JP2533227B2 - 熱圧着ボンデイング部材及びその製造方法 - Google Patents
熱圧着ボンデイング部材及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、集積回路チツプ内の高密度回路接点位置か
ら外部回路機構に接続するリードを提供する電子デバイ
スの実装に関するものである。
ら外部回路機構に接続するリードを提供する電子デバイ
スの実装に関するものである。
［従来の技術］ 一般的電子デバイスには、集積回路チツプが置かれる
予定の開口のまわりに小間隔に配列され、周囲に向かつ
て広がるリード配列を有するリードフレームとして知ら
れている構造体が使用される。リードフレーム部分の周
囲は、容易に接続できる間隔に広げられる。リードフレ
ーム型構造体の一例が米国特許第4,572,924号に示され
ている。
予定の開口のまわりに小間隔に配列され、周囲に向かつ
て広がるリード配列を有するリードフレームとして知ら
れている構造体が使用される。リードフレーム部分の周
囲は、容易に接続できる間隔に広げられる。リードフレ
ーム型構造体の一例が米国特許第4,572,924号に示され
ている。
一つの操作で同時にすべての接点を接合できることは
大きな利点である。しかしながら、これを達成するため
には、すべての接点を同一の接合条件で均一にボンデイ
ングするべきである。
大きな利点である。しかしながら、これを達成するため
には、すべての接点を同一の接合条件で均一にボンデイ
ングするべきである。
ボンデイングされる箇所のプラスチツクを変形させる
のに十分な圧力をかけて、加熱する熱圧着方法は、低い
温度でのボンデイングを可能にする。
のに十分な圧力をかけて、加熱する熱圧着方法は、低い
温度でのボンデイングを可能にする。
ボンデイング条件の許容差を小さくするフアクタが多
く存在する。中でもボンデイングされる部分の位置合わ
せ、および拡散しやすく酸化しやすい構造体の場合は低
い温度での加熱という条件を伴う。これは、特に通常使
用されるアルミニウム合金上でのアルミニウム酸化物の
成長に起因する。そして、高い温度にするとデバイス内
での有機パツシベーシヨン層の層はがれがさらに悪化す
る。
く存在する。中でもボンデイングされる部分の位置合わ
せ、および拡散しやすく酸化しやすい構造体の場合は低
い温度での加熱という条件を伴う。これは、特に通常使
用されるアルミニウム合金上でのアルミニウム酸化物の
成長に起因する。そして、高い温度にするとデバイス内
での有機パツシベーシヨン層の層はがれがさらに悪化す
る。
材料を特定の位置にわずかに多く施したりバンプにし
たりして、ボンデイングの際の位置合わせ又は応力集中
を助ける。このようなバンプを使用した例は、米国特許
第4,188,438号に見出せる。
たりして、ボンデイングの際の位置合わせ又は応力集中
を助ける。このようなバンプを使用した例は、米国特許
第4,188,438号に見出せる。
この技術が進歩するにつれて、自動位置合わせを容易
にするためにテープ型フイラメント上に導体パターンを
置くリードフレーム技術がいろいろと開発された。この
技術はTAB（Tape Automated Bonding）として知られる
ようになつた。集積回路チツプに対する開口部へ片持ち
状態にしたビームリードとして広がる端を有する導体リ
ード端を、バンプと共に与える。
にするためにテープ型フイラメント上に導体パターンを
置くリードフレーム技術がいろいろと開発された。この
技術はTAB（Tape Automated Bonding）として知られる
ようになつた。集積回路チツプに対する開口部へ片持ち
状態にしたビームリードとして広がる端を有する導体リ
ード端を、バンプと共に与える。
TAB技術は、「マイクロエレクトロニクス実装便覧」
（R.R.Tummala及びE.J.Rymaszewski編集、Vam Nostrand
出版、1989年）の409〜431ページに記述されている。TA
Bボンデイングのプロセスにおいて、温度を下げるほど
より弱い結合強度となる。
（R.R.Tummala及びE.J.Rymaszewski編集、Vam Nostrand
出版、1989年）の409〜431ページに記述されている。TA
Bボンデイングのプロセスにおいて、温度を下げるほど
より弱い結合強度となる。
IBM TDB Vol.30,No.7,1987年12月号、208ページ
は、少なくとも一つのボンデイング表面が粗くなるよう
なボンデイング温度において、より小さな圧縮をより短
時間かけるという熱圧着の改良について報告している。
は、少なくとも一つのボンデイング表面が粗くなるよう
なボンデイング温度において、より小さな圧縮をより短
時間かけるという熱圧着の改良について報告している。
さらに、通常の溶融メタラジーでは、まずボンデイン
グされるリード端の全体をカバーする薄い層を与え、そ
の上にそれよりも厚いボンデイング層を与えることで、
より信頼性の高い均一な結合が達成されるということが
知られている。カバーする層は通常非酸化金属で、特に
貴金属が好ましい。
グされるリード端の全体をカバーする薄い層を与え、そ
の上にそれよりも厚いボンデイング層を与えることで、
より信頼性の高い均一な結合が達成されるということが
知られている。カバーする層は通常非酸化金属で、特に
貴金属が好ましい。
この技術の一例として米国特許第3,873,428号では、
接点の材料として金を使用している。より厚い金の層を
形成すると共に、めつきによつて膜厚の異なる層を形成
する。
接点の材料として金を使用している。より厚い金の層を
形成すると共に、めつきによつて膜厚の異なる層を形成
する。
二層の溶融接続技術の別の例が仏国特許第2,460,347
