JPH0376236A - ボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 リードフレームのダイパッドへ、半導体チップ（ダイ）
をボンディングする方法のうち、特に共晶合金をろう材
とするボンディング方法に関し、チップの濡れ性に応じ
てスクラブを制御する方法を確立することによって、高
品質のボンディングを安価に行えるようにすることを目
的とし、共晶温度以上に加熱したダイパッド上でチップ
をスクラブし、共晶合金によって該チップを該ダイバッ
ドヘボンディングする場合に、 ダイパッド上のチップを、該ダイパッドの横方向に沿っ
てスクラブする力を検出し、該スクラブに要する力が低
下した場合に前記スクラブを停止するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、リードフレームのダイパッドへ、半導体チッ
プ（ダイ）をボンディングする方法のうち、特に共晶合
金をろう材とするボンディング方法に関する。

〔従来の技術］ （１）ボンディングの概要 半導体チップ（以降、単にチップと呼称する）を、セラ
ミックパッケージやプラスチック封止パッケージに固定
する場合、該パッケージ用リードフレームに設けたダイ
パッドに固定（ボンディング）している。

第５図は、リードフレームを説明する図である。

リードフレーム１の中央位置にダイパッド２があり、該
ダイパッド２にチップを固定する。

尚、ダイパッド２から放射状に伸びている部分は、半導
体パッケージのリード端子となる部分であり、該ダイパ
ッド２上に固定したチップとボンディングワイヤで接続
する。

前記ダイのボンディングは、チップとパッケージを機械
的・電気的に接続し、同時にチップで発生する熱の放散
を容易にすることを目的としている。

他方、チップをダイパッドに固定する方法には、ろう材
により次の代表的方法がある。

■Ａｕ−５ｉ共晶合金法 ■ハンダ接着法 ■導電性樹脂接着法 以上の３通りである。

本願発明は、特にＡｕ−５ｉ共晶合金法によるボンディ
ング方法に関する。

（２）　　Ａｕ−５ｉ共晶合金法によるボンディング方
法Ａｕ−５ｔ共晶合金は、融点が約３７０℃程度で、共
晶合金のなかでは比較的低温度であり、放熱性や機械的
強度、オーミックコンタクト性に優れている点が特徴で
ある。

第６図は、Ａｕ−５ｔ共晶合金法によるボンディングを
説明する図で、平面上に置いたダイパッドおよびチップ
等を側面から見た図である。

ダイコレット６は、テーパ面８から戒るテーパ状の先端
開口部に、真空吸引装置７によってチップ３を吸着し保
持するもので、次に説明する一連の作業をチップ３へ与
える際の保持手段として使用するものである。

次に、Ａｕ−３ｉ共晶合金法によるボンディングの作業
手順を説明する。

■Ａｕメツキしたダイパッド２を、４００°Ｃ程度に加
熱する。

■グイパッド２上にＡｕおよびＳｉのペレットを置く。

■前記■のペレットの上からチップ３を押圧力ｆ、で押
し付け、ダイパッド２の表面方向（横方向）すなわち矢
印９方向にスクラブ（ｓｃｒｕｂ）する。

ちなみにｆ、は、例えば１００ｇ程度である。

以上の手順である。

すなわち、前記手順■において、ＡｕとＳｉとが共晶反
応を生じ、Ａｕ−５ｉ共晶合金層５によってチップ３と
ダイパッド２とが接合される。また、チップ３をスクラ
ブする理由は、前記共晶反応を促進するためである。

第７図は、ボンディング完了後の様子を説明する図で、
ダイパッドのチップ固定面を示している。

ダイパッド２はＡｕメツキされているが、チップ３の周
囲には共晶反応を生じたＡｕ−５ｔ共晶合金部５ａが広
がる。

ダイパッド２上のＡｕメツキ部４ａは、燻した金色をし
ているが、Ａｕ−５ｔ共晶合金部５ａは、光沢のある金
色をしている。

一般に、共晶合金によるチップ３の濡れ性が良好なもの
は、該チップ３とダイパッド２との接合状態が良好であ
る。

したがって、チップ３のダイパッド２への接合状態は、
該チップ３の周囲のＡｕ−５ｔ共晶合金部５ａの広がり
状態およびその光沢で判断することができる。

（３）＾ｕ−Ｓｔ共晶合金法によるボンディングの品質
管理 ボンディングの目的は、チップとパッケージを機械的・
電気的に接続し、同時にチップで発生する熱の放散を行
うことにある。

