JP2004207550A

JP2004207550A - Tape carrier for semiconductor device

Info

Publication number: JP2004207550A
Application number: JP2002375830A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 勝美鈴木; Kenji Yamaguchi; 健司山口
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tape carrier for a semiconductor device by which defective COF bonding is removed and the temperature of a heating tool is increased, and in which an insulating film bonded in a short time is used as a COF tape base material. <P>SOLUTION: In the tape carrier for the semiconductor device, a wiring pattern 10 containing a lead for COF connection is formed on the tape base material 1 composed of the insulating film made of a resin and the lead 10b for the wiring pattern is plated 11 for being heat-joined to a semiconductor chip 7 by pressing by the heating tool 9 from a surface on the reverse side of the tape base material in the lead 10b, a material having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is used as the insulating film constituting the tape base material 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを搭載して半導体パッケージを構成するためのテープキャリアに関する。特に、液晶駆動用のドライバーチップを、直接銅ポリイミド基板上のリードに実装して、液晶パネルに接続する場合のように、小型、軽量で、折り曲げて使用するため極力薄いことが要求されるＣＯＦ用テープとして適した半導体装置用テープキャリアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、薄型化、高精細化の要求に伴い、ＩＣ等の電子部品を搭載する基板の配線は微細化が進行している。なかでも液晶表示素子（ＬＣＤ）の駆動ＩＣはＴＡＢテープを搭載基板とするＴＣＰ（Tape Carrier Package）が好ましく用いられているが、表示の高精細化、駆動ＩＣの多出力化、ＩＣの小型化などの進展に伴い、ＴＣＰに用いられるＴＡＢテープのパターンピッチはファイン化の一途を辿っている。
【０００３】
一般的なＴＣＰは以下のような構成を有している。すなわち、図５において、ポリイミド等の絶縁フィルムから成るテープ基材３１上に銅箔用接着剤３２によって銅箔３３に錫めっき３５を施した回路配線パターン３３ａを形成した三層を成すフィルムテープ（三層基板ＴＡＢテープ３０）に、デバイスホール２０を設ける。そして、このデバイスホール２０内にＬＳＩの半導体チップ７を位置させて、この半導体チップ７の電極（金バンプ６）と配線パターン３３ａのインナーリード３３ｂとを、加熱ステージ５及び加熱ツール９を用いてボンディング接続する。そして、半導体チップ７及びその接続部の周囲を高信頼性樹脂によって封止してＴＣＰデバイスが形成される。但し、図５においては、高信頼性樹脂は省略している。なお、銅リード３３ａは表面の一部をソルダーレジスト３４により被覆し、これに被覆されずに露出しているインナーリード３３ｂに錫めっき３５を施した構造とする。この錫めっき３５はＩＣチップ及び液晶ガラスとの接続の為に施され、またソルダーレジスト３４は絶縁と機械的強度向上の為に設けられる。
【０００４】
このように微細配線を有する基板として図５に示すＴＡＢテープ材（三層基板ＴＡＢテープ３０）が適用されているが、このテープ材にはＩＣ搭載部のデバイスホール２０が設けられ、インナーリード３３ｂがデバイスホール２０に突出するフライングリード構造となっている。
【０００５】
しかし、インナーリード３３ｂの配線ピッチが４０μｍを下回るとフライングリードの形成が困難になり、さらにリードピンが曲がり易く、ＩＣチップとの接合が困難になる。この解決策の一つとして、最近、テープ状絶縁フィルム上に所望の配線パターンを形成し、めっき後絶縁テープを介してチップと接合するＣＯＦ（Chip on FilmまたはChip on Flex）と称されるパッケージが適用されている。
【０００６】
このＣＯＦ方式は、図６に示すように、ポリイミドテープから成るテープ基材４１に銅箔２をメタライジング法（ＰＩテープ上にニッケル合金をスパッタリングしてシード層とし、その後銅めっきを施す製法）又はキャスティング法（銅箔にＰＩワニスを塗布しキュアにより硬化させる方法）で接合した二層基板材料（二層基板ＣＯＦテープ４０）を用いるもので、デバイスホールやフライングリードがなく、銅箔による銅リード１０ａ及びインナーリード１０ｂを含む微細配線（配線パターン１０）はポリイミドテープ材（テープ基材４１）に接合された状態で形成される。従って、インナーリード１０ｂの変形は無く、また銅箔２は薄いので４０μｍピッチ以下の超微細配線が可能になる。なお、銅リード１０ａの表面の一部をソルダーレジスト３により被覆し、これに被覆されずに露出しているインナーリード１０ｂに錫めっき１１を施した構造とする点は図５のＴＣＰ方式の場合と同じである。この錫めっき１１はＩＣチップ及び液晶ガラスとの接続の為に施され、またソルダーレジスト３は絶縁と機械的強度向上の為に設けられる。
【０００７】
ＩＣチップとのボンディングは、次のようになされる。搭載基板としてＴＡＢテープを使用するＴＣＰのボンディング方式の場合は、図５に示すように、加熱ステージ５の上に、金バンプ６を形成した半導体チップ７をセットし、ＣＣＤカメラ８でＴＡＢテープの錫めっきを施したフライングリード３３ｂと金バンプ６を位置合わせした後、一定温度の加熱ツール９で一定時間加圧してＡｕ−Ｓｎ共晶接合（加熱接合）する。
【０００８】
