JPH08213434A - Bonder and bonding method - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To obtain a sufficient bonding force between a lead and an electrode and effectively prevent a short-circuit between the electrode and a terminal due to excessive smashing of the electrode. CONSTITUTION: An inner lead 2 of a film carrier 1 and a gold bump 8 of a semiconductor element 3 completely come into contact with each other and are deformed for a short time by a first pressurizing force F1 to be stabilized (tin plating is melted in a part of inner leads which gets wet with the gold bump 8), and thereafter in order to obtain firm coupling by accelerating wetting on the gold bump 8 of the tin plating, the inner lead 2 and the gold bump 8 are only heated for a long time by a second pressurizing force F2 smaller than the first pressurizing force F1.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、フィルムキャリアテ
ープのリードと半導体素子の電極とを熱圧着により接続
するボンディング装置およびボンディング方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method for connecting leads of a film carrier tape and electrodes of a semiconductor element by thermocompression bonding.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）の技
術を用いた半導体装置製造工程には、シネフィルム状の
フィルムキャリアに半導体素子を搭載するために、フィ
ルムキャリアに形成されたインナーリードと半導体素子
の表面に形成された電極端子とを接続する工程がある。
この工程は、一般にインナーリードボンディングと称さ
れている。2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process using a TAB (Tape Automated Bonding) technique, in order to mount a semiconductor element on a cine film-shaped film carrier, an inner lead formed on the film carrier and the semiconductor element are formed. There is a step of connecting the electrode terminals formed on the surface.
This step is generally called inner lead bonding.

【０００３】このインナーリードボンディングでは、ま
ず、上記インナーリードの先端と上記半導体素子の電極
端子上に形成された金バンプ（突起電極）とをＣＣＤカ
メラ等を用いた画像認識技術により高精度に位置合わせ
する。ついで、およそ５００℃に加熱されたボンディン
グツールを用いて、両者を所定時間の間加圧、加熱する
ことで上記接続を行う。In this inner lead bonding, first, the tips of the inner leads and the gold bumps (projection electrodes) formed on the electrode terminals of the semiconductor element are positioned with high accuracy by image recognition technology using a CCD camera or the like. To match. Then, the bonding tool heated to about 500 ° C. is used to pressurize and heat the both for a predetermined time to perform the above connection.

【０００４】なお、通常、リードの表面には金めっきあ
るいはすずめっきが施されており、このめっき金属と上
記金バンプとの金属学的接合により良好な接続が行われ
るようなっている。Normally, the surfaces of the leads are plated with gold or tin, and good connection is achieved by metallurgically joining the plated metal and the gold bumps.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、高集
積化によって半導体素子の電極端子数は増加（多ピン
化）する一方で、半導体素子を小形化することによって
ウエハからの製造の歩留まりの向上することが求められ
ており、その結果、電極端子間のピッチ（接続ピッチ）
が微細化する傾向にある。そして、現在では６０〜８０
μｍピッチが実用化されつつあり、将来的には５０μｍ
ピッチに達しようとしている。By the way, in recent years, the number of electrode terminals of a semiconductor element has increased (increased number of pins) due to high integration, while the miniaturization of the semiconductor element improves the manufacturing yield from a wafer. Is required, and as a result, the pitch between electrode terminals (connection pitch)
Tend to become smaller. And now 60-80
μm pitch is being put to practical use, and 50 μm in the future
Trying to reach the pitch.

【０００６】しかし、これに対応して上記インナーリー
ドおよび金バンプを微細化する必要があることから、以
下に説明するように安定したインナーリードボンディン
グを行うことが難しくなってきている。However, since it is necessary to miniaturize the inner leads and the gold bumps correspondingly, it is becoming difficult to perform stable inner lead bonding as described below.

【０００７】例えば、接続ピッチが５０μｍになると、
インナーリードの幅はおよそ１５μｍ、バンプの幅は４
０μｍとなり、バンプ間の距離は僅か１０μｍしかとれ
ないということがある。このような場合、ボンディング
条件の設定ミスやＭ／Ｃの不具合により条件がばらつく
と、上記金バンプが過度に潰されたり変形したりし、隣
接する金バンプどうしが互いに接触してショートを起こ
す危険性がある。１か所でもショートを起こすと、その
半導体素子を含む製品全体が不良品となってしまうとい
うことがある。For example, when the connection pitch becomes 50 μm,
The inner lead width is about 15 μm and the bump width is 4
It may be 0 μm, and the distance between bumps may be only 10 μm. In such a case, if the conditions are varied due to incorrect setting of bonding conditions or malfunction of M / C, the gold bumps may be excessively crushed or deformed, and adjacent gold bumps may come into contact with each other to cause a short circuit. There is a nature. If a short circuit occurs even in one place, the entire product including the semiconductor element may be defective.

【０００８】一方、これを防止するために、ボンディン
グの加圧力を低く設定すると、ツールの汚れ、バンプ高
さのばらつき等によりバンプとリードとの安定した接触
が阻まれ、接合強度の低下や接合不良が発生し、品質の
低下および歩留まりの低下を招くことになる。On the other hand, in order to prevent this, if the bonding pressure is set low, stable contact between the bumps and the leads is hindered due to dirt on the tool, variations in bump height, etc., resulting in a decrease in bonding strength and bonding. Defects will occur, leading to a decrease in quality and a decrease in yield.

【０００９】また、ボンディング時間を短くすることで
金バンプバンプの変形（潰れ）を防止することも考えら
れるが、リードに施されためっきがすずめっきである場
合には、加熱により溶融したすずが金バンプに濡れて反
応するまでには十分な時間（通常約１秒）が必要である
ため、十分な接合強度を得ることは困難である。It is also possible to prevent the deformation (crushing) of the gold bump bumps by shortening the bonding time, but when the plating applied to the leads is tin plating, the tin that is melted by heating is It takes a sufficient time (usually about 1 second) to get wet and react with the bumps, so that it is difficult to obtain sufficient bonding strength.

