JPH03506103A - リードを非共面基板ヘボンディングするための装置 - 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】 リードを非共面基板ヘボンディングするための装置背景 この開示は入力／′出力リードを集積回路チップから基板の頂部表面の上の導体 にボンディングするボンディング装置に関するものであり、かつより詳述すれば 、それは基板の頂部と底部表面との間の平面度の差によって引き起こされる不ぞ ろいをボンディング動作の間補償する、それらのボンディング装置に関するもの である。

集積回路は、片側で約１／８インチから１／２インチに及ぶ薄い平坦なシリコン チップの上に作られる。これらのチップのうちのいくつかは通常は、チップのた めの電気的相互接続がパターン化される基板の頂部表面にエポキシによって装着 され、かつ導体の上のポンディングパッドとチップの上のポンディングパッドと の間でリードがボンディングされる。いくつかの装置は、これらのリードを一度 に１本ずつ個別の線として接着し、他方、他の装置は１つのチップからのリード のすべてを同時にボンディングする。

後者の型のボンディング装置により、各チップのリードは達成され、かつポリイ ミドのような絶縁体フィルムによっであるピッチで保持される。これらのリード アセンブリは通常はテープで自動化されたボンディングアセンブリ、もしくはＴ ＡＢアセンブリとして引用される。Ｔ　Ａ、　Ｂアセンブリのリードをチップお よび基板に装着するために、ボンディング装置は、電流により加熱されかつある 圧力でチップおよび基板に対してリードを圧搾するブレードを含む。

しかしながら、もし、ボンディング装置のブレードによりリードに加えられる圧 力が大きすぎれば、リードは互いに圧搾されかつそれによって短絡を引き起こす 。逆に、もしブレードにより加えられる圧力が小さすぎれば、結果として生じる 接着は弱すぎ、開路に帰着するであろう。それゆえに、ボンディングブレードに よって加えられる圧力が精密に制御され、かつリードに均等に分布されることが 非常に重要である。

しかし、ボンディング圧力におけるそのような均一性は先行技術において達成す るのに特に困難であった。これはチップが置かれである基板がしばしば非共面頂 部および底部表面を有するからであり、かつ先行技術のボンディング装置におい ては、基板はそれらの底部表面におかれ、他方ボンディングブレードはリードを 、チップおよび基板の頂部表面に対して圧搾するからである。その結果として、 ボンディングブレードおよび基板の頂部表面は基板の頂部と底部表面との間の非 共面の度合いに依存して基板によって変化する角度にある。

この問題を解決するために努力して、テキサス州、オースチンのＭＣＣによる先 行技術のボンディング装置のうちの１つの型は、そのボンディングブレードをジ ンバルに装着した。動作において、ブレードはブレードの一部が頂部表面の上の リードの一部と最初の接触をするまで、基板の頂部表面に向けて移動される。そ の後は、基板に向けられるブレードのさらなる動きが、ブレードの平面が基板の 頂部表面の平面と一致するまで、ジンバル上でブＩ／−ドを傾けさせる。

しかしながら、そのようなジンバル装着されたボンディング装置における欠点は 、ブレードの平面および基板の頂部表面の平面を一致させるために圧力がリード のほんの一部に加えられなければならないということである。したがって、圧力 が常にリードに均一に分布されていないのはボンダーの動作に固有であり、した がって微細にピッチが決められたリードでは、短絡が起こり得る。

ジンバル装着されたボンダーの別の欠点は、ブ１ノードが基板の頂部表面とそれ らを一列に整列させるためにジンバルの上を旋回するに従って、旋回運動がリー ドに対して垂直および平行の両方にプレー下を移動させるということである。そ して、この運動の平行成分のため、ブレードはポンディングパッドに関しては整 列しない。そのような不ぞろいは接着の機構的強度を劣化させることができ、か ・つそれにより長期的な信頼性の問題および開路を引き起こす。

したがって、この発明の主な目的はすべての上記の先行技術の問題が解消される 改良されたボンディング装置を提供することである。

図面の簡単な説明 発明の種々の特徴および利点はここにおいて、および添付の図面に関連して説明 される。

第１図は、この発明の１つの好ましい実施例の絵画的な図である。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、第１図の装置内に含まれる１つの好ましいフォーシ ング機構の構造上の、および操作上の詳細を示す。

