JP3022151B2

JP3022151B2 - ワイヤボンディング装置用のキャピラリー及びそのキャピラリーを用いた電気的接続バンプの形成方法

Info

Publication number: JP3022151B2
Application number: JP6091002A
Authority: JP
Inventors: 善広戸村; 芳宏別所
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH0799202A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置を回路基板
に実装するための装置および方法に関し、特に、ワイヤ
ボンディング装置用のキャピラリーと、そのキャピラリ
ーを用いて、回路基板の端子電極と半導体装置の電極パ
ッドとを電気的に接続するための電気的接続接点（バン
プ）を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣの集積度が高くなり、半導体
装置のパッケージの小型化と接続端子数の増加が進んで
いる。ＬＳＩチップ１個当たりの電極パッド数が増加し
て接続端子の間隔が狭くなり、従来からの半田付けの技
術では、半導体装置を実装することが困難になってい
る。

【０００３】最近ではＬＳＩチップ等の半導体装置を、
回路基板の入出力端子電極上に直接実装する様々な方法
が考案されている。なかでも、半導体装置を回路基板上
にフェイスダウン状態でフリップチップ実装する方法
は、半導体装置と回路基板との電気的接続が一括してで
きること、および接続後の機械的強度が強いことから有
用な方法であるとされている。半導体装置と回路基板の
電極パッドとを電気的に接続するためのバンプ（突起電
極）は、電解メッキ法、半田層への浸漬法、蒸着法、お
よびワイヤボンディング法を用いたボールボンディング
法等によって形成される。

【０００４】従来のワイヤボンディング装置用のキャピ
ラリーは、たとえば、マイクロスイス社のボンディング
ハンドブックやキャピラリカタログに記載されている。
図１９は、１例として従来のワイヤボンディング装置用
のキャピラリー１００を示し、図２０（ａ）はその先端
部１１０の概略断面を示す図である。図２０（ｂ）は、
キャピラリーの先端部１１０の形状をより詳細に示して
いる。

【０００５】図２０（ａ）に示されるように、円筒形の
キャピラリー１００は、内部にボンディング用の金属ワ
イヤを挿入するためのワイヤ導出孔１０２を有してい
る。ワイヤ導出孔１０２の大きさは、２５μｍφ〜５０
μｍφ程度である。キャピラリー１００の先端部１１０
の外側には、ボンディングする間隔とボンディング後の
金属ワイヤ（あるいはバンプ）の形状および大きさとを
考慮し、３０°程度の角度αがつけられている。

【０００６】たとえば、２５μｍφ程度の金属ワイヤを
用いる場合のキャピラリー１１０の先端部の形状が、図
２０（ｂ）に示されている。この場合、ホール径Ｈ：３
８μｍ、チップ径Ｔ：２０３μｍ、およびチャンファー
径ＣＤ：７４μｍである。このようなキャピラリー１０
０を用いることによって、半導体装置の電極パッド上に
バンプを形成したり、他の回路基板の端子電極への電気
的な接続を行うことができる。図２０（ａ）および
（ｂ）に示されるようなキャピラリーは、通常、ボンデ
ィングピッチが１２０〜１４０μｍ程度のボンディング
に用いられる。

【０００７】図２１、図２２（ａ）および（ｂ）は、も
う一つの従来のワイヤボンディング装置用のキャピラリ
ー２００を示している。キャピラリー２００は、通常、
ボンディングピッチが１４０μｍ以下のボンディングに
用いられる。図２１に示されるように、円筒形のキャピ
ラリー２００は、より狭いボンディングピッチに対応す
るために、先端部を細く形成したボトルネック２１０を
有している。ボトルネック２１０の高さＮＨは、通常５
００μｍ程度であり、図２２（ａ）に示される例では４
６０μｍである。キャピラリー２００は、キャピラリー
１００と同様に、内部にボンディング用の金属ワイヤを
挿入するためのワイヤ導出孔１０２を有している。ワイ
ヤ導出孔１０２の大きさは、２５μｍφ〜５０μｍφ程
度である。キャピラリー２００のボトルネック部２１０
の外側は、ボンディングする間隔とボンディング後の金
属ワイヤ（あるいはバンプ）の形状および大きさを考慮
し、１０°程度の角度βがつけられている。

【０００８】たとえば、２５μｍφ程度の金属ワイヤを
用いる場合のキャピラリー２００の先端部の形状が図２
２（ｂ）に示されている。この場合、ホール径Ｈ：３８
μｍ、チップ径Ｔ：１５２μｍ、およびチャンファー径
ＣＤ：６４μｍである。このようなキャピラリー２００
を用いることによって、半導体装置の電極パッド上にバ
ンプを形成したり、他の回路基板の端子電極への電気的
な接続を行うことができる。

【０００９】次に、上述のようなワイヤボンディング用
のキャピラリーを用いて、ボールボンディング法によっ
て半導体装置のバンプを形成する従来の方法を説明す
る。たとえば、特開平２−３４９４９号公報には、２段
突出形状の電気的接続バンプ（以下２段バンプという）
と、従来のキャピラリを用いた２段バンプの形成方法が
示されている。

【００１０】図２３（ａ）〜（ｄ）は、従来のボールボ
ンディング法によって、ＩＣチップ１０６の上に形成さ
れた電極パッド１０３の上に、キャピラリー１０１を用
いて２段バンプ１０７を形成する方法の概略を示してい
る。

【００１１】まず、図２３（ａ）に示すように、キャピ
ラリー１０１のワイヤ導出孔１０２に２５μｍφの金属
ワイヤ１０４を通す。そして、金属ワイヤ１０４の先端
に、ガスの炎、電気的パルス、あるいは超音波振動など
によって熱エネルギーを与えることにより、金属ワイヤ
１０４の径の約２〜３倍の径を有するボール１０５を形
成する。