【００１０】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、必要な加圧力でインナーリードと金バンプ
とを押し付けて十分な接合力を得ることができ、かつ金
バンプの潰れ過ぎによる電極端子間のショートを有効に
防止できるインナーリードボンディング装置およびイン
ナーリードボンディング方法を提供することを目的とす
るものである。The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to press the inner leads and the gold bumps with a necessary pressing force to obtain a sufficient bonding force, and the gold bumps are excessively crushed. It is an object of the present invention to provide an inner lead bonding apparatus and an inner lead bonding method capable of effectively preventing a short circuit between electrode terminals due to the above.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、フィルムキャリアのリードと半導体素子の電極とを
熱圧着により接続するボンディング装置において、上記
フィルムキャリアのリードを上記半導体素子の電極に対
して加圧し、加熱することで上記リードを上記電極に熱
圧着するボンディングツールと、このボンディングツー
ルに接続され、このボンディングツールの加圧力を第１
の加圧力に制御した後これよりも低い第２の加圧力に制
御する制御手段とを有することを特徴とするものであ
る。The first means of the present invention is a bonding apparatus for connecting leads of a film carrier and electrodes of a semiconductor element by thermocompression bonding, wherein leads of the film carrier are connected to electrodes of the semiconductor element. A bonding tool for thermocompression bonding the leads to the electrodes by applying pressure and heat to the bonding tool and the bonding tool connected to the bonding tool.
Control means for controlling the second pressurizing force lower than the above pressurizing force.

【００１２】第２の手段は、第１の手段のボンディング
装置において、上記フィルムキャリアのリードにはすず
めっきが施されていることを特徴とするものである。第
３の手段は、第１の手段のボンディング装置において、
上記フィルムキャリアのリードには金めっきが施されて
いることを特徴とするものである。The second means is characterized in that, in the bonding apparatus of the first means, the leads of the film carrier are tin-plated. A third means is the bonding apparatus of the first means,
The lead of the film carrier is characterized by being plated with gold.

【００１３】第４の手段は、第２あるいは第３の手段の
ボンディング装置において、上記半導体素子の電極は金
で形成されていることを特徴とするものである。第５の
手段は、フィルムキャリアのリードと半導体素子の電極
とを熱圧着により接続するボンディング方法において、
第１の加圧力で上記リードと電極とを接触変形させる第
１の工程と、上記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧
力でかつ第１の加圧力による加圧時間より長い時間で上
記リードと電極とを加圧および加熱する第２の工程とを
有することを特徴とするものである。A fourth means is the bonding apparatus according to the second or third means, wherein the electrodes of the semiconductor element are formed of gold. A fifth means is a bonding method for connecting leads of a film carrier and electrodes of a semiconductor element by thermocompression bonding,
A first step of contact-deforming the lead and the electrode with a first pressing force, and a second pressing force smaller than the first pressing force and a time longer than the pressurizing time by the first pressing force. It has a second step of applying pressure and heating to the lead and the electrode.

【００１４】第６の手段は、第５の手段のボンディング
方法において、上記第２の加圧力は、上記電極の潰れを
抑制できる大きさであることを特徴とするものである。
第７の手段は、第５の手段のボンディング方法におい
て、上記リードにはすずめっきが成されていることを特
徴とするものである。A sixth means is characterized in that, in the bonding method of the fifth means, the second pressing force has a magnitude capable of suppressing the collapse of the electrode.
A seventh means is characterized in that, in the bonding method of the fifth means, the leads are tin-plated.

【００１５】第８の手段は、第５の手段のボンディング
方法において、上記リードには金めっきが成されている
ことを特徴とするものである。第９の手段は、第７ある
いは第８の手段のボンディング方法において、上記電極
は金で形成されていることを特徴とするボンディング方
法である。An eighth means is characterized in that, in the bonding method of the fifth means, the lead is plated with gold. A ninth means is the bonding method according to the seventh or eighth means, characterized in that the electrode is formed of gold.

【００１６】第１０の手段は、第５の手段のボンディン
グ方法において、上記第１の加圧力は、約５．０×１０
^-3（ｇｆ／μｍ² ）以上で１５．０×１０^-3（ｇｆ／μ
ｍ² ）以下であることを特徴とするものである。The tenth means is the bonding method of the fifth means, wherein the first pressing force is about 5.0 × 10 5.
^-3 (gf / μm ² ) or more 15.0 × 10 ^-3 (gf / μm
m ² ) or less.

【００１７】[0017]

【作用】このような構成によれば、まず、第１の加圧力
で短時間にリードと電極とを完全に接触・変形させ安定
させた後（一部のリードはずすめっきが溶融して金製の
電極と濡れ始める）、すずめっきの電極への濡れを促進
してより強固な結合を得るために第１の加圧力よりも小
さい第２の加圧力で長時間上記リードと電極の略加熱の
みを行うようにした。したがって、電極の変形を防止し
つつ強固な結合を得ることができる。また、この場合、
第１の加圧力は約５．０×１０^-3（ｇｆ／μｍ² ）以上
で１０．０×１０^-3（ｇｆ／μｍ² ）以下であることが
好ましい。According to this structure, first, after the lead and the electrode are completely contacted and deformed by the first pressing force in a short time to stabilize it (a part of the lead removal plating is melted and made of gold). (Starts to get wet with the electrode), and to accelerate the wetting of the tin-plated electrode to obtain a stronger bond, only the above-mentioned lead and the electrode are substantially heated for a long time with a second pressure smaller than the first pressure. To do. Therefore, it is possible to obtain a strong bond while preventing the deformation of the electrodes. Also in this case,
The first pressing force is preferably about 5.0 × 10 ⁻³ (gf / μm ² ) or more and 10.0 × 10 ⁻³ (gf / μm ² ) or less.

