JP2002280416A

JP2002280416A - フレキシブル配線板とｉｃチップとのマトリックス接合方法

Info

Publication number: JP2002280416A
Application number: JP2001078568A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hagiwara; 良広萩原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡの実装信頼度を向上させる。【解決手段】ポリイミドフィルム等の片面に銅箔等の
導体パターンを設けたＦＰＣ２の電極パッド３ａ部裏側
の基材部２ｂにエキシマレーザ加工またはその他の加工
技術により微小な穴４を形成する。ＦＰＣ２の接合ポイ
ントに対応する基板またはＩＣチップの電極パッド３ａ
上には接続位置に合わせてＡｕスタッドバンプ８を形成
する。基板またはＩＣチップの電極パッドを上面に配置
してステージ上に設置し、ＦＰＣ２をフェースダウンで
位置あわせをし、ＦＰＣ２の穴４を通して電極部パッド
３ａ部に直接超音波を印加することにより、ＦＰＣ２の
電極部と基板またはＩＣチップ電極部のＡｕスタッドバ
ンプ８をＡｕ−Ａｕ非加熱超音波プロセスで接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフレキシブル配線板
とＩＣチップとのマトリックス接合方法、特に、超音波
振動を利用したフレキシブル配線板とＩＣチップとのマ
トリックス接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フレキシブル配線板のリードとＩＣチッ
プの電極パッドとを超音波振動を利用して接合する技術
には各種の文献がある。従来のＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕ
ｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｅｎｇ）インナーリードの接
合方法は、半導体素子あるいはインナーリードの何れか
一方にバンプを形成する必要があった。一般にバンプを
形成するためにはリソグラフィ等の複雑な工程が必要で
あり、高価な設備が必要とされる。また、バンプ形成を
１００％の歩留りで達成することは困難であり、バンプ
形成工程において高価な半導体素子、あるいは高価なＴ
ＡＢテープを損傷する問題があった。これらの原因によ
り、従来のバンプ形成工程を必要とするＴＡＢインナー
リードの接合方法では、実装コストが高くなる課題があ
った。また、従来のバンプを介してインナーリードを半
導体素子の電極に接続する方法では、バンプ形成の微細
化が困難なため、例えば、電極間ピッチ５０〜６０μｍ
のような狭ピッチ接続が困難である課題があった。

【０００３】パンプを用いないダイレクトボンディング
法（例えば、特開平０２−１１９１５３号公報参照）で
は、半導体素子の電極は周囲を電極面に対して凸となる
パッシベーション膜により囲まれているため、インナー
リードを電極に直接接触させることが困難であった。イ
ンナーリードを電極に直接接触させるためには、インナ
ーリード先端の接触部の大きさに比べ、電極開口部を十
分に大きく形成する必要がある。この場合、電極間ピッ
チが増加し狭ピッチ接続が困難となるばかりか、半導体
素子のサイズが大きくなるため、１ウェハ当たり形成で
きる半導体素子数が減少し、半導体素子自体の価格が増
加する課題があった。

【０００４】また、インナーリードを電極面に接触させ
ることができても、従来のダイレクトボンディング法で
は、接合時に電極面にクラック等の損傷が生じやすい課
題があった。この原因は以下のように考えられる。イン
ナーリードは一般的にＣｕ箔を基材とし、これにＡｕや
Ｓｎをフラッシュメッキして構成される。Ｃｕは、一般
に用いられているバンプ材料であるＡｕに比べ硬く変形
しにくいため、ボンディング荷重の印加によりインナー
リードのエッヂ部と電極との接触領域近傍に過大な垂直
応力が発生する。このような接触状態の基で超音波振動
を印加すると、過大なせん断応力がインナーリードのエ
ッヂ部近傍に発生し、電極面にクラック等の損傷が発生
しやすかった。クラック等の損傷を防止するためには、
ボンディング荷重あるいは超音波エネルギを低下させる
必要があり接合強度が低下する。このように、従来のダ
イレクトボンディグでは、電極面にクラック等の損傷を
生じることなく高強度で接合を行うことが困難であっ
た。

【０００５】また、従来のダイレクトボンディング法で
は、超音波振動をインナーリードの長手方向に作用させ
るため、対向する２辺に電極が形成された半導体素子に
対しては接合を行うことができるが、半導体素子の４辺
全てに電極が形成された半導体素子に対しては接合が困
難である課題があった。

【０００６】従来の技術について、図面を参照して詳細
に説明する。

【０００７】図４（ａ），（ｂ）は第１の従来例を示す
正面図および側面図である。（例えば、特開平０６−２
８３５７７号公報参照）。これは、ＴＡＢテープのイン
ナーリードと半導体素子の電極とを接合する技術であ
る。

