JP3031060B2 - 電子部品のボンディングヘッド装置及び電子部品のボンディング方法 - Google Patents

電子部品のボンディングヘッド装置及び電子部品のボンディング方法

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JP3031060B2
JP3031060B2 JP13325792A JP13325792A JP3031060B2 JP 3031060 B2 JP3031060 B2 JP 3031060B2 JP 13325792 A JP13325792 A JP 13325792A JP 13325792 A JP13325792 A JP 13325792A JP 3031060 B2 JP3031060 B2 JP 3031060B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子部品のボンディング
ヘッド装置及び電子部品のボンディング方法に係り、詳
しくは、ボンディング荷重の設定を容易にするととも
に、吸着部が電子部品に接触した際に電子部品が破損し
ないようにした手段に関する。
【0002】
【従来の技術】リードフレームにダイを実装するダイボ
ンディング工程は、次のように行われる。すなわち、リ
ードフレームを搬送レール上に位置決めし、このリード
フレームにディスペンサなどによりボンドを塗布する。
一方、ウェハから所定形状にカットされた電子部品をエ
ジェクタにより突き上げ、ボンディングヘッド装置を下
降させて、この突き上げられた電子部品をこのボンディ
ングヘッド装置の吸着部により吸着し、この装置を上昇
させることによりピックアップする。そして、上記リー
ドフレーム側へ移送し、再度ボンディングヘッド装置を
下降させ、上記吸着部に吸着されている電子部品をリー
ドフレームに実装し、この装置を上昇させるようになっ
ている。このように、ボンディングヘッド装置は、ダイ
ボンディング工程の1ストロークにおいて、少なくとも
2回(エジェクタにより突き上げられた電子部品をピッ
クアップするときと、ピックアップした電子部品をリー
ドフレームに実装するとき)の昇降動作を行っている。
【0003】ここで図8は、従来のボンディングヘッド
装置の例示図である。図8において、LFはリードフレ
ーム、Bはボンド、Pは電子部品であり、110はボン
ディングヘッド装置の支持機構、120は、上部がこの
支持機構110に対して昇降可能に支持され、下部に電
子部品Pを吸着する吸着部122を有する可動機構、1
30はこの支持機構110をXYZθ方向に移動させる
移動手段である。
【0004】そして、この可動機構120は、吸着ノズ
ル122a、このノズル122aの下部に取り付けられ
るダイコレット122b、このノズル122aの上部に
連結される昇降ロッド121からなる。
【0005】また、支持機構110は、ホルダ111、
このホルダ111内に設けられ、かつ昇降ロッド121
を昇降自在に支持するガイドブシュ112,113から
なる。
【0006】またKは、上端部がホルダ111の下部
に、下端部がノズル122aの上部に、それぞれ取り付
けられるボンディング荷重設定用ばねである。このよう
に、従来手段においては、XYZθ方向に移動する移動
手段130による押し下げ力が一定であるとすると、ボ
ンディングヘッド装置が、電子部品をリードフレームに
押し付けるボンディング荷重は、このばねKのみにより
設定されるものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ダイボンデ
ィングの分野においても、多品種少量生産が行われるに
至っており、大小様々な電子部品がボンディングされて
いる。
【0008】ここで電子部品のサイズが大きければ、接
触面積が大となり、多量のボンドを要するので、大きな
ボンディング荷重をかけてしっかりボンディングする必
要がある。逆に小さな電子部品では、電子部品の破損を
防止するため、小さなボンディング荷重が必要になる。
このように電子部品のサイズなどが異なると、適切なボ
ンディング荷重が相違するので、ボンディング荷重の設
定変更を行うことが多い。
【0009】ところが従来手段のように、ばねKのみに
