(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の各工程からなることを特徴とする回路基板実装体の実装方法。
（イ）表面に表面配線を有する回路基板を用意する工程
（ロ）ボンディングパッドを有する半導体チップを前記回路基板の表面に搭載する工程
（ハ）一方の主面の対向する２辺間の凹部に、該凹部の深さと同一の厚さの弾性シートを有する支持板に対して、前記凹部を挟んで前記対向する２辺側に対をなして設けられた前記支持板の突出部のそれぞれと押さえ治具の爪部の間隔を、前記回路基板の厚みより大きくなるように、前記対向する２辺側において、一対の前記爪部をそれぞれ相対的に上方に位置させる工程
（ニ）前記回路基板を前記支持板の一方の主面に載置する工程
（ホ）一対の前記爪部をそれぞれ下方に移動させ、それぞれの前記爪部と前記支持板の突出部との間で、前記回路基板の前記対向する２辺側の周辺部を挟持し、前記回路基板の下面を前記弾性シートの上面と前記突出部の上面とに、それぞれ接する工程
（ヘ）前記ボンディングパッドと前記表面配線との間をワイヤで結線する工程
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の組立技術に係り、特にワイヤボンディングを用いた回路基板実装体の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドＩＣ等の回路基板実装体では、回路基板上に形成された表面配線等と回路基板上に搭載された半導体チップの電極の間を電気的に接続するため、両者の間にワイヤ（金属細線）を接続する。
【０００３】
このワイヤの接続はワイヤボンディング技術を使用してなされるが、その際、ワイヤボンダのキャピラリやウェッジツールによる押圧力或いは超音波振動がワイヤに対して良好に伝達されるように回路基板を固定する必要がある。
【０００４】
従来は、図６に示すように、金属製の支持板１２の上に回路基板１１を配置し、押さえ治具の爪部１４ａ、１４ｂによって回路基板１１を支持板１２に押さえつけて固定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、支持板と回路基板の間に異物が存在した場合、上述のように治具によって回路基板を支持板に押さえつけると、回路基板にクラックが生じることがある。
【０００６】
上記問題を鑑み、本発明は、回路基板にクラック等の生じないワイヤボンディングを長期間にわたって良好に行える回路基板実装体の実装方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、（イ）一方の主面の中央部に凹部を有する支持板、（ロ）支持板の凹部に載置された弾性シート、（ハ）支持板の突出部以下の幅で、支持板の一方の主面に載置される回路基板の周辺部を支持板の突出部を用いて挟むための押さえ治具とから少なくともなるワイヤボンダ用のボンディングステージであることを要旨とする。「押さえ治具」とは、回路基板を支持板上に固定するため、回路基板の周辺部を、支持板側をその対向する作用面として用いて挟むために用いる治具である。
【０００８】
第１の特徴に係るボンディングステージの押さえ治具は、本体部と本体部から支持板、或いは回路基板の中央方向に延びる爪部を有する。この爪部は、支持板の突出部の幅以下の長さで、支持板の端面から垂直方向に延び、回路基板の周辺部を押圧する。本体部は、支持板と相対的に上下運動が可能であり、回路基板の厚さに合わせ、爪部の高さ調節を行う。爪部は支持板の突出部と対向する位置にあり、回路基板を挟持したとき、回路基板の上面と接触する。爪部の長さを、支持板の突出部の幅以下の長さに選定することで、爪部が回路基板を挟んだ場合、爪部が弾性シートを押圧することがない構成となっている。
【０００９】
第１の特徴に係るボンディングステージを用いてワイヤボンディングを行うと、回路基板と支持板の間に異物が存在しても、弾性シートに異物がもぐり込むので、良好なワイヤボンディングが可能となる。更に、押さえ治具の爪部は支持板の突出部を一方の作用面として、回路基板を挟み、弾性シートに挟持圧力が印加されない。このため、長時間使用により、弾性シートの摩耗が発生しない。よって、第１の特徴に係るボンディングステージは、長時間使用しても回路基板にクラック等が発生せず、良好なワイヤボンディングが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、第１の特徴に係るボンディングステージを有するワイヤボンダであることを要旨とする。