JP3400735B2 - 傾き調整装置およびボンディング装置 - Google Patents

傾き調整装置およびボンディング装置

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JP3400735B2 JP3805099A JP3805099A JP3400735B2 JP 3400735 B2 JP3400735 B2 JP 3400735B2 JP 3805099 A JP3805099 A JP 3805099A JP 3805099 A JP3805099 A JP 3805099A JP 3400735 B2 JP3400735 B2 JP 3400735B2
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    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定の部材の傾
きを調整する傾き調整装置および半導体チップのボンデ
ィングを行うボンディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子等と配線基板とを接合
するボンディング装置においてヘッド部とステージ部と
の平行度を調整する手段として、ヘッド部を傾ける場合
とステージ部を傾ける場合がある。前者については、例
えば特開平9−129677号公報では図9に示すよう
に、ボンディングツールのホルダ上部板5とホルダ下部
板17との間の四隅に配置した調節ねじ6でヘッド部を
傾けて平行度を調整する。ただし、図9の(a)は全体
を示す斜視図、(b)はホルダを示す側面図である。
【0003】また図10に示すようなマイクロメータヘ
ッドを使った機構でヘッド部を傾けるものもある。図1
0に示した例ではベース31に対して軸受け37を中心
にして回転する中間板33の傾きをマイクロメータヘッ
ド32調節し、中間板33に対して軸受け34を中心に
して回転するツールホルダ35の傾きをマイクロメータ
ヘッド38で調整することによって平行度を調整する。
【0004】後者については、例えば前記特開平9−1
29677号公報では図9に示すようにステージのベー
ス上部板20の下に配置されたベース下部機構24の上
下する3つの独立なアクチュエータ25で3点の高さを
独立に変えることで傾きを調整する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の調整ねじを用い
て手動でヘッド部を傾ける手段では、調整の際の移動量
が定量的でないので、平行度の調整が感覚的もしくは熟
練的な作業となる。ボンディング装置では、製造工程中
の品種切替にともなってヘッド部に付属する部品の交換
が生じ、品種切替時にヘッド部とステージ部の平行度調
整に長い作業時間が費やされてしまう。あるいはマイク
ロメータヘッドを用いた機構では、軸受けを介する構造
のため機械的剛性が低くなり、また、平行度調整の自動
化を考える場合、アクチュエータが配置しにくい、つま
りヘッド部が複雑で大きくなってしまう構造といえる。
【0006】一方、ステージ部を傾ける手段では、ステ
ージ下部にベアリング、ガイド、カムフォロアなどの機
構部品を用いるため剛性低下が起きやすく、ヘッド部か
ら大きなボンディング荷重が負荷されるとステージ部が
変位してしまう恐れがある。また、3つのアクチュエー
タで3点の高さを独立に調整するため調整量の計算が複
雑になる。
【0007】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、構造が簡単で、剛性が高く、
自動化に適した傾き調整装置、およびボンディング装置
を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る傾き調整
装置は、固定支持部材、ベース部材、一定方向には変形
し易くこれと垂直な方向には変形し難い弾性構造部材、
固定支持部材とベース部材の一端部とを連結する1つの
第1の球面ジョイント、ベース部材の他端部と弾性構造
部材の端部とを連結する2つ以上の第2の球面ジョイン
ト、および一定方向とは垂直な方向に弾性構造部材を駆
動する駆動手段からなり、駆動手段により弾性構造部材
を介して第2の球面ジョイントを変位させてベース部材
の傾きを調整するようにしたものである。
【0009】請求項2に係る傾き調整装置は、請求項1
