JP2590252B2 - ダイボンデイング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体の組立工程に係わり、特に、ダイボ
ンディング工程用の組立装置（以後ダイボンディング装
置と記載する）におけるダイボンディング機構の改良に
関する。

（従来の技術） 集積回路素子や個別半導体素子などの組立工程は、素
子や回路を半導体基板に造込む前処理工程に比べ早い時
期に自動化が進められ、ボンダーやダイボンディング装
置が開発、実用化されて、生産性の向上に大きく貢献し
てきた。

被処理半導体素子の種類即ち集積回路素子などに対し
て発光素子等用にあっては、多少構造が相違するダイボ
ンディング装置が利用されている。

ところで、生産現場における製造装置は、当然生産性
の向上を目指してインデックス（Index）の改善に努め
るのが当然であるが、第２図によりダイボンディング装
置の概要を説明する。集積回路素子や個別半導体素子の
組立てには、ガラエポなどの基板を利用するのに対して
リードフレームを適用する方式が一般的であり、それに
形成したベッド部に集積回路素子や個別半導体素子（今
後記載する半導体素子は両者を含める）をダイボンディ
ングするが、公知の金属層や半田層を利用する型でなく
接着剤を適用するものである。

第２図にあるように、この型のダイボンディング装置
は以下の機構に分けられる。即ち、ベッド部（図示せ
ず）に形成したリードフレーム（Lead Frame）即ち金属
部材50を収容するマガジン51、金属部材50を配置してダ
イボンディング工程を行うフレームチャックステージ
（Chuck Stage）52がある。また、金属製支持リング53
（以後支持リングと記載する）に貼着した膜には、ダイ
シング（Dicing）工程を終えた半導体ウエーハを張付け
てからこの膜を引伸ばしてブレイキング（Braking）工
程を施すことによってダイボンディング用半導体ペレッ
ト54が設置される。更に、半導体ペレット54を吸引方式
により固定するコレット55、フレームチャックステージ
52及び金属部材50を撮すカメラ部56、更にまたゲージン
グ（Guaging）部57に大別される。上記のように接着剤
を利用するダイボンディング装置は、コレット55のいわ
ゆるスクラブ（Scribe）運動は行わず、金属部材50に形
成したベッド部（図示せず。また以後単に金属部材50と
記載する）に設置した接着剤層に半導体ペレットを単に
乗せる方式が採られている。

このベッド部と支持リング53間の位置補正には、支持
リング53及びフレームチャックステージ52に付設した第
１及び第２のＸ−Ｙテーブル58,59とゲージング部57に
より行う。勿論、この両Ｘ−Ｙテーブル58,59にはカメ
ラ部56により得られた映像と標準的な位置関係から補正
値を算出するマイコンなどからなる演算部（図示せず）
を設置する。

支持リング53に貼着した膜に固定した半導体ペレット
54をコレット55に吸引するに当たっては、その下側に配
置する突上げ棒60により該当半導体ペレット54を押しあ
げてからゲージング部57に搬送後、別のコレットにより
吸引して金属部材50に搬送する方式が採られている。ま
た、接着剤層を金属部材50に設置するには、ペースト回
転台62に収容した接着剤層をスタンピングニードル（St
amping Needle）61に付けてから、金属部材50のベッド
部に塗布する。

ところで、コレット55に吸引した半導体ペレット54の
位置を補正するのは、上記のように膜を伸ばすことによ
りブレイキング工程を半導体ペレットに施しているの
で、完全に整列した状態に配置されておらず、多少蛇行
している。従って、そのままコレット55に吸引するとそ
の位置関係のままマウントされ、後続のボンディング工
程において不都合が起こる。

このためにカメラ部56と演算部による位置補正により
半導体ペレット（半導体基板の使用により素子領域と反
対側の裏面は平坦に形成されている）と金属部材を平行
に配置すると共に、ゲージング部57により、半導体ペレ
ット54の傾き即ちθを機械的に矯正して接着剤層の濡れ
を確実にしている。

