JP2699954B2 - ボンディングツール - Google Patents

ボンディングツール

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JP2699954B2
JP2699954B2 JP7266926A JP26692695A JP2699954B2 JP 2699954 B2 JP2699954 B2 JP 2699954B2 JP 7266926 A JP7266926 A JP 7266926A JP 26692695 A JP26692695 A JP 26692695A JP 2699954 B2 JP2699954 B2 JP 2699954B2
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bonding
bonding tool
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tin
semiconductor chip
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伸彦 小林
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    • HELECTRICITY
    • 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】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップが入
り込む開口を有するテープ状部材の該開口縁より内側に
延在するリード部材と該リード部材と対応する前記半導
体チップのバンプとを重ね押圧し接合するボンディング
ツールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のICは、TAB(Tap
e Automated Bond−ing)と総称さ
れるICである。このICは、樹脂テープ上に被着され
たリード部材を半導体チップの周辺にあるバンプと接続
される構造を有している。このリード部材をバンプに接
続する場合、リード部材を1本ずつ接合していくシング
ルポイントボンディングとICのリード部材の全てをを
一括して同時に接合するギャングボンディングとある
が、ここではシングルポイントボンディングについて説
明する。
【0003】図4(a)および(b)はTAB型のIC
のリードのボンディング方法を説明するための図であ
る。TAB型のICは、図4(a)に示すように、半導
体チップ7のAlパッド2上にボールボンディング法や
メッキ法で形成されるAuやCuなどのバンプ3が形成
されている。一方、TABテープ4は、テープに被着さ
れたCu箔がエッチングされて形成されインナーリード
5を有している。さらに、このインナーリード5はアウ
ターリード(図示せず)を含め表面にAuやSnがメッ
キされている。
【0004】このTABテープのインナーリード5と半
導体チップ7のバンプ3との接続は、図4(b)に示す
ように、まず、インナーリードボンダのボンディングス
テージ6に載置された半導体チップ7をTABテープ4
の開口4aに入れ、バンプ3の上にそれに対応したイン
ナーリード5が来るように半導体チップ7とTABテー
プ4は位置合せする。このとき、半導体チップ7はボン
ディングステージ6により所定の温度に加熱されてい
る。次に、インナーリード5の上からボンディングツー
ル7で加圧されインナーリード5とバンプ3は接合され
る。
【0005】このボンディングツール1でインナーリー
ド5とバンプ3を加圧する際に、超音波ホーンで加圧と
同時に超音波を印加して接合する場合がある。いずれに
しても、それ以降は、TABテープ4の開口4aの周囲
にある複数のインナーリード5とそれに対応するバンプ
3が順次接合され、TAB型のICのリードボンディン
グが完了する。また、特開平6−283577号公報に
開示されているように、バンプを形成せず、半導体チッ
プのAlのパッドとインナーリードを直接接合するとい
った方法もある。
【0006】図5(a)および(b)はボンディングツ
ールの例を示す図である。上記のようなリードボンディ
ングに用いられるボンディングツールは、一例として、
特願平6−174423号公報に開示されている。この
ボンディングツールは、図5(a),(b)で示すよう
な形状をしている。これは、リードの多ピン化および狭
ピッチ化が進むにつれて、隣接するインナーリードに干
渉しないようにボンディングツールの先端を細くしたボ
トルネック形状をしている。
【0007】そして、これらツールの材質は、チタニウ
ムカーバイド(TiC)やタングステンカーバイド(W
C)のような耐摩耗性の超硬質合金を使用し、グライン
ディング加工や放電加工を用いて所望の形状に製作し長
寿命のボンディングツールを得ていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶表
