JP2500725B2 - Ｔａｂインナ―リ―ドの接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の実装に用
いられるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用テープキ
ャリアのインナーリードと半導体素子の電極とを接合す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インナーリードと半導体素子の電極との
接合においては、一般に、図１０に示すように半導体素
子１５の電極部１２またはテ−プキャリアのインナ−リ
−ド１３の先端部のいずれか一方にバンプ２２を形成し
た後、バンプ２２を介して電極１２にインナーリード１
３を接合していた。ここで、接合に用いられるボンディ
ングツール２１は、図１０に示すように先端部はインナ
ーリード１３の幅よりも大きく、しかも電極１２の開口
部よりも同等以上の大きさを有し、先端形状は図１１
（ａ）、（ｂ）に示すように先端部端面が平面状のもの
が一般に用いられていた。ここで、図１１（ａ）は先端
部が平坦な従来のボンディングツール２１ａを示し、図
１１（ｂ）は先端部端面が平面状で十字状の微小凸部を
有す従来のボンディングツール２１ｂを示す。

【０００３】半導体素子の電極部にバンプ形成する方法
には、例えば、「アイエスエッチエム８８プロシ−ディ
ングス(ISHM'88 Proceedings) 」（１９８８年）１１７
〜１２４頁に記載のように電極部に直接バンプとなる突
起をメッキ法により形成する方法、あるいは「昭和６０
年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会論文集、講
演番号２」（１９８５年１１月）に記載のようにガラス
基板にバンプを形成した後、電極部にバンプを移し換え
る方式の転写バンプ法などがある。

【０００４】また図１２に示すように、バンプ形成を行
わずにワイヤボンディング法と同様にして超音波併用の
熱圧着方式により、インナーリード１３を直接半導体素
子の電極１２に接続する方法がある。以後、バンプを用
いずにインナーリードを直接半導体素子の電極に接合す
る方法をダイレクトボンディング法と呼ぶ。このような
ダイレクトボンディング法として、特開平２−１１９１
５３号公報が知られている。この公報に記載の従来のダ
イレクトボンディング法では、インナーリードの幅より
も先端部が大きなボンディングツールを用い、超音波振
動をインナーリードの長手方向に作用させて接合を行っ
ていた。また、図１２に示すように半導体素子の電極１
２の開口部はインナーリード１３の先端部を直接接触で
きるように、十分に大きく形成されたものが用いられて
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のＴ
ＡＢ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ＴＡＢ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。

【０００６】一方、従来のダイレクトボンディング法で
は、図８（ａ）に示すように半導体素子１５の電極１２
は周囲を電極面に対して凸となるパッシベーション膜１
４により囲まれているため、インナーリード１３を電極
１２に直接接触させることが困難であった。インナーリ
ード１３を電極に直接接触させるためには、図８（ｂ）
に示すように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。

【０００７】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。図９
（ａ）は従来のダイレクトボンディング法の示す正面図
である。インナーリード１３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Ａ
ｕ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１３のエッヂ部２０と電極１２
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１８を印加すると、図９
（ｂ）に示すように過大なせん断応力τがインナーリー
ド１３のエッヂ部２０近傍に発生し、電極面１２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。 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。

【０００８】本発明の目的はこのような従来の課題を解
決し、バンプ形成工程を不要とした低コストなＴＡＢイ
ンナーリードの接合方法を提供すること、狭ピッチ接続
を可能とするＴＡＢインナーリードの接合方法を提供す
ること、半導体素子の電極面にクラック等の損傷を与え
ることなく、十分な強度で接合できる信頼性の高いＴＡ
Ｂインナ−リ−ドの接合方法を提供すること、および半
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
してバンプ形成を行わずに接続できるＴＡＢインナーリ
ードの接合方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体素子の
電極とＴＡＢテープのインナーリードをシングルボンデ
ィング方式により接続する方法において、前記半導体素
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
ルを前記インナーリードに押圧し、前記インナーリード
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ことを特徴とする。

【００１０】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。

【００１１】

【作用】本発明のＴＡＢインナーリードの接合方法で
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、図１に示すようにボンディ
ングツール１１をインナーリード１３に押圧する。ここ
で図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、インナーリードの接
合方法を示す正面図、および側面図である。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
うに本発明では、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１２と接触
させることができる。

【００１２】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。

【００１３】本発明では図１（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、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１
９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１（ｂ）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１
４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まで加熱されている。なお本発明の
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ことを実験的に確認した。

