JPH0878417A - バンプ形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バンプの形成を正確な位置に対して行え、か
つバンプ形成のタクトタイムを短くすることができるバ
ンプ形成装置を提供する。 【構成】 上面に上記半導体素子１を保持するボンディ
ングステ−ジ１５と、このボンディングステ−ジ１５の
上面に設けられ、上記半導体素子１の四辺と当接し、こ
の半導体素子１を位置決め握持する４つの位置決め片１
９、２０を具備するチャック機構１８と、このボンディ
ングステ−ジ１５の上記半導体素子１を保持する面に対
向して設けられ、上記ワイヤ９の先端に形成されたボ−
ル１１を上記半導体素子１の電極パッド１ａに押圧する
と共にこのボ−ル１１に超音波振動を印加することで、
上記ボ−ル１１を上記電極パッド１ａに溶着するボンデ
ィング機構２３を具備し、上記ワイヤ９をこのボ−ル１
１の直上部で切断することで、上記電極パッド１ａ上に
ボ−ルバンプ１１ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の表面に
形成された電極パッド上にボ−ルバンプを形成するバン
プ形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の電極パッド上に回路基板と
の接続媒体となるバンプ（突起電極）を成形する方法と
しては、従来種々の方法が考えられている。このような
方法のうちの一つとして、ボ−ルバンプ成形方法があ
る。

【０００３】この方法は、金ワイヤの先端を溶融させる
ことで、金ボ−ル（球状体）を形成し、このボ−ルを上
記電極パッドに接合した後、このボ−ルの直上部で上記
ワイヤを切断することで、上記電極パッド上にボ−ル状
のバンプ（以下「ボ−ルバンプ」という）を形成するも
のである。

【０００４】このような方法によれば、従来からあるワ
イヤボンディング装置と略同じ構成の装置を使用して、
上記バンプを形成することができる。すなわち、例え
ば、この装置は、図４に示すように、上面に図に１で示
す上記半導体素子を吸着保持するボンディングステ−ジ
２を具備する。この半導体素子１は、このボンディング
ステ−ジ２上に、上記電極パッド１ａ…（図３に示す）
の設けられた面を上方に向けた状態で吸着保持されるよ
うになっている。

【０００５】この半導体素子１の吸着保持が行われたな
らば、この装置は、上記ボンディングステ−ジ２を上記
半導体素子１の姿勢の補正を行う補正位置Ａに移動させ
る。この補正位置Ａでは、図に４で示す補正用治具を前
身させ、この半導体素子１の姿勢を補正すると共にこの
半導体対素子１が後述する撮像カメラ３の視野範囲に位
置するようにこの半導体素子１の吸着位置を補正する。

【０００６】この半導体素子１の補正がなされたなら
ば、この装置は、上記ボンディングステ−ジ２を上記ボ
−ルバンプの形成を行うボンディング位置Ｂに移動させ
る。また、ボンディング位置Ｂの上方には、前述した撮
像カメラ３が設けられ、この撮像カメラ３を用いて、上
記半導体素子１のバンプ形成位置を撮像認識する。

【０００７】このボンディング位置Ｂの上方には、超音
波ホ−ン６の先端に支持された針状のキャピラリ７が設
けられている。このキャピラリ７は、図３（ａ）に示す
ように軸線を略垂直にした状態で設けられ、かつ、この
キャピラリ７内には金ワイヤ９が挿通されている。

【０００８】上記金ワイヤ９の先端部は上記キャピラリ
の７の下端から若干量露出されており、バンプ形成時に
はこのキャピラリ７の下端近傍に設けられた電気ト−チ
１０からの放電を受ける。

【０００９】このことにより、上記金ワイヤ９の下端は
溶融し、表面張力によりボ−ル１１となる。ついで、こ
の装置は、上記キャピラリ７を下降駆動し、上記ボ−ル
１１を上記電極パッド１ａに押し付ける。

【００１０】また、この装置は、図示しない超音波発生
装置を具備し、この超音波発生装置を作動させるより、
上記超音波ホ−ン６を通じ、上記キャピラリ７に超音波
振動を印加する。このことで、上記キャピラリ７は、そ
の下端部を図に矢印で示す方向に往復振動させる。

