JP4717129B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、認識装置、ボンディング装置および回路装置の製造方法に関し、特に、認識装置の認識精度を向上させ、また、ボンディング装置のボンディング精度を向上させ、それらを用いた回路装置の製造方法に関するものである。
従来における半導体装置では、リードフレーム上に形成された搭載部にワイヤボンディングを行う場合には各搭載部毎に行われており、その１実施例として、例えば、特開昭６３−２９５３５号公報にその認識装置、ボンディング装置について開示されている。
図１７に示すように、ヒートブロック部１上には、チップ１０が付されたトランジスタリードフレーム２が載置されている。そして、ヒートブロック部１上のリードフレーム２上部には、ボンディングアーム３が設置されており、ボンディングアーム３先端にはキャピラリー４が設置されている。このキャピラリー４にはワイヤ５が設置されたおり、キャピラリ４近傍にはワイヤ５のボール形成行うためのトーチ６が設置されている。
そして、この熱圧着型ボンディング装置には、ワイヤボンド位置認識部７、ボンディングヘッド駆動部８が設置されており、ボンディングヘッド駆動部８のＸＹ方向への稼働と連動して稼働するようにセットされた、ボンディング部を局部的に加熱するための局部加熱装置９も設置されている。この局部加熱装置９としては例えばレーザー光線装置を用いることができる。
次に動作について説明する。ヒートブロック部１により加熱されたリードフレーム２に、ワイヤボンド位置認識部７の情報によりあらかじめプログラムされた通りボンディングヘッド駆動部８を稼働させるとともに、局部加熱装置９をボンディング中のみ稼働させてチップ１０上の熱不足を補いつつボールボンドし、その後キャピラリー４をリードフレーム２側に移動させ、再び局部加熱装置９をボンディング中のみ稼働させてリードフレーム２側の熱不足を補いつつステッチボンドを行ない、その後トーチ６により切断されたワイヤ５の先端にボール部を形成させる。
次にチップ１０上のもう一方の電極に、局部加熱装置９をボンディング中のみ稼働させてチップ１０上の熱不足を補いつつボールボンドし、その後キャピラリー４をリードフレーム側に移動させ、再び局部加熱装置９をボンディング中のみ稼働させ、リードフレーム側の熱不足を補いつつステッチボンドを行ない、その後トーチ６により切断されたワイヤ５の先端にボールを形成させる。以上のようにボンディング部の熱不足を補いつつボンディングさせているため、高品質なワイヤボンドが得られる。またさらに超音波をも併用すればより高品質なワイヤボンドが得られるものである。
また、上記実施例では、トランジスタチップの場合について示したが、チップはこれに限らずダイオード、ＩＣなどであってもよく、本発明は任意の半導体装置のワイヤボンダーとして適用できるものである。
上記したように、完全に打ち抜かれたリードフレーム２上に搭載部が形成されている場合は、ワイヤボンディング時に当該搭載部のみが、例えば、２５０℃くらいに加熱されれば良い。つまり、リードフレーム２全体が、常に、高温状態に有るわけではなく部分加熱で可能であるため、特に、上記におけるボンディング装置、認識装置で誤認識、認識状況の悪化等の問題はなかった。
しかし、本発明の実施の形態で詳細はするが、小面積に多数の搭載部を有する集合ブロックを導電箔、リードフレーム等上に形成した場合は、１つの集合ブロックの全てのワイヤボンディング工程が終わるまでは導電箔、リードフレーム等は高温状態に維持されたままである。そのことにより、集合ブロックを有する導電箔、リードフレーム等は、上記の高温状態に長時間置かれることにより酸化してしまうという課題があった。
また、上記したリードフレーム等が酸化することを防止するためには、高温状態に有るリードフレームに不活性ガス、例えば、窒素ガスの充填された空間に置くことで防ぐことができる。しかし、この空間を形成するためには、リードフレームを載置する作業台上に不活性ガス充填空間を形成し、更に、その空間上部には認識用およびワイヤボンディング用の作業孔を形成しなければならない。この時、不活性ガスが空間内で高温に加熱され、作業孔から外部に出る際に室温との温度差によりゆらぎ（陽炎）を発生する。そして、このゆらぎは認識領域に侵入し認識カメラが誤認識するので、高集積された微細の導電パターンの認識の精度を欠いてしまうという課題があった。
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたもので、
第１に、搭載部が設けられ、酸化防止剤膜が形成されているリードフレームを用意し、
前記搭載部に相当する前記リードフレームの裏面を高温にされたボンディング装置の載置台に設け、
前記搭載部に相当する所の前記リードフレームに設けられた半導体素子と前記リードフレームとを、前記ボンディング装置を使ってボンディングする半導体装置の製造方法であり、
前記リードフレームを押さえながらワイヤボンディングする際、前記リードフレームに窒素ガスを吹き付け、前記リードフレームに設けられた前記酸化防止剤膜の剥がれを抑止する事で解決するものである。
第２に、行方向および列方向に配置された複数の搭載部がまとまって集合ブロックとなって形成され、酸化防止剤膜が形成されているリードフレームを用意し、
