JPH088284B2 - 半導体装置の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
着接続又は接着を行なう半導体装置の製造方法及び装置
に係り、特に高品質な接続に好適な均一加圧方法及び機
構に関する。

〔従来の技術〕

半導体のICチップに外部電極への引出線であるリード
を接続する技術のひとつで、ワイヤボンディングにかわ
るものとして期待される技術にTABなどによる一括ボン
ディング技術がある。一括ボンディングにおいては、IC
チップ上に形成した多数のバンプと、対応するリードと
が１回の加圧動作にてすべて接続されるため、ツールが
バンプを一様均等に加圧することがボンディングの品質
の面から重要である。

従来の装置は、特開昭57−37842号公報に記載のよう
に、バンプを形成したICチップ面と、加圧接続用ボンデ
ィングツール（以後単にツールと略称する）面との平行
を確保するために、ICチップを搭載したボンディングス
テージに球面摺動部からなるならい機構を設けていた。

第２図は従来の装置の構造を示している。ベース２に
球面摺動部可能な状態に球面摺動部４を保持している。
球面摺動部４にボンディングステージが固定されてお
り、ICチップ10がバンプ21の高さの不均一のためにツー
ル13から偏荷重を受けると、これにならう方向に球面摺
動部が摺動して、第２図（ｂ）の状態となることによっ
て、ICチップ全面に対して均等な加圧力がかかるように
なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、球面摺動部が第２図のＺ軸まわりに
も自由に回転しうる点、及び、ツールの加圧方向のＺ軸
からのずれとツールが最初に接触するボンディングステ
ージ上の位置とによってはボンディングステージはツー
ルからＺ軸まわりの力を受ける場合がある点、以上２点
について配慮がなされておらず、ボンディングステージ
がＺ軸まわりに回転して、リードに対してアライメント
されていたバンプを横ずれさせて接合不良をひきおこす
場合がおこるという課題があった。

また、上記従来技術では、球面摺動部の回転角度によ
って摺動面積など摺動部の接触状態が異なりまさつ力が
一定しない点について配慮がなされておらず、ボンディ
ングごとのならうべき角度に対して上記まさつ力が不確
定な外乱となり、ならい動作の再現性、信頼性が十分で
ないという課題があった。

また、上記従来技術におけるならい動作は、ツールか
ら受ける偏荷重に応じて受動的に行なわれるため、ツー
ルの加圧力、接触開始時のツールの速度、偏荷重の大き
さなどの影響及び摺動部分のまさつ力など不確定要素の
影響がそのままならい動作の時間的挙動を支配する点に
ついて十分な配慮がなく、再現性のある高品質なボンデ
ィングが達成されない課題があった。

また、上記従来技術ではボンディング後に球面摺動部
にならい角度が残り、上記したならい動作が受動的であ
ることと相まってならい動作の再現性を阻害する点に配
慮がなく、高品質なボンディングが達成されない課題が
あった。

また、上記従来技術では、ツールが及ぼす偏荷重が加
えられて後にならい動作が行なわれるので、本質的に偏
荷重がICチップにかかってしまう点について配慮がなさ
れておらず、加圧初期の小数バンプへの過大荷重印加を
完全に防ぐことができないという課題があった。

本発明の目的の第一は、横ずれのないインナリードの
均一加圧機構を有する製造方法及び装置を提供すること
にある。

さらに本発明の目的の第二は、ICチップ面とツール面
との間の修正すべき角度偏差の大きさにかかわらず再現
性あるならい動作を達成する製造方法及び装置を提供す
ることにある。

また目的の第三は、ツールがリード及びバンプに接触
し初めてから、均一加圧状態になるまでの期間の挙動に
関しても再現性を向上したインナリードボンディングの
均一加圧機構を実現する製造方法及び装置を提供するに
ある。

さらに目的の第四は、ツールがリード及びバンプに接
触する以前にICチップ面とツール面との間をならわせ
て、加圧初期の不均一加圧及び過大荷重印加を防ぐ製造
方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的の第一は、バンプ面をツール押付け面になら
わせるための相対姿勢修正方向には容易に変位し、か
つ、ツールが加圧する方向を軸中心とした回転に対して
は変位が発生しない機構を設けることにより達成され
る。例えば、球面摺動部からなるならい機構とは別に、
上記ならい機構と接触状態にて保持される中心部分と、
ベースに固定された外周部と、両者の間に形成した変形
可能な切り欠き部との少なくとも３つの部分からなるボ
ンディングステージを備えることによって達成できる。
或いは、中心軸が一点にて直角に交わるように配慮され
た２の円筒面摺動部を組合わせることによって達成でき
る。

また、目的の第二は、上記ならい機構とは別に、制御
装置からの操作により動作する第２のならい機構を設
け、上記第１のならい機構は偏荷重検出に用いて、検出
される偏荷重が常にゼロもしくは所定の望ましい値とな
るように第２のならい機構を動作させることで達成でき
る。

また、目的の第三は、ツールとICチップとの間の加圧
方向の相対的変位量を、指令値に応じて保持・変化させ
る機能と、ツールとICチップとの間に作用する加圧力を
検出する手段とを備え、相対姿勢修正動作の動作時間に
比べて十分低い速度でツールとICチップとを接触させる
ことで達成できる。

