JP5329150B2 - ダイボンダ - Google Patents

Description

本発明は、ダイボンダに関するものである。

ダイボンダは、ピックアップポジションでチップ（半導体チップ）をコレットにてピックアップし、ボンディングポジションで加熱された基板にチップをボンディングするものである。

半導体チップは、一般に、シリコンウェーハなどに多数個の半導体素子を形成した後、この多数個の半導体素子を形成したウェーハを粘着シートに貼着して、半導体素子間をダイシングによって切断分離して、多数個の半導体チップを製造する。その後、粘着シートを放射方向に伸展させて半導体チップ間の間隔を広げた状態で、粘着シートの周縁部分を金属リングに固定して、粘着シートから半導体チップを吸着ノズルで吸着することによってピックアップして、リードフレームなどの基板位置に移送して基板にボンディングしている。

シリコン裏面に接着層を持つチップをボンディングする場合、リードフレームなどの基板を加熱する必要がある。そして、コレットに保持されているチップを所定時間の間、所定の荷重をかけることで押し付けて、必要とする接合強度を得ていた。

すなわち、運転が開始されると、図５に示すように、コレット１（図６参照）はピップアップポジションへ移動して、チップ２を受け取る。その後、基板３上のボンディングポジションに搬送されたチップ２は、このボンディングポジションでボンディングされる。この基板３は、ヒータレール４等の加熱手段にて加熱されており、この加熱された基板３上にチップ２が搭載される。

ところで、リードフレーム３のチップ２をボンディングするアイランド３ａには、図７（ａ）に示すように、半田５が塗布され、ヒータレール４等にて半田５が加熱されている。そして、この状態で、コレット１を半田５に接近させていけば、チップ２の裏面が加熱される。

このように、チップ２の裏面が加熱されると、チップ２の裏面等に付着していた不純物Ｓが半田５の熱により気化し、図７（ｂ）に示すように、半田５とチップ２との間にボイド６が発生する。すなわち、チップ裏面の吸着ガス、水分、不純物が溶融成形された半田と接触時に半田の熱により吸着ガスが膨張したり、溶け始め、気化し、チップ２と半田５の間に閉じ込めてしまう。

また、半田５とチップ２とを接触させた後、図７（ｃ）に示すように、コレット１の下降を一時停止し、スクラブ動作（平面上における縦、横、斜め方法等の動作）をする。これによって、チップ２の裏面に半田をなじませる。しかしながら、スクラブ動作を行っても、発生したボイド６は除去されることがない。そして、このスクラブ動作終了後、図７（ｄ）の矢印に示すように、コレット１を所定高さまで下降させてボンディング作業が完了する。その後は、図７（ｅ）に示すように、コレット１を上昇させることになる。

このように、ボイド６が形成させれば、接着性に劣るとともに、熱抵抗や電気抵抗等が上昇し、接合品質が低下するという問題があった。そこで、従来では、このようなボイド６の発生による不具合を回避しようとするものがある（特許文献１および特許文献２）。

特許文献１に記載のものでは、ダイ中央部と基板間にボイドが発生した場合に、ダイ（半導体チップ）と基板の互いの接触部分がダイ（半導体チップ）の端へと順に移動する動きに追従して追い出すものである。また、特許文献２に記載のものも、半導体チップと基板との間に介在する空気を外側方向に排除するものである。

さらに、従来には、半田表面に発生する半田酸化膜を除去するものもある（特許文献３）。すなわち、この特許文献３に記載のものは、半田酸化膜破壊ブラシを半田層と接して振動させ、半田層の表面に形成されている半田酸化膜を予め破壊した後、半導体チップを半田層に対して半田付けするものである。
特開２００６−１６５１８８号公報 特開２００６−３０３１５１号公報 特開平５−１０９７９０号公報

しかしながら、前記特許文献１および特許文献２に記載のものは、ボイドが発生した際に、このボイドを排除しようとするものである。すなわち、ボイドの発生自体を防止するものではない。このため、発生したボイドを完全に排除しきれないおそれがある。

