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JP2507640B2 - Bonding apparatus and bonding method - Google Patents

Bonding apparatus and bonding method

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Publication number
JP2507640B2
JP2507640B2 JP31769289A JP31769289A JP2507640B2 JP 2507640 B2 JP2507640 B2 JP 2507640B2 JP 31769289 A JP31769289 A JP 31769289A JP 31769289 A JP31769289 A JP 31769289A JP 2507640 B2 JP2507640 B2 JP 2507640B2
Authority
JP
Japan
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chip
actuator
tool
bonding
bonding apparatus
Prior art date
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Application number
JP31769289A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH03179757A (en
Inventor
俊彦 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP31769289A priority Critical patent/JP2507640B2/en
Publication of JPH03179757A publication Critical patent/JPH03179757A/en
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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ICチップ上の複数個のバンプとインナリー
ドとを重ね合わせ、ツールにより押圧して接続するボン
ディング装置、およびボンディング方法に関するもので
ある。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method in which a plurality of bumps on an IC chip and inner leads are superposed and pressed by a tool for connection. is there.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種のボンディングに関しては、特開昭57−37842
号公報に記載の技術が公知である。この公知技術は、バ
ンプを形成したICチップ面とツール下面との間平行を確
保するために、ICチップを搭載したボンディングステー
ジに球面摺動部からなる倣い機構を設けていた。
Regarding this type of bonding, JP-A-57-37842
The technique described in Japanese Patent Publication is known. In this known technique, in order to ensure the parallelism between the IC chip surface on which bumps are formed and the tool lower surface, a copying mechanism including a spherical sliding portion is provided on the bonding stage on which the IC chip is mounted.

第8図(a)は上記公知の装置の構造を示している。
ベース21上に設置された球面座22が、回転摺動可能な状
態に球面摺動部材23を保持している。上記球面摺動部材
23にICチップ25が搭載されており、ICチップ25上に形成
されたバンプ26a,26bの高さの不均一や、ツール14の初
期傾きなどのためにツール14が片当たりすると、球面摺
動部材23が回転摺動して同図(b)の状態となる。この
従来例では、バンプ26aが同26bよりも背が高いので、
(b)図に示すように球面摺動部材23が図の右回りに回
動して片当たりを解消する。
FIG. 8 (a) shows the structure of the known device.
A spherical seat 22 installed on the base 21 holds the spherical sliding member 23 in a rotatable and slidable state. Above spherical sliding member
The IC chip 25 is mounted on the 23, and when the tool 14 is unbalanced due to uneven heights of the bumps 26a and 26b formed on the IC chip 25 or the initial inclination of the tool 14, spherical sliding occurs. The member 23 rotates and slides to the state shown in FIG. In this conventional example, since the bump 26a is taller than the bump 26b,
(B) As shown in the figure, the spherical sliding member 23 rotates clockwise in the figure to eliminate the one-sided contact.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

第8図に示した従来例のボンディング装置における倣
い動作は、摺動部の摩擦力が種々の原因(例えば回転に
よる摺動面積変化など摺動部の接触状態)によって異な
る点について配慮がなされておらず、ボンディングごと
の姿勢修正量に応じて倣い動作の特性が変化してしまう
という問題があった。例えば加圧力が摩擦力より小さけ
れば片当りは回避できないという問題があった。
In the copying operation in the conventional bonding apparatus shown in FIG. 8, consideration is given to the fact that the frictional force of the sliding portion differs depending on various causes (for example, the contact state of the sliding portion such as a change in sliding area due to rotation). However, there is a problem that the characteristics of the copying operation change according to the amount of posture correction for each bonding. For example, there is a problem that one-sided contact cannot be avoided if the applied pressure is smaller than the frictional force.

又、上記従来技術では、ツールから受ける偏荷重に応
じて受動的に倣わせるため、ツールの加圧力、接触開始
時のツールの速度、偏荷重の大きさにより倣い動作の時
間的挙動が影響を受け再現性が損なわれ易いという問題
があった。
Further, in the above-mentioned conventional technique, since the copying is passively performed according to the unbalanced load received from the tool, the temporal behavior of the copying operation is influenced by the pressing force of the tool, the speed of the tool at the time of contact start, and the magnitude of the unbalanced load. Therefore, there is a problem that the reproducibility is easily damaged.

本発明に係る装置および方法の第1の目的は、ICチッ
プ面とツール面との間の姿勢修正量にかかわらず同一特
性の倣い動作を達成することである。
A first object of the apparatus and method according to the present invention is to achieve a copying operation having the same characteristics regardless of the amount of posture correction between the IC chip surface and the tool surface.

さらに本発明に係る装置の第2の目的は、ツールがリ
ード及びバンプに接触し始めてから、均一加圧状態にな
るまでの期間の挙動に関しても再現性を向上した倣い動
作を達成することである。
A second object of the apparatus according to the present invention is to achieve a copying operation with improved reproducibility in the behavior during the period from when the tool starts to contact the leads and bumps to when the tool is uniformly pressed. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的
原理について、従来例(第8図)との対比において略述
すると次の如くである。
The basic principle of the present invention created in order to achieve the above object will be outlined below in comparison with the conventional example (FIG. 8).

