JP4287036B2 - ボンディング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ方式の半導体集積回路（以下、ＩＣという）を構成する際、ＩＣ側に凸部電極を形成するバンプボンディング装置や、ＩＣと基板電極間を金線で結線導通させるワイヤボンディング装置のような、ボンディング装置、及び該ボンディング装置にて実行されるボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＩＣ関連のワイヤボンディング技術を応用して、金バンプをフリップチップＩＣの電極形成箇所に超音波接合するスタッドバンプボンディング技術が知られている。以下、これについて説明する。
従来、一般的に用いられるバンプボンディング装置としては、例えば図１２に示すものがある。即ち、金線１はクランパー２で保持され、キャピラリー３に挿通されている。上記キャピラリー３は超音波ホーン４の先端部に設けられており、この超音波ホーン４は水平軸心５ａを中心に揺動自在な支持フレーム５に設けられている。この支持フレーム５をヘッド上下駆動装置６により矢印２１方向に揺動させることにより、水平軸心５ａを中心にして超音波ホーン４を介して上記キャピラリー３が上下動する。尚、上記ヘッド上下駆動装置６としてはボイスコイルモータが用いられている。又、超音波ホーン４には超音波発振器７が設けられている。
上記支持フレーム５は、互いに水平方向で直交するＸ−Ｙ方向へ移動自在な移動テーブル８上に設けられており、この移動テーブル８の移動により、上記キャピラリー３が水平方向へ移動される。又、９は支持フレーム５の上下変位を検出する変位検出センサであり、この変位検出センサ９の出力情報に基づいて、キャピラリー３の上下方向の位置が求められる。
【０００３】
上記クランパー２の上方には、金線１を引き上げるエアーテンショナー１０が設けられている。又、上記キャピラリー３の下方には、ＩＣ１１を保持しかつ加熱するヒートステージ１２が設けられている。又、キャピラリー３に挿通された金線１の先端近傍には、該先端との間でスパークを起こして金線１を溶融させて金ボール１６を生成するスパーク発生装置１４が設けられている。又、上記ヒートステージ１２の上方には、ＩＣ１１の位置を認識する位置認識用カメラ装置１５が設けられている。
【０００４】
このように構成された従来のバンプボンディング装置は以下のように動作する。まず、キャピラリー３の下方に出た金線１の先端に、スパーク発生装置１４からスパークを与えて、金ボール１６を形成する。そして、位置認識カメラ装置１５によりヒートステージ１２上のＩＣ１１を認識し、該認識結果に基づいて移動テーブル８を動作させて金ボール１６の位置決めを行う。
その後、ヘッド上下駆動装置６によってキャピラリー３が下降する。そして、金ボール１６がＩＣ１１の電極形成箇所に上方から当接すると、変位検出センサ９で検出される支持フレーム５の上下の変位が一定値に停止することにより、ＩＣ１１の電極形成箇所の位置が検出される。そして、キャピラリー３に所定の加圧を加えて金ボール１６を下向きに押圧し、さらに、超音波発振器７により超音波ホーン４を介して超音波を発振し、金ボール１６をＩＣ１１の電極形成箇所に接合する。これにより、ＩＣ１１の電極形成箇所にバンプが形成される。次に、キャピラリー３が、ヘッド上下駆動装置６によって一定量上昇し、その後、金線１をクランパー２によって保持すると共に、ヘッド上下駆動装置６によって引き上げることにより、バンプ上の金線１のスパーク時の再結晶境界において断裂し、ＩＣ１１電極形成箇所に突起状のバンプ１７が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＩＣ上の電極間ピッチが狭くなり、それに伴いバンプ台座径がφ６５μｍ以下となるようにバンプ形状が微小化することで以下の問題が生じる。つまり、金ボール１６がＩＣ１１の電極形成箇所に上方から当接するとき、クランパー２とキャピラリー３と超音波ホーン４と超音波発振器７と支持フレーム５とヘッド上下駆動装置６と変位検出センサ９とのトータルの慣性が金ボール１６に衝撃力として加わるが、バンプ形状が微小化してくると、上記衝撃力が大きすぎて、金ボール１６が潰れてしまい、その後、超音波接合すると所定の高さのバンプが得られなくなってしまうという問題が生じてくる。
一方、上記衝撃力を抑えるためにキャピラリー３のＩＣ１１の電極形成箇所への当接速度を遅くすると、生産タクトが長くなってしまうという問題が生じてくる。又、バンプ径でφ６５〜９０μｍの通常のバンプ形状のバンプにおいても、生産タクトを短くするためにキャピラリー３のＩＣ１１の電極形成箇所への当接速度を速くすると、同様の問題が生じてくる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、バンプ形成時間を短縮し、かつ安定したバンプ形成が可能なボンディング装置、及び該ボンディング装置にて実行されるボンディング方法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態様のボンディング装置は、ワイヤ導出部材及び駆動部を有し、かつ上記ワイヤ導出部材から突出したワイヤ先端に形成した溶融ボールが半導体集積回路の電極に接触する直前の高さに到達した後、上記駆動部にて上記ワイヤ導出部材を第１速度にて上記電極側へ移動して上記ワイヤ導出部材にて上記溶融ボールを上記電極に押圧して接合させる低慣性移動押圧装置と、
上記ワイヤ先端に形成された上記溶融ボールが上記半導体集積回路の上記電極に接触する上記直前の高さまで、上記低慣性移動押圧装置を設けた移動用フレームを上記第１速度よりも高速にて移動させる高速移動装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
又、上記低慣性移動押圧装置には、上記ワイヤ導出部材に取り付けられ、上記溶融ボールが上記電極に押圧されているときに上記ワイヤ導出部材を介して上記溶融ボールを超音波振動させる超音波振動装置をさらに備えることもできる。
【０００８】
