JP3116509B2 - ヒートシンクのボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上にデバイス上と
ヒートシンクを的確にボンディングするためのヒートシ
ンクのボンディング装置およびボンディング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂から成るテープ状のフィルムキ
ャリアに半導体チップをインナーリードボンディングし
た後、このフィルムキャリアを打抜いて得られたデバイ
スのリード（電極）を基板の電極にボンディングして電
子部品を製造することは、ＴＡＢ法として知られてい
る。

【０００３】デバイスの駆動中には、内部抵抗のために
発熱し、回路の異常発振や熱暴走などのトラブルを生じ
やすいことから、デバイスの上面に、放熱フィンなどの
ヒートシンクを搭載し、放熱を促進して上記トラブルを
解消することが知られている。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】デバイスやヒートシン
クは、基板上に高精度で的確に搭載する必要がある。そ
こで本発明は、基板上にデバイスおよびヒートシンクを
高精度で確実に搭載できるヒートシンクのボンディング
装置およびボンディング方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＸＹテーブル
と、このＸＹテーブルに設けられた第１の計測手段、サ
ブステージ、ボンディングステージと、前記ＸＹテーブ
ルの上方に固定して設けられてノズルが上下動すること
により前記サブステージ上のデバイスをピックアップす
るピックアップヘッドと、前記ボンディングステージ上
に基板を搭載する移載ヘッドと、前記ＸＹテーブルの上
方に固定して設けられて基板の位置ずれを計測する第２
の計測手段としてのカメラと、基板の上面の高さを計測
する第３の計測手段と、ボンディングステージ上の基板
に搭載されたデバイス上にヒートシンクを搭載する移載
ヘッドとを備えたものである。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、デバイスをきわめて高精度
で基板に搭載し、次いでヒートシンクをデバイス上に確
実に搭載することができる。

【００１１】

【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。図１はアウターリードボンディング装置の全
体斜視図、図２は同平面図、図３は側面図である。後述
するように本実施例では、ヒートシンクのデバイスへの
ボンディングは、アウターリードボンディングの後工程
として行われる。図２及び図３において、１はマガジン
ユニットであり、Ｚテーブル１４上には複数個のマガジ
ン２が載置されている。モータ１５が駆動すると、Ｚテ
ーブル１４は昇降し、マガジン２も昇降する。

【００１２】図６は、このマガジン２に段積みして収納
される搬送用治具４を示している。この治具４に、チッ
プ状のデバイス５が保持される。このデバイス５は、図
１１に示すように、長尺フィルム状のフィルムキャリア
６に半導体チップ７をインナーリードボンディングした
後、カッター９により一定ピッチ毎に切断して形成され
たものである。フィルムキャリア６は、ポリイミド樹脂
などの合成樹脂フィルムにより形成されたものであっ
て、器物に当たると屈曲変形しやすい。そこで上述のよ
うに一定ピッチ毎に切断してチップ状のデバイス５と
し、このデバイス５を治具４に保持して製造ラインを搬
送するようにしている。

【００１３】図２及び図３において、マガジンユニット
１の背後にはプッシャー１０が設けられている。１１は
シリンダであり、そのアーム１２が突出することによ
り、マガジン２に収納された上記治具４を、打抜装置２
１へ押し出す。

【００１４】図３において、打抜装置２１は、下型２２
と上型２３を備えている。２４は上型２３を上下動させ
るシリンダである。マガジン２内の治具４は、プッシャ
ー１０により下型２２上へ押し出され、次いで上型２３
が上下動することにより、フィルムキャリア６のリード
８は破線ａに沿って打抜かれる（図６参照）。また打抜
かれたデバイス５は、移送ヘッド４１（後に詳述）によ
りピックアップされるが、空になった治具４は、アーム
１２の先端部に設けられた吸着手段１３に吸着され、ア
ーム１２が後退することにより、マガジン２に回収され
る。このように治具４を回収すれば、治具４を再使用で
きる。