【００１１】上記金ワイヤ９の先端に形成されたボ−ル
１１は、このキャピラリ７の超音波振動による超音波エ
ネルギおよび、上記ボンディングステ−ジ２内に設けら
れた図示しないヒ−タによる加熱エネルギとによって、
上記電極パッド１ａ上に溶着される。

【００１２】ついで、この装置は、上記キャピラリ７を
上昇駆動すると共に、上記金ワイヤ９を上記ボ−ル１１
の直上の部位で切断する。このことで、上記電極パッド
１ａ上には、ボ−ルバンプ１１ａが形成される。

【００１３】この装置は、上記撮像カメラ３からの位置
認識信号に基づいて上記キャピラリと半導体素子１とを
相対的に移動させることにより、上記半導体素子１上に
設けられた他の電極パッド１ａ…に対しても順次ボ−ル
バンプ１１ａ…を形成していく。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のバンプ形成装置には、以下に説明する解決すべき課
題がある。第１に、ボ−ルバンプ１１ａの形成中に、上
記ボンディングステ−ジ２上に吸着保持した半導体素子
１の姿勢が経時的にずれてくることである。

【００１５】すなわち、上記装置においては、上記半導
体素子１を上記ボンディングステ−ジ２上に真空吸着に
より保持しているが、この半導体素子１には上記キャピ
ラリ９からの超音波振動による駆動力が繰り返し加わる
こととなる。

【００１６】上記キャピラリ９の先端部は常に所定の方
向（図に矢印（イ）で示す方向）に往復振動し、かつこ
の半導体素子１の周縁部に沿って上記ボ−ルバンプを形
成していくものであるから、上記半導体素子１は上記ボ
ンディングステ−ジ２上で回転する方向にずれる恐れが
ある。

【００１７】上記半導体素子１にこのような姿勢のずれ
が生じると、上記ボ−ルバンプ１１ａを半導体素子１の
各電極パッド１ａに対応する正確な位置に形成すること
ができないという不具合が生じる。

【００１８】第２に、バンプ形成のタクトタイムが長く
なってしまうことである。すなわち、上記バンプ形成装
置では、上記半導体素子１の姿勢の補正を、上記ボンデ
ィング位置Ｂとは別の位置に設けられた補正位置Ａにお
いて行っている。

【００１９】このため、上記ボンディングステ−ジ２を
一旦上記補正位置Ａに移動させた後に上記ボンディング
位置Ｂに位置決めしなければならず、その間、上記ボ−
ルバンプ１１ａの形成が行えないということがある。こ
のため、一つの半導体素子１にボ−ルバンプ１１ａを形
成するためのタクトタイムが長くなり、生産性に劣ると
いう問題があった。

【００２０】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、バンプの形成を正確な位置に対して行え、
かつバンプ形成のタクトタイムを短くすることができる
バンプ形成装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、ワイヤの先端に形成した球状体を、矩形状の半導体
素子の表面に形成された電極パッドに押し付けて溶着し
た後、このワイヤを切断することで、上記電極パッド上
に上記球状体からなるバンプを形成するバンプ形成装置
において、上記半導体素子を保持するボンディングステ
−ジと、このボンディングステ−ジに設けられ、上記半
導体素子の四辺と当接し、この半導体素子を位置決め握
持する握持機構と、このボンディングステ−ジの上記半
導体素子を保持する面に対向して設けられ、上記ワイヤ
の先端に形成された球状体を上記半導体素子の電極パッ
ドに押圧すると共にこの球状体に超音波振動を印加する
ことで、上記球状体を上記電極パッドに溶着するボンデ
ィング機構とを具備することを特徴とするものである。

【００２２】第２の手段は、上記第１の手段のバンプ形
成装置において、上記握持機構は、上記半導体素子の四
辺に対してそれぞれ進退自在に設けられ、上記半導体素
子を握持する４つの握持片を有することを特徴とするも
のである。

【００２３】

【作用】このような構成によれば、上記握持機構を作動
させることで、上記ボンディングステ−ジに保持した半
導体素子の姿勢のずれを補正すると共にバンプ形成中に
はボンディング機構から印加される超音波振動による半
導体素子の姿勢のずれを防止する。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。なお、従来例の項で説明した構成要素と同一
の構成要素については同一符号を付してその詳しい説明
は省略する。