第３図は、第１図の装置のためのフォーシング機構の代替の実施例を示す。

第４図は、第１図の装置のためのフォーシング機構の別の代替の実施例を示す。

発明の好ま（７い実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、発明によって構成されたボンディング装置の好ましい実施 例が詳細に説明されるであろう。

、二のボンディング装置は滑らかで平坦な表面］Ｏａを有するベース１０と、表 面１０ａの上をすべり、かつ基板１２を支えるキャリヤ１１と、ベースに固着さ れ、かつ基板１２の上に熱電素子１４を位置決めするピストン１３ａを含むアー ム１３とを含む。キャリヤ１１はフレーム２０およびフォーシング（ｆｏｒｃｉ ｎｇ）機構３０を含み、後者のものは４本の矢印で第１図において図式的にのみ 示される。フォーシング機構のすべての構造上の詳細は第２Ａ図、第２Ｂ図、第 ３図および第４図において示される。

フレーム２０は頂部部材２ＯＡと、底部部材２０Ｂと、４個の側部支持部２０Ｃ と、４個のストップ２０Ｄとを含む。それらすべての構成要素は、示されるよう に互いに相互接続される。適切に構成要素２ＯＡ−２０Ｄはアルミニウムのよう な金属から作られ、またその代わりにそれらはプラスチックから作られる。部材 ２ＯＡは、その周囲にストップ２０Ｄが置かれる中央の開口２０Ｅを有する。そ れらのストップ２０Ｄは部材２ＯＡを介してねじで留められ、かつそのことはそ れらの端部が１つの平面２０Ｆにすべて置かれるように調整されることを可能に する。

その同じ平面２０Ｆには基板１２の頂部表面１２Ａが横たわっている。これが生 じるのは、フォーシング機構３０が基板１２の底部表面１２Ｂに抗して押し、基 板には順に頂部表面１２Ａをストップ２０Ｄの端部に抗してピンで留めるからで ある。ピンで留める作用のため、表面１２Ａは基板表面１２Ａおよび１２Ｂが非 共面であるときでさえも平面２０Ｆと成立される。（、たがって、基板１２は第 １図に示されるもののような一定でない厚さを有するとき、適当に整列されるで あろう。

熱電素子１４の上の１組のブレードもまた平面２０Ｆに整列される。その整列は それぞれが１つのブレードを適所に保持する４つのねじ１４Ｂによってなされる 。同じ平面２０Ｆに対するブレード１４Ａおよび頂部表面１２Ａのそのような整 列は重要である、なぜならばそれによって、リードに均一に分布される圧力でブ レード１４Ａがリードのそれぞれの行を表面１２Ａの上のポンディングパッドに 圧縮し、かつつなぐことを可能にするからである。

第１図において正方形１２Ｃの各々は、そこからつなげられるべきであるリード が片持ち梁の態様でポンディングパッドを介して延びる集積回路チップを示す。

リードを伴う１つのそのようなチップは第２Ａ図および第２Ｂ図においてより詳 細に示される。もしブレード１４Ａおよび表面１２Ａの上のパッドが異なる平面 であったなら、ブレード１４Ａによって加えられた圧力はリードの一部分におい ては大きすぎ、かつリードのもう１つの部分においては小さすぎる。そして、背 景においても指摘されたように、大きすぎる圧力でつなげられるリードは一緒に 短絡し、他方小さすぎる圧力でつなげられるリードは開路を生じる。

次に第２Ａ図および第２Ｂ図を参照して、フォーシング機構３０のための好まし い実施例の構造上の詳細および動作は説明されるだろう。この実施例において、 フォーシング機構３０はそれぞれのシリンダ３０Ｂにおいて上下に移動する１組 のビス）・ン３０Ａを含む。１つのそのようなピストンおよびその対応するシリ ンダは開口２０Ｅの角の各々の近くに位置される。シリンダ３０Ｂの各々は、オ リフィス３０Ｃを有し、これを介して圧縮された空気がビス）・ンを強制的に動 かせる。第２Ａ図は気圧が加えられないときのピストン３０　Ａの位置を示し、 他方第２Ｂ図は気圧が加えられるときのピストン３０Ａの位置を示す。

