JPH0795557B2 - 半導体のボンディング方法、および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はボンディングステージとボンディングヘッドに
よりテープキャリア内に形成されたリードフレームのイ
ンナーリードとチップの端子をボンディング加工し、引
続いてダウンセット加工を行なう半導体のボンディング
方法、および、装置に関するものである。

（従来技術） 近年、半導体は、合成樹脂フイルム等のテープに銅箔を
張り付け、該銅箔をエッチング処理してテープ上にリー
ドフレームを形成すると共に、IC等のチップの接続端子
部に金のバンブを付着したものを準備し、例えば、特開
昭58-165335号公報に記載されているような装置を使用
してボンディング加工が行なわれている。すなわち、チ
ップをボンディングステージ上に載置すると共に、テー
プを所定の位置に搬送し、ボンディングヘッドを垂直方
向に下降させることにより、テープのインナーリードと
チップの端子であるバンブを接続している。

上述の操作よって得られた半導体はテープのインナーリ
ードとチップが略平行な状態になっているため、該イン
ナーリードがチップに接触して短絡することがある。そ
こで、ボンディング加工を行なった後、同一位置におい
てテープを水平な状態で上方に移動させてインナーリー
ドがチップに対して傾斜するようにダウンセット加工す
るか、あるいはダウンセット加工装置を使用し、ボンデ
ィング加工の済んだテープを所定の位置に固定すると共
に、チップを上下から把持し、該チップを下降させてダ
ウンセット加工を行なっている。

（問題点） 前者のテープを水平な状態で上方に移動させてダウンセ
ット加工する方法では、テープを移動させる際にインナ
ーリード、あるいは、アウターリードに余分な張力が作
用してインナーリードに損傷を与えることがあり、ま
た、非常に薄いテープに歪、皺等を生じないよう水平な
状態で垂直方向に昇降させるためには、非常に高度の加
工、組立技術が必要であり、この様な構成の装置を実用
化することは非常に困難であるという問題があった。

また、後者のダウンセット加工装置を使用してダウンセ
ット加工する場合は、ボンディング加工されたテープを
所定の位置にセットしなければならず、該テープの把持
操作において歪、皺等を生じる等の問題があった。

（目的） 本発明の第１の目的は、ボンディング加工に引続いてダ
ウンセット加工を行なうことができるようにすることで
ある。

第２の目的は、テープに歪、皺等を生じさせないように
することである。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため本発明の半導体のボンディン
グ方法は、ボンディングステージにチップを載置すると
共に、テープを所定の位置に搬送し、ボンディングヘッ
ドを垂直方向に下降させてテープに形成されたインナー
リードとチップの端子を加熱、圧着してボンディング加
工を行ない、次いで、テープを固定した状態でボンディ
ングステージとボンディングヘッドをインナーリード部
とチップを把持した状態で下降させてダウンセット加工
を行なうようになっている。

また、上述の方法を実施するため本発明の発明の半導体
のボンディング装置は、テープ把持機構を挾んで上方に
ボンディングヘッドを、下方にボンディングステージを
配設すると共に、該ボンディングステージとボンディン
グヘッドを同時、または、単独で垂直方向に昇降するよ
うに構成されている。

上述の装置は、ボンディングヘッド、および、ボンディ
ングステージを、カム機構により垂直方向に昇降せしめ
るように構成することにより確実に実施することができ
る。

（実施例） 本発明の半導体のボンディング装置の１実施例の構成を
図面に基づいて説明することにする。

半導体のボンディング装置は、所定のボンディング位置
に搬送されたテープ90を固定するためのテープ把持機構
３と、チップ91をボンディング位置に載置するためのボ
ンディングステージ２と、テープ90に形成されたインナ
ーリード90aとチップ91の端子91aを接続する圧接用のボ
ンディングヘッド１とにより構成されている。

