JP2011054992A - ワイヤボンダ装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの電極とリードフレームのインナーリードをワイヤボンディングする際、多数のアイランドを一緒に抑えてリードフレームを固定し、高品質で高生産性のワイヤボンディングを行う手段を提供する。
【解決手段】ウインドクランパ４ａに設けられた押えブロック止１０を有する押えブロック穴１３に、前記ウインドクランパの厚み上下方向に移動可能な押えブロック体３を有し、前記押えブロック体の上面が押えバネ２により前記ウインドクランパの下面方向に押され、前記押えブロック体の押え凸部１７が前記ウインドクランパの下面より突出し、前記押え凸部がリードフレーム受台と平行にリードフレームを固定するワイヤボンダ装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明はワイヤボンダ装置に関する、更に詳しくは、新規な方法でリードフレームを固定することのできるウインドクランパを有するワイヤボンダ装置に関するものである。

図６は、一般的に使われているワイヤボンダ装置の模式図である。ワイヤボンダ装置は、半導体チップ６が搭載されたリードフレーム１を、垂直に降下する図２に示されるようなウインドクランパ４ｂとワイヤボンダ装置に固定されているリードフレーム受台１９とで挟み込んで固定し、ウインドクランパ４ｂに空けられた窓内でキャピラリー５を用いてワイヤボンディングする。

図５（ａ）は一部を省略して描いた１枚のリードフレーム１の平面図である。図５（ｂ）は１つのアイランド１９とそれに関わる複数のインナーリード８と１つのアイランドリード９の拡大平面図である。リードフレーム１は半導体チップ６を固定するアイランド１９がマトリックス状に配置されている。ここでは、アイランド１９についてリードフレーム１の長手方向（矢印ｂの方向）をアイランド列、それと垂直なリードフレーム１の短辺方向をアイランド行とする。即ち、図５（ａ）のリードフレーム１には各アイランド行に１ａから１ｎまでの１４アイランドが含まれている。

ここではリードフレーム１の前記アイランド行のアイランド数を１と仮定し、図６の一般的なワイヤボンダ装置を用いたワイヤボンディングについて説明する。図５（ｂ）に示したリードフレーム１のアイランド１９の上面に固定されたひとつの半導体チップ６表面の電極と、リードフレーム１のインナーリード８をワイヤで電気的にボンディングする際、全てのインナーリード８とアイランドリード９を固定しないと、ワイヤと半導体チップ上の電極あるいはワイヤとインナーリードとの密着度が低下してワイヤボンディングが正常に行われない。インナーリード８とアイランドリード９の固定は、リードフレーム１の下側にあるリードフレーム受台７と、ウインドクランパ４に設けられた窓枠状の金属製の押え凸部１７がインナーリード８とアイランドリード９を押さえることでなされる。高歩留まりで高品質のワイヤボンドを実現するようにインナーリード８とアイランドリード９を押えるには、リードフレーム受台７と押え凸部１７の高精度の平行度が、不可欠であることは言うまでも無い。

なお、本明細書では、インナーリード８とアイランドリード９を押えることを、アイランドを押さえる、または固定すると称する。またこれを、リードフレームを押さえる、または固定すると称することもある。

生産性向上の要求に応えて、前記アイランド行のアイランド１９の数を増加させた場合、アイランドを同時に多数押さえようとすると、リードフレーム受台７と押え凸部１７の平行度を実現する加工や調整が列の数が多数になればなるほどますます難しくなることは容易に想像できる。

図２には、ワイヤボンダ装置に組み込まれた従来型のウインドクランパを示す。図２（ａ）は、従来型のウインドクランパ４ｂの上平面図である。図２（ｂ）は、従来型のウインドクランパ４ｂのＡ−Ａ’断面図である。先に述べた平行度の要求を満たすように、図２に示したような、スリット入りのウインドクランパ４ｂを用いたワイヤボンダ装置となっている（例えば、特許文献１参照）。この従来型のウインドクランパ４ｂは、スリットにより押え凸部１７を有する押え板１６がジャイロの様にＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動および回転でき、多数のアイランド１９を含むアイランド行をリードフレーム受台７と押え凸部１７で精度良く平行に押さえるのを目的としている。

