JP4360742B2 - ボンディング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置に関し、より詳しくは、ボンディング時のチップの加熱方法を改善した、半導体チップ上の電極パッドに対しワイヤボンディングやシングルポイントボンディングなどを行う装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップに対する実装工程においては、チップ上の電極パッドとTABテープやリードフレームのインナーリードとがシングルポイントボンディング装置やワイヤボンディング装置により接続される。而して、従来、リードフレームなどの半導体キャリアでは、チップは1列に配置されていたが、近年、コストダウンのために一つの半導体キャリアに格子状にチップを配置するマルチ化が図られている。そして、この複数列にチップを搭載したマルチキャリアを使用する場合でも、それらのチップのボンディングは従来の一列キャリア同様に個々のチップ毎に行われる。
【0003】
図9は、マルチキャリアに対する従来のボンディング装置の斜視図であり、図10は、そのブロック図である。図9の斜視図では、ボンディングホーン、ワーク押え、キャリア搬送部等は省略されている。この従来例は、キャリア上にチップが四列に搭載されている場合に関するものである。
【0004】
図10を参照して本従来例の構成について説明する。チップの電極パッドとTABテープなどのキャリアのインナーリード間を接続するボンディングツール102を保持するボンディングホーン101は、図示しないXYステージに搭載されている。ボンディング中にワークを固定するワーク押え103は、このワーク押え103を上下に駆動するワーク押え上下機構部107に搭載されている。チップ104が搭載されたキャリア105の側部には、1行分のチップのボンディングが完了した時に、キャリア105をアンローダ(図示せず)側に搬送するキャリア搬送部106が備えられている。
【0005】
ボンディング時にチップ104を加熱する複数の加熱プレート109は、これらの加熱プレート109を加熱するためのチップ加熱部110上に搭載され、チップ加熱部110はこれを上下に駆動する加熱部上下機構部113に支持されている。チップ加熱部110内には複数のヒータ111が備えられており、それらはヒータドライバ114に共通に接続されている。加熱プレート109内には、内部で共通に接続された吸着穴116が形成されており、その吸着穴は配管108と接続されている。そして配管108は、吸着穴116内を真空引きするバキューム装置112に接続されている。而して、以上の各装置は装置制御部115より制御される。
【0006】
次に、本従来例の動作について説明する。図示されないローダ部から、キャリア搬送部106により搬送された、チップ104が搭載されたキャリア105は、所定のボンディング位置に搬送・位置決めされる。次に、加熱部上下機構部113が駆動され、加熱プレート109がチップ104に接触するまでチップ加熱部110を上昇させる。これと同時に、バキューム装置112が装置制御部115により駆動され、吸着穴116内を真空引きしてチップ104を吸着・固定する。続いて、ワーク押え103が、ワーク押え上下機構部107により下降し、前述の加熱プレート109と共にチップ104を挟み込んで固定する。
【0007】
その時点でヒータ111は、ヒータドライバ114により駆動されて発熱しており、装置制御部115により一定温度に保たれている。次に、ボンディングホーン101と共にボンディングツール102が下降し、インナ・リードがチップ上の電極パッドとボンディングされる。第1列目のチップに対するボンディングが終了すると、ボンディングホーン101は第2列目のチップ上に移動し、2列目のチップに対するボンディングを開始する。同様の動作が、最終列チップのボンディングが終了するまで繰り返され、その間全てのチップ104は、チップ加熱部110により継続して加熱される。
【0008】
最終列チップのボンディングが終了すると、ワーク押え上下機構部107が再び作動してワーク押え103を上昇させ、それと同時に加熱部上下機構部113が再び作動して、チップ加熱部110を下降させる。これによりキャリア105はフリーになり、キャリアのピッチ送りがなされ、次の行のチップをボンディング位置に搬送・位置決めし、前述と同じ動作を繰り返す。
