(57)【要約】【課題】半導体の生産効率とワイヤボンディングの密着性を低下させることなく、低コストに歩留まりを向上するヒータプレート及びパッケージ加熱装置を提供する。【解決手段】ヒータプレート１及びヒータ１３は、昇降機構１０に取り付けられており、キャリア８が所定の位置で停止するたび、パッケージ１２の底面に向かって一定ストロークだけ上昇する。この時、アイランドステージ５は、ボンディング処理位置の直下に位置するボンディング準備位置で停止しているパッケージ１２の底面を、上面で支持したままボンディング処理位置まで押し上げる。同時に、第一及び第二プリヒートステージ３、４は、高さがアイランドステージ５よりも低いため、ボンディング準備位置の上流側で停止しているパッケージ１２の底面と各々の上面との間に隙間が形成された状態で、それぞれパッケージ１２を緩やかに加熱し、クラックを発生させることがない。【選択図】図２
2008227032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ部品が組み込まれたパッケージを、ワイヤボンディング処理を行うために間欠搬送する搬送手段とともに用いられ、前記搬送手段によってボンディング準備位置に搬送されたパッケージの底面を支持して加熱するアイランドステージ及び前記ボンディング準備位置の上流側に搬送され停止しているパッケージの底面を加熱するプリヒートステージを共通のヒータベースに一体に形成したヒータプレートにおいて、
前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で支持したときに、上流側で停止しているパッケージの底面と前記プリヒートステージの上面との間に隙間が形成されるように、前記プリヒートステージの高さをアイランドステージよりも低くしたことを特徴とするヒータプレート。
【請求項２】
前記プリヒートステージが複数個設けられ、上流側ほど高さを低くしたことを特徴とする請求項１記載のヒータプレート。
【請求項３】
前記アイランドステージの上面に、パッケージの底面を吸着してワイヤボンディング処理中にパッケージを固定する吸着孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のヒータプレート。
【請求項４】
チップ部品が組み込まれたパッケージを、ワイヤボンディング処理を行うために間欠搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によってボンディング準備位置に搬送されてきたパッケージの底面を支持して加熱するアイランドステージと、前記ボンディング準備位置の上流側で停止しているパッケージの底面を加熱するプリヒートステージとが共通のヒータベースに一体に形成され、前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で支持したときに、上流側で停止しているパッケージの底面と前記プリヒートステージの上面との間に隙間が形成されるように、前記プリヒートステージの高さをアイランドステージよりも低くしたヒータプレートと、
前記搬送手段によりパッケージの間欠搬送が行われた後に前記ヒータプレートを一定ストローク上昇させ、前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で押し上げ、前記パッケージを前記ボンディング準備位置からボンディング処理位置に移動させるとともに、ワイヤボンディング処理が完了した後に前記ヒータプレートを降下させて前記パッケージを前記ボンディング処理位置からボンディング準備位置に戻す昇降手段とを備えたことを特徴とするパッケージ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のワイヤボンディング工程に用いるヒータプレート及びパッケージ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやＣＣＤモジュールなどの半導体の製造工程では、半導体素子（ＩＣチップ）を銀ペースト樹脂などのダイボンドペーストを用いてパッケージの搭載部位に固着した後、半導体素子のボンディングパッドとパッケージに設けられた内部リードとを金属細線で電気的に接続する、いわゆるワイヤボンディングが行われる。ここで、金属細線としては主に直径３０μｍ程度の金線が用いられ、また、半導体素子のボンディングパッドはアルミ合金であることが多い。一方、内部リードは表面が金や銀などでめっきされている。ワイヤボンディング装置では、ボンディングパッド及び内部リードと金線を高い密着力でそれぞれ接続するために、通常、熱と超音波を印加してボンディングを行う。