従来例においては、偏った力を受けたとき、該偏った
力によって姿勢を正される(第8図(b))ように従動
的に作動する。これに比して本発明においては、上記の
偏った力を検出し、その偏りを解消するように能動的に
ICの(詳しくはICチップを搭載している部材の)姿勢を
制御する。
In the conventional example, when a biased force is applied, the posture is corrected by the biased force (FIG. 8 (b)) to actuate followingly. On the other hand, in the present invention, the above-mentioned biased force is detected, and the bias is actively taken to eliminate the bias.
Controls the attitude of the IC (specifically, the member on which the IC chip is mounted).

上述の原理に基づく具体的な構成として、本発明のボ
ンディング装置は、ICチップ上の複数個のバンプとイン
ナリードとを重ね合わせ、ツールにより押圧して接続す
るボンディング装置において、 ICチップを搭載した部材をベースに対して支持する、
上下方向に伸縮可能なアクチュエータと、 前記のツールによってICチップを押圧した際、該ICチ
ップを搭載した部材が受ける応力の分布を検出する手段
と、 前記の応力分布検出手段の出力信号を入力されて、該
応力分布を均一ならしめるように前記アクチュエータを
伸縮せしめる自動制御装置とを設けた。
As a specific configuration based on the above-described principle, the bonding apparatus of the present invention has an IC chip mounted in a bonding apparatus in which a plurality of bumps on an IC chip and inner leads are superposed and pressed by a tool for connection. Supports the member against the base,
An actuator that can be expanded and contracted in the vertical direction, a means for detecting the distribution of stress received by a member mounted with the IC chip when the IC chip is pressed by the tool, and an output signal of the stress distribution detection means are input. And an automatic control device for expanding and contracting the actuator so as to make the stress distribution uniform.

また、本発明のボンディング方法は、ICチップ上の複
数個のバンプとインナリードとを重ね合わせ、ツールに
より押圧して接続するボンディング装置において、 ICチップを搭載した部材をベースに対して支持する、
上下方向に伸縮可能なアクチュエータを設けるととも
に、 前記のツールによってICチップを押圧した際に該ICチ
ップを搭載した部材が受ける応力の分布を検出する手段
を設け、かつ、 前記の応力分布検出手段の出力信号を入力されて、該
応力分布を均一ならしめるように前記アクチュエータを
伸縮せしめる。
Further, the bonding method of the present invention, in a bonding device in which a plurality of bumps and inner leads on an IC chip are overlapped and connected by pressing with a tool, a member on which an IC chip is mounted is supported with respect to a base.
Provided with an actuator capable of expanding and contracting in the vertical direction, provided with means for detecting the distribution of stress received by the member mounted with the IC chip when the IC chip is pressed by the tool, and the stress distribution detection means When an output signal is input, the actuator is expanded and contracted so as to make the stress distribution uniform.

〔作用〕[Action]

上記の装置、および方法によれば、押圧力によって倣
い作動するのではなく、応力分布の不均一を検出して積
極的にアクチュエータを伸縮させて応力を均一ならしめ
るので、前記第1の目的(姿勢修正量のいかんに拘らず
同一特性の倣い動作が行われる)、及び第2の目的(再
現性の向上)が達成される。
According to the above-described device and method, the scanning operation is not performed by the pressing force, but the uneven stress distribution is detected and the actuator is actively expanded / contracted to make the stress uniform. The copying operation with the same characteristics is performed regardless of the amount of posture correction), and the second purpose (improvement of reproducibility) is achieved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明に係るボンディング装置の一実施例を
示し、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。
FIG. 1 shows an embodiment of a bonding apparatus according to the present invention, (a) is a perspective view and (b) is an exploded perspective view.

図示の1a,1b,1cは圧電アクチュエータ、2は鋼球サポ
ート、3は鋼球、4はサポート、5は円錐状くぼみ部、
6は引っ張りバネ、7,8は引っかけ部、9はアライメン
トステージ上に固定するベース、10は検出ステージであ
る。
1a, 1b and 1c shown are piezoelectric actuators, 2 is a steel ball support, 3 is a steel ball, 4 is a support, 5 is a conical recess,
6 is a tension spring, 7 and 8 are hooks, 9 is a base fixed on the alignment stage, and 10 is a detection stage.

3個の圧電アクチュエータ1a,1b,1cは図示するように
直立した姿勢でベース9に固定されている。各圧電アク
チュエータ上面に固定された鋼球サポート2の上面に形
成してあるくぼみ部には鋼球3が保持される。リポート
4は各鋼球の位置に対応して下面に設けられたくぼみ部
5において鋼球を上から保持するように取付けられる。
引っ張りバネ6はベース9、圧電アクチュエータ1、鋼
球サポート2、鋼球3、及びサポート4が互いに分離し
ないように各接触部分に予圧を掛けている。サポート4
の上面には、片当り状態を検出するための検出ステージ
10が取付けられる。なお本実施例では検出ステージ10は
ICチップ25を搭載するボンディングステージをも兼ねて
いる。
The three piezoelectric actuators 1a, 1b, 1c are fixed to the base 9 in an upright posture as shown in the figure. A steel ball 3 is held in a recess formed on the upper surface of a steel ball support 2 fixed to the upper surface of each piezoelectric actuator. The report 4 is attached so as to hold the steel balls from above in the recesses 5 provided on the lower surface corresponding to the positions of the steel balls.
The tension spring 6 applies a preload to each contact portion so that the base 9, the piezoelectric actuator 1, the steel ball support 2, the steel ball 3, and the support 4 are not separated from each other. Support 4
On the top surface of the
10 is installed. In this embodiment, the detection stage 10
It also serves as a bonding stage for mounting the IC chip 25.

