JPH0834228B2 - ボンデイング装置 - Google Patents

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、半導体チップの電極と回路基板のリードと
を一括してボンディングするボンディング装置に係わ
り、特に電極とリードとの接合面に振動を加えるように
したボンディング装置に関する。

（従来の技術） 半導体素子の実装において、多ピン，薄型化が要望さ
れている現在、通常のワイヤーボンディングに代って、
半導体チップと回路基板のリードとを一括にボンディン
グする方式が一部で行われている。従来の一括ボンディ
ング方式では、第５図に示す如く試料台51上に電極パッ
ド52に金属バンプ53を付けた半導体チップ54を置き、テ
ープキャリア上リード55と金バンプ53とを位置合せして
ボンディングツール56にて加熱及び加圧することによ
り、これらを熱圧着していた。また、ボンディング性を
向上させるために、試料台51を予備加熱する方法等を採
用していた。なお、図中57はボンディングツール56の先
端部を加熱するヒータ、58は試料台51を加熱するヒータ
を示している。

ところで、この種のボンディング装置ではボンディン
グ圧力及び加熱温度が高くなる傾向にある。特に、金バ
ンプ53がリード55側に具備されている場合には、ツール
先端と接合部との距離が遠くなるので、電極パッド52へ
の熱及び加重の衝撃がより大きいものとなる。そして、
上記ボンディング圧力及び加熱温度が高くなると、半導
体チップに悪影響を与える等の問題が生じ、良好なボン
ディングが行うことが困難となる。

一方、試料台を振動させることにより、ボンディング
圧力や加熱温度等の条件を下げる方法も考えられている
（特開昭61−255031号）。しかしながら、この装置を用
いて本発明者等が各種実験を繰返したところ、電極パッ
ドとリードとの接合部に均一に振動を加えることはでき
ず、良好なボンディングを行うことは困難であった。こ
れは、リード先端がフリーの状態にあり、試料台の振動
に伴い不規則に動くからであると考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来，半導体チップの電極と回路基板のリ
ードとをボンディングする際に、電極及びリードに均一
に振動を加えることはできなかった。このため、ホンデ
ィング圧力や加熱温度等を十分に下げることはできず、
これが良好なボンディングを妨げる要因となっていた。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、半導体チップの電極と回路基板のリ
ードとの接合部に均一に振動を加えることができ、ボン
ディング圧力及び加熱温度を十分に下げて良好なボンデ
ィングを行い得るボンディング装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、半導体チップを載置する試料台とボ
ンディングツールとを相対的に振動させることに加え、
該振動時における回路基板リードのすべりを防止するた
めにボンディングツールの先端にリード形状に対応する
溝を形成することにある。

即ち本発明は、半導体チップの電極と回路基板のリー
ドとを一括してボンディングするボンディング装置にお
いて、前記リードを前記電極側に押圧するボンディング
ツールの先端部に前記リードの形状と対応した溝を設け
ると共に、このボンディングツールと前記半導体チップ
を載置した試料台とを相対的に振動させる振動機構を設
けるようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、ボンディングツールの先端部に設け
た溝により回路基板のリードを支持することができるの
で、振動時におけるリードのすべてを未然に防止するこ
とができる。従って、ボンディング時に接合部近傍を均
一に振動させることができ、その振動エネルギーによっ
てボンディング圧力や加熱温度を低くすることができ、
これにより信頼性の高い接合を行うことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係わる半導体ボンディン
グ装置を示す概略構成図である。図中11は固定端に固定
された試料台であり、この試料台11上には上面に電極パ
ッド12を形成した半導体チップ13が載置されている。試
料台11の内部にはヒータ14が設けられており、このヒー
タ14により半導体チップ13が予備加熱されるものとなっ
ている。

試料台11の上方には、半導体チップ13上に位置してボ
ディングツール15が配置されている。このボンディング
ツール15はプランジャ等の進退機構16により上下方向に
進退移動すると共に、圧電素子等の振動機構17により横
方向に振動するものとなっている。ボンディングツール
15にはヒータ18が設けられており、このヒータ18により
ツール先端部19が加熱される。ボンディングツール15の
先端部19には、後述するリードに対応する溝19aが設け
られている。

また、ボンディングツール15と半導体チップ13との間
にはテープキャリア21にて支持されたリード22が配置さ
れており、このリード22の先端の下面に金バンプ23が取
着されている。そして、先端部19の溝19aはこのリード2
2をはめ込んで、該リード22を前記半導体チップ13上の
電極パッドに押圧するものとなっている。

