JPH03190198A - アウターリードのボンディング方法 - 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） 本発明はアウターリードのボンディングヘッド及びボン
ディング方法に関し、詳しくは、ＴＡＢ法により製造さ
れた半導体チップのアウターリードを、基板に熱圧着す
るための手段に関する。

（従来の技術） 合成樹脂フィルムにより作られたフィルムキャリヤに半
導体を搭載し、このフィルムキャリヤを打ち抜くことに
より半導体チップを製造することが、ＴＡＢ法として知
られている。

このようにして製造された半導体チップは、上記のよう
にフィルムキャリヤを打ち抜いたことにより形成された
アウターリードを有しておリ、このアウターリードを基
板に形成された電極部に接着することは、一般にアウタ
ーリードボンディングと呼ばれる。

（発明が解決しようとする課題） アウターリードの基板への接着は、基板の上面に形成さ
れた電極部にアウターリードを着地させ、熱圧着子をア
ウターリードに押し付けて、電極部を加熱溶融させるこ
とにより行われる。

ところが電極部の素材となる半田は溶融硬化の温度特性
を有しており、半田の品種によって差異はあるが、一般
には、１６０〜１８０℃まで徐々に加熱した後、２２０
℃以上に一気に加熱することにより溶融させ、次いで徐
々に冷却して硬化させるのが望ましい。またアウターリ
ードは極細極薄であって、しかもポリイミドのような合
成樹脂により形成されているため、いきなり高温に加熱
すると、材質が変質するなどして好ましくなく、したが
って徐々に加熱することが望ましい。

そこで本発明は、このような半田やアウターリードの温
度特性を満足できるボンディング手段を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） このために本発明は、下端部に半導体チップの吸着部を
有する昇降自在なノズルシャフトと、この吸着部の側方
にあって、この吸着部により基板に搭載されたアウター
リードをこの基板に熱圧着する熱圧着子と、この熱圧着
子に冷気を吹き付ける冷却手段とから、アウターリード
のボンディングヘッドを構成している。

（作用） 上記構成によれば、冷気を吹き付けることにより、まず
比較的低温度の熱圧着子によりアウターリードを基板の
電極部に押し付け、次いで冷気の吹き付けを中断するこ
とにより、熱圧着子の温度を上昇させて、アウターリー
ドを電極部に熱圧着する。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図はボンディングヘッドの斜視図、第２図は一部切
欠斜視図である。ｌはプレート状の支持フレームであり
、その中央部には直立管２が装着されている。この直立
管２にはノズルシャフト３が昇降自在に嵌挿されており
、その下端部には半導体チップＰの吸着部４が設けられ
ている。この半導体チップＰはＴＡＢ法により製造され
たものであって、第３図に示すように、フィルムキャリ
ヤを打ち抜いて作られた極細極薄のアウターリードＬが
半導体チップＣの４辺から４方向に延出している。なお
半導体Ｃの２辺から２方向にアウターリードＬが延出し
ているものもあり、このような半導体チップにも本発明
に係る手段は適用できる。

５は上記支持フレームｌの下面に設けられた加熱手段と
してのヒートブロックであって、上記直立管２はこのヒ
ートブロック５を貫通している。第２図において１２は
給電線である。ヒートブロック５の下面には、下方へ向
って先細の伝熱部６が一体的に突設されている。７は吸
着部４の側方に設けられた熱圧着子であって、４方向に
延出するアウターリードＬに押接できるように吸着部４
を取り囲む矩形枠状であり、またその断面形状は、膨大
部７ａと、小形の押圧部７ｂを有している。後に詳述す
るように、この押圧部７ｂをアウターリードＬに押し付
けて、これを基板に形成された半田から成る電極部に熱
圧着するものであり、膨大部７ａは蓄熱部となっている
。この熱圧着子７は、ヒートブロック５と一体的に形成
してもよいものであるが、本実施例では熱圧着子７をヒ
ートブロック５と別体とすることにより、半導体チップ
の品種変更には、熱圧着子７のみの交換で対応できるよ
うにしている。この場合、アウターリードＬが２方向に
延出するものは、熱圧着子は矩形枠状に形成する必要は
なく、この２方向のアウターリードＬに対応する形状と
なる。

