(57)【要約】      （修正有）【課題】角断面を有するテープの接合の信頼性を向上させることを可能としたテープボンディング方法を提供する。【解決手段】ツールの先端をテープ４に押し当ててテープ４をワーク１０に接合するテープボンディング方法は、ボンディング工程で、網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にてテープ４に押し当てて加振することによりテープ４をワーク１０に接合する。その後、押しつぶし工程で、ボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて凸部をつぶす。あるいは、押しつぶし工程に代わり、第２のボンディング工程で、テープ４の表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて加振することによりテープ４をワーク１０に再接合してもよい。【選択図】図１１
2009088399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、
網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にて前記テープに押し当てて振動を加えることにより前記テープを前記ワークに接合するボンディング工程と、
前記ボンディング工程により前記テープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて前記凸部をつぶす押しつぶし工程と
を備えたことを特徴とするテープボンディング方法。
【請求項２】
ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、
網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にて前記テープに押し当てて振動を加えることにより前記テープを前記ワークに接合する第１のボンディング工程と、
前記第１のボンディング工程により前記テープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて振動を加えることにより前記テープを前記ワークに再接合する第２のボンディング工程と
を備えたことを特徴とするテープボンディング方法。
【請求項３】
ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、
網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にて前記テープに押し当てて振動を加えることにより前記テープを前記ワークに接合する第１のボンディング工程と、
前記第１のボンディング工程により前記テープの表面に形成された凸部に、前記凹溝の中の凸部が整合するように前記ツールの位置をずらし、前記ツールをその先端にて前記凸部に押し当てて振動を加えることにより前記テープを前記ワークに再接合する第２のボンディング工程と
を備えたことを特徴とするテープボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、角断面を有するテープを用いた半導体素子の配線に係り、詳しくは、ツールの先端をテープに押し当ててテープを半導体素子等のワークに接合するテープボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１及び２に記載されたボンディング方法が知られている。特許文献１に記載の方法では、半導体チップの上にパッドが設けられ、そのパッドの上に円形断面を有するリードが配置される。その後、リードとパッドをツールの先端により押圧する。このとき、ツールと接触している面積のほぼ全てのリード部分をパッドに密着させる。その後、ツールに超音波を印加して接合部の酸化膜を除去し、最後に超音波を印加せず押圧力を増加させてリードのパッドに対する接合を完成させている。
【０００３】
ここで、円形断面のリードに代えて、比較的広い接合面積を有する角断面を有するテープ（リボン）をパッドに接合することが考えられる。例えば、下記の特許文献３には、図２２に示すように、半導体素子４１と基板４２との間を電気的に接続する配線として、角断面を有するテープ（帯状導電部材）４３を使用することで、配線一本当たりの断面積を拡大させながら、冷熱負荷による接合面積の劣化曲線の傾きを小さくしたボンディング技術が記載されている。このボンディング技術の場合、テープ４３の広い接合面を均一に基板４２に接合するために、図２３に示すように、網目状の凹溝４４を先端に有するツール４５を使用し、その先端によりテープ４３と基板４２を押圧するようになっている。この場合、ツール４５の先端には、凹溝４４の中に凸部４６があることから、その凸部４６から点接合させて順次面に押し広げるというボンディング方法が採用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１４４５１号公報
【特許文献２】特開２００６−４９４５６号公報
【特許文献３】特開２００７−５４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献３に記載のボンディング技術では、網目状の凹溝４４を先端に有するツール４５を使用し、その先端にてテープ４３と基板４２を押圧した場合、ツール４５をテープ４３から引き離すと、図２４に示すように、テープ４３の表面に、凹溝４４に対応して複数の凸部４３ａが形成され、凸部４３ａの部分でテープ４３の厚みが大きくなる。このため、冷熱により接合部に加わる応力が凸部４３ａの部分で高くなり、接合の信頼性を損ねる懸念があった。また、ツール４５の先端の凹溝４４に対応して、テープ４３と基板４２との接合面にボイド４７が残り、その部分で接合性が悪化するという懸念もあった。