示用のドライバICのように、ボンディング性能を改善
するために錫メッキを施したリードに図5の超硬質合金
のボンディングツールでボンディングする場合、ボンデ
ィング毎にツール先端にSnが付着・堆積し、やがてツ
ールから剥れ、剥れたSn屑が種々の品質の問題を発生
していた。
【0009】このSn屑の発生による問題をさらに詳細
に説明すると、まず、Snメッキが施されたTABテー
プのインナーリードと半導体チップのバンプとをボンデ
ィングする際に、ボンディングツールでインナーリード
を加圧している間に加熱された半導体チップの熱の影響
でインナーリード表面のSnメッキが溶融軟化する。ま
た、従来のボンディングツールは、Snと濡れやすい超
硬質合金などで作られている上にツール先端面が放電加
工されているためツール表面が粗くSnが付着しやすい
ものであった。
【0010】それ故、ツール先端にSnが付着堆積し大
きく成長するものは50μm程度の長さになる。その結
果、ボンディングツールの移動経路、つまりインナーリ
ードとAlパッドの接合部近傍に落下し、隣接するAl
パッドや、Alパッド周辺の配線間で短絡させ半導体装
置としての信頼性や製造歩留りを低下させるという問題
があった。
【0011】これを回避する手段として、TABテープ
のインナーリードにSnメッキを使用せず、ボンディン
グステージで加熱された半導体チップの温度より高い融
点のAuをメッキしたTABテープを使用することが考
えられが、TABテープのコストを高くし得策な方法で
はない。
【0012】また、別の方法として、特開平2−222
554号公報に開示されているように、インナーリード
の接合面のみSnメッキを施し、それ以外の面にはNi
メッキを施したTABテープを使用する方法がある。こ
の方法ではツールの加圧面にSnメッキはないので、ツ
ールへのSnの付着を防止できるものの、インナーリー
ドの片面にのみSnメッキをつけ、その後Snメッキ面
以外にNiメッキを施すといった2度のメッキ工程を行
うため、やはりTABテープコストが高くなるとともに
工期が長くなるという問題がある。
【0013】従って、本発明の目的は、寿命が長いとと
もに錫メッキ屑が付着しないボンディングツールを提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
チップが入り込む開口を有するテープ状部材の該開口縁
より内側に延在する複数のリード部材に対応する前記半
導体チップのバンプとを重ね押圧し接合するボンディン
グツールにおいて、該ボンディングツールの外表
溶液との接触角が大きく錫とぬれ性が悪い材質で一体化
されて形成される棒状部材であるボンディングツールで
ある。
【0015】また、前記棒状部材の材質がジルコニアで
あることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
【0017】本発明は、錫溶液とのぬれ性の大小すなわ
ち、錫溶液の付着力の大小に着目しボンディングツール
の種々の材質による接触角を調査することでボンデイン
グツールの適切な材料を選んでなされたものである。
【0018】まず、超硬質合金の他にセラミックスなど
の種々の材質の板状サンプルを準備し、板状サンプルの
一面を鏡面に仕上げた。そして、容器に蓄くわえられた
錫溶液に板状サンプルを垂直に立て浸し、鏡面から裾を
引くように錫溶液が垂れ下る接触角を横型拡大投影機で
測定した。
【0019】その結果、TiCのような超硬質合金は接
触角が約40°と錫が濡れやすい材質であった。また、
アルミナセラミック(Al2 3 )やジルコニア(Zr
2)は溶融したSnとの接触角が約170°と非常に
Snが濡れにくい材質であるという知見が得られた。
【0020】そこで、本発明の第1の実施の形態として
アルミナセラミック(Al2 3 )とジルコニア(Zr
2 )の材料で一体化されたボンディングツールの製作
を試みた。これには、まず、粉末状のアルミナをバイン
ド材を含ませ固めてから焼成し前述の図5(b)で示し
た棒状部材に成形した。次に、この棒状部材の先端面の
表面粗さを、Ra0.05μm以下になるように研摩し
ボンディングツールを製作した。
【0021】また、同様の方法で、ジルコニア(ZrO
2 )によるボンディングツールを製作した。ただ、Zr
2 はAl2 3 より粒径が細く研摩仕上りが良くRa
0.01μm以下まで研磨できた。また、ZrO2 はA
2 3 より靱性が高く、ボンディングツールをボトル
ネック形状に加工するときの破損も少く、ツール製造歩
留りもAl2 3 より良いという結果が得られた。この
ことを考慮すると、ツール先端サイズは、Al2 3
りツール先端径を細くでき狭いピッチのバンプの接続に
より適しているという利点がある。
【0022】図1はアルミナおよびジルコニアならびに
超硬材料で一体化してなるボンディングツールを使用し
てボンデイングしたときの錫屑の発生結果を示す表であ