【0009】
ここで、ヒータドライバ114は、パワートランジスタ等を用いて構成されており、そして装置制御部115は、チップ加熱部110の温度を熱電対やサーミスタ等により検知して、パワートランジスタをON/OFFしてチップ加熱部110の温度を150〜300℃の範囲内の一定温度に制御する。バキューム装置112は、周知の技術であるモータにより真空ポンプを駆動するものである。以上の各装置は、周知のコンピュータによるソフトウェア制御で装置制御部115により制御される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマルチキャリアに対するボンディング方法では、ボンディングステージ上の全てのチップは、1列目のチップのボンディング開始時から最終行のチップのボンディング終了時まで加熱プレートにより加熱され続けるため、それぞれボンディングされる順番によりボンディング前の加熱時間が異なってくる。すなわち、最初にボンディングされるチップはボンディングされるまでの時間が最も短く、最後のチップは最も時間が長くなり、そのため、いわゆる熱履歴に違いが生じてくる。この熱履歴の違いにより、従来、チップ間でボンディングの品質にばらつきが生じていた。
本発明の課題は、上述の従来例の問題点を解決することであって、その目的は、ボンディングに必要な加熱温度を維持しつつ、チップ毎の温度履歴を最小限にすることにより、均一で高い品質のボンディングを実現できるボンディング装置を提供できるようにすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、金属製のリードフレーム(以後L/Fと表記する)やTABテープなどのようなキャリア上に搭載された複数個のチップをキャリアを間欠的に搬送することによりボンディングステージに搬送し、1チップずつ順にその電極パッドに対しボンディングを行う装置であって、ボンディングステージには一度に搬送されてくるチップの数に対応した数の上下動可能な加熱手段が設けられ、ボンディングの対象となっているチップに対応した加熱手段が選択的に上昇して該チップを選択的に加熱することを特徴とするボンディング装置、が提供される。
【0012】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、キャリア上に搭載された複数個のチップをキャリアを間欠的に搬送することによりボンディングステージに搬送し、1チップずつ順にその電極パッドに対しボンディングを行う装置であって、ボンディングステージには上下方向および水平方向に移動可能な加熱手段が設けられ、前記加熱手段はボンディングの対象となっているチップ下に移動し上昇して該チップを選択的に加熱することを特徴とするボンディング装置、が提供される。
【0013】
そして、好ましくは、前記ボンディングステージ上には、上下動可能なワーク押えが備えられ、ボンディング時には下降して前記加熱手段と協同して前記キャリアとチップを保持するように構成される。また、好ましくは、前記加熱手段が、ヒータを内蔵した加熱部と該加熱部上に搭載された加熱プレートを備える。そして、前記加熱プレートには、配管に連なる、ワークを吸着するための吸着穴が開口され、ボンディングの対象となっているチップに係る加熱プレートの吸着穴のみが真空引きされる。また、前記配管は、切り替え弁を介してバキューム装置とブロア装置とに接続され、ボンディングの対象となっているチップに係る加熱プレートの吸着穴のみが真空引きされ、他の加熱プレートの吸着穴からは気体が噴射される。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について実施例に即して説明する。
図1は、本発明の第1の実施例の斜視図である。図1で、ワーク押え、キャリア搬送部等は省略されている。キャリア5にはデバイスホール5a〜5dが開口されており、キャリア5上に形成されたインナーリードの先端部はデバイスホール5a〜5d内に突き出している。キャリア5の下面にはチップ4a〜4dが、インナーリードに位置決めされて接着剤で仮止めされている。そしてスプロケットホール50により矢印の方向にキャリア送りされたり、図示しないキャリア搬送部により、キャリアを挟み込んで搬送するクランプ送りされることで搬送される。
