JP2978673B2 - 半導体装置のボンディング装置 - Google Patents
半導体装置のボンディング装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップの突起
電極とリードとを加熱下で圧着させるボンディング方法
およびボンディング装置に関するものである。
電極とリードとを加熱下で圧着させるボンディング方法
およびボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の上面に形成された突起電極
と、実装用テープのリードとをボンディングするＴＡＢ
（Tape Automated bonding）法を適用した実装例につい
てまず説明する。
と、実装用テープのリードとをボンディングするＴＡＢ
（Tape Automated bonding）法を適用した実装例につい
てまず説明する。
【０００３】図１０は、ＴＡＢ法によって実装された半
導体チップを示す斜視図である。半導体チップ１の上面
には複数の突起電極２が形成されている。実装テープ
（図示せず）のリード３は、各突起電極２の上に重なる
ように配置されている。各リード３と各突起電極２と
は、加熱下で圧着されることによって、電気的および機
械的に接続される。
導体チップを示す斜視図である。半導体チップ１の上面
には複数の突起電極２が形成されている。実装テープ
（図示せず）のリード３は、各突起電極２の上に重なる
ように配置されている。各リード３と各突起電極２と
は、加熱下で圧着されることによって、電気的および機
械的に接続される。
【０００４】図示するように、突起電極２とリード３と
をボンディングすれば、半導体チップ１の持つ能動機能
をリード３を介して取り出すことが可能となる。したが
って、たとえば外部端子と電気的に配線されているパッ
ドを有する基板上に、リード３をはんだ付け等によって
接続すれば、半導体チップ１の能動機能を外部端子から
送り出すことができ、半導体装置としての機能を有効に
発揮させることができる。
をボンディングすれば、半導体チップ１の持つ能動機能
をリード３を介して取り出すことが可能となる。したが
って、たとえば外部端子と電気的に配線されているパッ
ドを有する基板上に、リード３をはんだ付け等によって
接続すれば、半導体チップ１の能動機能を外部端子から
送り出すことができ、半導体装置としての機能を有効に
発揮させることができる。
【０００５】次に、ＴＡＢ技術を利用したボンディング
方法を図１１を参照して説明する。図１１の（ａ）に示
すように、固定具６を介して固定されたボンディングス
テージ４上に、約１５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの半導体
チップ１が載せられている。半導体チップ１は、その上
面に複数の突起電極２を有している。各突起電極２上に
リード３が重ね合わされる。ボンディングステージ４の
上方にはボンディングツール５が配置されている。
方法を図１１を参照して説明する。図１１の（ａ）に示
すように、固定具６を介して固定されたボンディングス
テージ４上に、約１５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの半導体
チップ１が載せられている。半導体チップ１は、その上
面に複数の突起電極２を有している。各突起電極２上に
リード３が重ね合わされる。ボンディングステージ４の
上方にはボンディングツール５が配置されている。
【０００６】従来のボンディング装置では、ボンディン
グステージ４の材質はフォルステライトである。また、
突起電極２の材質はたとえばＡｕであり、リード３の材
質はたとえばＳｎまたはＡｕ等である。ボンディングに
先立ち、ボンディングツール５は約５００℃に昇温され
ている。
グステージ４の材質はフォルステライトである。また、
突起電極２の材質はたとえばＡｕであり、リード３の材
質はたとえばＳｎまたはＡｕ等である。ボンディングに
先立ち、ボンディングツール５は約５００℃に昇温され
ている。
【０００７】図１１の（ｂ）を参照して、約５００℃に
昇温されたボンディングツール５を下降させて重ね合わ
されたリード３と突起電極２とを加圧することによって
リード３と突起電極２とを圧着する。
昇温されたボンディングツール５を下降させて重ね合わ
されたリード３と突起電極２とを加圧することによって
リード３と突起電極２とを圧着する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ボンディング方法およびボンディング装置では、以下に
述べるような問題点が生ずる。
ボンディング方法およびボンディング装置では、以下に
述べるような問題点が生ずる。
【０００９】ボンディングツール５は約５００℃に昇温
されているが、ボンディングステージ４は常温のままで
ある。図１１の（ｂ）に示すように、ボンディングツー
ル５によってリード３と突起電極２とを加熱圧着してい
る間、ボンディングツール５の熱は半導体チップ１を介
してボンディングステージ４に伝達される。その結果、
ボンディングステージ４内で温度分布が生じる。具体的
には、ボンディングステージ４の上面部分は高温に加熱
されるが、底面部分は常温のままである。そのため、図
１１の（ｃ）に示すように、ボンディングツール５によ
って加熱圧着している間、ボンディングステージ４の上
面が凸形状に変形するという現象が見られた。上記ボン
ディングステージ４の変形のために、ボンディング後の
突起電極２とリード３との合計高さにばらつきが生じて
しまう。具体的には、半導体チップ１の中央部分に位置
する突起電極２とリード３との合計高さと、半導体チッ
プのコーナー部に位置する突起電極２とリード３との合
計高さとの間に、差Ｈｃが生じる（図１１の（ｄ））。
言い換えれば、半導体チップの中央部に位置する突起電
極とリードは、コーナー部に位置するものに比べて、潰
れすぎる結果となってしまう。この潰れすぎは、隣接す
る突起電極との接触を引き起こしたり、突起電極の下地
構造を破壊する原因となったりして、半導体装置の不良
を招く。
されているが、ボンディングステージ４は常温のままで
ある。図１１の（ｂ）に示すように、ボンディングツー
ル５によってリード３と突起電極２とを加熱圧着してい
