JP2771503B2

JP2771503B2 - ダイボンディング方法およびその装置

Info

Publication number: JP2771503B2
Application number: JP1387096A
Authority: JP
Inventors: 健彦高橋
Original assignee: NEC Yamagata Ltd
Current assignee: NEC Yamagata Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JPH09213720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップをリ
ードフレームやセラミックなどの基板に半導体チップを
搭載するダイボンディング方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のダイボンディング装置
は、生産性向上と省力化のためほとんどが自動化されて
いる。しかしながら、近年、半導体集積回路装置の用途
が拡大するに伴なって多品種小量生産となり、半導体チ
ップのサイズおよび形状が多種多様となった。このた
め、装置の自動化を勿論、これら多品種小量生産に適用
できるように汎用性も高く要求されるようになってき
た。

【０００３】図６（ａ）〜（ｃ）は従来のダイボンディ
ング装置の一例を説明するための装置全体の構成を示す
斜視図（ａ）および接着剤塗布の動作の斜視図（ｂ）な
らびに吸着ノズルの断面図（ｃ）である。このダイボン
ディング装置は、図６（ａ）に示すように、供給部３７
から送られるリードフレームを載置し順送りを行なう搬
送部２８と、順送りされたリードフレームの一コマのア
イランドに接着剤を滴下する接着剤供給部３３と、接着
剤が塗布されたアイランドに半導体チップを搭載するボ
ンディングヘッド３２と、シート上のウェハから分割さ
れた半導体チップの位置を確認する認識カメラ２９およ
び認識装置３０と、認識装置３０により半導体チップの
位置を修正するステージ３１と、アイランドに半導体チ
ップが搭載されたリードフレームを収納する収納部３６
とを備えている。

【０００４】このダイボンディング装置の一連の動作
は、まず、供給部３７よりリードフレームが搬送部２８
に送られ、図６（ｂ）に示すように、リードフレーム３
９のアイランド４０を含む一コマづつ順送りされる。そ
して、接着剤供給部の多点ノズル３４の下に位置決めさ
れたアイランド４０に接着剤が滴下され塗布される。

【０００５】一方、ボンディングヘッド３２は移動しス
テージ３１上の決られた位置に位置決めされ、図６
（ｃ）に示すように、ボンディングヘッド３２が下降し
ステージ３１上の半導体チップ３８を吸着ノズル３５に
より吸着保持される。次に、ボンディングヘッド３２は
移動し搬送部２８の上に位置決めされ下降し、接着剤が
塗布され送られてきたリードフレームのアイランドに半
導体チップ３８を押し付けアイランドに搭載する。

【０００６】リードフレームのアイランドの全てに半導
体チップを搭載したら、搬送部２８によりリードフレー
ムは収納部３６に収納される。そして、再び、供給部３
７からリードフレームが搬送部２８に送られ、接着剤の
塗布および半導体チップの搭載を自動的に繰返して行な
い。供給部３７にあるリードフレームの全てに半導体チ
ップを搭載し完了していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のダイボ
ンディング装置では、単一の半導体チップを基板に搭載
することを自動的に行なえるものの汎用性がないという
問題がある。何となれば、半導体チップに接着剤を塗布
するノズルは、半導体チップの大きさに応じて接着剤噴
出口の数を変えたノズルにしなければならず、半導体チ
ップに応じてノズルを交換していた。

【０００８】このように汎用性がないため、従来、これ
らに対応する単能機を複数台設ける場合も多々あった。
しかし、この方法は費用がかかるばかりか装置を設置す
る床面積を必要とするので、現在は採用されていない。
そこで、噴出口の数の異なる接着剤ノズルを準備し、こ
れらサイズの異なる半導体チップに対応していた。しか
しながら、ノズル設計製作などの運用費が高くなるばか
りか交換のための装置停止および装置の立上げによる稼
働率の低下と準備工数の増大を招くという問題があっ
た。

【０００９】また、接着剤を塗布する際に、基板である
リードフレームの送りを停止させなければならず、この
停止時間が以外に長く一サイクル時間に占る割合が大き
く全体のスループットの向上を妨げていた。

