JPH10308421A - Ｔａｂ装置とｔａｂ装置の製造方法 - Google Patents

Ｔａｂ装置とｔａｂ装置の製造方法

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JPH10308421A
JPH10308421A JP8220249A JP22024996A JPH10308421A JP H10308421 A JPH10308421 A JP H10308421A JP 8220249 A JP8220249 A JP 8220249A JP 22024996 A JP22024996 A JP 22024996A JP H10308421 A JPH10308421 A JP H10308421A
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JP
Japan
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bonding
tab
end portion
shank
lead
Prior art date
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JP8220249A
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English (en)
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Lawrence E Linn
ローレンス・イー・リン
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】使用寿命を延ばし、リードの腐食を抑制するＴ
ＡＢ装置。 【解決手段】本発明は金または金メッキされたリードを
電子デバイスの接触パッドに接続させるＴＡＢ又はウェ
ッジボンディングに用いる。導電性金属結合剤を含まず
に酸化アルミニウムよりなり、微視的に粗い表面を有す
る。これより、リードをパッドに圧着させ、リード・パ
ッド間に分子結合を施すため、超音波または超音波併用
熱圧着で操作させる。本装置は極めて硬質で超音波ボン
ディングによって容易に変形することなく、金リードの
腐食も抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、テープ自動ボ
ンディング（ＴＡＢ）の分野に関し、特に、ＴＡＢ内側
リードボンディング（TAB inner lead bond）を形成す
る方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）等の電子デバイ
スの製造では、入力、出力、電源および接地の各パッド
を外部リードにボンディングまたは結合しなければなら
ない。この技術で周知の一つの方法は、テープボンディ
ング（TAB）であり、これは半導体製造分野の当業者に
はよく知られているものである。図１に示すように、こ
の製造手順は、写真フィルムと同様な連続の絶縁テープ
１４を用いて、テープ１４の個別部分またはフレームに
取り付けられるチップ26のための平面状基板を提供す
る。この手順は、テープ１４に取り付けられるフレーム
ではなく、単一のフレームの使用も同じように行なうこ
とができる。各フレーム上の導電性トレース２０、２
１、２２の蜘蛛状金属（一般に、金メッキした銅）パタ
ーンをエッチングする。トレースは、扇形に広がる（fa
n out）、すなわち、フレームの中心から４つの縁に放
射させるかまたは各組がチップ２６の１つの縁から垂直
に延長する４組の平行ラインとすることができる。チッ
プ２６をフレームの中心上に慎重に位置合わせすること
により、チップ２６の接触パッド２８（普通、アルミニ
ウム）がフレームの中心部分の対応する導電性トレース
・パッド２４に正確に設置される。チップ２６を次にテ
ープボンディングフレームに取り付ける。
【０００３】チップ・パッド２８とフレームの導電性ト
レース・パッド２４の接続は、「内側リードボンディン
グ」と言い、超音波ボンディング法またはサーモソニッ
ク（超音波併用熱圧着）ボンディング法により行なわれ
る。これらボンディング法はすべてボンディング装置３
２をフレームの導電性トレース２４に接触させて行なわ
れる。ボンディング装置３２が導電性トレース・パッド
24に接触すると、超音波ボンディング法またはサーモソ
ニック・ボンディング法を特定のチップ・パッド２８お
よび導電性トレース・パッド２４について行なう。接触
端部３４の表面は、装置３２が金リード２４に接触した
とき、装置がリードをつかむ（grab）ように、微細パタ
ーンと粗い表面を備えていなければならない。したがっ
て、サーモソニックまたは超音波のエネルギを装置３２
に印加すると、装置は金リード２４をつかみ、アルミニ
ウム・ボンディング・パッド２８を横切るように動か
す。この超音波運動は金リード２４とアルミニウム・パ
ッド２８間に分子結合を形成させる。
