(57)【要約】【課題】超音波接合装置における超音波を印加する印加部が磨耗した場合、この磨耗に対応する部品交換を低コストで行う。【解決手段】超音波接合装置において、超音波振動発生部から超音波振動が伝播される超音波ホーン１２と、超音波ホーン１２にこの超音波ホーン１２の径方向に形成されて一端が超音波ホーン１２の外周面に開口される取付凹部１５と、超音波ホーン１２の端部側から取付凹部１５と直交する向きに形成されて先端部が取付凹部１５に連通するネジ穴１６と、取付凹部１５に抜差可能に挿入され、挿入方向の端面１３ｃが取付凹部１５の底面１５ａに当接された場合に取付凹部１５の外方に突出する印加部１３ｂを有する印加ブロック１３と、ネジ穴１６に螺合されて先端部が取付凹部１５に挿入される印加ブロック１３の外周面に当接される止めネジ１４とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、
前記超音波振動発生部から超音波振動が伝播される棒形状の超音波ホーンと、
前記超音波ホーンにこの超音波ホーンの径方向に形成され、一端が前記超音波ホーンの外周面に開口される取付凹部と、
前記超音波ホーンにこの超音波ホーンの端部側から前記取付凹部と直交する向きに形成され、先端部が前記取付凹部に連通するネジ穴と、
前記取付凹部に抜差可能に挿入され、挿入方向の端面が前記取付凹部の底面に当接された場合に前記取付凹部の外方に突出する印加部を有する印加ブロックと、
前記ネジ穴に螺合され、先端部が前記取付凹部に挿入される前記印加ブロックの外周面に当接される止めネジと、
を備えることを特徴とする超音波接合装置。
【請求項２】
前記印加ブロックの外周部に円錐形状の凹部が形成され、前記止めネジの先端部に前記凹部に係合可能な円錐形状の凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記取付凹部は周面が円柱面状に形成され、前記印加部は外周面が円柱面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波接合装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一記載の超音波接合装置を用い、半導体チップとリード端子とに接合対象物を超音波接合して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、荷重と超音波振動とを接合対象物に印加して接合を行う超音波接合装置及びこの超音波接合装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されているように、接合対象物に荷重と超音波振動とを印加することにより接合対象物の接合を行う超音波接合装置が知られている。このような超音波接合装置では、荷重と超音波振動とを接合対象物に印加する印加部が超音波ホーンに形成され、印加部が接合対象物に当接される。印加部には、接合対象物に食い込むことが可能な形状に形成された凸部が設けられている。凸部が接合対象物に食い込んでいることにより、印加部から接合対象物へ超音波振動を印加する場合に印加部と接合対象物との間で滑りが生じにくくなり、印加部から接合対象物へ超音波振動が効率良く印加され、超音波振動を利用した超音波接合の性能が向上する。
【０００３】
図７及び図８は、超音波接合装置１００と、半導体チップ１０１と、リードフレーム１０２と、接続導体１０３とを示している。リードフレーム１０２は複数のリード端子を１０２ａ，１０２ｂを有し、リード端子１０２ａ上に半導体チップ１０１がボンディングされ、接続導体１０３が半導体チップ１０１とリード端子１０２ｂとに超音波接合されている。リードフレーム１０２と半導体チップ１０１とは、半導体製造装置のステージ１０４上に載置されている。接続導体１０３は、半導体チップ１０１とリード端子１０２ｂとの間を通電可能とする部材であり、例えば、板状、箔状に形成されたアルミニウムが用いられている。
【０００４】
超音波接合装置１００は、超音波振動を発生させる超音波振動発生部１０５と、発生した超音波振動が伝播される超音波ホーン１０６とを有し、超音波ホーン１０６の端部には印加部１０７が形成されている。超音波ホーン１０６は、超音波振動発生部１０５側に対して着脱可能に連結されている。印加部１０７は、超音波振動を印加する接続導体１０３に当接される部分であり、超音波ホーン１０６に一体に形成され、超音波ホーン１０６の外周部における１８０°離間した位置に２つ形成されている。
【０００５】