【００１０】一方、上述し接着剤の塗布用のノズルは多
数の噴出口をもっているものの、単に複数の液滴を滴下
して塗布するため、液滴の間は薄くあるいは無いといっ
た塗布むらを生じ易い。この塗布むらがあると、リード
フレームに半導体チップを搭載し実装後に、接着剤が無
いためにヒートサイクルによって生ずる半導体チップと
搭載基板との界面の熱応力が吸収できず、半導体チップ
にクラックを発生したり品質に重大な欠陥をもたらす。
さらに、このように、接着剤を滴下して塗布する方法
は、余剰に接着剤を滴下することが多々あり、半導体チ
ップをリードフレームに押し付けたときその周縁部から
余剰な接着剤をはみ出させ半導体チップの上面まで廻り
込み汚染させることがある。この汚染が後工程のワイヤ
ーボンディング工程におけるワイヤの接続不良などを引
き起すという問題がある。

【００１１】前述したマウント用接着剤をむら無く一様
に塗布する方法として、例えば、特開昭５７一１６６０
２４号公報に開示されている。この方法は、入口に複数
のノズルを取付けた箱状の接着剤噴霧室に基板に搭載す
べきウェハを入れ、ウェハの一面に接着剤を薄く一様に
塗布し、しかる後、赤外線ランプで溶剤を乾燥してい
る。しかし、この技術を適用にするにしても、接着剤噴
霧室に半導体チップを位置決めし、室内に挿入して入れ
接着剤塗布および溶剤の乾燥を行なう動作がさらに長く
時間がかかりかえって全体のスループットを低下させ
る。また、当ダイボンディング方法のように接着剤に熱
硬化性のエポキシ樹脂の場合は、赤外線ランプのような
高温加熱すると、ゲル化が進み基板に到達するときは接
着能力が失なわれる恐れがある。さらに、この乾燥機構
をもつ接着剤噴霧室自体は大掛かりなものとなり、ボン
ディングヘッドの移動を制限し機構が複雑になるととも
に設備コストも高くなるという欠点がある。

【００１２】従って、本発明の目的は、半導体チップの
サイズが変更になっても接着剤塗布ノズルを交換しなく
とも連続的に半導体チップを基板に搭載できスループッ
トの向上が図れるダイボンディング方法およびその装置
を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
チップの一主面を吸着保持し前記半導体チップの一主面
側から該半導体チップの外周部に向けガスを吹き付ける
とともに前記半導体チップを移送しながら該半導体チッ
プの裏面に接着剤を吹き付け塗布し、前記接着剤が塗布
された半導体チップを基板に搭載するダイボンデイング
方法である。また、前記接着剤の吹き付けは、前記半導
体チップの裏面側から該半導体チップに向けて放射状に
接着剤を噴霧することが望ましい。さらに、このとき
に、前記半導体チップの大きさに応じて前記接着剤の噴
霧源口と前記半導体チップとの間隔を変えることが望ま
しい。

【００１４】また、本発明の他の特徴は、前記半導体チ
ップの一主面を吸着するとともに該半導体チップの外周
部に向け前記ガスを吹き付けるブローを具備する吸着ノ
ズルと、前記半導体チップが搭載されるべき前記基板へ
の前記吸着ノズルの移送経路途中に配置されるとともに
移送されてくる移送中の前記半導体チップの裏面に向け
放射状に前記接着剤を吹き付けるスプレーとを備えるダ
イボンディング装置である。また、前記吸着ノズルに吸
着された前記半導体チップの裏面と前記スプレーとの間
隔を変える機構と前記吸着ノズルの移送速度を変える手
段を備えることが望ましい。さらに、前記吸着ノズルが
拾うべき複数の前記半導体チップが載置される枠付きシ
ートの固有識別記号を認識する手段を備えることが望ま
しい。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１６】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形
態におけるダイボンディング方法およびその装置を説明
するための装置全体の構成を示す斜視図（ａ）および接
着剤塗布部の断面図（ｂ）ならびに吸着ノズルの断面図
（ｃ）である。

