JP3232824B2 - 熱圧着用ツール、バンプ形成方法およびリード接合方法 - Google Patents

熱圧着用ツール、バンプ形成方法およびリード接合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、熱圧着用ツール、バ
ンプ形成方法およびリード接合方法に関し、例えば、Ｉ
Ｃチップのような電子回路素子の電極パッド上にバンプ
を形成する場合やリードを電極パッドに接合する場合に
適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来のワイヤーボールボンディ
ング法による超音波熱圧着接合に用いられる超音波熱圧
着装置の要部斜視図であり、図１１は図１０における接
合を行う部分の拡大図である。このワイヤーボールボン
ディング法による超音波熱圧着接合技術は、微細なＩＣ
チップの電極パッドとリードフレームとを接合する技術
として従来から広く知られているものである。この従来
技術の概略を図１０および図１１に従って説明する。
【０００３】図１０および図１１において、超音波発生
器１０１を内蔵したビーム１０２にキャピラリーツール
１０３が締結ネジ１０４で固定されている。そして、超
音波発生器１０１の外箱に取り付けられた回転軸１０５
が基台１０６の両端で支持され、これによってキャピラ
リーツール１０３が回転軸１０５を中心にして一定の範
囲で回転可能になっている。キャピラリーツール１０３
にはあらかじめ金ワイヤー１０７が挿通され、その先端
部にはワイヤー金ボール１０７ａが水素トーチあるいは
高圧放電によって溶融形成されている。そして、このワ
イヤー金ボール１０７ａの直下部に、電極パッド１０８
ａを付設したＩＣチップ１０８が基板１０９に接合され
た状態で加熱装置１１０上に搭載され、その電極パッド
１０８ａの表面が設定温度に加熱されている。
【０００４】このような条件下で、キャピラリーツール
１０３がＸＹ方向に位置制御されながら、ＩＣチップ１
０８の電極パッド１０８ａのほぼ中央に移動されて位置
決めが完了する。そこでキャピラリーツール１０３が降
下し始め、圧着直前に超音波発生器１０１を介して超音
波振動と圧着荷重とが同時にワイヤー金ボール１０７ａ
に集中する。これによって、図１２Ａのワイヤー金ボー
ル１０７ａが図１２Ｂの符号１１１で示すようにネイル
ヘッド状に変形圧着されて電極パッド１０８ａに接合さ
れる。ところで、元来配線は２点間を結んで行う必要が
あり、上述の状態のキャピラリーツール１０３には毛細
管１０３ａ（図１２Ａ）に金ワイヤー１０７が連続貫通
されているので、そのキャピラリーツール１０３をガイ
ドとして配線を自由に架設することができ、図１０のよ
うにリードフレーム１１２との線材圧着の接合配線が可
能となるものである。
【０００５】ところが、この従来技術においては、ワイ
ヤー金ボール１０７ａを電極パッド１０８ａ上で潰して
接合配線するので、電極パッド１０８ａのピッチを小さ
くすることに限界が生じ、ＩＣチップ１０８の微細化の
妨げとなっていた。また、高価な金ワイヤー１０７を配
線に使用するので、製造コストが上がるという問題もあ
った。そのほか、金ワイヤー１０７のリードフレーム１
１２側の接合は、ボール状の金を潰して行うのではな
く、金の線素材そのものを潰して行うので、電極パッド
１０８ａ側の接合に比べその面積を大きくすることがで
きず、信頼性が低下するという問題もあった。
【０００６】さらに、図１２Ａのキャピラリーツール１
０３においては、金ワイヤー１０７の先端を水素トーチ
あるいは高圧放電によって溶融してワイヤー金ボール１
０７ａを形成するので、その直上付近の金ワイヤー１０
７および圧着変形されてできたネイルヘッドワイヤーバ
ンプ１１１（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１
ｄ）の表皮部分は熱的な影響を受けた再結晶領域となっ
ているため、圧着後の配線ループを限界を超えて低くす
るとネック部に皺やクラックが頻繁に発生するようにな
り、ワイヤーボンディング工程後のモールド時等におい
て樹脂の応力によりボールネック部分の破断という事故
が発生しやすくなり、半導体デバイスの信頼性を極度に
損なうという問題があった。
【０００７】このため、上述の従来のワイヤーボールボ
ンディング技術で必要とされたような高価な金ワイヤー
の配線をなくし、しかも電極パッドのピッチを狭くして
高密度実装を可能とする技術として、ウェーハバンプ技
術と転写バンプ技術とが提案されている。ウェーハバン
プ技術は、接合バンプをＩＣチップの電極パッド上に直
接形成する技術であり、転写バンプ技術は、接合バンプ
をリードに転写形成する技術である。このような技術で
形成されたバンプを介して電極パッドとリードとを超音
波熱圧着することにより電極パッドとリードとが接合さ
れるが、これらの技術は、共にフォトリソグラフィ技術
を用いているため、レジスト塗布装置や露光装置、さら