【０００４】ボンディング装置３２は一般に、導電性金
属結合剤（binder）（典型的にはニッケル）を用いて焼
結炭化チタンまたは焼結炭化タングステンで作られてい
る。炭化物は装置３２に硬度を与え、装置を放電加工プ
ロセスで製造するので、導電性金属（結合剤）が必要で
ある。装置３２の製造において、マスター装置が標準の
精密加工技術で装置鋼から作られる。このマスター装置
を軟らかい銅ブランクに押し込んで電極を作り、次に、
これを用いて従来の放電加工法で装置３２の接触端部３
４を形成させる。
【０００５】ボンディング装置３２を作るこのプロセス
は精密装置製造には非常に効率がよく、費用効率も良好
であるが、優れた装置を作り出さない。この製造方法に
より作られる装置の接触端部３４は、通常のサーモソニ
ック・ボンディング条件のもとでボンディング・リード
上に金が存在すると極めて急速に腐食しやすい。ボンデ
ィング・リードからの金はボンディング装置の表面に堆
積する傾向もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本願出願人は超音波条
件下で、リード２４にある金がボンディング装置３２の
中の金を攻撃してその中に拡散し、比較的少ないボンデ
ィング回数の後、その形状を失わせることを発見した。
この状態は、数百のＩ/Ｏパッドを備えている集積回路
の大量生産には非常に不都合である。典型的なボンディ
ング装置は一般にその元の形状を１００ボンディング回
数程度保持するが、次に新しい装置と取り替えなければ
ならない。現在の製造方法により作られる装置は頻繁に
替えなければならず、集積回路の製造を更に高価にして
いる。
【０００７】ある装置製造業者は金による削磨（ablati
on）に抵抗するセラミック、ダイヤモンドまたは合金の
装置を作ることを提案しているが、本願出願人はこれら
装置が放電加工が可能な金属結合剤を含んでいることを
見いだした。一般に、装置製造業者は結合剤材料として
ニッケル、チタン、タングステンまたは銅を用いて、小
さいダイヤモンド、サファイヤまたは他の硬質材料をそ
れら装置のボンディング・チップにのりづけ（glue）し
ている。たとえば、カリフォルニア州ノバトのDeweyl T
ool Company, Inc.は「セラミックスーパーツール」を
宣伝しており、カリフォルニア州ペタルマのSmall Prec
ision Toolsは「ダイヤモンドタブツール」を宣伝して
いるが、本願出願人はこれら装置は金属結合剤を含み、
従来の炭化チタンまたは炭化タングステンの装置よりそ
れほど良く磨耗に抵抗しないということを見いだした。
【０００８】本発明の目的はボンディング装置（ＴＡＢ
装置）がその形状を従来のボンディング装置よりかなり
多くのボンディング回数のあいだ維持することができる
改良されたボンディング装置およびボンディング装置を
製造する方法を提供することである。特に、本発明のボ
ンディング装置はその形状を、変形または劣化が目立つ
までに約５００、０００ボンディング回数のあいだ維持
することができる。バンプレスのボンディングはリード
をつかみ、リードをボンディング・パッドを横切るよう
に超音波によって移動させる必要があるので、バンプレ
ス・ボンディングにおい重要なことは、ボンディング・
チップ上におかれる装置の粗い表面を維持することであ
る。したがって、本発明はバンプレス・ボンディングで
特に良く機能する。
【０００９】本発明の他の目的は全方向性である（たと
えば、リードの方向に関係なく、どんな方向のボンディ
ングにも使用することができる）ボンディング装置を提
供することである。これはどんな方向からでも実質上同
じである突起パターン（raised pattern）を有するボン
ディング・チップを有するボンディング装置を提供する
ことにより達成される。たとえば、突起ボンディング・
リングを備えるボンディング装置である。
【００１０】本発明の上述のおよび他の目的は導電性金
属材料が含有されていない、代わりに実質的に純粋な焼
結酸化アルミニウム・セラミック（Ａｌ2Ｏ3）から製造
されるボンディング装置により満たされる。本発明は、
金ウェッジボンディング装置等の、ボンディング装置が
金または金メッキされたリードに接触し、他の形式のボ
ンディング法に用いられるボンディング装置を製造する
のにも使用することができる。 本発明の他の目的、特
徴および長所は以下の説明および添付の図面を考察すれ
ば明らかである。図において、同一の参照記号は図を通
じて類似の特徴を表わすものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、金または金メ
ッキが施されたリードと電子デバイスまたは回路の接触
パッドを超音波又は超音波熱圧着ボンディングさせるＴ
ＡＢ装置であり、第１および第２の端部を有する、金属
結合剤を含まない硬セラミックのシャンクと金属属結合
剤のない硬セラミックのボンディング・チップとからな
り、ボンディング・チップはシャンクの第１の端部の上
に設けられ、微視的に粗い表面を有するものであり、こ
