JPH02126647A - Bonding apparatus - Google Patents

Bonding apparatus

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JPH02126647A
JPH02126647A JP63280638A JP28063888A JPH02126647A JP H02126647 A JPH02126647 A JP H02126647A JP 63280638 A JP63280638 A JP 63280638A JP 28063888 A JP28063888 A JP 28063888A JP H02126647 A JPH02126647 A JP H02126647A
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JP
Japan
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layer
chip
bonding
diamond
bonding tool
Prior art date
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Pending
Application number
JP63280638A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Yamakawa
晃司 山川
Nobuo Iwase
岩瀬 暢男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH02126647A publication Critical patent/JPH02126647A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means 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
    • H01L24/50Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PURPOSE:To restrain a warp of a chip from being caused during a heating operation and to achieve a good bonding operation by constituting the chip part of a bonding tool of a diamond or ceramic layer whose side coming into contact with a lead is divided into a plurality of parts, and whose lower layer is a super alloy. CONSTITUTION:A chip part 18 is constituted of a tungsten carbide (WC) layer 20 of about 9X16X2.5mm and a diamond layer 21 of about 9X16X0.7mm which have been arranged on the side of a brazing material 19. Coefficients of thermal expansion of Inconel constituting a shank 17, the WC layer 20 and the diamond layer 21 are as follows: 16.0X10<-6>/ deg.C for Inconel; 5.0X10<-6>/ deg.C for the WC layer; 3.0X10<-6>/ deg.C to 3.8X10<-6>/ deg.C for a sintered diamond. A comparatively large difference in thermal expansion exists between the shank 17 and the WC layer 21. Because of this difference in thermal expansion, slits 22 about 0.5mm wide ranging from the diamond layer 21 to the WC layer 20 constituting the chip part 18 are so as not to coincide with positions of leads 15 by using a wire; the chip part 18 is divided into eight parts which are nearly square.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体素子の電極とTAB用フィルムキャリ
アのリードとをバンプを介して接続するためのボンディ
ング装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a bonding device for connecting electrodes of a semiconductor element and leads of a TAB film carrier via bumps.

(従来の技術) 近年、電子機器は液晶TV、ICカード、カード電卓、
ラジオにみられるように、軽薄短小化が進み、内蔵され
るLSI等の半導体チップは高密度、高集積化が進めら
れている。また、LSIでは高集積化に伴い、チップの
大型化、I10数の増大化、電極ピッチ間の縮小化の傾
向にある。
(Prior art) In recent years, electronic devices include LCD TVs, IC cards, card calculators,
As seen in radios, devices are becoming lighter, thinner, shorter, and smaller, and semiconductor chips such as LSIs built into them are becoming more dense and highly integrated. In addition, as LSIs become more highly integrated, there is a trend toward larger chips, an increase in the number of I10, and a reduction in the electrode pitch.

ところで、上記要求を満たすための半導体装法は薄型化
と高密度化(多I10化、狭電極ピッチ化、チップの大
型化)の方向へ展開されている。
Incidentally, semiconductor packaging methods to meet the above requirements are being developed in the direction of thinning and high density (increasing the number of I10s, narrowing the electrode pitch, and increasing the size of chips).

かかる実装法の中でワイヤボンディング法は、LSIの
Aノミ極と外部配線パターンとに夫々25〜30μmφ
のAuワイヤをキャピラリを用いて移動、熱圧着してA
u合金を形成することにより接続する技術であり、自動
化装置の普及、ボンディング装置の汎用性等から広く使
用されている。しかしながら、ワイヤボンディング法は
ワイヤが円弧状のループを描くことから薄型化が難しく
、しかもキャピラリによりボンディングするために電極
ピッチが狭くとなると隣接するボンディング済みのAu
ワイヤがボンディングの妨げとなって狭ピッチ化に対応
できない。更に1ビンずつボンディングしていくため、
多ピン/LSIに対して時間がかかったり、ボンディン
グ不良の場合にりペアができない等の多くの問題がある
Among such mounting methods, the wire bonding method has a diameter of 25 to 30 μm for each of the A chisel pole of LSI and the external wiring pattern.
Move the Au wire using a capillary and bond with heat to form A
This is a technology that connects by forming a u-alloy, and is widely used due to the spread of automated equipment and the versatility of bonding equipment. However, in the wire bonding method, it is difficult to reduce the thickness of the wire because the wire draws an arcuate loop, and furthermore, since bonding is performed using a capillary, if the electrode pitch becomes narrow, the adjacent bonded Au
Wires interfere with bonding, making it impossible to accommodate narrower pitches. Furthermore, in order to bond one bottle at a time,
There are many problems with multi-pin/LSI devices, such as the time required and failure to form a pair in case of defective bonding.