図2は、第1の実施例のブロック図である。図2に示されるように、チップの電極パッドへキャリア上のインナーリードを接続するボンディングツール2は、XYステージ(図示なし)に搭載されたボンディングホーン1の先端部に固着されている。ボンディング中にワークを固定するワーク押え3は、ワーク押え上下機構部7により上下に駆動される。
【0015】
キャリア5の側部には、キャリア搬送部6が備えられており、1行分のチップのボンディングが完了した時にキャリア5をスプロケットホールを用いてアンローダ(図示せず)側に向けて搬送する。ボンディング時にチップ4a〜4dを加熱する加熱プレート9a〜9dは、この加熱プレート9a〜9dを加熱するためのヒータ11a〜11dを内蔵したチップ加熱部10a〜10d上に搭載されており、チップ加熱部10a〜10dは、加熱部上下機構部13a〜13dによりそれぞれ上下に駆動される。ヒータ11a〜11dは、ヒータドライバ14にそれぞれ接続されている。前述の加熱プレート9a〜9d内に形成された吸着穴は、配管8a〜8dに接続されており、各配管8a〜8dは、吸着穴内を真空引きするバキューム装置12に接続されている。そして、以上の各装置は装置制御部15より制御される。
【0016】
次に、本実施例装置の動作を詳細に説明をする。図示されないローダ部から、キャリア搬送部6によりスプロケットホール50を介したり、クランプ送りされて搬送されたキャリア5は、所定のボンディング位置に搬送・位置決めされる。次に、選択された加熱部上下機構部13aが駆動され、加熱プレート9aがチップ4aに接触するまでチップ加熱部10aを上昇させる。これと同時に、バキューム装置12が装置制御部15により駆動され、加熱プレート9aの吸着穴内を真空引きして、チップ4aを吸着固定する。この時、配管8a〜8dの全てを真空引きしてもよいが、選択された配管8aのみを真空引きし、他の選択されない配管は真空引きしないように制御してもかまわない。
【0017】
続いてワーク押え3が、ワーク押え上下機構部7により下降し、前述の加熱プレート9aと共にチップ4aを挟み込んで固定する。このとき、チップ加熱部10a〜10d内のヒータ11a〜11dは、ヒータドライバ14を介して給電され、装置制御部15により一定温度に保たれている。次に、ボンディングツール2により、チップ4a上の電極パッドとインナーリードとがデバイスホール5aを通してボンディングされる。第1列目のチップのボンディングが終了すると、バキューム装置12は停止し、加熱プレート9aの吸着穴内の真空状態を解除する。その後、加熱部上下機構部13aが再び作動して、チップ加熱部10aを下降させる。
【0018】
次いで、2列目のチップに対する加熱部上下機構部13bが作動し、加熱プレート9bが2列目のチップ4bに接触するまでチップ加熱部10bを上昇させる。これと同時に、バキューム装置12が装置制御部15により再び駆動され、加熱プレート9bの吸着穴内を真空引きしてチップ4bを吸着固定する。そしてボンディングホーン1は第2列目に移動し、2列目のボンディングを開始する。同様の動作が最終列チップのボンディングが終了するまで繰り返され、その間ボンディング中以外のチップは、チップ加熱部より切り離されているため、熱による影響を受けない。
【0019】
最終列チップのボンディングが終了すると、ワーク押え上下機構部7が再び作動して、ワーク押え3を上昇させる。これによりキャリア5はフリーになり、キャリア搬送部6でスプロケットホール50やクランプ送りによりキャリアのピッチ送りがなされ、次の行のチップがボンディング位置に搬送・位置決めされ、前述と同様の動作が繰り返される。ここで、ワーク押え上下機構部7、加熱部上下機構部13a〜13d、ヒータドライバ14、バキューム装置12、装置制御部15は、先に述べた従来例と同じ構成である。
【0020】
図3は、本発明の第2の実施例の1対の加熱プレート部の構成を示す斜視図であり、図4は全体の構成を示すブロック図である。図4において、図2に示した第1の実施例の部分と同等の部分には同じ参照番号が付せられているので重複する説明は省略する。