次に第2図により検出ステージ10の詳細について説明
する。同図(a)はサポート4に取付けられた状態の機
構の断面図、(b)は検出ステージ10を下方より見た
図、(c)は検出回路の構成を示す図である。
Next, the details of the detection stage 10 will be described with reference to FIG. 6A is a sectional view of the mechanism attached to the support 4, FIG. 8B is a view of the detection stage 10 seen from below, and FIG. 7C is a view showing a configuration of a detection circuit.

検出ステージ10の周囲はサポート4に対して固定さ
れ、該検出ステージ10の中央部は球面摺動部材15と接し
ている。球面摺動サポート16はサポート4に固定されて
いる。
The periphery of the detection stage 10 is fixed to the support 4, and the central portion of the detection stage 10 is in contact with the spherical sliding member 15. The spherical sliding support 16 is fixed to the support 4.

検出ステージ10には、(a)図、(b)図に示すよう
に同心円状の溝状切欠き部17が設けられて撓み変形し易
くなっており、その上面に歪ゲージ11a〜11hが円周上90
゜間隔にて4組貼りつけられている。おのおのの2枚1
組の歪ゲージは、弾性変形による歪量を検出するアクテ
ィブゲージ11a〜11dと、温度補償用に配置したダミーゲ
ージ11e〜11hとから構成される。歪ゲージ11の出力信号
線は同図(c)に示すように、円周上互いに点対称の位
置のもの同志士をブリッジ回路に組みように接続されて
いる。
As shown in FIGS. (A) and (b), the detection stage 10 is provided with a concentric groove-shaped notch portion 17 so as to be easily bent and deformed, and strain gauges 11a to 11h are circled on the upper surface thereof. 90 around
Four sets are attached at intervals of °. 2 each 1
The set of strain gauges is composed of active gauges 11a to 11d that detect the amount of strain due to elastic deformation, and dummy gauges 11e to 11h arranged for temperature compensation. The output signal line of the strain gauge 11 is connected so as to be assembled in a bridge circuit at the positions of point symmetry with each other on the circumference, as shown in FIG.

次に第3図により本ボンディングステージ姿勢修正機
構の動作について説明する。
Next, the operation of the present bonding stage posture correction mechanism will be described with reference to FIG.

説明の便宜上、第1図(a)に示すごとく歪ゲージ11
を通る対角線上にx軸とy組とを想定し、x軸回りの回
動ピッチング、y軸回りの回動をローリングと呼ぶ。
For convenience of explanation, as shown in FIG.
Assuming an x-axis and a y-group on a diagonal line passing through, rotation pitching around the x-axis and rotation around the y-axis are called rolling.

第3図(a)及び(b)は、ピッチング姿勢の修正動
作について修正前と修正後の状態を示し、同図(c),
(d)はローリング姿勢の修正前,後を示している。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) show states before and after correction of the pitching posture, and FIG. 3 (c) and FIG.
(D) shows the rolling posture before and after correction.

切欠き部17は部材の厚みが薄く弾性変形しやすく作ら
れているので、ツール14がICチップと片当りして検出ス
テージが偏荷重をうけると、第3図(a)に示すように
切欠き部17が弾性変形し、左右一対の歪ゲージのうち右
側の歪ゲージ11cは伸び、左側の歪ゲージ11aは縮む。こ
のためこれら歪ゲージをブリッジ回路に組んだ回路には
偏荷重の大きさに大じた信号が発生する。この信号を検
出、処理することにより、偏荷重の大きさを任意の時点
でリアルタイムに求めることができる。
The notch 17 has a thin member and is made easily to be elastically deformed. Therefore, when the tool 14 comes into partial contact with the IC chip and the detection stage receives an eccentric load, the notch 17 is cut as shown in FIG. The notch portion 17 elastically deforms, and the strain gauge 11c on the right side of the pair of left and right strain gauges extends and the strain gauge 11a on the left side contracts. For this reason, a signal roughly equal to the magnitude of the unbalanced load is generated in the circuit in which these strain gauges are assembled in the bridge circuit. By detecting and processing this signal, the magnitude of the unbalanced load can be obtained in real time at any time.