【０００３】
ワイヤボンディングを行う場合、半導体素子が搭載済みのパッケージを、図６のようなヒータプレートを使用してワイヤボンディングに必要な所定温度まで加熱する。ワイヤボンディングの密着性は、この温度に依存することが一般的に知られている。特許文献１では、熱と超音波を併用して行うワイヤボンディング方法において、パッケージを加熱するヒータプレートを、半導体素子の加熱に使用するアイランド部と、内部リードの加熱に使用する内部リード部とに分離しており、それぞれの特性に見合った適当な温度で加熱することにより、各々の密着性を向上する方法が提案されている。
【０００４】
ヒータプレート２１はステンレス等の金属により形成されており、本体となる略平板状のヒータベース２２の上面に、同一の高さを有する第一及び第二プリヒートステージ２３、２４とアイランドステージ２５が一体に形成されている。ヒータプレート２１は、パッケージ加熱装置に備えられたヒータに取り付けられており、ヒータを所定温度まで上昇するように設定することで各ステージ２３，２４，２５を一様に加熱する。
【０００５】
パッケージ加熱装置にはキャリアを用いた搬送機構が備えられ、１つのキャリアに搭載された複数個のパッケージがワイヤボンディング処理に要するタクトタイムの経過ごとに順次に水平な搬送経路にしたがって間欠搬送されており、下流側にあるボンディング処理位置に搬送されたパッケージは順次にワイヤボンディング装置によってワイヤボンディング処理が施される。タクトタイムは、ワイヤボンディングする金線の本数などに依存するが、ＣＣＤモジュールでは、例えば１５秒程度に設定することがある。
【０００６】
パッケージの加熱は、キャリアで保持されたパッケージをワイヤボンディング処理位置まで間欠的に搬送する過程で行われる。パッケージ加熱装置では、キャリアの停止中、その下方からヒータプレート２１が昇降機構により上昇し、各ステージ２３、２４、２５にパッケージをそれぞれ支持することで順々に加熱していく。第一プリヒートステージ２３と第二プリヒートステージ２４では、ワイヤボンディングを行うボンディング処理位置の上流側で停止しているパッケージを予備的に加熱する。また、アイランドステージ２５では、ボンディング処理位置でワイヤボンディング処理が施されているパッケージを加熱する。なお、アイランドステージ２５の表面には吸着孔２６が設けられており、吸気機構によって吸引力を発生させることでパッケージの位置を固定する。このため、パッケージの位置がずれることなく、確実にワイヤボンディングを行うことができる。
【０００７】
このように第一及び第二プリヒートステージ２３、２４でワイヤボンディング処理に先立って予備的に加熱する理由は、アイランドステージ２５のみでパッケージを加熱する場合、ワイヤボンディングに必要な所定温度まで上昇させるのに多くの時間を要してしまい、生産効率が低下するためである。要求される生産効率を実現するためには、一定時間内にパッケージを所定温度にまで加熱する性能がパッケージ加熱装置には必要とされる。
【特許文献１】特開平５−１２１４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のワイヤボンディング工程では、要求される密着性を満足する反面、パッケージにクラックが発生するという問題があった。例えば、図７のようなＣＥＲＤＩＰパッケージを１５秒程度で２００℃近くに加熱した場合、１％前後のパッケージにクラック３４が確認されている。ただし、半導体素子２８のボンディングパッド３０と内部リード３２は金線３１により必要な密着性をもってボンディングされている。
【０００９】
このクラック３４は、調査により急激な加熱が原因であることが判明している。パッケージ１２は、土台となるセラミックベース３５の上に接着層である低融点ガラス層３６を介してセラミックフレーム２９を固着して形成しているため、加熱の過程において全体が一様に加熱されにくい構造を有している。このため、第一プリヒートステージ２３などと接触して直接加熱されるセラミックベース３５と、熱伝導によって間接的に加熱される低融点ガラス層３６及びセラミックフレーム２９の間では必然的に温度差が生じる。したがって、急激な温度上昇に伴いセラミックベース３５が膨張した結果、セラミックベース３５と低融点ガラス層３６の間には過大な応力が発生することがあり、結果としてクラック３４の発生に至っていた。このようなクラック３４の発生は、半導体２７の歩留まりを低下させる要因の１つとなっている。