また、目的の第四は、加圧前にバンプ高さを検出する
機能を備え、検出結果から求まるバンプ面に対してツー
ル押付け面がならうように、制御装置を介して相対姿勢
修正機構を動作させ、その後にツールとICチップとを接
触、加圧させることにより達成できる。

〔作用〕

球面摺動部と別に外周が固定されたボンディングステ
ージを設けることで、第２図Ｚ軸まわりの回転が発生し
ない、ならい機構になる。又、中心部分は、切欠き部が
ICチップ中心を中心として点対称にならうため、球面摺
動部と一体になって偏荷重に対してならうことができ
る。この動作はそのままならい機構とすることもできる
ほか、変形を生じる切欠き部に歪ゲージを貼ることによ
り偏荷重の検出に用いることも可能である。

また、組合わされた２つの円筒面摺動部はそれぞれ独
立にＸ軸まわり、及びＹ軸まわりに回転して、相対姿勢
が修正される。その際に、Ｚ軸まわりに回転する自由度
はなく、これによる横ずれは起こらない。

また、第２のならい機構はツールからの偏荷重とは独
立に制御装置側からの操作により動作させる。あらかじ
め操作と動作の関係をマイクロゲージ等にて明らかにし
ておくことにより、上記歪ゲージによる偏荷重検出値に
応じてこの偏荷重をゼロにするための操作を制御装置に
行なわせうる。偏荷重ゼロということは、ツールからの
加圧力を受けているボンディングステージの形状が左右
及び前後対称であるので、ボンディングごとの姿勢関係
は必らず一定であり、再現性が高く保たれる。

以上により、ボンディングにおける加圧状態の再現性
及び各バンプに対する均一加圧性が高くなり、高品質な
バンプ・リード接合が得られる。

また、加圧力を検出する手段はツールがICチップに及
ぼす加圧力の反力をツール上において一定時間間隔にて
制御装置内に取込んでいる。相対的変位量と保持・変化
させる機能は、ツールとICチップとの間の相対的変位速
度を検出・帰還演算することにより十分低速でツールと
ICチップとを接触させる。相対姿勢修正動作に比べて十
分低速にて上記相対変位量を変化させることによりなら
い動作はすべての位置において達成できるので、接触か
ら加圧に至る間の挙動の再現性は著しく向上できる。

また、制御装置からの操作により相対姿勢修正をする
場合、ツールとICチップとの接触状態に影響されない姿
勢保持がなされる。このため、接触前に設定したならい
姿勢で接触及び加圧の一連の動作ができ、加圧初期の不
均一加圧及び過大荷重印加を防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。第１図
は本発明による相対的姿勢変位発生機構を用いた、TAB
インナリードボンディング装置のボンディングステージ
の説明図で、（ａ）が断面図を含む正面図、（ｂ）が側
面図である。

ここで、１は検出ステージ、２はベース、３は球面摺
動部サポート、４は球面摺動部、５はＹ軸まわり姿勢修
正機構、７はＸ軸まわり姿勢修正機構、６、８は圧電ア
クチュエータ、９は歪ゲージ、10はICチップ、11はテー
プで12はその上に形成されたリード、13はツール、14、
16、17、18、19は止めネジ、15、20は調整ネジである。

検出ステージ１はベース２に外周部が固定され、中心
部分は球面摺動部４と接している。球面摺動部サポート
３はベース２に固定されている。球面摺動部４はＸ軸ま
わりおよびＹ軸まわりにそれぞれ独立に回転可能で、球
面摺動部サポート３とは摺動しうるように接している。
検出ステージ１には図中のＡに示す切欠き部が形成さ
れ、その上面に歪ゲージ９が円周上に複数個貼りつけら
れている。Ｙ軸まわり姿勢修正機構５、Ｘ軸まわり姿勢
修正機構７、およびベース２は図に示すように止めネジ
14、16、17、18、19により互いに固定されている。これ
ら姿勢修正機構は図中のＢ及びＣに示す切欠き部におい
て弾性変形しうる形状に構成されている。圧電アクチュ
エータ６、８は電気的操作によりその長さを変化させる
ことが出来、その結果上記切欠き部に弾性変形を発生す
る。調整ネジ15、20、は上記圧電アクチュエータの初期
位置を強制的に設定するもので、これにより各切欠き部
の弾性変形量の初期値が定まる。

次に第３図により本ボンディングステージ姿勢修正機
構の動作について説明する。第３図は第１図（ａ）に対
応するＹ軸まわり姿勢修正機構についてその動作例を示
している。同図（ａ）は検出ステージが偏荷重を受けて
変形した状態を示しており、左右一対の歪ゲージ９のう
ち左側の9aは伸び、右側の9bは縮んでいる。このためこ
れら歪ゲージの信号の差を検出、処理することにより、
偏荷重の大きさを任意の時点にて求めることができる。
このように球面摺動部の上面に接触する検出ステージを
加えたことにより、ICチップの回転がなく、バンプ21と
リード12とが互いに位置ずれすることのない機構が実現
できる。