又、上記低慣性移動押圧装置は、上記ワイヤ導出部材を一端側に配置し上記駆動部を他端側に配置して、上記ワイヤ導出部材及び上記駆動部を、上記移動用フレームに設けた揺動軸を中心にして揺動可能として上記移動用フレームに取り付けることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態であるボンディング装置、及び該ボンディング装置にて実行されるボンディング方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。又、ボンディング装置の内、本実施形態では、基板に対してフリップチップ実装される半導体集積回路の電極にバンプを形成するバンプボンディング装置を例に採る。しかしながら、本発明は、バンプボンディング装置に限定されるものではなく、例えばワイヤボンディング装置のように、金線のようなワイヤの先端を溶融して溶融ボールを形成し該溶融ボールを電極上に接合させるようなボンディング装置に適用可能である。
【００１４】
第１実施形態；
図９には、以下に説明する各実施形態における各バンプボンディング装置１１０、２１０、３１０、４１０、５１０をそれぞれ備えた場合のバンプ形成装置１００を図示している。該バンプ形成装置１００には、上記バンプボンディング装置の他に、半導体集積回路１０３を収納したトレイ１０４ａを当該バンプ形成装置１００に搬入する搬入装置１０１と、上記半導体集積回路１０３を載置して保持するとともに、バンプ形成に必要な温度まで上記半導体集積回路１０３を加熱するバンプ形成ステージ１０６と、バンプが形成されたバンプ形成済集積回路を収納するトレイ１０４ｂを搬出する搬出装置１０２と、トレイ１０４ａからバンプ形成ステージ１０６への半導体集積回路１０３の移送及びバンプ形成ステージ１０６からトレイ１０４ｂへの上記バンプ形成済集積回路の移送を行う半導体部品移送装置１０５と、これら各構成部分の動作制御を行う制御装置５０１とを備える。以下には、バンプボンディング装置１１０について詳しく説明する。
【００１５】
バンプボンディング装置１１０は、図１に示すように、大きく分けて、詳しくは図５に示している低慣性移動押圧装置１２０と、高速移動装置１３０とを有する。低慣性移動押圧装置１２０は、水平方向に延在するフレーム揺動軸１４２を中心に該フレーム揺動軸１４２の軸周り方向に揺動可能な移動用フレーム１４３の一端部１４３１に設けられ、高速移動装置１３０は移動用フレーム１４３の他端部１４３２に設けられている。上記フレーム揺動軸１４２は、ベース板１４１に立設した支持部材１４１１に支持されており、ベース板１４１は上記水平方向で互いに直交するＸ−Ｙ方向へ移動可能な移動テーブル１５１に取り付けられている。したがって、移動テーブル１５１が上記Ｘ−Ｙ方向に移動することで、バンプボンディング装置１１０を上記Ｘ−Ｙ方向に移動させることができる。
【００１６】
上記高速移動装置１３０は、本実施形態では、磁石１３１及びコイル１３２を有するボイスコイルモータにて構成され、例えば上記磁石１３１は上記移動用フレーム１４３とは別個のフレームに取り付けられ、コイル１３２は上記移動用フレーム１４３に取り付けられている。よって、コイル１３２に通電することで、高速移動装置１３０にて駆動力が生じ移動用フレーム１４３は上記フレーム揺動軸１４２を中心にして矢印１３３方向に揺動する。該揺動により、移動用フレーム１４３の一端部１４３１に設けられている上記低慣性移動押圧装置１２０も揺動することになる。
又、移動用フレーム１４３の上記揺動量は、変位検出センサ１３４にて検出される。上述のように上記揺動により低慣性移動押圧装置１２０も揺動することから、変位検出センサ１３４による検出情報に基づいて、上記低慣性移動押圧装置１２０に備わるキャピラリー１２０１の上下方向への移動量が制御装置５０１にて求められる。
【００１７】
上記低慣性移動押圧装置１２０は、ワイヤの一例としての金線１を導く、ワイヤ導出部材に相当するキャピラリー１２０１及び該キャピラリー１２０１を移動させる駆動部１２０２を有する他、超音波振動装置１２１０と、金線１を保持するクランパ１２２０とを有する。上記超音波振動装置１２１０は、先端部分にキャピラリー１２０１を取り付けた超音波ホーン１２１１と、超音波ホーン１２１１に取り付けられた超音波発振器１２１２を有する。キャピラリー１２０１、超音波振動装置１２１０、及びクランパ１２２０は、当該低慣性移動押圧装置１２０の支持フレーム１２４０に取り付けられている。このように構成される低慣性移動押圧装置１２０は、キャピラリー１２０１を一端側に配置し駆動部１２０２を他端側に配置して、上記移動用フレーム１４３に支持され上記水平方向に延在する揺動軸１２４１を中心にしてその軸周り方向へキャピラリー１２０１及び駆動部１２０２が揺動可能な状態にて移動用フレーム１４３に取り付けられる。よって、低慣性移動押圧装置１２０は、移動用フレーム１４３に対して相対的に移動する。より詳しく説明すると、駆動部１２０２は、本実施形態では磁石１２０２１及びコイル１２０２２を有するボイスコイルモータにて構成され、例えば上記磁石１２０２１は上記移動用フレーム１４３に取り付けられ、コイル１２０２２は上記支持フレーム１２４０の上記他端側に取り付けられている。よって、コイル１２０２２に通電することで、駆動部１２０２から駆動力が生じ支持フレーム１２４０は上記揺動軸１２４１を中心にして矢印１２４２方向に揺動する。したがって、支持フレーム１２４０に取り付けられている超音波ホーン１２１１を介してキャピラリー１２０１が上下動し、半導体集積回路１０３側へ移動することで加圧動作が行なわれる。
【００１８】
又、上記揺動軸１２４１は、上記移動用フレーム１４３の上記フレーム揺動軸１４２に対して慣性のつりあう釣合い位置に配置される。上記釣合い位置とは、上記フレーム揺動軸１４２を中心とした上記移動用フレーム１４３の揺動により、上記低慣性移動押圧装置１２０の上記一端側に生じる第１慣性力と、上記低慣性移動押圧装置１２０の上記他端側に生じる第２慣性力とが釣合う位置である。又、例えば図１に示すように、バンプ形成ステージ１０６に載置されている半導体集積回路１０３のバンプ形成面と、上記フレーム揺動軸１４２の中心位置とは、同じ高さ位置に配置される。このように配置することで、バンプ形成後、移動用フレーム１４３がフレーム揺動軸１４２を中心にして矢印１３３方向に移動したとき、移動開始直後においてキャピラリー１２０１の先端は上記バンプ形成面に対して垂直方向へ移動するので、形成したバンプの形状が崩れるのを防止することができる。
