JP3154407B2

JP3154407B2 - ギャングボンディング装置

Info

Publication number: JP3154407B2
Application number: JP32196398A
Authority: JP
Inventors: 哲夫反田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2001-04-09
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: JP2000150583A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、主として、チップ
の端子にリード用テープをボンディングする際に使用さ
れるギャングボンディング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のギャングボンディング装置として
は、例えば、特開平５−１３６２０５号公報に所載の装
置のような構造が知られている。これを、図２を参照し
て、説明すると、先ず、ヒータを内蔵したステージ３上
に、真空吸着などにより、チップ２を固定して、前記ヒ
ータで所定の温度に加熱する。そして、その上にテープ
１を配置し、ツール４で、チップの電極にテープ端を接
合する。

【０００３】この場合、接合には、超音波振動と荷重負
荷とが用いられる。即ち、超音波振動子９で発生させた
超音波振動を、ホーン５を介して、ツール４に伝達し、
一方でステージ３に、超音波振動子９’による超音波振
動を与え、かつ、ツール４の上部より荷重を加えて、所
謂、超音波併用熱圧着法によって、接合を実現してい
る。この場合、ツール４に荷重が加えられるため、超音
波振動が抑制され、接合部において、十分な振幅が得ら
れないという問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、超音波振動子を把持するホルダブロックに荷重を加
えて、ツールを拘束しない手段を検討したが、チップで
の電極数が増加し、熱圧着に必要な荷重が増加する場合
には、ホーンが片持ち構造であるため、ホーンの取付部
分から曲がる畏れがある。そして、その結果、ツール４
に曲げ応力が発生し、接合部にスベリ（位置ずれ）が生
じるという問題が発生した。

【０００５】上述のように、多数ピンの半導体チップ
を、ギャングボンディングするためには、大荷重を加え
てもホーンの曲がらず、かつ、超音波振動を十分に接合
部に伝達できる構造が必要である。

【０００６】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、大荷重に耐え、しか
も、超音波振動を十分にチップの端子接合部に伝達でき
る構造のギャングボンディング装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
超音波振動子のホーンを介して超音波を受けるツール
を、チップに対向させると共に、荷重機構により、前記
ツールを介して、前記チップに荷重を負荷するように構
成したギャングボンディング装置において、前記荷重機
構は、前記ホーンでの超音波振動の節に荷重点を備えて
おり、また、前記ツールは、前記荷重点の中間に位置さ
れていることを特徴とする。

【０００８】この場合、本発明の実施の形態として、前
記超音波振動子はランジュバン型振動子であり、また、
前記ホーンは円柱状で、これに取り付けられたツールの
位置で所定振幅が得られる構成とすると共に、該ツール
に対して対称位置に超音波振動の節がくるように荷重機
構の荷重点を設定していること、また、前記超音波振動
子は、ホルダブロックを介して、前記荷重機構の荷重ベ
ースに支持され、また、前記ホーンは、前記荷重点で荷
重ステージに接触され、該荷重ステージは、荷重ブロッ
クを介して、前記荷重ベースに対して接続されているこ
とが、好ましい。

【０００９】このような構成では、超音波振動の節に荷
重点を設けることで、ホーンを荷重機構に確実に保持し
ながら、しかも、荷重点の中間でツールを機能させるの
で、大荷重に耐え、しかも、超音波振動を十分にチップ
の端子接合部に伝達できるのである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１を参照して具体的に説明する。ここでは、本発明のギ
ャングボンディング装置は、ヒータ（図示せず）を内蔵
したステージ３と、超音波を所定の振幅にして伝達する
ホーン５と、ホーン５に固定したツール４と、ホーン５
を介して超音波振動をツール４に加える超音波振動子９
と、ホーン５と接触している荷重ステージ６と、荷重ベ
ース８と、荷重ステージ８を荷重ベース８に固定する荷
重ブロック７とによって構成されている。なお、荷重ス
テージ６と荷重ブロック７と荷重ベース８は、ネジ止め
によって一体に固定している。

