JP2553810B2

JP2553810B2 - ボンディング装置

Info

Publication number: JP2553810B2
Application number: JP4340035A
Authority: JP
Inventors: 信逸竹橋; 賢造畑田; 博昭藤本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JPH06188291A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボンディング装置に関
し、例えば、フィルムリードとＬＳＩチップの電極との
接合に有用なボンディング装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器は複数部品のＬＳＩチッ
プ化と高密度実装技術の向上で小型・高機能・低コスト
化がはかられている。なかでもポリイミド等の可塑性フ
ィルムを基板とし、表面に導体配線を形成、導出した接
続リードをバンプを介して半導体チップの素子電極と接
合するフィルムキャリアによる半導体チップの実装方式
が多く用いられている。しかし、フィルムキャリアで半
導体チップを実装するためには半導体チップの素子電極
上にＡｕ、はんだ等からなるバンプを形成する必要があ
る。

【０００３】バンプの形成方法にはいくつかの方式があ
り、図１２にウェハバンプ方式におけるバンプの形成方
法を示す。半導体ウェハ３０の全面に電解めっきの電極
と、素子電極６０とバンプ界面の接触抵抗の増加を防ぐ
ためのバリアメタルと称する導電層３１を蒸着法により
形成する（同図（Ａ））。導電層３１の材料としてはＴ
ｉ、Ｐｄ等が用いられる。

【０００４】導電層３１を形成後、素子電極６０の上に
選択的にＡｕバンプを形成するための感光性絶縁材料か
らなる絶縁層３３を塗布する（同図（Ｂ））。感光性絶
縁材料にはフォトレジスト等が使用できる。

【０００５】次に半導体ウェハ３０の素子電極６０の配
置パターンと相対したフォトマスク（図示せず）で絶縁
層３３を選択的に除去して素子電極３２の上に開口部３
４を形成する（同図（Ｃ））。

【０００６】絶縁層３３に開口部３４を形成後、めっき
液中に半導体ウェハ３０を浸漬させ、導電層３１に電界
を印加させ、開口部３４にＡｕバンプ５４をめっき成
長、形成する（同図（Ｄ））。

【０００７】バンプ５４形成後、フォトリソグラフィー
で素子電極６０以外の絶縁層３３および、導電層３１を
エッチングにより除去し、半導体ウェハ３０上の素子電
極６０のすべてにバンプ５４を形成するものである（同
図（Ｅ））。

【０００８】図１３を用いて、これら素子電極６０上に
バンプ５４が形成された半導体チップ５９のフィルムキ
ャリァキャリア実装工程について説明する。半導体ウェ
ハ３０は個々の半導体チップ５９に切断され、加熱ステ
ージ６７上に仮固定する。半導体チップ５９上にフィル
ムキャリア５６を位置させ、リード５５と半導体チップ
５９の素子電極６０すなわち、バンプ５４と位置合わせ
を行う（同図（Ａ））。

【０００９】リード５５の位置合わせ後、加熱された圧
接治具６１でリード５５を圧接５８し、半導体チップ５
９の素子電極６０とリード５５をバンプ５４を介して接
合する（同図（Ｂ））。

【００１０】その後、接合後加圧治具６１による加圧を
解除する。これにより半導体チップ５９の素子電極６０
とリード５５は一括でギャングボンディングされる。

【００１１】図１４は他の方法によるバンプ形成方法を
示したものである。バンプは既存のボールボンディング
でキャピラリツール７２より導出したＡｕワイヤ７０の
先端部を放電スパークによってＡｕボール７１を形成し
（同図（Ａ））、これをキャピラリツール７２を矢印５
８方向に移動させることで半導体チップ５９の素子電極
６０に圧接させる。

【００１２】圧接後、Ａｕワイヤ７０のＡｕボール部７
１のみを半導体チップ５９の素子電極６０の上に残して
Ａｕワイヤ７０を切断する。これを繰り返して半導体チ
ップ５９の素子電極６０すべてにＡｕボールバンプ７３
を形成させるものである（同図（Ｂ））。

【００１３】このＡｕボールバンプ７３でフィルムキャ
リアのリードと素子電極とを接合できるものである。こ
の方式は従来のＡｕボールボンダーが使用でき、前記ウ
ェハバンプ方式と比べ容易にバンプ形成が行えるといっ
た特徴を有する。

