JPH0821799B2 - アウターリードのボンディング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップのアウターリードを基板の電
極部に熱圧着するアウターリードのボンディング方法に
関するものである。

（従来の技術） 合成樹脂フィルムにより作られたフィルムキャリヤに
半導体を搭載し、このフィルムキャリヤを打ち抜くこと
により半導体チップを製造することが、TAB法として知
られている。

このようにして製造された半導体チップは、上記のよ
うにフィルムキャリヤを打ち抜いたことにより形成され
たアウターリードを有しており、このアウターリードを
基板に形成された電極部に接着することは、一般にアウ
ターリードボンディングと呼ばれる。

（発明が解決しようとする課題） アウターリードの基板への接着は、基板の上面に形成
された電極部にアウターリードを着地させ、熱圧着子を
アウターリードに押し付けて、電極部を加熱溶融させる
ことにより行われる。ところが電極部の素材となる半田
は溶融硬化の温度特性を有しており、半田の品種によっ
て差異はあるが、一般には、160〜180℃まで徐々に加熱
した後、220℃以上に一気に加熱することにより溶融さ
せ、次いで徐々に冷却して硬化させるのが望ましい。ま
たアウターリードは極細極薄であって、しかもポリイミ
ドのような合成樹脂により形成されているため、いきな
り高温に加熱すると、材質が変質するなどして好ましく
なく、したがって徐々に加熱することが望ましい。

そこで本発明は、このような半田やアウターリードの
温度特性を満足できるボンディング手段を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） このために本発明は、ノズルシャフトを下降させて、
このノズルシャフトの下端部の吸着部に吸着された半導
体チップを基板に搭載する第１の工程と、加熱処理によ
り予め加熱された熱圧着子を下降させて弱い力で半導体
チップのアウターリードを基板の電極部に押し付ける第
２の工程と、次に熱圧着子の温度を上昇させるととも
に、より強い力でアウターリードを基板の電極部に押し
付ける第３の工程と、次に熱圧着子に冷気を吹き付ける
ことにより熱圧着子の温度を低下させてアウターリード
を基板の電極部に押し付ける第４の工程と、熱圧着子を
上昇させて押し付け状態を解除する第５の工程とからア
ウターリードのボンディング方法を構成した。

また、望ましくは、前記第２の工程において、前記熱
圧着子をばね材のばね力により弱い力で半導体チップの
アウターリードを基板の電極部に押し付ける。また前記
第３の工程において、前記熱圧着子に前記加熱手段であ
るヒートブロックを上方から押し付けることにより、よ
り強い力でアウターリードを基板の電極部に押し付け
る。また前記第４の工程において、前記ノズルシャフト
が嵌挿された直立管の下部から冷気を吹き出して、前記
熱圧着子にこの冷気を吹き付ける。

（作用） 上記構成によれば、まず弱い力で熱圧着子をアウター
リードに押し付け、次いで熱圧着子の温度を上げて強い
力で押し付け、次いで熱圧着子の温度を下げることによ
り、アウターリードを基板の電極部に確実にボンディン
グできる。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。

第１図はボンディングヘッドの斜視図、第２図は一部
切欠斜視図である。１はプレート状の支持フレームであ
り、その中央部には直立管２が装着されている。この直
立管２にはノズルシャフト３が昇降自在に嵌挿されてお
り、その下端部には半導体チップＰの吸着部４が設けら
れている。この半導体チップＰはTAB法により製造され
たものであって、第３図に示すように、フィルムキャリ
ヤを打ち抜いて作られた極細極薄のアウターリードＬが
半導体チップＣの４辺から４方向に延出している。なお
半導体Ｃの２辺から２方向にアウターリードＬが延出し
ているものもあり、このような半導体チップにも本発明
に係る手段は適用できる。

５は上記支持フレーム１の下面に設けられた加熱手段
としてのヒートブロックであって、上記直立管２はこの
ヒートブロック５を貫通している。第２図において12は
給電線である。ヒートブロック５の下面には、下方へ向
って先細の伝熱部６が一体的に突設されている。７は吸
着部４の側方に設けられた熱圧着子であって、４方向に
延出するアウターリードＬに押接できるように吸着部４
を取り囲む矩形枠状であり、またその断面形状は、膨大
部7aと、小形の押圧部7bを有している。後に詳述するよ
うに、この押圧部7bをアウターリードＬに押し付けて、
これを基板に形成された半田から成る電極部に熱圧着す
るものであり、膨大部7aは蓄熱部となっている。この熱
圧着子７は、ヒートブロック５と一体的に形成してもよ
いものであるが、本実施例では熱圧着子７をヒートブロ
ック５と別体とすることにより、半導体チップの品種変
更には、熱圧着子７のみの交換で対応できるようにして
いる。この場合、アウターリードＬが２方向に延出する
ものは、熱圧着子は矩形枠状に形成する必要はなく、こ
の２方向のアウターリードＬに対応する形状となる。

