JP3971314B2 - 半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の実装時に使用する治具に関するもので、更に詳しくは、金属配線パターンを有する絶縁フィルム上に半導体素子をフェイスダウン方式でボンディングする際に使用するボンディングステージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話、携帯情報端末を初めとして、電子機器の小型軽量化に伴い、それらの機器に搭載される電子部品の高密度化が進んでいる。例えば、液晶表示用パネルを駆動するための半導体素子は、絶縁性フィルム上に金属配線のパターンを形成した所謂テープキャリアに実装することで、高密度化を図ると共に、薄型化、軽量化を実現している。これらの実装方式は、COF(Chip On FPC)と呼ばれている。
【0003】
以下図6、図7を用いてCOF実装方式に関して説明する。
図6において、101は半導体素子、102は半導体素子の表面に形成された入出力用の端子電極、103は入出力用の端子電極102上に設けられた金バンプ電極、104は絶縁性フィルム基板、105は絶縁性フィルム基板の表面に形成された金属配線パターン、106はボンディングツール、107はボンディングステージである。
【0004】
まず、入出力用の端子電極102上に厚さ10um〜18um程度の金バンプ電極(Auバンプ)103が形成された半導体素子(ICチップ)101を、ポリイミド樹脂やポリエステル等のプラスチック絶縁材料を主材料とした絶縁性フィルム基板(フィルム基板)104上に形成された金属配線パターン105に対して位置合わせを行う。即ちAuバンプ電極103が金属配線パターン105上の所定の位置と合致するように位置合わせを行う。
【0005】
ここで、金属配線パターン105の主体は銅(Cu)等の導電性材料からなり、その表面にはSnメッキ、Auメッキ等が施されている。
また、絶縁性フィルム基板104は帯状の形態をしており、テープキャリアとも呼ばれている。その両側縁には送り孔が所定の間隔であけられ、長手方向に移動可能となっている。
【0006】
この基板と半導体素子とを、位置合わせを行った後、ボンディングツール106、ボンディングステージ107を用いて、熱圧着により、Auバンプ電極103と絶縁性フィルム基板104の表面に形成された金属配線パターン105とを接合する(図7)。この接続方法を一般にILB(Inner Lead Bonding)と称している。
【0007】
ILB後、半導体装置は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の材料120で樹脂封止される。封止樹脂はノズルにより半導体素子の周囲に塗布され、リフロー方式等により熱を加え硬化させる。その後、半導体素子の実装部をテープより打ち抜き、個別の半導体集積回路装置として液晶パネル等に実装される。
ILB後のCOFの構造は、図8に示すように、金属配線パターン105はフィルム基板104上に形成されており、ILB時の半導体素子101のエッジ部108と金属配線パターン105の隙間109は、半導体素子上に形成されているAuバンプ103の高さにより決定する。ここで、現状ではAuバンプ高さは10〜20um程度である。
【0008】
ILBを実施することによりAuバンプ103は潰れるためILB後の半導体素子101のエッジ部108と金属配線パターン105の隙間109は、6〜16um程度となる。
6um程度の隙間では、半導体素子が傾たり、所定の位置からずれた場合などは、ILB時に均一に圧力が加わらず、金属配線パターン105と半導体素子101のエッジ部108が接触し、電気的にリークを発生させ不良となる可能性がある。
【0009】
又、フィルム基板と金属配線パターン材料との熱膨張係数が異なるため、ILB時に加わる熱ストレスによりフィルム基板に膨張、伸縮、うねり等が発生し、同様に接触することもある。
更に、ILB後に金属配線パターン105と半導体素子101のエッジ部108が接触していなくとも、樹脂封止時の樹脂の硬化収縮により、接触してしまう可能性がある。
【0010】
以下図9を用いて詳細に説明する。
101は半導体素子、102は半導体素子の表面に形成された入出力用の端子電極、103は入出力用の端子電極102上に設けられた金バンプ電極、104は絶縁性フィルム基板、105は絶縁性フィルム基板の表面に形成された金属配線パターンである。
ここで、樹脂120で封止することにより、半導体装置は、丸で囲んだ111部に示すように、半導体素子側に硬化収縮により反ることが判明している。
よって、ILB完である程度の隙間を半導体素子101のエッジ部108と金属配線パターン105との間に設けなくてはならない。
しかし、現状のCOF実装装置では、エッジ部108と金属配線パターン105の隙間を確保できる構造とはなっていない。
【0011】
以下現状の装置に関して示す。
図6に示すように、COF実装用装置は、ボンディングツール106とボンディングステージ107を要しており、ボンディングツール106をボンディングステージ107上の絶縁性フィルムに加圧、加熱することにより、半導体素子101と金属配線パターン105を接合させる。
