(57)【要約】【課題】ヒータブロックの熱影響を極力避けて、ペレットのボンディング不良を大幅に低減し、ボンディング作業の歩留まりを向上させること。【解決手段】コレット４１に吸着保持されペレット１を、酸化防止ガス雰囲気下にありかつ加熱されたリードフレーム２に接合するもので、コレット４１と一体で上下動するコレット軸４５をその軸方向に移動可能に支持するリニアモーションベアリング４６と、このリニアモーションベアリング４６にエアーを供給する供給路４５Ａ、４５Ｃと、リニアモーションベアリング４６を通って放出されるエアーを水平方向に変える鍔４２Ｂが形成されたコレットホルダ４２を有する。【選択図】  図１
2004349589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレットに吸着保持されペレットを、酸化防止ガス雰囲気下にありかつ加熱されたリードフレームに接合するペレットボンディング装置において、
前記コレットと一体で上下動するコレット軸をその軸方向に移動可能に支持する軸受け部材と、
前記軸受け部材に冷却媒体を供給する供給路と、
前記軸受け部材を通って放出される前記冷却媒体の流れ方向を前記リードフレーム周囲の酸化防止ガス雰囲気を乱さない方向に変更する方向変更部材を有することを特徴とするペレットボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム等の基板に半導体ペレット等のペレットをボンディングするペレットボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程の１つに、半導体ペレットをリードフレームに接合する工程があり、これにはペレットボンディング装置が用いられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図２に示すペレットボンディング装置は、ウェーハホルダ１０、フィーダ２０、ボンディングヘッド３０でその主要部が構成されている。
【０００４】
ウェーハホルダ１０は、ウェーハリング１１に保持された粘着シート１２に貼られた半導体ペレット１を搭載する。この半導体ペレット１は、後述するコレット３１により、１個ずつピックアップされる。
【０００５】
フィーダ２０は、ウェーハホルダ１０の上方に配置される。このフィーダ２０は、不図示の搬送手段により、リードフレーム２を間欠的に所定量ずつ搬送するもので、搬送経路の途中に設けられたボンディング位置には、ヒータブロック２１が配設される。このヒータブロック２１は、円筒状のヒータ２２を内蔵し、ボンディング位置に位置付けられた、リードフレーム上のアイランド部を加熱する。また、このフィーダ２０におけるリードフレーム２の通路２３は、ヒータブロック２１とその上方を塞ぐフタ２７とによりトンネル状の通路となっている。そして、この通路２３内には、酸化防止ガス２４としての窒素ガスや、窒素と水素との混合ガス等が、酸化防止ガス供給装置２５から管路２６を経て供給されるようになっている。なお、ボンディング位置に対応してフタ２７には、コレット３１が進入可能なボンディング窓２７Ａが形成される。
【０００６】
ボンディングヘッド３０は、半導体ペレット１を真空吸着により保持可能なコレット３１を有する。このコレット３１は、ボンディングアーム３３に固定支持されるコレット軸３２の先端に設けられていて、ボンディングアーム３３自体はスライドガイド３４に案内されて上下動できるようになっている。なおこのボンディングアーム３３の上下動は、リニアアクチェータ３５によって行なわれる。また、スライドガイド３４とリニアアクチュエータ３５は、不図示のＸＹＺ方向に移動できる移動ブロック３６に支持されている。
【０００７】
このような構成からなるペレットボンディング装置においては、次のようにして半導体ペレット１のリードフレーム２への接合が行なわれる。
【０００８】
まずリードフレーム２は、フィーダ２０によって間欠的に搬送され、ボンディング位置に達すると、ヒータブロック２１により加熱される。一方、ボンディングヘッド３０が有するコレット３１は、移動ブロック３６の移動によりピックアップ位置にある半導体ペレット１の上方に位置付けられ、そしてその位置からリニアアクチェータ３５の駆動により下動、上動して、その半導体ペレット１をピックアップする。次に、コレット３１が吸着保持した半導体ペレット１をボンディング窓２７Ａの上方に位置付けるように、ボンディングヘッド３０は、移動ブロック３６とともに移動する。その位置でコレット３１は下降し、吸着保持している半導体ペレット１をボンディング窓２７Ａを介してリードフレーム２のアイランド部に押し付ける。これにより、半導体ペレット１は、その裏面に貼られた金を介し金共晶でリードフレーム２に接合される。このとき、リードフレーム２は、周囲の酸化防止ガス２４の存在により酸化が防止される。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−６８７７２号公報（第３頁、図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、リードフレーム２に半導体ペレット１を接合するにあたっては、リードフレーム２のアイランド部を加熱するため、ボンディング位置に対応してヒータブロック２１が配置される。