JP2006173515A - ボンディングツール、接続装置、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 はんだ接続部のフィレットが適正か否か確認し易く、信頼性の高い接続を実現するボンディングツール、接続装置、半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 ボンディングツール１０は、被接続部１４に、はんだ部材１５を介してフレキシブル回路基材１６の端子群１７を一括的に加熱、加圧してボンディングするものである。圧着ヘッド１１の先端側に、並行する２つのラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）が設けられている。ラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）それぞれは、所定半径Ｒの円筒の側部部分である。ラウンド形状加圧部１２１と１２２の間は溝部１３となっている。溝部１３は、端子群１７の浮き領域１７１を形成する。浮き領域１７１には端子群１７それぞれの下部に、余ったはんだ部材１５が溜まるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の実装に係り、特にＴＣＰ（tape carrier package）製品またはＣＯＦ（chip on film）製品の端子群がプリント配線基板側に接続される構成を実現するボンディングツール、接続装置、半導体装置及びその製造方法に関する。

液晶駆動制御装置のフレキシブル回路基材にＴＣＰ製品やＣＯＦ製品が利用されている。ＴＣＰ製品やＣＯＦ製品における多数のアウターリードは、接続対象のプリント配線基板の端子群にボンディングツールによって一括接続される。ボンディングツールは、熱圧着機等の接続装置に取り付けられている。すなわち、プリント配線基板の端子群に予めはんだが塗布され、ＴＣＰ製品（またはＣＯＦ製品）のアウターリードが位置合わせされる。ボンディングツールは、これらアウターリードを所定温度で加熱、加圧することで、プリント配線基板の端子群にはんだ接続させる。

従来、ボンディングツールの先端形状を円弧状にし、ボンディングツールにおける接合部への位置合わせ範囲を広くとる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ボンディングツール本体への接触面積（押圧面積）が狭くなることにより、はんだブリッジの発生がなく、良好なフィレットを形成することができ、信頼性を向上できる。
特開平９−２１４１２８号公報（４頁、図３）

環境対策により、鉛フリーはんだが使用されるようになっている。鉛フリーはんだは、鉛を含むはんだに比べて濡れ性が劣る。よって、接続部のフィレットが適正かどうかの確認は重要である。予め塗布するはんだは、接続部のフィレットを確実に形成するために量も多めになりがちである。接続対象の端子数は多くピッチも微細になってきている。はんだを多く盛り過ぎた場合、上記従来技術によるボンディングツールでは、隣接する端子へのショートが懸念される。また、接続部のフィレットの確認がし難い。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、はんだ接続部のフィレットが適正か否か確認し易く、信頼性の高い接続を実現するボンディングツール、接続装置、半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明に係るボンディングツールは、被接続部にはんだ部材を介して所定の端子群を一括的に加熱、加圧してボンディングするボンディングツールにおいて、圧着ヘッド先端側に、並行する２つ以上のラウンド形状加圧部が設けられていることを特徴とする。

上記本発明に係るボンディングツールによれば、ラウンド形状加圧部が並行して２つ以上設けられる。端子群それぞれの被接続部との圧着部は２箇所以上設けられることになる。それぞれ圧着部両側の端子下部は、はんだ部材の逃げ場であり、フィレットが形成される箇所が多くなる。

本発明に係るより好ましいボンディングツールは、被接続部にはんだ部材を介して端子群を一括的に加熱、加圧してボンディングするボンディングツールにおいて、圧着ヘッド先端側で並行するように設けられた２つ以上のラウンド形状加圧部と、前記ラウンド形状加圧部の間に設けられた溝部と、を含む。

上記本発明に係るボンディングツールによれば、ラウンド形状加圧部が並行して２つ以上設けられる。端子群それぞれの被接続部との圧着部は２箇所以上設けられることになる。それぞれ圧着部両側の端子下部は、はんだ部材の逃げ場となり、フィレットが形成される箇所が多くなる。押圧力の除かれた溝部により端子群それぞれが浮き、はんだ部材のフィレットが形成され易い。このとき、端子群は予めボンディングツールの形状に合わせ、フォーミングされていてもよい。

