(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度に加熱され、その上面にＩＣチップが位置決め固定されるステージと、ＩＣチップの電極にワイヤ先端部に形成したボールをボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドとを備えたバンプボンダーにおいて、ボンディングヘッドは、ステージの後部に水平方向に移動可能に配設されるボンディングヘッド本体と、ステージ上面に対向可能にボンディングヘッド本体から前方に向け延設されたボンディング作業機構と認識カメラとを備えて成り、ボンディングヘッド本体とステージとの前後方向中間位置に、エアを前方に向けて吹き出してステージ上面に沿って略平行に流れるエア流を形成する多数のエア吹き出し口を形成したエア吹き出し管を配設したことを特徴とするバンプボンダー。
【請求項２】
エア吹き出し口から吹き出すエアの流速を、３〜１０ｍ／ｓｅｃ、好適には４〜６ｍ／ｓｅｃに設定したことを特徴とする請求項１記載のバンプボンダー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプをワイヤボンディング技術によって形成するバンプボンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング技術によりＩＣチップの電極とパッケージ導体部との電気的接続を行うボンダーは、「半導体ハンドブック（第２版）」（株式会社オーム社発行）に種々紹介されている。このような従来のワイヤボンディングを行うボンダーでも、その用い方によってＩＣチップの電極部に電気接続用のバンプを形成することはでき、例えば特願平８−２４９７２４号等において既に提案されている。
【０００３】
そのバンプボンダーは、図５に示すように、ＩＣチップ３１を収容したトレイ３２を順次所定位置に供給するＩＣチップ供給部３３と、バンプをボールボンディングによって形成するボンディング部３４と、バンプを形成されたＩＣチップ３１をトレイ３５に順次収納して取り出すＩＣチップ排出部３６と、ＩＣチップ供給部３３とボンディング部３４とＩＣチップ排出部３６の間でＩＣチップ３１を移載する移載手段３７にて構成されている。ボンディング部３４には、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵したボンディングステージ３８が配設されるとともにその後部にボンディングヘッド３９が配設されている。
【０００４】
ボンディングヘッド３９は、図６に示すように、ボンディングステージ３８の後部でＸＹ２方向に移動可能に支持されるボンディングヘッド本体３９ａと、ボンディングステージ３８上面に対向位置するようにボンディングヘッド本体３９ａから前方に向けて延設されているボンディング作業機構４１と認識カメラ４２とを備えている。
【０００５】
次に動作を説明すると、移載手段３７にてＩＣチップ供給部３３のトレイ３２から順次ＩＣチップ３１を取り出して、ボンディングステージ３８に設けられている複数のボンディング位置４０ａ、４０ｂの何れかに一方、例えば４０ａに供給し、位置決め手段（図示せず）にてそのＩＣチップ３１を精度良く位置決めして吸着固定する。その間にもう一方のボンディング位置４０ｂに吸着固定されているＩＣチップ３１にボンディングヘッド３９にてバンプを形成する。バンプ形成が終了すると、ボンディングヘッド３９は新たに供給・位置決めされて吸着固定されたボンディング位置４０ａに移動してそのＩＣチップ３１に対してバンプの形成を開始する。その間に、パンプが形成されたＩＣチップ３１を移載手段３７にてボンディングステージ３８から取り出してＩＣチップ排出部３６のトレイ３５内に移載して収納し、さらにそのボンディング位置４０ｂにＩＣチップ供給部３３からＩＣチップ３１を供給して位置決めし、吸着固定する。以上の動作を繰り返すことにより、生産性良くＩＣチップ３１に対するバンプ形成を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、ボンディングステージ３８が例えば最高３５０℃程度に加熱されているため、その上部に位置しているボンディング作業機構４１や認識カメラ４２がその熱の影響を受け、各部位の熱膨張率の差によって熱変形を生じ、形成したバンプに位置ずれが発生するという問題があった。この熱変形によるバンプの位置ずれは±１０〜１５μｍにも達し、ＩＣチップ３１に数１０μｍオーダーの微小ピッチでバンプを形成する場合には、その位置ずれは重大である。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ステージからの熱影響によるバンプ位置ずれを抑制できるバンプボンダーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプボンダーは、所定温度に加熱され、その上面にＩＣチップが位置決め固定されるステージと、ＩＣチップの電極にワイヤ先端部に形成したボールをボンディングしてバンプを形成するボンディングヘッドとを備えたバンプボンダーにおいて、ボンディングヘッドは、ステージの後部に水平方向に移動可能に配設されるボンディングヘッド本体と、ステージ上面に対向可能にボンディングヘッド本体から前方に向け延設されたボンディング作業機構と認識カメラとを備えて成り、ボンディングヘッド本体とステージとの前後方向中間位置に、エアを前方に向けて吹き出してステージ上面に沿って略平行に流れるエア流を形成する多数のエア吹き出し口を形成したエア吹き出し管を配設したことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、エア流によってステージの熱がボンディングヘッド側に影響するのを抑制することができ、熱変形によるバンプ位置ずれを小さくすることができる。