号に記述されている。この中で層に使用できると考えら
れる材料は金、銀及びニツケルであり、層はめつきによ
つて形成されるが、電流密度及びめつき時間の変化によ
つて各めつき層の厚さは変えられる。
号に記述されている。この中で層に使用できると考えら
れる材料は金、銀及びニツケルであり、層はめつきによ
つて形成されるが、電流密度及びめつき時間の変化によ
つて各めつき層の厚さは変えられる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、高密度多層集積回路の実装において、信頼
性の高い熱圧着ボンデイングを可能にするプロセス工程
及び装置を考慮した構造を提供することを目的とする。
性の高い熱圧着ボンデイングを可能にするプロセス工程
及び装置を考慮した構造を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 良好な導電性材料のビームリードのような接続部材の
内側の端にある中間製品としての本発明の接点部材は、
金（Au）、パラジウム（Pd）、プラチナ（Pt）、銀（A
g）、イリジウム（Ir）及びニツケル（Ni）からなる群
から選ばれる金属の変形可能な層を有する。その層は均
一な組織であり、樹状突起は無く、約90のヌープ硬さの
軟かい金と同じ範囲の硬さであり、層の表面形態は周期
的なリツジ間のピークからピークまでは約１μｍであ
り、平均集積回路パツド深さの約1/4ないし1/2の範囲の
リツジ間深さである。
内側の端にある中間製品としての本発明の接点部材は、
金（Au）、パラジウム（Pd）、プラチナ（Pt）、銀（A
g）、イリジウム（Ir）及びニツケル（Ni）からなる群
から選ばれる金属の変形可能な層を有する。その層は均
一な組織であり、樹状突起は無く、約90のヌープ硬さの
軟かい金と同じ範囲の硬さであり、層の表面形態は周期
的なリツジ間のピークからピークまでは約１μｍであ
り、平均集積回路パツド深さの約1/4ないし1/2の範囲の
リツジ間深さである。
集積回路において均一で粗い表面の変形可能なボンデ
イング層を有する中間製品の接続部材は、約１μｍ厚の
外部接続パツドに対し500℃又はそれ以下の温度で熱圧
着される。導電部材からパツドへの接点は約２μｍの厚
さである。本発明は、信頼できる結合が得られる限り温
度及び結合力又はそのいずれかを小さくする。
イング層を有する中間製品の接続部材は、約１μｍ厚の
外部接続パツドに対し500℃又はそれ以下の温度で熱圧
着される。導電部材からパツドへの接点は約２μｍの厚
さである。本発明は、信頼できる結合が得られる限り温
度及び結合力又はそのいずれかを小さくする。
樹状突起の無い、粗い表面形態を有する変形可能な層
は、通常の電気的陰性よりも高い条件で電気めつきする
ことによつて得られる。そのような条件の一例として、
陰極から陽極へ0.03mA/cm2ないし0.05mA/cm2の電流密度
で2.0ないし3.0Vの範囲の電圧を、半導体産業でよく使
用される中性のシアン化物型の標準純金属めつき浴にか
ける。これは、金属仕上げ便覧（the Metal Finishing
Guidebook）のVol.83、No、1Aにある「金めつき（Gold
Plating）」（A.M.Weisbergによる）に記述されてい
る。
は、通常の電気的陰性よりも高い条件で電気めつきする
ことによつて得られる。そのような条件の一例として、
陰極から陽極へ0.03mA/cm2ないし0.05mA/cm2の電流密度
で2.0ないし3.0Vの範囲の電圧を、半導体産業でよく使
用される中性のシアン化物型の標準純金属めつき浴にか
ける。これは、金属仕上げ便覧（the Metal Finishing
Guidebook）のVol.83、No、1Aにある「金めつき（Gold
Plating）」（A.M.Weisbergによる）に記述されてい
る。
複数の陽極を用いるめつき装置を抑制し、異なる表面
へ粗い表面で厚い変形可能な金属層をより均一に付着さ
せる。
へ粗い表面で厚い変形可能な金属層をより均一に付着さ
せる。
［実施例］ 熱圧着ボンデイング技術において、変形可能な層の接
点界面の一部で熱及び圧力を組み合わせてかけ、その圧
力でその層を塑性変形させると、界面は速くボンデイン
グ温度に達し拡散が高まる。その結果、強くて信頼性の
ある結合が低い温度で形成される。
点界面の一部で熱及び圧力を組み合わせてかけ、その圧
力でその層を塑性変形させると、界面は速くボンデイン
グ温度に達し拡散が高まる。その結果、強くて信頼性の
ある結合が低い温度で形成される。
しかしながら、接点サイズを100μｍ幅のオーダ及び
接点間隔を100μｍのオーダに削減する場合、多くの相
互に依存する態様を考慮する必要がある。変形可能な層
は、不可欠な電気特性を与えなければならないし、接点
から接点まで均一圧力で変形させなければならないし、
変形可能な層及びその層の特定の表面において全接点界
面を形成するのに十分な材料でなければならない。
接点間隔を100μｍのオーダに削減する場合、多くの相
互に依存する態様を考慮する必要がある。変形可能な層
は、不可欠な電気特性を与えなければならないし、接点
から接点まで均一圧力で変形させなければならないし、
変形可能な層及びその層の特定の表面において全接点界
面を形成するのに十分な材料でなければならない。
本発明に従つて、熱圧着ボンデイング技術が次のよう
な高密度集積回路に使用できることがわかつた。即ち、
ヌープ硬さが約90の軟かい金と同じ範囲の硬さで、厚さ
が0.3ないし3.0μｍの範囲で、好ましくは0.3ないし1.2
μｍの範囲にあり、その表面形態の周期的なリツジ間隔
のピークからピークまでが約１μｍでリツジの深さが平
均的集積回路パツドの厚さの約1/4ないし1/2である変形