ピストン３０Ａが加える全体の力は、基板表面１２Ａをストップ２００に対して 、ピンで留められるのを保つだけ十分に大きくなければならず、他方ブレード１ ４Ａはチップ１２Ｃからのリードを基板の上のポンディングパッドに圧搾し、か つつなげる。同時に、ピストン３０Ａが加える全体の力は基板表面１２Ａを偏ら せかつ曲げる程太き（ではならない。これらの拘束に対処するために、ピストン が加える力はリードごとのボンディングの力およびリードの数と同様に、基板材 料およびその大きさによって変化するべきである。たとえば、厚さが５０ミル± ２ミルで、かつさしわたしが５インチの、３５５本のリードがリードあたり２０ グラムで同時につなげられるべきであるセラミック基板に対し、ピストン３０Ａ の適当な全体の力は３２ボンドである。

第２Ａ図および第２Ｂ図の実施例においでもピストン３０Ａは基板の底部表面１ ２Ｂに対して直接押さない。その代わり、フォーシング機構３０はピストン３０ Ａと基板の底部表面１２Ｂとの間に配列される付加的な部材を含む。

それらの部材は電気加熱プレート４０Ａと、絶縁体プレート４０Ｂと、基板用ホ ルダ４０Ｃとから成り、かつそれらはブレード１４Ａの実際のボンディング温度 よりわずかに低い、ある温度まで基板を予熱するように動作する。

上記のボンディング装置の主な特徴は、ブ１／−ド１４Ａは一度だけ平面２０Ｆ と整列される必要があるということである。その最初の整列の後は基板の頂部お よび底部表面がいかに非共面であろうとも、ブレード１４Ａはいかなる基板の平 面の頂部表面１２Ａとも整列されるであろう。この特徴が、それぞれが異なる非 共面度を有する何回または何千もの基板が加工される必要がある、大量生産の環 境における使用のために装置を実用的にする。もしブレード１４Ａが各基板に個 別に調整されるべきであれば、基板ごとの人件費は実質的に増加し、かつ１つの 基板から別の基板へのボンディングの均一の程度は減少されるであろう。

上記のボンディング装置のもう１つの特徴は、ボンディングブレード１４Ａはボ ンディング動作の間中、常時チップ１２Ｃの上のリードに対して等しい圧力を加 えるということである。これは、ボンディングブレードがリードとそれらの最初 の接触をするに従ってリードに等しくない圧力を加える背景において言及された 、ジンバル装着されたボンダーに有利に匹敵する。したがって、上記のボンディ ング装置では、非常に接近して間隔を隔てられたリードの上、たとえば２ミル離 してでさえも、短絡および開路は回避される。

なお、上記のボンディング装置の別の特徴は、ピストン１３Ａが平面２０Ｆと垂 直をなすのみのブレードを移動させるということである。それゆえに、チップ１ ２Ｃのリードがブレード１４Ｂと整列されるようにひとたびキャリヤ１１がベー ス表面１０Ａの上に位置決めされると、その整列はボンディング動作の間中保た れる。しかしながら、それは基板頂部表面と同じ平面に置かれるために、ボンデ ィングブレードが基板頂部表面１２Ａに対して平行に移動されることが必要とさ れる、ジンバル装着されたボンダーにおける場合ではない。

発明の好ましい実施例は、すでに詳細に説明された。しかしながら、さらに多く の変更および修正がそれらの詳細に対して発明の本質および精神を逸脱すること なくなされることが可能である。たとえば、２つのそのような修正が第３図およ び第４図に示される。

策３図の実施例において、フォーシング機構３０はピストン３０Ｂが１組のカム ４０Ａによって移動されるように修正される。各々のカムは基板の頂部表面１２ Ａがストップ２０Ｄに対してビンで留められるまで、異なる角度だけオペレータ がカムを回転させることを可能にする別の軸４０Ｂに取付けられる。

