JPH0652145U - ボンディングツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案は、接続リードのチップ素子へのボンデ
ィングに際し、ボンディングツールとの接触面に生じた
潰れによるリード引張強度の低下を防止して接続信頼性
を確保でき、かつ、超音波パワーを印加した際に生じる
接続リードの横ズレを防止できるような接触面形状のボ
ンディングツールを提供することにある。 【構成】本考案は、フレキシブル配線板１２の接続リー
ド１３と接触するボンディングツール１先端の接触面１
６に、少なくとも２本以上の溝１７，１７’を互いにほ
ぼ９０度異なる方向に配置する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電子回路装置の端子間接続用のシングルポイントボンディング装置 に用いるボンディングツールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

ベアチップ半導体素子、回路素子、半導体素子封止用パッケージおよびアルミ ナやガラスエポキシ等を基材とした配線基板等の電子回路装置構成部品のそれぞ れの電極端子間を接続する手法であるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）システムでは、フレキシブル配線板の一部に設けられた開口部 および該フレキシブル配線板の外周部に前記電子回路装置構成部品の電極端子と の接続用リードが配置された構造の端子接続子が用いられる。

【０００３】 該フレキシブル配線板の接続リードを電子回路装置構成部品の電極端子に電気 的・機械的に接続する方法としては、一般に、超音波を利用した摩擦熱と加圧力 により、接続リードと電極端子との界面で塑性流動を起こさせるボンディング方 法と、ヒータ加熱と加圧力とにより塑性流動を起こさせるボンディング方法、お よび超音波を利用するとともに被接続体である電子回路装置構成部品を補助加熱 するボンディング方法があり、これらの方法を適用したボンディング装置には、 何れも被接続部に超音波あるいは熱を集中させると同時に加圧するためのボンデ ィングツールが配置されている。

【０００４】 図４は、ウエッジ状のボンディングツールを用いた手動式の超音波ボンディン グ装置の外観例を示す左側面図であり、図５は、超音波ボンディング装置により ＴＡＢシステムで使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチップ半導 体素子の電極端子にボンディングする状況を示す部分斜視図である。

【０００５】 ボンディングツール１は、ボンディング装置本体２から前方に突出された超音 波ホーン３の先端にネジ等で固定されている。被接続体であるベアチップ半導体 素子１０とフレキシブル配線板１２はそれぞれ下部可動ステージ４および上部可 動ステージ５上に支持固定されている。

【０００６】 ボンディング操作は、まず、顕微鏡９で観察しながら下部可動ステージ４およ び上部可動ステージ５の両者をそれぞれ移動調整し、ベアチップ半導体素子１０ の電極端子１１とフレキシブル配線板１２の接続リード１３の先端に形成された 金などからなるバンプ１４とを位置合わせする。

【０００７】 次いで、マニピュレータ６によって下部可動ステージ４および上部可動ステー ジ５が一体で搭載されたベッド８を移動させ、ボンディングツール１先端の直下 にベアチップ半導体素子１０の電極端子１１とフレキシブル配線板１２の接続リ ード１３との位置合わせ部を一致させ、ボンディングボタン７を押下する。

【０００８】 この操作によって、ボンディングツール１が下降し、接続リード１３先端のバ ンプ１４がベアチップ半導体素子１０の電極端子１１に押し付けられると同時に 、ボンディング装置本体２から超音波パワーが超音波ホーン３ならびにボンディ ングツール１を介して接続リード１３に伝達される。

【０００９】 これによって、接続リード１３先端のバンプ１４とベアチップ半導体素子１０ の電極端子１１との界面で摩擦熱が発生し、塑性流動が起り電気的・機械的に接 続される。

【００１０】 図６は、熱圧着ボンディング装置によりＴＡＢシステムで使用されるフレキシ ブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子にボンディングする状況を示す 部分斜視図である。

【００１１】 熱圧着ボンディング装置に用いるボンディングツール１５は、超音波ボンディ ング用とは異なり、ボンディングツール１５自体がヒータとなっており、ボンデ ィングツール１５のネジ止め部１５’から通電する構造となっている。

【００１２】 ボンディング操作は、前述までの超音波ボンディング装置の場合と同様である が、フレキシブル配線板の接続リード１３の先端に形成されたバンプ１４とベア チップ半導体素子電極端子１１の界面での塑性流動は、ベアチップ半導体素子１ ０に対するボンディングステージ（図示せず）からの補助加熱と、ボンディング ツール１５からの加熱および加圧によって起こさせる点が異なる。