【０００８】ここでは、半導体素子の電極開口部よりも
先端部が小さなボンディングツールをインナーリードに
押圧し、インナーリードに窪みを形成し、該インナーリ
ードの前記電極側の表面に凸部を形成しながら、前記ボ
ンディングツールに超音波エネルギを印加する。

【０００９】ボンディングツールは、先端部に丸みを有
していてもよい。また窪みは、インナーリードの幅より
も小さくてもよい。また半導体素子の電極開口部の前記
インナーリードの幅方向の大きさをインナーリードの幅
よりも小さくしてもよい。

【００１０】この接合方法では、インナーリード１３と
半導体素子１５の電極１２とのアライメントを行った
後、ボンディングツール１１をインナーリード１３に押
圧する。ボンディングツール１１は、半導体素子１５の
電極１２の開口部の大きさよりも先端部が小さいため、
インナーリード１３にボンディングツール１１の先端形
状が転写された凹状の窪み１６が形成され、同時にイン
ナーリード１３の底面には微小な凸部１９を形成するこ
とができる。このように、接合時にインナーリード底面
に電極面１２との接触点となる微小な凸部１９を形成す
るため、バンプを用いずに直接インナーリードを電極１
２と接触させることができる。

【００１１】一般に半導体素子の電極はＡｌ電極であ
り、電極表層には自然酸化膜が存在するため、インナー
リード接合を行うためには自然酸化膜を破壊することが
条件となる。ここで、電極面上の自然酸化膜を破壊する
のに必要な最小のせん断応力をτmin とおき、電極面１
２にクラックが発生するせん断応力をτmax とおくと、
電極面１２にクラック等の損傷を生じることなく接合を
行うためには、接合部１７の最大せん断応力がτmax 以
下となるようにボンディングツール１１に荷重および超
音波振動を印加する必要がある。電極面に生じるクラッ
ク等の損傷を防止し、しかも十分な強度で接合を行うた
めには、τmin 以上のせん断応力が作用する領域を極力
大きく形成する必要がある。このためには接合部１７に
均一なせん断応力分布を形成することが重要となる。

【００１２】ここでは、窪み１６を形成しながら超音波
振動を印加し、電極１２表層に存在する酸化膜を破壊し
接合を行う。凸部１９を介して接合を行うため、凸部の
形成を行わない従来のダイレクトボンディング法に比
べ、せん断応力の均一性に優れ、電極面にクラック等の
損傷を発生することなくインナーリード１３を電極１２
に十分な強度で接合することができる。また、図に示す
ようにインナーリード１３は電極周囲のパッシベーショ
ン膜１４に接触するが、電極１２よりも小さな先端部を
有するボンディングツール１１を用いるため、パッシベ
ーション膜１４に損傷を与えるような過大な応力を発生
することなく接合を行うことができる。ここで、ボンデ
ィングツール１１は窪み１６に密着しており、接合面に
超音波エネルギを効率的に伝達することができる。な
お、図面には記載していないが、半導体素子１５は加熱
装置により合金層形成に必要な温度（例えば２５０℃、
特開平０７−０５８１５５公報参照））まで加熱されて
いる。なおこのように、窪み１６を形成しながら超音波
振動を印加しインナリードを電極に接合する方法では、
ボンディングツールをインナーリードに押圧し、インナ
ーリードに窪みを形成した後に超音波振動を印加し接合
する方法に比べ、ボンディング時間の短縮による生産性
向上を図れ、かつ高い強度で接合を行える。

【００１３】次にＴＡＢのアウターリードの接合方法に
ついて述べる。

【００１４】ＴＡＢでは、予めテープ上に回路形成した
テープキャリアＡを用いて半導体素子Ｂの電極と基板電
極とを接続する。このようにテープキャリアＡに半導体
素子Ｂを搭載したものをテープキャリアパッケージ（略
称：ＴＣＰ）と呼ぶ。このテープキャリアパッケージの
基板への実装においては、金型でアウタリードをカット
し、それをガルウィング状にフォーミングする。その
後、アウタリードと基板の電極パッドとを位置合わせ
し、アウタリードボンディングする。

【００１５】一般に、このアウタリードボンディング方
法としては、加熱したツールで、アウタリードを加圧・
加熱し、全アウタリードを一括ボンディングする方法
（ギャングボンディング）が採用されている。しかし、
この方法では、ツール加圧により基板に１５ｋｇｆ程度
の荷重がかかるため、基板裏面からのバックアップが必
要となり、その部分にチップ部品など他の部品を搭載で
きず、基板設計の自由度が狭くなっていた。

【００１６】この問題に対して、近年、レーザ光など非
接触加熱源によるボンディングが注目されている。この
方法では、レーザ光を照射するときに、テープキャリア
を加圧して、アウタリードと電極パッドとを接触させて
おく手段が必要となる。この他の手段としては、アウタ
リードを電極パッドに確実に接触させることを目的とし
て、ガラス板でアウタリードを加圧して電極パッドへ接
触させる方法、あるいは、反った基板へも対応が可能な
シングルポイントボンディングツールでアウタリードを
１本ずつ加圧し、かつ、同時にレーザ光を照射する方法
がある（特開平５−２５９２２０号公報参照）。

