TW201327701A - 打線接合裝置及打線接合方法 - Google Patents

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Abstract

限定在接合所必要的區域及時間供應加熱過的空氣或氣體，改善接合性，減少加熱所導致的不良影響，達到提到產能及品質。具備：噴嘴形狀的套管，係內部內建有由可瞬間加熱的電阻溫度係數較大之金屬所組成之電熱器，具有從前端將熱風對包括接合點的接合構件噴吹之吹出口和使壓縮氣體流入另一端之流入口；加熱控制手段，係將電熱器加熱；以及壓縮氣體供應控制手段，係進行壓縮氣體對套管的供應、阻斷；加熱控制手段及壓縮氣體供應控制手段係以對每一接合點，可變熱風的溫度、熱風的吹出時序，在接合中接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間，設定熱風並未從套管供應給接合構件的期間的方式控制。

Description

打線接合裝置及打線接合方法
本發明係關於打線接合裝置及打線接合方法，尤其是關於可穩定地接合之打線接合裝置及打線接合方法。
歷來，將IC晶片上的焊墊與外引腳連接之接合裝置已知有第8圖所示的打線接合裝置。第8圖為顯示歷來打線接合裝置的構成之圖。
如第8圖所示，習知的打線接合裝置30由以下的組件所組成：超音波焊頭33，係具備超音波振動子(未圖示)，具有被安置在前端作為接合工具34之瓷嘴(capillary)34；接合臂32，係在其中一方的前端具備超音波焊頭33，另一方結合在支軸36；接合頭31，係具有檢測出被安置在接合工具32的前端之瓷嘴34的位置之作為位置檢測手段之編碼器35、以支軸36為中心上下驅動接合臂32之線性馬達37；XY線性滑台40，係搭載接合頭31在X方向和/或Y方向上二次元移動以定位作為定位手段；接合台43，係搭載已安裝IC晶片60等之導線架藉由瓷嘴34進行接合作業；加熱區塊(heat block)45，係設置在接合台43的下部將接合台43 上的導線架等加熱；控制單元50，係包括微處理器；以及驅動單元55，係依照來自該控制單元50的指令訊號發出對接合頭31和XY線性滑台40的驅動訊號。另外，打線接合裝置30係在接合開始前將被接合零件的表面攝影用以檢測出IC晶片60、引腳61的位置偏離之作為攝影手段的攝影機38搭載在接合頭31。
接合台43上利用以金、銀或銅為主的成分之金屬線將IC晶片的焊墊與外引腳連接之打線接合係在藉由內建有電熱器45a的加熱區塊45加熱過之熱板46上載置導線架，在導線架上的IC晶片60和引腳61被加熱的狀態下，將超音波焊頭33之瓷嘴34的超音波振動和負載施加在IC晶片的焊墊及引腳進行與金屬線的接合。
然而，加熱區塊45的加熱係依熱板46、基板(導線架)、晶片的順序導熱，故會因基板的種類、材質(陶瓷、樹脂等)而使導熱不良，耗費時間在IC晶片的加熱，又用以送到下一個製程的冷卻時間也必要。
另外，因將IC晶片固定在基板(導線架)之糊狀物或黏接劑或者基板的種類(陶瓷、樹脂)，為了要避免因熱造成的變質或變形致使無法充分 加熱，為了要確保接合性而過度仰賴超音波振動的結果，會有達不到穩定的接合品質之虞。
另外，會有在具有散熱片的導線架連接LED或功率半導體的晶片的情形，但這樣的導線架由於會從散熱片散熱故在接合台43的加熱區塊45、熱板46需要加熱時間致使產能降低。進而，接合大型的基板時，進行接合的區域雖僅有些許，仍必須將整個基板加熱，因而不僅浪費電力，還會耗費很多的時間在接合前後的加熱．冷卻，致使產能降低。另外，必須加熱的雖僅是接合的瞬間，但打線接合裝置運轉中必須將接合台43的加熱區塊45持續加熱，浪費電力的消耗。
