基板およびリードフレームをインデキシングする機器および方法
【解決手段】 少なくとも1つのマガジンハンドラを含むワイヤーボンディング機に接続してワークピースを処理する機器が提供される。当該機器は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第1の搬送システムと、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第2の搬送システムとを含む。また、当該機器は、ワイヤーボンディングツールを使った1つのワークピースのワイヤーボンディング作業中、前記第1の搬送システムが当該1つのワークピースを支持すると同時に、前記ワイヤーボンディングツールによるワイヤーボンディング作業用に前記第2の搬送システムが別のワークピースを準備するようなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は2004年6月15日付けで提出された米国特許仮出願第60/579,806号(この参照によりその内容が本明細書に組み込まれるものとする)に基づく利益を主張するものである。
【0002】
本発明は、全体としてワイヤーボンディング機器に関する。より具体的には、本発明は、より高いスループット能力により電子部品をインデキシングおよびボンディングする機器および工程に関する。
【背景技術】
【0003】
現代の電子機器は、半導体チップまたは集積回路(IC)を搭載したプリント基板に依存するところが大きい。チップ設計者にとっては、チップおよび基板の機械的連結および電気的接続が課題となっている。
【0004】
その最も一般的な工程はワイヤーボンディングである。ワイヤーボンディングでは、複数のボンディングパッドが基板頂面にパターン配置され、チップはこのボンディングパッドのパターン中央に搭載され、またチップ頂面は基板頂面と反対向きになっている。チップ頂面上の接触子と基板頂面上の接触子との間に細いワイヤー(アルミニウム、銅、金のワイヤーなど)が接続されている。
【0005】
チップスケールパッケージ(chip scale package:CSPs)は、パッケージに含まれるチップ(ダイ)のサイズに対して半導体装置を小型化するという課題に対し解決策を提供している。通常、このCSPサイズはダイ外周サイズの1〜1.2倍、また面積で言うとダイ面積の1.5倍である。このCSPではフリップチップに知られる熱膨張率差の問題が生じないため、ベアダイまたはフリップチップ技術のサイズに近い小型サイズを提供し、より高い信頼性が得られる。
【0006】
CSPの大半では、微細で柔軟な配線が埋め込まれた柔軟なシート状インターポーザ(ポリイミドのフィルムまたはテープ)を使用している。インターポーザ上へのチップ搭載時に、このインターポーザ端部内の微細配線はチップ外周付近の周辺端子で終端する。その一例が、Micro Ball Grid Array(Micro BGA)設計である。この配線において、インターポーザの周辺端子は、チップ内面積を覆うはんだボールランドのグリッドアレイへと再分配される。チップはインターポーザ上に搭載され、インターポーザの複数の端子は、超音波ボンディングなど従来のボンディング技術を使ってチップ外周の複数の接触子に接合(ボンディング)される。チップと基板との間には膨張率差があるため、ボンディング済み端子は、温度サイクル中に端子の柔軟な動きを可能にするエラストマーのカプセル材料を使って保護のためカプセル化される場合もある。次にインターポーザ頂面のランド上にはんだボールが形成され、個々のチップパッケージがテープから切り離される。前記ボールグリッドアレイを、基板へのはんだ接合のために必要最低限のピッチで(ボール間約0.5mm)均等に離間して高密度接触を達成することが可能である。インターポーザはチップ表面積のほとんどを覆うボールグリッドアレイを有するため、このBGA設計により、パッケージはチップ自体にほぼ近い小型サイズとなる。
【0007】
しかしながら、BGA装置またはMicro BGA装置を使用することは、ワイヤーボンディング工程という点で欠点がある。具体的に説明すると、BGA装置は通常、ボンディング温度への到達に長い加熱時間を必要とするため、結果的に従来のワークホルダー(非加工物保持具)設計を使った場合のスループット能力を低下させている。さらに、BGA装置は「ダウンセット(downsets)」を有さず、クランピング用の「リードフィンガー(lead−fingers)」も利用できない。BGA材料のこれらの態様は、当該技術の簡易アプローチにおいて考慮されているものの、「ダウンセット」および「リードフィンガー」のクランピングに対応するための、既存のワークホルダー設計に内蔵されている機構は、そのシステム力学への影響により、当該設計をより複雑にするだけでなく、そのスループット能力も制限してしまう。そのため、十分かつ均一なBGA装置加熱を確実にして自動ワークホルダー設計の大幅な簡略化を可能にすることで商品原価を削減すると同時に、材料の流れにおけるバッファとして加熱ストリップを有することでスループット能力を強化するワークホルダー設計が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つのマガジンハンドラを含むワイヤーボンディング機に接続してワークピースを処理する機器が提供される。当該機器は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第1の搬送システムと、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第2の搬送システムとを含む。また、当該機器では、前記第1の搬送システムは、ワイヤーボンディングツールを使ってワークピースのワイヤーボンディング作業を行っている間に当該ワークピースを支持すると同時に、前記第2の搬送システムは前記ワイヤーボンディングツールによってワイヤーボンディング作業を行うために別のワークピースを準備するようなっている。
【0009】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つのマガジンハンドラを使ってワイヤーボンディング機にワークピースを供給する機器が提供される。この機器は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラに連結する部分を有するインデクサーを含んでいる。前記インデクサーは、第1の搬送装置部分と、前記第1の搬送装置部分に隣接した第2の搬送装置部分と、前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの加熱器と、前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の上面に対してワークピースを維持するため、当該第1の搬送装置部分および当該第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの減圧装置とを含む。前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成されている。この機器は、第1のワークピースが(1)前記少なくとも1つの加熱器により加熱されているか、(2)前記ワイヤーボンダーによりワイヤーボンディングされているかの少なくとも一方である状態であるとき、第2のワークピースを前記第2の搬送装置部分にロード(供給)するよう構成されている。
【0010】
本発明のさらに別の例示的実施形態によると、ワークピースをワイヤーボンディングする方法が提供される。この方法は、(1)第1の搬送装置部分に支持されたワークピースを、ワイヤーボンディング機のワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と、(2)工程(1)の間、第2の搬送装置部分に支持された別のワークピースを加熱する工程と、(3)前記ワイヤーボンディングツールから離れた位置へ前記第1の搬送装置部分を移動させると同時に、前記第2の搬送装置部分に支持された前記別のワークピースが前記ワイヤーボンディングツールに隣接する位置へ当該第2の搬送装置部分を移動させる工程と、(4)前記第2の搬送装置部分に支持された前記別のワークピースを、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程とを含む。
【0011】
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンディング機にワークピースを供給する方法が提供される。この方法は、マガジンハンドラおよびインデクサーをそれぞれの第1の位置に初期化する工程と、前記マガジンハンドラから前記インデクサーの第1の搬送装置部分の上に第1のワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを第2の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機のボンディング部分内に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記第1のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記インデクサーの第2の搬送装置の上に第2のワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを前記第1の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第2のワークピースを位置付け、アンロード(取り出し)位置に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記第2のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第1の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第1のワークピースをアンロードする工程と、前記マガジンハンドラから前記第1の搬送装置の上に追加的なワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを前記第2の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記追加的なワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記追加的なワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第2の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第2のワークピースをアンロードする工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本明細書における用語「ワークピース」(被加工物)はワイヤーボンディング作業が行われるよう構成された任意の装置を指すよう意図されており、基板(複数の半導体装置を表面上に伴ったまたは当該半導体装置が内部に統合された基板など)、リードフレーム、半導体装置(ダイやチップなど)、インターポーザ、およびこれらの組み合わせを含む(これに限定されるものではない)。