れにより、リードに圧接されると表面はリードをつか
み、リードを接触パッドを横切るように導き、リードと
接触パッド間をボンディングさせる。
【００１２】
【実施例】次に、本願発明の好適な実施例の説明を詳細
におこなう。これは、本願出願人が現在のところベスト
モードと考える態様を示す例である。また、代替の実施
例も簡単に説明する。、図２Ａから図２Ｃには、本発明
の第１の実施例であるボンディング装置（ＴＡＢ装置）
１００を示す。これは、金属結合剤を含まない実質的に
純粋な焼結酸化アルミニウム・セラミックから作られて
いる。好適な実施例では、ボンディング装置１００は９
９．９９％の純Ａｌ2Ｏ3から作られており、この材料は
カリフォルニア州ペタルマ、クレッグ・ストリート１３
３０（９４９５４）所在のSmall Precision Toolsより
入手可能である。以下の寸法はインチで示すが、１イン
チは約２．５４ｃｍである。ボンディング装置１００は
直径が約０．０６２４±０．０００１インチの円筒形シ
ャンク本体部分１０２および円錐形端部１０４から構成
されている。ボンディング装置１００の全長は約０．４
７０±０．００５インチである。円錐形端部１０４は接
触端表面１０６で終端し、その直径は約０．００４＋
０．０００３／−０インチ（０．００４の許容範囲が０
から０．０００３インチ）である。図２Ｂおよび図２Ｃ
に示すように、接触端部表面１０６は幅が約０．０００
４インチの三つの実質的に平坦な内側接触領域１１０お
よび幅が約０．０００２インチの二つの実質的に平坦な
外側接触領域１１２から構成されている。接触領域１１
０および１１２は幅が約０．０００６±０．０００１イ
ンチで深さが約０．０００３±０．０００１インチの溝
１０８により分離されている。
【００１３】製造において、酸化アルミニウム（アルミ
ナ）セラミックのテーパー状端部１０４を備える筒形ブ
ランクを周知のモールディング焼結プロセスにより作ら
れる。テーパー角は約３０°である。円筒形ブランクを
研削た後、つやだしをおこない (lapping)、最終の形状
および大きさに作製する。次に、ブランクをレーザまた
はダイヤモンド鋸で指定の長さに切断する。ダイヤモン
ド鋸またはレーザ加工法を使用して、溝１０８を接触端
部表面１０６に形成する。また、当業者に自明のよう
に、金属結合剤を使用しない限り、単結晶サファイヤ等
の他の硬質材料を用いて、ボンディング装置を製造する
ことができる。
【００１４】図３Ａから図３Ｃに本発明の第２の好適な
実施例であるボンディング装置２００を示す。これは、
金属結合剤を含まない実質的に純粋な焼結酸化アルミニ
ウム・セラミックよりなる。本実施例では、ボンディン
グ装置２００は９９．９９％の純Ａｌ2Ｏ3から作られて
いる。ボンディング装置２００は直径約０．０６２４±
０．０００１インチの円筒形シャンク本体部分２０２お
よび円錐形端部２０４から構成されている。ボンディン
グ装置２００の全長は約０．４７０±０．００５インチ
である。円錐形端部２０４は接触端部表面２０６で終端
する。図３Ｂおよび図３Ｃに示すとおり、接触端部表面
２０６は外径約０．００４６インチ（約０．０１１６８
４ｃｍ）、内径約０．００４２インチ（０．０１０６６
８ｃｍ）の実質的に平坦な接触リング２１４から構成さ
れている。図３Ｃに示すように、接触リング２１４は直
径約０．００２６インチのくぼみ２０８の上に高さ約
０．０００８インチを有する円形メサ（circular mes
a）構造である。
【００１５】製造において、テーパー端部２０４を備え
る酸化アルミニウム（アルミナ）セラミックの円筒形シ
ャンクを周知のモールディングおよび焼結のプロセスで
作る。テーパーは約３０°である。テーパー端部２０４
には中心軸Ｘより約４５°傾斜している壁２１２があ
る。次に、円筒形ブランクを研削した後、つやだしをお
こない、最終の形状および大きさに作製する。シャンク
をレーザまたはダイヤモンド鋸で指定の長さに切断す
る。端部２０４のくぼみ２０８を超音波加工プロセスま
たは研削プロセスにより形成する。
【００１６】本願のボンディング装置は、接触端部が全
方向性であるため、優れていると考えられる。よって、
ボンディングされる装置の方向に対する装置の方向は無
関係である。したがって、従来技術および本発明の第１
の実施例のボンディング装置では必要であった接触端部
メサの方向をリード・フィンガの方向と垂直に位置合わ
せすることは必要ない。このような位置合わせ操作は、
一方向におけるリード・フィンガすべてをボンディング
する必要があり、次いで、逆方向において（または他の
どんな方向において）リード・フィンガがボンディング
される前に再度ボンディング装置の位置合わせを行わな
ければならない。
【００１７】本発明のボンディング装置が製造される
と、二つの例外を除いて、他のボンディング装置をＴＡ
Ｂボンディングに使用すると同じボンディング機械でお
よび同様な方法で使用することができる。例外の第１
は、本願発明のアルミナ・ボンディング装置の有効寿命