另外，超音波焊頭33為金屬製，位於受加熱區塊45加熱之接合台43的上方，因而會因加熱所導致的熱膨脹，使藉由超音波焊頭33保持之接合工具的位置改變，降低接合位置精度。還會有因金屬膨脹而使超音波焊頭33的振動特性改變，超音波振動的振幅改變致使接合品質降低之虞。
另外，搭載在接合頭31，進行檢測IC晶片的位置之攝影機38，位於受加熱區塊45加熱之接合台43的上方，因而會因加熱所導致的熱膨脹使IC晶片等的位置檢測精度降低。再則IC晶片與鏡頭 間的空氣因熱而漂動也會使位置的檢測精度降低。會有位置的檢測精度降低終究造成接合位置精度降低之虞。
另外，為了要防止因接合時的加熱造成銅導線架表面的氧化，對銅導線架的接合必須將整個接合台保持在惰性或還原環境。
另外，銅金屬線其表面會在保存中氧化。銅金屬球接合係利用放電形成金屬球在還原環境中進行，因而第1接合不會氧化接合的銅金屬球表面。然而，第2接合則會有因銅金屬線表面的氧化而降低接合強度的情形。
再則，為了要在接合台43上將整個基板(導線架)加熱，會有將IC晶片黏接在基板(導線架)之糊狀物或黏接劑、或者含在基板的化學物質因熱造成脫氣而散發，污染超音波焊頭33或接合頭31、攝影機38、XY定位滑台40、接合台43上的基板之固定治具等、周邊的結構零件，損及裝置的功能的情形。
因而，搭載導熱率較低的接合構件，例如複數個IC晶片之大型的混合基板等之接合，由於並未充分對IC晶片的焊墊進行加熱，為了改善此點，在日本專利文獻1中刊載的打線接合裝置，從接合 面的上方照射熱光線直接將接合面加熱。
另外，在日本專利文獻2中刊載的打線接合裝置，具有：加熱控制手段，係對半導體晶片和安裝構件的表面供應熱風將線連結部分加熱以及冷卻手段，係對半導體晶片和安裝構件的表面供應冷卻風將線連結部分冷卻；接合開始前藉由加熱控制手段進行既定時間的加熱，加熱結束後進行接合，接合結束後藉由冷卻手段進行強制冷卻。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利特開平10-125712號公報
〔專利文獻2〕日本專利特開2001-110840號公報
近年，在接合堆疊封裝的情況，接合第1層的IC晶片後暫時回到前製程積層第2層的晶片，再度回到打線接合裝置接合第2層的IC晶片。重複此製程，進行多層積層之IC晶片的接合。此時，會有愈下層的晶片愈積存接合帶來的多數熱履歷而導致品質下降之虞。另外，愈上層的IC晶片愈難以傳導來自接合台的熱，接合溫度降低，確保接合強度會有困難。另外，空中延伸出的IC晶片則會有熱在空中散發進而使接合強度降低之虞。
另外，LSI晶片會有超過數百個焊墊(電極)的情形。這種LSI晶片，在初期結合的焊墊，進行接合後，仍加熱到全部焊墊接合結束後為止。另一方面，最後焊墊由於接合後立即從接合台排出，接合後的加熱時間較少。進行接合的焊墊接合後藉由熱與金屬球繼續接合。因而相同的LSI晶片內，初期接合的焊墊及末期接合的焊墊，會有剝離強度等的接合強度大不相同的情形。藉此測定剝離強度出現標準偏差增大，造成製程能力指數Cpk下降。為了補償製程能力指數cpk，迫切需求確保必要以上的接合強度，尋求(調整)接合的條件會有困難。
另外，IC晶片端的焊墊及基板(導線架)端的引腳，大多為其材質、形狀大不相同，負載或超音波振動的強度等的接合條件也大不相同。因而，現狀整個滑台加熱的系統，由於進行第1接合之IC晶片的焊墊及進行第2接合之導線架的引腳以相同溫度在熱板上加熱，無法在第1結合點(焊墊)和第2接合點(引腳)線的各接合點設定最適當的溫度。
日本專利文獻1中的打線接合裝置是一種利用位於習知基板的背面之熱板加熱及從接合面的 上方照射熱光線直接將接合面加熱之兩者併用的加熱之裝置；在功率混合IC(HIC)基板等之構件的導熱率較低的情況，可以期待加熱效果。然而，在如同堆疊封裝的接合或多腳的導線架之接合長時間持續在加熱狀態的情況，會有接合強度發生偏差之虞。