そして、該ボンディングヘッド１は、機台に設置された
水平方向の前後、左右に移動するＸ−Ｙテーブル（図示
せず）上に設置してあり、その詳細は第１図、及び第２
図に示す通りである。図中、４はＸ−Ｙテーブル（図示
せず）上に取付けられた枠体であり、壁面に水平な状態
でガイド4aが形成してある。５は枠体に形成されたガイ
ド4aに沿って水平方向に移動するように取付けられた支
持体である。６は枠体４に回転自在に取付けられた軸で
あり、パルスモータ、あるいは同期電動機等の電動機
（図示せず）により回転する。該軸６には、第１カム体
７と第２カム体８が取付けてあり、一体的に回転しても
同時に支持体５、および、揺動体10に作用しないように
カム面を形成してある。９は支持体５に取付けられたカ
ムフォロアであり、枠体４と支持体５の間に掛け渡され
たスプリング、あるいは、シリンダー（図示せず）等に
よって第１カム体７のカム面に当接され、該第１カム体
７が回転すると支持体５が水平方向に移動する。揺動体
10は軸11によって枠体４に回動自在に取付けてあり、端
部に案内溝10aが形成してある。12は揺動体10に回転自
在に取付けられたカムフォロアであり、第２カム体８の
カム面に当接している。13はボンディングツール16を取
付けるためのブラケットであり、軸受14が一体的に取付
けてある。該軸受14は支持体５に形成されたガイド5aに
沿って垂直方向に昇降できるように取付けてある。15は
ブラケット13に回動自在に取付けられたローラであり、
揺動体10に形成された案内溝10aに係合している。

ボンディングツール16は、テープ90に形成されたインナ
ーリード90aをチップ91の端子91aに所定の温度で押圧す
るため、シーズヒータ等の加熱源（図示せず）が取付け
てある。また、ブラケット13等が加熱されないように断
熱材、冷却体等が加熱源の上部に取付けてある。

17は単動リンダーであり、ピストンロッドの端部が揺動
体10の下面に当接している。そして、ピストンロッドが
突出すると、揺動体10が軸11を支点にして反時計方向に
回動し、ブラケット13と共にボンディングツール16を下
降する。18a、18bはボンディングツール16の昇降位置を
揺動体10を介して検出する検出器であり、揺動体10の端
部に形成された突出部10bによって作動する。19はブラ
ケット13に取付けられたマイクロメータ等の螺子体でダ
ウンセット量を決めるものであって、支持体５の上面5b
に当接してボンディングツール16の下降位置を規制す
る。

次に、ボンディングステージ２の詳細は第３図、およ
び、第４図に示す通り、図中、20は機台上に設置された
水平方向の前後、左右に移動するＸ−Ｙテーブル（図示
せず）上に取付けられたターンテーブルであり、基台21
が水平方向に移動自在に取付けてある。22は基台21上に
取付けられた一対のブラケットであり、軸受23が対向す
るように取付けてある。23は支持体28に軸29により回動
自在に取付けた昇降体であり、ローラ25が回転自在に取
付けてある。該ローラ25は基台21に設置されたシリンダ
ー26のピストンロッドの端部に取付けられたカム体27の
カム面27aに当接している。支持体28には、ガイド28が
形成され、ブラケット22に取付けられた軸受23と係合し
垂直方向に昇降する。また、支持体28に螺着された螺子
30によって昇降体24を、軸29を支点にして回動させ支持
体28の垂直方向の高さ位置を調節する。31は昇降体24に
突設されたピン32と支持体28に突設されたピン33に掛け
渡したスプリングであり、支持体28を昇降体24側に常時
近接させる。34は基台21に突設されたピン35と支持体28
に突設されたピン36に掛け渡したスプリングであり、ロ
ーラ25をカム体27のカム面27aに所定の面圧で当接す
る。そして、シリンダー26のピストンロッドが突出する
と昇降体24と共に支持体28が上昇し、ピストンロッドが
引っ込むと昇降体24と共に支持体28が下降する。

37は支持体28の上面に取付けられた冷却体であり、水、
空気等の冷却用流体を通すための孔が穿設され、冷却用
流体供給用管（図示せず）が連結してある。39は断熱材
38を介して冷却体37に取付けられた加熱体であり、シー
ズヒータ等の加熱源（図示せず）が取付けてある。40は
加熱体39の上面に取付けられたステージであり、チップ
91を載置する。41は基台21に取付けられたブラケットで
あり、垂直方向にガイド41aが形成してある。42は軸受4
3を一体的に取付けた位置決め片であり、該軸受43がブ
ラケット41に形成されたガイド41aに係合して垂直方向
に昇降する。44は基台21に取付けられたシリンダーであ
り、ピストンロッドの端部に上述の位置決め片42が取付
けてある。45はブラケット41に螺着された螺子であり、
位置決め片42の規制面42aが当接して位置決め片42の上
方への移動を規制する。46は昇降体24に取付けられたブ
ラケットであり、マイクロメータ等の螺子体47が取付け
てある。そして、螺子体47が位置きめ片42の規制面42b
に当接して昇降体24の下方への移動を規制する。