る間、ボンディングツール５の熱は半導体チップ１を介
してボンディングステージ４に伝達される。その結果、
ボンディングステージ４内で温度分布が生じる。具体的
には、ボンディングステージ４の上面部分は高温に加熱
されるが、底面部分は常温のままである。そのため、図
１１の（ｃ）に示すように、ボンディングツール５によ
って加熱圧着している間、ボンディングステージ４の上
面が凸形状に変形するという現象が見られた。上記ボン
ディングステージ４の変形のために、ボンディング後の
突起電極２とリード３との合計高さにばらつきが生じて
しまう。具体的には、半導体チップ１の中央部分に位置
する突起電極２とリード３との合計高さと、半導体チッ
プのコーナー部に位置する突起電極２とリード３との合
計高さとの間に、差Ｈｃが生じる（図１１の（ｄ））。
言い換えれば、半導体チップの中央部に位置する突起電
極とリードは、コーナー部に位置するものに比べて、潰
れすぎる結果となってしまう。この潰れすぎは、隣接す
る突起電極との接触を引き起こしたり、突起電極の下地
構造を破壊する原因となったりして、半導体装置の不良
を招く。
【００１０】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたものであり、その目的は、ボンディングステー
ジの変形を抑制することによって突起電極とリードとの
合計高さの差Ｈｃを小さくし得るボンディング方法およ
びボンディング装置を提供することである。
なされたものであり、その目的は、ボンディングステー
ジの変形を抑制することによって突起電極とリードとの
合計高さの差Ｈｃを小さくし得るボンディング方法およ
びボンディング装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の方法は、突起
電極を有する半導体チップをボンディングステージ上に
載置し、リードを突起電極上に重なるように配置した状
態で、所定の温度に加熱されたボンディングツールによ
って重ね合わされたリードと突起電極とを加圧すること
によってリードと突起電極とを圧着するボンディング方
法を前提とする。このようなボンディング方法におい
て、この発明は、圧着に先立ち、ボンディングツールと
ボンディングステージとの温度差を小さくするようにボ
ンディングステージを予め加熱しておくことを特徴とす
る。
電極を有する半導体チップをボンディングステージ上に
載置し、リードを突起電極上に重なるように配置した状
態で、所定の温度に加熱されたボンディングツールによ
って重ね合わされたリードと突起電極とを加圧すること
によってリードと突起電極とを圧着するボンディング方
法を前提とする。このようなボンディング方法におい
て、この発明は、圧着に先立ち、ボンディングツールと
ボンディングステージとの温度差を小さくするようにボ
ンディングステージを予め加熱しておくことを特徴とす
る。
【００１２】この発明の装置は、突起電極を有する半導
体チップをボンディングステージ上に載置し、リードを
突起電極上に重なるように配置した状態で、所定の温度
に加熱されたボンディングツールによって重ね合わされ
たリードと突起電極とを加圧することによってリードと
突起電極とを圧着するボンディング装置を前提とする。
このようなボンディング装置において、この発明の１つ
の局面における発明の特徴は、ボンディングツールとボ
ンディングステージとの温度差を小さくするためにボン
ディングステージを加熱する手段を備えたことである。
体チップをボンディングステージ上に載置し、リードを
突起電極上に重なるように配置した状態で、所定の温度
に加熱されたボンディングツールによって重ね合わされ
たリードと突起電極とを加圧することによってリードと
突起電極とを圧着するボンディング装置を前提とする。
このようなボンディング装置において、この発明の１つ
の局面における発明の特徴は、ボンディングツールとボ
ンディングステージとの温度差を小さくするためにボン
ディングステージを加熱する手段を備えたことである。
【００１３】この発明の他の局面では、ボンディングス
テージの材質がジルコニアとされる。
テージの材質がジルコニアとされる。
【００１４】この発明のさらに他の局面では、ボンディ
ングステージの材質は、熱伝導率をλ、熱流束をＦ、線
膨張係数をα、密度をρ、比熱をＣとしたとき、λが
０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、Ｆα
ρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下である条
件を満たす。好ましい実施例では、ボンディングステー
ジの材質は、さらに、ビッカース硬度Ｈｖの値が１００
０以上である条件を満たす。
ングステージの材質は、熱伝導率をλ、熱流束をＦ、線
膨張係数をα、密度をρ、比熱をＣとしたとき、λが
０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、Ｆα
ρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下である条
件を満たす。好ましい実施例では、ボンディングステー
ジの材質は、さらに、ビッカース硬度Ｈｖの値が１００
０以上である条件を満たす。
【００１５】この発明のさらに他の局面では、ボンディ
ングステージは、直径３０ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ
以上の円柱形状を有している。
ングステージは、直径３０ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ
以上の円柱形状を有している。
【００１６】
【作用】圧着に先立ち、ボンディングツールとボンディ
ングステージとの温度差を小さくするようにボンディン
グステージを予め加熱しておくことにより、圧着時のボ
ンディングステージ内の温度分布を小さくすることがで
きる。すなわち、ボンディングステージの上面部と底面
部との間の温度差が小さくなるので、熱膨張差によるボ
ンディングステージの上面部分の変形量が小さくなり、
その結果ボンディング後の突起電極とリードとの合計高
さの差Ｈｃの値を小さくすることができる。