なお、上記本発明に係るボンディングツールにおいて、好ましくは次のようないずれかの特徴を有してボンディングの信頼性を高める。
前記溝部は、前記端子群それぞれの下部に余ったはんだ部材が溜まる前記端子群の浮き領域を形成することを特徴とする。
前記前記溝部は、深さの異なるものが２つ以上存在することを特徴とする。

本発明に係る接続装置は、少なくともボンディングツールとステージを備え、前記ステージ上におけるはんだ部材の塗布された被接続部にフレキシブル回路基材の外部端子群が位置合わせされ、前記ボンディングツールの圧着ヘッドによって加熱、加圧接続する接続装置において、前記圧着ヘッドにおいて溝部が設けられ、かつ前記溝部両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられていることを特徴とする。

上記本発明に係る接続装置によれば、溝部と、その両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられている圧着ヘッドを有するボンディングツールが用いられる。外部端子群それぞれの被接続部との圧着部は２箇所以上設けられることになる。それぞれ圧着部両側の端子下部は、はんだ部材の逃げ場となり、フィレットが形成される箇所が多くなる。押圧力の除かれた溝部により端子群それぞれが浮き、はんだ部材のフィレットが形成され易い。

本発明に係る半導体装置は、少なくともＩＣが実装され外部端子群を有するフレキシブル回路基材と、前記フレキシブル回路基材の外部端子群と信号の授受を行う所定の接続部を有したプリント配線基板と、前記フレキシブル回路基材の外部端子群と前記プリント配線基板の前記所定の接続部の一対当たり２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有して前記外部端子群が起伏形状を呈するはんだ接合領域と、を含む。

上記本発明に係る半導体装置によれば、フレキシブル回路基材の外部端子群とプリント配線基板の所定の接続部との各々のはんだ接合領域は、２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有する。これにより、外部端子群が起伏形状を呈する。最接近部分両側の外部端子下部または最接近部分間の離間部における外部端子下部は、はんだ部材の逃げ場であり、フィレットが形成され易い領域となる。すなわち、フィレットの形成領域がより多くできる。

なお、上記本発明に係る半導体装置において、好ましくは次のようないずれかの特徴を有してはんだ接合領域の安定化が図れ、高信頼性の構造を提供する。
前記はんだ接合領域は、前記外部端子群において前記起伏形状の勾配部分の下部に前記はんだ部材のフィレットが形成されていることを特徴とする。
前記はんだ接合領域は、前記外部端子群それぞれの下部において前記所定の接続部との前記最接近部分間の離間部にはんだ部材のフィレットが形成されていることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、外部端子群を有するフレキシブル回路基材が搬送され、はんだ部材の塗布されたプリント配線基板の所定の接続部と位置合わせされる工程と、
圧着ヘッド先端に溝部及び前記溝部両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられたボンディングツールによって、前記フレキシブル回路基材の外部端子群と前記プリント配線基板の所定の接続部とを加熱、加圧接続し、前記外部端子群と前記所定の接続部の一対当たり２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有して前記外部端子群が起伏形状を呈するはんだ接合領域を形成する工程と、を含む。

上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、フレキシブル回路基材の外部端子群とプリント配線基板の所定の接続部とのはんだ接合領域は、特徴あるボンディングツールによって起伏形状を有するように形成される。すなわち、接続部と外部端子群それぞれは２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有する。これにより、最接近部分両側の外部端子下部または最接近部分間の離間部における外部端子下部は、はんだ部材の逃げ場となり、フィレットが形成され易い領域となる。フィレットの形成領域がより多くでき、はんだの塗布量が多過ぎた場合に隣接間ショート防止に寄与する。

なお、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記外部端子群において前記起伏形状の勾配部分の下部にできる前記はんだ部材のフィレットについて外観検査することにより、前記はんだ接合領域の良否を判定することを特徴とする。フィレットの確認がし易く、検査が容易で接合領域の良否を正確に判定できる。

