JP2001176893A

JP2001176893A - ダイボンダ

Info

Publication number: JP2001176893A
Application number: JP36236499A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Shimizu; 良一清水
Original assignee: NEC Machinery Corp
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP4048012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ペレットがマウントされた後の半田層の中
に、大きなボイドが発生することなく、ペレットをマウ
ントすることができるダイボンダを提供する。【解決手段】半田２を供給するポジションにおいて、
半田供給ノズル３ａから送り出された半田２を一旦半田
溶融アーム１５の上で溶融させた後、その斜面状の先端
からリードフレーム１のランド部に滑り落とす構造を有
する。そのため、その過程で半田２表面の酸化膜がうま
く攪拌されて、ペレットをマウントした後に、半田層に
大きなボイドが発生するのを防ぐことができ、ＩＣやＬ
ＳＩの不良率を低減するとともに、その信頼性を向上す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム上
に半導体ペレットをマウントするダイボンダに係り、中
でも、半田で半導体ペレットをリードフレームに接合す
るダイボンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ペレット（以降ペレットと呼ぶ）
をリードフレームの所定位置（ランド部）にマウントす
る場合の接合材には、半田や銀ペースト或いは樹脂等が
ある。その中の半田による接合においては、これまで以
下の方法が一般的にとられていた。ペレットをマウント
する前に、ダイボンダのレール上を搬送される短冊状の
リードフレームのランド部に、半田をまず一定量供給す
る。次に、供給された半田を、ペレットの大きさに合わ
せて引き伸ばす。

【０００３】なお、この半田供給から引き伸ばしにかけ
ては、リードフレームが載ったレールはヒーターを内蔵
したヒーターレールとなっていて、半田は溶融した半凝
固状態である。

【０００４】その半田がリードフレームのランド部に供
給される様子を、図５を用いて説明する。図５は一部を
断面で表わす側面図であり、リードフレーム１は紙面垂
直方向に定ピッチ送りで搬送される。

【０００５】まず、主な構成を説明する。ワイヤー状の
半田２は、半田供給ノズル３の内部を通って下方へ送り
出される。また半田供給ノズル３自身は上下動可能とな
っている。レール４は、ヒータートンネル５に密着さ
れ、加熱されている。また、図示はしないが、ここでは
リードフレーム１の両端部がレール４に押付けられて、
加熱し易いようになっている。また、上部全体がヒータ
ートンネル５の中にあって、レール４にはガス吹き出し
口７が設けられ、ヒータートンネル５内部は、概ね吹き
出されたガスで置換されている。

【０００６】半田２がリードフレーム１に供給される過
程を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）半田供給ノズル３はリードフレーム１の上方で待
機している。（ｂ）定ピッチ送りされたリードフレーム１が停止する
と、半田供給ノズル３は下降して下端で停止する。その
後半田２を送り出す。送り出された半田２は、リードフ
レーム１に接触すると容易に溶けて、リードフレーム１
の上面に広がる。送り出すスピードおよび時間にて、リ
ードフレーム１の上に溶かす半田２の量が決められる。（ｃ）その後半田２の送り出しを止めるとともに、半田
供給ノズル３は上昇し、元の待機位置に戻る。

【０００７】次に、リードフレーム１の上に供給された
半田２を所定の大きさに引き伸ばす。これには図６に示
す方法がよく用いられる。これは、半田供給の後のポジ
ションで、半田２を押しつぶし広げるものである。
（ａ）〜（ｃ）を用いてその様子を説明する。（ａ）上下動する半田成型ヘッド８がリードフレーム１
の上方で待機している。（ｂ）定ピッチ送りされたリードフレーム１が停止する
と、半田成型ヘッド８が下降して、その先端にある成型
凹部９で半田２を押しつぶす。この時、半田２は半凝固
状態であり、また半田成型ヘッド８は半田２が付かない
程度に昇温されており、半田２は成型凹部９の形状に習
って広がる。（ｃ）その後、半田成型ヘッド８は上昇し、元の待機位
置に戻る。

【０００８】その後リードフレーム１はペレットマウン
ト位置に搬送され、ランド部に供給された半田２の上に
ペレットが載置され、ペレットが半田２で接合される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたようにし
て、ペレットがリードフレームに半田で接合される訳で
あるが、そこには以下の問題があった。それはペレット
がマウントされた後の半田層の中に、大きな気泡（以下
ボイドと表現）が発生することであった。その状態を図
７に示す。これは、ペレットマウント後のＸ線写真像
（非破壊試験）をイメージしたものである。小さなボイ
ド１２に混じって、大きなボイド１２ａが２個存在して
いる。