【００１８】[0018]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図３は、インナーリードボンディング装置を
示す概略図である。このインナーリードボンディング装
置は、図示しないフィルムキャリア駆動機構を有する。
このフィルムキャリア駆動機構は、図に１で示すフィル
ムキャリアを図に示すように略水平に張設し、矢印
（イ）で示す方向に間欠的に送り駆動する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic view showing an inner lead bonding apparatus. This inner lead bonding apparatus has a film carrier drive mechanism (not shown).
In this film carrier drive mechanism, the film carrier indicated by 1 in the drawing is stretched substantially horizontally as shown in the drawing, and is intermittently fed and driven in the direction indicated by the arrow (a).

【００１９】そして、このフィルムキャリア駆動機構
は、上記フィルムキャリア１のインナーリード２が形成
されてなる部位を図にＡで示すボンディング位置に順次
停止させるようになっている。The film carrier driving mechanism is designed to sequentially stop the portions of the film carrier 1 where the inner leads 2 are formed at the bonding positions indicated by A in the figure.

【００２０】なお、上記インナーリード２は、上記フィ
ルムキャリア１に穿設されたデバイスホール１ａ内に突
出していると共に、その突出部の表面にはすず（Ｓｎ）
めっきが施されている。The inner lead 2 projects into the device hole 1a formed in the film carrier 1 and tin (Sn) is formed on the surface of the projecting portion.
It is plated.

【００２１】このボンディング位置Ａの下側には、図に
３で示す半導体素子を保持するボンディングステージ４
が設けられている。このボンディングステージ４は、上
面に上記半導体素子３を保持する保持テーブル５と、こ
の保持テーブル５をＸＹθ方向に位置決め駆動すること
で上記半導体素子３の位置決めを行うＸＹθステージ６
とからなる。Below the bonding position A, a bonding stage 4 for holding a semiconductor element shown in FIG.
Is provided. The bonding stage 4 holds the semiconductor element 3 on its upper surface, and an XYθ stage 6 for positioning the semiconductor element 3 by positioning and driving the holding table 5 in the XYθ directions.
Consists of

【００２２】上記半導体素子３の上面には複数の図示し
ない電極端子が設けられており、各電極端子上には金バ
ンプ８（表面が金で形成された突起電極）が形成されて
いる。この半導体素子３は図示しないトレイ等から取り
出され、上記金バンプ８の設けられた面を上方に向けた
状態で上記ボンディングステージ４の保持テーブル５上
に供給されるようになっている。A plurality of electrode terminals (not shown) are provided on the upper surface of the semiconductor element 3, and gold bumps 8 (protruding electrodes whose surface is made of gold) are formed on each electrode terminal. The semiconductor element 3 is taken out from a tray or the like (not shown) and is supplied onto the holding table 5 of the bonding stage 4 with the surface on which the gold bumps 8 are provided facing upward.

【００２３】また、この装置は図に９で示すＣＣＤカメ
ラ（撮像手段）を具備する。このＣＣＤカメラ９は撮像
面９ａを下方に向けた状態で保持され、上記ボンディン
グステージ４上に上記半導体素子３が供給されたなら
ば、上記撮像面９ａを上記ボンディング位置Ａに対向さ
せる。そして、上記フィルムキャリア１のインナーリー
ド２と上記半導体素子１の金バンプ８とを同時に撮像認
識することができるようになっている。Further, this apparatus is equipped with a CCD camera (imaging means) shown in FIG. The CCD camera 9 is held with the image pickup surface 9a facing downward, and when the semiconductor element 3 is supplied onto the bonding stage 4, the image pickup surface 9a is opposed to the bonding position A. The inner leads 2 of the film carrier 1 and the gold bumps 8 of the semiconductor element 1 can be imaged and recognized at the same time.

【００２４】このＣＣＤカメラ９は、図に１０で示す制
御装置に接続されており、この制御装置１０はＣＣＤカ
メラ９の撮像画像に基づいて上記金バンプ８とインナー
リード２の位置ずれを算出し、これに基づいて上記ＸＹ
θステージ６に対して必要な位置補正指令を発する。こ
のことで、上記半導体素子１の金バンプ８は、上記フィ
ルムキャリア１のインナーリード２の先端部に対して高
精度に位置決めされるようになっている。The CCD camera 9 is connected to a control device shown in FIG. 10, and the control device 10 calculates the positional deviation between the gold bump 8 and the inner lead 2 based on the image picked up by the CCD camera 9. , XY based on this
A necessary position correction command is issued to the θ stage 6. As a result, the gold bumps 8 of the semiconductor element 1 are positioned with high precision with respect to the tips of the inner leads 2 of the film carrier 1.

【００２５】また、上記ボンディング位置Ａの上方に
は、上記フィルムキャリア１のインナーリード２を上記
半導体素子３の金バンプ８に押し付けて接合するボンデ
ィングツール１１が設けられている。A bonding tool 11 is provided above the bonding position A for bonding the inner leads 2 of the film carrier 1 to the gold bumps 8 of the semiconductor element 3 to bond them.

【００２６】このボンディングツール１１は、下端部１
１ａを加圧面とし、図に１２で示す加圧機構によって上
下方向に駆動されるようになっている。また、内部には
加熱ヒータ１３が埋設されこのボンディングツール１１
の加圧面１１ａを所定のボンディング温度（５００℃）
に昇温させるようになっている。This bonding tool 11 has a lower end 1
1a is used as a pressure surface, and is vertically driven by a pressure mechanism 12 shown in FIG. Further, a heater 13 is embedded in the interior of the bonding tool 11.
Pressure surface 11a of the predetermined bonding temperature (500 ℃)
It is designed to raise the temperature.

【００２７】なお、上記加圧機構１２は、上記ボンディ
ングツール１１を上下駆動すると共に、上記インナーリ
ード２に印加する加圧力を後に述べるように任意に変更
することができるように構成されている。The pressurizing mechanism 12 is configured to drive the bonding tool 11 up and down and to change the pressure applied to the inner leads 2 as will be described later.

