JPH10313013A - ボンディング装置及びボンディング方法並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータがボンディング条件を設定する必
要のないボンディング装置及びボンディング方法を得
る。 【解決手段】 ボンディング装置は、カメラ１２が検出
した画像データに基づいて、半導体チップ１の中心位置
やダイパッド３ａの中心位置のボンディング条件を自動
で算出する。したがって、オペレータがボンディング条
件をボンディング装置に設定する必要がない。さらに、
ボンディング装置が算出したボンディング条件に基づい
て、ハウジング７の位置制御を行うため、半導体チップ
１をリードフレーム３の適切な位置に精度良く接合する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】半導体チップとリードフレー
ム等のワーク同士を接着するボンディング装置及びボン
ディング方法並びに半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のボンディング装置を示す斜
視図である。図５において、１は半導体チップ（第１の
ワーク）、２は半導体チップ１を載置しておくためのス
テージ、３はリードフレーム（第２のワーク）、３ａは
リードフレーム３内のダイパッド、４ａ及び４ｂはリー
ドフレーム３を搬出入するためのガイドレール、５は半
導体チップ１を吸着して保持するためのコレット、６は
コレット５が取り付けられたスピンドル、７はスピンド
ル６が取り付けられたハウジング、８はハウジング７を
支持するボンディングアーム、９はボンディングアーム
８を支持し、ボンディングアーム８をＺ方向（垂直方
向）に移動させるためのモータ１１ｃを内蔵したＺ駆動
部、１０はＺ駆動部９を支持するＸＹテーブル、１１ａ
及び１１ｂはＸＹテーブル１０をＸ方向及びＹ方向に移
動させるためのモータである。

【０００３】次に、従来のボンディング装置の動作につ
いて説明する。図６は、その動作を示すフローチャート
である。

【０００４】まず、ステップ２０１を参照して、オペレ
ータは、保持位置及び接着位置をボンディング条件とし
てボンディング装置に数値で設定する。

【０００５】次に、ステップ２０２を参照して、図示し
ない搬送装置が、ボンディング装置に連動して、半導体
チップ１を搬入して、半導体チップ１をステージ２上に
設置する。また、ガイドレール４ａ及び４ｂは、ボンデ
ィング装置に連動して、ダイパッド３ａに半田等の接合
剤が塗布されたリードフレーム３を定位置に搬入して設
置する。

【０００６】次に、ステップ２０３を参照して、ボンデ
ィング装置は、ステップ２０１において設定した保持位
置へコレット５を移動させて、コレット５によって半導
体チップ１を吸着して保持する。

【０００７】次に、ステップ２０４を参照して、ボンデ
ィング装置は、ステップ２０１において設定した接着位
置へ半導体チップ１を保持した状態のコレット５を移動
させて、半導体チップ１をリードフレーム３のダイパッ
ド３ａに接合する。

【０００８】次に、ステップ２０５を参照して、ボンデ
ィングが終了すると、ボンディング装置は、吸着を止め
て、半導体チップ１をコレット５から解放し、その後、
ガイドレール４ａ及び４ｂは、ボンディング装置に連動
して、リードフレーム３を別の場所に搬出する。

【０００９】以後、ステップ２０２〜２０５からなる一
連の処理を繰り返す。半導体チップ１及びリードフレー
ム３を別の種類の半導体チップ１及びリードフレーム３
に変更するときは、ボンディング条件も設定し直す必要
があるため、この一連の処理を中断して、再び、ステッ
プ２０１から行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ボンディング装置では、オペレータが半導体チップ１及
びリードフレーム３の種類毎にボンディング条件を設定
する必要があるという問題点がある。また、ボンディン
グ装置の機械的な誤差により、半導体チップ１がリード
フレーム３の接着位置からずれた位置に接着されると
き、オペレータは、このずれを検出し、半導体チップ１
がリードフレーム３の接着位置に正しく接着されるよう
にボンディング条件を再設定なければならないという問
題点もある。

【００１１】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたものであり、オペレータがボンディング条件
を設定する必要がないボンディング装置及びボンディン
グ方法並びに半導体装置の製造方法を得ることを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、第１のワークを、ボンディングヘッド
によって保持して移動させて、第２のワークに接着する
ボンディング装置であって、前記ボンディングヘッドに
取り付けられ、前記第１及び第２のワークの像を画像デ
ータとして検出するための画像検出手段と、前記画像デ
ータを受け、この画像データに基づいて前記ボンディン
グヘッドの位置制御を行うための位置制御手段とを備え
る。