このようなことからワイヤレスボンディング方式が注目
され、実用化されている。ワイヤレスボンディング方式
は、TAB方式やフリップチップ方式が代表的に知られ
ているが、フリップチップ方式はボンディングが難しく
、はんだバンプの形成も困難となる。これに対し、TA
B方式はこれまでにカード電卓やカードラジオ等に採用
され、実験データも多く、ボンディング装置も製造され
て早くから導入されるに至っている。
For these reasons, the wireless bonding method is attracting attention and being put into practical use. The TAB method and the flip-chip method are typically known as wireless bonding methods, but the flip-chip method is difficult to bond and also difficult to form solder bumps. On the other hand, T.A.
Method B has been adopted in card calculators, card radios, etc., has a lot of experimental data, bonding equipment has been manufactured, and it has been introduced from an early stage.

TAB方式とは、T ape A utoa+atcd
  B onding方式の略で、第8図に示すように
長尺の有機フィルム(ポリイミド、ガラスエポキシなど
)■上にCuからなる配線パターンを形成し、フィルム
lの開口部2に延在させたCuパターンリード3の先端
をLSI4のAノミ極上に形成されたバンプ(金属突起
物)5に位置合せし、ボンディング装置に設けられた4
00〜500℃に加熱されたボンディングツール6によ
り70〜100 g /バンプの圧力にて0.5〜2.
0秒間Cuパターンリード3の先端の上からバンプ5に
押しあてそれらを熱圧着して接続するものである。この
時の加熱温度、加圧力及び加圧時間の条件は、リードや
バンプの材料等により適宜選定される。
The TAB method is T ape Autoa+atcd
This is an abbreviation for B onding method, and as shown in Figure 8, a wiring pattern made of Cu is formed on a long organic film (polyimide, glass epoxy, etc.). Align the tip of the pattern lead 3 with the bump (metal protrusion) 5 formed on the top of the A chisel of the LSI 4, and
Bonding tool 6 heated to 00-500°C at a pressure of 70-100 g/bump from 0.5-2.
The tip of the Cu pattern lead 3 is pressed against the bump 5 from above for 0 seconds to bond them by thermocompression and to connect them. The conditions of heating temperature, pressurizing force, and pressurizing time at this time are appropriately selected depending on the materials of the leads and bumps, etc.

上記バンプは、通常、Auで形成されており、Af電極
上に蒸着法又はスパッタ法により形成された下地金属膜
を介してフォトリソグラフィ技術により形成される。下
地金属膜は、AI!電極と密着性をもっTj  Crな
どの最下層と、Au/AJ間のバリア効果をもつNiな
どの層と、Auめっきの密着性を高めるためのPt 、
Au層等からなる。
The bumps are usually made of Au and are formed by photolithography through a base metal film formed on the Af electrode by vapor deposition or sputtering. The underlying metal film is AI! A bottom layer such as Tj Cr that has adhesion to the electrode, a layer such as Ni that has a barrier effect between Au/AJ, and Pt to increase the adhesion of Au plating.
It consists of an Au layer or the like.

前記フィルムキャリア上のCu リードは、通常、0.
4μm程度のSnめっきが施されており、LSIのAI
!電極上のAuバンプとボンディングツールによる熱圧
着によりAu−Sn合金を作って接合される。
The Cu lead on the film carrier is typically 0.
Approximately 4 μm of Sn plating is applied to the LSI AI.
! The Au bumps on the electrodes are bonded by thermocompression bonding using a bonding tool to create an Au-Sn alloy.

前記ボンディング装置のボンディングツールは、従来、
第9図に示すように本体部(シャンク)7の先端面の凹
部に予め一体化された超硬合金層8及びダイヤモンド層
(又はセラミックス層)9からなるチップ部を該超硬合
金層8がシャンク7側に位置するようにAg等のろう材
IOを介して接合、固定した構造になっている。なお、
前記チップ部はLSIチップの大きさに対応する形状を
有し、DeBeers社のシンダイトやGE社のコンパ
ックスなどが知られている。
Conventionally, the bonding tool of the bonding device is
As shown in FIG. 9, a tip portion consisting of a cemented carbide layer 8 and a diamond layer (or ceramic layer) 9, which have been integrated in advance in a recessed portion of the tip surface of the main body portion (shank) 7, is inserted into the tip portion. It has a structure in which it is joined and fixed via a brazing material IO such as Ag so that it is located on the shank 7 side. In addition,
The chip portion has a shape corresponding to the size of the LSI chip, and known examples include Syndite from DeBeers and Compax from GE.