には電解メッキシステムやスパッタ装置などを用いなけ
ればならず、バンプ形成工程が非常に煩雑となり、ま
た、製造コストも高くなるという問題があった。
【０００８】そこで、近年、このような問題点を解決す
るバンプ形成技術として、スタッドバンプ（ネイルヘッ
ドバンプ）技術が提案されている。この技術は、ＩＣチ
ップの電極パッド上に接合用のバンプを直接形成する点
では前述のウェーハバンプ技術と変わらないが、フォト
リソグラフィ技術を利用せずにワイヤーボールボンディ
ング技術を利用し、その技術において形成されるボール
状の接合用金属片でバンプを形成するものである。図１
３にこのスタッドバンプ技術でバンプを形成する場合の
概略工程図を示す。図１３Ａに示すように、まず、キャ
ピラリーツール１０３の先端から出ている金ワイヤー１
０７を高圧放電などで溶融して、ワイヤー金ボール１０
７ａを形成した後、図１３Ｂに示すように、ワイヤー金
ボール１０７ａを基板１０９に配設されたＩＣチップ１
０８の電極パッド１０８ａに超音波熱圧着する。次に、
図１３Ｃに示すように、キャピラリーツール１０３を引
き上げることによりバンプ１１３を形成する。
【０００９】このように形成されたバンプ１１３を有す
るＩＣチップ１０８の電極パッド１０８ａと、ＴＡＢフ
ィルム１１４に形成されたインナーリード１１５との接
合は、図１３Ｄに示すように、バンプ１１３を介して両
者を正確に位置合わせをして重ね合わせ、その上からウ
ェッジ１１６で超音波熱圧着処理を施すことにより行わ
れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにスタッド
バンプ技術を利用して接合用のバンプを形成する場合に
は、バンプの高さのばらつきを非常に微小な範囲、例え
ば±５μｍ以下に精度良く制御する必要があるが、その
ような制御は非常に難しく、また、ワイヤー挿通部分が
必要なキャピラリーツール１０３は圧着変形に寄与する
荷重面積がかなり減少し、実質接合面積を充分稼ぐに到
らず、ボンディング強度を損なう原因でもあった。
【００１１】さらに、金ワイヤー１０７側のワイヤー金
ボール１０７ａの直上付近は、熱的な影響を受けた再結
晶領域であるため、その後の接合条件にも悪影響を及ぼ
すという問題もあった。また、ＩＣチップ１０８の電極
パッド１０８ａ上にバンプ１１３を形成する際に超音波
熱圧着処理を行うが、さらに、そのバンプ１１３を介し
て電極パッド１０８ａとＴＡＢフィルム１１４のインナ
ーリード１１５とを接合する際にも２回目の超音波熱圧
着を行うのでＩＣチップ１０８のダメージが大きくな
り、また、位置合わせを２回行うので合わせずれが大き
くなりやすく、組立工程のタクトタイムが倍以上になっ
てしまうという問題があった。
【００１２】さらに、電極パッド１０８ａとＴＡＢフィ
ルム１１４のインナーリード１１５との接合の際には、
超音波加圧加熱処理用治具としてウェッジ１１６を使用
するが、このウェッジ１１６の使用時には接合用バンプ
を形成する１回目の超音波熱圧着処理時と異なり、超音
波を吸収して緩衝作用をなすワイヤー金ボール１０７ａ
が存在しないので、ＩＣチップ１０８がダメージを受け
やすく、また、ウェッジ１１６が磨耗変形するという問
題があり、煩雑であった。
【００１３】一方、金ボールを連続的に溶融形成する装
置においては、金の線素材の供給制御およびボール形成
の物理的条件、ならびに、機械、電気制御系統が複雑多
岐にわたり、安定供給状態に到るまで時間を要し、その
安定条件を長期に維持するための個々のメンテナンスが
必要であった。
【００１４】従って、この発明の目的は、ＩＣチップな
どの電子回路素子の電極パッド上に高精細かつ高品質の
バンプを形成することができ、あるいは、リードフレー
ムやＴＡＢフィルムのインナーリードなどのリードとこ
のリードを接合すべき電極パッドなどの被接合部材とを
接合する際に被接合部材へのダメージを小さくすること
ができるのみならず、位置合わせも精度良く行うことが
できる熱圧着用ツールを提供することにある。
【００１５】この発明の他の目的は、ＩＣチップなどの
電子回路素子の電極パッド上に高精細かつ高品質のバン
プを形成することができるバンプ形成方法を提供するこ
とにある。
【００１６】この発明のさらに他の目的は、リードフレ
ームやＴＡＢフィルムのインナーリードなどのリードと
このリードを接合すべき電極パッドなどの被接合部材と
を接合する際に被接合部材へのダメージを小さくするこ
とができるのみならず、位置合わせも精度良く行うこと
ができるリード接合方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明者は、鋭意研究
の結果、あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度か
つ高品質の金属ボールを用い、この金属ボールをボンデ
ィングツールの先端に吸着させ、リードとそのバンプあ