【0013】
本明細書における用語「ワークピースのワイヤーボンディング」とは、少なくとも1つのワイヤーボンドまたはワイヤーループをワークピースに適用することを指し、当該ワークピースが最終的に複数のワイヤーボンドまたはワイヤーループを含むことになる場合も同様の適用を指す。本発明の特定の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンドは(ワイヤーボンディングツールを使って)第1の搬送装置(または搬送装置部分)上のワークピースに適用され、次いで、残りのワイヤーボンドが当該ワークピースに適用される前に、ワイヤーボンディングツールを使って第2の搬送装置上の別のワークピースにワイヤーボンドが適用される。当然ながら、本発明では、(ワイヤーボンディングツールを使って)第1の搬送装置上の第1のワークピースに望ましいワイヤーボンドをすべて適用した後、ワイヤーボンディングツールを使って第2の搬送装置上の別のワークピースに望ましいワイヤーボンドをすべて適用することも考えられる。
【0014】
本明細書における用語「マガジンハンドラ」とは、ワークピースをインデクサーへ提供する任意のシステム(搬送システムを含んだインデクサーなど)を指すよう意図されている。この用語は、いかなる特定の配置または構成によって、ワークピースを提供するシステムを限定することを意図するものではない。
【0015】
図1は、本発明の例示的な実施形態の斜視図を示したものである。明確化のため、処理前後にワークピースを格納、および提供/受容するマガジンハンドラシステムはこの図では示していない。図1に示すように、ボンディングシステム100はボンディングヘッド構造102を有しており、このボンディングヘッド構造102の前部にはボンディングヘッド104が設けられている。ボンディングヘッド104の下には、進歩性のある往復動式のデュアルワークホルダー106が支持ブロック108上に取り付けられている。ワークホルダー106および支持ブロック108は、支持基部112に対し、レール110に沿ってY方向に移動する。ボンディングヘッド104はX軸およびY軸に対し不動であるが、デュアルワークホルダー106は矢印Yの方向前後に往復動する。デュアルワークホルダー106は、互いに並置された第1の搬送システム116および第2の搬送システム118を含む。搬送システム116および118は、以下で詳しく説明する。
【0016】
図2は、ボンディングシステム100の左側面図を例示したものである。図2に示したように、搬送システム116および118は、当該搬送システム116および118の各々の中心線が望ましくは約4.5インチ(約11.43cm)間隔を置くよう互いに離間されている。この距離は設計上の考慮事項を満たすよう必要に応じて調整可能なため、本発明はこの距離に限定されるものではない。搬送システム116および118のそれぞれに隣接して固定前部レール120がある。図2に示すように、また説明の都合上、前記デュアルワークホルダーアセンブリは、搬送システム118がボンディングツール114の下に配置されるよう後方位置にある。支持ブロック108の直線状のスライド部材122はレール110に沿って前方へ移動するため、搬送装置118はボンディングツール114から離れる方向へ移動し、搬送装置116はボンディングツール114へ向かって移動することが理解されるであろう。これにより、搬送装置118および116に着脱自在に取り付けられたワークピース(ここでは図示せず)に対しボンディングが可能になる。
【0017】
図3はボンディングシステム100の正面図を例示したものであり、図4Aは搬送装置116、118のうちの1つの正面斜視図であり、図5は搬送装置116、118のうちの1つの後面斜視図であり、図6は搬送装置116、118のうちの1つの正面図である。図3、4A、5および6に示すように、各前記搬送装置116、118の前部に沿って、プラー/グリッパ/タッカー(puller/gripper/tucker)132(搬送装置118用に関しては図1にも表示)および134(搬送装置116用)が配置されている。以下の説明を簡潔に説明する上で、プラー/グリッパ/タッカー132およびそれに付随した部品(送りネジ128、ジョーアセンブリ148、ステッピングモーター124など)についてのみ説明していくが、この説明はプラー/グリッパ/タッカー134およびそれに付随した構成部品(送りネジ130、ジョーアセンブリ150、ステッピングモーター126など)にも同等に該当することを理解すべきである。
【0018】
プラー/グリッパ/タッカー132は、送りネジ128に沿ってワークホルダー106および支持ブロック108の移動の方向と直交する方向に移動する。ジョーアセンブリ148はプラー/グリッパ/タッカー132のハウジングに連結されており、例示的な一実施形態では、前部レール120とプラテン加熱ブロック152の側部との間に配置されている。ステッピングモーター124は、カプラー156で送りネジ128の一端に連結されている。作動時にステッピングモーター124が起動されると、軸受け支え140により一端が支持された送りネジ128が回転し、それによりプラー/グリッパ/タッカー132が送りネジ128に沿って本図の右側へ向って移動される(図4Aおよび6を参照)。以下さらに説明するように、ジョーアセンブリ148は、ワークピースの供給部から1ワークピースの一部分を把持するため使用される。これにより、プラー/グリッパ/タッカー132が送りネジ128に沿って移動するのに伴い、前記ワークピースはプラテン加熱ブロック152の表面に沿って移動して最終的にボンディングツール104によりボンディングされる。逆にワークピースを取り出すために、ステッピングモーター124は逆方向に動作して、ワークピースを供給マガジン(図示せず)の方へ戻すように移動させる。再び図5を参照すると、後部レール144は、可変幅のワークピースに対応するためY方向に調整自在でありうる。プラテン加熱ブロック152、154に関する詳細は、図8を参照して以下で説明する。
【0019】
図4Aおよび図6ではステッピングモーターおよび送りネジを例示しているが、本発明は、必要に応じ、例えばプーリおよびベルトアセンブリを使用してもプラー/グリッパ/タッカー132を移動できると考えられるため、これらの図により限定されるものではない。そのようなアプローチは図4Bに例示している。図4Bに示すように、プラー/グリッパ/タッカー132は、ベルトクランプ180を介しタイミングベルト182でステッピングモーター124に連結されている。作動時にステッピングモーター124が起動されると、プーリ186が回転してタイミングベルト182(およびプーリ184)を動かし、これによりプラー/グリッパ/タッカー132をスライドレール188に沿った方向に移動させる。プラー/グリッパ/タッカー132をその初期位置に戻す際は、ステッピングモーター124が逆動作する。
【0020】
図7Aは、プラー/グリッパ/タッカー132、134の第1の例示的な実施形態の斜視図である。図7Aに示すように、プラー/グリッパ/タッカー132、134は、互いに対向するよう配置された固定上方ジョー402と、可動下方ジョー404とを有する。固定上方ジョー402は、その長手方向に沿って一部に配置された把持点または歯420を有する。これらの把持点または歯420および可動下方ジョー404の表面は、必要に応じてボールグリッドアレイ(ball grid array:BGA)アセンブリまたはリードフレームなどのワークピースと接触し、前記搬送装置に沿ってワークピースを移動させる。固定上方ジョー402は、固定支持部材418の頂部でこの固定支持部材418に連結されている。可動支持アーム部材410は、固定支持部材418から離間されて、上方板バネ406および下方板バネ408により当該固定支持部材418に連結されている。板バネ406および408により、可動支持アーム部材410が固定支持部材418に対し(双方向矢印で示したように)Z方向に連接することが可能になる。これにより、可動支持アーム部材410に連結された可動下方ジョー404も同様に固定上方ジョー402に対しZ方向に移動して、必要に応じて上方ジョーおよび下方ジョー402、404がBGAまたはリードフレームを把持することを可能にする。
【0021】
例示的な一実施形態では、可動支持アーム部材410および可動下方ジョー404の動きをもたらすため、ソレノイドやボイスコイルモーターなどのアクチュエータ416が使われる。上記の例示的な実施形態では、アクチュエータ416が下方板バネ408の上面に配置され、且つビーム(梁)412に連結されており、このビーム412はさらに可動支持アーム部材410に連結されている。アクチュエータ416が起動すると、ビーム412がアクチュエータ416のフレームへ引き寄せられて可動支持アーム部材410をZ方向に下方へ引き下げ、これにより下方ジョー404が固定上方ジョー402から離れる方向へ移動して、可動下方ジョー404および把持点420の間に空間が開放される。その結果、上方ジョーおよび下方ジョー402と404との間の開口部にBGAアセンブリやリードフレームなどの物品を位置決めすることが可能になる。リードフレームやBGAアセンブリ(図示せず)が配備されるとアクチュエータ416への通電は解除され、これによりジョー404が固定上方ジョー402に近づいてBGAやリードフレームが固定上方ジョー402と可動下方ジョー404との間に把持される。
【0022】
ここで図7Bを参照すると、第2の例示的なプラー/グリッパ/タッカー132が例示されている。図7Bに示すように、この例示的なプラー/グリッパ/タッカーは図4Bに例示したベルト駆動システムと併用するもので、上方ブラケット424に連結された固定グリッパジョー402と、下方ブラケット422に連結された可動下方ジョー404と、下方ブラケット422と上方ブラケット424との間に連結された板バネ406、408と、上方ブラケット424に連結されたベルトクランプ180と、上方ブラケット424に連結されたスライドブロック426と、上方ブラケット424と下方ブラケット422との間に配置されたアクチュエータ416とを有する。作動時は、スライドブロック426が(図4Bに示した)スライドレール188に連結され、それに沿って移動する。前記ジョーアセンブリ402、404の動作は、図7Aを参照し上記説明した実施形態と類似しているため、ここでは繰り返さない。