即ち、第１の特徴で述べた（イ）支持板、（ロ）弾性シート、（ハ）押さえ治具の他に、更に（ニ）回路基板の表面に対してワイヤを供給し、このワイヤを回路基板の表面配線に対して押圧するボンディングツール、及び（ホ）このボンディングツールを駆動するボンディングヘッド等を具備するワイヤボンダである。「ボンディングツール」は、例えば、ボンディングアームと、このボンディングアームの先端に装着されたワイヤキャピラリやウェッジツール等から構成される。ボンディングツールは、ボンディングヘッドに支持され、例えば揺動モータによる揺動駆動等の駆動・制御がなされる。更にこのボンディングヘッドは、例えば、Ｘテーブル駆動モータにより駆動されるＸテーブル上に配置され、又、ＸテーブルはＹテーブル駆動モータにより駆動されるＹテーブル上に配置される。ボンディングアーム揺動モータ、Ｘテーブル駆動モータ及びＹテーブル駆動モータは、制御装置により制御される。
【００１１】
第２の特徴に係るワイヤボンダを用いてワイヤボンディングを行うと、回路基板と支持板の間に異物が存在しても、ボンディングステージの弾性シートに異物がもぐり込むので、良好なワイヤボンディングが可能となる。更に、ボンディングステージの押さえ治具の爪部は支持板の突出部を一方の作用面として、回路基板を挟み、弾性シートに挟持圧力が印加されない。このため、ワイヤボンダの長時間使用により、弾性シートの摩耗が発生しない。よって、第２の特徴に係るワイヤボンダは、長時間使用してもボンディング対象である回路基板にクラック等が発生せず、良好なワイヤボンディングが実施出来る。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、（イ）表面に表面配線を有する回路基板を用意する工程、（ロ）ボンディングパッドを有する半導体チップを回路基板の表面に搭載する工程、（ハ）一方の主面の凹部に弾性シートを有する支持板の突出部と押さえ治具の爪部の間隔を、回路基板の厚みより大きくなるように、爪部を支持板に対して相対的に上方に位置させる工程、（ニ）回路基板を支持板の一方の主面に載置する工程、（ホ）爪部を下方に移動させ、爪部と支持板の突出部との間で回路基板の周辺部を挟持する工程、（ヘ）ボンディングパッドと表面配線との間をワイヤで結線する工程とから少なくともなる回路基板実装体の実装方法であることを要旨とする。
【００１３】
ワイヤボンディングを行うためには、ワイヤボンダのキャピラリやウェッジツールによる押圧力或いは超音波振動がワイヤに対して良好に伝達されるように回路基板を固定する必要がある。このため、回路基板を支持板上に押さえ治具を用いて固定するが、支持板上に載置した回路基板の下面に異物等が存在すると、回路基板のクラックの原因となる。又、弾性シートが支持板と同一面積であると、押さえ治具の爪部が回路基板と共に弾性シートを挟持することになり、弾性シートの摩耗、それによる回路基板の歪曲、それによるクラックの発生を招くことになる。本発明では、支持板の中央部に凹部を設け、その凹部に弾性シートを載置している。押さえ治具の爪部の本体部からの突出幅は支持板の突出部以下の幅としているので、爪部が弾性シートを押すことはない。これにより、回路基板のクラック等を防止する回路基板の製造方法を提供している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（予備的検討）
図６に示した従来技術の問題点を考慮し、本発明者は図６の支持板１２の上に回路基板１１と同一形状の弾性シート１３を搭載したボンディングステージを検討した。図７がそのボンディングステージの断面図であり、支持板１２、弾性シート１３、押さえ治具２ａ、２ｂからなる。この場合、回路基板１１と支持板１２の間に異物が存在しても、弾性シート１３にもぐり込み、基板にクラック等が発生することがない。しかし、このボンディングステージを使用し続けると、押さえ治具２ａ、２ｂの爪部１４ａ、１４ｂと支持板１２に挟まれた部分の弾性シート１３が摩耗し、薄くなる。この状態のボンディングステージを使用し続けると、図８に示すように、ワイヤボンディング時に回路基板１１が浮き上がり、回路基板１１にクラック等を発生させる原因となることが判明した。
【００１５】
この予備的検討の結果を踏まえ、更なる検討と実験を重ねることにより、本発明に想到した。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
