JP4601844B2 - ボンディング装置及びボンディンク方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術を用いて、シネフィルム状のキャリアテープのリードにＩＣチップを接続実装して半導体装置等の電子部品を組立て製造するのに好適なボンディング装置及びボンディング方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術を利用したＩＣチップの接続には、通常、インナーリードボンディング装置（以下、ＩＬＢ装置と略称する）が使用される。
【０００３】
図５は、ＩＬＢ装置の主要部を示した拡大正面図で、ヒータを内蔵したボンディングステージ（以下、第１ツールと称する）１上には、ＩＣチップ２が吸着搭載され、そのＩＣチップ２は、同じくヒータを内蔵したボンディングツール（以下、第２ツールと略称する）３との間に搬送供給されてきたキャリアテープ（以下、テープと略称する）４に接続されるべく、不図示の位置決め機構により位置合わせが行われる。
【０００４】
テープ４には、デバイスホール４ａが等間隔で設けられ、その内側にインナリード４ｂが形成されている。インナリード４ｂと、ＩＣチップ２の電極２ａ１とが対向一致した状態となるように第１ツール１が位置決め調整され、その後、第１ツール１は矢印Ｚ１方向に上昇移動する。そして、電極２ａ１の上面がテープ４のインナリード４ｂの下面に近接または接触したところで第１ツール１の上昇は停止し、その状態で上方から第２ツール３が矢印Ｚ２方向に降下する。いずれ第２ツール３の下面はインナリード４ｂの上面に接触し、以降第２ツール３と第１ツール１とにより電極２ａ１とインナリード４ｂとの間では熱圧着が行なわれる。
【０００５】
従って、電極２ａ１とインナリード４ｂとは、約１００℃に加熱された第１ツール１と例えば３５０ないし４００℃程度に加熱された第２ツール３とによる熱圧着を受け、接続される。
【０００６】
熱圧着によるＩＣチップ２とテープ４との接続後は、まず高温である上方の第２ツール３が先に上昇移動してテープ４から離脱し、続いて下方の第１ツール１がＩＣチップ２の吸着を解除して下降移動し、第１ツール１への次のＩＣチップ２の吸着搭載が行われる。
【０００７】
ところで最近、耐熱温度が２７０℃程度からなるポリイミド等の樹脂製フィルムを用いたいわゆるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）が登場してきている。
通常、ＩＬＢ装置に用いられるテープには、上述したように、そのボンディング部にテープの厚み方向に貫通する孔部（デバイスホール）を有している（本明細書では、この孔部を有するテープを「有孔テープ」とも略称する）が、このＣＯＦに用いられるテープ４は、下（裏）面にリード線が形成されてなり、かつ窓部のないもの（本明細書では、「無孔テープ」とも略称する）で、そのリード線とＩＣチップ２の金パンプ２ａとが共晶結合により接続されてＣＯＦが製造される。
【０００８】
さて、ＣＯＦの製造装置における手順を図を用いて説明する。このＣＯＦの製造の場合、前述したようにテープの下（裏）面にリード線が形成されているため、前述したＩＬＢの使用態様とは異なり、下側のツールであるボンディングステージ１は例えば３５０ないし４００℃に、上側のツールであるボンディングツール３は約１００℃に温度設定される。
【０００９】
図６（ａ）は、ＣＯＦの製造において熱圧着工程の手順をより詳しく示したもので、図６（ｂ）は図６（ａ）に示した各工程におけるテープ４上表面の温度推移を示している。
【００１０】
すなわち、まず図６（ａ）に示すように、ステップ１では、搬送されてきたテープ４に対し、第１ツール１に吸着搭載されたＩＣチップ２の位置決めが行われる。
【００１１】
ステップ１における位置決め後、３５０ないし４００℃程度に加熱された第１ツール１は不図示のシリンダ等の操作により上昇移動し、ＩＣチップ２の金バンプ２ａがテープ４のリード線に接触した状態で停止してＩＣチップ２を支持する（ステップ２）。
【００１２】
ステップ２の工程の後、約１００℃に加熱された第２ツール３は、不図示のシリンダやサーボモータによるボールねじ機構等の操作により下降移動し、テープ４を例えば１００ないし２００Ｎ（ニュートン）の力で約２秒間にわたり押圧する。その結果、テープ４とＩＣチップ２は、１００℃の第２ツール３と３５０ないし４００℃の第１ツール１とにより押圧加熱を受けるので、リード線と金バンプ２ａとは共晶結合により接続される（ステップ３）。
【００１３】
ステップ３における熱圧着後は、テープ４に接続されたＩＣチップ２を第１ツール１が引続き支持し、熱圧着により加熱したテープ４の下方へのたわみを回避した状態で、シリンダやサーボモータによるボールねじ機構等の操作により、第２ツール３を上昇離脱させ（ステップ４）、続いて第１ツール１はＩＣチップ２の吸着を解除すると同時に、シリンダ等の操作により下降離脱して、ＩＣチップ２のテープ４への接続実装は終了する（ステップ５）。
【００１４】
ここで、上記ステップ４において、第２ツール３を先に離脱させるのは、テープ４に与える機械的負荷（ストレス）を回避させるためであり、テープ２に接続されたＩＣチップ４を第１ツール１が下方で吸着支持した状態を保持しつつ、第２ツール３を上昇移動させる。
【００１５】
上記のように、ＩＣチップ２とテープ４との間の接続は、約１００℃に加熱された第２ツール３と、３５０ないし４００℃程度に加熱された第１ツール１との間の押圧加熱によって行われるが、その間、ポリイミド樹脂製のテープ４の上面（すなわち、約１００℃の第２ツール３側の面）の温度は、図６（ｂ）に示す経緯で推移する。
【００１６】
すなわち、ステップ１の段階で、常温（たとえば２５℃前後）状態にあるテープ４は、ステップ２において、その下端面がＩＣチップ２を介して３５０℃ないし４００℃程度の第１ツール１により一旦支持されるので、テープ４の上面温度は上昇し始める。その後、直ちに常温よりは高い約１００℃の第２ツール３による降下押圧を受け加温されるので、テープ４の上面温度は約２００℃に到達し、この状態で推移して約２秒間の熱圧着が開始される（ステップ３）。
【００１７】
ステップ４において、第２ツール３をテープ４から引離して離脱させた後は、ステップ５に移行し、ステージ１はＩＣチップ２の吸着を解除して下方へ降下するが、このステップ４からステップ５への移行過程において、テープ４の上面から、高温（３５０ないし４００℃程度）の第１ツール１よりも低い温度（約１００℃）で接触していた第２ツール３が離れてしまうので、その瞬間、テープ４の上面温度は図６（ｂ）に示すように一時的に上昇することが知られている。
【００１８】
従来のボンディング装置では、上記のように、ステップ４からステップ５への移行に際し、一時的ではあるがテープ４の温度が上昇し、その過渡的な温度上昇によって、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４の銅箔のリードとの間の接続状態が、共晶結合から溶融状態へと変化してしまい損傷を受けるので、良好な電気的導通が得られなくなる恐れがあった。
【００１９】
そこで、上記ステップ４からステップ５への移行に際し、テープ４の過渡的な温度上昇を抑制すべく、上記ステップ４における工程内容を変更し、テープ４の上面側を第２ツール３に接触させた状態で、第１ツール１をＩＣチップ２の吸着を解除して下降させ、その後第２ツール３を上昇移動によりテープ４から離脱させることも試みられている。
【００２０】
すなわち、図７（ａ）は、図６（ａ）に示したステップ４の工程を変更し、熱圧着によるＩＣチップ２のテープ４への接続後は、まず先に下方の３５０ないし４００℃の第１ツール１をＩＣチップ２から下方に離脱させ、その後に第２ツール３を上方に移動させてテープ４から離脱させるようにしたものである。
【００２１】
その結果、テープ４の上面温度は図７（ｂ）に示すように推移し、図６（ｂ）に示した特性曲線と比較し、ステップ４からステップ５に移行する際に発生した高温のピーク値は抑えられる。しかしながら、依然として過渡的な温度変化が大きく、熱圧着時の温度（約２００℃）を越える部分が残存した。
【００２２】
また図６、図７を用いて説明した２つの試行においては、いずれも次に述べる不具合を有していた。すなわち、いずれの工程においても約２秒間にわたる熱圧着操作の実行開始に先立ち、ステップ２に示したように、テープ４はＩＣチップ２を介して、高温（３５０ないし４００℃程度）の第１ツール１上に載置されているので、テープ４とＩＣチップ２との間の接続部の温度は上昇した。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のボンディング装置及びボンディング方法では、まず第１に、熱圧着の工程において、熱圧着後にＩＣチップ２がテープ４に接続された状態から、第１ツール１及び第２ツール３を引離して離脱させる際、テープ４の上表面温度が過渡的に上昇し、その結果、共晶結合による接続状態が損なわれ、電気的導通特性が低下する恐れが生じた。