偏荷重が掛っていることが検出されると制御装置はツ
ールが片当りしている側の圧電アクチュエータが相対的
に短くなるように各圧電アクチュエータ1a,1b,1cの伸縮
量を制御する。これは各圧電アクチュエータ1a,1b,1cに
印加する電圧を変化することによりなされる。第3図
(a)の場合には同図(b)に示すように圧でアクチュ
エータ1aを基準長さよりも伸長させるとともに、圧電ア
クチュエータ1b,1cを基準長さよりも収縮させる。その
結果、サポート4が姿勢を変え、ツールと検出ステージ
との間の接触状態は片当りのない状態に戻る。即ち検出
ステージを支える球面摺動部材15はその基準位置を保っ
てボンディングを行うことができる。
When it is detected that an eccentric load is applied, the control device controls the amount of expansion and contraction of each piezoelectric actuator 1a, 1b, 1c so that the piezoelectric actuator on the side where the tool is one-sided is relatively short. This is done by changing the voltage applied to each piezoelectric actuator 1a, 1b, 1c. In the case of FIG. 3 (a), as shown in FIG. 3 (b), the actuator 1a is expanded by pressure so that the piezoelectric actuators 1b, 1c are contracted by more than the reference length. As a result, the support 4 changes its posture, and the contact state between the tool and the detection stage returns to the one-sided contact state. That is, the spherical sliding member 15 that supports the detection stage can perform bonding while maintaining its reference position.

第3図(c)及び(d)に示したローリング姿勢につ
いても同様にして姿勢修正動作がなされ、片当り状態を
回避できる。この場合、圧電アクチュエータ1cを基準長
さよりも伸長させ、圧電アクチュエータ1bを基準長さよ
りも収縮させる。
The posture correction operation is similarly performed for the rolling postures shown in FIGS. 3C and 3D, and the one-side contact state can be avoided. In this case, the piezoelectric actuator 1c is made longer than the reference length, and the piezoelectric actuator 1b is made shorter than the reference length.

以上述べた原理に従って、検出ステージ10が受けてい
る偏荷重がゼロとなるように(即ち、検出ステージ10の
応力分布が均一になって、各歪ゲージの伸縮量が零とな
るように)圧電アクチュエータに電気的操作を加えるこ
とで、各ボンディングごとに、姿勢修正動作を行なうこ
とができる。
In accordance with the principle described above, the piezoelectric load is applied to the detection stage 10 so that it becomes zero (that is, the stress distribution of the detection stage 10 becomes uniform and the amount of expansion and contraction of each strain gauge becomes zero). By applying electrical operation to the actuator, the posture correction operation can be performed for each bonding.

上述の作用により、偏荷重を検出する部分である検出
ステージ10及び球面摺動部15の姿勢関係が常に一定とな
り、検出特性、倣い特性の再現性が高く保てる。
Due to the above-described action, the posture relationship between the detection stage 10 and the spherical sliding portion 15 that are the portions that detect the eccentric load is always constant, and the reproducibility of the detection characteristics and the scanning characteristics can be kept high.

第4図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正
機構とともに用いるボンディングツール駆動機構の一例
であって(a)は正面図,(b)は側面図を示す。
4A and 4B show an example of a bonding tool drive mechanism used together with the above-described bonding stage posture correction mechanism, wherein FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a side view.

ベース29とICチップ25との間に、第1図〜第3図につ
いて説明したボンディングステージ姿勢修正機構が配設
されているが、図面を簡単にするため図示を省略した。
Although the bonding stage posture correction mechanism described with reference to FIGS. 1 to 3 is provided between the base 29 and the IC chip 25, the illustration is omitted to simplify the drawing.

説明の便宜上、直交3軸X,Y,Zを記入したが、この座
標軸は前掲の第1図(a)のx軸,y軸とは別個の座標軸
である。
For convenience of explanation, three orthogonal axes X, Y, Z are entered, but these coordinate axes are different from the x-axis and y-axis in FIG. 1 (a) described above.

ツールステージ30は、ベース29に対してY方向の平行
移動自在に案内されるとともにサーボモータ31によりY
方向に往復駆動される。
The tool stage 30 is guided so as to be movable in parallel to the Y direction with respect to the base 29, and the Y axis is moved by the servo motor 31.
It is reciprocally driven in the direction.

上記のツールステージ30上にはサーボモータ32が固定
され、減速機33を介してリンク機構34の入力リンク34a
の角度を変化させうる構成をとっている。上記リンク機
構の出力リンク34cは摺動案内機構35に沿って上下動可
能に保持されており、これと結合されたヘッドベース36
及びツール14が上下に駆動される構成となっている。
A servo motor 32 is fixed on the tool stage 30 described above, and an input link 34a of a link mechanism 34 is connected via a speed reducer 33.
It has a structure that can change the angle of. The output link 34c of the above link mechanism is held so as to be vertically movable along the slide guide mechanism 35, and the head base 36 connected to this is held.
Also, the tool 14 is configured to be driven up and down.