【００１３】本発明の請求項２に係る課題解決手段は、
検出対象へエアーを吹き付けるためのエアー供給手段を
さらに備える。

【００１４】本発明の請求項３に係る課題解決手段は、
請求項１記載のボンディング装置を用いたボンディング
方法であって、前記第１のワークを第１の定位置に設置
する第１のステップと、前記画像検出手段が第１のワー
クの像を画像データとして検出し、前記位置制御手段が
この画像データから、前記ボンディングヘッドが前記第
１のワークを保持すべき保持位置を算出する第２のステ
ップと、前記位置制御手段が前記ボンディングヘッドを
前記保持位置へ移動させることによって、前記ボンディ
ングヘッドが前記第１のワークを保持する第３のステッ
プと、前記第２のワークを第２の定位置に設置する第４
のステップと、前記画像検出手段が第２のワークの像を
画像データとして検出し、前記位置制御手段がこの画像
データから、前記第１のワークを前記第２のワークに接
着すべき接着位置を算出する第５のステップと、前記位
置制御手段が前記ボンディングヘッドを前記接着位置へ
移動させることによって、前記第１のワークを前記第２
のワークに接着させる第６のステップと、前記画像検出
手段が前記接着後の第１、第２のワークの像を画像デー
タとして検出し、前記第１のワークと第２のワークとの
間のずれをこの画像データから検出する第７のステップ
と、前記第１〜第７のステップを繰り返すステップとを
備え、前記第２及び第５のステップにおいて、算出した
保持位置及び接着位置の少なくとも一方を、前記第７の
ステップにおいて検出したずれに基づいて補正する。

【００１５】本発明の請求項４に係る課題解決手段は、
前記ずれを用いてボンディング検査を行う第８のステッ
プをさらに備える。

【００１６】本発明の請求項５に係る課題解決手段は、
前記画像データの中から前記第１及び第２のワークの種
類を識別する第９のステップをさらに備え、前記第８の
ステップは、前記ずれを前記第９のステップにおいて認
識した種類毎に分けて、前記ボンディング検査を行う。

【００１７】本発明の請求項６に係る課題解決手段は、
前記ボンディング装置が前記ずれに基づいてボンディン
グの異常を検出してこの異常の旨を出力する第１０のス
テップをさらに備える。

【００１８】本発明の請求項７に係る課題解決手段にお
いて、前記ボンディング装置は、検出対象へエアーを吹
き付けるためのエアー供給手段をさらに備え、前記第７
のステップは、前記第６のステップにおいて接着された
前記第１及び第２のワークに前記エアー供給手段がエア
ーを吹き付けている状態で、前記画像検出手段が前記第
１及び第２のワークの像を画像データとして検出する。

【００１９】本発明の請求項８に係る課題解決手段は、
請求項３〜７のいずれかに記載のボンディング方法を用
いて、前記第１のワークを前記第２のワークに接着する
ステップを備える。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態におけ
るボンディング装置を示す斜視図である。図１におい
て、１は半導体チップ（第１のワーク）、２は半導体チ
ップ１を載置しておくためのステージ、３はリードフレ
ーム（第２のワーク）、３ａはリードフレーム３内のダ
イパッド、４ａ及び４ｂはリードフレーム３を搬出入す
るためのガイドレール、５は半導体チップ１を吸着して
保持するためのコレット、６はコレット５が取り付けら
れたスピンドル、７はスピンドル６が取り付けられたハ
ウジング、８はハウジング７を支持するボンディングア
ーム、９はボンディングアーム８を支持し、ボンディン
グアーム８をＺ方向（垂直方向）に移動させるためのモ
ータ１１ｃを内蔵したＺ駆動部、１０はＺ駆動部９を支
持するＸＹテーブル、１１ａ及び１１ｂはＸＹテーブル
１０をＸ方向及びＹ方向に移動させるためのモータであ
る。

【００２１】さらに、図１において、１２はスピンドル
６の軸芯と偏心した位置でハウジング７に取り付けら
れ、半導体チップ１及びリードフレーム３の像を画像デ
ータとして検出するためのカメラ（画像検出手段）、１
３はボンディングアーム８に取り付けられ、カメラ１２
から眺めた像にエアーを吹き付けるためのエアーパイプ
である。

