JPH0237729A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、アイラ
ンド部がないリードフレームを用い、半導体素子（以下
、チップという）のチップ接着工程を行なわずにワイヤ
ーボンディングを行なう半導体装置の製造方法に関する
。

［従来の技術］ 従来、この種の代表的ボンディング方法としては、アイ
ランド付きリードフレームを使用するワイヤーボンディ
ング法（ＴＣ法、ＴＳ法、ＵＳ法）と、フィルムキャリ
アを使用するＴＡＢ法（例えば特開昭５７−７６８５０
号公報参照）とがある、前者は、リードフレームのアイ
ランドにチップをダイボンディングした後、リードフレ
ームの内部接続部とチップ上のパッドとをワイヤーで接
続するものであり、後者は、フィルムキャリアのリード
にチップ上のバンプをボンディングし、フィルムキャリ
アからリード付のチップを切断分離し、しかる後、この
リードをリードフレームやその他の実装個所にボンディ
ングするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来のアイランド付きリードフレームを使用し
たワイヤーボンディング方法では、次のような欠点があ
る。

１、ｔ５ｆ脂封止後、樹脂とアイランド吊りリードとの
接合界面から湿気が侵入し、半導体装置の劣化が問題と
なる。

２、チップとアイランド部との線膨張係数の違いから製
造工程中の加熱により、熱膨張差を生じ熱ストレスによ
ってチップにクラックが発生する。

３、チップ接着の工程が必要なため、装置および接着材
が必要である。

４、樹脂封止後、樹脂とアイランドとの線膨張係数の違
い、あるいは弾性係数の違いにより、樹脂封止工程やそ
の後の処理工程での加熱およびプリント基板等への実装
時の加熱による熱ストレスの作用で、樹脂にクラックが
発生する。これは特にチップ寸法が１０ｍ＋ｅ以上と大
きくなった時に顕著になる。

５、リード数が１００ビンを越える多ピンのリードフレ
ームでは、アイランド吊りリードは、幅が０．３ｓｍで
、その長さが１ｏＩＩ１１以上と長くなり、ワイヤーボ
ンディングでの加熱により、熱膨張してワイヤーボンデ
ィング中にアイランド部が位置ずれを起こし、ボンディ
ングズレが発生する。また、吊りリード幅も細くなって
おり、アイランド部を下げる押し下げ処理を行うと、ボ
ンディングに使用する加熱ブロックのにげ渭も細くなっ
ているので、位置合せが非常に困難となる。

６、チップ接着工程が必要なため、この工程に起因した
不良（チップのカケ、位置ズレ、接着剤汚れ等）が発生
する。

７、ワイヤーボンディング時のチップ加熱が、アイラン
ド部の金属板をとおして行われるので、アイランド部と
加熱ブロックの密着が必要であり、熱効率も悪い。

８　リードフレームの設計、製作がアイランド部の制約
を受けるため、工数がかかり、工程も複雑になる。

９、アイランド部の吊りリードは、その部分の剛性に起
因する固有振動を起こすので、リード側と相対的な振動
を起こし、ワイヤー切れ、ループ異常等の不良が発生す
る。

一方、フィルムキャリアを用いた従来のＴＡＢ方式では
、以下の問題点が存在する。

１、チップ上にリード接着用のバンプを形成するのでチ
ップ価格が高い。

２、チップ主面のバンプに合わせて、フィルムキャリア
上のリードを形成するので、フィルムキャリアをチップ
設計に応じて変更する必要があり、フィルムキャリアは
、汎用性に乏しい ３、接続リード数が１００本以上の多ビンになると、リ
ード先端の幅は０．１ａｕｇ以下となり、内部接続リー
ド部の曲りが発生し易くなり、ボンディングも困難とな
る。

４、ボンディング装置が特殊なため、設備価格が高い。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の製造方法は、 ■ワイヤーボンディング位置に搬送されてきたアイラン
ドなしリードフレームをそこで固定し、かつ、加熱する
、 ■粘着シート上のチップをピックアップし、これをワイ
ヤーボンディング位置に搬送する、■チップを直接、加
熱ブロック上に載置して加熱し、かつ、そこに固定する
、 ■リードフレームの内部接続部とチップ上のパッドとを
ワイヤーで接続する、 ■アイランドなしリードフレームを、ワイヤーで吊られ
たチップと共に１ピツチだけ搬送する、の諸工程を具備
している。

［実施例］ 次に、本発明について、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に用いられるアイランドなしリードフ
レームの平面図であって、このリードフレーム１は、従
来のリードフレームと同様に１対のフレーム７．７の間
に、タイバー８が差し渡されており、そして、このタイ
バー８からは、その内側先端に内部接続部９を有するリ
ード１０が伸びている。しかし、このリードフレームか
らは、従来のリードフレームに必要とされたアイランド
とアイランド吊りリードとが除去されている。