本実施例の図2に示した第1の実施例と相違する点は、加熱プレートが2個ずつ対になり1つのチップ加熱部上に搭載され、その単位で加熱部上下機構部により駆動されることと、バキューム装置とブロア装置が、切り替え弁により選択的に配管に接続される点である。
【0021】
1対の加熱プレート9a、9bと、ワーク押え3がチップ4a、4bを挟み込んだ後、切り替え弁22は配管8a、8bをそれぞれバキューム装置20とブロア装置21に接続する。これにより、チップ4aは真空吸着により固定されるとともにチップ4bは空気吹き付けにより冷却される。この時、他の配管8c、8dを切り替え弁22によりブロア装置21に接続し、チップ4c、4dに空気を吹き付けるようにしてもよい(切り替え弁22により配管8c、8dをバキューム装置20とブロア装置21の双方から切り離しておいてもよい)。
【0022】
チップ4aのボンディングが終了すると、この状態のまま切り替え弁22は配管8aをバキューム装置20から切り離し、8bをバキューム装置20に接続して、チップ4bを真空吸着により固定する(このとき、チップ4aに空気を吹き付けるようにしてもよい)。そして、チップ4bに対するボンディングを行う。このようにして対のチップのボンディングが終了すると、切り替え弁22により配管8bをバキューム装置20から切り離し、加熱プレート9bの吸着穴内の真空状態を解除する。その後、加熱部上下機構部13aを再び駆動してチップ加熱部10aを下降させる。
【0023】
この後、配管8bを、切り替え弁22によりブロア装置21に接続してチップ4bに空気を吹き付けるようにしてもよい(配管8a、8bをバキューム装置20とブロア装置21の双方から切り離しておいてもよい)。引き続き前述と同様に、チップ加熱部10bを加熱部上下機構部13bにより上昇させ、チップ4dに空気を吹き付けつつチップ4cを吸着固定してこれに対するボンディングを行い、その後にチップ4dを吸着固定してこれに対するボンディングを行う。本実施例では、2つのチップ加熱部を対にした構成により、加熱部上下機構部を減らすことができ安価な装置を実現できる。しかし、2つの加熱プレートに対してチップ加熱部を共通にしたため、ボンディング前のチップにも加熱プレートの熱が伝わる。しかし、ボンディング前のチップには空気を吹き付けて冷却しているため、大きな弊害を招くことはない。
【0024】
図5は、本発明の第3の実施例の部分斜視図であり、図6は、全体のブロック図である。図6において、図2に示した第1の実施例の部分と同等の部分には同じ参照番号が付せられているので重複する説明は省略する。本実施例の図2に示した第1の実施例と相違する点は、バキューム装置とブロア装置とを切り替え弁を介して選択的に配管に接続する点である。
ワーク押え3が、ワーク押え上下機構部7により下降され、加熱プレート9aと共にチップ4aを挟み込んで固定する。その時点で、チップ加熱部10a〜10d内のヒータ11a〜11dは、ヒータドライバ14により駆動され装置制御部15により一定温度に保たれている。この時、切り替え弁22が装置制御部15により駆動され、配管8aをバキューム装置20に接続して加熱プレート9aの吸着穴内を真空引きし、チップ4aを吸着固定する。
【0025】
他の加熱プレート9b〜9dの配管8b〜8dを、ブロア装置21に接続してチップ4b〜4dを冷却する。次に、ボンディングツール2によりチップ4aに対するボンディングが行われる。第1列目のボンディングが終了すると、切り替え弁22は、配管8aをバキューム装置20から切り離し、加熱プレート9a内の真空状態を解除する。その後加熱部上下機構部13aが再び作動して、チップ加熱部10aを下降させる。続いて2列目の加熱部上下機構部13bが作動し、加熱プレート9bが2列目のチップ4bに接触するまでチップ加熱部10bを上昇させる。この後、切り替え弁22が装置制御部15により再び駆動され、配管8bをバキューム装置20に接続して加熱プレート9bの吸着穴内を真空引きし、チップ4bを吸着固定する。
【0026】
そして、ボンディングホーン1が第2列目に移動して2列目のボンディングを開始する。この時、他の加熱プレート9a、9c、9dの配管8a、8c、8dは、ブロア装置21に接続され、チップ4a、4c、4dには空気が吹き付けられている。