【００１４】図１５はさらに他のバンプ形成方法を示し
たもので、フィルムキャリア５６のリード５５の先端部
をエッチングによりメサ状７５に加工し、これをバンプ
として半導体チップ５９の素子電極６０とを接合しよう
とするものである。しかし、リード５５の材質はＣｕの
ため硬度がＡｕを材料としたバンプより高いため、リー
ド５５を半導体チップ５９の素子電極６０に圧接した
際、素子電極６０下の酸化膜にダメージをあたえ、半導
体チップ５９を不良に至らせ、信頼性を著しく低下させ
るものであった。

【００１５】一方、近年、半導体チップの多機能、高性
能化のため素子の高集積化よってチップ寸法が大型化
し、さらに電極は多端子化の傾向にある。さらにマイク
ロプロセッサ、ゲートアレーのような開発サイクルが短
く、またユーザー仕様で設計される少量多品種な半導体
チップにおいてのＴＡＢパッケージ化を容易にできる方
式として図１６に示すようなフィルムキャリア５６のリ
ード５５とバンプの形成された半導体チップ５９の電極
６０との接合をワイヤボンディングと同様に一点々個々
に、半導体チップの電極寸法に近い圧接面を有したボン
ディングツール６１で加圧５８して行なうシングルポイ
ント法が用いられている。

【００１６】図１７にシングルポイント法によるリード
と半導体チップの電極との接合方法を示す。同図（Ａ）
において、素子電極上にバンプを形成した半導体チップ
を加熱ステージに仮固定し、フィルムキャリアのリード
を素子電極とを位置合わせを行なう。

【００１７】位置合わせ後、リード５５を一本ずつボン
ディングツール６１で半導体チップの電極数分すなわ
ち、リード５５の本数分に圧接５８、超音波を印加し、
バンプ５４を塑性変形させ、リード５５を半導体チップ
５９の素子電極６０に接合されるものであった（同図
（Ｂ）、（Ｃ））。

【００１８】なお、この方式による接合は半導体チップ
の素子電極上に形成されるバンプの形成方法に関係なく
行なうことができ、ウェハバンプ方式でもボールバンプ
においても適用が可能なものであった。

【００１９】以上はフィルムキャリアによる従来の半導
体チップの実装方式を述べたものであるが、これらの手
段とは全く異なり、極めて一般的で現在の半導体チップ
の素子電極の電気的な接続方法としてセラミックや金属
製のパッケージに半導体チップを実装し、半導体チップ
の素子電極とパッケージの内部電極とを直径数十ミクロ
ンのＡｕやＡｌまたはＣｕの金属細線で電気的に接続す
るワイヤーボンディング方法がある。この方法は半導体
チップの素子電極とパッケージの内部電極に対し、個々
に両者の接続を行なうもので、フィルムキャリアによる
半導体チップの実装方法と使用する設備、材料、工程は
全く異なるものである。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法
によれば、下記に示す問題点を有するものである。

【００２１】フィルムキャリアＴＡＢ技術においてはリ
ードと半導体チップの電極と接合を行なうため従来のウ
ェハバンプ方式では半導体チップの電極上に、一方、転
写バンプ方式ではリード側にそれぞれバンプを形成する
必要がある。このため、下記の問題点がある。（ａ）ウェハバンプ方式においては半導体ウェハ時の半
導体素子電極上に蒸着、フォトリソグラフィー等のバン
プ形成プロセスを必要とする。このため、バンプ形成時
基板上にリードおよび、半導体チップの電極の位置と相
対した配置でメッキプロセスによるバンプ形成とリード
へのバンプ形成のためのフォトマスクの作製が必要でま
た、フォトマスクは品種ごとに作製しなければならな
く、バンプ形成コストの増加、生産性に支障をきたし、
少量多品種な半導体チップへのＴＡＢパッケージ化が著
しく困難であった。