【００２４】
また、同じく熱圧着の工程では、ステップ３に示した熱圧着操作に先立ち、テープ４はステップ２に示した段階からすでに、３５０ないし４００℃程度の高温の第１ツール１上に載置されていて、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４において錫めっきされたリード線との間の接続部の温度は上昇しており、熱圧着操作を経た後は、その接続部は共晶結合から溶融状態へと移行してしまい、同様に良好な電気的導通特性が得られず、製造上の歩留まりを低下させたので改善が要望されていた。
【００２５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、ＩＣチップとキャリアテープ（テープ）との接続部が、熱圧着後、あるいは熱圧着中においても、共晶結合から溶融状態へと変化するのを回避したボンディング装置及びボンディング方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング装置において、前記押圧加熱により前記キャリアテープに接続された前記ＩＣチップから前記第１ツールを引離す離脱操作と、前記押圧加熱により前記ＩＣチップが接続された前記キャリアテープから前記第２ツールを引離す離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
第２の発明は、第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング方法において、前記第１ツールと前記第２ツールとの間の相対移動により、前記ＩＣチップと前記キャリアテープとが接続される熱圧着工程と、この熱圧着工程後に、前記第２ツールの前記キャリアテープからの離脱操作と、前記第１ツールの前記ＩＣチップからの離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われる離脱工程と、からなることを特徴とする。
【００２８】
上記のように、第１及び第２の発明によれば、熱圧着後における、第２ツールのキャリアテープからの離脱操作と第１ツールのＩＣチップからの離脱操作とを時間差がなく同一タイミングで行うようにしたので、キャリアテープの下方へのたわみ変形が回避されるとともに、接続部分における温度上昇が抑制されるので、共晶結合による接続状態は良好に維持され、高品質な半導体装置を製造することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるボンディング装置及びボンディング方法の一実施の形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、図５ないし図７に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
図１は、本発明によるボンディング装置の一実施の形態を示した要部構成図で、図２は図１に示した装置によるボンディング工程図である。
【００３８】
本発明によるボンディング装置及びボンディング方法は、まず第１に、熱圧着終了時に、接続されたキャリアテープとＩＣチップから、第２ツールであるボンディングツール及び第１ツールであるボンディングステージをほぼ同じタイミングで引離し離脱させることによって、ＩＣチップを接続したキャリアテープ自体の安定が図られ、同時に、接続部における温度上昇が回避されることに着目してなされたものである。
【００３９】
また、本発明のボンディング装置及びボンディング方法は、第２に、ＩＣチップとキャリアテープとの間の熱圧着接続に際し、ＩＣチップを保持した第１ツールと第２のツールとの間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングで、ＩＣチップとキャリアテープとの間の接触が開始されるように構成し、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することをねらいとしたものである。
【００４０】
すなわち、本発明によるボンディング装置は、図１に示したように、無孔テープでポリイミド樹脂製のキャリアテープ（以下、テープと略称する）４が順次間欠搬送されてきて、そのテープ４に形成された不図示のリードを含む回路パターンがボンディング位置に位置して一旦停止する。テープ４の回路パターンは例えば銅箔で形成され、その銅箔には錫めっきが施されている。
【００４１】
一方、図１に示すように、ウエハ７に形成されたＩＣチップ２のうちの１つが、ピックアンドプレースユニット８によりピックアップされ、第１ツール１上に供給載置され、ここで制御手段である制御器５による不図示の吸着機構の制御により吸着され、その後、図２（ａ）のステップ（イ）に示すように、第１ツール１上のＩＣチップ２がテープ４に対向するように位置合わせが行なわれる。
【００４２】
この状態でさらに制御器５は、第２ツール３に連結され第２ツール３を昇降駆動するたとえばサーボモータによるボールねじ機構３ａ、及び第１ツール１に連結され第１ツール１を昇降駆動するたとえばサーボモータによるボールねじ機構１ａをそれぞれ制御する。
【００４３】
制御器５は、各ボールねじ機構３ａ，１ａを制御し、約１００℃に加熱された第２ツール３を降下させると同時に、下方から１Ｃチップ２を吸着搭載し、３５０ないし４００℃程度に加熱される第１ツール１を上昇させ、第２ツール３がテープ４の上面に接触押圧するのとほぼ同一のタイミングで、そのＩＣチップ２の金バンプ２ａがテープ４のリードに接触してテープ４を下方で支持するように制御する（ステップ（ロ））。
【００４４】
図２（ａ）のステップ（ロ）の状態において、テープ４とＩＣチップ２は、第２ツール３と第１ツール１との間の約２秒間にわたる押圧加熱を受けるので、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４のリードとの間の接続部は共晶結合が行われる。
【００４５】
ＩＣチップ２とテープ４とが接続された後、制御器５によるボールねじ機構３ａ，１ａの制御、及び第１ツール１における吸着機構の制御により、図２（ａ）のステップ（ハ）に示すように、第２ツール３のテープ４上面からの上昇離脱と、同じく第１ツール１のＩＣチップ２への吸着解除並びに下降離脱とがほぼ同一タイミングで行うように制御を受けて、ＩＣチップ２のテープ４への接続実装が終了する。
【００４６】
上記工程の熱圧着に際し、約１００℃に加熱された第２ツール３と、３５０ないし４００℃に加熱された第１ツール１とによりＩＣチップ２及びテープ４は押圧加熱されるが、このときテープ４自体の上面（第２ツール３側面）温度は、図２（ｂ）に示す経緯で推移する。
【００４７】
すなわち、ステップ（イ）で常温（たとえば２５℃前後）状態のテープ４の上面温度は、ステップ（ロ）において、ＩＣチップ２を介して第１ツール１による支持と、約１００℃の第２ツール３の下降による熱圧着開始がほぼ同時に行われるので、テープ４の上面は２００℃に到達し、以後熱圧着中の約２秒の間、テープ４の上面温度はほぼ一定の約２００℃で推移する。
【００４８】
次に、ステップ（ハ）において、制御部５によるボールねじ機構１ａ，３ａの操作による第２ツール３のテープ４からの離脱操作と、第１ツール１のＩＣチップ２からの離脱操作等とがほぼ同時に行われるが、このほぼ同時の離脱操作によりＩＣチップ２を接続したテープ４は機械的ストレスを受けないので、上下方向に変形することなく安定するとともに、同時離脱により、テープ４の上面温度は熱圧着時における２００℃の温度より上昇することなく、図２（ｂ）に示すように直ちに円滑に低下する傾向を示した。
【００４９】
