。第一実施例の動作は図５及び図６に示される。まず、チップ反転供給部８は、図示されていないチップトレイ３上方へ移動し、チップトレイ上方に設けたやはり図示されていない認識カメラによりチップを認識し、チップ反転供給部８のＸＹＺΘ各軸方向への駆動機構による移動動作により、ピックアンドプレース２０のチップ吸着部２１にチップ４を吸着し反転させる。チップ４はチップトレイ上に接合面を上に向けて置かれているため、フェイスダウンのため反転させる必要がある。この待機状態を示すのが図５（Ａ）である。
【００１８】
図５（Ｂ）に示すようにツール供給部９、チップ反転供給部８がともにボンディングヘッド１下方へ移動し、ボンディングヘッド１の真下にツール供給部９のツールトレイ３に置かれた該当ボンディングツール２がきて、更にボンディングツール２の真下に、チップ反転供給部８に吸着されたチップ４がきて停止する。
【００１９】
図５（Ｃ）に示すようにボンディングヘッド１が下降し、ボンディングツール２を吸着し、その後、図５（Ｄ）のようにボンディングツール２を保持した状態でボンディングヘッド１は上昇し、図６（Ｅ）に示すようにツール供給部９が退避する。
【００２０】
その後、図６（Ｆ）に示すようにチップ反転供給部８が上昇し、ボンディングツール２を吸着しているボンディングヘッド１にチップ４を供給し、ボンディングヘッド１が吸着する。この時、チップ反転供給部８でのチップ吸着は解除され、チップ反転供給部８が下降し（図６（Ｇ））、退避する（図６（Ｈ））。その後、チップと基板の位置決め、位置合わせを行なった後ボンディングを行ない、次のボンディングサイクルへと移行する。
【００２１】
次に、  第二実施例の動作について説明する。第二実施例は、開口部２２のあるツールトレイ３を利用するものである。第二実施例の動作は図７及び図８に示される。まずチップ反転供給部８は、図示されていないチップトレイ上方へ移動し、チップトレイ上方に設けたやはり図示されていない認識カメラによりチップを認識し、チップ反転供給部８のＸＹＺΘ各軸方向への移動動作により、ピックアンドプレース２０のチップ吸着部２１にチップ４を吸着し反転させる。この待機状態を示すのが図７（Ａ）である。
【００２２】
図７（Ｂ）に示すようにツール供給部９、チップ反転供給部８がともにボンディングヘッド１下方へ移動し、ボンディングヘッド１の真下にツール供給部９のツールトレイ３に置かれた該当ボンディングツール２、ボンディングツール２の真下に、チップ反転供給部８の吸着されたチップ４がくる位置で停止する。ここまでの動作は第一実施例と同じである。
【００２３】
次に、ボンディングヘッド１が下降し、同時にチップ反転供給部８が上昇する。ボンディングヘッド１がボンディングツール２及びチップ４を吸着し（図７（Ｃ））、チップ反転供給部８が吸着を解除し、図７（Ｄ）に示されるようにボンディングヘッド１は、ボンディングツール２及びチップ４を保持して上昇し、チップ反転供給部８は下降する。
【００２４】
図８（Ｅ）に示されるようにツール供給部９及びチップ反転供給部８が退避し、Ｘ軸駆動テーブル１６及びＹ軸駆動テーブル１７を動作させて、チップ認識カメラ１５によりボンディングヘッド１のチップ４の位置を認識し、更に同様に基板認識カメラ１４により基板６上のボンディング位置を認識する。更に両テーブル１６、１７によりチップ４と基板６の位置を合わせを行い、ボンディングヘッド１を下降させ、チップ４を基板６にボンディングする（図８（Ｆ））。
【００２５】
ボンディングヘッド１が上昇し、ツール供給部９がボンディングヘッド１下方へ移動し、その時、チップ反転供給部８はすでにチップ吸着部２１にチップ４を吸着する動作を終了しており、ツール供給部９及びチップ反転供給部８が、ボンディングヘッド１の下方に移動し、ボンディングヘッド１が下降してツールトレイ３上にボンディングツール２を開放し、図７（Ｂ）の状態へと続く。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、如上のようにボンディングツールの交換とチップの供給をほぼ同時に実行することができるのでボンディングツールの交換がある場合でも最小限の時間のロスでボンディングが可能であるためボンディング装置の生産性を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボンディングヘッドとツール供給部とチップ反転供給部の位置関係を示す正面図
【図２】ボンディングヘッドとツール供給部の関係を示す側面図
【図３】ツール供給部の平面図
【図４】ボンディング装置の全体を示す概略斜視図
【図５】第一実施例の動作を示す説明図
【図６】第一実施例の動作を示す説明図
【図７】第二実施例の動作を示す説明図
【図８】第二実施例の動作を示す説明図
【図９】従来のボンディング動作を示す説明図
【図１０】従来のボンディング動作を示す説明図
【符号の説明】
１．．．．．．ボンディングヘッド
２．．．．．．ボンディングツール
３．．．．．．ツールトレイ
４．．．．．．チップ
５．．．．．．チップ供給部
６．．．．．．基板
７．．．．．．基板ステージ
８．．．．．．チップ反転供給部
９．．．．．．ツール供給部
１０．．．．．ボンディング部
１１．．．．．Ｚ軸モータ
１２．．．．．Ｚ軸駆動機構
１３．．．．．支持台
１４．．．．．基板認識カメラ
１５．．．．．チップ認識カメラ
１６．．．．．Ｘ軸駆動テーブル
１７．．．．．Ｙ軸駆動テーブル
１８．．．．．Ｙ軸モータ
１９．．．．．ボールネジ
２０．．．．．ピックアンドプレース
２１．．．．．チップ吸着部
２２．．．．．開口部
２３．．．．．ツール供給部進退用モータ
２４．．．．．上下動モータ
２５．．．．．進退モータ
２６．．．．．反転モータ
２７．．．．．Θ軸駆動モータ
３１．．．．．ツール収納部
【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】
0003747300.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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