したがって、チップ３とダイパッド２との接合状態は、
半導体装置の性能を左右する要因の１つである。

そのため、ボンディングに当たっては、常に良好な接合
状態が得られるような方策を実施−している。

次にその方策を説明する。

■スクラブの回数を多くする。

スクラブは、ＡｕとＳｉの共晶反応を促進させるために
行うものである。したがって、この回数を多くし余裕を
与えることによって良好な共晶反応が得られ、共晶合金
によるチップ３の濡れ性が向上する。

例えば、通常２回のスクラブで良いところを３回あるい
は４回のスクラブ゛を行うものである。

■濡れ性の検査を行う。

前記したように、共晶合金によるチップ３の濡れ性の評
価は、該チップ３の周囲に広がるＡｕ−３ｉ共晶合金部
５ａを観察することによって可能である。

したがって、＾ｕ−Ｓｔ共晶合金共晶合金量５ａるいは
画像処理装置等の検査装置を用いて検査を行うことによ
り、共晶合金によるチップ３の濡れ性が不十分なものを
、次工程へ流出することを防止できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記のような方策では、次のような問題点を有
している。

■スクラブの回数を一律に多くしたのでは、ボンディン
グに要する時間が長くなり、生産性が低下する。

例えば、１回あるいは２回のスクラブで良好な濡れ性が
得られず、３回あるいは４回のスクラブによって良好な
濡れ性が得られた場合には極めて有効であるが、１回あ
るいは２回のスクラブで良好な濡れ性が得られたチップ
３に対し、３回あるいは４回のスクラブを行うことは無
駄な時間を費やすことになる。

■濡れ性の検査を行うことは、生産のためのコストを上
昇する。

すなわち、目視検査によって作業工数が増大する。他方
、画像認識装置等の検査装置は高価であり、生産のため
の固定資本部分が増大する。

以上のように、生産性の低下と生産コストの増大を招く
ことになる。

本発明の技術的課題は、ボンディングにおける以上のよ
うな問題を解消し、チップの濡れ性に応じてスクラブを
制御する方法を確立することによって、高品質のボンデ
ィングを安価に行えるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、平面上に
置いたダイパッドおよびチップを側面から見た図である
。

同図において、ｆｐはチップ３をダイパッド２へ押圧す
る力、Ｗはスクラブの際の移動幅、Ｎはスクラブの回数
、Ｓはスクラブの際のチップ３の移動速度、ｆ３はスク
ラブの際にチップ３をダイパッド２の表面方向に移動さ
せる力、すなわちスクラブに要する力、を表している。

本発明は、共晶合金反応が良好に進み、該共晶合金によ
るチップ３の濡れ性が良好な場合に、スクラブに要する
力ｆ、が急速に低下することに着目している。

すなわち、共晶温度以上に加熱したグイパッド２上でチ
ップ３をスクラブし、共晶合金によって該チップ３を該
ダイパッド２ヘボンデイングする場合に、 グイパッド２上のチップ３を、該ダイパッド２の横方向
に沿ってスクラブする力ｆ１を検出し、該スクラブに要
する力ｆ、が低下した場合に前記スクラブを停止する方
法である。

〔作用〕

チップ３とろう材である共晶合金が馴染むこと、すなわ
ち所謂濡れ性が良好になると、該チップ３とダイパッド
２との間の摩擦が急速に低下する。

すなわち例えて言うならば、該チップ３と該ダイパッド
２とが潤滑されたような状態になる。

そのため、このときスクラブに要する力ｆ３が、急速に
低下する。

したがって、共晶合金によるチップ３の濡れ性は、スク
ラブに要する力ｆ、で判断することができる。

すなわち、スクラブに要する力ｆ、が、予め決めた所定
の値以下に低下したときに、共晶合金によるチップ３へ
の濡れ性が十分に確保されたと判断し、スクラブを停止
する。