【００１５】図３において、１００は打抜装置２１を清
掃するためのクリーニングユニットである。１０１はテ
ーブルであり、スライドユニット１０２が載置されてい
る。このスライドユニット１０２にはモータ１０３が配
設されている。１０４はモータ１０３に駆動されて回転
する回転シャフトであって、その先端部にはブラシなど
の清掃子１０５が装着されている。またこのシャフト１
０４の先端部には吸引孔１０６が開孔されている。

【００１６】フィルムキャリア６を打抜くことにより、
下型２２の上面と上型２３の下面には、フィルムキャリ
ア６の屑が付着する。そこでスライドユニット１０２を
駆動して、ブラシ１０５を下型２２と上型２３の間に前
進させ、モータ１０３を駆動してブラシ１０５を回転さ
せることにより、下型２２と上型２３を清掃する。この
とき、エアを吸引孔１０６から吸引することにより、屑
を集塵する。１１１は吸引孔１０６に連通する吸引チュ
ーブであり、吸引装置（図外）に接続されている。

【００１７】図１及び図２において、３１はＸＹテーブ
ル、ＭＸはＸモータ、ＭＹはＹモータである。このＸＹ
テーブル３１には、以下に述べる装置が設置されてい
る。３２は第１の計測手段としてのレーザ装置であっ
て、上記リード８にレーザ光を照射し、その反射光を受
光することにより、リード８の位置ずれや浮きを検出す
る。３２ａはレーザ光の発光部、３２ｂは受光部であ
る。勿論、レーザ装置３２に代えて、カメラによりリー
ド８の位置ずれを計測してもよい。

【００１８】３３はサブステージであって、レーザ装置
３２の側方に設けられている。ＸＹテーブル３１の上方
には移送ヘッド４１が設けられている。この移送ヘッド
４１はＹテーブル４２に装着されており、Ｙ方向に移動
することにより、下型２２上のデバイス５をノズル４３
に吸着してピックアップし、サブステージ３３上に搭載
する。５１はＸＹテーブル３１の上方に設けられたピッ
クアップヘッドである。このピックアップヘッド５１は
フレーム５４に固定されており、ＸＹ方向へは移動しな
い。ＸＹテーブル３１が駆動して、サブステージ３３が
このピックアップヘッド５１の直下に移動すると、ノズ
ル５２が上下動して、サブステージ３３上のデバイス５
を吸着してピックアップする。５３はピックアップヘッ
ド５１に設けられた加圧ツールである。このピックアッ
プヘッド５１には、ノズル５２をその軸心を中心に回転
させるモータ（図示せず）が内蔵されている。またこの
加圧ツール５３は、ピックアップヘッド５１の内部に設
けられたヒータ（図示せず）により、例えば２３０℃程
度に加熱されている。

【００１９】５５はクリーニングユニット、５６はクリ
ーニングブラシである。ＸＹテーブル３１を駆動して、
このクリーニングユニット５５とクリーニングブラシ５
６をピックアップヘッド５１の直下へ移動させ、そこで
ピックアップヘッド５１の加圧ツール５３を下降させ
て、この加圧ツール５３をクリーニングする。

【００２０】図１及び図２において、５７はＸＹテーブ
ル３１に設けられたボンディングステージである。この
ボンディングステージ５７上には基板６１を保持する治
具６３が載置される。後述するように、この基板６１の
電極６２には、上記デバイス５のリード８がボンディン
グされる。このように基板の電極にデバイスのリードを
ボンディングすることは、アウターリードボンディング
と称される。このボンディングステージ５７の下方に
は、基板６１を加熱するためのヒータ５９が設けられて
いる。基板６１を加熱することにより、リード８を電極
６２に良好にボンディングできる。５８はＸＹテーブル
３１の上方に固定的に設けられた第２の計測手段として
のカメラであり、このカメラ５８は基板６１の電極６２
の位置ずれを計測する。

【００２１】本発明では、レーザ装置３２とボンディン
グステージ５７を同一のＸＹテーブル３１上に設け、ピ
ックアップヘッド５１とカメラ５８はＸＹテーブル３１
の上方に固定しているが、その理由は次のとおりであ
る。

