JP2500778B2 - ボンディングツ―ル及びボンディング方法 - Google Patents

ボンディングツ―ル及びボンディング方法

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JP2500778B2
JP2500778B2 JP5199407A JP19940793A JP2500778B2 JP 2500778 B2 JP2500778 B2 JP 2500778B2 JP 5199407 A JP5199407 A JP 5199407A JP 19940793 A JP19940793 A JP 19940793A JP 2500778 B2 JP2500778 B2 JP 2500778B2
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秀樹 金子
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/50Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto

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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の実装に用
いられるTAB(Tape Automated Bonding)用テープキ
ャリアのインナーリードと半導体素子の電極とを接合す
るためのボンディングツールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のTABテープのインナーリードと
半導体素子の電極を逐次方式で接合するシングルボンデ
ィング方法を図4に示す。図において、11はインナー
リード、12はAI電極、13はパッシペーション膜、
14は半導体素子、21はフラットボンディングツー
ル、22はバンプである。図4に示すように半導体素子
14のAI電極12又はTABのインナーリード11の
先端部のいずれか一方にバンブ22となる突起を形成し
た後、インナーリード11と電極12とをバンブ22を
介してボンディングツール21によって超音波と熱を併
用した方法で接合を行っていた。一般にバンプを形成す
るためにはリソグラフィ等の複雑な工程が必要であり、
しかも高価な設備が必要とされる。このため、バンプ形
成工程を必要とするTABインナーリードの接合方法で
は、実装コストが高くなるという課題があった。
【0003】そこで、バンプが不要で半導体素子のAl
電極とTABインナーリードを直接接合可能なダイレク
トシングルボンディング方式が提案されている(特開平
3−85895)。図3(a)(b)に従来のダイレク
トシングルボンディング方式を示す。図において、4は
超音波振動を示し、11はインナーリード、12はAl
電極、13はパッシベーション膜、14は半導体素子、
17は樹来のダイレクトボンディングのボンディングツ
ールであり、球面上の先端を有する。
【0004】まず、図3に示すように、インナーリード
11と、半導体素子14のAl電極12との位置合わせ
を行った後、ボンディングツール17をインナーリード
11に押し込み、インナーリード11にボンディングツ
ール17の先端形状が転写された窪み15と同時にイン
ナーリード11の裏面に凸部16が形成される。さら
に、ボンディングツール17の先端とインナーリード1
1を密着させ、同時にインナーリード11をAI電極1
2に加圧させる。次に、このような接触状態を保ったま
ま、ボンディングツール17に超音波振動4を印加して
インナーリード11の凸部16とAl電極12とを接合
する。この時、半導体素子は加熱ステージにより、25
0℃程度に加熱されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】超音波併用圧着による
ダイレクトシングルボインティング方法で安定した接合
強度を得るには、超音波振動によりAI電極表面に存在
するAlの自然酸化膜を十分に破壊し、加熱ステージに
よる熱エネルギーより十分なインナーリード表面のAu
とAl電極表面のAlのAlとの合金層を形成すること
が条件となる。ここで、超音波の振動方向は、図3
(a)に示すようにインナーリードの長手方向に対して
平行にする。半導体素子14が矩形で互いに対向する第
1辺及び第3辺に対応して設けられたインナーリード1
1の長手方向が図3(a)に示すようにボンディングツ
ール17の超音波振動4の方向と平行すると、半導体素
子14の第2辺及び第3辺に対応して設けられたインナ
ーリード11の長手方向に対してボンディングツール1
7の超音波振動4の方向は直交してしまう。
【0006】図3(b)に示すように超音波振動4がイ
ンナーリード11の長手方向に対して直交する方向に印
加された場合には、超音波振動をインナーリードとAl
電極12との接合界面に十分に伝達することができず、
Al酸化膜を十分に破壊することができなかった。この
ため、半導体素子の第2辺及び第4辺のリードと電極と
の接合強度は第1辺及び第3辺に比べ低下する課題があ
った。さらに、接合強度のばらつきを低減するために超