ヘッドベース36には切欠き部37が形成されており、ツ
ール14がICチップ25を加圧することにより上記切欠き部
37に弾性変形が生じ、ヘッドベース上面に保持されたロ
ードセル38を止めネジ39に押付け、その際生じる歪信号
をロードセルから検出することにより、ツール14がICチ
ップ25を加圧する総加圧力が任意時点にて検出できる。
この検出機構により、摺動部に存在する摩擦に起因する
誤差を含むことなく加圧力検出が可能である。但し、切
欠き部分の弾性力がツールの加圧力の一部分とつり合う
構造であるため、あらかじめ既知の加圧力にて押付け動
作を行ない、その時のロードセルの歪信号を測定して、
較正をしておくことが必要である。
The head base 36 has a notch 37 formed therein, and the tool 14 pressurizes the IC chip 25 so that the notch 37 is formed.
The load cell 38 held on the upper surface of the head base is pressed against the set screw 39 by the elastic deformation of 37, and the strain signal generated at that time is detected from the load cell. It can be detected at some point.
With this detection mechanism, it is possible to detect the pressing force without including an error caused by friction existing in the sliding portion. However, since the elastic force of the notch part is a structure that balances with a part of the pressing force of the tool, the pressing operation is performed with a known pressing force in advance, and the strain signal of the load cell at that time is measured,
It is necessary to calibrate.

ツール14の駆動は、サーボモータ31及び32に同軸にて
配置されているパルスエンコーダ40及び41の出力パルス
信号を加圧機構制御装置(図示せず)に入力してサーボ
モータの回転角度を得て、ツール14の前後方向(Y方
向)及び上下方向(Z方向)の位置を得て、これをもと
にサーボモータに出力する電流目標値を演算することに
より行なう。又、ツール14がICチップと接触し得る位置
からは、前述した加圧力検出を同時並行して行ない、ツ
ール14の位置検出値と加圧力検出値との双方に基づいて
前記の演算を行う。
The tool 14 is driven by inputting output pulse signals of pulse encoders 40 and 41 arranged coaxially with the servomotors 31 and 32 to a pressurizing mechanism controller (not shown) to obtain the rotation angle of the servomotors. Then, the position of the tool 14 in the front-rear direction (Y direction) and the vertical direction (Z direction) is obtained, and the target current value to be output to the servo motor is calculated based on this position. Further, from the position where the tool 14 can come into contact with the IC chip, the above-mentioned pressing force detection is simultaneously performed in parallel, and the above calculation is performed based on both the position detection value of the tool 14 and the pressing force detection value.

第5図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正
機構を用いたボンディング装置の制御ブロック図の一例
である。図において、加圧機構制御装置42はその内部で
ツール駆動アルゴリズム43及び倣い動作制御アルゴリズ
ム44が同時並行に処理されている。
FIG. 5 is an example of a control block diagram of a bonding apparatus using the above-described bonding stage attitude correction mechanism. In the figure, the pressurizing mechanism control device 42 has a tool driving algorithm 43 and a copying motion control algorithm 44 simultaneously processed therein in parallel.

上記のツール駆動アルゴリズム43は、ツール14がICチ
ップ25と接触することによって受ける反力を前記したロ
ードセル38により検出し、これを増幅器45、A/D変換器4
6を介して取りこんだ検出値をもとに、ツールを駆動す
るサーボモータ32を制御する。サーボモータ32にはパル
スエンコーダ41が取りつけられており、このパルスをカ
ウンタ47が処理してツールの位置及び減速の情報を得て
いる。ツールの駆動は上記反力の検出値とツールの位置
・速度検出値をもとにしてパワーアンプ48がモータの電
流49の値に保つことにより行なう。
The tool driving algorithm 43 described above detects the reaction force received by the tool 14 coming into contact with the IC chip 25 by the load cell 38 described above, and detects this by the amplifier 45 and the A / D converter 4
The servo motor 32 that drives the tool is controlled based on the detection value taken in through 6. A pulse encoder 41 is attached to the servo motor 32, and a counter 47 processes this pulse to obtain information on the position and deceleration of the tool. The tool is driven by the power amplifier 48 keeping the value of the motor current 49 based on the detected value of the reaction force and the detected value of the position and speed of the tool.

一方倣い動作アルゴリズム44は、歪ゲージ11により検
出された偏荷重成分を増幅器50、A/D変換器51を介して
取りこみ、これとツール駆動アルゴリズム43が得ている
ツールにかかる反力及びツールの速度をもとに、圧電ア
クチュエータ1a〜1cへの指令値を算出し、D/A変換器52a
〜c及び増幅器53a〜cを介して圧電アクチュエータ1a
〜1cに印加する電圧を出力している。
On the other hand, the scanning operation algorithm 44 takes in the biased load component detected by the strain gauge 11 via the amplifier 50 and the A / D converter 51, and the reaction force and the tool applied to the tool obtained by this and the tool driving algorithm 43. Calculate the command value to the piezoelectric actuators 1a to 1c based on the speed, and use the D / A converter 52a.
-C and amplifiers 53a-c through piezoelectric actuator 1a
Outputs the voltage applied to ~ 1c.

第6図はピッチングおよびローリングの各偏荷重に対
しての姿勢修正制御演算のブロック図である。ここで、
54pはピッチングモーメントの目標値、58pはピッチング
モーメントの検出値、55は積分演算器、56は比例定数係
数器、57pはピッチング姿勢修正信号、59は加算演算器
である。又、54rはローリングモーメントの目標値、58r
はローリングモーメントの検出値、57rはローリング姿
勢修正信号である。ここでは、ピッチング及びローリン
グの各成分についてフィードバックループを構成した上
で、それぞれの成分を、各圧電アクチュエータに分配し
ている。
FIG. 6 is a block diagram of posture correction control calculation for each unbalanced load of pitching and rolling. here,
54p is a target value of the pitching moment, 58p is a detected value of the pitching moment, 55 is an integral calculator, 56 is a proportional constant coefficient unit, 57p is a pitching attitude correction signal, and 59 is an addition calculator. 54r is the target value of rolling moment, 58r
Is a detected value of the rolling moment, and 57r is a rolling posture correction signal. Here, a feedback loop is formed for each component of pitching and rolling, and then each component is distributed to each piezoelectric actuator.