上述のように構成するボンディングステージ２は、シリ
ンダー26が作動してピストンロッドが突出すると、カム
体27によってローラ25を取付けた昇降体24、およに、支
持体28が上昇してステージ40がボンディング操作位置に
移動し、ピストンロッドは引っ込むと、昇降体24、およ
び、支持体28が螺子体47が位置決め片42の規制面42bに
当接するまで下降してステージ40がダウンセット操作位
置に移動する。該ダウンセット量は螺子45によって位置
きめ片42の高さを調節して決める。

テープ把持機構３の詳細は第５図、乃至、第７図に示す
通りであり、図中、48は機台（図示せず）に取付けられ
た枠体であり、垂直方向にガイド48a、48bが形成してあ
る。49は軸受50が一体的に取付けられた下枠であり、該
軸受50が枠体48に形成されたガイド48aに係合して垂直
方向に昇降する。51は下枠49に形成された溝部に嵌着さ
れた押え片であり、螺子52によって下枠49に固定してあ
る。53は軸受54が一体的に取付けられた上枠であり、該
軸受54が枠体48に形成されたガイド48bに係合して垂直
方向に昇降する。55は上枠53に形成された溝部に嵌着さ
れた押え片であり、螺子56によって上枠53に固定してあ
る。57はシリンダーであり、胴部に下枠49が、ピストン
ロッドの端部に上枠53が取付けてある。58は枠体48に突
設されたピン59と下枠49に突設されたピン60に掛け渡し
たスプリングであり、シリンダー57の胴部を下方に引張
る。上述のシリンダー57に取付けられた下枠の下方への
移動規制は枠体48に螺着された螺子61によって行なう。
また、シリンダー57のピストンロッドに取付けられた上
枠53の上方への移動規制は枠体48に螺着された螺子62に
よって行ない、下方への移動規制は螺子63によって行な
う。

64は枠体48に取付けられた案内枠であり、テープ90の幅
方向の位置規制を行なう案内溝64aと、ボンディング操
作用の穴64bが形成してある。

65は記憶回路、比較演算回路、動作指令回路、等からな
る制御装置、あるいは、マイクロコンピュターである。

66は圧空供給主管であり、コンプレッサー等の圧空供給
源に連結してある。67はカムフォロア12を第２カム体８
に当接するためのシリンダー17に供給する圧空の圧力を
調節する減圧弁であり、入側は圧空供給主管66に、出側
は圧空供給管75により電磁弁68に連結してある。また、
電磁弁68の出側は圧空供給管76によりシリンダー17に連
結してある。69はボンディング操作時にボンディングツ
ール16を下降する圧空の圧力を調節する減圧弁であり、
入側は圧空供給主管66に、出側は電磁弁70に連結してあ
る。また、電磁弁70の出側は圧空供給管77により電磁弁
68に連結してある。71はダウンセット操作時にボンディ
ングツール16を下降するシリンダーに供給する圧空の圧
力を調節する減圧弁であり、入側は圧空供給主管66に、
出側は電磁弁72に連結してある。また、電磁弁72の出側
は圧空供給管77により連結してある。73は、ダウンセッ
ト操作時にステージ40を下降するシリンダーへの圧空の
供給、停止を行なう電磁弁であり、入側は圧空供給主管
66に、出側は圧空供給管78、79によってシリンダー26に
連結してある。74はダウンセット操作時へのステージ40
の下降量を規制するシリンダーへの圧空の供給、停止を
行なう電磁弁であり、入側は圧空供給主管66に、出側は
圧空供給管80、81によってシリンダー44に連結してあ
る。

上述の装置によりボンディング加工、およびダウンセッ
ト加工を行なう場合は、減圧弁を操作してシリンダー17
に供給する圧空の圧力が予め設定した値になるようにす
る。また、螺子体19を操作してダウンセット操作時にボ
ンディングツール16が所定の位置まで下降するように調
節すると共に、螺子45を操作して位置決め片42の突出位
置を、螺子体47を操作してダウンセット操作時のステー
ジ40の下降位置を調節する。制御装置65にはボンディン
グヘッド１、ボンディングステージ２、テープ把持機構
３等の動作順序、動作時間、テープの搬送量、ボンディ
ングツール16、および、ステージ40の加熱温度等を設定
して入力する。

次いで、テープ供給用リール（図示せず）を所定のテー
プ供給部に装着し、該リール（図示せず）からテープ90
を引き出して案内枠64の案内溝64a、および、押え片5
1、55の間を通して巻取部に装着されたリール（図示せ
ず）に巻き付けると共に、チップ91の供給機構（図示せ
ず）のトレー、コンベア等に準備する。

