JP2765201B2 - 熱圧着用ボンディングヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップの電極を基板にボンディング
する熱圧着用ボンディングヘッドに関するものである。

（従来の技術） ポリイミドなどの合成樹脂により作られたフィルムキ
ャリアテープに半導体をボンディングし、次いでこのフ
ィルムキャリアテープを打ち抜くことにより、半導体チ
ップを形成することが所謂TAB法として知られている。

このようにして作られた半導体チップを基板にボンデ
ィングすることは、一般にアウターリードボンディング
と呼ばれる。このアウターリードボンディングは、半導
体から外方に延出するリード（電極）を基板の電極部に
着地させ、このリードに熱圧着子を押し付けて、熱圧着
することにより行われる。

（発明が解決しようとする課題） 上記のようにアウターリードボンディングが行われる
基板の上面は、必ずしも完全な水平面ではなく、撓み等
のために、傾斜面となっている場合がある。このように
基板が傾斜している場合、熱圧着子をリードに押し付け
ると押圧むらが生じ、半導体から多方向に多数本延出す
るすべてのリードを基板に均一に熱圧着しにくい問題が
あった。

このような問題は、半導体チップであるフリップチッ
プにも生じる。すなわちフリップチップは、半導体の下
面に電極としてのバンプを多数個突設したものであり、
バンプを基板に熱圧着してボンディングするものである
が、この場合も、バンプがボンディングされる基板の上
面が傾斜していると、すべてのバンプを基板に押圧むら
なく均一に押し付けて熱圧着させることはできない。

そこで本発明は、基板の上面が傾斜している場合に
も、半導体チップの電極を押圧むらなく基板に押し付け
て熱圧着できる熱圧着用ボンディングヘッドを提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、半導体チップを吸着するノズルと、このノ
ズルの周囲に基板上の上面の傾斜に追随して回動できる
ように回動自在に設けられて、この半導体チップの電極
を基板に熱圧着する熱圧着子と、このノズルと熱圧着子
の間にこの熱圧着子とは独立して回動自在に設けられ
て、この熱圧着子の上面に接離することにより、加熱手
段の熱をこの熱圧着子に伝熱する伝熱子とから熱圧着用
ボンディッグヘッドを構成している。

（作用） 上記構成において、半導体チップを吸着したノズルは
下降して、半導体チップの電極を基板に着地させる。次
いで熱圧着子により電極を基板に押し付け、更に伝熱子
が熱圧着子に押し付けられて、電極は基板に熱圧着され
る。その際、基板の上面が傾斜している場合は、熱圧着
子はその下面が基板の上面に沿うように回動し、また伝
熱子も熱圧着子に沿うように回動して、電極を均等な力
で基板に押し付けて熱圧着する。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。

第１図は熱圧着用ボンディングヘッドの斜視図、第２
図（ａ）は断面図である。１はノズルシャフトであり、
その下端部には半導体チップＰを吸着するノズル２が挿
着されている。この半導体チップＰは、フィルムキャリ
アテープを打抜いて形成されたものであり、半導体Ｃか
ら電極としてのリードＬが多方向に多数本突出してい
る。

３はノズルシャフト１の下部に設けられたヒートブロ
ック、４はヒートブロック３を覆うように設けられた本
体ブロックである。この本体ブロック４には、以下に述
べるように、熱圧着手段が組み付けられている。

ヒートブロック３にはロッド５が立設されている。こ
のロッド５は、本体ブロック４の孔部19に、上下動自在
且つ矢印Ｎ方向に若干首振りできるように回動自在に遊
嵌されている。６はロッド５の上端部に形成された膨大
部、７はロッド５に装着された弾発用コイルばねであ
る。

８はヒートブロック３の下方に配設された熱圧着子で
ある。この熱圧着子８はプレート状であって、その内方
には、熱圧着部8aが上記ノズル２を取り囲むように突設
されている。９はヒートブロック３の下面に設けられた
伝熱子であって、熱圧着部8aに対して相対的に昇降し、
この熱圧着部8aに接離することにより、ヒートブロック
３の熱を熱圧着部8aに伝熱する。10は熱圧着子８を保持
するブラケットである。

