JPH03215952A - インナリードボンディング装置およびインナリードボンディング方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、ボンディングツールにより配線パタ
ーンのインナリードと半導体チップの電極用バンプとを
熱圧着させるインナリードボンディング装置およびイン
ナリードボンディング方法に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体装置の製造装置として第５図および第６
図に示すようなインナリードボンディング装置１が知ら
れている。すなわち、このインナリードボンディング装
置１は、載置台２に載置された半導体チップ３に突設さ
れた電極用バンプ（以下、バンプと称する）４・・・と
、キャリアテープ５に形成されたインナリード６・・・
とを位置合わせしたのち、ボンディング部材７の下端部
に設けられ加熱されて高温になったボンディングツール
８を下降させる。

そして、インナリードボンディング装置１は、ボンディ
ングツール８をインナリード６・・・に当接させ、イン
ナリード６・・・をボンディングツール８で押圧してバ
ンプ４・・・に圧接させる。そして、インナリード６・
・・をバンプ４・・・に熱圧着させ、インナリード６・
・・とバンプ４・・・とを一括接続する。さらに、イン
ナリードボンディング装置１は、キヤリアテープ５を間
欠的に走行させながら上述のボンディング動作を行い、
キャリアテープ５に半導体チップ３を順次装着する。

また、このようなインナリードボンディング装置１には
、例えば特願昭６３−７８７４４号明細書に示されてい
るような運動変換機構９を介してボンディングツール８
を昇降させるようにしだものがある。

つまり、第５図中に示すように、この種のインナリード
ボンディング装置１は載置台２の上方に、ツール保持部
１０ならびに引張りばね１１で昇降自在に支持されたボ
ンディングッール８を設けている。また、ツール保持部
１０を支持したＸ−Ｙ駆動部１２の上方の基台１３上に
、出力軸に円板状のカム１４が装着されたサーボモータ
ー５を配置し、このカム１４と上記ボンディングッール
８とを上記運動変換機構９を介して連結した構造にして
いる。

具体的には、運動変換機構９は、サーボモータ５ １５の出力軸の側に隣接して、カム１４と組合うカムフ
ォロア１６が取着された第１の揺動レバ１７を設けると
ともに、その第１の揺動レバー１７の作用点側にクラン
ク形状の第２の揺動レバ−１８を回動自在に枢支してい
る。

そして、第２の揺動レバー１８の力点側と第１の揺動レ
バー１７の力点側との間に、ツール移動■調節用のダン
パー手段となるエアーシリンダ１９を介在した構造とな
っていて、カム１４がサボモーター５の作動に追従して
回転すれば、その運動が第１および第２の揺動レバー１
７、１８の上下方向に沿う直線運動に変換され、押圧棒
２０を介してボンディングツール８を下降させて、先端
の押圧部でインナリード６・・・を半導体チップ３のバ
ンプ４・・・に押圧していく。

その後も揺動レバー１７は所定量押し上げられ、その分
、エアーシリンダー９のロッドが沈み込んで、サーボモ
ーター５は停止する。そして、エアシリンダー９内の圧
力に応じた力でインナリード６が押圧される。

６ ここで、２１は押圧棒２０を昇降自在に支持する案内体
、２２は第１の揺動レバー１７を支持する支柱である。

さらに、このインナリードボンディング装置１は、ボン
ディングツール８に押し下げられたインナリード６・・
・が半導体チップ３のバンプ４・・・に当接したときを
検出するギヤップセンサ２３を有している。そして、ギ
ヤップセンサ２３の検出信号に基づいて前記サーボモー
タ］５の回転速度を制御し、インナリード６・・・がバ
ンプ４・・・に当接した時点から一定の時間が経過した
後に、前記ボンディングツール８による抑圧工程を終了
させている。

また、このようなボンディング方式、即ちＴ　Ａ　Ｂ　
（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｎ＋ａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）
では、銅にすずめつきを施してなるインナリード６・・
・と金バンプとを、拡散させて金一すす共晶結合するこ
とが一般的に行われているが、近年は、金バンプに代わ
ってはんだバンプを採用し、材料費を低減することが検
討されている。