【００１９】
上記揺動軸１２４１を中心とした低慣性移動押圧装置１２０の揺動量、正確には上記支持フレーム１２４０の上下方向への移動量は、変位検出センサ１２５０にて検出され、支持フレーム１２４０の該移動量に基づいて制御装置５０１にてキャピラリー１２０１の上下方向への移動量が求められる。尚、上記上下方向とは、上記水平方向にほぼ直交する方向であって上記揺動軸１２４１を中心とした軸周り方向への回転方向をいう。
【００２０】
このように構成される低慣性移動押圧装置１２０において金線１はクランパー１２２０で保持され、キャピラリー１２０１に挿通されている。又、低慣性移動押圧装置１２０の近傍には以下の各装置が設けられている。キャピラリー１２０１より突出した金線１の先端部近傍には、スパーク発生装置１２３０が設けられ、該スパーク発生装置１２３０は、金線１の先端との間でスパークを発生させて金線１の先端を溶融して溶融ボール１６を形成する。又、上記クランパー１２２０の上方には、図１２に符号１０を付して示したような、金線１を引き上げるエアーテンショナーが設けられ、又、上記バンプ形成ステージ１０６の上方には、バンプ形成ステージ１０６に保持されている半導体集積回路１０３の位置を認識する位置認識用カメラ装置１６０が設けられている。
【００２１】
以下には、バンプ形成装置１００の動作の内、上述のバンプボンディング装置１１０を用いたバンプボンディング方法について説明する。尚、各構成部分の動作制御は、制御装置５０１にて実行される。
まず、キャピラリー１２０１の下方に出た金線１の先端に、スパーク発生装置１２３０からスパークさせて、溶融ボール１６を形成する。そして、位置認識カメラ装置１６０によりバンプ形成ステージ１０６上の半導体集積回路１０３を認識して、移動テーブル１５１を上記Ｘ−Ｙ方向に移動させて半導体集積回路１０３上のバンプを形成すべき電極１０３１の上方に溶融バンプ１６が位置するように位置決めする。
その後、図２に示すように、金線１に対して上記スパークを発生させ溶融ボール１６を形成する高さ位置であるスパーク発生高さ１７０から、上記溶融ボール１６が半導体集積回路１０３におけるバンプ形成箇所の電極１０３１に接触する直前における、キャピラリー１２０１の例えば先端での高さ位置である直前位置１７１まで、高速移動装置１３０を動作させる。このキャピラリー１２０１における移動量は、変位検出センサ１３４による検出に基づいて求められ、上記直前位置１７１に達した時点で制御装置５０１の制御により高速移動装置１３０の動作が停止される。即ち、上記高速移動装置１３０の動作により、フレーム揺動軸１４２を中心にして移動用フレーム１４３が矢印１３３１方向に揺動し、移動用フレーム１４３の一端部１４３１に設けた低慣性移動押圧装置１２０に備わるキャピラリー１２０１が上記スパーク発生高さ１７０から上記直前位置１７１へ第２速度にて移動し、溶融ボール１６は上記電極１０３１に接触する直前に配置される。
【００２２】
次に、高速移動装置１３０に代えて低慣性移動押圧装置１２０の駆動部１２０２を動作させる。これによって揺動軸１２４１を中心にして低慣性移動押圧装置１２０が揺動しキャピラリー１２０１が上記第２速度よりも低速にてなる第１速度にて上記直前位置１７１からさらに下降し、溶融ボール１６は半導体集積回路１０３の上記電極１０３１に上方から当接する。変位検出センサ１２５０で検出される支持フレーム１２４０の変位が設定した値になることで、上記溶融ボール１６が上記電極１０３１上へ押し潰された押圧位置１７２が検出される。そして、駆動部１２０２によってキャピラリー１２０１に所定の加圧を加えて溶融ボール１６を下向きに押圧し、さらに、超音波発振器１２１２にて超音波振動を発生し超音波ホーン１２１１及びキャピラリー１２０１を介して、押圧されている溶融ボール１６へ超音波振動を与える。これらの押圧及び振動動作により、溶融ボール１６を半導体集積回路１０３の上記バンプ形成箇所の電極１０３１上に接合する。
上述の、キャピラリー１２０１にて溶融ボール１６を下向きに押圧するときの加圧力は、０．４９Ｎ程度であるので、該押圧時における変位は図２には図示していない。又、上記押圧時には変位検出は行っていない。
【００２３】
上記接合後、高速移動装置１３０及び低慣性移動押圧装置１２０の駆動部１２０２を動作させることで、位置１７３までキャピラリー１２０１を上昇させる。その後、金線１をクランパー１２２０によって保持すると共に、高速移動装置１３０を動作させて、再びキャピラリー１２０１を上記スパーク発生高さ１７０まで上昇させる。該上昇動作により、溶融ボール１６を形成するときの熱により金線１に生じた再結晶境界にて、金線１は断裂し、半導体集積回路１０３の上記電極１０３１上に突起状のバンプ１７が形成される。
【００２４】
このように本実施形態のバンプボンディング装置１１０によれば、上記スパーク発生高さ１７０から上記直前位置１７１まで、及び上記位置１７３からスパーク発生高さ１７０までキャピラリー１２０１を高速に移動させる動作と、上記直前位置１７１から上記押圧位置１７２までキャピラリー１２０１を低慣性押圧移動させる動作とを、それぞれ独立して専門に行うように、高速移動装置１３０と、低慣性移動押圧装置１２０とを設けた。このように構成することで、低慣性移動押圧装置１２０における慣性を小さくすることができ、キャピラリー１２０１より突出して形成されている溶融ボール１６が半導体集積回路１０３の上記電極１０３１上に接触したときの衝撃力を従来に比べて抑えることができる。したがって、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良防止を図ることができ、バンプ品質の向上を図ることができる。