另外，日本專利文獻2中刊載的打線接合裝置，由於加熱結束後進行接合，接合結束後藉由冷卻手段進行強制冷卻，在下一個製程不需要冷卻時間，可減少製程間的損失。由於接合前半導體晶片和安裝構件的表面均等加熱，會有無法在第1接合點(焊墊)和第2接合點(引腳)的各接合點設定最適當的溫度之虞。
於是，本發明之目的係提供一種打線接合裝置及打線接合方法，其藉由安裝在接合頭或接合臂之超小型的熱風電熱器加熱過的空氣或氣體，使晶片、基板(導線架)、金屬球、接合工具或接合金屬線加熱，限定在接合所必要的區域及時間供應加熱過的空氣或氣體，不僅改善接合性，還可減輕加熱帶來的不良影響，同時達到提高產能及品質。
為了要達成上述目標，本發明的打線接合裝置 係一種藉由接合工具以金屬線將作為接合點之半導體晶片上的電極(焊墊)與外部端子(引腳)連接之打線接合裝置，其特徵為，具有：噴嘴形狀的套管，係在內部內建由可瞬間加熱之電阻溫度係數較大的金屬所組成之電熱器，具有從前端將熱風對包括接合點的接合構件噴吹之吹出口及使壓縮氣體流入另一端之流入口；加熱控制手段，係將前述電熱器加熱；以及壓縮氣體供應控制手段，係對前述套管進行壓縮氣體的供應、阻斷；以在接合中之前述接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間設定前述熱風並未從前述套管供應給接合構件的期間的方式控制。
另外，如上述本發明的打線接合裝置，其中，前述加熱控制手段和前述壓縮空氣供應控制手段係對前述每一接合點，可變熱風的溫度、熱風的吹出時序。
另外，如上述本發明的打線接合裝置，其中，前述加熱控制手段係以藉由通電使前述電熱器的電阻值維持既定的值的方式控制，並未使用溫度感測器控制前述電熱器的發熱溫度。
另外，本發明的打線接合方法係一種藉由接合工具以金屬線將作為接合點之半導體晶片上的電極(焊墊)與外部端子(引腳)連接之打線接合方法，其特徵為，具有：噴嘴形狀的套管，係在內部 內建由可瞬間加熱之電阻溫度係數較大的金屬所組成之電熱器，具有從前端將熱風對包括接合點的接合構件噴吹之吹出口及使壓縮氣體流入另一端之流入口；加熱控制手段，係將前述電熱器加熱；以及壓縮氣體供應控制手段，係對前述套管進行壓縮氣體的供應、阻斷；以在接合中之前述接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間，藉由前述加熱控制手段和前述壓縮氣體供應控制手段，設定前述熱風並未從前述套管供應給接合構件的期間的方式控制。
依據本發明，以在接合中之前述接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間設定並未供應熱風的期間的方式控制，可僅在接合必要最小限度的時間進行最適當的加熱。其結果，避免熱對構件的滲透或對周邊部的擴散，可只對電極表面、接合金屬線、接合工具前端部之供作接合的部分選擇性地進行加熱。
另外，由於對第1接合點、第2接合點的每一接合點加熱溫度為可變，能以最適當的加熱溫度進行接合。
另外，堆疊封裝的接合由於是利用上面加熱，可確實將電極表面加熱，並且由於是瞬間加熱，抑 制熱對晶片的滲透，可防止下層晶片的熱履歷積存。
另外，加熱控制手段係能以藉由通電使套管內之電熱器的電阻值維持既定的值的方式控制，不使用溫度感測器控制電熱器的發熱溫度，不需電熱器的溫度檢測用感測器，套管內的構成可簡單化。
〔用以實施發明的形態〕
以下參考圖面來說明本發明的打線接合裝置及用以實施打線接合方法的形態。此外，本發明係藉由安裝在接合頭或接合臂之超小型的熱風電熱器所加熱過的空氣或氣體等，將晶片、基板(導線架)、金屬球、接合工具或接合金屬線加熱，限定時間將加熱過的空氣或氣體供應給接合所必要的加熱區域，以改善接合性，減輕利用習知的熱板加熱帶來的不良影響，達到提高產能及品質。
〔接合裝置的構成〕