発明を実施するための形態

図１は、本発明の第１実施形態に係るボンディングツールの要部構成を示す概観図である。図２は、図１のボンディングツールの使用例を示す断面図である。これらの図を参照して説明する。
ボンディングツール１０は、給電により加熱され、接続対象領域に向かって適当な圧力で機械的に加圧されるものである。ボンディングツール１０は、被接続部１４に、はんだ部材１５を介してフレキシブル回路基材１６の端子群１７を一括的に加熱、加圧してボンディングする。圧着ヘッド１１の先端側に、並行する２つのラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）が設けられている。ラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）それぞれは、所定半径の円筒の側面部分である。ラウンド形状加圧部１２１と１２２の間は溝部１３となっている。溝部１３は、端子群１７の浮き領域１７１を形成する。浮き領域１７１には端子群１７それぞれの下部に、余ったはんだ部材１５が溜まるようになっている。ラウンド形状加圧部１２の幅Ｗ１と溝部１３の幅Ｗ２は、Ｗ１≦Ｗ２が望ましい。また、ラウンド形状加圧部１２の円筒形態は限定されない。楕円筒側面でもかまわない。

上記実施形態の構成によれば、ラウンド形状加圧部１２が並行して２つ設けられる（１２１，１２２）。これにより、端子群１７それぞれの被接続部１４との圧着部は２箇所設けられることになる。それぞれ圧着部両側の端子下部は、はんだ部材１５の逃げ場となる。これにより、フィレット１５１の形成される箇所が多くなる。被接続部１４にはんだを多く盛り過ぎた場合でも、フィレット部で吸収でき、隣接する端子へのショートを抑えることができる。

なお、上記実施形態の構成に限らず、ラウンド形状加圧部１２が並行して２つ以上設けられればよい。ラウンド形状加圧部１２が多い分、フィレット１５１の形成される箇所もより多くなる。ラウンド形状加圧部１２の数、溝部１３の深さ、また、円筒状のラウンド形状加圧部１２の半径やラウンド形状加圧部１２の間隔は、別段限定されない。しかし、端子群１７や被接続部１４の長さによって適当な値が決まる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１実施形態の変形例を示すボンディングツールの圧着ヘッド１１の部分の断面図である。それぞれ第１実施形態の構成に比べて異なる構成は次のようである。図３（ａ）は、ラウンド形状加圧部１２を１２１〜１２４とより多く設けた構成である。溝部１３も１３１〜１３３の３つになる。その他、図示しないが、ラウンド形状加圧部１２が３つの場合も考えられる。図３（ｂ）は、図３（ａ）においてラウンド形状加圧部１２の幅（Ｗ１１，Ｗ１２）や溝部１３の深さ（Ｄ１，Ｄ２）を変えた構成である。図３（ｃ）は、ラウンド形状加圧部１２の幅Ｗ３をより小さく、溝部１３の深さＤ３をより大きくした構成である。

図４は、本発明の第２実施形態に係る接続装置の要部を示す概略構成図である。前記第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。接続装置３０は、少なくとも前記図１に示すようなボンディングツール１０と、Ｘ，Ｙ方向さらに回転移動可能なステージ３１を備えている。搬送制御部３２は、位置決め光学系３３と共に、ステージ３１上におけるプリント配線基板３４にフレキシブル回路基材１６を載置する。すなわち、プリント配線基板３４における、はんだ部材１５の塗布された被接続部１４にフレキシブル回路基材１６の端子群１７を置合わせする。位置合わせ後、ステージ３１上の被接続部１４と端子群１７とは圧着ヘッド１１によって加熱、加圧接続される。

上記実施形態の構成によれば、溝部１３と、その両側に並行するようにラウンド形状加圧部１２が設けられている圧着ヘッド１１が用いられる。外部端子群１７それぞれの被接続部１４との圧着部は２箇所以上設けられることになる。それぞれ圧着部両側の端子１７下部は、はんだ部材１５の逃げ場となり、フィレットが形成される箇所が多くなる。押圧力の除かれた溝部１３により端子群１７それぞれが浮く領域ができる。このとき、外部端子群１７は予めボンディングツールの形状に合わせ、フォーミングされていてもよい。これにより、はんだ部材１５のフィレットが形成され易い。

図５、図６は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図４も参照しながら説明する。接続装置３０にフレキシブル回路基材１６が搬送される。位置決め光学系３３を利用して、はんだ部材１５の塗布されたプリント配線基板３４の所定の被接続部１４にフレキシブル回路基材１６の端子群１７を置合わせする。その後、ボンディングツール１０は、圧着ヘッド１１を端子群１７に接触させ、加熱、加圧段階に入る（図５）。ボンディングツール１０は、圧着ヘッド１１において溝部１３が設けられ、溝部１３の領域に端子群１７の一部領域が入り、起伏形状を作る。

