(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のチップ搭載位置に設定された塗布エリアにおいて塗布ノズルからボンディングペーストを吐出しながら塗布ノズルを移動させることによりボンディングペーストを描画塗布するボンディングペーストの塗布方法であって、前記塗布エリアの対角線方向に設定された塗布線の単位塗布線長さあたりのボンディングペーストの塗布量を示す塗布密度の分布を、前記塗布線の両端部の塗布密度が中央部における塗布密度よりも小さくなるように設定することを特徴とするボンディングペーストの塗布方法。
【請求項２】
前記塗布線の両端部近傍におけるボンディングペーストの塗布形状は、端部側に向かって先細り形状となっていることを特徴とする請求項１記載のボンディングペーストの塗布方法。
【請求項３】
前記塗布線の両端部近傍におけるボンディングペーストの塗布形状は、端部側の塗布幅の方が中央部側の塗布幅よりも狭い段付き形状となっていることを特徴とする請求項１記載のボンディングペーストの塗布方法。
【請求項４】
前記描画塗布における塗布線の描画において、塗布線方向に直交する方向に所定のオフセット幅で描画位置をずらした平行線上で複数回描画することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法。
【請求項５】
前記描画塗布における塗布線の描画において、前記両端部において塗布ノズルからのボンディングペーストの吐出量を減少させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法。
【請求項６】
前記描画塗布における塗布線の描画において、前記両端部において塗布ノズルの移動速度を増加させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にチップボンディング用のボンディングペーストを塗布するボンディングペーストの塗布方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置製造のダイボンディング工程では、リードフレームなどの基板に半導体チップを接着するためのボンディングペーストが塗布される。このボンディングペーストの塗布は、塗布形状に応じた先端形状を有するピン状の転写ツールによってボンディングペーストを転写する方法、多孔ノズルを備えたディスペンサによる方法、さらには塗布ノズルを移動させることにより所望の塗布形状を得る描画塗布など、各種の方法が用いられる。
【０００３】
そして、ボンディングペーストの塗布後には、塗布エリアに対してチップが搭載され、この搭載動作においては塗布されたボンディングペーストをチップの下面で押しつぶすことにより、ボンディングペーストがチップの接合範囲全体に押し広げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法によるボンディングペーストの塗布においては、塗布エリア内でのボンディングペーストの塗布量のバランスに起因して、チップ搭載後のボンディングペーストの分布状態を適正に確保することが困難であった。すなわち、正方形または矩形状の塗布エリアに塗布を行う場合、コーナ部と各辺の中央部とに均一にボンディングぺーストが押し広げられるような塗布量分布を実現することが困難で、実装後に不均一なペーストはみ出しが生じるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、チップと基板の接合部の全範囲に均一にボンディングペーストを供給できるボンディングペーストの塗布方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のボンディングペーストの塗布方法は、基板のチップ搭載位置に設定された塗布エリアにおいて塗布ノズルからボンディングペーストを吐出しながら塗布ノズルを移動させることによりボンディングペーストを描画塗布するボンディングペーストの塗布方法であって、前記塗布エリアの対角線方向に設定された塗布線の単位塗布線長さあたりのボンディングペーストの塗布量を示す塗布密度の分布を、前記塗布線の両端部の塗布密度が中央部における塗布密度よりも小さくなるように設定するようにした。
【０００７】