【0023】
ここで図8を参照すると、プラテン加熱ブロック152の分解斜視図が例示されている。図8に示したように、加熱ブロック152は、好ましくはアルミニウムなどの軽量金属からできた最上部加熱板200と、やはりアルミニウムなどの軽量金属から形成された下方加熱板206と、最上部加熱板200と下方加熱板206との間に配置された加熱器202と、望ましくはセラミック材料から形成され、下方加熱板206の下に配置された断熱板208とを有する。例示的な一実施形態では、加熱器202は箔タイプの抵抗加熱素子を平坦な形態に形成したものが望ましい。また、前記ワークピースが前記加熱ブロック152に沿って移動する際、望ましい温度上昇と温度下降をもたらすため、加熱器202は、予熱ステージ202a、ボンド部位加熱ステージ202b、およびボンド後ステージ202cなどのように段階的に構成されている。図には3つの加熱器202a、202b、202cを示したが、これらの機能を達成する上で単一の加熱器を使用することも考えられる。
【0024】
プラー/グリッパ/タッカー132によりワークピースがプラテン加熱ブロック152の表面に沿って引っ張られていく際、プラテン加熱ブロック152の第1のステージにより、ボンディング準備のためににワークピースが予熱される。ワークピースは、プラテン加熱ブロック152の表面に沿ってさらに移動するに伴い、ボンドヘッド104によるボンディングの準備のため、より高温で加熱される(図1を参照)。ボンディング中、ワークピースを定位置に保つため、プラテン加熱ブロック152の表面は、減圧部(図示せず)を受容する減圧ゾーン210、212、214を含む。例示的な一実施形態では、減圧ゾーン210、212、214は、一部、上記の予熱ゾーンおよび加熱後ゾーンまで延在する。例示的な一実施形態において、前記減圧部は、吸気管204を通じ、底部加熱板206の中央部分に連結されている。各吸気管は、それぞれの減圧ゾーン210、212、214と流体密封された状態で連結されている。
【0025】
作動時、ワークピースがボンディング用の位置に置かれると、当該ワークピースの下部に減圧が適用され、最上部加熱板200の表面に対して当該ワークピースが定位置に保持される。これには2つの目的がある。1つは、ボンディング中、ワークピースへ確実に十分な伝熱を行うこと、もう1つは、ボンディング中、ワークピースが動くのを防ぐことである。ワークピースへのボンディングが完了すると、減圧は解除され、ワークピースは前記プラテン加熱ブロック152のボンド後部分へ向かって移動されて、さらなる処理の前にワークピースが徐々に冷却されるようにする。
【0026】
基板または他タイプの連結を使って互いに連結されているワークピースの場合は、その第1のワークピースがボンディングされている間、1若しくはそれ以上の後続ワークピースが予熱されることが理解されるであろう。前記第1のワークピースのボンディングが完了すると、この第1のワークピースがボンディングの行われる位置から離れるよう移動されるとともに後続ワークピースが定位置に移動され、この後続ワークピースのボンディングのために減圧が適用される。この工程は、すべてのワークピースがボンディングされるまで、あるいはこの工程が終了されるまで、継続されることが望ましい。この工程は図9〜16で最適に例示されており、以下でも説明する。
【0027】
ここで図9を参照すると、初期設定のマガジンハンドラ300は、デュアルワークホルダー106の前部搬送装置118へ引き移動される複数の装置を有するワークピース302を提供している。次に、ワークピース302は、プラー/グリッパ/タッカー132(ここでは図示せず)によって前部搬送装置118の表面に沿って移動される。装置302は、前部搬送装置118に沿って移動される間、ボンディング前に予熱される。簡略化のため、この説明において後部搬送装置116は初期状態で空であると想定する。
【0028】
図10に示すように、マガジンハンドラ300およびデュアルワークホルダー106の双方は、前部搬送装置118がボンドヘッド104の下に位置決めされるよう、第2の位置へと後方へ再配置されている。ワークピース302が処理されている間、第2のワークピース304がボンディング前の予熱のためプラー/グリッパ/タッカー134(ここでは図示せず)で後部搬送装置116にロード(供給)される。
【0029】
図11および図12に示すように、ワークピース302の最後の装置がボンディングされると、デュアルワークホルダー106は、搬送装置116をボンドヘッド104の下に位置決めするよう前方へ移動される。図12に示したように、ワークピース304の処理中(左から右へ移動)、ワークピース302は、更なる処理のため、プラー/グリッパ/タッカー132によりマガジンハンドラ300内へアンロード(取り出)される。これら2つの処理は互いに(完全にとはいかなくとも)実質的に同時に起こる。さらに、また上記のとおり、ワークピース302はアンロードされている間、加熱プラテン152の加熱後ゾーンおよび予熱ゾーンを通過しながら制御下で冷却される。
【0030】
図13に示すように、ワークピース304が処理されている間、第3のワークピース306がボンディング前の予熱のためプラー/グリッパ/タッカー132により前部搬送装置118にロードされる。
【0031】
図14〜16に示すように、ワークピース304の最後の装置がボンディングされると、デュアルワークホルダー106は、搬送装置118をボンドヘッド104の下に位置決めするよう後方へ移動される。図15に示したように、ワークピース306の処理中(左から右へ移動)、ワークピース304は、更なる処理のため、プラー/グリッパ/タッカー134によりマガジンハンドラ300内へアンロードされる。これら2つの処理は互いに(完全にとはいかなくとも)実質的に同時に起こる。さらに、また上記のとおり、ワークピース304は、アンロードされている間、加熱プラテン152の加熱後ゾーンおよび予熱ゾーンを通過しながら制御下で冷却される。次に、また図16で例示したように、ワークピース306処理の継続中、さらに別のワークピース308が処理のため後部搬送装置116にロードされる。
【0032】
この工程は、マガジンハンドラ300に含まれるすべてのワークピースがボンディングされるまで、必要に応じて繰り返される。このように、この例示的なシステムおよび工程により、BGAおよび/またはリードフレーム装置のスループット能力が増加することが理解されるであろう。
【0033】
以上、主に平行な2つの搬送システム(搬送装置116および118など)を参照して本発明を例示したが、本発明はこれだけに限定されるものではない。搬送システムの代替構成(非平行なものなど)も本発明の範囲内である。さらに、本発明は2つの搬送装置に限定されるものではない。例えば、ある種の構成では、ワイヤーボンディングシステムに対し3若しくはそれ以上の搬送装置が配置されている場合も実用的かつ効率的であることもある。
【0034】
本発明は、本明細書において具体的な実施形態を参照して例示および説明しているが、示した詳細事項に限定されることを意図したものではない。むしろ、本特許請求項に係る均等物の範囲内、且つ本発明を逸脱しない範囲内で、細部において種々の変更形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
本発明は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解される。一般的な慣行に従い、これら図面の種々の特徴は尺度どおりでないことに留意されたい。むしろ種々の特徴の寸法は、明確化のために任意に拡大されているか、若しくは縮小されている。図面に含まれている図は以下のとおりである。
【図1】図1は、本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図2】図2は、図1の例示的な実施形態の左側面図である。
【図3】図3は、図1の例示的な実施形態の正面図である。
【図4A】図4Aは、本発明に従った第1の例示的な搬送装置の斜視図である。
【図4B】図4Bは、本発明のグリッパ(把持部)に関する代替的な例示的実施形態の斜視図である。
【図5】図5は、本発明の例示的な実施形態に従った搬送装置の斜視図である。
【図6】図6は、図5の搬送装置の正面図である。
【図7A】図7Aは、本発明の実施形態に従った第1の例示的なグリッパの斜視図である。
【図7B】図7Bは、本発明の実施形態に従った第2の例示的なグリッパの斜視図である。
【図8】図8は、図5の搬送装置の加熱ブロック部分の分解図である。
【図9】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図10】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図11】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図12】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図13】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図14】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図15】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図16】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【技術分野】
【0001】
本出願は2004年6月15日付けで提出された米国特許仮出願第60/579,806号(この参照によりその内容が本明細書に組み込まれるものとする)に基づく利益を主張するものである。
【0002】
本発明は、全体としてワイヤーボンディング機器に関する。より具体的には、本発明は、より高いスループット能力により電子部品をインデキシングおよびボンディングする機器および工程に関する。
【背景技術】
【0003】
現代の電子機器は、半導体チップまたは集積回路(IC)を搭載したプリント基板に依存するところが大きい。チップ設計者にとっては、チップおよび基板の機械的連結および電気的接続が課題となっている。
【0004】