又、スパーク発生高さ１７０から直前位置１７１までは高速移動装置１３０にてキャピラリー１２０１は高速移動するので、生産タクトが長くなるという問題も生じない。
【００２５】
又、低慣性移動押圧装置１２０の揺動軸１２４１を、上述のように、上記移動用フレーム１４３の上記フレーム揺動軸１４２に対して慣性のつりあう釣合い位置に配置することで、高速移動装置１３０による低慣性移動押圧装置１２０への影響を無くすことができる。即ち、もし揺動軸１２４１を上記釣合い位置から外して配置した場合、上記高速移動に起因して低慣性移動押圧装置１２０に生じる慣性力がキャピラリー１２０１に作用してしまい、上記第１速度にてキャピラリー１２０１を移動させるための上記駆動部１２０２の動作制御が難しくなり、微小バンプを安定して形成することが困難になることが予想される。よって、本実施形態のように、上記高速移動に起因して低慣性移動押圧装置１２０に生じる慣性力をキャピラリー１２０１に作用させないような位置に揺動軸１２４１を配置することで、高速移動装置１３０によってキャピラリー１２０１を高速移動させることができ、かつバンプの形成時間が短縮でき、かつ、溶融ボール１６が上記電極に接触したときの衝撃を抑えられ、微小バンプの形成を安定して行うことができる。よって、換言すると、低慣性移動押圧装置１２０は、揺動軸１２４１にて移動フレーム１４３に対して相対的に独立して移動するように構成したことで、溶融ボール１６が上記電極に接触するときの衝撃を抑える衝撃抑制装置と言い代えることもできる。
【００２６】
第２実施形態；
図３には、第２実施形態におけるバンプボンディング装置２１０が示されている。該バンプボンディング装置２１０では、上述のバンプボンディング装置１１０に備わりボイスコイルモータ構造にてなる高速移動装置１３０を、カム機構にてなる高速移動装置２３０に変更した構造を有する。尚、その他の構造は、上述のバンプボンディング装置１１０の場合と変わりない。よって、上記その他の構造について、ここでの説明は省略する。
上記高速移動装置２３０は、板カム２３１と、カムフォロア２３２と、カム付勢バネ２３３とを備える。板カム２３１は、図示するように楕円形状にてなり、制御装置５０１にて動作制御される例えばモータにてなる駆動装置２３４にて矢印方向に回転する。カムフォロア２３２は移動用フレーム１４３の他端部１４３２に設けられ、カム付勢バネ２３３にて上記板カム２３１へ押圧、密着している。このように構成される高速移動装置２３０では、板カム２３１が回転することで、移動用フレーム１４３がフレーム揺動軸１４２を中心に矢印１３３方向へ揺動し、上記第１実施形態にて説明したように低慣性移動押圧装置１２０を高速移動させる。
【００２７】
このように構成される第２実施形態のバンプボンディング装置２１０の動作について、以下に説明する。尚、以下には、第２実施形態のバンプボンディング装置２１０にて特有の動作部分である高速移動装置２３０に関する動作について説明し、その他の、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０の動作と同様の動作について、ここでの説明は省略する。
上記溶融ボール１６を形成した後、図４に示すように、高速移動装置２３０を動作することによって移動用フレーム１４３が揺動し、移動用フレーム１４３の一端部１４３１に設けられた低慣性移動押圧装置１２０が上記第２速度にて位置１７５まで下降する。
尚、本第２実施形態のようにカム機構を用いたとき、板カム２３１とカムフォロア２３２との配置関係及び駆動装置２３４の動作制御にて移動用フレーム１４３の揺動量は求まるので、上記揺動量を測定する変位検出センサは設けていない。
【００２８】
又、上述の高速移動装置２３０の動作と同時に、低慣性移動押圧装置１２０の駆動部１２０２も動作させる。よって直前位置１７５にて高速移動装置２３０の動作が停止した後は、駆動部１２０２によってキャピラリー１２０１は上記第１速度にてさらに上記直前位置１７１まで下降を続け、半導体集積回路１０３のバンプ形成箇所の電極１０３１の直上に上記溶融ボール１６は位置決めされる。そして、さらに駆動部１２０２によってキャピラリー１２０１は上記押圧位置１７２まで下降する。そして、押圧位置１７２にて駆動部１２０２によってキャピラリー１２０１に所定の加圧を加えて溶融ボール１６を上記電極１０３１側へ押圧し、さらに、押圧されている溶融ボール１６へ超音波振動装置１２１０にて超音波振動が与えられる。これにより、溶融ボール１６が上記電極１０３１上に接合する。
【００２９】
上記接合後、キャピラリー１２０１が、駆動部１２０２によって上記位置１７３まで一定量上昇し、その後、金線１をクランパー１２２０によって保持すると共に、駆動部１２０２及び高速移動装置２３０によって上記スパーク発生高さ１７０まで引き上げられる。これにより、金線１は上記再結晶境界において断裂し、半導体集積回路１０３の電極１０３１上に突起状のバンプ１７が形成される。
【００３０】
このように構成される第２実施形態のバンプボンディング装置２１０によれば、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０の場合と同様に、キャピラリー１２０１を高速に移動させる動作と、低慣性で押圧移動させる動作とを、それぞれ独立して専門に行うように、高速移動装置２３０と、低慣性移動押圧装置１２０とを設けたので、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良防止を図ることができ、又、生産タクトが長くなるという問題も生じない。
【００３１】
又、低慣性移動押圧装置１２０の揺動軸１２４１を、上述のように、上記移動用フレーム１４３の上記フレーム揺動軸１４２に対して慣性のつりあう釣合い位置に配置することで、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０の場合と同様に、高速移動装置２３０によってキャピラリー１２０１を高速移動させることができ、かつバンプの形成時間が短縮でき、かつ、溶融ボール１６が上記電極１０３１に接触したときの衝撃を抑えられ、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良防止を図ることができる。
