JP2006032873A - ストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法 - Google Patents

ストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法 Download PDF

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茂 田邊
Masataka Nanba
正孝 難波
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薫 中村
Kosuke Tosa
康介 土佐
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Abstract

【課題】 高速動作ができ、且つ装置の構成が簡素化され、金属ストラップを半導体チップにボンディングするストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法を提供する。
【解決手段】 アルミストラップボンディング装置１は、架台２、ベース３、操作パネル部４、制御装置部５、アルミリボンテープ収納部６、アルミリボンカット部７、アルミストラップ搬送部８、ヘッド搬送部９、リードフレーム搬送部１３、及び画像モニター１６ａ、１６ｂを有し、搬送されたリードフレーム１４上に設けられたパワー半導体チップ１５の電極とリード端子間をアルミストラップ２２を用いて電気的に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップとリード端子間などを電気的に接続するボンディング装置に係り、特に、金属リボンテープを切断し、ストラップ状にして半導体チップとリード端子間などを電気的に接続するストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法に関するものである。
近年、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー用半導体装置において、製品コストの低減、抵抗低減化、及び接続導体の断線防止のために、高価な金線やアルミニウム線によるワイヤボンディングの代わりにアルミニウムや銅（Ｃｕ）等からなる帯状接続導体（以下、これをストラップと呼称する）を用いて半導体チップの電極とリード端子を接続している（例えば、特許文献１参照。）。
ボンディング装置を用いて、この種のパワー用半導体チップをボンディングする場合、金線やアルミニウム線のワイヤを使用するワイヤボンディング装置を用いて、半導体チップをボンディングする場合と比較して、高速動作ができず作業性を向上できないという問題点がある。また、装置の構成を簡素化しにくいと言う問題点がある。
特開２００２−３１４０１８号公報（頁２０、図１５）
本発明は、高速動作ができ、且つ装置の構成が簡素化され、金属ストラップを半導体チップにボンディングするストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一態様のストラップボンディング装置は、金属リボンテープを収納する金属リボンテープ収納部と、前記金属リボンテープ収納部から搬送された前記金属リボンテープを所定の形状を有する金属ストラップに裁断する金属リボンカット部と、前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する金属ストラップ搬送部と、半導体チップが固着されたリードフレームを搬送するリードフレーム搬送部と、前記金属ストラップをピックアップし、前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する接合ヘッドとを具備することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するために、本発明の一態様のストラップボンディング方法は、金属リボンテープを所定の形状を有する金属ストラップに裁断する工程と、前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する工程と、半導体チップが固着されたリードフレームを搬送する工程と、前記金属ストラップをピックアップする工程と、前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する工程とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、高速動作ができ、且つ装置の構成が簡素化され、金属ストラップを半導体チップにボンディングするストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法を提供することができる。
