JP5636391B2 - 半導体パッケージの製造中に半導体部品を基板に供給する機器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体パッケージの製造中に半導体部品を基板に供給する機器に関する。この機器は、それに限定されるわけではないが、特に、ダイボンディング中に半導体ダイをウェハテーブルからリードフレームへ供給するのに好適である。

ダイアタッチ機器は半導体パッケージ製造において通常使用されて、半導体部品を半導体基板に正確に移送する。例えば、ダイボンダは半導体ダイをウェハテーブルからピックアンドプレース工程におけるリードフレームへ移送するためのダイ供給ヘッドを有している。しかし、ダイボンディングプロセスの、単一ボンドヘッドを有するダイボンダによってもたらされる場合のある処理能力‐通常は「１時間当たりの生産ユニット数（ＵＰＨ）」の形で定量化される‐には制限がある。

このようなダイボンダのＵＰＨを増加させる１つの方法は、カスケード式のダイボンダシステムを構成することによる。図１は、２つのダイボンダ１０２、１０４を共に接続することによって構成されたシステム１００を示している。システム１００は、個片化された半導体第１０７を含むウェハを配置するためのウェハテーブル１０６、１０８と、リードフレーム１０９、１１１をＸ‐方向に沿って搬送するための支持装置１１０、１１２と、半導体ダイ１０７をウェハテーブル１０６、１０８からリードフレーム１０９、１１１のボンディング位置へ、Ｘ‐方向に垂直なＹ‐方向に沿って移送するためのダイ‐供給ヘッド１１８、１２０をそれぞれ有するダイ‐供給装置１１４、１１６とを備えている。搬送装置１２２が、リードフレーム１０９、１１１をダイボンダ１０２の最も左にあるオフロード区画からダイボンダ１０４の最も右にあるオンロード区画へ移送するために、２つのダイボンダ１０２、１０４の間に配置されている。

さらに大きな幅を有する他の支持装置１１０、１１２がより大きな対応するリードフレーム幅を有するリードフレームを支持するように使用される場合には、ダイ‐供給ヘッド１１８、１２０によってウェハテーブル１０６、１０８からリードフレームの最も外側の端部へ、Ｙ−方向に沿って移動させられる距離は増加する。これは、したがってシステム１００のＵＰＨを減少させる。

また、大きな設置面積が通常、介在する搬送装置１２２を介して接続された２つの別々のダイボンダ１０２、１０４を備えるシステム１００を構成するために要求される。このように、システム１００の構成は、工場の高価なスペースを占める。

さらに、カスケード型ダイボンダ１０２、１０４からなるシステム１００は、単一ダイボンダの２倍の装置を有していることを意味する。したがって、システム１００における装置のいずれか一つが正常に作動しない可能性は単一ダイボンダより高い。ダイボンダ１０２、１０４は、システム１００内において順次的な方法で作動するので、ダイボンダ１０２、１０４のいずれか１つが正常に作動しないと、常にシステム１００全体が停止し、これによってそのＵＰＨに影響を与える。

したがって、本発明の目的は、カスケード型ダイボンダ１０２、１０４を備えるこのようなシステム１００の上述の制限のいずれか一つを改良することである。

本発明の特徴は、半導体パッケージの製造中に半導体部品を基板に供給する機器に関する。この機器はプラットフォームと、このプラットフォームに固定された複数の供給モジュールとを備える。複数の供給モジュールのそれぞれは、基板を支持する支持装置と、半導体部品を基板に供給する供給装置とを有している。特に、支持装置の高さは、複数の供給モジュール間で基板を搬送するために相互に同じ高さとされている。

本明細書の記載において、用語「固定された」は、複数の供給モジュールがプラットフォームに固定されているが、ここで、複数の供給装置のいくつか又はすべてをプラットフォームに移動可能に固定することができるということを意味している。