【００３２】
又、高速移動装置２３０の構造にカム機構を採用することで、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０における高速移動装置１３０に比べて、ボイスコイルモータ及び変位検出センサ１３４が不要となるので、安価な装置を構成することができる。
【００３３】
第３実施形態；
図６には、第３実施形態におけるバンプボンディング装置３１０が示されている。上述した、第１実施形態のバンプボンディング装置１１０及び第２実施形態のバンプボンディング装置２１０では、キャピラリー１２０１における慣性力の低減を図るため、キャピラリー１２０１を高速に移動させる動作と、低慣性で押圧移動させる動作とを、それぞれ独立して専門に行うように、高速移動装置１３０、２３０と、低慣性移動押圧装置１２０とを設けた。
一方、第３実施形態におけるバンプボンディング装置３１０では、移動用フレームへの上記超音波振動装置の搭載をやめ、さらにキャピラリー１２０１を移動させる装置の搭載をやめた構造を採って上記慣性力の低減を図った。よって、該第３実施形態におけるバンプボンディング装置３１０では、一つの移動装置にて移動用フレームの高速移動及び低慣性移動、並びにキャピラリー１２０１による押圧動作を行う。以下に構造説明を行うが、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０と同じ構成部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
本第３実施形態におけるバンプボンディング装置３１０では、上記フレーム揺動軸１４２に支持された移動用フレーム３４３の一端部３４３１には、上記クランパ１２２０、超音波伝達部３２１、支持部材３２２、上記キャピラリー１２０１が設けられ、他端部３４３２には移動装置３３０が設けられている。
移動装置３３０は、上記第１実施形態及び第２実施形態にて説明したような上記第２速度の高速移動と、上記第１速度の低慣性移動と、さらには上記押圧動作とを行う装置であり、上記第１実施形態の場合と同様に、磁石３３１とコイル３３２とを有するボイスコイルモータの構造を有する。上記磁石３３１は例えば移動用フレーム３４３とは別個のフレームに固定され、コイル３３２は移動用フレーム３４３に取り付けられている。
【００３５】
移動用フレーム３４３の他端部３４３２には、クランパ１２２０が取り付けられ、該クランパ１２２０には、支持部材３２２を介して上記超音波伝達部３２１が支持され、該超音波伝達部３２１には上記キャピラリー１２０１が取り付けられている。又、上記超音波伝達部３２１には、伝達部材３２３を介して上記超音波ホーン１２１１の一端が接続され、該超音波ホーン１２１１の他端には上記超音波発振器１２１２が取り付けられている。即ち、超音波振動装置１２１０は、移動用フレーム３４３とは別個独立して設けられている。
又、上記伝達部材３２３は、本実施形態では、直径が０．３ｍｍ〜１ｍｍで音速が４５００〜５５００ｍ／ｓのものを用いている。
【００３６】
このように構成された第３実施形態のバンプボンディング装置３１０の動作を以下に説明する。尚、以下には、第３実施形態のバンプボンディング装置３１０にて特有の動作部分である溶融ボール１６の上記上下方向への移動動作、及び押圧動作の際の超音波振動付与動作について説明し、その他の上記第１及び第２の各実施形態におけるバンプボンディング装置１１０、２１０における動作と同様の動作については説明を省略する。
上記スパーク発生高さ１７０に配置されたキャピラリー１２０１は、移動装置３３０にてフレーム揺動軸１４２を中心にして移動用フレーム３４３が揺動することで、上記直前位置１７１まで上記第２速度にて高速移動される。直前位置１７１に到達後、移動装置３３０にて移動用フレーム３４３は上記第１速度にて低慣性移動され、変位検出センサ１３４にて検出される移動用フレーム３４３の変位が一定値に停止することにより、キャピラリー１２０１が上記押圧位置１７２に到達したことが検出される。そして、移動装置３３０によりキャピラリー１２０１には所定の押圧力が作用し、上記電極１０３１上の溶融ボール１６は該電極１０３１に押圧される。
【００３７】
又、上記押圧動作の際には、超音波発振器１２１２にて発生した超音波振動が超音波ホーン１２１１、伝達部材３２３、及び超音波伝達部３２１を介してキャピラリー１２０１に伝わり、押圧されている溶融ボール１６に付与される。よって、溶融ボール１６は上記半導体集積回路１０３の上記電極１０３１上に接合される。
【００３８】
該接合後、移動装置３３０にて移動用フレーム３４３は揺動し、キャピラリー１２０１が一定量上昇し、上記位置１７３に配置される。そして、金線１をクランパー１２２０によって保持すると共に、再び、移動装置３３０にて移動用フレーム３４３を揺動させる。該揺動により上記再結晶境界において金線１は断裂し、半導体集積回路１０３の上記電極１０３１に突起状のバンプ１７が形成され、又、キャピラリー１２０１は、上記スパーク発生高さ１７０まで上昇する。
【００３９】
このように第３実施形態のバンプボンディング装置３１０によれば、移動用フレーム３４３の一端部３４３１に超音波発振器１２１２及び超音波ホーン１２１１を搭載せず、別設するように構成したことで、移動用フレーム３４３の一端部３４３１におけるキャピラリー１２０１を含んだヘッド部の慣性を小さくすることができる。よって、上記ヘッド部の上下動作を高速に行うことができ、バンプの形成時間を短縮することができ、又、溶融ボール１６が上記電極１０３１に接触したときの衝撃を抑えることができ、微小バンプを安定して形成でき、かつバンプの形状不良防止を図ることができる。
尚、本第３実施形態によれば、移動装置３３０はボイスコイルモータにて構成したが、上述した第２実施形態のようにカム機構にて構成することもできる。
【００４０】
第４実施形態；
