(57)【要約】【課題】従来のヒータプレートはスペース的に問題があり、極小のチップサイズの時は、ヒータ・サーモカップルなど埋め込むことが出来ない。また、交換ブロック全てにヒータ・サーモカップルを付けなければならない為にコストが掛かっていた。【解決手段】従来のヒータプレート材料ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）に低熱伝導率材料ジルコニアセラミック（ＺｒＯ２）を埋め込む事と、従来のアイランド真空吸着用の空気の流れを利用してヒータプレート内部に真空用空洞を設けて埋め込み材料であるジルコニアセラミック全体を冷やす事により、ヒータプレート中央部と周囲の温度差を広げる事を可能にして、各部ワイヤ接合性を上げる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の超音波熱圧着ボンディングを行うため、リードフレームにヒータから熱を伝えるためのヒータプレートを有する半導体製造装置であって、このヒータプレートに低熱伝導率材料を埋め込んだことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記低熱伝導率材料がジルコニアセラミックであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記ヒータプレート材料が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至２に記載のいずれかの半導体製造装置。
【請求項４】
前記低熱伝導率材料の形状が、円筒形状であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のいずれかの半導体製造装置。
【請求項５】
前記低熱伝導材料がチップサイズに対応してサイズを換えられる構造であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のいずれかの半導体製造装置。
【請求項６】
埋め込み形状が、アイランド形状あるいはチップ形状にに略相似形であることを特徴とする請求項１乃至５に記載のいずれかの半導体製造装置。
【請求項７】
空気の流れを利用して前記ヒータプレート内部にアイランド真空吸着用の空洞を設けて埋め込み材料である前記低熱伝導材料の全体を冷却する事を特徴とする請求項１乃至６に記載のいずれかの半導体製造装置。
【請求項８】
熱源のヒータブロックを固定して、ヒータプレートをヒータブロックの上に固定し、製品をヒータプレート上でボンディングする時に、品種の交換作業はヒータプレートのみを交換することを特徴とする請求項１乃至７に記載のいずれかの半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置に関し、特にリードフレーム側とチップ側とで温度差を設けられる構造としたボンディング用の半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体製造装置は、ボンディング時にリードフレーム及び半導体チップにヒータプレートから熱を伝えることを目的として用いられる。ヒータプレートというのは、超音波熱圧着ボンディングを行うため、リードフレームにヒータからの熱を伝える物であり、半導体デバイスの品種変更に伴って交換を行う部品である。この従来のヒータプレートは、以下のような問題があった、
▲１▼現状温度２００℃での１ｓｔボンディングにおける問題点は、ボンディング条件や銀ペースト再軟化時発生するボンディングのバラツキ、更にチップのパット構造、条件等によっては、ボンディング時にパットがダメージを受け、ついにはパット下にクラックを生じ、電気的リークが発生し、不良素子となることがある。
▲２▼現状温度２００℃での２ｎｄボンディングにおける問題点は、超多ピン等の先端形状の微細なリードフレームにおいては、接合強度を得る為に、超音波・ボンディング荷重等を上げると、安定した熱伝達が行えず、突発的な剥がれ、金線へのダメージ等を与えることがある。
▲３▼従来の装置では、チップ側（１ｓｔボンディング）とインナーリード側（２ｎｄボンディング）を同一温度にしか保持できず、個別に温度設定することができなかった。
【０００３】
本発明では、上記の問題点を除去し、チップのパットへのボンディング時のダメージを軽減し、インナリードへのボンディングの接合性を向上させる為に、１ｓｔ・２ｎｄのボンディング時の保持温度を、ひとつの制御で、温度差を出せるヒートプレートを提供する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−４５４０８号公報（第３−４頁、図１，２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例である特開平６−４５４０８号公報の概略を図７，８を用いて構造を簡単に説明する。インナリード用とダイパット用とヒータブロックを分割し、ブロックごとに温度制御をすることができる。