JP4932203B2 - ペースト塗布装置及びペースト塗布方法 - Google Patents

Description

この発明は基板と、この基板にスペーサチップを介して積層される複数の半導体チップをボンディングワイヤによって接続するときに、下側に位置する半導体チップに上側に位置する半導体チップの周辺部を支えるためのペーストを塗布するペースト塗布装置及びペースト塗布方法に関する。

電子回路を構成する基板には半導体チップが実装され、この半導体チップに形成された電極と、上記基板に形成された配線パターンとをボンディングワイヤで接続するということが行われている。最近では電子回路の複雑化に伴い、１枚の基板に実装される半導体チップの数が増加している。

上記基板に複数の半導体チップを実装する際、これら半導体チップを平面的に配置すると基板の大型化を招くため、実用的でない。そこで、最近では基板に複数の半導体チップを積層して実装することで、基板の小型化を図るようにしている。

基板に複数の半導体チップを積層して実装する場合、上下に位置する半導体チップ間に、この半導体チップよりも面積が小さいミラーチップと呼ばれるスペーサチップを介在させるようにしている。それによって、積層される上下の半導体チップ間の周辺部に所定高さの空間を確保し、その空間に下側に位置する半導体チップの周辺部に一端が接続されるボンディングワイヤの立ち上がり部分を介在させることができるようにしている。

上述したように、上記スペーサチップは上記半導体チップよりも小さな面積に形成されている。そのため、積層された上下一対の半導体チップのうち、上側に位置する半導体チップの上記ボンディングワイヤが接続される周辺部分は上記スペーサチップによって支持されていない状態になる。

したがって、上側に位置する半導体チップの周辺部にボンディングツールを押圧してボンディングワイヤを接続する際、その半導体チップの周辺部が下方へ撓むことになるから、上記ボンディングワイヤを上記半導体チップに確実に接続できないということがある。とくに最近では、半導体チップの厚さがたとえば５０〜１００μｍ程度に薄くなっている。そのため、ボンディングワイヤの接続時にボンディングツールによって押圧されると、半導体チップが損傷するということがある。

ボンディングワイヤを接続するときに、上側に位置する半導体チップの周辺部が下方へ撓むのを防止するため、下側に位置する半導体チップの上面にスペーサチップを実装した後、上記半導体チップの上面の周辺部にペーストを塗布し、このペーストによって上側に設けられる半導体チップの周辺部を支持する。それによって、ボンディングワイヤの接続時に上側の半導体チップの周辺部が撓むのを防止するようにしている。

上記ペーストの塗布は、先端にノズルが設けられたシリンジによって行われる。その際半導体チップの上面からノズル先端までの高さによってペーストの高さが異なってくる。上記ペーストの高さをスペーサチップの厚さと同じにすることで、ボンディングワイヤを接続するときに半導体チップの周辺部が撓むのを防止するようにしている。

そこで、ペーストの高さを設定するため、従来はペーストの塗布を開始する前に、ノズル先端の高さ及び基板に実装された最下段の半導体チップの上面の高さを検出し、これらの高さを基準にして上記ノズル先端の高さを設定するようにしている。そして、ノズル先端の高さを一度設定したならば、たとえばノズルの交換や品種の交換が行われるまでは、その設定高さによってペーストを塗布するようにしていた。

しかしながら、基板に実装された半導体チップの上面の高さは、実装時の条件によってそれぞれの基板毎にばらつきがある。そのため、予め設定されたノズル先端の高さを基準にしてペーストを塗布すると、ノズル先端と半導体チップの上面との間隔にもばらつきが生じることが避けられない。

ノズル先端と半導体チップの上面との間隔にばらつきが生じると、上記ノズルによって半導体チップの上面に塗布されるペーストの高さが一定にならない。ペーストの高さが低い場合にはボンディングツールによってボンディングワイヤを接続する際、半導体チップに撓みが生じることなり、ペーストの高さが低い場合にはボンディングワイヤが強く押圧され過ぎることになる。そのため、半導体チップに対するボンディングワイヤの接合強度にばらつきが生じることになる。

この発明は、半導体チップにペーストを塗布する毎に、半導体チップの上面の高さに応じてノズル先端の高さを設定できるようにすることで、上記半導体チップの上面にペーストを一定の高さで塗布することができるペースト塗布装置及びペースト塗布方法を提供することにある。

