(57)【要約】【課題】  半導体のボンディングにおいてCOF方式に適した実装工具を提供する。【解決手段】  本発明は、先端押圧面が硬質物質からなる半導体素子の実装工具であって、先端押圧面が四角形状であって、先端押圧面の少なくとも一部の角部に、角部の鋭さを緩和するコーナー処理が施されている実装工具を提供しようとするものである。コーナー処理は、先端押圧面の角部の縦断面において、角部が直線、多角形状、円弧状に面取りされている実装工具が望ましい。縦断面は、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する線に沿って切断した面である。【選択図】  図1
2005150477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端押圧面が硬質物質からなる実装工具において、
前記先端押圧面が四角形状であって、
前記先端押圧面の少なくとも一部の角部に、角部の鋭さを緩和するコーナー処理が施されていることを特徴とする実装工具。
【請求項２】
前記コーナー処理は、先端押圧面の角部の縦断面において、角部が直線または多角形状に面取りされていることを特徴とする請求項1記載の実装工具。
ただし、前記縦断面は、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する線に沿って切断した面である。
【請求項３】
前記コーナー処理は、先端押圧面の角部の縦断面において、角部が円弧状であることを特徴とする請求項1記載の実装工具。
ただし、前記縦断面は、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する線に沿って切断した面である。
【請求項４】
前記先端押圧面の稜線に、稜線の鋭さを緩和する稜線処理が施されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の実装工具。
【請求項５】
前記硬質物質が、基材の上に形成された気相合成ダイヤモンドであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の実装工具。
【請求項６】
前記硬質物質が、窒化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素を主成分とするセラミックスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の実装工具。
【請求項７】
前記硬質物質が、立方晶窒化ホウ素の焼結体もしくはダイヤモンドの焼結体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の実装工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ICなどの半導体素子或いは電子部品を基板等に実装する際に使用される実装工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の電極とパッケージ基板の電極（リード線）とを接続する方法としては、TAB（Tape  Automated  Bonding）方式と呼ばれるボンディング方式が広く普及している。図7は、TAB方式の実装工具の使用状況を概念的に示した断面図である。TAB方式では、実装工具101とチップステージ104との間にリード線103と半導体素子106とを配置する。実装工具101は、基材表面にダイヤモンドなどの硬質物質からなる先端押圧面を有している。半導体素子106は、その上面にリード線103と接続するための電極105が形成されている。一方、リード線103は、キャリアテープ102の上面に一体化されている。キャリアテープ102は、デバイスホール102Aを有し、このデバイスホール102Aの内側にリード線103の端部が浮いた状態に突出して保持されている。
【０００３】
ボンディングを行う際、デバイスホール102Aの内側に突出したリード線103を半導体素子106の電極105上に位置合わせし、実装工具101およびチップステージ104を所定温度に加熱しておく。その状態で実装工具101をチップステージ104側（矢印側）に押圧する。これにより、半導体素子106の電極105とデバイスホール内に存在するリード線103を直接接続する。
【０００４】
この方法では、キャリアテープのない空間に浮いた状態のリード線を直接実装工具で押圧するので、先端押圧面の稜線がリード線を傷つけることがあった。その対策として、特許文献１に記載の実装工具が知られている。この工具はTAB方式用の実装工具で、先端押圧面を形成する4辺全部もしくは一部の稜線に半径1μm以上10μm以下の丸みを持たせ、リード線に傷がつくのを防止している。
