(57)【要約】【課題】ＩＣのサイズ変更に伴なってコレットを交換しても、コレット毎の発振周波数、超音波振幅、熱容量を一定化できるようにする。【解決手段】小サイズのＩＣを吸着保持する小型吸着部４Ａを有した第１のコレット３Ａ、或いは大サイズのＩＣを吸着保持する大型吸着部４Ｂを有した第２のコレット３Ｂを選択的に取付ける超音波ホーン２と、この超音波ホーン２を超音波振動させることにより、第１或いは第２のコレト３Ａ，３Ｂに吸着保持されたＩＣをリードフレーム１５に接合させる超音波振動子１とを具備し、小型及び大型の吸着部４Ａ，４Ｂはその外周部に、同一外形寸法を有するバランサ１１，１３を有し、その吸着面側をバランサ１１，１３から所定寸法ｈ突出させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサイズの半導体素子を吸着保持する第１の吸着部を有する第１のコレット、或いは前記第１のサイズと異なる第２のサイズの半導体素子を吸着保持する第２の吸着部を有する第２のコレットを選択的に取付ける超音波ホーンと、
この超音波ホーンを超音波振動させることにより、前記第１或いは第２のコレトに吸着保持された半導体素子を被接合部材に接合させる振動付与手段とを具備し、
前記第１及び第２の吸着部はその外周部に、同一外形寸法を有するバランサを有し、その吸着面側を前記バランサから所定寸法突出させることを特徴とする半導体素子の接合装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の吸着部は、角型凹状に構成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の接合装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の吸着部は、丸型平坦状に構成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の接合装置。
【請求項４】
前記第１或いは第２のコレットを非接触で加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて、例えば、ＩＣ等の半導体素子を被接合体に接合する接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の接合装置は、超音波ホーンにコレットを取り付け、このコレットの先端部の吸着部に半導体素子としてのＩＣを吸着保持し、この吸着保持したＩＣを超音波振動させながら、被接合部材（例えばリードフレーム等）に接合させるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、ＩＣのサイズとしては各種のものが用いられ、図１３に示すように、大サイズのＩＣ３１を吸着保持する場合には、大型の吸着部３２を有する第１のコレット３３、逆に、図１４に示すように、小サイズのＩＣ３４を吸着保持する場合には、小型の吸着部３５を有する第２のコレット３６を用いるようにしている。
【０００４】
また、吸着部には、図１３及び図１４で示したような角錐コレットと呼ばれる吸着面が錐状になったタイプと、平コレットと呼ばれる平坦なタイプのものとに大別される。
【０００５】
１Ｃを被接合部材（例えばリードフレーム等）に圧接しないで、被接合部材との間にギャップを保ちながら接合する場合には、ｌＣの位置ずれを防止するために角錐コレットが使用され、ｌＣを被接合部材に圧接する場合は平コレットを使用するのが一般的である。
【０００６】
一方、ハンダ付着対策や、ｌＣの加熱目的でコレットの加熱を必要とする場合には、非接触の加熱方式が採用されている。例えば、コレットの外周に微小ギャップ（例えば、０．２ｍｍ程度）を存してヒータを配置する構造や、高温ガスをコレットに吹きつける方法等がある。
【０００７】
ところで、品種切り替え等により、適用されるＩＣのサイズが変更になった場合には、その変更に応じてコレットを交換する必要がある。
【０００８】
【引用文献１】
特開２０００−７７４３８号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、コレットを交換すると、大型吸着部３２を有するコレットと小型吸着部３５を有するコレットとでは、その先端質量が変化するため、超音波ホーン先端に支持されるコレットの外形サイズによって超音波特性が変化してしまう。