るいはそのリードを接合すべき被接合部材とを重ね合わ
せた状態で接合部にボンディングツールの先端を位置合
わせし、金属ボールを接合部に配設すると同時に圧着変
形させ、両者をシングルポイントで接合することにより
上記の目的を達成することができることを見い出し、こ
の発明を案出するに至った。
【００１８】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明による熱圧着用ツールは、球状の金属片を吸着す
るための管部を有し、管部の金属片を吸着する側の一端
部の吸着口はこの一端部から離れるに従って径が減少す
るテーパ状の内周面とこの内周面に連続する平坦な圧着
面とを有するものである。
【００１９】この発明による熱圧着用ツールの好適な一
実施形態においては、管部の他端部または側壁部に真空
排気用の管が接続されている。
【００２０】この発明によるバンプ形成方法は、球状の
金属片を吸着するための管部を有する熱圧着用ツールで
あって、その一端部の吸着口はこの一端部から離れるに
従って径が減少するテーパ状の内周面とこの内周面に連
続する平坦な圧着面とを有するものの吸着口に球状の金
属片を吸着させ、金属片を被圧着部材に熱圧着または超
音波熱圧着することによりバンプを形成するようにした
ものである。
【００２１】この発明によるバンプ形成方法の好適な一
実施形態においては、金属片はＡｕ（金）、Ａｌ（アル
ミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓ
ｂ（アンチモン）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニ
ウム）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ｂｉ（ビスマ
ス）、Ｃｄ（カドミウム）およびＰｂ（鉛）から成る群
より選ばれた少なくとも一種の金属から成る。また、こ
の発明によるバンプ形成方法の好適な一実施形態におい
ては、被圧着部材は電子回路素子の電極パッドである。
【００２２】この発明によるバンプ形成方法のさらに好
適な一実施形態においては、上述の電極パッド上に接合
補助金属層が設けられている。ここで、例えば、電極パ
ッドはＡｌから成り、接合補助金属層はＡｕ（金）、Ａ
ｇ、（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ
（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｉ
ｎ（インジウム）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｓｉ（シリコ
ン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビス
マス）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓｎ（スズ）およびＰｂ
（鉛）から成る群より選ばれた少なくとも一種の金属か
ら成る。
【００２３】この発明によるリード接合方法は、球状の
金属片を吸着するための管部を有する熱圧着用ツールで
あって、その一端部の吸着口はこの一端部から離れるに
従って径が減少するテーパ状の内周面とこの内周面に連
続する平坦な圧着面とを有するものの吸着口に球状の金
属片を吸着させ、金属片を被接合部材上に載置されたリ
ードの上から押しつけることによりリードを被接合部材
に圧着接合するようにしたものである。
【００２４】この発明によるリード接合方法の好適な一
実施形態においては、被圧着部材は電子回路素子の電極
パッドである。
【００２５】この発明によるリード接合方法のさらに好
適な一実施形態においては、上述の電極パッド上に接合
補助金属層が設けられている。ここで、例えば、電極パ
ッドはＡｌから成り、接合補助金属層はＡｕ（金）、Ａ
ｇ、（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ
（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｉ
ｎ（インジウム）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｓｉ（シリコ
ン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビス
マス）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓｎ（スズ）およびＰｂ
（鉛）から成る群より選ばれた少なくとも一種の金属か
ら成る。
【００２６】この発明によるリード接合方法において
は、好適には、リードの接合部分に孔または切れ込みが
設けられる。
【００２７】
【作用】この発明による熱圧着用ツールによれば、あら
かじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高品質の球