【００１７】しかしながら、テープキャリアを加圧し
て、間接的にアウタリードを電極パッドに押し付ける手
段は、アウタリードの数が増加しさらに微細化した場合
や基板が反っている場合などに、全アウタリードを均一
な状態で基板の電極パッドへ接触させるのが非常に困難
となる。

【００１８】さらに、ガラス板Ｋでアウタリードを加圧
する手段では、ボンディング中にガラス板と被ボンディ
ング部位が接触しているために、レーザ照射によって加
熱され融解・昇華したアウタリードの表面の金属などが
ガラス板に付着する。これによって、レーザ光の透過性
が低下すため、ボンディング毎にガラス板表面をクリー
ニングする必要がある。

【００１９】さらにまた、シングルポイントボンディン
グツールでアウタリードを１本ずつ加圧する手段におい
ても、ガラス板の場合と同様に、シングルポイントボン
ディングツールへの付着物が発生するため、これをクリ
ーニングする必要がある。また、シングルポイントボン
ディングツールを用いる場合は、このシングルポイント
ボンディングツールが接合部とともにレーザ照射により
繰り返し加熱・急冷されるため、シングルポイントボン
ディングツール自身の消耗が激しいという問題がある。

【００２０】図５（ａ）〜（ｃ）は第２の従来例を示す
側面図および部分側面図である。（例えば、特開平１０
−０２２３２８号公報参照）。

【００２１】図５（ａ）に示すボンディング装置は、テ
ープキャリアパッケージ（略称：ＴＣＰ）方式のチップ
部品１０１（図６参照）を実装基板１０２の所定の電極
パッド１０３上に仮固定する第１ボンディング部１０４
と、この第１ボンディング部１０４により仮固定された
チップ部品１０１にレーザ光を照射してレーザボンディ
ングする第２ボンディング部１０５と、第１ボンディン
グ部１０４から第２ボンディング部１０５にチップ部品
１０１を移送する移送部１０６と、第１ボンディング部
１０４及び第２ボンディング部１０５及び移送部１０６
を電気的に統御してボンディング制御部１０７とから構
成されている。

【００２２】第１ボンディング部１０４は、図５（ｂ）
に示すように、水平面に沿うＸＹ方向に移動自在な第１
ＸＹテーブル８と、この第１ＸＹテーブル１０８上に搭
載された本体１０９と、この本体１０９に揺動自在に取
り付けられた棒状の超音波ホーン１１０と、この超音波
ホーン１１０の揺動軸に連結され超音波ホーン１１０を
揺動駆動するモータ１１１と、超音波ホーン１１０の先
端部に取付けられたシングルポイントボンディングツー
ル１１２と、本体１０９の上部に設けられ超音波振動を
超音波ホーン１１０に印加する超音波振動発信器１１３
とから構成されている。

【００２３】この超音波振動発信器１１３の超音波出力
は、０．３Ｗである。また、モータ１１１には、位置検
出器１１１ａが付設され、この位置検出器１１１ａから
出力された位置検出信号ＳＬは、ボンディング制御部１
０７に入力すると、この位置検出信号ＳＬに同期して超
音波振動発信器１１３を作動させる発振信号ＳＳを出力
するように設けられている。

【００２４】一方、第２ボンディング部５は、図５
（ｃ）に示すように、第１ボンディング部１０４に隣接
して設置されたもので、水平面に沿うＸＹ方向に移動自
在な第２ＸＹテーブル１１４と、この第２ＸＹテーブル
１１４上に搭載された支持台１１５と、この支持台１１
５から水平方向に延設されたアーム１１６と、このアー
ム１１６の先端部に設けられた集光部１１７と、第２Ｘ
Ｙテーブル１１４から離間して設置されレーザ光Ｌを発
振するレーザ発振装置１１８と、このレーザ発振装置１
１８からのレーザ光Ｌを集光部１１７まで案内する光フ
ァイバ１１９とから構成されている。レーザ光Ｌとして
は、ＹＡＧレーザ光が好ましい。また、発振条件の一例
としては、レーザ出力５Ｗ、照射時間１５ｍ秒を挙げる
ことができる。また、集光部１１７は、例えば凸レンズ
を基本要素とするもので、これによるレーザ光Ｌの照射
面におけるスポット径は例えば４０μｍに設定する。

【００２５】さらに、移送部１０６は、互いに隣接して
設けられた第１ボンディング部１０４と第２ボンディン
グ部１０５に沿って設けられたシャトルテーブル１０６
ａなどの移送手段を本体とするものであって、矢印Ｒ
１，Ｒ２方向に往復動自在である。このシャトルテーブ
ル１０６ａには、実装基板１０２を所定位置に固定する
ための減圧保持手段が設けられている。

