JP2004063868A

JP2004063868A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004063868A
Application number: JP2002221218A
Authority: JP
Inventors: Akira Kuroda; 黒田　明; Junichi Ishida; 石田　純一; Tomiji Suda; 須田　富司
Original assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Current assignee: Renesas Technology Corp; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】インナリードを電極パッドに適正にボンディングする。
【解決手段】ダイボンダ３０はチップ１０を保持する第一ボンディング工具３５と、第一ボンディング工具３５の反対側に設置されたＸＹテーブル３７と、ＸＹテーブル３７に垂直に据え付けられたブラケット３８と、ブラケット３８にリニアガイド４１とスプリング４２によって垂直に独立懸架されたボンディングヘッド４０と、ブラケット３８に設置されてボンディングヘッド４０に荷重を印加する荷重印加装置３９と、ボンディングヘッド４０に第一ボンディング工具３５に対向するように設置された第二ボンディング工具４３とを備えている。
【効果】荷重印加装置により第二ボンディング工具に垂直に高荷重を付加して複数本のインナリードおよび複数個の電極パッドに均等な荷重を付加できるため、インナリードを電極パッドに適正にボンディングできる。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術、特に、半導体素子を含む集積回路が作り込まれた半導体チップ（以下、チップという。）の電極パッドにキャリアに敷設されたインナリードをボンディングするボンディング技術に関し、例えば、チップ・オン・フィルム・パッケージ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ　Ｐａｃｋａｇｅ）を備えた半導体集積回路装置（以下、ＣＯＦ・ＩＣという。）の製造方法に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置のドライバには、フィルム状のキャリアに敷設された複数本のインナリードがチップの複数個の電極パッドにボンディングされているＣＯＦ・ＩＣが、使用されている。
【０００３】
ＣＯＦ・ＩＣの製造方法においてインナリードをチップの電極パッドにボンディングするインナリードボンディング工程を実施するボンディング装置として、多数本のインナリードをチップの多数個の電極パッドにボンディング工具によって一括して圧接するインナリードボンディング装置（以下、ダイボンダという。）、がある。
【０００４】
なお、ダイボンダを述べてある例としては、株式会社工業調査会１９９７年１１月２５日発行の「電子材料１９９７年１１月号別冊」のＰ１０９〜Ｐ１１２、がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したダイボンダにおいては、電極パッドおよびインナリードの多ピン化や狭ピッチ化が進んでボンディング工具による電極パッドとインナリードとの間の圧接の荷重が大きくなると、ボンディング工具の荷重の垂直精度が低下するため、インナリードが電極パッドにずれて圧接されてしまうという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。
【０００６】
本発明の目的は、インナリードを電極パッドに適正にボンディングすることができるボンディング技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【０００９】
すなわち、半導体チップの複数個の電極パッドをキャリアに敷設された複数本のインナリードにそれぞれ機械的かつ電気的に接続するボンディングに際して、半導体チップを保持する第一ボンディング工具と、この第一ボンディング工具の反対側に設置されたＸＹテーブルと、このＸＹテーブルに垂直方向に独立懸架されたボンディングヘッドと、前記ＸＹテーブルに設置されて前記ボンディングヘッドに荷重を印加する荷重印加装置と、前記ボンディングヘッドに前記第一ボンディング工具に対向するように設置された第二ボンディング工具とを備えているボンディング装置が、使用されることを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、第二ボンディング工具が垂直に押されることにより、複数本のインナリードを複数個の電極パッドにボンディング工具によって一括してボンディングするとともに、このボンディング工具に高荷重を付加して複数本のインナリードおよび複数個の電極パッドに均等な荷重を付加させることができるため、インナリードを電極パッドに適正にボンディングすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＣＯＦ・ＩＣの製造方法として構成されており、その特徴工程であるインナリードボンディング工程は、図１に示されたチップ１０を図２に示されたキャリアテープ２０にインナリードボンディングする図３および図４に示されたダイボンダ３０によって実施される。
【００１３】
