JP2736637B2 - チップボンディング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 この発明は、チップボンディング方法に関し、詳しく
は、チップボンディング用コレット装置の移動距離が短
縮され、そのボンディングスピードが飛躍的に高められ
るように改良されたものに関する。 【従来の技術】 LSIなどの半導体装置の製造工程においては、たとえ
ば、基板搬送手段により間欠的にこま送りされるリード
フレームなどの基板上に、半導体素子であるチップをボ
ンディングする作業が行われる。この場合、チップの形
成作業においては、多数のチップが一括形成されたウエ
ハを伸縮性のあるシート上に仮接着してこれをクラッキ
ングした後、シートを加熱しながら引き伸ばした状態に
保持し（いわゆるエキスパンドテープと呼称される状態
にして）、各チップ間の間隔を広げるという手順が踏ま
れる。 一方、このようにして一個毎に独立させられたそれぞ
れのチップは、たとえば、特開昭59−204247号、同じく
59−205733号公報に開示されているようなチップボンデ
ィング装置を用いてボンディングされる。 すなわち、チップ担持部材としての上記エキスパンド
テープは、サポートフレームに張り付けられ、このサポ
ートフレームを支持し、かつ制御装置に連結されたＸ−
ＹテーブルによりXY平面方向に間欠順送りされるように
なっている。これにより、上記エキスパンドテープは、
各チップが順次ピックアップ位置をとるようにされる。
また、上記エキスパンドテープの下側には、中央にバキ
ュームホールをもつガイド面と、上記バキュームホール
から先端が出没するピックアップニードルを備えたテー
プガイドが配設される一方、上記エキスパンドテープを
挟んで上記テープガイドの真上に、チップが上記テープ
ガイドのガイド面の中央に位置しているかどうかを確認
するための光学系認識装置が、上記Ｘ−Ｙテーブルの制
御装置と連携作動するように設けられている。さらに、
上記ガイド面の中央に位置させられたチップの上方に
は、これを真空吸着して、基板上の所定位置に運び、そ
の位置に接着するコレット装置が配置されている。 そして、上記光学系認識装置とこれに連動する制御装
置の作動により、上記Ｘ−Ｙテーブルが駆動して上記サ
ポートフレームに支持されたエキスパンドテープ上のチ
ップが上記ガイド面の中央に移動させられ、上記ピック
アップニードルがチップを突き上げてこれを上記エキス
パンドテープから離間させると同時に、上記コレット装
置がこのチップを吸い上げ、上記基板上の所定位置に運
び、接着する。この動作は、エキスパンドテープ上のチ
ップが全てなくなるまで繰り返される。 【発明が解決しようとする問題点】 ところで、上記のチップボンディング装置において
は、基板とエキスパンドテープ上のチップとは、略同一
平面上において離間して配置されていることから、たと
えば、文字表示LED（文字表示ディスプレイ）などに使
用される発光ダイオード用のチップを基板にボンディン
グする場合には、その基板の幅寸法が比較的に長いた
め、それに応じて上記コレット装置の移動距離が長くな
るという不都合がある。 また、チップが一括形成されたウエハのサイズが大き
い場合には、それに対応して上述したエキスパンドテー
プの幅寸法も長くなるため、さらに上記の傾向が顕著と
なる。 この場合、上記コレット装置の移動回数は、ボンディ
ングしようとするチップの個数に比例することから、ウ
エハのサイズが大きくなればなるほど、換言すると、上
記エキスパンドテープ上のチップの個数が多くなればな
るほど、その移動に要する時間も長くなる。たとえば、
上記発光ダイオード用のチップは、通常、一枚のウエハ
で、20,000個ないし30,000個が一括形成されており、そ
の全てのチップをボンディングするためには、上記コレ
ット装置は、エキスパンドテープと基板との間を20,000
回ないし30,000回も往復することとなる。 したがって、使用する基板およびウエハのサイズが大
きくなるのに比例して、コレット装置の移動に要する時
間が非常に長くなり、ボンディングスピードが極端に遅
くなるという問題があった。 このことは、作業能率が大幅に低下する原因となり、
結果的に半導体装置製造における生産性が著しく悪化す