期間は、従来のボンディング装置の有効寿命期間がわず
か数百ボンディング回数とは対照的に、５００、０００
ボンディング回数以上である。第２に、本願発明の第２
の実施例のボンディング装置は従来技術のボンディング
装置に要求される、ボンディングされる装置のリード・
フィンガとの精密な位置合わせを必要としない。ボンデ
ィング装置の寸法は用途や使用するボンディング機械に
よって必要に応じて変化することは当業者にとっては明
らかなことである。
【００１８】本発明の上述の説明は図示および説明の目
的で提示した。本発明に基づいく多様な実施例実施例を
本願明細書で使い尽くされ、開示したその実施例に限定
する意図はなく、他の多様の修正および変形が前述の教
示に照らして可能である。たとえば、本発明のボンディ
ング装置を酸化アルミニウム・セラミックにする必要は
なく、使用する結合剤がニッケルまたは他の金により削
磨されやすい材料でない限り（通常、金属結合材料は金
により削磨されやすい）、ルビーやサファイヤなどのど
んな硬い材料にすることができる。また、本発明の教示
を、同様のボンディング装置の磨耗の問題が存在する、
金ワイヤとのウェッジ・ボンディングのためのボンディ
ング装置として使用することができる。本願実施例は本
発明の原理およびその実施用途を最も良く説明し、それ
により、特定の使用に対して、当業者が様々な適用およ
び修正によって本発明を利用することができるようにす
るために選択して説明したものである。
【００１９】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。 （実施態様１）金または金メッキが施されたリードと電
子デバイスまたは回路の接触パッドを超音波もしくは超
音波併用熱圧着によってボンディングさせるＴＡＢ装置
において、第１および第２の端部を有する、金属結合剤
を含まない硬セラミックのシャンクと、金属結合剤を含
有しない硬セラミックのボンディング・チップとからな
り、ボンディング・チップはシャンクの第１の端部の上
に設けられ、微視的に粗い表面を有するものであり、こ
れにより、リードに圧接されると表面はリードをつか
み、リードを接触パッドを横切るように導き、リードと
接触パッド間をボンディングさせることを特徴とするＴ
ＡＢ装置。 （実施態様２）ボンディング・チップは、酸化アルミニ
ウム・セラミックから構成される前項１のＴＡＢ装置。 （実施態様３）ボンディング・チップは、９９．９９％
焼結酸化アルミニウム・セラミックから構成される前項
１または２のＴＡＢ装置。 （実施態様４）ボンディング・チップの表面は、接触パ
ッドよりわずかに小さい突起リングを含む前項１から３
のＴＡＢ装置。 （実施態様５）ボンディング・チップの表面は、その表
面を横切るように伸びている複数の突起フィンガを含む
前項１から３のＴＡＢ装置。 （実施態様６）ボンディング・チップの表面は、リード
が超音波によって圧接されるとき、リードをつかんで導
く全方向性の突起パターンを含む前項１から３のＴＡＢ
装置。 （実施態様７）次の（イ）から（ハ）の工程を含むＴＡ
Ｂ装置の製造方法。 （イ）９９．９９％の焼結酸化アルミニウム・セラミッ
クの中実の円筒シャンクを形成し、シャンクは軸を備
え、軸の一方の端部側に第１の部分を、他方の端部側に
第２の部分を備えるものであり、（ロ）シャンクの第１
の部分において中実の円錐状端部分を形成し、端部分
は、第２の部分と隣接しており、さらに第２の部分の幅
と同じ幅である広い端部を有し、さらに、シャンクの反
対方向において狭い端部を備えるものであり、狭い端部
は、シャンクの軸に対して垂直の表面を有するものであ
り、（ハ）端部分の狭い端部の表面に予め決められたパ
ターンを形成し、パターンは、微視的に粗い表面を有す
る。 （実施態様８）端部分の狭い端部の表面に予めパターン
を形成する工程は、レーザもしくはダイアモンド鋸で切
り込みをいれることを含む前項７のＴＡＢ装置の製造方
法。 （実施態様９）端部分の狭い端部の表面に予めパターン
を形成する工程は、円形のくぼみを表面を研磨すること
を含む前項７のＴＡＢ装置の製造方法。 （実施態様１０）端部分の狭い端部の表面に予めパター
ンを形成する工程は、超音波加工によって表面にパター
ンを施すことを含む前項７のＴＡＢ装置の製造方法。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明は金又は
金メッキされたリードの腐食を促進させる導電性金属結
合剤を用いず、硬質の酸化アルミニウムセラミックより
構成され、また、ボンディングは先端表面に溝やリング
状の突起パターンを施すことにより容易におこなうこと
ができることにより、使用寿命をボンディング回数約１
００回から約５００、０００回に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＴＡＢプロセスを説明するための図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施例であるボンディング装