そして、ダイパッド２、チップ３、を冷却することによ
って共晶合金が凝固し、該チップ３の良好なボンディン
グを行うことができる。

尚、スクラブに要する力ｆ、は、チップ３の面積や予め
設定する押圧力ｆｐ、スクラブの幅Ｗ、スクラブの速度
Ｓ、等によっても規定されるが、これらの値は一般的に
初期設定後一定に制御している。

〔実施例〕

本発明のボンディングの方法が、実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。

（１）構成 第２図は、実施例を説明するブロック図である。

本実施例の要部は、ダイコレット６を駆動アーム１２へ
板バネ１０ａ、１０ｂで固定し、該板バネ１０ａ、　１
０ｂに歪センサｌｌａ、　ｆｌｂを設けている点である
。

すなわち、チップ３をダイパッド２上でスクラブする力
を、板バネ１０ａ、１０ｂの歪量として検知するもので
ある。

次に、全体系を略説する。

スクラブのための駆動力は、ステッピングモータ１５か
ら得て、その回転力をリードスクリュウ１４と駆動テー
ブル１３で直線運動に変換する。

駆動アーム１２は、駆動テーブル１３とグイコレット６
とを連結し、その駆動力を伝達する。ただしこのとき、
ダイコレット６を駆動アーム１２へ板バネ１０ａ、　１
０ｂで固定し、該板バネ１０ａ、　１０ｂに歪センサｌ
ｌａ、　ｌｌｂを設ける。

また、ステッピングモータ１５はモータ駆動部１７で駆
動し、該モータ駆動部１７をモータ制御部１８で制御す
ることによって、該ステッピングモータ１５の回転制御
を行う。

一方、ダイパッド２はステージ１９の上に固定し、該ス
テージ１９は圧力センサ２１ａ、２１ｂを介してステー
ジ２０上に置く。

ステージ２０は、アクチュエータ２２によって図上方向
で上下方向に駆動し、ダイパッド２とチップ３との押圧
力を確保する。

また、アクチュエータ２２はアクチュエータ駆動部２３
によって駆動し、該アクチュエータ駆動部２４をアクチ
ュエータ制御部２４で制御することによって、前記ダイ
パッド２とチップ３との押圧力を制御する。ただし該制
御は、圧力センサ２１ａ、２１ｂの出力信号を押圧力（
ｆ２）検知部２５で検知した結果を、該アクチュエータ
制御部２４にフィードバックすることによって行う。

他方、スクラブに要する力は前記歪センサ１１ａ。

１１ｂの出力信号をスクラブ力（ｆ、　）検知部２６で
検知し、制御部２７へ送る。

制御部２７は、本実施例装置の全体系を制御し、モータ
制御部１８およびアクチュエータ制御部２４と通信し制
御することによって、ボンディングの条件制御、すなわ
ち、チップ３の押圧力ｆ、　、スクラブの幅Ｗ１スクラ
ブの速度Ｓ１スクラブの回数Ｎ、等の制御を行う。

（２）スクラブに要する力（ｆｌ）の検出部第３図は、
歪センサの作動を説明する図で、（ａ）は駆動アームが
図上の右側から左側へ移動している場合の図、（ｂ）は
駆動アームが図上の左側から右側へ移動している場合の
図、（ｃ）は検出部の側面図、である。