ることになる。 この発明は、以上のような事情のもとで考え出された
もので、コレット装置の移動距離が短縮されてボンディ
ングスピードが飛躍的に高められるとともに、採用され
る基板やウエハのサイズの変化に左右されることなくボ
ンディングスピードが一定化し、生産性の大幅なアップ
を可能にし、しかもチップボンディング装置の構成を簡
略化することができるチップボンディング方法を提供す
ることをその課題としている。 【問題を解決するための手段】 上記の問題を解決するために、この発明では、次の技
術的手段を採用した。 すなわち、この発明にかかるチップボンディング方法
は、基板を支持し、かつこの基板を、チップを配置すべ
き複数のボンディング面が順次所定のボンディング位置
をとるように間欠おくりする基板搬送手段と、 上記基板搬送手段の上方に配置され、複数のチップを
担持したチップ担持部材をチップ担持面が上記基板搬送
手段上の基板を向くように支持し、かつ、このチップ担
持部材を、これに担持された各チップが順次ピックアッ
プ位置をとるようにチップ担持面方向に間欠おくりする
チップ担持部材保持手段と、 上記基板搬送手段上の基板と上記チップ担持部材のチ
ップ担持面との間に配置されるとともに吸着コレットを
備えており、上記基板の面と平行な軸を中心として回動
して上記吸着コレットが上記基板と垂直な方向を向く状
態と上記チップ担持部材と垂直な方向を向く状態とを選
択可能であり、かつ全体として上記基板および上記チッ
プ担持部材に近接離間動可能であるコレット装置と、 を備えるチップボンディング装置を用いたチップボンデ
ィング方法であって、 上記チップ担持面に垂直な方向を向かせた吸着コレット
を、これに吸引力を作用させつつ上記チップ担持面に近
接させて上記チップ担持部材におけるピックアップ位置
にあるチップをピックアップした後、上記吸着コレット
を上記チップを吸着保持したまま上記チップ担持面から
離間させるステップと、 上記吸引力を作用させて上記チップを吸着保持したま
ま上記吸着コレットを上記基板上面のボンディング面と
直交する方向を向くように回動させるステップと、 上記吸着コレットを上記基板上面のボンディング面に
近接させて吸着保持していた上記チップをボンディング
位置にあるボンディング面にボンディングした後、上記
吸着コレットを上記ボンディング面から離間させるステ
ップと、 上記吸着コレットを上記チップ担持面に垂直な方向を
向くように回帰回動させるステップと、 を繰り返すことを特徴としている。 【作用および効果】 基板搬送手段は通常、基板およびそのボンディング面
が水平状態となるように間欠おくりする。チップ担持部
材保持手段は、上記基板の上方において、チップ担持面
が下向きとなるようにしてこれを水平状態に保持する。
本願発明のチップボンディング方法によって特徴づけら
れるコレット装置の作動は、チップのピックアップ時に
は、全体として中立状態から上方の上記チップ担持面に
近接動したのち、離間動する。チップボンディング時に
は、全体として中立状態から下方の基板ボンディング面
に対して近接動したのち、離間動する。一つの吸着コレ
ットに注目すると、上記チップ担持面を指向する状態に
おいて、上記記担持面に近接したのち離間し、この間に
チップ担持面のチップを吸着によりピックアップする。
そして、180゜回動して上記基板のボンディング面を指
向する状態において、上記ボンディング面に近接したの
ち離間し、この間に吸着保持されていたチップを上記基
板のボンディング面にボンディングする。そして、さら
に180゜回動して再び上記チップ担持面を指向する状態
に回帰し、以後上記の動作を繰り返す。 上記コレット装置全体としての動きは、中立状態から
上方への近接および離間往復動、中立状態から下方への
近接および離間往復動という、わずかなものである。そ
して、吸着コレットの上記チップ担持面を指向する状態
と上記基板のボンディング面を指向する状態との選択
は、コレット装置を水平軸回りに回動させることにより
達成される。しかも、ピックアップおよびボンディング
に必要な上下動は、すべて上記コレット装置によって得
ているので、基板搬送手段およびチップ担持部材保持手
段は、上下方向の動作を不要とする簡便な構成をとるこ
とができる。 さらに、上記のように、ピックアップとボンディング