図７には、第４実施形態におけるバンプボンディング装置４１０が示されている。上述した第３実施形態におけるバンプボンディング装置３１０では、移動用フレーム３４３の一端部３４３１に設けられたキャピラリー１２０１は、移動用フレーム３４３の移動により移動し、移動用フレーム３４３とは別個にキャピラリー１２０１が独立して移動することはできない構造である。これに対して、本第４実施形態におけるバンプボンディング装置４１０では、移動用フレームとは別個にキャピラリー１２０１を独立して移動可能とする構造を有する。このようなバンプボンディング装置４１０における特有の構成について、以下に詳しく説明するが、上述した各実施形態におけるバンプボンディング装置１１０、２１０、３１０における構成と同様の構成部分については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
上記バンプボンディング装置４１０では、上記フレーム揺動軸１４２に支持された移動用フレーム４４３の一端部４４３１には、第２低慣性移動押圧装置４２０が設けられ、他端部４４３２には第２高速移動装置４３０が設けられている。
第２低慣性移動押圧装置４２０は、図８に詳しく示すように、上記クランパ１２２０、駆動部４２１、支持部材４２２、案内機構４２３、上記超音波伝達部３２１、及び上記キャピラリー１２０１を有する。クランパ１２２０は、移動用フレーム４４３の一端部４４３１に取り付けられ、又、本実施形態では上記駆動部４２１はボイスコイルモータにて構成され、該ボイスコイルモータの例えば磁石４２１１が上記一端部４４３１に固定されている。一方、上記ボイスコイルモータのコイル４２１２は支持部材４２２の一端側に取り付けられ、該支持部材４２２は、上記一端部４４３１に取り付けられた案内機構４２３にて、バンプ形成ステージ１０６に保持されている半導体集積回路１０３の厚み方向、つまりほぼ上記上下方向に沿って移動可能な状態にて支持されている。又、支持部材４２２の移動量、即ちキャピラリー１２０１の移動量を検出する変位検出センサ４２４が設けられている。又、支持部材４２２の他端部には、キャピラリー１２０１を有する超音波伝達部３２１が取り付けられている。尚、上記クランパー１２２０の上方には、金線１を引き上げる不図示のエアーテンショナーが設けられている。
このように構成される第２低慣性移動押圧装置４２０は、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０に備わる低慣性移動押圧装置１２０と同様に、上記第１速度による低慣性移動、及び上記押圧動作を行う。
【００４２】
上記第２高速移動装置４３０は、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０に備わる高速移動装置１３０と同様に、本実施形態では、磁石４３１とコイル４３２を有するボイスコイルモータの形態にてなり、移動用フレーム４４３を上記第２速度にて高速動作させる。即ち、移動用フレーム４４３の一端部４４３１に設けた上記第２低慣性移動押圧装置４２０のキャピラリー１２０１を上記スパーク発生高さ１７０から上記直前位置１７１まで上記第２速度にて高速動作させる。
【００４３】
このように構成される第４実施形態におけるバンプボンディング装置４１０の動作を以下に説明する。尚、以下には、該バンプボンディング装置４１０にて特有の動作部分である溶融ボール１６の上記上下方向への移動動作、及び押圧動作について説明し、その他の上記第１から第３の各実施形態におけるバンプボンディング装置１１０、２１０、３１０における動作と同様の動作については説明を省略する。
上記スパーク発生高さ１７０に配置されたキャピラリー１２０１は、第２高速移動装置４３０にてフレーム揺動軸１４２を中心にして移動用フレーム４４３を揺動させることで、上記直前位置１７１まで上記第２速度にて高速移動される。キャピラリー１２０１が直前位置１７１に到達後、上記第２低慣性移動押圧装置４２０の駆動部４２１の動作により案内機構４２３に案内されながら支持部材４２２つまりキャピラリー１２０１が上記第１速度にて低慣性移動される。変位検出センサ４２４にて検出される支持部材４２２の変位が一定値に停止することにより、上記低慣性移動によりキャピラリー１２０１が上記押圧位置１７２に到達したことが検出される。そして、第２低慣性移動押圧装置４２０の駆動部４２１によりキャピラリー１２０１には所定の押圧力が作用し、上記電極１０３１上の溶融ボール１６は該電極１０３１に押圧される。
【００４４】
又、上記押圧動作の際には、超音波発振器１２１２にて発生した超音波振動が超音波ホーン１２１１、伝達部材３２３、及び超音波伝達部３２１を介してキャピラリー１２０１に伝わり、押圧されている溶融ボール１６に付与される。よって、溶融ボール１６は上記半導体集積回路１０３の上記電極１０３１上に接合される。
【００４５】
該接合後、第２高速移動装置４３０及び第２低慣性移動押圧装置４２０の駆動部４２１の動作により移動用フレーム４４３は揺動し、キャピラリー１２０１が一定量上昇し、上記位置１７３に配置される。そして、金線１をクランパー１２２０によって保持すると共に、第２高速移動装置４３０にて移動用フレーム４４３を揺動させる。該揺動により上記再結晶境界において金線１は断裂し、半導体集積回路１０３の上記電極１０３１に突起状のバンプ１７が形成され、又、キャピラリー１２０１は、上記スパーク発生高さ１７０まで上昇する。
【００４６】
このように第４実施形態のバンプボンディング装置４１０によれば、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０と同様に、キャピラリー１２０１を高速に移動させる動作と、低慣性で押圧移動させる動作とを、それぞれ独立して専門に行うように、第２高速移動装置４３０と、第２低慣性移動押圧装置４２０とを設け、かつ超音波発振器１２１２及び超音波ホーン１２１１を第２低慣性移動押圧装置４２０の外部に設けたことで、第２低慣性移動押圧装置４２０における慣性を小さくすることができ、溶融ボール１６が半導体集積回路１０３の上記電極１０３１上に接触したときの衝撃力を抑えることができる。したがって、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良の防止を図ることができる。又、上述のように上記衝撃力を抑えつつ、高速移動が可能であるので、生産タクトが長くなるという問題も生じない。