【００１３】 図７〜図１０は、従来のウエッジ状のボンディングツールの先端形状とボンデ ィング圧痕を示す斜視図である。

【００１４】 図７は超音波ボンディング用ボンディングツールの第１の従来例であり、同図 （ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はＴＡＢシステム で使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端 子にボンディングした時の圧痕を示したものである。

【００１５】 本例のボンディングツール１は、超音波パワーを接続リード１３に確実に伝達 するために、接続リード１３との接触面１６に超音波振動方向Ｘと直交するよう に、溝１７が形成されている。すなわち、溝１７を配することによって、接続リ ード１３に対するグリップ力を高め、ベアチップ半導体素子１０の電極端子１１ と接続リード１３の先端に形成されたバンプ１４との界面に摩擦熱の発生を集中 させるようにしている。

【００１６】 この時の圧痕は、図７（ｂ）のように波形の形状に潰され、接続リード１３の 引出し方向と直交する方向に接続リード厚みの薄くなった部分１８が形成され、 リード引張強度の低下を招く。

【００１７】 図８は超音波ボンディング用ボンディングツールの第２の従来例であり、同図 （ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はＴＡＢシステム で使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端 子にボンディングした時の圧痕を示したものである。

【００１８】 本例のボンディングツール１では、接続リード１３に対するグリップ力を高め て超音波パワーを接続リード１３に確実に伝達するために、接続リード１３との 接触面１６の超音波振動方向Ｘに沿った中央部を扇状に凹ませてある。

【００１９】 このようなツール形状では、接続リード１３の幅方向の上面両縁がボンディン グツール１により強くグリップされると同時に、超音波パワー印加時の接続リー ド１３の横ズレを防止できる効果がある。しかし、ボンディング圧痕は図８（ｂ ）のようにかまぼこ状に潰れた形状となり、図７と同様に接続リード１３の引出 し方向と直交する方向に接続リード厚みの薄くなった部分１８ができ、リード引 張強度の低下を招く。

【００２０】 図９は超音波ボンディング用ボンディングツールの第３の従来例であり、同図 （ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はＴＡＢシステム で使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端 子にボンディングした時の圧痕を示したものである。

【００２１】 本例のボンディングツール１では、接続リード１３との接触面１６に十字形の 突起１９を形成してある。ボンディング時には、この十字形突起１９が接続リー ド１３の上面に食い込むためにグリップ力が高まり、超音波パワーを接続リード １３に確実に伝達することができるとともに、超音波パワー印加時に生じる接続 リード１３の横ズレを防止することができる。しかし、本ボンディングツール１ によるボンディング圧痕は、図９（ｂ）に示すように接続リード１３を十字形に 切断するような潰れた形状の圧痕２０となり、リード引張強度を低下させる。

【００２２】 図１０は熱圧着ボンディング用ボンディングツールの従来例であり、同図（ａ ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はＴＡＢシステムで使 用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端子に ボンディングした時の圧痕を示したものである。

【００２３】 熱圧着ボンディングの場合は、接続リード１３の先端に形成されたバンプ１４ とベアチップ半導体素子電極端子１１の界面での塑性流動は、通電することによ るボンディングツール１５自身の発熱と加圧力とによって起こさせるので、超音 波ボンディングの場合のようにボンディングツール１５を接続リード１３に強く グリップさせる必要がない。従って、接続リード１３との接触面１６は、通常、 図１０（ａ）のように平面形状となっており、ボンディング圧痕は図１０（ｂ） のように、接続リード１３の圧接部全体がほぼ均等に薄く潰れ、超音波ボンディ ング用ツールの従来例の場合と同様にリード引張強度も低下する。

【００２４】

【考案が解決しようとする課題】

従来のボンディングツールの先端形状では、超音波用、熱圧着用にかかわらず 何れも接続リード１３の幅方向の全域に渡って薄く潰れた部分ができるため、リ ード引張強度が低下し、信頼性を損う欠点がある。

【００２５】 また、ボンディングツール先端の接触面１６に接続リード１３の引出し方向と 直交するように溝を形成した第１の従来形状例に示したボンディングツール１で は、接続リード１３の上面とボンディングツール１の接触面との平行度が出てい ないと、超音波パワーを印加した際の超音波振動により接続リード１３が横ズレ を起こし、電極端子に対して事前に調整した位置からズレた位置に接合されてし まうという欠点がある。

