JPH07240441A

JPH07240441A - 半導体装置のボンディング方法

Info

Publication number: JPH07240441A
Application number: JP6030662A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Goto; 智後藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JP2699855B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体基板１上のボンディングパッドまたはバ
ンプ２へリード３をボンディングする際のリード３の強
度低下を抑えること等により、後工程のリード断線の発
生等を防止する。【構成】半導体基板１上に形成されたバンプ２とそれに
対応するようにフィルムキャリヤ上に形成されたリード
３とを位置決めて、続いて押圧面の外形がおおむね前記
バンプ２の外端と一致し、かつ前記バンプ２の中央部付
近に対する位置まで凹状の段差寸法Ｔを設けたボンディ
ングツール４を加熱した後、ボンディング４にて前記リ
ード３の上方より、前記リード３及び前記バンプ２とを
押圧し、接合を行う。これにより、バンプ２のエッヂ上
部のリード３への応力発生や肉厚の薄化等を抑え、リー
ド強度の低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のボンディン
グ方法に関し、特に半導体装置のボンディング・パッド
またはバンプにボンディングする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリードとバンプとのボンディング
方法の第１の例は、図５（ａ）の断面図に示すように、
半導体基板１の主表面上に多数形成されたバンプ２と、
このバンプ２に対向するようにフィルムキャリヤ（図示
せず）上に多数形成されたリード３とを位置決めした
後、予じめ加熱され、かつ押圧面が平坦で押圧面の外形
寸法がおおむね前記両バンプ２間の外側寸法と一致する
ボンディング・ツール４で、前記バンプ２と前記リード
３とを押圧し、図５（ｂ）に示すようにこれら双方の接
合を行っていた。このボンディング方法によるボンディ
ング後の前記リード３の状態は、図６（ａ），（ｂ）に
示すように、バンプ２の主表上にかかるリード３の全面
が均一に押し潰されている。この時の潰し寸法とは、ボ
ンディング条件やリード３の材質等により異なるが、お
おむねリード３の厚さＴＬの１０％前後である。

【０００３】また従来の第２の例として、特開昭６０−
１１０１３０号公報を参照すると、半導体基板の主表面
上の電極に、リードの先端に設けられた金属突起を、ツ
ールで押圧し、接着した技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５（ａ），（ｂ）図
６（ａ），（ｂ）に示す第１の従来例のリードとバンプ
とのボンディング方法では、前記したようにバンプ２の
主表面上のリード３の全面が均一に押し潰されているた
め、上記バンプ２の上部の前記リード３の肉厚が薄くな
ると共に、ボンディングの際にはこの部分にせん断応力
が発生している。このため、この部分のリード３の強度
が低下し、ボンディング後の搬送工程におけるリード断
線の原因となっていた。

【０００５】また、上記従来の第２の例においては、金
属突起がいずれもツールの押圧力で押し潰された形で塑
性変形し、この変形は、必然的に５０％も横方向に拡が
る。（このような変形を以下単に変形と記す）。このよ
うな変形のため、金属突起の近傍の半導体素子の主表面
とこの突起又はリードとが接触して短絡事故を生じ易
く、これを防止するため電極同士間の間隙を拡げると、
高密度集積化が難かしくなるという問題点がある。

【０００６】特に同公報の第６図を示す図７を参照する
と、半導体基板１の主表面上に固着した金属突起１４が
部分的に大きく変形しているが、変形していない部分の
接着がなく、接着面積も金属突起４の大きさに比較して
小さくなっているため、接着力が小さい。また変形した
部分には、上述した問題点がある。

【０００７】本発明では、以上のような問題点を解決
し、次の（Ａ）乃至（Ｉ）の目的を備える。（Ａ）リードと半導体基板の主表面上のバンプまたはパ
ッドとの圧着部分が、電気的に底抵抗で、機械的に強固
であること。（Ｂ）バンプまたはパッドにリードを圧着した後の製造
工程において、この圧着部分が離れたり、リードが断線
したりしないこと。（Ｃ）圧着部分が外部からの機械的振動に耐えること。（Ｄ）リードが、半導体基板に直接接触しないようにす
ること。（Ｅ）高密度集積化をさまたげないこと。（Ｆ）バンプを変形させないこと。（Ｇ）有効圧着面積を小さくしないこと。（Ｈ）製造工程を追加させないで済むようにすること。（Ｉ）ボンディング工程の信頼性を向上させること。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置のボ
ンディング方法は、半導体基板の主表面上に設けられた
パッドまたはバンプにリードを熱圧着する際に、前記リ
ードのうち先端部分をこの先端部分に続く部分よりも大
きく押圧変形させることを特徴とする。