【０００６】
上記問題を避けるためにフラットな先端を有するツールをその先端にてテープに押し当てて振動を加えることによりテープを基板等のワークに接合するボンディング方法が考えられる。しかし、フラットな先端のツールで接合すると、接合面全体にボイドが発生するなどの接合性悪化のおそれがある。また、ボンド厚を薄くするには、現状以上の接合パワーが必要となり、ワークに破損のおそれがあり、変形した素材の逃げ場がなくなり、ボンド外に異物が飛び出すというおそれもある。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、角断面を有するテープの接合の信頼性を向上させることを可能としたテープボンディング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にてテープに押し当てて振動を加えることによりテープをワークに接合するボンディング工程と、ボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて凸部をつぶす押しつぶし工程とを備えたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、ボンディング工程では、網目状の凹溝を先端に有するツールがその先端にてテープに押し当てられて加振されることにより、テープがワークに接合される。このとき、ツールの先端の網目状の凹溝がテープに押し当てられることで、テープの表面に凹溝に整合する凸部が形成される。その後、押しつぶし工程では、ボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールがその先端にて押し当てられて凸部がつぶされる。したがって、凸部がつぶされて厚みが薄くなることで、接合面に加わる応力が緩和される。また、凸部はつぶされるだけで接合はしないので、応力の影響を受けない。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にてテープに押し当てて振動を加えることによりテープをワークに接合する第１のボンディング工程と、第１のボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールをその先端にて押し当てて振動を加えることによりテープをワークに再接合する第２のボンディング工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、第１のボンディング工程では、網目状の凹溝を先端に有するツールがその先端にてテープに押し当てられて加振されることにより、テープがワークに接合される。このとき、ツールの先端の網目状の凹溝がテープに押し当てられることで、テープの表面に凹溝に整合する凸部が形成される。その後、第２のボンディング工程では、第１のボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、フラットな先端を有するツールがその先端にて押し当てられて加振されることにより、テープがワークに再接合される。したがって、凸部は再接合により薄く変形しながらテープと一体化するので、接合面に加わる応力が緩和される。また、第１のボンディング工程で、テープとワークとの間にできたボイドは、第２のボンディング工程により再接合が促進される。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、ツールの先端をテープに押し当ててテープをワークに接合するテープボンディング方法であって、網目状の凹溝を先端に有するツールをその先端にてテープに押し当てて振動を加えることによりテープをワークに接合する第１のボンディング工程と、第１のボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、凹溝の中の凸部が整合するようにツールの位置をずらし、ツールをその先端にて凸部に押し当てて振動を加えることによりテープをワークに再接合する第２のボンディング工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、第１のボンディング工程では、網目状の凹溝を先端に有するツールがその先端にてテープに押し当てられて加振されることにより、テープがワークに接合される。このとき、ツールの先端の網目状の凹溝がテープに押し当てられることで、テープの表面に凹溝に整合する凸部が形成される。その後、第２のボンディング工程では、第１のボンディング工程によりテープの表面に形成された凸部に、凹溝の中の凸部が整合するようにツールの位置がずらされ、ツールがその先端にて凸部に押し当てられて加振されることにより、テープがワークに再接合される。したがって、凸部は再接合により薄く変形しながらテープと一体化するので、接合面に加わる応力が緩和される。また、第１のボンディング工程で、テープとワークとの間にできたボイドは、第２のボンディング工程により再接合が促進される。更に、第１のボンディング工程と第２のボンディング工程とで同じツールが使われる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、角断面を有するテープの接合の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、角断面を有するテープの接合の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、角断面を有するテープの接合の信頼性を向上させることができ、設備を簡略化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明のテープボンディング方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明をパワー半導体モジュールのボンディングに具体化して説明する。
