JP3041318B2 - 半導体装置のボンディング装置 - Google Patents
半導体装置のボンディング装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップの突起
電極とリードとを加熱下で圧着させるボンディング装置
に関するものである。
電極とリードとを加熱下で圧着させるボンディング装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの上面に形成される突起電
極と、実装用テープのリードとをボンディングするＴＡ
Ｂ（Tape Automated Bonding) 法を適用した実装例を図
を用いて説明する。図７はＴＡＢ法によって実装された
従来の半導体チップを示す斜視図である。図において、
１は半導体チップ、２はこの半導体チップ１の上面に形
成された突起電極、３は実装テープ（図示せず）のリー
ドで、突起電極２と電気的、機械的に接続されている。
このように、突起電極２とリード３とのボンディングを
行なうと、半導体チップ１の持つ能動機能をリード３に
取り出すことが可能となる。したがって、たとえば外部
端子と電気的に配線されているパッドを有する基板上
に、リード３を半田付け等に接続することによって、半
導体チップ１はその能動機能を外部端子から送り出すこ
とができ、半導体装置としての機能を発輝する。
極と、実装用テープのリードとをボンディングするＴＡ
Ｂ（Tape Automated Bonding) 法を適用した実装例を図
を用いて説明する。図７はＴＡＢ法によって実装された
従来の半導体チップを示す斜視図である。図において、
１は半導体チップ、２はこの半導体チップ１の上面に形
成された突起電極、３は実装テープ（図示せず）のリー
ドで、突起電極２と電気的、機械的に接続されている。
このように、突起電極２とリード３とのボンディングを
行なうと、半導体チップ１の持つ能動機能をリード３に
取り出すことが可能となる。したがって、たとえば外部
端子と電気的に配線されているパッドを有する基板上
に、リード３を半田付け等に接続することによって、半
導体チップ１はその能動機能を外部端子から送り出すこ
とができ、半導体装置としての機能を発輝する。
【０００３】ＴＡＢ技術におけるボンディング方法を図
を用いて説明する、図８は、ＴＡＢ技術におけるボンデ
ィング方法の一例の全突起電極と全リードを一括で熱圧
着するギャング・ボンディング法を説明する概略図であ
る。図において、４は約１５mm×１５mmの半導体チップ
１を載せるボンディング・ステージ、５はボンディング
・ツール、６はステージ４の固定具である。図８（ａ）
において、ステージ４上に半導体チップ１を載置し、突
起電極２とリード３を位置合わせする。次に、図（ｂ）
において、約５００℃に昇温させたツール５を、全突起
電極２（材質は例えばＡｕ）および全リード３（材質は
例えばＳｎ，Ａｕ等）に押しつける。この熱および押し
つけ力により、突起電極２とリード３は熱圧着される。
を用いて説明する、図８は、ＴＡＢ技術におけるボンデ
ィング方法の一例の全突起電極と全リードを一括で熱圧
着するギャング・ボンディング法を説明する概略図であ
る。図において、４は約１５mm×１５mmの半導体チップ
１を載せるボンディング・ステージ、５はボンディング
・ツール、６はステージ４の固定具である。図８（ａ）
において、ステージ４上に半導体チップ１を載置し、突
起電極２とリード３を位置合わせする。次に、図（ｂ）
において、約５００℃に昇温させたツール５を、全突起
電極２（材質は例えばＡｕ）および全リード３（材質は
例えばＳｎ，Ａｕ等）に押しつける。この熱および押し
つけ力により、突起電極２とリード３は熱圧着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のボン
ディング方法では、図８（ｃ）に示すように、ツール５
の熱がチップを介してステージ１に達し、ステージ１内
で温度分布が生じ、ステージが上へ凸形状に反るという
現象がみられた。この現象により、図８（ｄ）に示すよ
うにボンディング後のチップの各辺中央付近のバンプチ
ップコーナのそれとにはリードに高さの差Ｈｃが生じて
いた。つまり中央付近のチップの電極リードはコーナ付
近のものに比較しつぶれすぎる結果となった。このつぶ
れすぎは、隣接バンプとの接触や、バンプ下地破壊の原
因となり、半導体装置の不良となるという問題点があっ
た。
ディング方法では、図８（ｃ）に示すように、ツール５
の熱がチップを介してステージ１に達し、ステージ１内
で温度分布が生じ、ステージが上へ凸形状に反るという
現象がみられた。この現象により、図８（ｄ）に示すよ
うにボンディング後のチップの各辺中央付近のバンプチ
ップコーナのそれとにはリードに高さの差Ｈｃが生じて
