【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デバイスホールを持たないテープキャリアのインナーリードボンディングツールを備えた半導体装置の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩなどの半導体製品は低価格化、軽量化、薄型化、小型化の実現のために高密度実装が要求され続けている（特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、半導体素子の高密度実装を実現する半導体装置としてテープキャリアパッケージ（以下ＴＣＰ）があるが、その中でもデバイスホールや折り曲げスリットが無く、半導体素子上の金属電極と接続されるインナーリード４ａがテープ基材２に密着しているものがチップ・オン・フィルム（以下ＣＯＦという）構造のＴＣＰである（図５）。ＣＯＦはデバイスホールが無く、インナーリード４ａがフィルム基材２に密着している為に、曲がりを生じやすいフライングリードが存在せず、導体リードを薄膜化することができる。これにより従来のデバイスホールがあるＴＣＰと比較すると導体リードのエッチング性が向上し、より微細な導体パターンを形成することができる。現在、４５μｍピッチのＣＯＦテープが量産されており、さらなるファイン化が現実的に期待されている。
【０００４】
次に、図５を用いて一般的なＣＯＦ構造を説明する。
【０００５】
図５（ａ）は導体リード側からみた一般的なＣＯＦの平面図であり、図５（ｂ）は一般的なＣＯＦの断面図である。フィルム１は絶縁、可撓の性質を有し、ポリイミドなどの樹脂で形成されたフィルム基材２と、銅などの金属箔で形成された導体リード４とで構成されている。導体リード４において半導体素子５に形成された金属突起電極６と接続する部分の先端からソルダーレジスト３にいたるまでのソルダーレジスト３に覆われていない領域をインナーリード４ａ、インナーリード４ａより外へフィルム基材２上に延長された導体リード４のうち、外部回路と接続される領域をアウターリード４ｂと呼ぶ。導体リード４には通常めっきが施されている。インナーリード４ａ周辺の領域は半導体素子５の表面保護や半導体装置自身の強度確保のために封止樹脂７で覆われている。
【０００６】
次に、共晶などの金属間接合によりフィルム１のインナーリード４ａと半導体素子５に形成した金属突起電極６を接合する方式の従来のＣＯＦについて、その一般的な組立工程を図６を用いて説明する。
【０００７】
フィルム１は、金属突起電極６の位置に合わせてインナーリード４ａがフィルム基材２上に形成されている（図６（ａ））。インナーリード４ａの表面にはスズや金などによってめっきが施されている。フィルム基材２は３８μｍや２５μｍなどで、従来の一般的なＴＣＰの厚みである７５μｍよりかなり薄い。半導体素子５は、金属突起電極６が半導体素子５の外周に沿う形かまたは、半導体素子５の表面全体に配置されている（図６（ａ））。フィルム１はボンディングツール１０が入出する開口部１２を有するフォーミング板８とクランパ９を用いて、フィルム１のインナーリード４ａと半導体素子５上の金属突起電極６の間に隙間を設けて固定されている（図６（ａ））。そして、半導体素子５上の金属突起電極６とフィルム１のインナーリード４ａを所定の位置に合わせて熱圧着方式により接合する（図６（ｂ））。熱圧着方式とはインナーリード４ａに施されためっき材と金属突起材を共晶融合あるいは固相拡散させるために必要な温度（３００℃〜５００℃程度）と荷重を加えながらインナーリード４ａと金属突起電極６を接合する方式である。フィルム基材２側から押さえる治具をボンディングツール１０、半導体素子５側で支える治具をボンディングステージ１１などと呼ぶ。
【０００８】
ここで、ボンディングツール１０の形状について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は半導体素子５の表面を図示したものである。図７（ｂ）はボンディングツール１０をフィルム基材２に接する方向から見たものである。ボンディングツール１０のフィルム基材２に接触する接触面１４の外形１６は、半導体素子５の各辺に最も近い金属突起電極６の端部に接する直線を結んでできる金属突起電極外周１５と相似形状で、金属突起電極外周１５より片側で２０μｍ〜４０μｍ大きくしたものである。そのため、その形状は四角形つまり各頂角が９０度である（図７（ｂ））。
【０００９】
そして、熱圧着後、インナーリード４ａと金属突起電極６の接合部分と半導体素子５の回路が存在する表面部分を保護し、半導体装置全体の機械強度を確保するために封止樹脂７をフィルム１と半導体素子５の隙間に樹脂供給ノズル１３を使用して注入する（図６（ｃ））。封止後に捺印、検査を行ないＣＯＦ製品が完成する。インナーリード４ａと金属突起電極６を接合する工程をＩＬＢ（インナーリードボンド）工程、インナーリード４ａ及び半導体素子５の表面を封止樹脂７によって封止する工程を封止工程という。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２３２２１９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の不具合の一例を図８を用いて説明する。
【００１２】
図８（ａ）はボンディングツール１０により加圧、加熱されているボンディング中の状態をフィルム基材２の上方から見た図であり、ボンディングツール１０はフィルム基材２に接触する接触面１４のみ図示している。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。図８（ｃ）はＩＬＢ直後のボンディングツール１０がフィルム基材２から離脱した瞬間を図示したものである。
【００１３】
ＣＯＦのＩＬＢ工程においては、フィルム１はボンディングツール１０が入出する開口部１２を有するフォーミング板８とクランパ９を用いて、フィルム１のインナーリード４ａと半導体素子５上の金属突起電極６の間に隙間を設けて固定されている（図６（ａ））。そのため、ボンディング時にはフィルム１を変形させながらボンディングツール１０が下降しインナーリード４ａと金属突起電極６を加圧、加熱する。そして、所定時間の加圧、加熱後、ボンディングツール１０が離脱し、フィルム１が室温へと温度降下する時に、加熱により伸びていたフィルム基材２がもとの形状に復元するために発生する収縮力、また、ボンディングツール１０で押し下げたフィルム基材２の変形分によって弾性による復元力が発生する。この収縮力と復元力は金属突起電極６とインナーリード４ａを引き離し、電気的に導通していないオープン不良（破線囲み部Ｓ）を発生させることが有る。クランパ９の開口部１２はボンディングツール１０の接触面１４と相似形状をしており、接触面１４より大きい。また、その開口部１２と接触面１４の重心は一致している。よって、接触面１４の外形１６の各点とその各点に一番近いクランパの開口部１２の一辺までの距離Ｘと次に近い一辺までの距離Ｙの和＝Ｘ＋Ｙ（以下、距離の和と呼ぶ）が一番小さくなるのは、接触面１４の各頂角である。ボンディングツール１０の外形１６に接するフィルム基材２の各点は全て、ボンディングツール１０によって同一距離Ｚ押し下げられる。そのため、距離の和が小さいところは、距離の和が大きいところに比べ、多く伸びなければならない。よって、フィルム基材２の変形量が最大となる所は接触面１４の各頂角である。そのため、ボンディングツール１０の離脱時に発生するフィルム基材２の復元力は、接触面１４の各頂角の接点で最大となる。そのため、この接点近傍の金属突起電極６とインナーリード４ａの接続のオープン不良発生率は他の場所に比べて高い。ＣＯＦのＩＬＢ工程の条件選定においては、この接点近傍の接合がオープン不良とならない条件を選定しなければならず、条件の選択肢を減らし、また、安定した生産ができる条件の幅を狭めてしまう問題がある。
