(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の接点を有する超小形電子集成体の部分を、外方へ延びる少なくとも１つの突起を有する細長い接続部をそれぞれ備えた複数のリードを含む接続構成素子に位置ずれなく接続する。【解決手段】各リードが対応する接点に隣接するように前記接続構成素子２０を半導体チップ集成体１０の前記部分と並列配置する工程と、工具の少なくとも１つの突起との係合により接続部３２に対する前記工具の長手方向への動きを制限するように接続部を工具と係合させるとともに、接点１８と係合するように前記各接続部３２の結合領域２９を変位させることにより前記各接続部の前記結合領域を対応する接点１８に接続する工程とを備えている。【選択図】図１
2005101638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接点を有する超小形電子集成体の部分を、外方へ延びる少なくとも１つの突起を有する細長い接続部をそれぞれ備えた複数のリードを含む接続構成素子に接続する方法であって、
（ａ）前記各リードが対応する接点に隣接するように前記接続構成素子を半導体チップ集成体の前記部分と並列配置する工程と、
（ｂ）前記工具の前記少なくとも１つの突起との係合により接続部に対する前記工具の長手方向への動きを制限するように接続部を工具と係合させるとともに、接点と係合するように前記各接続部の結合領域を変位させることにより前記各接続部の前記結合領域を対応する接点に接続する工程とを備え、前記変位工程は工具を長手方向に動かすことにより係合した接続部の結合領域を長手方向に動かす工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記並列配置工程は前記接続構成素子の支持構造体が前記接点が配置された前記部分の前面に位置するとともに、前記リードの前記接続部が前記接点の上方を前記支持構造体から延びるように行われ、前記変位工程は係合した工具と結合領域とを前記部分へ向けて下方へ変位させるとともに、接合部の第１の端部を前記支持構造体に取着した状態に保持する工程を含み、前記工具と結合領域を前記長手方向に動かす前記工程は工具と結合領域を前記支持構造体と前記接続部の第１の端部に対して接続部の第１の端部へ向けて長手方向に動かす工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各リードに関して前記工具を長手方向に動かす前記工程は前記工具を接続部と係合させた後に開始されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各リードに関して工具と結合領域を前記長手方向に動かす前記工程は、工具の下方への動きの少なくとも一部に関して工具と結合領域とが動きの水平および垂直方向の成分を有する経路に沿って動くように、前記工具と結合領域を下方へ変位させる工程の際に行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
（ａ）上面と底面とを有する支持構造体と、
（ｂ）複数の導電性リードとを備え、各リードは前記支持構造体から長手方向に延びる細長い接続部を有し、各リードは前記支持構造体に取着された第１の端部と前記支持構造体に対して移動自在の第２の端部とを有し、前記各接続部は構成素子が超小形電子集成体の部分に配置されてから工具と係合して下方に曲げられて接点と係合し、前記各接続部は長手方向と交差して接続部から延びる少なくとも１つの突起を有し、該突起はリードに沿った工具の長手方向の動きを制限することを特徴とする超小形電子接続構成素子。
【請求項６】
前記支持構造体は前記面間を延びるギャップを有し、前記リードは各リードが前記ギャップの一方の側で支持構造体に取着された前記第１の端部と、前記ギャップの他方の側で前記支持構造体に取り外し自在に取着された第２の端部とを有し、前記各リードの接続部は前記構成素子の配置の際に前記支持構造体により両端部が支持されることを特徴とする請求項５に記載の構成素子。
【請求項７】
前記ギャップは細長いスロットであり、複数の前記接続部は第１と第２の水平方向に延びるように列をなして並行して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の構成素子。
【請求項８】
前記各リードは第２端部取着部と、接続部の第２の端部を該第２端部取着部と接続させる破砕部とを有し、前記各第２端部取着部は前記支持構造体に取着され、前記接続部の前記第２の端部は前記リードの前記破砕部を介して前記支持構造体に取着されていることを特徴とする請求項７に記載の構成素子。
【請求項９】
前記各リードの破砕部は第２端部取着部およびリードの接続部よりも横断面が小さい首部を有し、前記各首部は前記接続部から前記第２端部取着部へ前記第２の水平方向に傾斜して延びることを特徴とする請求項８に記載の構成素子。
【請求項１０】
前記各リードは２つの対向する外縁と中央部とを有し、前記首部は頂点を有するとともに前記外縁の一方から前記中央部へ向けて延びる少なくとも１つのノッチにより形成されていることを特徴とする請求項９に記載の構成素子。
【請求項１１】
破砕部の前記首部は前記両外縁から前記中央部へ延びる２つの前記ノッチにより形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の構成素子。
【請求項１２】
前記２つのノッチの前記頂点は互いに対面して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の構成素子。
【請求項１３】
前記２つのノッチの前記頂点は長手方向に互いに離隔して配置されていことを特徴とする請求項１２に記載の構成素子。
【請求項１４】
前記各ノッチは互いに対して角度をなして配置された２つのまっすぐな辺により形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の構成素子。
【請求項１５】
前記各停止部は前記第１の水平方向に延びる突起を有することを特徴とする請求項６に記載の構成素子。
【請求項１６】
前記突起は接続部の外縁から外方へ延びることを特徴とする請求項１５に記載の構成素子。
【請求項１７】