音波出力を高くした場合にはインナーリードの位置ずれ
が増大し、隣接するインナーリードと接触する恐れがあ
り、狭ピッチ化TAB実装が困難であるという課題があ
った。
【0007】本発明の目的はこのような課題を解決し、
接合強度にばらつきのない安定した接合を実現し、狭ピ
ッチ化が可能なTABインナーリードのボンディングツ
ールを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のボンディングツ
ールは、半導体素子の電極とTABテープのインナーリ
ードを直接接合するボンディングツールにおいて、先端
に前記インナーリードの幅より小さい第1の突起と、こ
の第1の突起の周囲の直径が前記インナーリードの幅よ
り大きい円周に沿ってもうけられた第2の突起とを設
け、前記第1の突起が前記第2の突起より突出している
ことを特徴とする。
【0009】本発明のボンディング方法は、半導体素子
の電極とTABテープのインナーリードを直接接合する
ボンディング方法において、ボンディンブツールの前記
インナーリードの幅より小さい第1の突起及びこの第1
の突起の周囲に直径が前記インナーリードの幅より大き
い円周に沿って設けられ前記第1の突起ほどは突出して
いない第2の突起を設けた先端を前起インナーリードに
押圧して前記ボンディングツールに振動方向が前記イン
ナーリードの長手方向に直角な方向の超音波振を印加す
ることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明のボンディングツールを使用したTAB
インナーリードのボンディング方法では、ボンディング
ツール先端部の丸みのある第1の突起により、接合部に
かかる圧力分布を均一にすることで機械的ストレスを減
少させクラックのない信頼性の高い接合を可能にした。
さらに、第1の突起の外周を囲む円周に沿って設けられ
た第2の突起によりインナーリードを押さえつける作用
が働き超音波振動によるインナーリードの位置ズレを防
止することができ狭ピッチ化が可能となった。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の一実施例のTABインナ
ーリード接合用のボンディングツールの側断面図であ
る。図2はインナーリードのボンディング方法を示し、
同図(a)は超音波の振動方向がインナーリードの長手
方向に対して平行な半導体素子の第1辺及び第3辺にお
ける接合方法を、同図(b)は超音波の振動方向がイン
ナーリードの長手方向に対して直交する半導体素子の第
2辺及び第4辺における接合方法を示す断面図である。
【0013】図において、1はボンディングツール、2
は第1の突起、3は第2の突起、4は超音波振動、11
はインナーリード、12はAI電極、13はパッシペー
ション膜、14は半導体素子を示す。TABテープは、
インナーリード幅が80μm、インナーリードピッチが
180μm、インナーリード厚さが35μmのCuリー
ドに0.6μmのAuメッキが施されたものを用いた。
【0014】ボンディングツール1は、図1に示すよう
に先端部が円錐状でかつ円錐の先端にインナーリード1
1の幅よりも小さな丸みを有する例えば半径R1が30
μmの球状の第1の突起2と突起2の周囲の直径aが1
20μmの円周に沿った断面が丸み(半径R2が10μ
m程度)を有する第2の特起を設ける。さらに突起2は
突起3より20μm突出している(図1の寸法b)。半
導体素子14は4辺全てに電極が形成されており、電極
12の開口部はインナーリード11の幅よりも大きく形
成されたものを用いた。
【0015】本実施例1のボンディングツールを用いた
接合方法は、半導体素子14の電極12とインナーリー
ド11との位置合わせを行った後、図2(a)に示すよ
うにボンディングツール1に荷重F=100gfを印加
し、ボンディングツール1をインナーリード11に押圧
した。この時、インナーリード11にボンディングツー
ル1の先端形状が転写された窪み15と同時にインナー
リード11の裏面に凸部16が形成される。次いで、超
音波振動4をボンディングツール1に印加しインナーリ
ード11とAl電極12の接合を行った。なお接合時に
は、図面には記載されていないが半導体素子14を加熱
装置により280℃に加熱保持した。
【0016】インナーリードの接合順序は、図2(a)
に示すように超音波の振動方向がインナーリード11の
長手方向に対して平行な半導体素子14の第1辺につい
て行い、次いで、同図(b)に示すような超音波の振動
方向がインナーリード11の長手方向に対して直交する
半導体素子14の第2辺、第1辺と同じ方向である第3
辺、第2辺と同じ方向である第4辺について接合を順次
行った。
【0017】以上の操作を全てのインナーリード11に
対して繰り返し行った後、接合強度の測定、および電極
面12上のクラック発生の有無を観察した。その結果、
長音音波振動4の方向がインナーリード11の長手方向
に直交及び平行に作用した接続部の平均プル強度はそれ
ぞれ60gf以上であり、実用上十分な強度で接合する
ことができた。しかも電極面12にはクラックの発生が
無いことを確認した。
【0018】次に本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例ではインナーリード幅が40μm、インナ
