JP3801055B2 - ペレットボンディング方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ペレットなどのペレットを基板にボンディングするペレットボンディング方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばインナーリードボンディングにおいて、半導体ペレットをキャリアテープにボンディングする手順は、次の（ａ）〜（ｆ）の如くである。
（ａ）第１のカメラを用いて、テープ検出位置にあるキャリアテープ上の位置合わせマークを検出する。
（ｂ）第２のカメラを用いて、ペレット検出位置にある半導体ペレット上の位置合わせマークを検出する。
（ｃ）上記（ａ）、（ｂ）の検出結果に基づいてキャリアテープと半導体ペレットとを相対移動（通常は半導体ペレット側を移動させる）させ、キャリアテープと半導体ペレットとを同一位置上にて位置合わせする。
（ｄ）上記（ｃ）による位置合わせ後、キャリアテープ上のインナーリードと半導体ペレット上の電極との位置合わせ状態確認のため、第３のカメラを用いて、先に述べたキャリアテープ上の位置合わせマークと半導体ペレット上の位置合わせマークを共に再度検出する。
（ｅ）上記（ｄ）の検出結果に基づいてインナーリードと電極との位置合わせ状態を確認し、必要に応じてキャリアテープと半導体ペレットとを再度相対移動させてずれを修正する。
（ｆ）半導体ペレットをキャリアテープに押圧してボンディングし、インナーリードと電極とを接続する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の特に工程（ｄ）、（ｅ）を採用することにより、ボンデイング精度は以前に比べて格段に向上した。
【０００４】
しかしながら、上述の工程（ｄ）、（ｅ）は、１個の半導体ペレットをキャリアテープにボンディングする毎に行なっていたため、以前に比べてボンディング速度が落ち、生産性が低下するという欠点を有していた
また、工程（ｄ）においては、工程（ｃ）で同一位置上に一度位置合わせされたキャリアテープと半導体ペレットに対し、両者にそれぞれ設けられた位置合わせマークをいずれも第３のカメラで再度取り込んで位置検出するという動作を行なっていたため、この理由からも１回あたりのボンデイング時間が増大することになり、好ましくなかった。
【０００５】
本発明は、高精度で信頼性の高いボンディング品質を保持しつつ、生産性の低下を極力防止することのできるペレットボンディング方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、基板とペレットの位置をそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記基板とペレットを相対移動させて位置合わせ後、両者の位置合わせ状態を確認し、その確認結果に応じてボンディング動作を制御するペレットボンディング方法において、前記両者の位置合わせ状態の確認動作は、前記基板の位置を検出した画像と、前記ペレットの位置を新たに検出した画像に基づいて両者の位置合わせ状態を確認するとともに前記確認動作を予め設定された頻度に応じて行なうことを特徴とする。
【０００７】
また本発明の第２は、基板とペレットの位置をそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて両者を位置合わせする手段と、位置合わせ後の両者の位置合わせ状態を確認し、その確認結果に応じてボンディング動作を制御する制御手段とを有するペレットボンディング装置において、前記制御手段は、前記位置合わせ後の両者の位置合わせ状態の確認を前記基板の位置を確認した画像と前記ペレットの位置を新たに検出した画像に基づいて両者の位置合わせ状態を確認するとともに、その確認結果に応じたボンディング動作の制御を予め設定された頻度に応じて行なうようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が適用されたインナーリードボンディング装置を示す側面図、図２は図１の平面図、図３は図１に示したインナーリードボンディング装置の制御ブロック図、図４はキャリアテープの検出状態を示す模式図、図５は半導体ペレットの検出状態を示す模式図、図６はキャリアテープと半導体ペレットの位置ずれ状態を示す模式図である。