前記各停止部は前記接続リードの上面から上方へ延びる突起を有することを特徴とする請求項６に記載の構成素子。
【請求項１８】
前記各接続リードは両外縁から外方へ対称的に延びる１対の前記突起を有することを特徴とする請求項１５に記載の構成素子。
【請求項１９】
前記各突起は少なくとも係合縁と後縁とにより形成され、係合縁は約９０゜の角度でリードの前記外縁に対して配置され、前記後縁は１２０゜乃至１５０゜の角度で前記外縁に対して介在配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の構成素子。
【請求項２０】
（ａ）支持構造体と、
（ｂ）複数の導電性リードとを備え、各リードは細長い接続部を有し、各接続部は前記支持構造体に取着された第１の端部と前記支持構造体に対して移動自在の第２の端部とを有し、前記各リードは接続部の第１の端部に隣接する支持構造体の縁部を介して延びるとともに前記支持構造体から長手方向に延びており、前記各接続部は構成素子が超小形電子集成体の部分に配置されてから接点と係合するように工具と係合して下方に曲がることができ、前記各接続部は縁部に隣接してテーパ部を有し、各テーパ部は水平中立軸線を中心とする曲げにおいてリードの第１の端部から離れかつ支持構造体の縁部から離れて長手方向に徐々に減少する慣性モーメントを有することを特徴とする超小形電子接続構成素子。
【請求項２１】
前記各テーパ部は前記縁部を介して延びることを特徴とする請求項２０に記載の構成素子。
【請求項２２】
前記リードは結合工具が係合するようになっている前記第１の端部から離隔して結合領域を有し、前記各テーパ部は前記結合領域において印加される垂直方向の力に対して曲げにおいて均一な強度のビームに近似することを特徴とする請求項２０に記載の構成素子。
【請求項２３】
前記各接続部は伸びの方向と交差して延びる突起を有し、各リードの前記結合領域はリードの第１の端部から離隔する側で前記突起にすぐ隣接して配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小形電子装置の装着および接続方法に関するものであり、より詳細に云うと、本発明は、半導体チップのような超小形電子部品を外部の回路などに接続する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体産業の急速な発展に伴い、特定の大きさのスペースにおびただしい数の接点およびリードを配設することが依然として待望されている。各チップは、多数の接点が必要であり、これらの接点はいずれもチップ表面の領域内に配置される。例えば、現在実施されている複合半導体チップは、縁部に沿って複数列に配置された接点を有している。各列の接点は、０．１ｍｍ以下、ある場合には、０．０７ｍｍ以下の中心間距離で互いに離隔して配置される。これらの距離は、半導体製造の分野における発展にともなって減少することが期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
チップの各接点は、支持基板または回路パネルの回路のような外部回路に接続しなければならない。かかる相互接続を形成する際には、多くの場合、リードまたは個別ワイヤの予め組み立てられたアレイが使用される。このように接近して離隔配置される接点の場合、チップの接点に接続されるリードは、多くの場合０．０３５ｍｍ未満の幅の極めて微細な構造にしなければならない。かかる微細構造は、損傷と変形を受けやすい欠点がある。接近して離隔配置される接点においては、リードが正規の位置からわずかでもずれると、リードと接点との不整合が生ずる。かくして、リードがチップまたは基板の適正な接点との整合からはずれる場合があり、あるいは隣接する接点と誤って整合されることがある。いずれの場合にも、チップ集成体は欠陥を有するものとなる。このようなエラーが生ずると、良好な装置の収率が著しく低下するとともに、不良品が製品の流れに入り込むことになる。かかる問題は、接点間隔が比較的細かくかつ隣接する接点間の距離が小さいチップの場合に重大なものとなる。
【０００４】
高密度の接点およびリードに対応するとともに、これらの製造操作に関連する構成素子が著しく微細である構造に対応するように構成された技術処理、工具などの開発に向けて種々の手段がとられている。例えば、１９９２年７月２４日付で出願され、本譲受人に譲渡された米国特許出願第９１９，７７２号には、ギャップを有する接続素子に、かかるギャップを介して延びる細長い接続部を有する１つ以上のリードを場合によって配設することにより、上記した問題に極めて上首尾に対処する半導体接続素子および方法が提供されている。本明細書においては、上記出願を引用してその説明に代える。接続素子は、チップその他の部品に配置され、リードの接続部がチップの接点の上方を延びるように接続される。接合操作の際には、かかる接続部は、接続素子に対して変位され、接点と係合される。かかる新規な方法のある好ましい実施例においては、接続部は列において互いに略平行に配置され、かつ、半導体チップの対応する接点と整合される。この装置によれば、結合工具を各接続部に順次係合させて結合させることができる。しかしながら、チップの接点の中心間の距離、従って、隣接するリード接続部間の中心間距離は減少するので、この装置は制限を受ける。中心間の距離が著しく小さいと、この装置は、結合操作の際に工具のシャンクを収容するのに十分なスペースを提供することができない。工具は接続部を下方へ動かして対応する接点と係合させるので、工具のシャンクは、この列にある隣接する次のまだ結合されていない接続部を妨害する可能性がある。以下において更に説明するように、かかる妨害は、リードの不整合を補償しようとする場合にあるいは工具のシャンクの形状により、引き起こされあるいは悪化されることになる。かくして、かかる欠点を軽減するとともに、中心間の距離が一層小さい場合でも上記したような方法を実施することができる方法および接続素子がかなり必要となっている。
【０００５】