【００１４】
したがって、この発明の目的は、チップオンフィルム（ＣＯＦ）構造である半導体装置において、製造工程中の加圧、加熱によりテープキャリアのフィルム基材が変形し、ボンディングツールの離脱時に発生するフィルム基材の復元力によって、一旦接合されたインナーリードと金属突起電極が引き剥がされてオープン不良を発生することを防止する半導体装置の製造装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造装置は、ボンディングステージ上に載置された半導体素子上の金属突起電極と、テープキャリアに形成されたインナーリードとを、前記ボンディングステージとこれに対向するボンディングツールとの間に挟んで押圧して、前記金属突起電極と前記インナーリードとを接合する半導体装置の製造装置であって、前記テープキャリアは、前記ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、前記ボンディングツールは、前記テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が鈍角である。
【００１６】
このように、テープキャリアは、ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、ボンディングツールは、テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が鈍角であるので、ボンディングツールの各点、特に角部からテープキャリアを固定している固定部材の開口部までの距離を大きく取れる。
そのため、ＩＬＢ工程で加圧、加熱された後のテープキャリアのフィルム基材の復元力を減少させることができ、インナーリードの金属突起電極からの剥がれの発生を防ぐことができる。
【００１７】
請求項２記載の半導体装置の製造装置は、請求項１記載の半導体装置の製造装置において、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を面取りして鈍角にした形状である。
【００１８】
このように、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を面取りして鈍角にした形状であるので、ボンディングツールの接触面はインナーリードと金属突起電極の接合部分の全てを含むことができ確実に接続できる。また、角部が面取りする前の従来例の角部より内側に位置するので、角部から一番近い開口部の一辺までの距離と、次に近い一辺までの距離の和が大きくなることで、テープキャリアが伸びる変形量が小さくなる。
【００１９】
請求項３記載の半導体装置の製造装置は、ボンディングステージ上に載置された半導体素子上の金属突起電極と、テープキャリアに形成されたインナーリードとを、前記ボンディングステージとこれに対向するボンディングツールとの間に挟んで押圧して、前記金属突起電極と前記インナーリードとを接合する半導体装置の製造装置であって、前記テープキャリアは、前記ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、前記ボンディングツールは、前記テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が曲線状になっている。
【００２０】
このように、テープキャリアは、ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、ボンディングツールは、テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が曲線状になっているので、ボンディングツールの各点、特に角部からテープキャリアを固定している固定部材の開口部までの距離を大きく取れる。そのため、ＩＬＢ工程で加圧、加熱された後のテープキャリアのフィルム基材の復元力を減少させることができ、インナーリードの金属突起電極からの剥がれの発生を防ぐことができる。
【００２１】
請求項４記載の半導体装置の製造装置は、請求項３記載の半導体装置の製造装置において、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を円弧にした形状である。
【００２２】
このように、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を円弧にした形状であるので、ボンディングツールの接触面はインナーリードと金属突起電極の接合部分の全てを含むことができ確実に接続できる。また、角部が円弧にする前の従来例の角部より内側に位置するので、角部から一番近い開口部の一辺までの距離と、次に近い一辺までの距離の和が大きくなることで、テープキャリアが伸びる変形量が小さくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１（ａ）はこの発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造装置におけるボンディングツールのフィルムと接する側から見た平面図、（ｂ）はそのボンディングツールを用いたＩＬＢ中の状態をフィルム側から見た平面図である。なお図１（ｂ）において、ボンディングツールはフィルム基材２に接触する接触面１７のみ図示している。
【００２４】
また、ボンディングツールを除いた全体構成は図６と同様であり、ボンディングステージ１１上に載置された半導体素子５上の金属突起電極６と、テープキャリアのフィルム基材２に形成されたインナーリード４ａとを、ボンディングステージ１１とこれに対向するボンディングツール１０ａとの間に挟んで押圧して、金属突起電極６とインナーリード４ａとを接合する。
【００２５】
テープキャリア（フィルム１）は、ボンディングツール１０ａが挿入される開口部１２を有する固定部材（フォーミング板８とクランパ９）にて固定されている。また、ボンディングツール１０ａには、ヒータ（加熱手段）および熱電対が取り付けられており、本体は超硬材料とセラミックスの組み合わせでできている（図示せず）。そして、接触面には気相ダイヤモンドまたはｃＢＮ（ｃｕｂｉｃ
Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）が蒸着されている。
