JPH0770563B2 - テ−プボンディング装置及び方法 - Google Patents

テ−プボンディング装置及び方法

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JPH0770563B2
JPH0770563B2 JP62150338A JP15033887A JPH0770563B2 JP H0770563 B2 JPH0770563 B2 JP H0770563B2 JP 62150338 A JP62150338 A JP 62150338A JP 15033887 A JP15033887 A JP 15033887A JP H0770563 B2 JPH0770563 B2 JP H0770563B2
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ドラモンド フレッド
ダブリュー．クラーク ジェームズ
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フエアチヤイルド セミコンダクタ コ−ポレ−シヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、大略、半導体組立及びパッケージング操作に
関するものであり、更に詳細には、リードフレーム及び
その他の基板へ半導体ダイをテープ自動化ボンディング
させる装置及び方法に関するものである。
従来技術 不適切に形成した電気的接続は半導体装置パッケージの
欠陥の支配的原因として認識されている。集積回路装置
は、数十個又は数百個のボンディングパッドを有するこ
とがあり、これらのパッドは、典型的にはリードフレー
ム又は特別の基板へ取り付けることによって、他の装置
へ相互接続されねばならない。この様な相互接続はワイ
ヤボンディングによって達成することが可能であり、そ
の場合小さな個別的ワイヤは１端が装置上のボンディン
グパッドへボンディングされ且つ他端がリードフレーム
又は基板へボンディングされる。別法として、且つ特に
本発明にとって興味のあることであるが、テープボンデ
ィングはプラスチック上に形成した金又は錫をメッキし
た銅を利用している。これらのリードは、最初、単一即
ち「ギャング」操作で半導体装置上のボンディングパッ
ドへボンディングされる。その後、半導体装置はテープ
上に担持されて第２位置へ移動され、そこでリードの外
側端部は、これを単一の操作でパッケージリードフレー
ム又はその他の基板へボンディングされる。
金属テープのボンディングは、金メッキしたテープの熱
圧着、半田メッキしたテープのリフロー、又は錫メッキ
したテープの共晶ボンディングのいずれかによって達成
することが可能である。これら３つの技術の内で、共晶
ボンディングが好適な場合が多い。何故ならば、それ
は、他の２つの技術によって形成されるコンタクトより
も破壊される可能性の少ない非常に信頼性のあり低抵抗
のコンタクトを与えるからである。しかしながら、この
様な共晶ボンドは、一般的に、その形成が一層困難であ
り且つボンディング工具を一層良好に温度制御すること
が必要である。接触面積全体に渡って均一に加熱される
ことのない或るボンディング工具の場合に特別の問題が
発生している。接触時間になされる調節に拘わらず、±
10℃程度の温度変動が共晶ボンディングを得る場合の失
敗となることが本発明者等によって判別された。
これらの理由の為に、ボンディングテープリードと半導
体装置上の金属ボンディングパッド間に共晶ボンドを形
成するために特に設計されたボンディング工具を提供す
ることが望ましい。特に、この様なボンディング工具
が、接触面積の全体に沿って精密に制御された温度を維
持することが可能であり、且つ短いサイクル時間とする
ことを可能とする為に迅速な加熱及び冷却が可能である
ことが望ましい。最後に、このようなボンディング工具
の製造が、容易であり且つ個々のダイか非常に多数の密
接して離隔したボンディングパッドを有する大規模集積
（VLSI）回路に見られる様な非常に小さな公差を可能と
することが望ましい。
目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、半導体装置をテープ
ボンディングする改良した方法及び装置を提供すること
を目的とする。
構 成 本発明の新規なボンディング装置は、少なくとも２つの
別個のリニア抵抗加熱要素を有しており、これらの要素
は、典型的にはプラスチックコアである電気的及び熱的
に絶縁されているフレーム上に装着されている。該リニ
ア加熱要素は、電流を付与した時にその全長に渡って一
様な加熱特性を与えるべく形成されている。特に、該加
熱要素のマス（mass）即ち質量（又は体積）は選択的に
分布されており、従って該要素はその全長に渡って一様
な割合で加熱及び冷却を行い、実質的に高温及び低温ス
ポットが発生することはない。好適な質量分布パターン
