JPH0383356A - ボンディングツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボンディングツールに関し、特に、フィルム
キャリアテープのリード先端部を半導体素子のバンプま
たはパッドへインナーリードボンディングを行う際に用
いられるボンディングツールに関する。

［従来の技術］ 従来のこの種ボンディングツールの側面図を第５図（ａ
）に、そのＡ部の拡大図を第５ＩＮ（ｂ）に示す、第５
図に示されるように、従来のボンディングツールは、先
端部１の圧着面３は、水平面となっていた。すなわち、
フィルムキャリアテープのリード表面と平行に接触し圧
着するいわゆる平行工具となっていた。なお、２はボン
ディングツールのシャンク部である。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のボンディングツールでは、インナーリー
ドボンディング時に、バンプの剥離事故あるいはその下
のシリコン基板がバンプとともに挾り取られるという事
故が発生する。このような事故が発生するのは次の理由
によるものと考えられる。

第６図は、従来のボンディングツールによるボンディン
グ状態を示す図であって、５は、フィルムキャリアテー
プのリード、６は、半導体素子基板７上に設けられたバ
ンプである。

第６図（ａ）は、平行工具であるボンディングツール１
による据込みによって材料の微小要素に作用する力の釣
り合い状態を模式的に表わした図である。ここで、リー
ド５の微小要素ｄｘ部分のＸ軸に垂直な断面上の力の釣
り合いを考えると、この部分でのツール接触面の圧力を
Ｇ７とし、この部分でのリード５上下面の摩擦係数をμ
としくリード５の上、下面で摩擦係数は現実には異なる
が、ここでは説明を簡単にするために、両者の値を等し
いものとする）、ｘ軸方向の平均応力をσ□、リード５
の厚さをｈとして（１）式が得られる。

ｈ・σ、−２μσｎｄｘ＝ｈ　（σＸ、＋ｄσ、１．）
・・・（１） これを変形整理して＋２１式が得られる。

Ｇ６．、／ｄｘ＝−２）ｔσｆｉ／ｈ　　　　　＝１２
Ｊさらに、トレス力の降伏条件を近似的に用いて、σ□
−σ。＝２ｋ（ｋ：降伏せん断応力）・・・（３１ また、リード５およびバンプ６を構成している材料は、
非硬化性の剛・完全塑性体と仮定すると、塑性変形が進
展しても（３）式の関係がそのまま適用できるので、（
３）式の両辺をＸで微分すると、ｄａｗｎ／ｄｘ＝ｄａ
ｎ　／ｄｘ　　　　　　−Ｇ４１を得る。（■およびに
）式から、 ｄａ、／ｄｘ＝−２ｔｔａｏ　／ｈ　　　　　−（５１
が得られる。（５）式は変数分離できるので、両辺を直
接積分して、（６）式を得る。

Ｉ　ｎ　ａ、　＝−＜２ｕ／ｈ　）　ｘ＋Ｃ・１６１こ
こでＣは積分定数である。リード５の先端部の外側面と
バンプ６の両外側面はＸ方向（Ｘ軸）に垂直なままであ
ると仮定し、境界条件をｘ＝ｂ　（ｂはバンプ６のＸ方
向の寸法）にて、σ。＝Ｏ１σ。−一２にとして算出す
ると、ツール圧着面の圧力分布σ。はＸの関数として（
７）式であられされる。

σ。＝σ、（ｘ） ＝−２ｋｅｘｐ　［２μ（ｂ−ｘ＞／ｈ］（０≦Ｘ≦ｂ
）・・・（７） この式に基づいて、ツール圧着面の圧力分布を模式的に
表わすと第６図（ｂ）が得られる。