請求項２記載のボンディングペーストの塗布方法は、請求項１記載のボンディングペーストの塗布方法であって、前記塗布線の両端部近傍におけるボンディングペーストの塗布形状は、端部側に向かって先細り形状となっている。
【０００８】
請求項３記載のボンディングペーストの塗布方法は、請求項１記載のボンディングペーストの塗布方法であって、前記塗布線の両端部近傍におけるボンディングペーストの塗布形状は、端部側の塗布幅の方が中央部側の塗布幅よりも狭い段付き形状となっている。
【０００９】
請求項４記載のボンディングペーストの塗布方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法であって、前記描画塗布における塗布線の描画において、塗布線方向に直交する方向に所定のオフセット幅で描画位置をずらした平行線上で複数回描画する。
【００１０】
請求項５記載のボンディングペーストの塗布方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法であって、前記描画塗布における塗布線の描画において、前記両端部において塗布ノズルからのボンディングペーストの吐出量を減少させる。
【００１１】
請求項６記載のボンディングペーストの塗布方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載のボンディングペーストの塗布方法であって、前記描画塗布における塗布線の描画において、前記両端部において塗布ノズルの移動速度を増加させる。
【００１２】
本発明によれば、塗布エリアの対角線方向に設定された塗布線の単位塗布線長さあたりのボンディングペーストの塗布量を示す塗布密度の分布を、前記塗布線の両端部の塗布密度が中央部における塗布密度よりも小さくなるように設定することにより、チップをボンディングペースト上に押圧する際にチップと基板の接合部の全範囲にボンディングペーストを押し広げて均一に供給することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態のボンディングペースト吐出用の吐出ポンプの断面図、図３は本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の制御系の構成を示すブロック図、図４、図５は本発明の一実施の形態のボンディングペースト塗布における描画パターンの説明図、図６、図７は本発明の一実施の形態のペースト塗布方法を示すタイミングチャート、図８は本発明の一実施の形態のダイボンディングにおけるボンディングペーストの広がり状態の説明図である。
【００１４】
まず図１を参照してダイボンディング装置の構造を説明する。図１においてチップ供給部１にはウェハシート２が図示しない保持テーブルによって保持されている。ウェハシート２には多数の半導体素子であるチップ３が貼着されている。チップ供給部１の側方には搬送路５が配設されており、搬送路５は基板であるリードフレーム６を搬送し、ペースト塗布位置およびボンディング位置にリードフレーム６を位置決めする。チップ供給部１の上方にはボンディングヘッド４が配設されており、ボンディングヘッド４は図示しない移動機構により水平移動および上下動する。
【００１５】
搬送路５の側方にはペースト塗布部９が配設されている。ペースト塗布部９は移動テーブル１０にＬ型のブラケット１５を介して塗布ノズル１８を装着して構成されている。塗布ノズル１８は、不動のプレート２１上に固定配置されたポンプ手段である吐出ポンプ１６の吐出口と可撓性の管部材であるチューブ１７によって連結されている。
【００１６】
移動テーブル１０は、Ｙ軸テーブル１１上にＸ軸テーブル１２を段積みし、さらにその上にＬ型のブラケット１３を介してＺ軸テーブル１４を垂直方向に結合して構成されている。Ｙ軸テーブル１１、Ｘ軸テーブル１２、Ｚ軸テーブル１４は、それぞれＹ軸モータ１１ａ、Ｘ軸モータ１２ａ、Ｚ軸モータ１４ａを備えている。Ｘ軸モータ１２ａ、Ｙ軸モータ１１ａおよびＺ軸モータ１４ａを駆動することにより、塗布ノズル１８はリードフレーム６上で水平方向および上下方向に移動する。したがって、移動テーブル１０は塗布ノズル１８をリードフレーム６に対して相対的に移動させる移動手段となっている。
【００１７】