【０００９】

【実施例】図１（ａ）は本発明の第１の実施例のボンデ
ィング前の製造工程を示す断面図である。図１（ａ）に
おいて、この実施例は、半導体基板１の主表面にすでに
多数のバンプ２（突起電極、金属突起ともいう）が設け
られている。これらバンプ２のそれぞれに対向して、厚
さＴＬのリード３が配列されたフィルム・キャリア（こ
の部分は図示せず）が、バンプ２上に用意される。上記
フィルムキャリアは、絶縁性であり、リード３が位置ず
れしないようにリード３同士を固着しているが、後工程
で除去される。半導体基板１の上方には、ボンディング
・ツール４が用意される。このツール４の下面は、方形
の半導体基板１の主表面に対向して設けられており、押
圧面となる下面の端部には、厚さ寸法Ｔで幅寸法Ｍの段
差部分が形成されている。上記幅寸法Ｍは、バンプ２の
幅のほぼ半分程度が好ましい。ボンディング・ツール４
の下面（段差部分を含む）の幅寸法は、左右のバンプ２
の外側面間距離とほぼ等しい。リード３は、銅の素材に
スズメッキや金メッキ等が施されている。バンプ２は、
銅の素材に金メッキ等が施されている。

【００１０】リード３をバンプ２に熱圧着する前に、ま
ずボンディング・ツール４自体を図示していない加熱手
段で５００度Ｃ前後に予熱しておき、半導体基板１を載
置する台（図示せず）は、１２０度Ｃ前後あるいはこれ
以上に予熱されている。

【００１１】まず、ツール４の下にリード３，半導体基
板１を位置決めする。次に図１（ｂ）に示すように、ツ
ール４を降下させ、上記段差部分を含む下面でリード３
バンプ２を押圧すると、リード３はバンプ２と圧着さ
れ、同時にリード３の上面は上記押圧力によって塑性変
形する。この際、バンプ２の塑性変形は、無視し得る程
度小さい。

【００１２】上記変形の状態を示す図２（ａ）の上面
図、図２（ｂ）の断面図を参照すると、リード３の先端
部分の押し潰し寸法ｔは、ツール４の厚さ寸法Ｔよりも
若干大きくする必要があり、また図２（ａ）に示すよう
にリード３の先端は幅広にも変形するが、バンプ２の幅
内に止まるようにする。即ち、リード３の幅とこの変形
量とを見込んで、バンプ２の幅をあらかじめ定めてお
く。ツール４の段差部分によってバンプ２のほぼ内半部
分が寸法ｔだけ潰れ、これに続くバンプ２のほぼ外半部
分は寸法ｔ記号だけ潰れる。上記寸法ｔは、リード３の
厚さＴＬの１０％乃至１５％が好ましい。また寸法ｔ′
はリード３の厚さＴＬの１％乃至５％が好ましい。寸法
ｔ′の潰れ部分も、図２（ａ）に示すように、寸法ｔの
部分よりも小さいが幅広となる。リード３とバンプ２と
の接合部分は、この圧着面積がバンプ２の全上面となっ
ているため、底抵抗であり、機械的にも強固である。リ
ード３の変形には段差があり、バンプ２の外側面上のリ
ード３の潰れ部分が小さいため、リード３に外部振動や
製造工程中にストレス等が加わっても、リード３の断線
や割れ等が生じることはない。

【００１３】一方バンプ２は上記素材と上記温度設定条
件等により、実質的に変形せず、このため半導体基板１
の主表面にリード３が接触する心配がなく、またバンプ
２の変形によってこのバンプ２が上記主表面と接触する
心配もない。ボンディング・ツール４は、あらかじめ上
記段差部分を設けておくだけで済み、特に製造工程を追
加する必要がなく、また製造工程の製造スピードを低下
させることもなく、量産性が確保できる。