【００２６】 本考案は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続リー ドのチップ素子へのボンディングに際し、ボンディングツールとの接触面に生じ た潰れによるリード引張強度の低下を防止して接続信頼性を確保でき、かつ、超 音波パワーを印加した際に生じる接続リードの横ズレを防止できるような接触面 形状のボンディングツールを提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、電子回路装置を構成するベアチップ半導 体素子、回路素子、半導体素子封止用パッケージおよびアルミナやガラスエポキ シ等を基材とした配線基板等のそれぞれの電極端子と、ベアチップ半導体や他の 回路素子に接続するためのリードが形成されたフレキシブル配線板の該リードと を、電気的・機械的に接続するためのシングルポイントボンディング方式の熱圧 着装置もしくは超音波ボンディング装置あるいは熱と超音波を併用したボンディ ング装置に用いるウエッジ状のボンディングツールにおいて、前記フレキシブル 配線板の接続リードと接触するボンディングツール先端の接触面に、少なくとも ２本以上の溝を互いにほぼ９０度異なる方向に配置したことを特徴とするもので ある。

【００２８】

【作用】

本考案のボンディングツールにおいては、被接続体であるフレキシブル配線板の 接続リードと接触するボンディングツール先端の接触面に、接続リードの引出し 方向と平行方向の溝および接続リードの引出し方向と直交方向の溝を、それぞれ 少なくとも１本以上配置するようにしたもので、ボンディングツール先端の接触 面に前記のように、接続リードの引出し方向と平行な方向に溝を配することによ って、ボンディングした際の接続リード上面の圧痕は、従来のボンディングツー ルによる圧痕のように幅方向の全域が薄く潰れされるのではなく、接続リードの 引出し方向と平行な方向に配した溝に対応した部分が潰されずに残る。

【００２９】 このように接続リードの引出し方向と平行方向に、圧接部の一部を潰さずに残 すことによって、従来のボンディングツールを使用した場合より、圧接部のリー ド断面積が増加するため大幅に引張強度が向上する。

【００３０】 さらに、接続リードの引出し方向と平行方向に形成した溝は、フレキシブル配 線板の接続リードを超音波ボンディングした際に、超音波振動により生じていた 接続リードの横ズレを防止することができる。

【００３１】 また、接続リードの引出し方向と直交する方向に形成した溝は、従来形状の超 音波ボンディング用のボンディングツールと同様に、接続リードの上面に対する グリップ力を向上させる効果を持つ。

【００３２】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案の一実施例を詳細に説明する。

【００３３】 図１は、本考案の超音波ボンディング用ボンディングツールの第１の実施例で ある。同図（ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）は本実 施例のボンディングツールによりＴＡＢシステムで使用されるフレキシブル配線 板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端子にボンディングした時の圧痕 を示したものである。

【００３４】 本実施例では、図１（ａ）に示すようにボンディングツール１先端の接触面１ ６に、放電加工あるいは研削加工等の手段によって、接続リード１３の引出し方 向と直交する方向に形成した溝１７および平行な方向に形成した溝１７’を各１ 本ずつ交差するように配置している。

【００３５】 本実施例に示した先端形状のボンディングツール１を用いて超音波ボンディン グした時の圧痕は、図１（ｂ）のような形状となる。すなわち、接続リード１３ の引出し方向と超音波振動方向Ｘを一致させてボンディングした場合には、従来 例で示した図７のボンディングツール１による圧痕のように幅方向の全域に渡っ て、接続リード厚みの薄くなった部分１８が形成されるのではなく、接続リード １３の引出し方向と直交する方向に形成した溝１７および平行な方向に形成した 溝１７’のそれぞれに対応した部分が潰されずに残る。

【００３６】 このように接続リード１３の引出し方向と平行な方向に、圧接部の一部が潰さ れずに残る部分２１を確保することによって、従来のボンディングツールを使用 した場合より、圧接部のＡ−Ａ’断面の断面積が増加するため、大幅に引張強度 を向上させることができる。

【００３７】 また、本実施例のように接続リード１３の引出し方向と平行方向に形成した溝 １７’は、超音波ボンディングした際に生じていた接続リード１３の超音波振動 による横ズレを防止することができる。なお、接続リード１３の引出し方向と直 交する方向に形成した溝１７は、従来形状の超音波ボンディング用ボンディング ツール１と同様に、接続リード１３の上面に対するグリップ力を向上させ、バン プ１４と電極端子１１との界面での摩擦熱の発生を促す効果を持つ。