【００１０】このような大きなボイドの存在は、次の不
具合につながった。まず、接合面積が少なくなるため
に、単純に接合強度が低下し、引っ張り試験で容易にペ
レットが剥がれてしまった。

【００１１】また、ペレットが接合された後の、半田の
大きな役割の一つに、次の事柄があった。ペレットとリ
ードフレームは熱膨張率が異なるため、最終製品（ＩＣ
やＬＳＩ）となって実際の電気回路で使用されるとき、
ペレットの昇温に伴って両者に熱歪みを生じ、ペレット
が剥離し易くなる。このとき、半田層が緩衝材となっ
て、その剥離を防止してくれるというものである。とこ
ろが、図７に示すように大きなボイド１２ａが存在する
と、その効果が薄れてしまい、実使用状態や製造後の熱
衝撃試験などで、ペレットが容易に剥離してしまった。

【００１２】ところで、ボイドの発生の原因は、次のよ
うに考えられていた。それを、図５に戻って説明をす
る。半田２が供給されるポジションでは、Ｎ２やＨ２な
どのガスでヒータートンネル５内を置換している。これ
は、リードフレーム１や半田２の酸化防止が主目的であ
る。ところがヒータートンネル５は密閉されてはおらず
（実質的に不可能）、空気中の酸素が、通常より低い濃
度ながら存在する状態にある。ここで、半田２を供給す
る前の状態、図５（ａ）においては、リードフレーム１
が３００℃を超える温度に昇温されており、それに伴っ
て半田供給ノズル３の先端に覗いた半田２も２００℃〜
２５０℃に昇温している。従って、半田２の表面層は、
どうしても酸化してしまい、酸化膜を生じる結果とな
る。そこで、図５（ｂ）〜（ｃ）のように半田２をリー
ドフレーム１に供給すると、半田２の表面には酸化膜が
大きく集中して残ってしまう。そして、成型後その上に
ペレットをマウントしても、酸化膜がある部分は濡れ性
が悪く、ペレットの接合面との合金層ができ難いため、
その部分がボイドとなってしまう。

【００１３】勿論、大きなボイドを有する製品は不良品
であって、出荷する訳にはいかず、出荷前に除去しなけ
ればならない。ところが、例え抜取り検査ではあって
も、非破壊検査は大変手間がかかるもので、大きな工数
を費やさなければならなかった。また、現状の装置で
は、上記したように、半田の酸化膜の集中をうまく抑え
ることができず、この問題の解決が望まれていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上述
した問題点を解決するために提案されたダイボンダであ
る。その手段は、まず、半田供給ノズルとリードフレー
ムとの間に半田溶融アームが配置され、半田供給ノズル
から供給された半田は一旦半田溶融アームで溶融した
後、リードフレームに移る構成となっている。また、そ
の半田溶融アームは板状で、先端が下方に傾斜してお
り、素材はステンレスあるいはアルミニウムで、表面に
耐熱及び滑り性を向上させたコーティング処理を施して
いる。そのため半田は半田溶融アームにこびりつくこと
はない。それに、半田溶融アームの先端は、リードフレ
ームのランド部の中心を通る鉛直線と、接することも交
わることもない位置関係にある。そのため、半田は、半
田溶融アームを経由して、ランド部の中心付近に供給さ
れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下添付図面にしたがって、本発
明に係るダイボンダの好ましい形態について詳説する。
なお、従来例と同じ構成部品については、従来例と同符
号を用いる。図１は、本発明のダイボンダの、半田をリ
ードフレームに供給する部分を斜視図で描いたものであ
る。また、図２はその側面図であり、図３も側面図であ
るが、（ａ）〜（ｄ）に分けて半田がリードフレームに
供給される様子を拡大して描いている。

【００１６】まず、図１と図２を用いて構成を説明す
る。なお、レール４やそれに設けられたガス吹き出し口
７、それにヒータートンネル５は従来例と同様なので、
ここでは、それらについての説明は省略する。また、図
１では内部の構造を見易くするために、ヒータートンネ
ルは描いていない。内部を通して、ワイヤー状の半田２
を下方へ送り出すことができる半田供給ノズル３ａに対
して、半田溶融アーム１５が、アーム取付け板１６を介
して、ボルト１７で固定されている。なお、半田供給ノ
ズル３ａは上下動が可能である。

