(57)【要約】【課題】大幅に設計変更することなく高荷重かつ高精度なボンディング作業を行うことができ、高品質な製品を供給することができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。【解決手段】コレット２１にてチップ２２をピックアップして、コレット２１をボンディングポジションに搬送し、チップ２２をワークにボンディングするダイボンダである。基端部２３ａの荷重支点Ｆへの荷重印加により、荷重支点Ｆを中心とした加圧にてコレット２１に対して下方への荷重を付与する水平方向のレバー３８を有するボンディングアームと、ボンディングアーム２３に加圧力を印加する駆動手段３７と、荷重支点Ｆへの荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップ２２に付与し、その後荷重支点Ｆへの荷重印加によって所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップ２２に付与する制御手段４０とを備えた。【選択図】図１
2009302107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンダであって、
基端部の荷重支点への荷重印加により、荷重支点を中心とした加圧にて先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与する水平方向のレバーを有するボンディングアームと、
ボンディングアームに加圧力を印加する駆動手段と、
ボンディングポジションにおいて、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップに付与する制御手段とを備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項２】
ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンダであって、
基端部の荷重支点への荷重印加により、荷重支点を中心とした加圧にて先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与する水平方向のレバーを有するボンディングアームと、
ボンディングアームに加圧力を印加する駆動手段と、
ピックアップポジションにおいて、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のピックアップ荷重をチップに付与する制御手段とを備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項３】
前記荷重支点を、ボンディングアームを上下動させるＺ軸ガイド軸心と同軸上乃至その近傍に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２のダイボンダ。
【請求項４】
前記ボンディングアームは、略Ｌ字状とし、そのコーナー部が荷重支点となることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項のダイボンダ。
【請求項５】
ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンディング方法において、
ボンディングアームの基端部の荷重支点へ荷重印加して、荷重支点を中心として加圧力を印加して先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与し、
ピックアップポジションでは前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のピックアップ荷重をチップに付与し、
ボンディングポジションでは前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップに付与することを特徴とするダイボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレーム等に半導体チップ等をマウントするダイボンダおよびダイボンディング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する場合、被実装部材としてのリードフレームに半導体チップを実装するダイボンディングが行なわれる。このダイボンディングには、チップを吸着するコレットを備えたダイボンダが使用される（特許文献１）。
【０００３】
このようなダイボンダは、図５に示すように、ピックアップされる半導体チップ１が配置された供給部２と、この供給部２の半導体チップ１を吸着するコレット３を有するボンディングアーム１０と、供給部２の半導体チップ１を観察する認識用カメラ６と、ボンディング位置でリードフレーム４のアイランド部５を観察する認識用カメラ１２とを備える。
【０００４】