【００２５】この装置は、図に１５で示すボンディング
ステ−ジを具備する。このボンディングステ−ジ１５の
上面は略平坦に形成されていると共に上記半導体素子１
を吸着保持するための図示しない吸着孔が開口してい
る。

【００２６】この吸着孔は、図に１６で示す接続口を通
じて図示しない真空装置に接続されている。したがっ
て、この真空装置を作動させることで、上記ボンディン
グステ−ジ１５の上面に上記半導体素子１を吸着保持す
るようになっている。

【００２７】また、このボンディングステ−ジ１５は、
ＸＹ方向に移動自在に設けられており、上面に保持した
半導体素子１を粗位置決めできるようになっている。ま
た、このボンディングステ−ジ１５内に埋設された図示
しないシ−ズヒ−タを作動させることで、上記半導体素
子１をバンプ形成に適した所定の温度に加熱、保温する
ようになっている。

【００２８】また、この装置は、上記ボンディングステ
−ジ１５の上面で開閉するチャック機構１８（この発明
の握持機構）を具備する。このチャック機構１８は、Ｘ
方向に往復移動自在に設けられ互いに対向する２つのＸ
握持片１９、１９および、Ｙ方向に往復移動自在に設け
られ互いに対向する２つのＹ握持片２０、２０の、合計
４つの握持片を具備する。

【００２９】上記Ｘ握持片１９、１９の互いに対向する
面は、Ｙ方向に平行に設けられた平坦なＸ当接面１９
ａ、１９ａとなっている。また、Ｙ握持片２０、２０の
互いに対向する面は、Ｘ方向に平行に設けられたＹ当接
面２０ａ、２０ａとなっている。

【００３０】このチャック機構１８は、上記ボンディン
グステ−ジ１５の上面に保持された半導体素子１に対し
て、上記各握持片１９、２０を前進させる。このことで
上記Ｘ握持片１９のＸ当接面１９ａを上記半導体素子１
のＸ辺に当接させると共に、上記Ｙ握持片２０のＹ当接
面２０ａを上記半導体素子１のＹ辺に当接させる。

【００３１】このような動作により、上記チャック機構
１８は、上記半導体素子１の吸着姿勢を補正すると共
に、この半導体素子１を４方向から挟み移動不能に握持
するようになっている。

【００３２】また、このボンディングステ−ジ１５の上
方には、撮像カメラ２２が設けられている。この撮像カ
メラ２２は、撮像面を上記ボンディングステ−ジ１５の
上面に対向させた状態で設けられ、このボンディングス
テ−ジ１５上に吸着保持された半導体素子１を撮像認識
することができるようになっている。

【００３３】上記チャック機構１８は、作動すること
で、上記半導体素子１の吸着姿勢の補正および握持固定
を行うようになっている。また、このボンディングステ
−ジ１５の上方には、ボンディング機構２３が設けられ
ている。このボンディング機構２３は、従来例の構成と
同様に、図示しない超音波発生装置に接続された超音波
ホ−ン６と、この超音波ホ−ン６の先端部に軸線を垂直
にした状態で保持されたキャピラリ７と、このキャピラ
リ７の先端近傍に設けられ、このキャピラリ７の下端か
ら露出する金ワイヤ９の先端部を溶融させ、このワイヤ
９の先端部にボ−ル１１を形成する電気ト−チ１０とを
有する。

【００３４】このボンディング機構２３は、図３に示す
ように、上記電気ト−チ１０を用いて上記金ワイヤ９の
下端にボ−ル１１（球状体）を形成する。ついで、上記
キャピラリ７を下降駆動することで、上記ボ−ル１１を
上記半導体素子１の電極パッド１ａに押し付けると共
に、上記超音波発生装置を作動させることで、上記キャ
ピラリ７の先端部を超音波振動させる。

【００３５】上記ボ−ル１１は、キャピラリ７を通じて
印加された超音波エネルギおよび、上記ボンディングス
テ−ジ１５による加熱エネルギとによって、上記電極パ
ッド１ａに溶着される。