このように、本実施の形態のボンディング装置及びボンディング方法によれば、制御器５による制御により、熱圧着終了時におけるＩＣチップ２を搭載したテープ４からの離脱動作に時間差がなく、共通してほぼ同時に行なわれるので、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとキャリアテープ４のリード線との間の接続部における過渡的な温度上昇は回避され、良好な共晶結合状態が得られるので、電気的特性の良好な半導体装置等の電子部品を組立て製造することができるとともに、半導体装置の組み立て時間の短縮化が可能となり、製造効率を向上させることができる。また、上記実施の形態では、制御器５による制御により、熱圧着操作開始時において、テープ４に対する第１ツール１及び第２ツール３との間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングで、ＩＣチップとキャリアテープとの間だの接触が開始されるので、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することができ、また半導体装置の組み立て時間のより短縮化も可能となる。
【００５０】
また、上記実施の形態において、第１ツール１を上昇させてＩＣチップ２の金バンプ２ａをテープ４のリードに接触させるタイミングと、第２ツール３を下降させてテープ４を上から押圧するタイミングとをほぼ同時に行なうものとして説明したが、必ずしもこれに厳格にとらわれることなく構成し、実質上、同様な作用効果を得ることができる。
【００５１】
例えば、応用例の工程を図３（ａ）に示すように、第２ツール３をテープ４に接触させた後、ＩＣチップの金バンプ２ａとテープ４のリードとを接触させるようにしてもよく、或いは図３（ｂ）に示すように、ＩＣチップの金バンプ２ａとテープ４のリードとを接触させると同時に、第２ツール３をテープ４に接触させるようにしても、実質的に同様な効果が得られる。
【００５２】
すなわち、図３（ａ）に示す工程では、まず、搬送されてきたテープ４に対して第１ツール１上のＩＣチップ２が位置決めされる（ステップ（イ））。次に、制御器５の制御を受けたボールねじ機構１ａの操作により第１ツール１が上昇する。このときの第１ツール１の上昇距離は、第１ツール１上に吸着搭載されたＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４下面のリード線とが接触せず、隙間ｇが得られる程度に設定される（ステップ（ロ））。
【００５３】
次に、制御器５によるボールねじ機構３ａの操作により第２ツール３が下降し、第２ツール３はテープ４をＩＣチップ２の金バンプ２ａとの間の隙間ｇ分さらに下方に押し下げるので、ここではじめてテープ４の下面は１００ないし２００Ｎの荷重を受け、ＩＣチップ２の金バンプ２ａに押し付けられ接触する（ステップ（ロ’））。
【００５４】
従って、ステップ（ロ’）の工程における第１及び第２ツール１，３間の熱圧着操作を経て後、図２（ａ）におけるステップ（ハ）の工程と同様に、制御器５のボールねじ機構３ａの操作による第２ツール３の上昇離脱操作と、同じく制御器５による第１ツール１におけるＩＣチップ３の吸着解除並びにボールねじ機構１ａによる下降離脱操作等の一連の動作がほぼ同一タイミングで行なわれる（ステップ（ハ））。
【００５５】
一方、他の応用例の図３（ｂ）に示す工程では、まず、搬送されてきたテープ４に対して第１ツール１上のＩＣチップ２が位置決めされる（ステップ（イ））。次に、制御器５の制御によるボールねじ機構３ａの操作により第２ツール３を下降させる。このときの第２ツール３の下降量は、第２ツール３の押圧面がテープ４の上面とに間に微小な隙間ｇが得られる程度に設定される（ステップ（ロ））。
【００５６】
制御器５の制御によるボールねじ機構１ａの操作により第１ツール１が上昇する。このときの第１ツール１の上昇動作は、テープ４はＩＣチップ２の金バンプ２ａと接触を経るのとほとんど同時に、第２ツール３とテープ４の間の隙間ｇ分押し上げるので、ＩＣチップ２とテープ４との接触と、テープ４を介した第２ツール３への第１ツール１の押圧操作が行われ、第１ツール１との第２ツール３との間の１００ないし２００Ｎの荷重押圧により熱圧着が行われる（ステップ（ロ’））。
【００５７】
図３（ｂ）のステップ（ロ’）による熱圧着の後は、ここでも図２（ａ）並びに図３（ａ）におけるステップ（ハ）の動作と同様に、制御器５のボールねじ機構３ａの操作による第２ツール３の上昇離脱操作と、同じく制御器５による第１ツール１におけるＩＣチップ３の吸着解除、並びにボールねじ機構１ａによる下降離脱操作等とがほぼ同一タイミングで行なわれる（図３（ｂ）のステップ（ハ））。
【００５８】
このように、図３（ａ）及び（ｂ）に示した各変形例によれば、上記図２に示した工程と同様に、第１ツール１及び第２ツール３は、熱圧着により接続されたＩＣチップ２及びテープ４からほぼ同時に離脱するので、熱圧着後にテープ４とＩＣチップ１の接続部の温度上昇が過渡的に上昇し、共晶結合されたＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４のリードとの間の接続部が溶融等して損傷するような不具合は回避され、電気的特性の良好な結合状態を得ることができる。
【００５９】
また、いずれの変形例においても、第１ツールと第２ツールとの間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングでＩＣチップとキャリアテープとの間の接触が開始されるので、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することができる。
【００６０】
次に、上記のように、本実施の形態及び各応用例の説明では、図２（ａ）のステップ（ロ）及び図３（ａ）及び図３（ｂ）の各ステップ（ロ）からステッブ （ロ’）における熱圧着工程において、ＣＯＦ等のテープ４のリード線とＩＣチップ２の金バンプ２ａとの間は、第１ツール１と第２ツール３との間には１００ないし２００Ｎ（ニュートン）程度に押圧荷重力が付加される。
【００６１】
しかしながら、前述のように、第１ツール１と第２ツール３との間に、１００ないし２００Ｎの荷重が一挙に付加されると、ＩＣチップ２はその衝撃力で破損してしまうことがあるので、上記実施の形態及び各応用例における、ステップ （ロ）ないしはステップ（ロ）からステップ（ロ’）に至る熱圧着操作においては、以下図４を参照して説明するように、２段階による降下制御を経た押圧操作が行なわれ、ＩＣチップ２に破損につながるような衝撃力が加わらないように制御される。
【００６２】
すなわち、図４（ａ）に示したステップ１Ａからステップ４Ａまでの工程は、上記ＣＯＦのテープ４にＩＣチップ２を熱圧着により接続するまでの手順を詳細に示したもので、本実施の形態に示した図２（ａ）のステップ（イ）及びステップ（ロ）、並びに各応用例を示した図３（ａ）及び図３（ｂ）におけるステップ（イ）からステップ（ロ’）までの間の工程に対応する。
【００６３】
また、図４（ｂ）は、ＩＬＢ装置の特に上下ツールの駆動系に主眼をおいて示した概略構成図であって、このＩＬＢ装置を用いて、以下、ＣＯＦの製造に用いられる無孔テープを用いたボンディングについて説明する。
【００６４】
すなわち、図４（ｂ）に示すように、３５０〜４００℃程度に加熱された第１ツール１上にはＩＣチップ２が吸着搭載されていて、ＩＣチップ２と第２ツール３との間には、順次間欠搬送されてきたポリイミド樹脂製のテープ４が配置される。
【００６５】
制御手段であるマイコン搭載の制御器５により、テープ４は、そのリード線を含む回路パターンが、第１ツール１上のＩＣチップ２に対向位置するように位置合わせが行なわれる。
【００６６】
次に制御器５は、第２ツール３を搭載支持した水平（Ｘ−Ｙ）及び回転（θ）駆動機構６を制御し、図４（ａ）のステップ１Ａに示すように、第２ツール３の下方ヘッド先端部の位置及び向きが、位置決めされた第１ツール１に対向一致するように制御する。
【００６７】
このようにして、テープ４の回路パターンと第１ツール１上に搭載されたＩＣチップ２とが位置決めされた状態では、図４（ａ）のステップ１Ａに示すように、テープ４は上下に間隔を置いて、第２ツール３が第１ツール１と対峙するように配置される。
【００６８】
次に、制御器５は、モータドライバ６ａを介したサーボモータ６ｂの駆動制御により、第２ツール３を制御して下方にゆやかに下方に押し下げ、図４（ａ）のステップ２Ａに示すように、約１００℃の第２ツール３の下端部をテープ４に接触させるか、それに近い程度に近接させる。
【００６９】
次に、制御器５は１Ｃチップ２を搭載した第１ツール１を不図示のサーボモータを用いたボールねじ機構を作動させることで押し上げ、熱圧着操作が開始される。
【００７０】
まず第１段階として、図４（ａ）のステップ３Ａに示すように第２ツール３の下端面に対し、テープ４が５０Ｎ（ニュートン）程度の軽荷力で押上げられるように接触させる。
【００７１】
この制御器５による５０Ｎの押圧力制御は、サーボモータ６ｂの作動アーム６ｃに取り付けられた荷重センサ（ロードセル）６ｄからの検出信号のロードセル調整器６ｅを介したフィードバック制御により行われる。従って、荷重センサ６ｂは、第１ツール１の押し上げ時の面検出センサとしても作動する。
