JP2569142B2

JP2569142B2 - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP2569142B2
Application number: JP63222353A
Authority: JP
Inventors: 俊彦酒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JPH0272644A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ツールを押し付けることにより圧着接続、
又は接着を行う半導体装置の製造方法及び装置に係り、
特に高品質な接続に好適な加圧機構に関する。

〔従来の技術〕

ツールにより圧着、又は接着を行う技術として、TAB
インナリードボンディング，ダイボンディング，ペレッ
トボンディング，転写バンプ使用インナリードボンディ
ングにおけるバンプ転写技術及びICチップへのインナリ
ードボンディング，シール加熱はんだリフロー技術にお
けるツール加圧動作などがある。

従来これらの技術に用いられている装置は、特開昭53
−105972号公報に記載されたテープボンダの圧着方法の
ように、ツールに低いエア圧をかけた状態でツールを下
降させて接触させた後、エア圧を高圧へと切換えてボン
ディングを開始することでボンディング時のICチップへ
の衝撃荷重を抑えている。その際エア圧の切換えは、ツ
ール駆動機構に設けたタイミングカムによってボンディ
ング開始位置との同期をとって行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、実際にツールと被加圧部分であるIC
チップとの間に作用している力を検出していないため、
高精度に加圧力が実現されているかどうか保証がない。

また、加圧力の立上り波形が接触開始時のツール速度
及び被加圧部品の反発力特性によって左右され、再現性
が低いという課題がある。

これらのことから、信頼性の高い加圧動作が実現でき
ないでいる。

また、両者の接触開始時の速度によっては、過渡的に
衝撃的加圧力が印加される可能性があり、ボンディング
による悪影響がICチップに残るという課題がある。

又、エア圧の切替えによるため、設定変更のフレキシ
ビキティが低く、最適条件でボンディングできないとい
う課題、及び対象部品の変更時の段取りに時間が係ると
いう課題がある。

例えば、個々のICチップの間で接着部であるバンプの
高さにばらつきがある場合のインナリードボンディング
を考えると、バンプ高さが低いICチップを加圧する際、
ツールがリードを介してバンプに接触する前にエア圧が
高圧に切替り、ツールがリード及びバンプに衝撃加圧力
を及ぼす可能性が大きかった。その結果、リードやバン
プに応力集中を起こし、リード切れ、バンプはがれ・バ
ンプ下層部におけるクラックなどのいわゆるボンディン
グダメージが発生しやすいという課題がある。

また、このような一括ボンディングにおいては、バン
プ形成精度に起因したバンプ高さのばらつきが原因とな
って、加圧開始時に少数のバンプだけに加圧力が印加さ
れるのは避けがたい。上記従来技術ではエアを２段階に
切換えることで、低圧にて多数バンプに接触させてしま
うことを意図しているが、接合箇所であるリード・パン
プの数が多くなればなるほど、加圧に必要とされる加圧
力は増加するので、低圧から高圧への切り替え時の加圧
力変化も大きなものとなる。その結果、上記ボンディン
グダメージがやはり発生しやすくなる。

本発明の第１の目的は、加圧中の実加圧力を過渡的挙
動も含めて、高精度に設定する半導体装置の製造方法及
び装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、加圧力，加圧力立上り
速度，ツールの接触速度などの加圧動作パラメータの設
定にフレキシビリティをもたせる製造方法及び装置を提
供することにある。

また、本発明の第３の目的は、過渡的な衝撃加圧力の
発生を回避することによって、加圧対象にダルージを残
さない加圧動作を実現する製造方法及び装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の第１及び第２の目的は、ツールが被加圧部品で
あるICチップ等との間で及ぼしあう反力を、加圧時にお
いて実時間で検出しこれをもとにツールの駆動状態を所
定の方式に従って変化させることにより達成できる。

また、第３の目的は、ツールが被加圧部品に接触する
以前のツール速度を所定の方式に従って変化させ、十分
低速度にて両者を接触させることにより達成できる。こ
れはツール駆動制御を位置もしくは速度の検出が可能な
素子により行い、速度偏差の積分動作を含んだ速度サー
ボ演算を制御装置により行う。

ここで反力検出は、該反力により弾性変形を生じる部
材のたわみ量を歪ゲージにより電気的に検出することで
達成できる。又、ロードセルを用いて同様に電気的検出
してもよい。

このようにして検出された反力が所定の望ましい時間
的挙動及び望ましい定常加圧力となるようにツール駆動
部の駆動制御を制御装置により行う。その際のツール駆
動制御は、位置サーボ，速度サーボ，駆動力サーボのど
の様式に従うものでもよく、各サーボにおけるパラメー
タの適切な設定と、上記反力検出値のフィードバック項
をとる、という２点に配慮するのみで望ましい反力制御
が実現できる。