このアイランドなしリードフレームを用いる本発明の一
実施例を第２図（Ｉ）〜（Ｖ）および第３図を参照して
説明する。

（１）リードフレーム搬送工程〔第２図（Ｉ）参照］ アイランドなしリードフレーム１は、図示しない自動送
り位置決め手段によって駆動される上爪２、下爪３の閉
動作により把持される。そして、加熱ブロック４が加熱
ブロック位置上下手段１３により、下降し、リード押え
２８が、図示しない駆動手段により上昇した後、上爪２
および下爪３が、リードフレームを把持したまま、自動
送り位置決め手段により、図の右方向に、リードフレー
ムの１ピツチ分だけ送られる。

（２）リードフレーム固定工程［第２図（■）９照］ アイランドなしリードフレーム１の内部接続部９がワイ
ヤーボンディング位置６に送り込まれ、水平方向の位置
出しが完了すると、加熱ブロック４が上昇、リード押え
２８は下降して、リードフレーム１は、位置決め固定さ
れる。そして、リードフレーム１はここで加熱されて、
ボンディングに備える。加熱ブロック４の温度制御は、
第２図（ｒ）に示されるように、ブロック４に差し込ま
れた熱電対５の信号を加熱温度制御手段１４に入力し、
この加熱温度制御手段１４の出力電流Ａｔ！−、ブロッ
ク内に埋め込まれたヒーター１５に供給することによっ
て行なわれる。そして、上爪２と下爪３とは第２図（Ｉ
）に図示された左の位置に復帰する。

く３）チップ搬送工程［第２図（■）、第３図参照］ 予め、位置決めされた、チップ１２は、チップ供給アー
ム２２の先端に設けられたチップ吸着ノズル２３に真空
吸着される０次いで、チップ１２は、チップ供給アーム
２２の回動により、ワイヤーボンディング位置６の上方
に運ばれ、チップ供給アーム２２の下降動作により、ボ
ンディング位置６に着地する。加熱ブロック４のボンデ
ィング位置には、深さＯ〜１　ｍｍ程度の凹型のくぼみ
が設けられている。このくぼみの底面には、チップとの
密着性を図るために、精密仕上げが施されている。また
、このくぼみの大きさは、チップ１２より幾分大きく、
かつ、リードフレーム１の内部接続部９が、くぼみの上
方に突出することのない大きさに設定される。

チップ１２が、このくぼみに着地すると、アーム駆動制
御手段１７がら、チップ供給アーム２２ヘチツプ供給完
了信号が出され、チップ吸引ノズル２３に導かれていた
真空が切れる。そして、チップ供給アーム２２は、ボン
ディング装置の動作を妨害しない位置に移動する。なお
、チップ搬送工程中は、ボンディング装置は、第３図に
示すように、後方に（図の右側へ）待避している。

チップ供給アーム２２が、チップ１２を加熱ブロック４
に搬送している間に、次に運ばれるチップ１２　は、カ
メラ１９と位置補正手段１８およびチップＸＹステージ
２７の動作により、位置補正され、チップ吸着ノズル２
３が、チップ吸着位置に戻ったとき、チップ吸着ノズル
２３の中心にくるように、位置制御される。その他のチ
ップもシート２４上に配列され、そのシートは、シート
リング２５に固定されている。そして、シートリング２
５は、チップｘＹステージ２７に固定されているリング
受は台２６にネジ等で固定されている。

（４）チップ加熱・固定工程［第２図（１）参照］ チップ１２が、ボンディング位Ｔｔ６へ運ばれ、チップ
吸着ノズル２３の吸着が断たれると、その信号が、真空
導引手段１６へ伝達され、真空用電磁弁１５が開く、そ
れによって、チップ１２は、加熱ブロック内に穿設され
た真空吸着穴１１およびパイプを介して真空吸引されて
、そこに固定される。そして、チップ１２は、直接加熱
ブロック４によって加熱される。

（５）ワイヤーボンディング工程［第２図（ＩＶ）参照
］ 次に、第３Ｉ２１に図示した位置に待避していたボンデ
ィング装置はワイヤーボンディングを行なうために前進
する（図の位置から、左へ移動する）、そして、ボンデ
ィング装置は、ワイヤーボンディング位置６に保持され
、加熱されているチップ１２およびリード押え２８と加
熱ブロック４とによって保持され、加熱されているリー
ドフレーム１の内部接続部９に対して、ワイヤーボンデ
ィングを行なう、この場合に、ボンディングヘッド３０
に固定されているカメラ２０は、チップ１２上の２点を
撮像し、その撮像情報を、認識制御手段２１へ伝達する
。そして、この認識制御手段は、その情報に基づいてチ
ップの位置ずれ量を計算して、ボンディング位置を決定
する。その結果に基づいて、ＸＹステージ制御部２９は
、χＹステージ３１を駆動する。ＸＹステージ３１上に
はボンディングヘッド３０が固定され、ボンディングヘ
ッド３０には、ボンディングアーム３７が上下動作可能
に支持されている。そして、緊線動作を行なうボンディ
ングツール５１は、ボンディングアーム３７に固定され
ている。而して、ボンディングツール５１の緊線動作時
の上下動作は、ボンディングアーム３７により、そして
、水平面上での動きは、ＸＹステージ３１の高速・高精
度動作により行なわれる。