【０００９】
図１乃至図３において、インナーリードボンディング装置１０は、テープ送り装置１１と、半導体ペレット供給装置１２と、ボンディングヘッド１３と、制御装置１４とを有して構成される。
【００１０】
テープ送り装置１１は、キャリアテープ１が巻かれた供給リール２１と、この供給リール２１から巻出されるキャリアテープ１を巻取る収納リール２２とを有し、両リール２１、２２の間にボンディング位置を設定している。
【００１１】
ボンディング位置の両側には、テープ供給側のスプロケット歯車２４とテープ収納側のスプロケット歯車２５とが配設されており、パルスモータ等からなるテープ送りモータ２６にてスプロケット歯車２５が回転駆動されるようになっている。テープ送りモータ２６は、テープ送りモータドライバ回路２６Ａ（図３参照）を介して制御装置１４により制御される。
【００１２】
両スプロケット歯車２４、２５は、キャリアテープ１に設けられたスプロケット孔と係合し、制御装置１４が制御する長さだけスプロケット歯車２５の回転動によりキャリアテープ１をピッチ移動させる。
【００１３】
半導体ペレット供給装置１２は、フレーム１０Ａ上にてＸＹ移動を行なうＸＹテーブル３１、回転移動を行なうθテーブル３２、そして昇降移動を行なうＺテーブル３３上に半導体ペレット載置台３４を設けて構成され、半導体ペレット載置台３４上にて半導体ペレット３を支持する。各テーブル３１、３２、３３は、図３に示す、ＸＹテーブルドライバ回路３１Ａ、θテーブルドライバ回路３２Ａ、Ｚテーブルドライバ回路３３Ａを介してそれぞれ制御装置１４により制御される。
【００１４】
なお、半導体ペレット３は、ウェハ３５を等間隔に分割して形成され、ウェハ３５は半導体ペレット用ＸＹテーブル３６上に保持される。半導体ペレット３は、移送レバー３７に吸着されて半導体ペレット載置台３４に移載される。
【００１５】
ボンディングヘッド１３は、フレーム１０Ａ上にてＸＹ移動を行なうＸＹテーブル４１上に搭載され、昇降移動を行なうＺ移動部４２、回転移動を行なうθ移動部４３に、ボンディングツール４４を有している。ＸＹテーブル４１、各移動部４２、４３は、図３に示す、ＸＹテーブルドライバ装置４１Ａ、Ｚ移動部ドライバ回路４２Ａ、θ移動部ドライバ回路４３Ａを介して、それぞれ制御装置１４により制御される。なお、ボンディングツール４４は、不図示のヒータを内蔵する。
【００１６】
インナーリードボンディング装置１０は、さらに半導体ペレット検出用カメラ５１、テープ検出用カメラ５２を有している。
【００１７】
半導体ペレット検出用カメラ５１は、半導体ペレット検出位置にある半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの画像を取り込むもので、取り込んだ画像は認識装置５３において処理されて、マーク３Ｐの位置が検出される（図３、図５参照）。位置合わせマーク３Ｐは、半導体ペレット３のほぼ対角線上の適当な２点にそれぞれ付されている。
【００１８】
テープ検出用カメラ５２は、テープ検出位置にあるキャリアテープ１上の位置合わせマーク１Ｍの画像を取り込むもので、取り込んだ画像は認識装置５３において処理されて、マーク１Ｍの位置が検出される（図３、図４参照）。位置合わせマーク１Ｍは、キャリアテープ１に設けられる各インナーリード２のパターンまわりのほぼ対角線上の適当な２点にそれぞれ付されている。
【００１９】
ここで、テープ検出用カメラ５２はさらに、後述するようにして両位置合わせマーク１Ｍ、３Ｐの検出結果に基づいて同一位置上に位置合わせせしめられたキャリアテープ１と半導体ペレット３のうち、半導体ペレット３の位置合わせマーク３Ｐの画像を再度取り込む。そして、この取り込んだマーク３Ｐの画像に基づき、マーク３Ｐの位置が認識装置５３において再度検出されるとともに、この検出結果と、既にテープ検出用カメラ５２を用いて得られているテープ検出位置におけるキャリアテープ１上のマーク１Ｍの検出位置とから、キャリアテープ１と半導体ペレット３について、互いにボンディングされるべきキャリアテープ１におけるインナーリード２と半導体ペレット３における電極４との相対位置関係、つまり位置合わせ状態が確認される。そして制御装置１４は、確認されたこの位置合わせ状態に応じて、例えば両者間のずれ状態が許容値を越えているとき、ＸＹテーブル３１を移動制御してそのずれ状態を解消する。またθ方向におけるずれについては、制御装置１４がθテーブル３２を駆動することにて補正するとともに、ボンディングツール４４を保持するθ移動部４３をそのずれ分回転動させて補正する。