特開２００２−２１７２３０号公報

最近の電子機器の小型化への要求はとどまること無く高まり、その要求は半導体装置の小型化へも伝播し、リードフレーム１も当然小型化され、高生産性の目的に合わせてアイランド行のアイランド１９の数も増加している。図７は代表的な小型半導体装置のパッケージに利用されているリードフレームの特徴を示したものである。従来からパッケージＳＣ−８２ＡＢに利用されているリードフレームは、厚さ０．１５ｍｍ、アイランド１９のピッチ１０ｍｍ、８個取りあった。

リードフレームの厚みが薄く、アイランド１９のピッチが小さく、多数のアイランド１９を有するアイランド行を１行単位で押え凸部が全てのインナーリード８とアイランドリード９を均一押さえるには、多数のアイランド１９を押さえる押え凸部が平行度を保つための加工と、その平行度の調節に多大の手数と熟練とを必要として、非効率的であるばかりか、前記平行度に、調節作業を行う作業者の個人差に起因してばらつきが存在し、このばらつきのためにリードフレームの表面に傷を付けたり、そのインナーリード８とアイランドリード９を変形させたりすると言う問題が発生するのであった。

前記従来型のウインドクランパ４ｂを用いた場合、リードフレームに対して接当する押え板１６を、その昇降ヘッドに対して、リードフレームの表面と平行な方向に移動しないウインドクランパ４ｂをリードフレームに押付けるとき、及びリードフレームから離すときにおいて、リードフレームに対して横滑りが発生し易く、この横滑りによって、リードフレーム表面に傷を付ける、そのインナーリード８とアイランドリード９を変形させる、位置ズレを起こすと言う問題が発生するのであった。

また、リードフレームを押さえる時に、押え凸部が接触し押さえる時に多数のアイランド１９を１行単位で押さえるため一ヶ所に集中荷重がかかり、インナーリード８とアイランドリード９に傷をつけると言う問題が発生することもあった。

リードフレーム受台７には、ワイヤボンディングの品質を高めるために、アイランド１９を加熱するヒーター１４が組み込まれている。それ故、熱膨張によるリードフレームの変形が起こり、平行度を保つことは一層困難である。また、接触箇所を弾力性のある樹脂で構成しても、リードフレーム受台７は、１５０〜２５０℃で暖められるので、樹脂の耐久性や熱変形に対する対応が難しい。

本発明では、前記課題を解決する手段として、次なる手段を用意する。
（１）リードフレームを両側から挟み込んで固定するためのリードフレーム受台およびウインドクランパを備え、前記ウインドクランパは、開口部である押さえブロック穴と、前記押さえブロック穴の周辺の一部に設けられた押さえブロック止めと、前記押さえブロック穴に挿入されて、前記押さえブロック止めと密着する押さえブロック耳を両側に有する複数個の押さえブロック体と、前記ウインドクランパに固着され、前記複数個の押さえブロック体のそれぞれを、鉛直方向の変位、前記リードフレームが移動するＹ方向に沿う軸の周りの回転、および前記リードフレームの移動方向に直行するＸ方向に沿う軸の周りの回転が可能となるように押圧付勢する複数のバネ手段と、を有するとともに、前記押さえブロック体の各々は前記リードフレームに載置された半導体チップが一つ嵌まる貫通孔を複数有し、前記押さえブロック体の下面である押さえ凸部は前記ウインドクランパの下面より突出し、前記リードフレームのアイランドリードおよびインナーリードを前記リードフレーム受台に押さえ付けることを特徴とするワイヤボンダ装置とした。

本発明によれば、ウインドクランパの加工精度や調整技術に依存することなしに、小型パッケージに利用される厚みが薄く、アイランドのピッチが小さいリードフレームを用いた場合でも、多数のアイランドを含むアイランド行を１行単位で均一な押圧で押さえることができ、高品質で高生産性のワイヤボンディングを可能とするワイヤボンダ装置を提供できる。