この際、ボンディングステージ107の形状、サイズは以下のとおりである。形状は立方体を示しており、各面は直角に形成されている。更に、サイズは半導体素子のサイズより大きく作られている。大きく作ることにより多少、位置がずれても接合可能となり一般的に半導体素子より大きく作られている。
【0012】
更に、真空吸着用の開口部を形成する溝112を半導体素子101が実装される箇所の外側の外周に儲け、絶縁性フィルム104を吸着させ、ズレ等の不具合を回避させている。
しかし、本ボンディングステージの形状、サイズでは、ILB後の半導体素子エッジ部と金属配線パターンの隙間は半導体素子上の外部接続端子であるAuバンプの残り高さ分しか形成されない。
つまり、6um〜16umである。しかし、Auバンプの高さバラツキ、樹脂封止後の硬化収縮を考慮すると、クリアランスはILB完で10um以上必要となる結果が得られている。
【0013】
一般的に半導体素子の表面は絶縁性の表面保護膜(パッシベーション膜)で覆われているため、金属配線パターンと接触しても、電気的なリーク不良は発生しないが、半導体素子のエッジ部は、ダイシング工程の影響によりパッシベーション膜が施されていない。
そのため、金属配線パターンと接触すると、電気的なリークが発生し、不良の原因となる。
【0014】
半導体素子の端部と配線金属配線パターンとの接触、つまりエッジタッチによる不良発生を防止するために、半導体装置を工夫することにより回避させる方法として、下記の特許文献1に開示されている。
【0015】
ここで、先行特許文献1に開示されている技術の要点を示す。
図12に示すように、ボンディングツール206を用いて、半導体素子201上の金バンプ203に金属配線パターン207の端子を接続するに際し、半導体素子201のエッジと金バンプ203との間に、絶縁体からなるサポートリング213を設けることで、半導体素子201のエッジと金属配線パターン207の接触を防止している。
しかし、サポートリングを設ける等、新たな材料を必要としコストアップの要因となり、本発明と比較して優位性がない。
更に、半導体素子のエッジ部と配線金属配線パターンとの接触、つまりエッジタッチによる不良発生を防止するために、現状用いられている半導体製造装置を工夫することにより回避させる方法を以下に示す。
【0016】
図6に示すように、ボンディングステージ107は半導体素子101より大きく作られているが、エッジタッチ回避策として、ボンディングステージ107のサイズを縮小させ金属配線パターンにベントを形成させエッジタッチを回避させようとしている。
図10を用いて以下に説明する。
101は半導体素子、102は半導体素子の表面に形成された入出力用の端子電極、103は入出力用の端子電極102上に設けられた金バンプ電極、104は絶縁性フィルム基板、105は絶縁性フィルム基板の表面に形成された金属配線パターン、106はボンディングツール、113は縮小型ボンディングステージである。
縮小サイズボンディングステージ113を使用することにより、ILB完で図8に示すように半導体素子101とは逆方向にベントが形成される(図11の丸で囲んだ114部分)。
【0017】
縮小型ボンディングステージ113を用いて検討した結果、ILB完での半導体素子101のエッジ部108と金属配線パターン105の隙間は、Auバンプ高さ10um品を用いて10〜15um確保できた。
しかし、縮小型ステージ113は半導体素子101の外部接続端子であるAuバンプの80%程度までのサイズであり、半導体素子101がずれると、金属配線パターン105とAuバンプの接合不良が発生する。
【0018】
更に、図6に示すように、ILB時に絶縁テープがずれないようにボンディングステージに真空吸着用の溝112を形成し、真空吸着により絶縁テープがずれないような機構となっている。半導体素子より大きいボンディングステージにおいては、半導体素子の外側に真空溝を形成させるが、縮小型ボンディングステージでは半導体素子内に真空溝を形成させる必要がある。
【0019】
従って、図10に示すように縮小型ボンディングステージ113の中央部に真空吸着用の溝112を形成しなくてはならない。
中央部に真空溝が形成されていると真空溝に沿って、半導体素子上の絶縁テープにしわが発生する。このしわは外観上不具合であり、樹脂封止時にしわに沿って気泡が発生することが確認されている。気泡は外観上不具合になるばかりではなく、水分などが入り腐食などの不良を発生させる可能性がある。
【0020】
【特許文献1】
特開平5−13516号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子を、COF法により、フィルム基板上に形成され得た金属配線パターンに接合する場合、半導体素子の傾き、ズレ、ILB時の熱ストレス、圧力過剰等により、半導体素子の端部と金属配線パターンが接触し、電気的なリーク電流が発生し特性不良の原因となる可能性が非常に大きい。
