JPS6367740A - テ−プボンディング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 艮肯分災 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。

災釆技ム 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、数十個又は数百側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ヘボンデイングされ且つ他端がリ
ードフレーム又は基板ヘ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
錫をメッキした鋼を利用している。

これらのリードは、最初、単−即ち「ギヤング」操作で
半導体装置上のボンディングパッドヘボンディングされ
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ヘ
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りフロー。

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成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。接触時間になさ九る調節に拘
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。

１！ 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。

孟−底 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、半導体グ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０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（○ＬＢ）、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、Ｎ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は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ツ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イング物質（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１
２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１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２０
ａは第１Ｌ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、−力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２Ｏｂ間に実
質的に同一の電圧が印加される。加熱要素３０は隣接対
のバス２０　ａ　／　２０　ｂ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、分離バッド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３
０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、
こわ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１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２ｏｂ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Ω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２
０が適切に設計されない限り、加熱要素４ｏの中央部分
は一層迅速に加熱し且つ脚部４４近傍部分よりも一暦高
い温度へ到達することがａｍ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、中央部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ｈ工は
レール４０の中央において最大高さｈ２に増加する。高
さ比ｈ２／ｈ工はレール４０の長さＱに依存するが、通
常、約１６２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
しである。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７
Ａ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３０
ａの予測される動作温度範囲に依存する。

加熱要素３０は１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、７１８　Ｉｎｃｏｎｅｌ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５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−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
［１０は、ボンディングテープ７゜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０図示した如く、
システム５ｏ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６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６ｏを
ボンディングテープ７ｏの下側を進行させる。テープ７
０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６
２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か、て共晶合金を形成し、且つ加
熱要素３ｏ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ｆｆ１ｆｌｏ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７ｏ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７
Ｂ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 ３ｏ：加熱要素 ３２：コネクタ ４０：レール ４２：脚部 図面の浄］（内容に変更なし） ＦＩＧ、ＪＡ。 ＦｉＧ、　　８Ｂ。 ＦｉＧ＝８Ａ、　　　　　　　　　ＦＩＧ、　　８Ｃ。 〆′１０ ？ＩＧ、　　ＩＬＩに。 ＦＩＧ、、９゜ 手続′／−市正書（方式） 昭和６２年９月２９日 特許庁長官　　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示　　　昭和６２年　特　許　願　第１５
０３３８号２、発明の名称　　　テープボンディング装
置及び方法３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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、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、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、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担な連続的な面を形成していること
   を特徴とするボンデイング装置。 ７、特許請求の範囲第６項において、１つの抵抗加熱要
   素が各平担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、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、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、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、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、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の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、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、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、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、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
   へ供給することを特徴とする方法。 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、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、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、特許請求の範囲第１９項おいて、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。