JPH04245450A - シングルポイント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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシングルポイントボンデ
ィングツールに関し、特に突起型電極（バンプ）付半導
体装置のシングルポイントボンディングを行う製造装置
のボンデイングツールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のボンディングツールは、
図５（ａ）の外形図に見られるように、フイルムキャリ
アテープのリード先端部の表面、すなわち半導体素子と
の間で熱圧着が施される部分に相接触するツール１ｂの
先端部圧着面８ｄの形状が平坦、あるいは同図（ｂ）の
ように、ツール１ｃの先端部が十字形の凸部またはＸ字
形の凸部（日経マイクロデバイス、１９９０年２月、Ｐ
１０６〜、及び電子材料、１９８９年７月、Ｐ５０〜５
４を参照）となっていた。

【０００３】すなわち、図５（ａ）のツール先端部圧着
面８ｄが平坦なツールでは、いわゆる平行工具による据
え込み加工により熱圧着が行われ、その圧着後のリード
先端部表面の圧着痕は、圧着面形状通りの平坦な形状を
残し、力学的には一種の一様強制変位が熱圧着部位に負
荷された様になっていた。又、図５（ｂ）の十字形，Ｘ
字形の凸部の圧着面形状を持ったツールでは、超音波振
動の伝達効率を考えてこの凸部が設けられていて、従っ
て、その圧着後のリード先端部表面の圧着痕は、圧着面
形状が転写された形となって、力学的にはある頂角を持
ったくさびによる押し込み変形を与えた様になっていた
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のボンデ
ィングツールにおいては、まず、図５（ａ）に見られる
ように、ツール先端部圧着面が平坦な形状の場合、図６
に示すような、リード３とバンプ４との熱圧着を平行工
具による平面ひずみ据え込みとして初等解析が適用でき
る。図６（ａ）は熱圧着状態を示す斜視図、同図（ｂ）
，（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）の視点Ａ（ｘ１　方向）
、および視点Ｂ（ｘ２　方向）から見た２次元断面の力
の釣合いを示した図である。図６において、σｎ　はツ
ール１を圧下した時の圧下力または変形抵抗、μは接合
部分の摩擦係数、ａ，ｈはリード幅と厚さ、ｂはリード
長手方向の熱圧着部位の長さ、である。

【０００５】その結果、フィルムキャリアテープのリー
ド先端部の熱圧着が施される部分に生ずる変形抵抗分布
が求められ、図７，図８に示すような不均一な分布が得
られる。図７は視点Ａから見た圧下力分布を示す図で、
同図（ａ）は変形抵抗分布および圧下力分布を示し、同
図（ｂ）は半導体素子基板に生ずるせん断力を表し、同
図（ｃ）は変形抵抗分布を数値で表した図で、ｋはせん
断降伏応力を示す。又、図８は視点Ｂから見た圧下力分
布を示す図で、同図（ａ）は変形抵抗分布および圧下力
分布を示し、同図（ｂ）は接合部に生ずる応力の関係を
示し、同図（ｃ）は変形抵抗分布を数値で表した図であ
る。

【０００６】従って、リードに対し、平坦な端面を形成
させたままで一律な所要の変形量、すなわち強制変位を
与えると、半導体素子基板に上述した変形抵抗に相応す
る圧下力が作用することになり、図７の場合には、同図
（ｂ）に示すようにモーメント荷重Ｍ＝Ｐ・ｌによるせ
ん断流れが形成される。ここで、Ｐは圧下力分布を等価
集中荷重に置き換えた力であり、ｌはモーメントアーム
である。図８の場合には、同図（ａ）に示すように圧下
力のプロファイルがくさびを押し込むように作用し、そ
の結果、同図（ｂ）に示すように、特に圧下力最大部で
水平方向への強い引張り力が半導体素子基板表面に作用
し、この引張り力が、バンプはがれ等の不良を助長する
半導体素子基板への亀裂の発生、成長、進展を誘起して
いるという欠点があった。

【０００７】また、図５（ｂ）に示したようなツール先
端部圧着面の形状が十字形、Ｘ字形の凸部を有する場合
には、上述した平坦な形状の時の変形抵抗分布で強い抵
抗を示す部位を、さらに強く押し返すことになり、半導
体素子基板に対してさらに強い引張り力が作用して、亀
裂発生、成長をますます助長し、バンプはがれ等の不良
を誘起することになる。