【００７２】
次に、制御器５は、第２段階として、モータドライバ６ａを介したサーボモータ６の駆動制御により、作動アーム６ｃの先端部の矢印Ｚ方向への押圧力を強めて、第２ツール３が１００ないし２００Ｎ程度の荷重力で、第１ツール１に向け押し下げる制御を約２秒間行い、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４の銅箔のリードとが共晶結合により接続されるように制御する（ステップ４Ａ）。
【００７３】
この後のステップは図示していないが、温度の比較的高い第１ツール１をまず下げ、その後温度の低い第２ツールを上昇させる。
【００７４】
このように、第１ツールと第２ツール３との間の押圧開始操作は、２段階制御により行われて熱圧着が実行されるので、その熱圧着操作によりＩＣチップ２に大きな衝撃力が加わるのが回避される。
【００７５】
また、上記のように少なくとも第１ツール１と第２ツール３との間の相対移動により、熱圧着操作が行われるものであるが、第２ツール３をキャリアテープであるテープ４の一方の上面に近接または接触させて停止させる第１の制御と、この第１の制御により第２ツール３の一方の面に近接または接触したテープ４の他方の下面に、第１ツールに保持されたＩＣチップ２を軽荷重の第１の押圧力で押圧する第２の制御と、この第２の制御により第１の押圧力により押圧されたテープ４の上面に対し、第２のツール３をより大きな荷重である第２の押圧力で押圧させる第３の制御とが行われて、ＩＣチップ２のテープ４へのボンディングが行われる。
【００７６】
なお、図４（ｂ）に示したＩＬＢ装置を用いて有孔テープのボンディングを行なう場合は、図５を用いて説明したと同様な動作にて行なうことができる。つまり、まず第１ツール１（この場合は例えば約１００℃）に保持されたＩＣチップ２が、この第１ツール１の上昇により、キャリアテープ４のリード４ｂの一方の面に近接または接触させられる。次に、第２ツール３（この場合例えば３５０℃ないし４００℃）が下降してキャリアテープ４のリード４ｂの他方の面に接触する。そしてその後は、キャリアテープ４のリード４ｂがＩＣチップ２に押圧されるように、第１ツールと第２ツールが制御されて電極２ａ１にリード４ｂが熱圧着される。
【００７７】
以上説明のように、本実施の形態及びその応用例によれば、ＩＣチップ２とテープ４との間の熱圧着による接続に際し、実質上、ＩＣチップ２を保持した第１ツール１の制御移動による第２のツールとの間の押圧接触が行われてはじめて、ＩＣチップ２とテープ４との間の接触が開始される。
【００７８】
従って従来のように、第１ツール１と第２ツール３との間で押圧接触が開始される前に、第１ツール１の熱がキャリアテープ４のリード線に伝達されてしまい、本圧着操作前に、ＩＣチップ２の金バンプとキャリアテープ４のリード線とが接触して温度が上昇し、本圧着時において、その接触部すなわち接続部の必要以上にに温度上昇し、接続部が溶融状態となるような不具合は回避される。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、熱圧着に際して、ボンディングステージからなる第１ツール１は３５０ないし４００℃程度に、またボンディングツールである第２ツール３は約１００℃に設定されるものとして説明したが、温度設定はキャリアテープ４の形状や材質等によって適宜選択変更することができ、例えば第１ツール１が約１００℃に、また第２ツール３が約５００℃に設定される場合もある。 また、上記説明の本発明の実施の形態等において、キャリアテープは、ＣＯＦの下面に所定の間隔でリード等の回路パターンが形成されたものとして説明したが、キャリアテープ本体に、所定の間隔毎にデバイスホールが形成されていて、各デバイスホールに複数のインナーリードが突出形成されたものにも本発明装置及び本発明方法を適用可能であることは言うまでもない。
【００８０】
また、上記実施の形態等では、第１ツール１をボンディングステージとし第２ツール３をボンディングツールとした例で説明したが、第１ツール１をボンディングツールとするとともに、第２ツール３をボンディングステージとしても良い。この場合、ＩＣチップは、上方からボンディングツールにて吸着保持され、ボンディングツールとボンディングステージとの間に配置されたキャリアテープに対して上方から加熱押圧される。
【００８１】
いずれにしても本発明によるボンディング装置、及びボンディング方法によれば、熱圧着ツールによる熱圧着開始操作、ないしは熱圧着後の熱圧着ツールの引離し操作がほぼ同じタイミングで行なわれるので、テープ（キャリアテープ）４自体の安定が保持され、またテープ４とＩＣチップとの接続部における不要な温度上昇が回避され、接続部の溶融状態化を防止して良好な結合状態を維持できるので、高品質で信頼性の高い半導体装置等の電子部品を効率良く製造することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣチップとキャリアテープとの間の熱圧着による接続に際し、接続部の温度が所要の熱圧着温度を越えないように制御されるので、接続部分では安定かつ良好な電気的導通が確保され、信頼性の高い半導体装置を効率良く製造することができ、実用に際し得られる効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング装置の一実施の形態を示した概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示したボンディング装置で行われる熱圧着の工程説明図、図２（ｂ）は図２（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【図３】図１及び図２に示した本発明によるボンディング装置の変形例の工程説明図である。
【図４】図４（ａ）は本発明によるボンディング装置において、第１ツール及び第２ツールにより熱圧着されるまでの詳細工程図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した工程が実行される装置の概略構成図である。
【図５】従来のボンディング装置を示した構成図である。
【図６】図６（ａ）は図５に示したボンディング装置で行われる熱圧着の工程説明図、図６（ｂ）は図６（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【図７】図７（ａ）は図５に示したボンディング装置で行われる他の熱圧着の工程説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【符号の説明】
１ ボンディングステージ（第１ツール）
１ａ シリンダ
２ ＩＣチップ
２ａ 金バンプ
３ ボンディングツール（第２ツール）
３ａ シリンダ
４ キャリアテープ（テープ）
５ 制御器（制御手段）
６ Ｘ−Ｙ、θ駆動機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術を用いて、シネフィルム状のキャリアテープのリードにＩＣチップを接続実装して半導体装置等の電子部品を組立て製造するのに好適なボンディング装置及びボンディング方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術を利用したＩＣチップの接続には、通常、インナーリードボンディング装置（以下、ＩＬＢ装置と略称する）が使用される。
【０００３】
図５は、ＩＬＢ装置の主要部を示した拡大正面図で、ヒータを内蔵したボンディングステージ（以下、第１ツールと称する）１上には、ＩＣチップ２が吸着搭載され、そのＩＣチップ２は、同じくヒータを内蔵したボンディングツール（以下、第２ツールと略称する）３との間に搬送供給されてきたキャリアテープ（以下、テープと略称する）４に接続されるべく、不図示の位置決め機構により位置合わせが行われる。
【０００４】
テープ４には、デバイスホール４ａが等間隔で設けられ、その内側にインナリード４ｂが形成されている。インナリード４ｂと、ＩＣチップ２の電極２ａ１とが対向一致した状態となるように第１ツール１が位置決め調整され、その後、第１ツール１は矢印Ｚ１方向に上昇移動する。そして、電極２ａ１の上面がテープ４のインナリード４ｂの下面に近接または接触したところで第１ツール１の上昇は停止し、その状態で上方から第２ツール３が矢印Ｚ２方向に降下する。いずれ第２ツール３の下面はインナリード４ｂの上面に接触し、以降第２ツール３と第１ツール１とにより電極２ａ１とインナリード４ｂとの間では熱圧着が行なわれる。