この発明は、基板にスペーサチップを介して複数の半導体チップを積層するとともに、各半導体チップと基板をボンディングワイヤで接続する際に、積層されることで下側に位置する半導体チップの上面の周辺部に、上側に位置する半導体チップの周辺部を支えるペーストを塗布するペースト塗布装置であって、
ノズルを有し、このノズルの先端から上記ペーストを吐出するシリンジと、
このシリンジを水平方向及び上下方向に駆動する駆動手段と、
上面が上記ノズルの先端を接触させる基準面に形成された高さ基準治具と、
上記シリンジと一体的に設けられ上記高さ基準治具の基準面に上記ノズルの先端を接触させたとき上記高さ基準治具の基準面から検出面までの高さを基準高さとして検出するとともに、この基準高さと上記半導体チップの上面の周辺部に塗布されるペーストの高さの和を上記半導体チップの上面から上記検出面までの高さをワーク高さとして検出し、このワーク高さによって上記ノズルの先端の高さを上記ペーストが塗布される上記半導体チップの上面に対して設定する高さ測定手段と
を具備したことを特徴とするペースト塗布装置にある。

上記高さ基準治具の基準面に対する上記ノズルの先端の接触を検出する検出手段を備えていることが好ましい。

下側に位置する半導体チップには、上側に位置する半導体チップのボンディングワイヤが接続される側辺部に対応する部分に上記ペーストが塗布されることが好ましい。

上記ペーストは、下側に位置する半導体チップに環状に塗布されることが好ましい。

この発明は、基板にスペーサチップを介して複数の半導体チップを積層するとともに、各半導体チップと基板をボンディングワイヤで接続する際に、積層されることで下側に位置する半導体チップの周辺部に、上側に位置する半導体チップの周辺部を支えるペーストをシリンジのノズルから吐出させて塗布するペースト塗布方法であって、
高さの基準となる基準面に上記シリンジのノズルの先端を接触させ、上記基準面から上記シリンジに一体的に設けられた変位計の検出面までの高さを上記ノズルの先端の基準高さとして検出する工程と、
検出された上記基準高さと上記半導体チップの上面の周辺部に塗布されるペーストの高さの和を上記半導体チップの上面から上記変位計の検出面までの高さをワーク高さとし、このワーク高さによって上記ノズルの先端の高さを上記ペーストが塗布される上記半導体チップの上面に対して設定する工程と
を具備したことを特徴とするペースト塗布方法にある。

この発明によれば、高さの基準となる基準面にノズルの先端を接触させてノズル先端の基準高さを検出するとともに、半導体チップにペーストを塗布する毎にその半導体チップの上面の高さを検出する。

それによって、これらの高さから半導体チップにペーストを塗布するときの上記半導体チップの上面に対する上記ノズル先端の高さを決定できるから、半導体チップの上面の高さにばらつきがあっても、上記ペーストを高さにばらつきが生じることなく、半導体チップに塗布することができる。

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はこの発明の塗布装置１０Ａの概略的構成を示し、この塗布装置１０Ａは図２に示すように実装装置１０Ｂ及びワイヤボンディング装置１０Ｃと一直線に並設されている。上記塗布装置１０Ａは先端にノズル２が設けられたシリンジ１を備えている。このシリンジ１は駆動手段３によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動可能となっている。

上記駆動手段３はベース４を有し、このベース４上にはＸテーブル５が設けられている。このＸテーブル５は上記ベース４に設けられたＸ駆動源６によってＸ方向に駆動されるようになっている。上記Ｘテーブル５にはＹテーブル７が設けられている。このＹテーブル７は、上記Ｘテーブル５に設けられたＹ駆動源８によってＹ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｙテーブル７には支持体１１が立設されている。この支持体１１にはＺテーブル１２が上記Ｘ方向とＹ方向とがなす平面に対して直交するＺ方向に沿って移動可能に設けられている。このＺテーブル１２は上記支持体１１の上端に設けられたＺ駆動源１３によってＺ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｚテーブル１２には支持アーム１４が水平に設けられ、この支持アーム１４の先端に上記シリンジ１が取り付けられている。それによって、シリンジ１はＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動可能となっている。

上記シリンジ１には取り付け部材１５が上下方向に沿って設けられている。この取り付け部材１５の下端部には高さを測定するための測定手段としてのレーザ変位計１６がその検出面１６ａを下方に向けて設けられている。

上記シリンジ１は制御装置としてのディスペンスコントローラ１７にチューブ１８によって接続されている。このディスペンスコントローラ１７は、上記シリンジ１にペーストＰ（図４（ａ）〜（ｄ）に示す）を供給する。ペーストＰは圧力及び時間が制御されて供給される。