【００２２】図２は本実施の形態におけるボンディング
装置の制御に関するブロック図である。図２において、
２３はエアーをエアーパイプ１３に送るためのエアー供
給装置、２２はモニター等の出力装置、２１はカメラ１
２が検出した画像データを受けて、この画像データに基
づいて、エアー供給装置２３、出力装置２２、モータ１
１ａ、１１ｂ及び１１ｃを制御するための制御装置であ
る。

【００２３】図１のコレット５、スピンドル６及びハウ
ジング７はボンディングヘッドを構成する。図２の制御
装置２１、モータ１１ａ〜１１ｃは、ボンディングヘッ
ドの位置制御を行うための位置制御手段を構成する。エ
アーパイプ１３及びエアー供給装置２３はエアー供給手
段を構成する。

【００２４】次に、本実施の形態におけるボンディング
装置の動作について説明する。図３は、その動作を示す
フローチャートである。

【００２５】まず、ステップ１０１を参照して、図示し
ない搬送装置が、ボンディング装置に連動して、半導体
チップ１を搬入して、半導体チップ１をステージ２（第
１の定位置）上に設置する。また、ガイドレール４ａ及
び４ｂは、ボンディング装置に連動して、ダイパッド３
ａに半田等の接合剤が塗布されたリードフレーム３を第
２の定位置に搬入して設置する。

【００２６】次に、ステップ１０２を参照して、制御装
置２１は、モータ１１ａ〜１１ｃを制御して、ボンディ
ングヘッドをステージ２上方近傍の第３の定位置に移動
させる。そして、カメラ１２は、制御装置２１に制御さ
れることによって、カメラ１２から眺めた半導体チップ
１の像を画像データとして検出する。制御装置２１は半
導体チップ１を認識して、この画像データから半導体チ
ップ１の中心位置を、コレット５が半導体チップ１を保
持すべき保持位置として算出する。

【００２７】次に、ステップ１０３を参照して、制御装
置２１は、モータ１１ａ〜１１ｃを制御して、ステップ
１０２において算出した保持位置へコレット５を移動さ
せて、コレット５が半導体チップ１を吸着して保持す
る。

【００２８】次に、ステップ１０４を参照して、制御装
置２１は、モータ１１ａ〜１１ｃを制御して、半導体チ
ップ１を保持した状態のボンディングヘッドをリードフ
レーム３上方近傍の第４の定位置に移動させる。そし
て、カメラ１２は、制御装置２１に制御されることによ
って、カメラ１２から眺めたリードフレーム３の像を画
像データとして検出する。制御装置２１はリードフレー
ム３を認識して、この画像データからダイパッド３ａの
中心位置を、半導体チップ１をリードフレーム３に接着
すべき接着位置として算出する。このように、制御装置
２１は、ボンディング条件である保持位置及び接着位置
を自動的に算出する。

【００２９】次に、ステップ１０５を参照して、制御装
置２１は、ステップ１０２において算出した中心位置が
ステップ１０４において算出したリードフレーム３のダ
イパッド３ａの中心位置に接着するように、モータ１１
ａ〜１１ｃの制御によるコレット５の位置制御を行っ
て、ステップ１０４において算出した中心へ半導体チッ
プ１を保持した状態のコレット５を移動させて、半導体
チップ１をリードフレーム３に接合する。また、この接
合は、加熱装置（図示せず）によって接合剤が熱せられ
る熱接合であるため、カメラ１２から接合された状態の
半導体チップ１及びリードフレーム３を眺めた像には乱
れ（かげろう現象）が生じている。

【００３０】次に、ステップ１０６を参照して、ボンデ
ィングが終了すると、制御装置２１は、モータ１１ａ〜
１１ｃを制御して、ハウジング７をリードフレーム３上
方近傍の第５の定位置に移動させる。そして、制御装置
２１は、カメラ１２及びエアー供給装置２３を制御し
て、ステップ１０６において接合された半導体チップ１
及びリードフレーム３にエアーパイプ１２がエアーを吹
き付けている状態で、カメラ１２がこの像を画像データ
として検出する。エアーパイプ１３がエアーを吹き付け
ることによって、かげろう現象を防止できる。図４はス
テップ１０６においてカメラ１２が検出した像を示す例
である。図４に示すように、半導体チップ１の中心位置
ＣＰ１とダイパッド３ａの中心位置ＣＰ２との間にはず
れｘ、ｙ及びθが生じている場合がある。このずれはボ
ンディング装置の機械的な誤差によって生じる。制御装
置２１は、半導体チップ１とダイパッド３ａとの間のず
れｘ、ｙ及びθを画像データから検出する。また、制御
装置２１は、画像データの中から予めオペレータによっ
て制御装置２１内に与えられている半導体チップ１及び
ダイパッド３ａの寸法を用いて、半導体チップ１及びリ
ードフレーム３の種類を識別する。