前記集合ブロックに相当する前記リードフレームの裏面を高温にされたボンディング装置の載置台に設け、
前記搭載部に相当する所の前記リードフレームに設けられた半導体素子と前記リードフレームとを、前記ボンディング装置を使ってボンディングし、前記集合ブロック内でワイヤボンディングを一括して行う半導体装置の製造方法であり、
前記リードフレームの前記集合ブロックの周端を押さえながら一括してワイヤボンディングする際、前記集合ブロックに窒素ガスを吹き付け、前記リードフレームに設けられた酸化防止剤膜の剥がれを抑止する事で解決するものである。
リードフレームの酸化防止剤膜が剥がれることで樹脂との密着性が悪化するのを防止することができる。
本発明の第１の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を簡略化して説明する図である。 本発明の第２の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態の認識装置を備えたボンディング装置を簡略化して説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の回路装置の製造方法を説明する図である。 従来の認識装置を備えたボンディング装置を説明する図である。
本発明である認識装置、ボンディング装置および回路装置の製造方法について、最初に、第１の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、本発明の認識装置およびボンディング装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態では、認識装置とボンディング装置が連動し、一台の認識装置を備えたボンディング装置２１として形成されている。
図１に示す如く、ボンディング装置２１の主な構造は、載置台２２、載置台２２上に作業スペースを覆うカバー２３、カバー２３上面に設けられた作業孔２４、作業孔２４上方に設置されたリング照明２５、リング照明２５側面に設置されたボンディングアーム２６、ボンディングアーム２６先端部に設けられたキャピラリー２７、キャピラリー２７近傍に設けられたトーチ２８、リング照明２５上方に設けられた鏡筒２９、図示はしていないが、鏡筒２９内に設置された認識カメラより成る。
次に、個々の構造の特徴を説明しながら、その動作についても後述する。
先ず、載置台２２は多数の搭載部を有するリードフレーム３４が載置され、リードフレーム３４を加熱することでワイヤボンディング性を向上させるためにヒータ３０機能を備えている。このヒータ３０により、載置台２２およびカバー２３により構成される作業スペース内は、ワイヤボンディング工程の間中、例えば、２３０℃程度の高温状態に維持することができる。
次に、図１には示していないが、カバー２３の一部は、クランパー６０（図１２参照）から成り、このクランパー６０上面を、例えば、ステンレス製の板６７（図１２参照）で蓋をすることでこのカバー２３は構成されている。そして、クランパー６０からは不活性ガスとして、例えば、４リットル／分の窒素ガスをカバー２３内に吹き込んでいる。この吹き込み量は作業用途に応じて可変である。そして、カバー２３の上面部には作業孔２４が設けられている。作業孔２４の大きさは、例えば、５ｍｍ×３２ｍｍで形成されており、この作業孔２４を介してワイヤボンディング工程の際、パターン認識、ワイヤボンディングが行われる。
ここで、リードフレーム３４上には、例えば、搭載部が１０行５列が１つの集合ブロックとして成り、この集合ブロックが複数形成されている。そして、作業孔２４の大きさは、この１つの集合ブロックに対して、例えば、２行分の２０個の搭載部が上部から認識できる大きさを有している。後述するが、この作業孔２４はパターン認識等に活用される。尚、この作業孔２４の大きさは、特に規定されている訳ではなく、ボンディング装置２１の認識パターン方法等により、その都度作業目的に応じて決定される。
次に、リング照明２５および鏡筒２９について説明する。リング照明２５上方には鏡筒２９が設置されている。そして、作業孔２４を介してリング照明２５により照射されたリードフレーム３４と半導体素子３５とは反射率の違いより認識が可能となっている。この反射光を鏡筒２９内に設置された認識カメラにより認識することでリードフレーム３４上をパターン認識することができる。このとき、照明としてリング照明２５を用いることで、リードフレーム、半導体素子に対して偏ることなく照射することができ、影が発生せずパターン認識をより精密に行うことができる。また、図示はしていないが、鏡筒２９は、途中で載置台２２表面に対して９０度に屈折しており、この屈折部の先に認識カメラが設置されている。そして、この屈折部には、載置台２２表面に対して４５度の角度を有する鏡が設置されており、この構造によりパターン認識を行うことができる。
そして、本発明の特徴である認識装置を備えたボンディング装置２１では、上記したリング照明２５の上下端および鏡筒２９下端に遮蔽蓋３１、３２、３３を設置することである。この遮蔽蓋３１、３２、３３は透明なフィルムや透明なガラス板等から成り、リング照明２５の上下端および鏡筒２９下端に設置してもパターン認識を妨げることはない。