【００１０】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、ＩＣのサイズが大きくなるに従って超音波周波数が低下し、また、図１５（ｂ）に示すように、同一の超音波設定値における超音波振幅の差が大きくなる。
【００１１】
このため、超音波周波数としては、発振器側の発振周波数を調整する等の作業が必要となる。また、超音波振幅については、同一の設定値において同一の振幅を得ることは困難であり、コレット毎の振幅特性の把握と接合条件の変更が必要となる。
【００１２】
このように、コレット交換の度に発振器との調整と、条件変更が必要であり、品種切替時間を要し、かつ条件設定間違いによる不良発生も考えられる。
さらには、新規サイズのコレットの振幅特性が予測できないために、製作する毎に振幅特性の事前評価も必要となり、手間がかかる。
【００１３】
一方、コレットの加熱は非接触式のため、コレットの先端温度は熱容量の影響を大きくうける。例えば、ｌＣを吸着したときのｌＣへの熱伝導、バキューム吸着による冷却等によりコレット温度は低下する。
【００１４】
そして、この低下量は、コレット先端の熱容量（質量）と大いに関係があり、図１５（ｃ）に示すように先端形状の小さいコレットほど温度低下が大である。この熱低下により接合性不良が発生し、歩留まりが低下する。
【００１５】
また、温度低下を見越して初期コレット温度を高く設定した場合は、コレット毎の条件変更が必要であったり、変更ヒータから機構部への熱伝導によって軸受けや超音波ホーンといった熱に弱い部品の寿命低下、または冷却機構追加により高速駆動が困難となり生産性が低下する等の問題が発生する。
【００１６】
そこで、本発明は、半導体素子のサイズ変更に伴なってコレットを交換しても超音波系から見た負荷を一定化して、コレット毎の発振周波数、超音波振幅、熱容量を一定化できるようにした半導体素子の接合装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１記載のものは、第１のサイズの半導体素子を吸着保持する第１の吸着部を有する第１のコレット、或いは前記第１のサイズと異なる第２のサイズの半導体素子を吸着保持する第２の吸着部を有する第２のコレットを選択的に取付ける超音波ホーンと、この超音波ホーンを超音波振動させることにより、前記第１或いは第２のコレトの第１或いは第２の吸着部に吸着保持された半導体素子を被接合部材に接合させる振動付与手段とを具備し、前記第１及び第２の吸着部はその外周部に、同一外形寸法を有するバランサを有し、その吸着面側を前記バランサから所定寸法突出させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
図１乃至図８は、本発明の一実施の形態である半導体素子としてのＩＣの接合装置を示すものである。
【００１９】
この接合装置は、超音波を発生する振動付与手段としての超音波振動子１、この超音波振動子１で発生した超音波を伝達する超音波ホーン２を備える。超音波ホーン２の先端部には適用されるＩＣのサイズに応じて第１或いは第２のコレット３Ａ，３Ｂが選択的に取付けられるようになっている。
【００２０】
即ち、第１のコレット３Ａは第１のサイズとしての小サイズのＩＣを吸着保持する場合に使用され、第２のコレット３Ｂは第２のサイズとしての大サイズのＩＣを吸着保持する場合に使用されるようになっている。
第１及び第２のコレット３Ａ，３Ｂは上端部にはジャンク部３ａ，３ｂを有し、このジャンク部３ａ，３ｂが超音波ホーン２の先端取付部２ａに着脱自在に取付けられる。第１或いは第２のコレット３Ａ，３Ｂは垂直方向に沿って取付けられ、超音波ホーン２と一体の振動系として超音波振動を出力する構成となっている。
【００２１】
第１及び第２のコレット３Ａ，３Ｂの下端部にはｌＣを吸着保持する第１及び第２の吸着部としての小型及び大型の吸着部４Ａ，４Ｂが取り付けられている。コレット３Ａ，３Ｂの近傍には加熱手段としてのヒータ６が設けられ、このヒータ６はヒータブロック７に取付けられている。ヒータブロック７はコレット３Ａ，３Ｂに対し隙間９を存して非接触状態で設けられている。