多くの場合、リードは、第１の端部が接続素子に固着され、第２の端部がリードの破砕性部分により本体に着脱自在に接続された接続部を有している。破砕性部分は、工具の下方への移動の際に破壊する。本譲受人に譲渡された同時係属の、米国特許出願第０９６，６９３号（本明細書においては、この出願を引用してその説明に代える）に更に説明されているように、リードの接続部を結合する場合に使用される工具は、リード接続部の長手方向に移動する。この長手方向の移動は、通常は、リードの破砕性部分から離隔し、固定された第１の端部へ向けて、即ち、接続素子の本体に取着された状態にある端部へ向けて行われる。このような動きがあると、リードは、結合前に多くの場合Ｓ字状に曲げられる傾向がある。従って、工具の下方向への動きにより誘起されるリードの応力が有効に解除される。
【０００６】
かかる長手方向の動きの際には、工具と係合したリードの結合領域は、工具とともに動くべきである。リードが工具に対してスリップして工具がリードとともに長手方向に動くことができる場合には、Ｓ字形状は得ることができない。かくして、結合操作のこの観点における改良も所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の観点によれば、列をなして配置された複数の接点を有する半導体チップその他の超小形電子集成体の一部を、前記列に並行して配置された接続部を有する複数のリードを備えた接続構成素子に接続する方法が提供されている。この方法は、接続構成素子を半導体チップ集成体と並設する工程と、接続部を対応する接点に接続する工程とを備えている。接続部を並列配置する工程においては、接続部の列は、この列と整合する接点の列の上方に配置されるので、各接続部は、前記列に沿った第１の方向に対応する接点から偏位される（offset）。接続工程においては、接続部および対応する接点は、第１の方向の列に沿って順次接続部に接続サイクルを実施することにより接続される。各接続部に対する各接続サイクルは、１つ以上の接続部を工具と係合させ、係合された接続部と工具とを下方へかつ第１の方向と反対の第２の方向に動かして対応する接点と係合させる工程を備え、これにより、各接続サイクルの際に、工具および係合された接続部は、隣接する未接続の接続部から離れて動く。工具は次の未接続の接続部から離れて動くので、工具のシャンクに対するクリアランスを大きくすることができる。
【０００８】
本発明の方法はまた、リードの接続部と接点との間の基準的な（nominal）位置関係からのずれの量と方向を測定即ち決定する工程を有している。かかる測定は、機械／視覚系（machine-vision system）により、個々の接続ごとにあるいはより一般的には接続部の列全体に対して、接続構成素子本体の校正マーク（fiducial mark）とチップその他の超小形電子構成素子の校正マークとの間の基準位置関係からのずれを自動化視覚系を使用して測定するなどして行うことができる。本方法はまた、かかるずれを補償するように第２の方向への工具の移動の量を変える工程を備えることができる。かかるずれは、基準位置からのずれが最大であっても、第２の方向への工具の動きの量を零まで減少させないことが最も好ましい。即ち、第１の方向への接点からのリード接続部の基準偏位は、第２の方向の基準位置からの最大ずれよりも大きくすべきである。かくして、ずれを補償した後でも、工具は常に、次の未結合のリードから離れて第２の方向に動くことになる。これに対して、基準偏位のない基準位置からのずれを補償しようとするときには、次の未結合のリードへ向けての第１の方向の工具の動きを必要とする場合があり、かくして、工具と未結合リードとの間に干渉を引き起こす傾向が生ずる。
【０００９】
好ましくは、接続部は、上面および底面を有する本体と、上面と底面との間で接続構成素子の本体を介して延びるギャップ即ち窓とを有している。各リードは、ギャップを介して延びる接続部を有することができるとともに、ギャップの両側で接続構成素子本体に固着される第１と第２の端部とを有することができる。各接続部の第２の端部は、該第２の端部がリードに加えられる力に応答して本体に対して実質上下方へ変位することができるように本体に取着されるのが望ましい。かかる構成においては、各リードの接続部は、移動工程の前は、接続構成素子により両端が支持される。各リードの接続部は、対応する接点と係合するように、接続工程において下方へ曲げられる。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、チップのような超小形電子集成体の一部を複数のリードを含む接続構成素子に接続する別の方法が提供されている。本発明のこの観点に係る方法において使用される接続構成素子は、細長い接続部をそれぞれ有する複数のリードを含むのが望ましい。各接続部は、リードから外方へ延び、かつ、結合工具と係合して接続リードに沿った工具の長手方向の動きを停止するようになっている停止部を形成する少なくとも１つの突起を有する。突起は、接続リードの外縁から、あるいは上面から外方へ延びることができる。
【００１１】
あるいは、結合工具と係合するようになっている停止部を画成するようにリードの両外縁から外方へ対称的に延びる１対の突起を配設することができる。各突起は、多くの場合は、少なくとも、工具に対面する係合縁と後縁とにより形成される。係合縁は一般的には、約９０゜の角度をなしてリードの外縁に配置され、一方、後縁は一般的には、１２０゜乃至１５０゜の角度で外縁に介在配置される。
【００１２】
多くの場合、接続工程においては、各接続部には結合工具が係合し、接続部は接続部の少なくとも一部が接続部の本体に対して変位するように動かされる。本発明のこの観点に係る好ましい方法においては、工具の動きは、リード接続部の長手方向の動きを含む。各接続部の突起にはこの動きの際に工具が係合するので、接続部の係合領域は工具とともに長手方向に動く。接続部の第１の端部は多くの場合、接続構成素子の本体に取着保持され、工具は接続部がＳ字カーブに変形するように第１の端部へ向けて長手方向に動かされる。かかる動作においては、突起は接続部に対する工具の長手方向の滑りを阻止する。工具のこの動きにより更に、接続構成素子の本体に対する各接続部の第２の端部を変位させるのが好ましい。多くの場合、各接続部の第２の端部は、接続部を構成素子内において実質上下方へ付勢することにより各接続部の第２の端部を接続構成素子から分離するように各リードの破砕（frangible）部をこわすことによるなどして、略下方への変位の際に接続構成素子本体から取り外される。
【００１３】