機器の支持装置の高さが相互に同じ高さであるので、支持装置が同じ高さに配置されることを保証するステップが、特許請求の範囲に記載の機器の実施形態を作動する際に必要ではなくすることができる。これは有利に貴重な時間を節約する。一方、このようなステップは、カスケード式ダイボンダ１０２、１０４を備えるシステム１００に必要とされて、基板を隣り合うダイボンダ１０２、１０４との間で適切に搬送することを保証する。したがって、ダイボンダ１０２、１０４の正確な測定を含む様々なステップが、リードフレーム１０９、１１１を搬送するためにそれらそれぞれの支持装置１１０、１１２の高さが相互に同じ高さにされていることを保証する必要がある。これは、常に時間を浪費するとともにダイボンディングプロセスを複雑にする。

機器のいくつかの任意的な特徴が従属請求項に規定されている。

例えば、複数の供給モジュールを、基板が搬送される方向に沿ってそれぞれの支持装置の対向する側に配置することができる。このように、供給装置は半導体部品を、供給装置に対して基板のそれぞれ近い方の半分においてボンディング位置に供給するように構成することができる。これら基板の近い方の半分それぞれは、基板が搬送される方向に沿っている。供給装置によって移動させられる距離が短縮されるので、特許請求の範囲に記載の実施形態に共通して、ＵＰＨ処理能力を有利に改良することができる。また、複数の供給モジュールのうちの少なくとも１つはプラットフォームに対して可動とすることができ、これによって支持装置それぞれを、基板が搬送される方向に対して横断方向に沿って相互にオフセットさせて配置することができる。また、好都合なことに、特許請求の範囲に記載の実施形態に共通してＵＰＨ処理能力を、狭いリードフレーム幅を有するリードフレームが使用される場合に改善することができる。

本発明の実施形態が、図面を参照しつつ例示のみの方法によって以下に記載される。

カスケード式ダイボンダの従来システムの図である。 ２つの供給モジュールを有する、本発明の好ましい実施形態の等角図である。 図２の好ましい実施形態の平面図である。 典型的なリードフレームの平面図である。 図２及び図３に示された好ましい実施形態によって行われるダイボンディング操作を示す図である。 図２及び図３に示された好ましい実施形態とは異なる構成の等角図であり、供給モジュールが相互にオフセットして配置されている。 図６の好ましい実施形態の平面図である。 図６及び図７に示された好ましい実施形態によって行われるダイボンディング操作を示す図である。

図２は、ダイボンダ２００の等角図であり、このダイボンダ２００は、ｉ）リードフレーム２０６ａ、２０６ｂのような基板をＸ方向に搬送するための支持装置２０４ａ、２０４ｂと、ｉｉ）支持装置２０４ａ、２０４ｂそれぞれに対して配置されたダイ供給装置２０８ａ、２０８ｂと、ｉｉｉ）半導体ダイ２１２を配置するためのウェハテーブル２１０ａ、２１０ｂと、ｉｖ）ピックアンドプレース操作の制度を保証する（図視されない）ピックアンドボンド光学システムと、を有する２つのダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂを備えている。

特に、ダイ供給装置２０８ａ、２０８ｂは、半導体ダイ２１２をウェハテーブル２１０ａ、２１０ｂからピックアップし、これら半導体２１２をｘ方向に垂直なＹ方向に、それぞれのリードフレーム２０６ａ、２０６ｂのボンディング位置へ移動するように構成されたダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂを含んでいる。これらダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂは、ｘ方向に沿って支持装置２０４ａ、２０４ｂの反対側に配置されて、ダイボンダ２００のＵＰＨを改善している（詳細は後述する）。

さらに、ダイボンダ２００はプラットフォーム２１６を含み、このプラットフォーム２１６にはダイ供給装置２０２ａ、２０２ｂが固定されている。特に、支持装置２０４ａ、２０４ｂの高さは、ダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂがプラットフォーム２１６に固定されているときに、互いに同じ高さとされており、リードフレーム２０６ａ、２０６ｂが、ダイボンディング中にダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの間で搬送されるのを確実にしている。図２は、様々なトラック２１８ａ、２１８ｂと一体化された単体水平プラットフォームであるプラットフォーム２１６を示しており、トラック２１８ａ、２１８ｂに沿ってダイ供給装置２０８ａ、２０８ｂが調節可能に移動可能とされている。図２に示されているトラック２１８ａ、２１８ｂの配置は、もっぱら説明のためである。これらトラック２１８ａ、２１８ｂはダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの下側に配置されており、したがって隠れて見えないということが理解される。

