(57)【要約】【課題】ダイボンディングにおいてボンド時間を自動的に補正して、ボンド品質の安定化と生産性向上との両立を可能にする。【解決手段】装置稼動停止時間計測部１０とコレット交換履歴記憶部１１を備え、さらに装置の稼動状況やコレットの交換状況に応じて自動的に最適なボンド時間を算出するパラメータ自動補正部１２を備えることにより、装置の稼動状況とコレット交換履歴情報からコレット１の温度を推定してボンド時間を設定することによって、コレット温度に応じた無駄のないボンド時間によるダイボンディングを行うことができる。【選択図】図１
2006278888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子をコレットによりピックアップし、リードフレーム上に移動させてダイボンディングを行うダイボンディング方法において、
前記コレットの温度に応じて、ボンド時間を自動的に変動させながらダイボンディングを行うことを特徴とするダイボンディング方法。
【請求項２】
半導体素子をコレットによりピックアップし、リードフレーム上に移動させてダイボンディングを行うダイボンディング方法において、
ダイボンディングを実行する装置の稼動状況あるいは前記コレットの交換状況から該コレットの温度を推定し、推定したコレット温度に応じて、ボンド時間を自動的に変動させながらダイボンディングを行うことを特徴とするダイボンディング方法。
【請求項３】
半導体素子をコレットによりピックアップし、リードフレーム上に移動させてダイボンディングを行うダイボンディング装置において、
前記コレットの温度に応じて、ボンド時間を自動的に変動させるためのパラメータ自動補正手段を備えたことを特徴とするダイボンディング装置。
【請求項４】
半導体素子をコレットによりピックアップし、リードフレーム上に移動させてダイボンディングを行うダイボンディング装置において、
当該装置の稼動停止時間を計測する計測手段と、前記コレットの交換履歴を記憶する記憶手段と、前記計測手段と前記記憶手段からの情報を受けてボンド時間を自動的に変動させるためのパラメータ自動補正手段とを備えたことを特徴とするダイボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子をリードフレームと呼ばれる金属基板上に接合するダイボンディング方法、およびダイボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体素子をダイボンディングする方法および装置については、特許文献１，２などにも記載されている。図２の金共晶ダイボンディング装置の構成図を参照して、従来の金共晶ダイボンディングの方法および装置の一例について説明する。
【０００３】
図２において、１はコレット、２はコレット１を上下動させるためのＺ軸駆動機構、３はコレット１およびＺ軸駆動機構２を水平２方向へ移動させるためのＸＹ軸駆動機構、４はダイボンディングする前の半導体素子群、５は半導体素子群４を水平移動させるためのＸＹステージ、６はヒータステージ、７はヒータステージ６上にホールドされたリードフレーム、８はダイボンディング動作をコントロールするコントロールユニット、９は半導体素子の単体である。
【０００４】
次に、以上のように構成されたダイボンディング装置について、その動作を説明する。
【０００５】
まず、半導体素子群４の中から１つの半導体素子９をコレット１によってピックアップした後、ＸＹ軸駆動機構３を動作させることにより、半導体素子９を把持したままのコレット１をリードフレーム７の上方へ移動し、そして、Ｚ軸駆動機構３によりコレット１を下降させる。このとき、該コレット１に把持されている半導体素子９はリードフレーム７の表面に押し付けられる。
【０００６】
前記リードフレーム７は、ヒータステージ６によって既に所定の温度に昇温されている。そこでリードフレーム７に押し付けられた半導体素子９におけるリードフレーム７との接触面に蒸着されていた金が、リードフレーム７からの熱を受けて溶けることにより半導体素子９とリードフレーム７とが金共晶接合される。その後、コレット１を、半導体素子９の把持を解除した後に上昇させる。以上で、一連のダイボンディング動作が完了する。
【０００７】
ここで、コレット１が半導体素子９をリードフレーム７に押し付けている時間をボンド時間と呼ぶ。このボンド時間は、半導体素子９に蒸着されていた金が十分に溶けると想定される時間に設定されるべきパラメータであり、半導体素子９とリードフレーム７との接合面積および接合強度などのボンド品質に大きく影響することが知られている。
【０００８】