（発明が解決しようとする課題） このような方法では、半導体ペレットの寸法が大きく
なったりその数が増加するにつれてＸ−Ｙテーブル径が
大きくなり、装置全体に占める面積は大きなものにな
り、更に、ゲージング部の存在によりコレットが複数個
必要となって、複雑な構造となる。

それに加えて、スタンピングニードルとマウント用コ
レットは、上下方向に移動可能な単一ヘッド部（図示せ
ず）夫々に複数本を形成するので、機構が複雑になる他
に重量増加の原因となり装置のインデックスを阻害して
いる。このように装置が複雑かつ大型化されるにつれ
て、価格の増大、保守保全の面からも改良が望まれてい
るのが実状である。

本発明は、このような事情により成されたもので、特
に、小型化、低価格を実現させることにより装置自体の
インデックスを向上したダイボンディング装置を提供す
ることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 膜体を貼付ける支持リングと、膜体に保持される複数
の半導体ペレットと、単一の半導体ペレットを裏面から
押す突上げピンと、重ねて配置する複数の支持リングに
共通して取付ける回転軸と、この支持リングを移動可能
にする第１のＸ−Ｙテーブルと、支持リングを回転自在
にする機構と、半導体ペレットをマウントする金属部材
と、金属部材に設置する第２のＸ−Ｙテーブルと、支持
リングに取付ける半導体ペレット及び金属部材を撮るカ
メラ部材と、半導体ペレットを吸引するコレットと、コ
レットを取付けるコレット軸と、ここに設置する回転機
構と、回転機構、第１及び第２のＸ−Ｙテーブルに電気
的に接続する演算部を具備し、カメラ部材により得られ
る半導体ペレットと金属部材位置と標準的な位置を演算
部により比較し、それに基づいて第１及び第２のＸ−Ｙ
テーブルの移動量及びコレットの回転量を決めることに
本発明に係わるダイボンディング装置の特徴がある。

（作 用） 本発明に関するダイボンディング装置では、複数の半
導体ペレットを貼付けた膜を取付けた支持リングの複数
個を積重ね、これらに共通に設置した回転軸のスイング
（Swing）によって取出す方式が採られている。

更に、コレット軸はθ方向に回転できるように構成し
ているので、従来装置のようなゲイジング部を省略する
ことにより単一のヘッドに単一のコレットを配置し、こ
こに吸引する半導体素子のX,Y方向をＸ−Ｙテーブルで
搬送し、角度θの回転は、ヘッドに設置した回転機構即
ちパルスモータで搬送時に補正する方式を採用した。こ
れにより小型化及い低価格化に大きく寄与した。

更にまた、スタンピングヘッド及びマウントヘッド部
は各々単軸ヘッドとして軽量化を達成して、インデック
ス向上に大きく寄与させた。従来装置の搭載していた半
導体ペレットの寸法に応じたスタンピングニードルとコ
レットはフィーダのＸテーブルにストック（Stock）し
ておき、任意に交換して使用できる構造とした。

このような構造により単一の半導体ペレットをマウン
トするインデックスは、従来の1.2秒から0.9秒に向上す
ることができた。

（実施例） 第１図a,b,cを参照して本発明に係わる一実施例を説
明する。即ち、第１図ａの概略図に明らかなように、従
来のダイボンディング装置と違う点は、半導体ペレット
１を膜体（図示せず）により保持する支持リング２の複
数個が第１のＸ−Ｙテーブル３に取付けられており、し
かも、支持リング２…は、回転軸４によりスイングがで
きる点である。

第２には、半導体ペレット１をマウントするリードフ
レームからなる金属部材５（正確にはベッド部であるが
以後もこの表現とする）には、柱状の接着剤層６…を配
置し、この金属部材５と半導体ペレット１の位置はカメ
ラ部材７及びこれに電気的に接続した演算部とにより補
正値を求める。夫々に配置したＸ−Ｙテーブルをこの値
により動かして正規の位置に移動する。また、半導体ペ
レット１の傾き即ちθは、半導体ペレット１をコレット
で搬送する時に、ここに設置した回転機構の稼働により
矯正する点であり、ゲイジング部を省略して単一のコレ
ット軸に単一のコレットを搭載して重量軽減及び構造の
簡略化を計ったものである。次に、詳細を以下に説明す
る。即ち、半導体ペレット１…を保持する支持リング２
には、回転軸４が取付けられ、更に両部品を第１のＸ−
Ｙテーブル３に取付けると共に、この第１のＸ−Ｙテー
ブル３またはそれ以外の場所に配置したエヤーシリンダ
（図示せず）を回転軸に接続して支持リング２のスイン
グ運動を可能とする。