【００２２】さらには、これらバンプ形成工程が複雑か
つ、多くの工程を必要とするため、それに使用する高額
な製造設備を必要とした。これにより、バンプ形成コス
トが著しく高騰するものである。そして、半導体ウェハ
の半導体素子電極上にＴｉ、Ｐｄ等のバリアメタルの蒸
着、フォトリソグラフィー、エッチング等のバンプ形成
工程によって半導体素子の不良が発生し、歩留まりが著
しく低下する。（ｂ）転写バンプ方式においては半導体チップの電極と
相対した配置でバンプが形成されたバンプ形成基板とこ
れらバンプをリードに転写する工程および、設備が必要
となる。また、半導体チップの品種変更の際には品種ご
とにバンプ形成基板がその都度必要でこれによりバンプ
形成コストが増加し、生産性に多大な支障をきたし、少
量多品種の半導体チップへのＴＡＢパッケージ化がきわ
めて困難となる。（ｃ）半導体チップの電極にボールボンディングでバン
プを形成するボールバンプにおいては半導体チップの電
極をバンプ形成時とリード接合時の２回にわたって接合
の際の衝撃荷重および熱圧着ストレスが加わる。そのた
め電極の下地酸化膜へのクラックや素子の静電破壊によ
る不良が発生し、半導体チップの歩留りが低下する。（ｄ）ウェハバンプ、転写バンプおよびボールバンプに
おいて、バンプ材料には主に高価なＡｕ（Ａｕめっき
液、Ａｕワイヤ）が用いられる。そのためバンプ形成の
材料コストは著しく増大するものである。（ｅ）フィルムキャリアのリードをエッチングによって
突起状のバンプ形成する場合においては専用のリードの
エッチング工程、設備が必要となりフィルムキャリアの
価格が高額となる。また、リードの材質は銅で硬度はＡ
ｕと比較すると３倍近く高い。そのため半導体チップの
電極へ接合する際の加圧によって電極の下地酸化膜にク
ラックが発生する。また、接合は突起状のバンプの塑性
変形で行なわれる。そして硬度が高いリードバンプのた
め電極と十分な塑性変形が行なわれないため接合強度が
低くなり、接合不良等による歩留り低下が生じる。

【００２３】以上のように本発明は上記問題点に鑑み、
ＴＡＢパッケージ化に際し、フィルムリードおよび、半
導体チップの電極に不可欠であったバンプ形成が不要
で、多品種の半導体チップへも迅速かつ、低コストで対
応でき、従来のバンプ形成方式によるリードと電極との
接合方法おける従来の問題点を一掃し、ＴＡＢ技術の汎
用性をさらに高め、低コストで信頼性の高いＴＡＢパッ
ケージを極めて容易に実現できることを提供するもので
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明の電子部品の電極とリードとの接合方法は、離
間したフィルムキャリアのリードと電子部品の電極間
に、接合材を設置し、治具により前記リードと前記接合
材および、前記電極を加圧して前記接合材を介して前記
リードと電極を接続し、前記接合材を切断するものであ
る。さらに望ましくは接合材を電極とを位置合わせ後、
リードを前記電極と位置合わせする。また、接合材の先
端形状が球状であること、接合材の切断を、冶具を除去
した後、加圧されていない領域にて切断するという方法
を本発明は提供するものである。

【００２５】

【作用】本発明は上記手段、すなわち離間したリードと
素子電極の間に、バンプの代替えとなる接合材を設置し
てリードを加圧治具で加熱、加圧してリードと素子電極
を圧接、接合し、接合後接合材を切断することによっ
て、半導体ウェハおよび、半導体チップの素子電極上へ
のバンプ形成工程が不要となる。さらに、これらのリー
ドの加工設備が不要となり、少量多品種生産を迅速に行
えることとなる。従ってむ、半導体チップのＴＡＢパッ
ケージ技術の汎用性が極めてたかまるものである。

【００２６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

【００２７】図１は本発明の一実施例のボンディング装
置のボンディング部の構成を示したものである。ボンデ
ィングヘッド１には超音波発振コイル２から導出した超
音波ホーン３が設けられている。超音波の周波数は通常
６０キロヘルツから１２０キロヘルツが使用される。超
音波ホーン３の先端にはボンディングツール４が取り付
けられており、ボンディングツール４の軸にはボンディ
ングツール４を加熱するためのコイルヒーター等の加熱
装置５が設けられている。

【００２８】接合材６は超音波ホーン３の上部に収納リ
ール７に巻かれて設置され、収納リール７より超音波ホ
ーン３の軸方向のボンディングツール４の先端部に導か
れる。接合材６の導出経路途中には接合材６の保持と接
合後、接合材６を引きちぎり、切断するためのクランプ
８が設けられている。接合前の待機状態では接合材６は
常にボンディングツール４の圧接部の直下にくるように
クランプ８で保持、供給されるものである。

【００２９】ボンディングヘッド１の全体はＸ、Ｙ、θ
に可動できる構造を有するものである。また、半導体チ
ップ１０を保持、加熱する加熱ステージ９は、フィルム
キャリア１２のリード１３と半導体チップ１０の素子電
極１４とを位置合わせするＸ、Ｙ、θ方向の可動機構と
石英板からなる熱吸収板１７を具備した加熱ステージ９
に半導体チップ１０は真空吸着等１１で固定される構造
となっている。

【００３０】その上部にフィルムキャリア１２を保持
し、リード１３と半導体チップ１０の素子電極１４とは
所定の間隔Ｈを保ち、位置合わせする保持機構１５が設
けられている。

