JP2712757B2 - ボンディングツール - Google Patents

ボンディングツール

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JP2712757B2 JP2135065A JP13506590A JP2712757B2 JP 2712757 B2 JP2712757 B2 JP 2712757B2 JP 2135065 A JP2135065 A JP 2135065A JP 13506590 A JP13506590 A JP 13506590A JP 2712757 B2 JP2712757 B2 JP 2712757B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ゲートアレイやマイクロコンピュータの様
に多電極,狭ピッチのLSIチップを光硬化性樹脂を用
い、フェースダウンで配線基板に接続するマイクロバン
プボンディング実装技術に用いるボンディングツールに
関するものである。
従来の技術 従来の技術を第5図(a)(b)とともに説明する。
まず第5図(a)に示すようにセラミック,ガラス,ガ
ラスエポキシ等よりなる配線基板101の導体配線102を有
する面に絶縁性の樹脂105を塗布する。導体配線102はCr
−Au,Al,Cu,ito等であり、樹脂105は熱硬化型又は紫外
線硬化型のエポキシ,シリコン,アクリル等である。次
に第5図(b)に示すように半導体素子103の突起電極1
04と導体配線102とを一致させ、半導体素子103を加圧
し、配線基板101に押し当てる。突起電極104はAl,Au,Cu
等である。この時、導体配線102上の樹脂105は周囲に押
し出され、半導体素子103の突起電極101と導体配線102
は電気的に接触する。この時、突起電極104はわずかに
変形し、配線基板101の導体配線102の厚みのバラツキ
や、うねりを吸収し、全ての突起電極104が導体配線102
と接触する。次に、半導体素子103をボンディングツー
ルにより加圧した状態で、紫外線109を照射し、樹脂105
を硬化する。紫外線109の照射は、配線基板107がガラス
等の透明な場合は、下側より行い、セラミック等の不透
明な場合は、半導体素子105の側面より行う。次に、第
5図(c)に示す様にボンディングツール6を取り去
り、半導体素子105を配線基板101に、固着するととも
に、樹脂5の硬化収縮力により、半導体素子105の突起
電極104と導体配線102を電気的に接続するものである。
発明が解決しようとする課題 以上のように従来の技術では、半導体素子103の突起
電極104を配線基板101の導体配線102に直接接触させる
方法である為、多端子、狭ピッチの半導体素子103の実
装に有利な方法である。しかるに従来の方法は半導体素
子103がボンディングツール106に対し傾きを生じた時、
半導体素子103は不均一に加圧され、突起電極104を導体
配線101が接触しない部分が発生し、接続歩留りの低下
をきたすとともに、半導体素子3に歪が発生し、接続の
信頼性が低下すると云う問題があった。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、ボンディング
ツールの、加圧チップと、凹部を有した加圧チップ受け
の間に、凹部をふさぐ様に可とう性フィルムを設け、加
圧チップは、コイルばねにより、加圧チップ受けに保持
された構成としたものである。すなわち本発明は、平面
部よりなる加圧面を有し、前記加圧面の反対面に、前記
加圧面に対し垂直方向に延びたシャフトを有した加圧チ
ップと、前記加圧チップの加圧面の反対面が挿入できる
凹部を有し、前記凹部の底部に前記加圧チップのシャフ
トの径より大きい貫通孔を有し、かつ前記凹部を有する
面に、貫通孔有しかつ前記凹部をふさぐ様な可とう性フ
ィルムを有した加圧チップ受けを備え、前記加圧チップ
のシャフトが前記加圧チップ受け及び前記可とう性フィ
ルムの貫通孔に挿入され、前記シャフトの前記加圧チッ
プ受けの貫通孔からの突出部にコイルばねがはめ込ま
れ、前記シャフトの先端部に、前記コイルばねの径より
