JPH07123130B2 - ボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえばICチップの電極とTABテープのリー
ド等との接合を行う際に使用されるボンディング装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

ICチップの電極と外部リードとの接続には多様な方法が
採用されている。

配線用の極細ワイヤー（ボンディングワイヤー）を用い
て接続する方法もあるが、ICチップの電極とリードとの
間に微細金属片（以下バンプと称する。）を挟んで熱圧
着する方法も広く行われるようになっている。

TAB（Tape Automated Bonding）法は後者の代表として
注目されている技術である。この方法は、予めICチップ
の電極か、もしくはTABテープ上のリード先端部のいず
れかにバンプを形成しておき、次にICチップの電極とリ
ードを有するTABテープとをバンプを介して重ね合わせ
て両者を接合するものである。TAB法においては、多数
の電極とリードとを一括して接合できるため、迅速なボ
ンディング作業が可能となる。

ところで、略正方形に配置された多数の電極とリードと
を均一かつ正確に接合するには、接合の際にこれらを押
圧するボンディングツールの加圧面をICチップの電極の
表面を含む平面（以下、接合面と称する。）に平行に当
接しなければならない。しかし、実際には、ICチップの
傾きや載置台の載置面とボンディングツールの加圧面と
の平行からのずれなどがあるため、ボンディングツール
の加圧面とICチップの接合面とを常に平行に保つことは
困難である。市販されているボンディング装置の中には
この平行度を調節する手段を有するものもあるが、この
調節作業をたびたび行わなければならないため、調節作
業に時間がかかり、全体の作業能率が低下するという問
題がある。

この問題に対する解決策として、特開昭63−111633号
（発明の名称「チップボンディング方法」）公報におい
て、ICチップを、球面軸受を介して回動自在に支持され
た載置台上に載置してボンディングを行う方法が提案さ
れている。この方法によれば、接合時にICチップ又はボ
ンディングツールが傾いて、ボンディングツールがICチ
ップの一部のみに片当りした場合でも、ボンディングツ
ールの押圧力によって載置台は球面軸受を介して自在に
回転する。これによってICチップの接合面がボンディン
グツールの加圧面に倣い、自動的にボンディングツール
の加圧面と平行になるというものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、球面軸受を使用した場合でも、次のよう
な不都合がある。

まず、ボンディング時にICチップに加わる荷重は約4kgf
程度であるが、ICチップ自体がせいぜい1cm角という大
きさのために、ボンディングツールがICチップに片当り
した時に載置台を回転させるのに働くモーメントはそれ
ほど大きくない。一方、球面軸受には一般にかなりの摺
動抵抗があり、球面軸受を介して載置台を回転させるに
はこの摺動抵抗以上の力を加える必要がある。

このようなことから、ボンディングツールがICチップに
片当りしたときに載置台が速やかに回転することは限ら
ない。しかも、ICチップが全てのバンプにボンディング
されたとしても、ICチップの接合面に加わる荷重が均一
でないために接合が不十分となり、後に不良発生の原因
となる可能性がある。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、作業
能率の向上を図るとともに、接合を確実に行い、歩留り
を向上させることができるボンディング装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明は、押圧手段と、該
押圧手段の加圧面に対向して配置されており且つ被押圧
体を載置する載置台とを有するボンディング装置におい
て、前記載置台を、前記押圧手段の加圧面と前記被押圧
体の接合面との平行を維持する内部に流体を充填した変
形可能なチューブである弾性部材を介して支持するよう
に構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は前記の構成によって、被押圧体の接合面と押圧
手段の加圧面とが平行からずれているときは、先ず、押
圧手段の下降にともない押圧手段の加圧面は被押圧体の
一部分に当接する。押圧手段がさらに下降すると、その
押圧力によって載置台の下部に設けられた弾性部材が弾
性変形することにより、載置台に載置した被押圧体の接
合面が自動的に押圧手段の加圧面と平行になるように角
度を変える。押圧手段が更に下降を続けると、被押圧体
の接合面と押圧手段の加圧面とが平行のままの状態で被
押圧体に荷重が加えられる。

弾性部材として内部に液体や気体などの流体を充填した
変形可能のチューブを使用することにより、押圧時にお
けるチューブの変形により被押圧体の接合面と押圧手段
の加圧面とが平行となるよう接合面の角度が変化する。
更に押圧手段を下降させればチューブ内の圧力は一定で
あるため、被押圧体に均一な力を加えることができる。

弾性部材として適切かつ等しいバネ定数を持つ複数のス
プリングを使用することによって、押圧時に被押圧体の
接合面の角度が変化することによる各スプリング間の縮
み量の差（この値は被押圧体の平行度のずれに等し
い。）は、各スプリングの縮み量に対して無視できる程
度の小さな値におさえることができる。したがって被押
圧体には均一の力が加えられて確実に接合が行われる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しつ
つ説明する。第１図は本発明の一実施例であるボンディ
ング装置の概略断面図、第２図はそのホンディング装置
によって平行度のずれを補正する様子を示した図、第３
図はこの平行度のずれを補正する際のICチップの位置関
係を示す図である。本実施例においては、微細金属球
（以下バンプと称する。）がリード先端部に熱圧着され
たTABテープとICチップとの接合を行う場合について説
明する。