第1圖為顯示本發明中接合裝置的構成之圖。此外，與第8圖所示之習知打線接合裝置的構成相同的部分使用相同的圖號，構成的詳細說明則省略。
如第1圖所示，打線接合裝置1具有：接合頭31；XY線性滑台40，係搭載接合頭31並可在XY軸的2次元方向上移動；接合台39，係載置已搭載作為被接合構件的IC晶片60之導線架；及控制單元29，係進行打線接合裝置1的控制。另外，在接合頭31或接合臂32安裝有熱風電熱器5。熱風電熱器5為藉由將加熱過的空氣或氣體供應給IC晶片、基板(導線架)、金屬球、接合工具或接合金屬線，將這些接合構件加熱。
作為控制單元29的微電腦係內建進行控制打線接合裝置1的接合動作等之程式，微電腦則是以執行程式進行控制包括打線接合裝置1之熱風電熱器5的動作之各種動作的方式構成。
〔熱風電熱器的構成〕
第2圖為顯示熱風電熱器的構成之圖。如第2圖所示，熱風電熱器5係由套管7、內建在套管7之發熱體(電熱器)6、以及設置在套管7的外周之支撐體8所構成。套管7具有熱風吹出口7b，係成為噴嘴形狀，從前端噴吹加熱過的高壓空氣或氣體等；及空氣流入口7a，係使高壓的氣體流入另一端。發熱體(電熱器)6係由線圈狀的燈絲6所組成，燈絲6期望是電阻溫度係數大且反覆加熱 之電阻溫度係數穩定之構件。白金最適合作為發熱體(電熱器)6的構件。燈絲6的兩端連接在金屬線6a，在金屬線6a流通來自外部之電熱器驅動電路(第3圖中顯示)的電流，藉由焦耳熱使燈絲6加熱。熱風電熱器5係以從空氣流入口7a供應的氣體由燈絲6加熱，加熱過的氣體從噴嘴形狀的套管7前端之熱風吹出口7b噴吹的方式構成。
設置在套管7的外周之支撐體8係用以將熱風電熱器5安裝在接合頭31或接合臂32，透過安裝金屬配件28，以位於作為接合點之IC晶片的焊墊、基板(導線架)的引腳、接合工具前端的金屬球或接合金屬線的方向的方式安裝熱風吹出口7b。
在使用安裝金屬配件將熱風電熱器5安裝在接合頭31的情況，熱風電熱器5常時與接合頭31成為一體移動。將從熱風電熱器5噴出之熱風的目標位置調整在接合工具的著地點的話，配合接合的時序供應熱風，可將IC晶片、基板(導線架)、金屬球、接合工具在接合時加熱。
另外，在使用安裝金屬配件將熱風電熱器5安裝在接合臂32的情況，熱風電熱器5不僅藉由XY線性滑台40與接合頭31成為一體移動，還與 接合臂32一起上下移動。將從熱風電熱器5噴出的熱風之目標位置調整在接合工具34前端的附近的話，配合接合的時序供應熱風，可將IC晶片、基板(導線架)、金屬球、接合工具在接合時加熱。此情況，在成為電路動作時更加以熱風將接合金屬線加熱軟化，可減輕金屬線的本質所導致的應力。
〔熱風電熱器驅動單元的構成〕
第3圖為顯示用以驅動熱風電熱器之熱風電熱器驅動單元的構成之圖。如第3圖所示，熱風電熱器單元10設有：電熱器驅動電路11，係對熱風電熱器5的燈絲6進行通電；電磁開關閥26，係被插入將氣體供應給熱風電熱器5的空氣流入口7a之配管；及可變節流閥；係在電磁開關閥26與氣體供應源之間。電熱器驅動電路11和電磁開關閥26係被連接在控制單元29，藉由控制器單元控制對熱風電熱器5之燈絲6的通電，進行氣體對熱風電熱器5的供應、阻斷。另外，電熱器驅動電路11係由以藉由通電使電熱器的電阻值維持既定的值的方式控制，並不使用溫度感測器，控制熱風電熱器5之燈絲6的發熱溫度所構成。藉此，藉由來自控制單元29的控制，依照接合動作施予電熱器電流的導通/切斷(ON/OFF)、設定溫度資料的設定 等。在氣體送往熱風電熱器5之配管插入電磁開關閥26，藉由打線接合裝置1的控制單元29對因應於接合動作之氣體等的供應進行開關。為了要避免在接合中受到氣體的影響或多餘的加熱，期望為開關反應速度(期望是1ms以下)較快的電磁開關閥26。另外，為了要減少氣體壓力的反應延遲，熱風電熱器5及電磁開關閥26盡可能縮短配管。在電磁開關閥26與氣體供應源之間設置可變節流閥27以保持在適當的氣體流量。此外，供應給熱風電熱器5的空氣流入口7a之氣體為空氣或墮性氣體，從熱風電熱器5的熱風吹出口7b放出加熱過的空氣或惰性氣體。
