JP3154407B2 - Gang bonding equipment - Google Patents

Gang bonding equipment

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JP3154407B2 JP32196398A JP32196398A JP3154407B2 JP 3154407 B2 JP3154407 B2 JP 3154407B2 JP 32196398 A JP32196398 A JP 32196398A JP 32196398 A JP32196398 A JP 32196398A JP 3154407 B2 JP3154407 B2 JP 3154407B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、主として、チップ
の端子にリード用テープをボンディングする際に使用さ
れるギャングボンディング装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gang bonding apparatus mainly used for bonding a lead tape to a chip terminal.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のギャングボンディング装置として
は、例えば、特開平５−１３６２０５号公報に所載の装
置のような構造が知られている。これを、図２を参照し
て、説明すると、先ず、ヒータを内蔵したステージ３上
に、真空吸着などにより、チップ２を固定して、前記ヒ
ータで所定の温度に加熱する。そして、その上にテープ
１を配置し、ツール４で、チップの電極にテープ端を接
合する。2. Description of the Related Art As a conventional gang bonding apparatus, for example, a structure like the apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-136205 is known. This will be described with reference to FIG. 2. First, the chip 2 is fixed on a stage 3 having a built-in heater by vacuum suction or the like, and is heated to a predetermined temperature by the heater. Then, the tape 1 is disposed thereon, and the tape end is joined to the electrode of the chip by the tool 4.

【０００３】この場合、接合には、超音波振動と荷重負
荷とが用いられる。即ち、超音波振動子９で発生させた
超音波振動を、ホーン５を介して、ツール４に伝達し、
一方でステージ３に、超音波振動子９’による超音波振
動を与え、かつ、ツール４の上部より荷重を加えて、所
謂、超音波併用熱圧着法によって、接合を実現してい
る。この場合、ツール４に荷重が加えられるため、超音
波振動が抑制され、接合部において、十分な振幅が得ら
れないという問題点があった。In this case, ultrasonic vibration and a load are used for joining. That is, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 9 is transmitted to the tool 4 via the horn 5,
On the other hand, the ultrasonic vibration is applied to the stage 3 by the ultrasonic vibrator 9 ′, and a load is applied from above the tool 4, so that the bonding is realized by the so-called thermocompression bonding method using ultrasonic waves. In this case, since a load is applied to the tool 4, ultrasonic vibration is suppressed, and there is a problem that a sufficient amplitude cannot be obtained at the joint.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、超音波振動子を把持するホルダブロックに荷重を加
えて、ツールを拘束しない手段を検討したが、チップで
の電極数が増加し、熱圧着に必要な荷重が増加する場合
には、ホーンが片持ち構造であるため、ホーンの取付部
分から曲がる畏れがある。そして、その結果、ツール４
に曲げ応力が発生し、接合部にスベリ（位置ずれ）が生
じるという問題が発生した。In order to solve this problem, means for applying a load to the holder block for holding the ultrasonic vibrator so as not to restrain the tool has been studied. However, the number of electrodes on the chip has been increased. When the load required for thermocompression bonding increases, the horn may bend from the mounting portion of the horn because the horn has a cantilever structure. And as a result, tool 4
This causes a problem that bending stress is generated in the joint and slip (positional displacement) occurs in the joint.

【０００５】上述のように、多数ピンの半導体チップ
を、ギャングボンディングするためには、大荷重を加え
てもホーンの曲がらず、かつ、超音波振動を十分に接合
部に伝達できる構造が必要である。As described above, gang bonding of a multi-pin semiconductor chip requires a structure that does not bend the horn even when a large load is applied and that can sufficiently transmit ultrasonic vibrations to the joint. is there.

【０００６】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、大荷重に耐え、しか
も、超音波振動を十分にチップの端子接合部に伝達でき
る構造のギャングボンディング装置を提供するにある。The present invention has been made based on the above circumstances, and has as its object to provide a gang bonding apparatus having a structure capable of withstanding a large load and sufficiently transmitting ultrasonic vibration to a terminal joint of a chip. To provide.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
超音波振動子のホーンを介して超音波を受けるツール
を、チップに対向させると共に、荷重機構により、前記
ツールを介して、前記チップに荷重を負荷するように構
成したギャングボンディング装置において、前記荷重機
構は、前記ホーンでの超音波振動の節に荷重点を備えて
おり、また、前記ツールは、前記荷重点の中間に位置さ
れていることを特徴とする。Therefore, in the present invention,
In a gang bonding apparatus configured to cause a tool that receives ultrasonic waves through a horn of an ultrasonic vibrator to face a chip, and to apply a load to the chip via the tool by a load mechanism, The mechanism is provided with a load point at a node of the ultrasonic vibration at the horn, and the tool is located in the middle of the load point.