【００２６】つぎに、ボンディング方法について述べ
る。図６は、このボンディング方法によりアウタリード
ボンディングされるチップ部品１０１を示している。こ
のチップ部品１０１は、ＴＣＰ方式のパッケージであ
り、その構成は、一方の表面にＩＣ回路（図示せず）及
び端末電極としてのバンプ１０１ａが形成された例えば
縦１０ｍｍ及び横１０ｍｍ及び厚さ０．５ｍｍのシリコ
ン・チップ１０１ｂと、一方の端部がバンプ１０１ａに
インナリードボンディングされ中途部で段差状に成形さ
れた例えば厚さ３５μｍ及び幅４５μｍの電解銅製のフ
ィンガ１ｃとからなっている。前記フィンガ１０１ｃの
本数は、例えば３００本で、例えば１００μｍのピッチ
で列設されている。このフィンガ１０１ｃの表面には、
厚さ２．０μｍのすずめっきが施されている。なお、フ
ィンガ１０１ｃの外側に延出している部分をアウタリー
ド１０１ｄと呼ぶ。さらに、シリコン・チップ１０１ｂ
とフィンガ１０１ｃとの接続部分は絶縁樹脂１０１ｅに
より封止されている。しかして、フィンガ１０１ｃは、
プラスチックフィルムからなるサポートリング１０１ｆ
により支持されている。

【００２７】また、実装基板１０２は、例えば厚さ１．
５ｍｍ及び縦５０ｍｍ及び横５０ｍｍのガラスエポキシ
製であって、その一方の主面には、回路パターンが例え
ば厚さ１８μｍの銅箔により施され、その端部には電極
パッド１０３が設けられている。この電極パッド１０３
の寸法は、例えば縦０．５ｍｍ及び横０．１ｍｍであ
り、その表面には厚さ２．０μｍの金めっきが施されて
いる。

【００２８】チップ部品１０１のアウタリード１０１ｄ
を実装基板１０２の電極パッド１０３にボンディングす
るに当たって、まず、図示せぬハンドリング装置によ
り、実装基板１０２を移送部１０６のシャトルテーブル
１０６ａに位置決め保持させる。さらに、ボンディング
制御部１０７からの制御信号ＣＴにより移送部１０６
を、シャトルテーブル１０６ａを第１ボンディング位置
Ｐ１まで移送する。また、他のハンドリング装置によ
り、チップ部品１０１をシャトルテーブル１０６ａに保
持されている実装基板１０２上に、アウタリード１０１
ｄが対応する電極パッド１０３上に当接するように載置
する。つぎに、ボンディング制御部１０７は、第１ＸＹ
テーブル１０８に制御信号ＳＴ１を印加する。すると、
第１ＸＹテーブル１０８が作動し、シングルポイントボ
ンディングツール１１２の先端が、所定の電極パッド１
０３の直上位置にくるよう位置決めする。つぎに、ボン
ディング制御部１０７からは、制御信号ＳＭがモータ１
１１に出力され、その結果、モータ１１１が起動して超
音波ホーン１１０を矢印Ｑ１方向に揺動させる。する
と、シングルポイントボンディングツール１１２は、直
下のアウタリード１０１ｄに対して超音波を印加しなが
ら、この超音波を印加しているアウタリード１０１ｄを
例えば６０ｇｆで押圧する。その結果、押圧されたアウ
タリード１０１ｄは、接触している電極パッド１０３に
圧接される。このとき、超音波は、モータ１１１に付設
されている位置検出器１１１ａからの位置検出信号ＳＬ
に同期して、ボンディング制御部１０７から発振信号Ｓ
Ｓを超音波振動発信器１１３に出力させることにより、
超音波ホーン１１０を介してシングルポイントボンディ
ングツール１１２に印加される。つぎに、ボンディング
制御部１０７からは、再び制御信号ＳＭがモータ１１１
に出力され、超音波ホーン１１０が矢印Ｑ２方向に揺動
する。これと同期して、ボンディング制御部１０７から
は、第１ＸＹテーブル１０８に制御信号ＳＴ１が印加さ
れる。その結果、第１ＸＹテーブル１０８が作動し、シ
ングルポイントボンディングツール１１２の先端が、直
前に圧接した電極パッド１０３に隣接する電極パッド１
０３の直上位置にくるよう位置決めする。しかして、前
と同様のボンディング動作を繰り返す。その結果、チッ
プ部品１０１は、実装基板１０２の所定の電極パッド１
０３上に位置決めされる。