置の断面図。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例であるボンディング装
置の先端表面の部分拡大図。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施例であるボンディング装
置の先端部分の拡大断面図。
【図３Ａ】本発明の第２の実施例であるボンディング装
置の断面図。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施例であるボンディング装
置の先端表面の部分拡大図。
【図３Ｃ】本発明の第２の実施例であるボンディング装
置の先端部分の拡大断面図。
【符号の説明】
１００、２００：ボンディング装置 １０２、２０２：シャンク １０４、２０４：ボンディング・チップ １１０：突起フィンガ ２００：ボンディング装置 ２０８：くぼみ ２１４：突起リング

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金または金メッキが施されたリードと電
    子デバイスまたは回路の接触パッドをボンディングさせ
    るＴＡＢ装置において、 第１および第２の端部を有する、金属結合剤を含まない
    硬セラミックのシャンクと、 金属結合剤を含有しない硬セラミックのボンディング・
    チップとからなり、前記ボンディング・チップは前記シ
    ャンクの第１の端部の上に設けられ、微視的に粗い表面
    を有するものであり、これにより、前記リードに圧接さ
    れると前記表面は前記リードをつかみ、前記リードを前
    記接触パッドを横切るように導き、前記リードと前記接
    触パッド間をボンディングさせることを特徴とするＴＡ
    Ｂ装置。
  2. 【請求項２】請求項第１項記載のＴＡＢ装置は、超音波
    または超音波併用熱圧着によってボンディングを形成す
    ることを特徴とするＴＡＢ装置。
  3. 【請求項３】前記ボンディング・チップは、酸化アルミ
    ニウム・セラミックから構成されることを特徴とする請
    求項第１項記載のＴＡＢ装置。
  4. 【請求項４】前記ボンディング・チップは、９９．９９
    ％焼結酸化アルミニウム・セラミックから構成されるこ
    とを特徴とする請求項第１項から第３項記載のＴＡＢ装
    置。
  5. 【請求項５】前記ボンディング・チップの表面は、前記
    接触パッドよりわずかに小さい突起リングを含むことを
    特徴とする請求項第１項から第４項記載のＴＡＢ装置。
  6. 【請求項６】前記ボンディング・チップの表面は、その
    表面を横切るように伸びている複数の突起フィンガを含
    むことを特徴とする請求項第１項から第４項記載のＴＡ
    Ｂ装置。
  7. 【請求項７】前記ボンディング・チップの表面は、前記
    リードが超音波によって圧接されるとき、前記リードを
    つかんで導く全方向性の突起パターンを含むことを特徴
    とする請求項第１項から第４項記載のＴＡＢ装置。
  8. 【請求項８】次の（イ）から（ハ）の工程を含むＴＡＢ
    装置の製造方法。 （イ）焼結酸化アルミニウム・セラミックの中実の円筒
    シャンクを形成し、前記シャンクは軸を備え、前記軸の
    一方の端部側に第１の部分を、他方の端部側に第２の部
    分を備えるものであり、（ロ）前記第１の部分において
    中実の円錐状端部分を形成し、前記端部分は、前記第２
    の部分と隣接しており、さらに第２の部分の幅と同じ幅
    である広い端部を有し、さらに、前記シャンクの反対方
    向において狭い端部を備え、前記狭い端部は、前記シャ
    ンクの軸に対して垂直の表面を有するものであり、
    （ハ）前記端部分の狭い端部の表面に予め決められたパ
    ターンを形成し、前記パターンは、微視的に粗い表面を
    有する。
  9. 【請求項９】請求項第８項記載のＴＡＢ装置の製造方法
    において、前記端部分の狭い端部の表面に予めパターン
    を形成する工程は、レーザもしくはダイアモンド鋸で切
    り込みをいれることを含むＴＡＢ装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】請求項第８項記載のＴＡＢ装置の製造方
    法において、前記端部分の狭い端部の表面に予めパター
    ンを形成する工程は、円形のくぼみを前記表面を研磨す
    ることを含むＴＡＢ装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】請求項第８項記載のＴＡＢ装置の製造方
    法において、前記端部分の狭い端部の表面に予めパター
    ンを形成する工程は、超音波加工によって前記表面に前
    記パターンを施すことを含むＴＡＢ装置の製造方法。
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