よりボンディング荷重の設定を行うと、この設定変更の
都度ばねKを交替しなければならず、種々のばねKを準
備しておく必要があるばかりでなく、その交替時にはダ
イボンディング工程全体を停止する必要があるので、作
業歩留が低下するという問題点がある。
【0010】また可動機構120は、ばねKにより支持
機構110に支持されている。そして図8(b)に示す
ように、ホルダ111が、下降して最下降位置に至る
際、次に述べるような現象を起こすことがある。
【0011】すなわち、ホルダ111が下降する際、そ
の下向きの加速度により、可動機構120に上向きの慣
性力が作用し、ばねKは自然長よりも縮んだ状態にあ
る。
【0012】そして、ホルダ111が、最下降位置に至
り停止すると、上記上向きの加速度が0となり、可動機
構120に慣性力が作用しなくなる。したがって、ばね
Kが上記縮んだ状態から解放され、振動(伸縮)を起こ
す。
【0013】その結果、可動機構120の下部に位置す
る吸着部122が、上昇(同図(c))及び下降(同図
(b))を繰り返し(ジャンピング現象)、デリケート
な電子部品Pを破損するおそれがあった。
【0014】そして、最近ボンディングを高速化するた
め、上記加速度,慣性力は、ますます大きくなってい
る。したがって、ばねKのばね定数が小さいと、上記振
動(伸縮)の振幅が大きくなり、一層上記ジャンピング
現象が顕著になっていた。
【0015】そこで、従来手段においては、このジャン
ピング現象を抑制すべく、ばねKのばね定数を大きくし
ていた。このように、ばね定数を大きくすれば、上記振
幅は小さくなる。しかしながら、このようにしても、ば
ね定数と振幅の積(吸着ノズル122aが電子部品Pに
及ぼす力)を減殺することはできず、電子部品Pを破損
し易いという上記問題点を解決できるものではなかっ
た。
【0016】なお図8は、ボンディングヘッド装置の上
記2回の昇降動作のうち、ピックアップされた電子部品
をリードフレームに実装する状態を示しているが、エジ
ェクタにより突き上げられた電子部品をピックアップす
る際にも、上述と同様の問題点がある。
【0017】そこで本発明は、部品交換を行わずにボン
ディング荷重の設定変更を行うことができ、しかも電子
部品を破損しにくい手段を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、支持機構と、
上部がこの支持機構に対して昇降可能に支持され、かつ
下部に電子部品を吸着する吸着部を有する可動機構を備
え、前記支持機構に設けられる受動素子と、この受動素
子に設定値に基づいて前記可動機構を、前記支持機構に
対して押し下げる外力を印加する制御手段とを有して、
ボンディングヘッド装置を構成する。
【0019】また、吸着部が最下降しようとする際に、
可動機構を支持機構に押し付ける外力を弱めるものであ
る。
【0020】
【作用】上記構成によれば、制御手段における設定値に
より可動機構を押し下げる外力が決定される。したがっ
て、ボンディング荷重の設定変更を行うにあたっては、
この設定値を変更すればよく、何ら部品を交換する必要
がない。しかも、吸着部が最下降しようとする際に、可
動機構を押し下げる外力を減少させることにより、電子
部品に過大なショックが加わらないようにして、電子部
品の破損を防止することができる。
【0021】
【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例を説
明する。
【0022】図1(a)は本発明の一実施例に係るボン
ディングヘッド装置及びこの装置を用いたダイボンディ
ング装置の斜視図、図1(b)は同移動手段(Zθ方
向)の要部分解図、図2は同ボンディングヘッド装置の
組立図、図3は同縦断面図、図4は制御手段の回路図、
図5は最下降しようとする際の同ボンディングヘッド装
置の縦断面図、図6は同動作説明図、図7は他の実施例
に係るボンディングヘッド装置の縦断面図である。
【0023】さて図1及び図2に示すように、このボン
ディング装置は、支持機構10,可動機構20の他に、
支持機構10をYZθ方向に移動させる移動手段30、
支持機構10に設けられる受動素子DPと、この受動素
子DPに設定値に基づいて可動機構20を、支持機構1