可能な金属層でビームリードのような接続部材がおおわ
れている回路である。１μｍの周期的なリツジ間隔は、
ボンデイング後の接点の合計厚さ（約２μｍ）の約1/2
である。
な高密度集積回路に使用できることがわかつた。即ち、
ヌープ硬さが約90の軟かい金と同じ範囲の硬さで、厚さ
が0.3ないし3.0μｍの範囲で、好ましくは0.3ないし1.2
μｍの範囲にあり、その表面形態の周期的なリツジ間隔
のピークからピークまでが約１μｍでリツジの深さが平
均的集積回路パツドの厚さの約1/4ないし1/2である変形
可能な金属層でビームリードのような接続部材がおおわ
れている回路である。１μｍの周期的なリツジ間隔は、
ボンデイング後の接点の合計厚さ（約２μｍ）の約1/2
である。
第１図は本発明の接点部材の好ましい具体例を示す電
子顕微鏡写真である。銅ベース又はリード端１の上の接
点表面２は、ヌープ硬さ約90までの軟かい金で0.3μｍ
ないし1.2μｍの厚さで、周期的なリツジ４を持つ表面
形態のピークからピークまでが約１μｍで、ピーク間の
深さが端１を熱圧着するパツドの厚さの約1/4ないし1/2
である変形可能な層３でおおわれている。バンプ内のあ
るざらざらした境界に金を成長させることによつて、リ
ツジ５が生じる。
子顕微鏡写真である。銅ベース又はリード端１の上の接
点表面２は、ヌープ硬さ約90までの軟かい金で0.3μｍ
ないし1.2μｍの厚さで、周期的なリツジ４を持つ表面
形態のピークからピークまでが約１μｍで、ピーク間の
深さが端１を熱圧着するパツドの厚さの約1/4ないし1/2
である変形可能な層３でおおわれている。バンプ内のあ
るざらざらした境界に金を成長させることによつて、リ
ツジ５が生じる。
第１図の接点の寸法は直径約100μｍである。リード
又は導体１上の球形又はバンプの端は、通常導体１の先
端をレーザ融解することによつて形成される。そしてそ
の上に変形可能な金属を、好ましくは二層形成する。ま
ず例えば金、銀、パラジウム、プラチナ又はニツケルの
ような貴金属又は非酸化金属の薄い遮蔽層を付着させ、
その上に例えば第１図の純金の例のような粗い表面形態
を有する軟かく均質な変形可能な層を付着させる。変形
可能な層は図において唯一見えるものであり、参照番号
３で表わされている。
又は導体１上の球形又はバンプの端は、通常導体１の先
端をレーザ融解することによつて形成される。そしてそ
の上に変形可能な金属を、好ましくは二層形成する。ま
ず例えば金、銀、パラジウム、プラチナ又はニツケルの
ような貴金属又は非酸化金属の薄い遮蔽層を付着させ、
その上に例えば第１図の純金の例のような粗い表面形態
を有する軟かく均質な変形可能な層を付着させる。変形
可能な層は図において唯一見えるものであり、参照番号
３で表わされている。
第２図は、第１図の本発明の好ましい具体例の変形可
能な層の粗い表面形態をよりはつきりとさせるために高
倍率に上げた電子顕微鏡写真である。表面のリツジ４の
ピークからピークまでの間隔は約１μｍであり、周期性
を有する。そしてリツジ４間の深さは、ボンデイングさ
れる集積回路パツドの厚さの約1/4ないし1/2である。現
在の密度では、平均の集積回路パツドの厚さは約１μｍ
である。
能な層の粗い表面形態をよりはつきりとさせるために高
倍率に上げた電子顕微鏡写真である。表面のリツジ４の
ピークからピークまでの間隔は約１μｍであり、周期性
を有する。そしてリツジ４間の深さは、ボンデイングさ
れる集積回路パツドの厚さの約1/4ないし1/2である。現
在の密度では、平均の集積回路パツドの厚さは約１μｍ
である。
変形可能な層３は接点表面２上でほぼ均一な膜厚を有
する。
する。
接点が形成される時、リツジ４による粗さは、ボンデ
イング後の接点の厚さの約半分である。
イング後の接点の厚さの約半分である。
第３図は、熱圧着ボンデイング操作前のチツプ上のパ
ツドと接したボンデイング可能な接点部材の断面図であ
る。第３図において、チツプ６の上のパツシベーシヨン
８に囲まれたパツド又はバンプ７は、チツプ６の表面か
ら距離又は厚さＡだけ垂直に広がつている。このＡは、
高密度技術で１μｍ位まで小さくできる。寸法Ｂで示さ
れる周期的なリツジ４は、パツド７の表面９と接してい
る。リツジ４の深さは寸法Ｃで示されており、最小パツ
ド厚の寸法Ａの約1/4ないし1/2である。
ツドと接したボンデイング可能な接点部材の断面図であ
る。第３図において、チツプ６の上のパツシベーシヨン
８に囲まれたパツド又はバンプ７は、チツプ６の表面か
ら距離又は厚さＡだけ垂直に広がつている。このＡは、
高密度技術で１μｍ位まで小さくできる。寸法Ｂで示さ
れる周期的なリツジ４は、パツド７の表面９と接してい
る。リツジ４の深さは寸法Ｃで示されており、最小パツ
ド厚の寸法Ａの約1/4ないし1/2である。
本発明に従つて、特定の条件下で、金（Au）、パラジ
ウム（Pd）、プラチナ（Pt）、銀（Ag）、イリジウム
（Ir）及びニツケル（Ni）の群から選択される金属をめ
つきすることによつて樹状突起のない接点表面２を形成
する。一般的には、通常の電気的陰性よりも高い条件で
めつきを行なう。浴の構成及び電気的操作条件によつて
めつき浴の状態を変えられる。
ウム（Pd）、プラチナ（Pt）、銀（Ag）、イリジウム
（Ir）及びニツケル（Ni）の群から選択される金属をめ
つきすることによつて樹状突起のない接点表面２を形成
する。一般的には、通常の電気的陰性よりも高い条件で
めつきを行なう。浴の構成及び電気的操作条件によつて
めつき浴の状態を変えられる。
pHが約６で温度は若干高めにしてめつきされる金属塩
を含む標準純金属浴の場合には、陰極から陽極へ0.2mA/
cm2ないし0.6mA/cm2の範囲の電流密度で、2.0Vないし3.
