JPH06151440A - 半導体装置およびその製造方法ならびに半導体装置の実装体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置と回路基板とを容易に信頼性よ
く、かつ微細ピッチに接続する。 【構成】 ボールボンディング法を用いて半導体装置の
ＩＣ基板１上の電極パッド２上に第１の突起接点７を形
成した後、第１の突起接点７とつながる金属ワイヤーを
熱エネルギーによって溶断して球状の第２の突起接点８
とネック部９を形成して分銅状の電気的接続接点１１を
得る。次に、前記電気的接続接点１１の第２の突起接点
８とネック部９を主体に導電性接着剤１４などを介して
回路基板１２上の端子電極１３と接続して実装体を得
る。 【効果】 電気的接続接点のネック部で温度サイクルな
どで発生する応力を吸収・緩和し、金属ワイヤーの引き
ちぎりがない形成法により電気的接続接点の形状が安定
し、ショートやオープンなどの電気的接続不良がない、
信頼性の高い微細ピッチの接合ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、よ
り詳細には、半導体装置をフェースダウンにより回路基
板上の端子電極群に実装する際の半導体装置の電気的接
続接点とその形成方法およびこの電気的接続接点を有す
る半導体装置の実装体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の回路基板上への実装
には半田付けがよく利用されていたが、近年、半導体装
置のパッケージの小型化と接続端子の増加により接続端
子間、いわゆるピッチ間隔が次第に狭くなり、従来の半
田付け技術で対処することが困難になってきた。また、
最近では電卓、電子時計あるいは液晶ディスプレイにあ
っては、裸の半導体装置をガラス基板上の端子電極に直
付けして実装面積の小型化と効率的使用を図ろうとする
動きがあり半田付けに代わる有効かつ微細な電気的接続
手段が強く望まれていた。

【０００３】裸の半導体装置と回路基板の電極とを電気
的に接続する方法としては、半導体装置の電極パッド上
に形成した電気的接続接点を導電性接着剤やハンダなど
を用いて接続する方法が知られている。電気的接続接点
はメッキ技術やボールボンディング技術を用いて形成さ
れているが、メッキ技術による電気的接続接点の形成は
かなり複雑で、多数の処理工程および高度のエッチン
グ、メッキ技術が必要であり、加えてメッキ精度や形成
コストの点から高さにも一定の限界が生じていた。

【０００４】これらの問題を解決するため、ボールボン
ディング法を用いた２段突起状の電気的接続接点の形成
法（例えば、特願昭６２−１４０２６４号）が提案され
ている。

【０００５】以下、図面を参照しながら従来の半導体装
置装置の電気的接続接点および形成方法ならびにその実
装体について説明する。

【０００６】図４は従来の半導体装置の電気的接続接点
の概略断面図であり、図５（ａ）〜（ｅ）は前記半導体
装置の電気的接続接点の形成工程の概略説明図であり、
図６（ａ）、（ｂ）は前記電気的接続接点先端への接合
層形成の概略説明図と半導体装置と回路基板の実装体の
概略一部断面図である。図７（ａ）、（ｂ）は半導体装
置の電気的接続接点の形成不良の概略断面図である。

【０００７】図４〜図７において、１は半導体装置のＩ
Ｃ基板であり、１５０μｍピッチで約１５０個の電極パ
ッド２が形成されている。４はキャピラリー３にＡｕな
どの金属ワイヤー５を通す貫通孔である。６は放電トー
チ１０などの熱エネルギーによって金属ワイヤー５の先
端に形成されたボールである。

【０００８】図６において、１１は電気的接続接点であ
り、第１の突起接点７と第２の突起接点８で形成されて
いる。１２は液晶パネルなどの回路基板であり、ＩＣ基
板１の電極パッド２と同数・同ピッチの端子電極１３が
形成されている。１４は回路基板１２の端子電極１３と
ＩＣチップ１の電極パッド２とを電気的に接続する導電
性接着剤である。