0に対して、押し下げる外力を印加する制御手段40と
を有するものである。
【0024】1はヘッド部であり、電子部品供給部とし
てのウエハW上の電子部品Pを吸着する吸着部22(後
述するようにコレット型のノズルなどからなる)を有し
ている。LFはこの電子部品Pが搭載されるリードフレ
ームなどの基板(以下単にリードフレームという)であ
る。
【0025】まず、この支持機構10の移動手段30に
ついて、図1を参照しながら説明する。
【0026】311はリニアモータからなる第1のダイ
レクトモータであって、水平なガイド312と、このガ
イド312上をスライドするスライダ313を有してお
り、上記ヘッド部1はこのスライダ313に装着され
て、横方向Yに移動する。314はガイド312に設け
られたコイル、315,316はスライダ313の下面
に設けられたヨークとマグネットである。スライダ31
3には空気受を構成するエア孔(図外)が穿設されてお
り、ガイド312上をわずかに浮上して、横方向Yに移
動する。
【0027】図1(b)において、321はヘッド部1
に設けられたリニアモータからなる第2のダイレクトモ
ータである。322はヨークであり、シャフト3が挿着
されており、このシャフト3の下部に、上記支持機構1
0が連結される。そして、この支持機構10に可動機構
20が昇降可能に支持され、この可動機構20の下端部
に吸着部22が設けられている。上記ヨーク322は円
板形であって、その周面にマグネット323が装着され
ており、更にその外側にコイル324が設けられてい
る。したがって、コイル324に通電すると、シャフト
3及び支持機構10は上下方向Zに上下動し、支持機構
10が上下動するにつれ、可動機構20及びその下端部
の吸着部22はウエハW上の電子部品Pのピックアップ
動作や、リードフレームLFへの電子部品Pの搭載動作
を行なう。
【0028】331はリニアモータからなる第3のダイ
レクトモータであって、マグネット332,コア33
3,コイル334を備えている。上記シャフト3にはス
プライン4が装着されており、このスプライン4は、マ
グネット332の中心部を昇降自在に貫通している。コ
イル334に通電すると、シャフト3及び支持機構10
はその軸心を中心にθ方向に回転する。
【0029】この移動手段30は、上記のような構成よ
りなり、次にこの手段30の動作の説明を行なう。
【0030】第1のダイレクトモータ311を駆動し
て、ヘッド部1をウエハWの真上に移動させる。つい
で、第2のダイレクトモータ321を駆動して吸着部2
2を昇降させ、ウエハW上の電子部品Pを吸着してピッ
クアップする。ついで、第1のダイレクトモータ311
を駆動して、ヘッド部1をリードフレームLFの真上へ
移動させ、第2のダイレクトモータ321を駆動して、
この電子部品PをリードフレームLFに搭載する。上記
動作中に、第3のダイレクトモータ331を駆動するこ
とにより、シャフト3及び支持機構10をθ回転させ、
吸着部22や電子部品Pの回転角度を設定する。
【0031】ここで、電子部品Pに塵埃が付着するのを
避けるために、ダイボンディングはクリーンルームにお
いて行なわれるが、従来手段においては、上記移動手段
に、タイミングベルト、ボールねじなどが多用されてい
た。したがって、従来手段では、これらタイミングベル
トなどの駆動に伴う機械的摩擦により、発塵し、金属
粉、ベルト粉、グリース粉が飛散して、クリーンルーム
のクリーン度が低下し易いものであった。
【0032】これに対し、本手段では、タイミングベル
ト、ボールねじなどはまったく使用しないので、ダイレ
クトモータ311,321,331の負荷はきわめて小
さく、動作の高速化が可能となるだけでなく、機械的摩
擦による発塵を生ずることもなく、クリーンルームのク
リーン度が低下しないようにすることができる。
【0033】すなわち本実施例に係る移動手段は、ヘッ
ド部と、このヘッド部を横方向に往復移動させる第1の
ダイレクトモータとを備え、また上記ヘッド部が、下方
に吸着部を有する、支持機構を上下動させる第2のダイ
レクトモータと、この支持機構をθ回転させる第3のダ
イレクトモータとを備えている。
【0034】なお、本手段は、ウエハW上の電子部品P
を位置ずれ補正ステージに移載し、ここで電子部品Pの