（ワイヤボンダ及びそのボンディングステージ）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るワイヤボンダに用いるボンディングステージの模式的断面図である。このワイヤボンダは、半導体チップ１６１，１６２上のボンディングパッドと回路基板１１上の表面配線等との間を金（Ａｕ）線、アルミニウム（Ａｌ）線等のワイヤ（金属細線）で接続するワイヤボンディングを実施する。図１（ａ）に示すボンディングステージは、このワイヤボンディング時に、回路基板１１をその上部に固定するステージである。ここでいう表面配線とは、回路基板１１上に形成された厚膜配線や薄膜配線等の金属膜からなる配線パターンであり、パッケージの外部引き出し端子などを含んでも良い。ボンディングステージは、支持板１２、弾性シート１３、押さえ治具２ａ、２ｂから構成される。支持板２は、一方の主面の中央部に凹部を有する。弾性シート１３は、支持板１２の凹部に載置されている。押さえ治具２ａ、２ｂは、支持板２の突出部１２１の幅Ｗ（図１（ｂ）参照）以下の幅で、回路基板１１の周辺部を支持板２の突出部１２１を、その対向する作用面として用いて挟む。
【００１７】
図示を省略しているが、本発明の実施の形態に係るワイヤボンダは、更にボンディングツール、及びこのボンディングツールを駆動するボンディングヘッド等を具備する。ボンディングツールは、回路基板１１の表面に対してワイヤを供給し、このワイヤを回路基板１１の表面配線、及び半導体チップ１６１，１６２上のボンディングパッドに対して押圧するツールである。ボンディングツールは、例えば、ボンディングアームと、このボンディングアームの先端に装着されたワイヤキャピラリやウェッジツール等から構成される。ワイヤキャピラリを介して、回路基板１１の表面配線、及び半導体チップ１６１，１６２上のボンディングパッドに対してワイヤが供給される。ボンディングツールは、図示を省略したボンディングヘッドに支持され、例えば揺動モータによる揺動駆動等の駆動・制御がなされる。更にこのボンディングヘッドは、例えば、Ｘテーブル駆動モータにより駆動されるＸテーブル上に配置され、又、ＸテーブルはＹテーブル駆動モータにより駆動されるＹテーブル上に配置される。ボンディングアーム揺動モータ、Ｘテーブル駆動モータ及びＹテーブル駆動モータは、図示を省略した制御装置により制御される。
【００１８】
ボンディングステージの支持板１２の材料としては、金属を用いることが可能である。支持板１２は、図１（ｂ）に示すように、回路基板１１の配置される一方の主面と、これに対向する他方の主面と、一方の主面と他方の主面との間を接続する４つの端面とを有している。ここで、「一方の主面」は、実質的に平板形状の支持板１２の一方の主表面（面積が最大若しくは２番目に大きな面）である。「他方の主面」は、支持板１２の「一方の主面」に対向した主表面である。即ち、いずれか一方が「表面」、他方が「裏面」と解釈出来る関係にある対向した２つの面を定義している。そして、この一方の主面の中央側に凹部１２２が形成されている。この凹部１２２には、弾性シート１３が収容される。凹部１２２を挟むようにその周辺部には、対向する２つ突出部１２１がそれぞれ設けられている。或いは、回路基板１１の外周部に環状に突出部１２１が設けられていても良い。突出部１２１の上面は平坦な面となっている。この突出部１２１は、回路基板１１を挟持する一方の作用面として機能する。そして、押さえ治具２ａ、２ｂの爪部１４ａ、１４ｂのそれぞれの下面が対向する他方の作用面として機能する。凹部１２２の側壁は図１（ｂ）に示すように垂直でなく、逆メサのテーパー形状としてアリ溝を構成しても構わない。凹部１２２の深さは、弾性シート１３の厚さと実質的に同一であるから、突出部１２１の上面と弾性シート１３の上面は実質的に同一の平面上に位置する。
【００１９】
弾性シート１３は、弾性部材、例えばシリコン樹脂などからなるシートであり、厚み方向に収縮可能であり、支持板１２の凹部にはめ込まれている。弾性シート１３の外周側には突出部１２１が形成されており、弾性シート１３は平面的に見て、突出部１２１に両端面を挟まれている。支持板１２上に回路基板１１を配置したとき、回路基板１１の下面は弾性シート１３と支持板１２の突出部１２１に接するが、弾性シート１３は回路基板１１の下面中央側の大半に接触している。
【００２０】
押さえ治具２ａ、２ｂは、支持板１２の一対の端面に並行して配置された本体部１５ａ、１５ｂと、この本体部１５ａ、１５ｂの一端に形成された爪部１４ａ、１４ｂとを有している。爪部１４ａ、１４ｂは、支持板１２の突出部１２１に対向するように配置されており、爪部１４ａ、１４ｂの本体部１５ａ、１５ｂからの突出幅は支持板１２の突出部１２１の幅Ｗにほぼ等しくなっている。本体部１５ａ、１５ｂは、支持板１２の一対の端面に沿って相対的に上下方向に移動可能になっている。本体部１５ａ、１５ｂと支持板１２とを相対的に移動して本体部１５ａ、１５ｂを下方に位置させると、爪部１４ａ、１４ｂと突出部１２１との間に回路基板１１の周辺部が挟持される。
【００２１】