これに対し、ＣＯＦのボンディング方式の場合は、図６に示すように、加熱ステージ５の上に、金バンプ６を形成した半導体チップ７をセットし、ＣＣＤカメラ８で、二層基板のテープ基材４１であるポリイミド樹脂を介して、錫めっき１１を施したリード１０ｂと金バンプ６を位置合わせした後、一定温度の加熱ツール９で一定時間加圧してＡｕ−Ｓｎ共晶接合（加熱接合）するので、加熱ツール９は汚れない。
【０００９】
しかし、位置合せはテープ基材４１のポリイミド樹脂を介してリード１０ｂを認識することから、ポリイミド樹脂は薄く透明性であることが要求され、その厚さが１２．５μｍ、２０μｍ、２５μｍ及び３８μｍのものが使用されている。また、ポリイミド樹脂を介しての加熱接合の為、加熱ツール９の熱伝達が阻害されるので、同じＡｕ−Ｓｎ共晶を形成するには、ＴＣＰのボンディング方式に比較して加熱ツール９の温度を高くする必要がある。この為、図７に示すようにＣＯＦ用テープ基材４１の熱変形と熱収縮により、加熱ツール９がＣＯＦ用テープ基材４１にめりこむ。接合が完了した後加熱ツール９の圧力を解除して除去すると、図８に示すように、ＣＯＦテープ４０が加熱ツール９に付着することがある。
【００１０】
この対策として、加熱ツールの温度を下げ、加圧時間を長くしてＡｕ−Ｓｎ共晶が生成する為の熱量を負荷している、この為、生産性が悪くなっている。また、しばしば、接合部分に微少空隙が生成して不良を発生している。
【００１１】
なお、ＴＡＢテープの寸法変化を小さくするためには、ＴＡＢ用テープのベース材すなわちポリイミドフィルムが応力・温度変化・吸湿度変化による寸法変化が小さいことが必要であるとの観点から、線膨張係数が小さく、弾性率が高く吸湿膨張係数の低いポリイミドフィルムが求められるとして、従来、３００℃以上４００℃以下の温度における貯蔵弾性率が２００ＭＰａ以上であるポリイミドフィルムを有するＴＡＢテープについて提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２９９３５９号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１は、ＣＯＦテープ特有の問題点であるＣＯＦテープが加熱ツール９に付着する不都合を解決しようとするものではない。すなわち、３００℃以上４００℃以下の温度における貯蔵弾性率に言及があるものの、高寸法安定性を目的とするものであって、本発明とは直接の関係はない。
【００１４】
上述したように、ＣＯＦのボンディングは、加熱ツールにより絶縁フィルムを介して加圧してリードをチップに加熱接合する。したがって、ＣＯＦのボンディングにおいては、加熱ツール温度を高くして、短時間で接合する必要があるが、ポリイミドの種類によっては加熱ツールにＣＯＦテープが付着して、加熱接合が適正にできないことがある、という課題がある。
【００１５】
そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、ＣＯＦのボンディングにおいて、ＣＯＦボンディング不良をなくし、加熱ツール温度が高く、短時間でボンディングできる絶縁フィルムをＣＯＦテープ基材とした半導体装置用テープキャリアを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１７】
請求項１の発明に係る半導体装置用テープキャリアは、樹脂製の絶縁フィルムから成るテープ基材上にＣＯＦ接続のためのリードを含む配線パターンを形成し、その配線パターンのリードに、テープ基材の反対側の面からの加熱ツールによる加圧でリードを半導体チップに加熱接合するためのめっきを施した半導体装置用テープキャリアにおいて、上記テープ基材を構成する絶縁フィルムに、動的弾性率が１．５ＧＰａ以上の材料を用いたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体装置用テープキャリアにおいて、上記テープ基材を構成する絶縁フィルムの厚さが、１２．５〜５０．０μｍであることを特徴とする。
【００１９】
これはテープ基材たる絶縁フィルムの厚さが１２．５μｍより薄いと、フィルムの腰が弱いためスムースなテープ搬送ができなく、ＴＡＢテープの製造ラインに適用することが困難になるなどの問題があり、また５０．０μｍより厚いと、逆に搬送し難い、価格が高い、かさばる、重くなる、といった問題が生じるためである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体装置用テープキャリアにおいて、上記テープ基材を構成する絶縁フィルムが、温度範囲３００〜３５０℃の範囲で動的弾性率が１．５ＧＰａ以上の材料から成ることを特徴とする。
【００２１】
これは、加熱ツールによる加圧加熱接合は通常３００〜３５０℃の温度範囲で行われるからである。
【００２２】
請求項４の発明に係る半導体装置用テープキャリアは、樹脂製の絶縁フィルムから成るテープ基材上にＣＯＦ接続のためのリードを含む配線パターンを形成し、その配線パターンのリードに、テープ基材の反対側の面からの加熱ツールによる加圧でリードを半導体チップに加熱接合するためのめっきを施した半導体装置用テープキャリアにおいて、上記テープ基材の加熱ツールで加圧する面に、動的弾性率１．５ＧＰａ以上のポリイミド樹脂フィルムを１〜３μｍ積層したことを特徴とする。
【００２３】
これは、上記テープ基材を構成する絶縁フィルムが二層からなり、加熱ツールで加圧する面に動的弾性率１．５ＧＰａ以上のポリイミド樹脂を１〜３μｍ積層した材料を用いた形態を含むものである。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置用テープキャリアにおいて、上記テープ基材を構成する絶縁フィルムがポリイミド樹脂から成ることを特徴とする。
【００２５】
＜発明の要点＞
本発明は、ＣＯＦパッケージ用フィルムキャリアにおけるボンディング性向上のために、そのＣＯＦテープ基材の絶縁フィルムを提案するものである。ＣＯＦのボンディングは、テープ基材を介して接合部に熱を伝達して行われるので、Ａｕ−Ｓｎ共晶接合の熱容量確保の為に加熱ツールの温度を高くする必要がある。この条件を満足するため、本発明では、テープ基材としての樹脂製絶縁フィルムに、動的弾性率が１．５ＧＰａ以上の材料、好ましくはポリイミド樹脂を採用し、これによりＣＯＦテープの加熱ツールへの付着を防止する。
【００２６】
本発明者等は、各種ポリイミド材質でＣＯＦテープを製造し、パルスツール実験装置を用い、加熱ツールへのテープ付着状況を確認した。その結果、ポリイミド樹脂の種類により加熱ツールへ付着する温度が異なることが分かった。その原因を調査した結果、ポリイミド樹脂の種類により動的弾性率が異なり、しかもその温度プロファイルも異なることが分かった。すなわち、ＣＯＦのボンディングで一般に実施されている加熱ツールの温度３００〜３５０℃以上で動的弾性率が急激に低下し、しかも１．５ＧＰａ未満のポリイミドは加熱ツールに付着し易くなる。