は、該要素の中央部近傍で該質量の集中を与えるもので
ある。この様な要素によって得られる一様な加熱及び冷
却は、加熱要素に沿っての全ての点において信頼性のあ
る共晶ボンディングを与えることが判明した。
本発明の好適実施例においては、ボンディング装置が、
電気的及び熱的に絶縁性の物質からなる長尺状のコアの
上に装着されている４つの電源バスを有している。リニ
ア加熱要素が該バスの隣接する対の上に装着されてお
り、内側又は外側のリードボンドの所望のパターンに対
応して典型的に正方形のパターンを形成している。対角
線的に対向する電源バスの対は夫々正及び負の電流源へ
接続されており、該４つの別々の加熱要素の各々によっ
て必要とされる比較的高電流を供給する為の特に小型で
且つ能率的な態様を与えている。
本発明のボンディング装置は、フレーム上に装着されて
いるリニア加熱要素の各々の高度に一様な温度制御を与
えている。更に、加熱要素及び電源バスを電気的及び熱
的に絶縁性のフレーム上に装着させることによって、本
装置の熱的なマスが減少され且つ加熱要素を迅速に加熱
及び冷却する為の能力が向上されている。この様に加熱
要素を迅速に加熱及び冷却することは、本発明の好適方
法に従って共晶ボンドを形成する際の工具を迅速にサイ
クル動作させることを可能とする為に必要である。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。
本発明に拠れば、半導体ダイとリードフレーム又はその
他の基板との間をテープリードで相互接続させる為のボ
ンディング装置が提供される。本ボンディング装置は、
内側リードボンド（ILB）、即ちテープリードの一端と
半導体ダイ上のボンディングパッドとの間のボンド、及
び外側リードボンド（OLB）、即ちテープリードの他端
とリードフレーム又は基板との間のボンド、の両方のボ
ンドを形成するのに適している。本ボンディング装置
は、特に、共晶ボンドを形成することを意図しており、
その場合には、典型的には金であるボンディングパッド
の物質と、典型的には錫であるテープリード上に被覆さ
れている物質との間に合金を形成する。金−錫の共晶の
形成には、精密な温度制御が必要とされ、且つ本発明の
ボンディング装置形成する全てのボンドに対して同時的
にこの様な精密な温度制御を与えることが可能である。
共晶ボンディングを特に意図するものではあるが、本発
明は、又、従来の半田ボンド、即ちテープ上にコーティ
ングされた半田物質をボンディングパッド上でリフロー
即ち再流動させるボンド、及び熱圧着ボンドの両方の場
合のボンドを形成することにも適している。
本発明は、従来のボンディングテープ、典型的には、通
常ポリイミドであるプラスチックのキャリアフィルム上
に銅リードの所望パターンをエッチング又はスタンピン
グすることによって形成されたボンディングテープを使
用する。次いで、該銅リードをコーティング物質（典型
的には、共晶ボンディングの場合には錫で、又従来の半
田リフローボンディングの場合には錫−鉛半田）で鍍金
する。
次に、第１図乃至第６図を参照すると、ボンディング装
置10は、フランジ16及び延長部18を持った正方形のコア
14（第５図及び第６図）を有するフレーム12を具備して
いる。フレーム12は、典型的にはモールドしたフェノー
ル樹脂の如き有機ポリマーである電気的及び熱的に絶縁
性の物質から形成されている。フレーム12は、典型的
に、一体的な単一体としてモールド成形されるが、種々
の部分を別々に形成してそれらを組み立てて形成するこ
とも可能である。
４個の電源乃至は電気的電力バス部材20が、第５図に示
した如く、フレームコア14の周辺の周りに装着されてい
る。バス20の各々は大略矩形状であり、１つの角部を面
取りした正方形断面を持っている。面取りした面22はコ
ア14の平坦な表面に対して当接しており、従ってパワー
バス20はフレーム12の軸に大略平行に配設されている。
４つのリニア加熱要素30が電源バス20の下端に取付けら
れており、各要素は２つの隣接するバスに電気的に接続
されている。対角線状に対向する第１対のバス20aは第1
L字形状コネクタ乃至は接続体32aへ電気的に接続されて
おり、一方対角線状に対向する第２対のバス20bは第2L
字形状コネクタ32bへ電気的に接続されている。第1L字
形状コネクタ32aは第２対のバス20bからは電気的に分離
されており、且つ、同様に、第2L字形状コネクタ23bは
第１対のバス20bからは電気的に分離されている。この
様に、Ｌ字形状コネクタ23を電源の対向する極に接続さ
せることによって、対角線状に対向する電源バス20a及
び20b間に実質的に同一の電圧が印加される。加熱要素3
0は隣接対のバス20a/20bに電気的に接続されているの
で、同一の電圧が各加熱要素に印加され、所望の電流の
流れ及び該要素の加熱を与えている。
勿論、電源バス20はコア14によって互いに電気的に分離
されている。更に、分離パッド34が更に分離を確保する