したがって、ボンド時間を設定する際には、ダイボンディング装置の状態のばらつき、あるいは半導体素子における金蒸着の状態のばらつき、リードフレーム表面の状態のばらつき等を考慮したうえで、それらが悪い状態のときであっても、ボンド品質を確保することができるようにボンド時間を設定する。すなわち、ボンド時間を長めに設定している。
【特許文献１】特開平３−１７１６４０号公報
【特許文献２】特開昭５７−６８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記従来の構成では、一旦設定したボンド時間は、その後、意図的に設定変更するまで一定である。ボンド時間は、ダイボンディング装置の状態のばらつき、あるいは半導体素子の金蒸着の状態のばらつき、あるいはリードフレーム表面の状態のばらつき等を考慮した上で、それらが悪い状態のときであっても、ボンド品質を確保することができるようにボンド時間を設定するために、結果としてボンド時間を長めに設定せざるをえない状況にあった。
【００１０】
例えば、ダイボンディング装置の状態のばらつきの主なものとして、コレットの温度のばらつきがある。コレットは消耗部品であり、使用回数が増えるにしたがって半導体素子を把持する面が磨耗したり変形したりするために、所定の使用回数を超えると交換する。ダイボンディング装置を自動運転している最中は、コレットはヒータステージからの熱を間接的に受けるため、室温よりも高い温度になっている。
【００１１】
通常、ヒータステージの温度は４００℃から４４０℃に設定され、連続稼動時にはコレットは５０℃から７０℃程度まで昇温している。そこで、コレットを交換すると、一気にコレットの温度は室温になる。また、長時間稼動を停止した後でも、コレットの温度は室温近くまで降温している。コレットの温度が下がった状態から、ダイボンディングを開始すると、ボンディング動作時に、ヒータステージから受けた熱のうちで半導体素子を介してコレットに奪われる熱が多くなり、半導体素子に蒸着された金の溶けが悪くなり、結果としてボンド品質が悪くなる。
【００１２】
そこで、従来は、そのボンド品質悪化を補うために、ボンド時間を長く設定せざるを得なくなっていたのである。逆に、連続稼動時には、その設定されたボンド時間は余裕があり過ぎることになる。ボンド時間が長いほど生産性は落ちるから、余裕があり過ぎるほどの長いボンド時間は、無駄に生産性を悪化させていることになる。
【００１３】
以上のように、従来のダイボンディング方法および装置では、ボンド時間を一定に設定することしかできなかったため、ボンド品質の安定化と生産性の向上との両立を図ることに限界があるという問題があった。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決して、ボンド品質の安定化と生産性の向上との両立をはかることができるようにしたダイボンディング方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明は、半導体素子をコレットによりピックアップし、リードフレーム上に移動させてダイボンディングを行う際に、前記コレットの温度に応じて、ボンド時間を自動的に変動させながらダイボンディングを行うこと、あるいは、ダイボンディングを実行する装置の稼動状況あるいは前記コレットの交換状況から該コレットの温度を推定し、推定したコレット温度に応じて、ボンド時間を自動的に変動させながらダイボンディングを行う方法および装置であって、この構成によって、コレット温度の変化に応じて、すなわち装置の稼動停止時間やコレットの交換状況に応じて、自動的にボンド時間を最適値に変動しながらダイボンディングを行うことができるため、ボンド品質の安定化と生産性の向上とが両立する最適なボンド時間に設定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ダイボンディングのばらつきの主要因であるコレットの温度の状態に応じてボンド時間の設定値を自動的に変動させることができ、ボンド品質の安定化と生産性の向上との両立が可能になり、これによりダイボンディング工程のトータルコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るダイボンディング装置およびダイボンディング方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態を説明するためのダイボンディング装置の構成図である。
【００１９】
図１において、１はコレット、２はコレット１を上下動させるためのＺ軸駆動機構、３はコレット１およびＺ軸駆動機構２を水平２方向に移動させるためのＸＹ軸駆動機構、４はダイボンディングする前の半導体素子群、５は半導体素子群４を水平移動させるためのＸＹステージ、６はヒータステージ、７はヒータステージ６上にホールドされたリードフレーム、８はダイボンディング動作をコントロールするコントロールユニット、９は半導体素子の単体、１０は装置停止時間計測部、１１はコレット交換履歴記憶部、１２はパラメータ自動補正部である。