本発明の更に別の観点によれば、リードを含む接続構成素子が提供されている。各リードは、本体から外方へ延びる少なくとも１つの突起を有するのが好ましい。突起は、接続リード上面または外縁から外方へ延ばすことができる。本発明の更に別の観点によれば、各接続リードには、両外縁部から外方へ延びる１対の突起が設けられる。好ましくは、各突起は少なくとも係合縁と後縁とから形成され、係合縁は約９０゜の角度でリードの外縁に配置され、後縁は１００゜乃至１５０゜の角度で外縁に介在配置される。
【００１４】
各リードは、第２の端部に隣接して配置される破砕性素子を含むことができる。各破砕性素子は、１つのノッチ、即ち、リードの外縁から略内方へ延びて、外縁間の幅よりも実質上小さい幅を有する首部を画成するノッチを含むことができる。
【００１５】
本発明の別の観点によれば、本体と細長いリードとを備え、各リードは本体に配置されたアンカー部と、本体の縁部を介してアンカー部から延びる接続部とを有する接続構成素子が提供されている。例えば、各接続部は、本体の外縁を介してかつ本体から離れて延びるように形成することができる。あるいは、各接続部は本体の縁部を介して延びて上記したようにギャップまたは窓を画成することができる。各リードは、縁部の近傍を長手方向に延びるテーパ部を有することにより、縁部と交差する曲げにおけるリードの慣性モーメントは縁部から離れて長手方向へ徐々に小さくなる。使用の際には、各接続部の結合領域は下方へ変位され、好ましくは上記したように他の方向にも変位される。テーパ部により、リードは縁部でよじれるのではなく滑らかなカーブを描いて曲がる。これにより、リードは疲労および熱サイクルに対して耐性を発揮することができる。
【００１６】
本発明の他の利点と特徴を実施例に関して説明するが、実施例は本発明を説明するためのもので、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の特定の実施例を図面に関して説明するが、下記の実施例は単なる例示であって、本発明の原理の適用を示す数多くの可能な特定の実施例の幾つかを単に示すものに過ぎない。従って、当業者に自明の種々の変更と修正が、請求の範囲に記載の本発明の精神、範囲および目的に包含されるものである。
【００１８】
本明細書において使用されている「上方」（”upwardly”）および「下方」（”downwardly”）並びに「上」（”top”）および「底」（”bottom”）なる語は、集成体に対する方向だけを示すものであり、基準となる重力の枠について云うものではない。
【００１９】
本発明の一の実施例に係る集成体１０が、図１および２に明瞭に示されており、半導体チップ１２と接続構成素子２０とを備えている。従来の半導体チップ１２は、上面１４および底面１６を有するとともに、多くの場合チップの外周部に隣接して配置される中実体として一般には形成される少なくとも１列の電気接点即ち接続パッド１８を有している。チップはまた、上面に複数の校正マーク１０４を有しており、マークは接点１８に対して所定の場所に配置されている。
【００２０】
ポリイミドのような誘電材料のフレキシブルな薄膜から形成される上部誘電層２２と、エラストマまたはゲルのような比較的軟質の従順な材料あるいは液体材料を含む複合構造体から形成される底部層２４とを有する接続構成素子２０が形成されている。上部および底部層は、接続構成素子の本体即ち支持構造体を構成する。支持構造体は、双方の層を介して延びるとともに支持構造体を中央部２８と外側部２７とに分離する少なくとも１つの細長い窓即ちギャップ２６を有している。図１においては一つだけが図示されている導電性の端子３１が、支持構造体の中央部に配置されている。各端子は、導電性金属接続リード３０に接続されている。各リードには、ギャップを介して延びる細長いストリップ上の接続部３２が設けられている。接続部は、ギャップ２６を介して並行して延びている。接続構成素子は、リードに対して所定の位置に配置された校正マーク１０２を本体に有している。
【００２１】
各リードの接続部は、中央部２８に取着される第１の端部即ち基端部３４と、支持構造体の外側部２７に解放自在に連結される第２の端部即ち先端部３６とを有している。接続部の第２の端部３６は、破砕性素子即ち破砕部３８により支持構造体の外側部２７に取着されている。各破砕部は、接続部の第２の端部を外側部に接続している。リードは、典型的には、金、銅または金と銅の双方を含む複合材料のような１つ以上の展性のある金属から形成される。図１−４に明瞭に示すように、各リードの各破砕部即ち破砕性素子は、リードの外縁４０および４２から略内方に延びてネックを画成する１対のノッチ３７および３９により形成されている。かかるネックは、外縁間の接続リードの幅よりも実質上小さい幅を有している。各ノッチに面により画定される夾角は、望ましくは約１２０乃至約１５０度、より好ましくは約１３５乃至約１５０度である。更に、ノッチのサイズは、破砕部の幅が結合領域のリード自体の幅の約０．５倍となるように調整される。
【００２２】
各接続リードには結合領域２９が配設されており、この結合領域は接続部の第２の端部と破砕部に隣接して配置されている。少なくとも１つの突起が各接続リードの本体から外方へ延びて、停止部４６を形成している。以下において説明するように、これらの停止部は結合工具と係合し、リードに対する工具の長手方向の動きを制限しおよび／または停止させるようになっている。図１−４の実施例においては、各接続リードの停止部４６は細長い接続部の両外縁から外方へかつ対称に延びる１対の突起４７および４８を有している。各突起は少なくとも、外側部２７の方向を向く係合壁５２と、中央部２８の方向を向く後壁５４とにより形成されている。図８に示すように、突起４７および４８の係合壁はリードの外縁に対して約９０゜の角度αで配置され、一方、後壁は１２０゜乃至１５０゜の角度βで外縁に対して介在配置されている。
【００２３】