第２図において、８はヒートブロック５を取り囲むよう
に配設された枠形のブラケットであって、熱圧着子７は
シャフト９を介してこのプラケット８に結合されている
。１０は熱圧着子７を下方に付勢するコイルばね、１１
はシャフト９の昇降をガイドするベヤリング部である。

第２図及び第４図（ａ）において、１４は熱圧着子７を
上下動させて伝熱部６に接離させるための接離手段であ
って、支持フレームｌの下面の取付け板２２に、ピン１
６を中心に回転自在に軸着されたアーム１５を有してい
る。アーム１５の先端部には、上記ブラケット８の下面
に当接するローラ１７が軸着されている。１８は、ロー
ラ１７を下方すなわち熱圧着子７を伝熱部６から下方に
分離させる方向に付勢するばね材である。１９はフレー
ム２１（第１図参照）に垂設されたロッドであり、その
下端部は、アーム１５の他端部に軸着されたローラ２０
に押当し、ばね材１８のばね力に抗して、ローラ１７を
ブラケット８の下面に押当させている。後に詳述するよ
うに、熱圧着子７を伝熱部６に接離させることにより、
伝熱部６から熱圧着子７への伝熱を断接し、熱圧着子７
の温度制御を行うようにしている。また熱圧着子７が上
昇位置にある接合状態で、両者６，７には小間隔ｔが確
保されており（第４図（ａ）部分拡大図参照）、このよ
うに間隔ｔを確保することにより、熱圧着子７が伝熱部
６により過度に加熱されるのを防止している。

第４図（、ａ）において、支持フレームｌの上面側部に
はシャフト２３が立設されている。２４はシャフト２３
の上方に設けられた多段シリンダであり、そのロッド２
５はシャフト２３の上面に接地している。２６は第２の
シリンダであって、そのロッド２７は支持フレームｌの
上面に結合されている。この第２のシリンダ２６は、そ
の退去力Ｆ２（同図（Ｃ）参照）により、支持フレーム
ｌやヒートブロック５等の荷重を支持するものである。

このシリンダ２４は、押圧子７をアウターリードしに強
く押し付けるための加圧手段であり、また熱圧着子７を
吸着部４とは別個に独立して昇降させる昇降手段となっ
ている。

第４図（ａ）において、４０はノズルシャフト３を昇降
させるためのパルスモータであって、ねじ杆４１を回転
させ、これに螺着されたナツト体４２を昇降させる。ノ
ズルシャフト３の上端部にはブロック４３が装着されて
おり、コイルばね４４により、ノズルシャフト３を下方
に付勢している。４５はその上端部が上記ナンド体４２
に押圧されるシャフトであって、その下端部には上記ブ
ロック４３の下面に押当するローラ４６が装着されてい
る。４７はシャフト４５の昇降ガイドブロック、４８は
シャフト４５を上方に付勢するコイルばねである。なお
各図において、ばねの付勢方向は矢印により示している
。

したがってパルスモータ４０が作動してナンド体４２が
下降すると、シャフト４５はコイルばね４８のばね力に
抗して下降し、ローラ４６も下降して、ノズルシャフト
３はコイルばね４４のばね力により下降する。またナン
ド体４２が上昇すると、シャフト４５はコイルばね４８
のばねツノにより上昇し、ノズルシャフト３はローラ４
６により押し上げられて上昇する。

第１図において、５０はノズルシャフト３をその軸心を
中心に回転させるためのモータ、５１はカム、５２はカ
ムフォロア、５３はカムフォロア５２が軸着された回動
子、５４は回動子５３に垂設されたシャフト、５５はノ
ズルシャフト３側から延出するロッド５６の先端部に装
着されて、シャフト５４に押当するローラである。これ
らの手段は、吸着部４に吸着された半導体チップＰを水
平回転させて、その向きやθ方向の位置補正を行うもの
であるが、本発明とは直接関係ないので、その詳細な説
明は省略する。