為に隣接するバス間に通常設けられている。
第7A図及び第7B図を参照すると、リニア加熱要素30は、
一対の脚部42間に延在するレール40を有している。脚部
42は、コンタクト部分44を有しており、これらのコンタ
クト部分は典型的に螺子46（第６図）によってバス20の
下端に固着されている。脚部42は、電源バス20の下端下
側でレール40をオフセットすべく機能する。この様に、
脚部42及びレール40を介して通過して正及び負のパワー
バス20a及び20b間に回路が完成されている。
リニア加熱要素30は、レール40の全長ｌに渡って均一な
加熱を与えるべく特に形成されている。加熱要素20が適
切に設計されない限り、加熱要素40の中央部分は一層迅
速に加熱し且つ脚部44近傍部分よりも一層高い温度へ到
達することが観察される。この様な加熱パターンを補償
する為に、レール40のマス即ち質量を中央部に集中させ
る。この様な質量部分は幾つかの利点を持っている。第
１に、中央近傍の電気抵抗が減少され、そこで発生され
る熱の量を低下させる。第２に、表面積が増加されるの
で、レール中央部からの熱の散逸が向上される。最後
に、増加された質量は一層大きな熱遅れを与え、到達さ
れるべき究極の温度を加熱し且つ低下させる為に必要と
される時間を増加させる傾向となる。レール40の長さに
沿っての質量分布を適切に選択することによって、加熱
要素30に対して実質的に均一な加熱パターンを得ること
が可能である。第7A図及び第7B図の好適実施例におい
て、レール40は、その長さに沿って可変高さｈを持って
おり、且つ実質的に均一な幅Ｗを持っている。脚部42の
各々の近接する初期高さh1はレール40の中央において最
大高さh2に増加する。高さh2/h1はレール40の長さｌに
依存するが、通常、約1.2と1.8との間で変化し、典型的
には約1.5である。
加熱要素30の正確な形状は臨界的なものではないが、リ
ニア即ち直線的に加熱要素において本来的な不均一な加
熱特性を補償する為に、長さに沿って質量を適切に分布
させることが重要である。加熱要素30の別の実施例を第
8A図乃至第8C図に示してある。この場合には、加熱要素
30aはレール40の両端に取付けられている脚部42を有し
ている。第7A図及び第7B図に示した如く可変高さを持つ
代わりに、レール40aは可変幅を持っており、該可変幅
は両端部において最小であり且つ中央近傍において最大
である。レール40aの正確な寸法はレール及び加熱要素3
0aの予測される動作温度範囲に依存する。
加熱要素30は、種々の高ニッケルスチールから形成する
ことが可能であり、718Inconelが好適である。
次に、第９図を参照すると、ボンディング装置10がシス
テム50において使用されており、該システム50は、ボン
ディング装置10を支持し且つ往復移動させる為の位置決
め器52、電流をＬ字形状コネクタ32へ供給する為の電源
54、加熱要素30の温度を検知し且つ温度を予め選択した
レベルに制御する為に電源54の出力を調節する為の温度
制御器56、及び該位置決め器と温度制御器と電源との間
の動作をコーオーディネートさせるマスター制御器58、
を有している。ボンディング装置10は、ボンディングテ
ープ70と同期的に連続するシリーズの半導体ダイ60を供
給する為のコンベヤ59上方を往復移動すべく装着されて
いる。図示した如く、システム50は、特に、内側リード
ボンドを形成することが意図されており、その場合に
は、ボンディングテープ70上のリードが半導体ダイ60上
のボンディングパッドと共に形成される。然し乍ら、本
システムを、従来公知の如く、従来のリードフレーム又
はその他の基板のいずれかへ外側リードボンドを形成す
る様に容易に修正させることが可能である。
第10A図乃至第10C図を参照して、本発明の方法を詳細に
説明する。周辺部の周りに形成されている複数個の金ボ
ンディングパッド62を持った半導体ダイ60をボンディン
グテープ70の下側を進行させる。テープ70はプラスチッ
クバッキングフィルム72を有しており、その下側表面上
には錫鍍金した銅リード74が形成されている。ダイ60及
びフィルム74がボンディング装置10の下側の位置へ前進
され、ボンディングパッド62の列がリニア加熱要素30の
直下に整合される。リード74の内側端部も加熱要素30と
ボンディングパッド62との間に整合される。第10A図に
示した位置において、加熱要素は典型的に約200℃の維
持温度にある。
本システム内の全ての要素が適切に整合されると、加熱
要素を、錫と金の間に共晶ボンドを形成する為に選択さ
れた典型的には300℃と305℃との間の範囲内の所望の温
度へ上昇させる。ボンディング要素30の温度は熱電対80
（第９図）によって検知され、該検知された温度は温度
制御器56へ供給される。所望のボンディング温度に到達
すると、ボンディング装置10は位置決め器52によって下
降され、従ってリード74の内側端部が加熱され且つボン