供給部２は、ウエハ支持装置７に載置支持された半導体ウエハ８を備えるものである。半導体ウエハ８は多数の半導体チップ１に分割されている。また、半導体チップ１の表面を吸着することによって半導体チップ１を保持するコレット３、このコレット３を支持するボンディングヘッド９、及びボンディングヘッド９を先端部にて支持するボンディングアーム１０を備えている。そして、このボンディングアーム１０は搬送手段１１を介して、ピックアップ位置とボンディング位置との間の移動が可能となっている。搬送手段１１は、ボンディングアーム１０をＸ、Ｙ、θ及びＺ方向に駆動させることができる。
【０００５】
また、このコレット３は、その下端面に開口した吸着孔を介してチップ１が真空吸引され、このコレット３の下端面にチップ１が吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット３からチップ１が外れる。
【０００６】
次に、図５に示すダイボンダ装置を使用したダイボンディング方法を説明する。まず、供給部２の上方に配置される認識用カメラ６にてピックアップすべきチップ１を観察して、コレット３をこのピックアップすべきチップ１の上方に位置させてこのチップ１をピックアップする。
【０００７】
また、ボンディング位置の上方に配置された認識用カメラ１２にて、ボンディングすべきリードフレーム４のアイランド部５を観察して、このアイランド部５上にコレット３を移動させて、このアイランド部５にチップ１をボンディングする。
【０００８】
前記のように、チップのピックアップ及びボンディングを行う場合には、ボンディングアーム１０は認識用カメラ６、１２の下を掻い潜って動くことになる。このため、図６に示すように、ボンディングアーム１０は、ボンディングアーム１０を上下動させるＺ軸のガイド中心Ｏから荷重を印加するコレット軸心ＨまでオーバーハングＸが発生する。オーバーハングが発生すると、ボンディングアーム等からなるピックアップ及びボンディングを行うユニットには、ピックアップ時及びボンディング時において荷重制限がかかる。この荷重制限とオーバーハングとでボンディングアーム１０が撓むため、現在のダイボンダにおいて、印加できる荷重は最大で約１０〜１５Ｎであった。
【０００９】
ところで、近年ではチップが薄肉化されており、薄いチップを凹凸を有する基板にボンディングする必要がある。従来では、チップを基板にボンディングする際には、銀ペーストを使用していた。銀ペーストは液体であるため、チップを多層に積層していくと誤差が大となり高さ寸法が管理できない。また、銀ペーストが各チップの外周縁から漏出するという問題があった。
【００１０】
そこで、銀ペーストに替えてダイアタッチフィルムを使用することがある。ダイアタッチフィルムとは、予めウエハ裏面にラミネートされ、加熱すると溶けて接着機能を有する接着フィルムである。このフィルムをチップの裏に付設して、プレスしつつ加熱することにより、チップの裏面の接着剤を溶かしてチップを基板にボンディングすることができる。このようなダイアタッチフィルムは、銀ペーストとは異なり接着剤分の誤差を小とすることができて高さ寸法を管理できる。また、チップの外周縁からの接着剤の漏出を防止することができる。
【特許文献１】特開２００６−７３６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ダイアタッチフィルムが付設されたチップを、凹凸を有する基板にボンディングするためには、高荷重（例えば、５０Ｎ）を印加しなければ接着剤が基板の凹部にまでめり込まない。高荷重を印加するためには、荷重を印加するコレット軸心Ｈと同軸上にシリンダ等のアクチュエータを設置するのが一般的である。しかしながら、荷重を大きくすると、ワークに当接する前は、図６（ａ）に示すように、引張下げようとする（ねじろうとする）方向にモーメントＭがボンディングアーム１０の先端部に発生してＺ軸駆動側へボンディングアーム１０が傾く。逆にワークに当接すると、図６（ｂ）に示すように、戻そうとする（逆位相）方向にモーメントＭがボンディングアーム１０の先端部に発生して、反Ｚ軸方向側へボンディングアームが傾く。このように、高荷重を印加すると、ボンディングアーム１０の先端部が傾いて、精度が悪いものとなっていた。
【００１２】
この問題を解決するためには、ボンディングアーム１０の先端部のモーメントＭの発生を防止するため、荷重を外部印加にする必要がある。しかしながら、ボンディングアーム１０の外部に高速印加アクチュエータが必要となり、コスト高となる。また、マウント位置が品種により異なるため、アクチュエータそのものにモーメントがかかり撓むという問題がある。このため、一般的にオーバーハングを有するダイボンダにおいては、５０Ｎという高荷重を印加することは困難であった。
【００１３】
また、オーバーハングを短縮することは、認識のシステム等の問題により不可能である。また、オーバーハングを無くすために駆動源を両サイドに持ってくる等の対策を講じると高コストとなるという問題があった。
【００１４】