本発明の一の実施例に係る方法においては、半導体チップが先づ、基板即ち平坦な支持面２５に配置される。次に、接続構成素子２９をチップ１２の上に配置し（図１参照）、接続構成素子の底部層２４をチップの上面１４と対面させる。接続構成素子は、該構成素子のギャップ２６がチップの接点１８の列と整合されるようにチップと並列して配置される。かくして、ギャップ２６の長手方向の軸線は、接点即ち接続パッド１８の列の長手方向の軸線と整合し、即ち、該軸線と略平行に延びる。各リードの接続部は、接点の列の長手方向の軸線と交差して延びるギャップ２６を介して位置決めされる。この並列配置工程は、ＴＡＢ（テープ自動化結合）テープに対して半導体チップを配置するのに広く使用されるタイプの従来の位置決め素子を使用して行うことができる。位置決め装置は、１つ以上のビデオカメラ１０８と、コンピュータ装置１１０と、サーボ機構１１２とを有している。並列配置工程の際には、ビデオカメラとコンピュータ装置が接続構成素子の本体とチップの基準マーク１０２および１０４の位置を検出する。カメラ１０８と装置１１０はまた、接続構成素子の相対的な位置を調整して、接続構成素子とチップとの所望の整合を達成するようにサーボ機構に指令を出すことができる。しかしながら、かかる補正によっても、接続構成素子の本体の全ての部分をチップの連係部と整合させることは通常は不可能である。
【００２４】
図１および４に明瞭に示すように、集成体が並列配置状態にあるときには、各リードの接続部は、チップの上面１４のかかる接続部の垂直方向の突起３５が図１、２および４においてベクトルＦにより示される第１の方向へ対応する接点から偏位するように、対応する接点を基準に配置される。これは、接続リード３０および連係する接点１８に関して３次元で示す図１に明示されている。並列配置状態にある部材の２次元平面図である図４においては、このような各偏位は、接続部自体の中心線と対応する接点の中心線との間の空間として現れている。第１の方向Ｆの偏位は、接続部の列に沿った方向、即ち、各接続部の長手方向と交差する方向にある。かくして、接続部の第１の接続リードと係合させるように工具５０を配置する前に、半導体チップの各接点１８の中心線と対応する接続部３２の中心線との間に第１の方向Ａの所定の距離が存在している。所定の偏位即ち空間Ａの基準値は、結合処理において使用される工具５０のシャンク即ち上部の外周の寸法を含めた検討に従って選定され、特にこの基準値は上部の幅によって選定される。かくして、工具の上部の幅が大きい場合には、偏位即ち空間を大きくすべきである。更に、偏位Ａは、構成素子におけるトレランスおよび配置工程におけるトレランスにより導入することができる基準値からの最大のずれと少なくとも同じにすべきであり、好ましくはかかるずれよりも大きくすべきである。
【００２５】
かかる点に関して、表ＩおよびＩＩは、図５に示す本発明の方法における接続リードまたはその接続部３２、接点１８および結合工具６０の好ましい寸法を示す。図５において、リード接続部３２ａは、その基準位置が実線で示され、基準位置からずれた位置が破線で示されている。位置３２ａ’は、偏位Ａの基準量からの負のずれ（「−ｔｏｌ」）を示し、位置３２ａ”は正のずれ（「＋ｔｏｌ」）即ち基準よりも大きい偏位を示す。表ＩＩに示すように、基準偏位Ａは、大きさが基準偏位からの最大の負のずれ（−ｔｏｌ）に等しいので、実際の偏位は零よりも小さくなることはない。即ち、実際の偏位は常に零以上であり、リードの接続部は常に、接点パッドから第１の方向へ変位し、即ち、最大トレランス状態にはほとんどならず、接続部は接点パッドと整合させることができる。第１の方向とは反対の第２の方向Ｓの負の実際の偏位は、トレランスのない（in-tolerance）集成体においては生じない。この場合、本明細書で云う偏位の基準値は、使用される表示の如何に拘わらず、数多くの単位に亘って本方法において得られる平均偏位である。幾つかの寸法系においては、基準偏位と実際の偏位の範囲とは、例えば、「０、＋５０ミクロン、−０」のような、明確な基準偏位を持たない非対称のトレランスとして示すことができる。しかしながら、かかる非対称のトレランスは、最大のずれと少なくとも等しい非ゼロの基準値を含むことは明らかである。
【００２６】
自動視覚系により、種々のリードの実際の偏位が測定される。接続構成素子がチップに対して組み立てられると、視覚系のコンピュータ１１０が、チップの校正マーク１０２に対する接続構成素子の校正マーク１０４の実際の位置に基づいて各列のリードの偏位値を算出する。一組の校正マークが１つの列の接点およびリードに隣接して配置される場合には、この組の接続構成素子のマークの基準となる相対的位置からのずれが、この列の全てのリードに関する基準となる相対的な位置からのずれとして捉えることができる。かくして、接続構成素子のマーク１０４が、チップの連係するマーク１０２に対するその基準位置から第１の方向Ｆへ３ミクロン変位する場合には、系は、各接続部も同様にその基準位置から同じ方向３ミクロンずれ、従って、全ての接続部の実際の変位は基準よりも３ミクロン大きくなるとの推定を行う。他の校正マーク対に隣接するリードの他の列は、異なるずれを有することができる。
【００２７】
チップの接点に対する接続部の長手方向の位置決めは、臨界性が実質上少ない。接続部が細長いという特性を考えれば、各接続部は、接続部の長さの約半分以下のかなりの量だけ、その基準位置から変位することができるが、対応する接点と係合する接続部の部分を適宜の位置に残す。
【００２８】
接続構成素子２０と半導体チップ１２が上記のように、かつ、図１および４に示すように並列配置されると、工具は１つのリードの接続部の結合領域と係合を行うように略下方へ動く。
【００２９】
工具は、１９９３年７月２３日付で出願され、本譲受人に同じく譲渡された同時係属の米国特許出願第０９６，７００号に記載のような半導体インナリード結合工具とすることができる。本明細書においては、この出願を引用してその説明に代える。
【００３０】
工具６０（図１参照）には、下端６４と上端６６との間を延びる本体６２が配設されている。溝６８が下端６４に形成され、本体内を内方へ延びている。この溝は、結合されるべき接続部３２を収容するとともに、該接続部と係合するようになっている。前記７００’出願に記載のように、工具はまた、他のリードに関して使用することができるように、溝６８と交差して延びる溝６９を有することができる。工具のシャンク即ち上部７２が、本体６２の上部から上方へ延びている。シャンクは多くの場合、本体６２から離隔した上端に接続部と肩部７４とを有する。かかる構成は、工具を結合装置（図示せず）の作動位置に保持することができるように結合装置の工具ホルダと連係するようになっているので、装置が発生する力とエネルギを以下において説明するように工具を介して案内することができる。