0Vの範囲の電圧をかけると十分な電気陰性状態が得られ
る。
を含む標準純金属浴の場合には、陰極から陽極へ0.2mA/
cm2ないし0.6mA/cm2の範囲の電流密度で、2.0Vないし3.
0Vの範囲の電圧をかけると十分な電気陰性状態が得られ
る。
本発明に従うと、接点に有害な樹状突起が現われる約
三つの要因に関して、電流密度の範囲が存在する。
三つの要因に関して、電流密度の範囲が存在する。
表１に、変形可能な層に使用できる金以外の代表的な
金属めつき溶液をあげた。
金属めつき溶液をあげた。
第４図は、本発明が利点を供与するこの分野で用いら
れる代表的なリードフレーム型実装の部材の上面図であ
る。第４図において、リードフレームの開口部10の周囲
には狭い間隔でビームリードの配列が広がつていて、点
線で示される集積回路チツプはその下に置かれることに
なつている。ビームリードの外側11においては配列を容
易に接続できる間隔となつている。リードフレーム技術
は便宜的に垂直方向に間隔をあける素子15を使用する。
このように第４図の例のリードフレームは二次元平面図
で示されているが、実際この技術の発展に伴つて、積層
配列でリードフレームを用いる時には、実装の分野では
三次元以上の次元を採用している。垂直に積層した導体
成分間の接続は、従来は導体を分離させている絶縁体を
貫通するバイア型接続によつて処理してきたが、導体を
敷設するとある横方向の誤差が生じ、その誤差が位置ず
れとなる。このリードフレームで示されるように、開口
部10へ伸びている導体のビームリードの片持ち部分13を
与えて、開口部10の下に位置するチツプ上のパツドへの
ボンデイングと同じ形式の操作で導体を相互接続させ
る。さらに、技術が発展するにつれて、端でスプロケツ
ト状の穴14を有する絶縁バツキング（insulating backi
ng）15にリードフレームをつけることにより、リードフ
レームの実装を普通の膜と同じように処理し、チツプと
の位置合わせをすることが可能となり、これによりTAB
技術を与えるようになった。
れる代表的なリードフレーム型実装の部材の上面図であ
る。第４図において、リードフレームの開口部10の周囲
には狭い間隔でビームリードの配列が広がつていて、点
線で示される集積回路チツプはその下に置かれることに
なつている。ビームリードの外側11においては配列を容
易に接続できる間隔となつている。リードフレーム技術
は便宜的に垂直方向に間隔をあける素子15を使用する。
このように第４図の例のリードフレームは二次元平面図
で示されているが、実際この技術の発展に伴つて、積層
配列でリードフレームを用いる時には、実装の分野では
三次元以上の次元を採用している。垂直に積層した導体
成分間の接続は、従来は導体を分離させている絶縁体を
貫通するバイア型接続によつて処理してきたが、導体を
敷設するとある横方向の誤差が生じ、その誤差が位置ず
れとなる。このリードフレームで示されるように、開口
部10へ伸びている導体のビームリードの片持ち部分13を
与えて、開口部10の下に位置するチツプ上のパツドへの
ボンデイングと同じ形式の操作で導体を相互接続させ
る。さらに、技術が発展するにつれて、端でスプロケツ
ト状の穴14を有する絶縁バツキング（insulating backi
ng）15にリードフレームをつけることにより、リードフ
レームの実装を普通の膜と同じように処理し、チツプと
の位置合わせをすることが可能となり、これによりTAB
技術を与えるようになった。
垂直な相互接続導体の間隔が詰まれば詰まる程、同時
に熱圧着されるすべての接点は非常に低い温度で均一に
変形するという本発明の態様がますます価値を増すこと
は明らかであろう。
に熱圧着されるすべての接点は非常に低い温度で均一に
変形するという本発明の態様がますます価値を増すこと
は明らかであろう。
さらに、間隔が狭くなる程、リアクタンス効果が信号
の伝送を制御しないように接点の数も増加する。これ
は、実装における接地及び電力の導体及び接地面が多く
なつて、接点の数及び密度に加えられるためである。
の伝送を制御しないように接点の数も増加する。これ
は、実装における接地及び電力の導体及び接地面が多く
なつて、接点の数及び密度に加えられるためである。
第５図ないし第９図は、本発明の熱圧着ボンデイング
を用いて与えられる接続を示す図である。間隔が狭くな
ればなる程、絶縁バツキング15の両側にある二つの導体
を精度よく接続できるという利点がある。
を用いて与えられる接続を示す図である。間隔が狭くな
ればなる程、絶縁バツキング15の両側にある二つの導体
を精度よく接続できるという利点がある。
第５図、第６図及び第７図を参照すると、絶縁体は、
第５図では導体16および17、第６図では導体20及び21、
第７図では導体24及び25を有する素子15である。第５図
において、導体16及び17は絶縁体15の導体16と同じ面で
ある接続部18及び同様な接続部において接続されてい
る。第６図では、接続部22及び23が絶縁体15の厚さの中
間位の所にあり、導体20及び21はわずかに接続部22及び
23に向って曲げられている。第７図では、導体25と同じ
平面に接続部26及び27が形成されている。本発明は熱圧
着ボンディングの技術に適応させているので、圧縮力を
かける間導体が正しい位置に保持され、従ってボンディ
ングの間接点を正しい位置に保持するツールを絶縁体15
と位置合わせすることができるので、接続を導体間の垂
直方向のどこででも作ることができる。絶縁体の最小膜
厚が一般的な導体の間隔程度の寸法であるので、実装の
密度が増大するにつれてこれらの構造体の製造能力も重
要性を増す。
第５図では導体16および17、第６図では導体20及び21、