【００１１】別言すれば、本発明のギャングボンディン
グ装置は、超音波振動子９のホーン５を介して超音波を
受けるツール４を、チップ２に対向させると共に、荷重
機構により、ツール４を介して、チップ２に荷重を負荷
するように構成したもので、前記荷重機構は、ホーン５
での超音波振動の節（図１の下部に模式的に示す）に荷
重点Ｇ、Ｇを備えており、また、ツール４は、荷重点
Ｇ、Ｇの中間に位置されている。

【００１２】特に、この実施の形態では、超音波振動子
９はランジュバン型振動子であり、ホーン５は円柱状
で、これに取り付けられたツール４の位置で所定振幅が
得られる構成とすると共に、ツール４に対して対称位置
に超音波振動の節１１がくるように、荷重機構の荷重点
Ｇ、Ｇを設定している。また、超音波振動子９は、ホル
ダブロック１０を介して、前記荷重機構の荷重ベース８
に支持され、また、ホーン５は、荷重点Ｇ、Ｇで荷重ス
テージ６に接触され、荷重ステージ６は、荷重ブロック
７を介して、荷重ベース８に対して接続されている。

【００１３】また、本発明の実施の形態では、その具体
的構成として、例えば、超音波振動子として、ランジュ
バン型振動子で出力２００Ｗ、超音波周波数３８ＫＨｚ
のものを使用し、ホーン５はステンレス製で直径２０ｍ
ｍの円柱を使用した。ホーン５の形状（直径、ホーン取
付部の形状）はツール４の位置で所定振幅が得られ、か
つ、ツール４に対して、図上、左右対称な位置に超音波
振動の節１１がくるように設定されている。

【００１４】そして、組立に際しては、ホーン５の形状
を決定し、超音波の節１１の位置を確認した後、ホーン
５と荷重ステージ６がその位置で接触するように、互い
に接触する突起部を荷重ステージ６に設けた。その結
果、ホーン５と荷重ステージ６は、超音波振動の節１１
で確実に接触する。そして、両者を接触させた状態を保
持しながら、超音波振動子９をホルダブロック１０に固
定する。

【００１５】この場合、ツール４は、チタン合金製、
７．５ｍｍ×１０ｍｍのものを使用する。また、テープ
１の電極位置に対応する部分に微小突起を設けて、テー
プ１端末とチップ２の接合部に超音波振動が効率よく伝
搬する形状とする。

【００１６】次に、ここでのギャングボンディング操作
について説明する。まず、チップ２をステージ３上に搭
載し、真空吸着などの手段で固定する。そして、チップ
２は、ステージ３に内蔵されたヒータにより、所定の温
度に加熱される。チップ２上にテープ１を搬送し、互い
の位置決めマークが一致するように、テープ１の位置を
決め、この状態で、荷重ベース８を降下させる。なお、
ツール４がテープ１とチップ２に衝突して、ダメージを
与えないように、接触させる寸前で、降下速度を減速さ
せ、テープ１とチップ２を接触させる。さらに、荷重ベ
ース８を下げ、所定荷重がテープ１とチップ２に加わっ
たところで、荷重ベース８の降下を停止し、超音波振動
子９を所定時間の間、発振させる。

【００１７】なお、チップ２の電極は、一般的にＡｌ、
もしくは、Ａｌ上にＡｕメッキをかけたものである。電
極がＡｌである場合、表面が酸化膜で覆われているた
め、テープ１とチップ２の電極を電気的に接続するため
には、超音波振動で酸化膜を除去し、新生面を形成し
て、接合する必要がある。また、電極にＡｕが施されて
いる場合、酸化膜はないが、表面に水分やゴミ等の不純
物を吸着しているため、超音波振動で、それらの不純物
を除去し、清浄面を形成し、接合する必要がある。