【００１２】次に、図２３（ｂ）に示すように、金属ワ
イヤ１０４の先端に形成されたボール１０５を、キャピ
ラリー１０１を降下させることにより、ＩＣチップ１０
６の電極パッド１０３に当接させる。熱圧着の方法や超
音波振動を与えることによってボール１０５を電極パッ
ド１０３に固着させ、バンプ１０７の底部１０９を形成
する（第１のボンディング）。前記底部１０９は、外径
８０〜９０μｍφ程度、高さ１５〜３０μｍ程度の大き
さに形成される。

【００１３】そして、図２３（ｃ）に示すように、バン
プ１０７の底部１０９と、キャピラリー１０１のワイヤ
導出孔１０２に通された金属ワイヤ１０４とがつながっ
た状態のまま、キャピラリー１０１をループ状に移動さ
せる。キャピラリー１０１は、まず、バンプ１０７の底
部１０９上方に垂直に上昇してからループ状軌道を描く
ように移動し、その後、垂直に降下しながら金属ワイヤ
１０４を切断する（第２のボンディング：図２３
（ｄ））。図２３（ｄ）に示されるように、キャピラリ
ー１０１のループ状の運動により、底部１０９の上には
金属ワイヤ１０４がリング状または逆Ｕ字状に形成され
る。この部分がバンプ１０７の頂部１０８を形成する。
キャピラリー１０１の端部のエッジ部分１１１によって
金属ワイヤ１０４が切断されることにより、図２４に示
されるように、２段バンプ１０７が形成される。

【００１４】ボンディングの圧力は、第１および第２ボ
ンディング共に、ワイヤの材質とワイヤ径に応じて１バ
ンプ当り２０〜４５ｇの範囲内で設定されている。図２
４は、従来のボールボンディング方法によって形成され
た典型的な２段バンプの形状を示している。２段バンプ
１０７（スタッドバンプ）は、外径Ｒが８０〜９０μｍ
φ程度、全体の高さｈ₁ が６０〜８０μｍ程度である。

【００１５】上述のようにして得られた２段バンプ１０
７の高さを揃えるために、通常、バンプ１０７を平滑面
で押圧するレベリング工程が行われる（図２５参照）。
ボールボンディング方法によって形成されたバンプは、
他の方法によって形成されたバンプに比べて、高さのば
らつきが大きいためである。また、半導体装置と回路基
板との接合層に導電性接着剤を用いる場合には、レベリ
ングを行うことによって、導電性接着剤の転写量を安定
させるという効果がある。

【００１６】図２５に示されるように、レベリング工程
においては、ＩＣチップ１０６の電極パッド１０３上に
形成された２段バンプ１０７は、フェイスダウン状態で
平滑面１１２に対して押圧される。レベリング荷重は、
通常、１バンプ当り５０ｇ程度である。レベリング荷重
は、ワイヤの材質とワイヤ径に応じて調整される。レベ
リングされた２段バンプ１０７の典型的な形状が図２６
に示されている。レベリングにより、２段バンプ１０７
の全体の高さｈ₁ は、４０〜５０μｍの範囲内に揃えら
れる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のキ
ャピラリー及び従来のバンプ形成方法は、半導体装置に
バンプを形成する工程と、形成したバンプをさらに整形
するためのレベリング工程とを要するためにコストがか
かる。また、レベリングを行うための装置も別途必要で
ある。

【００１８】しかし、レベリングを行わないと以下のよ
うな問題が生じるため、レベリング工程を省くことは好
ましくない。まず、第１に、ボールボンディング法によ
って形成された（レベリングされていない）バンプの頂
部１０８は、リング状や逆Ｕ字型の形状をしているの
で、頂部１０８の端部１１３の面積が小さいため（図２
４参照）、回路基板の端子電極との接触面積が小さい。
また、バンプの高さのバラツキも大きいので、そのまま
実装したのでは信頼性の高い接続を行うことができな
い。第２に、導電性接着剤を接合層に用いる場合には、
レベリング前のバンプの上記のような形状では、バンプ
先端部への導電性接着剤の転写量が少なく、転写量のバ
ラツキも大きいことから、導電性接着剤硬化した後の接
着強度が小さいので接着の信頼性が低い。また接続抵抗
値も大きくなってしまう。

【００１９】また、上述のような従来のバンプの形成方
法では、図２４に示されるような典型的なバンプ１０７
の形状の他に、図２７（ａ）〜（ｃ）に示されるような
形状に形成される場合がある。図２７（ａ）および
（ｂ）に示されるバンプの形状は「２次剥がれ」と呼ば
れ、キャピラリー１０１が金属ワイヤ１０４を切断した
後に、リング状または逆Ｕ字状の部分１１４がバンプ１
０７の本体から剥がれてしまった場合である。図２７
（ｃ）に示されるバンプの形状は、「テール立ち」と呼
ばれる。バンプの横に張り出したテールの部分１１５
が、バンプ底部の径の１／４を越えるものは不良とな
る。このようなバンプは、金属ワイヤ１０４が、キャピ
ラリー１０１のエッジ１１１によって所定の位置でうま
く切断されなかった場合に生じる。これらの形状のバン
プは、接続接点として好ましくないバンプである。

【００２０】図２７（ａ）に示されるバンプにおいて
は、頂部１１６は２つに割れてしまっているので十分な
強度を得ることができない。また、図２７（ｃ）に示さ
れるバンプの場合、テール１１５が横に張り出している
ため、その部分に導電性接着剤が保持されて広がると、
隣接したバンプや電極とショートする危険性が非常に高
くなる。したがって、これらの好ましくない形状のバン
プは、接続不良やショートにつながるので、半導体装置
と回路基板とを信頼性高く接続することができない。