【００３１】図２は、上記図１のボンディング部を含
む、本実施例装置の全体構成を示す斜視図である。ボン
ディング動作を行うボンディングヘッド１の構成はボン
ディングヘッドをＸ方向ｘ１とＹ方向ｙ１に可動させる
ためのＸ軸のパルスモーター８０とＸ軸ボールネジ８１
および、Ｙ軸パルスモーター８２とＹ軸ボールネジ８３
からなるＸ、Ｙ方向の送り機構と超音波ホーン３およ
び、超音波ホーン３を回転させるためのθ軸パルスモー
ター８４が設けられている。

【００３２】これらの構成により、収納リール（図示せ
ず）に巻取られた長尺状のフィルムキャリア１２を回
転、可動させることなくボンディングすることが可能と
なる。ボンディング時の半導体チップ１０を加熱、吸着
固定する加熱ステージ９にはリード１３と素子電極１４
との位置合わせするためのスクリューネジ８５とθ回転
パルスモーター８６および、石英板からなる熱吸収板１
７が具備され、半導体チップ１０を真空吸着する真空配
管等１１が設けられている。

【００３３】長尺状のフィルムキャリア１２は、搬送用
送りモーター８７、８８によって１デバイスごと加熱ス
テージ上の保持機構１５に自動送りされるものである。
保持機構１５は、図１において説明したように、更にフ
ィルムキャリア１２のリード１３と半導体チップ１０の
素子電極１４とは所定の間隔Ｈを設けることができるよ
うＺ方向ｚに上下可動できる構造となっている。間隔Ｈ
は用いる接合材６の形状寸法によるが５０〜１００ミク
ロン程度である。

【００３４】加熱ステージ９には、Ｘ方向ｘ２とＹ方向
ｙ２に可動させるためのＸ軸のパルスモーター８９とＸ
軸ボールネジ９０および、Ｙ軸パルスモーター９１とＹ
軸ボールネジ９２からなるＸ、Ｙ方向の送り機構が設け
られている。この加熱ステージ９の可動機構によって、
半導体チップ１０の素子電極１４とフィルムキャリア１
２のリード１３とを高精度に位置合わせを行なうことが
できる。

【００３５】一方、図３は第２のボンディング装置の実
施例を示したものである。ここでのボンディング装置は
超音波ホーン３および、ボンディングツール４を２組設
け、ボンディングヘッド１を２基設置したものである。
ボンディングヘッド１の可動機構と加熱ステージ９の可
動機構は第１のボンディング装置と同じである。

【００３６】それぞれのボンディングヘッド１はＸ、Ｙ
方向に超音波ホーン３を９０゜ずらして配置され、この
構成により、フィルムキャリアの各辺のリードの圧接を
Ｘ方向とＹ方向の専用のボンディングヘッドで行うこと
ができる。このことによってボンディングヘッド１の可
動機構の簡素化とボンディングヘッド１のθ回転頻度を
低減させ、ボンディング速度を高めることができる。

【００３７】ボンディングヘッド１の機構は第１の実施
例のボンディング装置と可動機構は同様で、ボンディン
グヘッド１をＸ方向ｘ１とＹ方向ｙ１に可動させるため
のＸ軸のパルスモーター８０、８０’とＸ軸ボールネジ
８１、８１’および、Ｙ軸パルスモーター８２、８２’
とＹ軸ボールネジ８３、８３’からなるＸ、Ｙ方向の送
り機構と超音波ホーン３および、ボンディングツール４
を回転させるためのθ軸パルスモーター８４、８４’が
設けられている。

【００３８】ボンディング時の半導体チップ１０を加
熱、吸着固定する加熱ステージ９も同様に、θ方向に回
転させるためのスクリューネジ８５とθ回転パルスモー
ター８６と石英板からなる熱吸収板１７が具備され、半
導体チップ１０を真空吸着する真空配管等１１が設けら
れている。

【００３９】長尺状のフィルムキャリア１２は、搬送用
送りモーター８７、８８によって１デバイスごと加熱ス
テージ上の保持機構１５に自動送りされるものである。
保持機構１５はフィルムキャリア１２のリード１３と半
導体チップ１０の素子電極１４とは所定の間隔Ｈを設け
ることができるようＺ方向ｚに上下可動できる構造とな
っている。間隔Ｈは用いる接合材６の形状寸法によるが
５０〜１００ミクロン程度である。

【００４０】加熱ステージ９にはＸ方向ｘ２とＹ方向ｙ
２に可動させるためのＸ軸のパルスモーター８９とＸ軸
ボールネジ９０および、Ｙ軸パルスモーター９１とＹ軸
ボールネジ９２からなるＸ、Ｙ方向の送り機構が設けら
れている。この加熱ステージ９の可動機構によって、半
導体チップ１０の素子電極１４とフィルムキャリア１２
のリード１３とを高精度に位置合わせを行なうことがで
きる。