これ等の準備ができ、制御装置65を始動させることによ
り、テープ90が送出され、テープ90に形成された最初の
インナーリード90aがボンディング操作位置に搬送され
ると、シリンダー57が作動してピストンロッドが引っ込
み、上枠53が螺子63に当接するまで下降する。しかし、
ピストンロッドは引続き引っ込もうとするため、シリン
ダー57の本体と共に下枠49が上昇し、テープ90を下枠49
に取付けられた押え片51と上枠53に取付けられた押え片
55によって上下から把持する。上述の操作中に供給機構
（図示せず）が作動してチップ91をステージ40上に載置
し、次いで、Ｘ−Ｙテーブル（図示せず）等が作動して
チップ91をボンディング操作位置に搬送すると、電磁弁
73が作動して圧空をシリンダー26に供給し、ピストンロ
ッドを引っ込めてカム体27を（ヘ）方向に移動させ、昇
降体24、支持体28と共にステージ40を上方に移動する。
そして、ステージ40上のチップ91がボンディング位置に
移動すると、電動機（図示せず）が作動して軸６と共に
第１カム体７を回転し、支持体５と共にボンディングヘ
ッド16を（イ）の方向に突出する。該ボンディングヘッ
ド16がボンディング位置に移動すると、電磁弁68が作動
して管路が切り替わって減圧弁67からの圧空をシリンダ
ー17に供給してピストンロッドを突出させ、揺動体10を
軸11を支点にして（ニ）方向に回動させてカムフォロア
12を第２カム体８に所定の押圧力で当接する。すると、
電動機（図示せず）が作動して軸６と共に第１カム体７
が回転してカム面を軸心側に近付くように変化させる。
この時、シリンダー17には圧空が供給されたままになっ
ているため、該カム面の変化にともなって揺動体10は軸
11を支点にして（ニ）方向に回動される。そして、ブラ
ケット14と共にボンディングヘッド16が垂直方向に下降
し、所定の温度に加熱されているボンディングヘッド16
によってテープ90に形成されたインナーリード90aとチ
ップ91の端子91aが２〜5kgの力で押し付けられた状態に
なり、揺動体10の端部に形成された作動部10aによって
検知器18aが作動すると、電磁弁68と電磁弁70が同時に
作動して管路が切り替えられて減圧弁70からの圧空をシ
リンダー17に供給してボンディングヘッド16に20〜30kg
の力を作用させてテープ90に形成されたインナーリード
90aとチップ91の端子91aを加熱、圧着してボンディング
加工を行なう。該ボンディング加工操作中に、電磁弁74
を作動して圧空をシリンダー44に供給してピストンロッ
ドを突出させ、位置決め片42を所定の位置に移動させ
る。そして、予め設定されたボンディング加工時間が経
過すると、電磁弁68、70、72、73を同時に作動させて管
路を切り替え、シリンダー17には減圧弁71からの圧空を
供給すると共に、シリンダー26の圧空の供給位置を変え
てピストンロッドを突出し、スプリング34によって昇降
体24、支持体28と共にステージ40を支持体28に一体的に
取付けられている螺子体47が位置決め片42に当接するま
で下降する。この時、ボウディングヘッド16もテープ90
のインナーリード90aの上面に２〜5kgの力を作用させ、
ステージ40との間に該インナーリード90aとチップ91を
把持した状態のままでボンディングツール16と一体的に
取付けられている螺子体19が支持体５の上面5aに当接す
るまで下降する。

上述の操作においてテープ90は押え片51、55により固定
された状態でチップ91のみが下降するため、第８図に示
すようにインナーリードが傾斜した状態にダウンセット
加工される。そして、予め設定されたダウンセット操作
時間が経過すると、電磁弁68、74が作動して管路を切り
替えシリンダー17に対する圧空の供給を停止すると共
に、シリンダー44に対する圧空の供給位置を切り替えて
ピストンロッドを引っ込め位置決め片42を待機位置に戻
す。すると、スプリング34によって昇降体24、支持体28
と共にステージ40がローラ25がカム体27に当接する位置
まで下降する。一方、電磁弁68が作動してシリンダー17
への圧空の供給が停止されると、電動機（図示せず）が
作動して軸６と共に第２カム体８を回転して揺動体10を
軸11を支点にして（ハ）方向に回動する。すると、ブラ
ケット13と共にボンディングツール16が上昇され、揺動
体10の突出部10bによって検知器18bが作動すると、電動
機（図示せず）が作動して軸６と共に第１カム体７を回
転して支持体を（ロ）方向に引っ込めてボンディングツ
ール16を待機位置に戻す。該ボンディングツール16、お
よび、ステージ40が待機位置に戻ると、電磁弁（図示せ
ず）が作動してシリンダー57に対する圧空の供給位置を
切り替えピストンロッドを突出し、上枠35が螺子62に当
接する。この時、ピストンロッドはさらに突出しょうと
するため今度はシリンダー57の本体と共に下枠49が螺子
61に当接するまで移動する。該上枠53と下枠49の移動に
よって押え片51、55によるテープ90の把持が解除され
る。すると、テープ供給部、および、巻取部（図示せ
ず）が作動してテープ90を移動させ、２番目のインナー
リード90aをボンディング操作位置に搬送する。以上の
操作により一番目のインナーリード90aに対するチップ9
1の端子91aのボンディング加工と、ダウンセット加工を
終了する。