【００３８】 さらに、本実施例のボンディングツール１では、溝１７および１７’が直角に 交差するように配置してあるので、ボンディングツール１と接続リード１３との 位置関係を接触面内で９０度転回させた状態でもボンディングが可能となる。す なわち、従来は超音波振動方向Ｘと接続リード１３の引出し方向とを一致させな いと、接続リード１３の逃げ等が起こりボンディングするのが困難であったが、 本実施例のボンディングツール１では、超音波の振動方向を考慮することなくボ ンディング作業を行うことができる。

【００３９】 本実施例のボンディングツール１の先端形状は、図１０の従来例に示した熱圧 着用ボンディングツール１５に対しても適用でき、超音波ボンディング用ボンデ ィングツール１と同様に、従来のボンディングツール１５を使用した場合より大 幅に引張強度を向上させることができる。

【００４０】 図２は、本考案の超音波ボンディング用ボンディングツールの第２の実施例で ある。同図（ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はフレ キシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端子にボンディング した時の圧痕を示したものである。

【００４１】 本実施例では、図２（ａ）に示すようにボンディングツール１先端の接触面１ ６に、放電加工あるいは研削加工等の手段によって、接続リード１３の引出し方 向と直交する方向に接触面を横断するように形成した溝１７と、接続リード１３ の引出し方向と平行な方向に、溝１７と連結しないように形成した溝１７’を配 置している。

【００４２】 本実施例に示した先端形状のボンディングツール１を用いて超音波ボンディン グした時の圧痕は、溝１７および溝１７’のそれぞれに対応した部分が潰されず に残り、図２（ｂ）のような形状となる。接続リード１３の引出し方向と平行な 方向に、圧接部の一部が潰されずに残る部分２１が確保されているため、第１の 実施例と同様に、従来のボンディングツールを使用した場合より、圧接部のＡ− Ａ’断面の断面積が増加し、大幅に引張強度を向上させることができる。また、 溝１７’は第１の実施例で説明したように、ボンディング時に接続リード１３の 超音波振動による横ズレを防止する効果を持つ。

【００４３】 溝１７は、接続リード１３の上面に対するグリップ力を向上させるが、本実施 例の場合には溝１７が接触面を横断するように形成されているため、第１の実施 例の場合よりグリップ力が向上する。

【００４４】 図３は、本考案の超音波ボンディング用ボンディングツールの第３の実施例で ある。同図（ａ）はボンディングツールの先端形状を、また、同図（ｂ）はフレ キシブル配線板の接続リードをベアチップ半導体素子の電極端子にボンディング した時の圧痕を示したものである。

【００４５】 本実施例では、図３（ａ）に示すようにボンディングツール１先端の接触面１ ６に、放電加工あるいは研削加工等の手段によって、接続リード１３の引出し方 向と直交する方向に形成した溝１７および接続リード１３の引出し方向と平行な 方向に形成した溝１７’をそれぞれ２本ずつ配置している。

【００４６】 本実施例に示した先端形状のボンディングツール１を用いて超音波ボンディン グした時の圧痕は、図３（ｂ）のように格子状に潰された形状となる。本実施例 の場合には、狭い接触面内に２本ずつの溝を形成しているため溝深さは十分では なく、溝と対応する部分のリード厚みも薄くはなるが、溝１７’が２本あるため 、第１、第２の実施例と同様に圧接部のＡ−Ａ’断面の断面積は増加し、大幅に 引張強度を向上させることができる。

【００４７】 また、本実施例のボンディングツール１では、溝１７および１７’が直角に交 差するように配置してあるので、第１の実施例の場合と同様に、ボンディングツ ール１と接続リード１３との位置関係を接触面内で９０度転回させたボンディン グが可能となる。

【００４８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のボンディングツールにおいては、被接続体であ るフレキシブル配線板の接続リードと接触するボンディングツール先端の接触面 に、接続リードの引出し方向と平行方向の溝および接続リードの引出し方向と直 交方向の溝を、それぞれ少なくとも１本以上配置するようにした。

【００４９】 このような先端形状とすることによって、ボンディングした際の接続リード上 面の圧痕は、溝形状と対応した部分が潰されずに残る。接続リードの引出し方向 と平行な方向に、圧接部の一部を潰さずに残すことによって、従来のボンディン グツールを使用した場合より圧接部のリード断面積が増加するため、大幅に引張 強度が向上し接続部の信頼性が向上するという効果がある。