【００２０】
図６は、同一位置上に位置合わせされたキャリアテープ１と半導体ペレット３の位置合わせ状態を示すもので、△Ｘはリードパターンの横辺上に位置するインナーリード２と半導体ペレット３の電極４とのＸ方向位置ずれ量であり、△Ｙはリードパターンの縦辺上に位置するインナーリード２と半導体ペレット３の電極４とのＹ方向位置ずれ量を示す。
【００２１】
なお図３に示すように、インナーリードボンディング装置１０はカウンタ５４を有する。このカウンタ５４は、ボンディング回数、換言すればキャリアテープ１にボンディングされた半導体ペレット３の数をカウントする。そして、制御装置１４においては、制御装置１４における記憶装置５５に予め設定された値にカウンタ５４のカウンタ値が達するごとに、上述したテープ検出用カメラ５２を用いての半導体ペレット３上のマーク３Ｐの検出、並びにその検出結果を用いての互いにボンディングされるべきインナーリード２と電極４との位置合わせ状態の確認、そして必要に応じての補正動作が行われるように制御する。
【００２２】
次に上記構成のインナーリードボンディング装置１０の動作シーケンスについて、制御装置１４の機能に沿って説明する。
【００２３】
制御装置１４は、次の（１）〜（１２）の如くにより、インナーリードボンディング装置１０を動作制御する。
（１）テープ検出用カメラ５２により、テープ検出位置（この場合、ボンディング位置）にあるキャリアテープ１の位置合わせマーク１Ｍの画像を取り込む。
（２）半導体ペレット検出用カメラ５１により、半導体ペレット検出位置（この場合、移送レバー３７によって半導体ペレット３の移載を受ける位置に位置付けられた半導体ペレット載置台３４上）にある半導体ペレット３の位置合わせマーク３Ｐの画像を取り込む。
（３）認識装置５３は、両カメラ５１、５２の画像信号に基づき、キャリアテープ１上の位置合わせマーク１Ｍの位置と、半導体ペレット上３の位置合わせマーク３Ｐの位置を検出する。
（４）制御装置１４は、認識装置５３により検出された両マーク１Ｍと３Ｐのそれぞれの位置座標を用いて、両マーク１Ｍ、３Ｐを予め定めてある相対位置関係に設定するのに必要な半導体ペレット供給装置１２の制御量（ＸＹテーブル３１、θテーブル３２の移動量）を演算する。
（５）制御装置１４は、この演算結果に基づき、ＸＹテーブル３１、θテーブル３２を駆動させ、キャリアテープ１と半導体ペレット３とを同一位置上に位置合わせする。
（６）テープ検出用カメラ５２を用いて、上記（５）により同一位置上に位置合わせされたキャリアテープ１と半導体ペレット３のうち、半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの画像を取り込む。この場合、半導体ペレット３はキャリアテープ１に対してテープ検出用カメラ５２とは反対側、つまりキャリアテープ１に対してテープ検出用カメラ５２は上方位置、半導体ペレット３は下方位置にそれぞれ位置することとなるが、半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの画像は、キャリアテープ１に形成されたデバイスホール1Ａを通して取り込まれることとなる。
（７）認識装置５３は、（６）で得られた画像信号から半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの位置を検出する。
（８）制御装置１４は、（７）で検出された位置合わせマーク３Ｐの位置座標と、（３）にて既に得られているキャリアテープ１上の位置合わせマーク１Ｍの位置座標を用いて、互いにボンディングされるべきインナーリード２と電極４との位置合わせ状態を確認し、予め定めてある相対位置関係に両マーク１Ｍ、３Ｐを設定するに必要な半導体ペレット供給装置１２の制御量（ＸＹテーブル３１、θテーブル３２の移動量）を再度演算にて求める。尚、この制御量は補正量として、制御装置１４が備える記憶装置５５（図３参照）に記憶される。