【００２６】
この実施の形態によるボンディングツール１０ａでは、フィルム基材２に接する接触面の外形の各角部（各頂角）は鈍角であり、９０度より大きく１８０度未満である。また、その接触面１７は、インナーリード４ａと金属突起電極６の接合部分の全てを含んでいる。
【００２７】
図２はこの発明の第１の実施の形態におけるボンディングツールの外形と半導体素子上の金属突起電極との関係を図示した平面図である。図２を用いて、各角部の位置や角度を決定する方法を説明する。
【００２８】
第一に、従来のボンディングツール１０と同じように、半導体素子５の各辺に最も近い金属突起電極６の外側端部に接する直線を結んでできる金属突起電極外周１５と相似形状で金属突起電極外周１５より片側で２０μｍ〜４０μｍ大きくした外周１６′（従来例のボンディングツールの接触面の外形１６と同じ）を決定する。
【００２９】
第二に、外周１６′の各角部において、以下のような作業を実施する。頂点１に一番目に近い金属突起電極６の角部から、その金属突起電極６の角部に一番近い外周１６′の一辺への垂線との交点をＡとする。次に、前記の頂点１に一番目に近い金属突起電極６の角部を持つ金属突起電極６を除いて、次に頂点１に近い金属突起電極６の角部のなかで、頂点１に交わる外周１６′の二辺のうち、交点Ａが存在しない辺に一番目に近い金属突起電極６の角部から、前記の交点Ａが存在しない辺への垂線との交点をＢとする。これを、頂点２、頂点３、頂点４でそれぞれ実施し、各交点を、交点Ｃ、交点Ｄ、交点Ｅ、交点Ｆ、交点Ｇ、交点Ｈとする。
【００３０】
第三に、交点Ａから交点Ｈまでを直線で結ぶ。これによってできた外形が本発明の実施の形態によるボンディングツール１０ａの外形１８である。
【００３１】
以上のような手法により各交点が決定されるため、各角部の角度は、９０度より大きく１８０度未満となる。このように各角部を９０度より大きくすることにより、接触面１７の外形１８の各点とその各点に一番近いクランパの開口部１２の一辺までの距離Ｘと次に近い一辺までの距離Ｙ１の和＝Ｘ＋Ｙ１が、従来の各頂角が９０度の場合の距離の和＝Ｘ＋Ｙ（図８（ａ））より大きくなり、そのため、フィルム基材２の復元力を減少させることができ、インナーリード４ａの金属突起電極６からの剥れの発生を防ぐことができる。
【００３２】
この発明の第２の実施の形態を図３および図４に基づいて説明する。図３（ａ）はこの発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造装置におけるボンディングツールのフィルムと接する側から見た平面図、（ｂ）はそのボンディングツールを用いたＩＬＢ中の状態をフィルム側から見た平面図である。なお図３（ｂ）において、ボンディングツールはフィルム基材２に接触する接触面１９のみ図示している。
【００３３】
また、ボンディングツールを除いた全体構成は図６と同様であり、ボンディングステージ１１上に載置された半導体素子５上の金属突起電極６と、テープキャリアのフィルム基材２に形成されたインナーリード４ａとを、ボンディングステージ１１とこれに対向するボンディングツール１０ｂとの間に挟んで押圧して、金属突起電極６とインナーリード４ａとを接合する。
【００３４】
テープキャリア（フィルム１）は、ボンディングツール１０ｂが挿入される開口部１２を有する固定部材（フォーミング板８とクランパ９）にて固定されている。また、ボンディングツール１０ｂには、ヒータ（加熱手段）および熱電対が取り付けられており、本体は超硬材料とセラミックスの組み合わせでできている（図示せず）。そして、接触面には気相ダイヤモンドまたはｃＢＮ（ｃｕｂｉｃ
Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）が蒸着されている。
【００３５】
この実施の形態によるボンディングツール１０ｂでは、フィルム基材２に接する接触面１９の外形の各角部（各頂角）は、円弧となっている。その接触面１９は、インナーリード４ａと金属突起電極６の接合部分の全てを含んでいる。
【００３６】
図４はこの発明の第２の実施の形態におけるボンディングツールの外形と半導体素子上の金属突起電極との関係を図示した平面図である。図４を用いて、各角部の位置や角度を決定する方法を説明する。
【００３７】
第一に、従来のボンディングツール１０と同じように、半導体素子５の各辺に最も近い金属突起電極６の端部に接する直線を結んでできる金属突起電極外周１５と相似形状で金属突起電極外周１５より片側で２０μｍ〜４０μｍ大きくした外周１６′を決定する。
【００３８】
第二に、外周１６′の各角部において、以下のような作業を実施する。頂点１に一番目に近い金属突起電極６の角部から、その金属突起電極６の角部に一番近い外周１６′の一辺への垂線との交点をＡとする。次に、前記の頂点１に一番目に近い金属突起電極６の角部を持つ金属突起電極６を除いて、次に頂点１に近い金属突起電極６の角部のなかで、頂点１に交わる外周１６′の二辺のうち、交点Ａが存在しない辺に一番目に近い金属突起電極６の角部から、前記の交点Ａが存在しない辺への垂線との交点をＢとする。これを、頂点２、頂点３、頂点４でそれぞれ実施し、各交点を、交点Ｃ、交点Ｄ、交点Ｅ、交点Ｆ、交点Ｇ、交点Ｈとする。第三に、交点Ａと交点Ｂを、交点Ｃと交点Ｄを、交点Ｅと交点Ｆを、交点Ｇと交点Ｈを、それぞれ円弧で結ぶ。その円弧の直径は、その円弧が従来のボンディングツールの外形１６と交わらない大きさとする。次に、線により結ばれていない各交点を従来のボンディングツール１０の外形１６に沿って、直線で結ぶ。これによってできた外形が本発明の実施の形態によるボンディングツールの外形２０である。
【００３９】
このように各角部を円弧にすることにより、接触面１９の外周２０の各点とその各点に一番近いクランパの開口部１２の一辺までの距離Ｘと次に近い一辺までの距離Ｙ２の和＝Ｘ＋Ｙ２が、従来の各角部が９０度の場合の距離の和＝Ｘ＋Ｙ（図８（ａ））より大きくなり、そのため、フィルム基材２の復元力を減少させることができ、インナーリード４ａの金属突起電極６からの剥れの発生を防ぐことができる。
【００４０】
なお、ボンディングツール１０ｂは、テープキャリアに接する接触面１９の各角部が円弧以外の曲線状になっていてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造装置によれば、テープキャリアは、ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、ボンディングツールは、テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が鈍角であるので、ボンディングツールの各点、特に角部からテープキャリアを固定している固定部材の開口部までの距離を大きく取れる。そのため、ＩＬＢ工程で加圧、加熱された後のテープキャリアのフィルム基材の復元力を小さくすることができる。これにより、インナーリードと金属突起電極がボンディング後に引き剥がれるオープン不良の発生を防止することができる。
【００４２】