又、図１（ａ）には、ワイヤボンディング後の回路基板１１を想像線で示している。回路基板１１上には、半導体チップ１６１、１６２が搭載されている。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る図１（ａ）のボンディングステージを用いてワイヤボンディングを行うと、回路基板１１と支持板１２の間に異物が存在しても、弾性シート１３に異物がもぐり込むので、良好なワイヤボンディングが可能となる。更に、押さえ治具２ａ、２ｂの爪部１４ａ、１４ｂは支持板１２の突出部１２１を一方の作用面として、回路基板１１を挟持し、弾性シート１３に挟持圧力が印加されない。このため、長時間使用により、弾性シート１３の摩耗が発生しない。よって、本発明によるボンディングステージは、長時間使用しても回路基板１１にクラック等が発生せず、良好なワイヤボンディングが可能となる。
【００２３】
（回路基板実装体の実装方法）
次に、本発明の実施の形態に係る回路基板実装体の実装方法を図２〜図４を用いて説明する。
【００２４】
（イ）先ず、厚さｔsubの回路基板１１を用意する。この回路基板１１は、絶縁性基板の一方の主面に厚膜配線導体等の表面配線（金属配線パターン）、更には厚膜抵抗などから構成される回路パターンが形成されている。絶縁性基板の材料としては、有機系の種々な合成樹脂、セラミック、ガラス等の無機系の材料が使用可能である。更に、金属上に耐熱性の高いポリイミド系の樹脂板を積層して多層化した金属ベースの基板（金属絶縁基板）でも構わない。図２（ａ）では、回線パターン等の図示を省略している。図２（ａ）に示すように、この回路基板１１の上面に、更に半導体チップ１６１、１６２を搭載する。半導体チップ１６１、１６２のそれぞれの表面には、複数のボンディングパッドが形成されている。複数のボンディングパッドは、例えば、半導体チップ１６１、１６２の素子形成面に形成された複数の高不純物密度領域（ソース領域／ドレイン領域、若しくはエミッタ領域／コレクタ領域等）等にそれぞれ、接続されている。そして、これらの複数の高不純物密度領域にオーミック接触するように、アルミニウム（Ａｌ）、若しくはアルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）等の金属からなる複数のボンディングパッドが形成されている。
【００２５】
（ロ）次に、図２（ｂ）に示すように、ボンディングステージの押さえ治具２ａ、２ｂを支持板１２に対し、相対的に上方に位置させ、押さえ治具２ａ、２ｂの爪部１４ａ、１４ｂと支持板１２の突出部１２１との間隔ｔ０を回路基板１１の厚みｔsubよりも大きくする。
【００２６】
（ハ）次に、図２（ａ）に示した回路基板１１を支持板１２の一方の主面にセットする。このとき、図３（ｃ）に示すように、回路基板１１の中央側は弾性シート１３の上面に位置し、回路基板１２の周辺部は支持板１２の突出部１２１の上面に位置する。
【００２７】
（ニ）次に、図３（ｄ）に示すように、押さえ治具を下方に移動させ、治具の爪部１４ａ、１４ｂと支持板１２の突出部１２１との間で回路基板１１の周辺部を挟持する。これにより、回路基板１１は支持板１２上に固定される。このとき、支持板１２の凹部の長さＬ１は、回路基板１２の長さＬ２よりも短い。即ち、
Ｌ１  ＜  Ｌ２                      ・・・・・（１）
更に、本実施の形態では、図３（ｄ）に示すように、支持板１２の長さＬ３と回路基板１１の長さＬ２とを実質的に同一にしている。即ち、
Ｌ２  ＝  Ｌ３                      ・・・・・（２）
である。このため、支持板１２に回路基板１１を配置したとき、回路基板１１の両端部は突出部１２１の上面に位置する。
【００２８】
（ホ）次に、この回路基板１１の表面に、ボンディングツール（ワイヤキャピラリ）を用いて金（Ａｕ）線、アルミニウム（Ａｌ）線等のワイヤを供給する。即ち、ＸＹテーブルを駆動して、ボンディングツールを支持するボンディングヘッドを移動し、半導体半導体チップ１６１、１６２の表面のボンディングパッドにワイヤを供給する。更に、その後、ワイヤを押圧力、更にはワイヤに超音波振動を加えることにより、ボンディングパッドにワイヤボンディングする。続けて、ボンディングヘッドを駆動して、回路基板１１の表面配線の位置に同様にワイヤを供給し、押圧力／超音波振動を加えることにより、表面配線にワイヤボンディングする。この結果、図４（ｅ）に示すように、ワイヤ１７１〜１７４により、それぞれの半導体半導体チップ１６１、１６２の表面のボンディングパッドと表面配線との間が電気的に接続される。
【００２９】