【０００８】この場合、本発明の実施の形態として、前
記超音波振動子はランジュバン型振動子であり、また、
前記ホーンは円柱状で、これに取り付けられたツールの
位置で所定振幅が得られる構成とすると共に、該ツール
に対して対称位置に超音波振動の節がくるように荷重機
構の荷重点を設定していること、また、前記超音波振動
子は、ホルダブロックを介して、前記荷重機構の荷重ベ
ースに支持され、また、前記ホーンは、前記荷重点で荷
重ステージに接触され、該荷重ステージは、荷重ブロッ
クを介して、前記荷重ベースに対して接続されているこ
とが、好ましい。In this case, as an embodiment of the present invention, the ultrasonic vibrator is a Langevin type vibrator.
The horn has a cylindrical shape, and a predetermined amplitude can be obtained at the position of the tool attached thereto, and the load point of the load mechanism is set so that the node of the ultrasonic vibration comes at a symmetrical position with respect to the tool. The ultrasonic transducer is supported by a load base of the load mechanism via a holder block, and the horn is in contact with the load stage at the load point, and the load stage is It is preferable to be connected to the load base via a load block.

【０００９】このような構成では、超音波振動の節に荷
重点を設けることで、ホーンを荷重機構に確実に保持し
ながら、しかも、荷重点の中間でツールを機能させるの
で、大荷重に耐え、しかも、超音波振動を十分にチップ
の端子接合部に伝達できるのである。In such a configuration, by providing a load point at the node of the ultrasonic vibration, the horn can be securely held by the load mechanism, and the tool can function in the middle of the load point. In addition, the ultrasonic vibration can be sufficiently transmitted to the terminal joint of the chip.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１を参照して具体的に説明する。ここでは、本発明のギ
ャングボンディング装置は、ヒータ（図示せず）を内蔵
したステージ３と、超音波を所定の振幅にして伝達する
ホーン５と、ホーン５に固定したツール４と、ホーン５
を介して超音波振動をツール４に加える超音波振動子９
と、ホーン５と接触している荷重ステージ６と、荷重ベ
ース８と、荷重ステージ８を荷重ベース８に固定する荷
重ブロック７とによって構成されている。なお、荷重ス
テージ６と荷重ブロック７と荷重ベース８は、ネジ止め
によって一体に固定している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIG. Here, the gang bonding apparatus of the present invention includes a stage 3 having a built-in heater (not shown), a horn 5 for transmitting ultrasonic waves with a predetermined amplitude, a tool 4 fixed to the horn 5, and a horn 5
Ultrasonic vibrator 9 for applying ultrasonic vibration to tool 4 via
And a load stage 6 in contact with the horn 5, a load base 8, and a load block 7 for fixing the load stage 8 to the load base 8. The load stage 6, the load block 7, and the load base 8 are integrally fixed by screws.

【００１１】別言すれば、本発明のギャングボンディン
グ装置は、超音波振動子９のホーン５を介して超音波を
受けるツール４を、チップ２に対向させると共に、荷重
機構により、ツール４を介して、チップ２に荷重を負荷
するように構成したもので、前記荷重機構は、ホーン５
での超音波振動の節（図１の下部に模式的に示す）に荷
重点Ｇ、Ｇを備えており、また、ツール４は、荷重点
Ｇ、Ｇの中間に位置されている。In other words, in the gang bonding apparatus of the present invention, the tool 4 receiving the ultrasonic wave via the horn 5 of the ultrasonic vibrator 9 is opposed to the chip 2, and the tool 4 is interposed by the load mechanism via the tool 4. The load mechanism is configured to apply a load to the chip 2, and the load mechanism includes a horn 5
Are provided with load points G, G at the node of the ultrasonic vibration (illustrated schematically in the lower part of FIG. 1), and the tool 4 is located in the middle of the load points G, G.

【００１２】特に、この実施の形態では、超音波振動子
９はランジュバン型振動子であり、ホーン５は円柱状
で、これに取り付けられたツール４の位置で所定振幅が
得られる構成とすると共に、ツール４に対して対称位置
に超音波振動の節１１がくるように、荷重機構の荷重点
Ｇ、Ｇを設定している。また、超音波振動子９は、ホル
ダブロック１０を介して、前記荷重機構の荷重ベース８
に支持され、また、ホーン５は、荷重点Ｇ、Ｇで荷重ス
テージ６に接触され、荷重ステージ６は、荷重ブロック
７を介して、荷重ベース８に対して接続されている。Particularly, in this embodiment, the ultrasonic vibrator 9 is a Langevin type vibrator, and the horn 5 has a columnar shape, and a predetermined amplitude can be obtained at the position of the tool 4 attached thereto. The load points G, G of the load mechanism are set so that the node 11 of the ultrasonic vibration is located symmetrically with respect to the tool 4. Further, the ultrasonic vibrator 9 is connected to the load base 8 of the load mechanism via the holder block 10.
The horn 5 is in contact with a load stage 6 at load points G, G, and the load stage 6 is connected to a load base 8 via a load block 7.