【００１７】半田溶融アーム１５は、大半が板状で、そ
の先端は斜面となっている。半田２が下方に送り出され
たとき、半田２は半田溶融アーム１５先端の斜面部に当
接する位置関係にある。同時に、半田溶融アーム１５は
素材がステンレスで、その表面には特殊コーティング
（発明者による実験では、ＴｉＡｌＮコーティングを採
用）が施されている。このコーティングは、アルミ合金
を含む加工金型の表面処理に主に用いられており、耐摩
耗性・耐熱性それに摺動性を向上させる効果を発揮する
ものである。また、鉛直方向に立ち下がった部分の大き
さは、厚みが１ｍｍ程度また幅が８ｍｍ程度であり、先
端の斜面部は、厚み・幅ともに、より薄くまた狭くなっ
ている。そのため熱容量が小さく、容易に昇温可能とな
っている。

【００１８】図１は、リードフレーム１が所定の位置に
搬送されて、半田供給ノズル３ａが今から半田２を供給
しようと、下降を開始するところである。引き続いて、
図３を用いて、半田２がリードフレーム１に供給される
様子を説明する。（ａ）半田供給ノズル３ａは上方で待機している。半田
２は半田供給ノズル３ａから少し覗いているが、半田溶
融アーム１５先端に当接してはいない。（ｂ）半田供給ノズル３ａが下降し、所定の下端位置で
停止する。この時、半田溶融アーム１５の先端は、リー
ドフレーム１の僅か上方にあり、両者の間隔は０．１ｍ
ｍ程度の位置関係にある。いまリードフレーム１は、前
にも述べたように３００℃を超える温度となっているた
め、その表面に近接した、熱容量の小さい半田溶融アー
ム１５の先端も容易に３００℃付近まで昇温する。（ｃ）半田２が送り出される。すると、その半田２は半
田溶融アーム１５の先端に当接し、容易に溶けだす。一
旦そこで溶融した半田２は、半田溶融アーム１５の先端
が斜面であり、なおかつその表面が特殊コーティングさ
れているため、その後リードフレーム１の上に滑り落ち
る。リードフレーム１に供給する半田２の量は、従来の
方法と同じく、送り出すスピードとその時間とで調整す
る。（ｄ）その後、半田供給ノズル３ａは、半田２の送り出
しを止めるとともに上昇し、元の待機位置に戻る。

【００１９】以上述べたように半田２がリードフレーム
１の上に供給される過程では、半田２に以下のメカニズ
ムが働く。（ａ）の状態では、従来と同様、半田２の表
面層には酸化膜が生じている。ところが（ｂ）の過程
で、半田溶融アーム１５の上で溶融した半田２がリード
フレーム１に滑り落ちる（移動する）間に、酸化膜であ
った部分が攪拌される。そのために、リードフレーム１
に載った時には、半田２の酸化膜は表面に集中すること
なく内部にも拡散される。

【００２０】従って、その後成型された半田の上にペレ
ットをマウントしても、半田層に大きなボイドが発生す
ることはほとんどなくなる。その結果大半が、Ｘ線写真
を見ても、図４に示すように、小さなボイド１２だけが
発生する程度となる。発明者は、本発明のダイボンダを
用いて、□４ｍｍのペレットを、Ｎｉメッキを施したリ
ードフレームにマウントした結果、従来６％程度あった
ボイド発生の不良率を２％程度にまで抑えることができ
た。ここで、「ボイド発生の不良」とは、ボイドの発生
率＝（ボイドの総面積／ペレット面積）×１００（％）
で定義された発生率が、或る基準値以上になれば不良と
したものである。当然大きなボイドがあれば、ボイドの
発生率が高くなり、不良率が上がることになり、「ボイ
ドの発生率」は「大きなボイドの発生率」と同等とみな
すことができる。