【００２８】上記制御装置１０は、上記半導体素子３と
上記フィルムキャリア１の位置合わせがなされたなら
ば、上記加圧機構１２に命令を発し、上記ボンディング
ツール１１を下降させ、上記インナーリード２を上記金
バンプ８に押し付ける。また、この制御装置１０は、上
記加熱ヒータ１３を作動させることで上記インナーリー
ド２と上記金バンプ８とを加熱し、両者を熱圧着する。When the semiconductor element 3 and the film carrier 1 are aligned with each other, the controller 10 issues a command to the pressing mechanism 12, lowers the bonding tool 11, and lowers the inner lead 2. Press on the gold bumps 8. Further, the control device 10 heats the inner lead 2 and the gold bump 8 by operating the heater 13, and thermocompression-bonds them.

【００２９】次に、この熱圧着工程について詳しく説明
する。図１（ａ）は、時間経過に対するボンディングツ
ール１１の加圧力の制御（変化）を示したグラフであ
り、同図（ｂ）は図（ａ）の各点ａ〜ｅにおける金バン
プ８の変形（潰れ量）を示した模式図である。Next, the thermocompression bonding process will be described in detail. FIG. 1A is a graph showing the control (change) of the pressing force of the bonding tool 11 with the passage of time, and FIG. 1B is the deformation of the gold bump 8 at each point a to e in FIG. It is a schematic diagram showing (crush amount).

【００３０】上記制御装置１０は、図（ａ）に示すよう
に、上記ボンディングツール１１の加圧力を時間の経過
に応じて、第１の加圧力Ｆ１（第１のステップ）と、そ
れよりも低い第２の加圧力Ｆ２（第２のステップ）とに
制御する。As shown in FIG. 3A, the control unit 10 controls the pressure applied to the bonding tool 11 to be a first pressure F1 (first step) as time elapses, and Control to a low second pressure F2 (second step).

【００３１】この実施例では、第１のステップとして、
加圧力Ｆ１＝１５ｇｆ（インナーリード１本当りの加圧
力）を約０．１秒間与え、次に第２のステップとして、
加圧力Ｆ２＝５ｇｆ（インナーリード１本当りの加圧
力）を約０．９秒間与えることでインナーリードボンデ
ィングを完了している。In this embodiment, as the first step,
Pressurizing force F1 = 15 gf (pressurizing force per inner lead) is applied for about 0.1 seconds, and then, as the second step,
Inner lead bonding is completed by applying a pressure F2 = 5 gf (pressure per inner lead) for about 0.9 seconds.

【００３２】ここで金バンプ８の変形量（潰れ量）を見
ると、図１（ｂ）に示すように、第１のステップ（ａ〜
ｂ）により上記金バンプ８は相当量潰され、このことに
より上記インナーリード２と金バンプ８の接合面が安定
する。ついで、第２のステップ（ｂ以降）に移ると、加
圧力が小さいので上記金バンプ８の潰れの進行が小さい
状態で上記加熱が継続される。Here, looking at the deformation amount (crushed amount) of the gold bump 8, as shown in FIG. 1B, the first step (a to
By b), the gold bumps 8 are crushed to a considerable extent, which stabilizes the joint surface between the inner leads 2 and the gold bumps 8. Next, in the second step (b and subsequent steps), since the pressing force is small, the heating is continued in a state where the crushing of the gold bump 8 is small.

【００３３】このことで、上記インナーリード２の表面
から溶融したすずと金バンプ８の金とが反応し、両者の
間で金属学的結合が成される。また、加圧時間（加熱時
間）の進行に応じてインナーリード４の側面が濡れ、こ
のインナーリード２の両側面には図２に示すようにフィ
レット１５が形成されることとなる。As a result, the tin melted from the surface of the inner lead 2 reacts with the gold of the gold bump 8 to form a metallurgical bond between the two. Further, the side surfaces of the inner lead 4 get wet as the pressing time (heating time) progresses, and fillets 15 are formed on both side surfaces of the inner lead 2 as shown in FIG.

【００３４】このような構成によれば、次に説明する効
果を得ることができる。第１に、加圧および加熱の時間
を長くとった場合であっても、金バンプ８の変形を良好
に防止することができる。With such a structure, the following effects can be obtained. First, it is possible to favorably prevent the deformation of the gold bumps 8 even when the pressing and heating times are long.

【００３５】この効果を従来の加圧力制御と比較して説
明する。図４（ａ）は、従来の加圧力制御を示すグラフ
であり、同図（ｂ）はバンプ８のつぶれ具合を示す模式
図である。また、図５は、従来の加圧力制御によるバン
プ８の変形量（黒塗り丸および黒塗り丸で示す）と本発
明の加圧力制御によるバンプ８の変形量（白抜き丸およ
び白抜き三角で示す）を比較したグラフである。This effect will be described in comparison with the conventional pressure control. FIG. 4A is a graph showing the conventional pressing force control, and FIG. 4B is a schematic diagram showing how the bumps 8 are crushed. Further, FIG. 5 shows the amount of deformation of the bump 8 by the conventional pressing force control (indicated by a black circle and a black circle) and the amount of deformation of the bump 8 by the pressing force control of the present invention (an open circle and an open triangle). (Shown) is a graph comparing.

【００３６】従来のボンディング方法では、図４（ａ）
に示すように、全工程に亘って一定の加圧力Ｆ1 （例え
ば１リード当り１５ｇｆ）で上記インナーリード２を加
圧するようにしていたが、このような方法ではインナー
リード２および金バンプ８が微細化することに伴って次
のような不具合が生じてくる。In the conventional bonding method, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the inner lead 2 is pressed with a constant pressing force F1 (for example, 15 gf per lead) throughout the entire process. However, in such a method, the inner lead 2 and the gold bump 8 are finely divided. The following inconveniences will occur as a result.