【００１８】この実施の形態では、荷重を超音波振動の
節１１でツール４に加えているため、超音波振動を阻害
せず、電極の酸化膜や不純物を除去でき、電気的接続を
実現できる。また、超音波振動の節１１は、ツール４に
対して、左右対称な位置にあるため、片持ち梁のような
形で、ホーンを曲げる力が発生せず、テープ１とチップ
２の接続部が滑らず（位置ズレがなく）、高精度な接合
が実現できる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明に係わるギャングボンディング
装置について、そのチップサイズ＝□７．５ｍｍ、電極
数＝２００ピンで、ギャングボンディングした場合にお
ける効果を、従来例と比較して説明する。

【００２０】特開平５−１３６２０５号公報の装置のよ
うに、ツール４の上部に直接、荷重を加える方式と本発
明の実施の形態とを比較すると、出力１４０Ｗ、荷重２
５Ｋｇｆの条件で、ツール４の振幅は、従来例で、０．
１μｍ、本実施例で、２．２μｍであった。超音波振動
の節１１で荷重を加えることにより、超音波振動を阻害
しないことが検証できた。

【００２１】次に、超音波振動子９を把持するホルダブ
ロックに荷重を加える方式と比較した場合について説明
する。出力１４０Ｗ、荷重２５Ｋｇｆの条件において、
ホルダブロックに荷重を加える方式では、テープ１とチ
ップ２の電極部が２０μｍ程度滑り（位置ズレ）を発生
した。一方、本実施例では、位置ズレは２μｍ程度で、
極めて高精度な接合が実現できた。電極は、電極サイズ
＝□８０μｍ、ピッチ＝１００μｍで、電極間ギャップ
量は２０μｍである。そのため、接合位置が２０μｍズ
レると、ショート不良を発生させる。しかし、位置ズレ
が２μｍ以下であれば問題なく、十分な組立精度を確保
できる。

【００２２】これまで、十分な接合精度がないなどの理
由で、多ピン製品では、ギャングボンディングが使用で
きず、シングルポイントボンディングで対応してきた
が、ピン数の増加と共にボンディング時間が増大し、コ
ストアップ要因となっている。そこで、本発明のよう
に、ギャングボンディングの採用が可能であると、一括
処理工程であるため、ピン数による時間増加が避けら
れ、コストダウンが可能になるという効果もある。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上詳述したようになり、超
音波振動子のホーンを介して超音波を受けるツールを、
チップに対向させると共に、荷重機構により、前記ツー
ルを介して、前記チップに荷重を負荷するように構成し
たギャングボンディング装置において、前記荷重機構
は、前記ホーンでの超音波振動の節に荷重点を備えてお
り、また、前記ツールは、前記荷重点の中間に位置され
ている。従って、大荷重に耐え、しかも、超音波振動を
十分にチップの端子接合部に伝達できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。

【図２】従来例の概略構成図である。

【符号の説明】

１テープ２チップ３ステージ４ツール５ホーン６荷重ステージ７荷重ブロック８荷重ベース９、９’ 超音波振動子１０ホルダーブロック１１超音波振動の節

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動子のホーンを介して超音波を
受けるツールを、チップに対向させると共に、荷重機構
により、前記ツールを介して、前記チップに荷重を負荷
するように構成したギャングボンディング装置におい
て、前記荷重機構は、前記ホーンでの超音波振動の節に
荷重点を備えており、また、前記ツールは、前記荷重点
の中間に位置されていることを特徴とするギャングボン
ディング装置。
【請求項２】前記超音波振動子はランジュバン型振動
子であり、また、前記ホーンは円柱状で、これに取り付
けられたツールの位置で所定振幅が得られる構成とする
と共に、該ツールに対して対称位置に超音波振動の節が
くるように荷重機構の荷重点を設定していることを特徴
とする請求項１に記載のギャングボンディング装置。
【請求項３】前記超音波振動子は、ホルダブロックを
介して、前記荷重機構の荷重ベースに支持され、また、
前記ホーンは、前記荷重点で荷重ステージに接触され、
該荷重ステージは、荷重ブロックを介して、前記荷重ベ
ースに対して接続されていることを特徴とする請求項１
あるいは２に記載のギャングボンディング装置。