は、異なる時点において行われているので、吸着コレッ
トの吸着力を、ピックアップ時点からボンディング時点
までの限定された期間に作用させることができる。この
ことは、ボンディング時に、吸着力を破壊してボンディ
ング面へのチップの速やかかつ確実な移載を達成するこ
とができることを意味する。 基板とチップ担持部材を略水平面上に配置する従来例
との比較でいえば、本願発明によるチップボンディング
方法は、コレット装置の動きが上記のような全体として
の上下往復動と吸着コレットの回動という、高速化が可
能な動きであるため、ボンディングスピードを飛躍的に
向上させることができる。しかも、上記のように吸着コ
レットの吸着力を一定の期間にかぎって作用させること
ができることから、ボンディング面へのチップのボンデ
ィングが確実かつ速やかなものとなり、しかも、基板搬
送手段およびチップ担持部材保持手段に上下動が不要な
ことから、ボンディング装置全体の構成が簡略化され
る。 【実施例の説明】 以下、この発明の実施例を第１図ないし第４図を参照
して詳細に説明する。 第１図および第２図に示すように、この例におけるチ
ップボンディング装置１は、基板搬送手段２と、チップ
担持部材保持手段３と、コレット装置４とを備えてい
る。 そして、上記基板搬送手段２は、文字表示LEDに使用
される半導体装置用の基板５を支持するとともに、これ
のチップ６を配置すべき複数のボンディング面７が順次
所定のボンディング位置をとるようにＸ−Ｙ平面方向に
間欠おくりする第一Ｘ−Ｙテーブル８を備えており、こ
の第一Ｘ−Ｙテーブル８は、図示しない制御装置により
駆動制御されるようになっている。 一方、第１図および第２図に示すように、上記チップ
担持部材保持手段３は、上記基板搬送手段２の上方にお
いて、複数のチップ６を担持したチップ担持部材９のチ
ップ担持面10と上記基板５のボンディング面７とが対向
するように配置されており、上記各チップ６に所定のピ
ックアップ位置をとらせるように構成される。 すなわち、上記チップ担持部材保持手段３は、チップ
担持部材９が張り付けられるサポートフレーム11をも
ち、かつ図示しない制御装置に連結されて上記第一Ｘ−
Ｙテーブル８に対応して作動する第二Ｘ−Ｙテーブル12
を備えており、この第二Ｘ−Ｙテーブル12の駆動により
上記チップ担持部材９をＸ−Ｙ平面方向に間欠順送りす
るようになっている。 この場合、上記チップ担持部材９としては、たとえ
ば、多数のチップ６が一括形成されたウエハを伸縮性の
あるシート上に仮接着してこれをクラッキングした後、
シートを加熱しながら引き伸ばした状態に保持すること
により作成され、各チップ６間の間隔を広がった状態に
維持するいわゆるエキスパンドテープなどが採用され
る。 また、第２図に示すように、上記チップ担持部材９の
上側には、中央にバキュームホール13をもつガイド面14
と、上記バキュームホール13から先端が出没するピック
アップニードル15を備えたガイド16が配置されている。
さらに、上記チップ担持部材９を挟んで上記ガイド16の
真下に、チップ６が上記ガイド16のガイド面15の中央
に、すなわち、ピックアップ位置に位置しているか否か
を認識するための図示しない光学系認識装置が、上記第
二Ｘ−Ｙテーブル12の制御装置と連携して駆動するよう
に配設される。 そして、第１図に示すように、上記コレット装置４
は、上記基板搬送手段２上の基板５と、上記チップ担持
部材９との間に配置されており、外部のバキューム装置
などに連結された一対の真空吸着用コレット17,18を備
えている。これらコレット17,18は、モータケース19内
の図示しないステッピングモータにおける回転軸20の突
出端部に連結された支持体21の上下面21a,21aにおい
て、上記支持体21を挟んで直列体に突設されている。こ
れらのコレット17,18の軸方向長さは、上記チップ担持
部材９のチップ担持面10と上記基板５のボンディング面
７との離間距離に応じて、上記コレット装置４が上記チ
ップ担持面10とボンディング面７との間で回動可能に、
かつ能率的にピックアップならびにボンディング動作を
行ないうるように設定されるものである。 さらに、上記コレット装置４は、上記ステッピング・
モータの駆動により、上記基板面5aと平行な軸を中心と