【００２７】
したがって、ＣＯＦの場合はポリイミドの材質を適切に選定しないと、ボンディング作業において加熱ツールにＣＯＦテープが付着してＡｕ−Ｓｎ共晶接合が形成されず剥離する。また、接合したとしても接合部分に微少空隙が生成して信頼性が低下しボンディング不良となる。
【００２８】
よって、ＣＯＦボンディング性の向上の為には、動的弾性率が１．５ＧＰａ以上のポリイミド樹脂をテープ基材として用いるのが最適であることが分かった。
【００２９】
また、加熱ツールの接触する範囲はテープ裏面の深さ１μｍ以下のため、この部分に動的弾性率１．５ＧＰａ以上のポリイミド樹脂を接着した二層構造とした場合でも、加熱ツールへのＣＯＦテープの付着を防止することができることを確認した。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の半導体装置用テープキャリアの実施形態に係るＣＯＦテープと、これに半導体チップを接合しＣＯＦ構造の半導体パッケージとするボンディング工程を示した断面図である。
【００３２】
この図１の半導体装置用テープキャリアも、その基本的構造は従来の図６の場合と同様であり、樹脂製の透明な絶縁フィルムから成るテープ基材１に、銅箔２をメタライジング法によって接合した二層基材（二層構造基板のテープ材料）を用い、その銅箔２をパターニングして銅リード１０ａを含む配線パターンを形成し、銅リード１０ａの表面の一部を絶縁膜であるソルダーレジスト３により被覆して保護し、これから露出したインナーリード１０ｂに半導体チップ７の金バンプ６と共晶接続するための錫めっき層１１を施した構造のＣＯＦフィルムキャリアテープ（二層基板ＣＯＦテープ４）となっている。従って、デバイスホールが存在せず、インナーリード１０ｂ（図３）はフライングリードとはなっていない。
【００３３】
しかし、図６のＣＯＦテープと大きく異なり、このＣＯＦテープ４では、樹脂製の透明な絶縁フィルムから成るテープ基材１には、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率が１．５ＧＰａ以上のポリイミド樹脂フィルムが用いられている。
【００３４】
［実施例１〜２］
本発明のＣＯＦテープ基材絶縁フィルム及び従来のＣＯＦテープ基材絶縁フィルムの加熱ツール温度と加熱ツールへのテープ付着実験結果を表１に示す。表１に示すように、本発明例１（実施例１）は、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率が１２．５〜１０ＧＰａの樹脂フィルムの場合（図２）を、本発明例２（実施例２）は、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率が１．５ＧＰａの樹脂フィルムの場合（図３）を示す。従来例Ｎｏ１〜２（従来例１〜２）は、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率がそれぞれ−３．０〜１．０ＧＰａ未満の樹脂フィルムの場合（図４）を、また、従来例Ｎｏ３〜４（従来例３〜４）は、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率がそれぞれ−５．０〜１．５ＧＰａ未満の樹脂フィルムの場合（図４）を示す。加熱ツール付着判定の表記は、○；付着無し、△；少し付着、×；付着、××；付着大、×××；固着テープ破損とした。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表1から明らかなように、従来例Ｎｏ１〜４のＣＯＦ用絶縁フィルムは、いずれの場合も２７０℃以上で加熱ツールに付着するが、本発明例Ｎｏ１及び２のＣＯＦ用絶縁フィルムは、３７０℃までは加熱ツールに付着し無い。特に本発明例Ｎｏ１の場合は４００℃でも付着し無いことを見出した。また、ＣＯＦのボンディングは、一般に加熱ツール温度を３５０〜３７０℃で行うので、本発明のＣＯＦテープ絶縁フィルムは充分適用できる。
【００３７】
本発明のＣＯＦテープ基材絶縁フィルムの動的弾性率は表１に示すように０．５〜１２．５ＧＰａで、図２、図３に示すように３００〜３５０℃の動的弾性率の温度プロファイルからも分かるように、動的弾性率の低下は、図４に示す従来例Ｎｏ１〜４に比較して、その低下傾向が小さい。
【００３８】
次に、上記した本発明例と従来例のＣＯＦテープ絶縁フィルムを用いて、図１の二層基板ＣＯＦテープ４を作製し、そのボンディング不良率（テープ剥れ、フィレット不良、接合部ボイド不良）について調べた。
【００３９】
ここで二層基板ＣＯＦテープ４は次のようにして作製した。テープ基材１として、３００〜３５０℃の範囲での動的弾性率が１０．０〜１２．５ＧＰａの厚さ３８μｍのポリイミド（商品名；ユピセルＳ）を用い、これをプラズマ表面処理し、スパッタリングによりシード層を付けた後、電解めっきで銅（銅箔２）を８μｍめっきしたＣＯＦ用テープに、導体パターン（配線パターン１０）をエッチングで形成し、さらに無電解錫めっき（錫めっき層１１）を施した。得られたＣＯＦフィルムキャリアテープにＩＣチップ（半導体チップ７）をボンディングした。ボンディング条件は、加熱ツール温度；３５０℃、加熱ステージ温度；４２５℃、接合時間；１秒で実施した。
【００４０】
表２に本発明及び従来のＣＯＦ絶縁フィルムを用いた場合のボンディングによる不良割合を示す。ボンディング不良の内訳は、テープ剥れ、フィレット不良、接合部ボイド不良である。ここで「テープ剥れ」は、チップの金バンプに錫めっきしたＣＯＦテープのリードを高温加熱圧着した後リードがバンプから剥れる現象である。この現象が発生するとチップとの導通が取れないので、重大な不良となる。「フィレット不良」は、チップの金バンプに錫めっきしたＣＯＦテープのリードを高温加熱圧着した際、フィレットがリード周辺に盛り上がらないで落ち込みが発生する現象である。この現象が発生するとリードの接着強度（ピール強度）が低下する。「接合ボイド不良」は、チップの金バンプに錫めっきしたＣＯＦテープのリードを高温加熱圧着した際、バンプとリード間にボイド（空隙）が発生する現象である。この現象が発生するとリードの接着強度（ピール強度）が低下する。
【００４１】
【表２】

【００４２】
本発明例Ｎｏ１、Ｎｏ２では、加熱ツールへの付着が発生しないので、ほとんどボンディング不良が発生しない。すなわち、本発明例Ｎｏ１で０％（０／１０Kpcs（キロピース））、Ｎｏ２で０．１％（１０／１０Kpcs）である。これに対し、従来例１〜４のＣＯＦテープ基材絶縁フィルムの場合は、加熱ツールへのテープ付着が発生するので、２０％（２Kpcs／１０Kpcs）〜４０％（４Kpcs／１０Kpcs）のボンディング不良が発生している。不良の内訳は、表２に示すとおり、テープ剥れ、フィレット不良、接合部ボイド不良である。