第４図の実施例において、ピストン３０Ａは１組のばね５０Ａによって移動され る。１つのそのようなばねはシリンダ３０Ｂの各々に挿入され、かつそれらは基 板の頂部表面が再び平面２０Ｆと整列されるように、異なる距離だけピストンを 移動させる。第４図の実施例においてもまた、機械的に調節可能なストップ２０ Ｄが除去され、かつホール２０Ｅを境する頂部フレーム部材２ＯＡの一部は基板 のストップとして役立つ。したがって、基板１２を留める頂部フレーム部材２Ｏ Ａの一部は、それは１平面に置がれるように精密に機械加工される必要がある。

なされ得る上記の変更および修正の点から見て、発明は説明された特定の実施例 に限定されるべきではなく、添付の請求の範囲により規定される。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．リードを非共面である頂部および底部表面を有する基板へボンディングする ための装置であって、１平面において終端する中央の開口を有する、パターンに 配列される１組のストップを有するフレームを含む、前記基板のためのキャリヤ と、 前記底部表面を押すことにより前記頂部表面の一部が前記開口を介して露出され 、かつ前記１平面と整列されるように、前記基板の前記頂部表面をすべての前記 ストップに対して直接同時にピンで留めるための、前記キャリヤにおけるフォー シング手段と、 前記１平面と平行に置かれ、かつ前記開口を介して移動し、かつリードを前記頂 部表面の露出された部分につなげるブレードを有するボンディングモジェールと を含む、装置。
2. ２．前記フォーシング手段が互いに間隔を隔てられ、かつ前記非共面表面を補償 するために異なる距離だけ移動し、かつ前記底部表面に対して均等の力で押すい くつかのピストンを含む、請求項１記載の装置。
3. ３．前記キャリヤがさらに前記ピストンに装着された絶縁部材と、前記絶縁部材 の上の加熱部材と、前記加熱部材の上の前記基板のためのホルダーとを含む、請 求項２記載の装置。
4. ４．前記ストップが前記平面に保たれるように前記キャリヤがその上を摺動する 滑らかで平坦な表面を有するベース部材をさらに含む、請求項３記載の装置。
5. ５．前記ストップが終端する前記平面が機械的に選択可能であるように、前記ス トップが前記フレームに取付けられる、請求項４記載の装置。
6. ６．前記開口が１方向に少なくともさしわたしが３インチである、請求項５記載 の装置。
7. ７．リードを均等でない厚さを有する基板の平面の表面にボンディングするため の装置であって、１平面において終端する部材を有し、かつ中央開口を有するフ レームを含む前記基板のためのキャリヤと、前記平面の表面の一部が前記開口を 介して露出され、かつ前記１平面に平行に配向されるように前記部材に対して直 接、前記基板の前記平面の表面をフォーシングするための、前記キャリヤ上の、 フォーシング手段と、前記１平面に平行に置かれ、かつ前記開口を介して移動し 、かつリードを前記基板の露出された部分につなぐブレードを有するボンディン グ手段とを含む、装置。
8. ８．前記フォーシング手段が前記基板の前記平面の表面を前記フレーム部材に対 してフォーシングするための少なくとも１つのピストンを含む、請求項７記載の 装置。
9. ９．前記フォーシング手段が前記基板の前記平面の表面を前記フレーム部材に対 してフォーシングするための少なくとも１つのばねを含む、請求項７記載の装置 。
10. １０．前記フォーシング手段が前記基板の前記平面の表面をフレーム部材に対し てフォーシングするために少なくとも１つのカムを含む、請求項７記載の装置。
11. １１．１平面を規定する複数個の接触点を有するフレームと、 前記ワークピースを前記接触点に対してピンで留めることにより、ワークピース を前記１平面に平行に配向するためのフォーシング手段とを含み、 前記フレームは、前記ワークピースの一部を、それが前記接触点に抗してピンで 留められるとまに露出させる開口を有し、 前記平面に平行であり、かつ前記開口を介して前記露出されたワークピースの部 分を接触するブレードを有するボンディング手段をさらに含む、ボンディング装 置。