例えば、従来±１０〜１５μｍであったものを、±５μｍ以下にすることができる。またエア吹き出し口から吹き出したエア流によってステージの熱がステージ上に位置するボンディング作業機構と認識カメラに影響するのを抑制できるとともに、ステージ上を通って温められたエアがボンディングヘッド本体側とは反対側に流れるため、熱の影響を確実に抑制でき、しかもボンディングヘッド本体とステージとの前後方向中間位置にエア吹き出し管を配設するだけで良く、簡単な構成を付加するだけでバンプ位置ずれを小さくできる。
【００１０】
また、エア吹き出し口から吹き出すエアの流速を、３〜１０ｍ／ｓｅｃ、好適には４〜６ｍ／ｓｅｃに設定するのが好ましい。即ち、３ｍ／ｓｅｃ以下では熱の影響を抑制する効果が小さくなり、逆に１０ｍ／ｓｅｃ以上になると、エア流によってワイヤ先端にボールを形成するためのスパークに悪影響を与えるようになり、適正なボールが形成されなくなる恐れがある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のバンプボンダーについて、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１２】
図１、図２において、１はＩＣチップで、搬送手段（図示せず）でステージ２上に供給され、位置決め手段（図示せず）で所定位置に位置決めされた後吸着固定される。また、バンプ形成後に搬送手段で排出される。ステージ２は超音波熱圧着によってボンディングするように加熱手段が内蔵され、最高温度が３５０℃程度の所定温度に制御されている。なお、ステージ２はＩＣチップ１を２箇所で位置決め固定するように構成され、一方の位置でバンプを形成している間に他方の位置に対してＩＣチップ１を供給・排出できるようになされている。ステージ２の後部には、Ｘ方向とＹ方向の任意の位置に移動・位置決め可能なＸＹテーブル４上に搭載されたボンディングヘッド本体３ａが配設されている。
【００１３】
上記ボンディングヘッド本体３ａを備えたボンディングヘッド３は、図３に示すように、ワイヤリール装着部２０に装着されたワイヤリール２１と、このワイヤリール２１からのワイヤ１０を上方から通されてステージ２上のＩＣチップ１にボンディングを行うボンディング作業機構５とを備えている。ワイヤリール２１とボンディング作業機構５の間には、ワイヤ１０の途中を上向きの湾曲状態にエアー１６で吹き上げてワイヤ１０にテンションを与える第１のワイヤテンショナー１７と、ボンディング作業機構５におけるクランパ６のワイヤガイド６ａの真上でワイヤ１０を上方への吹き上げエアー１８にさらしてワイヤ１０に上向きのテンションを掛ける第２のワイヤテンショナー１９とが配設され、ワイヤリール２１からのワイヤ１０をエアー１６、１８にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構５に無理なく供給できるように構成されている。
【００１４】
ボンディング作業機構５は、図３、図４に示すように、ワイヤ１０を把持固定するクランパ６と、先端にワイヤ１０が挿通されるキャピラリ７を有するとともにワイヤ１０の先端部に形成されたボールにキャピラリ７を介して超音波振動を印加するホーン８と、ボールを形成するための放電用のトーチ９とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ１１がボンディングヘッド３の上部に配設され、認識画像を認識用モニタ（図示せず）に表示するとともにデータ処理装置（図示せず）に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。
【００１５】
また、クランパ６及びホーン８は、図１、図４に示すように、水平支軸１３にて上下揺動自在に支持された揺動部材１２の前部に装着され、水平支軸１３の直後位置に上下動電磁駆動手段１４が配設され、揺動部材１２の後端部に上下位置検出手段１５が配設されている。２２はクランパ６の中間部を開閉自在に枢支する垂直枢軸、２３はクランパ６の後部に配設された開閉電磁駆動部である。
【００１６】
ステージ２とボンディングヘッド本体３ａとの前後方向中間位置には、図１、図２に示すように、ボンディングヘッド本体３ａとは反対側の前方に向けてステージ２の上面に沿って略平行に流れるエア流を形成するように、多数のエア吹き出し口２４を形成したエア吹き出し管２５が配設されている。エア吹き出し口２４は略直径１ｍｍ程度の細孔からなり、数ｍｍピッチで多数形成されている。このエア吹き出し管２５は流量調整弁（図示せず）を介して空圧源に接続されており、各エア吹き出し口２４から３〜１０ｍ／ｓｅｃ、好適には４〜６ｍ／ｓｅｃ程度の流速でエアを吹き出すように構成されている。
【００１７】
次に、以上の構成のバンプボンダーの動作を説明する。
【００１８】
ＩＣチップ１がステージ２上の所定位置に位置決めされて吸着固定されると、ボンディングヘッド３にてバンプ形成が行われる。このボンディング作業においては、まず初期状態でクランパ６及びキャピラリ７が所定高さ位置に位置しかつワイヤ１０の先端部がキャピラリ７の先端から所定長突出しており、この状態でＩＣチップ１の所定の電極と対向する位置にボンディングヘッド３が移動する都度、トーチ９からのスパーク電流によって先端部が溶かされてボールが形成される。キャピラリ７と各電極との対向位置は認識カメラ１１の視覚認識のもとに高精度に制御される。