請求項２では、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を面取りして鈍角にした形状であるので、ボンディングツールの接触面はインナーリードと金属突起電極の接合部分の全てを含むことができ確実に接続できる。また、角部が面取りする前の従来例の角部より内側に位置するので、角部から一番近い開口部の一辺までの距離と、次に近い一辺までの距離の和が大きくなることで、テープキャリアが伸びる変形量が小さくなる。
【００４３】
この発明の請求項３記載の半導体装置の製造装置によれば、テープキャリアは、ボンディングツールが挿入される開口部を有する固定部材にて固定され、ボンディングツールは、テープキャリアに接する接触面の外形の各角部が曲線状になっているので、ボンディングツールの各点、特に角部からテープキャリアを固定している固定部材の開口部までの距離を大きく取れる。そのため、ＩＬＢ工程で加圧、加熱された後のテープキャリアのフィルム基材の復元力を小さくすることができる。これにより、インナーリードと金属突起電極がボンディング後に引き剥がれるオープン不良の発生を防止することができる。
【００４４】
請求項４では、ボンディングツールの接触面の外形は、半導体素子の各辺に近接した位置にある金属突起電極の外側端部に接する直線からなる金属突起電極外周と相似形状でかつ大きくした外周の各角部を円弧にした形状であるので、ボンディングツールの接触面はインナーリードと金属突起電極の接合部分の全てを含むことができ確実に接続できる。また、角部が円弧にする前の従来例の角部より内側に位置するので、角部から一番近い開口部の一辺までの距離と、次に近い一辺までの距離の和が大きくなることで、テープキャリアが伸びる変形量が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造装置におけるボンディングツールのフィルムと接する側から見た平面図、（ｂ）はそのボンディングツールを用いたＩＬＢ中の状態をフィルム側から見た平面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態におけるボンディングツールの外形と半導体素子上の金属突起電極との関係を図示した平面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造装置におけるボンディングツールのフィルムと接する側から見た平面図、（ｂ）はそのボンディングツールを用いたＩＬＢ中の状態をフィルム側から見た平面図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態におけるボンディングツールの外形と半導体素子上の金属突起電極との関係を図示した平面図である。
【図５】（ａ）は導体リード側からみた一般的なＣＯＦの平面図であり、図５（ｂ）は一般的なＣＯＦの断面図である。
【図６】一般的なＣＯＦ組立工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）は半導体素子とその上に形成された金属突起電極の配置を示す平面図、（ｂ）は従来例のボンディングツールのフィルムと接する側から見た平面図である。
【図８】（ａ）は従来例のＣＯＦ組立工程におけるＩＬＢ中の状態をフィルム側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図、（ｃ）はＩＬＢ直後の状態の断面図である。
【符号の説明】
１ フィルム
２ フィルム基材
３ ソルダーレジスト
４ 導体リード
４ａ インナーリード
４ｂ アウターリード
５ 半導体素子
６ 金属突起電極
７ 封止樹脂
８ フォーミング板
９ クランパ
１０ ボンディングツール
１０ａ ボンディングツール
１０ｂ ボンディングツール
１１ ボンディングステージ
１２ クランパの開口部
１３ 樹脂供給ノズル
１４ ボンディングツールのフィルム基材との接触面
１５ 金属突起電極外周
１６ ボンディングツールの接触面の外形
１７ ボンディングツールのフィルム基材との接触面
１８ ボンディングツールの接触面の外形
１９ ボンディングツールのフィルム基材との接触面
２０ ボンディングツールの接触面の外形[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus provided with a tape carrier inner lead bonding tool having no device hole.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor products such as LSIs have been required to be mounted at high density in order to realize a reduction in cost, weight, thickness, and size (see Patent Document 1).
[0003]
In general, there is a tape carrier package (hereinafter referred to as TCP) as a semiconductor device for realizing high-density mounting of a semiconductor element. Among them, there is no device hole or bending slit, and an inner lead 4a connected to a metal electrode on the semiconductor element has a tape. What is in close contact with the substrate 2 is a TCP having a chip-on-film (hereinafter referred to as COF) structure (FIG. 5). Since the COF has no device hole and the inner lead 4a is in close contact with the film substrate 2, there is no flying lead that easily bends, and the conductor lead can be made thinner. As a result, as compared with the conventional TCP having a device hole, the etching property of the conductor lead is improved, and a finer conductor pattern can be formed. At present, COF tapes having a pitch of 45 μm are mass-produced, and further refinement is actually expected.