状の金属片をその一端部の吸着口に吸着させ、この金属
片を圧着変形させることにより、ＩＣチップなどの電子
回路素子の電極パッド上に高精細かつ高品質のバンプを
形成することができる。また、リードとそのリードを接
合すべき被接合部材とを重ね合わせ、球状の金属片をそ
のリードのうえから押しつけることにより、リードと被
接合部材とをシングルポイントで一括集中圧着接合する
ことができ、１回の位置合わせで高精度な接合を行うこ
とができるのみならず、組立を簡素化することができる
と同時に被接合部材への機械的衝撃と熱サイクルとによ
るダメージを最小限に抑えることができる。さらに、金
線素材の供給制御およびボール成形条件等の物理的要因
および機械・電気制御系統を全く必用としないので、安
定供給を長期に維持するための個々のメンテナンスを省
くことができ、製品の歩留りおよび装置の稼働率を共に
向上させることができる。
【００２８】この発明によるバンプ形成方法によれば、
あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高品質
の球状の金属片を用いることができるので、この球状の
金属片をキャピラリーの一端部の吸着口に吸着させて圧
着変形させることにより、ＩＣチップなどの電子回路素
子の電極パッド上に高精細かつ高品質のバンプを形成す
ることができる。
【００２９】この発明によるリード接合方法によれば、
あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高品質
の球状の金属片を用いることができるので、この球状の
金属片をキャピラリーの一端部の吸着口に吸着させて圧
着変形させることにより、リードフレームやＴＡＢフィ
ルムのインナーリードなどのリードとこのリードを接合
すべき電極パッドなどの被接合部材とを接合する際にこ
の被接合部材に加わる機械的衝撃などを抑え、そのダメ
ージを最小限に抑えることができ、また、接合部の位置
合わせも精度良く行うことができる。
【００３０】
【実施例】以下、ＩＣチップの電極パッドとＴＡＢフィ
ルムのインナーリードおよびアウターリードとを接合す
る場合にこの発明を適用した実施例について、図面を参
照しながら説明する。なお、実施例の全図において、同
一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００３１】図１はこの実施例で用いるワイヤーレスボ
ールボンディング法による超音波熱圧着装置の要部斜視
図であり、図２は図１における接合を行う部分の拡大図
である。
【００３２】図１および図２に示すように、この超音波
熱圧着装置においては、超音波発生器１を内蔵したビー
ム２にキャピラリーツール３が締結ネジ４で固定されて
いる。そして、超音波発生器１の外箱に取り付けられた
回転軸５が基台６の両端で支持され、これによってキャ
ピラリーツール３が回転軸５を中心に回転し、キャピラ
リーツール３がある一定の範囲で可動となっている。
【００３３】また、キャピラリーツール３の直下部に
は、電極パッド７ａを付設したＩＣチップ７が基板８に
接合された状態で加熱装置９上に搭載され、その電極パ
ッド７ａの表面が設定温度に加熱されている。さらに、
基台６はＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能に構成されてい
て、キャピラリーツール３が電極パッド７ａの中心直上
部へ位置制御され、圧着時に降下し得るようになってい
る。
【００３４】次に、この実施例による超音波熱圧着装置
のボンディングツールの構成について説明する。
【００３５】図３はこのボンディングツールの一例を示
す。ここで、図３Ａはボンディングツールの要部平面
図、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ´線に沿っての断面図、図
３Ｃはキャピラリーツール３の先端部の拡大断面図、図
３Ｄは図３Ｃの要部拡大断面図である。図３に示すよう
に、ビーム２の先端部分にはキャピラリーツール３を挿
入する半月穴２ａが割溝２ｂの両側にあり、そのキャピ
ラリーツール３を手前の締結ネジ４により保持固定して
いる。
【００３６】キャピラリーツール３の中心部には、中空
円筒部３ａ、先端テーパ部３ｂ、毛細管部３ｃおよび吸
圧着先端部３ｄが互いに連通して設けられている。中空
円筒部３ａの上部は気密蓋１０で封止されている。ま
た、キャピラリーツール３の上側面には吸配管口３ｉが
設けられていて、この吸配管口３ｉに吸着配管１１の先
端部１１ａが密閉嵌合されている。一方、ビーム２には
その中心部に中空排気口２ｃが設けられ、さらに、その
先端近傍にこれとほぼ垂直方向に排気配管口２ｄおよび
継手管座２ｅが設けられていて、この排気管口２ｄに吸
着配管１１の他端部１１ｂが密閉嵌合されている。