【００２２】すなわち、一般的なボンディングの手法で
は、ピックアップヘッド５１をＸＹ方向に移動させなが
ら、計測手段によりデバイス５のリード８の位置ずれを
計測し、またカメラ５８をＸＹ方向に移動させながら、
基板６１の電極６２の位置ずれを計測する。ところがこ
のようにピックアップヘッド５１とカメラ５８が互いに
独立して別個にＸＹ方向に移動すると、相互に相対的な
移動誤差が発生し、ボンディング精度が低下する。これ
に対し、本発明では、ピックアップヘッド５１とカメラ
５８は固定しているので、移動誤差はまったく発生しな
い。しかもレーザ装置３２とボンディングステージ５７
は同一のＸＹテーブル３１に設置されて、両者３２，５
７は一体的にＸＹ方向に移動するので、両者３２，５７
の位置関係は一定であり、レーザ装置３２とボンディン
グステージ５７も相対的な位置ずれをまったく生じな
い。以上の理由により、本手段は、きわめて高精度のボ
ンディングを可能にしている。なおサブステージ３３、
クリーニングユニット５５、クリーニングブラシ５６
は、ボンディングの精度には影響しないものであり、し
たがってこれらは、ＸＹテーブル３１に設置しなくても
よい。

【００２３】図２及び図４において、７１はローダ、７
２はアンローダ、７３はコンベヤである。このローダ７
１には、キャリア８１が積層されている。図７は、この
キャリア８１を示している。キャリア８１は長板状であ
って、ピッチをおいて、上記治具６３の載置部８２が設
けられており、５個の治具６３が載置される。８３は治
具６３を位置決めするための突起である。

【００２４】図４及び図５において、キャリア８１はコ
ンベヤ８４上に積層されている。８９はモータである。
またコンベヤ８４は２段シリンダ８５のロッド８６に支
持されており、ロッド８６が突没すると昇降する。８７
はガイドロッドである。またコンベヤ８４の下方にはヒ
ータ８８が設けられており、キャリア８１に保持された
治具６３上の基板６１を加熱する。

【００２５】図５において、ローダ７１の両側部には、
クランパー９１が設けられている。このクランパー９１
はシリンダ９２のロッド９３に、爪９４を結合して構成
されている。９５はガイドレール、９６はスライダであ
る。

【００２６】シリンダ９２のロッド９３が突出すると、
下から２番目のキャリア８１Ｂは、爪９４によりクラン
プされる。その状態でシリンダ８５のロッド８６が引き
込み、モータ８９が駆動すると、最下段のキャリア８１
Ａはコンベヤ７３へ向かって搬送される。なおアンロー
ダ７２も、ローダ７１と同様の構造となっている。

【００２７】コンベヤ７３は、シリンダ７５のロッド７
６に昇降自在に支持されている。７７はモータ、７８は
ガイドロッドである。コンベヤ７３の下方にはヒータ７
９が設けられており、基板６１を加熱する。上記ヒータ
８８やこのヒータ７９により、キャリア８１上の基板６
１を予め加熱することにより、デバイス５のリード８を
基板６１の電極６２にボンディングしやすくしている。

【００２８】図１において、ＸＹテーブル３１の上方に
は、移載ヘッド６５が設けられている。この移載ヘッド
６５はＹテーブル６７に設けられている。この移載ヘッ
ド６５は、キャリア８１上の治具６３をノズル６６に吸
着してピックアップし、ボンディングステージ５７に搭
載する。

【００２９】図１において、１２０はＸＹテーブル３１
の上方に設けられた第３の計測手段としてのレーザ装置
であり、ボンディングステージ５７上の基板６１の上面
の高さを計測する。１２１はＸＹテーブル３１の側方に
設けられたテーブルであり、ヒートシンク１１０が載置
されている。