【００１７】このダイボンディング装置は、図１に示す
ように、半導体チップ３８の一主面を吸着するとともに
半導体チップ３８の外周部に向けガスを吹き付けるブロ
ー穴１０を有する吸着ノズル９を具備するボンディング
ヘッド２と、半導体チップ３８が搭載されるべきリード
フレーム３９のアイランド４０への吸着ノズル９の移送
経路１４途中に配置されるとともに半導体チップ３８の
裏面に放射状に接着剤を吹き付けるスプレー５を具備す
る接着剤塗布部１と、ボンディングヘッドの移送および
上昇・下降と接着剤塗布部１の接着剤の噴霧および停止
と搬送部４の制御を行なう制御装置３を備えている。そ
の他の認識装置３０、認識カメラ２９、ステージ３１、
供給部３７および収納部３６は従来例と同じように設け
られている。

【００１８】図１（ａ）のダイボンディングヘッド２の
移送経路１４の途中に配置された接着剤塗布部１は、図
１（ｂ）に示すように、接着剤を蓄えるタンク８と、接
着剤を圧送するポンプ１０と、ポンプ１０からの圧送管
の開口を開閉する電磁弁７と、ポンプ１０の圧送により
接着剤を放射状に噴霧する噴霧口１５をもつスプレー５
と、通過するボンディングヘッド２を検知し電磁弁７の
開閉のタイミングをとるセンサ６ａ，６ｂとを備えてい
る。

【００１９】図１（ａ）の移送経路１４を往復移動する
ダイボンディングヘッド１は、図１（ｃ）に示すよう
に、基台１６に取付けられ半導体チップ３８を吸着する
吸着穴１３と半導体チップ３８の外周部にガスを吹き付
けるブロー穴１７とをもつ吸着ノズル９と、吸着口１３
と通ずる真空ポンプからの配管の開口を開閉する電磁弁
１１と、乾燥窒素のような圧縮ガスを供給しブロー穴１
７と通ずる配管の開口を開閉する電磁弁１２とを備えて
いる。

【００２０】図２（ａ）〜（ｃ）は図１のダイボンディ
ング装置による半導体チップを基板に搭載する動作順に
示す図である。次に、本発明のダイボンディング方法を
図１のダイボンディング装置の動作を説明することで説
明することとする。

【００２１】まず、図２（ａ）に示すように、ステージ
３１に載置された半導体チップ３８を吸着ノズル９を矢
印のように下降および上昇により、半導体チップ３８を
吸着保持する。次に、図２（ｂ）に示すように、吸着ノ
ズル９を伴なうボンディングヘッドが矢印で示す移送経
路１４に沿って移動し、この移動によってセンサ６ｂが
動作すると、吸着ノズル９のブロー穴１７からガスが吹
き出され半導体チップ３８の周辺部から下方に流れる。
このガスの吹き出しよりタイムラグをおいて、スプレー
５より接着剤が半導体チップ３８の裏面に向って扇状に
噴霧される。この放射状に噴霧される接着剤の噴霧領域
は半導体チップ３８の大きさを十分カバーされているの
で、半導体チップ３８の移動に伴なって裏面に一様に接
着剤が塗布される。

【００２２】なお、このとき、半導体チップ３８の周縁
部から下方に向ってガスが流れているので、噴霧され半
導体チップ３８より外側に噴射された接着剤は半導体チ
ップ３８より上に舞上がることがない。このことにより
余剰に接着剤を塗布することが無く後工程の品質に悪影
響を及ぼす接着剤の汚染は皆無となる。次に、引続き、
ボンディングヘッドの移動に伴なって、センサ６ａが反
応しスプレー５からの接着剤の噴霧が停止し、引続きガ
スのブローも停止する。

【００２３】次に、図２（ｃ）に示すように、接着剤が
塗布された半導体チップ３８は吸着ノズル９に保持され
た状態で移送経路１４に沿って移動を続け、搬送部４に
載置されたリードフレーム３９の上で停止する。そし
て、矢印に示すように、吸着ノズル９が下降し半導体チ
ップ３８をリードフレーム３９のアイランドに押し付け
半導体チップ３８を搭載し一連のサイクルを終了する。
そして、吸着ノズル９は上昇する。搭載された半導体チ
ップ３８は、搬送部４に組込まれたヒータにより接着剤
は加熱され硬化し接着が確実なものとなる。