このヒータブロック２１により、リードフレーム２は、例えば４００℃程度にまで加熱されるのであるが、このヒータブロック２１からの輻射熱、さらにはフタ２７に形成されたボンディング窓２７Ａより噴出される高温ガスによって、ボンディング位置上方に位置付けられたコレット３１やボンディングアーム３３なども繰り返し加熱されることになる。特に、スライドガイド３４においては、熱変形によってこのスライドガイド３４に案内されて上下動するボンディングアーム３３の動きが鈍くならないように、半導体ペレット１をリードフレーム２に接合する時のスライドガイド３４の位置を、図２に示されるように、ヒータブロック２１の上方で、かつボンディング位置より後方（図２で右方）のなるべくヒータブロック２１より離れた位置に設定するような寸法構成としている。
【００１１】
ところが、熱影響を少なくするために、コレット３１とスライドガイド３４との間隔を大きくとった構成では、スライドガイド３４とボンディングアーム３３との間に存在するガタがたとえ少なくても、スライドガイド３４からの離間距離に比例して拡大され、コレット先端においては大きなものとなる。このため、コレット３１による半導体ペレット１のピックアップ時、またはボンディング時、半導体ペレット１にコレット３１先端の吸着面が片当たりする場合があり、半導体ペレット１が欠けたり、割れたりするという問題があった。また、破損せずに半導体ペレット１をピックアップし、ボンディングできたとしても、コレット３１の停止位置がふらつくため、ボンディング精度の低下につながるという欠点も有していた。
【００１２】
そこで、この問題点を解消する手段として、スライドガイド３４とコレット１との離間距離を近づけ、しかもスライドガイド３４内にエアーをブローして冷却することが考えられる。
【００１３】
しかしながら、半導体ペレット１を吸着保持したコレット３１が、フタ２７に形成されたボンディング窓２７Ａを通ってトンネル状とされる通路２３に進入したとき、スライドガイド３４を通ってその下方より噴出したエアーが通路２３中の酸化防止ガス２４を掻き乱し、そのエアーブローによってリードフレーム２が酸化されてボンディング不良を発生させるという問題が新たに生じた。
【００１４】
本発明は、ヒータブロックの熱影響を極力避けて、ペレットのボンディング不良を大幅に低減し、ボンディング作業の歩留まりを向上させることができるペレットボンディング装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コレットに吸着保持されペレットを、酸化防止ガス雰囲気下にありかつ加熱されたリードフレームに接合するペレットボンディング装置において、前記コレットと一体で上下動するコレット軸をその軸方向に移動可能に支持する軸受け部材と、前記軸受け部材に冷却媒体を供給する供給路と、前記軸受け部材を通って放出される前記冷却媒体の流れ方向を前記リードフレーム周囲の酸化防止ガス雰囲気を乱さない方向に変更する方向変更部材を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、図２にて説明したものと同一部材には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１７】
図１は、本発明を適用してなるペレットボンディング装置の概略構成図である。
【００１８】
ここに示したペレットボンディング装置３は、ウェーハホルダ１０、フィーダ２０、ボンディングヘッド４０とを有して構成される。そして、ウェーハホルダ１０とフィーダ２０については、図２で説明したものと同等である。
【００１９】
ボンディングヘッド４０は、略同軸上に配置された、コレット４１、このコレット４１を保持するコレットホルダ４２、コレットホルダ４２と一体で上下動するコレット軸４５、コレット軸４５を軸受け部材としてのリニアモーションベアリング４６に沿って上下動させるリニアアクチェータ４４とを有しており、リニアモーションベアリング４６は、不図示のＸＹＺに移動可能な移動ブロックに搭載されたボンディングアーム４３に支持されている。リニアアクチェータ４４も移動ブロックに支持される。
【００２０】
コレット４１は、超硬合金または耐熱性の樹脂で製作され、その先端に吸着保持面を有する。吸着保持面には吸着孔が開口され、この吸着孔は、コレットホルダ４２に形成された真空孔４２Ａを介して適宜、不図示の真空発生装置と接続されている。
【００２１】
コレット４１、コレットホルダ４２、コレット軸４５は、いずれも金属部材から構成されるとともに、リニアアクチェータ４４によってボンディングアーム４３に対し上下動させられる。コレット軸４５には、その軸心に沿って冷媒通路４５Ａが形成されて中空状とされるとともに、コレット軸４５の上方端には冷媒通路４５Ａ内につながる接続口４５Ｂが設けられ、この接続口４５Ｂは可撓性チューブ４７を介して高圧エアー源４８に接続される。なお、可撓性チューブ４７の途中には、流量計４９、圧力計５０が介在させられていて、冷媒通路４５Ａに対し、所定の圧力、流量のエアーを所定タイミングで供給できるようになっている。