記載のものにおいて、弾性構造部材を予め弾性変形させ
て取り付け、第1、第2の球面ジョイントに予圧を与え
るようにしたものである。請求項3に係る傾き調整装置
は、請求項1または請求項2記載のものにおいて、弾性
構造部材を板ばねとしたものである。
【0010】請求項4に係るボンディング装置は、請求
項1から請求項3のいずれかに記載の傾き調整装置にヘ
ッド部をスライド可能に取り付けたものである。請求項
5に係るボンディング装置は、請求項1から請求項3の
いずれかに記載の傾き調整装置にステージ部を取り付け
たものである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
一実施の形態について図1〜図4を参照しながら説明す
る。図1は、この発明の実施の形態1における傾き調整
装置とボンディング装置を示す斜視図、図2はその側面
図である。これらの図において、48は固定支持部材
で、図示しない手段により固定されている。46は傾き
調整対象のベース部材であるベース板、43は弾性構造
部材としての板ばねであり、水平方向、つまり図のXY
平面方向の板形状となっているので、X、Y方向には変
形し難く、鉛直方向、つまり図のZ方向には変形し易い
ように配置されている。44は板ばね43をX、Y方向
に駆動する駆動手段としてのXYテーブルであり、板ば
ね43の基部43aがXYテーブル44に取り付けられ
ている。
【0012】41は固定支持部材48とベース板46の
一端部とを連結する第1の球面ジョイントとしての固定
側球面ジョイント、42はベース板46と板ばね43を
連結する第2の球面ジョイントとしての移動側球面ジョ
イントであり、ベース板46の他端部、すなわち固定側
球面ジョイント41が設けられている位置とは反対側の
端部と、板ばね43の基部43aから延びた端部43b
とを連結するように、2つの移動側球面ジョイント42
が互いに離れて設けられている。固定側および移動側球
面ジョイント41、42により、ベース板46を支持し
ている。板ばね43はXYテーブル44の移動方向と垂
直な方向つまりZ方向にあらかじめたわませて取りつけ
られており、これにより固定側球面ジョイント41およ
び可動側球面ジョイント42に予圧を与えて隙間をなく
している。
【0013】49はヘッド部、47はベース板46に設
けられたガイドで、ヘッド部49がガイド47を介して
スライド可能にベース板46に取り付られている。50
はヘッド部49の下端に取り付けられたツールで、半導
体チップ(図示せず)を吸着、加熱する。51は半導体
チップを接合する対象を固定するためのステージ部で、
ツール50の下方に配置されている。52は外部からヘ
ッド部49をZ方向に駆動するZ軸外部駆動手段であ
り、Z軸外部駆動手段52に駆動されたヘッド部49が
ガイド47に案内されてその方向に直線運動する。
【0014】次に、ベース板46の傾き調整、すなわち
ツール50とステージ部51の平行度を調整する動作に
ついて図3を参照しながら説明する。図3(a)はXY
テーブル44の移動前の状態、図3(b)は移動後の状
態を示す。図3(a)の状態からXYテーブル44をX
Y方向に移動させることによりXYテーブル44に連結
された板ばね43および移動側球面ジョイント42が固
定側球面ジョイント41に対してXY方向に変位するた
め、その結果固定側球面ジョイント41を回転中心とし
てベース板46が傾けられる。ベース板46に取りつけ
られたガイド47によって直線運動するように規制され
たヘッド部49が、ベース板46が傾くことにともなっ
て図3(b)のように傾けられ、その結果ツール50と
ステージ部51の平行度の調整ができる。
【0015】テーブル44の移動量は、たとえば次のよ
うに求められる。図4において、固定側ジョイント41
の中心点と移動側ジョイント42の中心点42aの距離
をLとする。ツール50の表面とステージ部51の表面
をレーザ変位計などで測定することによりツール50の
表面の方向を表す法線ベクトルPt、ステージ部51の
表面の方向を表す法線ベクトルPsを、両者ともその大
きさLとして求める。法線ベクトルPsと法線ベクトル
Ptの差PΔをPΔ=Ps−Ptより求める。このPΔ
の水平成分をテーブル4のXY方向の移動量とすればよ
い。これによりヘッド部とステージ部の平行度を簡単に
調整でき、高精度なボンディングができる。
