JPH0240930A - ボンディングツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はアウターリードボンダーの一部であるボンデ
ィングツール、特に、電流を流す際のジュール熱により
アウターリードボンドを行う、パルスヒート方式のボン
ディングツールに関するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置を製造する際に半導体素子上のポンディング
パッドと外部を電気的に接続する方法として、従来より
用いられて来た、金やアルミ等の金属細線とリードフレ
ームを用いる方法があるが、最近、特に多数（主に１０
０以上）の電極を有する半導体素子においては、Ｔ　Ａ
　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎ
ｇ）法が用いられる様になった。

本発明は、ＴＡＢ法を用いて製造された半導体装置を基
板に取り付ける工程、いわゆるアウターリードボンディ
ング工程で用いられる装置、いわゆるアウターリードボ
ンダーの一部であるボンディングツールに関するもので
あるが、以下従来技術について説明する。

第３図は従来のパルスヒート方式のボンディングツール
の斜視図と正面図であり、第３図（ａ）は斜視図、第３
図（ｂ）は第３図（ａ）の矢印Ａから見た正面図である
。

図において、１はボンディングツールの本体でもある発
熱部、２はボンディングツールを装置（アウターリード
ボンダー）に取り付ける部分でもあり、発熱部１に電流
を流す際の電極でもある、支持部、３は支持電極２を装
置に取り付ける際にネジ等を通す、取り付は穴、４は半
導体装置のアウターリードと基板とを接続する際に、ア
ウターリードに接触するボンディング面である。

第９図、第１０図は従来の他のボンディングツールを示
す。図中、５は後で説明する問題点を解決するために設
けられた、発熱部のくびれである。

゛第３図（ｂ）、第９図（ｂｌ、第１０図（ｂ）におい
て、ボンディング面４のうち、左端近くの部分を４ａ、
右端近くの部分を４ｇ、４ａと４ｇの間を６等分した区
切りの部分を左側より４ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇとする。また、これらの図にお
いて、電流の流れを点線で示す。

次に動作について説明する。

第４図ないし第８図は従来のボンディングツールの作用
を説明するための図で、第４図はボンディングされるパ
ッケージの外形図で、第４図（ａｌは上面図、第４図（
ｂｌは側面図である。第５図は上記パッケージを搭載す
る基板を示す図で、第５図（ａ）は上面図、第５同価）
は側面図である。第６図は第４図に示したパッケージ６
を第５図に示した基板８に搭載する工程を示す外観図で
、第６図（ａｌはアウターリードボンディング前で、第
６同価）はアウターリードボンディングを行い、搭載を
完了した後の図である。第７図、第８図はそれぞれ第６
図（ａ）、第６図（ｂ）に相当する図で、アウターリー
ド７０部分の拡大図（第７図（ａ）、第８図（ａ））及
び、アウターリード７及びランド１０を示す断面図（第
７同価）、第８図（ｂ））である。

図中、６はパッケージ、７はアウターリード、７ａはア
ウターリードの中心材である銅箔、７ｂは銅箔７ａ表面
にメツキ等で設けられたスズ層、７ｃはスズを多く含ん
だはんだ層、８は基板、９は基板８から突出し、第５図
に示す基板８を一般に“ピングリッドアレイ”と呼ぶ根
拠となったピン電極、ｌＯは基板８の表面に設けられ、
アウターリード７がボンディングされる部分で一般にラ
ンドと呼ばれる部分、１０ａはランド１０の中心材であ
る銅箔、１０ｂは銅箔の表面に印刷法等で塗られたはん
だである。

次に本発明に関連の深いアウターリードボンディング工
程を、第４図に示す様なパッケージと第５図に示す様な
基板を例にとり説明する。アウターリードボンディング
工程は第６図に示す様に、パッケージ６を基板８上の所
定の位置に位置あわせをして置き、第３図にその一例を
示す様なボンディングツールを用いて加熱し、基板８の
ランド１０上のはんだ１０ｂを溶かしてアウターリード
７の表面にメツキ等で付けられたスズ層７ｂと合金を作
り接続する。第３図に示した様なボンディングツールで
は、同様のプロセスをパッケージ６のアウターリード７
の出ている各方向に、第４図に示す様なパッケージ６の
場合は４回行い、アウターリードボンディングを完了す
る。

アウターリードボンディングプロセスは、第７同価）の
様なリード７とランド１ｏにボンディングツールをあて
て電流を流し、その時に出るジュール熱により加熱し、
はんだ１０ｂを溶かす、溶はジュール熱は巨視的に考え
ると、Ｒなる抵抗値をもつ物体にＩという大きさの電流
が流れる場合、Ｒの大きさと、■の２乗に比例する。つ
まり発熱量ＰはＩ”Ｈに比例する。第３図に示す様なボ
ンディングツールの場合、ボンディングツールの中を流
れる電流は、ボンディングツール全体に渡って均一では
なく、第３図（ｂ）に示す様に、ボンディング面４付近
で考えると、４ａ、４ｇの部分では電流がほとんど流れ
ていない。いま、ジュール熱を微視的に考えるために、
電流密度という概念をとり入れる。ボンディングツール
のある部分に流れる電流が多い場合、その部分では“電
流密度が高い”といい、第３図（ｂ）の様に電流の流れ
を点線の矢印で書くと、電流の流れを示す点線矢印の間
隔が狭くなる。電流密度が高い部分は電流密度が低い部
分に比ベジュール熱の発熱が大きく、従って他の部分へ
の熱の流出がない場合温度が高い。