（９）制御装置１４は、記憶装置５５に記憶された補正量分、再度ペレット供給装置１２を移動させる。
（１０）制御装置１４は、必要に応じてボンディングヘッド１３のＸＹテーブル４１、Ｚ移動部４２、θテーブル４３を駆動し、ボンディングツール４４を半導体ペレット３の直上に位置せしめた状態でボンディングツール４４を降下させ、ボンディングツール４４の熱と押圧力によりキャリアテープ１のインナーリード２と半導体ペレット３の電極４とのボンディングを行なう。その後、ボンディングツール４４は上昇し、半導体ペレット供給部１２は、元位置（半導体ペレットの被移載位置）に戻る。
（１１）テープ収納側のスプロケット歯車２５が回転し、キャリアテープ１が１ピッチ送られるとともに、移送レバー３７により、次の半導体ペレット３が、元位置に戻った半導体ペレット供給部１２の半導体ペレット載置台３４に移載される。
（１２）１回のボンディングが終了すると、カウンタは１カウントアップする。
【００２４】
以上で１回目のボンディング動作は終了する。
【００２５】
次に２回目以降の動作について説明する。
【００２６】
２回目においても、上記（１）〜（４）の動作は同様に行なわれ、続いて以下の動作が実行される。
（１３）制御装置１４は、（４）の動作で得た制御量に、現在記憶装置５５に記憶されている補正量（ここでは（８）の動作で記憶されたもの）を加味してＸＹテーブル３１、θテーブル３２を駆動させ、キャリアテープ１と半導体ペレット３とを同一位置上に位置合わせする。
（１４）ここで制御装置１４は、カウンタ５４の現在のカウント値（この場合「１」）と予め設定された値との比較を行なう。なお、設定値は記憶装置５５に予め設定される。そして、この比較の結果、カウント値が設定値未満のときには、上述の（６）〜（９）の動作、つまりリード位置認識装置５２を用いての半導体ペレット３上のマーク３Ｐの検出、その検出結果を用いての互いにボンディングされるべきインナーリード２と電極４との位置合わせ状態の確認、そして補正動作等は行なわずに、（１０）と（１１）の動作へと続く。そしてその後、カウンタは１カウントアップする。
【００２７】
一方、カウント値の比較において、設定値に達していることが制御装置１４において判明すると、以降は上述の（６）〜（１１）と同様な動作が行なわれる。なお、（８）の動作においては、今回新たに算出された、「予め定めてある相対位置関係に両マーク１Ｍ、３Ｐを設定するに必要な半導体ペレット供給装置１２の制御量」に、今まで記憶装置５５に記憶されていた補正量が加味（ずれ方向を考慮して加算）され、新たな補正量として記憶装置５５に記憶される。その後、カウンタ値はリセットされる。
【００２８】
以下同様に実行されるが、ここで記憶装置５５に設定された設定値に関して説明を加えると、次のとおりである。
【００２９】
上記（６）〜（９）の動作は、
ａ．（４）の動作における「必要な半導体ペレット供給装置１２の制御量」と（５）の動作による実際の移動量との差から生じる誤差の発生
ｂ．キャリアテープ１の熱変形への対処
等のために行なわれるが、この誤差や変形は、主にボンデイングツール４４から発生する熱による装置構成部材の膨張やキャリアテープ１の変形等によって生じる。
【００３０】
しかしこの膨張等は急激に起こるものではなく、しかも時間とともに単位時間あたりの膨張量は減少するので、上記（６）〜（９）に記載した工程は、毎回のボンディングごとに行なう必要もなく、必要とされるボンディング精度等の条件に応じて所定の頻度で行なえば充分である。
【００３１】
例えば、インナーリード２と半導体ペレット３の電極４とのボンディング精度が比較的緩めの場合（例えば電極面積がリード幅に対して充分に大きい場合や、インナーリード数が比較的少ない場合）にはその頻度を頻繁にする必要はなく、逆に高いボンディング精度が要求される場合には頻繁に行なう必要がある。従って、このような状況にも対応できるよう、制御装置１４に入力装置５６（図３参照）を接続し、記憶装置５５に設定される、カウンタ５４のカウント値と比較することとなる設定値、つまり頻度を、適宜変えられる構成とすることが好ましい。
【００３２】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、次の効果を有する。
【００３３】
