JP2513076B2 - 半導体装置の製造方法及びその装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及びその装置

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JP2513076B2
JP2513076B2 JP2281340A JP28134090A JP2513076B2 JP 2513076 B2 JP2513076 B2 JP 2513076B2 JP 2281340 A JP2281340 A JP 2281340A JP 28134090 A JP28134090 A JP 28134090A JP 2513076 B2 JP2513076 B2 JP 2513076B2
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法及び製造装置に関
し、特に突起型電極付半導体装置のシングルポイントボ
ンディング方法及びその装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種のボンディング方法は、スプロケットホ
ールをもつポリイミドテープに銅箔をラミネートし、こ
れにボンディングワイヤに相当するリードパターンをフ
ォトエッチングにより形成した後に、金,錫,又は半田
めっきしたTABテープと、外部引出用電極上に突起型電
極(以下、バンプ)を形成した半導体素子とを準備し、
第6図に示すように半導体素子(ペレット)5のバンプ
6にTABテープのリード4を重ね合わせ、その上からボ
ンディングアーム3bに支持したシングルポイントボンデ
ィングツール1にて加圧加熱してボンディングを行って
いた。このときのボンディング圧力の加圧方向は、ボン
ディング装置のボンティングステージ若しくは、ペレッ
ト5及びバンプ6に対しほぼ鉛直下方に押し付けるよう
に負荷されていた。
つまり、第6図に示すように、ボンディングストロー
クS′が非常に小さいため、ボンディングアーム3bが一
定長故に圧下方向はほぼ鉛直方向となり、第1図(c)
に示すように、ΔZ≒S′,θ≒ΔZ/Lから、据込角θ
は非常に小さくなり、ほぼθ≒0となっていることを意
味している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した半導体装置の製造方法において、第3図
(a),(b)に示すような平面ひずみ据込みの最も簡
単な解析方法であるスラブ法を応用して、リード幅a,リ
ード厚hをもつフィルムキャリアテープのリード4及
び、リード長さ方向の圧着部位寸法bをもつバンプ6等
の熱圧着が施される部位に生ずる変形抵抗分布σを求
めると、第4図(a),(b)に示すように、フィルム
キャリアテープのリード6の先端部では変形抵抗が低
く、基部では変形抵抗が高いというような不均一な分布
を示す結果が得られる。第4図において、μは摩擦抵
抗、σχはχ軸方向の応力成分、dσχはσχ
の増分を示す。また1はモーメントアーム、Mはモーメ
ント荷重、Pは等価集中荷重、kは材料せん断降伏応力
である。また、変形抵抗分布は、|−(σn/2k)|=e
×P{[2μ(b−χ)]/h}で表わされる。ただ
し、b=80μ,h=35μとする。
従って、半導体素子(ペレット)には、この変形抵抗
分布に相応した圧力下分布が負荷されることになり、こ
のため、第4図(b)に示すような、モーメント荷重M
=P・Iが、すなわち回転によるせん断場が形成され
て、バンプはがれ、シリコンクラック等の不良発生を助
長するという欠点があった。
本発明の目的は、バンプはがれ、シリコンクラック等
の不良発生をなくした半導体装置の製造方法及びその装
置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の
製造方法においては、圧着工程を有し、フィルムキャリ
アテープのリードまたは半導体素子の外部引出用電極パ
ッドのいずれか一方に突起型電極を設け、該突起型電極
と、フィルムキャリアテープのリード或いは半導体素子
の外部引出用電極パッドとを突き合せて、その両者を、
フィルムキャリアテープのリード毎にシングルポイント
ボンディングツールの熱圧着力を個別に加えることによ
り、接合する半導体装置の製造方法であって、 圧着工程は、シングルポイントボンディングツールの
下端熱圧着面をフィルムキャリアテープのリードの表面
に対して傾斜させ、リード表面に対して据込角をもって
該リードをシングルポイントボンディングツールの下端
熱圧着面で熱圧着する工程であり、 圧着工程は、シングルポイントボンディングツールに
よる熱圧着時の変形抵抗が低いリードの先端部に対する
熱圧着強度を高め、変形抵抗が高いリードの基部に対す
る熱圧着強度を弱めることにより、リードの塑性変形を
該リードの長さ方向に向けて生じさせるものである。
また、本発明に係る半導体装置の製造装置において
は、シングルポイントボンディングツールと、ヒンジ機
構部とを有し、フィルムキャリアテープのリードまたは
半導体素子の外部引出用電極パッドのいずれか一方に突
起型電極を設け、該突起型電極と、フィルムキャリアテ
ープのリード或いは半導体素子の外部引出用電極パッド