〔作用〕

実時間で検出された反力の信号は制御装置に取り込ま
れる。制御装置内では自動演算が行われ、過渡状態も含
めて反力を所望の値とするために必要なツール駆動部の
動作を実時間で算出している。この算出結果はツール駆
動部へ指令信号値として伝えられ、ツール駆動部はこれ
に応じた状態にツールを駆動する。即ち、位置サーボで
あれば指令信号値に応じて位置が変化させられ、速度サ
ーボであれば指令信号値に応じて速度が変化させられ、
駆動力サーボであれば指令信号値に応じて駆動力が変化
させられる。

こうすることにより、各時点の反力値、及び反力値の
過去の経歴に応じて適切なツール駆動が時間遅れなくな
されるため、加圧中の実加圧力を過渡的挙動も含めて高
精度に設定することができる。

又、上記自動演算に要する時間が無視できない場合に
は、この時間遅れをも考慮した自動演算方式を採ること
により、やはり同様に加圧中の実加圧力を過渡的挙動も
含めて高精度に設定することができる。

上記の制御装置は内部に記憶素子を備え、入力手段を
備えることにより、加圧力，加圧力立上り速度，ツール
の接触速度などの加圧動作パラメータを任意に設定変更
可能であるため、上記パラメータの設定にフレキシビリ
ティをもたせることが出来る様になっている。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。但し、説明
の便宜上、ここではTABインナリードボンディングを想
定して説明して行く。

第１図は本発明による加圧機構の一例である。（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面図を示す。ツールテーブルベー
ス124に対してＹ方向に摺動可能に取付けられたツール
ステージ127は、サーボモータ128により駆動され、ツー
ルステージ127上にはサーボモータ131が固定され、減速
機134を介してリンク機構136の入力リンク136aの角度を
変化させうる構成をとっている。上記リンク機構の出力
リンク136cは摺動案内機構139,140に沿って上下動可能
に保持されており、これと結合されたヘッドベース138
及びツール７が上下に動きうる構成となっている。

ヘッドベース138には切欠き部138aが形成されてお
り、ツール７がICチップ４を加圧することにより第２図
に示す様に上記切欠き部に弾性変形が生じ、ヘッドベー
ス上面に保持されたロードセル151を止めネジに押付
け、その際生じる歪信号をロードセルから検出すること
により、ツール７がICチップ４を加圧する総加圧力が任
意時点にて検出できる。このように摺動部のない検出方
式により、まさつに起因する誤差を含むことなく加圧力
検出が可能である。但し、切欠き部分の弾性力がツール
の加圧力の一部分とつり合う構造であるため、あらかじ
め既知の加圧力にて押付け動作を行い、その時のロード
セルの歪信号を測定して、較正をしておかないと、ICチ
ップに印加される実荷重は正確に設定できない。

ツールの駆動は、サーボモータ128及び131に同軸にて
配置されているパルスエンコーダ28及び31の出力パルス
信号を図示しない加圧機構制御装置に入力してサーボモ
ータの回転角度を得て、ツールの前後方向（Ｙ方向）及
び上下方向（Ｚ方向）の位置を得て、これをもとにサー
ボモータに出力する電流目標値を演算することにより行
う。又、ツールがICチップと接触し得る位置からは、上
記の加圧力検出も同時並行して行い、ツールの位置と加
圧力検出値の双方の値をもとに上記演算を行う。

第３図は以上説明した加圧機構を用いたボンディング
装置の制御ブロック図の一例である。図において、装置
全体の管理をする主制御装置41は、接続対象部品同志の
アライメント終了と同時に、加圧機構制御装置42に対し
てボンディング指令52を発信する。加圧機構制御装置42
内部ではツール駆動アルゴリズム43が処理されている。
ツール駆動アルゴリズム43は、ツール47がICチップ４と
接触することによって受ける反力をロードセル151によ
り検出し、これを増幅器50,A/D変換器51を介して取りこ
んだ検出値をもとに、ツールを駆動するサーボモータ13
1を制御する。サーボモータ131にはパルスエンコーダ31
が取りつけられており、このパルスをカウンタ47が処理
してツールの位置及び速度の情報を得ている。ツールの
駆動は上記電流目標値に応じてパワーアンプ44がモータ
の電流45を所定の値に保つことにより行う。

以上述べたツール加圧力の反力の検出，ツール位置及
び速度の検出、及びツール駆動モータへの出力の演算の
すべては、加圧機構制御装置42内にあるタイマにより一
定時間間隔で起動がかけられ、動的な加圧動作を望まし
いものとするため操作が行われる。

