JPH03215950A - アウタリードボンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップを基板またはリードフレーム等
に実装する装置に係り、特にリール状のキャリアテープ
から半導体チップを打抜いてなる、いわゆるＴＡＢ部品
と呼ばれる電子部品のアウタリード部と基板またはリー
ドフレーム等との接合（ボンディング）を行うアウタリ
ードボンダの改良に関する。

（従来の技術） 半導体チップをパッケージとして実装するには、チップ
上の電極パッドから外部リード端子への接続が必要であ
る。その一例として、いわゆるワイヤボンディング方式
による接続が行われている。これは、まず、リードフレ
ームの所定位置に半導体チップを上向きにして固定する
マウント工程がなされる。ついで、ワイヤボンディング
によって半導体チップ上の電極パッドと上記リードフレ
ームの端子とをワイヤを介して接続する。これらの接続
にあたっては、Ａｕ線を主体とした熱圧着法と、ＡＩ線
を主体とした超音波ボンディング法とがある。この種ワ
イヤボンディングは、近年、］ワイヤ０．２〜０．４秒
の高速のオートボンダが開発されるに至り、ＬＳＩコス
トの低減と信頼性向上に寄与している。

しかしながら、このような自動ワイヤボンディングが進
んでいるとはいえ、本質的には１点毎の接続であるので
、組立工程で大きな割合いを占め、コストの低減に悪影
響がある。また、上記半導体チップに多数の電極パッド
を備える、多数端子化が最近の傾向であり、３００〜５
００ピンのニズもある。上記半導体チップがたとえば平
面矩形状であり、その周囲四辺に電極パッドが並べられ
る、いわゆるＱＦＰタイプのものにおいては、多数端子
に対応するようリードフレームのリード幅を細くしよう
としても限界があるので、端子数の増大にともなってワ
イヤのリードフレームに対する接続位置を半導体チップ
のマウント位置から遠く離し、その位置で接続しなけれ
ばならない。このため、半導体チップをパッケージとし
て実装した状態で大型になってしまうとともに、ワイヤ
ボンディングの加工精度がチップの多数端子化にともな
って求められる寸法精度に追付けなくなっている。

このような不具合を解消するために、フィルムキャリャ
方式である、いわゆるＴＡＢ方式が多用される傾向にあ
る。これは、基本的には多数端子の接続を一括ボンディ
ングによって行うものであり、同時に加工精度の高度化
を可能とし、組立工程の高効率化，低コスｌ・化と高密
度実装化を同時に実現することを目的としている。

このＴＡＢ方式は、まず、ポリイミド材からなるフィル
ムテープに銅箔をはり付け、この銅箔をホトエッチング
して上記フィルムテープ上にリドを形成する。一方、極
く微少のピッチで形成した多数の電極パッド上にそれぞ
れ金属蒸着膜を介して金属突起を備え、半導体チップを
形成する。

なお、上記電極パッドの周囲はパッシベーション膜で被
覆される。このような半導体チップをボンディングステ
ージ上に支持し、上記インナリード部を介して上記金属
突起をボンディングツールで加圧し、インナリード部を
半導体チップに対して一括ボンディングする。このよう
な工程をインナリードボンディング（ＩＬＢ）と呼んで
いる。ついで、ディスペンサから樹脂を滴下して半導体
チップおよびインナリード部をモールドするポッティン
グ工程，上記フィルムテープからアウタリード部を打抜
く切断工程を経て、電子部品を得る。

そしてさらに、この電子部品のアウタリード部を基板も
しくはリードフレームに一括ボンディングする工程が必
要である。上記アウタリード部をボンディングする工程
は、上記インナリードボンディング（ＩＬＢ）と区別し
て、アウタリードボンディング（ＯＬＢ）と呼んでいる
。このように全てのボンディングは自動化されるととも
に極く微少ピッチの多数端子であっても、一括ボンディ
ングが可能となっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記アウタリードボンディング工程をなす装置であるア
ウタリードボンダにおいて、特に問題なのは、ボンディ
ングステージ上面であるリードフレーム等の載置面と、
電子部品のアウタリード部とを加熱加圧して上記リード
フレーム等に接合するボンディングツールのツール面（
加圧面）との平行度である。すなわち、これらリードフ
レーム等およびアウタリード部は極く薄肉であり極く細
い線径であるので、この平行度がわずかでもずれていれ
ば、リードフレーム等とアウタリード部との接合精度が
低下し、極く容易に破断もしくは剥離の恐れがある。

