JPH07263496A - Bonding tool - Google Patents

Bonding tool

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JPH07263496A
JPH07263496A JP7011151A JP1115195A JPH07263496A JP H07263496 A JPH07263496 A JP H07263496A JP 7011151 A JP7011151 A JP 7011151A JP 1115195 A JP1115195 A JP 1115195A JP H07263496 A JPH07263496 A JP H07263496A
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JP
Japan
Prior art keywords
bonding
tool
gold
bonding tool
lead
Prior art date
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Pending
Application number
JP7011151A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
E Ling Lawrence
ローレンス・イー・リン
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.)
HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
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Abstract

PURPOSE: To maintain the shape of a bonding tool over a number of times of bonding by forming the tool with a hard ceramic material which does not contain a metallic binder and by making the surface of the tip of the tool microscopically coarse. CONSTITUTION: A bonding tool 100 is made of a sintered aluminum oxide ceramic. Contact regions 110 and 112 of a contact surface 106 are separated by grooves 108. When a bonding tip 104 makes a compression contact with a gold lead, its microscopically coarse surface 106 grasps the gold lead and the bonding tool transports the gold lead ultrasonically or thermosonically to a contact pad and joints between the gold lead and the contact pad. In this way, after about 50000 times of bonding, the shape of the tool can be maintained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕ
ｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）の分野に係わり、更
に特に、ＴＡＢインナリードボンディングを行うための
工具に係わるものである。The present invention relates to a TAB (Tape Au).
The present invention relates to the field of bonded bonding, and more particularly to tools for performing TAB inner lead bonding.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）のような電子素
子の製造では、入力パッドと出力パッドと電力パッドと
接地パッドとが外部リードに接合又は結合されなければ
ならない。半導体製造技術分野で知られている手法の１
つはＴＡＢであり、ＴＡＢは当業者に公知である。図７
に示されるように、この製造手法は、テープ１４の個々
の区画又はフレームに取り付けられたチップ２６用平面
基体を与えるために、写真フィルムと同様の連続した絶
縁性テープ１４を使用する。この手法は、テープ１４に
取り付けられたフレームの使用と単独のフレームの使用
とのどちらによっても行われることが可能である。導電
トレースの放射線状金属（一般的には金めっき銅）パタ
ーン２０、２１、２２が各フレーム上にエッチングによ
って形成される。これらのトレースは、扇状に広がる、
即ち、フレームの中心から４つの縁に放射状に広がるこ
とも、その各々の平行線セットがチップ２６の各々１つ
の縁から垂直方向に延在する４つの平行線セットである
ことも可能である。チップ２６の接点パッド２８（通常
はアルミニウム）がフレームの中央部分内の対応する導
電トレースパッド２４の位置に正確に位置決めされるこ
とが可能であるように、チップ２６がフレームの中央に
正確に位置合わせされる。その後で、チップ２６がＴＡ
Ｂフレームに取り付けられる。2. Description of the Related Art In the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits (ICs), input pads, output pads, power pads and ground pads must be joined or bonded to external leads. One of the methods known in the field of semiconductor manufacturing technology
One is TAB, which is known to those skilled in the art. Figure 7
As shown in Figure 1, this manufacturing technique uses a continuous insulating tape 14 similar to photographic film to provide a planar substrate for the chips 26 mounted in individual compartments or frames of the tape 14. This approach can be done either by using a frame attached to tape 14 or by using a single frame. Radial metal (typically gold plated copper) patterns 20, 21, 22 of conductive traces are etched on each frame. These traces fan out,
That is, it can extend radially from the center of the frame to four edges, or each set of parallel lines can be four sets of parallel lines extending vertically from each one edge of the chip 26. The tip 26 is precisely located in the center of the frame so that the contact pads 28 (typically aluminum) of the tip 26 can be accurately located at the locations of the corresponding conductive trace pads 24 in the center portion of the frame. Be matched. After that, the chip 26 becomes TA
It is attached to the B frame.

【０００３】チップパッド２８をフレームの導電トレー
スパッド２４にこのように接続することは、「インナー
リードボンディング」と呼ばれ、超音波ボンディング法
又はサーモソニックボンディング（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎ
ｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法によって行われる。こうした
ボンディングは全て、ボンディング工具３２をフレーム
の導電トレースパッド２４に接触させることによって行
われる。ボンディング工具３２がトレースパッド２４と
接触した直後に、超音波ボンディング又はサーモソニッ
クボンディングが、その特定のチップパッド２８と導電
トレースパッド２４とに対して行われる。工具３２が金
リード２４と接触する時に工具３２がその金リードを掴
むように、接触端部３４は、微細なパターンが付けられ
た粗い表面を持たなければならない。従って、超音波エ
ネルギー又はサーモソニックエネルギーが工具３２に加
えられる時に、工具３２が金リード２４を掴んでアルミ
ニウムボンディングパッド２８上に金リード２４を動か
す。この超音波振動は金リード２４とアルミニウムパッ
ド２８との間の分子結合の形成を生じさせる。This connection of the chip pads 28 to the conductive trace pads 24 of the frame is referred to as "inner lead bonding" and is an ultrasonic bonding method or thermosonic bonding (Thermoson).
ic Bonding) method. All such bonding is done by contacting the bonding tool 32 with the conductive trace pads 24 of the frame. Immediately after the bonding tool 32 makes contact with the trace pad 24, ultrasonic bonding or thermosonic bonding is performed on that particular chip pad 28 and the conductive trace pad 24. The contact end 34 must have a rough surface with a fine pattern so that the tool 32 grips the gold lead 24 as it contacts the gold lead 24. Therefore, when ultrasonic or thermosonic energy is applied to the tool 32, the tool 32 grips the gold lead 24 and moves the gold lead 24 onto the aluminum bond pad 28. This ultrasonic vibration causes the formation of molecular bonds between the gold leads 24 and the aluminum pads 28.