【００１９】
次に、クランパ６を開いた後上下動電磁駆動手段１４にて揺動部材１２を揺動させてクランパ６及びキャピラリ７をＩＣチップ１に向けて下降させる。そして、下降限まで下降した後、キャピラリ７にてワイヤ１０先端のボールがＩＣチップ１の電極上に加圧されるとともにホーン８にてキャピラリ７を介して超音波振動が印加され、ボールと電極が熱圧着と超音波振動とによって接合される。この際の圧着力は３０ｇ〜５０ｇ程度が好適であり、超音波振動は水平方向にかけられ、振幅０．５μｍ、振動数６０〜７０ＫＨZ （具体例としては６３．５ＫＨZ ）程度とするのが好適である。
【００２０】
ボンディング後、上下動電磁駆動手段１４が作動されてクランパ６及びキャピラリ７が適当距離上昇され、キャピラリ７の先端からワイヤ１０が所定長突出された後、開閉電磁駆動部２３が作動されてクランパ６が閉じられてワイヤ２４が把持固定される。その後再び上下動電磁駆動手段１４が作動されてクランパ６及びキャピラリ７が上昇工程に入り、その上昇工程の初期にワイヤ１０が熱影響部との境界で切断され、電極の上にボール部と３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分とからなる突出長約６０μｍ程度のバンプが形成される。その後、クランパ６及びキャピラリ７が初期状態の所定高さ位置まで上昇する。以後、上記バンプ形成動作が繰り返される。
【００２１】
以上のボンディング動作時に、エア吹き出し管２５の多数のエア吹き出し口２４からボンディングヘッド本体３ａとは反対側に向けてステージ２の上面に沿って略平行に流れるエア流を形成しているので、このエア流によってステージ２の熱がボンディングヘッド３のキャピラリ７及びホーン８や認識カメラ１１に影響して熱膨張するを抑制できるとともに、ステージ２上を通って温められたエアがボンディングヘッド本体３ａ側に流れて熱影響を与えることがなく、熱変形によるバンプ位置ずれを小さくすることができる。このようにエア流を形成することによって従来±１０〜１５μｍあったバンプ位置誤差を、±５μｍ以下に抑制できる。
【００２２】
また、エア吹き出し口２４から吹き出すエアの流速を、３〜１０ｍ／ｓｅｃ、好適には４〜６ｍ／ｓｅｃに設定しているので、熱の影響を効果的に抑制することができるとともに、エア流によってトーチ９からのスパークに悪影響を与えることがなく、適正なボールを形成することができ、精度の高いバンプ形成を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のバンプボンダーによれば、以上の説明から明らかなように、所定温度に加熱されたステージ上にＩＣチップを固定してその電極にボンディングヘッドにてワイヤ先端のボールをボンディングしてバンプを形成するバンプボンダーにおいて、ステージ上面に沿って略平行に流れるエア流を形成する手段を設けたので、エア流によってステージの熱がボンディングヘッド側に影響するのを抑制することができ、熱変形によるバンプ位置ずれを小さくすることができる。
【００２４】
また、ボンディングヘッドとステージとの前後方向中間位置にエアをボンディングヘッドとは反対側の前方に向けて吹き出す多数のエア吹き出し口を形成したエア吹き出し管を配設しているので、エア吹き出し口から吹き出したエア流によってステージ上に位置するボンディング作業機構と認識カメラにステージの熱が影響するのを遮断でき、またステージ上を通って温められたエアはボンディングヘッド本体側とは反対側に流れるため、ステージの熱の影響を確実に抑制することができ、しかもボンディングヘッド本体とステージとの前後方向中間位置にエア吹き出し管を配設するだけで良く、簡単な構成を付加するだけでバンプ位置ずれを小さくできる。
【００２５】
また、エア吹き出し口から吹き出すエアの流速を、３〜１０ｍ／ｓｅｃ、好適には４〜６ｍ／ｓｅｃとすることにより熱の影響を効果的に抑制でき、かつワイヤ先端にボールを形成するためのスパークに悪影響を与えず、適正にボールを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態のバンプボンダーにおけるステージとボンディングヘッドの側面図である。
【図２】  同実施形態におけるステージとボンディングヘッドを模式的に示した斜視図である。
【図３】  同実施形態のボンディングヘッドにおけるワイヤ供給機構の斜視図である。
【図４】  同実施形態のボンディングヘッドの主要部の構成を示す斜視図である。
【図５】  従来例のバンブボンダーの概略構成を模式的に示した斜視図である。
【図６】  同従来例におけるステージとボンディングヘッドを模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】
１  ＩＣチップ
２  ステージ
３  ボンディングヘッド
３ａ ボンディングヘッド本体
５  ボンディング作業機構
１０  ワイヤ
１１  認識カメラ
２４  エア吹き出し口
２５  エア吹き出し管
【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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