上述したボンディングツールによるフィルムキャリアの
CuリードとLSIのバンプとの接合において、該LS
Iのピン数が100ビン程度、チップサイズがl10m
X1O程度である場合、前記ツールとしては第10図(
A)に示すチップ部を有するものが使用され、このツー
ル6のチップ部によりボンディング時を行なうとフィル
ムキャリアのCuリードとLSIのバンプとを良好に接
合できる。これは、ボンディング後において同図(B)
に示すようにLSIチップのバンプに対応してチップ部
のダイヤモンド層9に−様な圧痕(斜線で示す部分)を
現われることから明らかである。しかしながら、近年の
LSIの高集積化に伴い、特にメモリやゲートアレイな
どではチップサイズが一辺15m以上と大型化してくる
と、ボンディング不良を起こすことがある。これは、L
SIのチップサイズに対応してボンディングツール先端
のチップ部のサイズが大きくなるため、該ツールを高温
にすると前述した第9図に示すシャンク7とチップ部を
構成する超硬合金層8との熱膨張差やチップ部を構成す
るダイヤモンド層9と超硬合金層8との熱膨張差により
該チップ部に凹状の大きな反りが発生するためである。
In bonding the Cu lead of the film carrier and the bump of the LSI using the bonding tool described above, the LS
The number of pins of I is about 100 bins, and the chip size is 110m.
If the size is about X1O, the tool shown in Fig. 10 (
A tool having a chip portion as shown in A) is used, and when bonding is performed using the chip portion of this tool 6, the Cu lead of the film carrier and the bump of the LSI can be bonded well. This is shown in Figure (B) after bonding.
This is clear from the fact that --like impressions (shaded areas) appear on the diamond layer 9 of the chip portion corresponding to the bumps of the LSI chip, as shown in FIG. However, as LSIs become more highly integrated in recent years, bonding failures may occur, especially when the chip size of memory, gate arrays, etc. increases to 15 m or more on a side. This is L
Since the size of the tip at the tip of the bonding tool increases in accordance with the SI chip size, when the tool is heated to a high temperature, the heat between the shank 7 and the cemented carbide layer 8 forming the tip shown in FIG. 9 described above increases. This is because a large concave warpage occurs in the tip portion due to the difference in expansion and the difference in thermal expansion between the diamond layer 9 and the cemented carbide layer 8 that constitute the tip portion.

即ち、第11図(A)に示すようにチップ部の大きいボ
ンディングツール6を用いてフィルムキャリアのCuリ
ードとLSIのバンプとの接合を行なうと、該チップ部
に発生した凹状の大きな反りによりLSIチップの各コ
ーナ部に強い圧力が加わり、各コーナ部間のチップ外周
のバンプには充分な圧力を加えることがてきず、接合不
良を生じる。これは、ボンディング後において同図(B
)に示すようにチップ部のダイヤモンド層9のコーナ部
のみにしか圧痕(斜線で示す部分)を現われるないこと
から明らかである。こうした接合不良を解消するために
更に高い圧力でボンディングを行なうと、LSIチップ
へのダメージ、リードの変形又はリードのエツジタッチ
等の別の問題が起こり歩留りの低下を招く。
That is, when the bonding tool 6 with a large chip part is used to bond the Cu leads of the film carrier and the bumps of the LSI as shown in FIG. Strong pressure is applied to each corner of the chip, and sufficient pressure cannot be applied to the bumps on the outer periphery of the chip between the corners, resulting in poor bonding. This is the same figure (B) after bonding.
), this is clear from the fact that indentations (shaded areas) appear only at the corner portions of the diamond layer 9 of the tip portion. If bonding is performed at a higher pressure to eliminate such bonding defects, other problems such as damage to the LSI chip, deformation of the leads, or edge touching of the leads occur, leading to a decrease in yield.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、LSIチップの大型に対応してシャンク先端のチ
ップ部のサイズが大きくなっても加熱時での該チップ部
の反り発生を抑制して良好なボンディングを達成し得る
ボンディング装置を提供しようとするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. It is an object of the present invention to provide a bonding device that can achieve good bonding by suppressing the occurrence of warping of the chip portion.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、半導体素子のアルミニウム電極と有機樹脂フ
ィルム上に配線パターンが形成されたTAB用フィルム
キャリアのリードとの間にバンプが存在する状態にてボ
ンディングツール先端のチップ部で熱圧着することによ
り前記電極とリードとをバンプを介して接続するボンデ
ィング装置において、前記ボンディングツールのチップ
部は前記リードと接するダイヤモンド又はセラミックス
層と超硬合金層とからなり、かつ少なくとも前記ダイヤ
モンド又はセラミックス層に1つ又は2つ以上のスリッ
トを設けて複数分割したことを特徴とするボンディング
装置である。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a method in which a bump exists between an aluminum electrode of a semiconductor element and a lead of a TAB film carrier in which a wiring pattern is formed on an organic resin film. In this bonding device, the electrode and the lead are connected via a bump by thermocompression bonding with a tip portion at the tip of the bonding tool in a state in which the tip portion of the bonding tool is bonded to a diamond or ceramic layer and a cemented carbide layer in contact with the lead. The bonding device is characterized in that the diamond or ceramic layer is divided into a plurality of layers by providing one or more slits in at least the diamond or ceramic layer.

上記ボンディングツールの本体部(シャンク)は、例え
ばインコネル、モリブデン等により形成される。
The main body (shank) of the bonding tool is made of, for example, Inconel, molybdenum, or the like.