【００３７】図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、キャピ
ラリーツール３の吸圧着先端部３ｄにおいては、毛細管
部３ｃよりテーパ状に拡がった円筒中空部３ｄ１と、そ
れよりも径が大きい吸着尖端孔３ｄ２とが、異なる径の
段差と交差する角部３ｅ、３ｆとで連続的に結ばれてい
て、その外周はドーナツ状の圧着平坦部３ｇと丸みを付
けられた角部３ｈとから成っている。
【００３８】次に、以上のように構成された超音波熱圧
着装置によりワイヤーレスボールボンディングを行う方
法について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、まず、あらかじめ基板８
に接合された、電極パッド７ａを複数個付設した高密度
のＩＣチップ７が、接合部材のリードフレーム１２と共
に加熱装置９上に搭載され、所定温度に加熱された状態
になっている。
【００３９】また、電極パッド７ａとリードフレーム１
２との２点間を接合配線するために例えば、画像処理装
置（図示せず）によりＴＡＢフィルム１３に形成された
リード１４のインナーリード１４ａおよびアウターリー
ド１４ｂをＸＹ方向に位置制御しながらこれらのインナ
ーリード１４ａ側およびアウターリード１４ｂ側の各接
合中心部へ正確に位置合わせを行う。
【００４０】次に、あらかじめ用意されたインナーリー
ド接合用小径金属ボール１５を吸着しているキャピラリ
ーツール３の先端部が接合中心部へ下降し、その金属ボ
ール１５が荷重で変形し始めると同時に、超音波発生器
１から超音波振動を集中的に印加する。これによって、
金属ボール１５が圧着変形されてネイルヘッドボールバ
ンプ１６が形成され、インナーリード接合が完了する。
一方、アウターリード１４ｂ側においては、キャピラリ
ーツール３の先端部に別途用意された共晶接合用の大径
の金属ボール１７を吸着させ、上記と同様に圧着変形さ
せてネイルヘッドボールバンプ１８を形成し、アウター
リード接合が完了する。このように、同一のキャピラリ
ーツール３で接合用の金属ボール１５、１７を用途に応
じてインナーリード１４ａ側またはアウターリード１４
ｂ側と選択的に接合を行うことができる。
【００４１】図４Ａはキャピラリーツール３の先端部を
示し、図４Ｂはこの先端部に吸着された金属ボール１５
（または１７）を圧着変形させることにより形成された
ネイルヘッドボールバンプの形状を示す。ここで、従来
のワイヤーボールボンディング法で用いられるキャピラ
リーツールの先端部およびこのキャピラリーツールを用
いて形成されたネイルヘッドワイヤーバンプの形状を示
す図１２の場合と比較を行う。
【００４２】すなわち、図１２Ａは従来のワイヤーボー
ルボンディング法を示し、キャピラリーツール１０３の
先端にワイヤー金ボール１０７ａが上方に延びた金ワイ
ヤー１０７と一体に繋がっている状態を示す。
【００４３】図１２Ｂは超音波加圧熱圧着によりワイヤ
ー金ボール１０７ａがネイルヘッド状に変形されて、ネ
イルヘッドワイヤーバンプ１１１が接合された状態を示
す。そのときの金ワイヤー１０７の径ｄとワイヤー金ボ
ール１０７ａの径Ｄとの間にはｄ＝（１／２．５〜１／
３）・Ｄなる関係が成立し、金ワイヤー１０７の径ｄが
ワイヤー金ボール１０７ａの径Ｄの決定要因となる。
【００４４】一方、図４Ａはこの発明によるワイヤーレ
スボールボンディング法を示し、あらかじめ形成された
金属ボール１５がキャピラリーツール３の先端部に吸着
された状態を示す。
【００４５】図４Ｂはその金属ボール１５が熱圧着また
は超音波熱圧着によりネイルヘッド状に変形されて、ネ
イルヘッドボールバンプ１６が接合された状態を示す。
その時の毛細管部３ｃの径ｄ´と金属ボール１５の径Ｄ
との間にはｄ´＜Ｄ／ｍ（ｍ＞３）なる関係が成立し、
従来のようにワイヤー挿通孔１０３ｃの径によって限定
されない任意の径に毛細管部３ｃの径を設定可能であ
る。
【００４６】図５は、この実施例によるバンプ形成方法
の工程図である。
【００４７】このバンプ形成方法においては、まず、図
５Ａに示すように、金属ボール１５をキャピラリーツー
ル３の先端部に吸着し、その直下部に一定の高さを隔て
基板８上に設置されたＩＣチップ７の電極パッド７ａの
ほぼ中央を狙ってキャピラリーツール３を位置設定す
る。次に、図５Ｂに示すように、キャピラリーツール３
を矢印方向に降下させ、超音波熱圧着法により、金属ボ
ール１５を圧着変形させてネイルヘッドボールバンプ１
６を形成し、接合を行う。この後、図５Ｃに示すよう
に、キャピラリーツール３を矢印の方向に上昇させる。
このようにして、キャピラリーツール３の吸圧着先端部
３ｄの形状に倣ってプレス成形された状態でネイルヘッ
ドボールバンプ１６が形成される。
【００４８】図６は、この実施例によるリード接合方法
の工程図である。このリード接合方法においては、ま
ず、図６Ａに示すように、基板８上に設置されたＩＣチ
ップ７の電極パッド７ａとＴＡＢフィルム１３に形成さ
れたインナーリード１４ａの接合中心孔１４ａ１とをほ