【００５０】 さらに、本考案の先端形状を超音波ボンディング用ボンディングツールに適用 した場合には、接続リードの引出し方向と平行方向に形成した溝は、超音波振動 により生じていた接続リードの横ズレを防止する効果がある。また、接続リード の引出し方向と直交する方向に形成した溝は、従来形状の超音波ボンディング用 のボンディングツールと同様に、接続リードの上面に対するグリップ力を向上さ せる効果を持つ。

【００５１】 また、本考案の第１および第３の実施例に示したボンディングツールでは、溝 が直角に交差するように配置してあるので、ボンディングツールの取付け方向と 接続リードの引出し方向との位置関係を考慮することなくボンディング作業を行 なうことができるという利点がある。

【００５２】 従って、ボンディングツールの先端を本考案の先端形状とすることによって、 高信頼で、かつ、効率の良いボンディング作業ができるようになり、工業的価値 が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の超音波ボンディング用ボンディングツ
ールの第１の実施例の先端形状ならびにボンディング圧
痕を示す斜視図である。

【図２】本考案の超音波ボンディング用ボンディングツ
ールの第２の実施例の先端形状ならびにボンディング圧
痕を示す斜視図である。

【図３】本考案の超音波ボンディング用ボンディングツ
ールの第３の実施例の先端形状ならびにボンディング圧
痕を示す斜視図である。

【図４】ウエッジ状のボンディングツールを用いた手動
式超音波ボンディング装置の外観例を示す左側面図であ
る。

【図５】超音波ボンディング装置によりＴＡＢシステム
で使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチ
ップ半導体素子の電極端子にボンディングする状況を示
す部分斜視図である。

【図６】熱圧着ボンディング装置によりＴＡＢシステム
で使用されるフレキシブル配線板の接続リードをベアチ
ップ半導体素子の電極端子にボンディングする状況を示
す部分斜視図である。

【図７】従来の超音波ボンディング用ボンディングツー
ルの第１の例の先端形状ならびにボンディング圧痕を示
す斜視図である。

【図８】従来の超音波ボンディング用ボンディングツー
ルの第２の例の先端形状ならびにボンディング圧痕を示
す斜視図である。

【図９】従来の超音波ボンディング用ボンディングツー
ルの第３の例の先端形状ならびにボンディング圧痕を示
す斜視図である。

【図１０】従来の熱圧着ボンディング用ボンディングツ
ールの一例の先端形状ならびにボンディング圧痕を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…超音波ボンディング用ボンディングツール、２…手
動式超音波ボンディング装置本体、３…超音波ホーン、
４…下部可動ステージ、５…上部可動ステージ、６…マ
ニピュレータ、７…ボンディングボタン、８…ベッド、
９…観察用顕微鏡、１０…ベアチップ半導体素子、１１
…ベアチップ半導体素子の電極端子、１２…フレキシブ
ル配線板、１３…フレキシブル配線板の接続リード、１
４…バンプ、１５…熱圧着用ボンディングツール、１
５’…熱圧着用ボンディングツールのネジ止め部、１６
…ボンディングツールの接触面、Ｘ…超音波振動方向、
１７…超音波振動方向と直交方向に形成した溝、１７’
…超音波振動方向と平行方向に形成した溝、１８…接続
リード厚みの薄くなった部分、１９…十字形の突起、２
０…十字形に潰れた形状の圧痕、２１…接続リードの引
出し方向と平行な方向に、圧接部の一部が潰されずに残
る部分。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子回路装置を構成するベアチップ半導
   体素子、回路素子、半導体素子封止用パッケージおよび
   アルミナやガラスエポキシ等を基材とした配線基板等の
   それぞれの電極端子と、ベアチップ半導体や他の回路素
   子に接続するためのリードが形成されたフレキシブル配
   線板の該リードとを、電気的・機械的に接続するための
   シングルポイントボンディング方式の熱圧着装置もしく
   は超音波ボンディング装置あるいは熱と超音波を併用し
   たボンディング装置に用いるウエッジ状のボンディング
   ツールにおいて、前記フレキシブル配線板の接続リード
   と接触するボンディングツール先端の接触面に、少なく
   とも２本以上の溝を互いにほぼ９０度異なる方向に配置
   したことを特徴とするボンディングツール。