同様の動作が最終列チップのボンディングが終了するまで繰り返され、その間ボンディング中以外のチップは、チップ加熱部より切り離され、しかもブロア装置により冷却されているため、他の実施例に比較して熱による影響をより少なくすることができる。最終列チップのボンディングが終了すると、ワーク押え上下機構部7が再び作動して、ワーク押え3を上昇させる。これによりキャリア5はフリーになり、キャリアのピッチ送りがなされ、次の行のチップがボンディング位置に搬送・位置決めされ、前述と同じ動作が行われる。ここで、ワーク押え上下機構部7、加熱部上下機構部13a〜13d、ヒータドライバ14、バキューム装置12、装置制御部15は、先に述べた従来例と同じ構成である。
第3の実施例においては、ボンディングの対象となっているチップ以外のチップについては、ボンディングが行われる直前のチップに対してのみ空気の吹き付けを行い、その外のチップについては空気吹き付けを行なわないようにしてもよい。
【0027】
図7は、本発明の第4の実施例の部分斜視図であり、図8は、全体のブロック図である。図8において、図2に示した第1の実施例の部分と同等の部分には同じ参照番号が付せられているので重複する説明は省略する。本実施例の図2に示した第1の実施例と相違する点は、加熱部上下機構部13を、スライド装置16によりスライド支持台17上を左右にスライドさせる点と、加熱プレート9とチップ加熱部10が1組だけである点である。
【0028】
ワーク押え3が、ワーク押え上下機構部7により下降され、加熱プレート9と共にチップ4aを挟み込んで固定する。その時点でチップ加熱部10内のヒータ11がヒータドライバ14により駆動され、装置制御部15により一定温度に保たれている。この時、配管8はバキューム装置12により、加熱プレート9の吸着穴内を真空引きしてチップ4aを吸着固定する。
次に、ボンディングツール2により、チップ4aに対するボンディングが行われる。第1列目のチップに対するボンディングが終了すると、バキューム装置12は、装置制御部15によりOFFとなり、加熱プレート9の吸着穴内の真空状態を解除する。その後加熱部上下機構部13が再び作動して、チップ加熱部10を下降させる。
【0029】
その後、スライド装置16が装置制御部15により駆動され、加熱部上下機構部13を2列目のチップ4bの直下まで移動させる。次いで、再び加熱部上下機構部13が作動して、加熱プレート9が2列目のチップ4bに接触するまでチップ加熱部10を上昇させる。この後、バキューム装置20が再び作動して、加熱プレート9の吸着穴内を真空引きし、チップ4bを吸着固定する。
そしてボンディングホーンが第2列目のチップ上に移動して、2列目のチップに対するボンディングを開始する。同様の動作が最終列チップのボンディングが終了するまで繰り返される。その間、ボンディング中以外のチップは、チップ加熱部より切り離されているので、熱による影響を受けない。最終列チップのボンディングが終了すると、ワーク押え上下機構部7が再び作動して、ワーク押え3を上昇させる。
【0030】
これによりキャリア5はフリーになり、キャリアのピッチ送りが行われ、次の行のチップがボンディング位置に搬送・位置決めされる。そして前述と同じ動作が繰り返される。ここで、ワーク押え上下機構部7、加熱部上下機構部13、ヒータドライバ14、バキューム装置12、装置制御部15は、先に述べた従来例と同じ構成である。さらに、スライド装置16は前述の加熱部上下機構部13と同じ構成である。
上述のように、本実施例では最も少ない部品により装置を構成することができるので、安価なボンディング装置が実現できる。
【0031】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、ボンディングしていないチップへのブローについて、常温の圧縮空気以外に窒素を使うことができる。また、ブローガスの流量の調整弁や、圧力調整機構を設けることで冷却温度を調整することもできる。また、上述の実施例では加熱部は常時加熱していることを前提としているが、ボンディング開始直前に制御部からの加熱開始指令に伴って急加熱可能なパルスヒート方式やセラミックヒータを適用することも可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボンディング装置は、ボンディング位置に搬送・位置決めされたチップに対して、チップ加熱部および加熱プレートが、それぞれのチップを独立して保持・加熱するものであるので、チップはボンディングされるときにのみ加熱され、それ以外の時は保持・加熱されずにすむので熱履歴を各チップとも等しくすることができ、均一で高品質のボンディングを実現することができる。