第１図に示すボンディング装置は、押圧手段であるボン
ディングツール２と、ボンディングツールを保持する加
圧ヘッド４と、ボンディング受け部６とを有するもので
ある。ボンディングツール２には先端部を500℃前後の
温度に加熱するためのヒータ（不図示）が内蔵されてい
る。ボンディング受け部６は、ボンディングツール２の
押圧面2aに対向しICチップ22を載置する載置台12と、載
置台12を固定する受け台14と、受け台14を支持する支持
台16と、受け台14と保持台16の間に設けられた環状のチ
ューブ18とを備えるものである。一般には、載置台12と
受け台14とは一体的に形成してもよい。環状チューブ18
は受け台14の底部を囲むように設けてあり、環状チュー
ブ18の材質としては変形可能な、例えばゴム等を用いて
いる。また、環状チューブ内には非圧縮性の液体を入れ
ている。ICチップ22の上方には水平方向に移動するTAB
テープ24が配置され、受け台14上にはICチップ22とTAB
テープ24の相対位置をずらさないためにクランプ機構20
が設けられている。

ICチップ22の電極23とTABテープ24のリード26とを接合
するには、加圧ヘッド４を下降させ、ボンディングツー
ル２によりバンプ28を介してICチップ22の電極23とTAB
テープ24のリード26とを熱圧着する。こうして、TABテ
ープ24の一つのフレームに設けられた多数のリード26と
ICチップ22の電極23とが一括してボンディングされる。
一つのICチップ22がボンディングされると、TABテープ
送り機構（不図示）によって次のTABテープのフレーム
がボンディングツール２の真下に移動させるとともに、
別のICチップが移送手段（不図示）によって載置台12上
に運ばれ、次のボンディング動作が行われる。

ところで、ICチップの傾きや載置台の載置面とボンディ
ングツールの加圧面との平行からのずれ（これらをまと
めて「平行度のずれ」と称する。）などがあると、加圧
ヘッド４を下降させてボンディングを行うときに、最初
に加圧面2aがICチップ22の一部のみに当接してしまうこ
とがある。この様子は第２図に誇張して示される。

このとき、本実施例のボンディング装置においては、次
のようにして平行度のずれが補償される。最初は加圧ヘ
ッド４の下降にともないボンディングツール２の加圧面
2aはICチップ22の一部分に当接するが、加圧ヘッド４が
さらに下降すると、ボンディングツール２が最初に当接
した部分に対応する環状チューブ18は圧縮され、それと
反対側の部分は膨張する。環状チューブ18の内部には非
圧縮性の液体が充填されているため、チューブ全体の体
積は変化しないので、第２図に示すようにICチップ22の
重心の、支持台16の底面からの高さｈは変わず、ICチッ
プ22の重心を中心として受け台が回転する。このため、
受け台14はICチップ22の接合面がボンディングツール２
の加圧面2aに倣うように角度を変える。これによりICチ
ップ22の電極23とTABテープ24のリード26はその平行度
のずれが補償される。更に加圧ヘッド４を下降させて
も、環状チューブ18内の圧力は円周方向のどの位置にお
いても同じであるため、加圧面2aがICチップ22の各部に
与える圧力は均一となり、接合を確実に行うことができ
る。

尚、ボンディングを行うときにはクランプ機構20によっ
てTABテープ24を受け台14上にクランプしているので、
受け台14の角度が変化したときでも、TABテープ24のリ
ード26とICチップ22の電極23の相対的位置がずれる心配
はない。したがって、ICチップ22は確実にリードに接合
される。

また、上記のような動作をする際に、受け台14が回転す
ることによりICチップ22の水平方向の位置がずれて、す
なわちICチップ22とボンディングツール２との相対的位
置がずれて、正確な接合ができなくなる虞もある。しか
し、第３図に示すようにICチップ22が破線で示した補正
前の状態（受け台が倣う前の状態）から実線で示した補
正後の状態（受け台が倣った後の状態）にICチップ22の
中央部を中心として角度θだけ回転しても、ICチップ22
のずれはそれ程問題にならない。実際、回転によりICチ
ップ22の電極位置が垂直方向にδ_Ｖ＝10μｍ程度ずれる
が、ICチップ22の大きさは約1cm角と小さいので、水平
方向にはδ_Ｈ＝0.02μＨ程度しかずれない。したがっ
て、ボンディングを行う際のICチップ22の水平方向のず
れは無視することができる。また、このようにICチップ
のずれを無視することができるので、クランプ機構を設
けなくとも高い精度で接合を行うことが可能である。

本実施例のボンディング装置においては、ボンディング
の際に加わる荷重を環状チューブで受けることになるた
め、球面軸受を使用するときに問題となる摺動抵抗に比
べ、受け台と支持台との間に働く摺動抵抗は問題のない
程度にまで小さくなるので、わずかな平行度のずれであ
っても確実にこれを補償することができる。しかもICチ
ップの各電極とバンプの間に加わる力は均一となり、こ
れらの接合は確実なものとなるため、接合時の歩留を向
上させることができる。また、ボンディングツールの加
圧面と載置台の載置面の平行度を調整する必要がなくな
り、作業能率の向上を図ることができる。