【００１３】また、本発明の実施の形態では、その具体
的構成として、例えば、超音波振動子として、ランジュ
バン型振動子で出力２００Ｗ、超音波周波数３８ＫＨｚ
のものを使用し、ホーン５はステンレス製で直径２０ｍ
ｍの円柱を使用した。ホーン５の形状（直径、ホーン取
付部の形状）はツール４の位置で所定振幅が得られ、か
つ、ツール４に対して、図上、左右対称な位置に超音波
振動の節１１がくるように設定されている。In the embodiment of the present invention, as a specific configuration, for example, as an ultrasonic vibrator, a Langevin type vibrator has an output of 200 W and an ultrasonic frequency of 38 KHz.
The horn 5 is made of stainless steel and has a diameter of 20 m.
m m column was used. The shape of the horn 5 (diameter, shape of the horn mounting portion) is such that a predetermined amplitude is obtained at the position of the tool 4 and the node 11 of the ultrasonic vibration is located at a position symmetrical to the tool 4 in the figure. Is set to

【００１４】そして、組立に際しては、ホーン５の形状
を決定し、超音波の節１１の位置を確認した後、ホーン
５と荷重ステージ６がその位置で接触するように、互い
に接触する突起部を荷重ステージ６に設けた。その結
果、ホーン５と荷重ステージ６は、超音波振動の節１１
で確実に接触する。そして、両者を接触させた状態を保
持しながら、超音波振動子９をホルダブロック１０に固
定する。When assembling, the shape of the horn 5 is determined, the position of the ultrasonic node 11 is confirmed, and the horn 5 and the load stage 6 are brought into contact with each other at the position. It was provided on the load stage 6. As a result, the horn 5 and the load stage 6 are connected to the nodes 11
Make sure contact. Then, the ultrasonic transducer 9 is fixed to the holder block 10 while keeping the both in contact with each other.

【００１５】この場合、ツール４は、チタン合金製、
７．５ｍｍ×１０ｍｍのものを使用する。また、テープ
１の電極位置に対応する部分に微小突起を設けて、テー
プ１端末とチップ２の接合部に超音波振動が効率よく伝
搬する形状とする。In this case, the tool 4 is made of a titanium alloy,
Use the one with 7.5 mm x 10 mm. Further, a minute projection is provided at a portion corresponding to the electrode position of the tape 1 so that the ultrasonic vibration is efficiently propagated to the joint between the terminal of the tape 1 and the chip 2.

【００１６】次に、ここでのギャングボンディング操作
について説明する。まず、チップ２をステージ３上に搭
載し、真空吸着などの手段で固定する。そして、チップ
２は、ステージ３に内蔵されたヒータにより、所定の温
度に加熱される。チップ２上にテープ１を搬送し、互い
の位置決めマークが一致するように、テープ１の位置を
決め、この状態で、荷重ベース８を降下させる。なお、
ツール４がテープ１とチップ２に衝突して、ダメージを
与えないように、接触させる寸前で、降下速度を減速さ
せ、テープ１とチップ２を接触させる。さらに、荷重ベ
ース８を下げ、所定荷重がテープ１とチップ２に加わっ
たところで、荷重ベース８の降下を停止し、超音波振動
子９を所定時間の間、発振させる。Next, the gang bonding operation here will be described. First, the chip 2 is mounted on the stage 3 and fixed by means such as vacuum suction. Then, the chip 2 is heated to a predetermined temperature by a heater built in the stage 3. The tape 1 is conveyed onto the chip 2, the position of the tape 1 is determined so that the positioning marks of the tape 1 coincide with each other, and the load base 8 is lowered in this state. In addition,
Just before the tool 4 collides with the tape 1 and the chip 2 and does not cause damage, the descent speed is reduced and the tape 1 and the chip 2 are brought into contact with each other just before the contact. Further, the load base 8 is lowered, and when a predetermined load is applied to the tape 1 and the chip 2, the lowering of the load base 8 is stopped, and the ultrasonic vibrator 9 is oscillated for a predetermined time.