次に同図（ｂ）は姿勢修正機構５に弾性変形を与えた
状態を示している。圧電アクチュエータ６の長さが伸び
て、その左端が点線から実線の位置に矢印の向きに変化
すると、E,F,G,Hの各弾性変形中心を中心とした矢印の
向きの変形が切欠き部に生じ、姿勢修正機構全体はＤ点
を中心として図に示すように動く。逆に圧電アクチュエ
ータ６の長さが縮むと、上で説明したのと逆の向きの変
形が生じ、Ｄ点を中心として逆向きに、姿勢修正機構全
体を回転させることができる。但し、圧電アクチュエー
タは電気的操作がない時にその長さが最も短くなるた
め、あらかじめ圧電アクチュエータの変位ストロークの
中間付近にて基準姿勢をとるようにステージ全体を設置
する必要がある。

このように弾性変形のみで姿勢変化を発生するため、
摩擦などの誤差のない精密な姿勢修正が可能となる。

また、常にICチップ上のバンプ面の中心（図３のＤ
点）を旋回中心として姿勢修正動作を行なうため、姿勢
修正に伴うバンプ・リードずれが最小になる効果があ
る。

以上述べた原理に従って、検出ステージ１が受けてい
る偏荷重がゼロとなるように、圧電アクチュエータに電
気的操作を加えることで、各ボンディングごとに、姿勢
修正動作を行なうことができる。こうすることで偏荷重
を検出する部分である検出ステージ１及び球面摺動部４
の姿勢関係が常じ一定となり、検出特性の再現性が高く
保てる。

上の例では検出ステージと姿勢修正機構との組合せ動
作につき述べたが、検出ステージと球面摺動部だけの機
構を用いることも可能である。その場合には、第３図
（ａ）に示したならい挙動だけになるが、偏荷重を小さ
くする効果がある。

第４図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正
機構とともに用いる、ボンディングツール駆動機構の一
例である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。ベ
ース36とICチップ10との間に、上記ボンディングステー
ジ姿勢修正機構が配されるが、重複を避けるため第４図
中には図示しない。ベース36に対してＹ方向に摺動可能
に取付けられたツールステージ28は、サーボモータ32に
より、駆動され、ツールステージ28上にはサーボモータ
30が固定され、減速機29を介してリンク機構27の入力リ
ンク27aの角度を変化させうる構成をとっている。上記
リンク機構の出力リンク27cは摺動案内機構34に沿って
上下動可能に保持されており、これと結合されたヘッド
ベース24及びツール13が上下に動きうる構成となってい
る。

ヘッドベース24には前記した姿勢修正機構５及び７と
同様の切欠き部が形成されており、ツール13がICチップ
10を加圧することにより上記切欠き部に弾性変形が生
じ、ヘッドベース上面に保持されたロードセル25を止め
ネジ26に押付け、その際生じる歪信号をロードセルから
検出することにより、ツール13がICチップ10を加圧する
総加圧力が任意時点にて検出できる。この検出方式によ
り、摺動部に存在するまさつに起因する誤差を含むこと
なく加圧力検出が可能である。但し、切欠き部分の弾性
力がツールの加圧力の一部分とつり合う構造であるた
め、あらかじめ既知の加圧力にて押付け動作を行ない、
その時のロードセルの歪信号を測定して、較正をしてお
かないと、ICチップに印加される実荷重は正確には設定
できない。

ツールの駆動は、サーボモータ30及び32に同軸にて配置
されているパルスエンコーダ31及び33の出力パルス信号
を図示しない加圧機構制御装置に入力してサーボモータ
の回転角度を得て、ツールの前後方向（Ｙ方向）及び上
下方向（Ｚ方向）の位置を得て、これをもとにサーボモ
ータに出力する電流目標値を演算することにより行な
う。又、ツールがICチップと接触し得る位置からは、上
記の加圧検出も同時並行して行ない、ツールの位置と加
圧力力検出値の双方の値をもとに上記演算を行なう。

第５図は以上説明したボンディングステージ姿勢修正
機構を用いたボンディング装置の制御ブロック図の一例
である。図において、装置全体の管理をする主制御装置
40は、インナリードとバンプとアライメント終了と同時
に、加圧機構制御装置37に対してボンディング指令41を
発信する。加圧機構制御装置37内部ではツール駆動アル
ゴリズム38及びならい動作制御アルゴリズム39が同時並
行に処理されている。ツール駆動アルゴリズム38は、ツ
ール13がICチップ10と接触することによって受ける反力
をロードセル25により検出し、これを増幅器43、A/D変
換器44を介して取りこんだ検出値をもとに、ツールを駆
動するサーボモータ30を制御する。サーボモータ30には
パルスエンコーダ31が取りつけられており、このパルス
をカウンタ45が処理してツールの位置及び速度の情報を
得ている。ツールの駆動は上記反力の検出値とツールの
位置・速度検出値をもとにしてパワーアンプ46がモータ
の電流47を所定の値に保つことにより行なう。

一方ならい動作アルゴリズム39は、歪ゲージ９により
検出された偏荷重成分を増幅器48、A/D変換器49を介し
て取りこみ、これとツール駆動アルゴリズム38が得てい
るツールにかかる反力及びツールの速度をもとに、姿勢
修正機構５、７への指令値を算出し、D/A変換器50、51
及び増幅器52、53を介して圧電アクチュエータ６、８
に、それぞれＹ軸まわり及びＸ軸まわりの姿勢修正に要
する電圧を出力している。