加圧機構制御装置42の動作は次の４つの階段から成
る。

（１）高速にてツールをICチップに接近させる。

（２）所定速度にてツールをICチップに接触させる。

（３）所定の時間波形に従うように加圧力を立ち上げ
て、所定時間の間、加圧する。

（４）ツールを退避させて加圧結果を主制御装置41に返
信53する。

第４図にはツールの動きをＹ座標、及びＺ座標を適当
に定めて図示した。図において、ツールの前後移動（Ｙ
座標のＯ〜T_yに相当）は、障害物54の制約から、Ｚ＝０
近辺にて行う必要がある。障害物は例えばテープガイド
119（第13図参照）である。A_ZはICチップ上方にてツー
ルとICチップとが間違いなく非接触である点のＺ座標
で、この値は後述のようにして設計者或いは作業者が決
める。C_Z,B_Zは、前回のボンディング時に、接触を検出
した点及び加圧力が設定値に達した点（以後、それぞれ
接触点，加圧点と呼ぶ）のＺ座標である。上述のA_zは例
えばC_Zの300μｍ情報、或いはB_Zの500μｍ上方などと決
める。この両者のうちではC_Zの方がB_Zの検出に比べて雑
音に敏感なので、後者の方が、安定してA_Zを定められる
効果がある。但し、どのくらいの距離が余裕として必要
かは、加圧対象のICチップ側の問題であり、装置として
は、稼動中でも必要に応じて上記余裕距離の設定変更で
きるようになっている。

以下、第４図及び第５図に従って（１）〜（４）の各
段階を説明する。

まず図中（0,Zo）→（0,0）→（T_y,0）→（T_y,A_Z）が
（１）に相当する。ここでは第５図（ａ）に示すブロッ
ク図に従った制御演算が、一定時間間隔ごとに繰り返さ
れる。ここでは55は、第３図におけるパワーアンプ44,
サーボモータ131、及びパルスエンコーダ31を統合した
特性を示すブロックであり、以後モート系と呼ぶことと
する。又、56は時系列信号の前後２項の差分をとる差分
要素、57はサンプルホールド要素、ＺはＺ変換因子であ
る。又、θ及びθ_ｒは、Ｙ軸もしくはＺ軸のモータ回転
角度及びその指令値を一般的に表現したものとする。

ここで、第４図の（0,Zo）→（0,0）及び（T_y,0）→
（T_y,A_Z）の移動においては、第５図（ａ）にてθ_ｒを
Ｚ軸モータの回転角度指令θ_Zrに、θをＺ軸モータの回
転角度θ_Ｚに置換えた演算により、サーボモータ131に
対応するモータ系への出力時系列m_z（Ｋ）（Ｋ＝1,2
…）を次のように求めればよい。

m_Z（Ｋ）＝K_PZ（θ_Zr（Ｋ）−θ_Ｚ（Ｋ）） −K_VZ（θ_Ｚ（Ｋ）−θ_Ｚ（Ｋ−１）） …… ここでθ_Zr（Ｋ）は一定値ではなく、与えられた初期
位置と目標位置との間を補間した値を時々刻々取る。一
方、第４図の（0,0）→（T_y,0）の移動では、Ｚ軸のか
わりにＹ軸に対する指令が必要で、 m_y（Ｋ）＝K_Py（θ_yr（Ｋ）−θ_ｙ（Ｋ）） −K_Vy（θ_ｙ（Ｋ）−θ_ｙ（Ｋ−１）） …… となる。

又、図中破線で示したのような経路を移動すること
も考えうる。これは、（Ty−r,0）から（T_y,r）の間
を、（T_y−r cosφ,r sinφ）（但し φ:0→π/2）に
従って移動するもので、この場合、式及び式を同時
に計算して、mz（Ｋ）,my（Ｋ）を出力する。

破線に従うことで当然、動作速度が向上する。

又、図中実線に従う場合でも、例えば目標Ｙ座標θ
_yrがT_yに達した後、実際のＹ座標θ_ｙ（Ｋ）がT_yになる
まで待っている「位置決めモード」を省略することによ
り近似的に破線のような経路となり時間を短縮でき
る。

なお、第５図（ａ）中の定数Kp,Kdは、モータ系55の
ステップ応答を測定することにより公知の方法で定める
ことができるので省略する。

次に第４図中の（T_y,A_Z）→（T_y,C_Z）の動作について
説明する。これは（１）〜（４）のうちの（２）に相当
する。ここでは第５図（ｂ）のブロック図の制御演算が
Ｚ方向移動用のサーボモータ131に対して行われる。即
ち、モータ系55の出力である位置の差分をとったディジ
タル速度値υ＊と制御装置内にあらかじめ設定した速度
指令値Vrefとの間の偏差を積分要素59により離散時間積
分し、これに定数Kviを乗じたものを仮想的に速度指令
としたうえで、これとディジタル速度値υ＊との帰還制
御をする。以上の処理は次のようになる。

ここで用いるK_vi,K_vvについても、第５図（ａ）中のK
p,Kdと同様に定めうる。

第５図（ｂ）のように積分動作をとることによって、
ツールの速度を正確に速度指令値に一致させることが出
きるので、モータ軸や摺動案内機構に存在する摩擦力や
重力による影響を打ち消して超低速でツールをバンプに
接触させることができる。