逆に電流密度が低い場合、他の部分からの熱の流入がな
い場合は温度が低い。

一方、アウターリードで用いるボンディングツールは、
温度が低すぎると、はんだ１０ｂが溶けないため接続で
きず、温度が高すぎると、ボンディングツールと共にア
ウターリード７が浮き接続不良となるということがあり
、このため、温度のばらつきはアウターリードボンディ
ングを行う部分で数十℃以内に抑える必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のボンディングツールは以上の様に構成されている
が、第３図に示す様なボンディングツールの場合、前に
も述べた様に、４ａと４ｇの部分では電流密度が非常に
小さく、ジュール熱による温度上昇は期待できない、こ
の部分における小さい温度上昇は隣接する部分からの熱
の流入を招き、従って隣接部分、例えば４ｂ、４ｆの温
度も下がる。これらのことから、第３図に示す様なボン
ディングツールでは４ｄと４ａの部分では１００度以上
もの温度のばらつきが起こる。この温度のばらつきを抑
えるために、ボンディングツールの形状を変え、４ａ、
４ｇの部分の付近の電流密度を高くしたのが、第９図に
示すボンディングツールである。

また、第３図に示す様なボンディングツールの場合、第
４図に示す様なパッケージ６をアウターリードボンディ
ングする場合には、同じプロセスを４回行わねばならな
い。そこで、第１０図に示す様な、枠状の発熱部を有す
るボンディングツールが使用されている場合がある。

しかるに、この第１０図のボンディングツールは、ボン
ディング面４の支持部の下面のうち、第１０図（ｂ）の
４ｄの部分の電流密度が極めて低いため、前に述べた理
由で、アウターリードボンディングに必要な部分である
４ｄの部分で極端に温度が下がり、アウターリードボン
ディングができないという問題点があった。

この発明は上記の様な問題点を解消するためになされた
もので、４方向にアウターリードの出たパッケージを一
度でアウターリードボンディングすることを可能ならし
めるとともに、ボンディングツールのボンディング面の
温度分布のばらつきを抑えることのできるボンディング
ツールを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るボンディングツールは、枠状の発熱部を
有すると共に、発熱部の四隅に発熱部に電流を流し発熱
させる電極を兼ねた支持部を設けたものである。

また本発明の特許請求の範囲第２項に示す発明に係るボ
ンディングツールは、４本の支持部を、枠状の発熱部の
四隅の該発熱部のボンディング面の外側に設け、かつ、
上記四隅の上記ボンディング面の近くの部分に両者を接
続する接続部を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、枠状の発熱部の四隅に設けた支持
部は、発熱部の真中付近のボンディング面の温度の低下
を防ぐ。

Ｃ実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例によるボンディングツールを
示し、図において、１はボンディングツールの本体でも
ある枠型の発熱部、２はボンディングツールを装置（ア
ウターリードボンダー）に取り付ける部分でもあり、発
熱部１に電流を流す際の電極でもある、支持部、３は支
持電極２を装置に取り付ける際にネジ等を通す、取り付
は穴、４は半導体装置のアウターリードと基板を接続す
る際に、アウターリードに接触するボンディング面であ
る。

次に動作について説明する０本実施例に係るボンディン
グツールは枠型の発熱部１の四隅に設けた４つの支持部
２のうち、互いに隣り合う支持部２に異なる電極を取り
付けて使用する。例えば第１図（ａ）に示す様に正極と
負極を取り付ける。

上記四つの発熱部１のうちの一面、即ち第１図（ａ）に
おいて矢印Ａの方向から見た図を第１図（ｂｌに示す。

第１図（ｂ）に示す様に、本実施例では枠型の四辺の各
中央部においても電極密度の極めて低い部分はなく、従
って発熱部１の温度の低い部分がない。

第１同色）に示す様に、ボンディング面の４ｂの部分か
ら４ｆの部分に渡って良好な温度分布が得られ、第４図
（ａ）に示す様なパッケージ６において、アウターリー
ドボンディングを行うイからつまでの部分が上記４ｂか
ら４ｆまでの範囲に入れば、良好なアウターリードボン
ディングが行われる。

この時、第４図（ａ）のアがら工までの部分は４ａがら
４ｇに相当する。

上記良好な温度分布の範囲をさらに広く取るには、例え
ば第１１図に示す様に、発熱部の両端付近に発熱部のく
びれ５を設ければよい。

なお上記実施例では支持部２を四隅にて、発熱部１と同
一面内で発熱部と一体として設けたが、第２図に示す本
発明の特許請求の範囲第２項の一実施例によるボンディ
ングツールのように、支持部２を発熱部１より少し離し
た部分に設け、支持部２と発熱部１とを発熱部１の高さ
より低い接続部分１１で接続するようにしてもよい。