このような正確な平行出しのために、種々の工夫がなさ
れている。たとえば第８図に示すように、その載置面１
ａにリードフレーム等Ｎを固定するボンディングステー
ジ１の構造は何等変りがないが、電子部品Ｔを吸着保持
し、かつ加熱加圧するボンディングツール２は、その上
部に滑動部２ａを有する。そして、ボンディングステー
ジ１の載６ 置面１ａに合せた傾きを自動的に調整して、互いの平行
度を保持するようになっている。

しかしながら、通常のアウタリードボンディング工程で
は、加熱加圧による接合をなすため、ボンディングツー
ル２を高温化しなければならない。

その結果、ボンディングツール２の熱変形が生じ易く、
特に上記滑動部２ａが動き難くなり、ボンディングステ
ージ１の載置面１ａに合せた傾きを得ることができない
場合もある。そしてまた、ボンディングツール２側には
図示しない加熱チップのヒータや熱電対用配線があるた
め、ボンディングツール２側を可動にすると、上記配線
類の抵抗で動きが阻害される不具合もある。

そこで第９図に示すように、上述したような潤滑部２ａ
を有しないボンディングッール２で、かつボンディング
ステージ１側に傾き調整部３を備えたものが考えられた
。また、具体的な構成は図のものとは異なるが、基本的
には特開昭５７３７８４２号公報に示される装置も略同
様である。

いずれも、剛体同志で平行度を調整するようになってい
る。そのため、初期特性は良好であるが、熱変形などの
経時変化に対応できないため、使用中にある頻度で平行
度の確認と再調整を行う必要があり、手間がかかって面
倒であり、生産性に劣る。

特に、特開昭５７−３７８４２号公報のものは、ボンデ
ィング作用の頻度を増すと、ボンディングステージ側に
熱が伝わり、滑動機構部が熱変形し、動作不良を生じる
恐れがある。

したがって、ボンディング作用を継続しても、熱的影響
を受けずにすむととともに、ボンディング作用中におけ
る平行度の再調整を不要とし、ボンディングツールとボ
ンディングステージが常に互いに相手方に習うような自
己調整作用のある平行出しの機構が求められている。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その
目的とするところは、熱的影響を受けることなく、シか
もボンディングッールのツール面に対する平行度を常に
、確実に自動調整でき、安定度が高くて精度のよい接合
を行えるアウタリードボンダを提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決する手段） 半導体チップがインナリードボンディングされたリール
状のキャリアテープから半導体チップを所定形状に打抜
いて電子部品を得、この打抜き成型された電子部品をボ
ンディングツールに吸着保持して水平面内ｘ，ｙ，　　
θ方向に移動する手段を備えリードフレーム等を固定す
るたボンディングステージ上に搬送し、上記ボンディン
グツールの加熱加圧作用によりボンディングステージ上
のリードフレーム等と上記電子部品のアウタリード部と
の接合をなすものにおいて、上記ボンディングステージ
上に、平行度調整部を設ける。この平行度調整部は、上
記リードフレーム等を固定するとともに断熱性を有する
剛性平行板と、この剛性平行板と重ね合わせて上記ボン
ディングステージとの間に介在しその弾性作用によって
上記ボンディングツールのツール面の傾きを吸収する弾
性体とからなることを特徴とするアウタリードボン９ ダである。

（作用） 打抜き成型された電子部品を搬送保持するボンディング
ツールが、ボンディングステージ上に移動し、上記電子
部品のアウタリード部をボンディングステージ上の平行
度調整部に固定されるリードフレームに対して加熱加圧
して接合する際に、上記平行度調整部を構成する弾性体
がその弾性作用によってボンディングツールのツール面
の傾きを吸収し、ツール面に対する平行度を自動的にだ
す。上記電子部品を固定する平行度調整部を構成する剛
性平行板は、熱的影響を受け難く、しかも硬度が高い素
材からなるので、ボンディングツールの加熱加圧作用を
長期に亘って受けても、平行度調整部自体は何等の影響
もない。