【００３７】まず、微細な金バンプは強度が弱いので、
加圧による変形が大きいということがある。すなわち、
従来の方法でボンディングを行おうとすると、図４
（ｂ）の模式図および図５のグラフに「黒塗り丸」で示
すように加圧時間の増加にしたがって潰れ量（変形）が
大きくなる。この金バンプ８の潰れ量が大きいと隣り合
う金バンプ８どうしが互いに接触してその間でショート
が起こる危険性がある。First, since the fine gold bumps have low strength,
The deformation due to pressure may be large. That is,
If you try to bond by the conventional method,
As indicated by "black circles" in the schematic diagram of (b) and the graph of FIG. 5, the crush amount (deformation) increases as the pressing time increases. If the crush amount of the gold bumps 8 is large, there is a risk that adjacent gold bumps 8 will contact each other and a short circuit will occur between them.

【００３８】また、インナーリード２の表面に施された
めっき処理が、この発明の一実施例のようにすずめっき
である場合には、金めっきが施されている場合と比較し
て同一のボンディング条件であっても上記金バンプ８の
潰れ量が大きくなってしまうということがある。When the plating treatment applied to the surface of the inner lead 2 is tin plating as in the embodiment of the present invention, the same bonding is performed as compared with the case where gold plating is applied. Even under the conditions, the crush amount of the gold bump 8 may increase.

【００３９】すなわち、インナーリード表面のめっき処
理が金の場合には、この金と金バンプ８との固層拡散接
合となるため接合時の変形量は比較的小さくて済む。し
かし、すずめっきの場合には、インナーリード２の表面
に形成されたすずめっき層が溶融して金バンプ８に濡
れ、この間で金属学的反応が生じることでいわゆる液相
接合が行われるため、その反応に応じて上記金バンプ８
に変形が生じるのである。That is, when the inner lead surface is plated with gold, solid layer diffusion bonding of the gold and the gold bumps 8 is performed, so that the amount of deformation at the time of bonding can be relatively small. However, in the case of tin plating, the tin plating layer formed on the surface of the inner lead 2 melts and wets the gold bumps 8, and metallurgical reaction occurs during this period, so-called liquid phase bonding is performed, Depending on the reaction, the gold bump 8
Deformation occurs in the.

【００４０】すなわち、上記反応量は、インナーリード
２の表面に形成されたすずめっきの厚さによって変動
し、反応量が多いと、インナーリード２の材質である銅
とバンプ８の材質である金とが直接的に押し付けられる
ため、その相対的硬さによって、上記金バンプ８の変形
量が特に大きくなる。That is, the above reaction amount varies depending on the thickness of the tin plating formed on the surface of the inner lead 2, and when the reaction amount is large, the material of the inner lead 2 is copper and the material of the bump 8 is gold. Since and are directly pressed, the amount of deformation of the gold bump 8 becomes particularly large due to the relative hardness thereof.

【００４１】このため、微細な接続ピッチでの接合を行
う場合には、上記すずめっきをできるだけ薄くかつ均一
に形成することが好ましいということがある。しかし、
無電解めっきで形成するすずの場合、その厚さを精度良
く制御するのは困難である。For this reason, when joining at a fine connection pitch, it is sometimes preferable to form the tin plating as thinly and uniformly as possible. But,
In the case of tin formed by electroless plating, it is difficult to control its thickness with high precision.

【００４２】したがって、従来の方法をそのまま用いる
場合には、加圧時間（加熱時間）に応じて上記金バンプ
８の潰れ量が比例的に増加していくので、加圧および加
熱の時間をそれほど長くとることができないということ
がある。Therefore, when the conventional method is used as it is, the crush amount of the gold bumps 8 increases in proportion to the pressurizing time (heating time), so that the pressurizing and heating times are not so long. Sometimes it can't be taken for a long time.

【００４３】しかし、加圧および加熱の時間を短くする
と、溶融したすずによって上記金バンプ８が十分に濡れ
る前に接合工程が終了してしまうため、すずー金間の反
応量が小さくなり、十分な接合強度を得ることができな
いということがある。また、短い時間しか加熱を行えな
いと、図２に示したようなフィレット１５が成形されず
接合が不安定となる。However, if the pressurization and heating times are shortened, the bonding process ends before the gold bumps 8 are sufficiently wetted by the melted tin, so the reaction amount between tin and gold becomes small, which is sufficient. It may not be possible to obtain a good bonding strength. Moreover, if heating can be performed only for a short time, the fillet 15 as shown in FIG. 2 is not formed and the joining becomes unstable.

【００４４】これに対して、この発明では、最初は高い
加圧力で上記インナーリード２と金バンプ８の接合面を
安定させ（第１のステップ）、その後、上述したように
加圧力を小さくして加熱を一定時間継続するようにした
ので（第２のステップ）、金属バンプ８を潰し過ぎるこ
となく加圧時間を１秒間と長くとることができ、十分な
濡れ状態を実現することができる。したがって、十分な
接合強度を得ることができる。On the other hand, in the present invention, first, the joining surface between the inner lead 2 and the gold bump 8 is stabilized with a high pressure (first step), and then the pressure is reduced as described above. Since the heating is continued for a certain time (second step), the pressing time can be extended to 1 second without over-crushing the metal bumps 8 and a sufficiently wet state can be realized. Therefore, sufficient bonding strength can be obtained.

【００４５】図５において、「白抜き丸」で示すのは、
従来例と同じ大きさ加圧力Ｆ1 （１リード当り１５ｇ
ｆ）でこの発明のボンディング方法を実施した結果であ
る。加圧時間を１秒間とった場合であっても、上記金バ
ンプ８の変形量は、従来の方法による変形量と比較して
かなり小さいことが分かる（従来の方法の０．３秒程度
の変形量に相当）。In FIG. 5, what is indicated by a "white circle" is
Pressurizing force F1 (15g / lead)
This is the result of carrying out the bonding method of the present invention in f). Even when the pressurizing time is 1 second, it can be seen that the deformation amount of the gold bump 8 is considerably smaller than the deformation amount by the conventional method (deformation of about 0.3 seconds by the conventional method). Equivalent to the amount).