大きい止め具を設置することにより、前記加圧チップが
前記加圧チップ受けに固定されたボンディングツールを
提供するものである。また、本発明はボンディングツー
ルの加圧チップと、加圧チップ受けの間に、ゴムシート
及び、Oリングを設け、加圧チップはコイルばねによ
り、加圧チップ受けに保持された構成としたものであ
る。すなわち、本発明は、平面部よりなる加圧面を有
し、前記加圧面の反対面前記加圧面に対し垂直方向に延
びたシャフトを有した加圧チップと、前記シャフトが挿
入できる貫通孔を有した加圧チップ受けを備え、かつ前
記加圧チップのシャフトを有した面に、ゴムシート及び
Oリング備え、前記加圧チップのシャフトが、前記加圧
チップ受けの貫通孔に挿入され、前記シャフトの前記加
圧チップ受けの貫通孔からの突出部にコイルばねがはめ
込まれ、前記シャフトの先端部に、前記コイルばねの径
より大きい止め具を設置することにより、前記加圧チッ
プが前記加圧チップ受けに固定されたボンディングツー
ルを提供するものである。
作用 上記構成によれば、可とう性フィルムが、加圧力によ
り加圧チップ受けの凹部の上面から底面に至る間に、加
圧チップが、半導体素子の傾きを吸収し、小さい加圧力
により、半導体素子を均一に加圧させることができるの
で信頼性の高い接続を得るものである。また、上記構成
によれば、ボンディングツールにて、半導体素子を加圧
した際に、ゴムシート及びOリングにて、半導体素子の
傾きを吸収し、小さい加圧力により、半導体素子を均一
に加圧させることができるので信頼性の高い接続を得る
ことができるものである。
実施例 以下、本発明の一実施例を第1図,第2図とともに説
明する。まず、第1図とともにボンディングツールにつ
いて説明する。ステンレス、鉄等よりなる加圧チップ受
け31に半球状の凹部32が形成され、凹部32の底部には、
貫通孔36が形成されている。加圧チップ27は、加圧面37
とシャフト28を有している。加圧面37の平面度は、半導
体素子を均一に加圧する為、0.5μm程度以下である。
加圧チップ27は、加圧チップ受け31の貫通孔36に、Oリ
ング34を介して挿入され、コイルばね29,ばね受け30,35
によって、加圧チップ受けに保持されている。加圧チッ
プ27の加圧チップ受け31と接する側は、半球状となって
おり、加圧時には、加圧チップ受けの凹部にそうように
なっている。加圧チップ27と加圧チップ受け31の間には
可とう性フィルム33が設置されている。可とう性フィル
ム33は、シリコンゴム、ウレタンゴム、テフロンシート
等であり、厚みは、0.1〜2.0mm程度である。次に、本発
明のボンディングツールを用いた、半導体素子の実装方
法について述べる。まず第2図aに示す様に、セラミッ
ク、ガラス等よりなり、導体配線22を有した、配線基板
21に、光硬化性樹脂23を塗布する。導体配線22は、Au,C
u,Al等であり、その厚みは、0.1〜35μm程度である。
光硬化性樹脂23は、アクリル、エポキシ、シリコーン等
であり粘度は1000〜5000cp程度のものである。
次に第2図(b)に示す様に、半導体素子24の突起電
極25と導体配線22を位置合わせし、配線基板21に設置す
る。次に、ボンディングツールの加圧チップ27で半導体
素子24を加圧し、突起電極25を導体配線22に押し当て
る。この時、光硬化性樹脂23は周囲に押し出され、突起
電極25と導体配線22は電気的に接触する。加圧力は、1
突起電極25あたり、3〜50g程度である。この時、加圧
チップ27の加圧面37は、可とう性フィルム33が加圧チッ
プ27に押され、加圧チップ受けの凹部にならう間に、傾
いた半導体素子24の場合でも、均一に半導体素子24の裏
面に接触する。可とう性フィルム33が、加圧チップ受け
31の凹部に接するまでに半導体素子24が受ける圧力は、
可とう性フィルム33の曲げに対する抵抗力のみであり非
常に小さい為、突起電極25の不均一な変形は生じない。
可とう性フィルム33が、加圧チップ受け31の凹部に接し
た後は、所定の加圧力が半導体素子24に加わり、全ての
突起電極25が導体配線22に均一の圧力で接触する。