【００２１】また、半田溶融アームには特殊コーティン
グを施しているため、それに半田が付着することなく、
長期の使用に十分に耐える。

【００２２】次に、本発明のダイボンダを用いて、いか
にして半田をランド部の中心付近に供給するか、という
ことについて説明する。図３を用いて、この説明をす
る。図３（ａ）に示すように、鉛直方向にのびる、ラン
ド部の中心線と半田の中心線とが一致せず、寸法ｄだけ
オフセットされている。こうしておけば、半田２をほぼ
ランド部の中心付近に堆積させることができる。もし両
者が一致していれば、図３（ｃ）で半田２が半田溶融ア
ーム１５の斜面を滑り落ちた時、半田２はランド部の片
側（図３では、右側）に偏って堆積してしまう。オフセ
ットの量はペレットの大きさ及び半田の供給量によって
設定すれば良いが、□４ｍｍのペレットをマウントする
場合、発明者は０．５ｍｍ程度のオフセットを採って、
良好な結果が得られた。

【００２３】本実施例では、半田溶融アーム１５の素材
をステンレスとして、その表面に特殊コーティングを施
したが、より熱伝導率の高いアルミニウムを素材にし
て、その表面を滑り性・耐熱性の高い硬質アルマイト処
理しても構わない。

【００２４】それに、本実施例では、半田溶融アームを
半田供給ノズルに固定して、半田供給ノズルの上下動に
伴って半田溶融アームも上下動するようにしているが、
半田溶融アームをリードフレームのランド部の上方適当
な位置に固定しておいても同様の効果が得られる。

【００２５】最後に補足すると、本発明のダイボンダの
場合、一旦半田溶融アームの上で半田を溶かした後、そ
の半田をリードフレームの上に供給する訳だが、それに
よりマシンインデックスが低下することは全くない。そ
れは、ダイボンダであれば、半田成型作業が通常最も長
い作業であり、それに比較すると、半田を供給する作業
時間はその数分の一で済むからである。逆に、本実施例
では、半田供給ノズルは上下動するだけで、リードフレ
ームの１個所のランド部に半田を供給するものであった
が、この半田供給ノズルをＸ・Ｙテーブルに組み付けれ
ば、リードフレームの停止中に、複数箇所のランド部に
半田を供給することも可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のダイボン
ダであれば、送り出された半田を一旦半田溶融アームの
上で溶融させた後、リードフレームに滑り落としてい
る。そのため、半田表面の酸化膜がうまく攪拌されて、
ペレットをマウントした後も半田層に大きなボイドが発
生することなく、ＩＣやＬＳＩの不良率を低減させると
ともに、その信頼性を向上させることができる。

【００２７】半田溶融アームは、既存のスタイルの半田
供給ノズルにも簡単に取りつけることができ、その改造
費は極くわずかで済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイボンダの斜視図

【図２】本発明のダイボンダの側面図（一部断面図）

【図３】本発明のダイボンダを用いて、半田がリード
フレームに供給される様子を示す側面図

【図４】本発明のダイボンダを用いた半田層のボイド
の様子を示す平面図

【図５】従来のダイボンダを用いて、半田がリードフ
レームに供給される様子を示す側面図

【図６】供給された半田が押しつぶされる様子を示す
側面図（一部断面図）

【図７】大きなボイドがある半田層を示す平面図

【符号の説明】

１リードフレーム２半田３，３ａ半田供給ノズル４レール５ヒータートンネル７ガス吹き出し口１２小さなボイド１５半田溶融アーム１６アーム取付け板１７ボルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リードフレームに半導体ペレットを半田で
接合するダイボンダにおいて、前記リードフレームの上
方には半田を供給する半田供給ノズルを有し、前記半田
供給ノズルと前記リードフレームとの間には半田溶融ア
ームが配され、前記半田供給ノズルから供給された半田
は一旦前記半田溶融アームで溶融した後、前記リードフ
レームに移ることを特徴とするダイボンダ。
【請求項２】前記半田溶融アームは板状で、先端が下方
に傾斜していることを特徴とする請求項１記載のダイボ
ンダ。
【請求項３】前記半田溶融アームは、素材がステンレス
あるいはアルミニウムで、表面に耐熱及び滑り性を向上
させたコーティング処理を施したことを特徴とする請求
項２記載のダイボンダ。
【請求項４】前記半田溶融アームの先端は、半導体ペレ
ットを接合する前記リードフレームのランド部の中心を
通る鉛直線と、接することも交わることもない位置に配
置されたことを特徴とする請求項３記載のダイボンダ。