【００２４】図３は本発明の他の実施の態様におけるダ
イボンディング装置を説明するための吸着ノズルと接着
剤塗布部を示す図である。このダイボンディング装置
は、図３に示すように、半導体チップ３８の大きさに応
じて半導体チップ３８とスプレー５の噴霧口１５との間
隔Ｈを変える機構を設けたことである。それ以外は前述
の実施の形態と同じである。

【００２５】この間隔Ｈを変えるのに、例えば、図３に
示すように、接着剤塗布部１を昇降させる機構として、
接着剤塗布部１を昇降させるボールスクリュー１８と、
このボールスクリュー１８と噛み合うナット１９を歯車
対２１を介して回転させるモータ２０とを設ければ良
い。そして、接着剤の広がり角度Θが半導体チップ３８
の裏面を十分カバーするように、間隔Ｈを設定すること
である。

【００２６】なお、接着剤の密度が間隔Ｈによって変る
ので、異なったサイズの半導体チップでも接着剤を常に
一定の厚さに塗布したい場合には、この間隔Ｈを変える
と同時に吸着ノズル９の移送速度Ｖを変えることが望ま
しい。この移送速度Ｖおよび間隔Ｈは、例えば、半導体
チップ３８のサイズが小さい場合は、Ｈは狭く、Ｖは早
くすることである。また、サイズの大きな半導体チップ
３８においては、間隔Ｈは大きく速度Ｖを遅くすること
である。

【００２７】また、この吸着ノズルの移送速度Ｖを変え
るには、周知である技術を利用してたボンディングヘッ
ドの送り用のモータをスピードコントロールすれば良
く、サイクルタイムを考慮して、速度を変える範囲は、
半導体チップ３８に接着剤が塗布する範囲に留めること
が望ましい。それ以外の移送経路であるステージ３１と
接着剤塗布部１との間および接着剤塗布部１と搬送部４
のリードフレーム３９との間は、通常の送り速度にする
ことである。

【００２８】図４はシート上に貼付けられた半導体チッ
プを示す図である。通常、ステージに載置される半導体
チップ３８は、図４に示すように、粘着性のあるシート
２４に一枚のウェハから切断分割された状態で貼付けら
れている。そして、この粘着性のあるシートに張力を与
え半導体チップ３８が同一面上に並ぶように枠２３で挟
み込んでからステージに載置している。

【００２９】このように一枚づつシート２４に貼付けウ
ェハを半導体チップ３８に分割させ貼付けていることを
考慮すれば、もし、貼付けられ半導体チップ３８に分割
されるウェハ毎に管理すれば、上述したその他の実施の
形態におけるダイボンディング装置の間隔Ｈおよび塗布
速度Ｖの設定を自動的にできると考え、枠２３に半導体
チップとして分割された元のウェハを識別する固有の表
示部を設けることにした。ここでは、例えば、バーコー
ド表示部２２を枠２３に設けている。

【００３０】図５は図３のダイボンディング装置の変形
例を示す図である。このダイボンディング装置は、図５
に示すように、図４の半導体チップ３８が貼付けられた
シート２４を保持する枠２３にあるバーコード表示部２
２を読み込むバーコードリーダ２５を設けたことであ
る。それ以外のステージ３１、認識カメラ２９、認識装
置３０および搬送部４は前述の実施の形態におけるダイ
ボンディング装置と同じように備えている。

【００３１】このように、ウェハ毎に管理されれば、分
割された半導体チップ３８を搭載する枠のバーコード部
２２をバーコードリーダ２５が読み込み、その情報を制
御部３にフィードバックし、制御部３に登録された半導
体チップのサイズに対するスプレー５と吸着ノズル９に
吸着される半導体チップとの間隔Ｈおよびその間隔Ｈに
対応する速度Ｖを読み出し、接着剤塗布部の上昇・下降
機構および吸着ノズル９の移送機構を制御し接着剤塗布
条件を設定する。条件設定後は前述したように、一連の
サイクル動作を行ない半導体チップ３８をリードフレー
ムのアイランドに搭載する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体チ
ップを吸着し移送するボンディングヘッドの移送経路途
中に半導体チップの裏面に向け接着剤を噴霧するスプレ
ーを設けることによって、半導体チップを移送しながら
接着剤を塗布できるので、装置の一サイクル時間を大幅
に短縮させスループットの向上が図れるという効果があ
る。