【００３１】
工具７２のシャンク即ち上部がピラミッド状の形状をなしていることが、図１に示されている。シャンクは、本体６２との接合部に位置する下部から肩部７４に近接して配置された上端へかけて実質上広幅となるように形成されているので、シャンクの上部の外径寸法は下部と比べて実質上大きくなっている。シャンク６２は多くの場合、底端部の長さが０．３−０．４ｍｍ（約８−１０ミル）で、直線部の断面が均一の寸法を有している。直線部の断面の上方の隣の部分の断面においては、溝６８と垂直方向に整合する中央線から面７３へかけての第１の方向Ｆのシャンクの深さ寸法Ｚは、シャンクの上端へ向けて増加する。このテーパが付された形状により、シャンクには結合操作のための十分な強度が提供される。しかしながら、かかる形状のシャンクは、工具が以下に説明するように下方へ動くときに特に、余分なスペースが必要となる。
【００３２】
図１においては、シャンク７２は工具の垂直方向の軸線Ｂ−Ｂから両方向へ傾斜するように図示されているが、この垂直軸線と略平行に配置された１つ以上の辺を有するシャンクを備えた工具は本発明の範囲に含まれるものである。かくして、工具は、第１の方向Ｆ（列の未結合のリードの方向）を向く垂直な辺を有することができるとともに、他の方向を向く傾斜した辺を有することができる。かかるシャンクを有する工具の精確な形状は、特定の結合装置の構成および結合されるべき素子の特性とともに変わる。
【００３３】
結合操作においては、工具６０は、下方向（図１におけるベクトルＶの方向とは逆の方向）に動き、リードの接続部と係合して下方に付勢する。
【００３４】
工具６０のこの下方への動きにより生ずる力は、接続部の結合領域３９に印加される。工具が更に下方へ動くと、破砕性素子３８が破壊し、接続部の第２の端部３６を支持構造体の外側部２７との接続から解除する。しかしながら、第１の端部３４は依然として支持構造体の中央部に接続している。この状態では、工具５０の垂直方向の動きにより、接続リードの結合領域３９はチップの上面１４へ向けて略下方へ動くようになる。同時に、工具６０はまた、接続部の第１の端部３４へ向けてリードの長手方向へ略水平に動かされる。同じく、工具とリードの係合部は、対応する接続接点即ちパッド１８の方向に横へ動く。図１においては、工具の動きの水平長手方向の成分はベクトルＨにより示されており、一方、この動きの横方向の成分はベクトルＶで示されている。動きの横方向の成分は、列に沿った、即ち、第１の方向即ち偏位方向Ｆとは反対の第２の方向Ｓにある。
【００３５】
各リードに関する工具の動きの横方向の成分は、視覚系により予め算出されるように、対応する接点からのリードの実際の偏位と大きさが等しい。かくして、工具の横方向の動きは、接続部を対応する接点パッド１８の方向へ変位させるのに十分である。即ち、工具と係合部は、（ベクトルＦで示される）第１の方向即ち偏位方向とは反対の（ベクトルＳで示される）第２の水平方向へ動く。
【００３６】
図２に明瞭に示すように、この横方向の動きの成分により、工具と未結合のリードとの間に干渉を引き起こすことなく、不整合が補償される。工具６０が当初リード接続部３２ａと係合すると、工具とリードは、隣接する次の未結合の接続部３２ｂから離れて第２の方向へ動く。この動きの基準の大きさは、基準偏位Ａである。基準偏位（＋／−ｔｏｌ）からのずれにより、系は第２の方向の大きさを増減するが、工具の反対の第１の方向の動きを引き起こすことはない。これに対して、系が工具の横方向の動きを提供して、基準偏位はない（Ａ＝０）が、基準位置からのずれを補償するように構成されている場合には、基準位置からのリードの負の（第２の方向の）ずれが生ずるには、工具が隣接する次の未結合の接続部へ向けて第１の方向に動くことが必要となる。かかる構成は、隣接するリード間の間隔を大きくすることが必要となる。
【００３７】
第２の方向の動きがあると、シャンクにクリアランスを設け易くなる。工具６０は当初はリードの接続部と係合するので、その幅広の肩部７４は、実線で示すように、まだ接続されていない接続部３０ａ、３０ｂおよび３０ｃの面の上方に配置される。しかしながら、工具は下方向への動きを継続し、係合した接続部をチップの接点へ導くので、シャンクは未結合の接続部３０ｂ、３０ｃなどへ向けて下降する。第２の方向Ｓへの横方向の動きにより、工具従ってシャンク７２は隣接する次の未結合の接続部３０ｂから離れて動くとともに、工具は対応するチップの接点１８ａと整合するようになる。かくして、工具とシャンクは破線７２’で示す位置まで動き、シャンクを接続部から離隔した状態とする。一方、横方向の動きなしに操作を行おうとする場合には、工具とシャンクは７２”で示すような位置まで動き、ここで、シャンクは次の接続部３０ｂを妨害することになる。
【００３８】
垂直方向と横方向の動きの際には、工具はまた、第１の端部３４へ向けてリードの長手方向のベクトルＨの向きへ水平に動く。接続部と工具との摩擦および機械係合が弱いと、工具は当初接続部に沿って長手方向へ摺動する可能性がある。しかしながら、工具６０が結合領域に接近すると、接続リードに沿った更なる摺動は停止部４６により阻止される。突起４７および４８の外周は結合工具の溝よりも実質上幅広であるので、突起は工具が接続部に沿って摺動するのを阻止するとともに、工具のリードに対するブロック動作を阻止する。従って、この動きの水平な長手方向の成分の次の部分において、工具と接続部は１つのユニットとして結合する。
【００３９】
動きの長手方向の成分は、破砕性素子の破壊と下方向の動きとにより引き起こされる、接続部の第１の端部と結合領域との間の距離の増加を妨げるのに十分なものとすべきである。水平な動きは、リードの接続部を略Ｓ字形状に曲げるのに十分なものである。曲がった状態にあるリードに沿った、接続部の第１の端部と結合領域との間の距離は、第１の端部を結合領域に接続する直線の長さよりも大きい。即ち、リードは結合処理の際にはテンションを受けていない。動きの水平成分により、リードは略Ｓ字形状を形成、即ち、略Ｓ字形に変形する傾向があり、第１の端部３４および結合領域３９に隣接する部分はほぼ水平であり、間に挟まれる部分は湾曲する。接続部の余分な長さの部分により生ずるＳ字状の曲がりにより、接続構成素子の端子領域とチップの接点との接続の信頼性を高めることができる。Ｓ字状の曲がりは、結合処理の際に工具５０を接続部に適用すると形成されるので、本発明の方法のこの工程の信頼性は、リードと結合工具との係合の質による。リードの側部から外方へ延びる突起を有する停止部により、この係合の質は高まり、リード形成処理の質を高めることができる。リードと結合工具との係合の信頼性が一層高まることにより、停止部は、工具がリードを処理する能力を高めることができるとともに、水平運動とＳ字形成機能の効率を高めることができる。