リードフレーム６上面のチップ３の搭載位置は、ボンディングペースト７が塗布される塗布エリア６ａとなっている。塗布ノズル１８を塗布エリア６ａ内に位置させ、塗布ノズル１８からボンディングペースト７を吐出させながら塗布ノズル１８を移動させることにより、塗布エリア６ａ内には所定の描画パターンでチップボンディング用のボンディングペースト７が描画塗布される。
【００１８】
このペースト塗布後、リードフレーム６は搬送路５上をボンディング位置８に送られ、位置決めされる。そして塗布エリア６ａ内に塗布されたボンディングペースト７上に、ボンディングヘッド４のノズル４ａによってチップ供給部１からピックアップされたチップ３がボンディングされる。
【００１９】
次に図２を参照して、ペーストを吐出するポンプ手段である吐出ポンプ１６について説明する。図２において、ペースト吐出用の吐出ポンプ１６は、シリンダ部２９とシリンダ部２９の内部に嵌入するピストン３１およびピストン３１を往復動させる往復動機構より成る。往復動機構は、モータ３４、送りねじ３５およびナット３６より構成され、送りねじ３５をモータ３４によって回転駆動することにより、ナット３６と結合されたピストン３１がシリンダ部２９内で往復動する。
【００２０】
シリンダ部２９には、吸入ポート２９ａおよび吐出ポート２９ｂが設けられている。吸入ポート２９ａは第２バルブ２８を介してシリンジ２６と接続されている。吐出ポート２９ｂは第１バルブ３０、チューブ１７を介して塗布ノズル１８と接続されている。シリンジ２６内は第３バルブ２７、レギュレータ３３を介してエア源３２から供給されるエアによって加圧されており、第３バルブ２７および第２バルブ２８を開にしてピストン３１を上昇させることにより、シリンジ２６内のペーストは吸入ポート２９ａを介してシリンダ２９内に吸入される。
【００２１】
そして第２バルブ２８を閉じ、第１バルブ３０を開にした状態でモータ３４を正方向に駆動（正転）してピストン３１を下降させることにより、シリンダ部２９内のペーストは吐出ポート２９ｂから吐出される。このとき、モータ３４の駆動速度を変えることにより、吐出ポート２９ｂから吐出されるペースト吐出流量が変化し、駆動速度に比例した吐出流量が得られるようになっている。
【００２２】
吐出されたペーストはチューブ１７を介して塗布ノズル１８へ圧送され、塗布ノズル１８の下端部に設けられた塗布口より吐出されて被塗布物であるリードフレーム６の塗布エリア６ａに塗布される。
【００２３】
次に図３を参照してダイボンディング装置の制御系の構成を説明する。図３において、ポンプ駆動部４０は、ピストン３１を駆動するモータ３４を駆動する。バルブ駆動部４１は、第１バルブ３０および第２バルブ２８を駆動して、吐出ポンプ１６の吸入ポート２９ａへのボンディングペースト７の吸入および吐出ポート２９ｂからのボンディングペースト７の吐出を制御する。
【００２４】
Ｚ軸モータ駆動部４２、Ｙ軸モータ駆動部４３、Ｘ軸モータ駆動部４４は、移動テーブル１０のＺ軸モータ１４ａ、Ｙ軸モータ１１ａ、Ｘ軸モータ１２ａをそれぞれ駆動する。ボンディングヘッド駆動部４５は、チップ３をボンディングするボンディングヘッド４を駆動する。記憶部４６は、各部の動作や処理に必要なプログラムや描画塗布時の描画パターンのデータを記憶する。
【００２５】
制御部４７は、記憶部４６に記憶されたプログラムに基づいて各部の動作を制御する。これにより塗布ノズル１８を移動させて行われる描画塗布のタイミングを制御することができる。操作部４８は、キーボードやマウスなどの入力手段であり操作用制御コマンドの入力やデータ入力を行う。表示部４９はディスプレイ装置であり、操作入力時の画面を表示する。
【００２６】
次に図４を参照して、描画パターンについて説明する。図４（ａ），（ｂ）は、正方形の塗布エリア６ａ内に描画塗布されるボンディングペースト７の描画パターンを示しており、それぞれクロス形状およびアスタリスク形状が用いられている。これらの描画パターンは、対象となるチップの大きさに応じて選択される。いずれの描画パターンにおいても、中心点Ｏから塗布エリア６ａの対角線方向に設定された２本の塗布線Ｌ１，Ｌ２を含んだパターンとなっている。
【００２７】