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の実施例１に係るストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法について、図面を参照して説明する。図１は、アルミストラップボンディング装置を示す正面図、図２はヘッド搬送部を示す平面図、図３はアルミストラップボンディング装置の動作を示す模式図である。
図１に示すように、アルミストラップボンディング装置１は、架台２、ベース３、操作パネル部４、制御装置部５、アルミリボンテープ収納部６、アルミリボンカット部７、アルミストラップ搬送部８、ヘッド搬送部９、リードフレーム搬送部１３、及び画像モニター１６ａ、１６ｂを有し、搬送されたリードフレーム１４上に設けられたパワー半導体チップ１５の電極とリード端子間をアルミストラップ２２を用いて電気的に接続する。
ベース３及び操作パネル部４は、架台２の上面に配置されている。制御装置部５は、架台２の右下部に収納され、操作パネル部４で操作された情報を入力して、アルミリボンテープ収納部６、アルミリボンカット部７、アルミストラップ搬送部８、ヘッド搬送部９、及びリードフレーム搬送部１３の動作を制御するための制御信号を送信する。
アルミリボンテープ収納部６は、リール状のアルミリボンテープ２１、モータ１８ａを有し、制御装置部５から送信された信号によりモータ１８ａが動作してアルミリボンテープ２１をアルミリボンカット部７に搬送する。アルミリボンカット部７は、アルミリボンテープ２１を所定の形状を有する複数のアルミストラップ２２に裁断する。アルミストラップ搬送部８は、モータ１８ｂ、搬送ステージ２０ａを有し、制御装置部５から送信された信号によりモータ１８ｂが動作してアルミストラップ２２を搬送する。
ヘッド搬送部９は、接合ヘッド１０、アーム１１、吸着ヘッド１２、高周波電源１７、モータ１８ｃ、及びヘッド支持部１９を有し、制御装置部５から送信された信号によりアルミストラップ２２をピックアップして、パワー半導体チップ１５の電極とリード端子間の上面に載置及び接合を行う。リードフレーム搬送部１３は、モータ１８ｄ、搬送ステージ２０ｂを有し、制御装置部５から送信された信号によりリードフレーム１４を外部に搬送する。ここで、アルミストラップ搬送部８の搬送ステージ２０ａは、X軸及びY軸方向の調整をすることによりアルミストラップ２２の載置位置の補正をでき、リードフレーム搬送部１３の搬送ステージ２０ｂは、X軸及びY軸方向の調整をすることによりリードフレーム１４上に載置されている半導体チップ１５の載置位置の補正をできる。ヘッド搬送部９の接合ヘッド搭載Ｘ−Ｙステージ２０ｃは、X軸及びY軸方向の調整をすることによりアルミストラップ２２の吸着位置（ピックアップ位置）及び接合位置の補正をできる。
画像モニター１６ａは、アルミストラップ搬送部８の動作状況の監視、及びリードフレーム１４、パワー半導体チップ１５の検査を行い、画像モニター１６ｂは、ヘッド搬送部９及びリードフレーム搬送部１３の動作状況の監視、及びパワー半導体チップ１５、アルミストラップ２２の検査を行っている。そして、画像モニター１６ａ、１６ｂは操作パネル部４の操作により監視位置変更及び拡大が可能な構造となっている。
図２に示すように、ヘッド搬送部９は４台の接合ヘッド１０を有し、アルミストラップ２２をピックアップする場所でピックアップし、アルミストラップ２２をピックアップした接合ヘッド１０を接合する場所まで順次搬送し、接合を行う。そして、接合作業が終了した接合ヘッド１０は、再びピックアップする場所に搬送される。ここでは、接合ヘッド１０を４台にしているが、１台又は４台以外複数設けてもよい。
図３に示すように、アルミストラップボンダ１の動作は、まず、アルミリボンテープ収納部６から搬送されたアルミリボンテープ２１をアルミリボンカット部７で長方形に裁断してアルミストラップ２２を形成する。
次に、挟持部２３を用いて搬送ステージ２０ａ上のアルミストラップ２２の位置補正を行う。位置補正方法は、予め制御装置部５に収納されているアルミストラップ２２の形状情報をもとに、図示していないがカメラ等でアルミストラップ２２を認識し、挟持部２３を下降させ、挟持片２４をＸ方向、Ｙ方向、及び回転動作させてアルミストラップ２２を所定の位置に移動させる。なお、挟持片２４のアルミストラップ２２と接触する部分にはアルミよりも硬度の小さい、例えば、ゴム等を設けるのが好ましい。また、必要精度に応じ高硬度材を採用する。
続いて、搬送ステージ２０ａ上のアルミストラップ２２をピックアップする。ピックアップ方法は、図示していないがカメラ等でアルミストラップ２２を認識し、吸着ヘッド１２をＸ方向、Ｙ方向、及び回転動作させてアルミストラップ２２の真上に移動させ、接合ヘッド１０を下降させて吸着ヘッド１２でアルミストラップ２２をピックアップする。
次に、アルミストラップ２２をピックアップした状態で接合ヘッド１０を回転させ、リードフレーム１４上の接合領域２７にアルミストラップ２２を載置し、高周波電源１７を用いて超音波接合を行う。この超音波接合により、アルミストラップ２２は固着され、リード端子２５とベッド２６上のパワー半導体チップ１５の間を電気的に接続する。