以上述べた動作によりツールを超低速でICチップに接
近させると同時に、ロードセルの信号を監視して、接触
検出する。通常ロードセル信号は雑音が重畳しているた
め、本実施例では以下の処理により雑音の影響を取除い
ている。即ち、（ｉ）瞬時変化閾値ThrNより大きい変化があった場合
は、（ii）前々検出値との変化分がThrNより大きい場合は前
回検出値を用いて、（iii）前々検出値との変化分がThrNより小さい場合は
今回検出値をそのまま用いる。

この様子を第６図（ａ）に示す。図は横軸に時間、縦
軸に信号レベルをとって、各検出時点の検出信号を白丸
64で示している。点J,L及びＮのように、前回及び前々
回の検出信号に対してThrN以上変化した検出点は修正65
され、前回検出値で代替される。黒丸はこの修正信号66
を示す。この場合に適用されているのは上述の（ｉ），
（ii）の条件である。点Ｋでは条件（ｉ）は成立つが、
前々回との変化分は小さいため（ｉ）と（iii）とが成
立し、修正はおこなわない。この場合、点Ｊが孤立した
雑音となる。点Ｍは点Ｌとは変化分が小さいので上述
（ｉ）〜（iii）のどれも成立せず、修正されない。こ
の場合、急峻な信号変化（点Ｌ）を１回遅れで検出した
ことになる。又、点Ｐは前回（点Ｎ）とも前々回とも変
化が大きく、（ｉ），（ii）により前回のレベルに修正
される。この場合も急峻に変化し続ける信号を１回遅れ
で検出していることになる。

この方法によれば、前回と前々回の検出値を用いるだ
けの簡単な処理で、単なる雑音と信号の急変とを１検出
間隔の時間遅れのみで弁別でき、雑音と信号自身の急変
との両方を含む信号の正確な検出に効果がある。

以上に加えて接触時の検出では、２段階の接触閾値を
用いている。これは第６図の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に
示すように、信号値が接触検出第１閾値Thr1を超えた状
態（図中の接触検出準備点68）と、接触検出第２閾値Th
r2を超えた状態（図中の接触検出点69）とを順に、しか
も連続して通過しなければ接触検出と判断しない処理で
ある。こうすることで（ｄ）の場合のように雑音により
接触検出閾値を容易に超える場合でも、接触誤検出に伴
って発生する非接触状態からの加圧力発生を防ぎ、衝撃
加圧力が回避できる。

以上述べた方法で接触が検出されると、処理段階
（３）の加圧力動作を行う。これは第４図では、（T_y,C
_Z）→（T_y,B_Z）に対応する。ここでは第５図（ｃ）にて
Ｚ方向の制御演算が行われる。ここでT_Zはツールの接触
基準点、Kfはツール・ICチップ間の反発力特性62であ
り、両者間の反発力Ｆは、Ｆ＝Kf・（θ_Ｚ−T_Z） …… で表せると近似して取扱う。この近似は、ツール・ICチ
ップ間に衝撃接触や高速加圧がなければほぼ成立する。
第５図（ｃ）は、同図（ｂ）に比べ、制御目標値として
与えるものが、ツールの下降速度からツール・ICチップ
間の加圧力にとってかわった点、及び帰還できる量が反
発力とツール速度の２種類に増えた点が異なるだけで処
理の原理と定数設定手法は同じなので省略する。

但し、加圧力目標値Frは、接触時の加圧力検出値と、
ボンディング中に負荷すべき加圧力とを補間した値を用
いて順次大きくしてゆく。

以上述べたようにして一定時間加圧力動作を行った
後、動作（４）のツール退避に移る。これは動作（１）
のツール接近と逆動作なので同様に処理可能であるので
省略する。

以上述べた動作，処理により、高速かつ正確なツール
の移動及び位置決め、正確かつ信頼性の高い低衝撃接触
及び接触検出、及び正確な加圧力印加が可能であり、ボ
ンディングの信頼性，再現性の高い、低衝撃な加圧動作
が達成できる効果がある。とくに、第５図のように駆動
力算出演算式を切り替えることにより、接触前と接触ご
とにそれぞれ適した処理を施せるので、低衝撃接触に著
しい効果がある。

また、設定すべき目標値を容易に変更可能であり、ボ
ンディングにおける最適条件の設定に自由度がある。こ
のため対象ICチップ，リードの種類に応じた動作が短時
間で設定でき、段取り替えの時間が短くなる効果，ボン
ディングの高品質化の効果がある。

次に若干の代案変形例を説明する。

＜加圧動作の代案変形例＞接触検出直後に第５図（ｃ）の処理に移らず、そのま
ま一定速度にて降下し、その間反力検出値を監視し続
け、検出値が真の加圧力目標値Fref或いはその近辺に達
した時点にて、第５図（ｃ）の処理に移る処理方法も可
能である。

この例では、接触検出の誤判断がなくなる効果、及び
加圧力の立上りの波形の安定性が向上する効果があり、
高品質ボンディングに有利である。

＜低速下降モード式の代案変形例＞低速にて下降して非衝撃的接触に備える式の動作の
替わりに、次式の動作をとる方法も考えうる。

これによれば、−Kf・Ｆ（Ｋ）の加圧力フィードフォ
ワード項により、接触して加圧力検出されると即時的に
モータ系駆動力が減じられ、接触直後の衝撃力ピーク値
を低く抑えることができる。