ぼ中央で重ね合わせる。キャピラリーツール３はその先
端部に金属ボール１５を吸着した状態で基板８の上方に
待機しているが、圧着接合する部分は画像認識装置（図
示せず）により、インナーリード１４ａの接合中心孔１
４ａ１に精度良く位置合わせされている。
【００４９】次に、図６Ｂに示すように、キャピラリー
ツール３を矢印方向に降下させ、金属ボール１５を接合
中心孔１４ａ１において超音波熱圧着法によりネイルヘ
ッド状に圧着変形させてインナーリードスティッチバン
プ１９を形成し、電極パッド７ａとインナーリード１４
ａとを一括集中接合する。
【００５０】この後、図６Ｃに示すように、キャピラリ
ーツール３を上昇させる。このようにして、ネイルヘッ
ド状に成形されたインナーリードスティッチバンプ１９
がインナーリード１４ａと電極パッド７ａとにまたがっ
て圧着接合される。
【００５１】この実施例における圧着時には、従来のワ
イヤーボールボンディング技術やスタッドバンプ技術な
どで用いられている圧着方法を利用することができる。
例えば、超音波を作用させながら圧力を加えて接合する
超音波圧着方法や、加熱しながら圧力を加えて接合する
熱圧着方法、あるいは超音波と熱とを作用させながら圧
力を加えて接合する超音波熱圧着法を好適に用いること
ができる。
【００５２】また、この実施例におけるキャピラリーツ
ール３の毛細管部３ｃは従来のものに比較して径を小さ
くすることが可能であるため、金属ボールの圧着変形率
が大きく、また、圧着荷重面積も大きく取ることができ
るので、接合強度および品質も向上させることができ
る。
【００５３】さらに、図１の場合、電極パッド７ａとイ
ンナーリード１４ａと金ボール１５、１７とのそれぞれ
の材料は、互いに合金を形成しやすく、しかも、導電性
の良いものを選択する。特に、電極パッド７ａ上に接合
補助金属層を設けることがより好ましい。例えば、金属
ボール１５、１７として導電性、耐久性さらに作業性に
優れたＡｕ（金）ボールを用い、かつ、ＩＣチップ７の
電極パッド７ａの材料として一般に用いられているＡｌ
（アルミニウム）を使用した場合には、このような接合
補助金属層としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｐｔ、Ｗ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃ
ｄ、ＳｎおよびＰｂの中から選択される金属の層を使用
することができる。これに関連して、一般にＣｕ箔で形
成されるインナーリード１４ａの接合面にも、Ａｕある
いはＳｎの薄い層を形成することが好ましい。
【００５４】インナーリード１４ａの形状は、特に限定
されないが、電極パッド７ａおよびインナーリード１４
ａのそれぞれと金属ボール１５、１７の圧着変形により
形成されるバンプ１６、１９とが直接接触する面積を大
きくして接合信頼性を向上させるために、接合部分に孔
もしくは切れ込みを設けることが好ましい。例えば、図
７Ａ〜Ｈに示すように、インナーリード１４ａの接合部
分１４ａ２に孔もしくは切れ込み状の接合中心孔１４ａ
１を設ける。また、ボール変形率（変形抵抗）のバラン
スを良くし、接合の信頼性を向上させるため、接合部分
１４ａ２の厚みを多少薄くすることが好ましい。
【００５５】図８は図３に示すボンディングツールの変
形例を示す。ここで、図８Ａはボンディングツールの要
部平面図、図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ´線に沿っての断面
図である。図８に示すように、この変形例によるボンデ
ィングツールにおいては、キャピラリーツール３の上部
に取り付けられた気密蓋１０が吸配管口を兼用してい
る。すなわち、この場合、気密蓋１０に吸配管口１０ａ
が設けられ、この吸配管口１０ａに吸着配管１１が接続
されている。そして、気密蓋１０の中空部１０ｂを通じ
てキャピラリーツール３の中空円筒部３ａの内部を排気
することによりこのキャピラリーツール３の先端部に金
属ボール１５が吸着されるようになっている。
【００５６】図９はキャピラリーツール３の変形例を示
し、従来のワイヤーボールボンディング法によるバンプ
形成とこの発明によるワイヤーレスボールボンディング
法によるバンプ形成との両方を実現可能とした例であ
る。図９Ａは従来のワイヤーボールボンディング法によ
りバンプ形成を行う場合を示し、毛細管部３ｃに金属ワ
イヤー２０が挿通され、その先端にワイヤー金属ボール
２１が形成されている。
【００５７】図９Ｂはこのワイヤー金属ボール２１をキ
ャピラリーツール３の先端部で圧着変形させることによ
り形成されたネイルヘッドワイヤーバンプ２２を示す。
この時の金属ワイヤー２０の径ｄとワイヤー金属ボール
２１の径Ｄとの間にはｄ＝（１／２．５〜１／３）・Ｄ
なる関係が成立する。次に、図９Ｃはこの発明によるワ
イヤーレスボールボンディング法によりバンプ形成を行