XYθ方向の位置ずれを補正した後、ヘッド部1でこの
電子部品Pをピックアップし、リードフレームLFに搭
載する方式のダイボンディングにも適用できる。
【0035】次に、図2を参照しながら、支持機構10
などの詳細な構造を説明する。さて支持機構10のう
ち、11はすりばち状のホルダであり、このホルダ11
の上部中央には大径の凹部11aが凹設されており、こ
の凹部11aと同軸的に上記凹部11よりも小径の円孔
11bが連設されている。また11cは凹部11aに連
通する大気開放孔であり、11dは垂直に設けられる雌
ねじ部である。そして、ガイドブシュ16が上記円孔1
1bに嵌込まれ、後述する昇降ロッド21が、このガイ
ドブシュ16により、ホルダ11に対し昇降自在に支持
される。
【0036】12はホルダ11に載るダイヤフラムケー
スであり、中央にダイヤフラムプレート23(後述)の
ボス部23bよりも大径の円孔12aが開設されてい
る。12bはこのケース12の上記円孔12aの外周側
に凹設された円溝であり、ダイヤフラムDPの周縁肉厚
部DPaが、この円溝12bに嵌込まれるようになって
いる。12cは上記雌ねじ部11dと符合する位置に開
設された透孔、12dは上記ホルダ11の凹部11aの
内周縁上部と係合する段差部である。
【0037】13は蓋状のダイヤフラムケースであり、
このケース13は上記ケース12の上に載るものであ
る。13aはこのケース13のボス部、13bは同フラ
ンジ部であり、ボス部13の中央には円孔13cが開設
され、フランジ部13bの上記透孔12cと符合する位
置に、透孔13dが開設されている。この円孔13cに
は、配管15の縮径部15aが嵌合され、透孔13d,
12cにボルト14の雄ねじ部14aが挿通されるとと
もに、この雄ねじ部14aが、ホルダ11の雌ねじ部1
1dに螺合されるようになっている。
【0038】さて可動機構20のうち、22は吸着部で
あり、そのうち22aは吸着ノズルであって、図外の吸
引系に接続され、22bはこのノズル22aの下部に取
り付けられるダイコレットである。また21はこのノズ
ル22aの上部に連結される昇降ロッド、21aはこの
ロッド21の縮径部である。
【0039】23はダイヤフラムプレートであり、23
aはこのプレート23の中央を貫通する円孔であり、こ
の円孔23aに昇降ロッド21の縮径部21aが嵌合さ
れ、昇降ロッド21とダイヤフレームプレート23が、
連結される。また23bは、このプレート23のボス部
であり、このボス部23bに本実施例の受動素子である
ダイヤフラムDPが周接する。23cは、このプレート
23のフランジ部であり、このフランジ部23cの下面
が、上記凹部11aの底面と接することにより、可動機
構20(ダイヤフレームプレート23、昇降ロッド21
及び吸着部22)の下降が制限される。
【0040】またDPは、受動素子の例であるダイヤフ
ラムであり、このダイヤフラムDPの周縁肉厚部DPa
を上記円溝12bに嵌込み、ホルダ11、ダイヤフラム
ケース12,13を、ボルト14により結合する。する
と、図3に示すように、ダイヤフラムプレート23に接
するダイヤフラムDPにより、ホルダ11及びダイヤフ
ラムケース13の間の空間が、配管15の流路15bに
連通する第1の空間S1と、大気に開放された第2の空
間S2に分けられる。そして、上記第1の空間S1に
は、制御手段40の出力(圧縮空気)が、配管15を介
して供給され、この出力がダイヤフラムDPを押し付け
る押し下げ力の如何により、可動機構20(21,2
2,…)が支持機構10(11,12,13)に対して
昇降するものである。
【0041】次に制御手段40について、図4を参照し
ながら詳説する。図4中、ASは圧縮空気源、Vは真空
ポンプなどの真空部である。
【0042】また、RHは圧縮空気源ASに接続される
高圧設定用レギュレータであり、出力圧力は1kg/m2
前後で一定とする。RLは、単動可変式アクチュエータ
による低圧設定用レギュレータであり、この低圧設定用
レギュレータRLは、上記レギュレータRHの出力部に
接続され、高圧設定用レギュレータRHの出力圧力を、
256分割程度に細かく分割した低圧とすることができ
る。なお図4中Hは高圧部、Lは低圧部を示している。