その最も一般的な工程はワイヤーボンディングである。ワイヤーボンディングでは、複数のボンディングパッドが基板頂面にパターン配置され、チップはこのボンディングパッドのパターン中央に搭載され、またチップ頂面は基板頂面と反対向きになっている。チップ頂面上の接触子と基板頂面上の接触子との間に細いワイヤー(アルミニウム、銅、金のワイヤーなど)が接続されている。
【0005】
チップスケールパッケージ(chip scale package:CSPs)は、パッケージに含まれるチップ(ダイ)のサイズに対して半導体装置を小型化するという課題に対し解決策を提供している。通常、このCSPサイズはダイ外周サイズの1〜1.2倍、また面積で言うとダイ面積の1.5倍である。このCSPではフリップチップに知られる熱膨張率差の問題が生じないため、ベアダイまたはフリップチップ技術のサイズに近い小型サイズを提供し、より高い信頼性が得られる。
【0006】
CSPの大半では、微細で柔軟な配線が埋め込まれた柔軟なシート状インターポーザ(ポリイミドのフィルムまたはテープ)を使用している。インターポーザ上へのチップ搭載時に、このインターポーザ端部内の微細配線はチップ外周付近の周辺端子で終端する。その一例が、Micro Ball Grid Array(Micro BGA)設計である。この配線において、インターポーザの周辺端子は、チップ内面積を覆うはんだボールランドのグリッドアレイへと再分配される。チップはインターポーザ上に搭載され、インターポーザの複数の端子は、超音波ボンディングなど従来のボンディング技術を使ってチップ外周の複数の接触子に接合(ボンディング)される。チップと基板との間には膨張率差があるため、ボンディング済み端子は、温度サイクル中に端子の柔軟な動きを可能にするエラストマーのカプセル材料を使って保護のためカプセル化される場合もある。次にインターポーザ頂面のランド上にはんだボールが形成され、個々のチップパッケージがテープから切り離される。前記ボールグリッドアレイを、基板へのはんだ接合のために必要最低限のピッチで(ボール間約0.5mm)均等に離間して高密度接触を達成することが可能である。インターポーザはチップ表面積のほとんどを覆うボールグリッドアレイを有するため、このBGA設計により、パッケージはチップ自体にほぼ近い小型サイズとなる。
【0007】
しかしながら、BGA装置またはMicro BGA装置を使用することは、ワイヤーボンディング工程という点で欠点がある。具体的に説明すると、BGA装置は通常、ボンディング温度への到達に長い加熱時間を必要とするため、結果的に従来のワークホルダー(非加工物保持具)設計を使った場合のスループット能力を低下させている。さらに、BGA装置は「ダウンセット(downsets)」を有さず、クランピング用の「リードフィンガー(lead−fingers)」も利用できない。BGA材料のこれらの態様は、当該技術の簡易アプローチにおいて考慮されているものの、「ダウンセット」および「リードフィンガー」のクランピングに対応するための、既存のワークホルダー設計に内蔵されている機構は、そのシステム力学への影響により、当該設計をより複雑にするだけでなく、そのスループット能力も制限してしまう。そのため、十分かつ均一なBGA装置加熱を確実にして自動ワークホルダー設計の大幅な簡略化を可能にすることで商品原価を削減すると同時に、材料の流れにおけるバッファとして加熱ストリップを有することでスループット能力を強化するワークホルダー設計が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つのマガジンハンドラを含むワイヤーボンディング機に接続してワークピースを処理する機器が提供される。当該機器は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第1の搬送システムと、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第2の搬送システムとを含む。また、当該機器では、前記第1の搬送システムは、ワイヤーボンディングツールを使ってワークピースのワイヤーボンディング作業を行っている間に当該ワークピースを支持すると同時に、前記第2の搬送システムは前記ワイヤーボンディングツールによってワイヤーボンディング作業を行うために別のワークピースを準備するようなっている。
【0009】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、少なくとも1つのマガジンハンドラを使ってワイヤーボンディング機にワークピースを供給する機器が提供される。この機器は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラに連結する部分を有するインデクサーを含んでいる。前記インデクサーは、第1の搬送装置部分と、前記第1の搬送装置部分に隣接した第2の搬送装置部分と、前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの加熱器と、前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の上面に対してワークピースを維持するため、当該第1の搬送装置部分および当該第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの減圧装置とを含む。前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成されている。この機器は、第1のワークピースが(1)前記少なくとも1つの加熱器により加熱されているか、(2)前記ワイヤーボンダーによりワイヤーボンディングされているかの少なくとも一方である状態であるとき、第2のワークピースを前記第2の搬送装置部分にロード(供給)するよう構成されている。
【0010】
本発明のさらに別の例示的実施形態によると、ワークピースをワイヤーボンディングする方法が提供される。この方法は、(1)第1の搬送装置部分に支持されたワークピースを、ワイヤーボンディング機のワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と、(2)工程(1)の間、第2の搬送装置部分に支持された別のワークピースを加熱する工程と、(3)前記ワイヤーボンディングツールから離れた位置へ前記第1の搬送装置部分を移動させると同時に、前記第2の搬送装置部分に支持された前記別のワークピースが前記ワイヤーボンディングツールに隣接する位置へ当該第2の搬送装置部分を移動させる工程と、(4)前記第2の搬送装置部分に支持された前記別のワークピースを、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程とを含む。
【0011】
本発明のさらに別の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンディング機にワークピースを供給する方法が提供される。この方法は、マガジンハンドラおよびインデクサーをそれぞれの第1の位置に初期化する工程と、前記マガジンハンドラから前記インデクサーの第1の搬送装置部分の上に第1のワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを第2の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機のボンディング部分内に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記第1のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記インデクサーの第2の搬送装置の上に第2のワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを前記第1の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第2のワークピースを位置付け、アンロード(取り出し)位置に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記第2のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第1の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第1のワークピースをアンロードする工程と、前記マガジンハンドラから前記第1の搬送装置の上に追加的なワークピースをロードする工程と、前記マガジンハンドラを前記第2の位置に再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記追加的なワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、前記ワイヤーボンディング機により前記追加的なワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第2の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第2のワークピースをアンロードする工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本明細書における用語「ワークピース」(被加工物)はワイヤーボンディング作業が行われるよう構成された任意の装置を指すよう意図されており、基板(複数の半導体装置を表面上に伴ったまたは当該半導体装置が内部に統合された基板など)、リードフレーム、半導体装置(ダイやチップなど)、インターポーザ、およびこれらの組み合わせを含む(これに限定されるものではない)。
【0013】
本明細書における用語「ワークピースのワイヤーボンディング」とは、少なくとも1つのワイヤーボンドまたはワイヤーループをワークピースに適用することを指し、当該ワークピースが最終的に複数のワイヤーボンドまたはワイヤーループを含むことになる場合も同様の適用を指す。本発明の特定の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンドは(ワイヤーボンディングツールを使って)第1の搬送装置(または搬送装置部分)上のワークピースに適用され、次いで、残りのワイヤーボンドが当該ワークピースに適用される前に、ワイヤーボンディングツールを使って第2の搬送装置上の別のワークピースにワイヤーボンドが適用される。当然ながら、本発明では、(ワイヤーボンディングツールを使って)第1の搬送装置上の第1のワークピースに望ましいワイヤーボンドをすべて適用した後、ワイヤーボンディングツールを使って第2の搬送装置上の別のワークピースに望ましいワイヤーボンドをすべて適用することも考えられる。