ングステージとの温度差を小さくするようにボンディン
グステージを予め加熱しておくことにより、圧着時のボ
ンディングステージ内の温度分布を小さくすることがで
きる。すなわち、ボンディングステージの上面部と底面
部との間の温度差が小さくなるので、熱膨張差によるボ
ンディングステージの上面部分の変形量が小さくなり、
その結果ボンディング後の突起電極とリードとの合計高
さの差Ｈｃの値を小さくすることができる。
【００１７】この発明の１つの局面に従ったボンディン
グ装置は、上記方法を実行するために、ボンディングス
テージを加熱する手段を備えている。
グ装置は、上記方法を実行するために、ボンディングス
テージを加熱する手段を備えている。
【００１８】この発明の他の局面に従ったボンディング
装置においては、ボンディングステージの材質がジルコ
ニアである。従来のボンディングステージの材質はフォ
ルステライトであったが、このフォルステライトに比べ
て、ジルコニアはＦαρＣ／λの値がかなり小さい。こ
こで、Ｆは熱流束、αは線膨張係数、ρは密度、Ｃは比
熱、λは熱伝導率を示す。本件発明者は、ＦαρＣ／λ
とＨｃとの間に相関関係があることを見出した。すなわ
ち、ＦαρＣ／λの値が小さければＨｃの値も小さくな
る。また、ジルコニアは、ビッカース硬度Ｈｖがフォル
ステライトよりも大きいので、耐摩耗性に優れたボンデ
ィングステージとなる。
装置においては、ボンディングステージの材質がジルコ
ニアである。従来のボンディングステージの材質はフォ
ルステライトであったが、このフォルステライトに比べ
て、ジルコニアはＦαρＣ／λの値がかなり小さい。こ
こで、Ｆは熱流束、αは線膨張係数、ρは密度、Ｃは比
熱、λは熱伝導率を示す。本件発明者は、ＦαρＣ／λ
とＨｃとの間に相関関係があることを見出した。すなわ
ち、ＦαρＣ／λの値が小さければＨｃの値も小さくな
る。また、ジルコニアは、ビッカース硬度Ｈｖがフォル
ステライトよりも大きいので、耐摩耗性に優れたボンデ
ィングステージとなる。
【００１９】この発明の他の局面に従ったボンディング
装置においては、λが０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ
・℃以下であり、ＦαρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃
・ｍｍ4 以下である条件を満たす。従来のボンディング
ステージの材質であるフォルステライトのＦαρＣ／λ
の値は１１．１×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 である。し
たがって、ＦαρＣ／λを６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ
4 以下とすれば、従来のフォルステライトに比べてＨｃ
の値をかなり小さくすることが出来る。
装置においては、λが０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ
・℃以下であり、ＦαρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃
・ｍｍ4 以下である条件を満たす。従来のボンディング
ステージの材質であるフォルステライトのＦαρＣ／λ
の値は１１．１×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 である。し
たがって、ＦαρＣ／λを６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ
4 以下とすれば、従来のフォルステライトに比べてＨｃ
の値をかなり小さくすることが出来る。
【００２０】熱伝導率λを０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓ
ｅｃ・℃以下とするのは、以下の理由である。もしも熱
伝導率λの値が大きいと、圧着時にボンディングツール
の熱があまりにも早くボンディングステージに伝達して
しまい、突起電極とリードとの接合部分に必要な熱量が
不足してしまう。このような問題を生じさせないため
に、熱伝導率λの値を０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ
・℃以下とする。
ｅｃ・℃以下とするのは、以下の理由である。もしも熱
伝導率λの値が大きいと、圧着時にボンディングツール
の熱があまりにも早くボンディングステージに伝達して
しまい、突起電極とリードとの接合部分に必要な熱量が
不足してしまう。このような問題を生じさせないため
に、熱伝導率λの値を０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ
・℃以下とする。
【００２１】上記局面のボンディング装置において、好
ましくは、ボンディングステージの材質は、ビッカース
硬度Ｈｖの値が１０００以上である条件も満たす。フォ
ルステライトのビッカース硬度Ｈｖは９００であるの
で、フォルステライト製のボンディングステージに比べ
て耐摩耗性に優れたボンディングステージとなる。
ましくは、ボンディングステージの材質は、ビッカース
硬度Ｈｖの値が１０００以上である条件も満たす。フォ
ルステライトのビッカース硬度Ｈｖは９００であるの
で、フォルステライト製のボンディングステージに比べ
て耐摩耗性に優れたボンディングステージとなる。
【００２２】この発明のさらに他の局面に従ったボンデ
ィング装置においては、ボンディングステージは、直径
３０ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状を有し
ている。このようなボンディングステージは、従来から
用いられてきたボンディングステージに比べて大型であ
るので、剛性が向上しボンディングステージの反りを拘
束する。
ィング装置においては、ボンディングステージは、直径
３０ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状を有し
ている。このようなボンディングステージは、従来から
用いられてきたボンディングステージに比べて大型であ
るので、剛性が向上しボンディングステージの反りを拘
