JPH0671019B2 - ダイボンディング方法およびダイボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体チップをリードフレームに接着するた
めのダイボンディング方法に関するものである。

従来の技術 半導体デバイスを組立てる場合、リードフレームのダイ
パッド表面に銀エポキシペーストなどの接着ペーストを
塗布し、その上からダイと呼ばれる半導体チップを押し
つけてダイをダイパッドに接着する。このとき、接着ペ
ーストの塗布量が多いと、接着ペーストがダイの外側に
あふれ出し、その後のワイヤボンディング作業に支障を
きたすなどの問題がある。一方、接着ペーストの塗布量
が少ないと、ダイによって接着ペーストを押し伸ばすと
きに、接着ペーストの中に残留した空気が接着ペースト
の層から抜けきらないで、接着ペースト中に気泡が残留
した状態になる。この状態で接着ペーストを硬化させる
と、ダイの接着強度が低下するだけでなく、ダイとダイ
パッド間熱伝導率も低下するという問題がある。

このような問題を解決するために、従来より第11図〜第
16図に示すダイボンディング方法が実用化されている。
まず第11図に示すように、ノズル装置の先端に複数設け
たノズル１からリードフレーム２のダイパッド３の表面
に接着ペースト４をスポット状に塗布する。次に第12図
に示すように、チャック５でダイ６を保持しながらダイ
６の裏面をダイパッド３の表面に押しつけ、接着ペース
ト４を外側に伸ばしながらダイ６の位置を定め、第13図
に示す状態で接着ペースト４を硬化する。しかしなが
ら、このダイボンディング方法においても上述と同様の
問題が発生する。すなわち、第11図〜第16図に示す従来
のダイボンディング方法においては、第14図に示すよう
に複数のノズル１がマトリクス状に配置されている。こ
のため、接着ペースト４をダイパッド３の表面に塗布
し、ダイ６を押しつけたときに、複数のスポット状の接
着ペースト４とダイ６との間に残った空気が、スポット
状の接着ペースト４の間から外部へ抜けきれないことが
多く、第15図に示すように、押し広げられた接着ペース
ト４中に気泡７が残る。この状態で接着ペースト４を硬
化させると、第16図に示すように、接着ペースト４中に
気泡７が残ったままとなるため、ダイ６の接着強度が弱
くなり、ダイ６が簡単にダイパッド３からはがれてしま
うとか、ダイ６からダイパッド３への熱伝導率が悪くな
るという問題がある。

このような問題を解決するために、出願人は先に第17図
〜第20図に示すようなダイボンディング方法を提案した
（特開昭63-157430号）。

以下、第17図〜第20図について説明する。ここで、接着
ペーストの塗布工程、ダイの接着工程および接着ペース
トの硬化工程は、第11図〜第13図に示した従来の方法と
基本的に同一である。

第17図，第18図は特開昭63-157430号に開示したノズル
装置を示している。ノズル装置８は、第18図に示すよう
に、装着ペーストを収容するためのシリンダ９と、ノズ
ルヘッド10と、ノズルヘッド10の先端に設けた複数のノ
ズル11とから成り、複数のノズル11は、第17図に示すよ
うに、放射状に配列されている。すなわち、ノズル列12
とノズル列13は直交するように配置され、さらにノズル
列12と13のなす角度の中間の角度にノズル列14とノズル
列15が配置されている。第17図の例では、ノズル列12,1
3はそれぞれ中央の１本を共通する５本のノズルで構成
され、ノズル列14,15はそれぞれ中央の１本をノズル列1
2,13のそれと共通する３本のノズルで構成されている。

このようなノズル装置８を用いて、リードフレームのダ
イパッド表面に銀エポキシペーストなどの接着ペースト
をスポット状に塗布する。この状態でダイをダイパッド
に押しつけると、接着ペーストが、中心部分から外側に
向って、気泡を押しつぶしながら伸びる。すなわち、ス
ポット状に塗布された接着ペーストは、中心から外側に
向って、隣接する接着ペーストにつながりながら伸びる
が、ノズル列（すなわち接着ペースト列）が放射状であ
るため、接着ペーストの広がり経路もほぼ放射状にな
る。このため接着ペースト間に存在する空気は外へ外へ
と押し出され、接着ペースト間に封止込められることが
ない。その結果、第19図に示すように、ダイパッド３の
表面に、気泡のない状態で接着ペースト４が広がる。

このようにして接着ペースト４を押し広げ、ダイの位置
を定めた後、接着ペースト４を硬化すると、第20図に示
すように、ダイ６が気泡のない装着ペースト４を介して
ダイパッド３に接着される。このためダイ６の接着強度
も高まり、熱伝導性も高まる。

