JPH09219425A - ボンディング装置及びボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボンディング装置において良好なボンディン
グを得るには、ボンディングツールから半導体チップに
均等に圧力が加えられることが必要である。そのために
欠かせないボンディングツールまたはリードフレームの
平行度管理を、短時間で定量的にかつ実際にチップサン
プルに加圧することなく行うことが求められている。 【解決手段】 ボンディング装置に、ボンディングツー
ル１５の移動範囲にあってボンディングツールの下面の
距離を測定する固定された測定器８１と、ツール下面を
その測定器の測定軸に対し直交する平面で移動させる制
御部８５とを設け、ツールの平行度を測定器で得られた
測定距離から判断し、平行度が許容されるものよりも悪
い場合には、ツールの傾きを修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体の組立の際に
用いられる、半導体チップをリードフレームやテープキ
ャリアに圧着するボンディング装置およびその方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の組立に当たっては、通常、ボン
ディング装置が用いられる。特にギャングボンディング
やリードオンチップ構造のボンディングにおいては、ボ
ンディングツールの加圧力を半導体チップに均等に加え
ることが、チップとリードフレームまたはテープとの接
合不良を避けるために必要である。そのため、ボンディ
ングツール（以下ツールと称する）と半導体チップを載
せるチップステージ（以下ステージと称する）の平行度
管理が最も重要となっている。

【０００３】従来、ツールとステージの平行度を向上さ
せるため、耐熱テープをステージ上に載置して仮圧着
し、それへのツール圧痕の形状で平行度を判断してツー
ルの傾きを調整したり、あるいは最終的な製品における
圧着形状で平行度を判断して傾きを調整してきた。また
近年、傾き調整を不要にするため、加圧時にツール又は
ステージをならわせるような、ならい機構が考えられて
いる。

【０００４】以下、従来のボンディング装置の構成を図
を用いながら説明する。図２は、一般的なリードオンチ
ップ構造のボンディング装置の全体側面図を示す。この
ボンディング装置は、ボンディングヘッドに圧力を加え
る加圧用モータ１１を備えたボンディングヘッド部１
０、ボンディングヘッド部１０を移動させるＸＹテーブ
ル部２０、半導体チップ１（以下チップと称す）を搭載
し、位置決めするステージ部３０、リードフレームを支
持・搬送するワーク搬送部４０により構成される。

【０００５】図３は、ボンディングヘッド部１０、ステ
ージ部３０、ワーク搬送部４０をより詳細に表した図で
ある。まず、ボンディングヘッド部１０においては、加
圧用モータ１１で駆動される回転カム１２の回転運動
が、リンクプレート１３により直線運動に変えられ、ボ
ンディングツール１５が上下する。１６は加熱ヒータで
ある。荷重は、加圧力を検出する荷重センサ１４の出力
をもとに図示しない制御部で制御される。

【０００６】また、図２のＸＹテーブル部２０を構成す
るＸＹテーブル２１、２２でボンディングヘッド部１０
全体を水平面内で移動させることができる。次に、ステ
ージ部３０は、ステージ３１、チップ１を吸着固定する
真空吸着穴３２、加熱ヒータ３３で構成される。ステー
ジ３１は、図２に示す回転動作が可能なθテーブル３４
に設けられ、このθテーブル３４は上下方向に動作可能
なＺテーブル３５、ステージＸＹテーブル３６、３７に
設けられている。したがって、ステージ３１は、回転及
び上下方向、水平方向に移動できる構造となっている。

【０００７】さらに、図３において、ワーク搬送部４０
の２はリードフレーム、３はチップ１を接着するための
熱硬化性または熱可塑性粘着テープ（以下テープと称
す）を示す。テープ３は、リードフレーム２にあらかじ
め加工されて付着されている。リードフレーム２は、搬
送レール４１でガイドされ、図示しない搬送手段により
移送される。

【０００８】次に、図２を用いて従来例のボンディング
装置の動作を説明する。まず、ステージ部３０が破線で
示すチップ供給位置３８までステージ部のＸＹテーブル
３６、３７によって移動される。その位置で、ステージ
３０はチップ移送アーム７０で吸着されたチップ１を受
け取って吸着する。

【０００９】ステージ上のチップ位置は固定検出カメラ
５１によって検出され、図示せぬ認識装置により認識さ
れる。ボンディング位置３９にあるリードフレーム２の
位置も、ボンディングヘッドＸＹテーブル２０によりリ
ードフレーム上に移動されたボンディングヘッド部１０
の検出カメラ５２によって、図示されない認識装置で認
識される。