【００１４】尚、この実施例は、半導体基板１の主表面
の左右にのみ多数のバンプ２が配列されている場合だけ
でなく、前後にもバンプが配列されている場合（図示さ
れていない）もあり、この場合にはこのバンブにも対応
した上記段差部分が設けられる。

【００１５】図３（ａ）、図３（ｂ）は本発明の第２の
実施例のボンディングの前後工程を示す断面図である。
図３（ａ），（ｂ）において、この実施例では、リード
３が圧着される対象が、半導体基板１の主表面上に形成
されたボンディング・パッドとなっており、いわゆるバ
ンプレスの場合の例である。この実施例は、このパッド
６とその接合部以外上記第１の実施例と共通するため、
共通部分に共通の参照数字等を付すに留め、説明を省
く。尚、リード３の右方は上記圧変形の際の歪みで上方
に傾くか、もしくは上方に曲げる応力が加えられて傾
く。

【００１６】図４（ａ），図４（ｂ）は本発明の第３の
実施例のボンディングの前後工程を示す断面図である。
図４（ａ），（ｂ）において、この実施例は、ボンディ
ング・ツール４の押圧面以外上記第１の実施例と共通す
るため、この共通する部分は説明を省く。

【００１７】この実施例のツール４の端部は、上下寸法
Ｔで左右寸法はバンプ２の幅のほぼ半分の寸法であり、
これにより面取りされた形となっており、いわゆるテー
パを備えている。このツール４の形状に対応して、同図
（ｂ）に示すように、リード３のほぼ内半部分は寸法ｔ
（〉寸法Ｔ）だけ潰れ、ほぼ外半部分はこの寸法ｔから
次第に潰れが小さくテーパ状になり、バンプ２の外側面
上において寸法ｔ′だけ潰れている。これら寸法Ｔ，
ｔ，ｔ′は、上記第１の実施例と共通する。

【００１８】この実施例によれば、リード３の圧縮変形
量を次第に変えた形となっているため、リード３の断線
や割れ等がより少なく、リード３の若干の位置ズレに対
してもリード３の接着強度が著しく低下する心配がな
く、ボンディング条件の変動やリード３の材質のバラツ
キ等に対して影響を受けにくい。

【００１９】尚、この実施例は、上記第２の実施例のバ
ンプレス構造にも応用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、上記目的が達成
され、ボンディング部分の電気抵抗が小さく、機械的に
強固であり、リード断線の心配がなく、外部振動に強
く、接触・短絡事故の心配がなく、バンプの変形にとも
なう信頼性低下の心配もなく、製造工程を追加させずに
高密度に集積できるという効果がある。さらに本発明に
よれば、ボンディングの際のリード強度の低下を抑える
ことが出来るので、後工程の搬送時におけるリード断線
による接続不良がなくなり、歩留りの高い組立が出来、
かつ従来とほぼ同じ大きさのボンディングパッドやバン
プ等でもリードと強く接合することが出来るという効果
も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例のボン
ディングの前後工程を示す断面図。

【図２】（ａ），（ｂ）は第１の実施例のボンディング
部分を示す上面図、断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例のボン
ディングの前後工程を示す断面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施例のボン
ディングの前後工程を示す断面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は従来のボンディングの前後工
程を示す断面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は第１の従来例のボンディグの
接合部分を示す上面図，断面図である。

【図７】第２の従来例のボンディングの接合部分を示す
断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２バンプ３リード４ボンディング・ツール５接合部６ボンディング・パッド１４金属突起３０ツール３３樹脂フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の主表面上に設けられたパッ
ドまたはバンプにリードを熱圧着する際に、前記リード
のうち先端部分をこの先端部分に続く部分よりも大きく
押圧変形させることを特徴とする半導体装置のボンディ
ング方法。
【請求項２】前記先端部分に続く部分をテーパ状に押
圧変形させる請求項１記載の半導体装置のボンディング
方法。