上述の操作を繰り返すことにより、テープ90に形成され
たインナーリード91aに対するチップ91の端子91aのボン
ディング加工、およびダウンセット加工を連続的に行な
うことができる。

（発明の効果） 本発明の半導体のボンディング方法は、ボンディングス
テージにチップを載置すると共に、テープを所定の位置
に搬送し、ボンディングヘッドを垂直方向に下降させて
テープに形成されたインナーリードとチップの端子を加
熱、圧着してボンディング加工を行ない、次いで、テー
プを固定した状態でボンディングステージとボンディン
グヘッドをインナーリード部とチップを把持した状態で
下降させてダウンセット加工を行なため、ボンディング
加工に引続いてダウンセット加工を行なうことができ、
製造時間を短縮することができる。

また、本発明の半導体のボンディング装置は、テープ把
持機構を挾んで上方にボンディングヘッドを、下方にボ
ンディングステージを配設すると共に、該ボンディング
ステージとボンディングヘッドを同時、または、単独で
垂直方向に昇降するように構成してあるため、フィルム
テープに歪、皺等を生じさせることなく確実にボンディ
ング加工とダウンセット加工を行なうことができる。

上述の装置は、ボンディングヘッド、および、ボンディ
ングステージを、カム機構により垂直方向に昇降せしめ
るように構成してあるため、構成が簡単で、しかも確実
に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体のボンディング装置の１実施例
を示す概略正面図であり、第２図は第１図におけるＺ−
Ｚ矢視図である。 第３図はボンディングステージの概略図であり、第４図
は第３図におけるＸ−Ｘ矢視図である。 第５図はテープ把持機構の概略図であり、第６図は第５
図におけるＹ−Ｙ矢視図であって、第７図は第５図の平
面図である。 第８図はダウンセット加工された半導体装置の断面を示
す概略図である。 1:ボンディングヘッド、2:ボンディングステージ、3:テ
ープ把持機構、4,48:枠体、5,28:支持体、6,11,29:軸、
7:第１カム体、8:第２カム体、9,12:カムフォロア、10:
揺動体、13,22,41,44:ブラケット、14,23,43,50,54:軸
受、15,25:ローラ、16:ボンディングツール、17,26,44,
57:シリンダー、18:検知器、19,47:螺子体、20:ターン
テーブル、21:基台、24:昇降体、27:カム体、30,45,52,
56,61,62,63:螺子、31,34,58:スプリング、37:冷却体、
38:断熱体、39:加熱体、40:ステージ、42:位置決め片、
49:下枠、51,55:押え片、53:上枠、64:案内枠、65:制御
装置、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボンディングステージにチップを載置する
   と共に、テープを所定の位置に搬送し、ボンディングヘ
   ッドを垂直方向に下降させてテープに形成されたインナ
   ーリードとチップの端子を加熱、圧着してボンディング
   加工を行ない、次いで、テープを固定した状態でボンデ
   ィングステージとボンディングヘッドをインナーリード
   部とチップを把持した状態で下降させてダウンセット加
   工を行なうことを特徴とする半導体のボンディング方
   法。
2. 【請求項２】テープ把持機構を挾んで上方にボンディン
   グヘッドを、下方にボンディングステージを配設すると
   共に、該ボンディングステージとボンディングヘッドを
   同時、または、単独で垂直方向に昇降するように構成せ
   しめたことを特徴とする半導体のボンディング装置。
3. 【請求項３】ボンディングヘッド、および、ボンディン
   グステージを、カム機構により垂直方向に昇降せしめる
   ようにしたことを特徴とする請求項２の半導体のボンデ
   ィング装置。