発明が解決しようとする課題 ところで、最近は、集積度の向上とともにチップ（ダ
イ）サイズが大型化し、またチップ（ダイ）の形状も正
方形から長方形まで、様々な形状のものが使用されるよ
うになってきた。

第21図は、比較的縦横比の大きい長方形のダイを接着す
る際に、ノズルを放射状に配列した例を示している。第
21図において、ノズル列16,17はそれぞれ中央の１本を
共通とする９本のノズルからなり、ほぼ60度（または12
0度）の角度で交叉している。ノズル列18は中央の１本
がノズル列16,17のそれと共通する５本のノズルからな
り、ノズル列16,17のなす60度の中間の角度に配列され
ている。ノズル列19は中央の１本がノズル列16,17,18の
それと共通する３本のノズルからなり、ノズル列16,17
のなす120度の中間の角度に配列されている。

このようなノズルを用いて接着ペーストを塗布し、長方
形のダイを押しつけて接着ペーストを押し広げると、第
22図，第23図に示すように、押し広げられた接着ペース
ト４内部に気泡20が発生することがある。その理由は次
の通りである。ダイの縦横比が大きくなると、特に中心
付近で隣接するノズルの間隔が狭くなり、このため、第
21図に示す位置11a,11bにノズルを配置することができ
なくなる。その結果、11a,11bの周辺のノズルの配列は
第14図に示した従来のマトリクス状の配列に類似したも
のとなり、この付近に封じ込められた空気が、そのまま
接着ペースト４中に気泡20として残留してしまうのであ
る。

本発明は、このような縦横比の大きい長方形のダイでも
気泡を発生することなく強固に接着することのできるダ
イボンディング方法およびダイボンディング装置を提供
するものである。

課題を解決するための手段 本発明は、長方形のダイの長手方向の中心線に沿って配
列された第１のノズル列と、前記第１のノズル列の両端
のノズルから外側に向って放射状に伸びる第２、第３、
第４および第５のノズル列と、前記第１のノズル列と直
交する方向に配列された第６のノズル列からなるノズル
を用いて接着ペーストをスポット状に塗布するものであ
る。

作用 このようにすれば、縦横比の大きい長方形のダイであっ
ても、隣接するペースト間に空気を封じ込めることなく
接着ペーストを押し広げることができる。このため、気
泡のない接着ペーストを介して長方形のダイの下面全域
をダイパッドに接着することができ、ダイの接着強度を
高め、熱伝導率を高めることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図〜第４図ととも
に説明する。

第１図において、ノズル列21は９本のノズル22からな
り、ダイの長手方向の中心線上に配列されている。ノズ
ル列23,24および25は、それぞれノズル列21の中央部で
１つおきの１本のノズル22を共通とする３本のノズル22
からなり、これらのノズル列23,24および25は、ノズル
列21の左右両端付近を除く中間部分でノズル列21と直交
するように配列されている。さらにノズル列21の左右両
端のノズルから外側に向って放射状に伸びる４本のノズ
ル列26,27,28,29が配列されている。云い換えれば、中
央部はノズル列21とノズル列23,24および25とによって
十字型を重ね合わせた形状に配列され、左右両端はノズ
ル列26,27,28および29によってくの字型および逆くの字
型に配列されている。

第２図はノズル装置30を示しており、接着ペーストを収
容するシリンジ31と、ノズルヘッド32と、その先端に設
けた前述のノズル22とで構成されている。

このようなノズル装置を用いて接着ペーストをダイパッ
ド表面にスポット状に塗布し、ダイを押しつければ、隣
接する接着ペースト間に空気を封じ込めることなく接着
ペーストを広げることができる。このため、第３図に示
すようにダイパッド３の表面に、気泡を発生させること
なくほぼ長方形に接着ペースト４を広げることができ
る。その結果第４図に示すように、気泡のない接着ペー
スト４を介して長方形のダイ６の下面全域をダイパッド
３に接着することができ、ダイ６の接着強度を高め、熱
伝導率を高めることができる。

第１図は本発明によるノズル配列の一実施例を示した
が、ダイの形状に応じてノズル配列を変形することが望
ましい。

第５図はダイの形状とそれに対応するノズル配列形式の
関係を示したものである。第５図の横軸はダイのＸ方向
の長さ〔チップサイズ（Ｘ）〕を示し、縦軸はダイのＹ
方向の長さ〔チップサイズ（Ｙ）〕を示し、第５図中の
Ａ〜Ｑはチップサイズの範囲に対応して採用されるノズ
ル配列の形式を示している。第５図からも判るように、
ノズル配列Ａ〜Ｑ型は対角線を中心に対称的に分布して
いる。