印加部１０７の先端には、接続導体１０３に食い込み可能な形状に形成された複数の凸部１０８が設けられている。また、超音波ホーン１０６には、一端が印加部１０７の端面に開口する吸引通路１０９が形成され、吸引通路１０９の他端側は真空ポンプ（図示せず）に接続されている。
【０００６】
超音波接合を行う場合には、真空ポンプを駆動させることにより印加部１０７の先端に接続導体１０３を吸着し、接続導体１０３を吸着した超音波接合装置１００を下降させ、接続導体１０３を半導体チップ１０１とリード端子１０２ｂとに押付ける。ついで、超音波振動発生部１０５を駆動させ、超音波振動発生部１０５で発生した超音波振動を超音波ホーン１０６を伝播させ、印加部１０７から接続導体１０３に超音波振動を印加する。
【０００７】
これにより、凸部１０８が接続導体１０３に食い込み、この食い込みにより超音波振動が印加される場合の印加部１０７と接続導体１０３との間の滑りが防止され、接続導体１０３に対して超音波振動が効率良く印加される。このため、半導体チップ１０１及びリード端子１０２ｂに対する接続導体１０３の超音波接合を短時間で行うことができ、しかも、接合状態の品質を高めることができる。
【特許文献１】特開２００１−３３４３７２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、上述した超音波接合装置では、以下の点について配慮がなされていない。
【０００９】
印加部１０７及び印加部１０７に形成されている凸部１０８は、超音波振動の印加時に接続導体１０３との間で接離を繰り返し、次第に磨耗する。凸部１０８を含む印加部１０７の磨耗量が或る規準量に達すると、接続導体１０３に対する凸部１０８の食い込み性能が低下し、印加部１０７から接続導体１０３への超音波振動の印加性能が低下する。印加部１０７から接続導体１０３への超音波振動の印加性能が低下すると、超音波振動を利用した接続導体１０３の超音波接合に要する時間が長くなり、また、接合状態の品質が低下する。
【００１０】
そこで、凸部１０８を含む印加部１０７の磨耗量が或る基準量に達した場合には、印加部１０７を含む超音波ホーン１０６を全体として交換している。
【００１１】
超音波ホーン１０６は高価な部材であり、この高価な超音波ホーン１０６を凸部１０８を含む印加部１０７の磨耗量に応じて定期的に交換しなければならないため、超音波接合装置１００のランニングコストが高くなっている。
【００１２】
また、新たな超音波ホーン１０６を超音波振動発生部１０５側に連結する場合には、超音波ホーン１０６の平行度調整などを行う必要があり、超音波ホーン１０６の交換作業に要する手間と時間とがかかっている。
【００１３】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、超音波振動を接合対象物に印加するために用いられる超音波接合装置における超音波を印加する印加部が磨耗した場合、この磨耗に対応する部品交換を低コストで行うことができ、しかも、この部品交換を手間をかけずに短時間で行うことができる超音波接合装置及びこの超音波接合装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、超音波接合装置において、超音波振動を発生させる超音波振動発生部と、前記超音波振動発生部から超音波振動が伝播される棒形状の超音波ホーンと、前記超音波ホーンにこの超音波ホーンの径方向に形成され、一端が前記超音波ホーンの外周面に開口される取付凹部と、前記超音波ホーンにこの超音波ホーンの端部側から前記取付凹部と直交する向きに形成され、先端部が前記取付凹部に連通するネジ穴と、前記取付凹部に抜差可能に挿入され、挿入方向の端面が前記取付凹部の底面に当接された場合に前記取付凹部の外方に突出する印加部を有する印加ブロックと、前記ネジ穴に螺合され、先端部が前記取付凹部に挿入される前記印加ブロックの外周面に当接される止めネジと、を備えることである。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、半導体装置の製造方法において、請求項１ないし３のいずれか一記載の超音波接合装置を用い、半導体チップとリード端子とに接合対象物を超音波接合して半導体装置を製造することである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、超音波接合装置における接合対象物に超音波を印加する印加部が磨耗した場合、超音波ホーン全体を交換することなく印加部を含む印加ブロックのみを交換することができ、超音波を印加する印加部の磨耗に対応する部品交換を低コストで行うことができ、しかも、この部品交換を手間をかけず短時間で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る超音波接合装置を含む半導体装置の製造装置Ａは、図１及び図２に示すように、半導体チップ１とリードフレーム２のリード端子２ｂとに接合対象物である接続導体３を超音波接合し、半導体チップ１とリード端子２ｂとを接続導体３により接続した半導体装置を製造する場合に使用される。