とを突き合せて、その両者を、フィルムキャリアテープ
のリード毎に熱圧着力を個別に加えることにより、接合
する半導体装置の製造装置であって、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱
圧着面でフィルムキャリアテープのリードに熱圧着力を
加えるものであり、 ヒンジ機構部は、枢支されたボンディングアームを有
し、ボンディングアームは、枢支点からの長さを半径と
する円弧を描き、該シングルポイントボンディングツー
ルの下端熱圧着面をフィルムキャリアテープのリード表
面に傾斜させて据込角をもって該リードをシングルポイ
ントボンディングツールの下端熱圧着面で熱圧着させる
ものであり、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱
圧着面がフィルムキャリアテープのリード表面に対して
傾斜して据込角をもつことにより、熱圧着時の変形抵抗
が低いリードの先端部に対する熱圧着強度を高め、変形
抵抗が高いリードの基部に対する熱圧着強度を弱めて、
リードの塑性変形を該リードの長さ方向に向けて生じさ
せるものである。
また、本発明に係る半導体装置の製造装置において
は、シングルポイントボンディングツールと、傾斜機構
部とを有し、フィルムキャリアテープのリードまたは半
導体素子の外部引出用電極パッドのいずれか一方に突起
型電極を設け、該突起型電極と、フィルムキャリアテー
プのリード或いは半導体素子の外部引出用電極パッドと
を突き合せて、その両者を、フィルムキャリアテープの
リード毎に熱圧着力を個別に加えることにより、接合す
る半導体装置の製造装置であって、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱
圧着面でフィルムキャリアテープのリードに熱圧着力を
加えるものであり、 傾斜機構部は、上下に配設した水平姿勢の少なくとも
2本の平行なボンディングアームを有し、 2本のボンディングアームは、シングルポイントボン
ディングツールを上下2箇所で枢支して平行リンク機構
を構成するもので、その枢支位置を水平方向にずらせて
シングルポイントボンディングツールの下端熱圧着面を
フィルムキャリアテープのリード表面に傾斜させて据込
角をもって該リードをシングルポイントボンディングツ
ールの下端熱圧着面で熱圧着させるものであり、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱
圧着面がフィルムキャリアテープのリード表面に対して
傾斜して据込角をもつことにより、熱圧着時の変形抵抗
が低いリードの先端部に対する熱圧着強度を高め、変形
抵抗が高いリードの基部に対する熱圧着強度を弱めて、
リードの塑性変形を該リードの長さ方向に向けて生じさ
せるものである 〔作用〕 シングルポイントボンディングツールの下端熱圧着面
をフィルムキャリアテープのリード表面に対して傾斜さ
せ、リード表面に対して据込角をもってリードをシング
ルポイントボンディングツールの下端熱圧着面で熱圧着
する。
これにより、シングルポイントボンディングツールに
よる熱圧着時の変形抵抗が低いリード先端部に対する熱
圧着強度が高められ、変形抵抗が高いリード基部に対す
る熱圧着強度が弱められ、リードの塑性変形がリードの
長さ方向に向けて生じる。
したがって、従来のように半導体素子には、回転によ
るせん断場が形成されなくなる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図により説明する。
(実施例1) 第1図(a)は、本発明の実施例1を示す構成図、第
1図(b)は、第1図(a)のI部拡大図である。
図において、本発明による半導体装置の製造装置は、
シングルポイントボンディングツール1と、ヒンジ機構
部2とを有し、フィルムキャリアテープのリード4又は
半導体素子(以下、ペレットという)の外部引出用電極
パッドのいずれか一方に突起型電極(以下、バンプとい
う)6を設け、バンプ6とリード4又はペレット5の外
部引出用電極パッドとを突き合わせ、その両者を、リー
ド4に熱圧着力を加えることにより、接合するものであ
る。
シングルポイントボンディングツール1は、その下端
熱圧着面1aでリード4に熱圧着力を加えるものである。
ヒンジ機構部2は、ヒンジ3aにより枢支されたボンデ
ィングアーム3bを有する。
ボンディングアーム3bは、その先端にシングルポイン
トボンディングツール1を下向きに垂架したものであ
り、ヒンジ(枢支点)3aを中心としてアーム長Lの長さ
を半径とする円弧を描き、シングルポイントボンディン
グツール1の下端熱圧着面1aをリード表面に傾斜させて
据込角θをもってリード4毎に個別にシングルポイント
ボンディングツール1の下端熱圧着面1aで熱圧着させる
ものである。
シングルポイントボンディングツール1は、その下端
熱圧着面1aがフィルムキャリアテープのリード4表面に
対して傾斜して据込角θをもつことにより、熱圧着時の
変形抵抗が低いリード先端部に対する熱圧着強度を高
め、変形抵抗が高いリード基部に対する熱圧着強度を弱
めて、リード4の塑性変形をリード4の長さ方向に向け