束する。
【００２３】
【実施例】この発明の一実施例のボンディング装置は、
ボンディングツールとボンディングステージとの温度差
を小さくするためにボンディングステージを加熱する手
段を備えている。図１には半導体チップ１、ボンディン
グツール５およびボンディングステージ４０が図示され
ている。（ａ）はボンディング前の状態を示し、（ｂ）
はボンディング完了直後の状態を示している。
ボンディングツールとボンディングステージとの温度差
を小さくするためにボンディングステージを加熱する手
段を備えている。図１には半導体チップ１、ボンディン
グツール５およびボンディングステージ４０が図示され
ている。（ａ）はボンディング前の状態を示し、（ｂ）
はボンディング完了直後の状態を示している。
【００２４】図１の（ａ）に示すように、ボンディング
ツール５による圧着に先立ち、ボンディングステージ４
０を予め２８５℃に昇温しておく。２８５℃という温度
は、この実施例におけるボンディング装置の構成上の制
約から決定したものである。なお、図示していないが、
ボンディングステージ４０は、従来の装置と同様、固定
具を介してボンディング装置架台に精度よく固定されて
いる。
ツール５による圧着に先立ち、ボンディングステージ４
０を予め２８５℃に昇温しておく。２８５℃という温度
は、この実施例におけるボンディング装置の構成上の制
約から決定したものである。なお、図示していないが、
ボンディングステージ４０は、従来の装置と同様、固定
具を介してボンディング装置架台に精度よく固定されて
いる。
【００２５】図１の（ｂ）に示すように、数値解析を行
なった結果、ボンディング完了直後には、ボンディング
ステージ４０の上面の温度は３６０．４℃になる。この
ときボンディングステージ４０の下面の温度は２８５℃
に保持されている。なお、ボンディング時間は３秒間で
あり、ボンディングステージ４０の材質はＳＫＳ−３
（合金工具鋼）である。ボンディングステージ４０に対
する加熱方法に関しては特に限定されるものではない
が、たとえば通常のヒータ加熱等が採用され得る。
なった結果、ボンディング完了直後には、ボンディング
ステージ４０の上面の温度は３６０．４℃になる。この
ときボンディングステージ４０の下面の温度は２８５℃
に保持されている。なお、ボンディング時間は３秒間で
あり、ボンディングステージ４０の材質はＳＫＳ−３
（合金工具鋼）である。ボンディングステージ４０に対
する加熱方法に関しては特に限定されるものではない
が、たとえば通常のヒータ加熱等が採用され得る。
【００２６】図１に示した実施例では、ボンディングス
テージ４０の上面と下面との温度差ΔＴは７５．４℃と
なる。このような温度差（温度分布）を有するボンディ
ングステージを下面固定として数値解析した結果、その
反り量が１．６１μｍであることがわかった。このよう
な反り量を有するボンディングステージ４０上で半導体
チップのボンディングを行なえば、電極リードの高さの
差Ｈｃは、反り量０の場合に比較してその反り量の分だ
け、つまり１．６１μｍとなるものと考えられる。
テージ４０の上面と下面との温度差ΔＴは７５．４℃と
なる。このような温度差（温度分布）を有するボンディ
ングステージを下面固定として数値解析した結果、その
反り量が１．６１μｍであることがわかった。このよう
な反り量を有するボンディングステージ４０上で半導体
チップのボンディングを行なえば、電極リードの高さの
差Ｈｃは、反り量０の場合に比較してその反り量の分だ
け、つまり１．６１μｍとなるものと考えられる。
【００２７】なお、図１に示したボンディングステージ
４０の形状は、図４に明瞭に示される。この形状自体は
従来のボンディングステージの形状と同じである。
４０の形状は、図４に明瞭に示される。この形状自体は
従来のボンディングステージの形状と同じである。
【００２８】図１に示した実施例では、装置の制約上か
らボンディングステージ４０の昇温温度を２８５℃とし
たが、そのような制約がなくなればボンディングツール
５の昇温温度と同じ温度になるまでボンディングステー
ジを昇温してもよい。ボンディングステージ４０の昇温
温度とボンディングツール５の昇温温度とが同じになれ
ば、ボンディングステージ４０内の温度分布がなくな
り、ボンディングステージ４０の反りが発生しなくな
る。言い換えれば、電極リードの高さの差Ｈｃがなくな
るボンディングを行なうことが可能になる。
らボンディングステージ４０の昇温温度を２８５℃とし
たが、そのような制約がなくなればボンディングツール
５の昇温温度と同じ温度になるまでボンディングステー
ジを昇温してもよい。ボンディングステージ４０の昇温
温度とボンディングツール５の昇温温度とが同じになれ
ば、ボンディングステージ４０内の温度分布がなくな
り、ボンディングステージ４０の反りが発生しなくな
る。言い換えれば、電極リードの高さの差Ｈｃがなくな
るボンディングを行なうことが可能になる。
【００２９】図２は比較例を示す図である。図２に示し
た比較例では、ボンディングステージ４を予め加熱して
いない。そのため、ボンディングステージ４は、ボンデ
ィング前においては常温（２５℃）に保たれている。な
お、ボンディングステージ４の材質、形状、およびボン
ディング時間に関しては図１に示した実施例と同じであ
る。図２に示した比較例では、ボンディング完了直後
に、ボンディングステージ４の上面温度が数値解析によ
り１３１．４℃になることが判明した。この場合、ボン
ディングステージ４の上面と下面との温度差ΔＴは１０
６．４℃となる。このような温度差を有するボンディン
グステージを下面固定として数値解析したところ、ボン
ディングステージの反り量は２．２７μｍとなることが
判明した。したがって、Ｈｃは２．２７μｍであると考
えられる。
た比較例では、ボンディングステージ４を予め加熱して
いない。そのため、ボンディングステージ４は、ボンデ
ィング前においては常温（２５℃）に保たれている。な
お、ボンディングステージ４の材質、形状、およびボン
ディング時間に関しては図１に示した実施例と同じであ
る。図２に示した比較例では、ボンディング完了直後
に、ボンディングステージ４の上面温度が数値解析によ
り１３１．４℃になることが判明した。この場合、ボン