ディングパッド62とコンタクトされる。典型的には約２
秒である予め選択した時間の後に、該錫及び金が溶融さ
れて共晶合金を形成し、且つ加熱要素30の温度が維持温
度へ低下される。該要素が冷却されると、ボンディング
装置10を上昇させ、且つ半導体ダイ60が、第10C図に示
した如くに、ボンディングテープ70へ取付けられる。次
いで、半導体ダイ60をボンディングテープ上に担持され
て次の処理（例えば、本発明のボンディング装置10を使
用して外側リードボンドの形成を包含することも可能）
を行う為に搬送される。
以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のボンディング装置の概略側面図、第２
図は本ボンディング装置の概略平面図、第３図は本ボン
ディング装置の概略正面図、第４図は本ボンディング装
置の概略底面図、第５図は第３図の５−５線に沿って取
った本ボンディング装置の概略断面図、第６図は４つの
パワーバスの１つと一対のリニア加熱要素とを取り除い
た本ボンディング装置の概略斜視図、第7A図及び第7B図
は本発明のリニア加熱要素の第１実施例の夫々概略側面
図及び概略平面図、第8A図乃至第8C図は本発明のリニア
加熱要素の第２実施例の夫々概略正面図と概略平面図と
概略側面図、第９図は本発明のボンディング装置の概略
図、第10A図乃至第10C図は本発明のボンディング方法に
おけるステップを示した各説明図、である。 （符号の説明） 10:ボンディング装置 12:フレーム 14:コア 20:パワーバス 30:加熱要素 32:コネクタ 40:レール 42:脚部

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気的及び熱的に絶縁性のフレームを有し
    ており、前記フレーム上に装着した少なくとも２つのリ
    ニア抵抗加熱要素を有しており、前記リニア加熱要素の
    各々は電流が印加されたときに全長に沿って実質的に均
    等に加熱する様に選択された分布質量によっ特徴付けら
    れており、且つ電流を前記加熱要素へ供給する手段を有
    していることを特徴とするボンディング装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記電流
    供給手段が少なくとも１つの正及び１つの負バスを有し
    ており、２つの加熱要素が各バスへ接続されていること
    を特徴とするボンディング装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記電流
    供給手段は、更に、温度調節型電源を有しており、前記
    電源は前記加熱要素の温度に基づいて前記バスへ電流を
    供給することを特徴とするボンディング装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項において、前記フレ
    ームは熱抵抗性ポリマーから形成した長尺固体コアであ
    り、前記電源バスが前記コア上に軸方向に装着されてい
    ることを特徴とするボンディング装置。
  5. 【請求項５】電気的及び熱的に絶縁性の物質から構成さ
    れる長尺コア、前記コア上に軸方向に装着した４つの電
    力バス、前記バスの第１の対角線上に対向する対へ正の
    電流を供給し且つ前記バスの第２の対角線上に対向する
    対へ負の電流を供給する手段、４つのリニア抵抗加熱要
    素、を有しており、前記加熱要素の各々は正及び負のバ
    スへ接続されており且つ前記バスの各々は２つの要素へ
    接続されていることを特徴とするボンディング装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、前記４つ
    の電力バスが正方形アレイ上に配列されており、従って
    バスの隣接する対の各々が電気的に分離された正及び負
    の領域を具備する実質的に平坦な連続的な面を形成して
    いることを特徴とするボンディング装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項において、１つの抵
    抗加熱要素が各平坦な面に固着されていることを特徴と
    するボンディング装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項において、前記加熱
    要素の各々は一対の導電性脚部と前記脚部間に延在する
    加熱用レールを有しており、前記脚部の１つは正の領域
    へ取り付けられており且つ他方の脚部は負の領域へ取り
    付けられていることを特徴とするボンディング装置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第６項において、正の電流
    及び負の電流の前記供給手段の各々は、所望の極性のバ