上記スリットの深さに関しては、加熱時でのチップ部の
反り発生を抑制する観点からシャンクと超硬合金層との
熱膨張差を考慮して設定することが望ましい。即ち、シ
ャンクと超硬合金の熱膨張差が近似している場合には、
チップ部の上層側のダイヤモンド又はセラミックス層に
スリットを設けて該層のみを分割する。但し、この場合
でも超硬合金に亙ってスリットを設けてもよい。これに
対し、シャンクと超硬合金の熱膨張差が大きい場合には
、チップ全て、つまりダイヤモンド又はセラミックス層
から超硬合金層に亙ってスリットを設けて該チップ部を
分割する。なお、分割されたチップ部はAg等のろう材
よりシャンク先端に固定される。
Regarding the depth of the slit, it is desirable to set it in consideration of the difference in thermal expansion between the shank and the cemented carbide layer, from the viewpoint of suppressing the occurrence of warping of the tip portion during heating. In other words, if the difference in thermal expansion between the shank and cemented carbide is similar,
A slit is provided in the diamond or ceramic layer on the upper layer side of the chip part to divide only this layer. However, even in this case, slits may be provided throughout the cemented carbide. On the other hand, if the difference in thermal expansion between the shank and the cemented carbide is large, the chip portion is divided by providing a slit across the entire chip, that is, from the diamond or ceramic layer to the cemented carbide layer. Note that the divided tip portions are fixed to the tip of the shank using a brazing material such as Ag.

上記スリットの位置に関しては、接合すべきフィルムキ
ャリアのリードの箇所と合致しないようにする必要があ
る。
Regarding the position of the slit, it is necessary to ensure that it does not coincide with the position of the lead of the film carrier to be bonded.

上記スリットを設けることにより分割されたチップ部は
、できるだけ正方形に近く、かつ左右、前後対称とする
ことが望ましい。
It is desirable that the chip portions divided by providing the slits be as close to square as possible and symmetrical both left and right and front and back.

上記スリットの形成は、例えばシャンクにチップ部を固
定した後にワイヤなどを使用して行なうことが望ましい
It is desirable that the slit be formed using a wire or the like after the tip portion is fixed to the shank, for example.