（発明か解決しようとする課題） ところで、上述のような従来のインナリードボンディン
グ装置１では、サーボモータ１５の駆動力を運動変換機
構９を介してボンディングツル８に伝達していたので、
装置の構成が複雑で部品数が多かった。さらに、サーボ
モータ１５とボンディングツール８との間に運動変換機
構９を介在させることにより、押圧状態でのボンディン
グツール１８の位置制御ができなかった。

また、はんだバンプを採用した場合には、はんだバンプ
を溶融させてインナリード６・・・と接合するため、半
導体チップの不良を生じ信頼性を低下させてしまうこと
がある。つまり、はんだバンプを採用した場合には、第
７図（ａ）に示すように、ボンディングツール８により
加圧してインナリード６・・・をはんだバンプ４・・・
に当接させたのち更にインナリード６・・・の加圧を続
けると、時間の経過とともにはんだバンプ４・・・が溶
ける。

そして、サーボモータ１５が停止しても、エアシリンダ
１９の作用により第７図（ｂ）に示すようにはんだバン
プ４・・・が溶融して潰れることに伴い、ボンディング
ツール８およびインナリード６・・・が下降する。そし
て、はんだバンプ４・・・が潰れ過ぎて、インナリード
６・・・（および、ボンディングツール８）が過度に下
降し、インナリード６・・・が直に半導体チップ３に接
触し、半導体チップ３の不良が生じてしまう。

本発明の目的とするところは、簡単な構成でボンディン
グツールの位置および加圧力を制御でき、さらに、半導
体チップの不良を生じることがなく信頼性の高いインナ
リードボンディング装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明は、半導体チップと配線パターンの
インナリードとを圧若させるインナリードボンディング
装置において、半導体チップとインナリードとを圧接さ
せるボンディングツールを有しボンディングツールと一
体に昇降自在なボンディング部材と、このボンディン９ グ部材を直接駆動し変位させる駆動手段と、この駆動手
段の駆動量に基づいてボンディングッールの位置を検出
するボンディングッール位置検出手段と、ボンディング
ッールがボンディング位置に到達して半導体チップとイ
ンナリードとを当接させたことを検知するボンディング
ツール状態検出手段とを具備した。

また、ボンディングツール位置検出手段およびボンディ
ングツール状態検出手段の出力に基づいて電気信号を駆
動手段へ出力するとともに、駆動手段へ出力する電気信
号の大きさを変化させてボンディングツールの加圧力を
調節する制御部を設けた。

また、半導体チップとインナリードとを圧接させるボン
ディングツールを有しボンディングッールと一体に昇降
自在なボンディング部材と、このボンディング部材を直
接駆動し変位させる駆動手段と、この駆動手段の駆動量
に基づいてボンディングッールの位置を検出するボンデ
ィングッール位置検出手段と、ボンディングツールがボ
ンディ１０ ング位置に到達して半導体チップとインナリードとを当
接させたことを検出するボンディングツル状態検出手段
と、ボンディングツール位置検出手段およびボンディン
グツール状態検出手段の出力に基づいてボンディングツ
ールの変位量を制御する制御部とを具備した。

また、半導体チップに突設された電極用バンプニ配線パ
ターンのインナリードを熱圧着するインナリードボンデ
ィング方法において、昇降自在なボンディング部材に設
けられたボンディングツルをボンディング面に到達させ
てインナリードを電極用バンプに圧接させる第１の工程
と、」二記ボンディングツールに一定の加圧力を与え、
ボンディングツールが電極用バンプの溶融に伴って変位
し所定位置に達したときにボンディングツールを停止さ
せる第２の工程とを具備した。

このようすることによって本発明は、ボンディングツー
ルを効率よく駆動できるようにし、さらに、半導体チッ
プの不良の発生を防１して信頼性を向上できるようにし
た。

１１ （実施例） 以下、本発明の一実施例の要部を第１図〜第３図に基づ
いて説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと
重複するものについては同一番号を付し、その説明は省
略する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中１はＴ　
Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉ
ｎｇ）を採用したインナリードボンディング装置を示し
ている。