【０００５】
従って、電極２ａ１とインナリード４ｂとは、約１００℃に加熱された第１ツール１と例えば３５０ないし４００℃程度に加熱された第２ツール３とによる熱圧着を受け、接続される。
【０００６】
熱圧着によるＩＣチップ２とテープ４との接続後は、まず高温である上方の第２ツール３が先に上昇移動してテープ４から離脱し、続いて下方の第１ツール１がＩＣチップ２の吸着を解除して下降移動し、第１ツール１への次のＩＣチップ２の吸着搭載が行われる。
【０００７】
ところで最近、耐熱温度が２７０℃程度からなるポリイミド等の樹脂製フィルムを用いたいわゆるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）が登場してきている。
通常、ＩＬＢ装置に用いられるテープには、上述したように、そのボンディング部にテープの厚み方向に貫通する孔部（デバイスホール）を有している（本明細書では、この孔部を有するテープを「有孔テープ」とも略称する）が、このＣＯＦに用いられるテープ４は、下（裏）面にリード線が形成されてなり、かつ窓部のないもの（本明細書では、「無孔テープ」とも略称する）で、そのリード線とＩＣチップ２の金パンプ２ａとが共晶結合により接続されてＣＯＦが製造される。
【０００８】
さて、ＣＯＦの製造装置における手順を図を用いて説明する。このＣＯＦの製造の場合、前述したようにテープの下（裏）面にリード線が形成されているため、前述したＩＬＢの使用態様とは異なり、下側のツールであるボンディングステージ１は例えば３５０ないし４００℃に、上側のツールであるボンディングツール３は約１００℃に温度設定される。
【０００９】
図６（ａ）は、ＣＯＦの製造において熱圧着工程の手順をより詳しく示したもので、図６（ｂ）は図６（ａ）に示した各工程におけるテープ４上表面の温度推移を示している。
【００１０】
すなわち、まず図６（ａ）に示すように、ステップ１では、搬送されてきたテープ４に対し、第１ツール１に吸着搭載されたＩＣチップ２の位置決めが行われる。
【００１１】
ステップ１における位置決め後、３５０ないし４００℃程度に加熱された第１ツール１は不図示のシリンダ等の操作により上昇移動し、ＩＣチップ２の金バンプ２ａがテープ４のリード線に接触した状態で停止してＩＣチップ２を支持する（ステップ２）。
【００１２】
ステップ２の工程の後、約１００℃に加熱された第２ツール３は、不図示のシリンダやサーボモータによるボールねじ機構等の操作により下降移動し、テープ４を例えば１００ないし２００Ｎ（ニュートン）の力で約２秒間にわたり押圧する。その結果、テープ４とＩＣチップ２は、１００℃の第２ツール３と３５０ないし４００℃の第１ツール１とにより押圧加熱を受けるので、リード線と金バンプ２ａとは共晶結合により接続される（ステップ３）。
【００１３】
ステップ３における熱圧着後は、テープ４に接続されたＩＣチップ２を第１ツール１が引続き支持し、熱圧着により加熱したテープ４の下方へのたわみを回避した状態で、シリンダやサーボモータによるボールねじ機構等の操作により、第２ツール３を上昇離脱させ（ステップ４）、続いて第１ツール１はＩＣチップ２の吸着を解除すると同時に、シリンダ等の操作により下降離脱して、ＩＣチップ２のテープ４への接続実装は終了する（ステップ５）。
【００１４】
ここで、上記ステップ４において、第２ツール３を先に離脱させるのは、テープ４に与える機械的負荷（ストレス）を回避させるためであり、テープ２に接続されたＩＣチップ４を第１ツール１が下方で吸着支持した状態を保持しつつ、第２ツール３を上昇移動させる。
【００１５】
上記のように、ＩＣチップ２とテープ４との間の接続は、約１００℃に加熱された第２ツール３と、３５０ないし４００℃程度に加熱された第１ツール１との間の押圧加熱によって行われるが、その間、ポリイミド樹脂製のテープ４の上面（すなわち、約１００℃の第２ツール３側の面）の温度は、図６（ｂ）に示す経緯で推移する。
【００１６】
すなわち、ステップ１の段階で、常温（たとえば２５℃前後）状態にあるテープ４は、ステップ２において、その下端面がＩＣチップ２を介して３５０℃ないし４００℃程度の第１ツール１により一旦支持されるので、テープ４の上面温度は上昇し始める。その後、直ちに常温よりは高い約１００℃の第２ツール３による降下押圧を受け加温されるので、テープ４の上面温度は約２００℃に到達し、この状態で推移して約２秒間の熱圧着が開始される（ステップ３）。
【００１７】
ステップ４において、第２ツール３をテープ４から引離して離脱させた後は、ステップ５に移行し、ステージ１はＩＣチップ２の吸着を解除して下方へ降下するが、このステップ４からステップ５への移行過程において、テープ４の上面から、高温（３５０ないし４００℃程度）の第１ツール１よりも低い温度（約１００℃）で接触していた第２ツール３が離れてしまうので、その瞬間、テープ４の上面温度は図６（ｂ）に示すように一時的に上昇することが知られている。
【００１８】
従来のボンディング装置では、上記のように、ステップ４からステップ５への移行に際し、一時的ではあるがテープ４の温度が上昇し、その過渡的な温度上昇によって、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４の銅箔のリードとの間の接続状態が、共晶結合から溶融状態へと変化してしまい損傷を受けるので、良好な電気的導通が得られなくなる恐れがあった。
【００１９】
そこで、上記ステップ４からステップ５への移行に際し、テープ４の過渡的な温度上昇を抑制すべく、上記ステップ４における工程内容を変更し、テープ４の上面側を第２ツール３に接触させた状態で、第１ツール１をＩＣチップ２の吸着を解除して下降させ、その後第２ツール３を上昇移動によりテープ４から離脱させることも試みられている。
【００２０】
すなわち、図７（ａ）は、図６（ａ）に示したステップ４の工程を変更し、熱圧着によるＩＣチップ２のテープ４への接続後は、まず先に下方の３５０ないし４００℃の第１ツール１をＩＣチップ２から下方に離脱させ、その後に第２ツール３を上方に移動させてテープ４から離脱させるようにしたものである。
【００２１】
その結果、テープ４の上面温度は図７（ｂ）に示すように推移し、図６（ｂ）に示した特性曲線と比較し、ステップ４からステップ５に移行する際に発生した高温のピーク値は抑えられる。しかしながら、依然として過渡的な温度変化が大きく、熱圧着時の温度（約２００℃）を越える部分が残存した。
【００２２】
また図６、図７を用いて説明した２つの試行においては、いずれも次に述べる不具合を有していた。すなわち、いずれの工程においても約２秒間にわたる熱圧着操作の実行開始に先立ち、ステップ２に示したように、テープ４はＩＣチップ２を介して、高温（３５０ないし４００℃程度）の第１ツール１上に載置されているので、テープ４とＩＣチップ２との間の接続部の温度は上昇した。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のボンディング装置及びボンディング方法では、まず第１に、熱圧着の工程において、熱圧着後にＩＣチップ２がテープ４に接続された状態から、第１ツール１及び第２ツール３を引離して離脱させる際、テープ４の上表面温度が過渡的に上昇し、その結果、共晶結合による接続状態が損なわれ、電気的導通特性が低下する恐れが生じた。
【００２４】
また、同じく熱圧着の工程では、ステップ３に示した熱圧着操作に先立ち、テープ４はステップ２に示した段階からすでに、３５０ないし４００℃程度の高温の第１ツール１上に載置されていて、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４において錫めっきされたリード線との間の接続部の温度は上昇しており、熱圧着操作を経た後は、その接続部は共晶結合から溶融状態へと移行してしまい、同様に良好な電気的導通特性が得られず、製造上の歩留まりを低下させたので改善が要望されていた。
【００２５】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、ＩＣチップとキャリアテープ（テープ）との接続部が、熱圧着後、あるいは熱圧着中においても、共晶結合から溶融状態へと変化するのを回避したボンディング装置及びボンディング方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング装置において、前記押圧加熱により前記キャリアテープに接続された前記ＩＣチップから前記第１ツールを引離す離脱操作と、前記押圧加熱により前記ＩＣチップが接続された前記キャリアテープから前記第２ツールを引離す離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