また、第７図は、リード表面の摩擦係数μを変化させた
ときのツール圧着面の圧力分布の状態を示した図である
。さらに、この圧力分布σ。を第６図（Ｃ）に示すよう
な等偏集中荷重Ｐに換算する為に、全圧着面にわたって
積分すると、Ｐ＝Ｊ：ｌ−２ｋｅｘｐ　（２μ（ｂ−ｘ
）／ｈ）ｌｄｘ ＝几２ｋｅｘｐ　（２μ（ｂ−ｘ）／ｈｌｘ ＝　（ｋｈ／μ）＜ｅｘｐ　（２，ｃｚｂ／ｈ）−１）
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（８）が得られ
る。（８）式で求められた等偏集中荷重Ｐを用いて第６
［Ｊ（ｃ）に示すモーメント荷重ＭをＭ＝Ｐ−ａで表わ
される。ここでａはモーメントアームである。

このようなモーメント荷重がバンプに加えられることに
より、バンプ６の剥離や基板の破損が発生する。

［課題を解決するための手段］ 本発明のボンディングツールは、フィルムキャリアテー
プのリードの先端部を半導体素子のバンプまたはパッド
にボンディングする際に用いられるものであって（突出
した電極すなわちバンプはリードの先端部または半導体
素子上の少なくとも一方に形成されているものとする）
、ツールのリードと接触する圧着面にはボンディング時
にバンプまたはパッドに加わる圧力分布が均一になるよ
うにテーバが設けられている。

上記テーバは、平行工具による平面ひずみ据込みの解析
手段（例えばスラブ法）あるいはＫａｒｍａｎの圧延方
程式等を用いて算出することができる。すなわち、例え
ばスラブ法を用いる場合には、平行工具による据込み時
にツールがバンプ等に与える圧力分布を計算し、この圧
力分布に比例した形状の逃げを圧着面に設けるようにす
る。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ＞は、本発明の一実施例を示す側面図、第１
図（ｂ）は、そのＡ部の拡大図、第１図（Ｃ）は、その
下面図である。第１図に示されるように、この実施例で
は、ツール先端部１のリード表面と接触する圧着面３は
据込み角（テーバ）４を有している。尚、この圧着面３
の面積は、熱圧着が施されるフィルムキャリアテープの
リード表面を全て覆う広さであれば良く、したがって、
リード表面の熱圧着部位より広くても差しつかえない。

次に、本実施倒の据込み角４の算出方法について説明す
る。据込み角４をスラブ法を用いて算出する場合には、
先に求めた（７）式を用いる。概略値を求めるために（
７）式をＴａｙｌｏｒ展開して、μに関する高次の項を
省くと、 σｎ　（ｘ）／２ｋ”ｖ［１＋２μ（ｂ−ｘ）／ｈ］ （０≦Ｘ≦ｂ）・・・（９） と書き換えられる。ここでσ６　（ｘ）を２ｋにより、
またＸをｂにより正規化すると（９）′式が得られる。

−σＩｌ　（ｘ）”＝［１＋２μｂ　　（１−ｘ）／ｈ
］（Ｏ≦Ｘ≦ｂ）・・・（９）′ この（９）′式はＸの一次式であるので据込み角４をθ
とすると、ｔａｎθ−ｄσｎ　（ｘ＞／ｄｎであるから
、αω式が得られる。

θ’；ｔａｎ−’（２μｂ／ｈ）　　　　　　　−ＱＯ
Ｉ第２図は、００式にて与えられた角度θを据込み角４
として設けた場合のボンディング状態を、これも、力学
的取扱いが容易なように模式的に表わしたものである。

第２図にて、リード５の先端部はＸ方向に据込み角４に
相応する拘束を受けており、このため、第６図（ｂ）お
よび第７図に示されるような不均一な圧力分布は均一な
圧力分布になるように矯正されることになる。ここで、
第２図中のり、は、Ｘおよび据込み角θに関する関数で
あり、 ｈｌ　＝ｈ　（ｘ）＝ｈ−ｘ−ｔａｎθと表わされる。