すなわち、チップ３とダイパッド２との間には摩擦抵抗
が有り、スクラブ時の該摩擦抵抗の大きさに応じて板バ
ネ１０ａ、　１０ｂが弾性変形する。

同図（ａ）では、板バネ１０ａ、１０ｂが図上の左側に
傾き変形し、同図（ｂ）では、右側に傾き変形する。

そして、この変形（歪）量を歪センサ１１ａ、１１ｂで
検出するものである。

（３）作動 第４図は、実施例の作動を説明するフローチャートであ
る。

以下に説明する手順および判断は、第２図の制御部２７
に予め記憶したプログラムに従って行うものである。

次に順を追って説明する。

■チップ３の押圧力ｆｐ　、スクラブの幅Ｗ、スクラブ
の速度Ｓ、スクラブの回数の上限リミットＮ、Ｉ、を予
め決めた所定の初期値にセットする。

ここで、スクラブの回数の上限りごットＮ、は、ボンデ
ィングが正常な状態でないと判断する値である。

また、スクラブの回数をカウントするために、変数Ｎに
０（ゼロ）をセットする。

■チップ３のスクラブ動作を一回行う。

■スクラブの回数を数える。すなわち、Ｎに１を加算す
る。

■前記■のスクラブ動作において、スクラブに要する力
ｆ、が、所定の値以下であるかどうかを判定する。

■ｆ、が所定値以下であれば、チップ３と共晶合金の濡
れ性が十分に確保されたとして、ボンディングを完了す
る。

■ｆ、が所定値以上であり、スクラブの回数Ｎが上限り
ξットＮＸ以下であれば、前記■に戻ってスクラブ動作
を行う。

■ｆ、が所定値以上であり、スクラブの回数Ｎが上限リ
ミットＮ、に達したときは、ボンディング不良とする。

以上である。

すなわち、ｆ、が所定値以下であれば直ちにボンディン
グ完了とし、ｆ、が該所定値以上であれば該所定値以下
となるまでスクラブを行う。ただし、スクラブの回数が
Ｎ、に達したときは、ボンディングに異常が有ったもの
として不良とするのである。

したがって、チップの濡れ性に応じたスクラブ回数を選
択して行うことが可能となり、無駄なスクラブ動作を無
くすことができる。

また、濡れ性を確実に把握することができるので、該濡
れ性の検査を大幅に削減することができる。

（４）その他の実施例 前記実施例においては、スクラブに要する力ｆ。

によってスクラブの回数Ｎのみを制御していたが、更に
スクラブ幅Ｗやスクラブの速度Ｓ、チップの押圧力ｆ、
　、あるいはスクラブの方向を同時に制御すれば、−段
と優れたボンディングの条件制御が可能となる。

また、スクラブに要する力ｆ、を検出する手段方法とし
ては、駆動アームの途中に圧力センサを設し）たり、あ
るいはスクラブ用モータの駆動電流を測定する等の方法
を用いることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明のボンディング方法によれば、スク
ラブに要する力ｆ３から共晶合金によるチップの濡れ性
を判断することができる。

したがって、チップの濡れ性に応じたスクラブの制御が
可能となり、高品質のボンディングを安価に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、平面上に
置いたダイパッドおよびチップを側面から見た図、 第２図は、実施例を説明するブロック図、第３図は、歪
センサの作動を説明する図で、（ａ）は駆動アームが図
上の右側から左側へ移動している場合の図、（ｂ）は駆
動アームが図上の左側から右側へ移動している場合の図
、（ｃ）は検出部の側面図、 第４図は、実施例の作動を説明するフローチャート、 第５図は、リードフレームを説明する図、第６図は、＾
ｕ−３ｉ共晶合金法によるボンディングを説明する図で
、平面上に置いたダイパッドおよびチップ等を側面から
見た図、 第７図は、ボンディング完了後の様子を説明する図で、
ダイパッドのチップ固定面の図、である。 図において、１はリードフレーム、２はダイパッド、３
はチップ、４はＡｕメツキ層、４ａはＡｕメツキ部、５
は＾ｕ−５ｉ共晶合金層、５ａはＡｕ−５ｉ共晶合金部
、６はダイコレット、７は真空吸引装置、８はテーパ面
、９はスクラブの方向を示す矢印、１０ａ、　１０ｂは
板バネ、１１ａ、１１ｂは歪センサ、１２は駆動アーム
、１３は駆動テーブル、１４はリードスクリュウ、１５
はステッピングモータ、１６．２２はアクチュエータ、
１７はモータ駆動部、１８はモータ制御部、１９゜２０
はステージ、２１ａ、　２１ｂは圧力センサ、２３はア
クチュエータ駆動部、２４はアクチュエータ制御部、２
５は押圧力（ｒｐ　”）検知部、２６はスクラブ力（ｆ
３）検知部、２７は制御部、をそれぞれ示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 共晶温度以上に加熱したダイパッド（２）上でチップ（
   ３）をスクラブし、共晶合金によって該チップ（３）を
   該ダイパッド（２）へボンディングする場合に、 ダイパッド（２）上のチップ（３）を、該ダイパッド（
   ２）の横方向に沿ってスクラブする力（ｆ＿２）を検出
   し、該スクラブに要する力（ｆ＿３）が低下した場合に
   前記スクラブを停止することを特徴とするボンディング
   方法。