【００４３】
上記「テープ剥れ不良」の原因は、加熱ツールでテープの上から加圧してバンプの金とリードにめっきした錫で金−錫の共晶合金を形成して接合する際に、従来のＣＯＦテープは動的弾性率が小さい為、加熱ツールがテープに貼り付き、金−錫の共晶を形成する前にツールと一緒にテープが持ち上がり、リードが剥れることによる。また、「フィレット不良」の原因は、加熱ツールでテープの上から加圧してバンプの金とリードにめっきした錫で金−錫の共晶合金を形成して接合する際に、従来のＣＯＦテープは動的弾性率が小さい為、加熱ツールがテープに貼り付き、金−錫の共晶を完全に形成する前に若干ツールと一緒にテープ及びリードが持ち上がり、フィレットがリードとバンプの隙間に引き込まれることによる。さらにまた、「接合ボイド不良」の原因は、加熱ツールでテープの上から加圧してバンプの金とリードにめっきした錫で金−錫の共晶合金を形成して接合する際に、従来のＣＯＦテープは動的弾性率が小さい為、加熱ツールがテープに貼り付き、金−錫の共晶を完全に形成する前にツールと一緒にテープ及びリードが持ち上がりリードとバンプ間にボイド（空隙）が発生することによる。これらの原因の裏づけは、表１、図２〜図４に示した通りである。
【００４４】
上記表２の結果から、本発明のＣＯＦテープ基材に動的弾性率が１．５ＧＰａ以上の絶縁フィルムを用いたＣＯＦフィルムキャリアテープは、ボンディング不良を大幅に改善できることが分かる。また、本発明により産業界への寄与が大きい。
【００４５】
［実施例３］
上記実施例１〜２では、ＣＯＦテープ基材の絶縁フィルムが単層の実施形態について説明したが、他の実施形態として、従来例のＣＯＦテープを応用し、そのテープ基材の加熱ツール側の面（少なくとも加熱ツールの当接する面）に、加熱ツールの付着し難い動的弾性率１．５ＧＰａ以上の薄いテープを接合し、二層ＣＯＦテープとすることもでき、これによっても、上記したボンディング不良の生じない半導体装置用テープキャリアを得ることができる。
【００４６】
そのような実施形態の製作例（実施例３）として、従来のＣＯＦテープ（図６の二層基板ＣＯＦテープ４０）の加熱ツール接合面に、動的弾性率が１．５ＧＰａ以上の厚さ３μｍのユーピレックスＳ（宇部興産株式会社の商品名）を接合した樹脂フィルムを用いてＣＯＦテープを製造して、前述の実施例１〜２と同じようにボンディングした。その結果、本実施例３のボンディング不良率は０％（０／１０Kpcs）であった。
【００４７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体装置用テープキャリアによれば、動的弾性率１．５ＧＰａ以上の絶縁フィルムをＣＯＦフィルムキャリアのテープ基材に適用しているので、これによりＣＯＦボンディング不良を０％にすることができ、品質に優れたＣＯＦパッケージ用のテープキャリアを提供することができる。また、本発明の半導体装置用テープキャリアを用いた場合、ＣＯＦのボンディングにおいて加熱ツール温度を高くし、短時間でボンディングすることができることから、産業の発展に寄与する点が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置用テープキャリア及びそのボンディング方式を示した図である。
【図２】本発明の実施例１（本発明例Ｎｏ１）に係るＣＯＦテープ基材の絶縁フィルムの動的弾性率温度プロファイルを示した図である。
【図３】本発明の実施例２（本発明例Ｎｏ２）に係るＣＯＦテープ基材の絶縁フィルムの動的弾性率温度プロファイルを示した図である。
【図４】従来例のＣＯＦテープ基材の絶縁フィルムの動的弾性率温度プロファイルを示した図である。
【図５】従来のＴＡＢテープによるＴＣＰの構造とボンディング方式を示した図である。
【図６】従来のＣＯＦテープの構造とボンディング方式を示した図である。
【図７】ＣＯＦテープにおけるボンディング時の加熱ツール接着不具合を示す模式図である。
【図８】ＣＯＦテープにおける加熱ツールへのテープ付着を示す模式図である。
【符号の説明】
１テープ基材
２銅箔
３ソルダーレジスト
４二層基板ＣＯＦテープ
５加熱ステージ
６金バンプ
７半導体チップ
８ＣＣＤカメラ
９加熱ツール
１０配線パターン
１０ａ銅リード
１０ｂインナーリード
１１錫めっき層
２０デバイスホール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tape carrier for mounting a semiconductor chip to form a semiconductor package. In particular, as in the case where a driver chip for driving a liquid crystal is directly mounted on a lead on a copper polyimide substrate and connected to a liquid crystal panel, the COF is required to be small and light, and to be bent and used as thin as possible. The present invention relates to a tape carrier for a semiconductor device suitable as a tape for a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
With the demand for miniaturization, thinning, and high definition of electronic devices, wiring of substrates on which electronic components such as ICs are mounted has been miniaturized. Among them, the drive IC of the liquid crystal display element (LCD) is preferably a TCP (Tape Carrier Package) using a TAB tape as a mounting substrate, but the display has been improved in definition, the output of the drive IC has been increased, and the IC has been reduced in size. With the developments such as these, the pattern pitch of a TAB tape used for TCP is becoming finer.