【０００４】ボンディング工具３２は、一般的に、導電
性金属バインダー（典型的にはニッケル）中の焼結炭化
チタン又は炭化タングステンで作られる。こうした炭化
物は、ボンディング工具３２に硬度を与え、一方、ボン
ディング工具３２が放電加工プロセスを使用して製造さ
れるので、導電性金属（バインダー）が必要とされる。
工具３２の製造においては、その親工具が、標準的な精
密加工技術を使用して工具鋼で作られる。この親工具
は、電極を作り出すために軟銅ブランクの中に押し込ま
れ、この電極は、従来の放電加工工程を使用して工具３
２の接触端部３４を形成するために使用される。Bonding tool 32 is generally made of sintered titanium carbide or tungsten carbide in a conductive metal binder (typically nickel). Such carbides impart hardness to the bonding tool 32, while a conductive metal (binder) is required because the bonding tool 32 is manufactured using an electrical discharge machining process.
In the manufacture of tool 32, its parent tool is made of tool steel using standard precision machining techniques. This parent tool is pressed into an annealed copper blank to create an electrode, which electrode is cut using a conventional electrical discharge machining process.
It is used to form the two contact ends 34.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボンデ
ィング工具３２を製造するためのこのプロセスは、精密
工具製造業者にとっては非常に効率的であり経済性に優
れているが、優秀な工具をもたらすことがない。この製
造方法で作られた工具の接触端部３４は、通常のサーモ
ソニックボンディング条件においては、ボンディングリ
ード上の金の存在下で、極めて急速に磨耗する可能性が
高い。更に、ボンディングリードからの金がボンディン
グ工具の表面上に付着する傾向がある。本発明者は、超
音波条件下ではリード２４中の金がボンディング工具３
２中の金属を磨耗させてその金属中に拡散し、それによ
って工具３２が比較的僅かな回数のボンディングの後で
その形状を失うということを発見した。この条件は、数
１００個のＩ／Ｏパッドを各々が有する可能性がある集
積回路の大量生産にとって非常に不適切である。典型的
なボンディング工具は、一般的に、１００回程度のボン
ディングに亙ってその形状を維持し、その後で新たな工
具に交換されなければならない。現在の製造技術によっ
て作られるボンディング工具は頻繁に交換される必要が
あり、このことは集積回路の製造コストを更に上昇させ
る。However, this process for producing the bonding tool 32 is very efficient and economical for precision tool manufacturers, but can result in excellent tools. Absent. The contact end 34 of the tool made by this manufacturing method is likely to wear very rapidly in the presence of gold on the bonding leads under normal thermosonic bonding conditions. Moreover, gold from the bonding leads tends to deposit on the surface of the bonding tool. The present inventor has found that under the ultrasonic conditions, the gold in the lead 24 is the bonding tool 3
It has been found that the metal in 2 wears and diffuses into it, causing tool 32 to lose its shape after a relatively few number of bonds. This condition is very unsuitable for mass production of integrated circuits, each of which may have hundreds of I / O pads. A typical bonding tool generally maintains its shape over 100 or so times of bonding and then must be replaced with a new tool. Bonding tools made by current manufacturing techniques need to be replaced frequently, which further increases the cost of manufacturing integrated circuits.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】ボンディング工具の製造
業者の中には、金による磨耗に対して耐久性があるセラ
ミック製工具かダイヤモンド製工具か合金製工具を製造
することを主張する者もあるが、本発明者は、こうした
工具が放電加工を可能にする金属バインダーを含むとい
うことを発見した。例えば、Ｄｅｗｅｌ Ｔｏｏｌ Ｃ
ｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｎｖａｔｏ，Ｃａｌｆｏｒｎ
ｉａ）がセラミックスーパー工具を宣伝し、Ｓｍａｌｌ
Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｏｏｌｓ（Ｐｅｔａｌａｕｍ
ａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）がダイヤモンドタブ工具を
宣伝しているが、本発明者は、こうした工具が金属バイ
ンダーを含み、その耐摩耗性は従来の炭化チタン製工具
又は炭化タングステン製工具に比べて著しく優れている
というわけではないということを発見している。Some manufacturers of bonding tools insist on producing ceramic, diamond or alloy tools that are resistant to wear by gold. However, the inventor has discovered that such tools include a metal binder that enables electrical discharge machining. For example, Dewel Tool C
company, Inc. (Nvato, Calforn
ia) advertises ceramic super tools, Small
Precision Tools (Petalaum)
a, California) to advertise diamond tab tools, the inventor has found that such tools include a metal binder and their wear resistance is significantly superior to conventional titanium carbide or tungsten carbide tools. I have found that it is not.