[0004]
Next, a general COF structure will be described with reference to FIG.
[0005]
FIG. 5A is a plan view of a general COF viewed from a conductor lead side, and FIG. 5B is a cross-sectional view of a general COF. The film 1 has insulating and flexible properties, and is composed of a film substrate 2 formed of a resin such as polyimide and a conductor lead 4 formed of a metal foil such as copper. A region of the conductor lead 4 which is not covered with the solder resist 3 from the tip of the portion connected to the metal bump electrode 6 formed on the semiconductor element 5 to the solder resist 3 is filmed out of the inner lead 4a and the inner lead 4a. Among the conductor leads 4 extended on the base material 2, a region connected to an external circuit is referred to as an outer lead 4b. The conductor lead 4 is usually plated. The area around the inner lead 4a is covered with a sealing resin 7 for protecting the surface of the semiconductor element 5 and securing the strength of the semiconductor device itself.
[0006]
Next, a general assembly process of a conventional COF in which the inner lead 4a of the film 1 is bonded to the metal bump electrode 6 formed on the semiconductor element 5 by intermetallic bonding such as eutectic will be described with reference to FIG. explain.
[0007]
The film 1 has inner leads 4a formed on the film substrate 2 in accordance with the positions of the metal bump electrodes 6 (FIG. 6A). The surface of the inner lead 4a is plated with tin or gold. The thickness of the film substrate 2 is 38 μm or 25 μm, which is considerably thinner than the conventional general TCP thickness of 75 μm. In the semiconductor element 5, the metal bump electrodes 6 are arranged along the outer periphery of the semiconductor element 5, or are arranged on the entire surface of the semiconductor element 5 (FIG. 6A). The film 1 is fixed by forming a gap between the inner lead 4a of the film 1 and the metal protruding electrode 6 on the semiconductor element 5 by using a forming plate 8 having an opening 12 through which a bonding tool 10 enters and exits and a clamper 9. (FIG. 6A). Then, the metal protruding electrode 6 on the semiconductor element 5 and the inner lead 4a of the film 1 are aligned at a predetermined position and joined by a thermocompression bonding method (FIG. 6B). The thermocompression bonding method is to apply a temperature (approximately 300 ° C. to 500 ° C.) and a load necessary for eutectic fusion or solid phase diffusion of a plating material and a metal projection material applied to the inner lead 4a. In this method, the protruding electrodes 6 are joined. A jig pressed from the film substrate 2 side is called a bonding tool 10, and a jig supported on the semiconductor element 5 side is called a bonding stage 11.
[0008]
Here, the shape of the bonding tool 10 will be described with reference to FIG. FIG. 7A illustrates the surface of the semiconductor element 5. FIG. 7B shows the bonding tool 10 viewed from a direction in which the bonding tool 10 comes into contact with the film substrate 2. The outer shape 16 of the contact surface 14 of the bonding tool 10 that contacts the film substrate 2 is similar in shape to the outer periphery 15 of the metal bump electrode formed by connecting a straight line that contacts the end of the metal bump electrode 6 closest to each side of the semiconductor element 5. Thus, one side is larger than the outer periphery 15 of the metal bump electrode by 20 μm to 40 μm. Therefore, the shape is square, that is, each apex angle is 90 degrees (FIG. 7B).
[0009]
After the thermocompression bonding, the sealing resin 7 is applied to the film 1 to protect the joint between the inner lead 4a and the metal bump electrode 6 and the surface where the circuit of the semiconductor element 5 exists, and to secure the mechanical strength of the entire semiconductor device. The resin is supplied into the gap between the semiconductor device 5 and the resin supply nozzle 13 (FIG. 6C). After sealing, stamping and inspection are performed to complete the COF product. The step of joining the inner lead 4a and the metal bump electrode 6 is called an ILB (inner lead bond) step, and the step of sealing the inner lead 4a and the surface of the semiconductor element 5 with the sealing resin 7 is called a sealing step.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-6-232219
[Problems to be solved by the invention]
An example of the disadvantage of the conventional example will be described with reference to FIG.
[0012]
FIG. 8A is a diagram showing a state during bonding being pressed and heated by the bonding tool 10 as viewed from above the film substrate 2, and the bonding tool 10 has only the contact surface 14 that contacts the film substrate 2. FIG. FIG. 8B is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. FIG. 8C illustrates the moment when the bonding tool 10 is separated from the film substrate 2 immediately after the ILB.