ディングステージ４の上面と下面との温度差ΔＴは１０
６．４℃となる。このような温度差を有するボンディン
グステージを下面固定として数値解析したところ、ボン
ディングステージの反り量は２．２７μｍとなることが
判明した。したがって、Ｈｃは２．２７μｍであると考
えられる。
【００３０】以上のように、ボンディングステージを予
め加熱しなければＨｃが２．２７μｍとなるのに対し、
図１で示した実施例のようにボンディングステージ４０
を２８５℃に加熱すればＨｃを１．６１μｍに減少させ
ることができる。
め加熱しなければＨｃが２．２７μｍとなるのに対し、
図１で示した実施例のようにボンディングステージ４０
を２８５℃に加熱すればＨｃを１．６１μｍに減少させ
ることができる。
【００３１】次に、ボンディングステージの形状につい
て検討する。従来のボンディングステージは、図４に示
すように、直径３０ｍｍで厚さが６ｍｍの円柱と、この
円柱の上に形成されている直方体とを備えた形状を有し
ている。直方体は、一辺が１５．５ｍｍの平面形状を有
し、その厚みが４ｍｍである。このような形状で材質が
ＳＫＳ−３であるボンディングステージを用いた場合、
図２を用いて説明したように、ボンディングステージを
予め加熱しておかなければ、ボンディングステージの反
り量は２．２７μｍとなる。
て検討する。従来のボンディングステージは、図４に示
すように、直径３０ｍｍで厚さが６ｍｍの円柱と、この
円柱の上に形成されている直方体とを備えた形状を有し
ている。直方体は、一辺が１５．５ｍｍの平面形状を有
し、その厚みが４ｍｍである。このような形状で材質が
ＳＫＳ−３であるボンディングステージを用いた場合、
図２を用いて説明したように、ボンディングステージを
予め加熱しておかなければ、ボンディングステージの反
り量は２．２７μｍとなる。
【００３２】図３は、改良された形状のボンディングス
テージを示している。図示するボンディングステージ
は、直径が３０ｍｍで厚さが１０ｍｍの円柱形状を有し
ている。材質はＳＫＳ−３である。図３に示したボンデ
ィングステージを特に加熱せず常温のままで用いた場
合、その反り量は１．８３μｍであることが数値解析に
より求まった。図３に示した形状のボンディングステー
ジによれば、図４に示したボンディングステージに比べ
て大型であるため、剛性が向上しボンディングステージ
の反りを拘束するものと考えられる。また、ボンディン
グステージを大型にすれば熱が外側へも伝わることにな
り、ボンディングステージの表層部の面方向への膨張が
減少するのも反りを抑制する１つの理由と考えられる。
テージを示している。図示するボンディングステージ
は、直径が３０ｍｍで厚さが１０ｍｍの円柱形状を有し
ている。材質はＳＫＳ−３である。図３に示したボンデ
ィングステージを特に加熱せず常温のままで用いた場
合、その反り量は１．８３μｍであることが数値解析に
より求まった。図３に示した形状のボンディングステー
ジによれば、図４に示したボンディングステージに比べ
て大型であるため、剛性が向上しボンディングステージ
の反りを拘束するものと考えられる。また、ボンディン
グステージを大型にすれば熱が外側へも伝わることにな
り、ボンディングステージの表層部の面方向への膨張が
減少するのも反りを抑制する１つの理由と考えられる。
【００３３】図５は、図４に示した形状のボンディング
ステージのボンディング作業完了時点（３秒後）の温度
分布と変形を示している。図６は、図３に示した形状の
ボンディングステージのボンディング作業完了時点（３
秒後）の温度分布と変形とを示している。
ステージのボンディング作業完了時点（３秒後）の温度
分布と変形を示している。図６は、図３に示した形状の
ボンディングステージのボンディング作業完了時点（３
秒後）の温度分布と変形とを示している。
【００３４】図３に示したような形状のボンディングス
テージにすれば、Ｈｃのばらつきを２．２７μｍから
１．８３μｍへ減少させることができる。なお、ボンデ
ィングステージの形状を図３に示したものよりもより大
きくすれば、すなわち直径を３０ｍｍ以上で厚さが１０
ｍｍ以上の円柱形とすれば、さらにＨｃは減少すると考
えられる。
テージにすれば、Ｈｃのばらつきを２．２７μｍから
１．８３μｍへ減少させることができる。なお、ボンデ
ィングステージの形状を図３に示したものよりもより大
きくすれば、すなわち直径を３０ｍｍ以上で厚さが１０
ｍｍ以上の円柱形とすれば、さらにＨｃは減少すると考
えられる。
【００３５】本件発明者は、ボンディングステージの材
質とＨｃとの間に相関関係があることを見出した。図７
は、ボンディングステージの材料に関するＦαρＣ／λ
とＨｃとの関係を示している。ここでＦは熱流束、αは
線膨張係数、ρは密度、Ｃは比熱、λは熱伝導率であ
る。ボンディングステージとしてＦαρＣ／λの小さな
材料を選べば、Ｈｃが小さくなることが数値解析により
判明した。なお、図７のデータをとるにあたって、ボン
ディングステージの形状は図３に示したものとし、温度
は２５℃としている。
質とＨｃとの間に相関関係があることを見出した。図７
は、ボンディングステージの材料に関するＦαρＣ／λ
とＨｃとの関係を示している。ここでＦは熱流束、αは
線膨張係数、ρは密度、Ｃは比熱、λは熱伝導率であ
る。ボンディングステージとしてＦαρＣ／λの小さな
材料を選べば、Ｈｃが小さくなることが数値解析により
判明した。なお、図７のデータをとるにあたって、ボン
ディングステージの形状は図３に示したものとし、温度
は２５℃としている。
【００３６】図７に示すように、窒化ケイ素を用いた場
合にＨｃが最も小さくなり、その値は０．５９μｍであ
る。ＳＫＳ−３を用いた場合にはＨｃが１．８３μｍで
ある。従来の材質であるフォルステライトを用いた場合
にはＨｃは３．５９μｍである。
合にＨｃが最も小さくなり、その値は０．５９μｍであ
る。ＳＫＳ−３を用いた場合にはＨｃが１．８３μｍで
ある。従来の材質であるフォルステライトを用いた場合
にはＨｃは３．５９μｍである。
【００３７】このように、ＦαρＣ／λの小さな材質を
ボンディングステージとして選択すれば、Ｈｃが小さく
なる。たとえば、窒化ケイ素を用いればＨｃが０．５９
μｍに向上する。
ボンディングステージとして選択すれば、Ｈｃが小さく