熱圧着子８は、ベヤリング11を介して、矢印Ｎ方向に
首振りできるように回動自在にブラケット10に保持され
ている。12は熱圧着子８を弾圧するばね材である。この
ようにボンディングヘッドの熱圧着子８と伝熱子９は、
互いに独立して回動自在となっており、後述するよう
に、各々が独立して基板の上面の傾斜に追随して回動す
るようになっている。第２図（ａ）において、51,52は
ヒートブロック３の内面に突設された係合子と、ノズル
２の上部に設けられた係合体であって、互いに係合する
係合手段を構成しており、その詳細は後述する。

13はブラケット10に立設されたロッドである。このロ
ッド13は、上記本体ブロック４に上下動自在に挿入され
ており、その上端膨大部14は、本体ブロック４の上面に
嵌合している。15はベヤリング部、16はロッド13に装着
された弾発用コイルばねである。ヒートブロック３とベ
ヤリング部15の間には空間Ｔがあり、ヒートブロック３
によりベヤリング部15が過度に加熱されて、ベヤリング
部15が焼き付き、滑りが悪くなるのを防止している。本
体ブロック４にはシャフト17が突設されている。このシ
ャフト17は、シリンダ20のロッド21に結合されており、
ロッド21が突没することにより、本体ブロック４や、こ
の本体ブロック４に装着された熱圧着子８、伝熱子９は
昇降する。第２図（ａ）において、18は基板である。

次に、第２図（ａ）を参照しながら、ノズルシャフト
11の昇降駆動手段を説明する。

30はガイドブロックであって、ノズルシャフト１はこ
のガイドブロック30を貫通している。31はベヤリング部
である。ノズルシャフト１はガイドブロック30の上方ま
で延出しており、その途中には球子32が装着されてい
る。33はこの球子32から側方に延出する水平ロッドであ
り、その先端部には垂直ロッド34が結合されている。35
は垂直ロッド34のガイドブロック、36はベヤリング部で
ある。垂直ロッド34の上部にはコイルばね37が装着され
ており、そのばね力F1により、垂直ロッド34は上方に弾
発されている。43はこの垂直ロッド34を押圧する押圧子
である。この押圧子34は、送りねじ41に沿って昇降する
ナット42に支持されている。40は送りねじ41の駆動用モ
ータである。

44は、上記球子32を押圧する押圧管であり、ノズルシ
ャフト１に昇降自在に遊嵌されている。この押圧管44
は、シャフト45を介して、コイルばね46により下方に付
勢されている。上記コイルばね37のばね力F1は、このコ
イルばね46のばね力F2よりも大きく、したがってノズル
シャフト１が押圧子43により押圧されない状態では、ノ
ズルシャフト１はコイルばね37のばね力F1により、上昇
位置にある。またモータ40が駆動してナット42が下降す
ると、垂直ロッド34は押圧子43に押圧され、ノズルシャ
フト１は下降する。第２図（ｂ）は、モータ40の駆動に
よるノズル２の下降限度位置を示している。すなわち、
モータ40の駆動によっては、ノズル２は、半導体チップ
ＰのリードＬが基板18に着地するまで下降せず、リード
Ｌが基板18に着地する前に、ノズル２の下降は停止す
る。次いでシリンダ20のロッド21が突出することによ
り、本体ブロック４は下降するが、その途中で、ヒート
ブロック３の係合子51は、ノズル２の係合体52に係合
し、係合子51が係合体52を押え付けることにより、ノズ
ル２はヒートブロック３と一体的に下降し、リードＬを
基板18に着地させる（第２図（ｂ），（ｃ）参照）。

このように、モータ40によってノズル２をリードＬの
着地位置まで下降させずに、途中で下降を停止させ、次
いでヒートブロック３と一体的に下降させれば、基板18
の厚さのばらつきや、ノズル２の昇降の繰り返しによっ
て生じがちな機械的がたに関係なく、リードＬが基板18
に着地するまで、ノズル２を的確に下降させることがで
きる。しかも、ヒートブロック３や熱圧着子８は、ばね
7,12,16により弾発されているので、これらのばね力に
より、リードＬをソフトに押え付けて基板18に圧着する
ことができる。なお係合手段の形状構造や形成位置は本
実施例に限定されないのであって、要はヒートブロック
３などの熱圧着手段が下降する際に、これと一体的にノ
ズル２を下降させることができるものであればよい。