(作用) 本発明によれば、ボンディングツールのチップ部はリー
ドと接する側のダイヤモンド又はセラミックス層と下層
の超硬合金層とからなり、かつ少なくともダイヤモンド
又はセラミックス層に1つもしくは2つ以上のスリット
を設けて複数分割した構造にすることによって、LSI
チップの大型化に対応して該チップ部のサイズが大型化
しても加熱時でのチップ部の凹状の反り発生を抑制でき
る。その結果、かかるボンディングツールのチップ部に
よるフィルムキャリアのCuリードと大型のLSIのバ
ンプとのボンディングに際して、該LSIのバンプに一
様かつ均一な圧力を加えることができるため、全てのフ
ィルムキャリアのCuリードと大型のLSIのバンプと
を良好に接合することができる。
(Function) According to the present invention, the tip portion of the bonding tool is composed of a diamond or ceramic layer on the side in contact with the lead and a lower cemented carbide layer, and at least one or more slits are formed in the diamond or ceramic layer. By providing a structure with multiple divisions, LSI
Even if the size of the chip portion increases in accordance with the increase in the size of the chip, it is possible to suppress the occurrence of concave warping of the chip portion during heating. As a result, when bonding the Cu leads of the film carrier with the bumps of a large LSI using the tip part of the bonding tool, it is possible to apply uniform and uniform pressure to the bumps of the LSI, so that the Cu leads of all the film carriers are bonded. Leads and bumps of a large LSI can be bonded well.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1 第1図は、本実施例1のボンディング前のLSIチップ
、フィルムキャリア及びボンディングツールの配置状態
を示す部分断面図、第2図は前記フィルムキャリ及びL
SIチップの平面図、i3図(A)は前記ボンディング
ツールの要部断面図、同図CB)は同図(A)のチップ
部を示す背面図である。図中の11は、28ピン、チッ
プサイズ約9IIIIX1[iMのLSIチップとして
のメモリICチップである。このICチップ11のAI
電極上には、Au/Pt/TIの下地金属を介して厚さ
20μmのAuバンプ12が形成されている。前記IC
チップ11の上方には、フィルムキャリア13が配置さ
れ、かつ該キャリア13の開口部14に延在したSnめ
っきされたCuリード15先端が該チップ11の各バン
プ12に合致するようになっている。前記フィルムキャ
リア13の開口部14の上方にはボンディングツール1
Bが配置されている。このボンディングツール1Bは、
インコネル製のシャンク17を備え、該シャンク17の
先端面の四部にはチップ部18がAgろう材19を介し
て固定されている。このチップ部18は、前記ろう材1
9側に配置された約9 ru X 16m X 2.5
 rttxのタングステンカーバイド(WC)層20と
約9 m X IBau X O,7Bのダイヤモンド
IW21から構成されている。なお、前記シャンク17
を構成するインコネル、WC層20及びダイヤモンド層
21の熱膨張係数は、インコネル・1B、OX 10−
6/ ”C1W C、5,OX 10−6/’C1焼結
ダイヤモンド; 3.OX 10−6/ ”C:〜3.
8 X 10−6/ ’Cであり、シャンク17とWC
層21の間には比較的大きな熱膨張差がある。こうした
熱膨張差からワイヤを用いて前記チップ部18を構成す
るダイヤモンド層21からWC層20に亙って幅約0.
511ffiのスリット22を前記リード15の位置に
合致しないように形成して、該チップ部18を正方形に
近い形状となるように8分割している。
Example 1 FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the arrangement of the LSI chip, film carrier, and bonding tool before bonding in Example 1, and FIG.
A plan view of the SI chip, Figure i3 (A) is a cross-sectional view of the main part of the bonding tool, and Figure CB) is a rear view showing the chip part in Figure (A). 11 in the figure is a memory IC chip as an LSI chip with 28 pins and a chip size of about 9IIIX1 [iM]. AI of this IC chip 11
An Au bump 12 with a thickness of 20 μm is formed on the electrode with a base metal of Au/Pt/TI interposed therebetween. Said IC
A film carrier 13 is disposed above the chip 11, and the tips of Sn-plated Cu leads 15 extending into the openings 14 of the carrier 13 are aligned with each bump 12 of the chip 11. . A bonding tool 1 is provided above the opening 14 of the film carrier 13.
B is placed. This bonding tool 1B is
A shank 17 made of Inconel is provided, and a tip portion 18 is fixed to four parts of the tip surface of the shank 17 via an Ag brazing material 19. This chip portion 18 is connected to the brazing material 1
Approximately 9 ru x 16m x 2.5 placed on 9 side
It consists of a tungsten carbide (WC) layer 20 of rttx and a diamond IW 21 of about 9 m x IBau x O, 7B. Note that the shank 17
The thermal expansion coefficients of Inconel, WC layer 20 and diamond layer 21 that constitute Inconel 1B, OX 10-
6/"C1W C,5,OX 10-6/'C1 sintered diamond; 3.OX 10-6/"C:~3.
8 x 10-6/'C, shank 17 and WC
There is a relatively large differential thermal expansion between the layers 21. Because of this difference in thermal expansion, a wire is used to extend the width of the chip portion 18 from the diamond layer 21 to the WC layer 20 to a width of approximately 0.
A slit 22 of 511ffi is formed so as not to coincide with the position of the lead 15, and the chip portion 18 is divided into eight parts so as to have a shape close to a square.

上述したボンディングツール16を用いて、ツール温度
;500℃、加圧力; 809 /バンプ、時間;1秒
間の条件にてICチップ11のバンプ12とフィルムキ
ャリア13のリード15とのボンディングを行なった。
Using the bonding tool 16 described above, bonding was performed between the bumps 12 of the IC chip 11 and the leads 15 of the film carrier 13 under conditions of a tool temperature of 500° C., a pressing force of 809/bump, and a time of 1 second.

その結果、全ピンの引張り強度は309/バンプ以上の
強固な接合が得られ、かつ破断モードは全てリード切れ
であった。この時のツール16のチップ部18の各分割
部における圧痕を調べたところ、その圧痕が明瞭にわか
り、かつ各分割部の全隅及び全辺ともに圧痕が認められ
、チ、yプ部18の反り発生が大幅に軽減されているこ
とが確認された。
As a result, a strong bond was obtained in which the tensile strength of all the pins was 309/bump or more, and the failure mode was all lead breakage. When we examined the indentations on each divided part of the tip part 18 of the tool 16 at this time, the indentations were clearly visible, and the indentations were observed on all corners and sides of each divided part. It was confirmed that the occurrence of warpage was significantly reduced.