【００１０】次に、前記認識装置で得られたチップ及び
リードフレームの位置データを基に、ステージ部３０の
θテーブル３４とステージＸＹテーブル３６、３７を動
かして、リードフレームに対するチップの回転角度、Ｘ
Ｙ位置を補正する。

【００１１】その後、ステージをチップ供給位置３８か
らボンディング位置３９へ移動し、ついでＺテーブル３
５でチップ上面がリードフレーム下面のテープ位置に達
するまで上昇させる。

【００１２】この状態でボンディングツール１５をボン
ディング位置までボンディングヘッドＸＹテーブル２
１、２２で移動させる。最後にボンディングツール１５
を下降させチップに荷重を加えてボンディングが完了す
る。

【００１３】次に、従来例のボンディングツールの平行
度管理のための装置と方法を説明する。図４（ａ）はボ
ンディングヘッド１０のツール傾き調整部の側面図を示
し、図４（ｂ）は図４（ａ）の側面図を示す。６１はツ
ールホルダ、６２、６３は傾斜ブロック、６４、６５は
それぞれＹ、Ｘ方向の傾き調整つまみを示す。６４の調
整つまみでツール１５の先端を基準にＲ１の回転半径
で、６５の調整つまみで同様にツールの先端を基準にＲ
２の回転半径でツール１５を回転させることで、ステー
ジ３１に対するツール１５の平行度を調整をする構造に
なっている。

【００１４】平行度の設定は、まず図２に示す搬送レー
ル４１に対しステージ３１の平行度が調整される。次
に、ステージに対し所定の平行度を保つようにツール１
５の平行度がツール傾き調整つまみ６４、６５で調整さ
れる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ステージ３１はほぼ品
種によらず固定的に使用されるので、その交換を行うこ
とは少ない。しかし、ツール１５については、チップサ
イズによりツールが異なることや、ボンディングにより
汚れることから、ある頻度で交換作業を行わなければな
らない。このツールの交換作業は常温で行われるが、一
般にツールやステージは４００℃前後の加熱状態で使用
されるので、４００℃以上の加熱状態で平行度を保証し
なければならない。ツールの材質・部品精度によっては
常温で平行度を調整しても加熱状態で平行度を再現する
ことができず、ツール交換のつど、加熱状態で傾き調整
を行うことが不可欠である。

【００１６】また、従来の耐熱テープ等をステージに載
置し仮圧着しツールの圧痕形状で平行度を判断してツー
ルの傾きを調整する方法では、得られるツールの傾き量
があくまで定性的であるため、仮圧着、圧痕判定、調整
を数回繰り返しながら合わせ込みを行わざるを得ない。
このため、傾き調整に多大な調整時間と熟練を要する。
例えば、一般にＴＡＢテープを使用するインナーリード
ボンディング法では数μｍの平行度が要求されるので、
近年の大型チップでは１時間ないし２時間程度の調整時
間を要してしまう。また、詳細な平行度はボンディング
された製品における圧着形状から判断しなければならな
いので、ダミーサンプル等を準備し接合の厚さを計測す
る必要がある。

【００１７】さらに、ツールまたはステージのならい機
構を用いて傾き調整を行わない方法では、４００℃以上
の加熱状態でならい機構が機能しなければならないの
で、ツールやステージの部品の加工精度、材質等が制約
を受け、簡単にはならい機構の効果が得られない。ま
た、ならい機構自体が加圧時点で動作することから、ボ
ンディング時の位置精度や製品へ与える応力やダメージ
に課題が残っている。この方法においても平行度が維持
できているかをボンディングされた製品の出来映えを通
じてしか確認できない欠点がある。

【００１８】本発明は、かかる課題に鑑みて、均等な加
圧力を実現するために平行度の管理を定量的に行えるボ
ンディング方法とボンディング装置を提供することを目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】ボンディングツールの移
動範囲にあってボンディング装置にボンディングツール
の下面との距離を測定する測定器を設け、ツール下面を
測定器の測定軸に対して直交する平面で走査させて、ツ
ール下面の数点の測定距離からツールの平行度を求め、
必要な場合はツールの傾き調整を行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１、図５、図６、図７は、本発
明の一実施例を示す。図１、図５、図６、図７におい
て、従来例と同一の部分には同一の符号を付す。

【００２１】図１は、本発明の実施例の全体側面図であ
る。測定ヘッド８１は、測定対象にレーザ光を照射し反
射光で距離を測定するもので、ボンディングツール１５
の移動範囲内にあってベース２５にホルダ８２で固定さ
れている。測定ヘッド８１は、制御部８３で制御され
る。制御部８３は、図７に示すように、測定ヘッドから
供給される測定値をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器
８３ａ、デジタル信号に変換された値を格納するメモリ
部８３ｂで構成される。