【０００７】本発明の目的は、従来技術のボンディング
工具よりも遥かに多い回数のボンディングに亙ってボン
ディング工具がその形状を維持することを可能にする、
改良されたボンディング工具とその製造方法とを提供す
ることである。明確に言えば、本発明のボンディング工
具は、何らかの変形又は劣化が発見される前に約５０
０，０００回のボンディングに亙ってその形状を維持す
ることが可能である。バンプレスボンディング（Ｂｕｍ
ｐｌｅｓｓ Ｂｏｎｄｉｎｇ）では、ボンディング工具
がリードを掴んで、超音波によってリードをボンディン
グパッドに接合することが必要であるので、ボンディン
グ工具がそのボンディング先端上に粗い表面を維持する
ことが更に重要である。従って、本発明の工具は、バン
プレスボンディングにおいて特に適切に機能する。It is an object of the present invention to allow a bonding tool to maintain its shape over a greater number of bonds than prior art bonding tools.
It is an object of the present invention to provide an improved bonding tool and its manufacturing method. To be clear, the bonding tool of the present invention is about 50% before any deformation or deterioration is discovered.
It is possible to maintain its shape over 10,000 bondings. Bumpless bonding (Bum
Since press bonding requires the bonding tool to grab the lead and ultrasonically bond the lead to the bonding pad, it is even more important for the bonding tool to maintain a rough surface on its bonding tip. Therefore, the tool of the present invention works particularly well in bumpless bonding.

【０００８】本発明の別の目的は、（例えば、金リード
の方向に無関係に、任意の方向にボンディングを行うた
めに使用されることが可能である）全方向性のボンディ
ング工具を提供することである。これは、どんな方向か
ら見ても実質的に同一である隆起パターンをボンディン
グ工具に付与することによって実現される。例えば、隆
起ボンディングリングをボンディング工具に付与する。Another object of the invention is to provide an omnidirectional bonding tool (which can be used, for example, to bond in any direction independent of the direction of the gold leads). Is. This is accomplished by imparting to the bonding tool a raised pattern that is substantially the same in any direction. For example, a raised bonding ring is applied to the bonding tool.

【０００９】導電性金属材料を含まない、焼結酸化アル
ミニウムセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）製のボンディング工
具によって、本発明の上記の目的と他の目的とが実現さ
れる。本発明は、ボンディング工具が金リード又は金め
っきリードと接触する他のタイプのボンディング方式の
ためのボンディング工具（例えば、ゴールドウェッジボ
ンディング工具）を製造するためにも使用されることが
可能である。The above and other objects of the invention are realized by a bonding tool made of sintered aluminum oxide ceramic (Al 2 O 3 ) which is free of conductive metal material. The present invention can also be used to manufacture bonding tools for other types of bonding schemes where the bonding tool contacts gold or gold plated leads (eg, gold wedge bonding tools).

【００１０】本発明の他の目的と特徴と利点とが、以下
の詳細な説明と添付図面とを参照することによって明ら
かになるだろう。添付図面においては、その全ての図を
通じて、同一の参照符号が同一の特徴を表している。Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent with reference to the following detailed description and accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals represent like features throughout the drawings.

【００１１】[0011]

【実施例】さて、本発明者が現在考え得る最善の本発明
の実現形態を示す本発明の特定の実施例を、詳細に説明
する。別の実施例も必要に応じて手短に説明する。図１
から図３を参照すると、これらの図には、本発明の第１
の実施例による、実質的に焼結酸化アルミニウムセラミ
ックで作られたボンディング工具１００が示されてい
る。ボンディング工具１００は、約０．０６２４±０．
０００１インチの直径を有する円筒形シャンク本体部分
１０２と、円錐形端部部分１０４とによって構成され
る。ボンディング工具１００の全長は約０．４７０±
０．００５インチである。円錐形端部部分１０４は接触
端部表面１０６で終端し、この接触端部表面１０６は約
０．００４＋０．０００３／−０インチの直径を有す
る。図２と図３とに示されるように、接触端部表面１０
６は、約０．０００４インチの幅の３つの概ね平らな内
側接触領域１１０と、約０．０００２インチの幅の２つ
の概ね平らな外側接触領域１１２とを有する。接触領域
１１０、１１２は溝１０８によって隔てられ、これらの
溝は幅が約０．０００６±０．０００１インチで深さが
約０．０００３±０．０００１インチである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Now, a specific embodiment of the present invention showing the best mode of realization of the present invention currently conceivable by the present inventors will be described in detail. Other embodiments will be briefly described as needed. Figure 1
3 to 3, these figures show the first of the invention.
There is shown a bonding tool 100 substantially made of a sintered aluminum oxide ceramic, according to an embodiment of the present invention. The bonding tool 100 is about 0.0624 ± 0.
It is constituted by a cylindrical shank body portion 102 having a diameter of 0001 inches and a conical end portion 104. The total length of the bonding tool 100 is about 0.470 ±
It is 0.005 inches. The conical end portion 104 terminates in a contact end surface 106, which has a diameter of about 0.004 + 0.0003 / -0 inches. As shown in FIGS. 2 and 3, the contact end surface 10
6 has three generally flat inner contact areas 110 of about 0.0004 inch width and two generally flat outer contact areas 112 of about 0.0002 inch width. Contact areas 110, 112 are separated by grooves 108, which are about 0.0006 ± 0.0001 inches wide and about 0.0003 ± 0.0001 inches deep.