【００４６】なお、同図において、「黒塗り三角」で示
すのは１リード当り２０ｇｆの加圧力で従来の方法を実
施した結果であり、「白抜き三角」で示すのは１リード
当り２０ｇｆの初期加圧力Ｆ1 で本発明の方法を実施し
た結果である。このように加圧力を大きくすると、従来
の方法による変形量と本発明による変形量との差がより
広がることが分かる。In the figure, “black triangles” represent the results of the conventional method with a pressure of 20 gf per lead, and “white triangles” represent 20 gf per lead. It is a result of carrying out the method of the present invention with an initial pressing force F1. It can be seen that when the applied pressure is increased in this way, the difference between the deformation amount according to the conventional method and the deformation amount according to the present invention becomes wider.

【００４７】第２に、金バンプ８の変形を防止しつつ、
より安定した接合を行うことができる効果がある。すな
わち、この発明では、最初、高い加圧力によってインナ
ーリード２と金バンプ８とを完全に接触させることで接
合面を安定させた後、加圧力を小さくすることによって
インナーリードボンディングを終了させている。Secondly, while preventing deformation of the gold bumps 8,
There is an effect that more stable joining can be performed. That is, in the present invention, first, the inner leads 2 and the gold bumps 8 are brought into complete contact with each other by a high pressure to stabilize the bonding surface, and then the pressure is reduced to complete the inner lead bonding. .

【００４８】このため、金バンプ８の変形を防止するた
めに単に加圧力を小さくする制御を行う場合と比較し
て、接合を安定的に行える。また、この発明とは逆に、
最初加圧力を小さくし、次に大きな加圧力をかけるとい
う方法も考えられるが、このような方法であると、初期
加圧時に接合面が安定しないので効率の良い接合が行え
ない。また、この方法ですずー金間の液相接合を行う
と、すずが溶融した後に加圧力を大きくすることになる
ので、上記金バンプ８の潰れ量が逆に大きくなってしま
うという問題がある。Therefore, as compared with the case where the pressure is simply reduced to prevent the gold bump 8 from being deformed, the bonding can be performed stably. Also, contrary to the present invention,
A method of first reducing the applied pressure and then applying a large applied pressure is also conceivable. However, such a method cannot achieve efficient joining because the joint surface is not stable at the time of initial pressurization. Further, if liquid phase bonding between tin and gold is performed by this method, the pressure applied after the tin is melted is increased, so that the crush amount of the gold bump 8 is increased. .

【００４９】したがって、この発明の方法によれば、他
の方法と比較して安定した接合を実現することができる
効果がある。第３に、この発明によれば、ボンディング
ツールによる初期加圧力を従来の方法よりも大きく設定
することができる効果がある。Therefore, according to the method of the present invention, there is an effect that stable bonding can be realized as compared with other methods. Thirdly, according to the present invention, there is an effect that the initial pressing force by the bonding tool can be set higher than that in the conventional method.

【００５０】すなわち、すでに発明の解決すべき課題の
項で述べたように、インナーリードに対する加圧力が大
きいほど安定した接合が行えることが知られている。最
大加圧力を種々に変化させ、従来の方法による金バンプ
の潰れ量とこの発明の潰れ量を比較したのが図６に示す
グラフである。That is, as already described in the section of the problem to be solved by the invention, it is known that the greater the pressure applied to the inner leads, the more stable the bonding can be performed. The graph shown in FIG. 6 is a graph comparing the crush amount of the gold bump according to the conventional method with the crush amount of the present invention by changing the maximum applied pressure variously.

【００５１】このグラフによれば、最大加圧力が５ｇ
ｆ、１０ｇｆ、１５ｇｆ、２０ｇｆと大きくなるにした
がって、従来の方法による場合（図に黒塗り丸で示す）
とこの発明の方法による場合（図に白抜き三角で示す）
の金バンプ８の潰れ量の差が大きくなっているのが分か
る。According to this graph, the maximum applied pressure is 5 g
When the conventional method is used as f, 10 gf, 15 gf, and 20 gf increase (indicated by black circles in the figure)
And according to the method of the present invention (indicated by white triangles in the figure)
It can be seen that the difference in the crushed amount of the gold bumps 8 is large.

【００５２】すなわち、この発明によれば、最大加圧力
Ｆ1 が大きくなるほどその効果が顕著に現れるといえ
る。また、この発明による初期加圧力Ｆ1 が２０ｇｆの
場合の金バンプ８の潰れ量は、従来の方法による最大加
圧力が１５ｇｆの場合の潰れ量と略等しい。すなわち、
この発明の方法によれば、インナーリード２に対して従
来の方法よりも高い加圧力を印加することができるとい
える。したがって、その分効率良くかつ安定したインナ
ーリードボンディングを行うことができる効果がある。That is, according to the present invention, it can be said that the effect becomes more remarkable as the maximum pressing force F1 increases. Further, the crush amount of the gold bumps 8 when the initial pressure F1 of the present invention is 20 gf is substantially equal to the crush amount when the maximum pressure of the conventional method is 15 gf. That is,
According to the method of the present invention, it can be said that a higher pressing force can be applied to the inner lead 2 than the conventional method. Therefore, there is an effect that inner lead bonding can be performed efficiently and stably.

【００５３】第４に、ボンディング中に加圧力が変動し
た場合であっても、金バンプ８の過度の潰れを有効に防
止できる効果がある。すなわち、近年、半導体素子の多
端子化および狭接続ピッチ化が進んでいることに伴い、
従来と比較して加圧力をより高精度に制御することが要
求されている。Fourthly, there is an effect that the gold bumps 8 can be effectively prevented from being excessively crushed even when the pressure is changed during bonding. That is, in recent years, along with the increase in the number of terminals of semiconductor elements and the narrower connection pitch,
It is required to control the pressing force with higher accuracy than in the past.