更に、ILBを実施することによりAuバンプは潰れるためILB後の半導体素子の端部と金属配線パターンの隙間は、6〜16um程度となる。6um程度の隙間では、半導体素子が傾たり、所定の位置からずれた場合などは、ILB時に均一に圧力が加わらず、金属配線パターンと半導体素子のエッジ部が接触し、電気的にリークを発生させ不良となる可能性がある。
【0022】
上記原因にて発生する接触を回避するために、ボンディングステージを縮小(半導体素子内側サイズ)にすることも考えられるが、ボンディング位置ずれが少しでも発生した場合に良好に金属配線パターンとAuバンプが接合されず、オープン不良を発生させてしまう可能性がある。更に、真空吸着溝によるしわ、気泡の発生を促す可能性もある。
【0023】
更に、特許文献1に開示されている技術は、半導体素子、又はフィルム基板に絶縁物により、サポートリングを設けてエッジタッチを防止しているが、サポートリングを設けるための新たな材料を必要とし、それによりフィルム基板のコストアップを招くことになる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、半導体製造装置のボンディングステージ仕様を変更することによりエッジタッチを防止するものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
絶縁性フィルム上に金属配線パターンを形成し、該金属配線パターンと半導体素子の表面に形成された接続用端子とを接続してなる半導体装置(COF、SOF)を製造する半導体製造装置であるFCB(Flip Chip Bounder)において、ボンディングステージ上部の四辺が面取りされていることを特徴とした半導体製造装置の一部であるボンディングステージである。
【0025】
更に、ボンディングステージは、半導体素子の外部接続端子と半導体素子エッジ部の中間部分より傾斜して面取り部を形成している。面取り部の角度はステージ下方に向かい15度〜25度であることを特徴とした半導体製造装置の一部であるボンディングステージである。
【0026】
更に、面取りされた箇所には、絶縁テープを吸着させるための真空吸着用の開口部である溝が形成されており、その溝は四辺すべてに形成され、そのすべてが繋がっている。
更に、真空吸着用の開口部は直線状の溝形状のみだけでなくプロット状の穴とすることもできる。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1〜5を用いて以下に説明する。
図1は本発明の半導体製造装置の正面図、図2はボンディングステージの平面図である。図1、2において、1は半導体素子、2は半導体素子の表面に形成された入出力用の端子電極、3は入出力用の端子電極2上に設けられた金バンプ電極、4は絶縁性フィルム基板、5は絶縁性フィルム基板の表面に形成された金属配線パターン、6はボンディングツール、7は改良型ボンディングステージである。
【0028】
改良型ボンディングステージ7は、絶縁性フィルムに接する側の四角が面取りされている。面取りすることにより角度が形成され、半導体素子1上部より荷重を加えILBを実施した際、面取り部8に沿って絶縁性フィルム4が半導体素子1と反対側に屈曲する(図3参照)。そのため金属配線パターン5と半導体素子1のエッジ部9の間隙10が確保され、両者は接する可能性は低くなる。
【0029】
エッジ部9と金属配線パターン5が接触して発生するリーク不良を回避するために、上記に示したとおり改良型ボンディングステージ7では、四角を面取りし、図3に示す様に絶縁性フィルム4と半導体素子1を反対側に屈曲させ接合不良を軽減させている。
更に、面取り部8は半導体素子1上の金バンプ電極3の半導体素子1のエッジ部9の中間部分より面取りされていることとする。
【0030】
本来、半導体素子1の金バンプ3のエッジ部3aより面取りされているこが理想である。本箇所より面取りされていれば、半導体素子1エッジ部9までの距離が長くなるため、より金属配線パターン4とエッジ部9が接触する可能性が低くなる。
【0031】
しかし、ILBの精度を考慮してエッジ部9と金バンプ設置箇所の中間部分より面取りされていることとする。これは、ILB時にボンディングステージとボンディングツールの位置がずれた場合、片側は金属配線パターンと金バンプが接合しており、片側は接合していない等の不具合が生じる可能性があるためである。よって、面取り部8は半導体素子1上の金バンプ電極3の半導体素子1のエッジ部9の中間部分より面取りし、若干の位置ズレにも対応可能としている。
【0032】
更に、面取り部8はステージ下方に面取り角度12は15度〜25度とする。図4を用いて説明する。面取り部はエッジ部9と金バンプ3設置箇所の中間部分より形成させると明記したが、現状、エッジ部9と金バンプ3設置箇所の中間部分のサイズ13は20〜40um程度である。
更にエッジ部9と金属配線パターンの隙間10をILB完の状態で最低10um程度必要とする。よって、面取り角度12は15度〜25度とした。
上記に示した隙間10が10um以下であると樹脂封止時の硬化収縮により、金属配線パターン5が半導体素子1側に湾曲し接触してしまうことが確認されている。