この遮蔽蓋３１、３２、３３の作用としては、主として、作業孔２４から流出した窒素ガスが室温との温度差により成る陽炎３７がリング照明２５および鏡筒２９内に侵入することを防止することである。そして、陽炎３７は以下の作業により発生する。先ず、カバー２３内には窒素ガスが、例えば、４リットル／分で吹き込まれている。一方、載置台２２に組み込まれたヒータ３０によりカバー内は、例えば、２３０℃に維持されている。その後、吹き込まれる窒素ガスは、例えば、７０℃であるが、このヒータ３０による熱により２３０℃に加熱される。
そして、加熱された窒素ガスは作業孔２４から外部に流出するが、このとき室温は、例えば、２０℃であるため、窒素ガスと室温との温度差によりほぼ窒素ガスから成る陽炎３７が発生する。その結果、遮蔽蓋３１、３２、３３を用いない場合は、リング照明２５内は陽炎３７が立ちこめ、更に、リング照明２５内を通過する際にゆらぐことで、認識カメラの認識精度が悪化し、ワイヤボンディング精度が落ちてしまう。
しかし、本発明では、図３に示したように、リング照明２５の上下端および鏡筒２９下端に遮蔽蓋３１、３２、３３を設置することである。そのことにより、特に、リング照明２５下端の遮蔽蓋３１により、リング照明２５と作業孔２４間の陽炎３７がリング照明２５内に侵入するのを防ぐことができる。一方、リング照明２５上端の遮蔽蓋３２および鏡筒２９下端の遮蔽蓋３３は、陽炎３７のリング照明２５および鏡筒２９内への侵入を防ぐ他に、鏡筒２９内からリング照明２５へのゴミ等の落下およびリング照明２５内へのゴミの堆積を防ぐことができる。その結果、本発明の認識装置を備えたボンディング装置２１は、長時間載置台上にリードフレームが載置されても酸化させないように、ワイヤボンディング工程の間中窒素ガスを充填することができる。
更に、カバー内で加熱された窒素ガスが作業孔２４を介して外部流出する際の室温との温度差により発生する陽炎３７が、照明リング２５周囲に発生しても遮蔽蓋３１、３２、３３により照明リング２５内への侵入を防止することができるので、認識カメラによりパターン認識をμｍオーダーまで精度良く行うことができ、そのことで、ワイヤボンディングも高精度に行うことができる。
更に、リング照明２５の上下端および鏡筒２９下端に遮蔽蓋３１、３２、３３を設置することで、リング照明２５下端の遮蔽蓋３１にゴミ等が堆積することがなくなるので、認識カメラによりパターン認識およびワイヤボンディングを高精度に行うことができる。
更に、リードフレーム３４表面が酸化すると、例えば、１５０℃まで対応できる酸化防止剤膜が剥がれることで樹脂との結合性が悪化するが、このことにも対処することができ、耐湿性、耐剥離性も向上させるボンディング装置となる。
尚、本実施例では、リング照明２５の上下端および鏡筒２９下端に遮蔽蓋３１、３２、３３を設置する場合について説明したが、特に限定する必要はなく、最低でもリング照明２５の下端に遮蔽蓋３１を設置することで上記した効果を得ることができる。
また、図示はしていないが、リング照明２５、鏡筒２９から少し離れた位置に、例えば、円筒状のブロー装置が配置されており、そこからのブローにより鏡筒２９への陽炎３７を防止することができる。
最後に、ボンディングアーム２６、キャピラリー２７およびトーチ２８について説明する。図２に示す如く、パターン認識した後リング照明２５およびボンディングアーム２６、キャピラリー２７は移動し、キャピラリー２７は作業孔２４上に位置する。そして、認識カメラにより得たデータに基づいてワイヤボンディングが行われるが、キャピラリー２７は作業孔２４からカバー２３内に侵入し半導体素子の電極パッドと所望の電極パターンとをワイヤボンディングする。このとき、トーチ２８はステッチボンドを行なって切断された金属細線の先端にボールを形成させる。
尚、本実施例では、ワイヤボンディングについて詳細したが、光学的な認識装置を持つダイボンディング等についても同等な効果を得ることができる。また、載置台に載置されるのはリードフレームに限定されることはなく、後述する導電箔等の酸化を防止する必要があるものであれば同等の効果を得ることができる。更に、金属基板、プリント基板、セラミック基板等をダイボンド、ワイヤボンドする際、また、半田部分を部分的に塗布する装置においても光学的認識装置を有するものであれば応用できる。
次に、本発明の回路装置の製造方法について図７〜図１６を参照しながら説明する。
先ず、本発明の第１の工程は、図７から図９に示す如く、導電箔５０を用意し、少なくとも回路素子４２の搭載部を多数個形成する導電パターン４１を除く領域の導電箔５０に導電箔５０の厚みよりも浅い分離溝５１をエッチングにより形成して導電パターン４１を形成することにある。
本工程では、まず図７（Ａ）に示す如く、シート状の導電箔５０を用意する。この導電箔５０は、ロウ材の付着性、ボンディング性、メッキ性が考慮されてその材料が選択され、材料としては、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔またはＦｅ−Ｎｉ等の合金から成る導電箔等が採用される。
導電箔の厚さは、後のエッチングを考慮すると１０μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、ここでは７０μｍ（２オンス）の銅箔を採用した。しかし３００μｍ以上でも１０μｍ以下でも基本的には良い。後述するように、導電箔５０の厚みよりも浅い分離溝５１が形成できればよい。