【００２９】このようにして、すべてのアウタリード１
０１ｄの圧接が終わると、ボンディング制御部１０７か
らの制御信号ＣＴにより移送部１０６は、シャトルテー
ブル１０６ａを第１ボンディング位置Ｐ２まで移送す
る。つぎに、ボンディング制御部１０７から第２ＸＹテ
ーブル１１４に制御信号ＳＴ２が送られ、アウタリード
１０１ｄの直上にレーザ集光部１１７がくるように位置
決めする。位置決めしたものに基づきボンディング制御
部１０７よりレーザ発振装置１１８に制御信号Ｓが送ら
れ、例えば１５ｍ秒のレーザ光Ｌを発振する。このレー
ザ光Ｌは、光ファイバ１１９によりレーザ集光部１１７
まで導かれ、このレーザ集光部１１７によりアウタリー
ド１０１ｄ上において、例えば、４０μｍのスポット径
ＳＰとなるように集光される。レーザ発振後、ボンディ
ング制御部１０７より制御信号ＳＴ２が第２ＸＹテーブ
ル１１４に送られ、先にレーザ光を照射したアウタリー
ド１０１ｄの直上にレーザ集光部１１７がくるように位
置決めし、前と同様のレーザ照射動作を繰り返す。かく
して、前工程において圧接されたアウタリード１０１ｄ
は、電極パッド１０３に対してレーザ溶接され、チップ
部品１０１は、実装基板１０２に強固に固定される。し
かして、レーザ溶接が終わると、シャトルテーブル１０
６ａによる実装基板１０２の減圧吸着を解除し、図示せ
ぬハンドリング機構によりシャトルテーブル１０６ａか
ら実装基板１０２を取り除く。この後、再び、前述した
ボンディング動作を繰り返す。

【００３０】次にＩＣチップとしてＢＧＡと呼ばれるも
のを基板に実装している技術について述べる。昨今の携
帯情報端末にみられるような製品の小型化に伴い、これ
に用いられる裏面電極（Ball Grid Array、以降「ＢＧ
Ａ」と記す）型電気部品も小型化が進み、具備されるＢ
ＧＡ電極端子も小さくなってきている。これらの小型化
に伴い、ＢＧＡ型電機部品の電極端子とプリント配線板
とを導通させるはんだ付け接続部分も小さくなるため、
熱サイクルストレスや外部応力に対する抗力が減少して
いる。

【００３１】特開平１０−５６０９３号公報には、ダミ
ー電極をＢＧＡ端子配列の角部に設ける（端子１つに基
板ランド１つが対応）ことにより、ヒートサイクル時に
ダミー電極のはんだ接続部分にクラックが入ることを前
提とし、クラックが生じても信号電極の接続が守られる
ようにした半導体装置及びその半導体装置を組み込んだ
電子装置が記載されている。

【００３２】また、特開平９−３３０９９３号公報に
は、ＢＧＡ構造の半導体装置が掲載されている。この半
導体装置は、まず、半田バンプ形成ランドを分割して形
成し、半導体チップ間で結線される配線を分離して、別
々に分割ランドに引き出す。その後、半導体チップを搭
載し、分割ランドを使用してテスティングを行い、半田
ボールなどで半田バンプを形成する。こうすることによ
り、複数個の半導体チップが搭載されて形成される半導
体装置のテスティングが容易にしていた。

【００３３】一般に、ＢＧＡを実装したプリント配線
に、環境温度変化や、ＢＧＡ自体の発熱の変化により熱
サイクルストレスが加わった場合、ＢＧＡとプリント配
線板の熱膨張率との差により歪みが発生する。この歪み
は、ＢＧＡ端子の外周に位置する４角の接続部分に集中
することが多く、はんだ接続部分がこの歪みに耐えられ
ない場合、はんだ接続部分にクラックが発生する可能性
が高い。

【００３４】また、ＢＧＡを実装したプリント配線板に
基板を曲げる等の外力が加わった場合、最も応力変形を
受けやすいのは、隣接する（応力を分散しうる）接続端
子が少なく、また応力によるプリント配線板の変形量が
最も大きくなるＢＧＡ端子配列の４角であり、応力変形
による電極接続部分の破壊は、４角から電極配列の内側
へと進行する場合が多い。

【００３５】したがって、ＢＧＡの接続信頼性を向上さ
せるためには、端子配列の４角部分のはんだ接続強度を
向上させる必要がある。

【００３６】また、半田バンプ形成ランドを分割して形
成しても、この半導体バンプ形成ランドと半田ボールと
の接続部分の大きさは変わらないため、はんだ接続部分
にクラックが生じないようにはならない。

【００３７】図７（ａ）〜（ｄ）は第３の従来例を示す
平面図および側面図である。（例えば、特開２０００−
２２８４５９号公報参照）。図中の符号２０１はＢＧ
Ａ、２０２はその統合可能な特定電極、２０３は一般電
極を示す。