このインナリードボンディング装置１は、Ｘ一Ｙ駆動部
１２にツール保持部１０を介してボンディング部材７を
上下方向に進退自在に保持しており、ボンディング部月
７を、半導体チップ３を載置した載置台２の略真上に位
置させている。さらに、インナリードボンディング装置
１は、Ｘ−Ｙ駆動部１２の上方に基台１３を有しており
、この基台１３に駆動手段としてのサーボモータ３１を
、モータ保持用ブラケット３２を介して保持している。

また、ボンディング部材７はその上端に位置する押圧棒
２０をブラケット３２の案内体３３によ１２ り上下方向に進退自在に保持されている。さらに、ボン
ディング部材７は、押圧棒２０の外周面にナット３４を
一体に結合しており、このナッ１・３４を、サーボモー
タ３１から下方へ突出したボールねじ３５に螺合してい
る。そして、ボンディング部材７は、ボールねじ３５の
回転に伴なって昇降し、下端部に同軸的に配置されたボ
ンディングッール８を上下に変位させる。

ここで、図中に１１で示すのは、その両端部をツール保
持部１０とボンディング部材とにそれぞれ接続した引張
ばねである。

さらに、ボンディング部材７はサーボモータ３１に駆動
されて下降することによりボンディングヘッド８ａのヘ
ッド面３６を、載置台２の上方に供給されて停止したイ
ンナリード６・・・に接し、更にこのインナリード６・
・・をキャリアテープ５とともに押し下げて上記半導体
チップ３の対応する電極用バンプ（以下、バンプと称す
る）４・・・に熱伝的に当接させる。そして、加熱され
て高温になったボンディングヘッド８ａの加圧力と熱と
によ１３ り、インナリード６・・・とバンプ４・・・とを一括接
続し、半導体チップ３をキャリアテープ４に装着する。

また、ボンディング部材７は、サーボモータ３１に取付
けられボールねじ３５の回転量等を利用してボンディン
グツール８の位置を知る、ボンディングツール位置検出
手段としての位置検出器３７によりボンディングツール
８の位置が検出されるようになっている。

また、ボンディング部材７は、押圧棒２０の外周面に、
ボンディングツール状態検出手段としてのひずみゲージ
３８を取付けられており、このひずみゲージ３８によっ
てボンディングツール８がインナリード５・・・をバン
プ３・・・に当接させているか否かが検出されるように
なっている。

つまり、第２図に示すように、上記位置検出器３７はサ
ーボモータ３１の駆動量からボンディングツール８の位
置を知り、ボンディングツール８の位置と対応するフィ
ードバック信号３９を、制御部４０と位置速度変換器４
１とに出力する。そ１４ して、制御部４０は、マイクロコンピュータにより、位
置検出器３７からのフィードバック信号３９を参照して
コンバレータ４２へ速度指令信号４３を出力する。

さらに、コンパレータ４２は制御部４０からの速度指令
信号４３と、位置速度変換器４１からの速度フィードバ
ック信号４４とを比較し、電流指令信号４５を増幅器４
６へ発する。そして、増幅器４６により増幅された電流
４７がサーボモータ３１へ送られる。

ここで、上記制御部４０は、ひずみゲージ３８の出力４
８をも受けるようになっている。

次に、上述の構成のインナリードボンディング装置１の
作用を第３図に基づいて説明する。

第３図中の（ａ）は、略１サイクルのボンディング作業
におけるボンディングッール８の昇降動作を表している
。すなわち、ボンディングッール８は載置台２の上方で
停止した状態から、サーボモータ３１により駆動されイ
ンナリード６・・・に向かって下降を開始し、さらに、
下降を開始した当１５ 初はＡで示すように高速で移動する。