なる。たとえば、窒化ケイ素を用いればＨｃが０．５９
μｍに向上する。
【００３８】なお、図示していないがボンディングステ
ージにヒートシンク部を設け放熱効果を高めれば、反り
量を少なくすることができる。
ージにヒートシンク部を設け放熱効果を高めれば、反り
量を少なくすることができる。
【００３９】次に、ボンディングステージの材質につい
てより詳しく検討する。前述したように、ボンディング
ステージの材料をフォルステライトから窒化ケイ素に変
更すれば、Ｈｃを３．５９μｍから０．５９μｍに向上
させることができる。しかし窒化ケイ素はその熱伝導率
λが０．００４ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃と高いので、
ボンディングツールの熱がボンディングステージにあま
りにも早く伝わってしまい、突起電極とリードとの接合
部分に必要な熱量が不足してしまう。
てより詳しく検討する。前述したように、ボンディング
ステージの材料をフォルステライトから窒化ケイ素に変
更すれば、Ｈｃを３．５９μｍから０．５９μｍに向上
させることができる。しかし窒化ケイ素はその熱伝導率
λが０．００４ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃と高いので、
ボンディングツールの熱がボンディングステージにあま
りにも早く伝わってしまい、突起電極とリードとの接合
部分に必要な熱量が不足してしまう。
【００４０】図８は、突起電極２とリード３との接合部
分を図示している。ボンディングステージの材質をフォ
ルステライトにすれば、図示するように、リード３と突
起電極２との熱圧着によって、合金部分（以下フィレッ
トという）７がリード３の肩部を覆うように形成され
る。このフィレット７の存在によって、リード３と突起
電極２との密着強度が高められる。
分を図示している。ボンディングステージの材質をフォ
ルステライトにすれば、図示するように、リード３と突
起電極２との熱圧着によって、合金部分（以下フィレッ
トという）７がリード３の肩部を覆うように形成され
る。このフィレット７の存在によって、リード３と突起
電極２との密着強度が高められる。
【００４１】一方、ボンディングステージの材質として
熱伝導率λの高い窒化ケイ素を選択すれば、図９に示す
ように、接合部分における熱量が不足しフィレット７が
小さくなってしまう。その結果、突起電極２とリード３
との間の密着強度が不十分となり、リード３が突起電極
２から剥がれる危険性が生じてくる。
熱伝導率λの高い窒化ケイ素を選択すれば、図９に示す
ように、接合部分における熱量が不足しフィレット７が
小さくなってしまう。その結果、突起電極２とリード３
との間の密着強度が不十分となり、リード３が突起電極
２から剥がれる危険性が生じてくる。
【００４２】材質がフォルステライトである従来のボン
ディングステージでは、ボンディング作業を何回も繰り
返すと、ボンディングステージの表面が摩耗し、凹凸が
出来てしまうという問題があった。これは、フォルステ
ライトの硬度が小さいためである。
ディングステージでは、ボンディング作業を何回も繰り
返すと、ボンディングステージの表面が摩耗し、凹凸が
出来てしまうという問題があった。これは、フォルステ
ライトの硬度が小さいためである。
【００４３】本件発明者は、ボンディングステージの材
質としてジルコニアが最適であることを見出した。下記
の表は、ボンディングステージの材質に関する諸特性を
示している。
質としてジルコニアが最適であることを見出した。下記
の表は、ボンディングステージの材質に関する諸特性を
示している。
【００４４】
【表１】 数値解析により、ＦαρＣ／λの小さな材料を選べば、
Ｈｃが小さくなることが判明している。したがって、従
来の材料であるフォルステライトよりもＦαρＣ／λの
値が小さな材料を選べば、前述した潰れすぎという問題
点を克服し得る。表１からわかるように、ジルコニア、
ＳＫＳ−３（合金工具鋼）および窒化ケイ素はいずれも
ＦαρＣ／λの値がフォルステライトよりも小さい。し
たがって、この３つの材料のＨｃはいずれもフォルステ
ライトよりも小さくなっている。
Ｈｃが小さくなることが判明している。したがって、従
来の材料であるフォルステライトよりもＦαρＣ／λの
値が小さな材料を選べば、前述した潰れすぎという問題
点を克服し得る。表１からわかるように、ジルコニア、
ＳＫＳ−３（合金工具鋼）および窒化ケイ素はいずれも
ＦαρＣ／λの値がフォルステライトよりも小さい。し
たがって、この３つの材料のＨｃはいずれもフォルステ
ライトよりも小さくなっている。
【００４５】フィレットの形状に関しては、フォルステ
ライトとジルコニアが良好であり、ＳＫＳ−３が不良で
ある。窒化ケイ素に関しては中間の状態である。λの値
が小さければフィレット形状がよくなることが認められ
る。フォルステライトのλは０．０００８であり、ジル
コニアのλは０．００１４である。この程度のλの値の
差はフィレットの形状に対してあまり影響を与えず、い
ずれも良好であることが認められた。言い換えれば、フ
ォルステライト製のボンディングステージを用いた場合
と同等のフィレット形状を得るためには、ボンディング
ステージの材質としてジルコニアを用いればよいことが
認められた。
ライトとジルコニアが良好であり、ＳＫＳ−３が不良で
ある。窒化ケイ素に関しては中間の状態である。λの値
が小さければフィレット形状がよくなることが認められ
る。フォルステライトのλは０．０００８であり、ジル
コニアのλは０．００１４である。この程度のλの値の
差はフィレットの形状に対してあまり影響を与えず、い
ずれも良好であることが認められた。言い換えれば、フ
ォルステライト製のボンディングステージを用いた場合
と同等のフィレット形状を得るためには、ボンディング
ステージの材質としてジルコニアを用いればよいことが
認められた。
【００４６】ビッカース硬度に関しては、従来の材質で
あるフォルステライトが９００であるのに対し、窒化ケ
イ素は１４５０、ジルコニアは１１００である。ＳＫＳ
−３のビッカース硬度は、フォルステライトよりも小さ
く９００以下である。ボンディングステージの耐摩耗性
を向上させるためには、ボンディングステージの材質と