いた。つまり中央付近のチップの電極リードはコーナ付
近のものに比較しつぶれすぎる結果となった。このつぶ
れすぎは、隣接バンプとの接触や、バンプ下地破壊の原
因となり、半導体装置の不良となるという問題点があっ
た。
【０００５】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、チップ内のＨｃのバラツキを
減少させることを目的とし、ひいては、隣接バンプの接
触やバンプ下地破壊という不良が発生しにくいボンディ
ング方法および装置を提供することを目的とするもので
ある。
るためになされたもので、チップ内のＨｃのバラツキを
減少させることを目的とし、ひいては、隣接バンプの接
触やバンプ下地破壊という不良が発生しにくいボンディ
ング方法および装置を提供することを目的とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のボンディング装
置は、突起電極を有する半導体チップをボンディングス
テージ上に載置し、リードを前記突起電極上に重なるよ
うに配置した状態で、所定の温度に加熱されたボンディ
ングツールによって重ね合わされたリードと突起電極と
を加圧することによってリードと突起電極とを圧着する
装置である。上記のボンディングステージは、直径３０
ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状を有し、Ｆ
αρＣ／λ[単位：cal／(℃・mm 4 )]がＳＫＳ−３のそれ
よりも小さい材料で形成されていることを特徴とする。
ここで、αは線膨張係数1／℃、ρは密度gr／ｍｍ 3 、Ｃ
は比熱cal／(gr・℃)、λは熱伝導率cal／(mm・s・℃)
である。また、Ｆは次の場合の熱流束［cal／(mm 2 ・
s)］である。２５℃のボンディングステージの上に半導
体チップを載せて、実装用のテープのリードをその半導
体チップに圧着するために５００℃のボンディングツー
ルでボンディングステージ側に押し付けたとき、半導体
チップを介してボンディングステージに流入する、単位
面積［mm 2 ］当り、単位時間［ｓ］当りの熱流束［cal／
(mm 2 ・s)］である。
置は、突起電極を有する半導体チップをボンディングス
テージ上に載置し、リードを前記突起電極上に重なるよ
うに配置した状態で、所定の温度に加熱されたボンディ
ングツールによって重ね合わされたリードと突起電極と
を加圧することによってリードと突起電極とを圧着する
装置である。上記のボンディングステージは、直径３０
ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状を有し、Ｆ
αρＣ／λ[単位：cal／(℃・mm 4 )]がＳＫＳ−３のそれ
よりも小さい材料で形成されていることを特徴とする。
ここで、αは線膨張係数1／℃、ρは密度gr／ｍｍ 3 、Ｃ
は比熱cal／(gr・℃)、λは熱伝導率cal／(mm・s・℃)
である。また、Ｆは次の場合の熱流束［cal／(mm 2 ・
s)］である。２５℃のボンディングステージの上に半導
体チップを載せて、実装用のテープのリードをその半導
体チップに圧着するために５００℃のボンディングツー
ルでボンディングステージ側に押し付けたとき、半導体
チップを介してボンディングステージに流入する、単位
面積［mm 2 ］当り、単位時間［ｓ］当りの熱流束［cal／
(mm 2 ・s)］である。
【０００７】
【作用】このボンディングステージの形状は、直径３０
ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状とする。こ
の形状のため、従来のボンディングステージに比べて大
型となり、剛性が向上してステージ反りを拘束する。ま
た、このように、ボンディングステージを大型にすれ
ば、熱が外側にも伝わることになり、ステージ表面が盛
り上がる膨張が減少する。さらに、このボンディングス
テージの材料として、ＦαρＣ／λがＳＫＳ−３のそれ
より小さい材料をを用いることにより、図６に示すよう
に、圧着後の突起電極とリードとを合わせた高さに関し
て、ステージ中央で圧着されたものと、ステージの端で
圧着されたものとの差Ｈｃを１．８３未満とすることが
できる。
ｍｍ以上で、厚さが１０ｍｍ以上の円柱形状とする。こ
の形状のため、従来のボンディングステージに比べて大
型となり、剛性が向上してステージ反りを拘束する。ま
た、このように、ボンディングステージを大型にすれ
ば、熱が外側にも伝わることになり、ステージ表面が盛
り上がる膨張が減少する。さらに、このボンディングス
テージの材料として、ＦαρＣ／λがＳＫＳ−３のそれ
より小さい材料をを用いることにより、図６に示すよう
に、圧着後の突起電極とリードとを合わせた高さに関し