第７図では導体24及び25を有する素子15である。第５図
において、導体16及び17は絶縁体15の導体16と同じ面で
ある接続部18及び同様な接続部において接続されてい
る。第６図では、接続部22及び23が絶縁体15の厚さの中
間位の所にあり、導体20及び21はわずかに接続部22及び
23に向って曲げられている。第７図では、導体25と同じ
平面に接続部26及び27が形成されている。本発明は熱圧
着ボンディングの技術に適応させているので、圧縮力を
かける間導体が正しい位置に保持され、従ってボンディ
ングの間接点を正しい位置に保持するツールを絶縁体15
と位置合わせすることができるので、接続を導体間の垂
直方向のどこででも作ることができる。絶縁体の最小膜
厚が一般的な導体の間隔程度の寸法であるので、実装の
密度が増大するにつれてこれらの構造体の製造能力も重
要性を増す。
第８図及び第９図は、それぞれ開口部10における一つ
及び二つのチツプの接続を示す図である。第８図におい
て、絶縁体15の一方では開口部10上で導体26及び28では
片持ち支持になつており、絶縁体15のもう一方では開口
部10上で導体27及び29は片持ち支持になつている。二つ
の接続パツド30及び31をその上に有するチツプ32は、圧
縮力及び加熱のサイクルをかけるツール即ち33及びその
向い合う34の間にセツトされる。そこに圧縮力及び温度
をかけながら導体26ないし29を曲げてボンデイング・パ
ツドと接触させ、チツプに圧縮結合させる。
及び二つのチツプの接続を示す図である。第８図におい
て、絶縁体15の一方では開口部10上で導体26及び28では
片持ち支持になつており、絶縁体15のもう一方では開口
部10上で導体27及び29は片持ち支持になつている。二つ
の接続パツド30及び31をその上に有するチツプ32は、圧
縮力及び加熱のサイクルをかけるツール即ち33及びその
向い合う34の間にセツトされる。そこに圧縮力及び温度
をかけながら導体26ないし29を曲げてボンデイング・パ
ツドと接触させ、チツプに圧縮結合させる。
第９図を参照するに、第８図の原理を発展させ、二つ
のチツプを平行に置いて結合させる二側型チツプを示
す。第９図はボンデイング後の構造体である。第９図に
おいて導体36及び37は開口部10の一方の絶縁体15で向い
合つており、導体35及び38は開口部10のもう一方の絶縁
体15で向い合つている。チツプ44はパツド41及び42を有
し、チツプ43はパツド39及び40を有する。第８図で使用
している形式のツールを用いて熱及び圧縮力の両方をか
けて、45においてパツド39,41及び導体37、そして46に
おいてはパツド40,42及び導体35と共に結合45及び46を
熱圧着で形成する。本発明を用いてこのような回路相互
結合を一度の熱圧着操作で達成できる。
のチツプを平行に置いて結合させる二側型チツプを示
す。第９図はボンデイング後の構造体である。第９図に
おいて導体36及び37は開口部10の一方の絶縁体15で向い
合つており、導体35及び38は開口部10のもう一方の絶縁
体15で向い合つている。チツプ44はパツド41及び42を有
し、チツプ43はパツド39及び40を有する。第８図で使用
している形式のツールを用いて熱及び圧縮力の両方をか
けて、45においてパツド39,41及び導体37、そして46に
おいてはパツド40,42及び導体35と共に結合45及び46を
熱圧着で形成する。本発明を用いてこのような回路相互
結合を一度の熱圧着操作で達成できる。
第１図に示されるような本発明の接点部材を、第10図
及び第11図の従来技術における標準的な接点と比較し
た。
及び第11図の従来技術における標準的な接点と比較し
た。
第10図を参照すると、銅リードの端は、従来技術では
約0.5ないし0.8μｍ厚前後になるように設定された金め
つき層を施した上をレーザ融解して得られる球の形状に
なる。従来技術の接点表面形態は比較的なめらかであ
る。第11図はその拡大写真である。本発明の接点は、第
10図及び第11図の従来技術のものと異なる。本発明に従
うと、まず第一に変形可能な層のめつき厚は従来よりも
厚く、0.3ないし3.0μｍの範囲であり、多くの同時に起
こるボンデイングと関連する個々の様々なボンデイング
条件に、変形可能な材料を十分に適合させている。第二
にめつきを軟かくなるように制御し、ヌープ硬さが約90
の軟かい金の範囲を越えないようにしている。第三に、
従来技術の第10図及び第11図ではむしろなめらかである
表面形態は、本発明では粗い。リツジ間で約１μｍの周
期性を持ち、平均的集積回路パツドの厚さの約1/4ない
し1/2の深さである。第四に、変形可能な層の組織は全
体に均一に制御され、樹状突起はない。
約0.5ないし0.8μｍ厚前後になるように設定された金め
つき層を施した上をレーザ融解して得られる球の形状に
なる。従来技術の接点表面形態は比較的なめらかであ
る。第11図はその拡大写真である。本発明の接点は、第
10図及び第11図の従来技術のものと異なる。本発明に従
うと、まず第一に変形可能な層のめつき厚は従来よりも
厚く、0.3ないし3.0μｍの範囲であり、多くの同時に起
こるボンデイングと関連する個々の様々なボンデイング
条件に、変形可能な材料を十分に適合させている。第二
にめつきを軟かくなるように制御し、ヌープ硬さが約90
の軟かい金の範囲を越えないようにしている。第三に、
従来技術の第10図及び第11図ではむしろなめらかである
表面形態は、本発明では粗い。リツジ間で約１μｍの周
期性を持ち、平均的集積回路パツドの厚さの約1/4ない
し1/2の深さである。第四に、変形可能な層の組織は全
体に均一に制御され、樹状突起はない。