ダイボンダの一方のワークであるチップ１０は、ＣＯＦ・ＩＣの製造方法における所謂前工程において半導体ウエハの状態で集積回路を作り込まれた後に、図１に示されているように、長方形の平板形状に切り出されてダイボンダ３０に供給される。すなわち、チップ１０のサブストレート１１のアクティブエリア側主面（以下、第一主面という。）１２には、集積回路を外部に取り出すための電極パッド１３が複数個、長辺側の両端部において互いに干渉しない適当な間隔をとってそれぞれ配列されて開設されている。チップ１０の第一主面１２の上にはパッシベーション膜１４が電極パッド（以下、パッドという。）１３をそれぞれ露出させた状態で、全体的に均一に被着されている。パッド１３の上には金系材料（ＡｕまたはＡｕ合金）からなるバンプ１５がそれぞれ突設されている。バンプ１５はワイヤボンディング技術が使用されて略半球形状に形成されており、パッシベーション膜１４から突出した状態になっている。
【００１４】
本実施の形態に係るＣＯＦ・ＩＣの製造方法に使用されるダイボンダ３０には、他方のワークとして図２に示されたキャリアテープ２０が供給される。キャリアテープ２０はＴＣＰ・ＩＣ（テープ・キャリア・パッケージを備えたＩＣ）の製造方法に使用されるＴＡＢ（テープ・オートメイテッド・ボンディング）テープに相当するものである。テープキャリア２は同一パターンが長手方向に繰り返されるように構成されているため、その構成の説明および図示は一単位だけについて行う。
【００１５】
キャリアテープ２０はポリイミド樹脂等の絶縁性を有する材料が用いられてテープ形状に形成されたテープ本体２１を備えており、テープ本体２１には多数個の送り孔２２が両端辺に沿うように所定の間隔で配列されている。テープ本体２１の中心線上には仮想的に形成された略長方形のボンディングエリア２３が多数個、所定の間隔をもって配列されており、各ボンディングエリア２３は長軸方向がテープ本体２１の中心線に直交されている。ボンディングエリア２３の左右の両脇には左右で一対のアウタリードホール２４、２４が左右対称形にそれぞれ開設されている。テープ本体２１の一方の主面（以下、第一主面とする。）には集積回路を外部に取り出すためのインナリード２５が複数本、互いに電気的に非接続になるように敷設されている。インナリード２５群は複数本宛がボンディングエリア２３の左右に分配されており、左右のインナリード２５、２５の先端部はボンディングエリア２３に突き出してチップ１０の電極パッド１３と対応するように配列されている。インナリード２５の外側には各アウタリード２６がそれぞれ一体的に形成されており、各アウタリード２６はテープ本体２１の左右のアウタリードホール２４、２４をそれぞれ跨ぐように形成されている。
【００１６】
図３および図４に示されているように、ダイボンダ３０はキャリアテープ２０を一方向に案内する左右で一対のテープガイド３１、３１を備えており、両テープガイド３１、３１間に架橋されたキャリアテープ２０はピッチ送り装置（図示せず）によって一方向にピッチ送りされるようになっている。テープガイド３１の途中にはボンディングステーション３２が設定されており、ボンディングステーション３２にはキャリアテープ２０をクランピングするクランパ３３が設置されている。また、ボンディングステーション３２にはヒートブロック３４が設置されており、ヒートブロック３４の上には第一ボンディング工具３５が設置されている。第一ボンディング工具３５はチップ１０をバンプ１５側が上向きになった状態で保持するように構成されている。
【００１７】
両テープガイド３１、３１の上には前後で一対のビーム（梁部材）３６、３６がキャリアテープ２０を跨ぐように架設されており、両ビーム３６、３６の上にはブラケット３８を水平面内で二次元方向（ＸＹ方向）に移動させるＸＹテーブル３７が設置されている。ブラケット３８は略正方形の筒形状に形成されており、ＸＹテーブル３７に垂直に据え付けられている。ブラケット３８の垂直な中心線上には荷重印加装置３９およびボンディングヘッド４０が上下に設置されている。ボンディングヘッド４０は循環式ボールベアリングが使用されたリニアガイド４１を介して垂直方向に摺動自在に支承されているとともに、スプリング４２によって独立懸架されている。荷重印加装置３９は送りねじ軸装置によってボンディングヘッド４０に荷重を印加するように構成されている。ボンディングヘッド４０の下端にはキャリアテープ２０のボンディングエリア２３に対応する長方形の棒形状の第二ボンディング工具４３が水平に取り付けられており、第二ボンディング工具４３にはヒータ４４が内蔵されている。なお、荷重印加装置３９とボンディングヘッド４０との間には、荷重印加装置３９をフィードバック制御するためのロードセル４５が介設されている。また、図示しないが、ブラケット３８には画像認識装置が垂直方向下向きに設置されている。
【００１８】
以上の構成に係るダイボンダ３０によるＣＯＦ・ＩＣの製造方法におけるインナリードボンディング工程を説明する。
【００１９】
チップ１０がキャリアテープ２０にインナリードボンディングされるに際して、図３および図４に示されているように、一方のワークであるキャリアテープ２０はインナリード２５側の第一主面が下向きに配置された状態で、両テープガイド３１、３１間に張設されて一方向にピッチ送りされる。他方のワークであるチップ１０はバンプ１５側の第一主面を上向きにした状態で第一ボンディング工具３５に保持される。
【００２０】