【００３１】次に、ステップ１０７を参照して、ガイド
レール４ａ及び４ｂは、ステップ１０７の後、ボンディ
ング装置に連動して、リードフレーム３を別の場所に搬
出する。

【００３２】以後、ステップ１０１〜１０７からなる一
連の処理を繰り返す。なお、半導体チップ１及びリード
フレーム３を別の種類の半導体チップ１及びリードフレ
ーム３に変更するとき、ボンディング装置が自動的にボ
ンディング条件を算出するため、従来のように、この一
連の処理を中断する必要はない。

【００３３】制御装置２１内には、この繰り返しによっ
てステップ１０７において検出されたずれが蓄積されて
いる。このずれを用いてボンディング検査を次のように
行う。すなわち、制御装置２１は、蓄積されたずれの平
均値やバラツキを算出する。あるいは、制御装置２１
は、蓄積されたずれをステップ１０７において識別した
半導体チップ１及びリードフレーム３の種類毎に分け
て、この種類毎にずれの平均値やバラツキを算出しても
よい。そして、制御装置２１は、この平均値やバラツキ
を出力装置２２に出力する。オペレータは、出力装置２
２に出力された平均値及びバラツキによって、装置に異
常があるかどうかを判断する。または、制御装置２１
が、ずれ、この平均値あるいはバラツキが予めオペレー
タによって制御装置２１内に与えられているマージンよ
り大きいか否かを判断して、大きければ装置に異常があ
ると判断して、この異常の旨を出力装置２２に出力して
もよい。

【００３４】さらに、ステップ１０４において、算出し
た接着位置を、ステップ１０６において検出したずれを
引いたり上述の平均値を引いたりすることによって、補
正する。あるいは、ステップ１０２において、算出した
保持位置を、同様に補正してもよいし、保持位置及び接
着位置の両方をステップ１０６において検出したずれあ
るいはその平均値から補正してもよい。このように、制
御装置２１がボンディング条件（保持位置や接着位置）
を自動的に補正することによって、ずれの発生が抑制さ
れ、ボンディング装置は、半導体チップ１をリードフレ
ーム３の接着位置に正確に接着する。

【００３５】本実施の形態による効果は、次の通りであ
る。本実施の形態におけるボンディング装置は、カメラ
１２が検出した画像データに基づいて、ボンディング条
件を自動で算出するため、従来のようにオペレータがボ
ンディング条件を設定する必要がない。また、ボンディ
ング装置が算出したボンディング条件に基づいて、コレ
ット５の位置制御を行うため、半導体チップ１をリード
フレーム３の適切な位置に精度良く接合することができ
る。また、オペレータがボンディング条件を設定する必
要がないため、ボンディング装置の操作が簡単になり、
操作ミスが減少する。また、ボンディング装置はずれの
平均値やバラツキを自動的に検出して出力するため、オ
ペレータは、この検出結果により製品の品質管理を容易
に行うことができたり、装置の事前保全の要否の判断
を、確実、容易に行うことができたりする。さらに、制
御装置２１がボンディング条件を自動的に補正すること
によって、ずれの発生が抑制され、ボンディング装置
は、半導体チップ１をリードフレーム３の接着位置に正
確に接着できる。

【００３６】変形例．リードフレーム３に代えて、プリ
ント基板であってもよい。また、半導体チップ１に代え
て、半導体パッケージであってもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明請求項１によると、位置制御手段
は、画像検出手段が検出した画像データに基づいて、ボ
ンディングヘッドの位置制御を行うため、オペレータが
ボンディング条件を設定する必要がないという効果を奏
す。

【００３８】本発明請求項２によると、エアー供給手段
がエアーを吹き付けるため、例えばかげろう現象が防止
でき、精度の高い画像データが得られるという効果を奏
す。

【００３９】本発明請求項３によると、ボンディング装
置が保持位置と接着位置との検出及び補正を行うことに
よって、オペレータがボンディング条件を設定する必要
がないという効果を奏す。

【００４０】本発明請求項４によると、検出したずれを
利用してボンディング検査を行うことができるという効
果を奏す。

【００４１】本発明請求項５によると、ボンディング装
置は、画像データを利用することによってワークの種類
を識別し、この種類毎にボンディング検査を自動的に行
えるという効果を奏す。

