JP4477972B2 - 半導体チップの実装装置及び実装方法 - Google Patents

Description

この発明は半導体チップをリードフレームやフィルム状テープなどの被実装部材に実装するための実装装置及び実装方法に関する。

半導体装置を製造する場合、被実装部材としてのリードフレームに半導体チップを実装するダイボンディングが行なわれた後、この半導体チップの電極とリードフレームのリードとをワイヤで接続するワイヤボンディングが行なわれる。ついで、リードフレームを金型内に保持し、このリードフレームに実装された各半導体チップを樹脂でモールドするモールディングが行なわれる。

上記リードフレームには複数のアイランド（実装部）が設けられ、各アイランドにそれぞれ半導体チップが実装される。上記リードフレームは製造時に複数のアイランドの一部に不良が生じることがある。

そこで、アイランドに半導体チップを実装するに先立ってそのアイランドの良否を判定するということが行なわれている。そして、アイランドが不良である場合、そのアイランドには良品の半導体チップを実装せず、不良の半導体チップを実装するようにしている。

それによって、半導体チップの無駄をなくすとともに、アイランドと半導体チップとをワイヤボンディングした後でモールドする際、金型のキャビティ内に形成される樹脂注入空間の体積を一定にしたり、キャビティ内における樹脂の流れを一定に維持することで、各半導体チップを確実にモールドすることができるようにしている。このような従来技術はたとえば特許文献１に示されている。
特開２０００−６８２９６号公報

ところで、リードフレームのアイランドが不良の場合、そのアイランドに不良品の半導体チップを実装すれば、無駄をなくすことができるという利点を有する。しかしながら、不良品の半導体チップは、良品の半導体チップと外観的には見分けがつかない。そのため、実装後のワイヤボンディング時に不良品の半導体チップと不良のアイランドのリードとをワイヤボンディングしてしまうため、不経済であるという問題があった。

ワイヤボンディング装置において、不良品の半導体チップにワイヤボンディングをしないようにするためには、リードフレームに実装された半導体チップが不良品であるか否かを判定することができる判定機能を追加することがある。判定機能としては、たとえば不良品の半導体チップに付された不良マークをカメラで撮像し、その撮像結果に基いて判定回路で判定するということになる。

しかしながら、ワイヤボンディング装置に半導体チップの良否を判定するためのカメラや判定回路からなる判定機能を設けるようにすると、装置のコストが大幅に上昇したり、制御回路の複雑化を招くなどのことがある。したがって、リードフレームにダイボンディングされた半導体チップの良否を専用の判定機能を用いず、容易に判定することができるようにすることが望まれている。

この発明は、被実装部材の不良の実装部に実装された半導体チップが不良であるということを容易に判定することができるようにした半導体チップの実装装置及び実装方法を提供することにある。

この発明は、被実装部材に設けられた複数の実装部に半導体チップを実装する実装装置であって、
上記半導体チップの供給部と、
この供給部から半導体チップを取り出して上記被実装部材の実装部に実装するボンディングヘッドと、
このボンディングヘッドによって上記被実装部材の実装部に上記半導体チップを実装する前に上記実装部の実装部の良否を判別する判別手段と、
この判別手段によって判別された実装部の判別結果が不良であるときに上記実装部に不良の半導体チップを、上記実装部に実装されて位置認識される際に、上記半導体チップに設けられた位置合わせマークの少なくとも一部が認識可能な範囲から外れる状態にずれるよう上記ボンディングヘッドによって実装させる制御手段と
を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置にある。

この発明は、被実装部材に設けられた複数の実装部に半導体チップを実装する実装方法であって、
上記被実装部材の実装部の良否を判別する工程と、
上記実装部が正常のときにその実装部に上記半導体チップを実装する工程と、
上記実装部が不良のときに不良の半導体チップに設けられた位置合わせマークの少なくとも一部が上記半導体チップの位置を認識する際の認識可能な範囲から外れる位置までずらして実装する工程と
を具備したことを特徴とする半導体チップの実装方法にある。