【０００９】従来の半導体装置の電気的接続接点１１
は、図４に示すように、ＩＣ基板１の電極パッド２上に
電気的に接合された第１の突起接点７と、前記第１の突
起接点７の上方にループ状に形成された第２の突起接点
で構成され、２段突起状の構造となっている。

【００１０】この半導体装置の電気的接続接点１１は、
図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程で形成される。まず、図
５（ａ）に示すように、セラミックス材料や人工ルビー
などで作られたキャピラリー３の貫通孔４に通した２５
μｍの金属ワイヤー５の先端に、放電トーチ１０などの
熱エネルギーによって径が５５〜７５μｍのボール６を
形成する。

【００１１】次に、図５（ｂ）に示すように、前記金属
ワイヤー５の先端に形成したボール６をキャピラリー３
を介してＩＣ基板１の電極パッド２に当接し、熱圧着や
超音波振動によって固着させて外径が８０〜１００μ
ｍ、高さが２０〜３０μｍ程度の第１の突起接点７を形
成する。

【００１２】そして、図５（ｃ）に示すように、前記し
た第１の突起接点７とつながっている金属ワイヤー５を
キャピラリー３の貫通孔４に通した状態でキャピラリー
３をループ状に移動させ第１の突起接点７の上部に高さ
が５０〜７０μｍ程度の第２の突起接点８を形成する。
その方法としては、図５（ｄ）に示すように、キャピラ
リー３を前記第１の突起接点７の上方で垂直方向にルー
プ軌道を描いて移動し、図５（ｅ）のように、第１の突
起接点７の上部にキャピラリー３を下降させて金属ワイ
ヤー５一部を固着した後、クランパで金属ワイヤー５を
挟んで引きちぎり、リング状や逆Ｕ字の第２の突起接点
を形成する。この方法によって形成した電気的接続接点
は外形が８０〜１００μｍ、全体の高さが７０〜１００
μｍ程度のものが得られる。

【００１３】この電気的接続接点１１を有する半導体装
置の実装体の一実施例を図６（ａ）、（ｂ）に示す。上
記のようにして形成した電気的接続接点１１を有する半
導体装置を、図６（ａ）に示すように、フェースダウン
で導電性接着剤１４からなる接合層を前記電気的接続接
点１１の先端に転写法や印刷法によって形成した後、図
６（ｂ）に示すように、液晶パネルなどの回路基板１２
上のＩＴＯなどからなる端子電極１３の所定の位置に合
わせフェースダウンで載置した後、８０℃〜１５０℃で
前記接合層を熱硬化して前記半導体装置の電気的接続接
点１１と回路基板１２上の端子電極１３とを電気的に接
合することで半導体装置の実装体を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体装置の電気的接続接点は、金属ワイヤーでループ
を描いて第２の突起接点を形成するため、第１の突起接
点上には必ず２本の金属ワイヤーが並んで第２の突起接
点が形成されることになる。そのため、平面上の２方向
に対する自由度はあるものの、他の２方向への自由度は
十分でなく実装体において、熱衝撃試験などで発生する
応力を吸収・緩和できない場合がある。

【００１５】そして、電気的接続接点の第２の突起接点
の形成後に金属ワイヤーを引きちぎって切断するため、
ボンディング条件によっては、図７（ａ）に示すよう
に、第２の突起接点の引きちぎり部に金属ワイヤーが残
ったり、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２の突起
接点の形成不良が発生して、安定した形状の電気的接続
接点が得られなかったり、半導体装置の実装体を得る時
にショートやオープンなどの電気的な接合不良を招くと
いった問題があった。