また、特許文献３に記載のものでは、半田酸化膜を破壊することによって、密着性良く半田付けを行えるようにしている。このため、ボイドの発生自体を防止するものではない。

本発明は、上記課題に鑑みて、ボイド発生要因となる不純物を除去することによって、ボイドの発生を防止して、高品質のボンディングが可能なダイボンダおよびボンディング方法を提供する。

本発明のダイボンダは、ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップし、このコレットをボンディングポジションまで搬送して、コレットに吸着されているチップを、前記ボンディングポジションで基板にボンディングするダイボンダにおいて、チップに付着してボイド発生要因となる不純物をピックアップポジションからボンディングポジションまでの搬送中に除去し、この不純物が除去された状態のチップをボンディングするための不純物除去手段を備え、基板の加熱手段及び搬送手段を構成するヒータレールに前記不純物除去手段を設け、前記不純物除去手段は、チップに対して高温ガスを吹き付け、前記不純物を気化させると共に、前記不純物をチップから吹き飛ばす高温ガスブローであるものである。

本発明のダイボンダによれば、不純物除去手段にて、ピックアップポジションからボンディングポジションまでの搬送中に、ボイド発生要因となる不純物を除去できる。しかも、ボンディングは不純物除去手段にて不純物が除去された状態で行われる。ところで、チップに不純物が付着している場合、不純物が半田の熱によって気化し、半田とチップの間に気泡（ボイド）として発生することになる。このため、本発明のように、このボイド発生要因となる不純物を除去すれば、ボイドが無くなるまたは減少する。ここで、不純物とは、水分、有機物等である。

高温ガスブローであれば、高温ガスを吹き付けることによって、不純物をチップから吹き飛ばすことができる。このように、高温ガスブローであれば、チップを暖めることになり、チップの半田に対するヌレ性の向上も図ることができる。

ヒータレールに不純物除去手段を設けることによって、不純物除去手段による不純物除去をボンディング位置近傍で行うことができ、ボンディング時において、不純物除去状態を安定して維持することができる。

本発明では、ボイド発生要因となる不純物を除去することができ、ボイドが無くなるまたは減少することになる。このため、ボイドによる接合力の低下やチップの欠け等の不具合発生を防止でき、高品質のボンディングを行うことができる。

不純物除去手段が、高温ガスブローであっても、高温加熱であっても、不純物を安定して除去することができ、特に、高温ガスブローと高温加熱との併用で一層安定した不純物除去機能を発揮できる。しかも、チップが暖められ、チップの半田に対するヌレ性の向上を図ることができ、ボイドの発生を抑えることができるとともに、ボイドが発生してもボイドを外部へ逃がすことができる。しかも、チップが加熱された状態であるので、半田との接合性に優れる。また、不純物除去手段がプラズマクリーニングでは、チップのヌレ性の向上を一層図ることができ、ボイド発生防止機能の信頼性の向上を図ることができる。

ヒータレールに不純物除去手段を設けることによって、ボンディング時における不純物除去状態維持が安定して、ボイド発生防止機能が安定する。

以下本発明の実施の形態を図１から図４に基づいて説明する。本発明に係るダイボンダは、ウェーハから切り出されるチップ２２をピップアップして、リードフレームなどの基板２３のアイランド２３ａに移送（搭載）するものである。ウェーハは、金属製のリング（ウェーハリング）に張設されたウェーハシート上に粘着されており、ダイシング工程によって、多数のチップ２２に分断（分割）される。なお、アイランド２３ａ上には半田４５が塗布されている。

基板２３は、加熱手段を備えたヒータレール２４上に配置されて搬送される。すなわち、このヒータレールは、基板２３の加熱手段及び搬送手段を構成する。なお、ヒータレール２４は、基板２３が載置される載置面３０と、この載置面３０の両側部に配置されるガイド壁３１、３２とを備える。