以上述べたツール加圧力の反力の検出、ツール位置及
び速度の検出、偏荷重成分の検出、ツール駆動モータへ
の出力の演算、及び圧電アクチュエータへの出力電圧の
演算のすべては、加圧機構制御装置37内にあるタイマに
より一定時間間隔で起動がかけられ、動的なならい挙動
を望ましいものとするための適切な操作が行なわれる。

加圧機構制御装置37の動作は次の４つの段階から成
る。

（１）高速にてツールをICチップに接近させる。

（２）所定速度にてツールをICチップに接触させる。

（３）相対姿勢修正動作を行ないながら加圧する。

（４）ツールを退避させて加圧結果を主制御装置40に返
信42する。

第６図にはツールの動きをＹ座標、及びＺ座標を適当
に定めて図示した。図において、ツール前後移動（Ｙ座
標の０〜Tyに相当）は、障害物54の制約から、Ｚ＝０近
辺にて行なう必要がある。障害物は例えばテープガイド
である。AzはICチップ上方にてツールとICチップとが間
違いなく非接触である点のＺ座標で、この値は後述のよ
うに設計者或いは作業者が決める。Cz、Bzは、前回のボ
ンディング時に、接触を検出した点及び加圧力が設定値
に達した点（以後、それぞれ接触点、加圧点と呼ぶ）の
Ｚ座標である。上述のAzは例えばCzの300μｍ上方とす
る。或いはAzはBzの500μｍ上方としてもよい。この両
者のうちではCzの方がBzの検出に比べて雑音に敏感なの
で、後者の方が、安定してAzを定められる効果がある。
但し、どのくらいの距離が余裕として必要かは、ICチッ
プ側の問題であるので、装置側には、稼働中でも必要に
応じて上記余裕の距離の設定変更ができるようにしてあ
る。

以下、第６図から第９図に従って（１）〜（４）の各
段階を説明する。

まず図中（0,Zo）→（0,0）→（Ty,0）→（Ty,Az）が
（１）に相当する。ここでは第７図に示すブロック図に
従った制御演算が、一定時間隔ごとに繰り返される。こ
こで55は、第５図におけるパワーアンプ46と、サーボモ
ータ30、及びパルスエンコーダ31を統合した特性を示す
ブロックであり、以後モータ系と呼ぶこととする。又、
56は時系列信号の前後２項の差分をとる差分要素、57は
サンプルホールド要素、ＺはＺ変換因子である。また、
θ及びθｒはＹ軸もしくはＺ軸のモータ回転角度及びそ
の指令値を一般的に表現したものとする。

ここで、第６図の（0,Zo）→（0,0）及び（Ty,0）→
（Ty,Az）の移動においては、第７図にてθｒをＺ軸モ
ータ回転角度指令θzrに、θをＺ軸モータ回転角度θｚ
に置換えた演算により、サーボモータ30に対応するモー
タ系への出力時系列mz（Ｋ）（Ｋ＝1,2・・・）の次の
様に求めればよい。

mz（Ｋ）＝Kpz（θzr（Ｋ）−θｚ（Ｋ）） −Kvz（θｚ（Ｋ）−θｚ（Ｋ−１）） ここでθzr（Ｋ）は一定値ではなく、与えられた初期
位置と目標位置との間を内分した値を時々刻々取る。一
方、第６図の（0,0）→（Ty,0）の移動では、Ｚ軸のか
わりにＹ軸に対する指令が必要で、θzr,θｚをそれぞ
れθyr,θｙに置き換えて、 my（Ｋ）＝Kpy（θyr（Ｋ）−θｙ（Ｋ）） −Kvy（θｙ（Ｋ）−θｙ（Ｋ−１）） となる。

又、図中破線で示したのような経路を移動すること
も考えうる。これは、（Ty−r,0）から（Ty,r）の間
を、 （Ty−rcosφ,rsinφ）（φ:0→π/2） に従って移動するもので、この場合、式及び式を同
時に計算して、mz（Ｋ）,my（Ｋ）を出力する。破線
に従うことで当然、動作速度が向上する。

また、図中実線に従う場合でも、例えば目標Ｙ座標
θyrがTyに達した後、実際のＹ座標θｙ（Ｋ）がTyにな
るまで待っている「位置決めモード」を省略することに
より近似的に破線のような経路となり時間を短縮でき
る。

なお、第７図中の定数Kp,Kdは、モータ系55のステッ
プ応答を測定することにより公知の方法で定めることが
できる。

次に第６図中の（Ty,Az）→（Ty,Cz）の動作について
説明する。これは第８図（ａ）のブロック図の制御演算
がＺ方向移動用のサーボモータ30に対して行なわれる。
即ち、モータ系55の出力である位置の差分をとったディ
ジタル速度値υ＊と制御装置内にあらかじめ設定した速
度指令値υｒとの間の偏差を積分要素58により拡散時間
積分し、これに定数Kviを乗じたものを仮想的に速度指
令としたうえで、これとディジタル速度値υ＊との帰還
制御をする。以上の処理は次のようになる。