第２の発明は、第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング方法において、前記第１ツールと前記第２ツールとの間の相対移動により、前記ＩＣチップと前記キャリアテープとが接続される熱圧着工程と、この熱圧着工程後に、前記第２ツールの前記キャリアテープからの離脱操作と、前記第１ツールの前記ＩＣチップからの離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われる離脱工程と、からなることを特徴とする。
【００２８】
上記のように、第１及び第２の発明によれば、熱圧着後における、第２ツールのキャリアテープからの離脱操作と第１ツールのＩＣチップからの離脱操作とを時間差がなく同一タイミングで行うようにしたので、キャリアテープの下方へのたわみ変形が回避されるとともに、接続部分における温度上昇が抑制されるので、共晶結合による接続状態は良好に維持され、高品質な半導体装置を製造することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるボンディング装置及びボンディング方法の一実施の形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、図５ないし図７に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
図１は、本発明によるボンディング装置の一実施の形態を示した要部構成図で、図２は図１に示した装置によるボンディング工程図である。
【００３８】
本発明によるボンディング装置及びボンディング方法は、まず第１に、熱圧着終了時に、接続されたキャリアテープとＩＣチップから、第２ツールであるボンディングツール及び第１ツールであるボンディングステージをほぼ同じタイミングで引離し離脱させることによって、ＩＣチップを接続したキャリアテープ自体の安定が図られ、同時に、接続部における温度上昇が回避されることに着目してなされたものである。
【００３９】
また、本発明のボンディング装置及びボンディング方法は、第２に、ＩＣチップとキャリアテープとの間の熱圧着接続に際し、ＩＣチップを保持した第１ツールと第２のツールとの間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングで、ＩＣチップとキャリアテープとの間の接触が開始されるように構成し、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することをねらいとしたものである。
【００４０】
すなわち、本発明によるボンディング装置は、図１に示したように、無孔テープでポリイミド樹脂製のキャリアテープ（以下、テープと略称する）４が順次間欠搬送されてきて、そのテープ４に形成された不図示のリードを含む回路パターンがボンディング位置に位置して一旦停止する。テープ４の回路パターンは例えば銅箔で形成され、その銅箔には錫めっきが施されている。
【００４１】
一方、図１に示すように、ウエハ７に形成されたＩＣチップ２のうちの１つが、ピックアンドプレースユニット８によりピックアップされ、第１ツール１上に供給載置され、ここで制御手段である制御器５による不図示の吸着機構の制御により吸着され、その後、図２（ａ）のステップ（イ）に示すように、第１ツール１上のＩＣチップ２がテープ４に対向するように位置合わせが行なわれる。
【００４２】
この状態でさらに制御器５は、第２ツール３に連結され第２ツール３を昇降駆動するたとえばサーボモータによるボールねじ機構３ａ、及び第１ツール１に連結され第１ツール１を昇降駆動するたとえばサーボモータによるボールねじ機構１ａをそれぞれ制御する。
【００４３】
制御器５は、各ボールねじ機構３ａ，１ａを制御し、約１００℃に加熱された第２ツール３を降下させると同時に、下方から１Ｃチップ２を吸着搭載し、３５０ないし４００℃程度に加熱される第１ツール１を上昇させ、第２ツール３がテープ４の上面に接触押圧するのとほぼ同一のタイミングで、そのＩＣチップ２の金バンプ２ａがテープ４のリードに接触してテープ４を下方で支持するように制御する（ステップ（ロ））。
【００４４】
図２（ａ）のステップ（ロ）の状態において、テープ４とＩＣチップ２は、第２ツール３と第１ツール１との間の約２秒間にわたる押圧加熱を受けるので、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４のリードとの間の接続部は共晶結合が行われる。
【００４５】
ＩＣチップ２とテープ４とが接続された後、制御器５によるボールねじ機構３ａ，１ａの制御、及び第１ツール１における吸着機構の制御により、図２（ａ）のステップ（ハ）に示すように、第２ツール３のテープ４上面からの上昇離脱と、同じく第１ツール１のＩＣチップ２への吸着解除並びに下降離脱とがほぼ同一タイミングで行うように制御を受けて、ＩＣチップ２のテープ４への接続実装が終了する。
【００４６】
上記工程の熱圧着に際し、約１００℃に加熱された第２ツール３と、３５０ないし４００℃に加熱された第１ツール１とによりＩＣチップ２及びテープ４は押圧加熱されるが、このときテープ４自体の上面（第２ツール３側面）温度は、図２（ｂ）に示す経緯で推移する。
【００４７】
すなわち、ステップ（イ）で常温（たとえば２５℃前後）状態のテープ４の上面温度は、ステップ（ロ）において、ＩＣチップ２を介して第１ツール１による支持と、約１００℃の第２ツール３の下降による熱圧着開始がほぼ同時に行われるので、テープ４の上面は２００℃に到達し、以後熱圧着中の約２秒の間、テープ４の上面温度はほぼ一定の約２００℃で推移する。
【００４８】
次に、ステップ（ハ）において、制御部５によるボールねじ機構１ａ，３ａの操作による第２ツール３のテープ４からの離脱操作と、第１ツール１のＩＣチップ２からの離脱操作等とがほぼ同時に行われるが、このほぼ同時の離脱操作によりＩＣチップ２を接続したテープ４は機械的ストレスを受けないので、上下方向に変形することなく安定するとともに、同時離脱により、テープ４の上面温度は熱圧着時における２００℃の温度より上昇することなく、図２（ｂ）に示すように直ちに円滑に低下する傾向を示した。
【００４９】
このように、本実施の形態のボンディング装置及びボンディング方法によれば、制御器５による制御により、熱圧着終了時におけるＩＣチップ２を搭載したテープ４からの離脱動作に時間差がなく、共通してほぼ同時に行なわれるので、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとキャリアテープ４のリード線との間の接続部における過渡的な温度上昇は回避され、良好な共晶結合状態が得られるので、電気的特性の良好な半導体装置等の電子部品を組立て製造することができるとともに、半導体装置の組み立て時間の短縮化が可能となり、製造効率を向上させることができる。また、上記実施の形態では、制御器５による制御により、熱圧着操作開始時において、テープ４に対する第１ツール１及び第２ツール３との間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングで、ＩＣチップとキャリアテープとの間だの接触が開始されるので、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することができ、また半導体装置の組み立て時間のより短縮化も可能となる。
【００５０】
また、上記実施の形態において、第１ツール１を上昇させてＩＣチップ２の金バンプ２ａをテープ４のリードに接触させるタイミングと、第２ツール３を下降させてテープ４を上から押圧するタイミングとをほぼ同時に行なうものとして説明したが、必ずしもこれに厳格にとらわれることなく構成し、実質上、同様な作用効果を得ることができる。
【００５１】
例えば、応用例の工程を図３（ａ）に示すように、第２ツール３をテープ４に接触させた後、ＩＣチップの金バンプ２ａとテープ４のリードとを接触させるようにしてもよく、或いは図３（ｂ）に示すように、ＩＣチップの金バンプ２ａとテープ４のリードとを接触させると同時に、第２ツール３をテープ４に接触させるようにしても、実質的に同様な効果が得られる。
【００５２】
すなわち、図３（ａ）に示す工程では、まず、搬送されてきたテープ４に対して第１ツール１上のＩＣチップ２が位置決めされる（ステップ（イ））。次に、制御器５の制御を受けたボールねじ機構１ａの操作により第１ツール１が上昇する。このときの第１ツール１の上昇距離は、第１ツール１上に吸着搭載されたＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４下面のリード線とが接触せず、隙間ｇが得られる程度に設定される（ステップ（ロ））。