以上述べた、偏荷重成分の検出、圧電アクチュエータ
への出力電圧の演算、ツール加圧力の反力の検出、ツー
ル位置及び速度の検出、及びツール駆動モータへの出力
の演算のすべては、第5図に示した加圧機構制御装置42
内にあるタイマにより一定時間間隔で起動がかけられ、
動的な倣い挙動を望ましいものとするための適切な操作
が行なわれる。
All of the above-described detection of the eccentric load component, calculation of the output voltage to the piezoelectric actuator, detection of the reaction force of the tool pressure force, detection of the tool position and speed, and calculation of the output to the tool drive motor Pressurization mechanism controller 42 shown in the figure
It is activated at a fixed time interval by the timer inside,
Appropriate actions are taken to make the dynamic copying behavior desirable.

以上述べた動作により、正確かつ再現性の良い姿勢修
正動作が可能であり、各バンプ均一な加圧動作が達成で
きるため、ボンディングの信頼性が向上するという実用
的効果がある。
By the above-described operation, the posture correcting operation can be performed accurately and with good reproducibility, and the pressing operation that is uniform for each bump can be achieved. Therefore, there is a practical effect that the reliability of bonding is improved.

第7図は前記と異なる実施例の装置を示し、同図
(a)は応力分布検出機構部分の断面図、同図(b)は
平面図である。
FIG. 7 shows an apparatus of an embodiment different from the above, FIG. 7A is a sectional view of the stress distribution detecting mechanism portion, and FIG. 7B is a plan view.

前記実施例に比して異なる点は主として、第2図
(a)に示した球面摺動部材15代えて鋼球60を用いたこ
とである。該鋼球60と検出ステージ10との接点を正確に
加圧中心に配置することにより、球面摺動部材15を用い
た第2図の検出機構と同様の原理で偏荷重を検出でき
る。
The difference from the above-described embodiment is that a steel ball 60 is mainly used instead of the spherical sliding member 15 shown in FIG. 2 (a). By accurately arranging the contact point between the steel ball 60 and the detection stage 10 at the center of pressurization, an unbalanced load can be detected by the same principle as the detection mechanism using the spherical sliding member 15 in FIG.

本実施例(第7図)では、ボンディングステージ61は
検出ステージ10の中央部に設けた孔62に嵌合され、サポ
ート4に保持されている鋼球60と接するように取付けら
れる。63は止めねじである。
In the present embodiment (FIG. 7), the bonding stage 61 is fitted in a hole 62 provided in the central portion of the detection stage 10 and attached so as to come into contact with the steel ball 60 held by the support 4. 63 is a set screw.

この実施例においては、摺動部分がないので、姿勢修
正動作が更に高精度に実現できるという特徴がある。
又、任意の片当り状態にツールを保っても姿勢修正動作
の特性が一定にできるという特徴がある。
In this embodiment, since there is no sliding portion, the posture correcting operation can be realized with higher accuracy.
Further, there is a feature that the characteristic of the posture correcting operation can be made constant even if the tool is kept in an arbitrary one-side contact state.

例えば、ICチップ上のバンプ配置が均等でなく、各バ
ンプ毎の荷重を一様にするためにはツールをある比率で
片当りさせねばならないような場合に、この第7図の実
施例の装置を適用すると、動作制御の基準値の変更だけ
で対応できる。
For example, when the bump arrangement on the IC chip is not uniform and the tool has to be placed on one side at a certain ratio in order to make the load on each bump uniform, the device of the embodiment of FIG. If is applied, it can be handled only by changing the reference value of the motion control.

以上に説明した本発明方法の実施例においては、ボン
ディング操作のたびに姿勢修正を行ったが、次に、上記
と異なる方法の実施例について説明する。
In the embodiment of the method of the present invention described above, the posture is corrected every bonding operation. Next, an embodiment of a method different from the above will be described.

ICチップを工業的に大量生産する場合、同一ロットの
多数のICチップが同様の傾向を持つことは広く知られて
いる。
It is widely known that a large number of IC chips in the same lot have a similar tendency when industrially mass-producing IC chips.

ICチップのロットによっては、バンプ高さが比較的均
一に揃っており、むしろツールとボンディングステージ
との初期平行度ずれの方が大きい場合もあり得る。この
ような場合には、次に述べるような実施例の方法が適し
ている。
Depending on the lot of IC chips, the bump heights may be relatively uniform, and the initial parallelism deviation between the tool and the bonding stage may be larger. In such a case, the method of the embodiment described below is suitable.