その後、端子群１７と被接続部１４は、圧着ヘッド１１によって、加圧接続される。ボンディングツール１０は、圧着ヘッド１１において溝部１３が設けられ、溝部１３両側に並行するようにラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）が設けられている。これにより、はんだ接合領域として、被接続部１４への端子群１７は起伏形状を呈するようになる。すなわち、ラウンド形状加圧部１２（１２１，１２２）によって、端子群１７それぞれの被接続部１４とは、２箇所の最接近部分１７ａ及び最接近部分間の離間部１７ｓ（浮き領域１７１）を有する（図６）。各最接近部分１７ａ両側の端子下部には、はんだ部材１５の逃げ場となるフィレット１５１が成されている。すなわち、離間部１７ｓの端子下部も同様にフィレット１５１が形成されている。

上記実施形態の方法によれば、フレキシブル回路基材１６の外部端子群１７とプリント配線基板３４の所定の被接続部１４とのはんだ接合領域は、特徴あるボンディングツール１０によって起伏形状を有するように構成される。すなわち、外部端子群１７それぞれと被接続部１４の接続一対当たり２箇所の最接近部分１７ａ及び最接近部分間の離間部１７ｓを有する。これにより、最接近部分１７ａ両側の外部端子１７下部または最接近部分間の離間部１７ｓにおける外部端子１７下部は、はんだ部材１５の押圧時の逃げ場となり、フィレットが形成され易い領域となる。フィレットの形成領域がより多くできるので、はんだの塗布量が多過ぎた場合に吸収可能である。図６では離間部１７ｓの端子下部がフィレット１５１によって完全に埋まっていない状態を示したが、完全に埋まる可能性もある。これにより、隣接間ショート防止に寄与する。

また、外部端子群１７の起伏形状、すなわち最接近部分間の離間部１７ｓの存在により、はんだ部材１５のフィレットの形成状況が確認し易い。フィレットについて外観検査することにより、はんだ接合領域の良否を判定する。フィレットの確認がし易いことから、検査が容易で接合領域の良否を正確に判定できる。

図７は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す概観図である。第３実施形態と同様の箇所には前記図５、図６で表した符号と同一の符号を付して説明する。 フレキシブル回路基材１６は、ＴＣＰ製品またはＣＯＦ製品であり、少なくともＩＣが実装され外部端子群１７を有する。プリント配線基板３４は、フレキシブル回路基材１６の外部端子群１７と信号の授受を行うための所定の被接続部１４を有する。フレキシブル回路基材１６の外部端子群１７とプリント配線基板３４の所定の被接続部１４とのはんだ接合領域に特徴があり、次のようである。被接続部１４と外部端子群１７それぞれは、１対当たり２箇所以上の最接近部分１７ａ及び最接近部分間の離間部１７ｓを有し、外部端子群１７が起伏形状を呈する。図では、被接続部１４と外部端子群１７各々の最接近部分１７ａは２箇所、最接近部分間の離間部１７ｓは１箇所であるが、これより多く設けてもよい。

上述したように、この実施形態に係る半導体装置は、外部端子群１７の起伏形状、すなわち最接近部分間の離間部１７ｓの存在により、はんだ部材１５のフィレットの状態が確認し易い。外部端子群１７の起伏形状におけるフィレットを外観検査することにより、はんだ接合領域の良否を判定することができる。フィレットの確認がし易いことから、検査が容易で接合領域の良否を正確に判定できる。これにより、高信頼性の接続部が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、溝部と、その両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられている圧着ヘッドを有するボンディングツールが特徴である。このボンディングツールを配備した接続装置により、外部端子群それぞれの被接続部との圧着部が２箇所以上得られるはんだ接合部を形成することができる。圧着部両側の端子下部は、はんだ部材の逃げ場となり、フィレットが形成される箇所が多くなる。押圧力の除かれた溝部により端子群それぞれに浮く部分が形成でき、はんだ部材のフィレットが形成され易い。このような構成により、はんだの塗布量が多過ぎた場合にはんだが吸収され易い。