【００３８】この例においては、ＢＧＡ２０１の４角
に、統合可能な特定電極２０２として、それぞれ４個ず
つのグランド電極端子を設けたものを示す。

【００３９】図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したＢＧＡ
２０１を実装するプリント配線板の基板を示している。
図７（ｂ）において、符号２０４は基板、２０５は統合
ランド、２０６は一般ランドを示す。この基板２０４
は、統合ランド２０５を有しており、図７（ａ）に示し
た形態のＢＧＡの４角の電極２０２を、統合ランド２０
５として同じランドに統合している。これにより、はん
だ付け部分を大きくし、はんだ付けしたＢＧＡ型部品と
プリント配線板の接続強度を向上させることを可能とす
る。

【００４０】図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示した基板２
０４に、図７（ａ）に示したＢＧＡがはんだ付けされた
状態を示している。ＢＧＡ２０１の統合端子２０２群
は、基板２０４の統合ランド２０５にてはんだ付けされ
ている。

【００４１】図７（ｄ）に示すとおり、ＢＧＡの統合端
子２群は、基板２０４の統合ランド２０５にてはんだ付
けされているので、実装したＢＧＡの４角の電極端子の
はんだ付け部分が、１端子１ランドのはんだ付けを行う
場合に比べて格段に大きくなる。

【００４２】すなわち、ＢＧＡの端子２０２と、基板の
統合ランド２０５との間の大きい接続部分においてはん
だ接続がなされることになり、４角部分のはんだ付け部
分の接続強度が大幅に向上し、前述の熱サイクルストレ
スによるクラックや、外部応力による破壊を防ぐことが
できる。

【００４３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフレキ
シブル配線板とＩＣチップとのマトリックス接合方法
は、次のような問題がある。１．チップ、またはＦＰＣの電極パッド上に半田ボール
を設けて熱圧着する３熱圧着工法では、半田を用いるこ
とによりプロセス温度を２００度以上に上げる必要があ
る。よって接続相手側のモジュールについてこのプロセ
ス温度に対する耐熱が要求され、接続モジュールを制限
してしまう。例えば接着剤を用いた構造物や耐熱温度が
２３０度以下の材料を持っている場合、この工法は使え
ない。２．ＦＰＣを電極パッド部を上面にして固定し、ＩＣチ
ップの電極パッド部をフェースダウンで位置決め圧接し
て、ＩＣチップごと超音波で振動させて一括して接合す
る工法では、周りを樹脂で封止されたＩＣチップ等には
有効であるが、シリコンやガラスを用いた基板や接着部
がある構造物では、全体を超音波振動して接合すること
は好ましくない。最悪モジュールを破壊する結果となる
ことも懸念される。３．ＴＡＢ等のインナーリードでチップの電極パッドと
ボンディング接合する工法では、チップとＦＰＣ電極接
続の際、チップの外周に引き出す必要があるため、（接
続本数）≦（チップの外周長さ）÷（ピッチ）という制
限がある。そのため、マトリクス接続により実装密度を
高めようとする際、この工法は不適となる。

【００４４】

【課題を解決するための手段】第１の発明のフレキシブ
ル配線板とＩＣチップとのマトリックス接合方法は、Ｆ
ＰＣの電極パッド部裏側の基材部にエキシマレーザ加工
またはその他の加工技術により微小孔を形成する。

【００４５】第２の発明のフレキシブル配線板とＩＣチ
ップとのマトリックス接合方法は、第１の発明におい
て、前記ＦＰＣの接合ポイントに対応する前記基板また
はＩＣチップの電極パッド上には接続位置に合わせてＡ
ｕスタッドバンプを形成する。

【００４６】第３の発明のフレキシブル配線板とＩＣチ
ップとのマトリックス接合方法は、第１の発明におい
て、前記基板またはＩＣチップの電極パッドを上面に配
置してステージ上に設置し、前記ＦＰＣをフェースダウ
ンで位置あわせをし、前記ＦＰＣの前記微小孔を通して
前記電極部パッド部に直接超音波を印加することによ
り、前記ＦＰＣの電極部と前記基板またはＩＣチップ電
極部のＡｕスタッドバンプをＡｕ−Ａｕ非加熱超音波プ
ロセスで接合する。

【００４７】第４の発明のフレキシブル配線板とＩＣチ
ップとのマトリックス接合方法は、第１の発明におい
て、前記ＦＰＣ裏面にあける穴についてその最大径は、
電極パッドの面積の５０％以下とする。

【００４８】第５の発明のフレキシブル配線板とＩＣチ
ップとのマトリックス接合方法は、第１の発明におい
て、前記ＦＰＣ裏面にあける穴についてその最小径は、
超音波を印加するツールの先端径以上である。