【００１６】本発明は上記課題を解決するもので、半導
体装置と回路基板とを容易に信頼性よく、かつ微細ピッ
チで接続する半導体装置の電気的接続接点および形成方
法ならびにその実装体を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、半導体装置の電気的接続接点を電極パッド
上に第１の突起接点と前記第１の突起接点の上方の球状
の第２の突起接点を、前記第１の突起接点と第２の突起
接点より細いネック部を介して連続して形成し分銅状の
構造としたものであり、金属ワイヤーの先端に熱エネル
ギーによって形成したボールを、電極パッドに圧着して
第１の突起状接点を形成した後、前記第１の突起接点と
つながる金属ワイヤーの所定の位置で位置で熱エネルギ
ーによって溶断して球状の第２の突起接点とネック部を
形成することで得られ、前記電気的接続接点を導電性接
着剤などの接合層を介して回路基板上の端子電極と接続
することで、信頼性の高い微細ピッチの半導体装置の回
路基板への実装を実現できるものである

【００１８】

【作用】上記手段による半導体装置装置の電気的接続接
点および形成方法ならびにその実装体は、まず、半導体
装置の電気的接続接点を第１の突起接点と球状の第２の
突起接点を前記第１の突起接点と第２の突起接点より細
い１本の金属ワイヤーのネック部を介して連続して形成
し分銅状の構造としたことで、ネック部に平面４方向の
自由度が得られ、温度サイクル試験などで発生する応力
をネック部の変形によって吸収・緩和でき、信頼性の高
い接続が実現できる。

【００１９】そして、半導体装置の電気的接続接点にお
いて、第１の突起接点を形成した後、金属ワイヤーの所
定の位置で熱エネルギーによって溶断して球状の第２の
突起接点を形成することで、金属ワイヤーの引きちぎり
動作が不要となり、機械的に設定された位置で安定して
溶断するため、金属ワイヤー引きちぎりによって発生す
る金属ワイヤー残りや、第２の突起接点の形成不良がな
くなり、安定した形状の電気的接続接点が実現できる。

【００２０】さらに、本発明の半導体装置の電気的接続
接点の先端に導電性接着剤などの接合層を形成した後、
回路基板上の端子電極と接続することで、ショートやオ
ープンのない電気的に接続が安定した微細ピッチの半導
体装置装置の実装体が実現できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の半導体装置の電気的接続接点
および形成方法ならびにその実装体の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は本発明の半導体装置の電気的接続接
点の概略断面図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は前記半導
体装置の電気的接続接点の形成工程の概略説明図であ
り、図３（ａ）、（ｂ）は前記電気的接続接点への接合
層形成の概略説明図と半導体装置と回路基板の実装体の
概略一部断面図である。

【００２３】図１、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、
（ｂ）において、１は半導体装置のＩＣ基板であり、１
５０μｍピッチで約１５０個の電極パッド２が形成され
ている。３はキャピラリーでありＡｕなどの径が２５μ
ｍの金属ワイヤー５を通す貫通孔４を設けてある。６は
放電トーチ１０などの熱エネルギーによって金属ワイヤ
ー５の先端に形成されたボールである。１１は突起接点
７とネック部９と第２の突起接点８からなる電気的接続
接点である。１２は液晶パネルなどの回路基板であり、
ＩＣ基板１の電極パッド２と同数・同ピッチの端子電極
１４が形成されている。１４は回路基板１２の端子電極
１３とＩＣチップ１の電極パッド２とを電気的に接続す
る導電性接着剤である。

【００２４】本発明の半導体装置の電気的接続接点１１
は、図１に示すように、ＩＣ基板１の電極パッド２上に
電気的に接続された第１の突起接点７と、前記第１の突
起接点７の上方にネック部９を介して球状に形成した第
２の突起接点８からなり、分銅状の構造となっている。
ネック部９は、温度サイクルなどによって発生する応力
をネック部９の変形によって吸収・緩和するため第１の
突起接点７と第２の突起接点８より小さい径となってい
る。

【００２５】この半導体装置の電気的接続接点１１は、
図２（ａ）〜（ｃ）に示す工程で形成される。まず、図
２（ａ）に示すように、セラミックス材料や人工ルビー
などで作られたキャピラリー３の貫通孔４に通した金属
ワイヤー５の先端に、放電トーチ１０などの熱エネルギ
ーによって金属ワイヤー５の２〜３倍のボール６を形成
する。