この製造装置Ａは、ベース４と、ベース４の一端側に取付けられた水平方向移動テーブル５と、ベース４の他端側に取付けられたステージ６とを有している。半導体チップ１とリードフレーム２とは、ステージ６上に載置されている。リードフレーム２は複数のリード端子２ａ，２ｂを有し、リード端子２ａ上に半導体チップ１がボンディングされている。接続導体３は、半導体チップ１とリード端子２ｂとの間を通電可能とする部材であり、例えば、板状、箔状に形成されたアルミニウムが用いられている。
【００１９】
水平方向移動テーブル５は、水平方向における直交する２方向へ移動可能とされている。水平方向移動テーブル５上には、水平方向と直交する上向き方向に延出するガイド７が固定されている。ガイド７には、水平方向移動テーブル５の移動方向と直交する方向である上下方向に移動可能に上下方向移動テーブル８が取付けられている。上下方向移動テーブル８には保持部９が取付けられ、保持部９には超音波接合装置１０が着脱可能に保持されている。
【００２０】
超音波接合装置１０は、超音波振動を発生させる超音波振動発生部１１と、超音波振動発生部１１で発生した超音波振動が伝播される超音波ホーン１２と、超音波ホーン１２に着脱可能に取付けられる印加ブロック１３と、印加ブロック１３を超音波ホーン１２に固定する止めネジ１４とを有している。
【００２１】
超音波ホーン１２は、丸棒形状に形成された長尺状の部材であり、一端が超音波振動発生部１１側に対して着脱可能に連結されている。超音波ホーン１２の他端側には、取付凹部１５とネジ穴１６とが形成されている。
【００２２】
取付凹部１５は、周面が円柱面状に形成され、底面１５ａを有する穴であり、超音波ホーン１２の径方向に形成され、一端が超音波ホーン１２の外周面に開口されている。この取付凹部１５には、印加ブロック１３が抜差可能に挿入される。
【００２３】
ネジ穴１６は、円柱形状に形成された穴であり、超音波ホーン１２の端部側から取付凹部１５に対して直交する向きに形成されている。ネジ穴１６の先端部は、取付凹部１５に連通されている。
【００２４】
超音波ホーン１２の内部には、第１吸引通路１７が形成されている。第１吸引通路１７の一端は取付凹部１５の底面１５ａに開口され、第１吸引通路１７の他端は図示しない真空ポンプに接続されている。
【００２５】
印加ブロック１３は、外周面が円柱面状に形成された基部１３ａと、基部１３ａの一端側から円錐形状に張り出した印加部１３ｂとを備えている。基部１３ａの外径寸法は取付凹部１５の内径寸法より僅かに小さな寸法に設定され、基部１３ａが取付凹部１５に抜差可能に挿入されている。印加ブロック１３は、基部１３ａを取付凹部１５に挿入し、基部１３ａの挿入方向の端面１３ｃを取付凹部１５の底面１５ａに当接させた場合、印加部１３ｂが超音波ホーン１２の外周面より外側に突出する寸法に形成されている。印加部１３ｂの先端には、接続導体３などの接合対象物に対して食い込み可能な形状に形成された複数の凸部１８が設けられている。
【００２６】
印加ブロック１３の内部には、第２吸引通路１９が形成されている。第２吸引通路１９の一端は印加部１３ｂの先端に開口され、第２吸引通路１９の他端は基部１３ａにおける取付凹部１５への挿入側の端面１３ｃに開口されている。印加ブロック１３を取付凹部１５に挿入した場合に、第２吸引通路１９と第１吸引通路１７とが連通される。
【００２７】
止めネジ１４は、ネジ穴１６に螺合可能な寸法に形成されている。取付凹部１５に印加ブロック１３を挿入し、ネジ穴１６に止めネジ１４を螺合させることにより、止めネジ１４の先端部が印加ブロック１３の基部１３ａの外周面の一側に当接される。止めネジ１４の先端側が基部１３ａの外周面の一側に当接されることにより、基部１３ａにおける止めネジ１４が当接される側の反対側の外周面が取付凹部１５の周面に当接され、印加ブロック１３が取付凹部１５内に挿入された位置で固定される。
【００２８】