【００３６】上記ボ−ル１１が上記電極パッド１ａに溶
着されたならば、上記キャピラリ７は上昇駆動されると
共に、上記金ワイヤ９は上記バンプ１１ａの直上部分で
切断される。

【００３７】このことで、上記半導体素子１の電極パッ
ド１ａ上には上記ボ−ルバンプ１１ａが形成される。こ
の装置は、上記半導体素子１に形成されたすべての電極
パッド１ａ毎に上記動作を繰り返すことで、上記半導体
素子１のすべての電極パッド１ａ上に上記ボ−ルバンプ
１１ａを形成していく。

【００３８】なお、このような動作中、上記ボンディン
グステ−ジ１５は上記半導体素子１を吸着保持してお
り、上記チャック機構１８は上記半導体素子１を移動不
能に握持している。したがって、上記半導体素子１は、
上記ボ−ルバンプ１１ａの形成中に回転するということ
はなく、上記各バンプ１１ａは、上記半導体素子１の各
電極パッド１ａに対応する正確な位置に形成されること
となる。

【００３９】上述したバンプ形成工程が終了したなら
ば、この装置は、上記真空装置を停止させると共に、上
記チャック機構１８の各握持片１９、２０を後退駆動
し、上記半導体素子１の固定を解除する。

【００４０】ついで、上記ボ−ルバンプ１１ａの形成さ
れてなる半導体素子１を図示しないピックアップアンド
トレ−スユニットを用いてこのボンディングステ−ジ１
上から取り出すと共に、この半導体素子１を図示しない
トレイに移送し、このトレイ上に整列させる。

【００４１】以上説明した構成によれば、ボ−ルバンプ
１１ａの形成中における半導体素子１の姿勢のずれを防
止し、上記ボ−ルバンプ１１ａを正確な位置に形成する
ことができると共に、ボ−ルバンプ１１ａ形成のタクト
タイムを短縮することができる効果がある。

【００４２】すなわち、この発明は、上記チャック機構
１８を、上記半導体素子を吸着保持するボンディングス
テ−ジ１５の上面に設けることで、上記半導体素子１の
吸着姿勢の補正を行わせると共に、この半導体素子１を
握持固定するようにした。

【００４３】また、この発明は、バンプ１１ａ形成中に
おける上記半導体素子１の吸着姿勢のずれ、特に回転方
向へのずれを有効に規制するために、従来例のように位
置決め治具４の切欠部４ａを上記半導体素子の２辺に当
接させるという方法ではなく、４つの握持片２０、１９
をこの半導体素子１の４辺に当接させるようにした。

【００４４】このような構成によれば、上記半導体素子
１の吸着姿勢の補正を行うために上記ボンディングステ
−ジ１５を別の位置に移動させる必要がないから、その
分ボ−ルバンプ１１ａ形成のためのタクトタイムを短縮
することができる。

【００４５】また、上記半導体素子１を上記ボンディン
グステ−ジ１５上で４方向から挟持することで、バンプ
形成中におけるこの半導体素子１の移動および回転を防
止でき、上記キャピラリ７の超音波振動によるこの半導
体素子１の姿勢のずれを防止できる。このことにより、
上記ボ−ルバンプ１１ａを上記半導体素子１の各電極パ
ッド１ａに対応する正確な位置に形成することができる
効果がある。

【００４６】さらに、この発明によれば、上記一つのチ
ャック機構１８で、姿勢の補正と姿勢のずれを防止する
という２つの機能を実現することができるので、簡単な
構成によって上記２つの効果を達成することができる効
果もある。

【００４７】なお、この発明は、上記一実施例に限定さ
れるものではなく発明の要旨を変更しない範囲で種々変
形可能である。例えば、上記一実施例では、それぞれ進
退可能に設けられた４つの握持片２０、１９を用いて上
記半導体素子を挟持固定するようにしたが、これに限定
されるものではなく、例えば図２に示すように、上記半
導体素子１の互いに直交するＸ辺およびＹ辺に当接する
当接面２５ａを有する突起部２５を上記ボンディングス
テ−ジ１５の上面に突設し、この半導体素子１の他のＸ
辺およびＹ辺に当接可能なＸ握持片１９´およびＹ握持
片２０´をそれぞれ進退駆動することで、上記半導体素
子１を４方向から握持固定するようにしても良い。