ダイボンダ２００は、供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの相対的な配置を調整するための動作装置をさらに含んでいる。動作装置の１つの例が図２に示されており、−これもまたもっぱら説明のためであるが−この動作装置はダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂに取り付けられたローラ２２０ａ、２２０ｂと、プラットフォーム２１６に配置されたトラック２１８ａ、２１８ｂとを備えている。特に、ローラ２２０ａはプラットフォーム２１６のトラック２１８ａに、ローラ２２０ｂは、プラットフォーム２１６のトラック２１８ｂにそれぞれ取り付けられて、供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの相対的な配置を調整する。ローラ２２０ａ、２２０ｂは、ダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの下側に配置されており、したがって隠れて見えないということが理解される。トラック２１８ａは Ｘ方向に沿って、トラック２１８ｂはＹ方向に沿ってそれぞれ配置されているので、ダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂはしたがって、対応するＸ及びＹ方向に移動するように構成されている。

ｘ方向における調整は、リールの形体にある長いリードフレームに必要である場合があり、このリードフレームは１つのダイ供給装置２０８ａから別のダイ供給装置２０８ｂへと行き来する。このような調整は、それぞれのダイ供給装置２０８ａ、２０８ｂにおけるボンディング位置の間の距離がリードフレーム上の隣り合うボンディングパッド間の列ピッチの倍数に等しくなることを保証する。

ダイ供給モジュール２０２ａは、広い範囲の距離をＸ方向に沿って調整可能に移動可能であり、一方でダイ供給モジュール２０２ｂは、広い範囲の距離をＹ方向に沿って調整可能に移動可能であり、よって様々な機械設計に対して機器を適用する高い多用途性を付加する。

図３はダイボンダ２００の平面図である。好ましくは、ダイボンダ２００は２つの供給モジュール２０２ａ、２０２ｂを一体シャーシ内に格納している。２つの別々のダイボンダ１０２、１０４と、その間にある搬送装置１２２とを必要とする既存のシステム１０１とは対照的に、ダイボンダ２００は小さな設置面積しか必要としない。

さらに、従来のシステム１０１のダイボンダ１０２、１０４それぞれは、リードフレーム１０９、１１１のボンディング位置の対応する列が半導体ダイ１０７によって占められたときにはいつも、リードフレーム１０９、１１１の列ピッチによってそれぞれの支持装置１１０、１１２を搬送するための別々の間欠回転ユニットを含む。一方、ダイボンダ２００のダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの両方は、ボンディング位置の列それぞれのボンディング中に、リードフレーム２０６ａ、２０６ｂの列ピッチによって支持装置２０４ａ、２０４ｂの両方を搬送するための単一の間欠回転ユニットを使用することができる。ダイボンダ２００は従来のシステム１００より少ない装置しか必要としないので、ダイボンダ２００のいずれか１つの装置が故障する可能性は、従来のシステム１００に比べて低い。これはダイボンダ２００の従来のシステムより高いＵＰＨ処理能力にその耐用年数に亘って有利に変換する。

図４は、様々なボンディング位置４００を有してリードフレームの幅４０２に沿ってボンディング位置４００の列を形成するリードフレーム２０６ａの平面図である。ボンディング位置４００の様々な列は、リードフレームの長さ４０４に沿って配置され、隣り合う列間の距離は、リードフレームの「列ピッチ」４０６として規定される。