[0013]
In the COF ILB process, the film 1 is formed between the inner lead 4 a of the film 1 and the metal bump electrode 6 on the semiconductor element 5 by using a forming plate 8 having an opening 12 through which the bonding tool 10 enters and exits and a clamper 9. It is fixed with a gap (FIG. 6A). For this reason, at the time of bonding, the bonding tool 10 descends while deforming the film 1, and presses and heats the inner leads 4 a and the metal bump electrodes 6. Then, after the pressurizing and heating for a predetermined time, when the bonding tool 10 comes off and the temperature of the film 1 drops to room temperature, the film base 2 that has been stretched by heating is restored to its original shape. The shrinking force and the deformation of the film substrate 2 pressed down by the bonding tool 10 generate a restoring force due to elasticity. The contraction force and the restoring force separate the metal protruding electrode 6 from the inner lead 4a, and may cause an open failure (a portion surrounded by a broken line S) that is not electrically conducted. The opening 12 of the clamper 9 has a shape similar to the contact surface 14 of the bonding tool 10 and is larger than the contact surface 14. In addition, the center of gravity of the opening 12 and the center of gravity of the contact surface 14 coincide. Accordingly, the sum of the distance X to each point of the outer shape 16 of the contact surface 14 and one side of the opening 12 of the clamper closest to the point and the distance Y to the next nearest side = X + Y (hereinafter, the sum of the distances and It is at each apex angle of the contact surface 14 that the value of the contact surface 14 becomes smallest. All points of the film substrate 2 that are in contact with the outer shape 16 of the bonding tool 10 are pushed down by the same distance Z by the bonding tool 10. Therefore, a portion where the sum of the distances is small must be extended more than a portion where the sum of the distances is large. Therefore, the point where the amount of deformation of the film substrate 2 becomes the maximum is each vertex angle of the contact surface 14. Therefore, the restoring force of the film substrate 2 generated when the bonding tool 10 is detached is maximized at the contact point at each apex angle of the contact surface 14. Therefore, the rate of occurrence of open failure in the connection between the metal protruding electrode 6 near the contact and the inner lead 4a is higher than in other places. In selecting conditions for the COB ILB process, it is necessary to select conditions under which the junction near the contact does not cause an open defect, which reduces the number of condition options and narrows the range of conditions under which stable production is possible. There is.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a chip-on-film (COF) structure, in which a film base of a tape carrier is deformed by pressurization and heating during a manufacturing process, and the film base is generated when a bonding tool is detached. An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a semiconductor device which prevents an inner lead and a metal projection electrode once bonded from being peeled off due to the restoring force, thereby causing an open defect.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a manufacturing apparatus of a semiconductor device according to claim 1 of the present invention includes: a metal bump electrode on a semiconductor element mounted on a bonding stage; and an inner lead formed on a tape carrier. An apparatus for manufacturing a semiconductor device in which the bonding stage and the bonding tool opposed thereto are sandwiched and pressed to join the metal protruding electrode and the inner lead, wherein the tape carrier includes The bonding tool is fixed by a fixing member having an opening to be inserted. In the bonding tool, each corner of the outer shape of the contact surface in contact with the tape carrier has an obtuse angle.
[0016]
As described above, the tape carrier is fixed by the fixing member having the opening into which the bonding tool is inserted, and since each corner of the outer shape of the contact surface in contact with the tape carrier has an obtuse angle, The distance from each point, especially the corner, to the opening of the fixing member fixing the tape carrier can be increased.
Therefore, it is possible to reduce the restoring force of the film substrate of the tape carrier after being pressed and heated in the ILB step, and it is possible to prevent the inner leads from peeling off from the metal projection electrodes.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the first aspect, the outer shape of the contact surface of the bonding tool is an outer end of the metal protrusion electrode located at a position close to each side of the semiconductor element. The shape is similar to the outer periphery of the metal projection electrode formed of a straight line in contact with the portion, and has a shape in which each corner of the enlarged outer periphery is chamfered to be obtuse.
[0018]
As described above, the outer shape of the contact surface of the bonding tool has a shape similar to and larger than the outer circumference of the metal protrusion electrode formed of a straight line that is in contact with the outer end of the metal protrusion electrode at a position close to each side of the semiconductor element. Since the corners are chamfered to have an obtuse angle, the contact surface of the bonding tool can include all of the joints between the inner leads and the metal protruding electrodes and can be reliably connected. In addition, since the corner is located inside the corner of the conventional example before chamfering, the sum of the distance from the corner to the nearest side of the opening and the distance to the next closest side increases. Thus, the amount of deformation by which the tape carrier extends is reduced.
[0019]
4. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the metal projecting electrode on the semiconductor element mounted on the bonding stage and the inner lead formed on the tape carrier are connected to the bonding stage and a bonding tool facing the bonding stage. A semiconductor device manufacturing apparatus for joining the metal protruding electrode and the inner lead by pressing the tape carrier between the tape carrier and the fixing member having an opening into which the bonding tool is inserted. In the bonding tool, each corner of the outer shape of the contact surface in contact with the tape carrier has a curved shape.
[0020]
As described above, the tape carrier is fixed by the fixing member having the opening into which the bonding tool is inserted, and the bonding tool has a curved shape at each corner of the outer shape of the contact surface in contact with the tape carrier. The distance from each point of the bonding tool, particularly from the corner, to the opening of the fixing member fixing the tape carrier can be increased. Therefore, it is possible to reduce the restoring force of the film substrate of the tape carrier after being pressed and heated in the ILB step, and it is possible to prevent the inner leads from peeling off from the metal projection electrodes.
[0021]
A semiconductor device manufacturing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device manufacturing apparatus according to the third aspect, wherein the outer shape of the contact surface of the bonding tool is an outer end of the metal protrusion electrode located at a position close to each side of the semiconductor element. The shape is similar to the outer periphery of the metal protrusion electrode formed of a straight line contacting the portion, and each corner of the enlarged outer periphery is formed into an arc.
[0022]
As described above, the outer shape of the contact surface of the bonding tool has a shape similar to and larger than the outer circumference of the metal protrusion electrode formed of a straight line that is in contact with the outer end of the metal protrusion electrode at a position close to each side of the semiconductor element. Since the corners are arc-shaped, the contact surface of the bonding tool can include all of the joints between the inner leads and the metal protruding electrodes, and can be reliably connected. In addition, since the corner is located inside the corner of the conventional example before being formed into an arc, the sum of the distance from the corner to the nearest side of the opening and the distance to the next nearest side increases. Thus, the amount of deformation by which the tape carrier extends can be reduced.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view of a bonding tool in a semiconductor device manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention as viewed from a side in contact with a film, and FIG. 1B shows a state in an ILB using the bonding tool. It is the top view seen from the film side. In FIG. 1B, only the contact surface 17 of the bonding tool that comes into contact with the film substrate 2 is shown.