このように、特許文献１に記載された装置では、荷重制限（１０〜１５Ｎ）があるため、ダイアタッチフィルムが付設されたチップに、ボンディング可能な高荷重（５０Ｎ）を印加することができなかった。このため、接着剤が基板の凹部にめり込まず、実装することができなかった。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みて、大幅に設計変更することなく高荷重かつ高精度なボンディング作業を行うことができ、高品質な製品を供給することができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のダイボンダは、ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンダであって、基端部の荷重支点への荷重印加により、荷重支点を中心とした加圧にて先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与する水平方向のレバーを有するボンディングアームと、ボンディングアームに加圧力を印加する駆動手段と、ボンディングポジションにおいて、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップに付与する制御手段とを備えたものである。
【００１７】
また、ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンダであって、基端部の荷重支点への荷重印加により、荷重支点を中心とした加圧にて先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与する水平方向のレバーを有するボンディングアームと、ボンディングアームに加圧力を印加する駆動手段と、ピックアップポジションにおいて、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のピックアップ荷重をチップに付与する制御手段とを備えたものである。
【００１８】
本発明のダイボンダによれば、コレットに対して下方への荷重を付与する水平方向のレバーを備えているので、コレットと同軸上に荷重を印加する必要がなく、ボンディングアームにかかる荷重を基端部の荷重支点で支えることができる。これにより、ボンディングアームの先端部にかかるモーメントを無視することができる。また、制御手段を設けているので、所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重（ボンディング荷重）をチップに付与し、その後、所定加圧荷重以上のピックアップ荷重（ボンディング荷重）をチップに付与することができる。
【００１９】
前記荷重支点を、ボンディングアームを上下動させるＺ軸ガイド軸心と同軸上乃至その近傍に設けることができる。
【００２０】
前記ボンディングアームは、略Ｌ字状とし、そのコーナー部を荷重支点とすることができる。すなわち、コレット軸心からＺ軸ガイド軸心に向かって延びる水平方向のレバーと、このレバーの基端部側から垂直方向に延びる垂直方向片部とを備えることができる。
【００２１】
本発明のダイボンディング方法は、ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするダイボンディング方法において、ボンディングアームの基端部の荷重支点へ荷重印加して、荷重支点を中心として加圧力を印加して先端部に装着されるコレットに対して下方への荷重を付与し、ピックアップポジションでは前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のピックアップ荷重をチップに付与し、ボンディングポジションでは前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップに付与し、その後、前記荷重支点への荷重印加によって所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップに付与するものである。
【００２２】
本発明のダイボンディング方法によれば、ボンディングアームの先端部にかかるモーメントを無視することができ、また、コレットに付与する荷重を制御することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、ボンディングアームの先端部にかかるモーメントを無視することができ、また、ボンディングアームによるチップへの加圧力を制御することができるため、ボンディングアームの倒れを防止することができる。これにより、大幅に設計変更することなく高荷重かつ高精度なボンディング作業を行うことができて、高品質な製品を供給することができる。
【００２４】
前記荷重支点を、ボンディングアームを上下動させるＺ軸ガイド軸心と同軸上乃至その近傍に設けると、モーメント無視の信頼性が向上する。
【００２５】