本発明実施例のワイヤボンダ装置に組み込まれたウインドクランバである。図１（ａ）は、ウインドクランバの上平面図である。図１（ｂ）は、ウインドクランバのＡ−Ａ’断面図である。図１（ｃ）は、ウインドクランバのＢ−Ｂ’を立体的に表現した図である。 従来のワイヤボンダ装置に組み込まれたウインドクランバである。図２（ａ）は、ウインドクランバの上平面図である。図２（ｂ）は、ウインドクランバのＡ−Ａ’断面図である。 本発明実施例に於ける押えブロック群周辺の拡大上平面図である。 本発明実施例に於ける押えブロック１個周辺である。図４（ａ）は、押えブロック１個周辺の上平面図である。図４（ｂ）は、押えブロック１個周辺のＡ−Ａ’断面図である。図４（ｃ）は、押えブロック１個周辺のＢ−Ｂ’を立体的に表現した図である。 本発明実施例で利用されるリードフレームである。図５（ａ）は、リードフレームの平面図である。図５（ｂ）は、一つのアイランド部の拡大図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。 一般的なワイヤボンダ装置の模式図である。 従来のパッケージとそのリードフレームの諸元表である。 本発明実施例に於けるパッケージとそのリードフレームの諸元表である。

図１は、本発明実施例のワイヤボンダ装置に組み込まれたウインドクランバ４ａである。図１（ａ）は、ウインドクランバ４ａの上平面図である。図１（ｂ）は、ウインドクランバ４ａのＡ−Ａ’断面図である。図１（ｃ）は、ウインドクランバ４のＢ−Ｂ’断面図である。図３は、本発明実施例に於ける１連の押えブロック群の周辺拡大上平面図である。図４は、本発明実施例に於ける押えブロック体１個周辺である。図４（ａ）は、押えブロック体１個周辺の上平面図であり、図４（ｂ）は、押えブロック体１個周辺のＡ−Ａ’断面図であり、図４（ｃ）は、押えブロック体１個周辺のＢ−Ｂ’を立体的に表現した図である。図３と図４より、本発明実施例のウインドクランパ４ａの構造は明らかである。

本発明実施例は、リードフレーム受台７内に、ヒーター１４が内蔵されており、このリードフレーム受台１７の上面には、図５（ａ）に示すように幅方向に沿って一定ピッチ間隔で形成したアイランド１９に対して半導体チップ６をダイボンディングして成るリードフレーム１が乗せられており、このリードフレーム１における各アイランド１９には、複数本のインナーリード８と１本のアイランドリード９が繋がり、幅方向に多数個のアイランド行で形成されている。

図１の符号４ａは、前記リードフレーム受台７の上方に配設した本発明実施例のウインドクランパ４ａを示し、この本発明実施例のウインドクランパ４ａは、図６の従来型のウインドクランパ４ｂと同様に、これに固着したウインドクランパ支持棒１８を図示しない機構にて上下動することにより、リードフレーム受台７に向かって下降動したのち作業が終了後に上昇動し、リードフレーム１が１行ピッチ送る構成されている。符号３は、押えブロック体を示し、この押えブロック体３は、前記リードフレーム１における半導体チップ６が嵌まる貫通孔を備えると共に、その下面にリードフレーム１のアイランド１９の回りにおけるインナーリード８とアイランドリード９に対して接当する押え凸部１７を複数備えている。

さらに、本発明実施例のウインドクランパ４ａは、押えブロック体３を受けるため押えブロック止１０を有し、図１（ｃ）が示すように形成される。押えブロック止１０は本発明実施例のウインドクランパ４ａと水平に溝があり、押えブロック耳１１のＸ方向に対して規制された押えブロック止１０を有し、押えブロック穴１３が設けられている。

その押えブロック止１０と押えブロック穴１３に嵌め込まれ押えブロック体３の押えブロック耳１１の形状は、Ｘ方向に規制されている側面部は、曲面に形成され上下部は、図４（ｃ）で示すように下部は、押えブロック止１０と平行に受けられるように成っており、上部は、本発明実施例のウインドクランパ４ａに固定された押えバネ２が受けられるように成っており、押えブロック体３の側面に設けられた押えブロック耳１１を本発明実施例のウインドクランパ４ａに固定された押えバネ２と押えブロック止１０で挟み込むことにより、押えブロック耳１１とブロック止１０が密着固定し、本発明実施例のウインドクランパ４ａと押えブロック体３の底部に相当する押え凸部１７の突出している部分が平行に保ったまま保持される形成になっている。

