JP2002170831A - ダイボンド装置およびダイボンド方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性を低下させることなく、半導体チップ
の角部の欠損を防止して適正なダイボンドを行う。 【解決手段】 ボンドステージ２３の上面に加わる荷重
を検出するロードセル２５と、ダイアタッチ面２２ａの
厚さを測定するレーザ変位計３２の各出力に基づいて、
チップ保持具２７の下降移動量（ボンド高さ）を調整す
る調整装置３０を設けることにより、半導体チップ２６
の切断面が所定の垂直度にない場合でも、実装時におけ
る半導体チップ２６の角部の欠損を防止して適正なダイ
ボンド工程を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子など
の半導体チップをサイドチャック式のチップ保持具を用
いてパッケージ本体のダイアタッチ面へ実装するダイボ
ンド装置およびダイボンド方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤセンサやリニアセンサを構成する
半導体チップは、セラミック材料からなるサーディップ
型のパッケージに収納されて広く用いられている。この
パッケージへの半導体チップの実装には、従来より、例
えば図３に示すようなダイボンド装置が使用されてい
る。

【０００３】ダイボンド装置１は、パッケージ本体２を
支持するボンドステージ３と、ボンドステージ３を所定
量上下移動可能に支持するスライドガイド４と、ボンド
ステージ３に加わる荷重を検出するロードセル５と、半
導体チップ６の両側面（切断面）を挟持して半導体チッ
プ６を保持するチップ保持具７とを有している。パッケ
ージ本体２は、半導体チップ６が実装されるダイアタッ
チ面２ａと、半導体チップ６と結線されるインナリード
部９ａと、外部端子となるアウタリード部９ｂとを備
え、ダイアタッチ面２ａには予め、Ａｇペースト等の接
合材（図示略）が塗布されている。

【０００４】チップ保持具７は、図示しない搬送機構に
よりダイアタッチ面２ａへ向けて所定量下降移動し、半
導体チップ６の裏面を上記接合材へ押圧し、マウントす
る。ロードセル５はチップ保持具７による押圧荷重を検
出するためのものであるが、所定以上の荷重が作用した
場合には、ロードセル５保護用のストッパ８が作動する
ようになっている。実装後、半導体チップ６とインナリ
ード部９ａとがワイヤボンドされ、パッケージ本体２の
上部開口がガラス製等の封止材により覆われて製品とさ
れる。

【０００５】一般に、ＣＣＤ等の固体撮像素子は、その
撮像面（チップ上面）の平面度が所定の規格範囲内とな
るようにパッケージ本体へ実装される。そのため、例え
ば特開平７−１６１７４１号公報には、パッケージ本体
下面の平面度の誤差を吸収してダイアタッチ面の平面度
を維持し、これに実装される半導体チップの所定の平面
度を確保するようにした技術が記載されている。また、
特開２０００−４０７０７号公報には、ダイアタッチ面
が湾曲している場合における実装時の半導体チップの角
部の欠けを防止するべく、ダイアタッチ面のチップ搭載
領域周縁に半導体チップ角部を接触させない溝を形成す
る構成が記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におけ
る半導体チップの小型化に伴って、チップ上面において
画素以外の面積が少なくなると、半導体チップを保持す
るチップ保持具として上述したようなチップ両側面を挟
持するサイドチャック式のチップ保持具７が必要とな
る。このため、半導体チップ側面のチップ上面に対する
垂直度が非常に重要となり、これがパッケージ本体への
マウント精度に大きな影響を及ぼすことになる。

【０００７】半導体チップは、ウェーハ状態からダイシ
ング工程を経て個々に分離される。ダイシング時、ウェ
ーハは粘着シートに貼り付けられて支持されるが、ウェ
ーハ周縁部分の製品とならない領域は個々の半導体素子
に比べて上記粘着シートとの接着面積が小さいため、図
４に模式的に示すように、その近傍に位置する半導体素
子１０を分離する際に、上記ウェーハ周縁部分が粘着シ
ートから剥がれてチップ屑１１となり、これがブレード
（ダイシングソー）１２へ衝突して、ブレード１２に大
きなストレスを与えてしまう。特に、ダイシング中にウ
ェーハ上へ噴射される高圧ノズルからのクリーニング用
水の水流に乗って上記チップ屑１１がブレード１２へ勢
いよく衝突するという要因もある。

【０００８】これにより、処理するウェーハの枚数が増
加するにつれて、ブレード１２が変形、損傷し、結果的
に、図５に示すように半導体チップ１０の切断面１０ａ
が上面１０ｂ（撮像面）に対して垂直度を保てず、僅か
ながらも斜めとなる。この状態が作業中に確認されるま
で、引き続き当該ブレード１２を用いてダイシング工程
が行われることになる。