て、ステージ中央で圧着されたものと、ステージの端で
圧着されたものとの差Ｈｃを１．８３未満とすることが
できる。
【０００８】
【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
よって説明する。図１（ａ）はボンディング前の状態を
示す概略図でステージ全体温度を２８５℃に設定した場
合を示す。なおこの時のステージ温度の２８５℃はこの
実施例におけるボンディング装置の構成上の制約からな
されたものである。また図示しないが従来例と同様にス
テージ４は固定具で図示しないボンディング装置架台に
精度良く固定されている。そしてボンディング時間は３
秒間でなされている。次に数値解析を行った結果図１
（ｂ）に示したボンディングが完了した直後には、ステ
ージ上面温度が３６０．４℃になる。この時ステージ下
面温度は２８５℃に保持されている。この解析結果ステ
ージ上面と下面との温度差ΔＴは７５．４℃となる。こ
のような温度差（温度分布）を有するステージを下面固
定として数値解析した結果１．６１μｍの反り量である
ことがわかった。この反り量を有するステージでチップ
のボンディングが為されているため上記した電極リード
の高さの差Ｈｃが、反り量零の場合に比較してその反り
量の分だけ、つまり１．６１μｍのばらつきを有するも
のと考えられる。なお、この一実施例のステージ形状は
図４に示すものであり、材質はＳＫＳ−３（合金工具
鋼）としている。またステージの加熱法は特に記載して
ないが、通常のヒータ加熱等によるものである。
よって説明する。図１（ａ）はボンディング前の状態を
示す概略図でステージ全体温度を２８５℃に設定した場
合を示す。なおこの時のステージ温度の２８５℃はこの
実施例におけるボンディング装置の構成上の制約からな
されたものである。また図示しないが従来例と同様にス
テージ４は固定具で図示しないボンディング装置架台に
精度良く固定されている。そしてボンディング時間は３
秒間でなされている。次に数値解析を行った結果図１
（ｂ）に示したボンディングが完了した直後には、ステ
ージ上面温度が３６０．４℃になる。この時ステージ下
面温度は２８５℃に保持されている。この解析結果ステ
ージ上面と下面との温度差ΔＴは７５．４℃となる。こ
のような温度差（温度分布）を有するステージを下面固
定として数値解析した結果１．６１μｍの反り量である
ことがわかった。この反り量を有するステージでチップ
のボンディングが為されているため上記した電極リード
の高さの差Ｈｃが、反り量零の場合に比較してその反り
量の分だけ、つまり１．６１μｍのばらつきを有するも
のと考えられる。なお、この一実施例のステージ形状は
図４に示すものであり、材質はＳＫＳ−３（合金工具
鋼）としている。またステージの加熱法は特に記載して
ないが、通常のヒータ加熱等によるものである。
【０００９】なお、上記実施例では、装置の制約上から
ステージ温度が２８５℃となっているが、その制約が無
くなればツール温度（この場合５００℃）と等しくする
とステージ内の温度分布が無くなり、反り発生のない、
Ｈｃのばらつきの無いボンディングを行うことは言うま
でもない。
ステージ温度が２８５℃となっているが、その制約が無
くなればツール温度（この場合５００℃）と等しくする
とステージ内の温度分布が無くなり、反り発生のない、
Ｈｃのばらつきの無いボンディングを行うことは言うま
でもない。
【００１０】このような本願発明の一実施例に対し図２
に示す従来の方法では、ステージ温度が２５℃である。
この場合は、ボンディングの完了する時にはステージ表
面温度が１３１．４℃になることが数値解析により求ま
った。その結果、温度差ΔＴは１０６．４℃となり、こ
のときの反り量は２．２７μｍである。（数値解析値）
したがって、Ｈｃのばらつきが２．２７μｍであると考
えられる。この場合の材質もＳＫＳ−３、形状は図３に
示すものである。
に示す従来の方法では、ステージ温度が２５℃である。
この場合は、ボンディングの完了する時にはステージ表
面温度が１３１．４℃になることが数値解析により求ま
った。その結果、温度差ΔＴは１０６．４℃となり、こ
のときの反り量は２．２７μｍである。（数値解析値）
したがって、Ｈｃのばらつきが２．２７μｍであると考
えられる。この場合の材質もＳＫＳ−３、形状は図３に
示すものである。
【００１１】このように、本発明によれば、従来のボン
ディング装置によるリード電極の高さの差Ｈｃのばらつ
きが２．２７μｍであったものが、本願発明のそれでは
１．６１μｍに減少させることができる。
ディング装置によるリード電極の高さの差Ｈｃのばらつ
きが２．２７μｍであったものが、本願発明のそれでは
１．６１μｍに減少させることができる。
【００１２】実施例２．また、この発明の第２の実施例
を図３を用いて説明する。図３は、３０mmφ、１０mmｔ