次に、半導体素子24を加圧した状態で、紫外線26を照
射し、光硬化性樹脂23を硬化する。紫外線26の照射は、
配線基板21がガラス等の透明な場合は、下側より行い、
セラミック等の不透明な場合は半導体素子24の側面より
行う。紫外線の照射量は、500mJ〜2000mJ程度である。
次に、第2図(c)に示す様に、ボンディングツールを
取り去り、半導体素子24を配線基板21に固着するととも
に、光硬化性樹脂23の硬化収縮力により、半導体素子24
の突起電極25と導体配線22の接触を保持するものであ
る。次に本発明の他の実施例を第3図,第4図とともに
説明する。まず、第3図とともにボンディングツールに
ついて説明する。加圧チップ57は、加圧面67とシャフト
を有し、加圧面67は、半導体素子とほぼ同じ寸法を有す
る。加圧面67は、半導体素子に均一に接触する必要があ
る為、平面度は、0.5μm程度以下に製作する。加圧チ
ップの材質は、半導体素子の加圧時に塑性変形が生じな
いようにするため超鋼等を用いる。加圧チップ57のシャ
フトは、加圧チップ受け61の貫通孔66に挿入され、Oリ
ング64、コイルばね58、ばねうけ60,65により、加圧チ
ップ受け61に保持されている。加圧チップ57と加圧チッ
プ受け61の間には、半導体素子の傾き吸収用のゴムシー
ト62とOリング63が設置されているものである。ゴムシ
ート62及びOリング63の材質は、軟らかくかつ、加重に
対する耐久性のあるものが望ましく、例えばシリコンゴ
ム、ウレタンゴム等を用いる。ゴムシート62の厚みは0.
1〜2.0mm程度である。次に、本発明によるボンディング
ツールを用いた、半導体素子の実装方法について述べ
る。まず、第4図aに示す様に、セラミック,ガラス等
よりなり、導体配線52を有した、配線基板51に、光硬化
性樹脂53を塗布する。導体配線52は、Au,Cu,Al等であ
り、その厚みは、0.1〜35μm程度である。光硬化性樹
脂53は、アクリル、エポキシ、シリコーン等であり粘度
は1000〜5000cp程度のものである。次に第2図(b)に
示す様に、半導体素子54の突起電極55と導体配線52を位
置合わせし、配線基板51に設置する。次にボンディング
ツールの加圧チップ57で半導体素子54を加圧し、突起電
極55を導体配線52に押し当てる。この時、光硬化性樹脂
53は周囲に押し出され、突起電極55と導体配線52は電気
的に接触する。加圧力は、1突起電極55あたり、3〜50
g程度である。
この時、まず最初にゴムシート62が、弾性変形し、半
導体素子64の傾きを吸収し、加圧面67は、半導体素子24
の裏面に均一に接触する。ゴムシート62が変形する部分
は、Oリング63と接している部分のみである為、変形に
要する力は非常に小さく、突起電極55の不均一な変形は
生じない。ゴムシート62が変形した後は、Oリング63を
介して、所定の加圧力が半導体素子54に加わり、全ての
突起電極55が導体配線52に均一の圧力で接触する。
次に、半導体素子54を加圧した状態で、紫外線56を照
射し、光硬化性樹脂53を硬化する。紫外線56の照射は、
配線基板51がガラス等の透明な場合は、下側より行い、
セラミック等の不透明な場合は半導体素子24の側面より
行う。紫外線の照射量は、500mJ〜2000mJ程度である。
次に、第4図(c)に示す様に、ボンディングツールを
取り去り、半導体素子54を配線基板51に固着するととも
に、光硬化性樹脂53の硬化収縮力により、半導体素子54
の突起電極55と導体配線52の接触を保持するものであ
る。
発明の効果 (1)本発明によれば半導体素子を均一に加圧すること
ができる為、突起電極に均等な圧力が加わり、接続の歩
留りが向上するとともに、半導体素子に歪を残さない
為、非常に高信頼性である。
(2)そして、本発明では、加圧チップの加圧面が、非
常に小さい圧力で、半導体素子の裏面に均一に接触する
為、突起電極が非常に小さい場合でも、突起電極が均等
に変形し、狭ピッチの接続が可能となり、高密度な接続
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例のボンディングツールの断面