所定のワイヤーボンディングが完了すると、真空導引手
段１６に接続されている真空用電磁弁１５をスイッチ切
換えし、真空吸着穴１１の真空を常圧に戻す。

以上で、本発明実施例の１サイクルは、終了する。そし
て、その後、再び（１）のリードフレーム搬送工程に戻
り、アイランドなしリードフレーム１は、■ピッチ分送
られる。このとき、第２図（Ｖ）に示されるように、ワ
イヤーボンディング済みのチップ３３は、ワイヤールー
プ３２に支持された状態で、リードフレーム１とともに
搬送される。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第４図には、チップ受は口３４の周縁に、ワイヤー支え
部５２を形成した加熱ブロック３６が示されている。こ
のワイヤー支え部５２によりワイヤーループ３２の形状
不良を防止し、ボンディング済みチップ３３の保持状態
を安定させることができる。

第５図（ａ）は、更に別の実施例の側面図であり、第５
図＜ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

この実施例は、先の実施例のチップ保持固定手段を、機
械的チップ押圧固定手段としたものであり、加熱ブロッ
ク４４、チップ押圧爪４１．４２および機械的チップ押
圧ユニット４３を用いるものである。第２図（Ｉ）、（
Ｉｔ）と同様の方法でアイランドなしリードフレーム１
の内部接続部９をリード押え２８で保持固定し・たのち
、チップ供給アーム２２の先端部のチップ吸着ノズル２
３によって吸着保持されたチップ１２が、加熱ブロック
４４のワイヤーボンディング位Ｗ４５に搬送されてくる
。そして、ここに着地すると同時に、機械的押圧ユニッ
ト４３の作用によってチップ押圧爪４１．４２がチップ
１２の側面を挟持するように接近し、両側面より押圧し
固定する。その後、第２図（ＩＶ）以降と同様にワイヤ
ーボンディングを実施する。この実施例では、チップ中
心部が、真空吸着穴により非加熱とされることがないの
で、チップ中心部に接続用電極がある場合や小チップを
加熱する場合に有利である。

更に別の実施例を、第６図（ａ＞、（ｂ）を参照して説
明する。第６図＜ａ＞はチップ搬送途中の状態を示す図
であり、第６図（ｂ）はチップの搬送が完了した状態を
示す図である。この実施例は、チップ供給アーム２２を
アイランドなしリードフレーム１と、下方に大きく降下
させた加熱ブロック４との間に挿入して、チップにを供
給させるようにしたものである。

この実施例において、まず、アイランドなしリードフレ
ーム１の内部接続部をワイヤーボンディング位置４８の
直上方に、初めの実施例と同様な自動送り手段により送
り込む。このタイミングと同時に又はその後に加熱ブロ
ック位置上下手段４７により、加熱ブロック４をアイラ
ンドなしリードフレーム１の下面より約１５ｍｍ以上降
下させその状態を維持させる。その後、チップ供給アー
ム２２のチップ供給動作により、先の実施例と同様の手
法で、チップ１２を加熱ブロック４の凹部に供給する。

チップ１２がそこで吸引された後、チップ供給アーム２
２およびチップ吸着ノズル２３が第６図（ｂ）に示すよ
うに加熱ブロック４上から回避する。その後、加熱ブロ
ック４は、加熱ブロック位置上下手段４７の作用により
上昇し、同時にリード押えが降下し、第２図（［）と同
等の状態になる。

次に、加熱ブロック４上にチップ１２を供給する方法に
関し、第３図に図示したものとは異なる方法について、
第７図、第８図を参照して説明する。チップ１２を加熱
ブロック４上に搬送するとき、チップ供給アーム２２と
ボンディングアーム３７やボンディングツール５１は、
互に干渉する可能性がある。これを回避するために、第
３図に図示した例では、ボンディングヘッド３０全体を
図示の位置へ後退く図中では右側へ）させるものであっ
たが、これに対し、第７図の例では薄型チップ供給アー
ム３８と薄型チップ吸着ノズル３９を用いており、これ
らはボンディングアームか最上方へ持ち上げられた状態
において、リードフレーム１とボンディングツール５１
との間に入り込めるように、例えば２．５ａ＋＋＊と薄
く構成されている。