そして、載置面３０の一方のガイド壁３１側に不純物除去手段３５が配設されている。不純物除去手段３５は、図２（ａ）に示すように、チップ２２に対して高温ガスを吹き付ける高温ガスブローにて構成している。すなわち、ヒータレール２４の載置面３０の一方のガイド壁３１側に不純物除去部３６を設け、この不純物除去部３６に開口するガス噴出口３７を有する高温ガス用通路３８をヒータレール２４に設けている。高温ガスＧは、窒素ガス等の不活性ガスや、不活性ガスに水素を加えた還元性ガスである。なお、高温ガス用通路３８には、図示省略のガス供給源が接続される。ここで、不純物とは、水分、有機物等である。

このダイボンダは、コレット（吸着コレット）２１（図３参照）を備える。このコレット２１は、図示省略の移動機構にて、図１に示すように、ピックアップポジションＰ上での矢印Ａ１方向の上昇と、矢印Ａ１方向に上昇した状態での矢印Ｂ１方向の斜め上方への上昇と、矢印Ｂ１方向に上昇した状態での矢印Ｃ１方向の水平移動と、矢印Ｃ１方向に水平移動した状態での矢印Ｄ１方向の斜め下方への下降と、矢印Ｄ１方向に下降した状態での矢印Ｅ１方向の下降とが可能である。逆に、矢印Ｅ１方向に下降した状態での矢印Ｅ２方向の上昇と、矢印Ｅ２方向に上昇した状態での矢印Ｄ２方向の斜め上方への上昇と、矢印Ｄ２方向に上昇した状態での矢印Ｃ２方向の水平移動と、矢印Ｃ２方向に水平移動した状態での矢印Ｂ２方向の斜め下方への下降と、矢印Ｂ２方向に下降した状態での矢印Ａ２方向の下降とが可能である。

すなわち、ピックアップポジションＰから不純物除去部３６までのコレット２１の搬送と、不純物除去部３６からピックアップポジションＰまでのコレット２１の搬送とが可能である。

また、コレット２１は、図２（ａ）に示すように、不純物除去部３６上での矢印Ｆ１方向の上昇および矢印Ｆ２方向の下降と、不純物除去部３６上とボンディングポジションＱとの間の矢印Ｇ１、Ｇ２方向の往復動と、ボンディングポジションＱでの矢印Ｈ１方向の下降および矢印Ｈ２方向の上昇とが可能とされる。すなわち、不純物除去部３６からボンディングポジションＱまでのコレット２１の搬送と、ボンディングポジションＱから不純物除去部３６までのコレット２１の搬送とが可能である。

移動機構は、例えばマイクロコンピュータ等にて構成される制御手段にて各矢印方向の移動が制御される。なお、移動機構としては、シリンダ機構、ボールねじ機構、モーターリニア機構等の種々の機構にて構成することができる。

なお、吸着コレット２１はその下面に開口する吸着孔を有するヘッドを備え、吸着孔を介してチップ２２が真空吸引され、このヘッドの下端面（先端面）にチップ２２が吸着する。この真空吸引（真空引き）が解除されれば、ヘッドからチップ２２が外れる。

次に前記したように構成されたダイボンダを使用したボンディング方法を説明する。まず、多数のチップ２２に分断（分割）されたウェーハは、例えばＸＹθテーブル上に配置され、このＸＹθテーブルには突き上げピンを備えた突き上げ手段が配置される。すなわち、突き上げ手段によって、ピックアップしようとするチップ２２を下方から突き上げ、粘着シートから剥離しやすくする。この状態で、下降してきた吸着コレット２１にこのチップ２２が吸着する。

チップ２２を吸着したコレット２１は、矢印Ａ１、矢印Ｂ１、矢印Ｃ１、矢印Ｄ１、及び矢印Ｅ１のように移動する。これによって、チップ２２を図２（ａ）に示すように不純物除去部３６上に配置することができる。