[0024]
6 except for the bonding tool, the metal protrusion electrode 6 on the semiconductor element 5 mounted on the bonding stage 11 and the inner leads formed on the film base 2 of the tape carrier. 4a is sandwiched between the bonding stage 11 and the bonding tool 10a opposed thereto and pressed to join the metal bump electrode 6 and the inner lead 4a.
[0025]
The tape carrier (film 1) is fixed by a fixing member (forming plate 8 and clamper 9) having an opening 12 into which the bonding tool 10a is inserted. A heater (heating means) and a thermocouple are attached to the bonding tool 10a, and the main body is made of a combination of a super hard material and a ceramic (not shown). The contact surface has a vapor phase diamond or cBN (cubic).
Boron Nitride).
[0026]
In the bonding tool 10a according to this embodiment, each corner (each apex angle) of the outer shape of the contact surface in contact with the film substrate 2 is an obtuse angle, and is greater than 90 degrees and less than 180 degrees. In addition, the contact surface 17 includes all of the joint portions between the inner leads 4a and the metal bump electrodes 6.
[0027]
FIG. 2 is a plan view showing the relationship between the outer shape of the bonding tool and the metal bump electrodes on the semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. A method for determining the position and angle of each corner will be described with reference to FIG.
[0028]
First, similarly to the conventional bonding tool 10, the metal projection electrode has a shape similar to the metal projection electrode outer periphery 15 formed by connecting a straight line in contact with the outer end of the metal projection electrode 6 closest to each side of the semiconductor element 5. The outer circumference 16 '(same as the outer shape 16 of the contact surface of the conventional bonding tool) which is larger by 20 to 40 [mu] m on one side than the outer circumference 15 is determined.
[0029]
Second, the following operation is performed at each corner of the outer periphery 16 '. Let A be the point of intersection between the corner of the metal bump electrode 6 closest to the vertex 1 and one side of the outer circumference 16 ′ closest to the corner of the metal bump electrode 6. Next, except for the metal protrusion electrode 6 having the corner of the metal protrusion electrode 6 closest to the apex 1, the metal protrusion electrode 6 intersects the apex 1 in the corner of the metal protrusion electrode 6 next to the apex 1. Of the two sides of the outer circumference 16 ′, the intersection point between the corner of the metal bump electrode 6 closest to the side where the intersection A does not exist and the perpendicular to the side where the intersection A does not exist is B. This is performed at the vertices 2, 3, and 4, and the respective intersections are designated as intersection C, intersection D, intersection E, intersection F, intersection G, and intersection H.
[0030]
Third, a straight line is connected from the intersection A to the intersection H. The resulting outer shape is the outer shape 18 of the bonding tool 10a according to the embodiment of the present invention.
[0031]
Since each intersection is determined by the method described above, the angle of each corner is greater than 90 degrees and less than 180 degrees. By making each corner larger than 90 degrees, the distance X between each point of the outer shape 18 of the contact surface 17 and one side of the opening 12 of the clamper closest to each point and the distance X to the next nearest side The sum of the distances Y1 = X + Y1 is larger than the conventional sum of the distances when the apex angle is 90 degrees = X + Y (FIG. 8A). Therefore, the restoring force of the film substrate 2 can be reduced. In addition, it is possible to prevent the inner leads 4a from peeling off from the metal projection electrodes 6.
[0032]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a plan view of a bonding tool in a semiconductor device manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention as viewed from the side in contact with a film, and FIG. 3B shows a state in an ILB using the bonding tool. It is the top view seen from the film side. In FIG. 3B, only the contact surface 19 of the bonding tool that comes into contact with the film substrate 2 is shown.
[0033]
6 except for the bonding tool, the metal protrusion electrode 6 on the semiconductor element 5 mounted on the bonding stage 11 and the inner leads formed on the film base 2 of the tape carrier. 4a is sandwiched between the bonding stage 11 and the bonding tool 10b opposed thereto and pressed to join the metal bump electrode 6 and the inner lead 4a.
[0034]
The tape carrier (film 1) is fixed by a fixing member (forming plate 8 and clamper 9) having an opening 12 into which the bonding tool 10b is inserted. A heater (heating means) and a thermocouple are attached to the bonding tool 10b, and the main body is made of a combination of a super hard material and a ceramic (not shown). The contact surface has a vapor phase diamond or cBN (cubic).
Boron Nitride).
[0035]
In the bonding tool 10b according to this embodiment, each corner (each vertex) of the outer shape of the contact surface 19 that is in contact with the film substrate 2 is an arc. The contact surface 19 includes all of the joint portions between the inner leads 4a and the metal bump electrodes 6.
[0036]
FIG. 4 is a plan view illustrating the relationship between the outer shape of a bonding tool and a metal bump electrode on a semiconductor element according to a second embodiment of the present invention. A method for determining the position and angle of each corner will be described with reference to FIG.
[0037]
First, similarly to the conventional bonding tool 10, the outer periphery 15 of the metal protrusion electrode is formed in a shape similar to the outer periphery 15 of the metal protrusion electrode formed by connecting a straight line in contact with the end of the metal protrusion electrode 6 closest to each side of the semiconductor element 5. The outer circumference 16 'which is larger by 20 to 40 μm on one side than 15 is determined.