前記ボンディングアームは、略Ｌ字状とすることができるため、荷重支点をＺ軸ガイド軸心乃至その近傍に位置させつつ、ボンディングアームを効率よく押圧することができる。
【００２６】
本発明のダイボンディング方法では、高荷重かつ高精度なボンディング作業が可能となり、高品質な製品を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２８】
このダイボンダは、ピックアップポジションでコレットにてチップをピックアップして、コレットをボンディングポジションに搬送し、このボンディングポジションでチップをワークにボンディングするものである。
【００２９】
このダイボンダは、図１に示すように、ボンディングアーム２３と、駆動手段３７と、制御手段４０とを備え、ボンディングアーム２３は、水平方向に延びるレバー３８と垂直方向片部３９とを備え、このレバー３８の先端部に設けられるボンディングヘッド３５にコレット２１が支持されている。
【００３０】
コレット２１は、その下端面に開口する吸着用の吸着孔が形成され、この吸着孔に図外の真空発生器が接続されている。この真空発生器の駆動にて吸着孔のエアが吸引され、チップ２２が真空吸引され、コレット２１の下端面にチップ２２が吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット２１からチップ２２が外れる。真空発生器としては、例えば、高圧空気を開閉制御してノズルよりディフューザに放出して拡散室に負圧を発生させるエジェクタ方式のものを採用できる。
【００３１】
半導体チップ２２は半導体ウエハが多数に分割されてなり、半導体ウエハがウエハ支持台に載置支持されている。なお、ウエハ支持台の上方には確認用カメラが配置される。半導体チップ２２をボンディングする部位としては、例えば、リードフレーム等の基板のアイランド部であり、基板の上方には、アイランド部を観察する認識用カメラが配置されている。
【００３２】
ボンディングアーム２３は、搬送手段（図示省略）を介してＸＹＺθ方向に移動する。この場合、ボンディングアーム２３は、前記確認用カメラ及び認識用カメラの下を掻い潜って動くことになるため、図１に示すように、ボンディングアーム２３を上下動させるＺ軸のガイド中心ＯからオーバーハングＸが発生する。
【００３３】
ボンディングアーム２３は、図１に示すような略Ｌ字状である。このため、前記したようにボンディングヘッド３５の上端部から水平方向に延びるレバー３８と、この水平方向のレバー３８の基端部側から垂直方向に延びる垂直方向片部３９とを備え、水平方向レバー３８と、垂直方向片部３９とのコーナー部に荷重支点Ｆが設けられる。垂直方向片部３９の上端部には、図２の矢印Ｂの方向に垂直方向片部３９を押圧する駆動手段３７が設けられている。駆動手段３７としては、例えばシリンダ機構、ボールねじ機構、リニアガイド機構等の駆動機構から構成される。これにより、ボンディングアーム２３は、荷重支点Ｆを中心に図２の矢印Ａのように加圧され、荷重支点Ｆを中心とした加圧にて先端部２３ｂに装着されるコレットに対して下方への荷重を付与することができる。このため、コレット２１と同軸上に荷重を印加する必要がなく、ボンディングアーム２３にかかる荷重を荷重支点Ｆで支えることができる。従って、ボンディングアーム２３の先端部２３ｂにかかるモーメントを無視することができる。
【００３４】
また、例えばマイクロコンピュータからなる制御手段４０を設けている。この制御手段４０は、ボンディングアーム２３に印加する荷重を制御するものであり、荷重支点Ｆへの荷重付与によって所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重（ボンディング荷重）をチップに付与するように制御する。また、前記荷重支点Ｆへの荷重付与によって所定加圧荷重以上のピックアップ荷重（ボンディング荷重）をチップ２２に付与するように制御するものである。
【００３５】
次に、本発明のダイボンダを使用したボンディング方法を説明する。この場合、半導体チップ２２の裏面には、加熱すると溶けて接着機能を有する接着フィルム（ダイアタッチフィルム）が付設されている。
【００３６】
ボンディングアーム２３をボンディング位置へ移動させると、駆動手段３７にて垂直方向片部３９を押圧してボンディングアーム２３の基端部２３ａの荷重支点Ｆへ荷重を印加し、図２の矢印Ａに示すように荷重支点Ｆを中心としてボンディングアーム２３に加圧力を印加する。この場合、図３の範囲ａのチップ位置では、コレット２１を所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重で下降させていき、範囲ｂでは低荷重を付与してダイアタッチフィルムを接地させながら溶かし、範囲ｃでは加圧しながら最終押し込み位置まで押圧する。その後、範囲ｄでは、所定時間、所定加圧荷重のボンディング荷重をチップ２２に付与する。そして、範囲ｅに示すように、ボンディングアーム２３を上昇させる。このように、範囲ａ〜範囲ｃでは、所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重をチップ２２に付与するように制御手段４０は駆動手段３７を制御し、範囲ｄでは、所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップ２２に付与するように制御手段４０は駆動手段３７を制御する。このようにして、半導体チップ２２のボンディングを行う。