上述したように、本実施例のストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法では、リール状のアルミリボンテープ２１を所定の形状を有する複数のアルミストラップ２２に裁断し、このアルミストラップ２２を複数の接合ヘッド１０で順次ピックアップし、超音波接合してパワー半導体チップ１５の電極とリード端子間を電気的に接続している。このため、接合ヘッド部でアルミリボンテープ２１を裁断する場合と比較して、ボンディング作業の高速化が図れる。
更に、アルミリボンテープ２１の裁断機構と接合ヘッド１０でのピックアップ及び超音波接合機構を分離しているので、接合ヘッド部の構成が簡素化、軽量化され、装置トラブルや故障発生を抑制しながら高速化することができる。したがって、ボンディング作業の高効率化が達成できる。
なお、本実施例では、パワー半導体チップ１５の電極及びリード端子２５とアルミストラップ２２の接合に超音波を用いているが、アルミストラップ２２を載置し、ランプ加熱等により溶接してもよい。
次に、本発明の実施例２に係るストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法について図面を参照して説明する。図４は、アルミストラップを示す斜視図、図５はアルミストラップ搬送部の動作を示すブロック図である。本実施例ではアルミストラップの形状を変更している。
以下、本実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図４に示すように、アルミストラップ２２ａは、ループ形状を有し、樹脂封止成形するために設けられるモールド樹脂とアルミストラップ２２ａとの密着性を改善し、樹脂封止半導体装置の信頼性を向上させている。
図５に示すように、アルミストラップ搬送部８ａの動きは、まず、アルミリボンテープ収納部６から搬送されたアルミリボンテープ２１をアルミリボンカット部７で加工及び裁断を行い、図４に示したアルミストラップ２２ａを形成する。
次に、ＴＶカメラからなる位置・形状検出部３１でアルミストラップ２２ａの載置されている位置情報及び形状情報を検出し、この情報を認識部３２に送信する。認識部３２はこの情報を認識・記録する。演算部３３は、認識部３２に記録されたアルミストラップ２２ａの載置されている位置情報及び形状情報と予め記録されている標準サンプルのアルミストラップ２２ａの位置情報及び形状情報とを比較演算する。演算部３３で比較演算した位置情報をもとに位置調整部３４の吸着ヘッド１２ａをＸ方向、Ｙ方向、及び回転動作させ、位置調整部３４を下降させ、吸着ヘッド１２ａでアルミストラップ２２をピックアップする。
なお、アルミストラップ２２ａの形状が所定の形状に形成されていない場合、演算部３３からの信号により位置調整部３４がアルミストラップ２２ａをピックアップして搬送ステージ２０ａから除外する。吸着ヘッド１２ａの形状は、アルミストラップ２２ａをピックアップしやすいように、アルミストラップ２２ａと同様の形状のスロープをもたせるのが好ましい。
続いて、ピックアップしたアルミストラップ２２ａを図示していないが搬送ステージ２０ａ上に設けられた搬送トレイに載置する。ここで、搬送トレイの形状はアルミストラップ２２ａと同様の形状のスロープをもたせるのが好ましい。
次に、搬送トレイ上のアルミストラップ２２ａを実施例１と同様にピックアップ及び超音波接合を行う。ここで、吸着ヘッド１２の形状は、アルミストラップ２２ａをピックアップしやすいように、アルミストラップ２２ａと同様の形状のスロープをもたせるのが好ましい。
上述したように、本実施例のストラップボンディング装置及びストラップボンディング方法では、アルミストラップ２２ａを所定の位置でピックアップ及び超音波接合するために、アルミストラップ搬送部８ａに位置・形状検出部３１、認識部３２、演算部３３、及び位置調整部３４を設けている。このため、複雑な形状を有するアルミストラップ２２ａを用いたボンディング作業であっても実施例１と同様な効果を有する。
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。
例えば、本実施例では、アルミストラップを用いているが、銅（Ｃｕ）ストラップや金（Ａｕ）ストラップを用いたストラップボンディング装置にも適用できる。また、１連のリードフレームを用いているが多連のリードフレームにも適用してもよい。そして、実施例２では、アルミストラップ２２ａをループ形状にしているが、更にリード接合領域をチップ接合領域の高さと異なる高さにしてもよい。