【００２２】
図２は上記した小サイズのＩＣを吸着保持する小型吸着部４Ａをその下部側から示す斜視図で、図３はその縦断面図である。
小型吸着部４Ａは角型凹状に構成され、その底面中央部にはエアーを吸引する吸引孔１０が穿設されている。小型吸着部４Ａの内面部は吸引孔１０に向かって傾斜する四面の傾斜面４ａ…となっている。小サイズのｌＣ５Ａは、この小型吸着部４Ａの４面の傾斜面４ａ…に沿って位置決めされて吸着保持される。この小型吸着部４Ａに吸着保持されたＩＣ５Ａは被取付部材としてのリードフレーム１５上にハンダ１６を介して接合されるようになっている。
【００２３】
また、この小型吸着部４Ａにはその外周部を囲むように角型のバランサ１１が一体的に形成されている。この角型のバランサ１１の外径寸法はＬ、厚さ寸法はＨとなっている。小型吸着部４Ａの下端面部はバランサ１１の下面部から所定寸法ｈだけ下方に突出されている。即ち、バランサ１１の下面部は、小型吸着部４Ａの下端面部よりも所定寸法ｈだけ大きくリードフレーム１５から離間されている。
【００２４】
図４は大サイズのＩＣを吸着保持する第２の吸着部としての大型吸着部４Ｂをその下部側から示す斜視図で、図５はその縦断面図である。
この大型吸着部４Ｂは上記した小型吸着部４Ａと同様に構成されている。即ち、角型凹状に構成され、底面中央部にエアーを吸引する吸引孔１０を有するとともに、内面部は４面の傾斜面４ｂ…となっている。大サイズのｌＣ５Ｂは、この大型吸着部４Ｂの４面の傾斜面４ｂ…に沿って位置決めされて吸着保持される。この大型吸着部４Ｂに吸着保持されたＩＣ５Ｂは被取付部材としてのリードフレーム１５上にハンダ１６を介して接合されるようになっている。
【００２５】
そして、この大型吸着部４Ｂにもその外周部を囲むように角型のバランサ１３が一体的に形成され、その外径寸法はＬ、厚さ寸法はＨとなっている。
即ち、小型吸着部４Ａのバランサ１１も大型吸着部４Ｂのバランサ１３もその外形サイズは同一とされ、これにより、第１及び第２のコレット３Ａ，３Ｂの外形サイズは吸着するＩＣのサイズによらず一定の大きさになっている。
【００２６】
次に、リードフレーム１５に対するＩＣの接合動作を図６及び図７に基づいて説明する。
【００２７】
まず、リードフレーム１５に接合するＩＣが小サイズのｌＣ５Ａである場合には、超音波ホーン２の先端取付部２ａに第１のコレット３Ａを取付けてその小型吸着部４Ａにより供給部（図示しない）上のｌＣ５Ａを吸着保持する。
【００２８】
また、リードフレーム１５に接合するＩＣが大サイズのｌＣ５Ｂである場合には、第１のコレット３Ａに代えて第２のコレット３Ｂを超音波ホーン２に取付けてその大型吸着部４ＢによりｌＣ５Ｂを吸着保持する。
【００２９】
このようにｌＣ５Ａ（或いは５Ｂ）を吸着保持したのち、図６（ａ）に示すようにコレット３Ａ（或いは３Ｂ）をリードフレーム１５上に移動させ、この状態からコレット３Ａ（或いは３Ｂ）を下降させる。これにより、図７の下降曲線Ｋに示すようにＩＣ５Ａ（或いは５Ｂ）が下降され、この下降途中からサーチが行なわれるとともに、図６（ｂ）に示すように超音波振動が付与されてＩＣ５Ａ（或いは５Ｂ）が振動する。この振動する状態でｌＣ５Ａ（或いは５Ｂ）が所定量下降されると図６（ｃ）に示すようにリードフレーム１５上のハンダ１６に接触されてマウントされる。このマウント後、図６（ｄ）に示すようにコレット３Ａ（或いは３Ｂ）が上昇されて次の工程に備える。
【００３０】
図８は、上記したＩＣの接合動作時における発振周波数、超音波振幅、コレット先端温度の特性差を示すものである。
【００３１】
即ち、超音波発振周波数は、図８（ａ）に示すように、ＩＣのサイズによって変化することなく、一定となる。
【００３２】
また、超音波設定値に対する超音波振幅も図８（ｂ）に示すように、ＩＣのサイズによる差が少なくなる。
【００３３】
さらに、時間（マウント数）に対するコレット先端温度も図８（ｃ）に示すように、ＩＣのサイズによる温度差が少なくなる。
【００３４】
上記したように、小型及び大型の吸着部４Ａ，４Ｂにその外周部を囲むように同一の外形寸法を有するバランサ１１，１３を設けるため、第１及び第２のコレット３Ａ，３Ｂの外形サイズはＩＣのサイズによらず一定の大きさとなる。