そして、ボンディングッール８は、インナリード６・・
・をバンプ４・・・に当接させたときにヘッド面３６が
位置する平面、即ちボンディング面の幾分手前の部位か
ら上記ボンディング面に達するまでの間においては、Ｂ
で示すようにそれ以前よりも低い値の等速運動を行いな
がら下降する。そして、ボンディングツール８はボンデ
ィング面に達すると、インナリード６・・・とバンプ３
・・・とが当接することによって、押圧棒２０とともに
軸方向に圧縮される。

ここで、第３図中の一点鎖線Ｃは上記ボンディング面の
位置を示している。

押圧棒２０が圧縮されると、第３図中の（ｂ）にＤで示
すように、ひずみゲージ３８の出力信号４８が変化する
。そして、ひずみゲージ３８の出力信号４８を入力され
る制御部４０は、この出力信号４８の変化によってボン
ディングッール８がボンディング面に達したことを感知
し、所定の加圧指令信号を出力する。

１６ そして、制御部４０から発せられた加圧指令信号は、前
記速度指令信号４３と同様に増幅器４６によって増幅さ
れ、第３図中の（Ｃ）に示すように、増幅された加圧指
令信号に応じた値の電流がサーボモータ３１に流れる。

そして、サーボモータ３１は、入力された電流に応じた
トルクを発生させ、ボールねじ３５、ナット３４、及び
押圧棒２０を介してボンディングッール８を、インナリ
ド６・・・を加圧するよう動作させる。

さらに、半導体チップ３のバンプ４・・・にはんだを採
用した場合には、はんだバンプ４・・・がインナリード
５・・・を介してボンディングツール８に接すると、ボ
ンディングッール８の加圧力と熱とにより、はんだバン
プ４・・・が溶ける。そして、はんだバンプ４・・・が
溶け始めると、ボンディングツール８が、はんだバンプ
４・・・の溶融に伴って徐々に下降する。

そして、上記制御部４０は、常時位置フィードバッへク
信号３９を受けてボンディングッール８の位置を監視し
ており、ボンディングッール８が１７ ボンディング面から所定距離ｇだけ下降した時に、加圧
指令信号に代えて加圧停止信号をサーボモータ３１の側
へ出力する。

そして、制御部４０は、ボンディングッール８がボンデ
ィング面に達した時点、或いは、ボンディングツール８
がボンディング面から所定距離ρだけ下降した時点から
所定時間ｔが経過するまでボンディングッール８をその
位置で保持した後、第３図中の（ａ）中にＥで示すよう
に、高速で下降当初と同等の速度で上昇させる。

このようなインナリードボンディング装置１は、サーボ
モータ３１の駆動量をボールねじ３５からナット３５へ
直接的に伝達してボンディング部材７を駆動しているか
ら、構成を簡略化することができ、部品数を低減するこ
とができる。

また、ボンディングツール８がボンディング面に達した
後もボンディングツール８の位置を監視し、ボンディン
グッール８の、ボンディング面に達してからの変位量を
細かく規制しているので、融点が比較的低いはんだバン
プ４・・・を採用した場１８ 合に、ボンディングツール８がはんだバンプ４・・の溶
融に伴って過度に下降すること、及び、はんだバンプ４
・・・が潰れ過ぎることを防ぐことができる。そして、
半導体チップ３の不良の発生を防ぐことができ、信頼性
の低下を防止することができる。

ここで、本実施例中の説明から明らかなように、ボンデ
ィングツール８の高速下降領域Ａ１低速下降領域Ｂ１及
び高速上昇領域Ｅの速度プロファイル、ボンディングツ
ール８の高速下降領域Ａから低速下降領域Ｂへ移行ずる
位置ｍ、インナリード６・・・およびバンプ４・・・へ
の加圧時の加圧力のプロファイル、ボンディングツール
８のボンディング面からの所定下降距離Ω、および、ボ
ンディング時間ｔ等は、制御部４０により容易にプログ
ラムすることが可能である。