【０００９】そもそも、斜め切断は所定以内であれば製
品の良否に影響を及ぼすことはないが、このように斜め
に切断された半導体チップ１０を用いてパッケージ本体
へ実装する場合、図６に示すように垂直に切断された半
導体チップ６をチップ保持具７で保持する場合に比べ、
チップ１０の下端角部１０ｃが長さＳだけ下方へ突出す
る場合がある。このため、垂直に切断された半導体チッ
プ６と同一のストローク量でチップ保持具７を下降移動
させて上記斜めに切断された半導体チップ１０を実装す
る際、図７に示すように当該半導体チップの下端角部１
０ｃがダイアタッチ面２ａとの衝突により欠ける可能性
が高い。この場合、欠落した角部１０ｃが原因で半導体
チップ１０の撮像面１０ｂを損傷させたり、パッケージ
内に残留して移動ごみとなって、製品不良（着荷不良）
につながる。

【００１０】また、上記の問題は、パッケージ本体２の
ダイアタッチ面２ａの厚さ、すなわちボンドステージ３
の上面からダイアタッチ面２ａの高さがパッケージごと
に異なる場合にも発生する。すなわち、パッケージ本体
２はセラミック材料を加圧成形してなるものであるが、
そのダイアタッチ面２ａの厚さが寸法公差内にある場合
でも、斜め切断された半導体チップを実装する場合に
は、上記問題を引き起こすおそれが高い。

【００１１】このような問題を解消するために、チップ
保持具７の下降速度を低くするなどの対策が考えられる
が、マシンタイムに大きな影響を与えて、生産性を損ね
てしまう。

【００１２】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、生産
性を低下させることなく、半導体チップの角部の欠損を
防止して適正なダイボンドを行うことができるダイボン
ド装置およびダイボンド方法を提供することを課題とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明に係るダイボンド装置は、ボンドステー
ジ上面に対するダイアタッチ面の高さを測定する測定手
段と、ボンドステージの上面に加わる荷重を検出する荷
重検出手段の出力および上記測定手段の出力に基づい
て、チップ保持具を下降移動させる搬送機構に対し、上
記ダイアタッチ面へ向けての上記チップ保持具の下降移
動量を調整可能な調整手段とを備えたことを特徴として
いる。

【００１４】本発明は、荷重検出手段の出力が所定以上
の場合は、実装される半導体チップの切断面が撮像面に
対して所定の垂直度にないと判断して、上記搬送機構に
よるチップ保持具の下降移動量を減少させ、ダイボンド
時の半導体チップの角部の欠損を防止する。また、上記
測定手段の出力に応じて上記下降移動量をも調整可能に
して、半導体チップの角部の欠損を防止する。

【００１５】また、本発明に係るダイボンド方法は、ダ
イアタッチ面に加わる荷重の大きさを検出するステップ
と、ダイアタッチ面の厚さを検出するステップとを有
し、上記各ステップにおける検出結果に基づいて、チッ
プ保持具の下降移動量を調整することを特徴としてい
る。

【００１６】本発明は、ダイアタッチ面に加わる荷重の
大きさによって半導体チップの切断面の垂直度を判別
し、これが所定の垂直度にない場合は上記荷重の大きさ
に応じてチップ保持具の下降量を減少させる。また、パ
ッケージ本体のダイアタッチ面の厚さを個々に検出し
て、実装されるパッケージ本体それぞれに対して適正な
チップ保持具の下降量を調整し、半導体チップの適正な
実装を実現する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本実施の形態では、ＣＣＤ
センサやリニアセンサといった固体撮像素子を構成する
半導体チップをサーディップ型のパッケージ本体へ実装
する場合を例に挙げて説明する。

【００１８】図１Ａは本発明の実施の形態によるダイボ
ンド装置を示している。本実施の形態のダイボンド装置
２０は、パッケージ本体２２を支持するボンドステージ
２３と、ボンドステージ２３を所定量上下移動可能に支
持するスライドガイド２４と、ボンドステージ２３の上
面に加わる荷重を検出するロードセル２５と、半導体チ
ップ２６の両側面（切断面）を挟持して半導体チップ２
６を保持するチップ保持具と、図１Ａに示す待機位置か
ら図１Ｂに示すダイアタッチ面２２ａの上方位置へ移動
して、ボンドステージ２３の上面に対するダイアタッチ
面２２ａの高さを測定する測定手段としてのレーザ変位
計３２とを有している。