尚、本第４実施形態によれば、第２高速移動装置４３０はボイスコイルモータにて構成したが、上述した第２実施形態のようにカム機構にて構成することもできる。
【００４７】
第５実施形態；
図１０には、第５実施形態におけるバンプボンディング装置５１０が示されている。本実施形態のバンプボンディング装置５１０は、上述の第１実施形態におけるバンプボンディング装置１１０における低慣性移動押圧装置１２０の構造の一部を変更した低慣性移動押圧装置５２０を有する。よって、以下には、上記低慣性移動押圧装置５２０について説明し、バンプボンディング装置５１０のその他の構造部分についての説明は省略する。又、低慣性移動押圧装置５２０について、低慣性移動押圧装置１２０と同じ機能を行う部分については、低慣性移動押圧装置１２０と同じ符号を付しその説明を省略する。
【００４８】
低慣性移動押圧装置５２０は、低慣性移動押圧装置１２０における構造と基本的に同じ構造を有し、キャピラリー１２０１、駆動部１２０２、超音波振動装置１２１０、及びクランパ１２２０を有し、上記超音波振動装置１２１０は、超音波ホーン１２１１及び超音波発振器１２１２を有する。上記キャピラリー１２０１、上記超音波振動装置１２１０、及びクランパ１２２０は、支持フレーム５２４０に取り付けられている。尚、支持フレーム５２４０は、第１実施形態における支持フレーム１２４０に相当する。
【００４９】
一方、上記低慣性移動押圧装置５２０が低慣性移動押圧装置１２０と異なる点は、以下の通りである。上述したように上記第１実施形態における上記変位検出センサ１２５０は、上記支持フレーム１２４０における上記上下方向への移動量を検出する。一方、第５実施形態における検出センサ５２５０では、支持フレーム５２４０の移動量検出は行なわず、支持フレーム５２４０が所定量以上移動した場合にのみ出力を発するオン、オフ動作を行なう。このような検出センサ５２５０は、移動用フレーム１４３上に検出センサ５２５０を設置した。又、支持フレーム５２４０は、移動用フレーム１４３の上記一端部１４３１に板バネ５２４５を介して取り付けられている。よって、第１実施形態における揺動軸１２４１は当該第５実施形態では存在せず、支持フレーム５２４０は、上記駆動部１２０２により上記板バネ５２４５を支点として矢印１２４２方向に揺動可能である。よって、板バネ５２４５が上記揺動軸１２４１に相当しその機能を果たす。又、上記高速移動装置１３０による上記第２速度で支持フレーム５２４０が高速移動するとき、低慣性移動押圧装置５２０が揺動するのを防止するため、支持フレーム５２４０と移動用フレーム１４３との間にスプリング５２４６を設けている。
【００５０】
上述のように構成されるバンプボンディング装置５１０の動作について、図１１を参照しながら以下に説明する。尚、各構成部分の動作制御は、制御装置５０１にて実行される。又、以下の説明では、上記高速移動装置１３０及び上記低慣性移動押圧装置５２０に関する動作について説明し、その他の、上述した第１実施形態のバンプボンディング装置１１０の動作と同様の動作について、ここでの説明は省略する。
上記溶融ボール１６を形成した後、高速移動装置１３０を動作させることで、移動用フレーム１４３の一端部１４３１に設けられた低慣性移動押圧装置５２０のキャピラリー１２０１が上記スパーク発生高さ１７０から上記直前位置１７１まで上記第２速度にて高速移動する。このとき、低慣性移動押圧装置５２０に備わる駆動部１２０２は、支持フレーム５２４０が揺動しないような高トルクを発し、よって支持フレーム５２４０の揺動は制限される。尚、上記高トルクは、高荷重５５１に相当する。
【００５１】
上記キャピラリー１２０１が上記直前位置１７１に達したとき、上記駆動部１２０２の発するトルクは、上記高トルクより小さいサーチ荷重用のトルクに切り替えられる。上記サーチ荷重５５２とは、溶融ボール１６が上記電極１０３１に接触し押圧されるのを検出するための荷重である。又、上記キャピラリー１２０１に上記サーチ荷重５５２が作用した状態にて、以下のサーチ動作が実行される。
次に、キャピラリー１２０１が直前位置１７１に到達後、さらに高速移動装置１３０を動作させて上記第２速度よりも遅い速度にて、移動用フレーム１４３、つまり上記キャピラリー１２０１を上記押圧位置１７２までさらに下降させる。よって、溶融ボール１６は、上記電極１０３１に接触しさらに押圧される。該押圧動作により、低慣性移動押圧装置５２０の支持フレーム５２４０は、上記サーチ荷重５５２用のトルクに逆らって、上記板バネ５２４５を支点として矢印１２４２方向へ揺動する。該揺動動作による支持フレーム５２４０の移動は、上記検出センサ５２５０にて検出される。尚、溶融ボール１６が上記電極１０３１に接触してから押圧されるまでの距離５６０は、約１０〜５０μｍである。
【００５２】
上記検出センサ５２５０にて支持フレーム５２４０における上記所定量の移動が検出されたとき、即ちキャピラリー１２０１が上記押圧位置１７２に達したとき、検出センサ５２５０の出力に基づいて低慣性移動押圧装置５２０は、サーチ動作からボンディング動作に移行する。該ボンディング動作への移行に伴い、上記駆動部１２０２の発するトルクは、上記サーチ荷重５５２を超えるボンディング荷重５５３用のトルクに切り替えられる。そして、上記ボンディング動作が完了するまで、ボンディング荷重５５３が溶融ボール１６に加えられ、溶融ボール１６は上記電極１０３１に押圧されバンプに成形される。
【００５３】
ボンディング動作完了後、再び高速移動装置１３０を動作させ、キャピラリー１２０１を所定量上昇させる。尚、このとき、低慣性移動押圧装置５２０の駆動部１２０２は、上記ボンディング荷重５５３用のトルクを発している。
上記所定量の上昇時点で、又は上記ボンディング動作完了から所定時間の経過時点で、低慣性移動押圧装置５２０の駆動部１２０２は、上記ボンディング荷重５５３用のトルクから上記高トルクに切り替わり、支持フレーム５２４０は、その揺動を制限される。以後、第１実施形態にて説明したように、金線１のクランプ動作、切断動作が実行された後、再び溶融ボール１６の形成動作へと移行する。