【００１８】
図１に、パワー半導体モジュールのボンディング装置１を概略図により示す。図２に、図１の鎖線円Ｓ１の中を拡大図により示す。図１に示すように、ボンディング装置１は、第１ツール２と、そのツール２を保持する第１ヘッド３と、角断面を有するアルミ製のテープ４を供給するテープ供給装置５とを備える。第１ヘッド３は、リニアスライド機構６を介して機台７に固定されることで前後左右に位置決め自在となっている。第１ヘッド３には、第１ツール２に超音波振動を与える発振子８と、そのツール２を上下に移動させ、テープ４を半導体素子等の基板９のパッド１０に押し当てるための電磁コイル１１等が設けられる。第１ヘッド３には、図２に示すように、第１ツール２を挟むようにして、テープ４のガイド１２及びクランプ１３と、カッター１４とが設けられる。第１ツール２は、その先端の押し当て面２ａがテープ４の表面に対向配置される。図１に示すように、テープ供給装置５には、テープ４がロール１５に巻かれた状態でセットされ、一箇条のボンディングに必要な長さのテープ４が、ロール１５から繰り出されるようになっている。図１において、パワー半導体モジュール１６の上には、半導体素子１７と基板９が設置され、その半導体素子１７と基板９上のパッド１０に対してテープ４が接合されるようになっている。
【００１９】
図３に、第１ツール２、テープ４及びパッド１０の関係を正面図により示す。図４に、同じく第１ツール２、テープ４及びパッド１０の関係を側面図により示す。図５に、第１ツール２の先端部を下面図により示す。図３〜５に示すように、第１ツール２は、その先端に押し当て面２ａを有する。この実施形態では、押し当て面２ａの幅Ａが、テープ４の幅Ｗよりも狭くなっている。第１ツール２はマイナスドライバーに似た形状を有し、その先端の押し当て面２ａは、この実施形態では四角形状となっている。ただし、押し当て面２ａの形状は、四角形状に限定されるものではない。図６に、押し当て面２ａを拡大図により示す。押し当て面２Ａには、網目状の凹溝１８が形成される。凹溝１８の間は凸部１９となっている。
【００２０】
一方、ボンディング装置１の機台７には、第１ヘッド３に隣接して、第２ヘッド（図示略）が設けられる。第２ヘッドの構成は、第１ヘッド３の構成と基本的に同じである。第２ヘッドには、第２ツールが設けられる。図７に、第２ツール２０の先端部を下面図により示す。第２ツール２０の基本形状は、第１ツール２のそれと同じである。ただし、第２ツール２０の先端の押し当て面２０ａは、図７に示すように、網目状の凹部がないフラットとなっている。
【００２１】
この実施形態では、上記したボンディング装置１を使用して次のようにテープボンディング方法を実施する。図８〜図１１に、一連の工程を説明図により示す。ここでは、１つの接合箇所に係る一連の工程を順次説明するものとする。
【００２２】
テープ４を基板９等のパッド１０に接合するには、先ず、図８に示すように、テープ４の一部をパッド９の上に載せた状態で、網目状の凹溝１８を先端の押し当て面２ａに有する第１ツール２をテープ４の上に整合させる。
【００２３】
次に、図９に示すボンディング工程では、第１ツール２をその先端の押し当て面２ａにてテープ４の表面に押し当てて（加圧して）発振子８で超音波振動を加える（以下、「加振する」と言う。）ことによりテープ４をパッド１０に接合する。このとき、テープ４は、第１ツール２の押し当て面２ａの凹溝１８の中の凸部１９にて押される部分から点接合させ、加圧力を強めることで徐々に面に広げて面接合させる。この接合状態では、テープ４とパッド１０との接合面に、ボイド４７が残ることがある。図９において、テープ４とパッド１０との間の太線部分は接合部を示す（以下の図面において同じ。）。
【００２４】
次に、図１０に示すように、第１ツール２をテープ４から引き離す。これにより、テープ４の表面には、ボンディング工程により凸部４ａが形成される。その後、パワー半導体モジュール１６を水平に移動させ、テープ４の接合部分を第２ツール２０の真下に配置する。
【００２５】
そして、図１１に示すように、押しつぶし工程では、ボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部４ａに、第２ツール２０をそのフラットな押し当て面２０ａにより押し当てて（加圧して）テープ４の表面の凸部４ａを押しつぶす。このとき、第２ツール２０はテープ４へ向けて加圧されるが、加振されることはない。これにより、テープ４の凸部４ａが押しつぶされて扁平に変形する。図１２に、図１１の鎖線楕円Ｓ２の中の凸部４ａの状態を拡大図により示す。図１２に実線で示すように、凸部４ａは扁平に押しつぶされる。これにより凸部４ａの部分でもテープ４の厚みは小さくなる。