【００５３】
次に、制御器５によるボールねじ機構３ａの操作により第２ツール３が下降し、第２ツール３はテープ４をＩＣチップ２の金バンプ２ａとの間の隙間ｇ分さらに下方に押し下げるので、ここではじめてテープ４の下面は１００ないし２００Ｎの荷重を受け、ＩＣチップ２の金バンプ２ａに押し付けられ接触する（ステップ（ロ’））。
【００５４】
従って、ステップ（ロ’）の工程における第１及び第２ツール１，３間の熱圧着操作を経て後、図２（ａ）におけるステップ（ハ）の工程と同様に、制御器５のボールねじ機構３ａの操作による第２ツール３の上昇離脱操作と、同じく制御器５による第１ツール１におけるＩＣチップ３の吸着解除並びにボールねじ機構１ａによる下降離脱操作等の一連の動作がほぼ同一タイミングで行なわれる（ステップ（ハ））。
【００５５】
一方、他の応用例の図３（ｂ）に示す工程では、まず、搬送されてきたテープ４に対して第１ツール１上のＩＣチップ２が位置決めされる（ステップ（イ））。次に、制御器５の制御によるボールねじ機構３ａの操作により第２ツール３を下降させる。このときの第２ツール３の下降量は、第２ツール３の押圧面がテープ４の上面とに間に微小な隙間ｇが得られる程度に設定される（ステップ（ロ））。
【００５６】
制御器５の制御によるボールねじ機構１ａの操作により第１ツール１が上昇する。このときの第１ツール１の上昇動作は、テープ４はＩＣチップ２の金バンプ２ａと接触を経るのとほとんど同時に、第２ツール３とテープ４の間の隙間ｇ分押し上げるので、ＩＣチップ２とテープ４との接触と、テープ４を介した第２ツール３への第１ツール１の押圧操作が行われ、第１ツール１との第２ツール３との間の１００ないし２００Ｎの荷重押圧により熱圧着が行われる（ステップ（ロ’））。
【００５７】
図３（ｂ）のステップ（ロ’）による熱圧着の後は、ここでも図２（ａ）並びに図３（ａ）におけるステップ（ハ）の動作と同様に、制御器５のボールねじ機構３ａの操作による第２ツール３の上昇離脱操作と、同じく制御器５による第１ツール１におけるＩＣチップ３の吸着解除、並びにボールねじ機構１ａによる下降離脱操作等とがほぼ同一タイミングで行なわれる（図３（ｂ）のステップ（ハ））。
【００５８】
このように、図３（ａ）及び（ｂ）に示した各変形例によれば、上記図２に示した工程と同様に、第１ツール１及び第２ツール３は、熱圧着により接続されたＩＣチップ２及びテープ４からほぼ同時に離脱するので、熱圧着後にテープ４とＩＣチップ１の接続部の温度上昇が過渡的に上昇し、共晶結合されたＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４のリードとの間の接続部が溶融等して損傷するような不具合は回避され、電気的特性の良好な結合状態を得ることができる。
【００５９】
また、いずれの変形例においても、第１ツールと第２ツールとの間の押圧接触の開始とほぼ同一タイミングでＩＣチップとキャリアテープとの間の接触が開始されるので、熱圧着操作開始前における接続部の温度上昇を回避することができる。
【００６０】
次に、上記のように、本実施の形態及び各応用例の説明では、図２（ａ）のステップ（ロ）及び図３（ａ）及び図３（ｂ）の各ステップ（ロ）からステッブ （ロ’）における熱圧着工程において、ＣＯＦ等のテープ４のリード線とＩＣチップ２の金バンプ２ａとの間は、第１ツール１と第２ツール３との間には１００ないし２００Ｎ（ニュートン）程度に押圧荷重力が付加される。
【００６１】
しかしながら、前述のように、第１ツール１と第２ツール３との間に、１００ないし２００Ｎの荷重が一挙に付加されると、ＩＣチップ２はその衝撃力で破損してしまうことがあるので、上記実施の形態及び各応用例における、ステップ （ロ）ないしはステップ（ロ）からステップ（ロ’）に至る熱圧着操作においては、以下図４を参照して説明するように、２段階による降下制御を経た押圧操作が行なわれ、ＩＣチップ２に破損につながるような衝撃力が加わらないように制御される。
【００６２】
すなわち、図４（ａ）に示したステップ１Ａからステップ４Ａまでの工程は、上記ＣＯＦのテープ４にＩＣチップ２を熱圧着により接続するまでの手順を詳細に示したもので、本実施の形態に示した図２（ａ）のステップ（イ）及びステップ（ロ）、並びに各応用例を示した図３（ａ）及び図３（ｂ）におけるステップ（イ）からステップ（ロ’）までの間の工程に対応する。
【００６３】
また、図４（ｂ）は、ＩＬＢ装置の特に上下ツールの駆動系に主眼をおいて示した概略構成図であって、このＩＬＢ装置を用いて、以下、ＣＯＦの製造に用いられる無孔テープを用いたボンディングについて説明する。
【００６４】
すなわち、図４（ｂ）に示すように、３５０〜４００℃程度に加熱された第１ツール１上にはＩＣチップ２が吸着搭載されていて、ＩＣチップ２と第２ツール３との間には、順次間欠搬送されてきたポリイミド樹脂製のテープ４が配置される。
【００６５】
制御手段であるマイコン搭載の制御器５により、テープ４は、そのリード線を含む回路パターンが、第１ツール１上のＩＣチップ２に対向位置するように位置合わせが行なわれる。
【００６６】
次に制御器５は、第２ツール３を搭載支持した水平（Ｘ−Ｙ）及び回転（θ）駆動機構６を制御し、図４（ａ）のステップ１Ａに示すように、第２ツール３の下方ヘッド先端部の位置及び向きが、位置決めされた第１ツール１に対向一致するように制御する。
【００６７】
このようにして、テープ４の回路パターンと第１ツール１上に搭載されたＩＣチップ２とが位置決めされた状態では、図４（ａ）のステップ１Ａに示すように、テープ４は上下に間隔を置いて、第２ツール３が第１ツール１と対峙するように配置される。
【００６８】
次に、制御器５は、モータドライバ６ａを介したサーボモータ６ｂの駆動制御により、第２ツール３を制御して下方にゆやかに下方に押し下げ、図４（ａ）のステップ２Ａに示すように、約１００℃の第２ツール３の下端部をテープ４に接触させるか、それに近い程度に近接させる。
【００６９】
次に、制御器５は１Ｃチップ２を搭載した第１ツール１を不図示のサーボモータを用いたボールねじ機構を作動させることで押し上げ、熱圧着操作が開始される。
【００７０】
まず第１段階として、図４（ａ）のステップ３Ａに示すように第２ツール３の下端面に対し、テープ４が５０Ｎ（ニュートン）程度の軽荷力で押上げられるように接触させる。
【００７１】
この制御器５による５０Ｎの押圧力制御は、サーボモータ６ｂの作動アーム６ｃに取り付けられた荷重センサ（ロードセル）６ｄからの検出信号のロードセル調整器６ｅを介したフィードバック制御により行われる。従って、荷重センサ６ｂは、第１ツール１の押し上げ時の面検出センサとしても作動する。
【００７２】
次に、制御器５は、第２段階として、モータドライバ６ａを介したサーボモータ６の駆動制御により、作動アーム６ｃの先端部の矢印Ｚ方向への押圧力を強めて、第２ツール３が１００ないし２００Ｎ程度の荷重力で、第１ツール１に向け押し下げる制御を約２秒間行い、ＩＣチップ２の金バンプ２ａとテープ４の銅箔のリードとが共晶結合により接続されるように制御する（ステップ４Ａ）。
【００７３】
この後のステップは図示していないが、温度の比較的高い第１ツール１をまず下げ、その後温度の低い第２ツールを上昇させる。
【００７４】
このように、第１ツールと第２ツール３との間の押圧開始操作は、２段階制御により行われて熱圧着が実行されるので、その熱圧着操作によりＩＣチップ２に大きな衝撃力が加わるのが回避される。
【００７５】
また、上記のように少なくとも第１ツール１と第２ツール３との間の相対移動により、熱圧着操作が行われるものであるが、第２ツール３をキャリアテープであるテープ４の一方の上面に近接または接触させて停止させる第１の制御と、この第１の制御により第２ツール３の一方の面に近接または接触したテープ４の他方の下面に、第１ツールに保持されたＩＣチップ２を軽荷重の第１の押圧力で押圧する第２の制御と、この第２の制御により第１の押圧力により押圧されたテープ４の上面に対し、第２のツール３をより大きな荷重である第２の押圧力で押圧させる第３の制御とが行われて、ＩＣチップ２のテープ４へのボンディングが行われる。
【００７６】