以上述べたツール上下動機構によって加圧動作を行わ
せる際、第７図に示すような条件設定を実現できる。ま
ず、ツールが接触する対象の反発力特性Kfにより、加圧
力の増加速度すなわち第７図における傾きは、ほぼKf・
Vrefで与えられる。従って、設定可能なパラメータであ
る低速指令値を任意に変更することにより加圧力の立上
りにおける傾きは任意に実現可能である。また、加圧力
目標値Frefも、プログラム中の一変数とできるため、任
意に変更可能である。

＜バンプ高さ偏りへの応用例＞本実施例の応用例として、ボンディング対象のICチッ
プ上のバンプに高さ偏りがある場合の処理を述べる。第
８図は応用例のフローチャート、第９図は本応用例にお
けるツールとバンプとの挙動を示したものである。

初期においてツール７はICチップ４およびリード２と
は離れた状態にある。（400）。ボンディング開始の指
令があると制御装置42はツールの移動量を検出してこれ
を現在値としてメモリに保持する（402）。続いて初期
加圧力f_oを加圧力設定値Frに代入したのちツール駆動制
御プログラムの繰返し実行にうつる。

まず加圧力が検出され（406）、加圧力設定値frに対
するサーボ演算動作が行われ、その結果がツールの駆動
力を変化する手段44に出力される（408）。続いてツー
ルの移動量が検出され、前回検出したときの値x_oと比較
される（410,412）。x_oとｘが等しくなくツールが稼動
中であれば、加圧力設定値frはそのままの値に保持した
まま繰返し部分の先頭に戻る。これはツール７が未だIC
チップ４に接触していないか、バンプ３を初期加圧力fo
以下の加圧力でつぶしているかのどちらかの状態に対応
する。

x_oとｘが等しくなりツールの移動がなかった場合は加
圧力設定frを増分Δｆだけ増加させて繰返し部分の先頭
に戻る（414,416）。これはツール７がバンプ３を加圧
したまま両者がつり合っている状態に相当する。

この繰返しを加圧力設定値frが所定のボンディング開
始可能加圧力Fcより大きくなるまで続けた後に、あらか
じめ定められたボンディング荷重Fdを加圧力設定値とし
たボンディング動作を行い（418）、その後ツールを後
退させてボンディングを終了する（420,422）。

この際に、Fcの値は充分に多数のバンプがツールと接
触状態になることを条件として実験的に定める。第９図
は上記のアルゴリズムの進行に対応するツール７とバン
プ3a,3bとの接触状態の変化を図示したものである。こ
こでは理解の容易さのために、図示するバンプ３は最も
初期にツール７と接触するバンプ3a、及び加圧力設定値
frがFcより大きくなる以前においても最も遅くツール７
と接触状態になったバンプ3bとの２つのバンプに限って
いる。

同図（ａ）はツール７がどのバンプ３とも接触せずに
初期加圧力foを設定値として下降している状態である。
（ｂ）はツール７がバンプ３に接触して加圧力foでつり
合った状態を示している。（ｃ）は加圧力を次第に増加
させながらバンプ3aを押しつぶしながらツール７が下降
してる状態であり、このとき加圧力はバンプ3aを押しつ
ぶし続けるのに必要な最小限の値をとるため、衝撃力や
過大な加圧力はバンプ3aにはかからない。（ｄ）はツー
ル７降下が更にすすみ、バンプ3bがツール７と接触する
直前の状態である。このときはバンプ3aを含む所定の個
数のバンプ３が、加圧力Fc−Δｆにより押しつぶされて
いると考えられる。（ｅ）はバンプ3bがツール７に接触
し、加圧力設定値がFcより大きくなった状態で、この状
態からボンディング荷重をあらかじめ定められた値Fbと
した正規のボンディングを行う。

本応用例によれば、ICチップ４ごとにバンプ３の高さ
に誤差がある場合でも、ツール７とバンプ３との接触時
における衝撃的な荷重変化があらかじめ定めた初期加圧
力以内に抑えられる効果がある。又、ボンディング初期
における少数のバンプ3aへの過大な加圧力が回避される
効果がありボンディングダメージ低減に寄与する。

次に本発明による加圧機構を用いたTABインナボンデ
ィング装置につき説明する。

第10図は本発明によるTABインナボンディング装置の
概観図である。

ベース100の上面101に光学系ベース102が取付けら
れ、その上面103に光学系プレート104が固定されてい
る。この光学系プレート104及びその先端部105にテープ
１上のインナリード２とICチップ４とのバンプ３とのア
ライメントを行うための光学系・撮像系が配置されてい
る（第11図参照）。184はリールプレートであり、ベー
ス上面101に固定されており、リール187を保持してい
る。