【００２１】また、図２８（ａ）および（ｂ）は、従来
のレベリング工程において生じた不良バンプの形状を示
している。これらのバンプは、レベリングにおいて頂部
が側方に倒れ込んでしまうことにより、好ましくない形
状となっている。

【００２２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、半導体装置
と回路基板とを容易にかつ信頼性良く接続するためのバ
ンプを、別途の工程を付加することなく形成することを
可能にするボールボンディング用のキャピラリー、およ
びそのキャピラリーを用いたバンプの形成方法を提供す
ることにある。

【００２３】また本発明の目的とするところは、好まし
くない形状のバンプの形成を防止し、ばらつきの少ない
安定した形状のバンプを形成することを可能にするボー
ルボンディング用のキャピラリー、およびそのキャピラ
リーを用いたバンプの形成方法を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の電気的接続バン
プの形成方法は、ボールボンディング用のキャピラリー
を用いて、半導体装置の電極パッド上にバンプを形成す
る方法であって、金属ワイヤの先端部をボール状に形成
する工程（ａ）と、前記ボール状の先端部を前記電極パ
ッド上に圧着させ、バンプの底部を形成する工程（ｂ）
と、前記底部の上に頂部を形成する工程（ｃ）と、前記
キャピラリーの側面に設けられたレベリング面で前記頂
部を押圧整形してレベリングする工程（ｄ）とを備えた
ことを特徴とする。前記工程（ｃ）において、キャピラ
リーは、バンプの底部の上方においてループ状軌道を描
くように移動し、バンプの頂部を形成する金属ワイヤ
は、リング状または逆Ｕ字型に前記底部の上に形成され
ることを特徴とする。前記キャピラリーは、その最下部
に金属ワイヤのボール状の先端部を電極パッドに対して
押圧し、前記ボール状先端部を前記電極パッドに圧着さ
せる押圧面を有し、前記押圧面の中心部には、前記金属
ワイヤを供給する導出孔が設けられ、前記キャピラリー
の側面には前記バンプの頂部を押圧整形するためのレベ
リング面が設けれられ、かつ前記押圧面と前記レベリン
グ面との距離は形成されるバンプの高さと同一であるこ
とを特徴とする。また、前記レベリング面は凹凸面を有
していることを特徴とする。また、前記レベリング面は
下向きに突出するように形成されたガイド部を有してい
ることを特徴とする。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】前記工程（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）におい
て、前記キャピラリーはＺ方向の動作を行い、前記ボン
ディング装置（ボンダー）のステージはＸ−Ｙ方向の動
作を行い、これらの動きを組み合わせることによって、
所望の２段バンプ（スタッドバンプ）を形成してもよ
い。

【００３８】

【作用】本発明は、半導体装置の電極パッド上にボール
ボンディング法によってバンプを形成するためのキャピ
ラリーに、電極パッド上に形成されたバンプをレベリン
グするための部材を設けることより、バンプの形成と同
時にバンプのレベリングを行うことを可能にするもので
ある。レベリング部材は、好ましくはキャピラリーの外
周から突出した突出部として設けられる。キャピラリー
は、金属ワイヤのボール上先端部を電極パッドに圧着す
る押圧部材（キャピラリーの下端部分）を有しており、
バンプを電極パッド上に形成した後、バンプにつながっ
た金属ワイヤは押圧部材のエッジによって切断される。
金属ワイヤが切断されると同時に、レベリング部材によ
ってバンプが押圧整形される。レベリング部材の下端面
（第２の下端面）は、キャピラリーの下端面（第１の下
端面）から所定の高さに形成されているので、キャピラ
リーの下端面が電極パッドに当接するまで押圧すること
により、バンプの高さはは所定の高さに揃えられる。

【００３９】このように、バンプの形成工程において同
時にレベリングを行うため、工程数を減らすことができ
る。よってコストダウンすることができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。（実施例１）図１は本発明の第１の実施例におけるボー
ルボンディング用のキャピラリー１を示す図、図２
（ａ）はその先端部１０の概略断面図である。図２
（ｂ）は、キャピラリー１の先端部１０の形状をより詳
細に示している。

【００４１】図１に示されるように、円筒形のキャピラ
リー１は、その先端部１０の外周部に設けられた、レベ
リング部材である突出部３を有している。キャピラリー
１は、セラミックあるいは人工ルビーにより作られてい
る。図２（ａ）に示されるように、突出部３の下端面
（レベリング面）３１は、キャピラリー１のフェイス
（下端面）１１に実質的に平行であり、キャピラリー１
の先端のフェイス１１からの高さが所定の値ｄであるよ
うに設けられている。下端面３１の大きさは、ボンディ
ングピッチおよびレベリングすべきバンプの先端径の大
きさに応じて設定することができる。

【００４２】キャピラリー１の内部には、ボンディング
用の金属ワイヤを挿入するためのワイヤ導出孔２が設け
られている。ワイヤ導出孔２の大きさは、２５μｍφ〜
５０μｍφ程度である。キャピラリー１の先端部１０の
外側は、ボンディングする間隔とボンディング後の金属
ワイヤ（あるいはバンプ）の形状および大きさとを考慮
し、１０〜３０°程度の角度αがつけられている。

【００４３】たとえば、２５μｍφ程度の金属ワイヤを
用いる場合のキャピラリー１０の先端部の形状を、図２
（ｂ）に示す。この場合、ホール径Ｈ：３８μｍ、チッ
プ径Ｔ：２０３μｍ、およびチャンファー径ＣＤ：７４
μｍである。