この構造だと特に図８のダイパット側をみると、スペース的に問題があり、極小のチップサイズの時は、ヒータ・サーモカップルなど埋め込むことが出来ない。又チップサイズ交換時、ヒータブロック上でボンディングしている為、熱が冷めるのを待って、又ヒータ・サーモカップルを外し交換等しなければならない為、交換時間が掛かる。ヒータブロックにヒータ・サーモカップルが付いたまま交換するとなると、交換ブロック全てにヒータ・サーモカップルを付けなければならない為にコストが掛かる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ヒータプレート材料ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）に低熱伝導率材料ジルコニアセラミック（ＺｒＯ２）を埋め込む事と、従来のアイランド真空吸着用の空気の流れを利用してヒータプレート内部に真空用空洞を設けて埋め込み材料であるジルコニアセラミック全体を冷やす事により、ヒータプレート中央部と周囲の温度差を広げる事を可能にして、各部ワイヤ接合性を上げることに有る。
【０００７】
また、熱源のヒータブロックは現状のままで、ヒータプレートをヒータブロックの上に固定し、製品をヒータプレート上でボンディングする場合、交換作業はヒータプレートのみ交換ですむため、短時間でできる。また埋め込み材料のサイズを換えられるので、微細なチップでも対応できる様にすることに有る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置は、半導体装置の超音波熱圧着ボンディングを行うため、リードフレームにヒータから熱を伝えるためのヒータプレートを有する半導体製造装置であって、このヒータプレートに低熱伝導率材料を埋め込んだことを特徴とする。
また、前記低熱伝導率材料がジルコニアセラミックであることを特徴とする。
また、前記ヒータプレート材料が、ステンレス鋼であることを特徴とする。
また、前記低熱伝導率材料の形状が、円筒形状であることを特徴とする。
また、前記低熱伝導材料はチップサイズに対応してサイズを換えられる構造とすることを特徴とする。
また、埋め込み形状が、アイランド形状あるいはチップ形状に略相似形とすることを特徴とする。
また、空気の流れを利用して前記ヒータプレート内部にアイランド真空吸着用の空洞を設けて埋め込み材料である前記低熱伝導材料の全体を冷却する事を特徴とする。
また、熱源のヒータブロックを固定して、ヒータプレートをヒータブロックの上に固定し、製品をヒータプレート上でボンディングする時に、品種の交換作業はヒータプレートのみを交換することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を用いて本発明の実施形態のヒータプレート説明する。図１は、従来のヒータプレート１（材質ステンレス鋼ＳＵＳ３０４）の構造を示している。リードフレーム（Ｌ／Ｆ）のアイランド部を真空引き用配管３から真空に引かれた吸着穴２にて固定させている。図２は、従来のヒータプレートのセンタ即ち、アイランド真空吸着部に埋め込む低熱伝導率材料ジルコニアセラミック４（ＺｒＯ２）である。図３は、図１のヒータプレート１に図２の円筒形のジルコニアセラミック４（ＺｒＯ２）を埋め込んだ後の正面・側面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’の断面図である。
【００１０】
ジルコニアセラミックの特徴は、機械的強度があり、熱膨張率が金属に近く接合に適している。またセラミックの中で最も熱伝導率が低い（０．００４ｃａｌ／ｃｍ秒℃）、ＳＵＳの１／１０である。（ＳＵＳ３０４、０．０４ｃａｌ／ｃｍ秒℃）ジルコニアセラミックの円筒形状は、埋め込む際母体のＳＵＳ材との隙間をなくす為また埋め込み作業上、円筒形状が最適である。
【００１１】
図４に示すの真空空洞部５は埋め込んだ材料全体の熱を逃がす為の構造である。この効果を示す実験結果を次に示す。
▲１▼真空吸着なし    通常使用の熱源２００℃設定で真空吸着無しの時の各部の温度埋め込み材料部（ＺｒＯ２）１８０℃    母材（ＳＵＳ）２００℃  （２０℃差有り）
▲２▼真空吸着あり    通常使用の熱源２００℃設定で真空吸着有りの時の各部の温度埋め込み材料部（ＺｒＯ２）１３０℃    母材（ＳＵＳ）２００℃  （７０℃差有り）
で、真空吸着ありの方が埋め込み材料部の温度を５０℃程度低くできる。
【００１２】
ここで、図５，図６，図７を使って装置リードフレーム送りからワイヤボンディング完了までを説明する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はボンディング開始準備（リードフレーム搬送からリードフレームクランプ）までの工程断面図である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），図７（ｅ），（ｆ）は超音波熱圧着方式のボンディングの工程断面図である。
【００１３】