【0016】この実施の形態のように、Z軸外部駆動手
段52により荷重を加える場合はボンディング荷重の反
力がベース板46や固定側および移動側球面ジョイント
41、42にほとんど加わらないので、図1、図2に示
したようなヘッド部49の重量を固定側球面ジョイント
41で支える構成が適している。なお、上記では移動側
球面ジョイント42を2つとしたが、3つ以上でもよ
く、例えば板ばね43の端部43bを三叉状にして3つ
設けるようにしてもよい。
【0017】実施の形態2.図5は、この発明の実施の
形態2における傾き調整装置とボンディング装置を示す
側面図である。この実施の形態では、ヘッド部49に組
み込まれたZ軸内部駆動手段53により荷重を加える場
合について示す。すなわち、図5においてはZ軸内部駆
動手段53によってヘッド部49を介してツール50に
ボンディング荷重を加えるが、その反力としてベース板
46に加わるZ軸正方向(上向き)の力を固定側球面ジ
ョイント41で受けることができる。その他については
実施の形態1の場合と同様であるので説明を省略する。
【0018】実施の形態3.図6は、この発明の実施の
形態3における傾き調整装置とボンディング装置を示す
側面図である。この実施の形態では、傾き調整装置をボ
ンディングステージに適用した例を示す。すなわち、図
6のボンディングステージは、ステージ部51が取りつ
けられたベース板46を、板ばね43を介して、XY方
向に移動するXYテーブル44に連結されている移動側
球面ジョイント42と、固定支持材48に連結されてい
る固定側球面ジョイント41とで支持した構成になって
いる。XYテーブル44で移動側球面ジョイント42を
固定側球面ジョイント41に対して相対移動させ、ベー
ス板46を傾けることによってステージ部51を傾け、
ツール50との平行度の調整を行うものである。その他
については実施の形態1の場合と同様であるので説明を
省略する。
【0019】実施の形態4.図7は、この発明の実施の
形態4における傾き調整装置とボンディング装置を示す
斜視図である。弾性構造部材は1つのXYテーブルに連
結されている必要はなく、この実施の形態で示したよう
な構造であってもよい。すなわち、XYテーブル44は
2つのY軸テーブル44a、44bと1つのX軸テーブ
ル44cからなり、2つの可動側球面ジョイント42は
弾性構造部材としての別個の2つの板ばね43でそれぞ
れ別のY軸テーブル44a、44bに連結されている。
このようにすると前記の傾き動作による平行度調整に加
えて、それぞれのY軸テーブル44a、44bを相対移
動させることにより図示のθ軸方向に回転させることが
可能になる。その他については実施の形態1の場合と同
様であるので説明を省略する。
【0020】実施の形態5.図8は、この発明の実施の
形態5における傾き調整装置の弾性構造部材を示す斜視
図である。弾性構造部材は板ばねである必要はなく、た
とえばこの実施の形態に示すようにコイルばね54と直
動ガイド55を用いて構成してもよい。図8においては
可動側球面ジョイント42と剛体アーム56を直動ガイ
ド55を介して連結する。直動ガイド55の保持部55
bは剛体アーム56に固定され、直動ガイド55のシャ
フト55aが可動側球面ジョイント42に連結されてい
る。可動側球面ジョイント42は直動ガイド55により
移動方向が規制され、さらにコイルばね54のばね力に
よってベース板46に押しつけられている。直動ガイド
55のシャフト55aは図示しないXYテーブルの移動
方向に対して垂直なZ方向に運動できるよう取りつけら
れている。そして、XYテーブルにより剛体アーム56
がXY方向に駆動されるようになっている。このように
構成すると直動ガイド55の働きによりXYテーブルの
移動方向には変形し難く、垂直な方向には変形し易く、
さらに球面ジョイントに対して予圧を加えられる弾性構
造部材を構成できる。その他については実施の形態1の
場合と同様であるので説明を省略する。
【0021】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明の請求項1
に係る傾き調整装置によれば、簡単な構造で安価かつ自
動化に適した装置が実現できる。また、荷重を加えたと
きに反力を受ける場合でも、第1の球面ジョイントでそ
の反力を受けることができるため剛性を高くできる。ま
た、請求項2に係る傾き調整装置によれば、弾性構造部