【００１０】
この問題を解決するには、セラミックベース３５の温度上昇を緩やかにすればよいが、単に加熱時間の短縮や温度設定の低下ではワイヤボンディングの密着性を低下させてしまうという別の問題が生じる。また、ヒータプレート２１は、ヒータに予め設定された温度を維持するのみであって、恒温槽のように温度上昇を自在に制御してパッケージ１２を加熱することはできない。例えば、特許文献１のようにヒータプレートをステージごとに分離して、別々のヒータにより段階的な加熱することで温度上昇を緩やかにすることも可能ではあるが、これらのヒータも耐久性に応じて交換が必要であることなどを考慮するとコスト負担が大きい。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体の生産効率とワイヤボンディングの密着性を低下させることなく、低コストに歩留まりを向上するヒータプレート及びパッケージ加熱装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、チップ部品が組み込まれたパッケージを、ワイヤボンディング処理を行うために間欠搬送する搬送手段とともに用いられ、前記搬送手段によってボンディング準備位置に搬送されたパッケージの底面を支持して加熱するアイランドステージ及び前記ボンディング準備位置の上流側に搬送され停止しているパッケージの底面を加熱するプリヒートステージを共通のヒータベースに一体に形成したヒータプレートにおいて、前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で支持したときに、上流側で停止しているパッケージの底面と前記プリヒートステージの上面との間に隙間が形成されるように、前記プリヒートステージの高さをアイランドステージよりも低くしている。
【００１２】
また、前記ヒータプレートにおいて、前記プリヒートステージが複数個設けて、上流側ほど高さを低くしてもよいし、前記アイランドステージの上面に、パッケージの底面を吸着してワイヤボンディング処理中にパッケージを固定する吸着孔を形成してもよい。
【００１３】
さらに、パッケージ加熱装置に、チップ部品が組み込まれたパッケージを、ワイヤボンディング処理を行うために間欠搬送する搬送手段と、前記搬送手段によってボンディング準備位置に搬送されてきたパッケージの底面を支持して加熱するアイランドステージと、前記ボンディング準備位置の上流側で停止しているパッケージの底面を加熱するプリヒートステージとが共通のヒータベースに一体に形成され、前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で支持したときに、上流側で停止しているパッケージの底面と前記プリヒートステージの上面との間に隙間が形成されるように、前記プリヒートステージの高さをアイランドステージよりも低くしたヒータプレートと、前記搬送手段によりパッケージの間欠搬送が行われた後に前記ヒータプレートを一定ストローク上昇させ、前記ボンディング準備位置で停止しているパッケージの底面を前記アイランドステージの上面で押し上げ、前記パッケージを前記ボンディング準備位置からボンディング処理位置に移動させるとともに、ワイヤボンディング処理が完了した後に前記ヒータプレートを降下させて前記パッケージを前記ボンディング処理位置からボンディング準備位置に戻す昇降手段とを備えるのもよい。
【発明の効果】
【００１４】
このようにプリヒートステージの高さをアイランドステージよりも低くしたヒータプレート及びパッケージ加熱装置により、ヒータプレートとパッケージを接触させることなく、パッケージの予備的な加熱を行うことができるため、温度上昇を従来よりも緩やかにしてクラックの発生を防止することができる。これによると、単一のヒータ及びヒータプレートを使用するためコスト面で有利であり、タクトタイムやヒータの温度設定の変更を伴わないために、半導体の生産効率とワイヤボンディングの密着性を低下させることもない。
【００１５】