（実施例） 第１図および第２図に、一般的なアウタリードボンダを
示す。図中１０は、ボンダ本体であり、以下に述べるよ
うに構成される。１１は、ここでは図示しない半導体チ
ップをインナリードボンデ１　０ イングしてなるキャリアテープから半導体チップを打抜
いて、いわゆるＴＡＢ部品である電子部品を成型する打
抜き成型機構部である。１２は、この打抜き成型機構部
１１に対して設けられ、上記キャリアテープを供給およ
び排出する供給排出機構である。１３は、上記打抜き成
型機構部１１で打抜き成型された電子部品をボンディン
グツール１４で吸着保持して上下方向および水平方向の
所定の搬送範囲を移動する搬送機構である。１５は、こ
の搬送機構１３の中途部に設けられボンディングツール
１４に対する電子部品の吸着状態を検出し、その位置ず
れ量を検出する位置検出カメラである第１の検出手段で
ある。１６は、上記搬送機構１３の水平方向搬送範囲中
途部に下方に設けられ、ここでは図示しない回路基板ま
たはリードフレーム（以下、リードフレーム等と称する
）を固定保持するボンデインダステージである。１７は
、このボンディングステージ１６におけるリードフレー
ム等の保持状態を検出し、その位置ずれ量を検出する位
置検出カメラである第２の検出手段で１１ あり、このような部品からアウタリードボンダが構成さ
れる。なお、上記第１，第２の検出手段１５．１７で検
出した状態を、操作盤１８に隣接して設けられるモニタ
１９にそれぞれ平面視と下面視の状態で映し出されるよ
うになっている。

第３図に示すように、上記ボンディングッール１４には
、この下端面から吸着ノズル１．　４　ａが突没自在に
突出していて、ここにインナリードボンディングされた
ＴＡＢ部品である電子部品Ｔが、ここでは図示しない打
抜き成型機構部で吸着され、かつ同様にここでは図示し
ないボンディングステージに搬送される。

第４図に示すように、上記電子部品Ｔは、リードフレー
ム等Ｎが後述する平行度調整部２０を介して固定保持さ
れるボンデインダステージ１−６上の所定位置で、ボン
ディングツール１４から解放されるようになっている。

すなわち、先に説明した第１，第２の検出手段が、電子
部品Ｔおよびリドフレーム等Ｎの位置を検出し、かつ位
置を補正したあと、ボンディングッール１４が下降して
１２ 電子部品Ｔのアウタリード部ａをリードフレーム等Ｎに
合せ、吸着ノズル１４ａは吸着作用を停止してボンディ
ングツール１４内に没入する。上記ボンディングステー
ジ１６は、水平面内Ｘ＋Ｙ，θ方向に移動可能であり、
リードフレーム等Ｎの位置補正ができるようになってい
ることは変りがない。ただし、その上部には上記平行度
調整部２０が設けられる。

つぎに、平行度調整部２０について説明する。

これは、その下部側に位置し、かつボンデインダステー
ジ１６上に直接載置固定されるたとえば硬質ゴム板から
なる板状の弾性体２１と、その上部側に重ね合わされる
たとえば石英ガラスなどの素材からなる剛性平行板２２
とからなる。上記弾性体２１は、上記剛性平行板２２の
傾きを吸収するために必要であり、上記剛性平行板２２
は上記ボンディングツール１４を受けるので高い硬度を
有し、かつリードフレーム等Ｎを載置する必要上、１μ
ｍ程度の平面度に研磨加工しなければならない。そして
、剛性平行板２２はボンディングツ１３ ルのボンディング作用にともなう加熱加圧を受けても何
等の影響もないような断熱性と耐摩耗性とを併せ有する
特性が要求される。

第５図に示すように、ボンディングステージ１６上の平
行度調整部２０に固定され位置合せを行ったリードフレ
ーム等Ｎと、位置合せを行った電子部品Ｔのアウタリー
ド部ａとをボンディングツール１４で加熱するとともに
加圧する。このとき平行度調整部２０を構成する上記剛
性平行板２２は、その上面であるリードフレーム等Ｎの
載置面がボンディングツール１４のツール面との平面度
を保つ。すなわち、たとえボンディングツール１４の取
付けが多少傾いていても、これを受ける剛性平行板２２
は極めて高い硬度を有しているから部分的な陥没がなく
、下部にある弾性体２１の弾性変形により全体的に傾く
。換言すれば、上記弾性体２１は剛性平行板２２を介し
てボンデイングツール１４の傾きを弾性的に吸収すると
ころとなり、ツール面と剛性平行板２２のリードフレー
ム等Ｎの載置面とは確実に平行であって、常に１４ 平行度が確保される。