υ＊（Ｋ）＝θｚ（Ｋ）−θｚ（Ｋ−１） i(K)＝i(K-1)＋Kvi(υr-υ*(K));i(0)≡0 mz（Ｋ）＝ｉ（Ｋ）−Kvvυ＊（Ｋ） 以上述べた動作によりツールを超低速でICチップに接
近させると同時に、ロードセルの信号を監視して、接触
検出する。通常ロードセル信号は雑音が重畳しているた
め、本実施例では以下の処理により雑音の影響を取除い
ている。即ち、 （ｉ）瞬時変化閾値ThrNより大きい変化があった場合
は、 （ii）前々検出値との変化分がThrNより大きい場合は前
回検出値を用いて、 （iii）前々検出値との変化分がThrNより小さい場合は
今回検出値をそのまま用いる。

この様子を第９図（ａ）に示す。図は横軸に時間、縦
軸に信号レベルをとって、各検出時点の検出信号を白丸
60で示している。点J,L及びＮのように、前回及び前々
回の検出信号に対してThrN以上変化した検出点は修正63
され、前回検出値で代替される。黒丸はこの修正信号62
を示す。この場合に適用されているのは上述の（ｉ），
（ii）の条件である。点Ｋでは条件（ｉ）は成立つが、
前々回との変化分は小さいため条件（ｉ）と（iii）と
が成立し、修正はおこなわない。この場合、点Ｊが孤立
した雑音となる。点Ｍは点Ｌとは変化分が小さいので上
述（ｉ）〜（iii）のどれも成立せず、修正されない。
この場合、急峻な信号変化（点Ｌ）を１回遅れで検出し
たことになる。又、点Ｐは前回（点Ｎ）とも前々回とも
変化が大きく、（ｉ），（ii）により前回のレベルに修
正される。この場合も急峻に変化し続ける信号を１回遅
れで検出していることになる。

この方法によれば、前回と前々回の検出値を用いるだ
けの簡単な処理で、単なる雑音と、信号の急変とを、１
検出間隔の時間遅れのみで弁別でき、雑音と信号自身の
急変との両方を含む信号の正確な検出に効果がある。

以上に加えて接触時の検出では、２段階の接触閾値を
用いている。これは第９図の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に
示すように、信号値が接触検出第１閾値Thr1を越えた状
態（図中の接触検出準備点64）と、接触検出第２閾値Th
r2を越えた状態（図中の接触検出点65）とを順に、しか
も連続して通過しなければ接触検出と判断しない処理で
ある。こうすることで（ｄ）の場合のように雑音により
接触検出閾値を容易に越える場合でも、接触誤検出に伴
って発生する非接触状態からの加圧力発生を防ぎ、衝撃
加圧力が回避できる。

以上述べた方法で接触が検出されると、処理段階
（３）の加圧動作を行なう。これは第６図では、（Ty,C
z）→（Ty,Bz）に対応する。ここでは第８図（ｂ）にて
Ｚ方向の制御演算が行なわれる。ここでTzはツールの接
触基準点、K_Fはツール・ICチップ間の反発力特性であ
り、両者間の反発力Ｆは、 Ｆ＝K_F（θｚ−Tz） で表わせると近似して取扱う。この近似は、ツール・IC
チップ間に衝撃接触や高速加圧がなければほぼ成立す
る。第８図（ｂ）は、同図（ａ）に比べて、制御目標値
として与えるものが、ツールの欠こう速度からツール・
ICチップ間の加圧力にとってかわった点、及び帰還でき
る量が反発力とツール速度との２種類に増えた手異なる
だけで処理の原理と定数設計手法は同じなので省略す
る。

但し、各圧力目標値Frは、接触時の加圧力検出値と、
ボンディング中に負荷すべき加圧力とを内分した値を用
いて順次大きくしてゆく。

上記加圧動作と並行して、相対姿勢修正機構を動作さ
せる。即ち、第８図（ｄ）及び第３図（ｂ）に示すよう
に検出ステージ１上に貼付した歪ゲージ9a〜9dからの歪
信号を増幅器48及びA/D変換器49によりSG1,SG2,SG3,SG4
として検出し、これを用いて圧電アクチュエータ6,8に
出力する電圧Ey,Exを次式にて演算して出力する。

Ey＝Key（SG1−SG2） Ex＝Kex（SG4−SG3） 又、この演算にも第８図（ａ）と同様の積分動作を用
いることが可能である。

更に、上記の（SG1−SG2），及び（SG4−SG3）により
求まる偏荷重のＹ軸まわり及びＸ軸まわり各成分の大き
さをもとに、第８図（ｃ）の演算 Fr＝Fref−K_SG｛（SG1−SG2）^２＋（SG4−SG3）^２｝ を行なう。即ち、真の加圧力目標値Frefを修正してFrを
求める。こうすることにより、偏荷重が大きい場合に、
ツールによる総加圧力を下げて、１バンプ当りの加圧力
が大きくなりすぎるのを妨げる。

以上述べたようにして一定時間加圧及び姿勢修正動作
を行なった後、動作（４）のツール退避に移る。これは
動作（１）のツール接近と逆動作なので同様に処理可能
であるので省略する。