【０００５】
一方、最近デバイスホールの存在しないキャリアテープ上のリード線と半導体素子の電極を一括接続するCOF（Chip  on  Film）方式のボンディングが増えつつある。COF方式は、図6に示すように、デバイスホールのないキャリアテープ2の下面にリード線3を一体化し、キャリアテープを実装工具で押圧することにより、リード線3と半導体素子6の電極5とを接続する方式である。この方式でも、チップステージ4上に半導体素子6を載置し、実装工具をチップステージ側に押圧する点はTAB方式と同様である。
【０００６】
【特許文献１】特開平9-69544号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の実装工具では次のような問題があった。
（１）TAB方式では、リード線の間隔を正確に制御できない。
半導体素子の多機能高集積化が進む中で1つの半導体素子から引き出されるリード線の数が増加している。その反面、コスト面や高密度実装面で半導体素子をできるだけ小さくする取り組みが行われており、必然的に半導体素子のリード線の間隔は狭くなってきている。従来のTAB方式では、リード線がデバイスホール内で浮いた状態になっているので不安定な状態にあり、リード線の間隔を正確に制御できないという問題がある。
【０００８】
（２）TAB方式に使用される工具をCOFに用いると、リード線と電極の電気的接続不良を生じることがある。
COF方式では、実装工具で直接リード線を押圧するのではなく、リード線を保持するキャリアテープを押圧するため、リード線の間隔精度を高めることができる。しかしながら、特許文献1に開示されているボンディングツールは、その先端押圧面の稜線部を丸めたものであるが、この技術ではボンディングツールの角部がキャリアテープの中に食い込むことを防止することができない。実装工具がキャリアテープに食い込むと、実装工具の痕がキャリアテープに残ったり、実装工具を引き上げる際にキャリアテープが実装工具に付着して引き上げられる。この結果、リード線と電極との位置ズレが生じたり、リード線と電極の電気的接続不良が発生し、歩留まりを低下させるという問題が生じる。そのため、樹脂製のキャリアテープに食い込まないボンディングツールの開発が待たれている。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、キャリアテープに工具が食い込まず、リード線と電極の接続不良を抑制できる実装工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明実装工具は、先端押圧面が硬質物質からなる実装工具であって、先端押圧面が四角形状であって、先端押圧面の少なくとも一部の角部に、角部の鋭さを緩和するコーナー処理が施されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明では先端押圧面の角部を、コーナー処理することにより工具がキャリアフィルムに食い込むことを抑制する。コーナー処理とは、角部の鋭さを緩和する処理のことで、面取りや丸めなどが含まれる。
【００１２】
コーナー処理は、先端押圧面の角部の縦断面において、角部が直線または多角形状に面取りされていることが望ましい。ここでの縦断面は、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する線に沿って切断した面である（以下、角部の縦断面において同じ）。このコーナー処理方法は、工程が単純なので、高い寸法精度を維持することができる。
【００１３】
また、別のコーナー処理として、先端押圧面の角部の縦断面において、角部を円弧状にすることが挙げられる。この実装工具は、滑らかな曲線で構成されたコーナー処理部を持つので、テープに対して食い込みや痕跡が残ることが殆どない。
【００１４】
また、先端押圧面の稜線は、稜線処理されていることが望ましい。稜線処理とは、稜線の先鋭状態を滑らかにすることで、稜線が面取りされていたり、円弧状に丸められていることが含まれる。面取りの変形例として多段の面取りも採用できる。稜線処理された実装工具は、キャリアテープに対して食い込みにくく、痕跡が殆ど残らない。
【００１５】
先端押圧面は、半導体素子とほぼ同じ形状の四角形状が一般的である。ただし、この形状は半導体素子などの形状に依存するので厳密に四角形である必要はない。この先端押圧面は均一な温度に加熱されることが必要であるが、このためには熱伝導性と耐熱性の高い材料を先端押圧面に使用することが望ましい。また、フィルムを加圧するので、耐摩耗性と耐熱性が要求される。したがって、先端押圧面は硬質物質で構成することが好ましい。