ここで、図３（ａ）に示すように、高温ガス用通路３８のガス噴出口３７を有する高温ガスを噴出させる。これによって、不純物をチップ２２から吹き飛ばすことができる。すなわち、ガス噴出口３７から高温ガスが噴出させることによって、図３（ｂ）に示すように、不純物Ｓが気化し、チップ２２（特にチップ裏面）から矢印Ｘのように吹き飛ばすことができる。

その後、この不純物除去部３６上に配置されたチップ２２は、コレット２１を図２（ａ）の矢印Ｆ１、Ｇ１のように搬送して、ボンディングポジションＱ上に位置させ、その後、コレット２１を矢印Ｈ１方向に下降させる。すなわち、図３（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、チップ２２を下降させていき、基板２３の半田４５上に載置する。その後は、所定位置まで下降し、ボンディング作業を終了、またはスクラブ動作を行って、チップ裏面に半田４５をなじませる。スクラブ動作終了後、図３（ｆ）に示すように、コレット２１を所定位置まで下降させることによって、ボンディング作業を終了する。このボンディング作業は、不純物除去手段３５にて不純物が除去されたままの状態で行われることになる。その後は、図７（ｅ）に示すように、コレット１を上昇させて、コレット待機状態とする。なお、コレット待機状態とは、次のチップ２２をピックアップポジションからボンディングポジションまで搬送できる状態である。

本発明では、不純物除去手段３５にて、ピックアップポジションＰからボンディングポジションＱまでの搬送中に、ボイド発生要因となる不純物を除去でき、ボイドが無くなるまたは減少する。このため、熱抵抗や電気抵抗等の上昇による接合品質の低下等の不具合発生を防止でき、高品質のボンディングを行うことができる。

不純物除去手段３５が高温ガスブローであるので、不純物を安定して除去することができ、安定したボンディングを行うことができる。ヒータレール２４に不純物除去手段３５を設けることによって、不純物除去手段３５による不純物除去をボンディング位置近傍で行うことができ、ボンディング時において、不純物除去状態維持が安定して、ボイド発生防止機能が安定する。

不純物除去手段３５として、図２（ｂ）に示すように、チップ２２を加熱する高温加熱であってもよい。この場合、不純物除去部３６に加熱ヒータ４０等の加熱手段を埋設すればよい。すなわち、図３（ａ）（ｂ）の工程に代えて図４（ａ）（ｂ）の工程を行うことになり、コレット２１を不純物除去部３６上で下降させて、加熱ヒータ４０にチップ２２を接触乃至近接させる。これによって、加熱ヒータ４０のチップ２２の加熱によって、チップ２２の裏面に付着している不純物Ｓが気化する。このため、チップ２２の裏面から不純物が除去され、その後、図３（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）の工程を行えばよい。

このように、高温加熱であっても、図４（ｂ）に示すように、加熱によって不純物Ｓが気化して、不純物Ｓを除去することができる。これにより、安定したボンディングを行うことができる。

また、不純物除去手段３５として、チップ２２に対して高温ガスを吹き付ける高温ガスブローおよびチップ２２を加熱する高温加熱であってもよい。すなわち、高温ガスブローと高温加熱との併用であってもよい。この場合、例えば、図２（ｂ）に示す加熱ヒータ４０に、図２（ａ）に示すようなガス噴出口３７を有する高温ガス用通路３８（ガス供給源が接続されている）を設ければよい。

この場合、まず、不純物除去部３６上に配置した際に、図２（ａ）に示すように高温ガスを噴き付ける高温ガスブローを行って、不純物を気化させてその気化物を吹き飛ばし、さらに、図２（ｂ）に示すように、加熱ヒータ４０に接触乃至近接させる。これによって、高温ガスブローにて吹き飛ばされていない不純物Ｓを気化させて除去することができる。さらに、この高温加熱による不純物除去後に、不純物除去部３６から離間する際に、高温ガスブローを行うようにしてもよい。