[0038]
Second, the following operation is performed at each corner of the outer periphery 16 '. Let A be the point of intersection between the corner of the metal bump electrode 6 closest to the vertex 1 and one side of the outer circumference 16 ′ closest to the corner of the metal bump electrode 6. Next, except for the metal protrusion electrode 6 having the corner of the metal protrusion electrode 6 closest to the apex 1, the metal protrusion electrode 6 intersects the apex 1 in the corner of the metal protrusion electrode 6 next to the apex 1. Of the two sides of the outer circumference 16 ′, the intersection point between the corner of the metal bump electrode 6 closest to the side where the intersection A does not exist and the perpendicular to the side where the intersection A does not exist is B. This is performed at the vertices 2, 3, and 4, and the respective intersections are designated as intersection C, intersection D, intersection E, intersection F, intersection G, and intersection H. Third, arcs connect the intersections A and B, the intersections C and D, the intersections E and F, and the intersections G and H, respectively. The diameter of the arc should be such that the arc does not intersect the profile 16 of a conventional bonding tool. Next, each intersection point not connected by a line is connected by a straight line along the outer shape 16 of the conventional bonding tool 10. The resulting outer shape is the outer shape 20 of the bonding tool according to the embodiment of the present invention.
[0039]
By making each corner into an arc in this manner, the distance X between each point on the outer periphery 20 of the contact surface 19 and one side of the opening 12 of the clamper closest to each point and the distance Y2 to the next nearest side Is larger than the conventional sum of distances when each corner is 90 degrees = X + Y (FIG. 8 (a)), so that the restoring force of the film substrate 2 can be reduced, The occurrence of peeling of the lead 4a from the metal bump electrode 6 can be prevented.
[0040]
In the bonding tool 10b, each corner of the contact surface 19 in contact with the tape carrier may have a curved shape other than an arc.
[0041]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device manufacturing apparatus of the first aspect of the present invention, the tape carrier is fixed by the fixing member having the opening into which the bonding tool is inserted, and the bonding tool has an outer shape of a contact surface in contact with the tape carrier. Since each of the corners is obtuse, the distance from each point of the bonding tool, particularly the corner, to the opening of the fixing member for fixing the tape carrier can be increased. Therefore, the restoring force of the film substrate of the tape carrier after being pressed and heated in the ILB process can be reduced. Thus, it is possible to prevent an open defect in which the inner lead and the metal protruding electrode are peeled off after bonding.
[0042]
According to the second aspect, the outer shape of the contact surface of the bonding tool has a shape similar to and larger than the outer periphery of the metal projection electrode formed of a straight line in contact with the outer end of the metal projection electrode located at a position close to each side of the semiconductor element. Since each corner is chamfered to an obtuse angle, the contact surface of the bonding tool can include all of the joint portion between the inner lead and the metal protruding electrode and can be reliably connected. In addition, since the corner is located inside the corner of the conventional example before chamfering, the sum of the distance from the corner to the nearest side of the opening and the distance to the next closest side increases. Thus, the amount of deformation by which the tape carrier extends is reduced.
[0043]
According to the third aspect of the present invention, the tape carrier is fixed by the fixing member having the opening into which the bonding tool is inserted, and the bonding tool has an outer shape of a contact surface in contact with the tape carrier. Since each of the corners is curved, the distance from each point of the bonding tool, particularly the corner, to the opening of the fixing member for fixing the tape carrier can be increased. Therefore, the restoring force of the film substrate of the tape carrier after being pressed and heated in the ILB process can be reduced. Thus, it is possible to prevent an open defect in which the inner lead and the metal protruding electrode are peeled off after bonding.
[0044]
According to the fourth aspect, the outer shape of the contact surface of the bonding tool has a shape similar to and larger than the outer periphery of the metal projection electrode formed of a straight line that is in contact with the outer end of the metal projection electrode at a position close to each side of the semiconductor element. Since each corner has an arc shape, the contact surface of the bonding tool can include all of the joining portions between the inner leads and the metal protruding electrodes and can be reliably connected. In addition, since the corner is located inside the corner of the conventional example before being formed into an arc, the sum of the distance from the corner to the nearest side of the opening and the distance to the next nearest side increases. Thus, the amount of deformation by which the tape carrier extends can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a bonding tool in an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, as viewed from a side in contact with a film, and FIG. 1B is a plan view of an ILB using the bonding tool. It is the top view which looked at the state from the film side.
FIG. 2 is a plan view illustrating a relationship between an outer shape of a bonding tool and a metal bump electrode on a semiconductor element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a bonding tool in a semiconductor device manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention, as viewed from the side in contact with a film. FIG. 3B shows a state in the ILB using the bonding tool in the film side. It is the top view seen from.
FIG. 4 is a plan view illustrating a relationship between an outer shape of a bonding tool and a metal bump electrode on a semiconductor element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a plan view of a general COF viewed from a conductor lead side, and FIG. 5B is a cross-sectional view of a general COF.
FIG. 6 is a sectional view showing a general COF assembling process.
FIG. 7A is a plan view showing an arrangement of a semiconductor element and metal bump electrodes formed thereon, and FIG. 7B is a plan view of a conventional bonding tool viewed from a side in contact with a film.
8A is a plan view of a state in the ILB in the conventional COF assembly process viewed from the film side, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 8A, and FIG. It is sectional drawing of a state.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film 2 Film base material 3 Solder resist 4 Conductor lead 4a Inner lead 4b Outer lead 5 Semiconductor element 6 Metal projection electrode 7 Sealing resin 8 Forming plate 9 Clamper 10 Bonding tool 10a Bonding tool 10b Bonding tool 11 Bonding stage 12 Opening of clamper Part 13 Resin supply nozzle 14 Contact surface of bonding tool with film substrate 15 Metal projection electrode outer periphery 16 Outline of contact surface of bonding tool 17 Contact surface of bonding tool with film substrate 18 Outline of contact surface of bonding tool 19 Bonding Contact surface of tool with film substrate 20 Outline of contact surface of bonding tool