〔電熱器驅動電路的構成〕
其次，用第4圖來說明電熱器驅動電路的構成。如第4圖所示，電熱器驅動電路11具有橋接電路16、差動增幅器14、比較器15、高電壓驅動電路12及低電壓驅動電路13。
橋接電路16係由串聯連接的電阻17(電阻值設成R1)與燈絲電熱器6(燈絲為具有正的電阻溫度係數之白金，電阻值設成Rh)、以及串聯連接的電阻18(電阻值設成R2)和電阻19(電阻值設成R3)與數位電位計20(被選擇的電阻值設成VR1)所構 成。此外，數位電位計20係裝入複數個電阻，以從外部的控制單元29輸出對應於電阻值的數字而可指定特定的電阻值的方式構成。
電阻17與電熱器6的連接點係透過電阻23輸入至差動增幅器14的-端子，又電阻18與電阻19的連接點則是透過電阻24輸入至差動增幅器14的+端子。差動增幅器14的輸出為輸入至比較器18的+端子。另外，比較器15的-端子連接至GND。比較器15的輸出係一般的NPN電晶體的開路集極形式，構成當比較器15的輸出為高位準時，高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13為導通。如此，比較器15的輸出係當控制訊號輸入時作為控制高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13的功能。
另外，電熱器驅動電路11具備高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13，高電壓驅動電路12係由場效電晶體(FET)12b、12c控制高壓電源12a，將高壓電源12a施加到橋接電路16。另外，低電壓驅動電路13係由場效電晶體(FET)13b、13c控制低壓電源13a，將低壓電源13a施加到橋接電路16。
高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13的電 源係雙方均連接至包括電熱器6的橋接電路16，為了要防止對各電路的反向電壓，分別順向串聯插入保護二極體25。
在熱風電熱器5的電熱器6流通電流，電熱器6則產生焦耳熱加熱而使溫度上升。另外，電熱器6使溫度上升，電熱器6本身的電阻值也因而增加。由於電熱器之電阻值與溫度的關係為直線性，將電熱器6的電阻值維持一定，可使電熱器6的溫度成為一定。另外，提高設定電熱器6的表面溫度時，選擇數位電位計20的電阻值以使電熱器6的電阻值增加。
電熱器驅動電路11係以組裝在橋接電路16之電熱器的電阻值維持既定值的方式控制，控制電熱器的發熱溫度。電熱器6的電阻值係以將來自高電壓驅動電路12的高電壓通電給橋接電路16，使橋接電路16之連接點的電壓差由差動增幅器14檢測出而差動增幅器14所檢測出的電壓差成為0的方式控制。藉此，電熱器6的電阻值維持在既定的值，電熱器6的發熱溫度也維持一定。
〔電熱器驅動電路的動作〕
第5圖為顯示電熱器驅動電路的動作之時序圖。此外，第5圖所示的波形，從上起依序，分別 顯示指令電壓輸入的波形、顯示輸入到差動增幅器之電熱器的電阻之比例的變化之圖、差動增幅器輸出電壓的波形、比較器輸出的波形、電熱器驅動電壓的波形、電熱器溫度的波形。