キャリアテープ２０が間欠停止されてクランパ３３によってクランピングされると、チップ１０の電極パッド１３に突設されたバンプ１５がキャリアテープ２０のボンディングエリア２３に対向してインナリード２５の先端部に整合した状態になる。この状態で、ボンディングヘッド４０が荷重印加装置３９によって下降されると、各バンプ１５は各インナリード２５の先端部に第一ボンディング工具３５と第二ボンディング工具４３とによって一括して熱圧着される。すなわち、インナリード２５の表面に被着された金メッキ被膜または錫メッキ被膜と、金系材料から構成されたバンプ１５との間において、金−金共晶層または金−錫共晶層が形成されるため、各パッド１３と各インナリード２５とはバンプ１５によって機械的かつ電気的に接続された状態になる。
【００２１】
ところで、ＣＯＦ・ＩＣにおいて電極パッド１３およびインナリード２５の多ピン化や狭ピッチ化が進むと、複数本のインナリード２５を複数個の電極パッド１３にギャングボンディングするための荷重は、例えば、４９０Ｎというように増大する。このような場合において、ボンディングヘッド４０の剛性の不足によって第二ボンディング工具４３の垂直精度が低下し、第二ボンディング工具４３の荷重Ｆが図５（ａ）に示されているように傾くと、各インナリード２５が各バンプ１５にずれて熱圧着されてしまう。
【００２２】
しかし、本実施の形態においては、ＸＹテーブル３７が左右のテープガイド３１、３１間に跨設されて両持ち支持された前後のビーム３６、３６の上に設置され、このＸＹテーブル３７の垂直の中心線上に据え付けられたブラケット３８にボンディングヘッド４０がリニアガイド４１によって垂直方向に摺動自在に支承されているとともに、スプリング４２によって独立懸架されていることにより、図５（ｂ）に示されているように、ボンディングヘッド４０は高い垂直度をもって下降して垂直な荷重Ｆを第二ボンディング工具４３に印加するため、各インナリード２５が各バンプ１５にずれて熱圧着されてしまうことはない。
【００２３】
以上のようにして第一ボンディング工具３５と第二ボンディング工具４３との協働によるギャングボンディングが終了すると、第二ボンディング工具４３はボンディングヘッド４０の上昇によって上昇される。以降、前記作動が繰り返されることにより、キャリアテープ２０の各単位毎にインナリードボンディングが順次実施されて行く。
【００２４】
インナリードボンディング工程が終了すると、図６に示されているように、キャリアテープ２０にチップ１０がバンプ１５によって機械的かつ電気的に接続された組立体２７が製造されたことになる。すなわち、図６に示されているように、チップ１０の電極パッド１３に突設されたバンプ１５がキャリアテープ２０のボンディングエリア２３に対向してインナリード２５の先端部に機械的かつ電気的に接続されている。
【００２５】
インナリードボンディング工程においてチップ１０がキャリアテープ２０にインナリードボンディングされてなる組立体２７は、樹脂封止体成形工程に供給される。図示しないが、樹脂封止体成形工程において、組立体２７には樹脂封止体がポッティング法によって成形され、成形品が製造される。成形品において、樹脂封止体はチップ１０、インナリード２５群およびバンプ１５群を樹脂封止した状態になっており、樹脂封止体はテープ本体２１およびチップ１０に一体的に連結した状態になっている。
【００２６】
その後に、成形品が左右のアウタリード２６、２６とテープ本体２１の樹脂封止体の前後両脇において切断されると、ＣＯＦ・ＩＣが製造された状態になる。ＣＯＦ・ＩＣにおいて、チップ１０の上面には複数個の電極パッド１３が二列に整列されており、インナリード２５の先端部はボンディングエリア２３において電極パッド１３にそれぞれバンプ１５を介してギャングボンディングされて機械的かつ電気的に接続されており、樹脂封止体によって樹脂封止されている。
【００２７】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２８】
１）　二列に並んだ電極パッドをインナリードにボンディング工具によって同時にギャングボンディングすることにより、高密度および狭ピッチの電極パッドを有するＣＯＦ・ＩＣであっても一括してインナリードボンディングすることができるため、シングルポイントボンディングによって実施する場合や、ギャングボンディングとシングルポイントボンディングとを併用する場合に比べて、インナリードボンディング工程の作業時間を大幅に短縮することができる。
【００２９】
２）　第二ボンディング工具が垂直に押されることにより、複数本のインナリードを複数個の電極パッドにボンディング工具によって一括してボンディングするとともに、このボンディング工具に高荷重を付加して複数本のインナリードおよび複数個の電極パッドに均等な荷重を付加させることができるため、インナリードを電極パッドに適正にボンディングすることができる。
【００３０】
３）　ＸＹテーブル３７が左右のテープガイド３１、３１間に跨設されて両持ち支持された前後のビーム３６、３６の上に設置され、このＸＹテーブル３７の垂直の中心線上に据え付けられたブラケット３８にボンディングヘッド４０がリニアガイド４１によって垂直方向に摺動自在に支承されているとともに、スプリング４２によって独立懸架されていることにより、図５（ｂ）に示されているように、ボンディングヘッド４０は高い垂直度をもって下降して垂直な荷重Ｆを第二ボンディング工具４３に印加するため、各インナリード２５が各バンプ１５にずれて熱圧着されてしまうことはない。
【００３１】