して硬度の高いものを選ぶのがよい。この意味から言え
ば、ジルコニアまたは窒化ケイ素をボンディングステー
ジとして用いれば、フォルステライト製のボンディング
ステージよりも耐摩耗性が向上することが認められる。
あるフォルステライトが９００であるのに対し、窒化ケ
イ素は１４５０、ジルコニアは１１００である。ＳＫＳ
−３のビッカース硬度は、フォルステライトよりも小さ
く９００以下である。ボンディングステージの耐摩耗性
を向上させるためには、ボンディングステージの材質と
して硬度の高いものを選ぶのがよい。この意味から言え
ば、ジルコニアまたは窒化ケイ素をボンディングステー
ジとして用いれば、フォルステライト製のボンディング
ステージよりも耐摩耗性が向上することが認められる。
【００４７】表１から明らかなように、Ｈｃの値を小さ
くしようとするならば、ＦαρＣ／λの値が６×１０-7
ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下である材質をボンディングステ
ージとして選ぶのがよい。この条件を満たす材料は、Ｓ
ＫＳ−３、窒化ケイ素およびジルコニアである。
くしようとするならば、ＦαρＣ／λの値が６×１０-7
ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下である材質をボンディングステ
ージとして選ぶのがよい。この条件を満たす材料は、Ｓ
ＫＳ−３、窒化ケイ素およびジルコニアである。
【００４８】フィレット形状を良好にしてリードと突起
電極との密着強度を高めるためには、熱伝導率λが０．
００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下である材料を選ぶ
のがよい。
電極との密着強度を高めるためには、熱伝導率λが０．
００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下である材料を選ぶ
のがよい。
【００４９】フォルステライト製のボンディングステー
ジよりも耐摩耗性を向上させるためには、ビッカース硬
度（Ｈｖ）が１０００以上である材料を選ぶのがよい。
ジよりも耐摩耗性を向上させるためには、ビッカース硬
度（Ｈｖ）が１０００以上である材料を選ぶのがよい。
【００５０】ジルコニアは上述のすべての条件を満たす
ものであるので、ボンディングステージの材質として最
適である。なお、上記条件を満たすものであれば、ジル
コニア以外の材料でもボンディングステージとして採用
し得る。
ものであるので、ボンディングステージの材質として最
適である。なお、上記条件を満たすものであれば、ジル
コニア以外の材料でもボンディングステージとして採用
し得る。
【００５１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、次の
ような効果が得られる。
ような効果が得られる。
【００５２】まず、ボンディングツールとボンディング
ステージとの温度差を小さくするためにボンディングス
テージを加熱することにより、Ｈｃを小さくすることが
できる。したがって、電極とリードとが潰れて隣接する
突起電極に接触するという不良の発生を回避し、さらに
突起電極の下地構造の破壊という不良も回避できる。
ステージとの温度差を小さくするためにボンディングス
テージを加熱することにより、Ｈｃを小さくすることが
できる。したがって、電極とリードとが潰れて隣接する
突起電極に接触するという不良の発生を回避し、さらに
突起電極の下地構造の破壊という不良も回避できる。
【００５３】さらに、ボンディングステージの形状を直
径が３０ｍｍ以上で厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状とす
れば、ボンディングステージの剛性が向上しボンディン
グステージの反りを拘束することができる。
径が３０ｍｍ以上で厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状とす
れば、ボンディングステージの剛性が向上しボンディン
グステージの反りを拘束することができる。
【００５４】さらに、ボンディングステージの材質とし
て、λが０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下で、
かつＦαρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下
のものを選べば、Ｈｃの値を小さくすることができると
ともに、フィレットの形状を良好にすることができる。
さらに、ビッカース硬度Ｈｖの値が１０００以上の材質
を用いれば、ボンディングステージの耐摩耗性も向上す
る。
て、λが０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下で、
かつＦαρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以下
のものを選べば、Ｈｃの値を小さくすることができると
ともに、フィレットの形状を良好にすることができる。
さらに、ビッカース硬度Ｈｖの値が１０００以上の材質
を用いれば、ボンディングステージの耐摩耗性も向上す
る。
【００５５】ボンディングステージの材質としてジルコ
ニアを用いれば、Ｈｃの値を小さくでき、なおかつフィ
レットの形状を良好にすることができ、さらに耐摩耗性
も向上させることができる。
ニアを用いれば、Ｈｃの値を小さくでき、なおかつフィ
レットの形状を良好にすることができ、さらに耐摩耗性
も向上させることができる。
【図１】この発明の一実施例に従ったボンディング装置
の概略図であり、（ａ）はボンディング前の温度分布を
示し、（ｂ）はボンディング完了直後の温度分布を示し
ている。
の概略図であり、（ａ）はボンディング前の温度分布を
示し、（ｂ）はボンディング完了直後の温度分布を示し
ている。
【図２】従来のボンディング装置の概略図であり、
（ａ）はボンディング前の温度分布を示し、（ｂ）はボ
ンディング完了直後の温度分布を示している。
（ａ）はボンディング前の温度分布を示し、（ｂ）はボ
ンディング完了直後の温度分布を示している。
【図３】本発明の他の実施例に従って改良された形状を