本実施例方法は、装置立ち上げ時に1回だけ姿勢修正
動作を行わせ、その際結果として発生する倣い角を、次
回以降のボンディングにおける均一加圧姿勢として保持
しつづける。そして、偏荷重検出値が予め定めた閾値を
越えた場合に、再度姿勢修正動作を行わせる。
According to the method of the present embodiment, the posture correction operation is performed only once when the apparatus is started up, and the resulting scanning angle is kept as the uniform pressure posture in the subsequent bonding. Then, when the unbalanced load detection value exceeds a predetermined threshold value, the posture correction operation is performed again.

この実施例によれば、ただ1回のボンディングで、ツ
ール取替え時の初期平行出しが可能であり、しかも平行
度劣化に対しても速やかに修正が可能である。このた
め、ICチップの品種切り替え時の断取り時間が短縮でき
るという特有の効果がある。
According to this embodiment, the initial parallel alignment at the time of exchanging the tool is possible with only one bonding, and the parallelism deterioration can be promptly corrected. Therefore, there is a peculiar effect that the disconnection time at the time of switching the IC chip type can be shortened.

以上に説明した各実施例においては、ツールの接触、
ツールによる加圧、ツール上昇のすべての期間に亙っ
て、加圧動作の面内均一化すなわち押圧力分布の均一化
が再現性よく実現できるので、高品質のボンディングが
達成され、製造品であるICチップの不良率低減,寿命延
長に著しい効果が得られる。
In each of the embodiments described above, the contact of the tool,
The in-plane uniform pressing operation, that is, the uniform pressing force distribution, can be achieved with good reproducibility over the entire period of pressing by the tool and rising of the tool. A remarkable effect can be obtained in reducing the defect rate and extending the life of a certain IC chip.