【００１２】製造時には、テーパ付き端部部分１０４を
有する酸化アルミニウム（アルミナ）セラミック製の円
筒形ブランクが、公知の成形及び焼結プロセスによって
作られる。このテーパは約３０度の開先角度である。そ
の後で、最終的な形状と寸法とを形成するために、上記
円筒形ブランクが研磨されラップ仕上げされる。更に、
そのブランクが特定の長さにレーザ又はダイヤモンド工
具で切断される。その次に、レーザ又はダイヤモンド工
具加工技術を使用して溝１０８が接触端部表面１０６内
に形成される。更に、当業者には明らかであるように、
単結晶性サファイアのような他の硬質材料が、ボンディ
ング工具の製造に使用されることが可能である。During manufacture, an aluminum oxide (alumina) ceramic cylindrical blank having a tapered end portion 104 is made by known forming and sintering processes. This taper has a groove angle of about 30 degrees. The cylindrical blank is then ground and lapped to form the final shape and dimensions. Furthermore,
The blank is cut with a laser or diamond tool to a specified length. Grooves 108 are then formed in the contact end surface 106 using laser or diamond tooling techniques. Furthermore, as will be apparent to those skilled in the art,
Other hard materials such as single crystal sapphire can be used in the manufacture of bonding tools.

【００１３】次に図４から図６を参照すると、本発明に
従って実質的に焼結酸化アルミニウムセラミックによっ
て形成されたボンディング工具２００が示されている。
ボンディング工具２００は、約０．０６２４±０．００
０１インチの直径を有する円筒形シャンク本体部分２０
２と、円錐形端部部分２０４とによって構成される。ボ
ンディング工具２００の全長は約０．４７０±０．００
５インチである。円錐形端部部分２０４は接触端部表面
２０６で終端する。図５と図６とに示されるように、接
触端部表面２０６は、約０．００４６インチの外径と約
０．００４２インチの内径とを有する概ね平らな接触リ
ング２１４を有する。図６に示されるように、接触リン
グ２１４は、直径約０．００２６インチの窪み領域２０
８の上方に約０．０００８インチの高さを有する、円形
隆起構造である。Referring now to FIGS. 4-6, there is shown a bonding tool 200 formed substantially of a sintered aluminum oxide ceramic in accordance with the present invention.
The bonding tool 200 is about 0.0624 ± 0.00
Cylindrical shank body portion 20 having a diameter of 01 inches
2 and the conical end portion 204. The total length of the bonding tool 200 is about 0.470 ± 0.00
It is 5 inches. The conical end portion 204 terminates in a contact end surface 206. As shown in FIGS. 5 and 6, the contact end surface 206 has a generally flat contact ring 214 having an outer diameter of about 0.0046 inches and an inner diameter of about 0.0042 inches. As shown in FIG. 6, the contact ring 214 includes a recessed region 20 having a diameter of about 0.0026 inches.
8 is a circular ridge structure having a height of about 0.0008 inches above 8.

【００１４】製造の際には、テーパ付き端部部分２０４
を有する酸化アルミニウム（アルミナ）セラミック製の
円筒形シャンクが、公知の成形及び焼結プロセスによっ
て作られる。このテーパは約３０度の開先角度である。
このテーパ付き端部部分２０４は、中心軸線ＸＸから約
４５度の角度にある傾斜壁２１２を含む。その後で、最
終的な形状と寸法とを形成するために、その円筒形シャ
ンクが研磨されラップ仕上げされる。更に、そのシャン
クが特定の長さにレーザ又はダイヤモンド工具で切断さ
れる。端部部分２０４内の窪み領域２０８が、超音波加
工プロセス又は研磨プロセスを使用して形成される。During manufacture, the tapered end portion 204
A cylindrical shank made of aluminum oxide (alumina) ceramic with a is made by known forming and sintering processes. This taper has a groove angle of about 30 degrees.
The tapered end portion 204 includes a beveled wall 212 at an angle of about 45 degrees from the central axis XX. The cylindrical shank is then ground and lapped to form the final shape and dimensions. In addition, the shank is cut to length with a laser or diamond tool. The recessed region 208 in the end portion 204 is formed using an ultrasonic machining process or a polishing process.