のステージ（大ステージ）を示す。この場合でのステー
ジ反り量は、１．８３μｍであることが数値解析より求
まった、材質はＳＫＳ−３、温度は２５℃である。これ
に対し、従来のステージ形状（小ステージ）である図４
の場合は、ステージ反り量が前述のように２．２７μｍ
である。これは、従来のステージに比べて本発明のステ
ージ（図３）は大型であるため、剛性が向上しステージ
反りを拘束するためと考えられる。また、ステージを大
型にすれば熱が外側へも伝わることになり、ステージ表
層部の面方向への膨張が減少したのも理由の一つと考え
られる。図５（ａ）（ｂ）に大、小ステージのボンディ
ング作業完了時点（３秒後）の温度分布と変形を示す。
このように、第２の実施例によれば、Ｈｃのばらつきを
２．２７μｍから１．８３μｍへ減少させることが可能
となる。尚、ステージ形状を３０mmφ以上、１０mmｔ以
上とすれば更にＨｃは減少すると考えられる。
を図３を用いて説明する。図３は、３０mmφ、１０mmｔ
のステージ（大ステージ）を示す。この場合でのステー
ジ反り量は、１．８３μｍであることが数値解析より求
まった、材質はＳＫＳ−３、温度は２５℃である。これ
に対し、従来のステージ形状（小ステージ）である図４
の場合は、ステージ反り量が前述のように２．２７μｍ
である。これは、従来のステージに比べて本発明のステ
ージ（図３）は大型であるため、剛性が向上しステージ
反りを拘束するためと考えられる。また、ステージを大
型にすれば熱が外側へも伝わることになり、ステージ表
層部の面方向への膨張が減少したのも理由の一つと考え
られる。図５（ａ）（ｂ）に大、小ステージのボンディ
ング作業完了時点（３秒後）の温度分布と変形を示す。
このように、第２の実施例によれば、Ｈｃのばらつきを
２．２７μｍから１．８３μｍへ減少させることが可能
となる。尚、ステージ形状を３０mmφ以上、１０mmｔ以
上とすれば更にＨｃは減少すると考えられる。
【００１３】実施例３. また、この発明の第３の実施例を図６を用いて説明す
る。図６は、ステージ材に関するＦαρＣ／λとＨｃの
関係を示す。ここで、Ｆは熱流束、αは線膨張係数、ρ
は密度、Ｃは比熱、λは熱伝導率である。このＦαρＣ
／λの小さな材料を選べば、Ｈｃが小さいことが数値解
析により判明した。図中では、窒化ケイ素が最もＨｃが
小さく、０．５９μｍであることがわかる。この場合の
形状は、図３に示すものであり、温度は２５℃である。
尚、その他の材質の例が図６に示されており、従来材質
であるＳＫＳ−３は１．８３μｍ、フォルステライトは
３．５９μｍである。このように、本発明によれば、Ｆ
αρＣ／λの小さな材質を選択すれば、Ｈｃが小さくな
り、たとえば、窒化ケイ素を用いればＨｃが０．５９μ
ｍに向上する。
る。図６は、ステージ材に関するＦαρＣ／λとＨｃの
関係を示す。ここで、Ｆは熱流束、αは線膨張係数、ρ
は密度、Ｃは比熱、λは熱伝導率である。このＦαρＣ
／λの小さな材料を選べば、Ｈｃが小さいことが数値解
析により判明した。図中では、窒化ケイ素が最もＨｃが
小さく、０．５９μｍであることがわかる。この場合の
形状は、図３に示すものであり、温度は２５℃である。
尚、その他の材質の例が図６に示されており、従来材質
であるＳＫＳ−３は１．８３μｍ、フォルステライトは
３．５９μｍである。このように、本発明によれば、Ｆ
αρＣ／λの小さな材質を選択すれば、Ｈｃが小さくな
り、たとえば、窒化ケイ素を用いればＨｃが０．５９μ
ｍに向上する。
【００１４】実施例４．上記実施例１〜３ではステージ
材を同一材質で図３の形状のものについて示したが、ス
テージにヒートシンク部を設け反り量を少くする構造を
採用しても同様の効果が得られる。
材を同一材質で図３の形状のものについて示したが、ス
テージにヒートシンク部を設け反り量を少くする構造を
採用しても同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、本発明によればＨｃのば
らつきを小さくすることが可能となり、隣接バンプの接
触やバンプ下地破壊という不良が発生しにくくなる。
らつきを小さくすることが可能となり、隣接バンプの接
触やバンプ下地破壊という不良が発生しにくくなる。
【図１】本発明の実施例の１つである、ステージ温度を
昇温する場合のボンディング前後の温度分布概略図
昇温する場合のボンディング前後の温度分布概略図
【図２】従来の、ステージ温度を昇温しない場合の、ボ
ンディング前後の温度分布概略図
ンディング前後の温度分布概略図
【図３】本発明の実施例の１つである、ステージ形状を
３０mmφ、１０mmｔにした場合のステージ外観概略図
３０mmφ、１０mmｔにした場合のステージ外観概略図
【図４】従来の、ステージ形状外観概略図
【図５】図３（ａ）（ｂ）のボンディング直後の温度分