本発明に従つて、具体的に好ましい粗い表面の純金の
変形可能なボンデイング層は、陽極及び陰極間に2.5Vの
標準条件で電流密度は、0.03mA/cm2ないし0.05mA/cm2の
範囲のめつきによつて製造される。標準の純金めつき浴
はこの技術分野では周知である。一般的には、それらpH
が約６である浴液中に金の塩を含み、約65℃の温度で操
作される。例えば、標準純金めつき浴は、「金電着の強
度及び延性（The Strength and Ductility of Some Gol
d Electrodeposits）」（J.M.Denber及びG.R.Lurieによ
る、めつきマガジン（Plating Magazine）の1973年７月
号pp715〜719）にある浴“C",“D",“E"及び“F"を使用
する。金属及びプラスチツク出版社（Metals ＆ Plasti
cs Publications,Hackensack,N.J.）から1985年に出版
された金属仕上げ便覧（the Metal Finishing Guideboo
k）の中のA.M.Weisbergによるpp232〜234の記事は、中
性シアン化物型の溶液の浴が半導体産業で使用されると
記述している。
変形可能なボンデイング層は、陽極及び陰極間に2.5Vの
標準条件で電流密度は、0.03mA/cm2ないし0.05mA/cm2の
範囲のめつきによつて製造される。標準の純金めつき浴
はこの技術分野では周知である。一般的には、それらpH
が約６である浴液中に金の塩を含み、約65℃の温度で操
作される。例えば、標準純金めつき浴は、「金電着の強
度及び延性（The Strength and Ductility of Some Gol
d Electrodeposits）」（J.M.Denber及びG.R.Lurieによ
る、めつきマガジン（Plating Magazine）の1973年７月
号pp715〜719）にある浴“C",“D",“E"及び“F"を使用
する。金属及びプラスチツク出版社（Metals ＆ Plasti
cs Publications,Hackensack,N.J.）から1985年に出版
された金属仕上げ便覧（the Metal Finishing Guideboo
k）の中のA.M.Weisbergによるpp232〜234の記事は、中
性シアン化物型の溶液の浴が半導体産業で使用されると
記述している。
さらに、本発明に従うと、本発明の接点の均一な軟か
い金の変形可能な層は、高いけれども規定された範囲内
の電流密度でめつきすることによつて製造される。
い金の変形可能な層は、高いけれども規定された範囲内
の電流密度でめつきすることによつて製造される。
第12図及び第13図は、その範囲の最低値より低い0.02
mA/cm2の電流密度を用いた時の接点の電子顕微鏡写真で
ある。第12図及びその拡大した第13図からわかるよう
に、リツジの周期性及び深さが表面形態に現われている
が、第１図及び第２図ほど顕著ではない。一方、その範
囲内の最高値より高い電流密度、即ち第12図及び第13図
を用いた電流密度の３倍又は0.075mA/cm2以上でめつき
を行なつた時の接点の電子顕微鏡写真が、第14図及び第
15図である。第14図及びその拡大した第15図において、
表面のスポツトは樹状突起の始まりを示している。もし
樹状突起があると変形可能な層は非均一になり、変形可
能な層の塑性流れが生じず、結果として不満足な信頼性
の低い結合となる。従つて、本発明の熱圧着ボンデイン
グの接点をめつきする際の約三つの要因に関して狭い電
流密度範囲が存在するのである。
mA/cm2の電流密度を用いた時の接点の電子顕微鏡写真で
ある。第12図及びその拡大した第13図からわかるよう
に、リツジの周期性及び深さが表面形態に現われている
が、第１図及び第２図ほど顕著ではない。一方、その範
囲内の最高値より高い電流密度、即ち第12図及び第13図
を用いた電流密度の３倍又は0.075mA/cm2以上でめつき
を行なつた時の接点の電子顕微鏡写真が、第14図及び第
15図である。第14図及びその拡大した第15図において、
表面のスポツトは樹状突起の始まりを示している。もし
樹状突起があると変形可能な層は非均一になり、変形可
能な層の塑性流れが生じず、結果として不満足な信頼性
の低い結合となる。従つて、本発明の熱圧着ボンデイン
グの接点をめつきする際の約三つの要因に関して狭い電
流密度範囲が存在するのである。
本発明の接点の特徴は、アルミニウム及びその合金を
含む多くの接点メタラジーを伴つてシリコンのチツプに
熱圧着ボンデイングを形成することである。
含む多くの接点メタラジーを伴つてシリコンのチツプに
熱圧着ボンデイングを形成することである。
次の第16図及び第17図は、本発明の接点断面の電子顕
微鏡写真であり、異なる温度におけるA1チツプの接点パ
ツドを示している。接点の金属間化合領域の厚さは、ボ
ンデイング前の接点部材表面の粗さ１μｍの約２倍（約
２μｍ）である。
微鏡写真であり、異なる温度におけるA1チツプの接点パ
ツドを示している。接点の金属間化合領域の厚さは、ボ
ンデイング前の接点部材表面の粗さ１μｍの約２倍（約
２μｍ）である。
熱圧着ボンデイングを500℃で行なつた時が第16図で
あり、350℃で行なつた時が第17図である。温度を下
げ、350℃に近づくにつれて、接合強度は低くなるが、
満足いく程度にとどまる。ボンデイング温度を低くする
ことができるのは、本発明の第一の利点である。この第
16図及び第17図を比較すると、より高い温度でボンデイ
ングすると金−金・アルミニウムの金属間化合の厚さは
厚くなり、本発明に従う低温の熱圧着技術がシリコンチ
ツプに接合させるのに特に有効であることがわかる。