尚、シート状の導電箔５０は、所定の幅、例えば４５ｍｍでロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた短冊状の導電箔５０が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
具体的には、図７（Ｂ）に示す如く、短冊状の導電箔５０に多数の搭載部が形成されるブロック５２が複数個（ここでは４〜５個）離間して並べられる。各ブロック５２間にはスリット５３が設けられ、モールド工程等での加熱処理で発生する導電箔５０の応力を吸収する。また導電箔５０の両側にはインデックス孔５４が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。
続いて、導電パターンを形成する。
まず、図８に示す如く、Ｃｕ箔５０の上に、ホトレジスト（耐エッチングマスク）ＰＲを形成し、導電パターン４１となる領域を除いた導電箔５０が露出するようにホトレジストＰＲをパターニングする。そして、図９（Ａ）に示す如く、ホトレジストＰＲを介して導電箔５０を選択的にエッチングする。
本工程では、エッチングで形成される分離溝５１の深さを均一に且つ高精度にするために、図９（Ａ）に示す如く、分離溝５１の開口部を下に向けて、導電箔５０の下方に設けたエッチング液の供給管７０から上方に向けてエッチング液をシャワーリングする。この結果、エッチング液の当たる分離溝５１の部分がエッチングされ、エッチング液は分離溝５１内に液溜まりを作らずすぐに排出されるので、分離溝５１の深さはエッチング処理時間で制御でき、均一で高精度の分離溝５１を形成できる。なお、エッチング液は塩化第二鉄または塩化第二銅が主に採用される。
図９（Ｂ）に具体的な導電パターン４１を示す。本図は図７（Ｂ）で示したブロック５２の１個を拡大したもの対応する。点線で示す部分が１つの搭載部５５であり、導電パターン４１を構成し、１つのブロック５２には５行１０列のマトリックス状に多数の搭載部５５が配列され、各搭載部５５毎に同一の導電パターン４１が設けられている。各ブロックの周辺には枠状のパターン５６が設けられ、それと少し離間しその内側にダイシング時の位置合わせマーク５７が設けられている。枠状のパターン５６はモールド金型との嵌合に使用し、また導電箔５０の裏面エッチング後には絶縁性樹脂４０の補強をする働きを有する。
次に、本発明の第２の工程は、図１０に示す如く、所望の導電パターン５１の各搭載部５５に回路素子４２を固着することにある。
回路素子４２としては、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等の半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動素子である。また厚みが厚くはなるが、ＣＳＰ、ＢＧＡ等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。
ここでは、ベアのトランジスタチップ４２Ａが導電パターン４１Ａにダイボンディングされ、チップコンデンサまたは受動素子４２Ｂは半田等のロウ材または導電ペースト４５Ｂで固着される。
次に、本発明の回路装置の特徴である第３の工程は、図１１及び図１２に示す如く、各搭載部５５の回路素子４２の電極と所望の導電パターン４１とをワイヤボンディングすることにある。
本工程では、図１に示した認識装置を備えたボンディング装置２１を用いてワイヤボンディングを行う。そして、ボンディング装置２１の載置台２２上には、図１２（Ａ）に示すように、クランパー６０が設置されており、クランパー６０によって導電箔５０のブロック５２の周端を押さえ、導電箔５０を載置台２２表面のヒートブロック６４に密着させる。
そして、ヒートブロック６４上に固定された導電箔５０を作業孔２４を介して鏡筒２９内の認識カメラによりパターン認識する。パターン認識後、図１１に示す如く、ブロック５２内の各搭載部５５のエミッタ電極と導電パターン４１Ｂ、ベース電極と導電パターン４１Ｂを、熱圧着によるボールボンディング及び超音波によるウェッヂボンディングにより行う。
ここで、クランパー６０は、図１２（Ａ）に示す如く、ブロック５２とほぼ同等の大きさの開口部６１を有し、導電箔５０に当接する部分には凹凸部６３が設けられている。凹凸部６３でブロック５２の周端を押さえることによって、ブロック５２の裏面をヒートブロック６４に密着させる。そして、クランパー６０の内部には窒素ガスを流通させるための経路６５と６６が設けられている。
また、図１２（Ｂ）に示す如く、カバー２３はクランパー６０とステンレス製の板６７により構成されている。この板６７はクランパー上部の凹部６８にはめ込まれており、クランパー６０表面と水平方向で、導電箔５０の移動方向と直角方向への移動は自由である。そして、板６７には作業孔２４が形成されており、この作業孔２４が銅箔５０上の行方向の搭載部に対応して移動することで、ブロック５２に対してパターン認識、ワイヤボンディングが行われる。