【0014】
本明細書における用語「マガジンハンドラ」とは、ワークピースをインデクサーへ提供する任意のシステム(搬送システムを含んだインデクサーなど)を指すよう意図されている。この用語は、いかなる特定の配置または構成によって、ワークピースを提供するシステムを限定することを意図するものではない。
【0015】
図1は、本発明の例示的な実施形態の斜視図を示したものである。明確化のため、処理前後にワークピースを格納、および提供/受容するマガジンハンドラシステムはこの図では示していない。図1に示すように、ボンディングシステム100はボンディングヘッド構造102を有しており、このボンディングヘッド構造102の前部にはボンディングヘッド104が設けられている。ボンディングヘッド104の下には、進歩性のある往復動式のデュアルワークホルダー106が支持ブロック108上に取り付けられている。ワークホルダー106および支持ブロック108は、支持基部112に対し、レール110に沿ってY方向に移動する。ボンディングヘッド104はX軸およびY軸に対し不動であるが、デュアルワークホルダー106は矢印Yの方向前後に往復動する。デュアルワークホルダー106は、互いに並置された第1の搬送システム116および第2の搬送システム118を含む。搬送システム116および118は、以下で詳しく説明する。
【0016】
図2は、ボンディングシステム100の左側面図を例示したものである。図2に示したように、搬送システム116および118は、当該搬送システム116および118の各々の中心線が望ましくは約4.5インチ(約11.43cm)間隔を置くよう互いに離間されている。この距離は設計上の考慮事項を満たすよう必要に応じて調整可能なため、本発明はこの距離に限定されるものではない。搬送システム116および118のそれぞれに隣接して固定前部レール120がある。図2に示すように、また説明の都合上、前記デュアルワークホルダーアセンブリは、搬送システム118がボンディングツール114の下に配置されるよう後方位置にある。支持ブロック108の直線状のスライド部材122はレール110に沿って前方へ移動するため、搬送装置118はボンディングツール114から離れる方向へ移動し、搬送装置116はボンディングツール114へ向かって移動することが理解されるであろう。これにより、搬送装置118および116に着脱自在に取り付けられたワークピース(ここでは図示せず)に対しボンディングが可能になる。
【0017】
図3はボンディングシステム100の正面図を例示したものであり、図4Aは搬送装置116、118のうちの1つの正面斜視図であり、図5は搬送装置116、118のうちの1つの後面斜視図であり、図6は搬送装置116、118のうちの1つの正面図である。図3、4A、5および6に示すように、各前記搬送装置116、118の前部に沿って、プラー/グリッパ/タッカー(puller/gripper/tucker)132(搬送装置118用に関しては図1にも表示)および134(搬送装置116用)が配置されている。以下の説明を簡潔に説明する上で、プラー/グリッパ/タッカー132およびそれに付随した部品(送りネジ128、ジョーアセンブリ148、ステッピングモーター124など)についてのみ説明していくが、この説明はプラー/グリッパ/タッカー134およびそれに付随した構成部品(送りネジ130、ジョーアセンブリ150、ステッピングモーター126など)にも同等に該当することを理解すべきである。
【0018】
プラー/グリッパ/タッカー132は、送りネジ128に沿ってワークホルダー106および支持ブロック108の移動の方向と直交する方向に移動する。ジョーアセンブリ148はプラー/グリッパ/タッカー132のハウジングに連結されており、例示的な一実施形態では、前部レール120とプラテン加熱ブロック152の側部との間に配置されている。ステッピングモーター124は、カプラー156で送りネジ128の一端に連結されている。作動時にステッピングモーター124が起動されると、軸受け支え140により一端が支持された送りネジ128が回転し、それによりプラー/グリッパ/タッカー132が送りネジ128に沿って本図の右側へ向って移動される(図4Aおよび6を参照)。以下さらに説明するように、ジョーアセンブリ148は、ワークピースの供給部から1ワークピースの一部分を把持するため使用される。これにより、プラー/グリッパ/タッカー132が送りネジ128に沿って移動するのに伴い、前記ワークピースはプラテン加熱ブロック152の表面に沿って移動して最終的にボンディングツール104によりボンディングされる。逆にワークピースを取り出すために、ステッピングモーター124は逆方向に動作して、ワークピースを供給マガジン(図示せず)の方へ戻すように移動させる。再び図5を参照すると、後部レール144は、可変幅のワークピースに対応するためY方向に調整自在でありうる。プラテン加熱ブロック152、154に関する詳細は、図8を参照して以下で説明する。
【0019】
図4Aおよび図6ではステッピングモーターおよび送りネジを例示しているが、本発明は、必要に応じ、例えばプーリおよびベルトアセンブリを使用してもプラー/グリッパ/タッカー132を移動できると考えられるため、これらの図により限定されるものではない。そのようなアプローチは図4Bに例示している。図4Bに示すように、プラー/グリッパ/タッカー132は、ベルトクランプ180を介しタイミングベルト182でステッピングモーター124に連結されている。作動時にステッピングモーター124が起動されると、プーリ186が回転してタイミングベルト182(およびプーリ184)を動かし、これによりプラー/グリッパ/タッカー132をスライドレール188に沿った方向に移動させる。プラー/グリッパ/タッカー132をその初期位置に戻す際は、ステッピングモーター124が逆動作する。
【0020】
図7Aは、プラー/グリッパ/タッカー132、134の第1の例示的な実施形態の斜視図である。図7Aに示すように、プラー/グリッパ/タッカー132、134は、互いに対向するよう配置された固定上方ジョー402と、可動下方ジョー404とを有する。固定上方ジョー402は、その長手方向に沿って一部に配置された把持点または歯420を有する。これらの把持点または歯420および可動下方ジョー404の表面は、必要に応じてボールグリッドアレイ(ball grid array:BGA)アセンブリまたはリードフレームなどのワークピースと接触し、前記搬送装置に沿ってワークピースを移動させる。固定上方ジョー402は、固定支持部材418の頂部でこの固定支持部材418に連結されている。可動支持アーム部材410は、固定支持部材418から離間されて、上方板バネ406および下方板バネ408により当該固定支持部材418に連結されている。板バネ406および408により、可動支持アーム部材410が固定支持部材418に対し(双方向矢印で示したように)Z方向に連接することが可能になる。これにより、可動支持アーム部材410に連結された可動下方ジョー404も同様に固定上方ジョー402に対しZ方向に移動して、必要に応じて上方ジョーおよび下方ジョー402、404がBGAまたはリードフレームを把持することを可能にする。
【0021】
例示的な一実施形態では、可動支持アーム部材410および可動下方ジョー404の動きをもたらすため、ソレノイドやボイスコイルモーターなどのアクチュエータ416が使われる。上記の例示的な実施形態では、アクチュエータ416が下方板バネ408の上面に配置され、且つビーム(梁)412に連結されており、このビーム412はさらに可動支持アーム部材410に連結されている。アクチュエータ416が起動すると、ビーム412がアクチュエータ416のフレームへ引き寄せられて可動支持アーム部材410をZ方向に下方へ引き下げ、これにより下方ジョー404が固定上方ジョー402から離れる方向へ移動して、可動下方ジョー404および把持点420の間に空間が開放される。その結果、上方ジョーおよび下方ジョー402と404との間の開口部にBGAアセンブリやリードフレームなどの物品を位置決めすることが可能になる。リードフレームやBGAアセンブリ(図示せず)が配備されるとアクチュエータ416への通電は解除され、これによりジョー404が固定上方ジョー402に近づいてBGAやリードフレームが固定上方ジョー402と可動下方ジョー404との間に把持される。
【0022】
ここで図7Bを参照すると、第2の例示的なプラー/グリッパ/タッカー132が例示されている。図7Bに示すように、この例示的なプラー/グリッパ/タッカーは図4Bに例示したベルト駆動システムと併用するもので、上方ブラケット424に連結された固定グリッパジョー402と、下方ブラケット422に連結された可動下方ジョー404と、下方ブラケット422と上方ブラケット424との間に連結された板バネ406、408と、上方ブラケット424に連結されたベルトクランプ180と、上方ブラケット424に連結されたスライドブロック426と、上方ブラケット424と下方ブラケット422との間に配置されたアクチュエータ416とを有する。作動時は、スライドブロック426が(図4Bに示した)スライドレール188に連結され、それに沿って移動する。前記ジョーアセンブリ402、404の動作は、図7Aを参照し上記説明した実施形態と類似しているため、ここでは繰り返さない。
【0023】
ここで図8を参照すると、プラテン加熱ブロック152の分解斜視図が例示されている。図8に示したように、加熱ブロック152は、好ましくはアルミニウムなどの軽量金属からできた最上部加熱板200と、やはりアルミニウムなどの軽量金属から形成された下方加熱板206と、最上部加熱板200と下方加熱板206との間に配置された加熱器202と、望ましくはセラミック材料から形成され、下方加熱板206の下に配置された断熱板208とを有する。例示的な一実施形態では、加熱器202は箔タイプの抵抗加熱素子を平坦な形態に形成したものが望ましい。また、前記ワークピースが前記加熱ブロック152に沿って移動する際、望ましい温度上昇と温度下降をもたらすため、加熱器202は、予熱ステージ202a、ボンド部位加熱ステージ202b、およびボンド後ステージ202cなどのように段階的に構成されている。図には3つの加熱器202a、202b、202cを示したが、これらの機能を達成する上で単一の加熱器を使用することも考えられる。
【0024】