【００３３】また、接着剤の噴霧を円錐形のように放射
状にすることによって、スプレーと半導体チップとの間
隔を変えるだけで、半導体チップのサイズが変わっても
スプレーを交換することなく連続的に運転できるので、
稼働率も向上し運用コストも著しく低減できるという効
果があるとともに単能機を複数台並べる必要もなく床面
積も小さくて済むという効果もある。

【００３４】さらに、細かく噴霧状に接着剤を放射し相
対的に移動させ必要に応じて速度を変え塗布するので、
従来のように単に複数の接着剤液滴を滴下する液滴下方
法にように塗布むらが起ることはない。そして、噴霧さ
れる接着剤が半導体チップより上に舞い上らないよう
に、半導体チップの周縁からガスで吹き落すことによっ
て、半導体チップの側面および上面への汚染が皆無とな
り、後工程の品質に悪影響を及ぼすことが無くなるとい
う効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるダイボンディン
グ方法およびその装置を説明するための装置全体の構成
を示す斜視図（ａ）および接着剤塗布部の断面図（ｂ）
ならびに吸着ノズルの断面図（ｃ）である。

【図２】図１のダイボンディング装置による半導体チッ
プを基板に搭載する動作順に示す図である。

【図３】本発明の他の実施の態様におけるダイボンディ
ング装置を説明するための吸着ノズルと接着剤塗布部を
示す図である。

【図４】シート上に貼付けられた半導体チップを示す図
である。

【図５】図４のダイボンディング装置の変形例を示す図
である。

【図６】従来のダイボンディング装置の一例を説明する
ための装置全体の構成を示す斜視図（ａ）および接着剤
塗布の動作の斜視図（ｂ）ならびに吸着ノズルの断面図
（ｃ）である。

【符号の説明】

１接着剤塗布部２，３２ボンディングヘッド３制御部４，２８搬送部５スプレー６ａ，６ｂセンサ７，１１，１２電磁弁８タンク９，３５吸着ノズル１０ポンプ１３吸着穴１４移送経路１５噴霧口１６基台１７ブロー穴１８ボールスクリュー１９ナット２０モータ２１歯車対２２バーコード表示部２３枠２４シート２５バーコードリーダ２９認識カメラ３０認識装置３１ステージ３３接着剤供給部３４多点ノズル３６収納部３７供給部３８半導体チップ３９リードフレーム４０アイランド

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップの一主面を吸着保持し前記
半導体チップの一主面側から該半導体チップの外周部に
向けガスを吹き付けるとともに前記半導体チップを移送
しながら該半導体チップの裏面に接着剤を吹き付け塗布
し、前記接着剤が塗布された半導体チップを基板に搭載
することを特徴とするダイボンデイング方法。
【請求項２】前記接着剤の吹き付けは、前記半導体チ
ップの裏面側から該半導体チップに向けて放射状に接着
剤を噴霧することを特徴とする請求項１記載のダイボン
ディング方法。
【請求項３】前記半導体チップの大きさに応じて前記
接着剤の噴霧源口と前記半導体チップとの間隔を変える
ことを特徴とする請求項２記載のダイボンデイング方
法。
【請求項４】前記半導体チップの一主面を吸着すると
ともに該半導体チップの外周部に向け前記ガスを吹き付
けるブローを具備する吸着ノズルと、前記半導体チップ
が搭載されるべき前記基板への前記吸着ノズルの移送経
路途中に配置されるとともに移送されてくる移送中の前
記半導体チップの裏面に向け放射状に前記接着剤を吹き
付けるスプレーとを備えることを特徴とするダイボンデ
ィング装置。
【請求項５】前記吸着ノズルに吸着された前記半導体
チップの裏面と前記スプレーとの間隔を変える機構と、
前記吸着ノズルの移送速度を変える手段とを備えること
を特徴とする請求項４記載のダイボディング装置。
【請求項６】前記吸着ノズルが拾うべき複数の前記半
導体チップが載置される枠付きシートの固有識別記号を
認識する手段を備えることを特徴とする請求項５記載の
ダイボンデイング装置。