実施例2 第4図は、本実施例2に使用するLSIチップ及びフィ
ルムキャリの配置状態を示す平面図、第5図(A)はボ
ンディングツールの要部断面図、同図(B)は同図(A
)のチップ部を示す背面図である。図中の11’ は、
29ピンでAノミ極パッドが対向する二辺に集中したチ
ップサイズ約6MX10mのLSIチップとしてのメモ
リICチップである。このICチップ11′ はワイヤ
ボンディング用でバンプは形成されておらず、Aノパッ
ドがそのまま露出している。前記ICチップtt’の上
方には、フィルムキャリア13′が配置されている。こ
のキャリア13゛ の開口部14に延在したSnめっき
されたCuリード15先端には、Auバンプ(図示せず
)が付着されており、該バンプが前記チップ11°の各
It’パッドに合致するようになっている。前記フィル
ムキャリア13°の開口部14の上方には、第5図(A
)に示すボンディングツール16゛ が配置されている
。このボンディングツール16′ は、モリブデン製の
シャンク17を備え、該シャンク17の先端面の凹部に
はチップ部18゜がAgろう材19を介して固定されて
いる。このチップ部1g’ は、前記ろう材19側に配
置された8 III X 10MX 2.5 ll11
1のタングステンカーバイド(WC)層20と8 rt
ua X 10111 X O,7B(7)焼結ダイヤ
モンド層21から構成されている。なお、前記シャンク
17を構成するモリブデン、wc層2o及びダイヤモン
ド層21の熱膨張係数は、モリブデン;5.4 X 1
0−6/’C1W C; 5.OX 10−6/”C1
焼結ダイヤモンド; 3.OxlO−6/’C〜3.1
i xlO−6/’Cテあり、シャンク17とWC層2
oの間の熱膨張差が小さく、WC層20とダイヤモンド
層21の間に比較的大きな熱膨張差がある。こうした熱
膨張差がらワイヤを用いて前記チップ部18を構成する
ダイヤモンド層21のみに幅約0.3Mのスリット22
を前記リード15の位置に合致しないように形成して、
該チップ部18°のダイヤモンド層21を正方形に近い
形状となるように2分割している。
Example 2 FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the LSI chip and film carrier used in Example 2, FIG. 5 (A) is a sectional view of the main part of the bonding tool, and FIG. Diagram (A
) is a rear view showing the chip portion of the device. 11' in the figure is
It is a memory IC chip as an LSI chip with a chip size of approximately 6 MX 10 m and 29 pins with A chisel pole pads concentrated on two opposing sides. This IC chip 11' is for wire bonding and has no bumps formed thereon, leaving the A pad exposed as it is. A film carrier 13' is arranged above the IC chip tt'. Au bumps (not shown) are attached to the tips of the Sn-plated Cu leads 15 extending into the openings 14 of the carrier 13', and these bumps match the It' pads of the chip 11'. It is supposed to be done. Above the 13° opening 14 of the film carrier, there is a
) A bonding tool 16'' shown in FIG. This bonding tool 16' includes a shank 17 made of molybdenum, and a tip portion 18° is fixed to a concave portion on the tip surface of the shank 17 via an Ag brazing material 19. This chip portion 1g' is arranged on the side of the brazing material 19.
1 tungsten carbide (WC) layer 20 and 8 rt
It is composed of ua X 10111 X O, 7B (7) sintered diamond layer 21. The coefficient of thermal expansion of molybdenum, the WC layer 2o, and the diamond layer 21 constituting the shank 17 is molybdenum; 5.4 x 1
0-6/'C1WC; 5. OX 10-6/”C1
Sintered diamond; 3. OxlO-6/'C~3.1
i xlO-6/'C Te, shank 17 and WC layer 2
There is a relatively large difference in thermal expansion between the WC layer 20 and the diamond layer 21. Due to this difference in thermal expansion, a slit 22 with a width of about 0.3M is formed only in the diamond layer 21 constituting the tip portion 18 using a wire.
is formed so as not to coincide with the position of the lead 15,
The diamond layer 21 at the tip portion 18° is divided into two parts so as to have a shape close to a square.

」一連したボンディングツール16′ を用いて、ツー
ル温度;470℃、加圧力;1段目10g/バンプ、2
段目90g/バンプ、時間:1段目3秒間、2段目1秒
間、ステージ温度;150℃の条件にてICチップ11
′ のA、11’パツドとフィルムキャリア13′のり
−ド15に付着したバンプ(図示せず)とのボンディン
グを行なった。その結果、全ピンの引張り強度は25g
/バンプ以上の強固な接合が得られ、かつ破断モードは
全てリード切れであった。この時、ツール1B’ のチ
ップ部18″の各分割部における圧痕を調べたところ、
その圧痕が明瞭にわかり、かつ各分割部の全隅及び全通
ともに圧痕が認められ、チップ部18゛ の反り発生が
大幅に軽減されていることが確認された。
'' Using a series of bonding tools 16', tool temperature: 470°C, pressing force: 10 g/bump for the first stage, 2
IC chip 11 under conditions of stage 90g/bump, time: 1st stage 3 seconds, 2nd stage 1 second, stage temperature: 150°C.
Bonding was carried out between the pad A of 11' and the bump (not shown) attached to the glue 15 of the film carrier 13'. As a result, the tensile strength of all pins is 25g
A bond stronger than /bump was obtained, and the failure mode was all lead breakage. At this time, when examining the impressions at each division of the tip portion 18'' of the tool 1B', we found that
The indentation was clearly visible, and the indentation was observed at all corners and all the way through each divided portion, and it was confirmed that the occurrence of warpage in the tip portion 18' had been significantly reduced.