【００２６】
以上説明したこの実施形態のテープボンディング方法によれば、先ず、ボンディング工程で、網目状の凹溝１８を先端に有する第１ツール２がその先端の押し当て面２ａにてテープ４に押し当てられて加振されることにより、テープ４がパッド１０に接合される。このとき、第１ツール２の先端の網目状の凹溝１８がテープ４に押し当てられることで、テープ４の表面に凹溝１８に整合する凸部４ａが形成される。その後、押しつぶし工程で、ボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部４ａに、先端にフラットな押し当て面２０ａを有する第２ツール２０がその押し当て面２０ａにて押し当てられて凸部４ａが扁平につぶされる。したがって、凸部４ａがつぶされてテープ４の厚みが小さくなることで、テープ４の接合面に加わる応力が緩和される。すなわち、冷熱により接合部に加わる応力が小さくなる。また、凸部４ａは、つぶされるだけで接合はしないので、応力の影響を受けない。この結果、角断面を有するテープ４の接合の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
［第２実施形態］
次に、本発明のテープボンディング方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
なお、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。以下には異なった点を中心に説明する。
【００２９】
この実施形態では、第１実施形態と同一のボンディング装置１を使用するものとし、テープボンディング方法の構成の点で異なる。図１３〜図１６に、一連の工程を説明図により示す。図１３〜図１５に示す各工程は、第１実施形態の図８〜図１０に示す工程と同じであり、ここではその説明を省略する。ただし、この実施形態では、図１４に示すボンディング工程を、後述する「第２のボンディング工程」に対して「第１のボンディング工程」と称するものとする。
【００３０】
そして、図１６に示すように、第２のボンディング工程で、第１のボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部４ａに、フラットな押し当て面２０ａを先端に有する第２ツール２０をその押し当て面２０ａにて押し当てて（加圧して）加振することによりテープ４をパッド１０に再接合する。これにより、テープ４にできた凸部４ａは、再接合によりテープ４と一体化する。図１７に、図１６の鎖線楕円Ｓ３の中の凸部４ａの状態を拡大図により示す。図１７に実線で示すように、凸部４ａは圧縮されたようにテープ４と一体化する。これにより凸部４ａの部分でもテープ４の厚みは小さくなる。
【００３１】
以上説明したこの実施形態のテープボンディング方法によれば、第１のボンディング工程では、網目状の凹溝１８を先端に有する第１ツール２がその先端にてテープ４に押し当てられて（加圧されて）加振されることにより、テープ４がパッド１０に接合される。このとき、第１ツール２の先端の網目状の凹溝１８がテープ４に押し当てられることで、テープ４の表面に凹溝１８に整合する凸部４ａが形成される。その後、第２のボンディング工程では、第１のボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部４ａに、フラットな押し当て面２０ａを先端に有する第２ツール２０がその押し当て面２０ａにて押し当てられて（加圧されて）加振されることにより、テープ４がパッド１０に再接合する。したがって、テープ４の凸部４ａは再接合により薄く変形しながらテープ４と一体化するので、接合面に加わる応力が緩和される。すなわち、冷熱により接合部に加わる応力が小さくなる。また、第２のボンディング工程では、第１のボンディング工程でテープ４とパッド１０との間にできたボイド４７が再接合が促進される。この結果、角断面を有するテープ４の接合の信頼性を向上させることができる。この実施形態の場合、第２のボンディング工程でボイド４７を解消できる分だけ、第１実施形態と比べてテープ４の接合の信頼性がより高くなる。
【００３２】
［第３実施形態］
次に、本発明のテープボンディング方法を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
この実施形態では、第１実施形態のボンディング装置１６を使用するものの、その第１ツール２のみを使用する点で、前記各実施形態のテープボンディング方法と構成が異なる。図１８〜図２１に、一連の工程を説明図により示す。図１８及び図１９に示す工程は、第２実施形態の図１３及び図１４の工程と同じであり、ここではその説明を省略する。この実施形態では、その後の第２のボンディング工程の点で第２実施形態と異なる。
【００３４】
すなわち、この実施形態の第２ボンディング工程では、図２０に示すように、第１のボンディング工程によりテープ４の表面に形成された凸部４ａに、第１ツール２の押し当て面２ａの凹溝１８の中の凸部１９が整合するように第１ツール２の位置を水平方向にずらす。その後、図２１に示すように、第１ツール２をその先端の押し当て面２ａにて凸部４ａに押し当てて（加圧して）加振することにより、テープ４をパッド１０に再接合する。つまり、第１ツール２の押し当て面２ａにおける凸部１９の位置をずらすことで、その凸部１９のフラットな分部をテープ４の凸部４ａに押し当てて加振し、第２実施形態の第２のボンディング工程と同じように再接合を行うのである。