このような構成において、半導体チップ１とリード端子２ｂとに接続導体３を超音波接合した半導体装置を製造する場合には、まず、ステージ６上にリードフレーム２と半導体チップ１とをセットする。ついで、水平方向移動テーブル５と上下方向移動テーブル８とを駆動させることにより超音波接合装置１０を水平方向及び上下方向に移動させ、印加ブロック１３の印加部１３ｂを接続導体供給部（図示せず）に載置されている接続導体３に当接させ、真空ポンプを駆動させる。真空ポンプが駆動されることにより、第１吸引通路１７と第２吸引通路１９とを介して真空ポンプ側に向かう空気の流れが発生し、接続導体３が印加部１３ｂに真空吸着される。
【００２９】
印加部１３ｂに接続導体３を真空吸着した後、水平方向移動テーブル５と上下方向移動テーブル８とを駆動させ、真空吸着した接続導体３をステージ６の上方に搬送し、搬送した接続導体３を図２に示すように半導体チップ１とリード端子２ｂとに当接させ、接続導体３に下向きに荷重を印加する。この荷重の印加により、凸部１８が接続導体３に食い込む。
【００３０】
接続導体３に予め設定した値の荷重を印加した後、超音波振動発生部１１において超音波振動を発生させる。発生した超音波振動は、超音波ホーン１２から印加ブロック１３へと伝播され、印加ブロック１３の印加部１３ｂから接続導体３に印加される。半導体チップ１とリード端子２ｂとに接触している接続導体３に荷重が印加され、さらに、この接続導体３に超音波振動が印加されることにより、半導体チップ１とリード端子２ｂとに対して接続導体３が超音波接合される。
【００３１】
印加部１３ｂから接続導体３に超音波振動を印加する場合に、凸部１８が接続導体３に食い込んでいることにより、印加部１３ｂと接続導体３との間での滑りの発生が防止され、接続導体３に対して超音波振動が効率良く印加される。このため、半導体チップ１及びリード端子２ｂに対して接続導体３を超音波接合するために要する時間を短縮することができ、また、接合状態の品質を高めることができる。
【００３２】
超音波ホーン１２への印加ブロック１３の固定は、印加ブロック１３の基部１３ａを取付凹部１５に挿入し、止めネジ１４をネジ穴１６に螺合させることにより行われている。さらに、超音波ホーン１２に固定された印加ブロック１３は、端面１３ｃが取付凹部１５の底面１５ａに当接されている。このため、印加部１３ｂから接続導体３に荷重を印加する場合、印加される荷重の反力を端面１３ｃと底面１５ａとの面接触部で受けることができ、端面１３ｃと底面１５ａとは安定した面接触状態を維持されるので、荷重の印加を安定して行うことができる。また、ネジ穴１６に螺合された止めネジ１４の先端部が印加ブロック１３の基部１３ａの外周面の一側に当接された場合に、基部１３ａにおける止めネジ１４が当接された側の反対側の円柱面状の外周面が、取付凹部１５の円柱面状の周面に当接されている。円柱面状の外周面と円柱面状の周面との当接は安定した当接状態を得ることができるので、超音波ホーン１２と印加ブロック１３との当接を確実に行うことができ、超音波ホーン１２から印加ブロック１３への超音波振動の伝播を良好に行うことができる。
【００３３】
超音波ホーン１２への印加ブロック１３の固定を、印加ブロック１３を取付凹部１５に挿入し、印加ブロック１３とは別個に設けた止めネジ１４をネジ穴１６に螺合させることにより行っており、印加ブロック１３には超音波ホーン１２に固定するための機構を設けていない。このため、印加ブロック１３の小型化、及び、軽量化を図ることができる。さらに、印加ブロック１３が小型化、及び、軽量化されることにより、印加ブロック１３を固定するための止めネジ１４の締付力を小さくすることができ、超音波接合の作業中に止めネジ１４が弛むということが発生しにくく、超音波ホーン１２への印加ブロック１３の固定状態を安定させることができる。
【００３４】
接続導体３への超音波振動の印加を、凸部１８が接続導体３に食い込んだ状態で繰り返し行うことにより、凸部１８を含む印加部１３ｂが次第に磨耗する。凸部１８を含む印加部１３ｂの磨耗量が一定量に達した場合には、印加ブロック１３を新しいものに交換する。
【００３５】
印加ブロック１３の交換は、止めネジ１４を緩め、取付凹部１５から印加ブロック１３を取外し、新しい印加ブロック１３を取付凹部１５に挿入し、止めネジ１４を締付けることにより行う。
【００３６】
止めネジ１４を緩めたり締付けたりする作業は、ドライバなどの工具を用いて超音波ホーン１２の端面側から行うことができる。このため、超音波ホーン１２とステージ６又はベース４との間のスペースが狭い場合であっても、印加ブロック１３の交換を手間をかけず容易に行うことができる。
【００３７】