この発明によれば、被実装部材に実装された半導体チップの位置認識を行なう際、その位置認識の過程で半導体チップが正規の位置からずれているか否かを判別して実装部の良否を判定できるから、その判定に基き不要なワイヤボンディングをせずにすむ。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は被実装部材としてのリードフレーム１に半導体チップ２を実装するための実装装置である。この実装装置は上記リードフレーム１を搬送する搬送手段としての所定間隔で平行に離間対向した一対の搬送レール３を備えている。上記リードフレーム１は、図示しない駆動機構によって上記搬送レール３に沿って所定ピッチで間欠的に搬送されるようになっている。

図２に示すようにリードフレーム１には、実装部としての複数のアイランド４が長手方向に所定間隔で形成されている。各アイランド４には図２に示す実装位置Ｂで上記半導体チップ２が実装される。

上記リードフレーム１の搬送方向の上記実装位置Ｂよりも上流側には、上記アイランド４にペースト５を塗布する塗布位置Ａには、ペースト塗布装置６がＺ方向に駆動可能に設けられている。このペースト塗布装置６のさらに上流側の各アイランド４の良否を判別する判別位置Ｄには、判別手段として、たとえば判別カメラ７が設けられている。判別カメラ７の撮像信号は第１の画像処理部８で処理されて制御装置９に入力される。

上記リードフレーム１は搬送レール３に搬入される前に、不良のアイランド４があるか否かが検出され、不良のアイランド４には孔があけられたり、マークが付される。それによって、搬送レール３に搬入されたリードフレーム１の不良のアイランド４は上記判別カメラ７によって判別可能となっている。なお、不良のアイランド４の判別は、判別カメラ７に限られず、たとえば投光器と受光器など他の手段によっても可能である。

図１に示すように、上記リードフレーム１の搬送方向の上記ペースト塗布装置６よりも下流側には、上記リードフレーム１のアイランド４に半導体チップ２を実装する上記ボンディングヘッド１０が設けられている。このボンディングヘッド１０は図示せぬ駆動源によってＸ、Ｙ、θ及びＺ方向に駆動される駆動部１１が設けられている。この駆動部１１のＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向の駆動は上記制御装置９によって制御されるようになっている。

上記ボンディングヘッド１０の移動領域にはウエハ支持装置１３が設けられている。このウエハ支持装置１３はＸ、Ｙ方向に駆動されるＸＹテーブル１４を有する。このＸＹテーブル１４の上面には、ＸＹテーブル１４と連動する側面形状がコ字状の可動体１５が設けられている。この可動体１５の上端面には、半導体ウエハ１６を保持したウエハホルダ１７が載置されている。この半導体ウエハ１６は多数の半導体チップ２に分割されている。なお、上記ＸＹテーブル１４は上記制御装置９によってＸ、Ｙ方向の駆動が制御される。

上記ウエハホルダ１７の上方には、このウエハホルダ１７に保持された半導体チップ２を撮像するウエハカメラ１８が設けられている。このウエハカメラ１８の撮像信号は第２の画像処理部１９で処理されて上記制御装置９に入力される。

それによって、上記ボンディングヘッド１１によって所定の位置の半導体チップ２を取り出すことができるよう、上記ＸＹテーブル１４が制御装置９によって駆動されて位置決めされる。

つぎに、上記構成の実装装置によってリードフレーム１に半導体チップ２をダイボンディングする場合の動作について説明する。
リードフレーム１は搬送レール３に沿って間欠的にピッチ搬送される。リードフレーム１がピッチ搬送されてアイランド４が判別カメラ７の下方に到達すると、そのアイランド４が撮像される。判別カメラ７の撮像信号は第１の画像処理部８で処理されて制御装置９に入力される。そして、この制御装置９によって判別カメラ７で撮像されたアイランド４の良否が判定される。

このようにしてリードフレーム１がピッチ送りされ、判別カメラ７で良否が判定されたアイランド４がペースト塗布装置６の下方に位置すると、ペースト塗布装置６が下降してそのアイランド４にペースト５が塗布される。

ペースト５が塗布されたアイランド４が実装位置に到達すると、そのアイランド４に半導体チップ２が後述するようにアイランド４の良否に応じた状態でダイボンディングされる。ダイボンディングは、ボンディングヘッド１０が下降してウエハホルダ１７から半導体チップ２を吸着する。ついで、ボンディングヘッド１０は上昇し、水平方向に移動してリードフレーム１の実装位置Ｂにあるアイランド４の上方に位置決めされる。ついで、ボンディングヘッド１０は下降し、吸着保持した半導体チップ２をアイランド４にペースト５を介して実装する。