そして、本工程では、ブロック５２内には多数の搭載部５５を有し、このブロック５２毎にワイヤボンディングを一括して行うので、従来の回路装置の製造方法と比較して、ブロック５２を加熱する時間が長くなり、ブロック５２が酸化することが考えられる。この問題を解決するために、ボンディング装置２１のカバー２３の一部としてクランパー６０を有し、クランパー６０からブロック５２の表面に窒素ガスを吹き付けると同時に、カバー２３内を窒素ガスで充填することでこの問題を解決している。
一方、カバー内は、載置台２２に内蔵されたヒータ３０機能により、例えば、２３０℃に維持されており、また、吹き込まれる窒素ガスが、例えば、７０℃で吹き込まれる。そして、窒素ガスはカバー２３内でヒータ３０により２３０℃に加熱される。窒素ガスはカバー２３内に、例えば、４リットル／分に吹き込まれ、加熱されることで作業孔２４から流出する。このとき、窒素ガスは２３０℃であり、室温は、例えば、２０℃であるため、この温度差により作業孔２４から流出する陽炎３７を形成する。そして、図３に示したように、流出した陽炎３７がリング照明２５内に立ちこめ、更に、リング照明２５内を通過する際にゆらぐことでパターン認識精度が悪化する問題がある。
しかし、本発明のボンディング装置２１では、リング照明２５上下部および鏡筒２９に遮蔽蓋３１、３２、３３が設置されている。そして、特に、リング照明２５下部の遮蔽蓋３１により陽炎３７がリング照明２５内に侵入することを防ぐことができる。そのことにより、リング照明２５内の照明が陽炎３７によりゆらぐことがなくなり、認識カメラによりパターン認識をμｍオーダーまで精度良く行うことができるので、ワイヤボンディングも高精度に行うことができる。その結果、集合ブロック５２のように小面積集積型の導電パターンに対しても高精度なワイヤボンディングを行うことができる回路装置の製造方法を実現できる。
更に、上記したように、導電箔５０表面の酸化防止の為の窒素ガスの問題が解決したことで、ワイヤボンディングの間中窒素ガスを用いることができる。そのことにより、導電箔５０の表面は酸化することがなくなるので、導電箔５０表面が酸化すると、例えば、１５０℃まで対応できる酸化防止剤膜が剥がれることによる樹脂との結合性の悪化を防止することができる。その結果、導電箔５０と絶縁性樹脂４０との結合面における耐湿性、耐剥離性も向上させる回路装置の製造方法を実現できる。
次に、本発明の第４の工程は、図１３に示す如く、各搭載部５５の回路素子４２を一括して被覆し、分離溝５１に充填されるように絶縁性樹脂４０で共通モールドすることにある。
本工程では、図１３（Ａ）に示す如く、絶縁性樹脂４０は回路素子４２Ａ、４２Ｂおよび複数の導電パターン４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを完全に被覆し、導電パターン４１間の分離溝５１には絶縁性樹脂４０が充填されて導電パターン４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの側面の湾曲構造と嵌合して強固に結合する。そして絶縁性樹脂４０により導電パターン４１が支持されている。
また本工程では、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはポッティングにより実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
導電箔５０表面に被覆された絶縁性樹脂４０の厚さは、回路素子４２のボンディングワイヤー４５Ａの最頂部から約１００μｍ程度が被覆されるように調整されている。この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
本工程の特徴は、絶縁性樹脂４０を被覆するまでは、導電パターン４１となる導電箔５０が支持基板となることであり、支持基板となる導電箔５０は電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
また分離溝５１は、導電箔の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔５０が導電パターン４１として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔５０として一体で取り扱え、絶縁性樹脂４０をモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
次に、本発明の第５の工程は、図１４に示す如く、分離溝５１を設けていない厚み部分の導電箔５０を除去することにある。
本工程は、導電箔５０の裏面を化学的および／または物理的に除き、導電パターン４１として分離するものである。この工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
実験では研磨装置または研削装置により全面を３０μｍ程度削り、分離溝５１から絶縁性樹脂４０を露出させている。この露出される面を図１３（Ａ）では点線で示している。その結果、約４０μｍの厚さの導電パターン４１となって分離される。また、絶縁性樹脂４０が露出する手前まで、導電箔５０を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、絶縁性樹脂４０を露出させても良い。更に、導電箔５０を点線で示す位置まで全面ウェトエッチングし、絶縁性樹脂４０を露出させても良い。