第３図は冷却手段を示すものであって、１３は上記ノズ
ルシャフト３と直立管２の間に嵌挿された内管であり、
直立管２と内管１３の間には、パイプ２８を通して、冷
気が送り込まれ、この冷気は直立管２の下端部からアウ
タリードＬを押圧する熱圧着子７の押圧部７ｂへ向って
随時吹き出される（破線矢印参照）。パイプ２８は直立
管２の上部に接続されており、吹き込まれた冷気は、直
立管２と内管１３の間を下降する。したがって、ノズル
シャフト３をその全長に渉って冷却し、ノズルシャフト
３がヒートブロック５により過度に加熱されて熱変形し
、ボンディング精度に誤差が生じるのを防止している。

この冷気の温度は、例えば常温である。

またノズルシャフト３と内管１３の間にも空隙があり、
この空隙によりヒートブロック５の熱がノズルシャフト
３に伝達されるのを断熱している。なお上記のように、
ノズルシャフト３が貫挿された直立管２の下端部から冷
気を吹き出させれば、冷気は四方に吹き出して、吸着部
４を取り囲むように位置する押圧部７ｂに、まんべんな
く冷気を吹き当てることができる利点があるが、冷気の
吹き出し手段は直立管２やヒートブロック５とは別個に
設け、熱圧着子７の斜上方から押圧子７の押圧部７ｂに
向けて冷気を吹き付けてもよいものであり、冷却手段の
具体的構成は本実施例に限定されない。

このボンディングヘッドは上記のような構成より成り、
次に第４図（ａ）〜（ｆ）を参照しながらボンディング
方法を説明する。

吸着部４の下端部に半導体チップＰを吸着したボンディ
ングへンドは、基板Ｓの上方に到来する（第４図（ａ）
）。次いでモータ４０が駆動することにより、吸着部４
は下降して、半導体チップＰを基板Ｓに搭載し、アウタ
ーリードＬを基板Ｓの上面に形成された半田から成る電
極部３０に着地させる（同図（ｂ））。

次いでシリンダ２４が作動することにより、支持フレー
ム１は下降する。するとローラ２０はロッド１９から離
れ、アーム１５はばね材１８のばね力により回転して熱
圧着子７は下降し、その押圧部７ｂはアウターリードＬ
に押当して、これを電極部３０に押し付ける（同図（Ｃ
））。

この場合、押圧部７ｂをいきなり強い力でアウターリー
ドしに押し付けると、アウターリードしゃ電極部３０が
悪影響を受けやすい。そこで本手段は、多段シリンダ２
４のロッド２５を先づ弱い力で突出させて熱圧着子７を
下降させ、ばね材１８のばね力によりアーム１５を回転
させることにより、先づ弱い力で押圧部７ｂをアウター
リードＬに押し付ける（第４図（Ｃ））。

次いで伝熱部６が熱圧着子７上に着地したならば、多段
シリンダ２４のロッド２５の突出力Ｆｌを増大すること
により、押圧部７ｂをアウターリードしに強く押し付け
る（同図（ｄ））。

次いでシリンダ２４のロッド２５を上方に退去させるこ
とにより、ヒートブロック５を上昇させる（同図（ｅ）
）。この状態で、熱圧着子７は伝熱部６から分離され、
ばね材１８のばね力により、アウターリードＬの押圧状
態を′ｍ続する。次いでロッド２７が更に上昇すること
により、熱圧着子７はアウターリードＬから離れ、ボン
ディング作業は終了する（同図（ｆ）”）。

ところで、電極部３０の素材である半田は溶融硬化の温
度特性を有している。すなわち一般には、１６０’〜１
８０℃程度まで加熱した後、２２０℃以上に一気に加熱
することにより溶融させ、次いで徐々に冷却して硬化さ
せるのが望ましい。そこで本装置は、次のようにして電
極部３０の加熱温度をコントロールする。

ヒートブロック５の温度は、常時２２０〜２３０℃で一
定であるが、第４図（ａ）、　　（ｂ）において、熱圧
着子７は伝熱部６と上記小間隔ｔがあることから、約１
６０−１８０℃程度に予熱されている。次いで同図（Ｃ
）に示すように、熱圧着子７は下降してアウターリード
しに着地し、アウターリードＬを押圧しながら電極部３
０を徐々に加熱する。