上記判別カメラ７によって判別されたアイランド４が正常である場合、ボンディングヘッド１０は制御装置９からの指令によって上記ウエハホルダ１７から良品の半導体チップ２を取り出し、図４（ａ）に示すようにそのアイランド４の正規の位置に実装する。すなわち、半導体チップ２は、その中心をアイランド４の中心に一致させるとともに、各辺がアイランド４の各辺と平行になる状態、つまり回転角度が０の状態で実装される。

半導体チップ２がアイランド４の正規の位置に実装された後、アイランド４と半導体チップ２とは後工程のワイヤボンディング装置によってワイヤボンディングされる。その際、アイランド４の正規の位置に半導体チップ２が実装されていると、ワイヤボンディングを行なう際に、半導体チップ２の位置認識を行なう位置認識カメラのサーチエリア２３内の登録パターン２４に、半導体チップ２に付された２つの位置合わせマーク２１ａ，２１ｂが一致する。

つまり、半導体チップ２は位置認識カメラによって確実に位置認識されることになる。したがって、その位置認識に基いてワイヤボンディング装置は上記半導体チップ２の電極と、アイランド４のリードとをワイヤボンディングすることができる。

上記判別カメラ７によってアイランド４が不良であるとことが判別された場合、そのアイランド４が実装位置Ｂに到達すると、ボンディングヘッド１０は制御装置９からの指令によって上記ウエハホルダ１７から不良マークｍが付された不良品の半導体チップ２ａ（図３に示す）を取り出す。そして、ボンディングヘッド１０は、不良品の半導体チップ２ａを図４（ｂ）に示すようにθ度回転させて不良のアイランド４に実装する。

この場合、半導体チップ２ａの回転角度θは、その半導体チップ２ａに付されたマーク２１ａ，２１ｂの少なくとも一部がワイヤボンディング用の撮像カメラのサーチエリア２３が外れる角度になるよう設定する。半導体チップ２ａの回転角度はその大きさによって異なるが、１〜２ｍｍ程度の小さなものの場合、２〜３度の回転角度でマーク２１ａ，２１ｂの少なくとも一部をサーチエリア２３から外すことができる。

マーク２１ａ，２１ｂの少なくとも一部がサーチエリア２３から外れると、ワイヤボンディング装置での位置認識カメラによる半導体チップ２ａの位置認識ができなくなるから、上記半導体チップ２ａとアイランド４とのワイヤボンディングもできなくなる。それによって、不要なワイヤボンディングをせずにすむから、処理速度やコストなどの点で経済的となる。

このように、不良のアイランド４に実装される不良の半導体チップ２ａを正規の位置から回転させてずらすことで、ワイヤボンディング装置に用いられる位置認識カメラによる半導体チップ２ａの位置認識が不能となる。それによって、不要なワイヤボンディングをせずに済むことになるから、その分、処理速度やコストなどの点で経済的となる。

なお、不良の半導体チップ２ａとは、外観的には良品の半導体チップ２となんら変わることはないが、ウエハ支持装置１３に供給される前の検査で、回路などの異常が発見されたものであって、不良マークｍを付けることで、ウエハカメラ１８によって認識することができる。

不良の半導体チップ２ａに不良マークｍを付すことで、ワイヤボンディング装置ではその不良マークｍによって不良のアイランド４に不良の半導体チップ２ａが実装されているとの認識をすることが可能となる。

しかしながら、ワイヤボンディングのために半導体チップ２の位置認識を行なう位置認識カメラの倍率は、認識精度を高くしなければならないため、不良マークｍを認識するカメラの倍率に比べて非常に高い。

そのため、ワイヤボンディング装置で不良の半導体チップ２ａを不良マークｍによって認識する場合、不良マークｍの認識と、位置合わせマーク２１ａ，２１ｂの認識とを同じカメラで同時に行なうことは非常に難しいから、別のカメラを用いて行なわなければならない。

つまり、ワイヤボンディングのための位置認識の前に、位置認識カメラと別のカメラで不良マークｍの有無を検出することになる。その結果、ワイヤボンディング装置に不良マークｍを検出するためのカメラを設けたり、このカメラの撮像結果を処理するための判定機能を設けなければならないから、コストの上昇や処理回路の複雑化を招き、不経済である。