【００５４】たとえば、接続ピッチ（金バンプ８のピッ
チ）が８０μｍの場合には、１本のインナーリード２当
りの加圧力は３０〜４０ｇｆでよかったが、接続ピッチ
が５０μｍになると、１本のインナーリード２当りの加
圧力は１０〜１５ｇｆと小さくかつその許容変動範囲も
小さくなる。For example, when the connection pitch (pitch of the gold bumps 8) is 80 μm, the pressure applied to each inner lead 2 is 30 to 40 gf, but when the connection pitch is 50 μm, one inner lead is used. The pressing force per lead 2 is as small as 10 to 15 gf, and the permissible fluctuation range is also small.

【００５５】従来の一定加圧力制御では、このように加
圧力を高精度に制御しつつ金バンプ８の変形を抑制する
のは困難である。しかし、この発明の方法によれば、第
１のステップで必要な加圧を行い、第２のステップでは
金バンプの潰れを抑制しつつ加熱を行っているだけであ
るので、必要加圧力を長時間保つことでボンディングを
行っていた従来方法と比較してそれほど高精度の加圧力
制御は要求されない。 特に、第２の加圧力について
は、上記インナーリード２とバンプ８の接触状態を維持
できる程度の大きさであれば良いので、上記第１の加圧
力よりも小さい値であれば、それほど厳しい精度は要求
されないということがある。With the conventional constant pressing force control, it is difficult to suppress the deformation of the gold bumps 8 while controlling the pressing force with high precision as described above. However, according to the method of the present invention, necessary pressure is applied in the first step, and heating is performed in the second step while suppressing crushing of the gold bumps. As compared with the conventional method in which bonding is performed by keeping the time, the highly accurate pressing force control is not required. In particular, the second pressing force may be large enough to maintain the contact state between the inner leads 2 and the bumps 8. Therefore, if the second pressing force is a value smaller than the first pressing force, the accuracy becomes so severe. May not be required.

【００５６】したがって、この発明によれば、加圧力の
変動をあまり考慮することなくインナーリードボンディ
ングを行えるので、ボンディングの制御が容易になると
いう効果がある。Therefore, according to the present invention, since inner lead bonding can be carried out without much consideration of the fluctuation of the pressing force, there is an effect that the control of bonding becomes easy.

【００５７】なお、上記一実施例では、金バンプ８のピ
ッチ（接続ピッチ）を５０μｍとし、第１の加圧力を１
リード当り１５ｇｆ、第２の加圧力を１リード当り５ｇ
ｆとしたが、これに限定されるものではない。In the above embodiment, the pitch (connection pitch) of the gold bumps 8 is 50 μm and the first pressure is 1
15 gf per lead, 5 g of second pressing force per lead
However, the present invention is not limited to this.

【００５８】少なくとも図６のグラフに示した範囲、す
なわち上記第１の加圧力Ｆ1 が、１リード当り５ｇｆ〜
２５ｇｆの範囲にあれば良い。また、これを１μｍ² 当
りの加圧力に換算すると、３．０×１０^-3〜１５．０×
１０^-3ｇｆとなる。At least in the range shown in the graph of FIG. 6, that is, the first pressing force F1 is 5 gf per lead.
It should be in the range of 25 gf. In addition, when this is converted into a pressing force per 1 μm ² , 3.0 × 10 ^{−3 to} 15.0 ×
It becomes 10 ⁻³ gf.

【００５９】また、好ましくは、１μｍ² 当りの加圧力
が５．０×１０^-3〜１５．０×１０^-3ｇｆであれば良
い。すなわち、図６において、１μｍ² 当りの加圧力が
３．０×１０^-3ｇｆであると、金バンプ８の変形は小さ
いが、量産時など連続でインナーリードボンディングを
行う場合には、加圧力の変動により、初期加圧力が小さ
くなり接合が不安定となる恐れがある。Further, the applied pressure per 1 μm ² is preferably 5.0 × 10 ^{−3 to} 15.0 × 10 ⁻³ gf. That is, in FIG. 6, when the applied pressure per 1 μm ² is 3.0 × 10 ⁻³ gf, the deformation of the gold bumps 8 is small, but when the inner lead bonding is continuously performed during mass production, the applied pressure is reduced. Fluctuates, the initial pressing force may become small and the joining may become unstable.

【００６０】また、１μｍ² 当りの加圧力が大きくなる
と、金バンプの初期高さ２８μｍから考えると、金バン
プ８の潰れ量がかなり大きくなり、バンプサイズのばら
つきによっては隣り合う金バンプ８どうしが接触してシ
ョートの危険がある。When the applied pressure per 1 μm ² is large, considering the initial height of the gold bumps of 28 μm, the crush amount of the gold bumps 8 is considerably large, and the adjacent gold bumps 8 may be different depending on the variation in bump size. There is a risk of contact and short circuit.

【００６１】したがって、特に量産を行う場合には、上
記第１の加圧力Ｆ1 は、１μｍ²当りの加圧力が５．０
×１０^-3〜１５．０×１０^-3ｇｆにあることが好まし
い。また、第２の加圧力Ｆ2 については、図６より、上
述した第１の加圧力の値よりも小さく、しかも本発明と
従来例の方法とで金バンプ８の潰れ量が変わらない値で
あることが好ましい。また、この第２の加圧力の下限に
ついては、インナーリードと金バンプの接触を保持する
ために少なくとも１μｍ² 当りの加圧力が１．０×１０
^-3ｇｆ以上であることが好ましい。Therefore, particularly when mass production is performed, the first pressing force F1 is 5.0% per 1 μm ^2.
It is preferably in the range of x10 ^{-3 to} 15.0 x 10 ^-3 gf. Further, the second pressing force F2 is smaller than the value of the first pressing force described above from FIG. 6, and the crushing amount of the gold bumps 8 does not change between the present invention and the conventional method. It is preferable. Regarding the lower limit of the second pressing force, the pressing force per 1 μm ² is at least 1.0 × 10 in order to maintain the contact between the inner lead and the gold bump.
It is preferably ⁻³ gf or more.

【００６２】なお、この発明は、上記一実施例に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々
変形可能である。例えば、上記一実施例では上記インナ
ーリード２に施されるめっき処理はすずめっきであった
が、これに限定されるものではなく、金めっき処理であ
っても良い。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-mentioned one embodiment, the plating treatment applied to the inner lead 2 was tin plating, but the plating treatment is not limited to this and may be gold plating treatment.