【００４９】第６の発明のフレキシブル配線板とＩＣチ
ップとのマトリックス接合方法は、第１の発明におい
て、前記穴を複数まとめて超音波を印加する。

【００５０】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。

【００５１】図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態
を説明するための平面図および部分断面図である。図１
（ａ），（ｂ）に示すフレキシブル配線板とＩＣチップ
とのマトリックス接合方法は、ポリイミドフィルム等の
片面に銅箔等の導体パターンを設けたＦＰＣ２の電極パ
ッド３ａ部裏側の基材部２ｂにエキシマレーザ加工また
はその他の加工技術により微小な穴４を形成する。

【００５２】ＦＰＣ２の接合ポイントに対応する基板ま
たはＩＣチップの電極パッド３ａ上には接続位置に合わ
せてＡｕスタッドバンプ８を形成する。基板またはＩＣ
チップの電極パッドを上面に配置してステージ上に設置
し、ＦＰＣ２をフェースダウンで位置あわせをし、ＦＰ
Ｃ２の穴４を通して電極部パッド３ａ部に直接超音波を
印加することにより、ＦＰＣ２の電極部と基板またはＩ
Ｃチップ電極部のＡｕスタッドバンプ８をＡｕ−Ａｕ非
加熱超音波プロセスで接合する。

【００５３】ＦＰＣ２裏面にあける穴４についてその最
大径は、電極パッドの面積の５０％以下とする。ＦＰＣ
２裏面にあける穴４についてその最小径は、超音波を印
加するツールの先端径以上である。また、穴４を複数ま
とめて超音波を印加してもよい。

【００５４】ＦＰＣ２に外部モジュール５を超音波印加
により接合する。ＦＰＣ２表面には他のモジュールの電
気接続するための電極パッド３ａが配置されている。電
極パッド３ａ表面部はＡｕのメッキ層で覆われていて、
超音波による接合手段を前提としている。ここでこの電
極パッド３ａの裏側の基材部２ｂには、エキシマレー
ザ、ＣＯ2レーザ、またはエッチングによりあけられた
穴部４が形成されていて、穴４は表面の電極パッド３層
にまで連通している。そのため裏側からＦＰＣ１を見る
と、表面の電極パッド３とちょうど同じ位置に連通電極
パッド３ａが配置されている。またこの連通電極パッド
３ａは酸化を防ぐため、メッキ層が設けられているが、
特にメッキは特定されない。ただしＡｕメッキであれば
表面の電極パッドへＡｕメッキをする際に同時に連通電
極パッド３ａにもメッキをかけることができるので工程
の無駄を省けて好ましい。穴４の直径については最大穴
面積が電極パッド３面積の５０％以内であることが好ま
しい。また最小径は超音波接合のツールの先端径以上で
あることが必要となり、およそ１００μｍ以上であるが
使用するツール８によって最小径は異なる。

【００５５】また接続する外部モジュール５について
は、ＦＰＣ２に形成した穴４に対応する電極パッド３ｂ
にＡｕのスタッドバンプ８を形成して、ＦＰＣ２のＡｕ
電極パッド３ａと外部モジュールに５とは、Ａｕ−Ａｕ
の超音波接合により接続されている。

【００５６】本発明によるＦＰＣとＩＣ、シリコンまた
はガラス等の外部モジュールの超音波接合について説明
する。超音波接合プロセスでは、異種または同種の金属
材料を圧接した状態で片方の金属に超音波を印加するこ
とにより、他方の金属との界面で相互拡散現象が起こっ
て接合されるプロセスである。そのため、金属間に十分
なパワーと周波数の超音波が作用することが必須条件と
なる。本発明の接続手段では図２のようにＦＰＣ電極パ
ッドの裏面の基材を、エキシマ等のレーザ加工、または
エッチング等の手段で除去し、裏面に露出した裏電極パ
ッドに直接超音波を印加する。このときの超音波伝播現
象を等価回路を用いて以下に説明する。