【００１５】このボンディング工具は、接触端部が全方
向性であるので、優れていると考えられる。従って、ボ
ンディングされるべき素子の方向に対して、この工具の
方向は任意のものであってよい。従って、従来技術のボ
ンディング工具と本発明の第１の実施例との場合には、
接触端部の隆起部分の方向をリード指状突起の方向に対
して垂直であるように位置合わせすることが必要である
のとは対照的に、この実施例の場合には、こうした位置
合わせが不要である。こうした位置合わせ手順では、同
じ１つの方向にあるリード指状突起全てがボンディング
され、その後で、反対方向（又は、他の任意の方向）の
リード指状突起をボンディングする前に、ボンディング
工具を位置合わせすることが必要である。This bonding tool is considered excellent because the contact ends are omnidirectional. Therefore, the orientation of this tool can be arbitrary with respect to the orientation of the element to be bonded. Therefore, in the case of the conventional bonding tool and the first embodiment of the present invention,
In contrast to the need to align the orientation of the ridges of the contact ends so that they are perpendicular to the orientation of the lead fingers, in this embodiment such alignment is It is unnecessary. These alignment procedures bond all the lead fingers in one and the same direction, and then position the bonding tool before bonding the lead fingers in the opposite direction (or any other direction). It is necessary to match.

【００１６】本発明のボンディング工具の作製が完了す
ると、このボンディング工具は、ＴＡＢのために他のボ
ンディング工具を使用する場合と（２つの相違点を除い
て）全く同じボンディング装置と仕方とで使用されるこ
とが可能である。第１の相違点は、従来のボンディング
工具の耐用寿命期間が数１００回のボンディングにすぎ
ないのとは対照的に、本発明のアルミナボンディング工
具が、５００，０００回以上のボンディングというボン
ディング耐用寿命期間を有するということである。第２
の相違点は、従来技術のボンディング工具ではボンディ
ング対象の素子のリード指状突起との正確な位置合わせ
を必要とするが、本発明の第２の実施例のボンディング
工具は、ボンディング対象の素子のリード指状突起との
正確な位置合わせを必要としないということである。意
図された用途と使用ボンディング装置とに応じてボンデ
ィング工具の寸法を変更することが必要であるというこ
とを、当業者は容易に理解するだろう。Once the fabrication of the bonding tool of the present invention is complete, the bonding tool is used with exactly the same bonding equipment and method (with two differences) as is the case with other bonding tools for TAB. Can be done. The first difference is that the alumina bonding tool of the present invention has a bonding service life of more than 500,000 bondings, in contrast to the conventional bonding tool having a bonding life of only several hundred bondings. It means having a period. Second
However, the bonding tool of the prior art requires accurate alignment with the lead fingers of the element to be bonded, but the bonding tool of the second embodiment of the present invention is It does not require precise alignment with the lead fingers. Those skilled in the art will readily appreciate that it may be necessary to change the dimensions of the bonding tool depending on the intended application and the bonding equipment used.

【００１７】本発明の上記の説明は、本発明の例示と説
明とのために行われてきた。本発明を上記の実施例その
ものに限定することは意図されておらず、他の変更例と
変形例とが上記開示内容に従って実現可能である。例え
ば、本発明のボンディング工具は、その使用バインダー
材料が容易に金によって磨耗させられるニッケル又は他
の材料でない限り、必ずしも酸化アルミニウムセラミッ
クである必要はなく、ルビーやサファイヤのような任意
の硬質材料であることが可能である。更に、本発明の開
示内容が、ボンディング工具の同様の磨耗問題が存在す
る金ワイヤとのウェッジボンディングのためのボンディ
ング工具に対しても、適用されることが可能である。想
定された特定の用途に適合する様々な具体例と変更例と
の形で当業者が本発明を最良に適用することを可能にす
るように本発明の原理とその実際的な応用とを最適に説
明するために、上記の実施例を選択し説明した。従来の
技術によって限定される範囲を除いて、添付クレームが
本発明の他の具体例の全てを含むと解釈されなければな
らないことが意図されている。The foregoing description of the invention has been presented for purposes of illustration and description of the invention. The present invention is not intended to be limited to the above embodiments themselves, and other modifications and variations can be realized according to the above disclosure. For example, the bonding tool of the present invention need not be an aluminum oxide ceramic, but any hard material such as ruby or sapphire, unless the binder material used is nickel or other material that is easily abraded by gold. It is possible. Further, the disclosure of the present invention can be applied to bonding tools for wedge bonding with gold wires where similar wear problems of bonding tools exist. Optimizing the principles of the invention and its practical application to enable those skilled in the art to best apply the invention in the form of various embodiments and modifications to suit the particular application envisioned. For purposes of explanation, the above example has been selected and described. It is intended that the appended claims be construed to include all other embodiments of the invention except to the extent limited by the prior art.