この結果、絶縁性樹脂４０に導電パターン４１の裏面が露出する構造となる。すなわち、分離溝５１に充填された絶縁性樹脂４０の表面と導電パターン４１の表面は、実質的に一致している構造となっている。従って、本発明の回路装置４２は、マウント時に半田等の表面張力でそのまま水平に移動してセルフアラインできる特徴を有する。
更に、導電パターン４１の裏面処理を行い、図１４に示す最終構造を得る。すなわち、必要によって露出した導電パターン４１に半田等の導電材を被着し、回路装置として完成する。
次に、本発明の第６の工程は、図１５に示す如く、絶縁性樹脂４０で一括してモールドされた各搭載部５５の回路素子４２の特性の測定を行うことにある。
前工程で導電箔５０の裏面エッチングをした後に、導電箔５０から各ブロック５２が切り離される。このブロック５２は絶縁性樹脂４０で導電箔５０の残余部と連結されているので、切断金型を用いず機械的に導電箔５０の残余部から剥がすことで達成できる。
各ブロック５２の裏面には図１５に示す如く、導電パターン４１の裏面が露出されており、各搭載部５５が導電パターン４１形成時と全く同一にマトリックス状に配列されている。この導電パターン４１の絶縁性樹脂４０から露出した裏面電極４６にプローブ５８を当てて、各搭載部５５の回路素子４２の特性パラメータ等を個別に測定して良不良の判定を行い、不良品には磁気インク等でマーキングを行う。
本工程では、各搭載部５５の回路装置４３は絶縁性樹脂４０でブロック５２毎に一体で支持されているので、個別にバラバラに分離されていない。従って、テスターの載置台に置かれたブロック５２は搭載部５５のサイズ分だけ矢印のように縦方向および横方向にピッチ送りをすることで、極めて早く大量にブロック５２の各搭載部５５の回路装置４３の測定を行える。すなわち、従来必要であった回路装置の表裏の判別、電極の位置の認識等が不要にできるので、測定時間の大幅な短縮を図れる。
次に、本発明の第７の工程は、図１６に示す如く、絶縁性樹脂４０を各搭載部５５毎にダイシングにより分離することにある。
本工程では、ブロック５２をダイシング装置の載置台に真空で吸着させ、ダイシングブレード５９で各搭載部５５間のダイシングライン５８に沿って分離溝５１の絶縁性樹脂４０をダイシングし、個別の回路装置４３に分離する。
本工程で、ダイシングブレード５９はほぼ絶縁性樹脂４０を切断する切削深さで行い、ダイシング装置からブロック５２を取り出した後にローラでチョコレートブレークするとよい。ダイシング時は予め前述した第１の工程で設けた各ブロックの周辺の枠状のパターン５６の内側の相対向する位置合わせマーク５７を認識して、これを基準としてダイシングを行う。周知ではあるが、ダイシングは縦方向にすべてのダイシングライン５８をダイシングをした後、載置台を９０度回転させて横方向のダイシングライン５８に従ってダイシングを行う。
上記した製造工程により、回路装置４３は完成する。
尚、本発明の回路装置の製造方法では、導電箔上に集合ブロックを形成した場合について説明したが、特に、この場合に限定する必要はなく、リードフレーム等のように導電部材から成る基板に対しも同様な効果を得ることができる。また、回路装置の製造方法に限定することなく、半導体装置の製造方法においても同様な効果を得ることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
次に、本発明である認識装置、ボンディング装置および回路装置の製造方法について、第２の実施の形態について詳細に説明する。尚、回路装置の製造方法については、第１の実施の形態と同様な方法により行うので、第１の実施の形態を参照としここでは説明を割愛することとする。
本発明の認識装置およびボンディング装置について、図４〜図６を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態では、認識装置とボンディング装置が連動し、一台の認識装置を備えたボンディング装置１２１として形成されている。
図４に示す如く、ボンディング装置１２１の主な構造は、載置台１２２、載置台１２２上に作業スペースを覆うカバー１２３、カバー１２３上面に設けられた作業孔１２４、作業孔１２４上方に設置されたリング照明１２５、リング照明１２５側面に設置されたボンディングアーム１２６、ボンディングアーム１２６先端部に設けられたキャピラリー１２７、キャピラリー１２７近傍に設けられたトーチ１２８、リング照明１２５上方に設けられた鏡筒１２９、図示はしていないが、鏡筒１２９内に設置された認識カメラより成る。
次に、個々の構造の特徴を説明しながら、その動作についても後述する。
先ず、載置台１２２は多数の搭載部を有するリードフレーム１３４が載置され、リードフレーム１３４を加熱することでワイヤボンディング性を向上させるためにヒータ１３０機能を備えている。このヒータ１３０により、載置台１２２およびカバー１２３により構成される作業スペース内は、ワイヤボンディング工程の間中、例えば、２３０℃程度の高温状態に維持することができる。