実施例3 第6図は、本実施例3に使用するLSIチップ及びフィ
ルムキャリの配置状態を示す平面図、第7図(A)は前
記ボンディングツールの要部断面図、同図(B)は同図
(A)のチップ部を示す背面図である。図中の11″は
、3ooビン、電極ピッチ100.czm、チップサイ
ズ約15mX15mのLSIチップとしてのゲートアレ
イチップである。このチップ11”の四辺の中央には、
ピッチが0.7 waxと広い部分が形成されている。
Embodiment 3 FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the LSI chip and film carrier used in Embodiment 3, FIG. It is a back view which shows the chip part of the same figure (A). 11'' in the figure is a gate array chip as an LSI chip with 3oo bins, an electrode pitch of 100.czm, and a chip size of about 15m x 15m.In the center of the four sides of this chip 11'',
A wide part is formed with a pitch of 0.7 wax.

また、前記チップ11”のAI電極上にはAu/Pt/
TIの下地金属を介して厚さ20μmのAuバンプ(図
示せず)が形成されている。前記チップ112の上方に
は、フィルムキャリア13″が配置され、かつ該キャリ
ア13”の開口部14に延在したSnめっきされたCu
り一ド15先端が該チップ11”の各バンプに合致する
ようになっている。前記フィルムキャリア13#の開口
部14の上方には、第7図(A)に示すボンディングツ
ール18″が配置されている。このボンディングツール
16”は、インコネル製のシャンク17を備え、該シャ
ンク17の先端面の凹部にはチップ部■8”がAgろう
材19を介して固定されている。このチップ部18”は
、前肥ろう材19側に配置された約9 ru X 1B
I!l1lX 2.5皿のタングステンカーバイド(W
C)層20と約9 rm X 18m X O,7rt
rxのダイヤモンドJi21から構成されている。そし
て、ワイヤを用いて前記チップ部18”を構成するダイ
ヤモンド層21からWC層20に亙って幅約0.5Bの
スリット22を前記リード15の位置に合致しないよう
に形成して、該チップ部18を正方形に近い形状となる
ように4分割している。
Moreover, on the AI electrode of the chip 11'', Au/Pt/
Au bumps (not shown) with a thickness of 20 μm are formed through the TI base metal. A film carrier 13'' is disposed above the chip 112, and a Sn-plated Cu film carrier 13'' extends into the opening 14 of the carrier 13''.
The tip of the bonding tool 15 is adapted to match each bump of the chip 11''.A bonding tool 18'' shown in FIG. 7(A) is disposed above the opening 14 of the film carrier 13#. has been done. This bonding tool 16'' includes a shank 17 made of Inconel, and a tip portion 8'' is fixed to a recessed portion of the tip surface of the shank 17 via an Ag brazing material 19. This chip portion 18'' is approximately 9 ru
I! l1lX 2.5 plates of tungsten carbide (W
C) Layer 20 and approximately 9 rm x 18m x O, 7rt
Constructed from RX Diamond Ji21. Then, using a wire, a slit 22 having a width of about 0.5B is formed from the diamond layer 21 to the WC layer 20 constituting the chip portion 18'' so as not to coincide with the position of the lead 15. The portion 18 is divided into four parts so as to have a shape close to a square.

上述したボンディングツール16を用いて、ツール温度
;500℃、加圧力;709/バンプ、時間;0.5秒
間の条件にてゲートアレイチップ11″のバンプとフィ
ルムキャリア13″のリード15とのボンディングを行
なった。その結果、全ビンの引張り強度は全てリード破
断てあった。この時、ツール18”のチップ部18″の
各分割部における圧痕を調べたところ、その圧痕が明瞭
にわかり、かつ各分割部の全隅及び全通ともに圧痕が認
められ、チップ部18“の反り発生が大幅に軽減されて
いることが確認された。
Using the bonding tool 16 described above, the bumps of the gate array chip 11'' and the leads 15 of the film carrier 13'' are bonded under the following conditions: tool temperature: 500° C., pressure: 709/bump, time: 0.5 seconds. I did it. As a result, all the tensile strengths of all the bottles were at lead breakage. At this time, when we examined the indentations on each divided part of the tip part 18'' of the tool 18'', the indentations were clearly visible, and the indentations were observed at all corners and all the way through each divided part. It was confirmed that the occurrence of warpage was significantly reduced.