如第5圖所示，在時間t1指令輸入電壓從控制單元29輸出至電熱器驅動電路11的輸入端子。此時，比較器15的輸出則輸出高位準的訊號而驅動高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13，高電壓和低電壓輸出至橋接電路16。藉此，電流流通到電熱器6，使電熱器溫度上升並使電熱器的電阻值Rh增加。此時，將施加到橋接電路的電壓設成V，橋接電路16之在電熱器6所產生的電壓Vin1與在電阻18與電阻19的連接點的電壓Vin2之電壓差，藉由差動增幅器14對電壓增幅輸入至比較器15。當Vin2>Vin1時，即V(R3+VR1)/(R2+R3+VR1)>V‧Rh/(R1+Rh)時，差動增幅器14成為正的輸出電壓，輸入至比較器15的+端子。此時，從比較器15輸出提升電壓，藉由從比較器15輸出的提升電壓，高電壓驅動電路12和低電壓驅動電路13為導通(t2至t4的期間)。
高電壓驅動電路12具有在輸出使用輸出P通道MOS之高邊開關(High-Side Switch)的構成。輸出P 通道MOS的閘極驅動因加快反應性的目的而使用N通道MOS。以此高電壓驅動電路12使高電壓電源導通，高電壓則會施加到包括電熱器6的橋接電路16而使電流在電熱器6流通，藉由焦耳熱發熱。設定高電壓驅動電路12之高壓電源12a的電壓以使經由導通高電壓驅動電路12在電熱器6流通額定的數倍，期望是數十倍以上的電流。藉此，如第5圖所示，電熱器溫度急遽上升，又電熱器6的電阻值Rh也上升。
另一方面，電熱器6急遽發熱使溫度上升，電熱器6的電阻值也增加，當橋接電路16之在電熱器6所產生的電壓Vin1與在電阻18與電阻19之連接點的電壓Vin2之在差動增幅器14的電壓差為Vin2<Vin1時，即(R3+VR1)/(R2+R3+VR1)<Rh/(R1+Rh)時，差動增幅器14成為負的輸出電壓(t3至t4的期間)，由於比較器15的輸出為低位準，高電壓驅動電路12成為切斷。藉此，電熱器6停止發熱，電熱器6的溫度下降，電熱器6的電阻值減少。此外，電熱器驅動電路11的動作中(指令輸入電壓為導通狀態)，為了要維持差動增幅器14的輸出電壓，將最低限必要的電壓施加到包括電熱器6的橋接電路。施加到橋接電路16的電壓， 設定成非常低以使電熱器6不致超過設定溫度上升，藉由低電壓驅動電路13供應。這點是因電壓不施加到包括電熱器6的橋接電路16，則不論電熱器6的電阻即溫度，成為差動增幅器14的輸出電壓0，防止無法控制溫度之故。低電壓驅動電路13具有利用與高電壓驅動電路12同樣的P通道MOS之高邊開關的構成，使指令電壓輸入導通高位準之間的低壓電源13a。
之後，指令電壓輸入高位準之間，橋接電路16之在電熱器6所產生的電壓Vin1與在電阻18與電阻19的連接點的電壓Vin2之在差動增幅器14的大小交互更替，重複高電壓驅動電路12的導通/切斷控制。
〔接合動作〕
其次，用第6圖和第7圖來說明由上述構成之打線接合裝置的接合動作。的6圖為顯示接合動作之施加熱風的時序之圖，第7圖為顯示接合動作之施加熱風的控制之流程圖。執行以下的動作係藉由執行內建在控制單元之微電腦的記憶體中的程式。此外，被接合零件則是藉由搬送裝置(未圖示)搬送而位於接合台39。
如第7圖所示，首先，進行檢測出IC晶片和 引腳的偏離量(步驟S1)。其次，進行從已檢測過的IC晶片、引腳的偏離量算出IC晶片和引腳的接合位置(步驟S2)。藉此，決定應接合的作為第1接合點之IC晶片的焊墊位置和作為第2接合點之引腳的位置。
算出接合位置後，將已搭載接合頭31之XY線性滑台40移動到第1接合點。另外，經控制以使將作為接合工具34的瓷嘴34下降到第1接合點正上方(步驟S3)。
瓷嘴34開始下降後，檢查瓷嘴34是否到達搜尋高度(在第6圖所示的t10之P1的位置)(步驟S4)。此外，搜尋高度為事先已設定之瓷嘴34的下降速度從高速變成低速時瓷嘴34的高度。瓷嘴34高速下降，從即將到搜尋高度減速並以比搜尋值S還低速的一定速度也就是搜尋速度下降而卡止在瓷嘴34的前端之金屬球抵接到第1接合點的焊墊。此外，第2接合點則是從瓷嘴34的前端伸出的金屬線抵接到引腳的表面。