【００１６】
硬質物質は、基材の上に形成された気相合成ダイヤモンドであることが望ましい。硬質物質で構成される先端押圧面は均一な温度に加熱されることが必要であるが、このためには熱伝導性と耐熱性の高い材料を先端押圧面に使用することが望ましい。気相合成で得られたダイヤモンドは、ほぼ100％のダイヤモンドであり熱伝導率が高い。また、気相合成ダイヤモンドは、基材の上に形成できるので、5μmから200μmの薄い板状のダイヤモンドを容易にかつ安価に得ることができる。特に耐摩耗性を要求される場合、30μm〜200μmの厚さが望ましい。また薄い場合は、研磨することなく使用できる。このようにして得られた基材とダイヤモンドからなる硬質物質をシャンクに取り付けて実装工具が完成する。
【００１７】
別の硬質物質としては、窒化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素を主成分とするセラミックスが望ましい。ここで主成分とは、50質量％以上の含有量を意味する。これらのセラミックスは、適切な焼結助剤を添加して、焼結することによって製造される。一般材料に比較すると熱伝導率と耐摩耗性に優れているので高性能で長寿命の実装工具を得ることができる。
【００１８】
さらに別の硬質物質は、立方晶窒化ホウ素の焼結体もしくはダイヤモンドの焼結体であることが望ましい。この材料は、立方晶窒化ホウ素もしくはダイヤモンドの粒子を公知の結合材で固めた焼結体であり、熱伝導性と耐摩耗性に優れている。焼結体を2〜5mm程度の厚みに切断し、これをシャンクに取り付けて実装工具となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実装工具は角部が丸められているので、COF実装したとき実装工具の角部が樹脂製のフィルムに食い込み痕跡を残したり、実装工具を引き上げる際にテープが付着して引き上げられることがない。したがって、電極とリード線の位置ズレや電気的接続不良が起こらず、半導体装置の製造工程の歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図1は、本発明で得られた実装工具の押圧面の斜視図である。この例では4個の角部が円弧状にコーナー処理されていて、かつ先端押圧面8の稜線9が稜線処理されている。稜線処理されている稜線10は、稜線の鋭さが緩和されていることで、フィルムに実装工具の痕や傷が付くことを防止する効果がある。稜線処理の方法は、角部と同様に一段の面取り、多段の面取り、円弧状の丸めなどである。なお、図1においてA-Aは、先端押圧面8の隣接する2辺の内角を二等分する直線であり、この直線で切断した断面図が図5である。
【００２１】
図2は先端押圧面の角部の図であり、半導体素子上に形成された電極5と先端押圧面8の位置関係を説明する図である。コーナー処理代n1、n2は、先端押圧面において切り取られた直角三角形状の直角を挟む2辺の長さである。クリアランスm1、m2は、電極と前記した直角三角形状の先端までの先端押圧面における距離である。電極5とリード線（図示せず）を正確に接合しようとすると、先端押圧面は電極の位置より広めになっていることが重要である。
【００２２】
電極5とリード線（図示せず）を正確に接合するには、クリアランスm1、m2は、使用条件によって決められるが、30〜100μm程度が望ましい。これより小さい場合、押圧面が電極を十分に押すことができないので、接続不良となる。また、先端押圧面のコーナー処理代n1、n2の値は、20μm〜300μmの範囲が好ましい。ただし、前記したクリアランスm1、m2の値を考慮して、n1、n2の値は50μmより小さくなることもある。コーナー処理が円弧の場合も、この考えが適用できる。コーナー処理の実効を担保するには、n1、n2の値は50μm〜300μmがさらに望ましい。
【００２３】
図3は、別の実装工具を図1における先端押圧面8上のA-A線に相当する線で切断した硬質物質部分の断面図である。詳細には、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する直線で切断した断面図の例である。この例は、角部7が1段面取りされていて、hは面取りの高さを示している。用途によるが、リード線を軽く押して折り曲げようとする場合は100μm以上の高さhが必要である。折り曲げない場合は、50μm以上あれば十分である。hの値は多段面取りによるコーナー処理の場合も、円弧状のコーナー処理の場合も同様に定められる。硬質物質21はシャンク20の上に取り付けられている。
【００２４】