布と変形を示す図
布と変形を示す図
【図６】ＦαρＣ／λとＨｃの関係を示す図
【図７】ＴＡＢ法によって実装された半導体チップを示
す斜視図
す斜視図
【図８】Ｈｃのばらつきが生じる理由を示す概略図
１ 半導体チップ ２ 突起電極 ３ リード ４ ボンディング・ステージ ５ ボンディング・ツール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安永 雅敏 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式 会社 エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 平４−171739（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−206635（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−112339（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60
Claims (1)
- 【請求項１】 突起電極を有する半導体チップをボンデ
ィングステージ上に載置し、リードを前記突起電極上に
重なるように配置した状態で、所定の温度に加熱された
ボンディングツールによって重ね合わされた前記リード
と前記突起電極とを加圧することによってリードと突起
電極とを圧着するボンディング装置において、 前記ボンディングステージは、直径３０ｍｍ以上で、厚
さが１０ｍｍ以上の円柱形状を有し、ＦαρＣ／λ[単
位：cal／(℃・mm 4 )]がＳＫＳ−３のそれよりも小さい
材料で形成されていることを特徴とする、半導体装置の
ボンディング装置。ここで、αは線膨張係数［1／
℃］、ρは密度［gr／ｍｍ 3 ］，Ｃは比熱［cal／(gr・
℃)］、λは熱伝導率［cal／(mm・s・℃)］である。ま
た、Ｆは次の場合の熱流束［cal／(mm 2 ・s)］である。
２５℃のボンディングステージの上に半導体チップを載
せて、実装用のテープのリードをその半導体チップに圧
着するために５００℃のボンディングツールでボンディ
ングステージ側に押し付けたとき、半導体チップを介し
てボンディングステージに流入する、単位面積［mm 2 ］
当り、単位時間［ｓ］当りの熱流束［cal／(mm 2 ・s)］
である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118739A JP3041318B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 半導体装置のボンディング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118739A JP3041318B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 半導体装置のボンディング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177215A JPH06177215A (ja) | 1994-06-24 |
| JP3041318B2 true JP3041318B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=14743873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4118739A Expired - Fee Related JP3041318B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 半導体装置のボンディング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041318B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001127102A (ja) * | 1999-10-25 | 2001-05-11 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP4118739A patent/JP3041318B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06177215A (ja) | 1994-06-24 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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