▲１▼上述の（６）〜（９）の動作、つまりリード位置認識装置５２を用いての半導体ペレット３上のマーク３Ｐの検出、その検出結果を用いての互いにボンディングされるべきインナーリード２と電極４との位置合わせ状態の確認、そして補正動作等をボンディング毎に毎回行なうのではなく、記憶装置５５に設定された頻度毎に行なうので、（６）〜（９）の動作に伴う補正回数を減少することができ、従って高精度で信頼性の高いボンディング品質を保持しつつ、生産性を高めることが可能となる。
【００３４】
▲２▼記憶装置５５に設定される設定値を入力装置５６によって自由に設定変更することができるので、各種状況に応じた最適な回数を設定することができる。
【００３５】
▲３▼（５）の動作によって同一位置上に位置合わせされたキャリアテープ１と半導体ペレット３との位置合わせ状態を確認するにあたっては、（６）の動作において半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの画像を新たに取り込んで画像処理を行なうものの、キャリアテープ１上の位置合わせマーク１Ｍに関しては新たに画像を取り込むことなく、既に（１）の動作で取り込んである画像から得たマーク１Ｍの位置情報を用いるので、この点からも従来のように両画像を新たに取り込んで画像処理するのに比して、生産性の低下を極力防止することができる。
【００３６】
▲４▼（６）〜（９）の動作で基準となっているのは、（６）の動作においてテープ検出用カメラ５２を用いて取り込んだ半導体ペレット３上の位置合わせマーク３Ｐの画像と、（１）の動作においてテープ検出用カメラ５２を用いて取り込んだキャリアテープ１上の位置合わせマーク１Ｍの画像であり、共にテープ検出用カメラ５２を用いた画像に基づき互いにボンディングされるべきインナーリード２と電極４との位置合せ状態の確認をしているので、それぞれ別々のカメラで検出した場合には生じる、両カメラ間の設定誤差に起因する検出誤差の発生がない。従って、検出精度をきわめて向上させることができ、よってボンディングされる両者の位置合わせを高精度にて行なうことができる。
【００３７】
なお、上述の実施の形態では、（６）〜（９）の動作を行なうか否かを、ボンディング回数を基にして決定した例を示した。しかしながら、ボンディング時間を基準にするものであっても良い。
【００３８】
また前述したように、主にボンディングツール４４から発生する熱に起因する誤差などは、時間とともに減少するといった状況下の場合には、装置の稼働時間やボンディング回数が増えるにつれて、（６）〜（９）の動作を行なう頻度を少なくしても実用的には問題が発生しないこともある。このような場合、ボンディング回数を例に取ると、装置の稼動開始当初のボンディング回数が少ないうちは、（６）〜（９）の動作を例えば２回のボンディング終了毎に行なって高精度に比重をおいたボンディング動作を行ない、ボンディング回数が例えば７回に達すると、以後は２０回のボンディング終了毎に（６）〜（９）の動作を行なうようにすることでサイクルタイムに比重をおいたボンディングを行なうという要領である。
【００３９】
また実施の形態においては、キャリアテープ１上の位置合せマーク１Ｍをボンディング位置に位置付けたテープ検出用カメラ５２を用いて検出したが、上述の▲１▼と▲２▼の効果を得るためであれば、このテープ検出用カメラ５２をキャリアテープ１上の他の位置、例えばボンディング位置の一つ手前の位置に配置し、そしてボンディング位置に対向して別のカメラを設けても良い。
【００４０】
また、実施の形態における特に動作（８）において、インナーリード２と電極４との位置合せ状態を確認したとき、その位置ずれ量が、例えば制御装置１４に予め設定してある許容値以内の場合には、制御量を演算で求めることなく、従って（９）の動作を行なうことなくボンディングを行なうようにしても良い。
【００４１】
また、実施の形態において、ペレットと基板との位置合わせに、それぞれに設けられたマーク１Ｍ、３Ｐを用いたケースで説明したが、それぞれの部分パターンを利用し、あるいはマークとの併用で実施するようにしても良い。
【００４２】