【００４１】図４は、ボンディング装置におけるボンデ
ィングツールの更に詳細な構造を示したものである。ボ
ンディングツールにはウェッジワイヤボンディングに使
用するボンディングツール（他の呼び名：ボンディング
ウェッジ）を用いることができる。

【００４２】ボンディングツール４の構成としては、ボ
ンディングツール４の先端部には、接合材６が導出する
貫通穴１７が設けられており、この貫通穴１７から接合
材６を通すことにより、接合材６の先端部は常にボンデ
ィングツール４の先端部の圧接面の中心に正確に位置さ
せることができる。従って、ボンディングツール４の先
端部にこのような貫通穴１７を設けることにより、接合
材６の供給経路が一定となるため、クランプ８の開閉Ａ
および、引きちぎりＢの切断動作が確実となるため安定
した接合の供給と接合が可能となる。

【００４３】本実施例に示すように、接合材６は、リー
ド１３の先端側からリード１３に平行に（リード１３に
沿うように）間隙Ｈに送出するようにする、あるいは接
合後にクランプ８により切断する際に接合材６をリード
１３と平行方向に引っ張って切断するのが好適である。
その理由は、間隙Ｈに接合材６を挿入する際、あるいは
リード１３と電極１４との接合後に接合材を切断する際
に、リード１３と接合材６とを平行状態を維持すること
により、隣接するリード１３と接合材６との衝突が回避
でき、信頼性の高い装置を実現できるからである。

【００４４】即ち、接合材６あるいはリード１３は極め
て細く変形しやすいので、もしリード１３と接合材６と
が衝突すると、リードが変形して間隙Ｈが変化する、あ
るいは接合材６の先端部が変形するなどして、接合材６
とリードとの相対位置関係が変化して、接合の信頼性が
低下する要因となる。

【００４５】なお、他の方式において、接合時、ボンデ
ィングツール圧接領域に接合材を安定かつ、確実に供
給、切断できる機構を別に構成すればボンディングツー
ル４に貫通穴１７を設ける必要はない。

【００４６】次にこのボンディング装置を用いた、リー
ドと半導体チップの素子電極との接合工程について図５
を用いて説明する。

【００４７】図５において、加熱ステージ９に半導体チ
ップ１０を固定させ、半導体チップ１０の素子電極１４
とフィルムキャリア１２のリード１３とを位置合わせを
行う（図５（Ａ））。

【００４８】次に、リード１３と素子電極１４の位置合
わせの際のリード１３と素子電極１４間の間隔Ｈは接合
材６が挿入できるよう所定の間隔Ｈを設けて行う。間隔
Ｈの距離は、用いる接合材６の形状寸法によるが５０〜
１００ミクロン程度に設定すると高精度の接合が実現で
きる。このように、この間隙Ｈは、重要なファクターで
あるので、図５に示すように、フィルムキャリア１２
は、リード１３が電極１４側に存するように保持するの
が好適である。即ち、もし、リード１３が図５に示す面
と反対側の面に存するように保持すると、間隙Ｈは、フ
ィルムキャリアの厚さ以下に設定することが困難となる
ためである。フィルムキャリア１２のリード１３と素子
電極１４との位置合わせ完了後、接合材６をリード１３
と素子電極１４の間に挿入１８させ位置固定する（図５
（Ｂ））。

【００４９】ここでの各部材の位置関係は、位置合わせ
されたリード１３と素子電極１４の真上に加圧を行うた
めのボンディングツール４が配置され、リード１３と素
子電極１４との間には接合材６が配置された構成であ
る。すなわち、上からの構成順序はボンディングツール
４・リード１３・接合材６・素子電極１４となる。

【００５０】そして、加熱したボンディングツール４を
接合材６の先端部が挿入されたリード１３の上より圧接
１６、超音波を加えてリード１３を素子電極１４に接合
する（図５（Ｃ））。

【００５１】引き続き、図６（Ａ）に示すように、リー
ド１３をボンディングツール４で圧接された状態でクラ
ンプ８をＡ方向に閉め接合材６を固定し、クランプ８を
Ｂ方向に移動させ、接合材６をリード１３の先端部近傍
より引っ張って切断する。その後ボンディングツール４
を上昇させ、加圧を解除する（図６（Ｂ））。