ここで、ボンディングツール15の先端部19は第２図に
示す如く短形状に形成され、その溝19aは周辺部に複数
個設けられている。溝19aの大きさは前記リード22より
も僅かに大きいものであり、各溝19aはリード22をはめ
込んだ状態でリード22の横方向のすべりを防止する。ま
た、前記振動機構18による振動方向はツール先端部19の
対角線方向（図中矢印方向）、つまりリード方向と45゜
傾いた方向となっている。

次に、上記装置を用いたボンディング工程について説
明する。

まず、試料台11上の半導体チップ13をヒータ14により
予備加熱しておき、ボンディングツール15の先端部19を
ヒータ18により加熱しておく。次いで、テープキャリア
21上のリード22とツール先端部19とを位置合せし、進退
機構16によりボンディングツール15を落としこみなが
ら、ツール先端部19の溝19aにリード22をはめ込む。こ
のときツール先端部19,リード22,金バンプ23及び電極パ
ッド12等の位置関係を、第３図の斜視図及び第４図の拡
大図に示す。

この状態で、振動機構17によりボンディングツール15
を振動させることによって、金バンプ23と電極パッド12
とに振動及び加圧を与えてこれらを接合する。接合条件
は、通常のワイヤーボンディングでの超音波圧着ボンデ
ィングと同様でよい。これにより、固定状態にある電極
パッド12に対しリード22に取着された金バンプ23がボン
ディングツール15の振動と共に振動することになり、電
極パッド12及び金バンプ23の接合部には均一に超音波振
動が与えられる。

かくして本実施例によれば、ツール先端部19に溝19a
を設け、この溝19aにリード22をはめ込んだ状態で振動
を与えているので、リード22のツール先端部19とのすべ
りをなくして、電極パッド12と金バンプ23との結合部に
均一な振動を与えることができる。このため、ボンディ
ング圧力や加熱温度等を十分低くすることかができ、半
導体チップを熱や圧力から保護することができる。従っ
て、ボンディングの信頼性向上につながる。また、酸化
膜を持つ金属間のボンディングに対しては、振動を与え
ることにより、この酸化膜が破壊されボンディングし易
くなる効果もある。さらに、試料台側でなくツール側を
振動しているので、半導体チップ13に加わる振動を小さ
くし、該チップ13の特性劣化を防止し得る等の利点もあ
る。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記振動機構はツール側でなく、試料台
側に設けるようにしてもよい。さらに、振動機構として
は圧電振動子に限るものではなく、磁歪振動子等を用い
ることも可能である。また、金バンプはリード側でなく
電極パッド側に取着されたものであってもよい。さらに
前記振動方向は半導体チップと平行な面内でリードの方
向に対し45゜傾いた方向が最も望ましいが、これから僅
かにずれていても何等問題とならない。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ボンディングツ
ールの先端部に溝を設けたことにより、半導体チップと
回路基板のリードとの接合部に均一に振動を加えること
ができる。従って、ボンディング圧力や加熱温度等を十
分低くすることができ、ボンディングの信頼性向上をは
かることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるボンディング装置を
示す概略構成図、第２図は上記装置のツール先端部形状
を示す図、第３図はツールを落とし込んだ状態を示す斜
視図、第４図はツールを落とし込んだ状態を示す要部拡
大図、第５図は従来のボンディング装置を示す概略構成
図である。 11……試料台、12……電極パッド、13……半導体チッ
プ、14,18……ヒータ、15……ボンディングツール、16
……進退機構、17……振動機構、19……ツール先端部、
19……溝、21……テープキャリア、22……リード、23…
…金バンプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップの電極と回路基板のリードと
   を一括してボンディングするボンディング装置におい
   て、前記リードを前記電極側に押圧するボンディングツ
   ールの先端部に前記リードの形状と対応した溝を設ける
   と共に、このボンディングツールと前記半導体チップを
   載置した試料台とを相対的に振動させる振動機構を設け
   てなることを特徴とするボンディング装置。
2. 【請求項２】前記振動機構は、前記ボンディングツール
   に設けられたものであ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装置。
3. 【請求項３】前記振動機構による振動方向を、前記半導
   体チップと平行な面内で且つリードの方向に対し45゜傾
   いた方向に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載のボンディング装置。