図4は、別の実装工具を図1におけるA-A線で切断した断面図である。詳細には、先端押圧面の隣接する2辺の内角を二等分する直線で切断した断面図の例である。角部は、2段の面取りがなされていて、多段面取りの一つの例である。図5は図1に示す実装工具を図1におけるA-A線で切断した断面図である。この例では、角部が円弧で構成されている。三次元的には、角部が球面状になっている場合や、曲面形状であっても良い。これらの例においても、面取りの高さhは図3の場合と同様な範囲が望ましい。
【００２５】
上記本発明実装工具は、COF方式の実装に利用することができる。図6は、本発明の実装工具1の使用状況を概念的に示した断面図である。チップステージ4の上に電極5を有する半導体素子6が載せられている。これらの上方にテープ2に接合されたリード線3がある。さらにその上に実装工具1がある。実装工具1は、硬質物質21をシャンク20に取り付けたものである。
【００２６】
テープに接合して運ばれてきたリード線3とチップステージ4に載せられた半導体素子6の電極5の位置を合わせて、実装工具1を矢印の方向に移動させリード線3と電極5を接合した。このとき実装工具1の表面温度は室温〜500℃、チップステージ4の表面温度は実装工具の温度以上であって、かつ200℃〜500℃の範囲が望ましい。接合材料は、半田や導電性の樹脂などの中から適宜選択される。
【００２７】
一例として実装工具の表面温度が室温で、チップステージの表面温度が200℃、また別の例として実装工具が200℃、チップステージが500℃に設定できる。さらに別の例として実装工具の表面温度が500℃、チップステージの表面温度が500℃などの温度条件が採用される。なお以上の説明は、図6に示す配置に基づき説明した。ただし、位置関係が同じなら例えば上下を逆にすることもできる。
【実施例１】
【００２８】
縦2.2mm、横15.5mm、厚さ5mmの表1に示す硬質物質を準備し、それぞれコーナー処理と稜線処理を行った。気相合成ダイヤモンドは、SiCの基材の上に成膜されたものである。その他の硬質物質は、それぞれの焼結体から切り出されたものである。このようにして製造された硬質物質をシャンクに取り付けて、この実装工具を図6に示すように配置して実装試験を行った。
【００２９】
実装試験の結果をテープへの痕跡、実装工具の寿命および歩留を表1に示す。表1に示す痕跡は、テープの上に残った実装工具の痕跡であるが、半導体素子の性能への影響は小さい。寿命は、硬質物質の材料に依存して、気相合成ダイヤ、CBN焼結体、ダイヤモンド焼結体のものは100万回以上の寿命を持っていた。その他のものは、30万回のボンディングで摩耗により局部的接合不良が発生した。また歩留は10万回のボンディングが終了した時点での値である。
【００３０】
【表１】
2005150477.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の工具は、ICなどの半導体素子或いは電子部品を基板等に実装するのに適した工具である。特に、COF方式の実装に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明で得られた実装工具の押圧面の斜視図である。
【図２】本発明における先端押圧面と電極の位置関係を示す図である。
【図３】本発明で得られた実装工具の断面図である。
【図４】本発明で得られた別の実装工具の断面図である。
【図５】本発明で得られた図1に示す実装工具の断面図である。
【図６】COF方式の実装工具の使用状況を概念的に示した断面図である。
【図７】TAB方式の実装工具の使用状況を概念的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
1    実装工具                2    テープ
3    リード線                4    チップステージ
5    電極                    6    半導体素子
7    角部                    8    先端押圧面
9    稜線                    10    稜線処理された稜線
20  シャンク                21  硬質物質
ｈ    面取りの高さ
m1、m2      クリアランス
n1、n2      コーナー処理代
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005150477.tif 000007
【図５】
2005150477.tif 000008
【図６】
2005150477.tif 000009
【図７】
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