【００３０】本装置は上記のような構成より成り、次に
図８〜図１０を参照しながら、動作の説明を行う。

【００３１】図８（ａ）において、打抜装置２１により
フィルムキャリア６から打抜かれた下型２２上のデバイ
ス５は、移送ヘッド４１によりピックアップされ、サブ
ステージ３３上に搭載される。次いでＸＹテーブル３１
が駆動することにより、デバイス５はピックアップヘッ
ド５１の直下に移動し、ノズル５２が上下動することに
より、このデバイス５はノズル５２に吸着されてピック
アップされる（図８（ｂ））。次いでＸＹテーブル３１
が駆動して、レーザ装置３２はピックアップヘッド５１
の直下に移動する（図８（ｃ））。次いでデバイス５の
リード８にレーザ光を照射し、反射光を受光することに
より、リード８の位置ずれが計測される。リード８はデ
バイス５から４方向又は２方向に延出しており、したが
ってレーザ装置３２をＸＹ方向に移動させて、リード８
を横断する方向にレーザ光を照射して、各々のリード８
の位置ずれが計測される。またこれと同時に、デバイス
５の下面中央にレーザ光を照射し、基準レベルからの高
さｈ１が計測される。

【００３２】一方、図９（ａ）に示すようにキャリア８
１はローダ７１からコンベヤ７３上に送られる。次いで
治具６３は移載ヘッド６５にピックアップされて、ボン
ディングステージ５７に搭載される。次いでＸＹテーブ
ル３１が駆動して、治具６３はカメラ５８の直下に移動
し（図９（ｂ））、基板６１の電極６２の位置ずれが計
測され、次いでＸＹテーブル３１が更に駆動して基板６
１はレーザ装置１２０の直下に移動し、基板６１上面の
基準レベルからの高さｈ２が計測される。

【００３３】次いでＸＹテーブル３１が駆動して、基板
６１はピックアップヘッド５１の直下に移動し（図９
（ｃ））、そこでピックアップヘッド５１のノズル５２
や加圧ツール５３が下降することにより、デバイス５の
リード８は基板６１の電極６２にボンディングされる。
なおリード８の電極６２へのボンディングは、加圧ツー
ル５３以外にも、レーザ装置によるレーザ光の照射によ
っても行われる。この場合、ＸＹテーブル３１のＸＹ方
向の移動ストロークを補正し、またノズル５２をその軸
心を中心に回転させることにより、上記のようにして計
測されたデバイス５のリード８と基板６１の電極６２の
位置ずれを補正し、リード８を電極６２に正しく合致さ
せてボンディングする。

【００３４】このとき、ノズル５２の下降ストロークＳ
を、上記のように計測された高さの差ｈ１−ｈ２に設定
することにより、デバイス５を基板６に的確に搭載する
ことができる。次いで図１０（ａ）に示すように、移載
ヘッド６５はテーブル１２１上のヒートシンク１１０を
真空チャックしてピックアップし、ボンディングステー
ジ５７上のデバイス５に搭載する。

【００３５】以上のようにしてヒートシンク１１０のボ
ンディングが終了したならば、図１０（ｂ）に示すよう
に、移載ヘッド６５はこの治具６３をピックアップし、
キャリア８１に回収する。このようにして、キャリア８
１上に５個の治具６３が全て回収されたならば、コンベ
ヤ７３は駆動し、キャリア８１はアンローダ７２に回収
される。

【００３６】本手段は種々の設計変更が考えられるので
あって、例えば上記実施例では、図１１に示すように、
長尺フィルム状のフィルムキャリア６を一定ピッチ毎に
切断して、チップ状のデバイス５としたうえで、このデ
バイス５のリード８を打抜装置２１により打抜いている
が、図１１に示す長尺フィルム状のフィルムキャリア６
の状態で、リード８を打抜装置により打抜いてチップ状
のデバイス５とし、このデバイス５を移送ヘッド４１に
よりサブステージ３３に移送搭載してもよく、あるいは
フリップチップなどの他のデバイスにも適用できる。あ
るいは又、打抜装置２１の下型２２を移動手段によりＸ
方向やＹ方向に移動自在にすれば、ＸＹテーブル３１を
側方へ退去させた状態で、下型２２をピックアップヘッ
ド５１の直下に移動させ、打抜かれたデバイス５をこの
ピックアップヘッド５１のノズル５２に吸着してピック
アップしてもよいものであり、このように本手段は様々
な設計変更が考えられる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１の計
測手段とボンディングステージを同一のＸＹテーブルに
設け、且つピックアップヘッドとカメラはＸＹテーブル
の上方に固定して設けているので、従来のもののように
ピックアップヘッドとカメラの移動誤差はまったく生じ
ず、また第１の計測手段とボンディングステージの位置
関係は一定であって相対的な位置ずれは生じず、したが
ってデバイスをきわめて高精度で基板に搭載することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアウターリードボンディング装置
の斜視図