この実施例の場合、第２図（ｂｌに示すように、支持部
２から流れて来た電流は発熱部１の下部を流れて入るた
め、発熱部１の電流密度は、はぼ全面に渡って一定であ
り、従ってボンディング面の温度分布も極めて広い部分
に渡って温度変化の少ない均一な温度分布かえられる。

従ってさらに多ピンのパフケージにも適応することがで
きることとなる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、ポンデイジグツール
の発熱部の形状を枠型にし、がっ発熱部の両端に支持部
を設けたので、四方向にアウターリードの出ているパッ
ケージのボンディングを一度のアウターリードボンディ
ングプロセスで行うことができ、しかも発熱部のボンデ
ィング面の中心部分に温度の低い部分ができないため、
アウターリードボンディング時間を短くできるとともに
、良好なアウターリードボンディングを行うことができ
る。

また、本発明の特許請求の範囲第２項に示すボンディン
グツールの場合、支持部から流れて来る、又は流れ出る
電流が、発熱部の下面、及びボンディング面付近を通る
ため、第１項に示したちの以上に、広い部分に渡って温
度変化の少ないボンディングツールを得ることができ、
従ってさらに多ピンのパッケージに適応できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるボンディングツール
の外形図で、第１図（ａｌは斜視図、第１同色）は第１
図（ａｌの矢印Ａから見た発熱部１及び支持部２の一部
を含む側面図、第２図はこの発明の特許請求の範囲第２
項に示すボンディングツールの一実施例の外形図で、第
２図（ａ）は斜視図、第２図（ｂｌは第２図（ａ）の矢
印Ａから見た発熱部１及び支持部２の一部を含む側面図
、第３図は従来のボンディングツールを示す外形図で、
第３図（ａ）は斜視図、第３図山）は第３図（ａ）の矢
印Ａより見た側面図、第４図は本発明に関係するパッケ
ージ６を示す外形図で、第４図（ａ）は上面図、第４図
（ｂ）は側面図、第５図は本発明に関係する基板８を示
す外形図で、第５図（ａ）は上面図、第５図（ｂ）は側
面図、第６図は上記パッケージ６を基板８に搭載する工
程を示す図で、第６図（ａ）は搭載前のパンケージ６及
び基板８の外形図、第６図（ｂｌは搭載後のパッケージ
６及び基板８の外形図、第７図及び第８図は第６図に示
したような工程でのボンディングツールの搭載前及び搭
載後の作用を示す図で、それぞれ第７図（ａｌ及び第８
図（ａｌはアウターリード７付近の部分拡大図、第７同
価）及び第８同価）はそれぞれ第７図（ａ）及び第８図
（ａ）のＡ−Ａ　′断面図、第９図は従来のボンディン
グツールであって、ボンディング面４の温度のばらつき
を少なくしたものの外形図で、第９図（ａ）は斜視図、
第９図（ｂ）は第９図（ａｌの矢印Ａより見た側面図、
第１０図は従来の枠型の発熱部ｌを持つボンディングツ
ールの外形図で、第１０図（ａｌは斜視図、第１０図（
ｂｌは第１０図（ａｌの矢印Ａより見た発熱部１および
支持部２の一部を含む側面図、第１１図のボンディング
面での温度のばらつきを少なくした例を示す図で、第１
１図（ａ）は斜視図、第１１図（ｂ）は第１１図（ａｌ
の矢印Ａより見た発熱部ｌ及び支持部２の一部を含む側
面図である。 図中、ｌは発熱部、２は支持部、３は取り付は穴、４は
ボンディング面、５は発熱部のくびれ、６はパッケージ
、７はアウターリード、７ａは銅箔、７ｂはスズ層、７
Ｃはスズを多く含んだはんだ層、８は基板、９はビン電
極、１０はランド、１０ａは銅箔、ｌＯｂははんだ、１
１は接続部である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎ
   ｄｉｎｇ）法を用いて製造された半導体装置のアウター
   リードを基板に取り付けるアウターリードボンディング
   工程で用いられる、いわゆるアウターリードボンダーの
   一部であるボンディングツールにおいて、上記基板に接
   続する半導体装置のアウターリードの、基板に接続する
   部分より広いボンディング面を有する枠状の発熱部と、
   上記枠状の発熱部の四隅にこれと一体に設けられた、該
   発熱部に電流を流し発熱させる電極を兼ねた４本の支持
   部とよりなることを特徴とするボンディングツール。
2. （２）上記４本の支持部は、上記枠状の発熱部のボンデ
   ィング面の四隅の外側に設けられ、かつ該四隅の上記ボ
   ンディング面の近くには上記４本の各支持部と上記枠状
   の発熱部とを各々接続する接続部が設けられていること
   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。