【０００８】総じて、熱圧着プロセスにてボンディング
を行う半導体装置の製造では、バンプとリードの接合界
面には強い引張り応力による新生面（すべり面）の形成
、すなわち塑性流動を促してやることが必要で、そのた
めには、接合部位に対して、その全体又はその局部に強
い圧下力を与えることを必要とするが、しかし、この良
好な接合を促すための圧下力が半導体素子基板に対して
も、同時に強い引張り応力場を生ぜしめるという矛盾を
常にかかえているという問題が存在する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のシングルポイン
トボンディングツールは、フィルムキャリアテープのリ
ード先端部、又は、半導体素子上に設けられた外部引き
出し用電極パッド上のいずれか一方に突起型電極を有す
る半導体装置に、熱圧着プロセスにてシングルポイント
ボンディングを行う半導体製造装置のシングルポイント
ボンディングツールにおいて、リードの表面の熱圧着が
施される部位と接触するボンディングツールの先端部の
圧着面に、リードの長手方向に平行で、かつ、圧着面の
中央部に位置する任意の深さと幅の溝を有している。あ
るいは、ボンディングツールの先端部圧着面に、リード
先端の自由端部表面に接触する部分から長手方向に向か
って少なくとも１段以上のステップ状の段差を有してい
る。

【００１０】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の実施例１を示す図で、同図（ａ）は
半導体素子５に形成されたバンプ４にフィルムキャリア
テープに形成されたリード３を位置合わせして、アーム
２に固定されたボンディングツール１にて熱圧着を施す
ところの概略図を表しており、同図（ｂ）はボンディン
グツール１のツール先端部圧着面８に、任意の深さｄ、
幅Ｗの溝７をアーム２に平行に、かつ、圧着面８のほぼ
中央部に位置するように形成したことを表す拡大外形図
である。

【００１１】図６（ａ）にて視点Ｂから見た断面の平行
工具による圧下力分布は、図６（ｃ）から解析すると、
図８（ａ），（ｃ）に示されるような半導体素子基板５
にくさびを押し込むような分布となって、これが同図（
ｂ）に示されるように、バンプ４とリード３の接合界面
に新生面発生を促す引張り応力場が形成されて、接合性
に寄与する働きをすることになるが、同時に半導体素子
基板５に対しては、亀裂発生、進展の原因となる引張り
応力が作用することになり、不具合が生じる。そこで、
図１に示すような溝７を形成して熱圧着を施す。図３は
本発明の実施例における圧下力分布を説明するための接
合部の断面図で、同図（ａ）は実施例１の場合、同図（
ｂ）は実施例２の場合を示す。また、図４は本発明の実
施例における圧下力分布を示す図で、同図（ａ）は実施
例１の場合、同図（ｂ）は実施例２の場合である。

【００１２】図３（ａ）に示すように、リード３、バン
プ４を構成している素材の粒子が圧下に伴い溝７に沿っ
て流れ込もうとするため、図４（ａ）に示すように圧下
力分布のくさび形状のプロファイルが改善される傾向が
生まれる。特に溝深さｄが、ｄ１　＜ｄ２　＜ｄ３　と
なるに従ってくさび形状が是正されてくる。すなわち、
ボンディングツール１の溝７によって、バンプ４とリー
ド３の接合界面上には、接合に寄与する塑性流動を生ぜ
しめながら、同時に、半導体素子基板５への圧下力がほ
ぼ均等となって圧下力分布の改善も行えるという利点が
生れる。なお、この時、溝７はアーム２又はリード３の
長手方向に平行となるように圧下する。