て生じさせる機能を有している。
第1図(c)は、ボンディングステージ7がΔZだけ
下降させたときに決定される据込角θを求める機構図で
ある。
ボンディングステージ7の下降量をΔZとし、ボンデ
ィングアーム3bのヒンジ3aからシングルポイントボンデ
ィングツール1の支持点までのアーム長をLとすると、 据込角θ≒ΔZ/L となる。
ここで、Sは扇形OABの弧長ABを示すものであり、θ
が比較的小さいときは、ΔZ≒Sとなる。
逆にθを与えることでΔZを決定してもよい。但し、
これは、θが比較的小さい、つまりΔZ=S(=AB)の
ときに限られる。さらに、θが大きくなって、ΔZ∝S
(=AB)のときは、第1図(d)のような機構が成り立
つので、ステージ7がΔZ下降したとき据込角θは θ=sin-1(θZ/L) として得られ、さらにステージ7の水平方向への補正移
動量Δχも として一義的に求まる。これも、先に据込角θを与えて
おいて最適な下降量ΔΖと水平移動量Δχとを求めても
よい。
ここで、Δχなる補正量は、ステージ7とΔΖだれ下
降させたことによって生ずるボンディング位置の水平方
向のずれ量を表わしている。
このようにして、ボンディングアーム3bの長さLとヒ
ンジ3aが構造的に決まっていれば、ボンディングステー
ジ7を移動させることで必然的にシングルポイントボン
ディングツール1の圧着面に据込角θが与えられて圧着
を行うことが可能となる。これにより、第4図(a),
(c)に示されたような不均一な圧下力分布は、第5図
に示されるような均一な分布に改善されていく。これ
は、変形抵抗の低いリード4の先端部をシングルポイン
トボンディングツール1で強く押込み、変形抵抗の高い
リード4の基部は、あまり強く押込まず、リード中に生
ずる塑性変形をリード4の長手方向の基部側方向に向け
て生じさせるためである。
(実施例2) 第2図(a),(b)は、本発明の実施例2を示す構
成図である。
図において、本実施例は、フィルムキャリアテープの
リードまたは半導体素子の外部引出用電極パッドのいず
れか一方に突起型電極を設け、該突起型電極と、フィル
ムキャリアテープのリード或いは半導体素子外部引出用
電極パッドとを突き合せて、その両者を、フィルムキャ
リアテープのリードに熱圧着力を加えることにより、接
合する半導体装置の製造装置であって、シングルポイン
トボンディングツール1と、傾斜機構部8とを有してい
る。
傾斜機構部8は、上下に配設した水平姿勢の少なくと
も2本の平行なボンディングアーム9a,9bを有してい
る。
2本のボンディングアーム9a,9bは、シングルポイン
トボンディングツール1を上下2箇所でヒンジ3a,3bに
より枢支して平行リンク機構を構成するもので、その枢
支位置を水平方向にずらせてシングルポイントボンディ
ングツール1の下端熱圧着面1aをフィルムキャリアテー
プのリード表面に傾斜させて据込角をもってリード毎に
個別にシングルポイントボンディングツールの下端熱圧
着面で熱圧着させるものである。
シングルポイントボンディングツール1は、その下端
熱圧着面がフィルムキャリアテープのリード表面に対し
て傾斜して据込角をもつことにより、熱圧着時の変形抵
抗が低いリードの先端部に対する熱圧着強度を高め、変
形抵抗が高いリードの基部に対する熱圧着強度を弱め
て、リードの塑性変形を該リードの長さ方向に向けて生
じさせる。
ボンディングアーム9a,9bは水平方向に前後に稼動す
る。これは最適な据込角θがボンディング中にもリアル
タイムに対応できるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、シングルポイントボン
ディングツールの下端熱圧着面をリード表面に対して傾
斜させ据込角をもってシングルポイントボンディングツ
ールの下端熱圧着面でリードを熱圧着するため、熱圧着
時の変形抵抗が低いリード先端部に対する熱圧着強度を
高め、変形抵抗が高いリード基部に対する熱圧着強度を
弱めてリードの塑性変形をリードの長さ方向に向けて生
じさせることができ、従来のように半導体素子に回転に
よるせん断場が形成されることはなく、半導体素子に不
均一な圧下力分布が是正され、バンプはがれや、シリコ
ンラック等の不良発生を抑制することができる。
さらに、2本の平行なボンディングアームとシングル
ポイントボンディングツールとからなる平行リンク機構
を有することよってボンディング動作中でも据込角を変
化させることができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明の実施例1を示す構成図、第1
図(b)は、第1図(a)のI部拡大図、第1図
(c),(d)は据込角を求める機構図、第2図
(a),(b)は、本発明の実施例2を示す構成図、第
3図(a),(b)はスラブ法による圧下力分布を解析
するための図、第4図(a),(c)はスラブ法による
圧下力分布を示す図、第4図(b)は圧下力分布を力学
的等価状態に示した図、第5図は、本発明の効果を示す
図、第6図は、従来例を示す構成図である。 1……シングルポイントボンディングツール 2……ヒンジ機構部、3a……ヒンジ 3b……ボンディングアーム 4……フィルムキャリアテープのリード 5……半導体素子(ペレット) 6……突起型電極(バンプ) 7……ボンディングステージ θ……据込角