【００４４】上述のようなキャピラリー１は、たとえ
ば、図３に示すようなボンダー５００に取り付けられて
用いられる。ボンダー５００において、キャピラリー１
は超音波発信ツールでもあるアーム５１０の先端部に取
り付けられ、ボンディングすべきデバイス（ＩＣチッ
プ）５０１はボンディングステージ５２０上に載置され
る。キャピラリー１は、アーム５１０と共に垂直方向に
上下運動を行い、デバイス５０１は、ボンディングステ
ージ５２０と共に水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動あるい
は回転する。これらの垂直運動および水平運動の組合せ
によって、キャピラリー１は、デバイス５０１に対して
任意の動きをすることができる。

【００４５】次に、第１の実施例によるキャピラリー１
を用いたボールボンディング法によって半導体装置のバ
ンプを形成する方法を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）
は、本発明によるボールボンディング法によって、ＩＣ
チップ６の上に形成された電極パッド１３の上に、キャ
ピラリー１を用いて２段バンプ７を形成する方法の概略
を示している。

【００４６】まず、図４（ａ）に示すように、キャピラ
リー１のワイヤ導出孔２に２５μｍφの金属ワイヤ４を
通す。そして、金属ワイヤ４の先端に、超音波振動、あ
るいはガスの炎や電気的パルスなどによって熱エネルギ
ーを与えることにより、金属ワイヤ４の径の約２〜３倍
の径を有するボール５を形成する。

【００４７】金属ワイヤ４の材質は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ
等のワイヤボンディング法を用いることが可能な金属で
あればよい。金属ワイヤ４の材質や線径は、形成するバ
ンプ７の外径や高さ等に応じて選定することが可能であ
る。

【００４８】次に、図４（ｂ）に示すように、キャピラ
リー１を降下させることにより、金属ワイヤ４の先端に
形成されたボール５を、ＩＣチップ６の電極パッド１３
に当接させる。熱圧着の方法や超音波振動を与えること
によってボール５を電極パッド１３に固着させ、バンプ
７の底部９を形成する（第１のボンディング）。この第
１のボンディングは、キャピラリー１の下端のフェイス
１１を用いて行われる。底部９は、外径８０〜９０μｍ
φ程度、高さ２０〜３０μｍ程度の大きさに形成され
る。

【００４９】そして、図４（ｃ）に示すように、バンプ
７の底部９と、キャピラリー１のワイヤ導出孔２に通さ
れた金属ワイヤ４とがつながった状態のまま、キャピラ
リー１をＩＣチップ６に対してループ状に移動させる。
キャピラリー１は、まず、バンプ７の底部９上方に垂直
に上昇してからループ状軌道を描くように移動する。図
４（ｄ）に示されるように、キャピラリー１が、ＩＣチ
ップ６に対してループ状に運動することにより、底部９
の上には金属ワイヤ４がリング状または逆Ｕ字状に形成
される。この部分がバンプ７の頂部８を形成する。この
段階における頂部８の高さは、４０〜５０μｍ程度であ
る。

【００５０】その後、キャピラリー１のエッジ部分２１
がバンプ７の底部９の外周に位置するようにキャピラリ
ー１を移動させ、垂直に降下しながらエッジ部分２１に
よって金属ワイヤ４を切断する（図４（ｅ）参照）。キ
ャピラリー１はそのまま降下を続け、図５に示すよう
に、キャピラリー１の外周部に設けられた突出部分３の
下端面３１によってバンプ７を押圧整形する（第２のボ
ンディング）。このとき、キャピラリー１は、そのフェ
イス１１が電極パッド１３に当接するまで下降する。バ
ンプ７の全体の高さは、キャピラリー１のフェイス１１
と突出部３の下端面３１と高さの差（すなわち、所定の
値ｄ）と等しくなるように揃えられ、レベリングが行わ
れる。

【００５１】ボンディング時の圧力は、たとえば、第１
ボンディングの圧力は１バンプ当り２５〜４５ｇ、第２
ボンディングの圧力は１バンプ当り７０〜９５ｇの範囲
で設定することができる。このボンディング時の圧力
は、ワイヤの材質とワイヤ径によって調節される。

【００５２】図６は、本実施例によるボールボンディン
グ方法によって形成された典型的な２段バンプの形状を
示している。２段バンプ７（スタッドバンプ）は、外径
Ｒが８０〜９０μｍφ程度、全体の高さｈ₁ が４０〜５
０μｍ程度、頂部８の先端８１の径ｒが４０〜５０μｍ
程度である。また、底部９の高さｈ₂ は、１５〜２５μ
ｍ程度である。これらの値はボンディングのピッチに応
じて変えることができる。

【００５３】上述のように、本実施例によれば、バンプ
７を形成する工程に於いて、同時にバンプ７のレベリン
グを行うことができる。この工程に要する時間は、従来
の技術に於いてバンプ１０７を形成する工程に要する時
間と実質的に変わらない。従って、従来のレベリング工
程に要していた時間をそのまま短縮できる。

【００５４】また、本発明のボンディング方法によれ
ば、バンプ７の形成と同時にバンプ７を押圧・整形（レ
ベリング）するため、バンプ７は図２７（ａ）〜（ｃ）
に示されるような形状には形成されにくい。図５に示さ
れるように、キャピラリー１は、フェイス１１が電極パ
ッド１３に接するまで下降してバンプ７を押圧するた
め、バンプ７の頂部８を形成する金属ワイヤ４が切断さ
れやすくなるためである。

【００５５】また、レベリングの際に、バンプの片側面
はキャピラリー１の側面によって支えられているため、
図２８（ｂ）に示されるようなレベリングにおける頂部
の倒れ込みを防ぐことができる。