【００１４】本発明のＴＡＢインナーリードの接合方法
においては、図２（ｅ）に示すような先端部が平坦なボ
ンディングツール１１ｅを用いた場合に比べ、図２
（ａ）〜（ｄ）に示すような先端部に丸みを有するボン
ディングツール１１ａ〜１１ｄを用いた方が、大きな強
度で接合できることを実験的に確認した。この原因につ
いては明かではないが、先端部に丸みを有するボンディ
ングツールを用いた方が、先端が平坦なボンディングツ
ール１１ｅを用いた場合に比べ、接合面の応力分布の均
一性が優れるためと考えられる。

【００１５】また、図１に示すようなインナーリード１
３の幅よりも小さな先端を有すボンディングツール１１
を用いた場合、図４に示すような電極１２の開口部より
も小さく、かつインナーリード１３の幅よりも大きな先
端を有すボンディングツール１１を用いた場合に比べ、
大きな強度で接合できることを実験的に確認した。この
原因については明かではないが、インナーリード１３の
幅よりも小さな先端を有すボンディングツールを用いた
場合の方が、電極１２の開口部よりも小さく、かつイン
ナーリード１３の幅よりも大きな先端を有すボンディン
グツールを用いた場合に比べ、接合面の応力分布の均一
性が優れるためと考えられる。

【００１６】また、超音波振動方向に対して長手方向が
直角方向であるインナーリードを接合する場合、半導体
素子の電極の開口部をインナーリード幅よりも小さく形
成することにより、接合強度を増加できることを実験的
に確認した。図１および図３は、それぞれインナーリー
ド１３の幅よりも大きな開口部を有する電極１２、およ
びインナーリード１３の幅よりも小さな開口部を有する
電極１２を用いた場合の接合方法を示す。インナーリー
ド１３の幅よりも大きな開口部を有する電極１２を用い
た場合、インナーリード１３に超音波振動１８を印加す
ると、図７に示すようにインナーリード１３にねじれ変
形が生じ、インナーリード側面エッヂ部２０が電極面１
２と接触しやすくなる。このため、インナーリード側面
エッヂ部２０近傍に集中応力が発生し電極面１２にクラ
ックが発生しやすくなる。クラックの発生を防止するた
めには、ボンディング荷重Ｆあるいは超音波振動１８の
出力を減少させる必要がある。この場合、電極１２の開
口部がインナーリード１３よりも小さい場合に比べ接合
強度は若干低下するが、凸部１９が形成されているため
従来のダイレクトボンディング法に比べ大きな強度で接
合できることを実験的に確認した。一方、インナーリー
ド１３の幅よりも電極面１２を小さく形成した場合に
は、図３に示すようにインナーリード側面エッヂ部２０
は電極１２に接触せず、インナーリード裏面に形成され
た微小な丸みを有す凸部１９のみが電極１２に接触する
ため、過大な応力集中の発生を防止でき、クラック等の
損傷が電極面に生じることなく十分な強度で接合を行う
ことが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。まず第１の実施例について説明する。図
１（ａ）、（ｂ）はそれぞれインナ−リ−ドの接合方法
を示す部分断面図を含む正面図および側面図を、図２
（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例で用いたＴＡＢイン
ナーリード接合用のボンディングツールの側面図を示
す。ＴＡＢテープは、インナーリード幅が８０μｍ、イ
ンナーリードピッチが１８０μｍ、インナーリード厚さ
が３５μｍのＣｕリードに０．６μｍのＡｕメッキが施
されたものを用いた。半導体素子は４辺全てに電極が形
成されており、電極の開口部はインナーリードの幅より
も大きく形成されたものを用いた。第１の実施例では、
ボンディングツール１１は、図２（ａ）に示すように先
端部が円錐状でかつ先端部にインナーリード１３の幅よ
りも小さな丸みを有するものを用いた。

【００１８】半導体素子１５の電極１２とインナーリー
ド１３との目合わせを行った後、図１（ａ）および
（ｂ）に示すようにボンディングツール１１に荷重Ｆ＝
１００ｇｆを印加した。ボンディングツール１１ａをイ
ンナーリード１３に押圧し、窪み１６を形成しながら超
音波振動１８をボンディングツールに印加しインナーリ
ード１３と電極１２の接合を行った。なお接合時には、
図面には記載していないが半導体素子１５を加熱装置に
より２８０℃に加熱保持した。