【００１８】上記実施例で説明した本発明に係るボンデ
イング方法（ＴＡＢ）及びその工具は下記のように具現
化できる。 ［１］金リード又は金めっきリードと電子素子又は電子
回路の接点パッドとの間を超音波によって又はサーモソ
ニック的に接合するためのＴＡＢ工具であって、第１の
端部と第２の端部とを有する、金属バインダーを含まな
い硬質セラミック材料のシャンクと、前記シャンクの前
記第１の端部に位置する、金属バインダーを含まない硬
質セラミック材料のボンディング先端とを含み、前記ボ
ンディング先端が前記金リードと圧縮接触する時に、そ
の顕微鏡的に粗い表面が前記金リードを掴み前記ボンデ
ィング工具が超音波によって又はサーモソニック的に前
記金リードを前記接触パッド上に移動させ、前記金リー
ドと前記接点パッドとの間を接合するように、前記ボン
ディング先端が顕微鏡的に粗い表面を有する前記ボンデ
ィング工具である。 ［２］前記シャンクが酸化アルミニウムセラミックを含
む上記［１］に記載のボンディング工具である。 ［３］前記ボンディング先端が酸化アルミニウムセラミ
ックを含む上記［１］に記載のボンディング工具であ
る。The bonding method (TAB) and the tool thereof according to the present invention described in the above embodiment can be embodied as follows. [1] A TAB tool for ultrasonically or thermosonically joining a gold lead or a gold-plated lead and a contact pad of an electronic element or an electronic circuit, the first end and the second end A hard ceramic material shank of a metal binder-free hard ceramic material having a portion, and a bonding tip of a hard ceramic material free of a metal binder located at the first end of the shank, wherein the bonding tip is When in compression contact with a gold lead, its microscopically rough surface grips the gold lead and the bonding tool ultrasonically or thermosonically moves the gold lead onto the contact pad, the gold lead and the contact The bonding tip is the bonding tool having a microscopically rough surface so as to bond with a pad. [2] The bonding tool according to the above [1], wherein the shank contains an aluminum oxide ceramic. [3] The bonding tool according to the above [1], wherein the bonding tip includes an aluminum oxide ceramic.

【００１９】［４］前記ボンディング先端が９９．９９
％の焼結酸化アルミニウムセラミックを含む上記［３］
に記載のボンディング工具である。 ［５］前記ボンディング先端の前記顕微鏡的に粗い表面
が、前記接点パッドよりも僅かに寸法が小さい隆起リン
グを有する上記［４］に記載のボンディング工具であ
る。 ［６］前記ボンディング先端の前記顕微鏡的に粗い表面
が、前記表面上に延在する複数の隆起した指状突起を有
する上記［１］に記載のボンディング工具である。 ［７］前記ボンディング先端の前記顕微鏡的に粗い表面
が、前記金リード又は金めっきリードと超音波圧縮接触
させられる時に前記金リード又は金めっきリードを掴ん
で移動させることが可能な全方向性の隆起パターンを有
する上記［１］に記載のボンディング工具である。[4] The bonding tip is 99.99.
%, Including [3] sintered aluminum oxide ceramic
The bonding tool described in 1. [5] The bonding tool according to the above [4], wherein the microscopically rough surface of the bonding tip has a raised ring slightly smaller in size than the contact pad. [6] The bonding tool according to the above [1], wherein the microscopically rough surface of the bonding tip has a plurality of raised fingers extending on the surface. [7] The microscopically rough surface of the bonding tip has an omnidirectional property capable of grasping and moving the gold lead or the gold plating lead when the gold lead or the gold plating lead is brought into ultrasonic compression contact. The bonding tool according to the above [1], which has a raised pattern.

【００２０】［８］ボンディング工具を製造するための
方法であって、前記方法が、（ａ）その軸線の一方の端
部に第１の副次的部分を有し且つその軸線の他方の端部
に第２の副次的部分を有する軸線を有する、９９．９９
％焼結酸化アルミニウムセラミックの充実シャンクを形
成する段階と、（ｂ）前記シャンクの前記第２の副次的
部分に隣接し且つ前記第２の副次的部分と幅が等しい広
幅の端部と、前記シャンクから反対側に位置し且つ前記
シャンクの前記軸線に対して垂直である表面を有する狭
幅の端部とを有するテーパ付き端部部分を、前記第１の
副次的部分に形成する段階と、（ｃ）前記テーパ付き端
部部分の前記狭幅の端部の前記表面内に、顕微鏡的に粗
い予め決められたパターンを形成する段階とを含む前記
方法である。[8] A method for manufacturing a bonding tool, the method comprising: (a) having a first sub-portion at one end of its axis and the other end of its axis. With an axis having a second subportion in the section, 99.99
% Forming a solid shank of sintered aluminum oxide ceramic, and (b) a wide end adjacent to the second sub-portion of the shank and of equal width to the second sub-portion. Forming a tapered end portion on the first sub-portion having a narrow end located opposite the shank and having a surface perpendicular to the axis of the shank. And (c) forming a microscopically rough predetermined pattern in the surface of the narrow end of the tapered end portion.