【００５６】このように、本発明によれば、従来のレベ
リング工程では改善できないような好ましくない形状の
バンプ（不良バンプ）の形成を防ぎ、バンプの形状を一
定に保つことができるので、半導体装置を回路基板によ
り確実に接続することが可能となる。

【００５７】また、本実施例では、キャピラリー１の形
状を円筒型にし、また、突出部分３の形状は、キャピラ
リー１を製作する際の加工性を考えて、下端面３１の形
状が基本的に円形になるように円筒型に形成している
（図７（ａ）（ｄ）参照）。突出部３がキャピラリー１
の外周よりも突出し、バンプ７をレベリングするための
下端面を備えているならば、他の形状にしてもよい。た
とえば、図７（ｂ）（ｅ）に示されるように円盤状の突
出部３ａとしてもよく、また、図７（ｃ）（ｆ）に示さ
れるように、突出部３ｂをキャピラリー１の片側のみに
設けることもできる。なお、突出部３の下端面３１は、
レベリングする際にＩＣチップ６と平行になるようにす
ることが望ましい。

【００５８】次に、上述のようにして、バンプ７が形成
された半導体装置（ＩＣチップ）を回路基板に実装した
半導体ユニットのいくつかの例を示す。以下の例におい
て、図面では２段バンプ７の形状は模式的に表わされて
いる。

【００５９】図８は、上記のようにして形成した半導体
装置を、バンプ７を介して可撓性樹脂フィルム上に形成
されたリード（端子電極）群１２上に実装した半導体ユ
ニット６００を示している。この例では、バンプ７はＡ
ｕバンプである。リード群１２の材質は、Ｎｉを下地と
したＡｕメッキまたはＳｎメッキ、Ａｌ、Ｃｕ、あるい
は半田等によって形成することができる。バンプ７とリ
ード群１２とを所定の位置になるように位置合わせを行
った後、加熱したボンディング用のツールで加圧して、
お互いの材料同士を合金化させ、もしくは、熱圧着を行
わせることにより、バンプ７と可撓性樹脂フィルム上に
形成されたリード群１２とを電気的に接合させる。な
お、熱圧着の場合には、超音波振動を併用してもよく、
あるいは超音波振動のみによる圧着であってもよい。リ
ード群１２の材質はＮｉを下地にしたＡｕ、Ｓｎのいず
れかのめっき、あるいはＡｌ、Ｃｕ、はんだのいずれで
もよい。

【００６０】図９（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の
バンプ７を、回路基板１５の端子電極１２’上に導電性
接着剤１４によって接着する方法、およびそのようにし
て実装された半導体ユニット７００を示している。図９
（ａ）に示されるように、半導体装置のバンプ７の先端
部に、導電性接着剤１４を転写法や印刷法によって塗布
する。２段突起状に形成されたバンプ７を用いることに
より、必要量以上の導電性接着剤１４がバンプ７に付着
するのを防ぎ、適量の導電性接着剤１４を塗布すること
ができる。導電性接着剤１４を塗布した後、図９（ｂ）
に示されるように、半導体装置を回路基板１５上にフェ
イスダウン状態で搭載する。バンプ７が回路基板１５の
端子電極１２’の所定の位置に当接するように位置合わ
せを行った後、導電性接着剤１４を８０〜１５０℃で熱
硬化させて接合層を形成する。このことにより、半導体
装置のバンプ７と回路基板１５上の端子電極１２’とが
電気的に接続され、半導体装置が回路基板上に実装され
る。

【００６１】本実施例によれば、２次剥がれやテール立
ちを生じた不良バンプの形成を防ぐことができるため、
剥がれ部分やテール部分に導電性接着剤が保持されて広
がるとがなく、隣接したバンプや電極とショートする危
険性が少ない。したがって、半導体装置と回路基板とを
信頼性高く接続することができる。

【００６２】図１０（ａ）および（ｂ）は、半導体装置
を、回路基板１５の端子電極１２’上に、異方性導電材
を用いて電気的に接続した半導体ユニットを示してい
る。図１０（ａ）に示されるように、半導体ユニット８
００において、回路基板１５上に形成された端子電極１
２’の上には、薄い異方性導電材１６が配置されてい
る。その上に、バンプ７を形成した半導体装置をフェイ
スダウン状態で載置する。半導体装置を回路基板１５に
対して押圧しながら加熱することにより、異方性導電材
１６のうちのバンプ７と端子電極１２’との間に挟まれ
た部分は熱圧着され、電気的接続を得ることができる。

【００６３】異方性導電材１６の熱圧着される部分にお
いては、異方性導電材１６に含まれる導電粒子は、バン
プ７に押されて互いに圧着され、また、導電粒子が端子
電極１２’の表面にめり込むことによってバンプ７と端
子電極１２’が電気的に接続される。圧着されない部分
においては、導電性粒子は互いに離れているので、電気
的絶縁性が保たれる。

【００６４】図１０（ｂ）は、バンプ７の高さおよび端
子電極１２の厚さの合計よりも厚い異方性導電材１６’
を用いた場合の半導体ユニット９００を示している。回
路基板１５上に形成された端子電極１２の上には、厚い
異方性導電材１６’を配置し、その上にバンプ７を形成
した半導体装置をフェイスダウン状態で載置する。半導
体装置を回路基板１５に対して押圧しながら加熱するこ
とにより、異方性導電材１６’のうち、バンプ７と端子
電極１２’との間に挟まれた部分は熱圧着され、電気的
接続を得ることができる。この場合においても、バンプ
７と端子電極１２’とによって挟まれた部分のみ圧着さ
れ、それ以外の部分については電気的絶縁性が保たれて
いる。圧着された部分以外の異方性導電材１６’は絶縁
性接着剤として作用し、樹脂が熱硬化されることによっ
て半導体装置と回路基板を接着する。（実施例２）図１１は本発明の第２の実施例におけるボ
ールボンディング用のキャピラリー４１を示す図、図１
２（ａ）はその先端部４０の概略断面図である。図１２
（ｂ）は、キャピラリー４１の先端部４０の形状をより
詳細に示している。キャピラリー４１は、より微細なボ
ンディングピッチでバンプを形成するため、先端部を細
く形成したボトルネック４００を有している。ボトルネ
ック４００の高さは、通常５００μｍ程度であり、図１
２（ａ）に示される例では４６０μｍである。