なお、図４（ｂ）に示したＩＬＢ装置を用いて有孔テープのボンディングを行なう場合は、図５を用いて説明したと同様な動作にて行なうことができる。つまり、まず第１ツール１（この場合は例えば約１００℃）に保持されたＩＣチップ２が、この第１ツール１の上昇により、キャリアテープ４のリード４ｂの一方の面に近接または接触させられる。次に、第２ツール３（この場合例えば３５０℃ないし４００℃）が下降してキャリアテープ４のリード４ｂの他方の面に接触する。そしてその後は、キャリアテープ４のリード４ｂがＩＣチップ２に押圧されるように、第１ツールと第２ツールが制御されて電極２ａ１にリード４ｂが熱圧着される。
【００７７】
以上説明のように、本実施の形態及びその応用例によれば、ＩＣチップ２とテープ４との間の熱圧着による接続に際し、実質上、ＩＣチップ２を保持した第１ツール１の制御移動による第２のツールとの間の押圧接触が行われてはじめて、ＩＣチップ２とテープ４との間の接触が開始される。
【００７８】
従って従来のように、第１ツール１と第２ツール３との間で押圧接触が開始される前に、第１ツール１の熱がキャリアテープ４のリード線に伝達されてしまい、本圧着操作前に、ＩＣチップ２の金バンプとキャリアテープ４のリード線とが接触して温度が上昇し、本圧着時において、その接触部すなわち接続部の必要以上にに温度上昇し、接続部が溶融状態となるような不具合は回避される。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、熱圧着に際して、ボンディングステージからなる第１ツール１は３５０ないし４００℃程度に、またボンディングツールである第２ツール３は約１００℃に設定されるものとして説明したが、温度設定はキャリアテープ４の形状や材質等によって適宜選択変更することができ、例えば第１ツール１が約１００℃に、また第２ツール３が約５００℃に設定される場合もある。 また、上記説明の本発明の実施の形態等において、キャリアテープは、ＣＯＦの下面に所定の間隔でリード等の回路パターンが形成されたものとして説明したが、キャリアテープ本体に、所定の間隔毎にデバイスホールが形成されていて、各デバイスホールに複数のインナーリードが突出形成されたものにも本発明装置及び本発明方法を適用可能であることは言うまでもない。
【００８０】
また、上記実施の形態等では、第１ツール１をボンディングステージとし第２ツール３をボンディングツールとした例で説明したが、第１ツール１をボンディングツールとするとともに、第２ツール３をボンディングステージとしても良い。この場合、ＩＣチップは、上方からボンディングツールにて吸着保持され、ボンディングツールとボンディングステージとの間に配置されたキャリアテープに対して上方から加熱押圧される。
【００８１】
いずれにしても本発明によるボンディング装置、及びボンディング方法によれば、熱圧着ツールによる熱圧着開始操作、ないしは熱圧着後の熱圧着ツールの引離し操作がほぼ同じタイミングで行なわれるので、テープ（キャリアテープ）４自体の安定が保持され、またテープ４とＩＣチップとの接続部における不要な温度上昇が回避され、接続部の溶融状態化を防止して良好な結合状態を維持できるので、高品質で信頼性の高い半導体装置等の電子部品を効率良く製造することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣチップとキャリアテープとの間の熱圧着による接続に際し、接続部の温度が所要の熱圧着温度を越えないように制御されるので、接続部分では安定かつ良好な電気的導通が確保され、信頼性の高い半導体装置を効率良く製造することができ、実用に際し得られる効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング装置の一実施の形態を示した概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示したボンディング装置で行われる熱圧着の工程説明図、図２（ｂ）は図２（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【図３】図１及び図２に示した本発明によるボンディング装置の変形例の工程説明図である。
【図４】図４（ａ）は本発明によるボンディング装置において、第１ツール及び第２ツールにより熱圧着されるまでの詳細工程図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した工程が実行される装置の概略構成図である。
【図５】従来のボンディング装置を示した構成図である。
【図６】図６（ａ）は図５に示したボンディング装置で行われる熱圧着の工程説明図、図６（ｂ）は図６（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【図７】図７（ａ）は図５に示したボンディング装置で行われる他の熱圧着の工程説明図、図７（ｂ）は図７（ａ）の熱圧着の工程に対応したキャリアテープの温度経緯を示した特性図である。
【符号の説明】
１ ボンディングステージ（第１ツール）
１ａ シリンダ
２ ＩＣチップ
２ａ 金バンプ
３ ボンディングツール（第２ツール）
３ａ シリンダ
４ キャリアテープ（テープ）
５ 制御器（制御手段）
６ Ｘ−Ｙ、θ駆動機構
Claims (8)
- 第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング装置において、
前記押圧加熱により前記キャリアテープに接続された前記ＩＣチップから前記第１ツールを引離す離脱操作と、前記押圧加熱により前記ＩＣチップが接続された前記キャリアテープから前記第２ツールを引離す離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われるように制御する制御手段を備えたことを特徴とするボンディング装置。 - 前記制御手段は、前記ＩＣチップと前記キャリアテープとの熱圧着による接続に際し、前記ＩＣチップの前記キャリアテープに対する接触と、前記第２ツールの前記キャリアテープに対する接触とが同一タイミングで開始されるように前記第２ツールを下降させると同時に、前記第１ツールを上昇させることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
- 前記制御手段は、前記ＩＣチップと前記キャリアテープとの熱圧着による接続に際し、まず、前記第１ツールに保持された前記ＩＣチップが前記キャリアテープとの間に微小間隔を隔てて位置するように前記第１ツールを制御し、その後、前記キャリアテープを前記ＩＣチップに押圧するように前記第２ツールを制御することを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
- 前記制御手段は、前記ＩＣチップと前記キャリアテープとの熱圧着による接続に際し、まず、前記第２ツールが前記キャリアテープとの間に微小間隔を隔てて位置するように前記第２ツールを制御し、その後、前記ＩＣチップを前記キャリアテープに押圧するように前記第１ツールを制御することを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
- 第１ツールとこの第１ツールに対向して設けられた第２ツールとの間の押圧加熱により、前記第１ツールにて保持されたＩＣチップを前記第１ツールと前記第２ツールとの間に配置されたキャリアテープに接続するボンディング方法において、
前記第１ツールと前記第２ツールとの間の相対移動により、前記ＩＣチップと
前記キャリアテープとが接続される熱圧着工程と、
この熱圧着工程後に、前記第２ツールの前記キャリアテープからの離脱操作と、前記第１ツールの前記ＩＣチップからの離脱操作とが時間差がなく同一タイミングで行われる離脱工程と、
からなることを特徴とするボンディング方法。 - 前記熱圧着工程は、前記ＩＣチップの前記キャリアテープに対する接触と、前記第２ツールの前記キャリアテープに対する接触とが同一タイミングで開始されるように前記第２ツールを下降させると同時に、前記第１ツールを上昇させることを特徴とした請求項５記載のボンディング方法。
- 前記熱圧着工程は、前記第１ツールにより前記ＩＣチップを前記キャリアテープとの間に微小間隔を隔てて配置する工程と、前記第２ツールにより前記キャリアテープを前記ＩＣチップに押圧する工程と、を有することを特徴とする請求項５記載のボンディング方法。
- 前記熱圧着工程は、前記第２ツールを前記キャリアテープとの間に微小間隔を隔てて配置する工程と、前記第１ツールにより前記ＩＣチップを介して前記キャリアテープを前記第２ツール押し付けることにて前記ＩＣチップを前記キャリアテープに押圧する工程と、を有することを特徴とする請求項５記載のボンディング方法。
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