第11図は被加圧部付近を拡大した説明図で、テープ１
上に形成した多数のインナリード２を、ICチップ４上に
形成した同数のバンプ３に接続することが作業の目的で
ある。その際、テープ１に対してICチップ４をアライメ
ントするため、ICチップ４は水平面内にて平行移動・回
転移動可能なXYθステージ36上に固定されたチップステ
ージ６の上に置かれている。接続は上記多数のインナリ
ード２と、対応するバンプ３とをアライメントした後、
ツール７を下降させて接触・加圧することにより行う。

第12図は上記装置の主要な機構部分の説明図である。
主要な機構部分は大きく分けて次の４つから構成されて
いる。

（１）ツール駆動機構第12図，第13図に示すように、124はツールテーブル
ベースであり、一対のスライドガイド125,126を介し
て、ツールステージ127が取付けられ、モータ128はモー
タ軸128a,ボールネジ129,ナット130を介して、ツールス
テージ127に取付けられ、モータ128を回動することによ
り、ツールステージ127を矢印Ｂ及び矢印Ｃ方向にスラ
イドさせることができる。

モータ131はツールステージ127に取付けられ、モータ
軸132,カップリング133,減速機134、及びピン135で連結
されたリング136,137を介して、上下摺動プレート138に
連結されている。上下摺動プレート138はツールステー
ジート127に取付けられた一対の摺動案内機構139,140に
よって案内され、モータ131を回動することにより、上
下摺動プレート138が矢印D,E方向にスライドさせること
ができる。

第14図に示すように、上下摺動プレート138の前面に
は熱圧着用ボンディングツール７を把持し、ボンディン
グツール７の下面7aの傾きを調整するピッチングプレー
ト143と、ローリングプレート144及び、ボンディングツ
ール７の軸部7bを把持する溝と、押え板146で構成する
ヘッド147と、ヘッド147を上下に摺動可能な状態で保持
する一対のスライドガイド148,149とこれを取付けるヘ
ッドベース150が取付けられている。151はロードセルで
あり、ヘッドベース150の上部152とヘッド147の上面153
の間隙に取付けられ、ヘッドベース150が降下し、チッ
プステージ６上のICチップ４及びインナリード２にボン
ディングツール７の下面7aが接触し、ヘッド147が停止
しスライドガイド148,149を介してスライドし、ロード
セル151が圧縮され、ボンディング荷重を検出すること
ができる。

ボンディングツール７は加熱ヒータ154を取付ける穴1
55と、熱電対156を取付ける穴157が設けられ、固定ネジ
158によって、各々取付けられており、温度制御ユニッ
ト（図示せず）によって、所定の温度に維持されてい
る。

この実施例の荷重検出機構は第２図の荷重検出機構と
異なり摺動変位をロードセルで検出している。このた
め、摩擦力に相当するだけのヒステリシスが誤差として
残る反面、加圧時には荷重が直接にロードセルに印加さ
れるため、較正の必要はないというメリットがある。

（２）光学系及び撮像系（第12図，第13図参照）８は落射照明用光源であり、これから出た光はミラー
9,シャッタ（図示せず），ミラー12,ハーフプリズム13,
対物レンズ14を介して、テープ１上のインナリード２に
投光される。同様に斜方照明用光源16の光はロータリソ
レノイド（図示せず）を駆動し、シャッタ18を開くこと
により、ガラスファイバ19,リング照明装置20を介してI
Cチップ４に投光される。共に反射光は対物レンズ14,ハ
ーフプリズム13,ミラー23,フィールドレンズ，リレーレ
ンズ25,ミラー26bを介して、２カ所のコーナの像がそれ
ぞれTVカメラ29b及びTVカメラ29aに取り込まれる。

（３）テープ駆動機構（第12図参照） 184はリールプレートであり、送りモータ185が取付け
られ、モータ軸にリール187の角穴をはめ合わせる角軸1
89が取付けられている。192は固定ローラであり、リー
ルプレート184に回動可能な状態で保持されている。194
はテンションローラであり、リールプレート184に取付
けたスライドガイド195を介しテンションローラ軸が固
定され、ベアリング（図示せず）を介して回動可能な状
態で保持されている。

197はスペーサであり、テープ１と共にリール187に巻
かれている。198はスペーサ用固定ローラであり、リー
ルプレート184にベアリング（図示せず）を介して回動
可能な状態で保持されている。200はテンションローラ
であり、リールプレート184に取付けたスライドガイド2
01を介して、テンションローラ軸が固定され、ベアリン
グ（図示せず）を介して回動可能な状態で保持されてい
る。リールプレート184の左右対称な位置には、上記テ
ープ駆動機構と左右対称に巻取りモータ，リール，テン
ションローラ，固定ローラが配置されている。

リールプレート184には、テンションローラ194の位置
を検出する一対のリミットスイッチ（図示せず）が取付
けられ、スライドガイド195のスライド部195aに接触す
ることによって動作し、各々、送りモータ185及び巻取
りモータを駆動し、矢印Ｇ方向にテープを移動する。