この様な本発明の実施の形態に係るボンディング方法を用いることにより、回路基板１１を確実かつ再現性良く固定出来るので、ワイヤボンダのワイヤキャピラリやウェッジツールの押圧力或いは超音波振動がワイヤに良好に伝達される。又、弾性シート１３が回路基板１１と支持板１２の間の中央部にのみ介在しているため、押さえ治具２ａ、２ｂの爪部１４ａ、１４ｂによる押圧力による弾性シート１３の摩耗は起きない。このため、長期間、多数回のボンディング作業を実施しても、回路基板１１の異物などによるクラック等が防止され、信頼性の高いボンディングが可能となる。
【００３０】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３１】
例えば、本発明の実施の形態の変形例として、図５に示すように、支持板１２の弾性シート１３を載置する凹部の上部に、回路基板１１を載置する凹部を設けても構わない。上記の実施の形態では、回路基板１１の長さＬ２と支持板１２の長さＬ３は同一としたが、図３では、支持板１２の長さＬ３は回路支持板１１の長さＬ２より大きい。即ち、
L２  ＜  Ｌ３                            ・・・・・（３）
である。図５では、回路基板１１を固定するため、支持板１２の外周に突出部を設け、その内側の凹部に回路基板１１を載置する。即ち、支持板１２の両端には、弾性シート１３を挟む突出部と、その上部に回路基板１１を挟む突出部を設けた階段形状となる。
【００３２】
又、本発明の実施の形態では支持板１２は４方の端面を持つ直方体として記述したが、装置によりこの形状は円柱型など他の形状としても構わない。支持板１２の凹部１２２も長方形で示したが回路基板に合わせ、他の形状としても構わない。又、爪部１４ａ、１４ｂ、本体部１５ａ、１５ｂは対向する２カ所を図示したが、その位置、数、形状はこの限りではない。更に、本発明の実施の形態では爪部１４ａ、１４ｂの本体部１５ａ、１５ｂからの突出幅は、支持板１２の突出部と同一であると説明したが、支持板１２の突出部より小さくても構わない。
【００３３】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、回路基板が押さえ治具によって支持板に再現性良く、確実に固定されるので、ワイヤボンダのキャピラリやウェッジツールによる押圧力或いは超音波振動がワイヤに対して良好に伝達され、良好なワイヤボンディングが可能となる。
【００３５】
又、本発明によれば、回路基板と支持板との間に異物が存在していても、弾性部材からなるシートがクッションとなるので、異物によって回路基板にクラック等が発生することが防止される。
【００３６】
又、本発明によれば、回路基板が支持板の突出部と押さえ治具との間で挟持され、シートが押さえ治具によって押さえられることがないので、シートの摩耗が生じない。このため、長期間の使用にわたって回路基板を良好に挟持することができ、回路基板の中央側の浮き上がりが発生せず、これによる回路基板のクラック等が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るボンディングステージの断面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す支持板の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る回路基板実装体の組立工程を示す断面図である（その１）。
【図３】本発明の実施の形態に係る回路基板実装体の組立工程を示す断面図である（その２）。
【図４】本発明の実施の形態に係る回路基板実装体の組立工程を示す断面図である（その３）。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るボンディングステージの断面図である。
【図６】従来のボンディングステージの断面図である。
【図７】本発明の予備的検討に用いたボンディングステージの断面図である。
【図８】図７に示すボンディングステージを用いて弾性シートの摩耗が生じた状態の回路基板実装体の組立工程を示す断面図である。
【符号の説明】
２ａ、２ｂ  押さえ治具
１１  回路基板
１２  支持板
１２１  突出部
１２２  凹部
１３  弾性シート
１４ａ、１４ｂ  爪部
１５ａ、１５ｂ  本体部
１６１、１６２  半導体チップ
１７１、１７２、１７３、１７４  ワイヤ
【図１】
0004604384.tif 000002
【図２】
0004604384.tif 000003
【図３】
0004604384.tif 000004
【図４】
0004604384.tif 000005
【図５】
0004604384.tif 000006
【図６】
0004604384.tif 000007
【図７】
0004604384.tif 000008
【図８】
0004604384.tif 000009