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧着工程を有し、フィルムキャリアテープ
    のリードまたは半導体素子の外部引出用電極パッドのい
    ずれか一方に突起型電極を設け、該突起型電極と、フィ
    ルムキャリアテープのリード或いは半導体素子の外部引
    出用電極パッドとを突き合せて、その両者を、フィルム
    キャリアテープのリード毎にシングルポイントボンディ
    ングツールの熱圧着力を個別に加えることにより、接合
    する半導体装置の製造方法であって、 圧着工程は、シングルポイントボンディングツールの下
    端熱圧着面をフィルムキャリアテープのリードの表面に
    対して傾斜させ、リード表面に対して据込角をもって該
    リードをシングルポイントボンディングツールの下端熱
    圧着面で熱圧着する工程であり、 圧着工程は、シングルポイントボンディングツールによ
    る熱圧着時の変形抵抗が低いリードの先端部に対する熱
    圧着強度を高め、変形抵抗が高いリードの基部に対する
    熱圧着強度を弱めることにより、リードの塑性変形を該
    リードの長さ方向に向けて生じさせるものであることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】シングルポイントボンディングツールと、
    ヒンジ機構部とを有し、フィルムキャリアテープのリー
    ドまたは半導体素子の外部引出用電極パッドのいずれか
    一方に突起型電極を設け、該突起型電極と、フィルムキ
    ャリアテープのリード或いは半導体素子の外部引出用電
    極パッドとを突き合せて、その両者を、フィルムキャリ
    アテープのリード毎に熱圧着力を個別に加えることによ
    り、接合する半導体装置の製造装置であって、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱圧
    着面でフィルムキャリアテープのリードに熱圧着力を加
    えるものであり、 ヒンジ機構部は、枢支されたボンディングアームを有
    し、ボンディングアームは、枢支点からの長さを半径と
    する円弧を描き、該シングルポイントボンディングツー
    ルの下端熱圧着面をフィルムキャリアテープのリード表
    面に傾斜させて据込角をもって該リードをシングルポイ
    ントボンディングツールの下端熱圧着面で熱圧着させる
    ものであり、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱圧
    着面がフィルムキャリアテープのリード表面に対して傾
    斜して据込角をもつことにより、熱圧着時の変形抵抗が
    低いリードの先端部に対する熱圧着強度を高め、変形抵
    抗が高いリードの基部に対する熱圧着強度を弱めて、リ
    ードの塑性変形を該リードの長さ方向に向けて生じさせ
    ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  3. 【請求項3】シングルポイントボンディングツールと、
    傾斜機構部とを有し、フィルムキャリアテープのリード
    または半導体素子の外部引出用電極パッドのいずれか一
    方に突起型電極を設け、該突起型電極と、フィルムキャ
    リアテープのリード或いは半導体素子の外部引出用電極
    パッドとを突き合せて、その両者を、フィルムキャリア
    テープのリード毎に熱圧着力を個別に加えることによ
    り、接合する半導体装置の製造装置であって、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱圧
    着面でフィルムキャリアテープのリードに熱圧着力を加
    えるものであり、 傾斜機構部は、上下に配設した水平姿勢の少なくとも2
    本の平行なボンディングアームを有し、 2本のボンディングアームは、シングルポイントボンデ
    ィングツールを上下2箇所で枢支して平行リンク機構を
    構成するもので、その枢支位置を水平方向にずらせてシ
    ングルポイントボンディングツールの下端熱圧着面をフ
    ィルムキャリアテープのリード表面に傾斜させて据込角
    をもって該リードをシングルポイントボンディングツー
    ルの下端熱圧着面で熱圧着させるものであり、 シングルポイントボンディングツールは、その下端熱圧
    着面がフィルムキャリアテープのリード表面に対して傾
    斜して据込角をもつことにより、熱圧着時の変形抵抗が
    低いリードの先端部に対する熱圧着強度を高め、変形抵
    抗が高いリードの基部に対する熱圧着強度を弱めて、リ
    ードの塑性変形を該リードの長さ方向に向けて生じさせ
    ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
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