第５図に示すように、チップサイズが4mm×4mmの範囲内
であれば、１本のノズルでよく、またチップサイズがＸ
＝2.0〜4.0mm、Ｙ＝4.0〜6.0mmの範囲内であれば、Ｄ型
が採用され、これはダイの長手方向に２本のノズルが設
けられる。また、チップサイズがＸ＝4.0〜6.0mm、Ｙ＝
4.0〜6.0mmの範囲内であれば、ダイがほぼ正方形である
から、たとえば第17図に示したようにノズルを放射状に
配置したノズル配列のＡ型を用いる。同様に、ダイの形
状が正方形または正方形に近い長方形の場合は、放射状
のノズル配列B,C,E,F,G,H,I,J,LおよびＮ型を用い、こ
れらはいずれも先の発明（特開昭63-157430号）に関連
するものであるから、その具体的な配列図はここでは省
略する。

一方、チップサイズが長方形の場合は、第１図に示した
配列と実質的に同一な配列のK,M,OおよびＱ型を用い、
それぞれの具体的な配列図を第６図〜第９図に示す。第
６図、第７図はダイの長手方向のノズル列に対して直交
するノズル列および左右両端部におけるノズル列の配列
が第１図のものと若干異なり、第８図、第９図はダイの
長手方向のノズル列に対して直交するノズル列がくの字
型および逆くの字型になっている点で第１図のものと相
違している。

また、各ノズル配列におけるノズル径、ノズル長さ、ノ
ズル本数、ノズル間隔の一例は第６図〜第９図に示す通
りである。発明者の実験によれば、ノズルサイズとノズ
ル間の最小間隔の間には第１表のような関係がある。

第６図〜第９図に併記したノズル間隔は、第１表をもと
に出来るだけ最小間隔になるように設定されている。ノ
ズルの本数は、チップサイズや銀エポキシペーストの粘
度およびチクソトロピー（流体の追従性）によって異な
るが、 銀エポキシペーストの粘度:330Poise チクソトロピー:6.5 （5.0rpm/0.5rpm測定時） の場合、第10図に示すように、ノズル本数はチップサイ
ズにほぼ比例する。これは、１本のノズルからできるだ
け少量の銀ペーストを吐出し、 銀ペーストの厚さを薄くし、かつ 全面に広がるようにする という条件を実現するためには、おのずとノズル１本の
カバーする面積が決まってしまうためだと考えられる。

なお、粘度150〜1000Poise、チクソトロピー4.5〜7.0の
範囲内の接着ペーストであれば、ノズル径あるいはノズ
ル配列を考慮することにより、実用可能である。

ノズルの口径については、ノズルが太いほど強度が強
く、折れ曲がりにくくなる。また、ノズルの内径が0.3m
m以上であれば、接着ペーストがつまったときでも除去
しやすい。これらの点から考えると、ノズルは太ければ
太いほどよい。一方、ノズル間隔を小さくするために
は、ノズルが細い方が好ましい。これらの点を考慮しつ
つ実験を行った結果、銀ペーストの粘度が330Pの場合に
は、20G〜22Gの口径のノズルを用いれば、銀エポキシペ
ーストが安定に吐出せることを確認した。第10図Ａ〜Ｑ
型の配列におけるノズル径は21Gまたは22Gのいずれかに
設定されている。

なお、複数のノズルを同一口径にする必要はない。たと
えば、第１図の一実施例において、ノズル列21のノズル
径と、ノズル列23,24,25のノズル径とを異ならせること
によって接着ペーストを良好に塗布することも可能であ
る。