【００４０】
結合装置は、リードを接点に結合するのに熱および／または超音波振動が利用される。１つの接続リードと対応する接点との信頼性のある結合を形成すると、結合工具５０は、略上方に退却し、溝の軸線の方向即ち接点列の方向に沿って動かされる。次に、結合工具５０は、連係する接点から偏位した当初の位置にある次の未形成かつ未結合のリードと係合される。この動きにおいては、既に結合されたリードと現在使用されているリードおよびパッドとの間に形成される開放スペースにより、工具およびその幅広の上部が少なくとも垂直および横方向へ容易に動くことができる。工具および現在結合されているリードは、既に結合されたリードに損傷を与えることなく、あるいは隣接する次の未結合のリードと接触することなく処理することができる。このようにして、接続サイクルは、第一の方向Ｆの列に沿って連続するリードに対して繰り返される。製造操作は連続サイクルで継続するので、開放スペースは結合が形成されるにつれて結合の列を下方に伝播し、外観がジッパー状の素子に近似したものとなる。
【００４１】
接続部の異なるタイプの破砕部が図６に示されている。結合操作の前は、破砕部３８は接続部の第２の端部３６を第２端部取着部３１に接続している。図６に示す各破砕部は、第２の端部取着部３１および接続部の第２の端部３６よりも横断面積が小さい首部（３３、３３’または３３”）を有している。図６に示す各首部は、第２端部取着部３６、３６’３６”を接続部の第２の端部３１、３１’、３１”と接続している。図示されている初期の未変形の状態では、各首部３３、３３’および３３”は、接続部から第２端部止着部へベクトルＳで示される方向に傾斜している。かかる非対称の首部により、結合操作の際に接続部が第２の方向Ｓへ容易に動くことができる。本発明は、いかなる動作理論によっても制限を受けるものではないが、首部により加えられる力が接続部を側方へ引っ張るので、結合工具は横方向の動きを容易に付与することができるものと考えられる。図６の各破砕部は、接続部内を外縁から中央部へ向けて内方に延びる２つのノッチにより形成されている。各ノッチは頂点を有している。図６の実施例Ａでは、細長い首部３３は、所定の角度で互いに対して配置されている２つの側部３３（ａ）および３３（ｂ）により画成されている。実施例Ｂの首部３３’は均一な厚さを有し、互いに略平行をなす２つの側部により画成されている。エッチングを容易にするために、実施例ＡおよびＢの頂点４１および４１’はそれぞれ、互いに長手方向に離隔して配置されている。実施例Ｃの比較的短い首部３３”は、頂点４１”が互いに近接して配置されるように形成されている。
【００４２】
図１１には、互いに干渉することなくインターフェースすることができる停止部の入れ子式の突起を有するリードを備えた、本発明の実施例が示されている。突起を入れ子式とすることにより、隣接するリードの停止部が互いに影響し合うことなく、接続構成素子の接続リードを一層密に詰め込むことができる。
【００４３】
結合リードの突起は、長くかつ広幅である必要はない。図１２に示すように、かかる突起はスパー（spur）状形状物の形態に形成することができる。狭くてとがった突起を互いに近接して配置し、隣接するストリップが互いに極く近接して配置されるようにすることができる。隣接する突起は、最も接近したポイントで狭くすべきであり、これにより、リードを互いに接続するめっきブリッジに欠陥がある場合には、ブリッジ接続は、結合の際に力が印加されたときに破砕して自由になる。
【００４４】
本発明の停止部は、接続部から外方へ延びる１つの突起をもって有効に動作することができる。これらの実施例が図９および１０に示されている。図９においては、１つの突起４９が第１の水平な方向に延びている。図１０においては、停止部４６の突起４５は、接続部の上部から略上方へ延びている。図９の実施例においては、突起４９は、接続部の１つの外縁に隣接して形成されている。いずれの場合にも、リードに沿った工具の長手方向の摺動運動は、工具の溝と突起４５および４９との係合があると、有効に停止させることができる。
【００４５】
ベクトルＳで示される第２の水平方向のこの動きにおいては、工具６０は当初は、結合されるべきリードの接続部に対応する接点から最も離れた側から接近する。結合操作の際に工具と接続部との係合を容易にするために、図６に示す接続部には停止部が配設され、各停止部は工具とリードの動きとは逆の方向に延びる１つの突起４９を有している。かかる場合には、工具の溝は、接続部と接触すると突起４９に係合する。
【００４６】
図１３に示すように、別の実施例に係る構成素子は、接続構成素子の本体のギャップ即ち窓開口２０２を介して延びる細長いストリップ状金属リード２００を有している。上記したように、各リードはスロット２０２を介して延びる接続部２０４を有しており、接続部は開口の一方の側で本体に取着された第１の端部２０６と、結合領域２１０と、他方の側で取着された第２の端部とを有している。各第２の端部２０８は、上記したように破砕部２１２により本体に接続されている。突起２１４が結合領域２１０に隣接する接続部から突出し、工具の動きを拘束する。
【００４７】
図１３の構成においては、各リードは、接続部の固定端部即ち第１の端部２０６に隣接するテーパ部２１６を有している。テーパ部は、接続部の第１の端部においてギャップ即ち窓２０２を画成する本体の縁部２１８に隣接して配置されている。テーパ部の幅従って横断面積は、縁部２１８および接続部の第１の端部２０６から離れて接続部の第２の端部２０８へ向けて徐々に減少する。更に、（縁部２１８と平行な）接続部と交差する水平の中立軸線を中心とする曲げの際のテーパ部の慣性モーメントは、同じ方向に減少する。好ましくは、テーパ部の形状は、結合領域２１０において印加される垂直方向の力に対する曲げにおいて均一な強度のビームに近似するように選定される。即ち、長手方向の距離に対する慣性モーメントの変化の割合は、所定の垂直方向の力が結合領域２１０に印加される場合に、曲げにおける最大の応力がビームの長手方向に沿った任意の位置においてほぼ同じになるように選定することができる。好ましくは、結合領域における垂直な力により誘起される曲げモーメントに対するテーパ部の慣性モーメントの割合は均一となる。