尚、上記の実施例においては、受け台の下部に設けた弾
性部材として環状のチューブを用いた場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スプ
リングや円形チューブ等を用いてもよい。第４図は弾性
部材としてスプリングを用いた場合のボンディング受け
部の概略断面図である。このようにスプリング30を使用
する場合には、加圧ヘッドを下降させボンディングツー
ルがICチップの一部に当接したときにスプリングの縮み
による弾性変形により、受け台16はICチップ22の接合面
とボンディングツール２の加圧面とが互いに平行になる
ように角度を変える。

今、ボンディングツール２からの荷重がICチップ22の接
合面にどのように働くかを考察する。ここでは簡単のた
め横方向に配置されたバネ定数の等しい２本のスプリン
グ30a,30bのみ取り扱う。載置台６上のICチップ22の接
合面が加圧面2aに対して傾いており、第４図に示すよう
にICチップ22の、スプリング30aが位置する側の電極23
がスプリング30bが位置する側の電極23に対してδだけ
ずれが生じている場合を考える。ボンディングツール２
によってICチップ22を加圧したときのスプリング30a、3
0bの縮み（つりあいの状態からの変位）をそれぞれx_a、
x_bとし、これらに加わる力をそれぞれF_a、F_bとすると次
の関係がある。

F_a＝ｋ・x_a F_b＝ｋ・x_b x_b−x_a＝δ 特に平行度のずれδがスプリング30の縮みより非常に小
さいとすると（x_a、x_b≫δ）、 F_a/F_c＝kx_a/kx_b ＝x_a/x_b ＝x_a/（x_a＋δ） ＝（１＋δ/x_a）^-1 ＝１−δ/x_a＋（δ/x_a）^２−・・・・ より、F_a≒F_bと考えることができる。したがって、２つ
のスプリング30a,30bにはほぼ均一の力が働き、ICチッ
プ22の接合面には均一な荷重が加わることになる。実際
には、平行度のずれδは20μｍ程度であり、また、ボン
ディング時にICチップ22に加わる荷重は約4kgfであるの
で、1kgfの荷重で約0.5mm縮むようなバネ定数を有する
スプリングを使用することにより、上記の力F_a、F_b間の
各差は約１％となり、実用的にも問題のない精度を有す
る。尚、上記においては２本のスプリング30a,30bにつ
いて考察したが、同図に垂直な方向に配置された２本の
スプリング（不図示）についても同様である。

また、第５図は弾性部材として液体を充填した円形のチ
ューブを用いた場合のボンディング受け部の概略断面図
である。この場合の作用、効果等は環状チューブを使用
した場合と同様である。環状チューブよりもこのような
円形チューブ40の方が製造しやすい場合には、円形チュ
ーブ40を使用することもできる。

更に、上記の実施例においては、既にバンプが形成され
たTABテープのリードとICチップの電極とを接合する場
合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、TABテープのリード先端部にバンプとなる多
数の微細金属球を一括して熱圧着する場合も本装置を使
用することができる。したがって、このボンディング装
置は、バンプ付きTABテープの製造工程及びTABテープと
ICチップとを接合する工程において２度にわたり使用す
ることができる。また本装置が、ICチップの電極側にバ
ンプの形成されている場合のTABテープとの接合に対し
ても使用できるものであることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、たとえ被押圧体の
接合面と押圧手段の加圧面とが平行でなくとも、調整作
業を行わずに被押圧体の接合面に均一な荷重を加えるこ
とができるため、例えばICチップとTABテープとをバン
プを介して接合する際に確実な接合を行うことができ、
接合の際の歩留りの向上及び作業能率の向上を図ること
ができるボンディング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるボンディング装置の概
略断面図、第２図はそのホンディング装置によって平行
度のずれを補正する様子を示した図、第３図はこの平行
度のずれを補正する際のICチップの位置関係を示す図、
第４図は弾性部材としてスプリングを用いた場合のボン
ディング受け部の概略断面図、第５図は弾性部材として
液体を充填した円形のチューブを用いた場合のボンディ
ング受け部の概略断面図である。 ２……ボンディングツール、 2a……加圧面、４……加圧ヘッド、 ６……ボンディング受け部、 12……載置台、14……受け台、 16……支持台、18……環状チューブ、 20……クランプ機構、22……ICチップ、 23……電極、24……TABテープ、 26……リード、28……バンプ、 30……スプリング、 40……円形チューブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 恭秀 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第一技術研究所内 (72)発明者 丸山 忠克 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第一技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−229727（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】押圧手段と、該押圧手段の加圧面に対向し
   て配置されており且つ被押圧体を載置する載置台とを有
   するボンディング装置において、前記載置台を、前記押
   圧手段の加圧面と前記被押圧体の接合面との平行を維持
   する内部に流体を充填した変形可能なチューブである弾
   性部材を介して支持するように構成したことを特徴とす
   るボンディング装置。