110はパルスモータであり、一対のタイミングプーリ1
11,112及びタイミングベルト113を介して、スプロケッ
トベース114に取付けられ回動可能な状態で保持されて
いる駆動スプロケット115が駆動し、テープ１に設けら
れたスプロケットホール1bを介して、一定ピッチだけ矢
印Ａ方向にテープを搬送する。

スプロケットベース114の他方には、アイドルスプロ
ケット117が回動可能な状態で保持されている。スプロ
ケットベース114はXYZテーブル118に取付けられ、パル
スモータ駆動ステージ118a,118b,118cで構成し、スプロ
ケットベース114を前後，左右，上下に移動させること
ができる。スプロケットベース114の中央部にはテープ
ガイド119が取付けられ、テープ１のデパイスホール1a
の中心とテープガイド119に設けられたボンディングホ
ール121の中心が光軸106と一致する位置にテープ１を案
内すると共に、テープガイド119の下面は円弧状に加工
が施され、テープ１に適当な張力を加えることにより、
下面に密着させることができる。

（４）ICチップ供給機構（第12図参照） 36はベース100の上面102に取付けられ、水平面内で前
後左右に移動するパルスモータ駆動ステージ36a,36bと
旋回する旋回テーブル36cで構成し、その上部にはICチ
ップ４の下面4bを真空ポンプ（図示せず）、ソレノイド
バルブ107,チップステージ６を介して、チップステージ
上面の中央部108に吸着保持される。ICチップ４を保持
した状態で、旋回テーブル36cの旋回中心と光軸106とが
一致する位置にXYθステージ36の駆動ステージ36a,36b
を動作する。

164はICチップ４移載用真空吸着パットであり、アー
ム168に取付けられ、アーム168はハンドベース170に上
下に摺動可能な状態で保持され、ハンドベース170に取
付けられたエアシリンダ171のロッド172がアーム168に
連結されている。167,175はそれぞれパット、及びアー
ムを駆動するエア用のソレノイドバルブである。

ソレノイドバルブ175を駆動することにより、アーム1
68を介して、吸着パット164は上下にスライドする。

ハンドベース170は水平面内を前後，左右に移動するX
Yステージ176のパルスモータ駆動ステージ176a,176bに
取付けられている。178はトレー台であり、上面179にト
レー180を一対の位置決めピンによって位置決めされ、
トレー180の上面には複数箇所の凹部が設けられ、ICチ
ップ４が位置決めされ予め搭載されている。

以上の構成において、XYステージ176を駆動して、ト
レー180上に吸着パット164を移動した後、吸着パット16
4を降下してICチップ４の上面を真空吸着し、再びアー
ムを上昇させた後、XYステージ176を駆動して、ICチッ
プ４をチップステージ６に搭載する。

次にソレノ次にXYθステージ36を駆動し、旋回テーブ
ル36cの旋回中心が光軸106と一致する位置に戻す。同時
にバルスモータ110を回動して、テープ１を一定ピッチ
だけ矢印Ｆ方向に搬送し、テープガイド119のボンディ
ングホール121の中心にテープ１の中心を一致させる。

次に光学系・撮像系を動作させて、テープ１のデバイ
スホール1a及びICチップ４の拡大画像を処理装置に取り
込み、計算機処理によりテープとICチップとの位置ずれ
量を求める。これをもとにしてXYθステージ36を駆動
し、基準位置にICチップ４のコーナ4c,4dを合わせる。

以上の動作を繰返し行い上記位置ずれ量を所定の位置
ズレ以内に納める。

位置合わせが終了した後、前述した加圧機構の動作を
行う。すなわち、モータ128を駆動し、第13図に示すよ
うに、前後摺動プレート127を矢印Ｂ方向に移動し、ボ
ンディングツール７をボンディング位置39に位置合わせ
を行う。更に、モータ131を駆動して、カップリング13
3,減速機134,ピン135,リンク136,137,上下摺動プレート
138、を介してヘッドベース150を矢印Ｅ方向に降下させ
る。このとき、ボンディングツール7,ヘッド147を介し
ロードセル151にはツール７がICチップ４から受ける反
力が検出されるので、この電気信号を制御装置に取り込
み、上記反力検出値と、モータ131の位置，電流指令値
などの駆動状態検出値をもとにして、低速度にてツール
７を、インナリード２を介してチップステージ６上のIC
チップ４に接触させ、所定の反力が発生するまで加圧
し、所定時間ボンディングツール７を押し付けた後、再
びモータ131及び、モータ128を駆動して元の位置に戻
る。こうして１つのICチップ４とテープ１上のインナリ
ード２の熱圧着接合を完了する。上記全ての動作を繰返
し行うことによって連続的にインナリードボンディング
を行うことができる。