【００２１】［９］前記充実シャンクを形成する前記段
階が、円筒形シャンクを形成することを更に含む上記
［８］に記載の方法である。 ［１０］前記テーパ付き端部部分を形成する前記段階
が、充実円錐形端部部分を形成することを更に含む上記
［９］に記載の方法である。 ［１１］前記テーパ付き端部部分の前記狭幅の端部の前
記表面内に前記予め決められたパターンを形成する前記
段階が、前記予め決められたパターンをレーザを使って
形成することを含む上記［８］に記載の方法である。 ［１２］前記テーパ付き端部部分の前記狭幅の端部の前
記表面内に前記予め決められたパターンを形成する前記
段階が、前記予め決められたパターンをダイヤモンド工
具を使って形成することを含む上記［８］に記載の方法
である。 ［１３］前記テーパ付き端部部分の前記狭幅の端部の前
記表面内に前記予め決められたパターンを形成する前記
段階が、前記前記表面内に円形の窪みを研磨によって形
成することを含む上記［８］に記載の方法である。 ［１４］前記テーパ付き端部部分の前記狭幅の端部の前
記表面内に前記予め決められたパターンを形成する前記
段階が、前記前記表面内に前記予め決められたパターン
を超音波加工することを含む上記［８］に記載の方法で
ある。[9] The method according to [8] above, wherein the step of forming the solid shank further comprises forming a cylindrical shank. [10] The method of [9] above, wherein the step of forming the tapered end portion further comprises forming a solid cone end portion. [11] The step of forming the predetermined pattern in the surface of the narrow end of the tapered end portion includes forming the predetermined pattern using a laser. The method is described in [8] above. [12] The step of forming the predetermined pattern in the surface of the narrow end of the tapered end portion includes forming the predetermined pattern using a diamond tool. The method according to [8] above, including the method. [13] The step of forming the predetermined pattern in the surface of the narrow end of the tapered end portion includes forming a circular depression in the surface by polishing. The method is described in [8] above. [14] The step of forming the predetermined pattern in the surface of the narrow end of the tapered end portion ultrasonically processes the predetermined pattern in the surface. The method according to [8] above, including the above.

【００２２】［１５］金リード又は金めっきリードと電
子素子の接点パッドとの間を接合するための方法であっ
て、（ａ）前記接点パッドの付近に前記金リード又は金
めっきリードを位置決めする段階と、（ｂ）圧縮力が前
記ボンディング工具に加えられる時に前記金リード又は
金めっきリードが前記接点パッドと密着接触させられる
ように、前記金リード又は金めっきリードの付近に、９
９．９９％焼結酸化アルミニウムセラミックを含む充実
ボンディング工具の顕微鏡的に粗い表面を位置決めする
段階と、（ｃ）前記金リード又は金めっきリードと前記
接点パッドとの間に分子結合が生じさせられるまで、前
記ボンディング工具が前記金リード又は金めっきリード
を掴んで前記接点パッド上に移動させるように、前記ボ
ンディング工具に対して超音波圧力又はサーモソニック
圧力を加える段階とを含む前記方法である。[15] A method for joining between a gold lead or a gold plated lead and a contact pad of an electronic element, which is (a) positioning the gold lead or the gold plated lead in the vicinity of the contact pad. And (b) near the gold or gold-plated lead so that the gold or gold-plated lead is in intimate contact with the contact pad when compressive force is applied to the bonding tool.
Locating a microscopically rough surface of a solid bonding tool comprising 9.99% sintered aluminum oxide ceramic; (c) creating a molecular bond between the gold or gold plated lead and the contact pad. Up to the step of applying ultrasonic pressure or thermosonic pressure to the bonding tool so that the bonding tool grips the gold lead or the gold plated lead and moves it onto the contact pad.

【００２３】［１６］金リード又は金めっきリードと電
子素子の接点パッドとの間の分子結合であって、前記分
子結合が、（ａ）前記接点パッドの付近に前記金リード
又は金めっきリードを位置決めする段階と、（ｂ）圧縮
力が前記ボンディング工具に加えられる時に前記金リー
ド又は金めっきリードが前記接点パッドと密着接触させ
られるように、前記金リード又は金めっきリードの付近
に、９９．９９％焼結酸化アルミニウムセラミックの充
実ボンディング工具の顕微鏡的に粗い表面を位置決めす
る段階と、（ｃ）前記金リード又は金めっきリードと前
記接点パッドとの間に分子結合が生じさせられるまで、
前記ボンディング工具が前記金リード又は金めっきリー
ドを掴んで前記接点パッド上に移動させるように、前記
ボンディング工具に対して超音波圧力又はサーモソニッ
ク圧力を加える段階とによって形成される前記分子結
合。[16] A molecular bond between the gold lead or the gold-plated lead and the contact pad of the electronic element, wherein the molecular bond is (a) the gold lead or the gold-plated lead in the vicinity of the contact pad. 99. Positioning, and (b) proximate the gold or gold-plated leads so that the gold or gold-plated leads are in intimate contact with the contact pads when a compressive force is applied to the bonding tool. Positioning a microscopically rough surface of a 99% sintered aluminum oxide ceramic solid bonding tool, (c) until a molecular bond is created between the gold or gold plated lead and the contact pad.
Applying ultrasonic or thermosonic pressure to the bonding tool so that the bonding tool grips and moves the gold or gold plated lead onto the contact pad.