【００６５】図１１に示されるように、円筒形のキャピ
ラリー４１は、ボトルネック４００の外周部に設けられ
た突出部４３を有している。キャピラリー４１は、セラ
ミックあるいは人工ルビーにより作られている。図１２
（ａ）に示されるように、突出部４３の下端面（レベリ
ング面）４３１は、キャピラリー４１の先端のフェイス
４１１に実質的に平行であり、キャピラリー４１の先端
のフェイス４１１からの高さが所定の値ｄであるように
設けられている。キャピラリー４１の内部には、キャピ
ラリー１と同様に、ボンディング用の金属ワイヤを挿入
するためのワイヤ導出孔２が設けられている。ワイヤ導
出孔２の大きさは、２５μｍφ〜５０μｍφ程度であ
る。キャピラリー４１（ボトルネック４００）の先端部
の外側は、ボンディングする間隔とボンディング後の金
属ワイヤ（あるいはバンプ）の形状および大きさとを考
慮し、１０°程度の角度がつけられている。

【００６６】たとえば、２５μｍφ程度の金属ワイヤを
用いる場合のキャピラリー４１の先端部の形状を、図１
２（ｂ）に示す。この場合、ホール径Ｈ：３８μｍ、チ
ップ径Ｔ：１５２μｍ、およびチャンファー径ＣＤ：６
４μｍである。

【００６７】上述のようなキャピラリー４１は、キャピ
ラリー１と同様に、たとえば、図３に示すようなボンダ
ー５００に取り付けられて用いられる。キャピラリー４
１を用いて２段バンプ７を形成する方法は、実施例１で
述べた方法と全く同様である。

【００６８】このように、第２の実施例によれば、より
微細なボンディングピッチの場合にも、実施例１と同様
に、レベリング工程を別途に設けることなく、バンプ７
を形成する工程において、同時にバンプ７のレベリング
を行うことができる。

【００６９】また、第２の実施例によれば、より微細な
ボンディングピッチの場合においても、従来のレベリン
グ工程では改善できないような好ましくない形状のバン
プ（不良バンプ）の形成を防ぎ、バンプの形状を一定に
保つことができるので、半導体装置を回路基板により確
実に接続することが可能となる。（実施例３）図１３は本発明の第３の実施例におけるボ
ールボンディング用のキャピラリー５１の先端部の断面
図である。実施例３においては、図１３に示されるよう
に、円筒形のキャピラリー５１は、その先端部の外周部
に設けられた突出部５３を有している。突出部５３の下
端面（レベリング面）５３１には、凹凸面５４が形成さ
れている。「凹凸面」とは、０．１〜１０μｍの範囲の
微細な溝が様々な方向に形成されることにより粗くされ
た面のことを意味している。キャピラリー５１のその他
の部分は、ボンディングピッチに応じて前述のキャピラ
リー１またはキャピラリー４１と同様に形成することが
できる。

【００７０】キャピラリー５１を用いて２段バンプを形
成する方法は、実施例１で述べた方法と同様である。本
実施例においては、キャピラリー５１の外周部に設けら
れた突出部分５３の下端面５３１によってバンプ５７を
押圧整形する第２ボンディングにおいて、下端面５３１
に形成された凹凸面５４によって、バンプ５７の頂部に
凹凸面５８が形成される。そのとき、より効果的に凹凸
面５８を形成するために、超音波振動を与えてもよい。
キャピラリー５１を用いて形成された２段バンプ５７を
図１４に示す。図１５（ａ）および（ｂ）は、半導体装
置のバンプ５７を、回路基板１５の端子電極１２’上に
導電性接着剤１４によって接着する方法、およびそのよ
うにして実装された半導体ユニット７１０を示してい
る。接着方法は、実施例１において図１０（ａ）および
（ｂ）を参照しながら説明したのと同様である。

【００７１】２段突起状に形成されたバンプ５７を用い
ることにより、必要量以上の導電性接着剤１４がバンプ
５７に付着するのを防ぎ、適量の導電性接着剤１４を塗
布することができる。本実施例においては、バンプ５７
の頂部に凹凸面５８が形成されていることにより、導電
性接着剤１４の接着面積を増すことができる。さらに、
凹凸面５８の凹部に導電性接着剤１４の荷電粒子が入り
込むことにより、より確実な電気的導通性を得ることが
できる。したがって、より信頼性の高い半導体ユニット
得られる。

【００７２】図１６（ａ）および（ｂ）は、半導体装置
を、回路基板１５の端子電極１２上に、異方性導電材を
用いて電気的に接続した半導体ユニット８１０および９
１０を示している。

【００７３】半導体ユニット８１０および９１０は、そ
れぞれ実施例１で説明した半導体ユニット８００および
９００と同様にして実装される。半導体ユニット８１０
および９１０においては、バンプ５７の先端部に凹凸面
５８が形成されていることにより、導電粒子がバンプ５
７に接する表面積が大きくなり、電気的接触が良くな
る。さらに、凹凸面５８が形成されているため、異方性
導電材１６または１６’の導電粒子がバンプ５７に接す
る表面積、および樹脂の接着面積が大きくなるので、導
電性および接着強度が増して、より信頼性の高い接続を
得ることができる。