材をあらかじめ弾性変形させて取りつけることにより予
圧をあたえておくので、第1、第2の球面ジョイント部
の隙間をなくすことができ、そのため高精度の装置が実
現できる。また、請求項3に係る傾き調整装置によれ
ば、弾性構造部材として板ばねを用いることで部品が少
なくでき構造が簡単になる。
【0022】また、請求項4、請求項5に係るボンディ
ング装置によれば、請求項1から請求項3のいずれかの
傾き調整装置を用いるので、ヘッド部とステージ部の平
行度調整を自動で行うボンディング装置が構成でき、ボ
ンディング工程での品種切替にともなう調整作業の時間
が短縮されて生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における傾き調整装
置とボンディング装置を示す斜視図である。
【図2】 図1の傾き調整装置とボンディング装置の側
面図である。
【図3】 図1の傾き調整装置の動作を説明するための
斜視図である。
【図4】 図1の傾き調整装置の動作を説明するための
斜視図である。
【図5】 この発明の実施の形態2における傾き調整装
置とボンディング装置の側面図である。
【図6】 この発明の実施の形態3における傾き調整装
置とボンディング装置の側面図である。
【図7】 この発明の実施の形態4における傾き調整装
置とボンディング装置の斜視図である。
【図8】 この発明の実施の形態5における傾き調整装
置の弾性構造部材の斜視図である。
【図9】 従来の傾き調整装置とボンディング装置の斜
視図である。
【図10】 従来の別の傾き調整装置とボンディング装
置の斜視図である。
【符号の説明】
41 固定側球面ジョイント、42 移動側球面ジョイ
ント、43 板ばね、43b 端部、44 XYテーブ
ル、46 ベース板、47 ガイド、48 固定支持部
材、49 ヘッド部、50 ツール、51 ステージ
部、54 コイルばね、55 直動ガイド。
フロントページの続き (72)発明者 岸 利信 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 永井 清春 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−275488(JP,A) 特開 平6−232213(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/52 H01L 21/60 H05K 13/04 B23P 21/00 B23Q 3/00 B25J 15/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定支持部材、ベース部材、一定方向に
    は変形し易くこれと垂直な方向には変形し難い弾性構造
    部材、上記固定支持部材と上記ベース部材の一端部とを
    連結する1つの第1の球面ジョイント、上記ベース部材
    の他端部と上記弾性構造部材の端部とを連結する2つ以
    上の第2の球面ジョイント、および上記一定方向とは垂
    直な方向に上記弾性構造部材を駆動する駆動手段からな
    り、上記駆動手段により上記弾性構造部材を介して上記
    第2の球面ジョイントを変位させて上記ベース部材の傾
    きを調整するようにした傾き調整装置。
  2. 【請求項2】 弾性構造部材を予め弾性変形させて取り
    付け、第1、第2の球面ジョイントに予圧を与えるよう
    にした請求項1記載の傾き調整装置。
  3. 【請求項3】 弾性構造部材を板ばねとした請求項1ま
    たは請求項2記載の傾き調整装置。
  4. 【請求項4】 ヘッド部とステージ部を備え、上記ヘッ
    ド部で吸着した半導体チップを上記ステージ部上でボン
    ディングするボンディング装置において、請求項1から
    請求項3のいずれかに記載の傾き調整装置に上記ヘッド
    部をスライド可能に取り付けたことを特徴とするボンデ
    ィング装置。
  5. 【請求項5】 ヘッド部とステージ部を備え、上記ヘッ
    ド部で吸着した半導体チップを上記ステージ部上でボン
    ディングするボンディング装置において、請求項1から
    請求項3のいずれかに記載の傾き調整装置に上記ステー
    ジ部を取り付けたことを特徴とするボンディング装置。
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