また、ボンディング前のチップに空気を吹き付けることにより、熱履歴差をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の部分斜視図。
【図2】 本発明の第1の実施例のブロック図。
【図3】 本発明の第2の実施例の部分斜視図。
【図4】 本発明の第2の実施例のブロック図。
【図5】 本発明の第3の実施例の部分斜視図。
【図6】 本発明の第3の実施例のブロック図。
【図7】 本発明の第4の実施例の部分斜視図。
【図8】 本発明の第4の実施例のブロック図。
【図9】 従来例の斜視図。
【図10】 従来例のブロック図。
【符号の説明】
1、101 ボンディングホーン
2、102 ボンディングツール
3、103 ワーク押え
4a〜4d、104 チップ
5、105 キャリア
5a〜5d デバイスホール
6、106 キャリア搬送部
7、107 ワーク押え上下機構部
8a〜8d、108 配管
9a〜9d、109 加熱プレート
10a〜10d、110 チップ加熱部
11a〜11d、111 ヒータ
12、20、112 バキューム装置
13a〜13d、113 加熱部上下機構部
14、114 ヒータドライバ
15、115 装置制御部
16 スライド装置
17 スライド支持台
21 ブロア装置
22 切り替え弁
50 スプロケットホール
116 吸着穴
Claims (9)
- キャリア上に搭載された複数個のチップをキャリアを間欠的に搬送することによりボンディングステージに搬送し、1チップずつ順にその電極パッドに対しボンディングを行う装置であって、ボンディングステージには一度に搬送されてくるチップの数に対応した数の上下動可能な加熱手段が設けられ、ボンディングの対象となっているチップに対応した加熱手段が選択的に上昇して該チップを選択的に加熱することを特徴とするボンディング装置。
- キャリア上に搭載された複数個のチップをキャリアを間欠的に搬送することによりボンディングステージに搬送し、1チップずつ順にその電極パッドに対しボンディングを行う装置であって、ボンディングステージには上下方向および水平方向に移動可能な加熱手段が設けられ、前記加熱手段はボンディングの対象となっているチップ下に移動し上昇して該チップを選択的に加熱することを特徴とするボンディング装置。
- 前記ボンディングステージ上には、上下動可能なワーク押えが備えられ、前記ワーク押えはボンディング時には下降して前記加熱手段と協同して前記キャリアと前記チップとを保持することを特徴とする請求項1または2記載のボンディング装置。
- 前記加熱手段が、ヒータを内蔵した加熱部と該加熱部上に搭載された加熱プレートを有していることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のボンディング装置。
- 前記加熱プレートには、前記チップを吸着するための吸着穴が開口されており、該吸着穴には配管が接続されていることを特徴とする請求項4記載のボンディング装置。
- 前記加熱部が複数個設けられ、かつ、各加熱部上にそれぞれ複数個の加熱プレートが搭載されており、ボンディングの対象となっているチップに係る加熱プレートの吸着穴のみが真空引きされ、他の加熱プレートの吸着穴からは気体が噴出されることを特徴とする請求項5記載のボンディング装置。
- 前記配管は、切り替え弁を介してバキューム装置とブロア装置とに接続されていることを特徴とする請求項6記載のボンディング装置。
- ボンディングの対象となっているチップに係る加熱プレートの吸着穴が真空引きされ、同一加熱部上の次にボンディングが行われるチップ下の加熱プレートの吸着穴からは気体が噴射されることを特徴とする請求項7記載のボンディング装置。
- 急加熱・冷却が可能なヒータを加熱部に使用していることを特徴とする請求項8記載のボンディング装置。
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