【００３７】
ボンディング前には、チップ２２をピックアップする必要がある。ピックアップ方法としては、前記ボンディング方法と同様の方法でチップ２２にピックアップ荷重を付与する。すなわち、まずボンディングアーム２３をピックアップ位置へ移動させ、駆動手段３７にて垂直方向片部３９を押圧してボンディングアーム２３の基端部２３ａの荷重支点Ｆへ荷重を印加し、図２の矢印Ａに示すように荷重支点Ｆを中心としてボンディングアーム２３に加圧力を印加する。これにより、ボンディングアーム２３の先端部２３ｂに装着されるコレット２１に対して下方への荷重を付与する。この場合、コレット２１のチップ到達時には、所定加圧荷重よりも小さいピックアップ荷重でチップ２２に接触するように制御手段４０は駆動手段３７を制御する。また、コレット２１のチップ到達後には、所定加圧荷重以上のピックアップ荷重をチップに付与するように制御手段４０は駆動手段３７を制御する。このようにして、ピックアップしようとするチップ２２を、半導体ウエハ２５からピックアップする。
【００３８】
本発明では、ボンディングアーム２３の先端部にかかるモーメントを無視することができ、また、ボンディングアーム２３によるチップ２２への加圧力を制御することができるため、ボンディングアーム２３の倒れを防止することができる。これにより、大幅に設計変更することなく高荷重かつ高精度なボンディング作業を行うことができて、高品質な製品を供給することができる。
【００３９】
前記荷重支点Ｆを、ボンディングアーム２３を上下動させるＺ軸ガイド軸心Ｏと同軸上乃至その近傍に設けると、モーメント無視の信頼性が向上する。
【００４０】
前記ボンディングアーム２３は、略Ｌ字状とすることができるため、荷重支点ＦをＺ軸ガイド軸心Ｏ乃至その近傍に位置させつつ、ボンディングアーム２３を効率よく押圧することができる。
【００４１】
なお、ボンディングの際、図４の範囲ｆに示すように、コレット２１を所定加圧荷重よりも小さいボンディング荷重で下降させていき、範囲ｇにおいて、所定加圧荷重以上のボンディング荷重をチップ２２に付与するように制御手段４０は駆動手段３７を制御し、その後、範囲ｈに示すように、ボンディングアーム２３を上昇させることもできる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボンディングアーム２３の形状としては、水平方向のレバー３８と垂直方向片部３９とが９０°でなくてもよく、９０°より小であったり、９０°より大であったりすることができる。また、Ｌ字形状でなく、直線状とすることもできる。要は、荷重支点Ｆの位置がＺ軸ガイド軸心上乃至その近傍にあればよい。荷重支点Ｆの位置としては、Ｚ軸ガイド軸心上の近傍であればＺ軸ガイド軸心上から多少ずれた位置にあってもよい。接着剤としては、ダイアタッチフィルムに限られない。
【００４３】
ボンディング荷重及びピックアップ荷重としては、チップ２２の大きさ、接着剤の種類、接着剤の塗布厚さ等に応じて種々設定することができる。ボンディング時とピックアップ時の加圧荷重や加圧時間は同一であっても相違していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を示すダイボンダの要部簡略図である。
【図２】本発明の実施形態を示すダイボンダの要部簡略図である。
【図３】本発明の実施形態を示すダイボンダを使用してボンディング作業を行う場合のマウント時のチップ位置を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施形態を示すダイボンダを使用してボンディング作業を行う場合のマウント時の他のチップ位置を示すグラフ図である。
【図５】従来のダイボンダの簡略図である。
【図６】従来のダイボンダの要部簡略図である。
【符号の説明】
【００４５】
２１    コレット
２２    半導体チップ
２３    ボンディングアーム
２３ａ  基端部
２３ｂ  先端部
３７    駆動手段
３８    レバー
４０    制御手段
Ｏ      Ｚ軸ガイド軸心
Ｆ      荷重支点
【図１】
2009302107.tif 000003
【図２】
2009302107.tif 000004
【図３】
2009302107.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009302107.tif 000007
【図６】
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