【図２】本発明に係るアウターリードボンディング装置
の平面図

【図３】本発明に係るアウターリードボンディング装置
の側面図

【図４】本発明に係るアウターリードボンディング装置
の正面図

【図５】本発明に係るローダの正面図

【図６】本発明に係る治具とデバイスの斜視図

【図７】本発明に係るキャリアと治具の斜視図

【図８】（ａ）本発明に係る作業順の説明図 （ｂ）本発明に係る作業順の説明図 （ｃ）本発明に係る作業順の説明図

【図９】（ａ）本発明に係る作業順の説明図 （ｂ）本発明に係る作業順の説明図 （ｃ）本発明に係る作業順の説明図

【図１０】（ａ）本発明に係る作業順の説明図 （ｂ）本発明に係る作業順の説明図

【図１１】本発明に係るフィルムキャリアの切断中の側
面図

【符号の説明】

５ デバイス ８ リード ３２ 計測手段 ５１ ピックアップヘッド ５２ ノズル ５７ ボンディングステージ ６１ 基板 ６２ 電極 ６５ 移載ヘッド １１０ ヒートシンク １２０ 計測手段

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＸＹテーブルと、このＸＹテーブルに設け
   られた第１の計測手段、サブステージ、ボンディングス
   テージと、前記ＸＹテーブルの上方に固定して設けられ
   てノズルが上下動することにより前記サブステージ上の
   デバイスをピックアップするピックアップヘッドと、前
   記ボンディングステージ上に基板を搭載する移載ヘッド
   と、前記ＸＹテーブルの上方に固定して設けられて基板
   の位置ずれを計測する第２の計測手段としてのカメラ
   と、基板の上面の高さを計測する第３の計測手段と、ボ
   ンディングステージ上の基板に搭載されたデバイス上に
   ヒートシンクを搭載する移載ヘッドとを備えたことを特
   徴とするヒートシンクのボンディング装置。
2. 【請求項２】ＸＹテーブルに設けられたサブステージ上
   のデバイスをＸＹテーブルの上方に固定して設けられた
   ピックアップヘッドのノズルを上下動させることにより
   ピックアップする工程と、このＸＹテーブルを駆動する
   ことによりこのＸＹテーブル上に設けられた第１の計測
   手段を前記ピックアップヘッドの直下へ移動させて前記
   ノズルに吸着されたデバイスを計測する工程と、前記Ｘ
   Ｙテーブルに設けられたボンディングステージに移載ヘ
   ッドにより基板を搭載する工程と、ＸＹテーブルを駆動
   することによりボンディングステージを前記ＸＹテーブ
   ルの上方に固定して設けられた第２の計測手段としての
   カメラおよび第３の計測手段の直下へ移動させ、ボンデ
   ィングステージ上の基板の位置ずれと上面の高さを計測
   する工程と、前記ＸＹテーブルを駆動してボンディング
   ステージ上の基板を前記ピックアップヘッドの直下へ移
   動させて、前記第１の高さ計測手段と前記第２の高さ計
   測手段の計測結果に基づいて前記ノズルの下降ストロー
   クを設定することによりデバイスを基板上に搭載する工
   程と、移載ヘッドによりヒートシンクを基板上に搭載す
   る工程と、を含むことを特徴とするヒートシンクのボン
   ディング方法。
3. 【請求項３】前記デバイスがリードを有しており、前記
   第１の高さ計測手段はこのリードの位置ずれと前記デバ
   イスの下面の高さを計測することを特徴とする請求項２
   記載のヒートシンクのボンディング方法。