【００１７】なお、チップ２の電極は、一般的にＡｌ、
もしくは、Ａｌ上にＡｕメッキをかけたものである。電
極がＡｌである場合、表面が酸化膜で覆われているた
め、テープ１とチップ２の電極を電気的に接続するため
には、超音波振動で酸化膜を除去し、新生面を形成し
て、接合する必要がある。また、電極にＡｕが施されて
いる場合、酸化膜はないが、表面に水分やゴミ等の不純
物を吸着しているため、超音波振動で、それらの不純物
を除去し、清浄面を形成し、接合する必要がある。The electrodes of the chip 2 are generally made of Al,
Alternatively, Au is plated on Al. When the electrode is Al, the surface is covered with an oxide film. To electrically connect the electrodes of the tape 1 and the chip 2, the oxide film is removed by ultrasonic vibration to form a new surface. Need to be joined. When Au is applied to the electrode, there is no oxide film, but since impurities such as moisture and dust are adsorbed on the surface, these impurities are removed by ultrasonic vibration to form a clean surface. Need to be joined.

【００１８】この実施の形態では、荷重を超音波振動の
節１１でツール４に加えているため、超音波振動を阻害
せず、電極の酸化膜や不純物を除去でき、電気的接続を
実現できる。また、超音波振動の節１１は、ツール４に
対して、左右対称な位置にあるため、片持ち梁のような
形で、ホーンを曲げる力が発生せず、テープ１とチップ
２の接続部が滑らず（位置ズレがなく）、高精度な接合
が実現できる。In this embodiment, since the load is applied to the tool 4 at the node 11 of the ultrasonic vibration, the ultrasonic vibration is not hindered, the oxide film and impurities on the electrodes can be removed, and the electrical connection can be realized. . Further, since the node 11 of the ultrasonic vibration is located symmetrically with respect to the tool 4, no bending force is generated in the shape of a cantilever, and the connecting portion between the tape 1 and the chip 2 is not generated. Does not slip (no displacement), and high-precision joining can be realized.

【００１９】[0019]

【実施例】次に、本発明に係わるギャングボンディング
装置について、そのチップサイズ＝□７．５ｍｍ、電極
数＝２００ピンで、ギャングボンディングした場合にお
ける効果を、従来例と比較して説明する。Next, the effects of a gang bonding apparatus according to the present invention in the case of gang bonding with a chip size = □ 7.5 mm and the number of electrodes = 200 pins will be described in comparison with a conventional example.

【００２０】特開平５−１３６２０５号公報の装置のよ
うに、ツール４の上部に直接、荷重を加える方式と本発
明の実施の形態とを比較すると、出力１４０Ｗ、荷重２
５Ｋｇｆの条件で、ツール４の振幅は、従来例で、０．
１μｍ、本実施例で、２．２μｍであった。超音波振動
の節１１で荷重を加えることにより、超音波振動を阻害
しないことが検証できた。A comparison between a system in which a load is directly applied to the upper portion of the tool 4 as in the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-136205 and an embodiment of the present invention shows that the output is 140 W and the load is 2
Under the condition of 5 Kgf, the amplitude of the tool 4 is set to 0.
1 μm and 2.2 μm in this example. It was verified that applying the load at the node 11 of the ultrasonic vibration did not hinder the ultrasonic vibration.

【００２１】次に、超音波振動子９を把持するホルダブ
ロックに荷重を加える方式と比較した場合について説明
する。出力１４０Ｗ、荷重２５Ｋｇｆの条件において、
ホルダブロックに荷重を加える方式では、テープ１とチ
ップ２の電極部が２０μｍ程度滑り（位置ズレ）を発生
した。一方、本実施例では、位置ズレは２μｍ程度で、
極めて高精度な接合が実現できた。電極は、電極サイズ
＝□８０μｍ、ピッチ＝１００μｍで、電極間ギャップ
量は２０μｍである。そのため、接合位置が２０μｍズ
レると、ショート不良を発生させる。しかし、位置ズレ
が２μｍ以下であれば問題なく、十分な組立精度を確保
できる。Next, a description will be given of a case where a comparison is made with a method in which a load is applied to a holder block which holds the ultrasonic vibrator 9. Under the conditions of an output of 140 W and a load of 25 kgf,
In the method of applying a load to the holder block, the electrode portions of the tape 1 and the chip 2 slipped by about 20 μm (position shift). On the other hand, in the present embodiment, the displacement is about 2 μm,
Extremely accurate joining was achieved. The electrodes had an electrode size of 80 μm, a pitch of 100 μm, and a gap between the electrodes of 20 μm. Therefore, if the joining position is shifted by 20 μm, a short circuit occurs. However, if the displacement is 2 μm or less, there is no problem and sufficient assembly accuracy can be ensured.