また、σ。′はテーバを有するツール圧着面に垂直な圧
力、ｈ２はリード先端部の圧着後の厚さ、ｄｈ、はリー
ドの微小長さｄＸに対応したリードの高さの増分である
。

第３図（ａ）は、本発明の他の実施例を示す側面図であ
り、第３図（ｂ）は、そのＡ部拡大図である。先の実施
例で（７）式をＴ　ａ　ｙ　１　ｏ　ｒ展開してテーバ
を求めていたのに対し、この実施例では（７）式をＴａ
ｙｌｏｒ展開せず、圧着面の曲線は、−σ。（ｘ　）　
／　２　ｋ ＝ｅ　ｘｐ　［２μ（ｂ−ｘ）　／ｈ　）　］（０≦Ｘ
≦ｂ） なる式の右辺の軌跡そのものか、もしくはそれに非常に
近い曲率半径８を有するものとする。これにより、前述
した（９）式および００式のように一次近似した場合よ
りもより的確にＸ方向の拘束が施されるので、圧力分布
の図心、すなわち、モーメントアームａの減少が忠実に
行われる。

尚、ａＸな据込み角を設定するにあたっては、前述した
（７）式乃至０１式のみを用いて行うのではなく、次に
述べることに注意する必要がある。つまり、ボンディン
グプロセスは定常なプロセスではなく、据込み角に応じ
た圧着面の面積が押し込みが進行するにつれて広がり、
また、ボンディング時の熱負荷により、ボンディングツ
ール１とリード５間の摩擦係数及びリード５、パン１６
間の摩擦係数がダイナミックに影響し、摩擦が最も大き
くなると、熱間の圧延や据込み加工法の場合と同様に、
固着摩擦の領域が形成され、摩擦係数が１に近づく、従
って、最適な据込み角を決定するには実際のボンディン
グプロセスに即して非定常の平面ひずみ据込みの解析が
必要であって、従来のスラブ法やカルマンの圧延理論等
をさらに拡張しなければならない、このようにして決定
された据込み角を有するツールを用い、そして物理シュ
ミレーション用のモデル材料（商品名プラスティシンな
ど）を用いて、ボンディングプロセスをまねた模擬物理
実験を行うと、第４図に実線で示されるような均一の圧
力分布に修正される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ボンディングツ
ールの圧着面にはボンディング面に均一な圧力が加えら
れるようにテーバが設けられてぃるので、ボンディング
時にバンプはがれ等のせん断破壊を助長するモーメント
荷重が生じることがなく、ボンディング工程における不
良の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す側面図、第１
図（ｂ）は、その部分拡大図、第１図（Ｃ）は、第１図
（ａ）の下面図、第２図は、第１図の実施例の使用状態
を示す圧力分布図、第３図（ａ）は、本発明の他の実施
例を示す側面図、第３図（ｂ）は、その部分拡大図、第
４図は、本発明の効果を示す図、第５図（ａ）は、従来
例を示す側面図、第５図（ｂ）は、その部分拡大図、第
６図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来例の使用状態を示
す図、第７図は、従来例の使用時の圧力分布を示す図で
ある。 １・・・ボンディングツールの先端部、　　２・・・ボ
ンディングツールのシャンク部、　　３・・・ボンディ
ングツールの圧着面、　４・・・据込み角（θ）、５・
・・フィルムキャリアテープのリード、　　　６・・・
バンプ、　　７・・・半導体素子基板、　　８・・・ツ
ール圧着面の近似曲率半径、　　σ。・・・ツール圧着
面圧力分布、　　σ、・・・リード内部のＸ方向の平均
応力、　　μ・・・ツール圧着面とリード表面との間お
よびリード表面とバンプ表面との間の摩擦係数、　　ｄ
ｘ・・・リードの微小要素部分、ｄσ、・・・リード内
部のＸ方向平均応力の増分、ｈ・・・リードのボンディ
ング前の厚さ、　　ｂ・・・バンプのＸ方向の寸法、　
　Ｐ・・・等偏集中荷重、ａ・・・モーメントアーム、
　　Ｍ・・・モーメント荷重（＝Ｐ　−ａ）　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フィルムキャリアテープのリード先端部を半導体素子上
   のバンプまたはパッドへボンディングするボンディング
   ツールにおいて、リード先端部に接触する圧着面にはボ
   ンディング時にバンプまたはパッドに加わる圧力分布が
   均一となるようにテーパが設けられていることを特徴と
   するボンディングツール。