あり、350℃で行なつた時が第17図である。温度を下
げ、350℃に近づくにつれて、接合強度は低くなるが、
満足いく程度にとどまる。ボンデイング温度を低くする
ことができるのは、本発明の第一の利点である。この第
16図及び第17図を比較すると、より高い温度でボンデイ
ングすると金−金・アルミニウムの金属間化合の厚さは
厚くなり、本発明に従う低温の熱圧着技術がシリコンチ
ツプに接合させるのに特に有効であることがわかる。
誘電体の両側に導体を使用し、チツプの開口部でボン
デイングによつて接続するというリードフレーム技術の
独特の態様の１つは、第５図ないし第９図に構造体が示
されているように、全表面を均一にするために異なる側
とも含んでめつきすることであり、より厳密に制御する
ことが望まれる。片側が接地面である第５図ないし第９
図において、金属の接続するシートを用いるとめつきさ
れる部分に相違が生じる。本発明に従つてめつき浴を改
造し、それぞれの側に独立した陽極を与える。独立した
電源で電力を供給し、めつきしながら独立した電気陰性
状態を生み、独立した部分に均一なめつき層を得る。
デイングによつて接続するというリードフレーム技術の
独特の態様の１つは、第５図ないし第９図に構造体が示
されているように、全表面を均一にするために異なる側
とも含んでめつきすることであり、より厳密に制御する
ことが望まれる。片側が接地面である第５図ないし第９
図において、金属の接続するシートを用いるとめつきさ
れる部分に相違が生じる。本発明に従つてめつき浴を改
造し、それぞれの側に独立した陽極を与える。独立した
電源で電力を供給し、めつきしながら独立した電気陰性
状態を生み、独立した部分に均一なめつき層を得る。
第１図に示されるような本発明の熱圧着でボンデイン
グできる接点は、銅のリード部材を用いて製造される。
まず、0.01mA/cm2で５分間の純金のめつきによつてその
上をおおい、次に2.5Vでさらに高い電流密度0.03ないし
0.05mA/cm2で５分間めつきし、第二めつき層を形成す
る。特定導体部分から、2.0ないし3.0Vの範囲の電圧に
よつてそれぞれ独立な各部分の側に独立した陽極を有す
る標準純金めつき浴において0.03mA/cm2でめつきするこ
とによつて、ヌープ硬さ約90で１μｍの厚さの第二純金
めつき層となる。
グできる接点は、銅のリード部材を用いて製造される。
まず、0.01mA/cm2で５分間の純金のめつきによつてその
上をおおい、次に2.5Vでさらに高い電流密度0.03ないし
0.05mA/cm2で５分間めつきし、第二めつき層を形成す
る。特定導体部分から、2.0ないし3.0Vの範囲の電圧に
よつてそれぞれ独立な各部分の側に独立した陽極を有す
る標準純金めつき浴において0.03mA/cm2でめつきするこ
とによつて、ヌープ硬さ約90で１μｍの厚さの第二純金
めつき層となる。
［発明の効果］ 本発明は、高密度多層集積回路の実装において、信頼
性の高い熱圧着ボンデイングを可能にするプロセス工程
及び装置を考慮した構造を提供できる。
性の高い熱圧着ボンデイングを可能にするプロセス工程
及び装置を考慮した構造を提供できる。
第１図は、本発明の熱圧着ボンデイングできる接点部材
の金属組織の写真である。 第２図は、本発明の熱圧着ボンデイングできる接点部材
の表面形態を拡大した金属組織の写真である。 第３図は、パツド厚に関連させたリツジの周期性及び深
さを示す本発明の熱圧着ボンデイングできる接点部材の
図である。 第４図は、本発明が利点を供与する代表的なリードフレ
ーム型実装の上面図である。 第５図ないし第９図は、本発明に従う熱圧着ボンデイン
グされた導体及び集積回路接点構造及び装置の断面図で
ある。 第10図は、従来の金めつき接点の金属組織の写真であ
る。 第11図は、従来の金めつき接点の表面形態を拡大した金
属組織の写真である。 第12図及び第13図は、規定範囲よりも低い電流密度でめ
つきを行なつた時の接点の金属組織の写真である。 第14図及び第15図は、規定範囲よりも高い電流密度でめ
つきを行なつた時の接点の金属組織の写真である。 第16図及び第17図は、本発明の接点をそれぞれ500℃、3
50℃において熱圧着ボンデイングを行なつたアルミニウ
ムパツド及びシリコン集積回路チツプの界面の断面の金
属組織の写真である。 １……リード端、２……接点表面、３……変形可能な
層、４、５……リツジ、６……チツプ、７……パツド、
８……パツシベーシヨン、９……パツド７の表面、10…
…開口部、11……ビームリードの外側、13……ビームリ
ード片持ち側、14……穴、15……絶縁体、16、17、20、
21、24、25、26、27、28、29、35、36、37、38……導
体、18、19、22、23、26、27、45、46……接続、30、3
1、39、40、41、42……パツド、32、43、44……チツ
プ、33、34……圧力及び加熱サイクルをかけるツール。
の金属組織の写真である。 第２図は、本発明の熱圧着ボンデイングできる接点部材
の表面形態を拡大した金属組織の写真である。 第３図は、パツド厚に関連させたリツジの周期性及び深
さを示す本発明の熱圧着ボンデイングできる接点部材の
図である。 第４図は、本発明が利点を供与する代表的なリードフレ
ーム型実装の上面図である。 第５図ないし第９図は、本発明に従う熱圧着ボンデイン
グされた導体及び集積回路接点構造及び装置の断面図で
ある。 第10図は、従来の金めつき接点の金属組織の写真であ
る。 第11図は、従来の金めつき接点の表面形態を拡大した金
属組織の写真である。 第12図及び第13図は、規定範囲よりも低い電流密度でめ
つきを行なつた時の接点の金属組織の写真である。 第14図及び第15図は、規定範囲よりも高い電流密度でめ