上記レーザ変位計１６の検出信号は上記ディスペンスコントローラ１７に入力される。このディスペンスコントローラ１７はレーザ変位計１６からの検出信号に基いて後述するように上記Ｚ駆動源１３によって上記Ｚテーブル１２、つまりシリンジ１がＺ方向に位置決めされる。

上記シリンジ１の下方には搬送手段を構成する一対のガイドレール２１が所定間隔で配置されている。このガイドレール２１は上記構成の塗布装置１０Ａに並設された、実装装置１０Ｂ及びワイヤボンディング装置１０Ｃにわたって設けられている。

上記ガイドレール２１には基板Ｗが供給される。基板Ｗはこのガイドレール２１に沿って搬送される。ガイドレール２１に供給された基板Ｗには上記実装装置１０Ｂによって後述するように複数の半導体チップ、この実施の形態では図４（ａ）〜（ｄ）に示すように第１乃至第３の半導体チップＴ１〜Ｔ３が上記実装装置１０Ｂによって半導体チップＴ１〜Ｔ３よりも面積の小さな矩形状のスペーサチップＳ１、Ｓ２を介して実装される。

さらに、各半導体チップＴ１〜Ｔ３に設けられた図示しない電極と、上記基板Ｗに設けられた図示しない配線パターンとが上記ワイヤボンディング装置１０ＣによってボンディングワイヤＢによって接続されるようになっている。

そして、第１の半導体チップＴ１上に第２、第３の半導体チップＴ２、Ｔ３を積層する際、第１の半導体チップＴ１と第２の半導体チップＴ２の上面周辺部には上記塗布装置１０ＡによってペーストＰが以下に述べるように所定の高さで塗布されるようになっている。

塗布装置１０Ａの下方に位置決めされた基板Ｗは図示しない撮像カメラによって撮像される。撮像カメラの撮像信号は上記ディスペンスコントローラ１７に入力されてデジタル信号に変換される。それによって、ディスペンスコントローラ１７は上記Ｘ駆動源６とＹ駆動源８とを駆動し、シリンジ１をＸ、Ｙ方向に位置決めするようになっている。

つぎに、上記構成の塗布装置１０Ａによって第１、第２の半導体チップＴ１、Ｔ２の上面周辺部にペーストＰを塗布する手順を図３（ａ）〜（ｂ）と図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。

ガイドレール２１に供給された基板Ｗに実装装置１０Ｂで第１の半導体チップＴ１が実装されると、この基板Ｗはワイヤボンディング装置１０Ｃに搬送され、ここで上記半導体チップＴ１の図示しない電極と、上記基板Ｗの図示しない配線パターンとをボンディングワイヤＢによって接続する。（図４（ａ）参照。） つぎに、基板Ｗは上記実装装置１０Ｂに戻され、ここで第１の半導体チップＴ１上に半導体チップＴ１よりも面積の小さな矩形状のスペーサチップＳ１が実装される。スペーサチップＳ１が実装されると、基板Ｗは塗布装置１０Ａに搬送され、ここで第１の半導体チップＴ１の周辺部にペーストＰが以下の手順で塗布される。

塗布装置１０Ａのシリンジ１は、図３（ａ）に示すように予め基準治具２５によってそのノズル２の先端の高さが検出される。すなわち、ノズル２の先端を基準治具２５の上面である、基準面２５ａに当てる。そして、そのときの高さＡ、つまり基準面２５ａからレーザ変位計１６の検出面１６ａまでの基準高さＸをディスペンスコントローラ１７に記憶させておく。このときのノズル２の先端と基準面２５ａとの接触は、検出手段としての検出器２６によってノズル２の先端と基準面２５ａが電気的に導通したか否かによって検出すればよい。

基板Ｗが塗布装置１０Ａに搬送されて位置決めされたならば、図３（ｂ）に示すようにシリンジ１を第１の半導体チップＴ１の上方に位置決めし、この第１の半導体チップＴ１の上面からレーザ変位計１６の検出面１６ａまでの高さ、すなわちワーク高さＹを検出する。

（Ｘ＝Ｙ）であれば、ノズル２の先端が第１の半導体チップＴ１の上面に接触することになる。したがって、第１の半導体チップＴ１の上面に塗布されるペーストＰ１の高さＺは、（Ｚ＝Ｙ−Ｘ）によって設定できるから、ペーストＰ１をスペーサチップＳの厚さと同じ高さ（この高さをＺとする）で塗布する場合、その高さＺは、ワーク高さＹと基準高さＸとの差によって設定することができる。