【００４２】本発明請求項６によると、オペレータは、
ボンディング条件を設定する必要がない分、ボンディン
グ装置を監視する必要がないが、ボンディングの異常が
生じたときは、ボンディング装置がこの異常をオペレー
タに知らせてくれることによって、オペレータはこの異
常を知ることができるという効果を奏す。

【００４３】本発明請求項７によると、エアー供給手段
がエアーを吹き付けることによって例えばかげろう現象
を防止することで精度良くずれを検出できるという効果
を奏す。

【００４４】本発明請求項８によると、互いに適切な位
置に精度良く接着された第１及び第２のワークを有する
半導体装置が得られるという効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態におけるボンディング装
置を示す斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態におけるボンディング装
置の制御に関するブロック図である。

【図３】 本発明の実施の形態におけるボンディング方
法を示すフローチャートである。

【図４】 半導体チップ１とリードフレーム３との間に
生じるずれを示す図である。

【図５】 従来のボンディング装置を示す斜視図であ
る。

【図６】 従来のボンディング方法を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

ＣＰ１，ＣＰ２ 中心位置、ｘ，ｙ，θ ずれ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のワークを、ボンディングヘッドに
   よって保持して移動させて、第２のワークに接着するボ
   ンディング装置であって、 前記ボンディングヘッドに取り付けられ、前記第１及び
   第２のワークの像を画像データとして検出するための画
   像検出手段と、 前記画像データを受け、この画像データに基づいて前記
   ボンディングヘッドの位置制御を行うための位置制御手
   段と、を備えたボンディング装置。
2. 【請求項２】 検出対象へエアーを吹き付けるためのエ
   アー供給手段をさらに備えた請求項１記載のボンディン
   グ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のボンディング装置を用い
   たボンディング方法であって、 前記第１のワークを第１の定位置に設置する第１のステ
   ップと、 前記画像検出手段が第１のワークの像を画像データとし
   て検出し、前記位置制御手段がこの画像データから、前
   記ボンディングヘッドが前記第１のワークを保持すべき
   保持位置を算出する第２のステップと、 前記位置制御手段が前記ボンディングヘッドを前記保持
   位置へ移動させることによって、前記ボンディングヘッ
   ドが前記第１のワークを保持する第３のステップと、 前記第２のワークを第２の定位置に設置する第４のステ
   ップと、 前記画像検出手段が第２のワークの像を画像データとし
   て検出し、前記位置制御手段がこの画像データから、前
   記第１のワークを前記第２のワークに接着すべき接着位
   置を算出する第５のステップと、 前記位置制御手段が前記ボンディングヘッドを前記接着
   位置へ移動させることによって、前記第１のワークを前
   記第２のワークに接着させる第６のステップと、 前記画像検出手段が前記接着後の第１、第２のワークの
   像を画像データとして検出し、前記第１のワークと第２
   のワークとの間のずれをこの画像データから検出する第
   ７のステップと、 前記第１〜第７のステップを繰り返すステップと、を備
   え、 前記第２及び第５のステップにおいて、算出した保持位
   置及び接着位置の少なくとも一方を、前記第７のステッ
   プにおいて検出したずれに基づいて補正するボンディン
   グ方法。
4. 【請求項４】 前記ずれを用いてボンディング検査を行
   う第８のステップをさらに備えた請求項３記載のボンデ
   ィング方法。
5. 【請求項５】 前記画像データの中から前記第１及び第
   ２のワークの種類を識別する第９のステップをさらに備
   え、 前記第８のステップは、 前記ずれを前記第９のステップにおいて認識した種類毎
   に分けて、前記ボンディング検査を行う請求項４記載の
   ボンディング方法。
6. 【請求項６】 前記ボンディング装置が前記ずれに基づ
   いてボンディングの異常を検出してこの異常の旨を出力
   する第１０のステップをさらに備えた請求項４記載のボ
   ンディング方法。
7. 【請求項７】 前記ボンディング装置は、検出対象へエ
   アーを吹き付けるためのエアー供給手段をさらに備え、 前記第７のステップは、前記第６のステップにおいて接
   着された前記第１及び第２のワークに前記エアー供給手
   段がエアーを吹き付けている状態で、前記画像検出手段
   が前記第１及び第２のワークの像を画像データとして検
   出する請求項３〜６のいずれかに記載のボンディング方
   法。
8. 【請求項８】 請求項３〜７のいずれかに記載のボンデ
   ィング方法を用いて、前記第１のワークを前記第２のワ
   ークに接着するステップを備えた半導体装置の製造方
   法。