図４（ｃ）は、図４（ａ），（ｂ）に示す塗布線Ｌ１の端点Ｐ１，Ｐ３および塗布線Ｌ２の端点Ｐ２，Ｐ４の近傍ｅにおける塗布形状を示している。（イ）に示す例では、塗布幅Ｂの塗布線の両端部近傍において、塗布幅が端部側へ向かって減少する先細り形状となっており、先端部では塗布幅はＢ１に減少している。また、（ロ）に示す例では、両端部近傍において塗布線は段付き形状に塗布されており、中央部の塗布幅Ｂに対して端部側の塗布幅はＢよりも狭いＢ２となっている。すなわち、いずれの形状においても、塗布エリア６ａの対角線方向に設定された塗布線Ｌ１，Ｌ２の単位塗布線長さあたりのボンディングペーストの塗布量を示す塗布密度の分布は、塗布線Ｌ１，Ｌ２の中央部における塗布密度よりも両端部における塗布密度の方が小さくなるように設定されている。
【００２８】
次に上記のような塗布形状を実現するためのボンディングペーストの塗布方法について、図５，図６，図７を参照して説明する。まず図５に示す塗布例では、クロス形状またはアスタリスク形状の描画塗布において、塗布線Ｌ１を塗布線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃによって、また塗布線Ｌ２を塗布線Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆによって３回に分けて描画するようにしている。描画順序について説明する。まず、第１中央点Ｏ１を描画起点とし、塗布ノズル１８をＡ−Ｉ−Ｏ１−Ｌ−Ｄ−Ｏ１の順に移動させ、塗布線Ｌａ，Ｌｄを描画塗布する。その後塗布ノズル１８を第２中央点Ｏ２に移動させて、同様にＢ−Ｈ−Ｏ２−Ｋ−Ｅ−Ｏ２の順に移動させ、塗布線Ｌｂ，Ｌｅを描画塗布し、同様にして塗布線Ｌｃ，Ｌｆを描画塗布する。
【００２９】
すなわち上記描画塗布は、塗布線Ｌ１，Ｌ２に直交する方向に所定のオフセット幅で描画位置をずらした平行線上で３回描画する形態となっている。ここでオフセット幅は、全体の塗布幅を描画回数で除して得られる単位塗布幅（塗布線Ｌａ，Ｌｂ・・の塗布幅）に相当する。そして塗布線Ｌ１，Ｌ２の各端点に相当する位置において、中央の塗布線Ｌｂ，Ｌｅを両側の各塗布線よりも外側まで延伸して塗布することにより、図４（ｃ）に示す塗布形状を得ている。
【００３０】
また図６に示す塗布例は、塗布ノズル１８からのボンディングペーストの吐出流量Ｑを制御することにより、所望の塗布形状を得る例を示している。図６の下段のグラフは、塗布ノズル１８を図４（ａ），（ｂ）の描画パターンに示す中心点Ｏを塗布起点として、Ｏ−Ｐ１−Ｏ−Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４−Ｏの経路で移動させる過程における速度パターンを示しており、上段のグラフは、一時停止点Ｏ，Ｐ１．Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の間を台形速度パターンで移動させる際の、塗布ノズル１８から吐出されるボンディングペーストの吐出流量Ｑの変化を示している。
【００３１】
すなわち、塗布ノズル１８が塗布線Ｌ１，Ｌ２の両端部においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を通過する前後に、通常吐出流量Ｑ１よりも少ない吐出流量Ｑ２に切り換えられ、塗布ノズル１８からのボンディングペーストの吐出量が減少する。この吐出量の切り換えは、ポンプ駆動部４０のモータ３４の回転数を制御することにより行われる。これにより、塗布線Ｌ１，Ｌ２の両端部において塗布密度が減少し、図４（ｃ）に示す塗布形状を得ることができる。
【００３２】
さらに図７では、塗布ノズル１８の移動速度を制御することにより、所望の塗布形状を得る例を示している。この場合には、塗布ノズル１８からのボンディングペーストの吐出流量Ｑは一定値に保たれており、塗布ノズル１８が塗布線Ｌ１，Ｌ２の両端部においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を通過する前後に、塗布ノズル１８の移動速度Ｖは、通常移動速度Ｖ１よりも大きな速度Ｖ２に増加するように、Ｘ軸モータ１２ａ、Ｙ軸モータ１１ａが制御される。これにより、吐出流量が一定であることから塗布線Ｌ１，Ｌ２の両端部において塗布密度が減少し、同様に図４（ｃ）に示す塗布形状を得ることができる。
【００３３】