第２図において、８はヒートブロック５を取り囲むよ
うに配設された枠形のブラケットであって、熱圧着子７
はシャフト９を介してこのブラケット８に結合されてい
る。10は熱圧着子７を下方に付勢するコイルばね、11は
シャフト９の昇降をガイドするベヤリング部である。

第２図及び第４図（ａ）において、14は熱圧着子７を
上下動させて伝熱部６に接離させるための接離手段であ
って、支持フレーム１の下面の取付け板22に、ピン16を
中心に回転自在に軸着されたアーム15を有している。ア
ーム15の先端部には、上記ブラケット８の下面に当接す
るローラ17が軸着されている。18は、ローラ17を下方す
なわち熱圧着子７を伝熱部６から下方に分離させる方向
に付勢するばね材である。19はフレーム21（第１図参
照）に垂設されたロッドであり、その下端部は、アーム
15の他端部に軸着されたローラ20に押当し、ばね材18の
ばね力に抗して、ローラ17をブラケット８の下面に押当
させている。後に詳述するように、熱圧着子７を伝熱部
６に接離させることにより、伝熱部６から熱圧着子７へ
の伝熱を断接し、熱圧着子７の温度制御を行うようにし
ている。また熱圧着子７が上昇位置にある接合状態で、
両者6,7には小間隔ｔが確保されており（第４図（ａ）
部分拡大図参照）、このように間隔ｔを確保することに
より、熱圧着子７が伝熱部６により過度に加熱されるの
を防止している。

第４図（ａ）において、支持フレーム１の上面側部に
はシャフト23が立設されている。24はシャフト23の上方
に設けられた多段シリンダであり、そのロッド25はシャ
フト23の上面に接地している。26は第２のシリンダであ
って、そのロッド27は支持フレーム１の上面に結合され
ている。この第２のシリンダ26は、その退去力F2（同図
（ｃ）参照）により、支持フレーム１やヒートブロック
５等の荷重を支持するものである。このシリンダ24は、
押圧子７をアウターリードＬに強く押し付けるための加
圧手段であり、また熱圧着子７を吸着部４とは別個に独
立して昇降させる昇降手段となっている。

第４図（ａ）において、40はノズルシャフト３を昇降
させるためのパルスモータであって、ねじ杆41を回転さ
せ、これに螺着されたナット体42を昇降させる。ノズル
シャフト３の上端部にはブロック43が装着されており、
コイルばね44により、ノズルシャフト３を下方に付勢し
ている。45はその上端部が上記ナット体42に押圧される
シャフトであって、その下端部には上記ブロック43の下
面に押当するローラ46が装着されている。47はシャフト
45の昇降ガイドブロック、48はシャフト45を上方に付勢
するコイルばねである。なお各図において、ばねの付勢
方向は矢印により示している。

したがってパルスモータ40が作動してナット体42が下
降すると、シャフト45はコイルばね48のばね力に抗して
下降し、ローラ46も下降して、ノズルシャフト３はコイ
ルばね44のばね力により下降する。またナット体42が上
昇すると、シャフト45はコイルばね48のばね力により上
昇し、ノズルシャフト３はローラ46により押し上げられ
て上昇する。

第１図において、50はノズルシャフト３をその軸心を
中心に回転させるためのモータ、51はカム、52はカムフ
ォロア、53はカムフォロア52が軸着された回動子、54は
回動子53に垂設されたシャフト、55はノズルシャフト３
側から延出するロッド56の先端部に装着されて、シャフ
ト54に押当するローラである。これらの手段は、吸着部
４に吸着された半導体チップＰを水平回転させて、その
向きやθ方向の位置補正を行うものであるが、本発明と
は直接関係ないので、その詳細な説明は省略する。