【００２２】ボンディング装置の本体制御部８４は、図
７に示すように、ツール１５を測定位置に移動・測定す
るための位置情報とツール傾き量の基準値（許容値）を
格納するメモリ部８４ａと、測定ヘッド制御部８３から
供給される測定値よりツールの傾き量を演算する演算部
８４ｂと、この演算により求めた傾き量とメモリ部８４
ａに記憶された基準値とを比較する比較器８４ｃとを有
している。

【００２３】ボンディングヘッドのＸＹテーブルの制御
部８５は、ＸＹテーブル２１、２２の駆動モータ２３、
２４に接続され、本体制御部８４の指令に基づきモータ
２３、２４を駆動し一連のＸＹ動作を制御する。

【００２４】図５は、ツール傾き調整部の正面図を示
す。傾き調整部は、左右（Ｘ）方向の傾き調整モータ９
１、前後（Ｙ）方向の傾き調整モータ９２、調整モータ
の制御部８６で構成される。調整モータ制御部８６は、
本体制御部８４で演算したツールの傾き量が基準値を超
えた場合にツール下面が水平になるように必要な補正量
を算出して、調整モータ９１、９２を制御する。

【００２５】図６はツール１５を下面から見た斜視図で
ある。８７は測定ヘッド８１の光軸を示し、ａ〜ｄはツ
ール下面の測定ポイントを示す。次に本装置の動作につ
いて図１、図５、図６、図７を用いて説明する。

【００２６】ツール交換を行った後、ツールが所定の温
度に昇温したことを確認し、図示しない操作部から本体
制御部８４へ測定指示を出力する。これにより本体制御
部８４は、あらかじめ記憶されていたツール自体の現在
の位置情報とツール下面内の測定位置情報を呼び出し
て、ボンディングヘッド制御部８５に駆動信号を出力す
る。これによりボンディングヘッドのＸＹテーブル２
１、２２のＸＹモータ２３、２４が動作する。まずツー
ル１５を測定ヘッド８１の直上位置に移動させ、図６に
示す第１の測定ポイントａで停止させる。次に測定ヘッ
ド８１でツール下面の距離を測定し、それを測定ヘッド
制御部８３でデジタル量に変換する。この移動と測定を
順次ｄ位置まで繰り返す。ツール１５下面の位置情報に
対応する高さ情報（測定値）を測定ヘッド制御部８３の
メモリ部８３ｂに格納し、測定を完了する。

【００２７】次に、本体制御部８４がメモリ部８３ｂに
記憶された高さ情報を読み出し、演算部８４ｂはツール
傾きの量を演算する。さらに比較器８４ｃは、演算され
たツールの傾き量とあらかじめメモリ部８４ａに記憶さ
れた基準値（許容値）とを比較し、測定した傾き量がこ
の基準値を超えた場合は調整モータ制御部８６に調整命
令を出力する。調整命令を受けた調整モータ制御部８６
は、ツール傾き量をＸ方向及びＹ方向の傾き成分に分解
し、それらの値をツール下面を水平にするのに必要な傾
き補正量として前記調整モータ９１、９２を駆動し調整
作業を行う。この調整動作が終了したらツール１５を測
定位置からボンディング位置まで戻し、一連の動作が完
了となる。

【００２８】この後、再度測定指示を行ってツールの傾
き量を測定することで、一連の結果の確認を行っても良
い。また測定結果が基準値と比較して基準値内（許容
値）であれば調整モードを省略してツールをボンディン
グ位置に復帰させるのは勿論である。

【００２９】本実施例では測定ポイントをツールの下面
のコーナー４点としたが、これに限定されるものではな
く、中央部を含む十字形に測定してもまた細分割しても
良い。

【００３０】また、本実施例ではレーザー光の照射によ
り距離の測定を行ったが、耐熱性の磁気センサ、または
これに代わる測定器を使用しても何等制約を受けるもの
ではない。

【００３１】さらに、本実施例ではツール側を計測し調
整する構成を示したが、同様の原理でボンディングヘッ
ドに測定ヘッドを固定しステージ側を計測することも可
能である。

【００３２】また、測定結果をもとに手動でツールを調
整する構成にしても自動的に調整する場合と同様の効果
を有する。さらに、所定の時間毎に測定指示を与え自動
的に傾き測定を行うことで、装置の状態を常に把握し、
許容範囲を越えた場合は装置を停止させるようにするこ
とも容易に実現できる。