【００５２】この時、リード１３と素子電極１４はバン
プとなる接合材６を介した接合を１回で完了できるもの
である。すなわち、従来のボールバンプのように素子電
極上へのボール形成を行う際と、リード接合の際、加圧
が２回必要であったのに対し本発明では、バンプ形成と
リードと素子電極との接合が同時に１回の加圧で行うこ
とができるものである。

【００５３】次にボンディングツールの上昇に伴う加圧
解除と同時に接合材６を固定したクランプ８をＣ方向へ
移動させ、接合材６の先端をボンディングツール４の真
下に位置させ、クランプ８をＤ方向に開き接合材６の固
定を解放する。以下、これらの動作を繰り返し、全リー
ド１３に対して素子電極１４との接合を行うものである
（図６（Ｃ））。

【００５４】ここでフィルムキャリアのリードと半導体
チップの素子電極との位置合わせはボンディング装置に
パターン認識機能を付加させることによって、高速で高
精度の位置合わせを行うことが可能である。

【００５５】この時の位置合わせ順序の一例を図７に示
す。図７（Ａ）においてフィルムキャリア１２のリード
１３と半導体チップ１０の素子電極１４とをリード１３
と素子電極１４間を間隔Ｈを設けて離間させる。

【００５６】次に図７（Ｂ）における離間されたリード
１３と素子電極間１４に接合材６の先端を位置合わせ
し、リード１３と素子電極１４の間に接合材６を挿入す
る。

【００５７】そして図７（Ｃ）においてボンディングツ
ールで加圧、リード１３を素子電極１４に接合する。こ
こで、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）におけるＩ−Ｉ断面で
ある。

【００５８】接合後、リードの加圧を保持したまま、接
合材をリード先端部近傍より切断し、半導体チップ１０
の形成素子電極数繰り返して行ない、全素子電極１４の
接合を完了する（図７（Ｄ））。

【００５９】これらの方法、順序よって実際のフィルム
キャリアのリードと半導体チップの素子電極の位置合わ
せおよび、接合順序を図８、９に示す。

【００６０】図８はフィルムキャリアのリードと半導体
チップの素子電極の位置合わせ順序を示したものであ
る。図８（Ａ）において、加熱ステージ９の上に半導体
チップ１０を供給した直後のフィルムキャリア１２のリ
ード１３と半導体チップ１０の素子電極１４の関係を示
す。リード１３と素子電極１４は、初期設定状態では、
互いに大きく位置がずれており、正確な位置合わせを行
うため、加熱ステージをＸ、Ｙ方向に移動およびθ方向
に回転させて、半導体チップ１０側を移動させ、フィル
ムキャリア１２のリード１３と半導体チップ１０の素子
電極１４とを位置合わせする（図８（Ｂ））。

【００６１】両者の位置合わせが完了後、リード１３と
素子電極１４との間に接合材を挿入する間隔Ｈを設け
て、離間させる。なお、これらの位置合わせはカメラ等
の光学機器によるパターン認識システムを用いることに
より高精度な位置合わせ容易に可能である。また、リー
ド１３と素子電極１４の間隔Ｈは最初の位置合わせ図８
（Ａ）ですでに離間させてもよい。

【００６２】次に図９にフィルムキャリア１２のリード
１３と半導体チップ１０の素子電極１４の接合順序を示
す。通常の接合順序は前記図８の位置合わせ終了後、任
意の位置よりある方向に１リードずつ接合される。

【００６３】図９（Ａ）は一般的な接合順序を示したも
ので主に前記記載の第１の実施例のボンディング装置に
おける接合順序である。

【００６４】図９（Ｂ）は、２基のボンディングヘッド
を有するボンディング装置、すなわち、前記記載の第２
の実施例ボンディング装置におけるリードの接合順序を
示したものである。例えば、Ｙ方向の辺のリードＡ、Ｂ
をＹ方向専用のボンディングヘッドで接合し、次にＸ方
向の辺のリードＣ、ＤをＸ方向専用のボンディングヘッ
ドでそれぞれ個に接合を行う。図９（Ａ）、（Ｂ）のい
ずれの場合においても、接合しようとするリードは常に
パターン認識処理を行い、挿入する接合材とずれのない
ように位置合わせされて接合されるものである。これに
よりきわめて高精度で効率のよい接合が行え、生産効率
がきわめて向上する。

【００６５】一方、上記で使用する接合材には従来のワ
イヤボンディングで使用している金、アルミ、銅、銀等
の線径が２０〜２００ミクロンのボンディングワイヤが
使用できるものである。使用するボンディングワイヤの
直径はリード幅と同等かもしくは１０〜２０％太いもの
が適正である。これにより、フィルムキャリアのリード
ピッチを５０ミクロン以下にすることが可能となり、フ
ァインピッチで高密度なリード接続が可能となり、大面
積で多端子の半導体チップへの適用が容易となるもので
ある。このことにより、接合材は従来のボンディングワ
イヤ等を無加工でそのまま使用でき、材料コストを安価
にすることができる。