【００１９】なお、ストッパ２８は、ロードセル２５を
保護するためのもので、ボンドステージ２３に所定以上
の荷重が加わった際に、ロードセル２５に代わってボン
ドステージ２３を支持するように構成される。

【００２０】パッケージ本体２２は、従来と同様、セラ
ミック材料を加圧成形してなるもので、半導体チップ２
６が実装されるダイアタッチ面２２ａと、半導体チップ
２６とワイヤボンドされるインナリード部２９ａと、外
部端子となるアウタリード２９ｂとを備えている。

【００２１】チップ保持具２７は、ＸＹＺ及びθの４方
向の駆動軸を備えた搬送機構３１に取り付けられ、実装
すべき半導体チップ２６を収容した供給トレイ（図示
略）からパッケージ本体２２の上方位置へ搬送された
後、当該位置から所定量下降して、半導体チップ２６を
ダイアタッチ面２２ａへ実装するように構成されてい
る。本実施の形態では、搬送機構３１の駆動源としてパ
ルスモータ等の精密に駆動量を制御できる駆動源が用い
られ、このような搬送機構３１に対して、チップ保持具
２７の下降量を、ロードセル２５の出力およびレーザ変
位計３２の出力に基づいて調整可能な調整装置３０を備
えている。

【００２２】調整装置３０は、ロードセル２５およびレ
ーザ変位計３２の各出力を受けて、チップ保持具２７の
パッケージ本体２２の上方位置からの下降移動量を決定
し、搬送機構３１を制御する作用を行う。

【００２３】次に、以上のように構成されるダイボンド
装置２１の作用を通じて、本実施の形態を更に詳細に説
明する。

【００２４】ダイボンド工程を開始するに先立って、チ
ップ保持具２７のパッケージ本体２２の上方位置からの
下降移動量を定めるにあたってのキャリブレーション高
さを設定する。キャリブレーション高さは、ダイシング
工程において所定の垂直度で切断された同種同型の半導
体チップのボンド高さに設定される。すなわち本実施の
形態において、当該キャリブレーション高さは、正常に
切断された半導体チップをパッケージ本体２２のダイア
タッチ面２２ａへ適正に実装するのに要するチップ保持
具２７の下降移動量として定義される。

【００２５】上記のようにして設定されたキャリブレー
ション高さを基に、半導体チップ２６のボンド高さが設
定され、これによりパッケージ本体２２のダイアタッチ
面２２ａに対し、半導体チップ２６が適正に実装され
る。このとき、ダイアタッチ面２２ａへはＡｇペースト
等の接合材が所定量塗布されており、半導体チップ２６
は、その裏面が上記接合材へ押圧されることによって、
ダイアタッチ面２２ａ上へ実装される。

【００２６】本実施の形態では、上記ボンド高さは、半
導体チップ２６の側面（切断面）の上面（撮像面）に対
する垂直度の低下、およびパッケージ本体２２のダイア
タッチ面２２ａの厚さ（以下、パッケージ厚ともい
う。）によって調整される。半導体チップ２６の側面の
垂直度の低下は、実装時においてダイアタッチ面２２ａ
（ボンドステージ２３上面）に加わる荷重の大きさに現
れる。つまり、半導体チップ２６の側面の垂直度が低下
すると、下方に突出する半導体チップ角部によって、そ
の突出量Ｓ（図６参照）だけダイアタッチ面２２ａを押
圧する力が増加し、これがロードセル２５によって検出
される出力に現れる。そこで、その増加した荷重分に相
当するチップ保持具２７の移動量（ギャップ高さ）を調
整装置３０に予め設定しておき、ボンド高さを上記キャ
リブレーション高さからギャップ高さを減じた量に調整
するべく、搬送機構３１を制御する。

【００２７】また、パッケージ本体２２のダイアタッチ
面２２ａの厚さは、その寸法公差内で変動し得るため、
これが基準値より大きいとボンド高さ過多による半導体
チップ２６の角部２６ｃの欠損を招くおそれがあり、他
方、基準値より小さいと実装不良を招くおそれがある。
そこで、実装前（更に詳しくは、ダイアタッチ面２２ａ
へ接合材を塗布する前）に、レーザ変位計３２を図１Ａ
に示す待機位置から図１Ｂに示すダイアタッチ面２２ａ
の直上位置へ移動させ、レーザ光Ｌの反射光から当該レ
ーザ変位計３２とダイアタッチ面２２ａとの間の距離を
測定することによってダイアタッチ面２２ａの厚さ、す
なわちボンドステージ２３の上面からダイアタッチ面２
２ａまでの高さを測定し、上記基準値との誤差分だけチ
ップ保持具２７の下降移動量を増減する。結果的に、ボ
ンド高さ（Ｈ）は、上記キャリブレーション高さ（Ｃ）
から、上記ギャップ高さ（Ｇ）を減じ、更にダイアタッ
チ面２２ａの厚さ誤差分（Δｔ）を増減して得られる高
さに調整される（Ｈ＝Ｃ−Ｇ±Δｔ）。