【００２２】これまで、十分な接合精度がないなどの理
由で、多ピン製品では、ギャングボンディングが使用で
きず、シングルポイントボンディングで対応してきた
が、ピン数の増加と共にボンディング時間が増大し、コ
ストアップ要因となっている。そこで、本発明のよう
に、ギャングボンディングの採用が可能であると、一括
処理工程であるため、ピン数による時間増加が避けら
れ、コストダウンが可能になるという効果もある。Conventionally, gang bonding cannot be used in single-pin bonding because of insufficient bonding accuracy and the like, and single-point bonding has been used. However, the bonding time increases as the number of pins increases, resulting in cost reduction. It is an up factor. Therefore, if gang bonding can be adopted as in the present invention, since it is a batch processing step, an increase in time due to the number of pins can be avoided, and the cost can be reduced.

【００２３】[0023]

【発明の効果】本発明は、以上詳述したようになり、超
音波振動子のホーンを介して超音波を受けるツールを、
チップに対向させると共に、荷重機構により、前記ツー
ルを介して、前記チップに荷重を負荷するように構成し
たギャングボンディング装置において、前記荷重機構
は、前記ホーンでの超音波振動の節に荷重点を備えてお
り、また、前記ツールは、前記荷重点の中間に位置され
ている。従って、大荷重に耐え、しかも、超音波振動を
十分にチップの端子接合部に伝達できる。According to the present invention, as described in detail above, a tool for receiving ultrasonic waves through a horn of an ultrasonic vibrator,
In a gang bonding apparatus configured to apply a load to the chip via the tool by the load mechanism while being opposed to the chip, the load mechanism sets a load point on a node of ultrasonic vibration in the horn. And the tool is located midway between the load points. Therefore, it is possible to withstand a large load and sufficiently transmit the ultrasonic vibration to the terminal joint of the chip.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図２】従来例の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ テープ ２ チップ ３ ステージ ４ ツール ５ ホーン ６ 荷重ステージ ７ 荷重ブロック ８ 荷重ベース ９、９’ 超音波振動子 １０ ホルダーブロック １１ 超音波振動の節 Reference Signs List 1 tape 2 chip 3 stage 4 tool 5 horn 6 load stage 7 load block 8 load base 9, 9 'ultrasonic vibrator 10 holder block 11 node of ultrasonic vibration

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 超音波振動子のホーンを介して超音波を
受けるツールを、チップに対向させると共に、荷重機構
により、前記ツールを介して、前記チップに荷重を負荷
するように構成したギャングボンディング装置におい
て、前記荷重機構は、前記ホーンでの超音波振動の節に
荷重点を備えており、また、前記ツールは、前記荷重点
の中間に位置されていることを特徴とするギャングボン
ディング装置。1. A gang bonding device in which a tool receiving ultrasonic waves via a horn of an ultrasonic vibrator is opposed to a chip, and a load is applied to the chip via the tool by a load mechanism. In the apparatus, the load mechanism may include a load point at a node of the ultrasonic vibration at the horn, and the tool may be located at an intermediate position between the load points. 【請求項２】 前記超音波振動子はランジュバン型振動
子であり、また、前記ホーンは円柱状で、これに取り付
けられたツールの位置で所定振幅が得られる構成とする
と共に、該ツールに対して対称位置に超音波振動の節が
くるように荷重機構の荷重点を設定していることを特徴
とする請求項１に記載のギャングボンディング装置。2. The ultrasonic vibrator is a Langevin type vibrator, and the horn has a cylindrical shape and a predetermined amplitude can be obtained at a position of a tool attached thereto. The gang bonding apparatus according to claim 1, wherein a load point of the load mechanism is set such that a node of the ultrasonic vibration is located at a symmetrical position. 【請求項３】 前記超音波振動子は、ホルダブロックを
介して、前記荷重機構の荷重ベースに支持され、また、
前記ホーンは、前記荷重点で荷重ステージに接触され、
該荷重ステージは、荷重ブロックを介して、前記荷重ベ
ースに対して接続されていることを特徴とする請求項１
あるいは２に記載のギャングボンディング装置。3. The ultrasonic transducer is supported by a load base of the load mechanism via a holder block,
The horn is brought into contact with a load stage at the load point,
The load stage is connected to the load base via a load block.
Alternatively, the gang bonding apparatus according to 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014030881A1 (en) * 2012-08-20 2014-02-27 아시아쉬핑(주) Device for displaying nighttime rope identification

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