第３図は冷却手段を示すものであって、13は上記ノズ
ルシャフト３と直立管２の間に嵌挿された内管であり、
直立管２と内管13の間には、パイプ28を通して、冷気が
送り込まれ、この冷気は直立管２の下端部からアウタリ
ードＬを押圧する熱圧着子７の押圧部7bへ向って随時吹
き出される（破線矢印参照）。パイプ28は直立管２の上
部に接続されており、吹き込まれた冷気は、直立管２と
内管13の間を下降する。したがって、ノズルシャフト３
をその全長に渉って冷却し、ノズルシャフト３がヒート
ブロック５により過度に加熱されて熱変形し、ボンディ
ング精度に誤差が生じるのを防止している。この冷気の
温度は、例えば常温である。またノズルシャフト３と内
管13の間にも空隙があり、この空隙によりヒートブロッ
ク５の熱がノズルシャフト３に伝達されるのを断熱して
いる。なお上記のように、ノズルシャフト３が貫挿され
た直立管２の下端部から冷気を吹き出させれば、冷気は
四方に吹き出して、吸着部４を取り囲むように位置する
押圧部7bに、まんべんなく冷気を吹き当てることができ
る利点があるが、冷気の吹き出し手段は直立管２やヒー
トブロック５とは別個に設け、熱圧着子７の斜上方から
押圧子７の押圧部7bに向けて冷気を吹き付けてもよいも
のであり、冷却手段の具体的構成は本実施例に限定され
ない。

このボンディングヘッドは上記のような構成より成
り、次に第４図（ａ）〜（ｆ）を参照しながらボンディ
ング方法を説明する。

吸着部４の下端部に半導体チップＰを吸着したボンデ
ィングヘッドは、基板Ｓの上方に到来する（第４図
（ａ））。次いでモータ40が駆動することにより、吸着
部４は下降して、半導体チップＰを基板Ｓに搭載し、ア
ウターリードＬを基板Ｓの上面に形成された半田から成
る電極部30に着地させる（同図（ｂ））。

次いでシリンダ24が作動することにより、支持フレー
ム１は下降する。するとローラ20はロッド19から離れ、
アーム15はばね材18のばね力により回転して熱圧着子７
は下降し、その押圧部7bはアウターリードＬに押当し
て、これを電極部30に押し付ける（同図（ｃ））。この
場合、押圧部7bをいきなり強い力でアウターリードＬに
押し付けると、アウターリードＬや電極部30が悪影響を
受けやすい。そこで本手段は、多段シリンダ24のロッド
25を先づ弱い力で突出させて熱圧着子７を下降させ、ば
ね材18のばね力によりアーム15を回転させることによ
り、先づ弱い力で押圧部7bをアウターリードＬに押し付
ける（第４図（ｃ））。次いで伝熱部６が熱圧着子７上
に着地したならば、多段シリンダ24のロッド25の突出力
F1を増大することにより、押圧部7bをアウターリードＬ
に強く押し付ける（同図（ｄ））。

次いでシリンダ24のロッド25を上方に退去させること
により、ヒートブロック５を上昇させる（同図
（ｅ））。この状態で、熱圧着子７は伝熱部６から分離
され、ばね材18のばね力により、アウターリードＬの押
圧状態を継続する。次いでロッド27が更に上昇すること
により、熱圧着子７はアウターリードＬから離れ、ボン
ディング作業は終了する（同図（ｆ））。

ところで、電極部30の素材である半田は溶融硬化の温
度特性を有している。すなわち一般には、160゜〜180℃
程度まで加熱した後、220℃以上に一気に加熱すること
により溶融させ、次いで徐々に冷却して硬化させるのが
望ましい。そこで本装置は、次のようにして電極部30の
加熱温度をコントロールする。

ヒートブロック５の温度は、常時220〜230℃で一定で
あるが、第４図（ａ），（ｂ）において、熱圧着子７は
伝熱部６と上記小間隔ｔがあることから、約160〜180℃
程度に予熱されている。次いで同図（ｃ）に示すよう
に、熱圧着子７は下降してアウターリードＬに着地し、
アウターリードＬを押圧しながら電極部30を徐々に加熱
する。

次いで同図（ｄ）に示すように、伝熱部６が熱圧着子
７に着地し、熱圧着子７の温度を220〜230℃程度まで一
気に上昇させて、電極部30を完全に加熱溶融させ、その
状態でシリンダ24のロッド25の突出力F1により、アウタ
ーリードＬを電極部30に強く押し付けて、アウターリー
ドＬを電極部30に熱圧着する。