う場合を示し、キャピラリーツール３の先端部に金属ボ
ール１５が吸着されている。
【００５８】図９Ｄはこの金属ボール１５をキャピラリ
ーツール３の先端部で圧着変形させることにより形成さ
れたネイルヘッドボールバンプ２３を示す。この時の毛
細管部３ｃの径ｄ´と金属ボール１５の径Ｄとの間には
ｄ´＞（１／２．５〜１／３）・Ｄなる関係が成立す
る。
【００５９】以上、この発明をＩＣチップの電極パッド
とＴＡＢフィルムのインナーリードおよびリードフレー
ムとを接合する場合に適用した実施例について説明した
が、この発明はこのような場合に限らず、外部回路端子
と接合する場合や、ＩＣチップをフリップチップボンデ
ィングする場合などのように、微小なリードと被接合部
材とを接合する場合などに広く適用することができる。
また、複数の接合ポイントがあり、次々とスティッチ状
に接合しなければならない場合にも適用することができ
る。
【００６０】
【発明の効果】この発明による熱圧着用ツールによれ
ば、あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高
品質の金属ボールを選択的にその先端部に吸着させ、こ
の金属ボールを圧着変形させることにより、ＩＣチップ
などの電子回路素子の電極パッド上に高精細かつ高品質
のバンプを形成することができ、あるいは、リードフレ
ームやＴＡＢフィルムのインナーリードなどの被接合部
材とを接合する際に被接合部材へのダメージを小さくす
ることができるのみならず、位置合わせも精度良く行う
ことができる。
【００６１】この発明によるバンプ形成方法によれば、
あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高品質
の金属ボールを用いることができることにより、ＩＣチ
ップなどの電子回路素子の電極パッド上に高精細かつ高
品質のバンプを形成することができる。
【００６２】この発明によるリード接合方法によれば、
あらかじめ冶金学的に安定形成された高精度かつ高品質
の金属ボールを用いることができることにより、リード
フレームやＴＡＢフィルムのインナーリードなどのリー
ドとこのリードを接合すべき電極パッドなどの被接合部
材とを接合する際に被接合部材へのダメージを小さくす
ることができるのみならず、位置合わせも精度良く行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置の
要部斜視図である。
【図２】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置に
おける接合を行う部分の拡大図である。
【図３】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置の
ボンディングツールの要部平面図および要部断面図であ
る。
【図４】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置の
ボンディングツールのキャピラリーツールの先端部の断
面図およびこのボンディングツールを用いて形成される
ネイルヘッドボールバンプを示す略線図である。
【図５】この発明の一実施例によるバンプ形成方法を説
明するための工程図である。
【図６】この発明の一実施例によるリード接合方法を説
明するための工程図である。
【図７】この発明において用いられるインナーリードの
種々の形状を示す要部平面図である。
【図８】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置の
ボンディングツールの変形例を示す要部平面図および要
部断面図である。
【図９】この発明の一実施例による超音波熱圧着装置の
ボンディングツールのキャピラリーツールの変形例を示
す断面図およびこのボンディングツールを用いて形成さ
れるネイルヘッドワイヤーバンプおよびネイルヘッドボ
ールバンプを示す略線図である。
【図１０】従来の超音波熱圧着装置の要部斜視図であ
る。
【図１１】従来の超音波熱圧着装置における接合を行う
部分の拡大図である。
【図１２】従来の超音波熱圧着装置のキャピラリーツー
ルの先端部の断面図およびこのキャピラリーツールを用
いて形成されるネイルヘッドワイヤーバンプを示す略線
図である。
【図１３】従来のスタッドバンプ技術によるバンプ形成
方法およびＴＡＢリード接合方法を説明するための工程
図である。
【符号の説明】