なお、本実施例では、連続的に加熱されるボンディング
ッールを用いたものについて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば、パルスヒートと呼
ばれるもののように間欠的に急１９ 加熱することが可能なボンディングツールを用い、ボン
ディングツールがボンディング面に達してからボンディ
ングツールの加熱を開始するようにしてもよい。

そして、はんだバンプ４・・・の溶融に伴いボンディン
グツールが所定距離ρだけ下降した後に加熱を中止し、
圧縮空気等を吹付けてボンディングツールを急冷却し、
はんだバンプ４・・・を固めてからボンディングツール
を上昇させるようにすれば、より安定したインナリード
ボンディングを行うことができる。

また、本実施例では、ボンディングツール状態検出手段
としてひずみゲージ３８を採用しているが、この他にも
ボンディングツール状態検出手段として例えばロードセ
ル等を採用してもよい。さらに、ボンディングツール状
態検出手段の取付け位置は、ボンディングツール８がボ
ンディング面に到達したときに応力の変化が生じる部位
であればよく、取付け位置として押圧棒２０の外に、例
えば載置台２等が考えられる。

２０ また、本実施例では、回転型のサーボモータ３１の駆動
力をボールねじ３５とナット３４とからボンディング部
材７に伝達してボンディングツール８を昇降させるとと
もに、サーボモータ３］のモータ軸に位置検出器３７を
直結しているが、本発明は、サーボモータ３１の駆動量
に比例してボンディングツール８を変位させることがで
きるとともに、サーボモータ３１の駆動量を検出してボ
ンディングツール８の位置を知ることかできる位置検出
手段を備えていればよく、この他にも種々に変形するこ
とが可能である。

例えば、第４図に示すように、駆動手段としてリニアモ
ータ５１を採用し、このリニアモータ５１により押圧棒
２１（および、ボンディングツル８）を直接駆動して昇
降させるとともに、押圧棒２０の位置をリニア位置検出
器５２で検出するようにしてもよい。

また、本実施例では、はんだバンプ４・・・の溶融に伴
ってボンディングツール８が一定量Ｆがった後多こボン
ディングツール８の下降及びボンディン２１ グツール８による加圧を停止させているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば従来同様、ボンデ
ィングツール８がボンディング面に到達した後、ボンデ
ィングツールによる加圧を所定時間行ってから、ボンデ
ィングツール８を上昇させるようにしてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明は、半導体チップと配線パタ
ーンのインナリードとを圧着させるインナリードボンデ
ィング装置において、半導体チップとインナリードとを
圧接させるボンディングツールを有しボンディングツー
ルと一体に昇降自在なボンディング部材と、このボンデ
ィング部材を直接駆動し変位させる駆動手段と、この駆
動手段の駆動量に基づいてボンディングツール位置ボン
ディングツール位置検出手段と、ボンディングツールが
ボンディング位置面に到達して半導体チップとインナリ
ードとを当接させたことを検知するボンディングツール
状態検出手段とを具備した。

また、ボンディングツール位置検出手段および２２ ボンディングツ−ル状態検出手段の出力に基づいて電気
信号を駆動手段へ出力するとともに、駆動手段へ出力す
る電気信号の大きさを変化させてボンディングツールの
加圧力を調節する制御部を設けた。

また、半導体チップとインナリードとを圧接させるボン
ディングツールを有しボンディングツルと一体に昇降自
在なボンディング部材と、このボンディング部材を直接
駆動しを変位させる駆動手段と、この駆動手段の駆動量
に基づいてボンディングツールの位置を検出するボンデ
ィングツル位置検出手段と、ボンディングツールがボン
ディング位置に到達して半導体チップとインナリドとを
当接させたことを検出するボンディングツル状態検出手
段と、ポンディングツール位置検出手段およびボンディ
ングツール状態検出手段の出力に基づいてボンディング
ツールの変位量を制御する制御部とを具備した。