以上述べた動作、処理により、高速かつ正確なツール
の移動及び位置決め、正確かつ信頼性の高い低衝撃接触
及び接触検出、速やかな姿勢修正動作及び正確な加圧力
印加が可能であり、ボンディングの信頼性、再現性の高
い、各バンプ均一かつ低衝撃な加圧動作が達成できる効
果がある。又、設定すべき目標値を容易に変更可能であ
り、ボンディングにおける最適条件の設定に自由度があ
る。このため対象ICチップ、リードの種類に応じた動作
が短時間で設定でき、段取り換えの時間が短くなる効
果、ボンディングの高品質化の効果がある。

＜加圧動作の代案変形例＞ 接触検出直後に第８図（ｂ）の処理に移らず、そのま
ま一定速度にて降下し、その間力検出値を監視し続け、
検出値が真の加圧力目標値Fref或いはその近辺に達した
時点にて、第８図（ｂ）の処理に移る処理方法、及び、
その際に真の速度目標値Vrefに対して、第８図（ｃ）同
様の演算 Vr＝Vref−K_SG′｛（SG1−SG2）^２＋（SG3−SG4）^２｝
を行なう処理方法も考えうる。

この例では、接触検出の誤判断がなくなる効果、及び
加圧力の立上りの波形の安定性が向上する効果があり、
高品質ボンディングに有利である。

＜定速下降モード式の代案変形例＞ 定速にて下降して非衝撃的接触に備える式の動作の
替わりに、次式の動作をとる方法も考えうる。

υ＊（Ｋ）＝θｚ（Ｋ）−θｚ（Ｋ−１） i(K)＝i(K-1)＋Kvi(υr-υ*(K);i(0)≡0 mz（Ｋ）＝ｉ（Ｋ）−Kvvυ＊（Ｋ）−Kf Ｆ（Ｋ） これによれば、−Kf・Ｆ（Ｋ）の加圧力フィードフォ
ワード項により、接触して加圧力検出されると即時的に
モータ系駆動力が減じられ、接触直後の衝撃力ピーク値
を低く抑えることができる。

＜摺動ならい機構の代案変形例＞ 第10図はＺ軸まわりの回転に対して変位のない、バン
プ面・ツール押付け面ならい機構の一例である。図示す
る部分は第２図（従来例）の球面摺動部４に対応する部
分のみである。Ｙ軸まわり円筒面摺動部67の中心には、
Ｘ軸まわり円筒面摺動部がはめこまれるための穴が形成
されており、両者が組上がると図中のＱ点を中心にして
それぞれがＹ軸まわり，及びＸ軸まわりの１方向にのみ
倣いうる。

この実施例ではツールの加圧力だけで倣い動作がで
き、構成が簡単で横ずれも発生しない倣い機構が実現で
きる効果がある。

＜第２の相対姿勢修正機構の代案変形例＞ 第11図（ａ）の第４図のツール駆動機構のヘッドベー
ス24から先端の部分の変形例で、ツール側に、制御装置
から操作可能な第２の相対姿勢修正機構を構成したもの
である。図において、弾性変形可能な切欠き部e,f,g,h
を形成した倣い機構部材107がヘッドベース124及び上ベ
ース109に固定され、上ベース109には、上記倣い機構と
同様の部材108が直角を成して取付けられており、その
下端はツールと固定された下ベース110に固定されてい
る。各倣い機構は、圧電アクチュエータ106、及び108に
操作することで、第３図にて説明したと同様の変位を生
じることができ、ツール13の押付け面を姿勢変化でき
る。この実施例によれば倣い動作が常にツール押付け面
を中心として行なわれるので、ICチップ下面からバンプ
面までの高さがたとえ一定でなくとも正確な倣い動作が
保証される。又、ボンディングステージが複数個配置さ
れ、ツールはそれら複数個所でボンディングする場合で
も、倣い機構の数が少なくてすむメリットがある。

第11図（ｂ）は同図（ａ）と同様にツール側に第２の
相対姿勢修正機構を配置した例で、駆動部としてサーボ
モータを用いたものである。ツールステージ68に固定さ
れたサーボモータ71の駆動力により、モータ軸72、カッ
プリング73、ボールネジ74を介してヘッドベース70が駆
動され、摺動案内機構69に沿って上下する。ヘッドベー
ス70にはサーボモータ75により駆動されるリンク機構7
6,77,78が取付けられており、サーボモータ75の回転角
度に応じて出力リンク78の下面がＹ軸まわりに回転して
倣い動作が行なわれる。出力リンク78には更に、Ｘ軸ま
わりの倣い機構を構成しているサーボモータ79,リンク
機構81,82が取付けられており、その先にツール13が取
付けられている。上記２つのリンク機構はいずれもその
出力リンク78及び82の回転中心がツール押付け面の中心
となる形状となっており、サーボモータ75、79に操作す
ることで相対姿勢修正ができる。

この実施例ではリンク機構の回転角度を大きくとるこ
とにより大きな倣い角度が実現できる効果、及び弾性変
形によらないので部材の疲労が少なく長期間使用できる
などの効果がある。