【００３５】
従って、ＩＣサイズに応じてコレットを交換しても、超音波系から見た負荷は一定となり、コレット間の発振周波数、超音波振幅の特性差は大幅に低減され、略同一の特性となる。また、コレット先端の熱容量も一定となり、温度特性差も解消できる。
【００３６】
また、バランサ１１，１３の下面部は吸着部４Ａ，４Ｂの下面部よりも所定寸法ｈだけ大きくリードフレーム１５から離されるため、ＩＣ５Ａ，５Ｂの接合動作時におけるバランサ１１，１３の下面部へのハンダの付着も極力防止することができる。
【００３７】
以上より、品種切替時間の短縮、接合品質安定化が図れ、生産性、品質の向上が可能となる。
【００３８】
図９は小型吸着部の他の実施の形態を示す斜視図で、図１０はその断面図である。
【００３９】
上記した第１の実施の形態における小型吸着部４Ａは角型凹状に構成されるが、この小型吸着部２１Ａは丸型平坦状に構成され、その外周部には丸型のバランサ２２が一体的に設けられている。バランサ２２は外径がＬ、厚さがＨとなっている。
【００４０】
図１１は大型吸着部の他の実施の形態を示す斜視図で、図１２はその断面図である。
【００４１】
この大型吸着部２１Ｂは、上記した小型吸着部２１Ａと同様に丸型平坦状に形成され、その外周部には丸型のバランサ２３が一体的に設けられている。バランサ２３は小型吸着部２１Ａのバランサ２２と同様に外径がＬ、厚さがＨとなっている。
【００４２】
このように丸型平坦状の吸着部２１Ａ，２１Ｂであっても上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
その他、本発明はその要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子の品種毎の超音波と温度特性差を大幅に低減でき、装置特性評価の簡略化、接合条件管理の容易化、品種切替時の段取り時間短縮、条件設定間違いによる不良低減等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体素子の接合装置を示す斜視図。
【図２】図１の接合装置に備えられる第１のコレットの吸着部を示す斜視図。
【図３】図２の吸着部によって吸着されたＩＣが接合される状態を示す断面図。
【図４】図１の接合装置に備えられる第２のコレットの吸着部を示す斜視図。
【図５】図４の吸着部によって吸着されたＩＣが接合される状態を示す断面図。
【図６】図２或いは図４の吸着部によって吸着されたＩＣの接合動作を示す図。
【図７】図６のＩＣ接合動作時におけるコレットの下降曲線を示す図。
【図８】（ａ）は、図６のＩＣ接合動作時におけるＩＣサイズに応じた超音波周波数の変化を示すグラフ図、（ｂ）は、ＩＣサイズに応じた超音波振幅の差を示すグラフ図、（ｃ）は、ＩＣサイズに応じたコレット先端温度の温度差を示すグラフ図。
【図９】第１の吸着部の他の実施の形態を示す斜視図。
【図１０】図９の第１の吸着部によって吸着されたＩＣが接合される状態を示す断面図。
【図１１】第２の吸着部の他の実施の形態を示す斜視図。
【図１２】図１１の第２の吸着部によって吸着されたＩＣが接合される状態を示す断面図。
【図１３】従来の大型吸着部を示す斜視図。
【図１４】従来の小型吸着部を示す斜視図。
【図１５】（ａ）は、従来のＩＣ接合動作時におけるＩＣサイズに応じた超音波周波数の変化を示すグラフ図、（ｂ）は、ＩＣサイズに応じた超音波振幅の差を示すグラフ図、（ｃ）は、ＩＣサイズに応じたコレット先端温度の温度差を示すグラフ図。
【符号の説明】
１…超音波振動子（振動付与手段）
２…超音波ホーン
３Ａ，３Ｂ…第１及び第２のコレット
４Ａ，４Ｂ…第１及び第２の吸着部（小型及び大型の吸着部）
５Ａ，５Ｂ…半導体素子（ＩＣ）
７…ヒータ（加熱手段）
１１、１３…バランサ
１５…リードフレーム（被接合部材）
２１Ａ，２１Ｂ…第１及び第２の吸着部（小型及び大型の吸着部）
２２、２３…バランサ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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