このボンディングヘッドは上記のような構成により成
り、次に第２図を参照しながら動作の説明を行う。

常時は、熱圧着部8aは、ヒートブロック３により過度
に加熱されないように、伝熱子９から若干離れて、180
℃程度に加熱されている。

さて、半導体チップＰをノズル２に吸着したボンディ
ングヘッドは、基板18の上方に到来し（第２図
（ａ））、モータ40が駆動してノズル２は下降する。上
述したように、ノズル２の下降は途中で停止する（第２
図（ｂ）参照）。次いでシリンダ20が作動して本体ブロ
ック４は下降する。その途中において、係合子51は係合
体52を押え付け、ノズル２は本体ブロック４と一体的に
下降して、リードＬは基板18に着地し、リードＬは熱圧
着部8aにより基板18に押し付けられる。

ここで鎖線に示すように、基板18が傾斜しているとき
は、熱圧着部8aの下面が基板18の上面に沿うように、熱
圧着子８はベヤリング11を中心に矢印Ｎ方向に回動し、
半導体Ｃから４方向や２方向に延出するリードＬに均一
に押し付けられる。この場合、熱圧着子８はばね材12の
ばね力により、リードＬにソフトに弾接する。また熱圧
着部8aがリードＬに押し当った直後に、伝熱子９は熱圧
着部8aに着地し、熱圧着部8aを高温（200℃以上）に加
熱して、リードＬを基板18に熱圧着する（同図
（ｃ））。この場合、ロッド５は本体ブロック４の孔部
19に若干の回動が許容されるように遊嵌されているの
で、伝熱子９も熱圧着部8aの上面に沿うようにわずかに
矢印Ｎ方向に回動し、熱圧着子９の下面は熱圧着部8aの
上面に均一に面押当して、ヒートブロック３の熱を熱圧
着部8aに均一に伝熱する。したがってリードＬは押圧む
らなく基板18に押し付けられて、均一に熱圧着される。
このようにして熱圧着が終了したならば、シリンダ20の
ロッド21は上昇するとともに、モータ40は逆回転し、ボ
ンディングヘッドは上昇して、原位置に復帰する。なお
伝熱子９が熱圧着部8aの上面に面押当せずに、この上面
に対して傾斜したまま点押当、若しくは線押当すると、
リードＬには圧痕を生じやすい。

なお上記実施例では、フィルムキャリアテープを打抜
いて形成された半導体チップを例にとって説明したが、
半導体チップとしては電極としてバンプを有するフリッ
プチップでもよく、この場合も、熱圧着子と伝熱子は基
板の上面の傾斜を追随して回動し、すべてのバンプを均
等な力で押圧むらなく基板に押し付けて熱圧着する。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、基板の上面の傾
斜に沿うように熱圧着子や伝熱子を回動させて、半導体
チップのすべての電極を押圧むらなく均一に基板に押し
付けて熱圧着することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものであって、第１図はボン
ディングヘッドの斜視図、第２図（ａ），（ｂ），
（ｃ）はボンディング中の正面図である。 ２……ノズル ３……加熱手段 ８……熱圧着子 ９……伝熱子 18……基板 Ｐ……半導体チップ Ｌ……リード

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップを吸着するノズルと、このノ
   ズルの周囲に基板の上面の傾斜に追随して回動できるよ
   うに回動自在に設けられて、この半導体チップの電極を
   基板に熱圧着する熱圧着子と、このノズルと熱圧着子の
   間にこの熱圧着子とは独立して回動自在に設けられて、
   この熱圧着子の上面に接離することにより、加熱手段の
   熱をこの熱圧着子に伝熱する伝熱子とから成ることを特
   徴とする熱圧着用ボンディングヘッド。