【００６６】また、図１０（Ａ）に示すようたとえば、
接合材の先端を球状に加工しても同様に使用することが
可能で、これにより、リード直下への接合材の挿入方向
に制約がなくなり、安定した接合を実現できる。

【００６７】さらには図１０（Ｂ）に示すように、平板
状（リボン状）に加工された金、アルミ、銅、銀等の材
料も接合材として使用することができる。

【００６８】また、接合材がはんだ等の低融点金属材料
でも同様に使用することができ、この場合、リードは金
めっきの他、低コストなすずめっきやニッケルめっきが
施されたものが使用可能である。この場合の接合方法は
ボンディングツールを加熱させ、一定の時間で加圧させ
ることによって低融点金属の接合材を溶解させてリード
接合が行われるものである。

【００６９】さらに接合材として導電性材料を含有した
有機材料、たとえば導電性接着剤をスティック状または
棒状に加工したものを用い（図示せず）、加熱したボン
ディングツールで加圧、加熱させて硬化してリードと素
子電極とを接合することもできる。

【００７０】図１１は、本発明装置を用いてアルミ電極
へ接合を行なった接合状態を、走査型電子顕微鏡で観察
した写真をもとに描いた模写図である。ここで用いたフ
ィルムキャリアのリードは厚さ３５ミクロンの圧延銅に
１．５ミクロンのＡｕめっき処理されたもので、リード
幅は５０ミクロン、接合材は線径５０ミクロンで純度９
９．９９９９％の一般市販のワイヤボンディング用Ａｕ
ワイヤを使用した。接合を行なったアルミ電極の膜厚は
１ミクロンである。

【００７１】接合条件はボンディング荷重が８０ｇｆ、
ボンディング温度が３５０℃、超音波印可出力が０．８
Ｗ、超音波印可時間が１００ｍｓで行った結果、せん断
強度による接合強度は従来のＴＡＢリードの接合強度と
同等の１０〜１３Ｋｇ／平方ミリの接合強度が得られ、
実用上問題のない接合状態と接合強度が確認された。

【００７２】このように本発明は半導体ウェハおよび、
半導体チップの素子電極上へのバンプ形成が不必要で、
それにともなう設備、工程が一切不要となり、少量多品
種に迅速に対応でき、半導体チップのＴＡＢパッケージ
化を低コストで容易に行えるものである。また、既存の
設備を小規模な改良によって行うことができ、きわめて
実現性が高いものである。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明は（ａ）半導体ウェハや半導体チップの素子電極および、
フィルムキャリアのリードにバンプを形成する必要が不
要で、半導体チップの素子電極とリードを接合時にバン
プ形成と接合を１回の加圧で行うことができ、製造工程
が著しく簡素化され、製造コストの低減を図ることがで
きる。（ｂ）半導体チップ、半導体ウェハの素子電極および、
フィルムキャリアのリードへのバンプ形成工程とそれに
必要な設備・材料が不要となり、バンプ形成コストが低
減する。（ｃ）バンプ形成工程が不必要のため、フォトリソグラ
フィ、エッチングプロセスによる半導体ウェハおよび、
半導体チップ上の半導体素子不良が発生せず、歩留まり
の低下が皆無となる。（ｄ）無処理の半導体ウェハと半導体チップおよび、フ
ィルムキャリアが使用できるため、バンプ形成による特
別な設備、技術、材料、工程を必要としないためセット
メーカーにおいてもきわめて容易にかつ、簡便でＴＡＢ
パッケージ技術を用いることができる。その結果、ＴＡ
Ｂ技術の汎用性がきわめて向上する。（ｅ）接合領域がリード幅と同等以下にすることがで
き、５０ミクロン以下の微小ピッチでの接合が可能とな
る。そのため多端子な電極に対する高密度接続が可能と
なり、大型、超多端子のＬＳＩ、ＶＬＳＩ、マルチチッ
プモジュール等のＴＡＢパッケージ化に対し容易に対応
できる。（ｆ）既存の材料を無加工の状態のまま接合材として使
用でき、バンプ材料コストを低く押さえることができ
る。また、はんだ等の低融点金属によるリードの接合も
従来と比べ極めて容易に行うことができる。また、導電
性の有機材料をも同様に使用可能で低コスト化を確実に
行える。（ｇ）半導体チップの素子電極へのバンプ形成が従来の
ボールボンディングによるボールバンプの場合において
は、半導体チップの電極をバンプ形成時とリード接合時
の２回にわたって行っていたのに対し、本発明の接合方
法では、１回の接合の加圧だけでリードと素子電極の接
合が完了するため、加圧時の衝撃荷重および熱圧着スト
レスが半分になり、接合時における半導体チップへのダ
メージが低減され、その結果、素子電極の下地酸化膜へ
のクラックや素子の静電破壊による不良の発生が皆無と
なり、きわめて高い歩留りを実現できる。