[0003]
A general TCP has the following configuration. That is, in FIG. 5, a three-layered film tape in which a circuit wiring pattern 33a in which a tin plating 35 is applied to a copper foil 33 by a copper foil adhesive 32 on a tape base material 31 made of an insulating film of polyimide or the like is formed in FIG. The device hole 20 is provided in the three-layer substrate TAB tape 30). Then, the LSI semiconductor chip 7 is positioned in the device hole 20, and the electrodes (gold bumps 6) of the semiconductor chip 7 and the inner leads 33 b of the wiring pattern 33 a are connected using the heating stage 5 and the heating tool 9. Make a bonding connection. Then, the TCP device is formed by sealing the periphery of the semiconductor chip 7 and its connection with a highly reliable resin. However, in FIG. 5, the high-reliability resin is omitted. The copper lead 33a has a structure in which a part of the surface is covered with a solder resist 34, and tin plating 35 is applied to the exposed inner lead 33b without being covered with the solder resist 34. The tin plating 35 is provided for connection with the IC chip and the liquid crystal glass, and the solder resist 34 is provided for insulation and improvement of mechanical strength.
[0004]
The TAB tape material (three-layer substrate TAB tape 30) shown in FIG. 5 is applied as the substrate having the fine wiring as described above, and the tape material is provided with the device hole 20 of the IC mounting portion and the inner lead 33b. Have a flying lead structure protruding into the device hole 20.
[0005]
However, if the wiring pitch of the inner leads 33b is less than 40 μm, it becomes difficult to form flying leads, the lead pins are easily bent, and the connection with the IC chip becomes difficult. As one of the solutions, a package called COF (Chip on Film or Chip on Flex), which recently forms a desired wiring pattern on a tape-like insulating film and joins the chip via an insulating tape after plating. Has been applied.
[0006]
In the COF method, as shown in FIG. 6, a copper foil 2 is metallized on a tape base material 41 made of a polyimide tape (a method of sputtering a nickel alloy on a PI tape to form a seed layer and then performing copper plating). Alternatively, a two-layer substrate material (two-layer substrate COF tape 40) joined by a casting method (a method in which a PI varnish is applied to a copper foil and cured by curing) is used, and there is no device hole or flying lead, and the copper foil is used. The fine wiring (wiring pattern 10) including the leads 10a and the inner leads 10b is formed in a state of being joined to a polyimide tape material (tape base material 41). Accordingly, there is no deformation of the inner leads 10b, and since the copper foil 2 is thin, ultra-fine wiring with a pitch of 40 μm or less is possible. In addition, a part of the surface of the copper lead 10a is covered with the solder resist 3, and the inner lead 10b, which is exposed without being covered with the solder resist 3, has a structure in which tin plating 11 is applied. Is the same as The tin plating 11 is provided for connection with an IC chip and a liquid crystal glass, and the solder resist 3 is provided for insulation and improvement of mechanical strength.
[0007]
The bonding with the IC chip is performed as follows. In the case of the TCP bonding method using a TAB tape as a mounting substrate, as shown in FIG. 5, a semiconductor chip 7 on which a gold bump 6 is formed is set on a heating stage 5, and the TAB tape is After aligning the tin-plated flying leads 33b with the gold bumps 6, Au-Sn eutectic bonding (heating bonding) is performed by applying pressure for a certain time with a heating tool 9 at a certain temperature.
[0008]
On the other hand, in the case of the COF bonding method, as shown in FIG. 6, a semiconductor chip 7 on which a gold bump 6 is formed is set on a heating stage 5, and a tape base of a two-layer substrate is set by a CCD camera 8. After aligning the lead 10b with the tin plating 11 and the gold bump 6 via the polyimide resin which is the material 41, Au-Sn eutectic bonding (heating bonding) is performed by pressing for a certain time with the heating tool 9 at a certain temperature. Therefore, the heating tool 9 is not stained.