支持リング２に張った例えば有機フィルムには半導体
素子が造込まれた半導体基板（図示せず）が貼付けられ
ている。これは、ブレイドダイサー（Brade Dicer）に
より、形成されたダイシングライン（Dicing Line）に
沿って厚さの途中まで切込まれており、貼付けた有機フ
ィルム膜を引伸ばすことにより個々の半導体ペレットに
分離する。従って、個々の半導体ペレットは、多少蛇行
した状態で有機フィルム膜に貼付いている。

一方、半導体ペレット１…をマウントするリードフレ
ーム即ち金属部材５は、積上げた状態８に設置して上下
方向に移動できるようにし、ここからフレームチャック
ステージ９に搬送してダイボンディング工程に備える。
この金属部材５は、いわゆるDIP,SIPまたは両者の混合
型用が半導体ペレットの機種により選択利用されるが、
上記のように半導体ペレット１をマウントする金属部材
５には図のように接着剤層６…を柱状にスタンピングニ
ードル10により設置する。この工程は、回転容器11内に
収納された接着剤層６を移したスタンピングニードル10
により所定の金属部材５に塗布する。

支持リング２に保持される半導体ペレット１は、裏側
に配置する突上げピン12により押しあげてからX,Y方向
及びＺ方向に移動可能なコレット軸13を動かして、ここ
に取付けたコレット14により半導体ペレット１を吸引す
る。第１図ｂの要部拡大図に明らかなように、コレット
軸13には、減圧機構に連結した中空部15を形成し、その
減圧機構の動作により維持される減圧状態によりコレッ
ト14に半導体ペレット１が吸引される。

また、コレット軸13にコレット14を取付けるにも第１
図ｂにあるように、コレット軸13の先端部分に設置した
管16をコレット保持用減圧機構に接続し、得られる減圧
状態により先端部分にコレット14を固定する。

このコレット軸13は、取付けたパルスモータ17等を備
えた第１図ｂに示す回転機構により回転可能とされる。
その一部であるコレット軸13には、先端にコレット14
を、更に、上端（コレットから離れた位置を示すもので
ある）に加圧力変更部18を付設している。また、回転機
構とコレット14間にはスプリング19を設置して、コレッ
ト14にかかる圧力調整を行っている。

回転機構としての単独と番号は付けないが、コレット
軸13を囲んで取付ける第１の軸受機構20にプーリ21を一
体に設置し、更にθ補正用として機能する小型パルスモ
ータ17をプーリ20に接続すると共に、別のプーリ22とプ
ーリ21の間をタイミングベルト23により接続する。更
に、小型パルスモータ17の回転をコレット軸13に伝達す
るために別のプーリ22にはピン24を、ピン24とコレット
軸13間に支柱25を設置して、回転機構を構成している。

上記のように、コレット軸13の上端には加圧力変更部
18が設置されるが、その拡大図を第１図ｃに示した。こ
れは上記スプリング19と協同してコレット14のボンディ
ング圧力の調整を行うもので、スプリング19の下方即ち
コレット14方向に向けられた圧力を後述する電磁力によ
り調整して、所定のダイボンディング圧力を得るもので
ある。

第１図ｃにあるように、コレット軸13の上端に設置し
たブラッケット26に、第２の軸受部27を介して加圧力調
整用レバー28を取付ける。このレバー28は、支点29を経
て垂直方向に延長してコイル30と一体とする。上記電磁
力を発生するためにコイル30を挟んでアーマチュア30と
永久磁石31を配置し、永久磁石31はこのダイボンディン
グ装置を支持する台（図示せず）に取付けた固定ブラッ
ケット33に固定する。