【００５７】異種材料間を超音波が伝播するとき、その
界面では反射と透過がおきる。今、(超)音波の２つの異
なる材質間等に於ける挙動を、電圧、電流の伝送経路に
置き換えて考えると、図２のような等価回路となる。な
お本等価回路においては簡単のため、抵抗成分、つまり
振動の減衰成分は考慮していない。ここで各パラメータ
は図３のように置き換えられる。ここで図２の中点ｂに
おける電圧平衡条件よりＶｉ＋Ｖｒ＝Ｚ０２（Ｉｉ＋Ｉｒ）＝Ｚ０２（Ｖｉ／Ｚ
０１−Ｖｒ／Ｚ０１）これより以下のように反射係数が導かれる。Ｒｖ（電圧の反射係数）＝Ｖｒ／Ｖｉ＝（Ｚ０２−Ｚ０
１）／（Ｚ０２＋Ｚ０１）Ｒｉ（電流の反射係数）＝Ｉｒ／Ｉｉ＝−Ｒｖ上記式をもとに今回の条件を以下のように仮定する。ホーン材： SUS 接触部断面積：Ａ＝100μm2 仮定したパラメータより、ホーン、ＰＩ、Ａｕのそれぞ
れの音響インピーダンスはホーン：Ｚ０１＝395 ＰＩ：Ｚ０2＝16.7 Ａｕ：Ｚ０3＝385 このインピーダンスを元に、電圧と電流の反射係数を計
算すると、以下のようになる。（本発明の接合条件）ＳＵＳ→Ａｕ間Ｒｖ＝−Ｒｖ＝−0.013 （ＰＩを介して超音波を印加したとき）ＳＵＳ→ＰＩ間Ｒｖ＝−Ｒｖ＝−0.92 ＰＩ →Ａｕ間Ｒｖ＝−Ｒｖ＝ 0.92 本発明による超音波接合では、入射波の98.7%が透過
し、1.3%のみが反射するのに対して、ＰＩを介した接合
条件では、ＳＵＳ→ＰＩ→Ａｕを透過するのは入射波の
わずか0.6%で、99.4%が反射波となる。更にＰＩ伝播中
にも振動の減衰が生じると予測され、「実際にＡｕ−Ａ
ｕ接合部に伝播する超音波は印加したパワーの0.6％以
下になる」と予測される。以上のことより、本発明はＦ
ＰＣとＩＣ、シリコンまたはガラス等の外部モジュール
の表面実装において、ＦＰＣの基材に穴をあけて露出し
た金属面に裏側から超音波を印加することで、選択的
に、高温プロセスを用いず、また外部モジュールに与え
るストレスを最小限に留めて高密度実装するための手段
を提供することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明のフレキシブル配線板とＩＣチッ
プとのマトリックス接合方法の第１の効果は低温プロセ
スで接合できる点である。本発明の接合方法では、超音
波による相互拡散接続であるため接続対象のモジュール
はほぼ常温状態でもしくは１００度以下の予備加熱状態
で接続できる。

【００５９】第２の効果は脆性材料に適用可能である点
である。本発明の接合方法では、接合部分のみにシング
ルポイントまたはマルチポイントで超音波を印加するこ
とが可能なため、チップに限界以上の負荷を与えること
なく接合することが可能となる。

【００６０】第３の効果は接続密度が高い点である。本
発明の接続方法では、チップの表面部の電極とＦＰＣ電
極が面同士で接続可能なため配線をチップ周囲に引き回
す必要がなく、また実装密度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態を説明す
るための平面図および部分断面図である。

【図２】超音波伝播の等価回路図である。

【図３】図３における音波−電気モデリング対応図であ
る。

【図４】（ａ），（ｂ）は第１の従来例を示す断面図で
ある。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２の従来例を示す模式側面
図および部分側面図である。

【図６】図５の詳細を示す側面図である。

【図７】第３の従来例を示す平面図および側面図であ
る。

【符号の説明】

２ＦＰＣ３ａ電極パッド４穴５外部モジュール８Ａｕスタッドバンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/12 ５０１Ｈ０５Ｋ 3/32 Ｃ 23/14 Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０２ＧＨ０５Ｋ 3/00 23/12 Ｌ 3/32 23/14 Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレキシブル配線板（以下ＦＰＣとい
う）の電極パッド部裏側の基材部にエキシマレーザ加工
またはその他の加工技術により微小孔を形成することを
特徴とするフレキシブル配線板とＩＣチップとのマトリ
ックス接合方法。
【請求項２】前記ＦＰＣの接合ポイントに対応する前
記基板またはＩＣチップの電極パッド上には接続位置に
合わせてＡｕスタッドバンプを形成する請求項１記載の
フレキシブル配線板とＩＣチップとのマトリックス接合
方法。
【請求項３】前記基板またはＩＣチップの電極パッド
を上面に配置してステージ上に設置し、前記ＦＰＣをフ
ェースダウンで位置あわせをし、前記ＦＰＣの前記微小
孔を通して前記電極部パッド部に直接超音波を印加する
ことにより、前記ＦＰＣの電極部と前記基板またはＩＣ
チップ電極部のＡｕスタッドバンプをＡｕ−Ａｕ非加熱
超音波プロセスで接合する請求項１記載のフレキシブル
配線板とＩＣチップとのマトリックス接合方法。
【請求項４】前記ＦＰＣ裏面にあける穴についてその
最大径は、電極パッドの面積の５０％以下とする請求項
１記載のフレキシブル配線板とＩＣチップとのマトリッ
クス接合方法。
【請求項５】前記ＦＰＣ裏面にあける穴についてその
最小径は、超音波を印加するツールの先端径以上である
請求項１記載のフレキシブル配線板とＩＣチップとのマ
トリックス接合方法。
【請求項６】前記穴を複数まとめて超音波を印加する
請求項１記載のフレキシブル配線板とＩＣチップとのマ
トリックス接合方法。