【0043】SV1は、高圧・低圧切換用の第1の3ポ
ート電磁切換弁であり、この第1の切換弁SV1のPポ
ートは、低圧設定用レギュレータRLの出力部に、Rポ
ートは、高圧設定用レギュレータRHの出力部に、それ
ぞれ接続される。SV2は負圧・正圧切換用の第2の3
ポート電磁切換弁であり、この第2の切換弁SV2のP
ポートは真空部Vに、Rポートは上記第1の切換弁SV
1のAポートに接続され、この第2の切換弁SV2のA
ポートは、配管15を介して上記ダイヤフラムDPの上
面側に位置する第1の空間S1に連通する。
【0044】そして図4(a)のように、第1及び第2
の切換弁SV1,SV2の双方を消磁すると、第1の空
間S1に、高圧設定用レギュレータRHの出力部から第
1及び第2の切換弁SV1,SV2のRポート,Aポー
トを介して、高圧Hの圧縮空気が供給され、ダイヤフラ
ムDPが大きな押し下げ力により下方へ押し付けられ
る。すると、図3に示すように、ダイヤフラムプレート
23の下面が、ホルダ11の凹部11aの底面と接し、
吸着部22は、ホルダ11などの支持機構10に対し、
最も下降した位置にある。
【0045】この状態から図4(b)に示すように、第
1及び第2の切換弁SV1,SV2の双方を励磁する
と、真空部Vが、第2の切換弁SV2のPポート、Aポ
ートを介して、上記第1の空間S1に連通する。する
と、この空間S1内の圧力が急激に低下し、上記押し下
げ力も急速に小さくなり、吸着部22は、支持機構10
に対し自由に昇降できるようになる。
【0046】そして図4(c)に示すように、第1の切
換弁SV1を励磁し、第2の切換弁SV2を消磁する
と、低圧設定用レギュレータRLの出力部が、第1の切
換弁SV1のPポート、Aポート及び第2の切換弁SV
2のRポート、Aポートを介して、上記第1の空間S1
に連通する。すると、低圧Lの圧縮空気が供給され、ダ
イヤフラムDPが比較的小さな押し下げ力により下方へ
押される。本手段では、この低圧設定用レギュレータR
Lの設定値により、ボンディング荷重を適切に設定する
ものである(図5参照)。
【0047】上記第1実施例は、上述のような構成より
なり、次に図6を参照しながらこのボンディングヘッド
装置によるボンディング方法を説明する。図6において
横軸は時刻tである。また縦軸は、図6(a)において
リードフレームLFの上面から電子部品Pの下面までの
高さ、同図(b)において可動部20の速度、同図
(c),(d)において切換弁SV1,SV2の励磁・
消磁状態、同図(e)において第1の空間S1の圧力
(ダイヤフラムDPによる押し下げ力に比例する)を示
している。
【0048】さて時刻t0〜t1において、第1,第2
の切換弁SV1,SV2の双方を消磁しておき、空間S
1内の圧力を高圧Hに保ったまま、移動手段30を駆動
して(図1参照)、高速度で支持機構10及び可動機構
20を下降させる。この状態では、図3に示すように、
吸着部22に吸着されている電子部品Pは、リードフレ
ームLFのかなり上方にあるので、高速度で下降させて
も破損のおそれはなく、ダイヤフラムプレート23の下
面が、凹部11aの底面に押付られているので、吸着部
22などの可動機構20は、ホルダ11などの支持機構
10と一体的に下降する。
【0049】次に時刻t1〜t2において、第1,第2
の切換弁SV1,SV2の双方を励磁し、空間S1を真
空部Vに連通させ、上記高圧Hの状態から急速に圧力及
び上記押圧力を低下させる。このように真空部Vへ連通
させるのは、空間S1内の圧力低下を迅速に行い、応答
速度を向上するためである。
【0050】次に時刻t2〜t3において、第2の切換
弁SV2のみ消磁し、空間S1を低圧Lの状態に保つ。
ここで図5に示すように、時刻t3で電子部品Pが、リ
ードフレームLFに接地する。このときに、電子部品P
及び吸着部22が、リードフレームLFから反力を受け
る。しかし、空間S1内が低圧Lになっているので、、
可動機構20を支持機構10に押付ける外力が弱められ
ている。したがって、可動機構20は、支持機構10に
対しわずかに上昇することができる。よってこの反力
は、小さくしかもスムーズに吸収され、電子部品Pをリ
ードフレームLFに静かに接地させることができる。
【0051】したがって、従来のばねKのみによる手段