して回動させられるとともに、Ｚ軸方向送り手段22によ
りその軸方向に往復動させられる。すなわち、上記Ｚ軸
方向送り手段22は、上記ステッピング・モータに連携駆
動して上記モータケース19を上記コレット17,18の軸方
向に往復動させる図示しないカム装置などを備えてい
る。このＺ軸方向送り手段22と上記ステッピング・モー
タとの連携駆動により、上記コレット装置４は以下に述
べるような一連のボンディング動作を行なう。 すなわち、上記コレット装置４は、作動時において、
上記チップ担持面10に垂直な方向を向きながらチップ担
持面10に接離して上記チップ担持部材９におけるピック
アップ位置にあるチップ６をピックアップする動作と、
ピックアップした後、基板面5aと平行な軸を中心として
上記基板上面5bのボンディング面７に近接および離間し
てチップ６をボンディング位置にあるボンディング面７
にボンディングする動作と、ボンディングした後、上記
軸を中心として上記チップ担持面10に垂直な方向を向く
まで回帰回動する動作を行なうように構成されている。 本例においては、上記したように一対のコレット17,1
8が支持体21を挟んで対向配置されることにより、上記
コレット装置４は、上述したピックアップ動作およびボ
ンディング動作をその半回転毎に交互に行いうるように
なっている。 上記の構成において、その作用を第１図ないし第４図
により詳述する。 まず、第１図に示すように、上記基板５が基板搬送手
段２の第一Ｘ−Ｙテーブル８によりこま送りされ、基板
５のチップ６を配置すべき一つのボンディング面７が所
定のボンディング位置をとらせられる。その一方で、上
記光学系認識装置およびこれに連動する制御装置によ
り、上記第二Ｘ−Ｙテーブル12が駆動させられ、上記サ
ポートフレーム11に支持されたチップ担持部材９上の所
定のチップ６が、上記ガイド16のガイド面14の中央に移
動させられ、ピックアップ位置をとる。 次に、第２図に示すように、上記Ｚ軸方向送り手段22
の駆動により、上記コレット装置４は、まず、上記チッ
プ担持部材９のチップ担持面10に垂直な方向を向きなが
ら、チップ担持面10へ近接して、一方のコレット17の先
端に上記チップ６を真空吸着する。このとき、上記ピッ
クアップニードル15がチップ６を突き下げてこれをチッ
プ担持部材９から離間させることにより、上記チップ６
はすみやかに上記コレット17の先端に吸い付けられる。 その後、上記コレット装置４は、上記チップ担持面10
から離間してピックアップ動作を完了する。さらに、第
３図に示すように、上記ステッピング・モータの駆動に
より、上記コレット装置４は、基板面5aと平行な軸を中
心として反時計回り方向に180度回動して上記基板上面5
bのボンディング面７と直交する方向を向くまで回動す
る。そして、再び上記Ｚ軸方向送り手段22が駆動して、
上記コレット装置４は、上記ボンディング面７に接離し
て上記チップ６を基板５のボンディング位置にボンディ
ングする。すなわち、コレット17の先端に吸着されてい
たチップ６がこのコレット17のボンディング面７への近
接時に上記吸引力が解除されることにより、ボンディン
グ面７に受け渡される。このとき、上記コレット装置４
は、上記ボンディング面７から離間するとともに、上記
チップ担持部材９のチップ担持面10に近接し、上記コレ
ット17と反対側に配置されているコレット18の先端に、
上記の場合と同様にして上記チップ担持部材保持手段３
によりこま送りされた新たにボンディングすべきチップ
６を真空吸着する。 最後に、上記コレット装置４は、再び上記チップ担持
面10から離間して、第４図に示すように、上記ステッピ
ング・モータの回転軸20が180度回転することにより、
上記コレット装置４は、上記軸を中心として反時計回り
方向に上記チップ担持部材９のチップ担持面10に垂直な
方向を向くまで回帰回動し、すでに上記コレット18の先
端に保持しているチップ６を新たなボンディング面７に
接着しうる姿勢をとるとともに、上記コレット17の先端
にその次にピックアップすべきチップ６を吸着しうる態
勢を整える。 こうして、一連の単位チップボンディング動作が完了
する。 なお、この一連のボンディング動作は、上記チップ担
持部材９上のすべてのチップ６が一掃されるまで繰り返