    スへ電気的に接続されているが、反対極性のバスから電
    気的に分離されているＬ型形状導体を有していることを
    特徴とするボンディング装置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第５項において、前記リ
    ニア抵抗加熱要素の各々が一対の導電性脚部と前記脚部
    間に延在する加熱レールとを有しており、前記レールの
    質量は前記脚部へ電流が供給されたときに前記レールの
    長さに沿っての温度が実質的に均一である様にその長さ
    に沿って選択的に分布されていることを特徴とするボン
    ディング装置。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項において、前記加
    熱レールは各端部と相対的に中央部で断面積が増加され
    ていることを特徴とするボンディング装置。
  12. 【請求項１２】半導体ダイをテープボンディングする方
    式において、半導体ダイを所定の経路に沿って搬送する
    手段、前記半導体ダイの近傍へ金属ボンディングテープ
    を供給する手段、前記半導体ダイ及び金属ボンディング
    テープの近傍に位置されており電流が印加された場合に
    全長に沿って実質的に均一に加熱すべく選択された分布
    質量によって特徴付けられる少なくとも２つのリニア抵
    抗加熱要素を具備するボンディング装置、前記リニア抵
    抗加熱要素へ調節した電流を供給する電源、前記加熱要
    素の温度を検知し且つそれへ電流を調節する温度制御
    器、前記加熱要素が前記ボンディングテープを前記半導
    体ダイに対して押圧する様に前記ボンディング装置を往
    復移動させる為の位置決め器、を有することを特徴とす
    る方式。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項において、前記ボ
    ンディング装置は４つの加熱要素を有していることを特
    徴とする方式。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第13項において、前記加
    熱要素は中央部において増加した断面積を持っており且
    つ各端部において減少した面積を持っていることを特徴
    とする方式。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第２項において、前記加
    熱要素は高ニッケルスチールから構成されていることを
    特徴とする方式。
  16. 【請求項１６】半導体ダイをテープボンディングする方
    法において、複数個の半導体ダイを所定の経路に沿って
    搬送し、前記半導体ダイに近接して金属ボンディングテ
    ープを供給し、電流が供給されたときに、全長に沿って
    実質的に均一に加熱すべく選択された分布質量によって
    特徴付けられる少なくとも２つのリニア抵抗要素を具備
    するボンディング装置で前記テープを前記ダイ上に押圧
    し、ボンディングを行なうべく選択された第１温度へ前
    記加熱要素を加熱すべく選択された電流を前記ボンディ
    ング装置ヘ供給することを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】特許請求の範囲第16項において、前記加
    熱要素は、前記テープを前記ボンディング装置へ押圧す
    る前に、前記第１温度へ加熱させることを特徴とする方
    法。
  18. 【請求項１８】特許請求の範囲第17項において、前記ボ
    ンディング装置を前記テープから除去する前に前記電流
    を停止し且つ前記加熱要素を第２温度へ冷却させること
    を特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】特許請求の範囲第16項において、前記第
    １温度は前記金属ボンディングテープを前記半導体ダイ
    上の金属ボンディングパッドへ共晶ボンディングを行な
    うのに十分であることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】特許請求の範囲第19項において、前記金
    属テープは錫メッキした銅であり、前記ボンディングパ
    ッドは金であり、且つ前記第１温度は約300℃乃至305℃
    の範囲内であることを特徴とする方法。
JP62150338A 1986-06-19 1987-06-18 テ−プボンディング装置及び方法 Expired - Lifetime JPH0770563B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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