【００１９】以上の操作を全てのインナーリード１３に
対して繰り返し行った後、接合強度の測定、および電極
面１２上のクラック発生の有無を観察した。その結果、
超音波振動１８の方向がインナーリード１３の長手方向
に平行に作用した接続部の平均プル強度は６０ｇｆ以上
であり、超音波振動１８の方向がインナーリード１３の
長手方向に直角方向に作用した接続部の平均プル強度は
５０ｇｆ以上であり、実用上十分な強度で接合すること
ができた。しかも電極面１２にはクラックの発生が無い
ことを確認した。ここで、超音波振動１８の印加時期
は、窪み１６の形成途中であれば良く、例えば、ボンデ
ィングツール１１ａをインナーリード１３に押圧すると
同時、あるいは押圧後、５msec後、または１０msec後
に、超音波振動１８の印加を開始しても良い。

【００２０】第２の実施例では、図３に示すように電極
１２の開口部がインナーリードの幅よりも小さく形成さ
れた半導体素子を用い接合を行った。他の接合条件は第
１の実施例と同様とし接合を行った。その結果、超音波
振動１８の方向に依らず平均プル強度６０ｇｆ以上と、
十分な強度で接合できた。しかも電極面１２にはクラッ
クの発生が無いことを確認した。

【００２１】第３の実施例では、図４に示すように電極
１２の開口部よりも先端が小さく、かつインナーリード
１３の幅よりも大きな先端丸みを有すボンディングツー
ル１１を用い、他の接合条件は第１の実施例と同様とし
て接合を行った。その結果、超音波振動１８の方向がイ
ンナーリード１３の長手方向に平行に作用した接続部の
平均プル強度は５５ｇｆ以上であり、超音波振動１８の
方向がインナーリード１３の長手方向に直角方向に作用
した接続部の平均プル強度は４５ｇｆ以上であり、実用
上十分な強度で接合可能なことを確認した。しかも電極
面１２にはクラックの発生が無いことを確認した。

【００２２】なお、上記の第１、第２、および第３の実
施例では図２（ａ）に示すような先端部に丸みを有する
円錐状のボンディングツール１１ａを用いたが、図２
（ｂ）に示すような先端部に丸みを有する角錘状のボン
ディングツール１１ｂでも、図２（ｃ）に示すような先
端部に丸みを有する棒状のボンディングツール１１ｃで
も、さらには図２（ｄ）に示すように先端部に丸みを有
し、かつ十字状の微小凸部を有する十字突起付きボンデ
ィングツール１１ｄを用いた場合においても、さらには
図２（ｅ）に示すような先端エッヂ部に丸みを有すボン
ディングツールを用いた場合においても、先端部に丸み
を有し、かつ先端部が電極の開口部よりも小さいボンデ
ィングツールであれば、上記第１〜第３の実施例と同様
に、十分な強度でインナーリードと電極との接合が可能
であり、しかも電極面にはクラック等の損傷が無い信頼
性の高い接合を行えることを確認した。

【００２３】第４の実施例では、図２（ｆ）に示すよう
な電極１２の開口部よりも先端が小さく、かつ先端部が
平坦なボンディングツール１１ｅを用い接合を行った。
他の接合条件は第１の実施例と同様とした。接合状態を
表す側面図を図５に示す。図５のようにして接合を行っ
た結果、超音波振動１８の方向がインナーリード１３の
長手方向に平行に作用した接続部の平均プル強度は５０
ｇｆ以上であり、超音波振動１８の方向がインナーリー
ド１３の長手方向に直角方向に作用した接続部の平均プ
ル強度は４０ｇｆ以上であり、いずれも実用上十分な強
度で接合可能なことを確認した。しかも電極面１２には
クラックの発生が無いことを確認した。

【００２４】第５の実施例では、図６に示すようにイン
ナーリード１３の幅が電極１２の開口部よりも大きなも
のを用い接合を行った。他の接合条件は第４の実施例と
同様とした。その結果、超音波振動１８の方向がインナ
ーリード１３の長手方向に平行に作用した接続部の平均
プル強度は５０ｇｆ以上であり、超音波振動１８の方向
がインナーリード１３の長手方向に直角方向に作用した
接続部の平均プル強度は４５ｇｆ以上であり、いずれも
実用上十分な強度で接合可能なことを確認した。しかも
電極面１２にはクラックの発生が無いことを確認した。