プラー/グリッパ/タッカー132によりワークピースがプラテン加熱ブロック152の表面に沿って引っ張られていく際、プラテン加熱ブロック152の第1のステージにより、ボンディング準備のためににワークピースが予熱される。ワークピースは、プラテン加熱ブロック152の表面に沿ってさらに移動するに伴い、ボンドヘッド104によるボンディングの準備のため、より高温で加熱される(図1を参照)。ボンディング中、ワークピースを定位置に保つため、プラテン加熱ブロック152の表面は、減圧部(図示せず)を受容する減圧ゾーン210、212、214を含む。例示的な一実施形態では、減圧ゾーン210、212、214は、一部、上記の予熱ゾーンおよび加熱後ゾーンまで延在する。例示的な一実施形態において、前記減圧部は、吸気管204を通じ、底部加熱板206の中央部分に連結されている。各吸気管は、それぞれの減圧ゾーン210、212、214と流体密封された状態で連結されている。
【0025】
作動時、ワークピースがボンディング用の位置に置かれると、当該ワークピースの下部に減圧が適用され、最上部加熱板200の表面に対して当該ワークピースが定位置に保持される。これには2つの目的がある。1つは、ボンディング中、ワークピースへ確実に十分な伝熱を行うこと、もう1つは、ボンディング中、ワークピースが動くのを防ぐことである。ワークピースへのボンディングが完了すると、減圧は解除され、ワークピースは前記プラテン加熱ブロック152のボンド後部分へ向かって移動されて、さらなる処理の前にワークピースが徐々に冷却されるようにする。
【0026】
基板または他タイプの連結を使って互いに連結されているワークピースの場合は、その第1のワークピースがボンディングされている間、1若しくはそれ以上の後続ワークピースが予熱されることが理解されるであろう。前記第1のワークピースのボンディングが完了すると、この第1のワークピースがボンディングの行われる位置から離れるよう移動されるとともに後続ワークピースが定位置に移動され、この後続ワークピースのボンディングのために減圧が適用される。この工程は、すべてのワークピースがボンディングされるまで、あるいはこの工程が終了されるまで、継続されることが望ましい。この工程は図9〜16で最適に例示されており、以下でも説明する。
【0027】
ここで図9を参照すると、初期設定のマガジンハンドラ300は、デュアルワークホルダー106の前部搬送装置118へ引き移動される複数の装置を有するワークピース302を提供している。次に、ワークピース302は、プラー/グリッパ/タッカー132(ここでは図示せず)によって前部搬送装置118の表面に沿って移動される。装置302は、前部搬送装置118に沿って移動される間、ボンディング前に予熱される。簡略化のため、この説明において後部搬送装置116は初期状態で空であると想定する。
【0028】
図10に示すように、マガジンハンドラ300およびデュアルワークホルダー106の双方は、前部搬送装置118がボンドヘッド104の下に位置決めされるよう、第2の位置へと後方へ再配置されている。ワークピース302が処理されている間、第2のワークピース304がボンディング前の予熱のためプラー/グリッパ/タッカー134(ここでは図示せず)で後部搬送装置116にロード(供給)される。
【0029】
図11および図12に示すように、ワークピース302の最後の装置がボンディングされると、デュアルワークホルダー106は、搬送装置116をボンドヘッド104の下に位置決めするよう前方へ移動される。図12に示したように、ワークピース304の処理中(左から右へ移動)、ワークピース302は、更なる処理のため、プラー/グリッパ/タッカー132によりマガジンハンドラ300内へアンロード(取り出)される。これら2つの処理は互いに(完全にとはいかなくとも)実質的に同時に起こる。さらに、また上記のとおり、ワークピース302はアンロードされている間、加熱プラテン152の加熱後ゾーンおよび予熱ゾーンを通過しながら制御下で冷却される。
【0030】
図13に示すように、ワークピース304が処理されている間、第3のワークピース306がボンディング前の予熱のためプラー/グリッパ/タッカー132により前部搬送装置118にロードされる。
【0031】
図14〜16に示すように、ワークピース304の最後の装置がボンディングされると、デュアルワークホルダー106は、搬送装置118をボンドヘッド104の下に位置決めするよう後方へ移動される。図15に示したように、ワークピース306の処理中(左から右へ移動)、ワークピース304は、更なる処理のため、プラー/グリッパ/タッカー134によりマガジンハンドラ300内へアンロードされる。これら2つの処理は互いに(完全にとはいかなくとも)実質的に同時に起こる。さらに、また上記のとおり、ワークピース304は、アンロードされている間、加熱プラテン152の加熱後ゾーンおよび予熱ゾーンを通過しながら制御下で冷却される。次に、また図16で例示したように、ワークピース306処理の継続中、さらに別のワークピース308が処理のため後部搬送装置116にロードされる。
【0032】
この工程は、マガジンハンドラ300に含まれるすべてのワークピースがボンディングされるまで、必要に応じて繰り返される。このように、この例示的なシステムおよび工程により、BGAおよび/またはリードフレーム装置のスループット能力が増加することが理解されるであろう。
【0033】
以上、主に平行な2つの搬送システム(搬送装置116および118など)を参照して本発明を例示したが、本発明はこれだけに限定されるものではない。搬送システムの代替構成(非平行なものなど)も本発明の範囲内である。さらに、本発明は2つの搬送装置に限定されるものではない。例えば、ある種の構成では、ワイヤーボンディングシステムに対し3若しくはそれ以上の搬送装置が配置されている場合も実用的かつ効率的であることもある。
【0034】
本発明は、本明細書において具体的な実施形態を参照して例示および説明しているが、示した詳細事項に限定されることを意図したものではない。むしろ、本特許請求項に係る均等物の範囲内、且つ本発明を逸脱しない範囲内で、細部において種々の変更形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
本発明は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解される。一般的な慣行に従い、これら図面の種々の特徴は尺度どおりでないことに留意されたい。むしろ種々の特徴の寸法は、明確化のために任意に拡大されているか、若しくは縮小されている。図面に含まれている図は以下のとおりである。
【図1】図1は、本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図2】図2は、図1の例示的な実施形態の左側面図である。
【図3】図3は、図1の例示的な実施形態の正面図である。
【図4A】図4Aは、本発明に従った第1の例示的な搬送装置の斜視図である。
【図4B】図4Bは、本発明のグリッパ(把持部)に関する代替的な例示的実施形態の斜視図である。
【図5】図5は、本発明の例示的な実施形態に従った搬送装置の斜視図である。
【図6】図6は、図5の搬送装置の正面図である。
【図7A】図7Aは、本発明の実施形態に従った第1の例示的なグリッパの斜視図である。
【図7B】図7Bは、本発明の実施形態に従った第2の例示的なグリッパの斜視図である。
【図8】図8は、図5の搬送装置の加熱ブロック部分の分解図である。
【図9】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図10】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図11】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図12】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図13】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図14】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図15】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【図16】図9〜16は、本発明の例示的な実施形態に従った工程サイクルの流れを例示した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1つのマガジンハンドラと、ワイヤーボンディングツールとを含むワイヤーボンディング機に接続してワークピースを処理する機器であって、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第1の搬送システムと、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第2の搬送システムとを有し、
前記第1の搬送システムは、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワークピースのワイヤーボンディング作業を行っている間に当該ワークピースを支持し、それと同時に前記第2の搬送システムは、当該ワイヤーボンディングツールによってワイヤーボンディング作業を行うために別のワークピースを準備するようなっているものである
機器。
【請求項2】
請求項1記載の機器において、前記第1の搬送システムおよび前記第2の搬送システムは、それぞれ(1)前記ワイヤーボンディング作業のために前記ワイヤーボンディングツールに隣接した第1の位置と、(2)前記ワイヤーボンディングツールから離れた第2の位置との間で移動するよう構成されているものである。
【請求項3】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送システムおよび前記第2の搬送システムの下に配置された少なくとも1つの加熱器を有し、当該機器は、(1)ワークピースを加熱する工程または(2)ワークピースを位置決めする工程の少なくとも1つの工程により前記第2の搬送システムがワークピースを準備するようなっているものである。
【請求項4】
請求項1記載の機器において、前記機器は、前記ワイヤーボンディングツールによる第2のワークピースのワイヤーボンディング作業中、前記第2の搬送システムが前記第2のワークピースを支持すると同時に、前記ワイヤーボンディングツールによるワイヤーボンディング作業のために前記第1の搬送システムが第1のワークピースを準備するようなっているものである。
【請求項5】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機に対し当該機器の実質的に水平な動きを提供するスライドレールシステムを有するものである。