仮に、位置認識カメラで不良マークｍと、位置合わせマーク２１ａ，２１ｂとの検出を兼用しようとした場合、倍率の高い位置認識カメラは視野範囲が狭いから、不良マークｍを検出できる位置と、位置合わせマーク２１ａ，２１ｂを検出できる位置とに移動させなければならない。そのため、位置認識カメラを移動させることで、余計な移動時間が掛かったり、操作が煩雑化するなどによって生産性の低下を招くことになるから、実用的でない。

以上のようにこの発明は、不良のアイランド４に不良の半導体チップ２ａを実装する際、この半導体チップ２ａを回転させて正規の位置からずらし、その半導体チップ２ａに付された位置合わせマーク２１ａ，２１ｂをワイヤボンディング装置の位置認識カメラのサーチエリア２３から外す。

それによって、ワイヤボンディング装置の位置認識カメラが半導体チップ２の位置認識をする過程で、不良のアイランド４に不良の半導体チップ２ａが実装されているということを認識することができるから、余計なカメラや複雑な処理回路を必要とせずに不要なワイヤボンディングをせずにすむことになる。

この発明は上記一実施の形態に限定されず、不良のアイランドに不良の半導体チップを実装する際、この半導体チップを回転方向にずらさずに、Ｘ方向或いはＹ方向の少なくとも一方の水平方向、若しくは水平方向と回転方向との両方向に移動させてもよく、要は、半導体チップに設けられた位置合わせマークがワイヤボンディング装置の位置認識カメラのサーチエリアから外れるようにすればよい。
また、被実装部材としてはリードフレームに限られず、樹脂製のテープなどであってもよい。

この発明の一実施の形態を示すリードフレームに半導体チップを実装する実装装置の概略的構成図。 搬送レールによってピッチ送りされるリードフレームの平面図。 ウエハ支持装置に供給されるウエハホルダの平面図。 （ａ）は半導体チップがアイランドの正規の位置に実装された状態を示す説明図、（ｂ）は半導体チップがアイランドの正規の位置からずれて実装された状態を示す説明図。

符号の説明

１…リードフレーム（被実装部材）、２…半導体チップ、４…アイランド（実装部）、７…判別カメラ（判別手段）、９…制御装置、１０…ボンディングヘッド。

Claims (4)

1. 被実装部材に設けられた複数の実装部に半導体チップを実装する実装装置であって、
   上記半導体チップの供給部と、
   この供給部から半導体チップを取り出して上記被実装部材の実装部に実装するボンディングヘッドと、
   このボンディングヘッドによって上記被実装部材の実装部に上記半導体チップを実装する前に上記実装部の良否を判別する判別手段と、
   この判別手段によって判別された実装部の判別結果が不良であるときに上記実装部に不良の半導体チップを、上記実装部に実装されて位置認識される際に、上記半導体チップに設けられた位置合わせマークの少なくとも一部が認識可能な範囲から外れる状態にずれるよう上記ボンディングヘッドによって実装させる制御手段と
   を具備したことを特徴とする半導体チップの実装装置。
2. 上記制御手段は、上記判別手段が上記実装部を不良であると判別したときに、上記半導体チップを回転方向或いは水平方向の少なくともどちらか一方に移動させて上記実装部に実装させることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装装置。
3. 上記実装部に実装された半導体チップを位置認識する位置認識カメラを有し、
   上記制御手段は、上記実装部が不良であるとき、上記半導体チップの位置合わせマークの少なくとも一部が上記位置認識カメラによって認識可能な範囲から外れる状態にずれるよう、上記半導体チップを上記ボンディングヘッドによって実装させることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装装置。
4. 被実装部材に設けられた複数の実装部に半導体チップを実装する実装方法であって、
   上記被実装部材の実装部の良否を判別する工程と、
   上記実装部が正常のときにその実装部に上記半導体チップを実装する工程と、
   上記実装部が不良のときに不良の半導体チップに設けられた位置合わせマークの少なくとも一部が上記半導体チップの位置を認識する際の認識可能な範囲から外れる位置までずらして実装する工程と
   を具備したことを特徴とする半導体チップの実装方法。

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