【００６３】[0063]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
リードおよび電極が微細な場合でも、リードと電極との
間で十分な接合力を得ることができるとともに、電極の
潰れ過ぎによる電極端子間のショートを有効に防止する
ことができる効果がある。As described above, according to the present invention,
Even when the lead and the electrode are fine, a sufficient bonding force can be obtained between the lead and the electrode, and a short circuit between the electrode terminals due to excessive crushing of the electrode can be effectively prevented.

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

【図１】この発明の第１の実施例の加圧力の制御を示す
グラフ。FIG. 1 is a graph showing control of pressure force according to a first embodiment of the present invention.

【図２】同じく、リードとバンプの接合状態を示す斜視
図。FIG. 2 is a perspective view showing a joined state of leads and bumps.

【図３】同じく、インナーリードボンディング装置の概
略構成図。FIG. 3 is also a schematic configuration diagram of an inner lead bonding apparatus.

【図４】従来の加圧力の制御を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing conventional control of pressing force.

【図５】この発明と従来例を比較して示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a comparison between the present invention and a conventional example.

【図６】この発明と従来例を比較して示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing a comparison between the present invention and a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…フィルムキャリア、２…インナーリード（リー
ド）、３…半導体素子、８…金バンプ（電極）、１０…
制御部（制御手段）、１１…ボンディングツール、Ｆ1
…第１の加圧力、Ｆ2 …第１の加圧力。1 ... Film carrier, 2 ... Inner lead (lead), 3 ... Semiconductor element, 8 ... Gold bump (electrode), 10 ...
Control unit (control means), 11 ... Bonding tool, F1
... first pressing force, F2 ... first pressing force.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加島 規安 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 末松 睦 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Noriyasu Kajima 33 Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Pref., Institute of Industrial Science and Technology, Toshiba Corporation (72) Inventor Mutsu Suematsu Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama No. 33 Incorporated company Toshiba Production Engineering Laboratory

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 フィルムキャリアのリードと半導体素子
の電極とを熱圧着により接続するボンディング装置にお
いて、 上記フィルムキャリアのリードを上記半導体素子の電極
に対して加圧し、加熱することで上記リードを上記電極
に熱圧着するボンディングツールと、 このボンディングツールに接続され、このボンディング
ツールの加圧力を第１の加圧力に制御した後これよりも
低い第２の加圧力に制御する手段とを有することを特徴
とするボンディング装置。1. A bonding apparatus for connecting a lead of a film carrier and an electrode of a semiconductor element by thermocompression bonding, wherein the lead of the film carrier is pressed against the electrode of the semiconductor element and heated to form the lead. A bonding tool for thermocompression bonding to the electrode; and means for connecting to the bonding tool and controlling the pressing force of the bonding tool to a first pressing force and then to a second pressing force lower than the first pressing force. Characteristic bonding equipment. 【請求項２】 請求項１記載のボンディング装置におい
て、 上記フィルムキャリアのリードにはすずめっきが施され
ていることを特徴とするボンディング装置。2. The bonding apparatus according to claim 1, wherein the leads of the film carrier are tin-plated. 【請求項３】 請求項１記載のボンディング装置におい
て、 上記フィルムキャリアのリードには金めっきが施されて
いることを特徴とするボンディング装置。3. The bonding apparatus according to claim 1, wherein the leads of the film carrier are plated with gold. 【請求項４】 請求項２あるいは請求項３記載のボンデ
ィング装置において、 上記半導体素子の電極は金で形成されていることを特徴
とするボンディング装置。4. The bonding apparatus according to claim 2, wherein the electrodes of the semiconductor element are made of gold. 【請求項５】 フィルムキャリアのリードと半導体素子
の電極とを熱圧着により接続するボンディング方法にお
いて、 第１の加圧力で上記リードと電極とを接触変形させる第
１の工程と、 上記第１の加圧力よりも小さい第２の加圧力でかつ第１
の加圧力による加圧時間より長い時間で上記リードと電
極とを加圧および加熱する第２の工程とを有することを
特徴とするボンディング方法。5. A bonding method for connecting a lead of a film carrier and an electrode of a semiconductor element by thermocompression bonding, comprising a first step of contact-deforming the lead and the electrode with a first pressing force, and the first step. The second pressing force smaller than the pressing force and the first
A second step of pressurizing and heating the lead and the electrode for a time longer than the pressurizing time by the pressing force of. 【請求項６】 請求項５記載のボンディング方法におい
て、 上記第２の加圧力は、上記電極の潰れを抑制できる大き
さであることを特徴とするボンディング方法。6. The bonding method according to claim 5, wherein the second pressing force has a magnitude capable of suppressing crushing of the electrode. 【請求項７】 請求項５記載のボンディング方法におい
て、 上記リードにはすずめっきが成されていることを特徴と
するボンディング方法。7. The bonding method according to claim 5, wherein the lead is tin-plated. 【請求項８】 請求項５記載のボンディング方法におい
て、 上記リードには金めっきが成されていることを特徴とす
るボンディング方法。8. The bonding method according to claim 5, wherein the lead is plated with gold. 【請求項９】 請求項７あるいは請求項８記載のボンデ
ィング方法において、 上記電極は金で形成されていることを特徴とするボンデ
ィング方法。9. The bonding method according to claim 7, wherein the electrode is made of gold. 【請求項１０】 請求項５記載のボンディング方法にお
いて、 上記第１の加圧力は、約５．０×１０^-3（ｇｆ／μｍ
² ）以上で１５．０×１０^-3（ｇｆ／μｍ² ）以下であ
ることを特徴とするボンディング方法。10. The bonding method according to claim 5, wherein the first pressing force is about 5.0 × 10 ⁻³ (gf / μm).
² ) or more and 15.0 × 10 ⁻³ (gf / μm ² ) or less, a bonding method.