【００２２】
また、冷媒通路４５Ａの下方端は閉塞されるとともに、その閉塞端近くにはコレット軸４５の半径方向にコレット軸４５の外周面まで延びる放射溝４５Ｃが形成されている。従って、冷媒通路４５Ａに供給されたエアーは、その冷媒通路の４５Ａの下方から放射溝４５Ｃをとおり、リニアモーションベアリング４６を構成するボール等の隙間を経由して、上下方向から放出されることになる。つまり、冷媒通路４５Ａと放射溝４５Ｃは、軸受け部材であるリニアモーションベアリング４６に冷却媒体であるエアーを供給する供給路を構成している。
【００２３】
ここで、コレットホルダ４２には、リニアモーションベアリング４６を介して下方に放出されたエアーに対向するようにして、コレットホルダ４２と同心状の平面視円板形の鍔４２Ｂがその上端部に設けられる。この鍔４２Ｂにおける先の放出されたエアーに対向する上面は水平面とされる。これにより、図１に示すように、リニアモーションベアリング４６を通って下方に放出されたエアーは、鍔４２Ｂにぶつかり、その後水平方向に分散する。
【００２４】
次に、上述したペレットボンディング装置３においては、次のようにして半導体ペレット１のリードフレーム２への接合が行なわれる。
【００２５】
まずリードフレーム２は、フィーダ２０によって間欠的に搬送され、アイランド部の１つがボンディング位置に達すると、ヒータブロック２１により加熱される。この加熱されるリードフレーム２は、その周囲が酸化防止ガス供給装置２５から供給される酸化防止ガス２４の存在下により酸化が防止される。
【００２６】
一方、動作開始にあたり、ボンディングヘッド４０においては、所定圧、所定流量の高圧エアーがその高圧エアー源４８よりコレット軸４５が有する冷媒通路４５Ａに供給される。冷媒通路４５Ａに供給された高圧エアーは、リニアモーションベアリング４６を通って上下方向から放出されるが、下方より放出したエアーは、コレットホルダ４２に設けた鍔４０Ｂの上面にあたり、その後、水平方向に分散する。
【００２７】
次にこの状態で、コレット４１は、移動ブロックの移動に伴なうボンディングアーム４３の移動により、ピックアップ位置にある半導体ペレット１の上方に位置付けられ、そしてその位置からリニアアクチェータ４４の駆動により、下動、上動して、その半導体ペレット１を吸着保持面に吸着保持し、ピックアップする。
【００２８】
次に、コレット４１が吸着保持した半導体ペレット１をボンディング窓２７Ａの上方に位置付けるように、ボンディングヘッド４３は移動ブロックとともに移動する。その位置で、コレット４１は下降し、吸着保持している半導体ペレット１をフタ２７に形成されたボンディング窓２７Ａを介してリードフレーム２のアイランド部に押し付ける。この押し付け動作はリニアアクチェータ４４の駆動により、また押し付け力は、リニアアクチェータ４４に印加される電力の調整により設定される。これにより、半導体ペレット１は、その裏面に貼られた金を介し金共晶でリードフレーム２のアイランド部に接合（ボンディング）される。
【００２９】
ボンディング後は、コレット４１への吸着力を遮断し、保持していた半導体ペレット１を開放する。なお、この開放時、コレット４１の真空穴４２Ａに圧縮空気を送り込むようにして、半導体ペレット１離れを促進するようにしても良い。
【００３０】
このようにして１回のボンディング動作が終了すると、コレット４１は、再度ピックアップ位置に位置付けられる。ピックアップ位置には、ウエハホルダ１０の移動によって既に次の半導体ペレット１が位置付けられていて、この半導体ペレットに対して上述と同様な動作が行なわれ、以後、リードフレームにおける接合部数の分だけ繰り返されることになる。
【００３１】
この実施の形態においては、次のような作用効果を有する。
【００３２】
半導体ペレット１を吸着保持したコレット４１をリードフレーム２に接合するとき、リニアモーションベアリング４６は、エアーブローにて冷却される。このとき、リニアモーションベアリング４６を通って下方に放出されたエアーは、鍔４０Ｂにぶつかり、その後水平方向に分散するので、通路２３中の酸化防止ガス２４を掻き乱して、そのエアーブローによってリードフレーム２が酸化されてしまうということが防止される。つまり、接合動作に伴なうリードフレーム２の酸化を防ぐことができ、半導体ペレット１をリードフレーム２に確実に接合し、良好なボンダビリティーを確保することができる。
【００３３】
また、リニアモーションベアリング４６は、コレット軸４５の冷媒通路４５Ａを流れるエアーにより空冷されるため、ヒータブロック２１、あるいはフタ２７に形成されたボンディング窓２７Ａから噴出される高温ガスによる温度上昇を抑えることができる。従って、コレット４１の上下動を案内保持するリニアモーションベアリング４６をコレットとを近づけて配置（実施の形態では略同軸上）しても良好な動作特性を確保できるので、従来技術のようなスライド部とスライドガイド部との間のガタに起因するコレット先端の吸着面の片当り現象を防止することができ、よって、半導体ペレット１が欠けたり、割れたりといったボンディング不良を防止できて歩留まり向上が図れ、またボンディング精度の向上を図ることも可能となる。また、リニアモーションベアリング４６に関しても、潤滑油の揮発が防止されて対摩耗性が良好となり、寿命を長くすることができる。