【００５４】
以上説明した第５実施形態のバンプボンディング装置５１０によれば、上記第１実施形態の場合と同様に、溶融ボール１６が電極１０３１に接触するときの衝撃力を従来に比べて抑えることができる。よって、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良防止を図ることができ、バンプ品質の向上を図ることができる。又、スパーク発生高さ１７０から上記直前位置１７１までは高速移動装置１３０にてキャピラリー１２０１は高速移動することから、生産タクトが長くなるという問題も生じない。又、第５実施形態では、オン、オフ動作を行なう検出センサ５２５０を設けたことより、第１実施形態に比べて制御装置５０１における制御動作を簡略化することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様のバンプボンディング装置によれば、ワイヤ導出部材を高速に移動させる動作と低慣性で押圧移動させる動作とをそれぞれ独立して専門に行う高速移動装置と低慣性移動押圧装置とを設けたことより、低慣性移動押圧装置における慣性を小さくすることができる。よって、ワイヤ導出部材より突出して形成されている溶融ボールが低慣性移動押圧装置により駆動されて半導体集積回路の電極上に接触したときの衝撃力を抑えることができる。したがって、微小バンプの形成を安定して行え、かつバンプの形状不良防止を図ることができ、バンプ品質の向上を図ることができる。一方、上記電極への溶融ボールの押圧、接合以外の動作は、上記高速移動装置にて上記ワイヤ導出部材を駆動することから、生産タクトが長くなることもなく生産性の向上を図ることができる。
【００５６】
又、上記低慣性移動押圧装置に超音波振動装置を備えることで、上記電極への溶融ボールの押圧時に超音波振動装置にて上記溶融ボールへ超音波振動を与え、上記電極への溶融ボールの接合をより容易かつ強固にすることができる。
【００５７】
又、上記低慣性移動押圧装置は揺動軸を中心に揺動しかつ該揺動軸を、移動用フレームのフレーム揺動軸に対して慣性のつりあう釣合い位置に配置したことで、上記高速移動装置によりワイヤ導出部材が高速移動されることで、ワイヤ導出部材が上記低慣性移動押圧装置に与える影響を無くすることができる。よって、上述の微小バンプの安定形成、生産性向上にさらに寄与することができる。
【００５８】
又、上記超音波振動装置を移動用フレームとは別設したことで、上記低慣性移動押圧装置の慣性をより小さくすることができる。よって、上述の微小バンプの安定形成、生産性向上にさらに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態におけるバンプボンディング装置を示す図である。
【図２】 図１に示すバンプボンディング装置にて実行されるバンプボンディング動作におけるキャピラリーの移動軌跡を示す図である。
【図３】 本発明の第２実施形態におけるバンプボンディング装置を示す図である。
【図４】 図３に示すバンプボンディング装置にて実行されるバンプボンディング動作におけるキャピラリーの移動軌跡を示す図である。
【図５】 図１及び図３に示すバンプボンディング装置に備わる低慣性移動押圧装置部分の拡大図である。
【図６】 本発明の第３実施形態におけるバンプボンディング装置を示す図である。
【図７】 本発明の第４実施形態におけるバンプボンディング装置を示す図である。
【図８】 図７に示すバンプボンディング装置に備わる第２低慣性移動押圧装置部分の拡大図である。
【図９】 本発明の各実施形態のバンプボンディング装置を備えたバンプ形成装置を示す斜視図である。
【図１０】 本発明の第５実施形態におけるバンプボンディング装置を示す図である。
【図１１】 図１０に示すバンプボンディング装置にて実行されるバンプボンディング動作におけるキャピラリーの移動軌跡を示す図である。
【図１２】 従来のバンプボンディング装置を示す図である。
【符号の説明】
１…金線、１６…溶融ボール、
１００…バンプ形成装置、１１０…バンプボンディング装置、
１２０…低慣性移動押圧装置、１３０…高速移動装置、
１４２…フレーム揺動軸、１４３…移動用フレーム、
２３１…板カム、２３２…カムフォロア、
３２３…伝達部材、３３０…移動装置、３４３…移動用フレーム、
１０３１…電極、１２０１…キャピラリー、１２０２…駆動部、
１２１０…超音波振動装置、１２１１…超音波ホーン、
１２１２…超音波発振器、１２４１…揺動軸、
１４３１…一端部、１４３２…他端部、
３４３１…一端部、３４３２…他端部。

Claims (3)

1. ワイヤ導出部材（１２０１）及び駆動部（１２０２）を有し、かつ上記ワイヤ導出部材から突出したワイヤ先端に形成した溶融ボール（１６）が半導体集積回路の電極（１０３１）に接触する直前の高さに到達した後、上記駆動部にて上記ワイヤ導出部材を第１速度にて上記電極側へ移動して上記ワイヤ導出部材にて上記溶融ボールを上記電極に押圧して接合させる低慣性移動押圧装置（１２０）と、
   上記ワイヤ先端に形成された上記溶融ボールが上記半導体集積回路の上記電極に接触する上記直前の高さまで、上記低慣性移動押圧装置を設けた移動用フレーム（１４３）を上記第１速度よりも高速にて移動させる高速移動装置（１３０）と、
   を備えたことを特徴とするボンディング装置。
2. 上記低慣性移動押圧装置には、上記ワイヤ導出部材に取り付けられ、上記溶融ボールが上記電極に押圧されているときに上記ワイヤ導出部材を介して上記溶融ボールを超音波振動させる超音波振動装置（１２１０）をさらに備えた、請求項１記載のボンディング装置。
3. 上記低慣性移動押圧装置は、上記ワイヤ導出部材を一端側に配置し上記駆動部を他端側に配置して、上記移動用フレームに設けた揺動軸（１２４１）を中心にして上記ワイヤ導出部材及び上記駆動部を揺動可能として上記移動用フレームに取り付けられる、請求項２記載のボンディング装置。

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