また、プリヒートステージが複数個設けて、上流側ほど高さを低くすることで、温度上昇をいっそう緩やかにすることが可能となる。さらに、アイランドステージの上面にパッケージを固定する吸着孔を形成することで、確実にワイヤボンディングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のヒータプレート１は、図１のように、本体となる共通のヒータベース２に一体に形成した第一及び第二プリヒートステージ３、４の高さを、アイランドステージ５よりも低くしてある点を除けば、前述した従来のヒータプレート２１と変わりはない。なお、アイランドステージ５の高さは従来のヒータプレート２１のアイランドステージ２５と同一である。
【００１７】
このヒータプレート１は、図２のように、キャリアによりパッケージを間欠搬送する搬送手段を備えるパッケージ加熱装置７に用いられる。チップ部品である半導体素子２８の搭載処理が完了したパッケージ１２は、キャリア８に搭載された状態で、図示しない搬送機構により一定のタクトタイムの経過ごとに順次に水平な搬送経路にしたがって図中の左から右方向へと間欠搬送される。キャリア８は、金属性の薄板にパッケージ１２の形状に合わせた略矩形状の開口を所定の間隔をおいて設けたものであり、図３のように搬送方向に直交する幅方向でパッケージ１２の両端部を支持している。また、搬送機構のタクトタイムは、少なくともワイヤボンディングに必要な時間を設定する必要がある。本実施形態では、タクトタイムを１５秒程度とするが、これに限定されるものではなく、要求される生産効率を維持する範囲内で適宜変更可能である。
【００１８】
ヒータプレート１は、ヒータ１３に取り付けられた状態でキャリア８の下方に設けられている。ヒータ１３は、ヒータプレート１を加熱して設定された温度に維持する。本実施形態では、設定温度を２００℃程度とするが、これに限定されるものではなく、要求されるワイヤボンディングの密着性を維持する範囲内で適宜変更可能である。
【００１９】
ヒータプレート１及びヒータ１３は、昇降機構１０に取り付けられており、キャリア８が所定の位置で停止するたび、パッケージ１２の底面に向かって一定ストロークだけ上昇する。この時、アイランドステージ５は、ボンディング処理位置の直下に位置するボンディング準備位置で停止しているパッケージ１２の底面を、上面で支持したままボンディング処理位置まで押し上げる。同時に、第一及び第二プリヒートステージ３、４は、ボンディング準備位置の上流側で停止しているパッケージ１２の底面と各々の上面との間に隙間が形成された状態で、それぞれパッケージ１２を加熱する。この隙間は、前述したように第一及び第二プリヒートステージ３、４の高さがアイランドステージ５よりも低いために形成されるものである。ワイヤボンディング処理が完了後、昇降機構１０は、ヒータプレート１を降下させ、ボンディング処理位置にあるパッケージ１２をボンディング処理位置に戻す。
【００２０】
ボンディング処理位置の上方には、ワイヤボンディング装置２０のキャピラリ９が配置されている。キャピラリ９は、ワイヤボンディング装置２０に組み込まれたプログラムにより、ボンディングパッド３０と内部リード３２の配置に従って移動しつつ、先端の穴から金線３１を吐出してボンディングパッド３０と内部リード３２とを接続していく。
【００２１】
アイランドステージ５の上面には、従来のように複数の吸着孔６が設けられている。この吸着孔６は、装置内に設けた吸気機構１１と接続されており、ワイヤボンディング処理中にパッケージ１２の底面を吸着することで、アイランドステージ５の上面の所定位置にパッケージ１２を固定することができる。したがって、ワイヤボンディング処理を確実に行うことができる。
【００２２】
次に本発明の作用について説明する。所定の前工程を経て半導体素子２８が組み込まれたパッケージ１２は、パッケージ加熱装置７のキャリア８に搭載される。そして、パッケージ１２は間欠搬送されつつ、最初に第一プリヒートステージ３の上方で停止して加熱される。ここで、昇降機構１０がヒータプレート１を上昇させることで、第一プリヒートステージ３の上面とパッケージ１２の底面との間には一定の隙間が形成される。第一プリヒートステージ３はこの隙間を介してパッケージ１２を加熱する。次にパッケージ１２は、第二プリヒートステージ４の上方で停止して、第二プリヒートステージ４により同様に加熱される。このように、パッケージ１２は、第一及び第二プリヒートステージ３、４との隙間を介して間接的に加熱されるので、図４のように、パッケージ１２を従来よりも緩やかに温度上昇することができる。