【００３３】

【発明の効果】以上から明らかなように本発明によれ
ば、ボンディングツールの下面内の数点と測定器との距
離を測定することで、ツールの傾きを定量的にかつ実際
にボンディングを行うことなく知ることができる。その
結果、短時間でかつ熟練を要せずに、ツールの傾き補正
が可能となり、装置の稼働率が向上する。また、センサ
ーを１箇所に取り付けるだけの構成なので安価に本発明
を実施できる。さらに、装置のコンディションを常に管
理できるので安定したボンディング品質を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体側面図。

【図２】従来例のリードオンチップダイボンダ全体側面
図。

【図３】従来例の加圧部の側面図。

【図４】従来例のボンディングツール傾き調整部の側面
図。

【図５】本発明のボンディングツール傾き調整部の側面
図。

【図６】本発明のボンディングツール下面斜視図。

【図７】本発明の測定データの処理機能を表す図。

【符号の説明】

１…半導体チップ、 ２…リードフレーム、 ３…熱硬化または熱可塑性粘着テープ、 １０…ボンディングヘッド部、 １５…ボンディングツール、 ２０…ＸＹテーブル部、 ２１、２２…ＸＹテーブル、 ２３、２４…ＸＹテーブルの駆動モータ、 ３０…ステージ部、 ３１…ステージ、 ４０…ワーク搬送部、 ４１…搬送レール、 ５１…固定検出カメラ、 ５２…ボンディングヘッド部の検出カメラ、 ７０…チップ移送アーム、 ８１…測定ヘッド、 ８２…ホルダ、 ８３…測定ヘッド制御部、 ８４…装置本体制御部、 ８５…ボンディングヘッド部のＸＹテーブル制御部、 ８６…ボンディングツールの傾き調整モータ制御部、 ９１…ボンディングツールのＸ方向の傾き調整モータ、 ９２…ボンディングツールのＹ方向の傾き調整モータ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップをリードフレームやテープ
   キャリアに圧着するボンディング手段の移動範囲内に設
   置され、前記ボンディング手段の半導体チップを押圧す
   る押圧面と測定ヘッドとの距離を測定する測定器と、 前記ボンディング手段の押圧面を前記測定器の測定軸に
   対し直交する平面内で移動させる移動手段と、 前記測定器で得られたボンディング手段押圧面の測定距
   離から前記ボンディング手段の平行度を判断し、前記ボ
   ンディング手段の平行度の調整を行う傾き調整部とを具
   備することを特徴とするボンディング装置。
2. 【請求項２】 半導体チップをリードフレームやテープ
   キャリアに圧着するボンディング手段に設置され、半導
   体チップを載置するチップステージ面と測定ヘッドとの
   距離を測定する測定器と、 前記ボンディング手段を前記チップステージ面上を前記
   測定器の測定軸に対し直交する平面内で移動させる移動
   手段と、 前記測定器で得られたチップステージ面の測定距離から
   前記ボンディング手段の平行度を判断し、前記ボンディ
   ング手段の平行度の調整を行う傾き調整部とを具備する
   ことを特徴とするボンディング装置。
3. 【請求項３】 前記傾き調整部は、ボンディング手段の
   前後方向及び左右方向の２軸の傾き調整モータを具備す
   ることを特徴とする請求項１、２記載のボンディング装
   置。
4. 【請求項４】 前記測定器は、レーザ光を用いて距離の
   測定を行うことを特徴とする請求項１、２記載のボンデ
   ィング装置。
5. 【請求項５】 前記測定器は、磁気センサを用いて距離
   の測定を行うことを特徴とする請求項１、２記載のボン
   ディング装置。
6. 【請求項６】 半導体チップをリードフレームやテープ
   キャリアに圧着するボンディング手段の移動範囲内に設
   置された測定器上に、前記ボンディング手段の半導体チ
   ップを押圧する押圧面を前記測定器の測定軸に対し直交
   する平面内で移動させながら、前記ボンディング手段押
   圧面の数点と測定器との距離を測定し、 前記測定結果から前記ボンディング手段の傾きを求め、 前記傾きの値が所定の値を超えている場合に前記ボンデ
   ィング手段の傾きを調整して平行にすることを特徴とす
   るボンディング方法。
7. 【請求項７】 前記傾きの調整は、ボンディング手段の
   前後方向及び左右方向の２軸の傾き調整モータを調整す
   ることにより行うことを特徴とする請求項６記載のボン
   ディング方法。
8. 【請求項８】 前記距離の測定は、レーザ光を用いて行
   うことを特徴とする請求項６記載のボンディング方法。
9. 【請求項９】 前記距離の測定は、磁気センサを用いて
   行うことを特徴とする請求項６記載のボンディング方
   法。