【００７４】以上のように本発明は半導体チップのＴＡ
Ｂパッケージ化に際して、多大な効果を簡便にかつ、確
実に発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボンディング装置の一実施例における
要部構成図

【図２】同実施例装置の全体構成図

【図３】本発明の他の実施例の全体構成図

【図４】本発明の実施例におけるボンディングツール部
の詳細斜視図

【図５】本発明の実施例装置を用いた、リードと半導体
チップの素子電極との接合工程断面図

【図６】図５に引き続いて実施される接合工程の断面図

【図７】同実施例におけるリードと半導体チップの位置
合わせ順序を示した工程フローチャート図

【図８】同実施例におけるリードと電極の位置合わせ順
序を示した平面図

【図９】同実施例のフィルムキャリアのリードに対する
接合順序を示した平面図

【図１０】本発明において使用される接合材の一例を示
した斜視図

【図１１】同実施例装置により接合されたリードと電極
のの接合状態の走査型電子顕微鏡による観察図

【図１２】従来のウェハバンプ方式における半導体ウェ
ハへのバンプ形成工程を示した工程断面図

【図１３】従来のリードと半導体チップの素子電極との
接合工程断面図

【図１４】従来のボールバンプの形成方法を示した斜視
図

【図１５】従来のリードへのバンプ形成法の説明図

【図１６】従来のシングルポイントボンディング方式の
説明図

【図１７】従来のシングルポイントボンディング方式に
よるボンディングの説明図

【符号の説明】４ボンディングツール５加熱装置６接合材７収納リール８クランプ９加熱ステージ１０半導体チップ１２フィルムキャリァ１３リード１４素子電極Ｈ間隔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルムキャリアのリードと電子部品の電
極とを接合するボンディング装置であって、前記フィル
ムキャリアのリードと前記電極とを間隙を隔てて位置合
わせする位置合わせ手段と、前記フィルムキャリアと前
記リードとの前記間隙に、線状の接合材を供給する接合
材供給手段と、前記接合材が前記リードと前記電極との
間に供給された状態において前記リードと前記電極とを
少なくとも加圧状態において両者を前記接合材を介して
接合する加圧接合手段と、前記線状の接合材から、前記
リードと前記電極との接合部にある接合材を分離する分
離手段を有するボンディング装置。
【請求項２】加圧接合手段は、リードの幅に応じて先端
部を狭幅とされ前記先端部がリードに押圧される押圧部
材を有すると共に、前記先端部近傍において、接合材供
給手段により供給される線状の接合材を、リードと電極
の間隙部に導くための、接合材の案内手段が形成されて
いることを特徴とする請求項１記載のボンディング装
置。
【請求項３】接合材供給手段は、位置合わせ手段により
リードと電極とが位置合わせされた状態で、線状の接合
材の先端部を、リードの先端側からリードと平行方向に
送出して、リードと電極の間隙部に供給することを特徴
とする請求項１もしくは２記載のボンディング装置。
【請求項４】位置合わせ手段もしくは加圧接合手段の少
なくとも一方は、フィルムキャリアの面と平行な２次元
方向に可動であると共に、前記面に垂直な軸の回り回転
可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れ
かに記載のボンディング装置。
【請求項５】少なくとも加圧接合手段を２つ備え、電子
部品の２方向において配置された電極とリードの接合
を、それぞれの加圧接合手段で行うことを特徴とする請
求項１〜４記載のボンディング装置。
【請求項６】フィルムキャリアの形態が長尺状で円形リ
ールに巻取られたことを特徴とする請求項１〜５記載の
ボンディング装置。
【請求項７】位置合わせ手段は、フィルムキャリアの電
極側の面にリードが存在するようにフィルムキャリアを
保持することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載
のボンディング装置。
【請求項８】分離手段は、リードと電極の間に挿入され
た線状の接合材が加圧接合手段により接合された状態に
おいて、前記線状の接合材にリードと平行方向の引張力
を印加して切断するものであることを特徴とする請求項
３記載のボンディング装置。