有するボンディングステージを示す斜視図である。
有するボンディングステージを示す斜視図である。
【図４】従来のボンディングステージの形状を示す斜視
図である。
図である。
【図５】図４に示した形状のボンディングステージにお
けるボンディング直後の温度分布と変形を示す図であ
る。
けるボンディング直後の温度分布と変形を示す図であ
る。
【図６】図３に示した形状のボンディングステージにお
けるボンディング直後の温度分布と変形を示す図であ
る。
けるボンディング直後の温度分布と変形を示す図であ
る。
【図７】ＦαρＣ／λとＨｃとの関係を示す図である。
【図８】良好な形状のフィレットが形成されている突起
電極とリードとの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は断面図である。
電極とリードとの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は断面図である。
【図９】形状不良のフィレットが形成されている突起電
極とリードとの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は断面図である。
極とリードとの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は断面図である。
【図１０】ＴＡＢ法によって実装された半導体チップを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１１】従来のボンディング方法の製造工程を順に示
す図である。
す図である。
１ 半導体チップ ２ 突起電極 ３ リード ４ ボンディングステージ ５ ボンディングツール ６ 固定具 ７ フィレット ４０ ボンディングステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安永 雅敏 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電 機株式会社 エル・エス・アイ研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 311
Claims (3)
- 【請求項１】 突起電極を有する半導体チップをボンデ
ィングステージ上に載置し、リードを前記突起電極上に
重なるように配置した状態で、所定の温度に加熱された
ボンディングツールによって重ね合わされた前記リード
と前記突起電極とを加圧することによってリードと突起
電極とを圧着するボンディング装置において、前記ボン
ディングステージの材質がジルコニアであることを特徴
とする、半導体装置のボンディング装置。 - 【請求項２】 突起電極を有する半導体チップをボンデ
ィングステージ上に載置し、リードを前記突起電極上に
重なるように配置した状態で、所定の温度に加熱された
ボンディングツールによって重ね合わされた前記リード
と前記突起電極とを加圧することによってリードと突起
電極とを圧着するボンディング装置において、 前記ボンディングステージの材質は、熱伝導率をλ、熱
流束をＦ、線膨張係数をα、密度をρ、比熱をＣとした
とき、λが０．００２ｃａｌ／ｍｍ・ｓｅｃ・℃以下で
あり、ＦαρＣ／λが６×１０-7ｃａｌ／℃・ｍｍ4 以
下である条件を満たすことを特徴とする、半導体装置の
ボンディング装置。 - 【請求項３】 前記ボンディングステージの材質は、ビ
ッカース硬度Ｈｖの値が１０００以上である条件を満た
す、請求項２に記載の半導体装置のボンディング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14322993A JP2978673B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体装置のボンディング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14322993A JP2978673B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体装置のボンディング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750320A JPH0750320A (ja) | 1995-02-21 |
| JP2978673B2 true JP2978673B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=15333909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14322993A Expired - Fee Related JP2978673B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 半導体装置のボンディング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978673B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001127102A (ja) * | 1999-10-25 | 2001-05-11 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP6135328B2 (ja) * | 2013-06-20 | 2017-05-31 | 日本特殊陶業株式会社 | ボンディング装置 |
| JP2015118971A (ja) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 実装装置及び実装方法 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP14322993A patent/JP2978673B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750320A (ja) | 1995-02-21 |
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