このように、高温ガスブローと高温加熱とを併用すれば、一層安定した不純物除去機能を発揮できる。高温ガスブローのみであっても、高温加熱のみであっても、高温ガスブローと高温加熱との併用であっても、チップ２２が暖められることになる。このため、チップ２２の半田に対するヌレ性の向上を図ることができ、ボイドの発生を抑えることができるとともに、ボイドが発生してもボイドを外部へ逃がすことができる。しかも、チップ２２が加熱された状態であるので、半田との接合性に優れる。

不純物除去手段３５として、チップ２２に対してプラズマガスを照射するプラズマクリーニングであってもよい。プラズマクリーニングは、例えば、プラズマ放電用ガスとしてアルゴンガスのような不活性ガスが用いられる。このようなプラズマクリーニングでは、アルゴンガスの一部がイオン化し、アルゴンガス分子や、イオン化したＡｒ＋、マイナス電子が激しく高速運動する。このため、アルゴンガス分子等がチップに衝突して、不純物を除去することができ、チップ２２の半田に対するヌレ性の向上を一層図ることができる。このため、ボイド発生防止機能の信頼性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、チップ２２を不純物除去部３６まで搬送する手段と、この不純物除去部３６からボンディングポジションまで搬送する手段とを同一の手段にて構成していたが、これらの手段を相違させてもよい。

高温ガスブロー時におけるガスの温度や、高温加熱時の加熱温度は、チップ２２に付着している不純物Ｓ等に応じて、この不純物が気化する範囲で任意に設定でき、また、高温ガスブロー時のブロー速度としても、気化した不純物Ｓをチップ２２から吹き飛ばせることができる範囲で種々設定できる。

ところで、本発明における基板はリードフレームやプリント基板を含むものとする。ここで、リードフレームとは、半導体パッケージの内部配線として使われる薄板の金属のことで、外部の配線との橋渡しの役目を果たすものである。また、プリント基板とは、集積回路、抵抗器、コンデンサー等の多数の電子部品を表面に固定し、その部品間を配線で接続することで電子回路を構成する板状またはフィルム状の部品である。プリント基板には、リジッド基板（柔軟性のない絶縁体基材を用いたもの）、フレキシブル基板（フレキシブル配線基板であって、絶縁体基材に薄く柔軟性のある材料を用いたもの）、及びリジッドフレキシブル基板（硬質な材料とフレキシブルな材料とを複合したもの）等がある。

本発明の実施形態を示すダイボンダの簡略図である。 前記ダイボンダの要部を示し、（ａ）は高温ガスブローを行う場合の断面図であり、（ｂ）は高温加熱を行う場合の断面図である。 高温ガスブローを行う場合のボンディング方法を示す工程図である。 高温加熱を行う場合のボンディング方法の要部工程図である。 従来のダイボンダを使用したボンディング方法を示す簡略図である。 吸着コレットの拡大図である。 従来のボンディング方法を示す工程図である。

符号の説明

２１ 吸着コレット
２２ チップ
２３ 基板
２４ ヒータレール
３５ 不純物除去手段
Ｓ 不純物

Claims (1)

1. ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップし、このコレットをボンディングポジションまで搬送して、コレットに吸着されているチップを、前記ボンディングポジションで基板にボンディングするダイボンダにおいて、
   チップに付着してボイド発生要因となる不純物をピックアップポジションからボンディングポジションまでの搬送中に除去し、この不純物が除去された状態のチップをボンディングするための不純物除去手段を備え、
   基板の加熱手段及び搬送手段を構成するヒータレールに前記不純物除去手段を設け、
   前記不純物除去手段は、チップに対して高温ガスを吹き付け、前記不純物を気化させると共に、前記不純物をチップから吹き飛ばす高温ガスブローであることを特徴とするダイボンダ。

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