[0009]
However, since the alignment recognizes the lead 10b via the polyimide resin of the tape base material 41, the polyimide resin is required to be thin and transparent, and the thickness is 12.5 μm, 20 μm, 25 μm and 38 μm. Things are used. In addition, since the heat bonding through the polyimide resin impedes the heat transfer of the heating tool 9, the formation of the same Au-Sn eutectic requires the temperature of the heating tool 9 as compared with the TCP bonding method. Need to be higher. For this reason, as shown in FIG. 7, the heating tool 9 sinks into the COF tape base 41 due to thermal deformation and thermal shrinkage of the COF tape base 41. When the pressure of the heating tool 9 is released and removed after the joining is completed, the COF tape 40 may adhere to the heating tool 9 as shown in FIG.
[0010]
As a countermeasure against this, the temperature of the heating tool is lowered, the pressurizing time is lengthened, and the amount of heat for generating the Au-Sn eutectic is imposed, so that the productivity is deteriorated. Often, minute voids are formed at the joints, resulting in defects.
[0011]
In order to reduce the dimensional change of the TAB tape, from the viewpoint that the base material of the TAB tape, that is, the polyimide film, needs to have a small dimensional change due to a change in stress, a change in temperature, and a change in moisture absorption. As a polyimide film having a small elastic modulus and a low moisture absorption expansion coefficient is required, a TAB tape having a polyimide film having a storage elastic modulus of 200 MPa or more at a temperature of 300 ° C. or more and 400 ° C. or less has been conventionally proposed. (For example, see Patent Document 1).
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2000-299359 A
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Document 1 described above does not attempt to solve the problem of the COF tape adhering to the heating tool 9, which is a problem unique to the COF tape. That is, although there is a reference to the storage elastic modulus at a temperature of 300 ° C. or more and 400 ° C. or less, it is aimed at high dimensional stability and has no direct relation to the present invention.
[0014]
As described above, in the bonding of the COF, the lead is heated and bonded to the chip by applying pressure through the insulating film by a heating tool. Therefore, in bonding of COF, it is necessary to raise the temperature of the heating tool and perform bonding in a short time. However, depending on the type of polyimide, the COF tape may adhere to the heating tool and the heating may not be performed properly. , There is a problem.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and to eliminate a COF bonding defect in COF bonding, to provide a tape carrier for a semiconductor device using an insulating film that can be bonded in a short time with a high heating tool temperature and a COF tape base material. To provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0017]
A tape carrier for a semiconductor device according to the invention of claim 1, wherein a wiring pattern including a lead for COF connection is formed on a tape base made of an insulating film made of resin, and the tape base is provided on a lead of the wiring pattern. In a semiconductor device tape carrier plated for heating and bonding a lead to a semiconductor chip by pressing with a heating tool from the opposite side of the surface, a dynamic elastic modulus is applied to an insulating film constituting the tape base material. It is characterized by using a material of 1.5 GPa or more.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the tape carrier for a semiconductor device according to the first aspect, the thickness of the insulating film forming the tape base is 12.5 to 50.0 μm.
[0019]
This is because if the thickness of the insulating film, which is the tape base material, is less than 12.5 μm, the film is weak and cannot be transported smoothly due to its weakness, making it difficult to apply it to a TAB tape production line. On the other hand, if the thickness is more than 50.0 μm, problems such as difficulty in transporting, high cost, bulkiness, and heavy weight arise.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the tape carrier for a semiconductor device according to the first or second aspect, the insulating film forming the tape base has a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more in a temperature range of 300 to 350 ° C. Characterized by being made of the following materials.
[0021]
This is because the pressurized heat bonding by the heating tool is usually performed in a temperature range of 300 to 350 ° C.
[0022]
A tape carrier for a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is a tape carrier for a semiconductor device, wherein a wiring pattern including a lead for COF connection is formed on a tape base made of an insulating film made of a resin, In a tape carrier for a semiconductor device plated for heating and joining a lead to a semiconductor chip by pressing with a heating tool from the surface opposite to It is characterized in that a polyimide resin film having a rate of 1.5 GPa or more is laminated in a thickness of 1 to 3 μm.
[0023]
This includes a form using a material in which the insulating film constituting the tape base material is composed of two layers, and a polyimide resin having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more and a thickness of 1 to 3 μm is laminated on a surface to be pressed by a heating tool. .
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in the tape carrier for a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the insulating film forming the tape base is made of a polyimide resin.
[0025]
<The gist of the invention>
The present invention proposes an insulating film of a COF tape base material for improving the bonding property of a film carrier for a COF package. Since the bonding of the COF is performed by transferring heat to the bonding portion via the tape base material, it is necessary to increase the temperature of the heating tool in order to secure the heat capacity of the Au-Sn eutectic bonding. In order to satisfy this condition, in the present invention, a material having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more, preferably a polyimide resin, is used for the resin insulating film as the tape base material, so that a COF tape heating tool can be obtained. Prevents adhesion.
[0026]
The present inventors manufactured COF tapes using various polyimide materials, and confirmed the state of tape adhesion to a heating tool using a pulse tool experimental device. As a result, it turned out that the temperature which adheres to a heating tool changes with the kind of polyimide resin. As a result of investigating the cause, it was found that the dynamic elastic modulus differs depending on the type of the polyimide resin, and that the temperature profile also differs. That is, at a temperature of 300 to 350 ° C. or higher of a heating tool generally used for COF bonding, the dynamic elastic modulus sharply decreases, and polyimide of less than 1.5 GPa easily adheres to the heating tool.
[0027]
Therefore, in the case of COF, if the polyimide material is not properly selected, the COF tape adheres to the heating tool during the bonding operation, and the Au-Sn eutectic bond is not formed, and the heating tool is peeled off. Further, even if the bonding is performed, minute voids are generated in the bonding portion, thereby lowering the reliability and causing bonding failure.
[0028]
Therefore, it was found that it is optimal to use a polyimide resin having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more as a tape base material for improving the COF bonding property.