【００２８】図２は、調整装置３０による上記制御を説
明するフローチャートである。本実施の形態では、ロー
ドセル２５の出力に基づくチップ保持具２７の下降移動
量（ボンド高さ）の調整は、同装置２１によって行われ
た前回のダイボンド工程で検出されたステージ荷重（ロ
ードセル２５の出力）を基準に行うようにしている。こ
れは、ダイシング工程が同一のブレードを用いて行われ
ている限りは、半導体チップ２６の切断面は所定の垂直
度から徐々に低下していくものであるため、前回実装時
のステージ荷重から今回実装する際のステージ荷重を概
ね推測することが可能だからである。

【００２９】したがって、実装される半導体チップ２６
の側面がその上面に対して所定の垂直度にある場合は、
ロードセル２５の出力は前回のステージ荷重と同様、所
定範囲内にあり、かつ、パッケージ厚が基準値であれ
ば、前回と同様のボンド高さで実装される（ステップＳ
１，Ｓ２，Ｓ３）。また、パッケージ厚が基準値と異な
る場合は、その誤差分に相当する量だけボンド高さが調
整される（ステップＳ２，Ｓ４）。例えばパッケージ厚
が基準値よりΔｔだけ大きい場合は前回のボンド高さか
らΔｔだけ減じ、基準値よりΔｔだけ小さい場合は前回
のボンド高さにΔｔだけ増加する。

【００３０】一方、実装される半導体チップ２６の側面
がその上面に対して所定の垂直度から外れ始めると、実
装時におけるステージ荷重は徐々に増加する。そこで、
前回のステージ荷重が所定値を超えたことを確認したと
きは、当該荷重の大きさを上記所定値に更新する（ステ
ップＳ５）。すなわち、当該荷重の大きさが次回のステ
ージ荷重の判断基準とされ、これによりチップ切断面の
垂直度の更なる低下が検出される。そして、パッケージ
厚を測定し、これが基準値であれば、上記増加したステ
ージ荷重分に相当するギャップ高さだけ減じたボンド高
さに調整される（ステップＳ６，Ｓ７）。また、パッケ
ージ厚が基準値でない場合は、上記増加したステージ荷
重分に相当するギャップ高さに加えて、測定したパッケ
ージ厚の基準値との誤差分を増減したボンド高さに調整
される（ステップＳ６，Ｓ８）。

【００３１】以上のように、本実施の形態によれば、ス
テージ荷重に表れる実装すべき半導体チップ２６側面の
上面に対する斜め傾斜度、およびパッケージ本体２２の
ダイアタッチ面２２ａの厚さに対応した適正なボンド高
さを調整することができるので、切断面が所定の垂直度
にない半導体チップ２６であっても実装時における半導
体チップ２６の角部２６ｃの欠損を防止して、チップ有
効面の損傷や移動ごみによる製品不良の発生を回避する
ことができる。これにより、上記半導体チップの角部の
欠損による歩留まり損を低減することができるととも
に、マシンタイムの向上を図って生産性の改善を図るこ
とができる。

【００３２】また、本実施の形態によれば、パッケージ
厚（ダイアタッチ面２２ａの高さ）の測定にレーザ変位
計を採用しているので、実装に影響する僅かなパッケー
ジ厚誤差分を検出して、適正なダイボンド工程を実現す
ることが可能となる。

【００３３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３４】例えば以上の実施の形態では、ステージ荷
重の大きさに基づくボンド高さの調整に際し、前回実装
時におけるステージ荷重を参酌するようにしたが、これ
に代えて、実装前にステージ荷重検出工程を上記パッケ
ージ厚測定工程と同様、単独工程として追加し、当該検
出結果に応じてボンド高さの調整を行うことも可能であ
る。

【００３５】また、ロードセル２５が上記所定値を大き
く上回る一定の値を出力したときには、当該半導体チッ
プ２６の側面の傾斜度が、その上面（撮像面）の平面度
を所定の規格内に収めることができないほど大きいと判
断し、実装された製品を不良品として排除する作用を付
加することも可能である。

【００３６】更に、ロードセル２５の配置位置として
は、上記実施の形態のようにボンドステージ２３の一方
側の下面部にひとつ設ける構成に代えて、更に精度よく
ステージ荷重を検出するために、当該ロードセルをボン
ドステージ下面の異なる複数の位置に配置して、これら
出力の平均値をもってボンド高さ調整の基準とするよう
にしてもよい。