１ 超音波発生器 ２ ビーム ３ キャピラリーツール ７ ＩＣチップ ７ａ 電極パッド １０ 気密蓋 １１ 吸着配管 １２ リードフレーム １３ ＴＡＢフィルム １４ａ インナーリード １４ｂ アウターリード １５、１７ 金属ボール １６、１８ ネイルヘッドボールバンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−37890（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−312240（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−166548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−117847（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67618（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−326523（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−11929（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 B23K 3/06 B23P 21/00 H05K 3/34

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 球状の金属片を吸着するための管部を有
    し、 上記管部の上記金属片を吸着する側の一端部の吸着口は
    上記一端部から離れるに従って径が減少するテーパ状の
    内周面とこの内周面に連続する平坦な圧着面とを有する
    熱圧着用ツール。
  2. 【請求項２】 上記管部の他端部または側壁部に真空排
    気用の管が接続されていることを特徴とする請求項１記
    載の熱圧着用ツール。
  3. 【請求項３】 球状の金属片を吸着するための管部を有
    する熱圧着用ツールであって、上記管部の一端部の吸着
    口は上記一端部から離れるに従って径が減少するテーパ
    状の内周面とこの内周面に連続する平坦な圧着面とを有
    するものの上記吸着口に球状の金属片を吸着させ、 上記金属片を被圧着部材に熱圧着または超音波熱圧着す
    ることによりバンプを形成するようにしたバンプ形成方
    法。
  4. 【請求項４】 上記金属片はＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｉｎ、
    Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂｉ、ＣｄおよびＰｂ
    から成る群より選ばれた少なくとも一種の金属から成る
    ことを特徴とする請求項３記載のバンプ形成方法。
  5. 【請求項５】 上記被圧着部材は電子回路素子の電極パ
    ッドであることを特徴とする請求項３記載のバンプ形成
    方法。
  6. 【請求項６】 上記電極パッド上に接合補助金属層が設
    けられていることを特徴とする請求項５記載のバンプ形
    成方法。
  7. 【請求項７】 上記電極パッドはＡｌから成り、上記接
    合補助金属層はＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、
    Ｗ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｓｎ
    およびＰｂから成る群より選ばれた少なくとも一種の金
    属から成ることを特徴とする請求項６記載のバンプ形成
    方法。
  8. 【請求項８】 球状の金属片を吸着するための管部を有
    する熱圧着用ツールであって、上記管部の一端部の吸着
    口は上記一端部から離れるに従って径が減少するテーパ
    状の内周面とこの内周面に連続する平坦な圧着面とを有
    するものの上記吸着口に球状の金属片を吸着させ、 上記金属片を被接合部材上に載置されたリードの上から
    押しつけることにより上記リードを上記被接合部材に圧
    着接合するようにしたリード接合方法。
  9. 【請求項９】 上記被接合部材は電子回路素子の電極パ
    ッドであることを特徴とする請求項８記載のリード接合
    方法。
  10. 【請求項１０】 上記電極パッド上に接合補助金属層が
    設けられていることを特徴とする請求項８記載のリード
    接合方法。
  11. 【請求項１１】 上記電極パッドはＡｌから成り、上記
    接合補助金属層はＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ
    ｔ、Ｗ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｃｄ、
    ＳｎおよびＰｂから成る群より選ばれた少なくとも一種
    の金属から成ることを特徴とする請求項１０記載のリー
    ド接合方法。
  12. 【請求項１２】 上記リードの接合部分に孔または切れ
    込みが設けられていることを特徴とする請求項８、９、
    １０または１１記載のリード接合方法。
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