【請求項6】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送システムに移動自在に連結され、且つ第1のワークピースを把持して当該第1のワークピースを前記第1の搬送システムに沿って移動させるよう構成された第1の把持装置と、前記第2の搬送システムに移動自在に連結され、且つ第2のワークピースを把持して当該第2のワークピースを前記第2の搬送システムに沿って移動させるよう構成された第2の把持装置とを有するものである。
【請求項7】
少なくとも1つのマガジンハンドラを使ってワイヤーボンディング機にワークピースを供給する機器であって、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラに連結する部分を有するインデクサーであって、
第1の搬送装置部分と、
前記第1の搬送装置部分に隣接した第2の搬送装置部分と、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの加熱器と、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置され、当該搬送装置部分の上面に対してワークピースを維持するための少なくとも1つの減圧装置と
を有するインデクサーを有し、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成されており、
当該機器は、第1のワークピースが(1)前記少なくとも1つの加熱器により加熱されているか、(2)前記ワイヤーボンダーによりワイヤーボンディングされているかの少なくとも一方の状態であるとき、第2のワークピースを前記第2の搬送装置部分にロード(供給)するよう構成されている
機器。
【請求項8】
請求項7記載の機器において、この機器は前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分を循環式に移動させるよう構成されており、サイクル(1)の間、前記第1の搬送装置部分は、この第1の搬送装置部分上の1つのワークピースが前記ワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングされる第1の位置へ移動され、且つ前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラから追加的なワークピースを受容する第2の位置へ移動され、サイクル(2)の間、前記第2の搬送装置部分は、この第2の搬送装置部分上の前記追加的なワークピースが前記ワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングされる前記第1の位置へ移動され、且つ前記第1の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからさらに異なる追加的なワークピースを受容するため前記第2の位置へ移動されるものである。
【請求項9】
請求項7記載の機器において、この機器は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機に対し前記インデクサーの実質的に水平な動きを提供するスライドレールシステムを有するものである。
【請求項10】
請求項7記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送装置に移動自在に連結され、且つ1つのワークピースを把持して当該1つのワークピースを前記第1の搬送装置に沿って移動させるよう構成された第1の把持装置と、前記第2の搬送装置に移動自在に連結され、且つ追加的なワークピースを把持して当該追加的なワークピースを前記第2の搬送装置に沿って移動させるよう構成された第2の把持装置とを有するものである。
【請求項11】
ワイヤーボンディング機およびワイヤーボンディングツールを使ってワークピースをワイヤーボンディングする方法であって、
(1)第1の搬送装置部分に支持されたワークピースを、前記ワイヤーボンディング機の前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と、
(2)工程(1)の間、第2の搬送装置部分に支持された追加的なワークピースを加熱する工程と、
(3)前記ワイヤーボンディングツールから離れた位置へ前記第1の搬送装置部分を移動させると同時に、前記第2の搬送装置部分に支持された前記追加的なワークピースが前記ワイヤーボンディングツールに隣接する位置へ当該第2の搬送装置部分を移動させる工程と、
(4)前記第2の搬送装置部分に支持された前記追加的なワークピースを、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と
を有する方法。
【請求項12】
請求項11記載の方法において、工程(2)は、さらに、
(a)前記第2の搬送装置部分に支持されたワークピースを、当該第2の搬送装置部分上の所定の位置に配置する工程、または(b)前記第2の搬送装置部分に支持されたワークピースに減圧を適用する工程の少なくとも1つを有するものである。
【請求項13】
請求項11記載の方法において、この方法は、さらに、
(5)工程(3)の後、前記第1の搬送装置部分に支持されるさらに別のワークピースを当該第1の搬送装置部分で受容する工程と、
(6)工程(5)の後、前記第1の搬送装置部分上の所定の位置に前記さらに別のワークピースを配置する工程と、
(7)工程(5)の後、前記第1の搬送装置部分上の前記さらに別のワークピースを加熱する工程と、
(8)工程(4)の後、前記ワイヤーボンディングツールを使って前記さらに別のワークピースをワイヤーボンディングする工程と
を有するものである。
【請求項14】
ワイヤーボンディング機にワークピースを供給する方法であって、
a)マガジンハンドラおよびインデクサーをそれぞれの第1の位置に初期化する工程と、
b)前記マガジンハンドラから前記インデクサーの第1の搬送装置部分の上に第1のワークピースをロードする工程と、
c)前記マガジンハンドラを第2の位置に再配置する工程と、
d)前記ワイヤーボンディング機のボンディング部分内に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
e)前記ワイヤーボンディング機により前記第1のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記インデクサーの第2の搬送装置の上に第2のワークピースをロードする工程と、
f)前記マガジンハンドラを前記第1の位置に再配置する工程と、
g)前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第2のワークピースを位置付け、アンロード(取り出し)位置に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
h)前記ワイヤーボンディング機により前記第2のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第1の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に前記第1のワークピースをアンロードする工程と、
i)前記マガジンハンドラから前記第1の搬送装置の上に追加的なワークピースをロードする工程と、
j)前記マガジンハンドラを前記第2の位置に再配置する工程と、
k)前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記追加的なワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
l)前記ワイヤーボンディング機により前記追加的なワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第2の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第2のワークピースをアンロードする工程と
を有する方法。
【請求項15】
請求項14記載の方法において、この方法は、さらに、
工程e)〜l)を必要に応じて繰り返す工程を有するものである。
【請求項16】
請求項14記載の方法において、この方法は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第1のワークピースが位置付された後、当該第1のワークピースに減圧を適用する工程を有するものである。
【請求項17】
請求項16記載の方法において、この方法は、さらに、
前記第1のワークピースの異なる部分が前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分の内外へ移動されるのに伴い、前記第1のワークピースに対し連続的に減圧を解除および再適用する工程を有するものである。
【請求項18】
請求項16記載の方法において、この方法は、さらに、
工程(h)の前に前記第1のワークピースに対し減圧を解除する工程を有するものである。
【請求項1】
少なくとも1つのマガジンハンドラと、ワイヤーボンディングツールとを含むワイヤーボンディング機に接続してワークピースを処理する機器であって、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第1の搬送システムと、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成された第2の搬送システムとを有し、
前記第1の搬送システムは、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワークピースのワイヤーボンディング作業を行っている間に当該ワークピースを支持し、それと同時に前記第2の搬送システムは、当該ワイヤーボンディングツールによってワイヤーボンディング作業を行うために別のワークピースを準備するようなっているものである
機器。
【請求項2】
請求項1記載の機器において、前記第1の搬送システムおよび前記第2の搬送システムは、それぞれ(1)前記ワイヤーボンディング作業のために前記ワイヤーボンディングツールに隣接した第1の位置と、(2)前記ワイヤーボンディングツールから離れた第2の位置との間で移動するよう構成されているものである。
【請求項3】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送システムおよび前記第2の搬送システムの下に配置された少なくとも1つの加熱器を有し、当該機器は、(1)ワークピースを加熱する工程または(2)ワークピースを位置決めする工程の少なくとも1つの工程により前記第2の搬送システムがワークピースを準備するようなっているものである。
【請求項4】