したがって、ペーストＰ１を高さＺで塗布するには、塗布に先立って第１の半導体チップＴ１の上面からレーザ変位計１６の検出面１６ａまでの高さＹが（Ｚ＋Ｘ）となるよう、レーザ変位計１６の高さ検出に基いてシリンジ１、つまりノズル２の先端の高さをＺ駆動源１３によって設定する。

ノズル２の先端の高さをＺに設定したならば、ノズル２からペーストＰ１を吐出しながら、第１の半導体チップＴ１を撮像する図示しないカメラからの撮像信号に基いてシリンジ１を、第１の半導体チップＴ１の上面周辺部に沿ってＸＹ方向に駆動する。それによって、図４（ａ）に示すように、第１の半導体チップＴ１の上面のスペーサチップＳ１の周辺部にペーストＰ１を高さＺで枠状に塗布することができる。すなわち、ペーストＰ１を全長にわたって一定の高さＺで精度よく塗布することができる。

半導体チップＴ１は基板Ｗに水平に実装されず、傾いていることがある。そのような場合、図５に示すように第１の半導体チップＴ１の四隅部のワーク高さＣ１〜Ｃ４を検出する。そして、Ｃ１とＣ２を結ぶ直線の傾き、Ｃ２とＣ３を結ぶ直線の傾き、Ｃ３とＣ４を結ぶ直線の傾き及びＣ４とＣ１を結ぶ直線の傾きをそれぞれ算出し、各直線に沿ってノズル２を移動させてペーストＰ１を塗布するとき、各直線の傾きに応じてノズル２の高さを制御する。

それによって、第１の半導体チップＴ１が基板Ｗに傾いて実装されている場合であっても、その傾きに応じてペーストＰ１を高さに誤差が生じることなく、同じ高さＺで塗布することができる。

第１の半導体チップＴ１にペーストＰ１を塗布したならば、基板Ｗを実装装置１０Ｂに搬送し、ここで図４（ｂ）に示すように第２の半導体チップＴ２を実装する。ついで、基板Ｗをワイヤボンディング装置１０Ｃに搬送し、第２の半導体チップＴ２と基板とをボンディングワイヤＢによって接続する。

ワイヤボンディングが終了したなら、基板Ｗを実装装置１０Ｂに搬送し、ここで図４（ｃ）に示すように第２の半導体チップＴ２にスペーサチップＳ２を実装する。ついで、基板Ｗを塗布装置１０Ａに搬送し、第２の半導体チップＴ２の上方にレーザ変位計１６を位置決めし、第２の半導体チップＴ２の上面からレーザ変位計１６の検出面１６ａまでの距離である、ワーク高さＹを検出する。そして、基準高さＸとワーク高さＹからペーストＰ２の塗布高さＺを設定し、図４（ｃ）に示すように第２の半導体チップＴ２の上面周辺部にペーストＰ２を塗布する。

第２の半導体チップＴ２に傾きがある場合、第２の半導体チップＴ２のワーク高さＢを四隅部で検出して４つの測定点を結ぶ各直線の傾きを求め、その傾きに応じてノズル２の高さを制御する。それによって、第２の半導体チップＴ２が傾いていても、ペーストＰ２を全長にわたってＺの高さで精度よく塗布することができる。

第２の半導体チップＴ２にペーストＰ２を塗布したならば、基板Ｗを実装装置１０Ｂに搬送し、ここで図４（ｄ）に示すように、スペーサチップＳ２に第３の半導体チップＴ３を実装する。ついで、基板Ｗをワイヤボンディング装置１０Ｃに搬送し、ここで第３の半導体チップＴ３と基板をボンディングワイヤＢで接続する。

このように、第１の半導体チップＴ１と第２の半導体チップＴ２の上面の周辺部にペーストＰ１、Ｐ２を高さに誤差が生じることなく塗布することができる。つまり、ペーストＰ１、Ｐ２をスペーサチップＳ１、Ｓ２と高精度で同じ高さに塗布することができる。

それによって、第２、第３の半導体チップＴ２、Ｔ３の周辺部にボンディングワイヤＢを接続する際、これらの半導体チップＴ２、Ｔ３の周辺部が撓むなどのことがないから、半導体チップＴ２、Ｔ３を損傷させることなく、ボンディングワイヤＢの接続を確実に行うことができる。

上記一実施の形態では半導体チップを三層に積層する場合について説明したが、二層或いは四層以上であってもよく、その点はなんら限定されない。

積層される下側の半導体チップの上面にペーストを枠状に塗布したが、ペーストは半導体チップの対向する一対の側辺部の上面にそれぞれ直線状に塗布するようにしてもよく、要はボンディングワイヤが半導体チップの４辺に接続される場合には枠状に塗布し、２辺に接続される場合にはその辺に対応する２辺に塗布すればよい。