図２及び図３のダイボンダ２００の操作が、図５を参照してここに説明される。ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂそれぞれは、半導体ダイ２１２をそれぞれのウェハテーブル２０１ａ、２０１ｂから、リードフレーム２０６ａ、２０６ｂのそれぞれ下半分におけるリードフレーム２０６ａ、２０６ｂのボンディング位置へ移動することに関与し、これらリードフレーム２０６ａ、２０６ｂのそれぞれ下半分は、対応するダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂに、より接近している。図５を参照すると、ダイ供給ヘッド２１４ａは、支持装置２０４ａの下位位置に隣接して配置されているので、半導体ダイ２１２をウェハテーブル２０１ａからリードフレーム２０６ａの下半分の部分におけるボンディング位置に移送されるように構成されている。ダイ供給ヘッド２１４ｂは、支持装置２０４ｂの上位部分に隣接して配置されているので、半導体ダイ２１２をウェハテーブル２０１ｂからリードフレーム２０６ｂの上半分の部分におけるボンディング位置へ移送するように構成されている。

ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂを、半導体ダイをリードフレーム２０６ａ、２０６ｂの、対応するダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂに対してそれぞれ近い半分におけるボンディング位置へ移送するように構成することによって、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂそれぞれは、ウェハテーブル２０１ａ、２０１ｂからそれぞれリードフレーム２０６ａ、２０６ｂの最も遠い位置におけるボンディング位置までの距離を移動するのを避けることができる。このように、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂが移動する距離を短縮することができる。この利点はダイボンダ２００のＵＰＨを改善する。

図６は、ダイボンダ２００の別の構成の等角図である。この構成においては、ダイ供給モジュール２０２ｂは、別のダイ供給モジュール２０２ａに対してＹ方向−リードフレームの搬送方向であるＸ−方向に垂直な−にシフトされており、これによってそれぞれの支持装置２０４ａ、２０４ｂはＹ方向に互いにオフセットして配置されている。特に、ダイ供給モジュール２０２ｂは、支持装置２０４ａ、２０４ｂが処理される狭いリードフレーム５００ａ、５００ｂ、５００ｃの幅に対応する経路幅にＸ方向において重なる経路を形成するまで、Ｙ方向に軌道２１８ｂとともにシフトされている。

図７は、図６に示したダイボンダ２００の構成の平面図であり、支持装置２０４ａ、２０４ｂ間のＹ方向に沿った互いに対するオフセット７００を示している。

図６及び図７に示されたダイボンダ２００の構成の操作が、図８を参照して以下に説明される。

図５を参照して説明されたようなダイボンダの操作と同様に、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂのそれぞれは、支持装置２０４ａ、２０５ｂがダイボンディング中にＸ方向に動くときに、それぞれの半導体ダイ２１２をウェハテーブル２１０ａ、２１０ｂから、リードフレーム５００ｂ、５００ｃの、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂに対してそれぞれ近いボンディング位置へ移送することに関与する。ダイ供給ヘッド２１４ａは、支持装置２０４ａの下部位置に隣接して配置されるので、半導体ダイ２１２をウェハテーブル２１０ａからリードフレーム５００ｂの下半分部分におけるボンディング位置へ移送するように構成されている。ダイ供給ヘッド２１４ｂに関しては、ダイ供給ヘッド２１４ｂは、支持装置２０４ｂの上部部分に隣接して配置されているので、半導体ダイ２１２をウェハテーブル２１０ｂからリードフレーム５００ｂの上半分部分におけるボンディング位置へ移送するように構成されている。

ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂを、半導体ダイをリードフレーム５００ｂ、５００ｃの、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂに対して近い半分におけるボンディング位置へ移送するように構成することによって、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂは、ウェハテーブル２０１ａ、２０１ｂからそれぞれリードフレーム５００ａ、５００ｂの最も遠い位置におけるボンディング位置までの距離を移動するのを避ける。

ダイ供給モジュール２０２ｂを、支持装置２０４ａ、２０４ｂが処理される狭いリードフレーム５００ａ、５００ｂ、５００ｃの幅に対応する経路幅に重なる経路を形成するように調節可能に移動する能力なしに、ダイ供給ヘッド２１４ｂは、図７に示されているように位置Ｅに配置される。したがって、ダイ供給ヘッド２１４ｂは、ダイボンダ２０２のすべてのピックアンドプレース操作に対して、支持装置２０４ａ、２０４ｂ間のＹ方向における互いに対するオフセット７００に対応して、さらなる距離８００だけ移動しなければならない。