【００２６】次に、図２（ｂ）に示すように、前記金属
ワイヤー５の先端に形成したボール６をキャピラリー３
を介してＩＣ基板１の電極パッド２に当接し、熱圧着や
超音波振動によって固着させ径が約８０〜８５μｍ、高
さが約２０〜２３μｍの第１の突起接点７を形成する。
そして、前記第１の突起接点７形成後、キャピラリー３
を上昇させて第１の突起接点７とつながる金属ワイヤー
５の所定の位置で放電トーチ１０の熱エネルギーによっ
て溶断してネック部９と球状の第２の突起接点８を形成
して得られる。

【００２７】例えば、２５μｍの金属ワイヤー５で径が
４０μｍの第２の突起接点を形成するには、第１の突起
接点７の約７０μｍ以上の位置で溶断すればよく、金属
ワイヤー５の径で形成するネック部９の長さも溶断する
金属ワイヤー５の位置で任意に設定できる。本実施例で
は、約８０μｍの位置で溶断し、径が約４０μｍの第２
の突起接点８と長さが約１０μｍのネック部が得られ
た。

【００２８】本実施例ではＩＣ基板１を２００個用いて
（電極パッド総数３００００個）確認したが、電気的接
続接点１１の形成時に金属ワイヤー５を引きちぎらずに
機械的に設定した一定位置で熱エネルギーによって溶断
するため、引きちぎりによって発生する金属ワイヤー５
残りや第２の突起接点の形成不良はなかった。また、金
属ワイヤー５の溶断位置が安定するため、次の電気的接
続接点１１を形成するためのボール６径は７０〜７５μ
ｍと従来５５〜７５μｍと比較して大幅に安定なものと
なり、ボール６でもって形成される第１の突起接点７も
径が８０〜８５μｍと安定した電気的接続接点１１が得
られていることを確認した。

【００２９】なお、本実施例では金属ワイヤーの材質を
Ａｕとしたが、その材質はＡｕに限定されるものではな
く、Ａｌ、Ｃｕなどボールボンディングが可能なもので
あれば使用することができる。

【００３０】また、本実施例では説明を省略したが、第
の突起接点の球径の変更は、第１の突起接点の形成後に
金属ワイヤーを溶断する際、放電トーチの熱エネルギー
を調整することによって実現できる。熱エネルギーの調
整は、一つの放電トーチを用いて第１の突起接点と第２
の突起接点の形成時の放電出力を回路で変更する方法
や、第１二つの放電トーチを備えて個別に放電出力を設
定することでできる。

【００３１】また、本実施例では熱エネルギーを得る手
段に放電トーチを用いたが、水素炎トーチ、レーザーを
単体、もしくは併用しても同様の効果が得られる。

【００３２】この電気的接続接点１１を有する半導体装
置の実装体の一実施例を図３（ａ）、（ｂ）に示す。上
記のようにして形成した電気的接続接点１１を有する半
導体装置を、図３（ａ）のように、フェースダウンで前
記電気的接続接点１１の第２の突起接点８とネック部９
を主体に導電性接着剤１４などの接合層を転写法で形成
した後、図３（ｂ）のように、液晶パネルなどの回路基
板１２上のＩＴＯなどからなる端子電極１３の所定の位
置に合わせフェースダウンで載置した後、８０℃〜１５
０℃で前記接合層を熱硬化して、前記半導体装置の電気
的接続接点１１と回路基板１２上の端子電極１３とを電
気的に接合することで半導体装置の実装体が得られる。

【００３３】本実施例では２００個のＩＣ基板１（電極
パッド総数３００００個）を用いたが、金属ワイヤー５
残りや第２の突起接点８の形成不良がない安定した形状
の電気的接続接点１１となっているため、ショートやオ
ープンなどの電気的接続不良はなく、信頼性の高い接続
が得られている。