る。ちなみに、アルミナおよびジルコニアならびに従来
の超硬で製作したボンディングツールを用いてボンディ
ング実験を行なってみたところ、その結果、図1の表に
示すように、表面をRa0.01μm以下に研磨された
ジルコニアのボンディングツールが屑の発生率は0パー
セントという最も優れた結果が得られた。
【0023】一方、アルミナのボンディングツールの屑
発生率は、従来の超硬のボンディングツールの屑発生率
0.84パーセントより低いものの、0.4パーセント
で半減しただけという予想外の結果であった。そこで、
表面粗さに着目しさらに鏡面に仕上げたものについて試
みたところ、0.31パーセントであった。このことに
より、ジルコニアとアルミとの屑の発生率の差は表面粗
さに起因するものであると確認できた。
【0024】図2は本発明に関連する技術におけるボン
ディングツールの部分破断正面図である。このボンディ
ングツールは、半導体装置の製造における窒化膜が緻密
で硬い膜であるという知見からなされたものである。す
なわち、図2に示すように、シャンク側から伸びる金属
棒体1bの先端部に窒化膜1aを被着させることであ
る。そして、この窒化膜1aを錫とぬれ性のない材質に
することである。
【0025】そこで、この窒化膜の材質を選ぶために、
板状サンプルに種々の窒化膜を形成し、前述の接触角を
求めてみた。その結果、錫溶液との接触角が約140°
を示したチタニウムナイトライド(TiN)と約150
°のボロンナイトライド(BN)とが選出された。
【0026】そして、靱性の高い工具鋼で金属棒体1b
を製作し先端部をRa0.05μmに研摩し、気相成長
装置によりチタニウムナイトライド(TiN)およびボ
ロンナイトライド(BN)の窒化膜1aを約1μm程度
の厚さで形成した。このボンディングツールは、後述す
るが錫の屑の発生率が低くなることは勿論、本体を剛性
の高い工具鋼であるため超音波振動を印加するのに発振
効率が良いという利点がある。
【0027】図3はTiN膜およびBN膜を施したボン
ディングツールを使用してボンデイングしたときの錫屑
の発生結果を示す表である。ちなみに、TiN膜および
BN膜を施したボンディングツールを使用してボンディ
ング実験を行なったところ、図3に示す結果が得られ
た。すなわち、図3に示すように、TiN膜のボンディ
ングツールは屑発生率が0.2パーセントで、BN膜の
ボンディングツールは0.24パーセントとともに低い
発生率があった。
【0028】この実施の形態のボンディングツールは、
前述の実施形態のボンディングツールに比べシャンクは
超音波振動を効率良く伝える材料に選ぶことができるの
で、超音波振動を印加する場合には有利である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、錫の付着
しにくく硬度の高い材質でボンディングツールの先端部
を形成することによって、隣接Alパッド間やAlパッ
ドと側部配線間でショートの原因になるような大きなS
n屑の発生がなくなり、その結果、半導体装置の信頼性
や製造歩留りが低下しないでTAB型のICを製造でき
るという効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミナおよびジルコニアならびに超硬材料で
一体化してなるボンディングツールを使用してボンデイ
ングしたときの錫屑の発生結果を示す表である。
【図2】本発明に関連する技術におけるボンディングツ
ールの部分破断正面図である。
【図3】TiN膜およびBN膜を施したボンディングツ
ールを使用してボンデイングしたときの錫屑の発生結果
を示す表である。
【図4】TAB型のICのリードのボンディング方法を
説明するための図である。
【図5】ボンディングツールの例を示す図である。
【符号の説明】
1 ボンディングツール 1a 窒化膜 1b 金属棒体 2 Alパッド 3 バンプ 4 TABテープ 5 インナーリード 6 ボンディングステージ 7 半導体チップ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップが入り込む開口を有するテ
    ープ状部材の該開口縁より内側に延在する複数のリード
    部材に対応する前記半導体チップのバンプとを重ね押圧
    し接合するボンディングツールにおいて、該ボンディン
    グツールの外表溶液との接触角が大きく錫とぬれ
    性が悪い材質で一体化されて形成される棒状部材である
    ことを特徴とするボンディングツール。
  2. 【請求項2】 前記棒状部材の材質がジルコニアである
    ことを特徴とする請求項1記載のボンディングツール。
JP7266926A 1995-10-16 1995-10-16 ボンディングツール Expired - Lifetime JP2699954B2 (ja)

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