【００１３】次に、図２は本発明の実施例２を示す図で
、同図（ａ）はボンディングツールの外形図、同図（ｂ
）はその部分拡大図である。本実施例は、実施例１に示
したと同様の溝７ａをボンディングツール１ａに有する
と同時に、リード３又はアーム２の長手方向に向かって
任意の数の段差をステップ状に有している。さらに、図
３（ｂ）に示されるように、溝７ａの深い部分が常にリ
ード３の先端部側に位置するように圧下する。これによ
って、図７（ｂ）に示したようなせん断破面を生ずる圧
下力分布が改善される。つまり、溝７ａの深い側の圧着
面８ａが圧下過程において、まず最初にリード３の先端
部表面を圧下し、続いて圧着面８ｂ，８ｃが圧下を行っ
ていく。この過程中、リード３の素材は、従来、リード
３の先端部が自由端であることから、この先端部へ塑性
流動を引き起こしていたものを、段差がある種の据え込
み角のように働き、上述した流れをリード３の奥行き方
向に素材を押し込む。このことは、同時に溝７ａが、圧
下の初期の頃の８ａ面による局部的な強い圧下力によっ
て生じた塑性流動による素材の体積変化を引き受けるこ
とによって、不必要な、あるいは過剰な素材の変形拘束
を引き起こさない、すなわち不均一な変形応力を発生さ
せないことを意味している。図４（ｂ）は、ツール先端
の段差を最適に選ぶことによって、圧力分布が従来に比
べ、理想的な変形抵抗Ｐｍ　に近づいた状態を示してい
る。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、熱圧着プ
ロセスにてシングルポイントボンディングを行う半導体
製造装置のボンディングツールにおいて、リード表面、
すなわち熱圧着が施される部位と接触するボンディング
ツールの先端部圧着面の形状が、リードの長手方向に平
行で、かつ、圧着面の中央部に位置する任意の深さと幅
の溝を有すること、及び、ボンディングツールの先端部
圧着面の形状が、リード先端である自由端部表面に接触
する部分からリード長手方向に向かって少なくとも１段
以上のステップ状の段差を有することによって、バンプ
とリードとの接合界面の塑性流動の改善と同時に、半導
体素子基板への不均一な圧下力分布を改善して、バンプ
はがれ等の発生を抑制し、接合強度を向上させる効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す図で、同図（ａ）はボ
ンディング状態を示す概略図、同図（ｂ）はボンディン
グツールの拡大外形図である。

【図２】本発明の実施例２を示す図で、同図（ａ）はボ
ンディングツールの外形図、同図（ｂ）はその部分拡大
図である。

【図３】本発明の実施例における圧下力分布を説明する
ための接合部の断面図で、同図（ａ）は実施例１の場合
、同図（ｂ）は実施例２の場合を示す。

【図４】本発明の実施例における圧下力分布図で、同図
（ａ）は実施例１の場合、同図（ｂ）は実施例２の場合
を示す。

【図５】従来のボンディングツールを示す図で、同図（
ａ）は外形図、同図（ｂ）は斜視図である。

【図６】従来技術を説明するための接合部における応力
の初等解析図で、同図（ａ）は熱圧着状態を示す斜視図
、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ視点Ａ、視点Ｂから見
た２次元断面の力の釣合いを示した図である。

【図７】図６（ａ）の視点Ａから見た圧下力分布を示す
図で、同図（ａ）は変形抵抗分布および圧下力分布を示
し、同図（ｂ）は基板に生ずるせん断力を表し、同図（
ｃ）は変形抵抗分布を数値で表した図である。

【図８】図６（ａ）の視点Ｂから見た圧下力分布を示す
図で、同図（ａ）は変形抵抗分布および圧下力分布を示
し、同図（ｂ）は接合部に生ずる応力の関係を示し、同
図（ｃ）は変形抵抗分布を数値で表した図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ　　　　ボンディングツール２　
　　　ツール支持アーム ３　　　　フィルムキャリアテープのリード４　　　　
突起型電極（バンプ） ５　　　　半導体素子基板 ６　　　　ボンディングステージ ７，７ａ　　　　ツール先端部圧着面の溝８，８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄ　　　　ツール先端部圧着面９　　　　
電極パッド ｄ，ｄ１　，ｄ２　　　　　溝深さ ａ　　　　リード幅 ｂ　　　　リード長手方向の熱圧着部位の長さＷ　　　
　溝幅 ｈ　　　　リード厚さ ｌ　　　　モーメントアーム Ｍ　　　　モーメント荷重 Ｐ　　　　圧下力分布を等価集中荷重に置き換えた力σ
ｎ　　　　　圧下力分布及び変形抵抗分布ｋ　　　　せ
ん断降伏応力 μ　　　　接合部摩擦係数 Ｐｍ　　　　　理想的な変形抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィルムキャリアテープのリード先端
   部、又は、半導体素子上に設けられた外部引き出し用電
   極パッド上のいずれか一方に突起型電極を有する半導体
   装置に、熱圧着プロセスにてシングルポイントボンディ
   ングを行う半導体製造装置のシングルポイントボンディ
   ングツールにおいて、前記リードの表面の熱圧着が施さ
   れる部位と接触する前記ボンディングツールの先端部圧
   着面に、前記リードの長手方向に平行で、かつ、前記圧
   着面の中央部に位置する任意の深さと幅の溝を有するこ
   とを特徴とするシングルポイントボンディングツール。
2. 【請求項２】　　ボンディングツールの先端部圧着面に
   、フイルムキャリアテープのリード先端である自由端部
   表面に接触する部分からリード長手方向に向かって、少
   なくとも１段以上のステップ状の段差を有する請求項１
   記載のシングルポイントボンディングツール。