ーリードピッチが80μm、インナーリード厚さが20
μmのCuリードに0.6μmのAuメッキが施された
TABテープを用いた接続を行った。半導体素子は4辺
全てに電極が形成されており、電極の開口部はインナー
リードの幅よりも大きく形成されたものを用いた。ボン
ディングツールは、図1に示すものと同形状のボンディ
ングツールを使用し、外形寸法は(図1に示される符号
を用いて説明する)、第1の突起2の半径R1は15μ
m、第2の突起3の半径R2は10μm、直径aは70
μm、寸法bは10μmである。
【0019】本実施例の接合方法は、半導体素子14の
電極12とインナーリード11との位置合わせを行った
後、図2(a)に示すようにボンディングツール1に荷
重F=50gfを印加し、ボンディングツール1をイン
ナーリード11に押圧した。この時、インナーリード1
1にボンディングツール1の先端形状が転写された窪み
15と同時にインナリード11の裏面に凸部16が形成
される。次いで、超音波振動4をボンディングツール1
に印加しインナーリード11とAl電極12の接合を行
った。なお接合時には、図面には記載していないが半導
体素子14を加熱装置により280℃に加熱保持した。
【0020】インナーリードの接合順序は、図2(a)
に示すように超音波の振動方向がインナーリードの長手
方向に対して平行な半導体素子14の第1辺について行
い、次いで同図(b)に示すような超音波の振動方向が
インナーリードの長手方向に対して直交する半導体素子
14の第2辺、第1辺と同じ方向である第3辺、第2辺
と同じ方向である第4辺について接合を順次行った。
【0021】以上の操作の全てのインナーリード11に
対して繰り返し行った後、接合強度の測定、および電極
面12上のクラック発生の有無を観察した。其の結果、
超音波振動4の方向が、インナーリード11の長手方向
に直交及び平行に作用した接続部の平均プル強度は15
gf以上であり、実用上十分な強度で接合することがで
きた。しかも電極面12にはクラックの発生が無いこと
を確認した。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のボンディ
ングツールを使用したTABインナーツールのボンディ
ング方法では、超音波振動の伝達効率が向上し低出力で
接合が可能となり、インナーリードの位置ズレを防止す
ることができ狭ピッチ化が可能となった。また、、半導
体素子の電極面にクラック等の損傷を生じることなく、
しかも十分な強度で半導体素子の電極とインナーリード
とを信頼性高く接合できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のボンディングツールの縦断
面図である。
【図2】図1に示すボンディングツールを用いたTAB
インナーリードのボンディング方法を示す図で、(a)
は超音波の振動方向がインナーリードの長手方向に対し
て平行な場合、(b)は超音波の振動方向がインナーリ
ードの長手方向に対して直交する場合を示す断面図であ
る。
【図3】従来のダイレクトボンディング方法を示す断面
図で、(a)は超音波の振動方向がインナーリードの長
手方向に対して平行な場合、(b)は超音波の振動方向
がインナーリードの長手方向に対して直交する場合を示
す断面図である。
【図4】従来のバンプを用いたTABインナーリードの
ボンディング方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ボンディングツール 2 突起 3 突起 4 超音波振動 11 インナーリード 12 Al電極 13 パッシベーション膜 14 半導体素子 15 窪み 16 凸部 17 バンディングツール 21 フラットボンディングツール 22 バンプ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子の電極とTABテープのイン
    ナーリードを直接接合するボンディングツールにおい
    て、先端に前記インナーリードの幅より小さい第1の突
    起と、この第1の突起の周囲の直径が前記インナーリー
    ドの幅より大きい円周に沿ってもうけられた第2の突起
    とを設け、前記第1の突起が前記第2の突起より突出し
    ていることを特徴とするボンディングツール。
  2. 【請求項2】 第1の突起は直径がインナーリードの幅
    より小さい球面の一部からなる請求項1記載のボンディ
    ングツール。
  3. 【請求項3】 半導体素子の電極とTABテープのイン
    ナーリードを直接接合するボンディング方法において、
    ボンディングツールの前記インナーリードの幅より小さ
    い第1の突起及びこの第1の突起の周囲に直径が前記イ
    ンナーリードの幅より大きい円周に沿って設けられ前記
    第1の突起ほどは突出していない第2の突起を設けた先
    端を前起インナーリードに押圧して前記ボンディングツ
    ールに振動方向が前記インナーリードの長手方向に直角
    な方向の超音波振動を印加することを特徴とするボンデ
    ィング方法。
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