この場合において、前記押えブロック体３は図４（ｃ）に示したように押えブロック体３の押えブロック耳１１が下面に平坦、側面に曲面を有するので、押え凸部１７がインナーリード８とアイランドリード９が接触する前までは、押えブロック耳１１はブロック止１０と平行に密着し、押え凸部１７がインナーリード８とアイランドリード９が接触した後は、押えブロック体３がブロック止から浮き上がり自由自在に可動ができるので、押え凸部１７とリードフレーム受台７の平面度不足にも対応した均一なリードフレーム押圧を有することができ、インナーリード８とアイランドリード９の接触時の横滑りを防止することができる。

更に、図１（ａ）で示したように、たとえ、押えバネ２の平面幅が均一でないとしても、各押えバネ３の形状寸法を設定することにより、リードフレーム受台７の平面度不足にも対応した均一なリードフレーム押圧を実現する。即ち、本発明実施例のワイヤボンダ装置を用いると、複数のアイランド１９を含むアイランド行を一緒に固定することが出来る。

なお、本発明において、押えブロック体３の押えブロック耳１１を下向きに押圧付勢するためのバネ手段としては、本発明実施例の押えバネ２にすることに限らず、コイルバネ、軟質弾性体、磁気、空気、油圧等を使用することができることは言うまでもない。また、本発明実施例は、一行分の各アイランド１９を３等分にして行っているが、これを、アイランド１９一個毎に押えブロック体３を構成することは可能であり、その際に、押えバネ２の圧力を再設定することにより、自在に押さえにあった圧力をつたえられることができる。

また、本発明実施例のように、押えブロック体３は本発明実施例のウインドクランパ４ａに着脱自在に挿入することができるから、リードフレームのアイランド形状や１行当たりのアイランド個数が変更になっても押えブロック体３形状変更のみで、本発明実施例のウインドクランパ４ａに対する着脱は容易に行うことができる。

図８は、本発明実施例に於けるパッケージの一例であり、パッケージＳＯＮ−４を用いたのであり、パッケージＳＯＮ−４に於いての利用されるリードフレームは、厚さ０．０８ｍｍ、アイランド１９のピッチ３．３ｍｍ、１４個取りである。

１ リードフレーム
２ 押えバネ
３ 押えブロック体
４ａ 本発明実施例のウインドクランパ
５ キャピラリー
６ 半導体チップ
７ リードフレーム受台（ヒーター付き）
８ インナーリード
９ アイランドリード
１０ 押えブロック止
１１ 押えブロック耳
１１ｂ 押えブロック耳側面
１２ 押えブロック群周辺
１３ 押えブロック穴
１４ ヒーター
１７ 押え凸部
１８ ウインドクランパ支持棒
１９ アイランド

Claims (5)

1. リードフレームを両側から挟み込んで固定するためのリードフレーム受台およびウインドクランパを備え、
   前記ウインドクランパは、
   開口部である押さえブロック穴と、
   前記押さえブロック穴の周辺の一部に設けられた押さえブロック止めと、
   前記押さえブロック穴に挿入されて、前記押さえブロック止めと密着する押さえブロック耳を両側に有する複数個の押さえブロック体と、
   前記ウインドクランパに固着され、前記複数個の押さえブロック体のそれぞれを、鉛直方向の変位、前記押さえブロック穴の長手方向であるＹ方向に沿う軸の周りの回転、および前記Ｙ方向に水平面内において直交するＸ方向に沿う軸の周りの回転が可能となるように押圧付勢する複数のバネ手段と、
   を有するとともに、
   前記押さえブロック体の各々は前記リードフレームに載置された半導体チップが一つ嵌まる貫通孔を複数有し、
   前記押さえブロック体の下面である押さえ凸部は前記ウインドクランパの下面より突出し、前記リードフレームのアイランドリードおよびインナーリードを前記リードフレーム受台に押さえ付けることを特徴とするワイヤボンダ装置。
2. 前記複数のバネ手段は、前記複数個の押さえブロック体のそれぞれにおいて四隅を押圧付勢することを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンダ装置。
3. 前記ウインドクランパの、前記押さえブロック耳の下面は平坦で、前記押さえブロック耳の両側面は外側に向かって膨らんだ曲面であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のワイヤボンダ装置。
4. 前記バネ手段は押さえバネであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイヤボンダ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワイヤボンダ装置の使用方法であって、前記押さえブロック体をリードフレームの形状に合せ交換し、前記リードフレームを固定することを特徴とするワイヤボンダ装置の使用方法。

Images