ところで、支持リング２に保持された半導体ペレット
１及び金属部材５の位置は、第１図a,bにあるように、
撮像管などからなるカメラ部材７により撮影された上
で、マイコンなどで構成する演算部34に電気信号として
入力する。この演算部34には、両部品の標準的な位置関
係即ち、X,Y及びθ値が予め入力されており、これとの
比較により金属部材５と半導体ペレット１の位置を補正
し、その補正値に基づいて夫々に付設した第２と第1X−
Ｙテーブル35と３を移動する。また、その後コレット14
により半導体ペレット１を所定の金属部材５に向けて搬
送して接着剤層６と平行に載置して固定する。

しかし、演算部34の稼働によりθ値の補正が必要な場
合には、その補正値が回転機構の小型パルスモータ17に
伝達されて必要な回転量がピン24及び支柱25を経てコレ
ット軸13に伝わって、要求さた角度即ちθ値の補正が完
了する。

このような調整により半導体ペレットは、所定の位置
に配置した接着剤層６に対して平行に配置されることに
なり、接着に必要な濡れが十分確保されるので、接着強
度も確保できる。

このようなダイボンディング装置にあっては、支持リ
ングに設置された同種の半導体素子１を方向を90゜や18
0゜変えて同じ金属部材５にマウントすることが、構造
を変えずにできる。それに加えて、半導体ペレット１個
をマウントするのに要するインデックスを従来の1.2秒
から0.9秒と大幅に向上させ、ひいては半導体ペレット
の生産性を向上することが可能になった。

〔発明の効果〕

このように、本発明に関するダイボンディング装置
は、 （１） 複数の半導体ペレットを保持する支持リングを
重ねて配置すると共に、夫々に共通する回転軸を取付け
て、そのスイング運動により必要なものだけを取出す方
式を採っている。従って、装置の小型化にあずかるとこ
ろが大きい。

（２） コレット軸がθ方向に回転できるので、従来装
置に不可欠であったゲイジング機構を省略して小型化と
低コストで作ることができる。

（３） スタンピングヘッド部とマウントヘッド部は各
々単軸ヘッドとしたので、単純、軽量化を計った。

この軽量化により半導体ペレットのダイボンディング
インデックスが向上し、半導体ペレットの寸法に応じた
スタンピングニードル及びコレットは、フィーダ用Ｘテ
ーブルにストックしておき、必要な寸法に対応して選択
する構造としている。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例を示す概略図、第１図b,c
は、その要部を拡大して示した断面図及び斜視図、第２
図は従来装置の概略図である。 １……半導体ペレット、２……支持リング 3,35……Ｘ−Ｙテーブル ４……回転軸、６……接着剤層 ７……カメラ部材、5,8……金属部材 ９……フレームチャックステージ 10……スタンピングニードル 11……回転容器、12……突上げピン 13……コレット軸、14……コレット 15……中空部、16……管 17……パルスモータ、18……加圧力変更部 19……スプリング、20,27……軸受機構 21,22……プーリ、23……タイミングベルト 24……ピン、25……支柱 26,33……ブラッケット、28……レバー 29……支点、30……コイル 31……アーマチュア、32……永久磁石 34……演算部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】膜を貼付ける支持リングと、膜に保持され
   る複数の半導体ペレットと、単一の半導体ペレットを裏
   面から押す突上げピンと、重ねて配置する複数の支持リ
   ングに共通して取付ける回転軸と、この支持リングを移
   動可能にする第１のＸ−Ｙテーブルと、回転軸を回転自
   在にする機構と、半導体ペレットをマウントする金属部
   材と、金属部材に設置する第２のＸ−Ｙテーブルと、支
   持リングに取付ける半導体ペレット及び金属部材を撮る
   カメラ部材と、半導体ペレットを吸引するコレットと、
   コレットに取付けるコレット軸と、ここに設置する回転
   機構と、回転機構、第１及び第２のＸ−Ｙテーブルに電
   気的に接続する演算部を具備し、カメラ部材により得ら
   れる半導体ペレットと金属部材位置と標準的な位置を演
   算部により比較し、それに基づいて第１及び第２のＸ−
   Ｙテーブルの移動量及びコレット軸の回転量を決めるこ
   とを特徴とするダイボンディング装置。