【００３５】
したがって、この実施形態でも、第２実施形態のテープボンディング方法と同様の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、前記各実施形態とは異なり、第１のボンディング工程と第２のボンディング工程で同じ第１ツール２が使われ、第２ツール２０を使う必要がない。このため、テープボンディング方法を実施するための設備を簡略化することができる。また、この実施形態では、第２のボンディング工程のために、パワー半導体モジュール１６等を第２ヘッドの下へ移動させる必要がなく、第１ツール２をわずかに水平に移動させればよいだけなので、後加工の位置精度に優れる。
【００３６】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更することにより次のように実施することもできる。
【００３７】
例えば、前記第３実施形態では、第２のボンディング工程で、第１ツール２の先端をテープ４の凸部４ａに押し当てて加振したが、第１ツール２の先端をテープ４の凸部４ａに押し当てる（加圧する）だけでもよい。この場合、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ボンディング装置を示す概略図。
【図２】図１の鎖線円の中を示す拡大図。
【図３】第１ツール、テープ及びパッドの関係を示す正面図。
【図４】第１ツール、テープ及びパッドの関係を示す側面図。
【図５】第１ツールの先端部を示す下面図。
【図６】第１ツールの押し当て面を示す拡大図。
【図７】第２ツールの押し当て面を示す拡大図。
【図８】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図９】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１０】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１１】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１２】図１１の鎖線楕円の中の凸部の状態を示す拡大図。
【図１３】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１４】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１５】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１６】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１７】図１６の鎖線楕円の中の凸部の状態を示す拡大図。
【図１８】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図１９】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図２０】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図２１】テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図２２】従来例に係り、半導体素子とテープ等を示す斜視図。
【図２３】従来例に係り、テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【図２４】従来例に係り、テープボンディング方法の一工程を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
２    第１ツール
２ａ    押し当て面
４    テープ
４ａ    凸部
９    基板（ワーク）
１０    パッド（ワーク）
１８    凹部
１９    凸部
２０    第２ツール
２０ａ    押し当て面
【図１】
2009088399.tif 000003
【図２】
2009088399.tif 000004
【図３】
2009088399.tif 000005
【図４】
2009088399.tif 000006
【図５】
2009088399.tif 000007
【図６】
2009088399.tif 000008
【図７】
2009088399.tif 000009
【図８】
2009088399.tif 000010
【図９】
2009088399.tif 000011
【図１０】
2009088399.tif 000012
【図１１】
2009088399.tif 000013
【図１２】
2009088399.tif 000014
【図１３】
2009088399.tif 000015
【図１４】
2009088399.tif 000016
【図１５】
2009088399.tif 000017
【図１６】
2009088399.tif 000018
【図１７】
2009088399.tif 000019
【図１８】
2009088399.tif 000020
【図１９】
2009088399.tif 000021
【図２０】
2009088399.tif 000022
【図２１】
2009088399.tif 000023
【図２２】
2009088399.tif 000024
【図２３】
2009088399.tif 000025
【図２４】
2009088399.tif 000026