【００７４】なお、異方性導電材中の導電粒子の大きさ
は１μｍ〜１０μｍ程度の大きさであるので、電気的接
触が効果的に得られるように、バンプ先端部に形成され
る凹凸面５８の凹凸の大きさと導電粒子の大きさとを適
切に選択する必要がある。

【００７５】なお、図１３において凹凸面５４は、突出
部５３の下端面５３１の全面にわたって設けられている
が、必要な一部分だけに設けてもよい。また、本実施例
では、キャピラリー５１の形状を円筒型にし、また、突
出部分５３の形状は、キャピラリー５１を製作する際の
加工性を考えて、下端面５３１の形状が基本的に円形に
なるように円筒型に形成している。突出部５３がキャピ
ラリー５１の外周よりも突出し、バンプ５７をレベリン
グするための下端面および凹凸面を備えているならば、
実施例１で説明したように他の形状にすることもでき
る。突出部５３の下端面５３１は、レベリングする際に
ＩＣチップ６と平行になるようにすることが望ましい。（実施例４）図１７は本発明の第４の実施例におけるボ
ールボンディング用のキャピラリー６１の先端部の断面
図である。実施例４においては、図１７に示されるよう
に、円筒形のキャピラリー６１は、その先端部の外周部
に設けられた突出部６３を有している。突出部６３の下
端面６３１は、レベリング面６５とガイド部分６４とを
有している。図１７に示されるように、突出部６３のレ
ベリング面６５は、キャピラリー６１の下端のフェイス
６１１に実質的に平行であり、キャピラリー６１の先端
のフェイス６１１からの高さが所定の値ｄであるように
設けられている。高さｄの値は、形成すべきバンプの高
さに応じて設定される。

【００７６】ガイド部分６４は、下端面６３１の外周に
沿って設けられた垂直方向（下向き）に突出した部分で
ある。ガイド部分６４は、第２ボンディング（レベリン
グ）において、２段バンプ６７の頂部６８を保持し、図
１８（ｂ）に示すように２段バンプ６７の頂部６８が倒
れ込むのを防ぐためのものである。ガイド部６４の形状
は、形成されるバンプ６７の頂部６８の形状が転写され
た接着剤を十分に保持できるものであれば、特に限定さ
れない。たとえば頂部６８は、頂部６８の側面が垂直で
あるように形成することができる。キャピラリー６１を
用いて形成された２段バンプ６７を図１８（ａ）に示
す。

【００７７】キャピラリー６１のその他の部分は、ボン
ディングピッチに応じてキャピラリー１または前述のキ
ャピラリー４１と同様に形成することができる。キャピ
ラリー６１を用いて２段バンプ６７を形成する方法は、
実施例１で述べた方法と同様である。本実施例において
は、第２ボンディングにおいて、キャピラリー６１の外
周部に設けられた突出部分６３の下端面６３１のレベリ
ング面６５によってバンプ６７が押圧整形され、その
際、下端面６３１の外周部分に形成されたガイド部分６
４によってバンプ６７の頂部６８が支持される。このこ
とにより、２段バンプ６７の頂部６８が倒れ込むのを防
ぐことができる。また、図２８（ａ）および（ｂ）に示
されるような、従来のレベリング工程で生じていた不良
バンプの発生を防ぐことができる。

【００７８】さらに、ガイド部６４を設けることによ
り、バンプ６７の頂部６８の先端の面積をほぼ一定の大
きさに形成することができるので、よりばらつきの少な
い安定した形状にバンプ６７を形成することができる。

【００７９】なお、図１７においてガイド部６４は、下
端面６３１の全外周にわたって設けられているが、必要
な一部分だけに設けてもよい。また、本実施例では、キ
ャピラリー６１の形状を円筒型にし、また、突出部分６
３の形状は、キャピラリー６１を製作する際の加工性を
考えて、下端面６３１の形状が基本的に円形になるよう
に円筒型に形成している。突出部６３がキャピラリー６
１の外周よりも突出し、バンプ６７をレベリングするた
めのレベリング面およびバンプ６７の頂部６８を支持す
るためのガイド部を備えているならば、実施例１で説明
したように他の形状にすることもできる。突出部６３の
レベリング６５は、レベリングする際にＩＣチップ６と
平行になるようにすることが望ましい。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によると、ボールボ
ンディング用のキャピラリーを用いて、半導体装置の電
極パッド上にバンプを形成する方法であって、金属ワイ
ヤの先端部をボール状に形成する工程と、ボール状の先
端部を前記電極パッド上に圧着させバンプの底部を形成
する工程と、底部の上に頂部を形成する工程と、前記頂
部を押しつぶしてレベリングする工程とを有することに
よって半導体装置のバンプを形成する工程において、同
時にバンプのレベリングを行うことができるので、別途
レベリング工程を設けることなく、所望の高さと形状の
バンプを得ることができ、工程時間の短縮とコストを削
減できる。また、キャピラリーの側面には、バンプの頂
部を押しつぶすためのレベリング面が設けられているレ
ベリングの際に、バンプの片面側はキャピラリーの側面
によって支えられているため、レベリング時における頂
部の倒れこみを防ぎつつ、バンプの形状を一定に保つこ
とが可能となる。また、押圧面とレベリング面との距離
が、形成されるバンプの高さに設定されているため、レ
ベリング後のバンプの高さをほぼ一定にでき、ばらつき
の少ない安定した形状のバンプを形成できる。

【００８１】このことにより、半導体装置と回路基板と
を、より確実に、電気的に接続かつ接着できるので、極
めて安定で信頼性の高い半導体装置の実装を行うことが
できる。また、製造工程を削減し、かつ低コストで従来
以上の効果が得られるため、実用上においても極めて汎
用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるボールボンディ
ング用のキャピラリーの側面図