【００４８】
テーパ部は、本体の縁部２１８にオーバーラップさせることができる。好ましくは、テーパ部は接続部２０４の隣接部と、リードの固定端部即ち第１の端部２０６とに滑らかに合流している。図１３に示す構成素子は、上記したのと同じ態様で使用される。この場合にも、各リードは接続部の第２の端部を本体から取り外すように破砕部２１２において破壊される。結合領域は下方に動かされ、望ましくは、第１の端部２０６へ向けて長手方向にかつ上記した理由により横向き水平方向に水平に動かされる。この動きにより、リードは下方へ曲げられ、略Ｓ字形状に形成される。テーパ部２１６により、第１の端部２０６に隣接しかつ接続構成素子本体に隣接して、リードにおける徐々に湾曲する曲げ部の形成が促進される。即ち、テーパ部により、この場所におけるリードのよじれの防止が促進される。更に、完成品の使用の際には、テーパ部およびテーパ部の結果として形成される漸次湾曲部により、リードの曲げの繰り返しにより生ずる疲労応力に対する耐性を発揮することができる。
【００４９】
図１３に示す構成においては、リードは結合操作の前は略平面をなし、テーパ部２１６は、かかる面において互いに向けて、即ち、矢印ＦとＳにより示される方向に傾斜する１対の対向する壁により画成されている。他の形状も使用することができる。例えば、テーパ部２１６を画成する直壁を、徐々に湾曲する壁により置き換えてリードを第２の端部２０８へ向かう方向に徐々に狭めることができる。更に、リードは図示の面において均一な幅を有することができるが、厚さは、同じ領域において図１３に示すように図面と直交する垂直方向に徐々に小さくすることができる。厚さを徐々に小さくすると同時に、幅を徐々に小さくすることができる。これらの変形例はいずれも、テーパ領域２１６において第１の端部２０６から離れる方向へ徐々に小さくなる水平の中間面を中心とする慣性モーメントを有するリードを提供するのに使用することができる。
【００５０】
上記した特徴を有する数多くの変形および組み合わせを、本発明から逸脱することなく利用することができる。各リードには、図示のような２つのノッチによるのではなく、一方の側から内方へ延びる１つのノッチにより画成される破砕部を設けることができる。あるいは、破砕部は、リードの上面または底面にあるいは上面と底面の双方に溝を有することができる。あるいはまたは更に、破砕部はリードの他の部分とは異なる組成または硬度を有することができる。
【００５１】
リードは、破砕部を有する必要は全くない。かくして、各リードの接続部の第２の端部は、該第２の端部が結合操作まで支持され、次いで工具が接続部を下方へ偏位させたときに取り外されるように、接続構成素子の本体に解放自在に取着することができる。
【００５２】
更に、本発明は、接続構成素子とともに適用することができ、接続構成素子の第２の端部は結合操作の前は接続構成素子によっては支持されない。従来のＴＡＢテープのような構成素子は多くの場合、結合窓の縁部において平行に列をなして配置されるリード列を有している。各リードは第１の端部においてのみ構成素子の本体に取着され、第２の端部はリード自体によってのみ支持されている。各リードは、自立する片持ち梁を形成している。本発明は、かかるタイプの構成素子に適用することができる。
【００５３】
更にまた、リードの列は、チップおよび接続構成素子の周辺に隣接して配置する必要はない。結合されるべきチップその他の構成素子の接点の位置に整合リードのあらゆる位置を使用することができる。チップその他の構成素子がその接点担持面の中心に隣接して１列以上の接点を有する場合には、接続構成素子は構成素子の中心に隣接して対応する列のリードを有する。
【００５４】
上記した実施例においては、リードは１つだけが各サイクルにおいて係合され結合される。しかしながら、本発明は、結合工具が各サイクルにおいて複数のリードと係合する「ギャング結合」（”gang bonding”）に適用することもできる。かかる工具は、複数のリードに係合するように平行する複数のスロットを有するプレート状チップを有することができる。しかしながら、各サイクルにおいては、工具は、次のサイクルにおいて複数の新しいリードと係合するように、一層長い距離に亘って列に沿って変位される。本発明の種々の特徴を省略することができる。例えば、各リードの突起は、リードと結合工具との摩擦係合がＳ字状の曲げを形成するのに十分なものである場合には、省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の方法と装置は、半導体チップのような超小形電子素子を外部回路に、接続工具によりチップおよび回路の部分が妨害されることなく、接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る接続構成素子と半導体チップ集成体との接続を示す概略斜視図。
【図２】本発明の結合方法を示す側面図。
【図３】半導体チップ集成体と接続構成素子との接続を示す平面図。
【図４】初期の並置状態にある半導体チップと接続素子とを示す平面図。
【図５】結合処理の際の本発明の素子間の対応関係を示す概略図。
【図６】接続リードの破砕部の別の実施例を示す概略図。
【図７】破砕部と突起を有する本発明の１対の接続リードを示す平面図。
【図８】突起を有する２つの接続リードの部分平面図。
【図９】外縁から延びる１つの突起を有する接続リードを示す部分平面図。
【図１０】上面から延びる突起を有する接続リードを示す部分平面図。
【図１１】入れ子式の突起を有する１対の接続リードを示す部分概略図。
【図１２】２つの隣接する突起間の領域を拡大して示す概略図。
【図１３】接続部の別の実施例を示す部分平面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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