【００４８】このような構成によっても、上記半導体素
子１を４方向から握持することができるので、上記一実
施例と同様の効果を得ることができる。要は、上記半導
体素子１の４辺と当接し、この半導体素子１の回転およ
び移動を規制することができる構成であれば良い。

【００４９】また、上記一実施例では、上記Ｘ握持片１
９および上記Ｙ握持片２０の駆動方法については記載し
ていないが、一般的な駆動機構であれば良い。例えば、
上記すべての握持片１９、２０を連動駆動あるいは個別
に駆動することができるカム機構であれば良い。

【００５０】また、上記一対のＸ握持片１９、１９を一
組として連動駆動する駆動機構と上記一対のＹ握持片２
０、２０を一組として連動駆動する駆動機構との組み合
わせによるものであっても良い。

【００５１】さらに、この場合や、前述した各握持片１
９、２０を個別に駆動する場合には、各駆動機構を例え
ばステッピングモ−タによって制御することによって、
上記半導体素子１をＸＹ方向に駆動し、この半導体素子
１の精密な位置決めを行うものであってもよ良い。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の第１の構
成は、ワイヤの先端に形成した球状体を、矩形状の半導
体素子の表面に形成された電極パッドに押し付けて溶着
した後、このワイヤを切断することで、上記電極パッド
上に上記球状体からなるバンプを形成するバンプ形成装
置において、上記半導体素子を保持するボンディングス
テ−ジと、このボンディングステ−ジに設けられ、上記
半導体素子の四辺と当接し、この半導体素子を位置決め
握持する握持機構と、このボンディングステ−ジの上記
半導体素子を保持する面に対向して設けられ、上記ワイ
ヤの先端に形成された球状体を上記半導体素子の電極パ
ッドに押圧すると共にこの球状体に超音波振動を印加す
ることで、上記球状体を上記電極パッドに溶着するボン
ディング機構とを具備するものである。

【００５３】第２の構成は、上記第１の構成のバンプ形
成装置において、上記握持機構は、上記半導体素子の四
辺に対してそれぞれ進退自在に設けられ、上記半導体素
子を握持する４つの握持片を有するものである。

【００５４】このような構成によれば、球状体からなる
バンプを半導体素子の電極パッド上に形成する場合にお
いて、簡単な構成で、バンプ形成中における半導体素子
の姿勢のずれを防止し上記バンプを正確な位置に形成す
ることができると共にバンプ形成のタクトタイムを短縮
することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図。

【図２】他の実施例を示す斜視図。

【図３】バンプ形成工程を示す斜視図。

【図４】従来例を示す斜視図。

【符号の説明】

１…半導体素子、１ａ…電極パッド、９…ワイヤ、１１
…ボ−ル（球状体）、１１ａ…ボ−ルバンプ（バン
プ）、１５…ボンディングステ−ジ、１８…チャック機
構（握持機構）、１９…Ｘ握持片（握持片）、２０…Ｙ
握持片（握持片）、２３…ボンディング機構。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤの先端に形成した球状体を、矩形
   状の半導体素子の表面に形成された電極パッドに押し付
   けて溶着した後、このワイヤを切断することで、上記電
   極パッド上に上記球状体からなるバンプを形成するバン
   プ形成装置において、 上記半導体素子を保持するボンディングステ−ジと、 このボンディングステ−ジに設けられ、上記半導体素子
   の四辺と当接し、この半導体素子を位置決め握持する握
   持機構と、 このボンディングステ−ジの上記半導体素子を保持する
   面に対向して設けられ、上記ワイヤの先端に形成された
   球状体を上記半導体素子の電極パッドに押圧すると共に
   この球状体に超音波振動を印加することで、上記球状体
   を上記電極パッドに溶着するボンディング機構とを具備
   することを特徴とするバンプ形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバンプ形成装置におい
   て、上記握持機構は、上記半導体素子の四辺に対してそ
   れぞれ進退自在に設けられ、上記半導体素子を握持する
   ４つの握持片を有することを特徴とするバンプ形成装
   置。