そして、リードフレーム等Ｎに電子部品Ｔのアウタリー
ド部ａを接合したら、ボンディングツール１４が上昇す
る。弾性体２１に対する加圧力が除去されるので、これ
は元の状態に復元し、したがって剛性平行板２２は所期
の状態に戻る。

このようなボンディング作用を繰返し行なうと、ボンデ
ィングツール１４の熱がボンディングステージ１６に伝
達する恐れがあるが、上記平行度調整部２０の剛性平行
板２２はたとえば石英ガラス等極めて断熱性の高い素材
を選択したので、弾性体２１は勿論のこと、ボンディン
グステージ１６にも熱伝達がない。結局、ボンディング
ツール１４の全ての熱はリードフレーム等Ｎとアウタリ
ード部ａとの接合に供され、接合安定性に効果がある。

なお、本発明はアウタリードボンダへの使用例を示した
が、たとえばインナリードボンダあるいはフェスダウン
ボンダへの適用も可能である。上記インナリードボンダ
の場合には、先に第３図で１５ 示したボンディングツール１４の中央に設けた電子部品
Ｔ吸着用の吸着ノズル１４ａは不要となる。

また、フェースダウンボンダに使用する場合には、ツー
ル１４の中央にＩＣチップ吸着用の負圧吸引口を設けな
ければならない。

上記インナリードボンダに使用する場合には、第６図に
示すように、そのままのボンディングツール１４をボン
ディング位置に上下動自在に対向させる。弾性体２］は
同一でよいが、剛性平行板２２Ａは負圧のかかった吸着
固定用孔２３を備え、ＩＣチップＴａを吸着固定するよ
うにした平行度調整部２ＯＡである。上記ＩＣチップＴ
ａとボンディングツール１４Ａとの間にキャリャテープ
Ｎａを介在させ、ボンディング動作毎に間欠送りする。

第７図は、上記ボンディングツール１４Ａを降下させて
、キャリャテープＮａのインナリード部をＩＣチップＴ
ａの金属突起に加圧し、かつ互いのボンデイングをなす
。このときも、上記剛性平行板２２Ａは断熱作用をなし
、かつ弾性体２１の１６ 弾性作用でボンディングツール１４Ａとの平面度を出す
、信頼性の高い、いわゆるインナリードボンディングが
完了することとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ボンデインダステ
ージに設けた平行度調整部でボンディングツールとの平
面度を確保し、接合精度の向上を図れるとともにボンデ
ィング作用中における平行度の再調整を不要とし、何等
の手間もかからず、半永久的にその効果を保持し、装置
自体の稼働率および作業能率の大幅向上化を得る。しか
も、上記平行度調整部は、その弾性作用でボンディング
ツールとの平面度を出すことが可能であり、比較的簡単
な構成ですむとともに、断熱性を備えて熱的影響を阻止
でき、信頼性の高い平行調整を得られる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すアウタリードボンダの
正面図、第２図はその側面図、第３図は電子部品を吸着
して搬送するボンディングッール１７ の正面図、第４図はボンディング途中の要部の正面図、
第５図はボンディング状態の要部の正面図、第６図およ
び第７図は本発明の他の実施例を示すボンディング状態
の説明図、第８図および第９図は互いに異なる本発明の
従来例を示すアウタリードボンダ要部の正面図である。 Ｔ・・・電子部品、１６・・・ボンディングツール、１
４・・・ボンディングステージ、Ｎ・・・リードフレー
ム等、ａ・・・アウタリード部、２２・・・剛性平行板
、２１・・・弾性体、２０・・・平行度調整部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体チップがインナリードボンディングされたリール
   状のキャリアテープから半導体チップを所定形状に打抜
   いて電子部品を得、この打抜き成型された電子部品をボ
   ンディングツールに吸着保持して水平面内ｘ、ｙ、θ方
   向に移動する手段を備えリードフレーム等を固定するボ
   ンディングステージ上に搬送し、上記ボンディングツー
   ルの加熱加圧作用により上記ボンディングステージ上の
   リードフレーム等と上記電子部品のアウタリード部との
   接合をなすものにおいて、上記ボンディングステージ上
   に、上記リードフレーム等を固定するとともに断熱性を
   有する剛性平行板およびこの剛性平行板と上記ボンディ
   ングステージとの間に重ね合わせその弾性作用によって
   ボンディングツールのツール面の傾きを吸収する弾性体
   とからなる平行度調整部を設けたことを特徴とするアウ
   タリードボンダ。