それぞれの支持装置２０４ａ、２０４ｂの相対的な配置を調整することによって、ダイ供給ヘッド２１４ａ、２１４ｂが移動する距離を、ボンダ２００によって実行されるすべてのピックアンドプレースに対して、オフセット距離７００だけ短くすることができる。したがって、ダイ供給モジュール２０２ａ、２０２ｂの相対的な配置を調整して、これらダイ供給モジュールの支持装置２０４ａ、２０５ｂ間のオフセット７００を規定する能力が、ダイボンダ２００を狭いリードフレーム幅を有するリードフレームとの使用に適用して、ダイボンダ２００のＵＰＨ処理能力を改善できるということが理解できる。

勿論、支持装置２０４ａ、２０４ｂによって規定されるような重なる経路もまた、狭いリードフレーム５００ａ、５００ｂ、５００ｃの幅よりも広い幅を有することができるということが理解される。

好ましい実施形態の他の変形が本発明の技術的範囲及び精神から乖離することなく可能であることがさらに理解される。例えば、Ｘ−方向に沿って移動可能に調整可能なダイ供給モジュール２０２ａの代わりに、垂直なＹ方向に延在する軌道をプラットフォーム２１６に設けることができ、これによりダイ供給モジュール２０２ａをＹ方向に沿って調整可能に移動可能としてそれぞれの支持装置２０４ａ、２０４ｂをＹ方向において互いにオフセットした状態に配置することができる。また、この発明の好ましい実施形態は、半導体ダイをリードフレームに移送するためのダイボンダに関するが、本発明の実施形態は、表面実装技術の用途における、電子部品の印刷回路基板（ＰＣＢ）への取付にも使用することができる。

２１６ プラットフォーム
２０２ａ、２０２ｂ ダイ供給モジュール（供給モジュール）
２０６ａ、２０６ｂ リードフレーム（基板）
２０４ａ、２０４ｂ 支持装置
２０８ａ、２０８ｂ ダイ供給装置（供給装置）
２１２ 半導体ダイ（半導体部品）
２１８ａ、２０８ｂ 軌道

Claims (8)

1. 半導体実装の製造中に半導体部品を基板に供給する機器であって、
   該機器は、
   プラットフォームと、
   該プラットフォームに固定された複数の供給モジュールであって、前記複数の供給モジュールのそれぞれが、
   前記基板を支持する支持装置と、
   前記半導体部品を前記基板に供給する供給装置と、
   を有する、複数の供給モジュールと、
   を備え、
   前記支持装置の高さは、前記基板を前記複数の供給装置間において搬送するために互いに同一高さとされており、
   前記複数の供給モジュールの少なくとも１つは、該供給モジュールの少なくとも１つが前記プラットフォームに対して移動可能とされ、よって前記支持装置を前記基板が搬送される方向に垂直な方向に互いにオフセットして配置するように、前記プラットフォームに固定されている機器。
2. 前記供給装置は、前記基板が搬送される方向に沿って、それぞれの支持装置の対向する側に配置されていることを特徴とする請求項１の機器。
3. 前記供給装置は、前記半導体部品を、前記供給装置に近い基板のそれぞれ半分におけるボンディング位置に供給するように操作可能であり、前記基板の前記それぞれ半分は、前記基板が搬送される方向に平行な線に沿って分割されていることを特徴とする請求項２に記載の機器。
4. 前記複数の供給モジュールの少なくとも１つは、前記基板が搬送される方向に対して横断方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
5. 前記複数の供給モジュールの少なくとも１つは、前記基板が搬送される方向にさらに移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の機器。
6. 前記複数の供給モジュールの互いに対するオフセットを調整するための作動装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
7. 前記作動装置は、
   前記プラットフォーム上に配置された軌道と、
   前記供給モジュールの少なくとも１つに取り付けられて、前記供給モジュールを前記軌道に沿って移動させる複数の車輪と、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の機器。
8. 前記支持装置上の前記基板を制御可能に搬送するための単一の間欠回転ユニットを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の機器。