また、半導体チップに突設された電極用バンプに配線パ
ターンのインナリードを熱圧着するイン２３ ナリードボンディング方法において、昇降自在なボンデ
ィング部材に設けられたボンディングッールをボンディ
ング面に到達させてインナリードを電極用バンプに圧接
させる第１の工程と、上記ボンディングツールに一定の
加圧力を与え、ボンディングッールが電極用バンプの溶
融に伴って変位し所定位置に達したときにボンディング
ッールを停止させる第２の工程とを具備した。

したがって本発明は、簡単な構成でボンディングツール
の位置をおよび加圧力を制御でき、さらに、半導体チッ
プの不良の発生を防止して信頼性を向上できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は概略構成図、第２図は制御回路を示すブロック図、
第３図はボンディングッールの昇降動作をひずみゲージ
の出力信号及びサーボモータの入力電流とともに示す線
図、第４図は変形例を示す概略構成図、第５図〜第７図
は従来例を示すもので、第５図は概略構成図、第６図は
要部２　４ を拡大して示す側面図、第７図（ａ）はボンデイングッ
ールがボンディング面に到達した時の状態を拡大して示
す同じく側面図、第７図（ｂ）ははんだバンプが溶融し
た時の状態を拡大して示す同じく側面図である。 １・・・インナリードボンディング装置、３・・・半導
体チップ、４・・・電極用バンプ、６・・・インナリー
ド、７・・・ボンディング部材、８・・・ボンディング
ツール、３１・・・サーボモータ（駆動手段）　３７・
・・位置検出器（ボンディングツール位置検出手段）、
３８・・・ひずみゲージ（ボンディングツール状態検出
手段）、４０・・・制御部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体チップと配線パターンのインナリードとを
   圧着させるインナリードボンディング装置において、上
   記半導体チップと上記インナリードとを圧接させるボン
   ディングツールを有し上記ボンディングツールと一体に
   昇降自在なボンディング部材と、このボンディング部材
   を直接駆動し変位させる駆動手段と、この駆動手段の駆
   動量に基づいて上記ボンディングツールの位置を検出す
   るボンディングツール位置検出手段と、上記ボンディン
   グツールがボンディング位置に到達して上記半導体チッ
   プと上記インナリードとを当接させたことを検知するボ
   ンディングツール状態検出手段とを具備したことを特徴
   とするインナリードボンディング装置。
2. （２）ボンディングツール位置検出手段およびボンディ
   ングツール状態検出手段の出力に基づいて電気信号を駆
   動手段へ出力するとともに、上記駆動手段へ出力する電
   気信号の大きさを変化させてボンディングツールの加圧
   力を調節する制御部を設けたことを特徴とする請求項（
   １）記載のインナリードボンディング装置。
3. （３）半導体チップと配線パターンのインナリードとを
   圧着させるインナリードボンディング装置において、上
   記半導体チップと上記インナリードとを圧接させるボン
   ディングツールを有し上記ボンディングツールと一体に
   昇降自在なボンディング部材と、このボンディング部材
   を直接駆動し変位させる駆動手段と、この駆動手段の駆
   動量に基づいてボンディングツールの位置を検出するボ
   ンディングツール位置検出手段と、上記ボンディングツ
   ールがボンディング位置に到達して上記半導体チップと
   上記インナリードとを当接させたことを検出するボンデ
   ィングツール状態検出手段と、上記ボンディングツール
   位置検出手段および上記ボンディングツール状態検出手
   段の出力に基づいて上記ボンディングツールの変位量を
   制御する制御部とを具備したことを特徴とするインナリ
   ードボンディング装置。
4. （４）半導体チップに突設された電極用バンプに配線パ
   ターンのインナリードを熱圧着するインナリードボンデ
   ィング方法において、昇降自在なボンディング部材に設
   けられたボンディングツールをボンディング面に到達さ
   せて上記インナリードを上記電極用バンプに圧接させる
   第１の工程と、上記ボンディングツールに一定の加圧力
   を与え、上記ボンディングツールが上記電極用バンプの
   溶融に伴って変位し所定位置に達したときに上記ボンデ
   ィングツールを停止させる第２の工程とを具備したこと
   を特徴とするインナリードボンディング方法。