【００２４】[0024]

【発明の効果】上記説明したように本発明に係るボンデ
ィング工具（ＴＡＢ）は、第１の端部と第２の端部とを
有する、金属バインダーを含まない硬質セラミック材料
のシャンクと、シャンクの第１の端部に位置する、金属
バインダーを含まない硬質セラミック材料のボンディン
グ先端とを含み、ボンディング先端が金リードと圧縮接
触する時に、その顕微鏡的に粗い表面が金リードを掴み
ボンディング工具が超音波によって又はサーモソニック
的に金リードを接触パッド上に移動させ、金リードと接
点パッドとの間を接合するように、ボンディング先端が
顕微鏡的に粗い表面を有するようにしたことにより、ボ
ンデイ ングの回数が従来技術に比べて大幅にその形状を
維持させることができる。具体的にはボンデイ ング工具
として、何らかの変形又は劣化が発見される前に約５
０、０００回のボンデイ ングを行ってもその形状を維持
することができる。As described above, the bonding tool (TAB) according to the present invention comprises a shank of a hard ceramic material containing no metal binder and having a first end and a second end. A bonding tip of a hard ceramic material containing no metal binder, located at the first end, the microscopically rough surface of the bonding tip gripping the gold lead when the bonding tip makes compression contact with the gold lead; Bonding tips have a microscopically rough surface to move the gold leads onto the contact pads by sonication or thermosonically so as to provide a bond between the gold leads and the contact pad. The shape can be maintained to a large extent as compared with the prior art. Specifically, as a bonding tool, it takes about 5 minutes before any deformation or deterioration is discovered.
The shape can be maintained even after performing 0000 times of bonding.

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

【図１】本発明の第１の実施例によるボンディング工具
の拡大側面断面図である。FIG. 1 is an enlarged side sectional view of a bonding tool according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施例によるボンディング工具
の端部先端表面の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the end tip surface of the bonding tool according to the first embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第１の実施例によるボンディング工具
の端部先端表面の拡大側面断面図である。FIG. 3 is an enlarged side sectional view of a tip surface of an end portion of the bonding tool according to the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第２の実施例によるボンディング工具
の拡大側面断面図である。FIG. 4 is an enlarged side sectional view of a bonding tool according to a second embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第２の実施例によるボンディング工具
の端部先端表面の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of an end tip surface of a bonding tool according to a second embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第２の実施例によるボンディング工具
の端部先端表面の拡大側面断面図である。FIG. 6 is an enlarged side sectional view of an end tip surface of a bonding tool according to a second embodiment of the present invention.

【図７】テープと集積回路上の配置とボンディング工具
とを含む、従来のＴＡＢプロセスの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a conventional TAB process including tapes, integrated circuit placement and bonding tools.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００、２００ ボンディング工具 １０２、２０２ 円筒形シャンク本体部分 １０４、２０４ 円錐形端部部分 １０６、２０６ 接触端部表面 １０８ 溝 ２０８ 窪み領域 ２１４ 接触リング 100, 200 Bonding tool 102, 202 Cylindrical shank body part 104, 204 Conical end part 106, 206 Contact end surface 108 Groove 208 Recessed area 214 Contact ring

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 金リード又は金めっきリードと電子素子
又は電子回路の接点パッドとの間を超音波により接合又
はサーモソニック的に接合するためのボンディング工具
であって、 第１の端部と第２の端部とを有する、金属バインダーを
含まない硬質セラミック材料のシャンクと、 前記シャンクの前記第１の端部に位置する、金属バイン
ダーを含まない硬質セラミック材料のボンディング先端
とを含み、 前記ボンディング先端が前記金リードと圧縮接触する時
に、その顕微鏡的に粗い表面が前記金リードを掴み前記
ボンディング工具が超音波によって又はサーモソニック
的に前記金リードを前記接触パッド上に移動させ、前記
金リードと前記接点パッドとの間を接合するように、前
記ボンディング先端が顕微鏡的に粗い表面を有する前記
ボンディング工具。1. A bonding tool for ultrasonic bonding or thermosonic bonding between a gold lead or a gold plated lead and a contact pad of an electronic element or an electronic circuit, the bonding tool comprising: a first end portion; A metal ceramic binder-free hard ceramic material shank having two ends, and a metal binder free hard ceramic material bonding tip located at the first end of the shank; When the tip comes into compressive contact with the gold lead, its microscopically rough surface grips the gold lead and the bonding tool ultrasonically or thermosonically moves the gold lead onto the contact pad, The bonding tip having a microscopically rough surface so as to bond between the contact pad and the contact pad. Swing tool.
JP7011151A 1994-01-28 1995-01-27 Bonding tool Pending JPH07263496A (en)

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GB2285943B (en) 1996-09-11
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