次に、図４には示していないが、カバー１２３の一部は、クランパー６０（図１２参照）から成り、このクランパー６０上面を、例えば、ステンレス製の板６７（図１２参照）で蓋をすることでこのカバー１２３は構成されている。そして、クランパー６０からは不活性ガスとして、例えば、４リットル／分の窒素ガスをカバー１２３内に吹き込んでいる。この吹き込み量は作業用途に応じて可変である。そして、カバー１２３の上面部には作業孔１２４が設けられている。作業孔１２４の大きさは、例えば、５ｍｍ×３２ｍｍで形成されており、この作業孔１２４を介してワイヤボンディング工程の際、パターン認識、ワイヤボンディングが行われる。
ここで、リードフレーム１３３上には、例えば、搭載部が１０行５列が１つの集合ブロックとして成り、この集合ブロックが複数形成されている。そして、作業孔１２４の大きさは、この１つの集合ブロックに対して、例えば、２行分の２０個の搭載部が上部から認識できる大きさを有している。後述するが、この作業孔１２４はパターン認識等に活用される。尚、この作業孔１２４の大きさは、特に規定されている訳ではなく、ボンディング装置１２１の認識パターン方法等により、その都度作業目的に応じて決定される。
次に、リング照明１２５および鏡筒１２９については、第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態の説明を参照としここでは説明を割愛する。
そして、本発明の特徴である認識装置を備えたボンディング装置１２１では、上記したリング照明１２５の上端および鏡筒１２９下端に遮蔽蓋１３１、１３２を設置することである。この遮蔽蓋１３１、１３２は透明なフィルムや透明なガラス板等から成り、リング照明１２５の上端および鏡筒１２９下端に設置してもパターン認識を妨げることはない。
この遮蔽蓋１３１、１３２の作用としては、主として、作業孔１２４から流出した窒素ガスが室温との温度差により成る陽炎１３３がリング照明１２５および鏡筒１２９内に侵入することを防止することである。そして、陽炎１３６は以下の作業により発生する。先ず、カバー１２３内には窒素ガスが、例えば、４リットル／分吹き込まされている。一方、載置台１２２に組み込まれたヒータ１３０によりカバー内は、例えば、２３０℃に維持されている。その後、吹き込まれる窒素ガスは、例えば、７０℃であるが、このヒータ１３０による熱により２３０℃に加熱される。
そして、加熱された窒素ガスは作業孔１２４から外部に流出するが、このとき室温は、例えば、２０℃であるため、窒素ガスと室温との温度差によりほぼ窒素ガスから成る陽炎１３６が発生する。その結果、遮蔽蓋１３１、１３２を用いない場合は、リング照明１２５内は陽炎１３６が立ちこめ、更に、リング照明１２５内を通過する際にゆらぐことで、認識カメラの認識精度が悪化し、ワイヤボンディング精度が落ちてしまう。
しかし、本発明では、図６に示したように、リング照明１２５の上端および鏡筒１２９下端に遮蔽蓋１３１、１３２を設置することである。そのことにより、特に、リング照明１２５上端の遮蔽蓋１３１により、リング照明１２５と作業孔１２４間の陽炎１３５がリング照明１２５内に最初は侵入するが、通過することを防ぐことができる。一方、鏡筒１２９下端の遮蔽蓋１３２は、陽炎１３５の鏡筒１２９内への侵入を防ぐ他に、鏡筒１２９内からリング照明１２５へのゴミ等の落下を防ぐことができる。その結果、本発明の認識装置を備えたボンディング装置１２１は、長時間載置台上にリードフレームが載置されても酸化させないように、ワイヤボンディング工程の間中窒素ガスを充填することができる。
更に、カバー２３内で加熱された窒素ガスが作業孔１２４を介して外部流出する際の室温との温度差により発生する陽炎１３５が、照明リング１２５周囲に発生する。そして、陽炎１３５は遮蔽蓋１３１により照明リング２５内へ最初は侵入するが、リング照明１２５内が陽炎１３５で充満すると陽炎１３５が侵入できなくなる。その結果、リング照明１２５内への陽炎１３５の継続的侵入、また、リング照明１２５内を通過することを防止することができる。そのことにより、リング照明１２５下端には遮蔽蓋は設置してはいないが設置している場合と同様の効果を得ることができ、認識カメラによりパターン認識をμｍオーダーまで精度良く行うことができ、そのことで、ワイヤボンディングも高精度に行うことができる。
更に、リードフレーム１３３表面が酸化すると、例えば、１５０℃まで対応できる酸化防止剤膜が剥がれることで樹脂との結合性が悪化するが、このことにも対処することができ、耐湿性、耐剥離性も向上させるボンディング装置となる。
尚、本実施例では、リング照明１２５の上端および鏡筒１２９下端に遮蔽蓋１３１、１３２を設置する場合について説明したが、特に限定する必要はなく、最低でもリング照明１２５の上端に遮蔽蓋１３１を設置することで上記した効果を得ることができる。
また、上述した第２の実施の形態では、リング照明１２５の上端に遮蔽蓋１３１を設置した場合について説明したが、特にこの実施の形態に限定する必要はない。例えば、遮蔽蓋１３１はリング照明１２５内の上端から下端までのいずれか一箇所に設置されていれば上述した効果と同等の効果を得ることができる。
最後に、ボンディングアーム１２６、キャピラリー１２７およびトーチ１２８についは、第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態の説明を参照としここでは説明を割愛する。