次いで同図（ｅ）に示すように、伝熱部６は上昇して
熱圧着子７から離れ、熱圧着子７への伝熱を中断すると
ともに、破線矢印にて示すように冷気を吹き出すことに
より、熱圧着子７や電極部30を180℃以下まで冷却し、
熱圧着子７による押圧状態を継続する。なお電極部30を
220℃以上に加熱した後、熱圧着子７を伝熱部６と一緒
にいきなり上昇させてアウターリードＬの押圧状態を解
除すると、電極部30は加熱されて溶融状態にあることか
ら、アウターリードＬは跳ね上り、溶融状態の電極部30
から分離しやすい。したがって上述したように、伝熱部
６を上昇させた後も、熱圧着子７によるアウターリード
Ｌの押圧状態を継続して、電極部30を180℃程度まで冷
却し、アウターリードＬの跳ね上りの虞れがなくなった
後、熱圧着子７を上昇させて押圧状態を解除する。そし
て同図（ｆ）に示すように、熱圧着子７による押圧状態
が解除されると、冷風の吹き出しは中止され、また電極
部30は徐々に冷却されて硬化し、アウターリードＬは電
極部30に固着される。

このように本手段は、熱圧着子７を加熱手段であるヒ
ートブロック５と接離自在とし、また押圧部7bや電極部
30に向って冷気を吹き出して冷却する手段を有している
ので、電極部30を良好に加熱溶融させ、アウターリード
Ｌを電極部30に確実に接着することができる。なお180
℃,220℃などの上記温度は例示的なものであり、これら
の温度は半田の品種等によって異る。

（発明の効果） 本発明によれば、基板の電極部の温度特性を満足させ
ながら、これを加熱溶融させて、半導体チップのアウタ
ーリードを確実にボンディングできる。またこの場合第
２の工程において、熱圧着子をばね材のばね力により弱
い力で半導体チップのアウターリードを基板の電極部に
押し付けることにより、アウターリードが痛まないよう
に熱圧着子をソフトにアウターリードに押し付けること
ができる。また第３の工程において、熱圧着子に加熱手
段であるヒートブロックを上方から押し付けることによ
り、熱圧着子の温度を急上昇させてより強い力でアウタ
ーリードに押し付け、電極部を確実に溶融させてアウタ
ーリードを電極部にボンディングできる。また第４の工
程において、ノズルシャフトが嵌挿された直立管の下部
から冷気を吹き出して、熱圧着子にこの冷気を吹き付け
ることにより、直立管の下部から冷気を四方へ吹き出し
て熱圧着子にまんべんなく冷気を吹き当て、熱圧着子を
場所的なばらつきなく均一に冷却でき、ひいては溶融し
た電極部を均一に冷却して固化させることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものであって、第１図はボン
ディングヘッドの斜視図、第２図は一部切欠斜視図、第
３図は冷却手段の断面図、第４図は作業順の正面図であ
る。 ３……ノズルシャフト ４……吸着部 ７……熱圧着子 30……電極部 Ｐ……半導体チップ Ｌ……アウターリード Ｓ……基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルシャフトを下降させて、このノズル
   シャフトの下端部の吸着部に吸着された半導体チップを
   基板に搭載する第１の工程と、加熱手段により予め加熱
   された熱圧着子を下降させて弱い力で半導体チップのア
   ウターリードを基板の電極部に押し付ける第２の工程
   と、次に熱圧着子の温度を上昇させるとともに、より強
   い力でアウターリードを基板の電極部に押し付ける第３
   の工程と、次に熱圧着子に冷気を吹き付けることにより
   熱圧着子の温度を低下させてアウターリードを基板の電
   極部に押し付ける第４の工程と、熱圧着子を上昇させて
   押し付け状態を解除する第５の工程と、を含むことを特
   徴とするアウターリードのボンディング方法。
2. 【請求項２】前記第２の工程において、前記熱圧着子を
   ばね材のばね力により弱い力で半導体チップのアウター
   リードを基板の電極部に押し付けることを特徴とする請
   求項１記載のアウターリードのボンディング方法。
3. 【請求項３】前記第３の工程において、前記熱圧着子に
   前記加熱手段であるヒートブロックを上方から押し付け
   ることにより前記熱圧着子の温度を上昇させるととも
   に、より強い力でアウターリードを基板の電極部に押し
   付けることを特徴とする請求項１記載のアウターリード
   のボンディング方法。
4. 【請求項４】前記第４の工程において、前記ノズルシャ
   フトが嵌挿された直立管の下部から冷気を吹き出して、
   前記熱圧着子にこの冷気を吹き付けることを特徴とする
   請求項１記載のアウターリードのボンディング方法。