【００２５】第６の実施例では、インナーリード幅が２
０μｍ、インナーリードピッチが５０μｍ、インナーリ
ード厚さが２０μｍのＣｕリードに０．６μｍのＡｕメ
ッキが施されたＴＡＢテープを用い、狭ピッチ接続を行
った。半導体素子は４辺全てに電極が形成されており、
電極の開口部はインナーリードの幅よりも大きく形成さ
れたものを用いた。ボンディングツール１１は、図２
（ａ）に示すように先端部が円錐状でかつ先端部にイン
ナーリード１３の幅よりも小さな丸みを有するものを用
いた。半導体素子１５の電極１２とインナーリード１３
との目合わせを行った後、図１（ａ）に示すようにボン
ディングツール１１に荷重Ｆ＝５０ｇｆを印加し、ボン
ディングツール１１ａをインナーリード１３に押圧し
た。図１（ｂ）に示すように、ボンディングツール１１
がインナーリード１３に接触すると同時に超音波振動１
８をボンディングツールに印加しインナーリード１３と
電極１２の接合を行った。なお接合時には、図面には記
載していないが半導体素子１５を加熱装置により２８０
℃に加熱保持した。

【００２６】以上の操作を全てのインナーリード１３に
対して繰り返し行った後、接合強度の測定、および電極
面１２上のクラック発生の有無を観察した。その結果、
超音波振動１８の方向がインナーリード１３の長手方向
に平行に作用した接続部の平均プル強度は１５ｇｆ以上
であり、超音波振動１８の方向がインナーリード１３の
長手方向に直角方向に作用した接続部の平均プル強度は
１２ｇｆ以上であり、実用上十分な強度で接合すること
ができた。しかも電極面１２にはクラックの発生が無い
ことを確認した。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＴＡＢイ
ンナ−リ−ドの接合方法ではバンプ形成工程が不要なた
め、従来法に比べ実装コストを著しく低減でき、しかも
狭ピッチ接続が可能となる効果がある。本発明のＴＡＢ
インナーリードの接合方法では、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もバンプ形成を
行わずにインナーリードを接続できる効果がある。ま
た、本発明のＴＡＢインナーリードの接合方法では、半
導体素子の電極面にクラック等の損傷を生じることな
く、しかも十分な強度で半導体素子の電極とインナーリ
ードとを信頼性高く接合できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明のＴＡＢイ
ンナ−リ−ドの接合方法を示す正面図および側面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、先端部がインナー
リード幅よりも小さく、かつ先端部に丸みを有する円錐
状ボンディングツール、角錐状ボンディングツール、棒
状ボンディングツール、円錐状ボンディングツールの先
端に十字状の突起を有するボンディングツール、先端エ
ッヂ部に丸みを有するボンディングツール、および先端
部がインナーリード幅よりも小さく、かつ先端部が平坦
なボンディングツールの側面図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるＴＡＢインナーリ
ードの接合方法を示す正面図である。

【図４】本発明の第３の実施例によるＴＡＢインナーリ
ードの接合方法を示す正面図である。

【図５】本発明の第４の実施例によるＴＡＢインナーリ
ードの接合方法を示す正面図である。

【図６】本発明の第５の実施例によるＴＡＢインナーリ
ードの接合方法を示す正面図である。

【図７】第４の本発明の作用を説明するために用いた、
ＴＡＢインナーリードの接合方法を示す側面図である。

【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来のダイレクト
ボンディング法の第１の課題および第２の課題を示す側
面図である。

【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のダイレクトボ
ンディング法の課題を示す正面図、および従来のダイレ
クトボンディング法による接合部のせん断応力分布図で
ある。

【図１０】従来のバンプを用いたＴＡＢインナーリード
の接合方法を示す正面図である。

【図１１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来のボンディ
ングツールの側面図、正面図である。

【図１２】従来のダイレクトボンディング法を示す概略
図である。

【符号の説明】

１１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ ボンディングツール １２ 電極 １３ インナーリード １４ パッシベーション膜 １５ 半導体素子 １６ 窪み １７ 接合部 １８ 超音波振動 １９ 凸部 ２０ エッヂ ２１ａ，ｂ 従来のボンディングツール ２２ バンプ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子の電極とＴＡＢテープのイン
   ナーリードをシングルボンディング方式により接続する
   方法において、前記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前記インナーリードに
   押圧し、前記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こと
   を特徴とするＴＡＢインナーリードの接合方法。
2. 【請求項２】 前記ボンディングツールは、先端部に丸
   みを有することを特徴とする、請求項１記載のＴＡＢイ
   ンナーリードの接合方法。
3. 【請求項３】 前記窪みは、前記インナーリードの幅よ
   りも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のＴ
   ＡＢインナーリードの接合方法。
4. 【請求項４】 前記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は、前記インナーリードの
   幅よりも小さく形成したことを特徴とする請求項１、２
   または３記載のＴＡＢインナーリードの接合方法。