【００３４】この半導体装置の実装体で温度サイクル試
験（−４０〜８０℃ 各３０分保持）を実施したところ
５００サイクル以上経過しても、電気的にも外観的にも
異常は認められず、電気的接続接点による応力吸収・緩
和効果が大きいことを確認した。

【００３５】なお、本実施例では接合層に導電性接着剤
を用いたが、異方性導電膜を用いてもよい。異方導電膜
の場合は、電気的接続接点の先端と回路基板の端子電極
間に介在する導電粒子でのみ電気的接続が得られるた
め、さらに微細ピッチの接続が容易となる。異方導電膜
を用いた実装体は、回路基板の端子電極上の所定位置に
シート状の異方導電膜仮固定した後、半導体装置をフェ
ースダウンで載置して、加圧と加熱によって異方導電膜
を硬化させることで得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
装置の電気的接続接点および形成方法ならびにその実装
体は、半導体装置の電気的接続接点を第１の突起接点と
第２の突起接点をネック部を介して連続して形成し分銅
状の構造としたことで、ネック部で自由度、特に面方向
の自由度が大きくなり、温度サイクル試験などで発生す
る応力の吸収・緩和力が向上する。

【００３７】そして、第１の突起接点形成後、金属ワイ
ヤーを熱エネルギーによって溶断して球状の第２の突起
接点を形成して電気的接続接点とすることで、ワイヤー
残りが一定となり、安定した形状の電気的接続接点が得
られ、前記電気的接続接点と回路基板上の端子電極とを
接合層を介して接続することで、ショートやオープンな
ど電気的接続不良がない、信頼性の高い微細ピッチの半
導体装置装置の実装体が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一実施例の構成を示す断
面図

【図２】同実施例半導体装置の製造工程図

【図３】本発明の半導体装置の実装体の構成を示す断面
図

【図４】従来例の半導体装置の構成を示す断面図

【図５】従来例の半導体装置の製造工程図

【図６】従来例の半導体装置の実装体の構成を示す断面
図

【図７】従来例における半導体装置の課題の説明図

【符号の説明】

１ ＩＣ基板 ２ 電極パッド ３ キャピラリー ４ 貫通孔 ５ 金属ワイヤー ６ ボール ７ 第１の突起接点 ８ 第２の突起接点 ９ ネック部 １０ 放電トーチ １１ 電気的接続接点 １２ 回路基板 １３ 端子電極 １４ 導電性接着剤

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属導体からなる、第１の突起状接点と前
   記第１の接点の上方に球状に形成されている第２の突起
   接点が前記第１の突起接点と第２の突起接点より細いネ
   ック部を介して連続して形成された電気的接続接点が、
   半導体装置の電極パッド上に電気的に導通状態で接合さ
   れた半導体装置。
2. 【請求項２】キャピラリーに挿通された金属ワイヤーの
   先端に熱エネルギーによってボールを形成する工程と、
   金属ワイヤーの先端に形成された前記ボールをキャピラ
   リーにより半導体装置の入出力パッドに圧着して第１の
   突起状接点を形成する工程と、前記第１の突起接点形成
   後キャピラリーを上昇させて第１の突起接点とつながる
   金属ワイヤーの所定の位置で熱エネルギーによって溶断
   してネック部と球状の第２の突起接点を形成する工程と
   からなる半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】熱エネルギーを得る手段が放電トーチ、水
   素炎トーチ、もしくはレーザーである請求項２記載の半
   導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】熱エネルギーを得る手段を一つ以上用いる
   請求項２記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】フェースダウンで回路基板に実装する半導
   体装置の実装体であって、半導体装置の電極パッド上に
   電気的に接合されている金属導体からなる第１の突起接
   点と前記突起接点の上方に球状に形成されている第２の
   突起接点が、前記第１の突起接点と第２の突起接点より
   細いネック部を介して連続して形成されている半導体装
   置の電気的接続接点を接合層を介して回路基板上の端子
   電極に接続した半導体装置の実装体。
6. 【請求項６】接合層が導電性接着剤、異方性導電膜から
   なる請求項５記載の半導体装置の実装体。