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１） 金属リボンテープを収納する金属リボンテープ収納部と、前記金属リボンテープ収納部から搬送された前記金属リボンテープを所定の形状を有する金属ストラップに裁断する金属リボンカット部と、前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する金属ストラップ搬送部と、半導体チップが固着されたリードフレームを搬送するリードフレーム搬送部と、前記金属ストラップを順次ピックアップし、前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に順次固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する複数の接合ヘッドを有するヘッド搬送部とを具備するストラップボンディング装置。
（付記２） 更に、前記ピックアップ位置のまえに、前記金属ストラップ搬送部上の前記金属ストラップを所定の位置に調整する挟持部を具備する付記１に記載のストラップボンディング装置。
本発明の実施例１に係るアルミストラップボンディング装置を示す正面図。 本発明の実施例１に係るヘッド搬送部を示す平面図。 本発明の実施例１に係るアルミストラップボンディング装置の動作を示す模式図。 本発明の実施例２に係るアルミストラップを示す斜視図。 本発明の実施例２に係るアルミストラップ搬送部の動作を示すブロック図。
符号の説明
１ アルミストラップボンディング装置
２ 架台
３ ベース
４ 操作パネル部
５ 制御装置部
６ アルミリボンテープ収納部
７ アルミリボンカット部
８、８ａ アルミストラップ搬送部
９ ヘッド搬送部
１０ 接合ヘッド
１１ アーム
１２、１２ａ 吸着ヘッド
１３ リードフレーム搬送部
１４ リードフレーム
１５ パワー半導体チップ
１６ａ、１６ｂ 画像モニター
１７ 高周波電源
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ モータ
１９ ヘッド支持部
２０ａ、２０ｂ 搬送ステージ
２０ｃ 接合ヘッド搭載Ｘ−Ｙステージ
２１ アルミリボンテープ
２２、２２ａ アルミストラップ
２３ 挟持部
２４ 挟持片
２５ リード端子
２６ ベッド
２７ 接合領域
３１ 位置・形状検出部
３２ 認識部
３３ 演算部
３４ 位置調整部

Claims (6)

  1. 金属リボンテープを収納する金属リボンテープ収納部と、
    前記金属リボンテープ収納部から搬送された前記金属リボンテープを所定の形状を有する金属ストラップに裁断する金属リボンカット部と、
    前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する金属ストラップ搬送部と、
    半導体チップが固着されたリードフレームを搬送するリードフレーム搬送部と、
    前記金属ストラップをピックアップし、前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する接合ヘッドと
    を具備することを特徴とするストラップボンディング装置。
  2. 更に、前記ピックアップ位置のまえに、前記金属ストラップ搬送部上の前記金属ストラップを所定の位置に調整する位置調整手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のストラップボンディング装置。
  3. 前記金属ストラップを固着する方法は、超音波を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のストラップボンディング装置。
  4. 金属リボンテープを収納する金属リボンテープ収納部と、
    前記金属リボンテープ収納部から搬送された前記金属リボンテープを、リード接合領域とチップ接合領域とを同一高さ或いは異なる高さのループ形状を有する金属ストラップに加工・裁断する金属リボンカット部と、
    前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する金属ストラップ搬送部と、
    前記ピックアップ位置のまえに、前記金属ストラップ搬送部上の前記金属ストラップを所定の位置に調整する位置調整手段と、
    前記金属ストラップをピックアップし、前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する接合ヘッドと
    を具備することを特徴とするストラップボンディング装置。
  5. 前記金属リボンテープは、アルミニウム、銅、又は金からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のストラップボンディング装置。
  6. 金属リボンテープを所定の形状を有する金属ストラップに裁断する工程と、
    前記金属ストラップをピックアップ位置まで搬送する工程と、
    半導体チップが固着されたリードフレームを搬送する工程と、
    前記金属ストラップをピックアップする工程と、
    前記金属ストラップを前記半導体チップ及びリード端子に固着し、前記半導体チップと前記リード端子とを電気的に接続する工程と
    を具備することを特徴とするストラップボンディング方法。
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