以上の構成を採ることにより、ボンディングにおける
ツール７とICチップ４との間の加圧力が常時検出，制御
でき、高精度かつ高信頼な全自動ボンディング装置が実
現される。この装置では、加圧力，加圧速度，接触速度
などの加圧動作パラメータを容易に変更可能であり、常
に、対象となるICチップ４とインナリード２の種類に応
じた動作が自動設定できる効果がある。

なお、以上の実施例では、TABインナリードボンディ
ング装置に限定して記述してきたが、本発明は、ツール
により圧着、又は接着を行う技術に適用可能であり、ダ
イボンダ，ペレットボンダ，転写バンプ使用インナリー
ドボンディングにおけるバンプ転写技術、及びICチップ
へのインナリードボンディング，ツール加熱はんだリフ
ロー技術におけるツール加圧動作、および、一般的に面
的加圧による圧着・接合・接着技術にも適用でき、高品
質な接合が達成できる効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、加圧中の実加圧力
を過渡的挙動も含めて、高精度に設定することができ
る。このため、各ボンディング動作における再現性が高
くなり、高品質な加圧機構が実現でき、半導体素子の製
造における信頼性向上，歩留まり向上に効果がある。

また、本発明によれば、加圧力，加圧力立上り速度，
ツールの接触速度などの加圧動作パラメータの設定にフ
レキシビリティをもたせることができる。

さらに、本発明によれば加圧対象にダメージを残さな
い加圧動作を実現でき、半導体素子の製造における信頼
性向上，歩留まり向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による加圧機構の説明図、第２図は、
加圧力検出原理の説明図、第３図は、ツールの駆動制御
の回路ブロック図、第４図は、ツールの動きを模式的に
示す図、第５図は、第４図における各モードの制御演算
方式を示すブロック図、第６図は、歪信号の検出方式の
説明図、第７図は、加圧機構の条件設定の説明図、第８
図は、バンプ高さ偏りへの応用例におけるフローチャー
ト、第９図は、第８図におけるツールとバンプとの挙動
を示す図、第10図は本発明によるTAB装置の全体概観
図、第11図はボンディング部の拡大斜視図、第12図は、
動作部分の斜視図、第13図は、ツールの上下動機構を示
す図、第14図は加圧部の構造を示す斜視図である。１……テープ、２……インナリード、３……ハンプ、４……ICチップ、６……チップステージ、７……ボンディングツール、 124……ツールテーブルベース、 125,126……スライドガイド、 127……前後摺動プレート、 128……モータ、128a……モータ軸、 129……ボールネジ、130……ナット、 131……モータ、132……モータ軸、 133……カップリング、134……減速機、 135……ピン、136,137……リンク、 138……上下摺動プレート、 138a……切欠き部、139,140……スライドガイド、 142……上下摺動プレート前面、 143……ビッチングプレート、 144……ローリングプレート、 146……押え板、147……ヘッド、 148,149……スライドガイド、 150……ヘッドベース、151……ロードセル、 152……ヘッドベース上部、 153……ヘッド上面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】接続部と被接続部とに圧力を掛けて接続す
るツールと、該ツールを前記接続部及び前記被接続部に向けて移動可
能なツール駆動機構と、該ツール駆動機構に支持されたツールベースと、該ツールベースに一体的に形成され前記ツールをその移
動方向に弾性変位可能に支持するツール支持部と、該ツール支持部のたわみ量を検出する検出素子と、前記たわみ量により前記ツール駆動機構を制御する制御
機構とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】前記ツール支持部は、前記ツールベースに
前記ツールの中心軸に線対称に設けられた孔部であって
前記ツールの移動方向と略垂直方向に貫通した孔部を形
成することによって前記ツールベースの中央部に一体的
に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装
置の製造装置。
【請求項３】請求項１記載のツール駆動機構及びツール
駆動機構を制御する制御機構は、サーボモータをデジタ
ル制御する制御機構であることを特徴とする半導体装置
の製造装置。
【請求項４】ツールが接続部を介して被接続部に加える
圧力と、ツールが接続部に接近、接触する時の速度とを
それぞれ独立に設定可能にする設定値変更手段と、該設定値に応じてツール駆動機構を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】請求項１又は４記載の半導体装置の製造装
置において、接続する位置とは別に設けた校正用ステージと、該ステージ上にツールを移動するツール移動手段と、前記ステージにおいて前記ツールを被接続部に向けて移
動させるツール駆動手段と、前記ツールに対向した加圧力検出素子と、該検出素子の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の内容と予め設定してある加圧力設定値とを
比較判定する手段とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】請求項５記載の半導体装置の製造装置にお
いて、所定回数の接続動作の後、又は所定時間経過後、校正用
ステージにて加圧動作をし、判定手段の比較結果に応じ
て予め設定してある加圧力設定値を修正することを特徴
とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】請求項５又は６記載の半導体装置の製造装
置において、所定の加圧力に押し付けるまでの各段階に応じて、駆動
制御手段を複数設け、各々を切り換える切り換え手段を
有することを特徴とする半導体装置の製造装置。