このように、凸部１８を含む印加部１３ｂが磨耗した場合には、超音波ホーン１２については交換することなく、印加ブロック１３のみを交換することができる。しかも、印加ブロック１３の交換時に超音波ホーン１２の平行度調整などを行う必要がない。このため、凸部１８を含む印加部１３ｂが磨耗した場合の部品交換を低コストにて行うことができ、この部品交換を手間をかけずに短時間で行うことができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る超音波接合装置を、図５及び図６に基づいて説明する。なお、図１ないし図４において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。
【００３９】
第２の実施の形態に係る超音波接合装置１０Ａは、超音波振動を発生させる超音波振動発生部１１（図１参照）と、超音波振動発生部１１で発生した超音波振動が伝播される超音波ホーン１２と、超音波ホーン１２に着脱可能に取付けられる印加ブロック２１と、印加ブロック２１を超音波ホーン１２に固定する止めネジ２２とを有している。超音波ホーン１２には、取付凹部１５とネジ穴１６とが形成されている。
【００４０】
印加ブロック２１は、円柱形状の基部１３ａと、基部１３ａの一端側から円錐形状に張り出した印加部１３ｂとを備え、基部１３ａの外周部には基部１３ａの中心線と直交する向きに円錐形状の凹部２３が形成されている。
【００４１】
止めネジ２２は、ネジ穴１６に螺合可能な寸法に形成され、ネジ穴１６に螺合させた場合に取付凹部１５に対向する先端部には、凹部２３に係合可能な円錐形状の凸部２４が形成されている。
【００４２】
取付凹部１５に印加ブロック２１を挿入し、ネジ穴１６に止めネジ２２を螺合させることにより、止めネジ２２の凸部２４が印加ブロック２１の凹部２３に係合され、凸部２４の円錐形の外周面と凹部２３の円錐形の周面とが当接される。凸部２４の円錐形の外周面と凹部２３の円錐形の周面とが当接されることにより、基部１３ａにおける凹部２３が形成された側の反対側の外周面が取付凹部１５の周面に当接され、印加ブロック２１が取付凹部１５内に挿入された位置で固定される。
【００４３】
このような構成において、この第２の実施の形態によれば、超音波ホーン１２に固定された印加ブロック２１は、止めネジ２２の凸部２４が印加ブロック２１の凹部２３に係合され、凸部２４の円錐形の外周面と凹部２３の円錐形の周面とが当接され、及び、基部１３ａにおける凹部２３が形成された側の反対側の外周面が取付凹部１５の周面に当接されている。これにより、超音波ホーン１２への印加ブロック２１の固定を強固に行うことができ、超音波ホーン１２から印加ブロック２１への超音波振動の伝播を効率良く行うことができる。
【００４４】
さらに、凹部２３と凸部２４との係合により、取付凹部１５への印加ブロック２１の挿入位置が規定されるため、印加ブロック２１を交換した場合にも、印加ブロック２１の固定位置を常に一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波接合装置を含む半導体装置の製造装置の概略構造を示す側面図である。
【図２】接合作業時における、半導体チップとリードフレームと接続導体と印加ブロックとの位置関係を示す正面図である。
【図３】超音波ホーンへの印加ブロックの取付状態を示す縦断側面図である。
【図４】超音波ホーンへの印加ブロックの取付状態を示す分解して示す側面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る超音波接合装置における超音波ホーンへの印加ブロックの取付状態を示す縦断側面図である。
【図６】超音波ホーンへの印加ブロックの取付状態を示す分解して示す側面図である。
【図７】従来例の超音波接合装置を示す側面図である。
【図８】接合作業時における、半導体チップとリード端子と接続導体と印加部との位置関係を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…半導体チップ、２ａ…リード端子、３…接続導体、１０…超音波接合装置、１０Ａ…超音波接合装置、１１…超音波振動発生部、１２…超音波ホーン、１３…印加ブロック、１３ｂ…印加部、１３ｃ…端面、１４…止めネジ、１５…取付凹部、１５ａ…底面、１６…ネジ穴、２１…印加ブロック、２２…止めネジ、２３…円錐形状の凹部、２４…円錐形状の凸部
【図１】
2007319870.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007319870.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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