ノズルの材質としてはステンレス（SUS304）、ルビー
（セラミック）、ポリプロピレン等が考えられるが、各
材質の特性は第２表の通りである。

第２表から判るように、総合的に判断すると、ノズルの
材質としてはステンレスが望ましい。

なお、ノズル22をノズルヘッド32に着脱自在に取付けて
おけば、ノズル22の洗浄が容易になる。また、上記実施
例では、ノズル22をある長さ（第６図〜第９図ではいず
れも2.5mm）をもった円管としたが、断面形状は円以外
のたとえば、だ円形、スリット状等でもよく、さらには
ノズルヘッド32の下面に設けた複数の孔で構成し、ノズ
ルヘッド32の下面を直接ダイパッド３に接触させて接着
ペーストを塗布してもよい。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、縦横比の大きい長方形
のダイであっても、隣接するペースト間に空気を封じ込
めることなく接着ペーストを押し広げることができる。
このため気泡のない接着ペーストを介して長方形のダイ
の下面全域をダイパッドに接着することができ、ダイの
接着強度を高め、熱伝導率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いるノズル装置の底面
図、第２図は第１図のノズル装置の側面図、第３図は一
実施例において接着ペーストをダイパッド表面に押し広
げた状態を示す平面図、第４図は第３図の状態において
ダイをダイパッドに接着した状態を示す断面図、第５図
はチップ（ダイ）サイズの範囲とそれに対応するノズル
配列形式の関係を示す図、第６図〜第９図はそれぞれ第
５図のK,M,O,Q型に示したノズル配列の具体例を示す
図、第10図はチップ（ダイ）サイズとノズル本数の関係
を示す図、第11図〜第13図は従来のダイボンディング方
法を工程順に示す側面図、第14図は従来のノズル装置の
底面図、第15図は従来例において接着ペーストをダイパ
ッド表面に押し広げた状態を示す平面図、第16図は従来
例においてダイをダイパッドに接着した状態を示す断面
図、第17図および第18図はさらに従来のダイボンディン
グ方法に用いるノズル装置の底面図および側面図、第19
図および第20図は同装置で塗布した接着ペーストを押し
広げた状態の平面図およびダイを接着した状態の側面
図、第21図は先に提案した長方形のダイの接着に応用し
た場合のノズル装置の底面図、第22図および第23図は同
装置で塗布した接着ペーストを押し広げた状態の平面図
およびダイを接着した状態の側面図である。 ３……ダイパッド、４……接着ペースト、６……ダイ、
22……ノズル、21……ダイの長手方向の中心線に沿って
配列された第１のノズル列、26〜29……第１のノズル列
の両端のノズルから外側に向って放射状に伸びる第２〜
第５のノズル列、23〜25……第１のノズル列と直交する
方向に配列された第６のノズル列、30……ノズル装置、
31……シリンジ、32……ノズルヘッド。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リードフレームのダイパッド表面に接着ペ
   ーストを塗布するための複数のノズルを備え、前記複数
   のノズルにより前記接着ペーストを前記ダイパッド表面
   にスポット状に塗布し、前記ダイパッド上に塗布された
   前記接着ペーストの上に長方形のダイを押しつけ、前記
   ダイパッドに前記ダイを前記接着ペーストで接着するダ
   イボンディング方法であって、前記複数のノズルが、前
   記ダイの長手方向の中心線に沿って配列された第１のノ
   ズル列と、前記第１のノズル列の両端のノズルから外側
   に向って放射状に伸びる第２、第３、第４および第５の
   ノズル列と、前記第１のノズル列と直交する方向に配列
   された第６のノズル列からなることを特徴とするダイボ
   ンディング方法。
2. 【請求項２】第６のノズル列が第１のノズル列より短い
   複数のノズル列よりなり、かつこれら複数のノズル列が
   前記第１のノズル列のひとつおきのノズル位置またはそ
   れ以上離れた位置に配列されていることを特徴とする請
   求項１記載のダイボンディング方法。
3. 【請求項３】第１のノズル列の延長線上に、更に少なく
   ともひとつのノズルを設けたことを特徴とする請求項１
   記載のダイボンディング方法。
4. 【請求項４】複数のノズルのノズル径を20G〜22Gの範囲
   内に設定したことを特徴とする請求項１記載のダイボン
   ディング方法。
5. 【請求項５】複数のノズルのノズル径を20G,21G,22Gの
   いずれかにし、かつ前記各ノズル径20G,21G,22Gでのノ
   ズル間の最小間隔をそれぞれ1.2mm,1.1mm,1.0mmに設定
   したことを特徴とする請求項１記載のダイボンディング
   方法。
6. 【請求項６】複数のノズルのノズル径を異ならせたこと
   を特徴とする請求項１記載のダイボンディング方法。
7. 【請求項７】複数のノズルをステンレスで構成したこと
   を特徴とする請求項１記載のダイボンディング方法。
8. 【請求項８】複数のノズルをノズルヘッドに着脱自在に
   取り付けたことを特徴とする請求項１記載のダイボンデ
   ィング方法。
9. 【請求項９】複数のノズルを、ノズルヘッドの下面に設
   けた複数の孔で構成したことを特徴とする請求項１記載
   のダイボンディング方法。
10. 【請求項１０】複数のノズルの断面形状を、円、だ円、
    スリット状のいずれかにしたことを特徴とする請求項１
    記載のダイボンディング方法。
11. 【請求項１１】接着ペーストとして銀エポキシペースト
    を用いたことを特徴とする請求項１記載のダイボンディ
    ング方法。
12. 【請求項１２】リードフレームのダイパッド表面に接着
    するダイの長手方向の中心線に沿って配列された第１の
    ノズル列と、前記第１のノズル列の両端のノズルから外
    側に向って放射状に伸びる第２、第３、第４および第５
    のノズル列と、前記第１のノズル列と直交する方向に配
    列された第６のノズル列からなるノズルを備えたダイボ
    ンディング装置。