図、第2図は第1図のボンディングツールによる半導体
素子の実装方法に関する工程別断面図、第3図は本発明
の他の実施例のボンディングツールの断面図、第4図は
第3図のボンディングツールによる実装工程断面図、第
5図は従来の技術を示す工程断面図である。 21,51……配線基板、22,52……導体配線、23,53……光
硬化性樹脂、24,54……半導体素子、25,555……突起電
極、26,56……紫外線、27,57……加圧チップ、28,58…
…シャフト、29,59……コイルばね、30,35,60,65……ば
ねどめ、32,36,66……貫通孔、37,67……加圧面、31,61
……加圧チップ受け、62……凹部、63……可とう性フィ
ルム、34,64……Oリング。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平面部よりなる加圧面を有し、前記加圧面
    の反対面に、前記加圧面に対し垂直方向に延びたシャフ
    トを有した加圧チップと、前記加圧チップの加圧面の反
    対面が挿入できる凹部を有し、前記凹部の底部に前記加
    圧チップのシャフトの径より大きい貫通孔を有し、かつ
    前記凹部を有する面に、貫通孔を有しかつ前記凹部をふ
    さぐ様な可とう性フィルムを有した加圧チップ受けを備
    え、前記加圧チップのシャフトが前記加圧チップ受け及
    び前記可とう性フィルムの貫通孔に挿入され、前記シャ
    フトの前記加圧チップ受けの貫通孔からの突出部にコイ
    ルばねがはめ込まれ、前記シャフトの先端部に、前記コ
    イルばねの径より大きい止め具を設置することにより、
    前記加圧チップが前記加圧チップ受けに固定されたこと
    を特徴とするボンディングツール。
  2. 【請求項2】加圧チップのシャフトを有する面が半球状
    で、加圧チップ受けの凹部が半球状であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のボンディングツール。
  3. 【請求項3】加圧チップのシャフトを有する面が半円柱
    状で、加圧チップ受けの凹部がV溝状であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のボンディングツー
    ル。
  4. 【請求項4】加圧チップ受けの貫通孔内にOリングが設
    置され、前記Oリングに加圧チップのシャフトが挿入さ
    れていることを特徴とするボンディングツール。
  5. 【請求項5】平面部よりなる加圧面を有し、前記加圧面
    の反対面前記加圧面に対し垂直方向に延びたシャフトを
    有した加圧チップと、前記シャフトが挿入できる貫通孔
    を有した加圧チップ受けを備え、かつ前記加圧チップの
    シャフトを有した面に、ゴムシート及びOリング備え、
    前記加圧チップのシャフトが、前記加圧チップ受けの貫
    通孔に挿入され、前記シャフトの前記加圧チップ受けの
    貫通孔からの突出部にコイルばねがはめ込まれ、前記シ
    ャフトの先端部に、前記コイルばねの径より大きい止め
    具を設置することにより、前記加圧チップが前記加圧チ
    ップ受けに固定されたことを特徴とするボンディングツ
    ール。
  6. 【請求項6】ゴムシート及びOリングが、シリコーンゴ
    ムよりなることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載
    のボンディングツール。
  7. 【請求項7】加圧チップ受けの貫通孔内にOリング設置
    され、前記Oリングに加圧チップのシャフトが挿入され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載のボ
    ンディングツール。
  8. 【請求項8】ゴムシートがスポンジゴムよりなることを
    特徴とする特許請求の範囲第5項記載のボンディングツ
    ール。
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