【００３７】なお、荷重検出手段としては上記ロードセ
ルに限らず、所定以上の荷重を検出した場合に閉成する
接点式のセンサを用いて、これを一つあるいは複数設け
るようにしてもよい。

【００３８】更に又、パッケージ厚測定用のレーザ変位
計３２を上記実施の形態のように待機位置から移動させ
てその作用を行わせる構成に代えて、例えばパッケージ
厚測定ステージを別途設け、当該測定ステージ上方に配
置固定するような構成を採用することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、以
下の効果を得ることができる。

【００４０】すなわち、本発明のダイボンド装置によれ
ば、切断面が所定の垂直度にない半導体チップの角部を
欠損させることなくパッケージ本体へ実装できるダイボ
ンドプロセスを実現することができ、欠損屑によるチッ
プの損傷や移動ごみとなる要因を排除して適正なダイボ
ンド工程を構築することが可能となる。

【００４１】請求項２の発明によれば、パッケージ本体
のダイアタッチ面の厚さを精度高く測定することがで
き、実装に影響する僅かなパッケージ厚誤差分を検出し
て、適正なダイボンド工程を確保することができる。

【００４２】また、本発明のダイボンド方法によれば、
切断面が所定の垂直度にない半導体チップの角部を欠損
させることなくパッケージ本体へ実装することができ、
これにより適正なダイボンド工程を実現することができ
るとともに、マシンタイムの向上を図って生産性を改善
することが可能となる。

【００４３】請求項４の発明によれば、パッケージ本体
のダイアタッチ面の厚さを精度高く測定することがで
き、実装に影響する僅かなパッケージ厚誤差分を検出し
て、適正なダイボンド工程を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるダイボンド装置を示
す側面図であり、Ａはその全体の概略構成を示し、Ｂは
その一部の構成の作用を示す。

【図２】本発明の実施の形態の作用を説明するフローチ
ャートである。

【図３】従来のダイボンド装置の構成を示す側面図であ
る。

【図４】従来技術において説明されるダイシング工程の
説明図である。

【図５】斜め切断された半導体チップの斜視図である。

【図６】垂直に切断された半導体チップと、斜めに切断
された半導体チップとの保持形態の相違を説明する図で
ある。

【図７】従来のダイボンド装置を用いて斜め切断された
半導体チップを実装する工程を説明する側面図である。

【符号の説明】

２１…ダイボンド装置、２２…パッケージ本体、２２ａ
…ダイアタッチ面、２３…ボンドステージ、２５…ロー
ドセル、２６…半導体チップ、２６ｃ…角部、２７…チ
ップ保持具、３０…調整装置、３１…搬送機構、３２…
レーザ変位計。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部が開口したパッケージ本体を支持す
   るステージと、半導体チップの両側面を挟持して前記半
   導体チップを保持するチップ保持具と、前記チップ保持
   具を前記パッケージ本体のダイアタッチ面へ向けて下降
   させ、前記半導体チップを前記ダイアタッチ面へ実装す
   る搬送機構と、前記ステージの上面に加わる荷重を検出
   する荷重検出手段とを備えたダイボンド装置において、 前記ステージ上面に対する前記ダイアタッチ面の高さを
   測定する測定手段と、 前記荷重検出手段の出力および前記測定手段の出力に基
   づいて、前記搬送機構に対し、前記ダイアタッチ面へ向
   けての前記チップ保持具の下降移動量を調整可能な調整
   手段とを備えたことを特徴とするダイボンド装置。
2. 【請求項２】 前記測定手段が、前記ダイアタッチ面の
   上方に配置されるレーザ変位計を含むことを特徴とする
   請求項１に記載のダイボンド装置。
3. 【請求項３】 上部が開口したパッケージ本体のダイア
   タッチ面に対し、半導体チップの両側面を挟持して前記
   半導体チップを保持するチップ保持具を所定量下降させ
   て、前記半導体チップを実装するダイボンド方法におい
   て、 前記ダイアタッチ面に加わる荷重の大きさを検出するス
   テップと、 前記ダイアタッチ面の厚さを検出するステップとを有
   し、 前記各ステップにおける検出結果に基づいて前記所定量
   を調整することを特徴とするダイボンド方法。
4. 【請求項４】 前記ダイアタッチ面の厚さを、前記パッ
   ケージ本体の上方に配置したレーザ変位計を用いて検出
   することを特徴とする請求項３に記載のダイボンド方
   法。