當瓷嘴34到達搜尋高度時(步驟34，Yes)，瓷嘴34以低速的一定速度也就是搜尋速度下降，又選擇數位電位計20的電阻值，設定熱風電熱器5的溫度等之加熱條件，開始熱風電熱器5的加 熱，空氣開始供應給熱風電熱器5的空氣流入口7a(步驟S5)。藉此，熱風從熱風電熱器5的熱風吹出口7b吹出，將接合點附近的區域加熱。
其次，進行檢查卡止在瓷嘴34的前端之金屬球是否抵接到第1接合點的焊墊(步驟S6)。瓷嘴34的前端已抵接(第6圖所示的P2)經確認後(步驟S6，Yes)。在瓷嘴34施加負載和超音波振動(步驟S7)。在瓷嘴34施加負載和超音波振動後，檢查是否在瓷嘴34經過負載和超音波振動的既定施加時間已結束接合(步驟S8)。負載和超音波振動在第6圖所示的t11之瓷嘴施加既定的時間結束接合後(步驟S8，Yes)，結束熱風電熱器5的加熱，又以電磁開關閥26阻斷空氣對熱風電熱器5的供應(步驟S9)。之後，使瓷嘴34上升，將XY線性滑台移動到第2接合點(步驟S10)。
其次，經控制以使瓷嘴34下降到第2接合點正上方(步驟S11)。檢查瓷嘴34是否到達搜尋高度(在第6圖所示的t12之P3的位置)(步驟S12)。瓷嘴34到達搜尋高度後(步驟S12，Yes)，選擇數位電位計20的電阻值，設定熱風電熱器5的溫度等之加熱條件，開始熱風電熱器5的加熱，空氣開始供應給熱風電熱器5的空氣流入口7a(步 驟S13)。其次，進行檢查瓷嘴34的前端伸出的金屬線是否抵接到第2接合點的引腳(步驟S14)。
瓷嘴34的前端已抵接經確認後(第6圖所示的P4)。對瓷嘴34施加負載和超音波振動(步驟S15)。在瓷嘴34施加負載和超音波振動後，檢查是否在瓷嘴34經過負載和超音波振動的既定施加時間已結束接合(步驟S16)。在第6圖所示的t13之結合結束接合後，結束熱風電熱器5的加熱，又以電磁開關閥26阻斷空氣對熱風電熱器5的供應(步驟S17)。
檢查全部金屬線的接合是否完成(步驟S18)。當全部金屬線的接合尚未完成時(步驟S18，No)，使瓷嘴34上升，在瓷嘴34的前端形成金屬球，移往步驟S3繼續其餘的接合。另一方面，當全部金屬線的接合已完成時(步驟S18，Yes)，使瓷嘴34和XY線性滑台移動到原點結束接合動作(步驟S19)。
如此，本發明的打線接合裝置係以在接合中的瓷嘴34尚未觸及接合點間中的至少任一期間，設定不供應熱風的期間的方式控制。第6圖所示的接合動作中則是在從接合結束到在到達下一個接合點的搜尋高度的期間(第6圖所示的t11至t12的 期間)不供應熱風的方式控制。此外，在接合中不供應熱風的期間並沒有限定，例如也可以是從接合結束到下一個接合點之瓷嘴34開始下降的期間。
如以上所述，依據本發明，以在接合中之接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間，設定熱風未供應的期間的方式控制，可僅在接合所必要最小限度的時間進行最適當的加熱。其結果，避免熱對構件的滲透或對周邊部的擴散，可只對電極表面、接合金屬線、接合工具前端部之供作接合的部分選擇性進行加熱。
另外，由於對第1接合點、第2接合點的每一接合點加熱溫度為可變，能以最適當的加熱溫度進行接合。
另外，對於堆疊封裝的接合，由於是利用上面加熱，可確實將電極表面加熱，並且由於是瞬間加熱，熱對IC晶片的滲透受到抑制，可防止下層晶片的熱履歷積存。
另外，加熱控制手段係以藉由通電使套管內的電熱器維持既定的值的方式控制，不使用溫度感測，可控制電熱器的發熱溫度，不需要電熱器的溫度檢測用感測器，可使套管內的簡單化。
本發明只要不脫離其本質的特性，能以數種的 形式具體化。所以上述過的實施形態為用於說明，當然並非侷限於本發明。
1、30‧‧‧打線接合裝置
5‧‧‧熱風電熱器
6‧‧‧發熱體(電熱器)、燈絲(白金)
6a‧‧‧導線
7‧‧‧套管
7a‧‧‧空氣流入口
7b‧‧‧熱風吹出口
8‧‧‧支撐體