請求項1記載の機器において、前記機器は、前記ワイヤーボンディングツールによる第2のワークピースのワイヤーボンディング作業中、前記第2の搬送システムが前記第2のワークピースを支持すると同時に、前記ワイヤーボンディングツールによるワイヤーボンディング作業のために前記第1の搬送システムが第1のワークピースを準備するようなっているものである。
【請求項5】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機に対し当該機器の実質的に水平な動きを提供するスライドレールシステムを有するものである。
【請求項6】
請求項1記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送システムに移動自在に連結され、且つ第1のワークピースを把持して当該第1のワークピースを前記第1の搬送システムに沿って移動させるよう構成された第1の把持装置と、前記第2の搬送システムに移動自在に連結され、且つ第2のワークピースを把持して当該第2のワークピースを前記第2の搬送システムに沿って移動させるよう構成された第2の把持装置とを有するものである。
【請求項7】
少なくとも1つのマガジンハンドラを使ってワイヤーボンディング機にワークピースを供給する機器であって、
前記少なくとも1つのマガジンハンドラに連結する部分を有するインデクサーであって、
第1の搬送装置部分と、
前記第1の搬送装置部分に隣接した第2の搬送装置部分と、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置された少なくとも1つの加熱器と、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分の下に配置され、当該搬送装置部分の上面に対してワークピースを維持するための少なくとも1つの減圧装置と
を有するインデクサーを有し、
前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからワークピースを受容するよう構成されており、
当該機器は、第1のワークピースが(1)前記少なくとも1つの加熱器により加熱されているか、(2)前記ワイヤーボンダーによりワイヤーボンディングされているかの少なくとも一方の状態であるとき、第2のワークピースを前記第2の搬送装置部分にロード(供給)するよう構成されている
機器。
【請求項8】
請求項7記載の機器において、この機器は前記第1の搬送装置部分および前記第2の搬送装置部分を循環式に移動させるよう構成されており、サイクル(1)の間、前記第1の搬送装置部分は、この第1の搬送装置部分上の1つのワークピースが前記ワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングされる第1の位置へ移動され、且つ前記第2の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラから追加的なワークピースを受容する第2の位置へ移動され、サイクル(2)の間、前記第2の搬送装置部分は、この第2の搬送装置部分上の前記追加的なワークピースが前記ワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングされる前記第1の位置へ移動され、且つ前記第1の搬送装置部分は、前記少なくとも1つのマガジンハンドラからさらに異なる追加的なワークピースを受容するため前記第2の位置へ移動されるものである。
【請求項9】
請求項7記載の機器において、この機器は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機に対し前記インデクサーの実質的に水平な動きを提供するスライドレールシステムを有するものである。
【請求項10】
請求項7記載の機器において、この機器は、さらに、
前記第1の搬送装置に移動自在に連結され、且つ1つのワークピースを把持して当該1つのワークピースを前記第1の搬送装置に沿って移動させるよう構成された第1の把持装置と、前記第2の搬送装置に移動自在に連結され、且つ追加的なワークピースを把持して当該追加的なワークピースを前記第2の搬送装置に沿って移動させるよう構成された第2の把持装置とを有するものである。
【請求項11】
ワイヤーボンディング機およびワイヤーボンディングツールを使ってワークピースをワイヤーボンディングする方法であって、
(1)第1の搬送装置部分に支持されたワークピースを、前記ワイヤーボンディング機の前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と、
(2)工程(1)の間、第2の搬送装置部分に支持された追加的なワークピースを加熱する工程と、
(3)前記ワイヤーボンディングツールから離れた位置へ前記第1の搬送装置部分を移動させると同時に、前記第2の搬送装置部分に支持された前記追加的なワークピースが前記ワイヤーボンディングツールに隣接する位置へ当該第2の搬送装置部分を移動させる工程と、
(4)前記第2の搬送装置部分に支持された前記追加的なワークピースを、前記ワイヤーボンディングツールを使ってワイヤーボンディングする工程と
を有する方法。
【請求項12】
請求項11記載の方法において、工程(2)は、さらに、
(a)前記第2の搬送装置部分に支持されたワークピースを、当該第2の搬送装置部分上の所定の位置に配置する工程、または(b)前記第2の搬送装置部分に支持されたワークピースに減圧を適用する工程の少なくとも1つを有するものである。
【請求項13】
請求項11記載の方法において、この方法は、さらに、
(5)工程(3)の後、前記第1の搬送装置部分に支持されるさらに別のワークピースを当該第1の搬送装置部分で受容する工程と、
(6)工程(5)の後、前記第1の搬送装置部分上の所定の位置に前記さらに別のワークピースを配置する工程と、
(7)工程(5)の後、前記第1の搬送装置部分上の前記さらに別のワークピースを加熱する工程と、
(8)工程(4)の後、前記ワイヤーボンディングツールを使って前記さらに別のワークピースをワイヤーボンディングする工程と
を有するものである。
【請求項14】
ワイヤーボンディング機にワークピースを供給する方法であって、
a)マガジンハンドラおよびインデクサーをそれぞれの第1の位置に初期化する工程と、
b)前記マガジンハンドラから前記インデクサーの第1の搬送装置部分の上に第1のワークピースをロードする工程と、
c)前記マガジンハンドラを第2の位置に再配置する工程と、
d)前記ワイヤーボンディング機のボンディング部分内に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
e)前記ワイヤーボンディング機により前記第1のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記インデクサーの第2の搬送装置の上に第2のワークピースをロードする工程と、
f)前記マガジンハンドラを前記第1の位置に再配置する工程と、
g)前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第2のワークピースを位置付け、アンロード(取り出し)位置に前記第1のワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
h)前記ワイヤーボンディング機により前記第2のワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第1の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に前記第1のワークピースをアンロードする工程と、
i)前記マガジンハンドラから前記第1の搬送装置の上に追加的なワークピースをロードする工程と、
j)前記マガジンハンドラを前記第2の位置に再配置する工程と、
k)前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記追加的なワークピースを位置付けるよう、前記インデクサーを再配置する工程と、
l)前記ワイヤーボンディング機により前記追加的なワークピースがワイヤーボンディングされるのと実質的に同時に、前記第2の搬送装置から前記マガジンハンドラの上に第2のワークピースをアンロードする工程と
を有する方法。
【請求項15】
請求項14記載の方法において、この方法は、さらに、
工程e)〜l)を必要に応じて繰り返す工程を有するものである。
【請求項16】
請求項14記載の方法において、この方法は、さらに、
前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分内に前記第1のワークピースが位置付された後、当該第1のワークピースに減圧を適用する工程を有するものである。
【請求項17】
請求項16記載の方法において、この方法は、さらに、
前記第1のワークピースの異なる部分が前記ワイヤーボンディング機の前記ボンディング部分の内外へ移動されるのに伴い、前記第1のワークピースに対し連続的に減圧を解除および再適用する工程を有するものである。
【請求項18】
請求項16記載の方法において、この方法は、さらに、
工程(h)の前に前記第1のワークピースに対し減圧を解除する工程を有するものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公表番号】特表2008−503095(P2008−503095A)
【公表日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−516730(P2007−516730)
【出願日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【国際出願番号】PCT/US2005/021278
【国際公開番号】WO2005/124830
【国際公開日】平成17年12月29日(2005.12.29)
【出願人】(506395943)クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク. (11)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【国際出願番号】PCT/US2005/021278
【国際公開番号】WO2005/124830
【国際公開日】平成17年12月29日(2005.12.29)
【出願人】(506395943)クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク. (11)
【Fターム(参考)】
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