また、本発明の適用においては、上述したインナリードボンディング装置だけでなく、ペレットをリードフレームをボンディングするものなどにも適用は可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度で信頼性の高いボンディング品質を保持しつつ、生産性の低下を極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたインナーリードボンディング装置を示す側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１に示したインナーリードボンディング装置の制御ブロック図である。
【図４】キャリアテープの検出状態を示す模式図である。
【図５】半導体ペレットの検出状態を示す模式図である。
【図６】キャリアテープと半導体ペレットの位置ずれ状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ キャリアテープ
１Ｍ 位置合わせマーク
１Ａ デバイスホール
２ インナーリード
３ 半導体ペレット
３Ｐ 位置合わせマーク
４ 電極
１０ インナーリードボンディング装置
１０Ａ フレーム
１１ テープ送り装置
１２ 半導体ペレット供給装置
１３ ボンディングヘッド
１４ 制御装置
２１ 供給リール
２２ 収納リール
２４ テープ供給側のスプロケット歯車
２５ テープ収納側のスプロケット歯車
２６ テープ送りモータ
２６Ａ テープ送りドライバ回路
３１ ＸＹテーブル
３１Ａ ＸＹテーブルドライバ回路
３２ θテーブル
３２Ａ θテーブルドライバ回路
３３ Ｚテーブル
３３Ａ Ｚテーブルドライバ回路
３４ 半導体ペレット載置台
３５ ウェハ
３６ 半導体ペレット用ＸＹテーブル
３７ 移送レバー
４１ ＸＹテーブル
４１Ａ ＸＹテーブルドライバ装置
４２ Ｚ移動部
４２Ａ Ｚ移動部ドライバ装置
４３ θ移動部
４３Ａ θ移動部ドライバ装置
４４ ボンディングツール
５１ 半導体ペレット検出用カメラ
５２ テープ検出用カメラ
５３ 認識装置
５４ カウンタ
５５ 記憶装置
５６ 入力装置

Claims (6)

1. 基板とペレットの位置をそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて前記基板とペレットを相対移動させて位置合わせ後、両者の位置合わせ状態を確認し、その確認結果に応じてボンディング動作を制御するペレットボンディング方法において、前記両者の位置合わせ状態の確認動作は、前記基板の位置を検出した画像と、前記ペレットの位置を新たに検出した画像に基づいて両者の位置合わせ状態を確認するとともに前記確認動作を予め設定された頻度に応じて行なうことを特徴とするペレットボンディング方法。
2. 前記両者の位置合わせ状態の確認動作の頻度を、ペレットボンディング装置の稼動時間あるいはボンディング回数に応じて変化させることを特徴とする請求項１記載のペレットボンディング方法。
3. 前記両者の位置合わせ状態の確認動作の頻度を、ペレットボンディング装置の稼動時間あるいはボンディング回数の増加につれて少なくなるようにしたことを特徴とする請求項２記載のボンディング方法。
4. 基板とペレットの位置をそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて両者を位置合わせする手段と、位置合わせ後の両者の位置合わせ状態を確認し、その確認結果に応じてボンディング動作を制御する制御手段とを有するペレットボンディング装置において、前記制御手段は、前記位置合わせ後の両者の位置合わせ状態の確認を前記基板の位置を確認した画像と前記ペレットの位置を新たに検出した画像に基づいて両者の位置合わせ状態を確認するとともに、その確認結果に応じたボンディング動作の制御を予め設定された頻度に応じて行なうようにしたことを特徴とするペレットボンディング装置。
5. 前記制御手段は、前記頻度の記憶手段と、入力手段とを有し、前記入力手段を介して前記記憶手段に記憶される頻度を設定変更可能としたことを特徴とする請求項４記載のペレットボンディング装置。
6. 前記頻度を、ペレットボンディング装置の稼動時間あるいはボンディング回数の増加につれて少なくなるようにしたことを特徴とする請求項５記載のペレットボンディング装置。

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