シリンジのノズルの先端が基準治具の基準面に接触したか否かを検出する検出手段として上記ノズルと基準面との電気的導通を検出器によって検出したが、たとえばギャップセンサなどの他の手段によって検出するようにしてもよい。

ギャップセンサを用いる場合、たとえばシリンジの支持アームをＺテーブルに上下方向に移動可能に設ける。上記Ｚテーブルには支持アームに対向してギャップセンサを有する取付け体を設ける。取付け体はばねによって支持アームに接近する方向に付勢する。上記取付け体には上記ばねの付勢力によって上端が支持アームの下面に当接してギャップセンサと支持アームの間隔を設定するストッパが設けられている。

このような構成によれば、シリンジが下降してノズルの先端が基準面に当たると、シリンジが上昇して支持アームとギャップセンサとの間隔が変化するから、その変化によってノズルの先端が基準面に接触したことを検出することができる。

上記一実施の形態では実装装置、ワイヤボンディング装置及び塗布装置が直線状に並設されている場合について説明したが、これらの装置が別々に配置されていてもよく、要は半導体チップ及びスペーサチップの実装、ボンディングワイヤの接続及びペーストの塗布を順次行うことができればよい。

この発明の一実施の形態を示す塗布装置の概略的構成図。 塗布装置、実装装置及びワイヤボンディング装置の配置状態の説明図。 （ａ）は基準高さＸを検出するときの説明図、（ｂ）はワーク高さＹを検出するときの説明図。 （ａ）〜（ｄ）は基板に半導体チップを三層に実装する手順を示した説明図。 基板に実装された半導体チップの傾斜を測定する場合の説明図。

符号の説明

１…シリンジ、２…ノズル、３…駆動手段、１６…レーザ変位計（高さ測定手段）、１７…ディスペンスコントローラ、２５…基準治具、２５ａ…基準面。

Claims (5)

1. 基板にスペーサチップを介して複数の半導体チップを積層するとともに、各半導体チップと基板をボンディングワイヤで接続する際に、積層されることで下側に位置する半導体チップの上面の周辺部に、上側に位置する半導体チップの周辺部を支えるペーストを塗布するペースト塗布装置であって、
   ノズルを有し、このノズルの先端から上記ペーストを吐出するシリンジと、
   このシリンジを水平方向及び上下方向に駆動する駆動手段と、
   上面が上記ノズルの先端を接触させる基準面に形成された高さ基準治具と、
   上記シリンジと一体的に設けられ上記高さ基準治具の基準面に上記ノズルの先端を接触させたとき上記高さ基準治具の基準面から検出面までの高さを基準高さとして検出するとともに、この基準高さと上記半導体チップの上面の周辺部に塗布されるペーストの高さの和を上記半導体チップの上面から上記検出面までの高さをワーク高さとして検出し、このワーク高さによって上記ノズルの先端の高さを上記ペーストが塗布される上記半導体チップの上面に対して設定する高さ測定手段と
   を具備したことを特徴とするペースト塗布装置。
   
2. 上記高さ基準治具の基準面に対する上記ノズルの先端の接触を検出する検出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のペースト塗布装置。
3. 下側に位置する半導体チップには、上側に位置する半導体チップのボンディングワイヤが接続される側辺部に対応する部分に上記ペーストが塗布されることを特徴とする請求項１記載のペースト塗布装置。
4. 上記ペーストは、下側に位置する半導体チップに環状に塗布されることを特徴とする請求項１記載のペースト塗布装置。
5. 基板にスペーサチップを介して複数の半導体チップを積層するとともに、各半導体チップと基板をボンディングワイヤで接続する際に、積層されることで下側に位置する半導体チップの周辺部に、上側に位置する半導体チップの周辺部を支えるペーストをシリンジのノズルから吐出させて塗布するペースト塗布方法であって、
   高さの基準となる基準面に上記シリンジのノズルの先端を接触させ、上記基準面から上記シリンジに一体的に設けられた変位計の検出面までの高さを上記ノズルの先端の基準高さとして検出する工程と、
   検出された上記基準高さと上記半導体チップの上面の周辺部に塗布されるペーストの高さの和を上記半導体チップの上面から上記変位計の検出面までの高さをワーク高さとし、このワーク高さによって上記ノズルの先端の高さを上記ペーストが塗布される上記半導体チップの上面に対して設定する工程と
   を具備したことを特徴とするペースト塗布方法。
   

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