【００２３】
次にパッケージ１２は、アイランドステージ５の上方のボンディング準備位置に停止し、昇降機構１０がヒータプレート１を上昇させることにより、パッケージ１２はアイランドステージ５に支持された状態でボンディング処理位置まで押し上げられる。そして、吸気機構１１の作用によりパッケージ１２はアイランドステージ５の上面の所定位置に固定される。こうしてパッケージ１２は、アイランドステージ５と接触することで直接加熱されて設定温度を維持された状態で、キャピラリ９によってワイヤボンディング処理が確実に施される。その後、パッケージ１２は、モールド樹脂あるいはカバープレートなどで半導体素子を密封する処理などの後工程を経て、半導体として完成される。
【００２４】
このようなヒータプレート１及びパッケージ加熱装置７を用いてワイヤボンディング処理を行うことで、単一のヒータプレート１のためにコスト面で有利であるばかりでなく、半導体の生産効率とワイヤボンディングの密着性を低下させずに、パッケージ１２を所定温度まで緩やかに温度上昇させて半導体の歩留まりを向上することができる。実際に行った実験では、第一プリヒートステージ３とパッケージ１２の間隔を０．１５〜０．２ｍｍ、また、第二プリヒートステージ４とパッケージ１２の間隔を０．０５〜０．１５ｍｍとしたところ、従来のタクトタイム１５秒とヒータの温度２００℃の設定を変更することなく、５０００個の半導体をクラックの発生なしでワイヤボンディング処理できたことを確認している。
【００２５】
なお、本実施形態において、ヒータプレート１にはプリヒートステージを２箇所設けたが、これに限られるものではなく、ワイヤボンディング装置の設計に合わせて任意の個数にすることができる。また、前述した実験のごとく、図５のようなヒータプレート１７を用いることもできる。このヒータプレート１７は、ヒータベース１８とアイランドステージ１６は本実施形態と同一であるが、第一及び第二プリヒートステージ１４、１５の上面の高さが異なっている点において相異しており、上流側ほど低くなるように第一プリヒートステージ１４の高さが第二プリヒートステージ１５よりも低くしてある。これにより、温度上昇をいっそう緩やかにすることができる。さらに、本実施形態においてアイランドステージ５の高さを、従来のヒータプレート１１のアイランドステージ２５と同一としたが、昇降機構１０のストロークに応じて適宜決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のヒータプレートを示す斜視図と側面図である。
【図２】パッケージ加熱装置の概略図である。
【図３】パッケージ加熱装置の搬送方向と直交する方向におけるパッケージとキャリアの正面図である。
【図４】パッケージの時間に対する温度上昇を示す。
【図５】他の実施例のヒータプレートを示す斜視図と側面図である。
【図６】従来のヒータプレートを示す斜視図と側面図である。
【図７】クラックの入った半導体を示す上面図と側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１７，２１  ヒータプレート
２，１８，２２  ヒータベース
３，１４，２３  第一プリヒートステージ
４，１５，２４  第二プリヒートステージ
５，１６，２５  アイランドステージ
６，２６  吸着孔
７  パッケージ加熱装置
８  キャリア
９  キャピラリ
１０  昇降機構
１１  吸気機構
１２  パッケージ
１３  ヒータ
２０  ワイヤボンディング装置
２７  半導体
２８  半導体素子
２９  セラミックフレーム
３０  ボンディングパッド
３１  金線
３２  内部リード
３４  クラック
３５  セラミックベース
３６  低融点ガラス層
【図１】
2008227032.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008227032.tif 000007
【図６】
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【図７】
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