鉛フリーはんだは濡れ性が劣る。よって、接続部のフィレットが適正かどうかの確認は重要である。予め塗布するはんだは、接続部のフィレットを確実に形成するために量も多めになりがちである。接続対象の端子数は多くピッチも微細になってきている。はんだを多く盛り過ぎた場合、本発明に係るボンディングツールを使用することにより、はんだブリッジを回避し、隣接する端子へのショート防止に寄与する。また、フィレットの確認がし易いことから、検査が容易で接合領域の良否を正確に判定できる。これにより、はんだ接合領域の安定化が図れ、高信頼性の構造を得ることができる。この結果、はんだ接続部のフィレットが適正か否か確認し易く、信頼性の高い接続を実現するボンディングツール、接続装置、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係るボンディングツールの要部構成を示す概観図。 図１のボンディングツールの使用例を示す断面図。 第１実施形態の変形でボンディングツールの圧着ヘッド部分の各断面図。 第２実施形態に係る接続装置の要部を示す概略構成図。 第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す第１断面図。 図５に続く第２断面図。 第４実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す概観図。

符号の説明

１０…ボンディングツール、１１…圧着ヘッド、１２，１２１〜１２４…ラウンド形状加圧部、１３，１３１〜１３３…溝部、１４…被接続部、１５…はんだ部材、１５１…フィレット、１６…フレキシブル回路基材、１７…端子群、１７ａ…最接近部分、１７ｓ…離間部、１７１…浮き領域、３０…接続装置、３１…ステージ、３２…搬送制御部、３３…位置決め光学系、３４…プリント配線基板。

Claims (10)

1. 被接続部にはんだ部材を介して所定の端子群を一括的に加熱、加圧してボンディングするボンディングツールにおいて、
   圧着ヘッド先端側に、並行する２つ以上のラウンド形状加圧部が設けられていることを特徴とするボンディングツール。
2. 被接続部にはんだ部材を介して端子群を一括的に加熱、加圧してボンディングするボンディングツールにおいて、
   圧着ヘッド先端側で並行するように設けられた２つ以上のラウンド形状加圧部と、
   前記ラウンド形状加圧部の間に設けられた溝部と、
   を含むボンディングツール。
3. 前記溝部は、前記端子群それぞれの下部に余ったはんだ部材が溜まる前記端子群の浮き領域を形成する請求項２記載のボンディングツール。
4. 前記溝部は、深さの異なるものが２つ以上存在する請求項２または３記載のボンディングツール。
5. 少なくともボンディングツールとステージを備え、前記ステージ上におけるはんだ部材の塗布された被接続部にフレキシブル回路基材の外部端子群が位置合わせされ、前記ボンディングツールの圧着ヘッドによって加熱、加圧接続する接続装置において、
   前記圧着ヘッドにおいて溝部が設けられ、かつ前記溝部両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられていることを特徴とする接続装置。
6. 少なくともＩＣが実装され外部端子群を有するフレキシブル回路基材と、
   前記フレキシブル回路基材の外部端子群と信号の授受を行う所定の接続部を有したプリント配線基板と、
   前記フレキシブル回路基材の外部端子群と前記プリント配線基板の前記所定の接続部の一対当たり２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有して前記外部端子群が起伏形状を呈するはんだ接合領域と、
   を含む半導体装置。
7. 前記はんだ接合領域は、前記外部端子群において前記起伏形状の勾配部分の下部に前記はんだ部材のフィレットが形成されている請求項６記載の半導体装置。
8. 前記はんだ接合領域は、前記外部端子群それぞれの下部において前記所定の接続部との前記最接近部分間の離間部にはんだ部材のフィレットが形成されている請求項６記載の半導体装置。
9. 外部端子群を有するフレキシブル回路基材が搬送され、はんだ部材の塗布されたプリント配線基板の所定の接続部と位置合わせされる工程と、
   圧着ヘッド先端に溝部及び前記溝部両側に並行するようにラウンド形状加圧部が設けられたボンディングツールによって、前記フレキシブル回路基材の外部端子群と前記プリント配線基板の所定の接続部とを加熱、加圧接続し、前記外部端子群と前記所定の接続部の一対当たり２箇所以上の最接近部分及び最接近部分間の離間部を有して前記外部端子群が起伏形状を呈するはんだ接合領域を形成する工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
10. 前記外部端子群において前記起伏形状の勾配部分の下部にできる前記はんだ部材のフィレットについて外観検査することにより、前記はんだ接合領域の良否を判定する請求項９記載の半導体装置の製造方法。

Images