[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によればシャンク先端に取付
けられるチップ部を構成する少なくとも上層側のダイヤ
モンド又はセラミックスを含む層に1又は2つ以上のス
リットを設けて分割した構成のボンディングツールを備
えることによって、LSIチップの大型に対応して該チ
ップ部のサイズが大きくなっても加熱時での該チップ部
の反り発生を抑制でき、ひいては大型のLSIチップと
フィルムキャリとを極めて良好にボンディングを達成し
得るボンディング装置を提供できる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, at least the upper layer containing diamond or ceramics constituting the tip portion attached to the tip of the shank is divided by providing one or more slits. By providing this bonding tool, even if the size of the chip portion increases in response to the large size of the LSI chip, it is possible to suppress the occurrence of warping of the chip portion during heating, and furthermore, it is possible to suppress the occurrence of warping of the chip portion during heating, and furthermore, it is possible to suppress the occurrence of warping of the chip portion during heating. A bonding device that can achieve extremely good bonding can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本実施例1のボンディング前のLSIチップ、
フィルムキャリア及びボンディングツールの配置状態を
示す部分断面図、第2図は前記フィルムキャリ及びLS
Iチップの平面図、第3図(A)は前記ボンディングツ
ールの要部断面図、同図(B)は同図(A)のチップ部
を示す背面図、第4図は本実施例2に使用するLSIチ
ップ及びフィルムキャリの配置状態を示す平面図、第5
図(A)はボンディングツールの要部断面図、同図(B
)は同図(A)のチップ部を示す背面図、第6図は本実
施例3に使用するLSIチップ及びフィルムキャリの配
置状態を示す平面図、第7図(A)は前記ボンディング
ツールの要部断面図、同図(B)は同図(A)のチップ
部を示す背面図、第8図はボンディング前のLSIチッ
プ、フィルムキャリア及びボンディングツールの配置状
態を示す部分断面図、第9図は第8図のボンディングツ
ールの要部断面図、第9図(A)は従来の小型LSIチ
ップに対応して用いられるボンディングツールの正面図
、同図(B)は同図(A)のツールによるボンディング
後のチップ部の圧痕を示す平面図、第4図(A)は従来
の大型LSIチップに対応して用いられるボンディング
ツールの正面図、同図(B)は同図(A)のツールによ
るボンディング後のチップ部の圧痕を示す平面図である
。 11、11°  11”・・・LSIチップ、13.1
3°  13”・・・フィルムキャリア、15・・・C
u リード、113.1B’16″・・・ボンディング
ツール、17・・・シャンク、18.18°、18”・
・・チップ部、20・・・WC層、21・・・ダイヤモ
ンド層、22・・・スリット。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 (A) (B) 絹 惰 図 (A) (B) 第 図 第 図 (A) 第 1゜ (A) 第 園→ (B) 図 図 (B)
Figure 1 shows the LSI chip before bonding of Example 1.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the arrangement of the film carrier and bonding tool.
FIG. 3(A) is a plan view of the I chip, FIG. 3(A) is a cross-sectional view of the main part of the bonding tool, FIG. 3(B) is a rear view showing the chip part of FIG. 3(A), and FIG. 5th plan view showing the arrangement of the LSI chip and film carrier used;
Figure (A) is a sectional view of the main parts of the bonding tool, and Figure (B) is a sectional view of the main parts of the bonding tool.
) is a rear view showing the chip part in FIG. 6(A), FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the LSI chip and film carrier used in Example 3, and FIG. 7(A) is a rear view showing the chip part in FIG. FIG. 8 is a partial sectional view showing the arrangement of the LSI chip, film carrier, and bonding tool before bonding; FIG. 9 is a rear view showing the chip part in FIG. The figure is a cross-sectional view of the main part of the bonding tool shown in Fig. 8, Fig. 9 (A) is a front view of a bonding tool used for conventional small LSI chips, and Fig. 9 (B) is a cross-sectional view of the bonding tool shown in Fig. 8 (A). 4(A) is a front view of a bonding tool used for conventional large LSI chips, and FIG. FIG. 3 is a plan view showing an indentation on the chip portion after bonding with a tool. 11, 11° 11”...LSI chip, 13.1
3° 13”...Film carrier, 15...C
u Lead, 113.1B'16"...Bonding tool, 17...Shank, 18.18°, 18"
...Chip portion, 20...WC layer, 21...Diamond layer, 22...Slit. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue (A) (B) Silk (A) (B) (A) (A) (A) (B) Diagram (B)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体素子のアルミニウム電極と有機樹脂フィルム上に
配線パターンが形成されたTAB用フィルムキャリアの
リードとの間にバンプが存在する状態にてボンディング
ツール先端のチップ部で熱圧着することにより前記電極
とリードとを接続するボンディング装置において、前記
ボンディングツールのチップ部は前記リードと接する側
が複数に分割されたダイヤモンド又はセラミックス層で
下層が超硬合金からなることを特徴とするボンディング
装置。
With a bump present between the aluminum electrode of the semiconductor element and the lead of the TAB film carrier in which a wiring pattern is formed on the organic resin film, the electrode and the lead are bonded by thermocompression using the tip at the tip of the bonding tool. 2. A bonding device for connecting a bonding tool to a bonding tool, wherein the tip portion of the bonding tool has a diamond or ceramic layer divided into a plurality of parts on the side in contact with the lead, and a lower layer made of cemented carbide.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0425138A (en) * 1990-05-18 1992-01-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Bonding tool
US5653376A (en) * 1994-03-31 1997-08-05 Sumitomo Electric Industries, Inc. High strength bonding tool and a process for the production of the same

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