次いで同図（ｄ）に示すように、伝熱部６が熱圧着子７
に着地し、熱圧着子７の温度を２２０〜２３０℃程度ま
で一気に上昇させて、電極部３０を完全に加熱溶融させ
、その状態でシリンダ２４のロッド２５の突出力Ｆｌに
より、アウターリードＬを電極部３０に強く押し付けて
、アウターリードＬを電極部３０に熱圧着する。

次いで同図（ｅ）に示すように、伝熱部６は上昇して熱
圧着子７から離れ、熱圧着子７への伝熱を中断するとと
もに、破線矢印にて示すように冷気を吹き出すことによ
り、熱圧着子７や電極部３０を１８０℃以下まで冷却し
、熱圧着子７による押圧状態を継続する。なお電極部３
０を２２０℃以上に加熱した後、熱圧着子７を伝熱部６
と一緒にいきなり上昇させてアウターリードＬの押圧状
態を解除すると、電極部３０は加熱されて溶融状態にあ
ることから、アウターリードしは跳ね上り、溶融状態の
電極部３０から分離しやすい。したがって上述したよう
に、伝熱部６を上昇させた後も、熱圧着子７によるアウ
ターリードＬの押圧状態を継続して、電極部３０を１８
０℃程度まで冷却し、アウターリードしの跳ね上りの虞
れがなくなった後、熱圧着子７を上昇させて押圧状態を
解除する。そして同図（ｆ）に示すように、熱圧着子７
による押圧状態が解除されると、冷風の吹き出しは中止
され、また電極部３０は徐々に冷却されて硬化し、アウ
ターリードしは電極部３０に固着される。

このように本手段は、熱圧着子７を加熱手段であるヒー
トブロック５と接離自在とし、また押圧部７ｂや電極部
３０に向って冷気を吹き出して冷却する手段を有してい
るので、電極部３０を良好に加熱溶融させ、アウターリ
ードＬを電極部３０に確実に接着することができる。な
お１８０℃、２２０℃などの上記温度は例示的なもので
あり、これらの温度は半田の品種等によって異る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、冷却手段により熱
圧着子の温度を制御して、まず比較的低温度の熱圧着子
をアウターリードに押し付け、次いで熱圧着子の温度を
上昇させて、アウターリードや電極部を高温加熱するこ
とができるので、アウターリードは変質しにり＜、また
電極部の温度特性を満足させながらこれを加熱溶融させ
て、アウターリードを電極部に良好に熱圧着することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものであって、第１図はボン
ディングヘッドの斜視図、第２図は一部切欠斜視図、第
３図は冷却手段の断面図、第４図は作業順の正面図であ
る。 ３・・・ノズルシャフト ４・・・吸着部 ７・・・熱圧着子 ３０・・・電極部 Ｐ・・・半導体チップ Ｌ・・・アウターリード Ｓ・・・基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下端部に半導体チップの吸着部を有する昇降自在
   なノズルシャフトと、この吸着部の側方にあって、この
   吸着部により基板に搭載されたアウターリードをこの基
   板に熱圧着する熱圧着子と、この熱圧着子に冷気を吹き
   付ける冷却手段とを備えていることを特徴とするアウタ
   ーリードのボンディングヘッド。
2. （２）ノズルシャフトを下降させて、このノズルシャフ
   トの下端部の吸着部に吸着された半導体チップを基板に
   搭載するとともに、熱圧着子を下降させてこの熱圧着子
   に冷気を吹き付けながら、この熱圧着子をこの半導体チ
   ップのアウターリードに押し付け、次いで冷気の吹き付
   けを中断することにより、この熱圧着子の温度を上昇さ
   せて、この押し付け状態を継続した後、この熱圧着子を
   上昇させて押し付け状態を解除することにより、このア
   ウターリードを基板に形成された電極部に熱圧着するよ
   うにしたことを特徴とするアウターリードのボンディン
   グ方法。