[0029]
Also, since the contact area of the heating tool is 1 μm or less on the back surface of the tape, even if a two-layer structure in which a polyimide resin having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is bonded to this portion, even if the COF tape is applied to the heating tool, It has been confirmed that the adhesion of can be prevented.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0031]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a COF tape according to an embodiment of a tape carrier for a semiconductor device of the present invention and a bonding step of bonding a semiconductor chip to the COF tape to form a semiconductor package having a COF structure.
[0032]
The basic structure of the tape carrier for a semiconductor device of FIG. 1 is the same as that of the conventional tape carrier of FIG. 6, and a copper foil 2 is applied to a tape base 1 made of a transparent insulating film made of resin by a metallizing method. Using the joined two-layer base material (tape material of the two-layer structure substrate), the copper foil 2 is patterned to form a wiring pattern including the copper lead 10a, and a part of the surface of the copper lead 10a is an insulating film. A COF film carrier tape (a two-layer substrate COF tape) having a structure in which a tin plating layer 11 for eutectic connection with the gold bumps 6 of the semiconductor chip 7 is applied to the inner leads 10 b exposed and protected by covering with the solder resist 3. 4). Therefore, there is no device hole, and the inner lead 10b (FIG. 3) is not a flying lead.
[0033]
However, unlike the COF tape of FIG. 6, the COF tape 4 has a dynamic elastic modulus in the range of 300 to 350 ° C. of 1.5 GPa or more in the tape base 1 made of a transparent insulating film made of resin. Is used.
[0034]
[Examples 1 and 2]
Table 1 shows the heating tool temperature of the COF tape-based insulating film of the present invention and the conventional COF tape-based insulating film, and the results of the tape adhesion experiment to the heating tool. As shown in Table 1, Example 1 of the present invention (Example 1) shows the case of a resin film having a dynamic elastic modulus of 12.5 to 10 GPa in the range of 300 to 350 ° C. (FIG. 2). 2 (Example 2) shows the case of a resin film having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa in the range of 300 to 350 ° C. (FIG. 3). Conventional examples No. 1 and 2 (conventional examples 1 and 2) are resin films each having a dynamic elastic modulus in the range of 300 to 350 ° C. of less than −3.0 to less than 1.0 GPa (FIG. 4). Conventional examples Nos. 3 and 4 (conventional examples 3 and 4) show the case of resin films having dynamic elastic moduli in the range of 300 to 350 ° C. each of −5.0 to less than 1.5 GPa (FIG. 4). The notation of heating tool adhesion determination was as follows: ○: no adhesion, Δ: slight adhesion, ×: adhesion, xx; large adhesion, xxx;
[0035]
[Table 1]

[0036]
As is clear from Table 1, the COF insulating films of Conventional Examples Nos. 1 to 4 adhere to the heating tool at 270 ° C. or higher in any case. Until it does not adhere to the heating tool. In particular, it was found that, in the case of Inventive Example No. 1, no adhesion was observed even at 400 ° C. Further, since COF bonding is generally performed at a heating tool temperature of 350 to 370 ° C., the COF tape insulating film of the present invention can be sufficiently applied.
[0037]
The dynamic elastic modulus of the COF tape base insulating film of the present invention is 0.5 to 12.5 GPa as shown in Table 1, and the temperature of the dynamic elastic modulus of 300 to 350 ° C. as shown in FIGS. As can be seen from the profile, the decrease in the dynamic elastic modulus has a smaller tendency to decrease as compared with Conventional Examples Nos. 1 to 4 shown in FIG.
[0038]
Next, the two-layer substrate COF tape 4 shown in FIG. 1 was manufactured using the above-described COF tape insulating films of the present invention and the conventional example, and the bonding failure rate (tape peeling, fillet failure, joint void failure). Was investigated.
[0039]
Here, the two-layer substrate COF tape 4 was produced as follows. 38 μm thick polyimide (trade name: Upicell S) having a dynamic elastic modulus of 10.0 to 12.5 GPa in the range of 300 to 350 ° C. as the tape base material 1, plasma-treated this, and sputtering A conductive pattern (wiring pattern 10) is formed by etching on a COF tape on which copper (copper foil 2) is plated by 8 μm by electrolytic plating, and further electroless tin plating (tin plating layer 11). Was given. An IC chip (semiconductor chip 7) was bonded to the obtained COF film carrier tape. Bonding conditions were as follows: heating tool temperature: 350 ° C., heating stage temperature: 425 ° C., bonding time: 1 second.
[0040]
Table 2 shows the percentage of defects due to bonding when using the present invention and the conventional COF insulating film. The breakdown of the bonding failure includes tape peeling, fillet failure, and bonding void failure. Here, “tape peeling” is a phenomenon in which a lead of a COF tape tin-plated on a gold bump of a chip is heated and pressed at a high temperature, and then the lead peels off from the bump. When this phenomenon occurs, conduction with the chip cannot be established, resulting in a serious failure. “Defective fillet” is a phenomenon in which, when a lead of a COF tape tin-plated on a gold bump of a chip is heated and pressed at high temperature, the fillet does not rise around the lead and a drop occurs. When this phenomenon occurs, the bonding strength (peel strength) of the lead decreases. "Joining void defect" is a phenomenon in which a void (gap) is generated between a bump and a lead when a lead of a COF tape tin-plated on a gold bump of the chip is heated and pressed at high temperature. When this phenomenon occurs, the bonding strength (peel strength) of the lead decreases.
[0041]
[Table 2]

[0042]
In Examples No. 1 and No. 2 of the present invention, adhesion to the heating tool does not occur, so that almost no bonding failure occurs. That is, it is 0% (0/10 Kpcs (kilopiece)) in No. 1 of the present invention and 0.1% (10/10 Kpcs) in No. 2 of the present invention. On the other hand, in the case of the COF tape base insulating films of the conventional examples 1 to 4, since the tape adheres to the heating tool, the bonding failure of 20% (2Kpcs / 10Kpcs) to 40% (4Kpcs / 10Kpcs) occurs. It has occurred. As shown in Table 2, the breakdown of the defects is tape peeling, fillet defects, and joint void defects.