10‧‧‧熱風電熱器驅動單元
11‧‧‧電熱器驅動電路
12‧‧‧高電壓驅動電路
12a‧‧‧高壓電源
12b、12c‧‧‧場效電晶體(FET)
13‧‧‧低電壓驅動電路
13b、13c‧‧‧場效電晶體(FET)
14‧‧‧差動增幅器
15‧‧‧比較器
16‧‧‧橋接電路
17、18、19‧‧‧電阻(橋接電路用)
20‧‧‧數位電位計
23、24‧‧‧電阻
25‧‧‧二極體
26‧‧‧電磁開關閥
27‧‧‧節流閥
28‧‧‧安裝金屬配件
29‧‧‧控制單元
31‧‧‧接合頭
32‧‧‧接合臂
33‧‧‧超音波焊頭
34‧‧‧接合工具(瓷嘴)
35‧‧‧編碼器
36‧‧‧支軸
37‧‧‧線性馬達
38‧‧‧攝影機
39、43‧‧‧接合台
40‧‧‧XY線性滑台
45‧‧‧加熱區塊(heater block)
45a‧‧‧電熱器
46‧‧‧熱板
50‧‧‧控制單元
55‧‧‧驅動單元
60‧‧‧IC晶片
61‧‧‧引腳
第1圖為顯示本發明中接合裝置的構成之圖。
第2圖為顯示熱風電熱器的構成之圖。
第3圖為顯示用以驅動熱風電熱器之熱風電熱器驅動單元的構成之圖。
第4圖為顯示電熱器驅動電路的構成之電路圖。
第5圖為顯示電熱器驅動電路的動作之時序圖。
第6圖為顯示接合動作之施加熱風的時序之圖。
第7圖為顯示接合動作之控制熱風施加之流程圖。
第8圖為顯示習知打線接合裝置的構成之圖。
1‧‧‧打線接合裝置
5‧‧‧熱風電熱器
10‧‧‧熱風電熱器單元
28‧‧‧安裝金屬配件
29‧‧‧控制單元
31‧‧‧接合頭
32‧‧‧接合臂
33‧‧‧超音波焊頭
34‧‧‧瓷嘴
35‧‧‧編碼器
36‧‧‧支軸
37‧‧‧線性馬達
38‧‧‧攝影機
39‧‧‧接合台
40‧‧‧XY線性滑台
50‧‧‧控制單元
60‧‧‧IC晶片
61‧‧‧引腳

Claims (4)

  1. 一種打線接合裝置，係藉由接合工具以金屬線將作為接合點之半導體晶片上的電極(焊墊)與外部端子(引腳)連接之打線接合裝置，其特徵為，具有：噴嘴形狀的套管，係在內部內建由可瞬間加熱之電阻溫度係數較大的金屬所組成之電熱器，具有從前端將熱風對包括接合點的接合構件噴吹之吹出口及使壓縮氣體流入另一端之流入口；加熱控制手段，係將前述電熱器加熱；及壓縮氣體供應控制手段，係對前述套管進行壓縮氣體的供應、阻斷；以在接合中之前述接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間設定前述熱風並未從前述套管供應給接合構件的期間的方式控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之打線接合裝置，其中，前述加熱控制手段和前述壓縮空氣供應控制手段係對前述每一接合點，可變熱風的溫度、熱風的吹出時序。。
  3. 如申請專利範圍第2項之打線接合裝置，其中，前述加熱控制手段係以藉由通電使前述電熱器的電阻值維持既定的值的方式控制，並未使用 溫度感測器控控制前述電熱器的發熱溫度。
  4. 一種打線接合方法，係藉由接合工具以金屬線將作為接合點之半導體晶片上的電極(焊墊)與外部端子(引腳)連接之打線接合方法，其特徵為，具有：噴嘴形狀的套管，係在內部內建由可瞬間加熱之電阻溫度係數較大的金屬所組成之電熱器，具有從前端將熱風對包括接合點的接合構件噴吹之吹出口及使壓縮氣體流入另一端之流入口；加熱控制手段，係將前述電熱器加熱；及壓縮氣體供應控制手段，係對前述套管進行壓縮氣體的供應、阻斷；以在接合中之前述接合工具尚未觸及接合點間中的至少任一期間，藉由前述加熱控制手段和前述壓縮氣體供應控制手段，設定前述熱風並未從前述套管供應給接合構件的期間的方式控制。
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