【００３４】
また、コレットホルダ４２に設けた鍔４２Ｂは、冷却フィンとしての作用もし、さらにはヒータブロック２１からの輻射熱を遮断する作用もなす。従って、このような理由からも、ヒータブロック２１によって加熱されるリニアモーションベアリング４６の温度上昇は抑えられ、この理由からも、コレット４１の上下動を案内保持するリニアモーションベアリング４６をコレットとを近づけて配置しても良好な動作特性を確保できるので、従来技術のようなスライド部とスライドガイド部との間のガタに起因するコレット先端の吸着面の片当り現象を防止することができ、よって、半導体ペレット１が欠けたり、割れたりといったボンディング不良を防止できて歩留まり向上が図れ、またボンディング精度の向上を図ることが可能となる。リニアモーションベアリング４６の長寿命化の点も、上述した理由により達成できる。
【００３５】
また、コレットホルダ４２の鍔４２Ｂは、フタ２７に形成されたボンディング窓２７Ａから噴出される高温ガスの上昇流を遮る効果もあるため、リニアモーションベアリング４６内へのゴミ等の混入を防止することができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、鍔４２Ｂをコレットホルダ４２に設けたが、両者は別体であっても良い。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、コレットホルダ４２に形成した方向変更部材としての鍔４２Ｂの上面を水平面とし、リニアモーションベアリング４６を通って下方に放出されたエアーがこの鍔４２Ｂにぶつかり、その後水平方向に分散されるものを説明した。しかしながら、要は、リニアモーションベアリング４６を通って下方に放出されたエアーの流れをリードフレーム周囲の酸化防止ガス雰囲気を乱さない方向に変えれば良いので、たとえば鍔上面をおわん状とし、鍔にぶつかった後のエアー流れ方向が上方向となるようにしても良いし、鍔にぶつかった後のエアー流れ方向が下方向であっても、フタに形成されたボンディング窓の最大計よりも外領域、換言すると、フタにおけるボンディング窓の形成されていない部分に向かって流れるようにしても良い。
【００３８】
また、上述した実施の形態では、コレット軸４５の冷媒通路４５Ａに常時エアーが流れるようにしたが、高圧エアー源４８との配管経路に例えば電磁弁を介在させ、コレット４１がボンディング位置上方に位置付けられたときだけにエアーを流すようにするとか、その流すタイミングを適宜設定するものであっても構わない。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、本発明を金共晶によるペレットボンディング装置に適用した例を説明したが、はんだ接合、熱圧着接合等の熱を用いた他の接合手段を用いたペレットボンディング装置に適用しても良い。
【００４０】
また、上述した実施の形態では、冷却媒体としてエアーを用いた例であったが、これに限られず、窒素ガスや、窒素と水素との混合ガス等でもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わるペレットボンディング装置によれば、ヒータブロックの熱影響を極力避けることができるので、ペレットのボンディング不良を大幅に低減し、ボンディング作業の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応してなるペレットボンディング装置の概略構成図。
【図２】従来のペレットボンディング装置の概略構成図。
【符号の説明】
１      ペレット
２      リードフレーム
３      ペレットボンディング装置
１０    ウェーハホルダ
１１    ウェーハリング
１２    粘着シート
２０    フィーダ
２１    ヒータブロック
２２    ヒータ
２３    通路
２４    酸化防止ガス
２５    酸化防止ガス供給装置
２６    管路
２７    フタ
２７Ａ  ボンディング窓
３０    ボンディングヘッド
３１    コレット
３２    コレット軸
３３    ボンディングアーム
３４    スライドガイド
３５    リニアアクチェータ
３６    移動ブロック
４０    ボンディングヘッド
４１    コレット
４２    コレットホルダ
４２Ａ  真空孔
４２Ｂ  鍔
４３    ボンディングアーム
４４    リニアアクチェータ
４５    コレット軸
４５Ａ  冷媒通路
４５Ｂ  接続口
４５Ｃ  放射溝
４６    リニアモーションベアリング
４７    可撓性チューブ
４８    高圧エアー源
４９    流量計
５０    圧力計
【図１】
2004349589.tif 000003
【図２】
2004349589.tif 000004