【００２０】
前記のコントロールユニット８、装置停止時間計測部１０、コレット交換履歴記憶部１１、パラメータ自動補正部１２は、それぞれの機能を図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）に具備させるように構成することも考えられる。
【００２１】
以上のように構成された本実施形態のダイボンディング装置について、以下にその動作を説明する。
【００２２】
例えばコレット１の交換を実施してダイボンディング動作を開始する場合には、まずコレット交換履歴記憶部１１にコレット１を交換したことを入力する。すると、パラメータ自動補正部１２では、コレット温度が室温であると判断して、それに応じた最適なボンド時間を算出する。
【００２３】
また、コレット交換はせずにダイボンディング動作を開始する場合には、パラメータ自動補正部１２は、装置停止時間計測部１０から得られる装置停止時間情報に基づきコレット１の温度を推定し、それに応じた最適なボンド時間を算出する。
【００２４】
以上のようにパラメータ自動補正部１２によって最適なボンド時間を自動的に算出した上で、半導体素子群４の中からひとつの半導体素子９をコレット１によってピックアップし、ＸＹ軸駆動機構３を動作させることにより、半導体素子９を把持したままのコレット１をリードフレーム７の上方へ移動し、Ｚ軸駆動機構２によりコレット１を下降させる。
【００２５】
この下降により、コレット１に把持されている半導体素子９はリードフレーム７の表面に押し付けられる。リードフレーム７は、ヒータステージ６によって既に所定の温度に昇温されている。そこで、リードフレーム７に押し付けられた半導体素子９のリードフレーム７との接触面に蒸着されていた金が、リードフレーム７からの熱を受けて溶けて半導体素子９とリードフレーム７とが金共晶接合される。
【００２６】
そして、あらかじめパラメータ自動補正部１２によって自動算出したボンド時間が経過した後に、コレット１を、半導体素子９の把持を解除した後に上昇させる。
【００２７】
以上で、ダイボンディング動作の１サイクルが完了する。以後、このダイボンディング動作を繰り返すに従い、パラメータ自動補正部１２はボンド時間を徐々に短縮する。
【００２８】
ここで、装置稼動停止時間とコレット温度との関係、およびコレット温度と必要なボンド時間との関係、さらに稼動開始後のコレット温度の上昇具合などの情報は、あらかじめ実験などにより得ておき、データテーブルとしてパラメータ自動補正部１２に記憶させておく。
【００２９】
ボンド品質の安定化と生産性の向上に関して、従来では、コレット用ヒータを設けてコレットの温度を高温に保つことにより、ボンド品質の安定化を確保するという構成があったが、この場合、コレット用ヒータを含むコレット周辺の構造重量が増すため、ダイボンディング動作のスピードを高速にすることが困難であり、ボンド時間以外の動作時間が長くなり、結果として生産性向上を阻害するものとなっていた。
【００３０】
しかし、本実施形態では、前記のように装置の稼動停止時間やコレットの交換状況に応じて自動的にボンド時間を最適値に変動しながらダイボンディングを行うことができる。すなわち、装置稼動停止後やコレット交換後の再稼動開始時にはボンド時間を自動的に長めに補正し、連続稼動を経るに従ってボンド時間を短縮しながらダイボンディングを行うことによりボンド品質を確保しながらボンド時間の無駄を無くすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、特に接合面に金蒸着を施した半導体素子をリードフレーム上に金共晶接合する場合に、接合品質の安定化と生産性の向上との両立が要求されるダイボンディング方法およびダイボンディング装置に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのダイボンディング装置の構成図
【図２】従来のダイボンディング装置の構成図
【符号の説明】
【００３３】
１  コレット
２  Ｚ軸駆動機構
３  ＸＹ軸駆動機構
４  半導体素子群
５  ＸＹステージ
６  ヒータステージ
７  リードフレーム
８  コントロールユニット
９  半導体素子
１０  装置停止時間計測部
１１  コレット交換履歴記憶部
１２  パラメータ自動補正部
【図１】
2006278888.tif 000003
【図２】
2006278888.tif 000004