【図２】（ａ）は図１に示されるキャピラリーの先端部
の概略断面図（ｂ）は同キャピラリーの先端部の形状を詳細に示す断
面図

【図３】本発明のキャピラリーが取り付けられるボンダ
ーの一例を示す構成図

【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明によるキャピラリー
を用いて２段バンプを形成する方法の概略を示す工程図

【図５】本発明によるキャピラリーを用いてバンプを押
圧整形する状態の断側面図

【図６】第１の実施例によるキャピラリーを用いたボー
ルボンディング方法によって形成された典型的な２段バ
ンプの形状を示す側面図

【図７】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明のキャピラ
リーの突出部の可能な形状を示すキャピラリーの斜視図
と断面図

【図８】本発明によって形成された２段バンプを有する
半導体装置の実装体（半導体ユニット）の一例を示す側
面図

【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明によって形成さ
れた２段バンプを有する半導体装置を回路基板上に導電
性接着剤によって接着する前の状態および実装された半
導体ユニットを示す断側面図

【図１０】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明によ
って形成された２段バンプを有する半導体装置を、回路
基板上に異方性導電材を用いて電気的に接続した半導体
ユニットの断側面図

【図１１】本発明の第２の実施例によるボールボンディ
ング用のキャピラリーを示す側面図

【図１２】（ａ）は図１１に示されるキャピラリーの先
端部の概略断面図（ｂ）はキャピラリーの先端部の形状をより詳細に示す
断面図

【図１３】第３の実施例によるボールボンディング用の
キャピラリーの先端部の断面図

【図１４】第３の実施例によるキャピラリーを用いて形
成された２段バンプの形状を示す側面図

【図１５】（ａ）および（ｂ）は、本発明によって形成
された２段バンプを有する半導体装置を回路基板上に導
電性接着剤によって接着する前の状態および実装された
半導体ユニットを示す断側面図

【図１６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明によ
って形成された２段バンプを有する半導体装置を、回路
基板上に異方性導電材を用いて電気的に接続した半導体
ユニットの断側面図

【図１７】第４の実施例によるボールボンディング用の
キャピラリーの先端部の断面図

【図１８】（ａ）は第４の実施例によるキャピラリーを
用いて形成された２段バンプを示す側面図（ｂ）は頂部が倒れ込んだ２段バンプの形状を示す側面
図

【図１９】従来のワイヤボンディング装置用のキャピラ
リーの一例を示す側面図

【図２０】（ａ）は図１９に示されるキャピラリーの先
端部の概略断面図（ｂ）はキャピラリーの先端部の形状をより詳細に示す
断面図

【図２１】従来のワイヤボンディング装置用のキャピラ
リーのもう一つの例を示す側面図

【図２２】（ａ）は図２１に示されるキャピラリーの先
端部の概略断面図（ｂ）はキャピラリーの先端部の形状をより詳細に示す
断面図

【図２３】（ａ）〜（ｄ）は、従来のキャピラリーを用
いたボールボンディング法によって２段バンプを形成す
る方法の概略を示す工程図

【図２４】従来のボールボンディング法によって形成さ
れた典型的な２段バンプの形状を示す側面図

【図２５】従来のボールボンディング法によるレベリン
グ工程を示す側面図

【図２６】従来のボールボンディング法によってレベリ
ングされたバンプの典型的な形状を示す側面図

【図２７】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来のボールボ
ンディング法によって形成された２段バンプの好ましく
ない形状を示す側面図

【図２８】（ａ）および（ｂ）は、従来のレベリング工
程において生じた不良バンプの形状を示す側面図

【符号の説明】

１キャピラリー２ワイヤ導出孔３突出部４金属ワイヤ６ＩＣチップ７バンプ８バンプの頂部９バンプの底部１１キャピラリーのフェイス１３電極パッド３１突出部の下端面

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ボールボンディング用のキャピラリーを
用いて、半導体装置の電極パッド上にバンプを形成する
方法であって、金属ワイヤの先端部をボール状に形成する工程（ａ）
と、前記ボール状の先端部を前記電極パッド上に圧着させ、
バンプの底部を形成する工程（ｂ）と、前記底部の上に頂部を形成する工程（ｃ）と、前記キャピラリーの側面に設けられたレベリング面で前
記頂部を押圧整形してレベリングする工程（ｄ）とを備
えた電気的接続バンプの形成方法。
【請求項２】工程（ｃ）において、キャピラリーは、
バンプの底部の上方においてループ状軌道を描くように
移動し、バンプの頂部を形成する金属ワイヤは、リング
状または逆Ｕ字型に前記底部の上に形成される請求項１
に記載の電気的接続バンプの形成方法。
【請求項３】半導体装置の電極パッド上にバンプを形
成するためのボールボンディング用のキャピラリーであ
って、前記キャピラリーは、その最下部に金属ワイヤの
ボール状の先端部を電極パッドに対して押圧し、前記ボ
ール状先端部を前記電極パッドに圧着させる押圧面を有
し、前記押圧面の中心部には、前記金属ワイヤを供給す
る導出孔が設けられ、前記キャピラリーの側面には前記
バンプの頂部を押圧整形するためのレベリング面が設け
れられ、かつ前記押圧面と前記レベリング面との距離は
形成されるバンプの高さと同一であるワイヤボンディン
グ装置用のキャピラリー。
【請求項４】レベリング面は凹凸面を有している請求
項３記載のワイヤボンディング装置用のキャピラリー。
【請求項５】レベリング面は下向きに突出するように
形成されたガイド部を有している請求項３記載のワイヤ
ボンディング装置用のキャピラリー。