また、第８・図に示した例は、ＸＹステージ３】の下に
ＸＹステージ上下移動手段４０を設け、これにより、チ
ップ搬送工程中は、ボンディング装置を上方へ待避せし
めるものである。

そして、本発明においては、第３図、第７図、第８図に
図示したものを組み合わせて、ボンディング装置とチッ
プ供給アーム２２をの干渉を避けるようにしてもよい。

また、ワイヤーボンディングの方法については、ＴＣ法
のみならず、一般に用いられているボンディング方法の
うち、いずれを用いてもよい。

ところで、アイランドなしリードフレームを用いた場合
の難点と考えられることは、■樹脂封止の際、樹脂流に
よって、チップ位置およびワイヤーループが変化する、
■放熱性が悪化する、■基板裏面を金属板ヘオーミック
に接合させることができない、等の点であろう。而して
、本発明者等は既に、■については、樹脂モールド時の
樹脂の流速をコントロールすることによって克服しうろ
ことを見出した。また、■に関しては、現在はとんどの
ＩＣチップは、エポキシ系接着剤でアイランドへダイボ
ンドされているのであるからアイランドを用いなくても
、これを用いているものと比較して放熱面で格別の遜色
はない。そして、■についても、従来から基板とアイラ
ンドとをオーミック楼台しない場合が多かったのである
から、アイランドを除去しても特に問題はない。また単
にチップの裏面を同一電位に保ちたいだけなのであれば
、基板裏面にＡＩ又はＡｕを蒸着することで対処できる
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、チップのダイボ
ンディングの工程を省略することができることから、本
発明は、 ■製造装置、製造工程が共に簡素化しくダイボンド装置
、工程が不要となる）、従って、製造装置、製造コスト
が全体として低廉化する、■ダイボンド工程に起因する
チップのかけ、クラックがなくなる、 ■ダイボンドのための接着剤が不要となり、また、接着
剤によるチップ、リードフレームの汚れがなくなる、 等の効果を奏するものであり、更に、チップを直接、加
熱ブロック上に固定し、加熱することによって、 ■チップと加熱ブロックとを密着させてチップを直接加
熱することができるから、熱効率が向上する、 ■チップの加熱ムラがなくなるから、ボンディング不良
が減少する、 ■ボンディング時に、アイランド部の吊りリードの剛性
に起因する固有振動がなくなるので、安定したボンディ
ングが可能となる、 等の効果を奏する。また、本発明によれば、アイランド
なしのリードフレームを用いることができるようになる
から、リードフレームの設計・製造が容易になり、かつ
、リードフレームをワイヤーボンディング位置に固定す
る工程での位置決めが容易となる。更に、本発明によれ
ば、樹脂モールド後において、吊りリードからの湿気の
侵入がなく、また、アイランドに起因する樹脂のクラッ
クが発生しない半導体装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本９発明に用いられるアイランドなしリード
フレームの平面図、第２図（Ｉ）〜（Ｖｌおよび第３図
は、本発明の一実施例を説明するための工程段階図、第
４図乃至第８図は、それぞれ本発明の他の実施例を説明
するための図である。 １・・・アイランドなしリードフレーム、　２・・・上
爪、　３・・・下爪、　４．３６．４４、・・・加熱ブ
ロック、　６・・・ワイヤーボンディング位置、　９・
・・内部接続部、　１１・・・真空用穴、　１２・・・
チップ２２・・・チップ供給アーム、　２３・・・チッ
プ吸着ノズル、　２７・・・チップＸＹステージ、　２
８・・・リード押え、　３０・・・ボンディングヘッド
、３１・・・ＸＹステージ、　３２・・・ワイヤールー
プ、３３・・・ボンディング済みチップ、　３７・・・
ボンディングアーム、　４１．４２・・・チップ押圧爪
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ボンディング位置において、該ボンディング位置に搬送
   されてきた、複数単位からなるアイランドなしリードフ
   レームの現ワイヤーボンディング工程でボンディングさ
   れる単位の部分を固定し、かつ、これを加熱するリード
   フレーム固定・加熱工程と、 半導体素子をその供給位置から前記ボンディング位置に
   搬送する半導体素子搬送工程と、 前記ボンディング位置において、搬送されてきた半導体
   素子を直接加熱手段上へ載置してこれを加熱し、かつ、
   これを固定する半導体素子加熱・固定工程と、 前記ボンディング位置において、前記アイランドなしリ
   ードフレームの内部接続部と前記半導体素子のパッドと
   をワイヤーで接続するワイヤーボンディング工程と、 アイランドなしリードフレームを、１単位だけワイヤー
   で吊られた前記半導体素子とともに、搬送するリードフ
   レーム搬送工程と、 を具備する半導体装置の製造方法。