更に、面取りされた箇所には、絶縁テープを吸着させるための真空吸着用の開口部である溝11が形成されている。真空用の溝11を形成することにより、絶縁性フィルム4を改良型ボンディングステージ7に密着させることが可能となり、ILB時の金属配線パターン5と金バンプ3の位置ズレにより接合不良を回避できる。
更に、真空吸着をさせず絶縁性フィルム4を改良型ボンディングステージ7に設置すると、ILB時の熱により絶縁性フィルムにしわが発生することが確認されている。これは、真空吸着をさせないことにより、絶縁性フィルム4に撓みが生じ、しわへと発展するからであると考えられている。
【0033】
よって、真空吸着を実施し、絶縁性フィルム4が撓まないようにする。また、真空吸着の溝11を面取り部8ではなく、半導体素子1が接合する箇所の内側に作製した場合、真空吸着の溝に沿って、しわが発生し外観上問題となる。
更に、樹脂封止の際、しわに沿って気泡が発生し、信頼性上、外観上問題となる。
【0034】
本発明では、上記問題を回避するために、真空吸着用の溝11は半導体素子1の外周部に設置した。
更に、上記に示した真空吸着の溝11は四辺全てに形成されている。四辺全て真空吸着により固定することにより、ILB時の金属配線パターン5と金バンプ3との接合の位置精度を向上させることとなる。
更に、真空吸着用の開口部は直線状の溝のみではなく、プロット状の穴でも良いこととする。
【0035】
以下、図5を用いて説明する。
図5は改良型ボンディングステージ7を上方より見た図であり、点線で示した外側を面取りした面14とする。各面取りした面14に真空吸着用のプロット状の穴15を形成している。
更に、プロット状の穴15の設置は各辺に2個以上形成されており、その設置場所は各辺の両端であることが好ましい。
プロット状の穴15を形成させることにより、真空吸着用の溝11を形成するより、より安価で短期間に作製することが可能となる。
更に、各辺の両端に形成することにより、位置ズレを軽減することが可能となる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は、以上のように、主として液晶ドライバである長方形の半導体素子をCOF方式にて実装する際の半導体装置製造装置のボンディングステージの四角を面取りすることにより、半導体素子と金属配線パターン接触することを回避させることを特徴とするボンディングステージである。
更に、面取りの角度を制限することにより、樹脂封止時の樹脂硬化収縮における接触も回避する構造となっている。
また、面取り部、更には半導体素子外周部に真空吸着用の溝を形成することにより、絶縁性フィルムをボンディングステージに密着させ、半導体素子と金属配線パターンの接合時の位置ズレ不良を軽減し、更には樹脂封止時に発生していた気泡発生を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明である改良型ボンディングステージの正面図。
【図2】図1の平面図。
【図3】改良型ボンディングステージを用いて作製したCOF断面図。
【図4】改良型ボンディングステージを用いて作製したCOFの接合箇所拡大図。
【図5】ボンディングステージ上方図。
【図6】従来のボンディングステージ。
【図7】従来のボンディングステージにて作製したCOF断面図。
【図8】従来COF断面図。
【図9】従来のボンディングステージにて作製したCOFのエッジタッチ部2。
【図10】縮小型ボンディングステージ。
【図11】縮小型ボンディングステージにて作製したCOF断面図。
【図12】従来技術。
【符号の説明】
1 半導体素子
2 端子電極
3 金バンプ
4 絶縁性フィルム
5 金属配線パターン
6 ボンディングツール
7 改良型ボンディングツール
8 面取り部
9 エッジ部
10 隙間
11 真空吸着用の溝
12 面取り角度
13 エッジ部と金バンプの中間部分サイズ
14 ボンディングステージ上の面取り部
15 プロット状の穴
Claims (4)
- 絶縁性フィルム上に形成されている金属配線パターンに半導体素子の表面に形成された接続用端子を接続させる半導体製造装置(FlipChip Bounder)において、ボンディングステージの中央部は水平で、周辺部のすべてに傾斜した面取り部を有するボンデングステージを備え、
面取り部には、すべての面取り面ごとに、絶縁テープを吸着させるための真空吸着用の開口部を備えることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項1記載のボンディングステージにおいて、接続時の絶縁性フイルムと半導体素子の位置関係は、半導体素子の外部接続端子と半導体素子のエッジ部の中間部分で、水平面が面取り部に移行するボンデングステージを備える半導体製造装置。
- 請求項2に記載のボンディングステージにおいて、面取り部の角度はステージ下方に向かい15度〜25度であることを特徴とする半導体製造装置。
- 請求項1に記載のボンディングステージにおいて、真空吸着用の開口部は複数の穴により形成され、当該穴は少なくとも面取り面が隣り合うすべての辺の両端に形成されていることを特徴とする半導体製造装置。
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