また、第11図の（ａ）及び（ｂ）の倣い機構を１自由
度ずつ組み合わせた構成も実現でき、両者の効果を相補
した倣い機構が実現できる。

次に第12図はステージ側に構成する第２の姿勢修正機
構の例を示す。図（ａ）は基準姿勢の断面図であり、ボ
ンディングステージ83の下面から圧電アクチュエータに
て、図（ｃ）に示す概観で４ヶ所保持する構成を採って
いる。ここで図（ｂ）に示すようにバンプ高さに相違が
ある場合、左側の圧電アクチュエータ84aは図（ａ）に
てとっている基準変位から縮み、右側の圧電アクチュエ
ータ84bは伸びて、図示するようにボンディングステー
ジ全体の姿勢を任意に変化させることで、倣い動作が実
現できる。

この実施例では圧電アクチュエータとボンディングス
テージとが接する面Ｓの高さと、ICチップのバンプ面と
を一致させるようにボンディングステージ内側に段差を
つけるなどしなければ、常にバンプ面中心にて倣うこと
は厳密には達成できない。しかし駆動部の構成が簡単で
しかも摺動部によるまさつもなく、再現性良くならえる
効果がある。

＜初期平行度設定への応用例＞ 倣い機構を持たないギャングボンディング装置では、
ボンディング開始前に、ツールを動作させてその時の圧
恨をもとに、平行度調整という作業をする必要がある。
これは倣い機構を備えた装置で行なっても有効である。
通常はアルミ等の薄板に熱収縮性を持ったポリイミドテ
ープを貼ったものをボンディング対象物として使い、そ
のときできる圧恨をTVカメラ等により撮像して、倣うべ
き方向を知ったのち、ツール先端の姿勢を微調整するネ
ジを人手により回転させて調整作業を行なう。

本実施例はこれを半自動にて行ないうるようにするも
のである第13図（ａ），（ｂ）は、撮像画像の例を示
す。ツール圧恨87は周囲に比べて反射率が上がっており
明るく撮像される。これをウィンドウ86内にて明るさに
ついて荷重平均処理すると、ツール圧恨87の重心89が求
まる。これをウィンドウ内座標にて（xg,yg）とし、ツ
ールが加圧すべき領域88の中心90（xc,yc）との偏差を
求める。これを用いて、第８図において説明した式同
様、 Ey＝Key′（yg−yc） Ex＝Kex′（yg−yc） の計算により第２の相対姿勢修正機構の駆動部に操作を
与える。その後、薄板の位置を変えて、２回目の加圧動
作を行ない、結果を１回目同様に処理する。これを何回
か繰り返すことで、ツール押付け面とバンプ面との平行
度調整が可能である。上記の一連の処理において作業者
は薄板の位置を変える作業を行なうだけで、半自動的に
調整ができる。

一方、作業者がある程度平行度調整に熟練していれ
ば、式の計算を装置がする替わりに、作業者がEy及び
Exを決め、キーボードなどを介して装置に入力すること
で、より効率の良い調整も可能である。

以上述べたように、制御装置からの操作により動作さ
せることのできる相対姿勢修正機構を応用することで段
取時などに必要となる平行度調整が短時間で行なえる効
果がある。

また、ボンディング動作を行なった際に結果として発
生する倣い角を、次回のボンディングにおける姿勢の初
期値としてツール・ICチップ接触まで保持することも、
相対姿勢修正機構が制御装置から操作可能であれば実現
できる。これはツール押付け面とバンプ面とがすべての
ICチップにおいて一定の傾向にて傾いている場合には自
動的に、倣うべき姿勢角度に収束し、接触開始と同時に
均一加圧が達成できる効果がある。又、接触前に対象IC
チップのバンプ高さを検出し、これにより倣わせた後に
接触・加圧動作の実行に移ることもでき、上記例と同
様、接触開始から常に均一加圧できるという効果が生じ
る。

以上述べたとおり、加圧動作の面内均一化が、接触、
加圧、ツール上昇のすべての期間にわたり再現性よく実
現できるので、高品質なボンディングが達成される効果
がある上、製造品のICチップの不良率低減、寿命に著し
い効果がある。

なお、以上の実施例では、TABインナリードボンディ
ング装置に限定して記述してきたが、本発明は、ツール
により圧着、又は接着を行う技術に適用可能であり、ダ
イボンダ、ペレットボンダ、転写バンプ使用インナリー
ドボンディングにおけるバンプ転写技術、及びICチップ
へのインナリードボンディング、ツール加熱はんだリフ
ロー技術におけるツール加圧動作、および、一般的に面
的加圧による圧着、接合、接着技術にも応用でき、高品
質な接合が達成できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボンディングステージにICチップを
回転させる向きの自由度を残さずに、偏荷重に対して変
位するならい機構が実現できるので、横ずれのないイン
ナリードの均一加圧ができる。

また、偏荷重を検出する部分の物理的状態が常に一定
となるという条件を満たすようにならい機構を動作させ
ることができるので、修正すべき姿勢角度偏差の大きさ
にかかわらずならい動作の再現性が確保できる。また、
ツールとICチップとの間の相対的変位を動的に制御する
ことにより、両者の接触、加圧状態を姿勢修正動作の状
況に応じて変化させることが可能なため、ツールがリー
ド及びバンプに接触し始めてから均一加圧状態になるま
での期間の挙動に関しても再現性あるインナリードボン
ディングが実現できる効果がある。