図７は本発明の第二の実施の形態であるＴＣＰ・ＩＣの製造方法におけるインナリードボンディング工程後を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【００３２】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ボンディングエリア２３にボンディングホール２８が開設されている点である。したがって、インナリード２５はチップ１０のバンプ１５に直接的に熱圧着されるため、インナリードボンディング時における荷重および熱をＣＯＦ・ＩＣの製造方法の場合に比べて低減することができる。
【００３３】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３４】
バンプはチップの電極パッド側に配設するに限らず、キャリアテープのインナリード側に配設してもよいし、省略してもよい。
【００３５】
また、バンプはワイヤボンディング法によって突設する所謂スタッドバンプを使用するに限らず、メッキ法等によって突設するバンプを使用してもよい。
【００３６】
ＣＯＦ・ＩＣやＴＣＰ・ＩＣは分断して出荷してもよいし、テープの形態で出荷してもよい。
【００３７】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である液晶表示装置のドライバに使用されるＣＯＦ・ＩＣやＴＣＰ・ＩＣの製造方法に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、システムＬＳＩのように他の用途に使用されるＣＯＦ・ＩＣやＴＣＰ・ＩＣ、トランジスタアレーおよび電子部品等の半導体装置の製造方法全般に適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００３９】
第二ボンディング工具が垂直に押されることにより、複数本のインナリードを複数個の電極パッドにボンディング工具によって一括してボンディングするとともに、このボンディング工具に高荷重を付加して複数本のインナリードおよび複数個の電極パッドに均等な荷重を付加させることができるため、インナリードを電極パッドに適正にボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＯＦ・ＩＣの製造方法に使用されるチップを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図２】同じくキャリアテープを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるＴＣＰ・ＩＣの製造方法に使用されるダイボンダを示す一部切断正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶに沿う側面断面図である。
【図５】作用を説明するための各拡大正面図であり、（ａ）は従来例の場合を示し、（ｂ）は本実施の形態の場合を示している。
【図６】インナリードボンディング工程後を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態であるＴＣＰ・ＩＣの製造方法におけるインナリードボンディング工程後を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０…チップ（半導体チップ）、１１…サブストレート、１２…第一主面（アクティブエリア側主面）、１３…電極パッド、１４…パッシベーション膜、１５…バンプ、２０…キャリアテープ、２１…テープ本体、２２…送り孔、２３…ボンディングエリア、２４…アウタリードホール、２５…インナリード、２６…アウタリード、２７…組立体、２８…ボンディングホール、３０…ダイボンダ（ボンディング装置）、３１…テープガイド、３２…ボンディングステーション、３３…クランパ、３４…ヒートブロック、３５…第一ボンディング工具、３６…ビーム、３７…ＸＹテーブル、３８…ブラケット、３９…荷重印加装置、４０…ボンディングヘッド、４１…リニアガイド、４２…スプリング、４３…第二ボンディング工具、４４…ヒータ、４５…ロードセル。

Claims

半導体チップの複数個の電極パッドがキャリアに敷設された複数本のインナリードにそれぞれ機械的かつ電気的に接続されている半導体装置の製造方法であって、
前記複数本のインナリードを前記複数個の電極パッドにボンディング工具によって一括してボンディングするとともに、このボンディング工具に高荷重を付加して前記複数本のインナリードおよび複数個の電極パッドに均等な荷重を付加させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記ボンディング工具が前記複数本のインナリードおよび前記複数個の電極パッドに垂直に押し付けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体チップを保持する第一ボンディング工具と、この第一ボンディング工具の反対側に設置されたＸＹテーブルと、このＸＹテーブルに垂直方向に独立懸架されたボンディングヘッドと、前記ＸＹテーブルに設置されて前記ボンディングヘッドに荷重を印加する荷重印加装置と、前記ボンディングヘッドに前記第一ボンディング工具に対向するように設置された第二ボンディング工具とを備えているボンディング装置が使用されることを特徴とする請求項１および２に記載の半導体装置の製造方法。
前記ＸＹテーブルには四角形筒形状のブラケットが垂直に据え付けられており、このブラケットには前記ボンディングヘッドがリニアガイドおよびスプリングによって垂直に独立懸架されていることを特徴とする請求項１、２および３に記載の半導体装置の製造方法。
前記リニアガイドが循環式ボールベアリングによって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。