され、所定のボンディング作業が達成される。 以上のように、本例におけるコレット装置４の実質的
な移動距離は、上記チップ担持部材９に近接離間するの
に要する距離と、上記基板５に近接離間するのに要する
距離だけである。 また、上記コレット装置４は、上記一対のコレット1
7,18を用いて、上述したピックアップ動作とボンディン
グ動作をその半回転毎に交互に行なっている。 したがって、コレット装置４は、その直線的な移動に
かかる時間が大幅に短くなるとともに、一つのチップ６
をピックアップする一方で、もう一つのチップ６をボン
ディングすることになる。 そのため、上記ステッピング・モータにおける回転軸
20の回動に要する時間を考慮しても、ボンディングに要
する時間は、従来例に比べ飛躍的に短縮される。 なお、上記実施例におけるチップ担持部材９は、上記
基板５に対して斜交い状に配置し、チップ担持部材保持
手段３により上記の場合と同様にして間欠順送りさせて
もよい。そうすれば、コレット装置４の移動距離をさら
にカットできる。 もちろん、この発明の範囲は、上記実施例に限定され
ない。たとえば、上記実施例におけるコレット装置４の
コレット17,18の個数および形態は、特に限定されるも
のではなく、ボンディング動作を効果的に行ないうるよ
うに設定されるものであり、その個数を増加させたり、
あるいはその形態を上記両近接離間距離が短くなるよう
に設定すれば、さらにボンディングスピードを速くする
ことができる。 なお、いうまでもなく、上記チップボンディング装置
１は、基板５としてリードフレームが採用される場合に
おいても同様にして使用されうるとともに、本発明の範
囲内において、その他、種々、設計変更可能なものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図ない
し第４図はその作用説明図である。 １……チップボンディング装置、２……基板搬送手段、
３……チップ担持部材保持手段、４……コレット装置、
５……基板、5a……基板面、5b……基板上面、６……チ
ップ、７……ボンディング面、９……チップ担持部材、
10……チップ担持面。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．基板を支持し、かつこの基板を、チップを配置すべ
   き複数のボンディング面が順次所定のボンディング位置
   をとるように間欠おくりする基板搬送手段と、 上記基板搬送手段の上方に配置され、複数のチップを担
   持したチップ担持部材をチップ担持面が上記基板搬送手
   段上の基板を向くように支持し、かつ、このチップ担持
   部材を、これに担持された各チップが順次ピックアップ
   位置をとるようにチップ担持面方向に間欠おくりするチ
   ップ担持部材保持手段と、 上記基板搬送手段上の基板と上記チップ担持部材のチッ
   プ担持面との間に配置されるとともに吸着コレットを備
   えており、上記基板の面と平行な軸を中心として回動し
   て上記吸着コレットが上記基板と垂直な方向を向く状態
   と上記チップ担持部材と垂直な方向を向く状態とを選択
   可能であり、かつ全体として上記基板および上記チップ
   担持部材に近接離間動可能であるコレット装置と、 を備えるチップボンディング装置を用いたチップボンデ
   ィング方法であって、 上記チップ担持面に垂直な方向を向かせた吸着コレット
   を、これに吸引力を作用させつつ上記チップ担持面に近
   接させて上記チップ担持部材におけるピックアップ位置
   にあるチップをピックアップした後、上記吸着コレット
   を上記チップを吸着保持したまま上記チップ担持面から
   離間させるステップと、 上記吸引力を作用させて上記チップを吸着保持したまま
   上記吸着コレットを上記基板上面のボンディング面と直
   交する方向を向くように回動させるステップと、 上記吸着コレットを上記基板上面のボンディング面に近
   接させて吸着保持していた上記チップをボンディング位
   置にあるボンディング面にボンディングした後、上記吸
   着コレットを上記ボンディング面から離間させるステッ
   プと、 上記吸着コレットを上記チップ担持面に垂直な方向を向
   くように回帰回動させるステップと、 を繰り返すことを特徴とする、チップボンディング方
   法。