また、制御装置からの指令のみで接触前にバンプ面と
ツール押付面との姿勢修正ができる構成のため、バンプ
面の向きを検出する機能と併せることにより加圧初期に
おける不均一加圧及び過大荷重印加を容易に防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明による加圧機構の正面
図、断面図及び側面図、第２図（ａ），（ｂ）及び
（ｃ）は従来の装置の構造及び動作を示す図、第３図
（ａ）及び（ｂ）は本発明による加圧機構の動作原理
図、第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明のツール駆動部の
構造図、第５図は本発明を用いた加圧制御部のブロック
図、第６図はツールの動作例を示す図、第７図及び第８
図（ａ）〜（ｄ）は加圧制御部による演算処理のブロッ
ク線図、第９図（ａ）〜（ｄ）は本発明における歪信号
の検出方法の説明図、第10図，第11図（ａ），（ｂ），
第12図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明によるならい機
構の代案変形例の図、第13図（ａ）及び（ｂ）は本発明
によるならい機構を用いたツール平行度自動調整法の説
明図である。 １……検出ステージ、４……球面摺動部、5,7……姿勢
修正機構、6,8……圧電アクチュエータ、９……歪ゲー
ジ、13……ツール、22……ツール押付け面、23……バン
プ面、24……ヘッドベース、25……ロードセル、30,32
……サーボモータ、31,33……パルスエンコーダ、38…
…ツール駆動アルゴリズム、39……ならい動作アルゴリ
ズム、43……増幅器、44……A/D変換器、55……モータ
系、56……差分要素、57……サンプルホールド要素、58
……積分要素、59……自乗演算要素、61……力信号波
形、66,67……円筒面摺動部、71,75,79……サーボモー
タ、80……パルスエンコーダ、105,107……ならい機構
部材、84,106,108……圧電アクチュエータ、124……ヘ
ッドベース、85……視野、86……ウィンドウ、87……ツ
ール圧痕像、88……ツール加圧領域。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個のバンプを形成したICチップを取り
   出し、 裏面側に同心円状に複数の切欠きたわみ部を有する板状
   部材に保持し、 該板状部材を該複数個のバンプの中心位置近傍を回転中
   心とした揺動可能なステージに保持し、 複数個のインナーリードを形成したキャリアテープを、
   前記複数個のバンプと複数個のインナーリードとが対向
   するように位置決めし、 ICチップ表面に垂直な方向に圧力を掛け、前記対向した
   複数個のバンプとインナーリードとを圧接する半導体装
   置の製造方法。
2. 【請求項２】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 前記ICチップのバンプ上端の被加圧面を、該被加圧面上
   の所定の点を中心として揺動可能とした球面滑動機構
   と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成したステージ
   機構とを有し、 前記球面滑動機構の上方に該ステージ機構を設置したこ
   とを特徴とする半導体装置の製造装置。
3. 【請求項３】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 ICチップのバンプ上端の被加圧面を、該被加圧面上の所
   定の点を中心として揺動可能とした球面滑動機構と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成したステージ
   機構と、 前記球面滑動機構の姿勢を制御するアクチュエータ機構
   と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
4. 【請求項４】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 ICチップのバンプ上端の被加圧面を、該被加圧面上の所
   定の点を中心として揺動可能とした球面滑動機構と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成しその同心円
   外側を固定したステージ機構とを有し、 前記球面滑動機構の上方に該ステージ機構を設置したこ
   とを特徴とする半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 ICチップのバンプ上端の被加圧面を、該被加圧面上の所
   定の点を中心として揺動可能とした球面滑動機構と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成しその同心円
   外側を固定したステージ機構と、 前記球面滑動機構の姿勢を制御するアクチュエータ機構
   と を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第３項において、切欠きた
   わみ部のたわみ量を検出する手段を備え、該たわみ量を
   低減するようにアクチュエータを制御する半導体装置の
   製造装置。
7. 【請求項７】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 前記ICチップのバンプ上端の被加圧面を、該被加圧面上
   の所定の点を中心として揺動可能とした球面滑動機構
   と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成したステージ
   機構と、 前記被加圧面に及ぼされる偏荷重と、総加圧力とを分離
   して検出する手段とを備えたことを特徴とする半導体の
   製造装置。
8. 【請求項８】ツールを押し付け、ICチップの複数個のバ
   ンプとキャリアテープの複数個のインナーリードとを圧
   着接続又は接着を行なう半導体装置の製造装置におい
   て、 前記ICチップの複数個のバンプ上端の被加圧面に含まれ
   る直線のうち、該被加圧面内の所定の点にて２直線を軸
   として揺動可能に保持された円筒面滑動機構と、 前記ICチップを板状部材に載置し、該板状部材の裏面側
   に同心円状に複数の切欠きたわみ部を形成したステージ
   機構とを有し、 前記円筒面滑動機構の上方に該ステージ機構を設置した
   ことを特徴とする半導体装置の製造装置。