のように、電子部品PがリードフレームLFに接地した
後、吸着部22が上下にはげしく振動(ジャンピング現
象)し、電子部品Pを破損するようなことはない。
【0052】次に時刻t3〜t4において、図4(e)
実線で示すように空間S1内の圧力を低圧Lに保つか、
あるいはこれではボンディング荷重が不足である場合に
は、低圧設定用レギュレータRLを駆動して、低圧側の
圧力を次第に上昇させてもよい(破線参照)。これによ
り、電子部品PをリードフレームLFにしっかりボンデ
ィングすることができる。
【0053】そして時刻t4〜t5〜t6において、第
1,第2の切換弁SV1,SV2を消磁し、空間S1内
の圧力を高圧Hに保ち、移動手段30を駆動して、支持
機構10及び可動機構20を上昇させるものである。
【0054】さて、図7は他の実施例に係るボンディン
グヘッド装置の縦断面図である。この例では、受動素子
DPX を、電磁石29及び磁性体から形成されたプレー
ト23X としている。また制御手段を、この電磁石29
の励磁状態を制御する制御手段50としている。
【0055】そして、移動手段30を駆動して、吸着部
22により吸着された電子部品Pが、リードフレームL
Fに接地しようとする際、制御手段50を駆動して、プ
レート23X と電磁石29を同極性とし、プレート23
X と電磁石29を反発させる。これにより、電子部品P
がリードフレームLFから受ける反力の影響を小さくし
て、電子部品Pが破損しないようにしたものである。ま
た、電子部品PがリードフレームLFに静かに接地した
後、制御手段50によりプレート23X と電磁石29を
異極性とし、十分なボンディング荷重を得られるように
したものである。
【0056】なお本手段の受動素子は、上記ダイヤフラ
ムDP、電磁石29などに限られるものではなく、例え
ばダイヤフラムとこのダイヤフラムを付勢するばねの組
み合わせなど、種々考えられるものである。
【0057】
【発明の効果】本発明は、支持機構と、上部がこの支持
機構に対して昇降可能に支持され、かつ下部に電子部品
を吸着する吸着部を有する可動機構を備え、前記支持機
構に設けられる受動素子と、この受動素子に設定値に基
づいて前記可動機構を、前記支持機構に対して押し下げ
る外力を印加する制御手段とを有して、ボンディングヘ
ッド装置を構成している。したがって、制御手段におけ
る設定変更により、部品交換を伴うことなく円滑にボン
ディング荷重の変更を行うことができる。また吸着部が
最下降しようとする際の外力を小さくすることにより、
電子部品に及ぶショックを小さくして、電子部品の破損
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るボンディング装置の説明図
【図2】本発明に係るボンディングヘッド装置の組立図
【図3】本発明に係る縦断面図
【図4】本発明に係る制御手段の回路図
【図5】本発明に係る最下降しようとする際の縦断面図
【図6】本発明に係る動作説明図
【図7】本発明に係る縦断面図
【図8】従来手段の縦断面図
【符号の説明】
DP 受動素子 DPX 受動素子 P 電子部品 10 支持機構 20 可動機構 22 吸着部 40 制御手段 50 制御手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持機構と、上部がこの支持機構に対して
    昇降可能に支持され、かつ下部に電子部品を吸着する吸
    着部を有する可動機構を備えたボンディングヘッド装置
    において、 前記支持機構に設けられる受動素子と、この受動素子に
    設定値に基づいて前記可動機構を、前記支持機構に対し
    て押し下げる外力を印加する制御手段とを有することを
    特徴とする電子部品のボンディングヘッド装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のボンディングヘッド装置
    によりボンディングを行うにあたり、 吸着部が最下降しようとする際に、可動機構を支持機構
    に押し下げる外力を弱めることを特徴とする電子部品の
    ボンディング方法。
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