尚、本実施例では、ワイヤボンディングについて詳細したが、光学的な認識装置を持つダイボンディング等についても同等な効果を得ることができる。また、載置台に載置されるのはリードフレームに限定されることはなく、後述する導電箔等の酸化を防止する必要があるものであれば同等の効果を得ることができる。更に、金属基板、プリント基板、セラミック基板等をダイボンド、ワイヤボンドする際、また、半田部分を部分的に塗布する装置においても光学的認識装置を有するものであれば応用できる。
本発明の認識装置によれば、加熱機能を備えた基板載置台と、前記基板載置台上に作業領域を覆うカバーと、前記カバー上面に設けられた作業孔と、前記作業孔上方に設けた照明と、前記照明上方に備えた鏡筒内に設けたパターン認識用カメラとを備える。そして、前記カバー内に吹き込まれる不活性ガスが前記基板載置台により加熱され、前記作業孔から外部に噴出する時に室温との温度差によりゆらぎが発生し、前記ゆらぎが前記照明内およびその周辺に立ちこめる。しかし、本発明の認識装置では、前記照明上下端および前記鏡筒下端に遮蔽蓋を備え、前記ゆらぎが前記照明内に侵入するのを防止する。そのことにより、前記照明内で前記ゆらぎにより照明がぶれることがなくなるので、前記パターン認識用カメラの認識精度を向上することができる。
また、本発明のボンディング装置によれば、加熱機能を備えた基板載置台と、前記基板載置台上に作業領域を覆うカバーと、前記カバー上面に設けられた作業孔と、前記作業孔上方に設けた照明と、前記照明側面に設けたキャピラリーと、前記照明上方に備えた鏡筒内に設けたパターン認識用カメラとを備える。そして、前記カバー内に吹き込まれる不活性ガスが前記基板載置台により加熱され、前記作業孔から外部に流出する時の室温との温度差によりゆらぎとなる。特に、前記照明下端に設けた遮蔽蓋により前記ゆらぎが前記照明内に侵入するのを防止し、前記パターン認識用カメラによる認識する。その後、前記キャピラリーを前記作業孔上に移動させ前記作業孔を介してボンディングする。このとき、前記ゆらぎの前記照明内への侵入を前記遮蔽蓋で防ぐことで、認識カメラによるパターン認識が高精度で行われるので、μｍオーダーまで精度良くボンディングすることができるボンディング装置を実現できる。
また、本発明の回路装置の製造方法では、上記した認識装置およびボンディング装置を用いることで、ワイヤボンディング工程において、小面積に多数の搭載部が集積された集合ブロックが形成された導電部材から成る基板が、長時間高温度下に置かれても酸化することも無くなるので、基板と絶縁性樹脂との結合面における耐湿性、耐剥離性も向上させる回路装置の製造方法を実現できる。
樹脂との密着が向上されたリードフレームを採用した半導体装置を提供できる。
２１ 認識装置を備えたボンディング装置
２２ 載置台
２３ カバー
２４ 作業孔
２５ リング照明
２７ キャピラリー
２９ 鏡筒
３１ 遮蔽蓋

Claims (4)

  1. 行方向および列方向に配置された複数の搭載部がまとまって集合ブロックとなって形成され、酸化防止剤膜が設けられているリードフレームを用意し、
    前記リードフレームをワイヤボンディング装置のヒータ機能を備えた載置台に設けると共に、前記リードフレームの前記集合ブロックの周端を押さえて、前記集合ブロックに相当する前記リードフレームの裏面を、高温にされた前記載置台に当接し、
    前記集合ブロック内において、前記ワイヤボンディング装置を使って、前記搭載部に相当する所の前記リードフレームに設けられた半導体素子と前記リードフレームを、一括してワイヤボンディングする半導体装置の製造方法であり、
    前記ワイヤボンディング装置は、
    前記載置台上に設けられ、前記周端を押さえるクランパーと、
    前記クランパーから露出する領域を照らし、前記クランパーの上方に備えた照明と、
    前記照明の側面に備えたキャピラリーと、
    前記照明の上方に、パターン認識用のカメラが内蔵された鏡筒とを少なくとも有し、
    前記載置台および前記クランパーから成るスペースは、前記ヒータ機能を備えた載置台により高温に維持され、前記クランパーの押圧で前記高温に維持された載置台に当接することにより、前記リードフレームの前記集合ブロックを加熱し、
    前記高温に維持されたスペースに窒素ガスを吹き込むことで、前記スペースから流出する加熱された窒素ガスが前記照明に流入するのを防止するため、前記照明の下端に透明な遮蔽蓋を設け、
    且つ前記鏡筒へ向かう前記加熱された窒素ガスをブローするブロー装置が、前記照明から離れた位置に設けられ、
    前記パターン認識用のカメラのデータに基づいてワイヤボンディングする事を特徴とした半導体装置の製造方法。
  2. 前記照明は、リング照明で、前記リング照明の上端および下端、または前記リング照明の上端に前記透明な遮蔽蓋が設けられる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記クランパーから前記窒素ガスが吹き込まれる請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記ワイヤボンディングが終了した後に、絶縁性樹脂で共通モールドされる請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
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