図５（ａ）は、装置搬送にて押さえ６とヒータプレート間に各チップ７を移動させる。図５（ｂ）は、各チップがきたら押さえ・ヒータプレートがカム・モータ駆動にてリードフレーム８をクランプする。図５（ｃ）は、各チップ押さえクランプ後、真空によってリードフレームのアイランド部９をヒータプレートに固定する。この時使用している真空によるアイランド吸着を利用して、埋め込み材料を冷やすことができる。
【００１４】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の動作時間は約０．５秒以内である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の動作完了後、チップ・リードフレーム位置関係認識の時間が、製品によって異なるが約３秒−１０秒かかり、その後ワイヤボンディング動作に入る。全ワイヤワイヤボンディング終了後、アイランド真空吸着が切れ、リードフレーム１７のクランプが解除された後、次のチップが供給される。
【００１５】
次に搬送・認識終了後ボンディング開始となるが、通常図６（ｂ）の金線ボールが出来ている状態から始まる。以下は図６（ａ）金線ボール形成から説明する。図６（ａ）は、スパークロッド１０（電気トーチ）と金線１１間の放電によりボンディングツール１２から出ている金線１１の先端を加熱する。つぎに、図６（ｂ）は、放電により金線先端にボール１３が形成される。図６（ｃ）、（ｄ）は、ボンディングツール１２が降下し、金線ボール１３は加熱されたチップ７の電極と接合される。つぎに、図７（ｅ）は、チップ側（１ｓｔ側）接合後、加熱されたインナーリード１４（２ｎｄ側）上に移動し降下する。この時、金線はループ１５を形成する。つぎに、図７（ｆ）は、ループ形成後、ボンディングツール上昇させ一定の高さでカットクランプ１６が閉じ、更に上昇することにより接合部に力が加わり金線が切れる。その後は、図６−１から繰返し、ボンディングを行う。図８，図９は、リードフレームを押さえ６とヒータプレート１でクランプした時の正面・側面図である。
【００１６】
また、ヒータプレートに埋め込む低熱伝導材料は種々の形状が考えられるが、アイランド形状あるいはチップ形状に相似形の形をとることも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、
▲１▼チップの電極へ通常の２００℃より低温の１７０℃以下で１ｓｔボンディングすることによりボンディング電極下の膜構造へのダメージを低減することができる。また低温にすることにより、現在使用しているチップとアイランドの接合材である銀ペーストの再軟化温度が１７０℃である為チップが動く事を防ぎ、１ｓｔボンディング時の超音波を１００％伝えることにより、ボンディングバラツキによるダメージをなくす事ができる。
▲２▼インナリード２ｎｄボンディング時通常の２００℃より高温である２００℃以上で行うことにより、インナリードと金線の接合力を向上させることができる。
▲３▼公知例の温度制御方式であると、サーモカップル・ヒータ等を埋め込むスペース（ダイパット）が制限される為、チップサイズが５ｍｍ×５ｍｍ等の小さい物が出来ない。その点本発明は、埋め込み材料のサイズは自由に設計・製作できる為、サイズの大小に関係ない。又、ひとつの制御方式（熱源２００℃制御）の本発明ヒータプレートはインナーリード２００℃、チップ側１３０℃の７０℃の差を、材料と内部構造を変えることにより実現でき、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための従来型のヒータープレート構成を示す概略図である。
【図２】本発明の低熱伝導率材料のジルコニアセラミックの形状を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態における正面・断図である。
【図４】本発明の実施形態の真空空洞部を示す断面図である。
【図５】本発明の工程図を示す工程断面図である。
【図６】本発明の工程図を示す工程断面図である。
【図７】本発明の工程図を示す工程断面図である。
【図８】本発明のリードフレーム押さえとヒータプレートでクランプしたときの正面図である。
【図９】本発明のリードフレーム押さえとヒータプレートでクランプしたときの断面図である。
【図１０】従来の実施形態における概略図である。
【図１１】従来の実施形態における断面図である。
【符号の説明】
１    ヒータプレート
２    アイランド吸着穴
３    真空引き用配管
４    ジルコニアセラミック
５    真空空洞部
６    押さえ
７    チップ
１０    スパークロッド
１１    金線
１２    ボンディングツール
１３    金線ボール
１４    インナーリード
１５    ループ
１６    カットクランプ
１７    リードフレーム
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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