[0043]
The cause of the above "tape peeling defect" is that the conventional COF is used when a gold-tin eutectic alloy is formed from gold on the bumps and tin plated on the leads by applying pressure from above the tape with a heating tool and joining. Because the tape has a low dynamic modulus, the heating tool sticks to the tape and the tape lifts with the tool before the gold-tin eutectic is formed, causing the leads to come off. In addition, the cause of the "fillet failure" is that the conventional COF tape is used when a gold-tin eutectic alloy is formed from gold on the bumps and tin plated on the leads by applying pressure from above the tape with a heating tool and joining. Has a small dynamic elastic modulus, so that the heating tool sticks to the tape, the tape and the lead rise slightly with the tool before the gold-tin eutectic is completely formed, and the fillet is drawn into the gap between the lead and the bump Depending on Furthermore, the cause of the "joint void defect" is that the conventional method is used to form a gold-tin eutectic alloy with gold on the bumps and tin plated on the leads by applying pressure from above the tape with a heating tool, and then joining them. Because the COF tape has a low dynamic modulus, the heating tool sticks to the tape and the tape and leads rise with the tool before the gold-tin eutectic is completely formed, creating a void between the leads and the bumps. Is caused. The reason for these causes is as shown in Table 1 and FIGS.
[0044]
From the results in Table 2 above, it can be seen that the COF film carrier tape using the insulating film having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more for the COF tape base material of the present invention can significantly reduce the bonding failure. Further, the present invention greatly contributes to the industry.
[0045]
[Example 3]
In

Embodiments

1 and 2 described above, the embodiment in which the insulating film of the COF tape base is a single layer is described. However, as another embodiment, a conventional example of a COF tape is applied, and the heating base side of the tape base is applied. A thin tape having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more to which the heating tool is hardly adhered can be joined to the surface (at least the surface in contact with the heating tool) to form a two-layer COF tape. A semiconductor device tape carrier free from defects can be obtained.
[0046]
As a production example (Example 3) of such an embodiment, a 3 μm-thick film having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is formed on a bonding surface of a heating tool of a conventional COF tape (two-layer substrate COF tape 40 in FIG. 6). A COF tape was manufactured using a resin film bonded to IUPIREX S (trade name of Ube Industries, Ltd.), and bonded in the same manner as in Examples 1 and 2 described above. As a result, the bonding failure rate of Example 3 was 0% (0/10 Kpcs).
[0047]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the tape carrier for a semiconductor device of the present invention, the insulating film having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is applied to the tape base of the COF film carrier. Can be reduced to 0%, and a tape carrier for a COF package having excellent quality can be provided. Further, when the tape carrier for a semiconductor device of the present invention is used, the temperature of the heating tool can be increased in COF bonding and bonding can be performed in a short time, which greatly contributes to industrial development.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a tape carrier for a semiconductor device and a bonding method thereof according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a dynamic elastic modulus temperature profile of an insulating film of a COF tape base material according to Example 1 of the present invention (Example No. 1 of the present invention).
FIG. 3 is a diagram showing a dynamic elastic modulus temperature profile of an insulating film of a COF tape base material according to Example 2 of the present invention (Example No. 2 of the present invention).
FIG. 4 is a diagram showing a dynamic elastic modulus temperature profile of an insulating film of a conventional COF tape base material.
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a TCP using a conventional TAB tape and a bonding method.
FIG. 6 is a diagram showing a structure and a bonding method of a conventional COF tape.
FIG. 7 is a schematic view showing a heating tool adhesion defect at the time of bonding on a COF tape.
FIG. 8 is a schematic view showing tape attachment to a heating tool in a COF tape.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tape base material 2 Copper foil 3 Solder resist 4 Two-layer board COF tape 5 Heating stage 6 Gold bump 7 Semiconductor chip 8 CCD camera 9 Heating tool 10 Wiring pattern 10a Copper lead 10b Inner lead 11 Tin plating layer 20 Device hole

Claims

A wiring pattern including a lead for COF connection is formed on a tape base made of an insulating film made of resin, and the lead of the wiring pattern is pressed by a heating tool from the opposite surface of the tape base. In a tape carrier for a semiconductor device plated for heating and bonding a semiconductor chip to a semiconductor chip,
A tape carrier for a semiconductor device, wherein a material having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is used for the insulating film constituting the tape base material.

The tape carrier for a semiconductor device according to claim 1,
A tape carrier for a semiconductor device, wherein the thickness of the insulating film constituting the tape base is 12.5 to 50.0 μm.

The tape carrier for a semiconductor device according to claim 1 or 2,
A tape carrier for a semiconductor device, wherein the insulating film constituting the tape base is made of a material having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more in a temperature range of 300 to 350 ° C.

A wiring pattern including a lead for COF connection is formed on a tape base made of an insulating film made of resin, and the lead of the wiring pattern is pressed by a heating tool from the opposite surface of the tape base. In a tape carrier for a semiconductor device plated for heating and bonding a semiconductor chip to a semiconductor chip,
A tape carrier for a semiconductor device, wherein a polyimide resin film having a dynamic elastic modulus of 1.5 GPa or more is laminated on a surface of the tape substrate to be pressed by a heating tool with a thickness of 1 to 3 μm.

The tape carrier for a semiconductor device according to claim 1,
A tape carrier for a semiconductor device, wherein the insulating film constituting the tape base is made of a polyimide resin.