なお、以上の実施例では、TABインナリードボンディ
ング装置に限定して記述してきたが、本発明は、ツール
により圧着、又は接着を行う技術に適用可能であり、ダ
イボンダ、ペレットボンダ、転写バンプ使用インナリー
ドボンディングにをおけるバンプ転写技術、及びICチッ
プへのインナリードボンディング、ツール加熱はんだリ
フロー技術におけるツール加圧動作、および、一般的に
面的加圧による圧着、接合、接着技術にも応用でき、高
品質な接合が達成できる。
In the above embodiments, the description has been limited to the TAB inner lead bonding apparatus, but the present invention can be applied to a technique of pressing or adhering with a tool, such as a die bonder, a pellet bonder, or an inner transfer bump using transfer bump. It can also be applied to bump transfer technology in lead bonding, inner lead bonding to IC chips, tool pressure operation in tool heating solder reflow technology, and generally pressure bonding, bonding, and adhesion technology by surface pressure. High quality bonding can be achieved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の装置および方法を用い
てボンディング操作を行うと、押圧力を受ける部材の応
力分布が均一化され、偏荷重を受ける部分の物理的状態
が常に一定となるように倣い機構を動作させることが出
きるので、ICチップ面とツール面との間の姿勢修正量に
かかわらず同一特性のならい動作が達成されるという効
果がある。さらに、ツール速度の制御と倣い動作とは別
々に設定できので、ツールがリード及びバンプに接触し
始めてから均一加圧状態になるまでの期間の挙動に関し
ても再現性あるインナリードボンディングが実現できる
という効果がある。
As described above, when the bonding operation is performed using the apparatus and method of the present invention, the stress distribution of the member that receives the pressing force is made uniform, and the physical state of the portion that receives the unbalanced load is always constant. Since it is possible to operate the copying mechanism, there is an effect that a tracing operation with the same characteristics can be achieved regardless of the amount of posture correction between the IC chip surface and the tool surface. Furthermore, since the control of the tool speed and the copying operation can be set separately, it is possible to achieve reproducible inner lead bonding with regard to the behavior during the period from when the tool starts contacting the leads and bumps to when the tool is uniformly pressed. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のボンディング装置の一実施例を示し、
同図(a)はボンディングステージの斜視図、同図
(b)は同じく分解斜視図である。 第2図(a)は上記実施例における倣い機構部分の断面
図、同図(b)は同じく底面図、同図(c)は同じく歪
ゲージの接続状態の説明図である。 第3図(a),(b),(c),(d)は上記実施例に
おける姿勢修正動作の説明図である。 第4図は前記実施例に併用されるツール駆動機構を示
し、(a)は側面図、(b)は正面図である。 第5図及び第6図は前記実施例における制御機構のブロ
ック図である。 第7図は前記と異なる実施例における応力分布検出機構
部を示し、(a)は断面図、(b)は平面図である。 第8図(a),(b)は従来例のボンディング装置を示
す模式的な断面図である。 1a,1b,1c……圧電アクチュエータ、2……鋼球サポー
ト、3……鋼球、4……サポート、6……引張りバネ、
9……ベース、10……検出ステージ、11a〜11h……歪ゲ
ージ。
FIG. 1 shows an embodiment of the bonding apparatus of the present invention,
FIG. 3A is a perspective view of the bonding stage, and FIG. 3B is an exploded perspective view of the same. 2A is a sectional view of the copying mechanism portion in the above embodiment, FIG. 2B is a bottom view of the same, and FIG. 2C is an explanatory view of a connected state of a strain gauge. 3 (a), (b), (c), and (d) are explanatory views of the posture correcting operation in the above embodiment. FIG. 4 shows a tool driving mechanism used in combination with the above-mentioned embodiment, (a) is a side view and (b) is a front view. 5 and 6 are block diagrams of the control mechanism in the above embodiment. FIG. 7 shows a stress distribution detecting mechanism in an embodiment different from the above, (a) is a sectional view and (b) is a plan view. 8A and 8B are schematic cross-sectional views showing a conventional bonding apparatus. 1a, 1b, 1c …… Piezoelectric actuator, 2 …… Steel ball support, 3 …… Steel ball, 4 …… Support, 6 …… Tension spring,
9 ... Base, 10 ... Detection stage, 11a-11h ... Strain gauge.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ICチップ上の複数個のバンプとインナリー
ドとを重ね合わせ、ツールにより押圧して接続するボン
ディング装置において、 ICチップを搭載した部材をベースに対して支持する、上
下方向に伸縮可能なアクチュエータと、 前記のツールによってICチップを押圧した際、該ICチッ
プを搭載した部材が受ける応力の分布を検出する手段
と、 前記の応力分布検出手段の出力信号を入力されて、該応
力分布を均一ならしめるように前記アクチュエータを伸
縮せしめる自動制御装置とが設けられていることを特徴
とするボンディング装置。
1. A bonding apparatus for stacking a plurality of bumps on an IC chip and inner leads and pressing and connecting them with a tool to support a member on which the IC chip is mounted with respect to a base, and expand and contract in the vertical direction. A possible actuator, a means for detecting the distribution of stress received by a member mounted with the IC chip when the IC chip is pressed by the tool, and the output signal of the stress distribution detecting means is input, An automatic control device for expanding and contracting the actuator so as to make the distribution uniform, a bonding device.
【請求項2】前記のアクチュエータは圧電アクチュエー
タであることを特徴とする、請求項1に記載のボンディ
ング装置。
2. The bonding apparatus according to claim 1, wherein the actuator is a piezoelectric actuator.
【請求項3】前記アクチュエータと前記ICチップを搭載
している部材との間に、剛性を有する球状部材が介装さ
れるとともに、 上記アクチュエータの上面、及びICチップを搭載してい
る部材の下面のそれぞれに、該球状部材に係合する凹部
が設けられていることを特徴とする、請求項1又は同2
に記載のボンディング装置。
3. A spherical member having rigidity is interposed between the actuator and a member on which the IC chip is mounted, and an upper surface of the actuator and a lower surface of the member on which the IC chip is mounted. Each of the above is provided with a concave portion that engages with the spherical member.
The bonding apparatus according to.
【請求項4】前記のベースと、前記のICチップを搭載し
た部材との間に引張りバネが介装係着されて、前記アク
チュエータおよび前記球状部材に予圧を与えていること
を特徴とする、請求項3に記載のボンディング装置。
4. A tension spring is interposed and engaged between the base and a member on which the IC chip is mounted to preload the actuator and the spherical member. The bonding apparatus according to claim 3.
【請求項5】ICチップ上の複数個のバンプとインナリー
ドとを重ね合わせ、ツールにより押圧して接続するボン
ディング装置において、 ICチップを搭載した部材をベースに対して支持する、上
下方向に伸縮可能なアクチュエータを設けるとともに、 前記のツールによってICチップを押圧した際に該ICチッ
プを搭載した部材が受ける応力の分布を検出する手段を
設け、かつ、 前記の応力分布検出手段の出力信号を入力されて、該応
力分布を均一ならしめるように前記アクチュエータを伸
縮せしめることを特徴とするボンディング方法。
5. A bonding apparatus for stacking a plurality of bumps on an IC chip and an inner lead and pressing and connecting them with a tool to support a member on which the IC chip is mounted with respect to a base, and expand and contract in the vertical direction. In addition to providing a possible actuator, a means for detecting the distribution of the stress received by the member mounted with the IC chip when the IC chip is pressed by the tool is provided, and the output signal of the stress distribution detecting means is input. Then, the bonding method is characterized in that the actuator is expanded and contracted so as to make the stress distribution uniform.
【請求項6】前記応力分布検出手段の出力信号を入力さ
れて、該応力分布を均一ならしめるように前記アクチュ
エータを伸縮せしめる自動制御装置を用いて前記のアク
チュエータを伸縮せしめることを特徴とする、請求項5
に記載のボンディング方法。
6. The actuator is expanded and contracted by using an automatic control device which receives the output signal of the stress distribution detection means and expands and contracts the actuator so as to make the stress distribution uniform. Claim 5
Bonding method described in.
【請求項7】前記のアクチュエータと前記ICチップを搭
載している部材との間に、剛性を有する球状部材を介装
するとともに、 上記アクチュエータの上面、及びICチップを搭載してい
る部材の下面のそれぞれに、該球状部材に係合する凹部
を設けることを特徴とする、請求項5又は同6に記載の
ボンディング方法。
7. A spherical member having rigidity is interposed between the actuator and the member on which the IC chip is mounted, and the upper surface of the actuator and the lower surface of the member on which the IC chip is mounted. The bonding method according to claim 5 or 6, wherein a concave portion that engages with the spherical member is provided in each of the.
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