次に、このような塗布形状によって、チップ３のダイボンディング時に得られる効果について、図８を参照して説明する。図８（ａ）は、本実施の形態に示すボンディングペースト塗布方法によってリードフレーム６の塗布エリア６ａ内にボンディングペースト７を塗布した後、チップ３を搭載してボンディングペースト７を押し広げた状態を示している。この例では、前述のように塗布線の両端部におけるボンディングペースト７の塗布密度が、塗布線の中央部における塗布密度よりも小さくなるように塗布条件が設定されているため、チップ３によって押し広げられた状態のボンディングペースト７’は、チップ３の下面と接着面との間の隙間に均一に広がり、チップ３の外形から過度にはみ出すことがない。
【００３４】
図８（ｂ）には、ボンディングペーストの広がり状態を対比するために、従来用いられていた２種類の塗布形状、すなわち（イ）太い塗布幅のクロス十字形状でボンディングペースト７が塗布された場合、および（ロ）細い塗布幅のクロス十字形状でボンディングペースト７が塗布された場合、の各塗布形状におけるボンディングペーストの広がり状態を示している。
【００３５】
すなわち、（イ）では、対角線方向の塗布線の両端部近傍の塗布量が過大であるため、チップ３のコーナ点付近で押し拡げられたボンディングペースト７’が過度にはみ出しており、また（ロ）に示す例では、中央部で押し広げられるボンディングペースト７の量が不足しているため、チップ３の各辺の中点近傍でボンディングペースト７’が不足しており、（イ），（ロ）いずれの場合も不具合の原因となる。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示すボンディングペーストの塗布方法では、対角方向の塗布線を有する描画塗布において、チップに押し広げられた状態でのボンディングペーストの分布を均一にするため、塗布線の両端部における塗布密度を中央部よりも小さく設定するものである。すなわち、ボンディングペーストの塗布量の分布をできるだけ均一に確保しながら、局部的な塗布量の分布を調整することにより、チップ搭載後のボンディングペーストの分布を適正な状態にするものである。
【００３７】
このような方法を採用することにより、チップ搭載後のボンディングペーストの分布を適正にする目的で従来用いられていた塗布量分布のパターン、すなわち塗布エリアの中央部に塗布量を集中させるパターンを用いることなく、ほぼ均一な塗布高さでボンディングペーストを塗布することによって、チップ搭載後のボンディングペーストの分布を適正にする目的が達成可能となる。
【００３８】
したがって、中央部での塗布高さを高く設定する従来の塗布方法で生じていた以下の諸問題点、すなわち、ボンディングペーストの押し広げに時間を要することによる実装時間の遅延、チップをボンディングペースト上に押圧する際に大きな押圧荷重を要する点、また押圧時にチップの位置ずれや姿勢の傾きが発生しやすい点などの問題を解消することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、塗布エリアの対角線方向に設定された塗布線の単位塗布線長さあたりのボンディングペーストの塗布量を示す塗布密度の分布を、前記塗布線の両端部の塗布密度が中央部における塗布密度よりも小さくなるように設定するようにしたので、チップをボンディングペースト上に押圧する際にチップと基板の接合部の全範囲にボンディングペーストを押し広げて均一に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のボンディングペースト吐出用の吐出ポンプの断面図
【図３】本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態のボンディングペースト塗布における描画パターンの説明図
【図５】本発明の一実施の形態のボンディングペースト塗布における描画パターンの説明図
【図６】本発明の一実施の形態のペースト塗布方法を示すタイミングチャート
【図７】本発明の一実施の形態のペースト塗布方法を示すタイミングチャート
【図８】本発明の一実施の形態のダイボンディングにおけるボンディングペーストの広がり状態の説明図
【符号の説明】
３  チップ
６  リードフレーム
６ａ  塗布エリア
７  ボンディングペースト
１０  移動テーブル
１６  吐出ポンプ
１７  チューブ
１８  塗布ノズル
４７  制御部
Ｌ１，Ｌ２  塗布線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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