つきを行なつた時の接点の金属組織の写真である。 第16図及び第17図は、本発明の接点をそれぞれ500℃、3
50℃において熱圧着ボンデイングを行なつたアルミニウ
ムパツド及びシリコン集積回路チツプの界面の断面の金
属組織の写真である。 １……リード端、２……接点表面、３……変形可能な
層、４、５……リツジ、６……チツプ、７……パツド、
８……パツシベーシヨン、９……パツド７の表面、10…
…開口部、11……ビームリードの外側、13……ビームリ
ード片持ち側、14……穴、15……絶縁体、16、17、20、
21、24、25、26、27、28、29、35、36、37、38……導
体、18、19、22、23、26、27、45、46……接続、30、3
1、39、40、41、42……パツド、32、43、44……チツ
プ、33、34……圧力及び加熱サイクルをかけるツール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイモシイー・クラーク・レイレイ アメリカ合衆国カリフオルニア州ロス・ ガトス、ケネディー・ロード16865番地 (72)発明者 ロバート・デヴイド・トパ アメリカ合衆国ニユーヨーク州ビングハ ンプトン、クリフトン・ボールバード 112番地
Claims (24)
- 【請求項１】Au,Pd,Pt,Ag,Ir及びNiからなる群がら選ば
れる均一粘稠度の金属の少なくとも１つの変形可能な層
を一端に持つ導体部材であり、前記変形可能な層はヌー
プ硬さが約90の金と同じ範囲の硬さで前記変形可能な層
及びそれに結合されるパッドのボンディング後の合計厚
さの約1/2のリッジ間隔並びに前記パッドの厚さの約1/4
ないし1/2のリッジ間深さを有する表面形態である、集
積回路実装における熱圧着ボンディング部材。 - 【請求項２】前記変形可能な層が薄い非酸化金属層をお
おう請求項１記載の熱圧着ボンディング部材。 - 【請求項３】前記変形可能な層が約0.3ないし3.0μｍの
範囲の厚さである請求項２記載の熱圧着ボンディング部
材。 - 【請求項４】前記薄い非酸化金属層がAu,Ag,Pd,Pt及びN
iからなる群から選ばれる請求項３記載の熱圧着ボンデ
ィング部材。 - 【請求項５】前記導体部材が銅である請求項４記載の熱
圧着ボンディング部材。 - 【請求項６】前記表面形態のリッジ間隔が約１μｍであ
る請求項１記載の熱圧着ボンディング部材。 - 【請求項７】（ａ）少なくとも１つの導電体を支持する
少なくとも１つの絶縁部材の中心に開口部が形成された
部材と、 （ｂ）前記少なくとも１つの導電体上の少なくとも１つ
のビームリード端とを有し、各前記ビームリード端は前
記開口部に片持ち状態で与えられており、Au,Pd,Pt,Ag,
Ir及びNiからなる群から選ばれる金属の変形可能な均一
粘稠度層を有し、前記変形可能な層はヌープ硬さが約90
の軟かい金と同じ範囲の硬さで前記変形可能な層及びそ
れに結合されるパッドのボンディング後の合計厚さの約
1/2のリッジ間隔並びに前記パッド厚の約1/4ないし,1/2
のリッジ間深さを有する表面形態であることを特徴とす
る、集積回路実装構造体。 - 【請求項８】前記表面形態のリッジ間隔が約１μｍであ
る請求項７記載の集積回路実装構造体。 - 【請求項９】各前記ビームリード端上の第一の薄い非酸
化金属層が存在する請求項７記載の集積回路実装構造
体。 - 【請求項１０】前記変形可能な層が約0.3ないし3.0μｍ
の範囲の厚さである請求項８記載の集積回路実装構造
体。 - 【請求項１１】絶縁部材の少なくとも上側及び下側の面
のそれぞれに設けられ、前記絶縁部材のチップ開口部内
に延びる少なくとも１つの導体を有するリードフレーム
型導体配列で、前記チップ開口部内に延びる前記導体の
端はAu,Pd,Pt,Ag,Ir及びNiからなる群から選ばれる金属
の変形可能な均一粘稠度層を有し、前記変形可能な層は
ヌープ硬さが約90の軟かい金と同じ範囲の硬さで表面形
態のリッジの周期性が約１μｍでありその深さが平均の
集積回路パッドの厚さの約1/4ないし1/2である集積回路
実装構造体。 - 【請求項１２】前記表面形態のリッジ間隔が前記導体端
及び前記端に結合された集積回路パッドのボンディング
後の合計厚さの約1/2で、リッジ間深さが集積回路パッ
ドの厚さの約1/4ないし1/2である請求項11記載の集積回
路実装構造体。 - 【請求項１３】前記変形可能な層は約0.3ないし3.0μｍ
の範囲の厚さの軟かい金である請求項11記載の集積回路
実装構造体。 - 【請求項１４】（ａ）上部に接点パッドを有する基板を
与える工程と、 （ｂ）１つの端を有する導体部材で、前記端が変形可能
な均一粘稠度の金属層を有し、該金属層はボンディング
後の前記パッド及び前記金属層の合計厚の約1/2の間隔
のリッジを有し、前記リッジの深さが前記パッドの厚さ
の約1/4ないし1/2である導体部材を与える工程と、 （ｃ）前記パッド及び前記導体部材を合わせて熱圧着ボ
ンディング力及び温度をかける工程とからなる熱圧着ボ
ンディング方法。 - 【請求項１５】前記リッジがヌープ硬さ90より低い硬さ
を有する材料の層表面にある請求項14記載の熱圧着ボン
ディング方法。 - 【請求項１６】前記リッジがAu,Pd,Pt,Ag,Ir及びNiから
なる群から選ばれる材料の層表面にある請求項14記載の
熱圧着ボンディング方法。 - 【請求項１７】前記熱圧着ボンディングの温度が約500
℃までの範囲である請求項14記載の熱圧着ボンディング
方法。 - 【請求項１８】前記導体部材がビームリードであり前記
基板が電子デバイスである請求項14記載の熱圧着ボンデ
ィング方法。 - 【請求項１９】前記ビームリード端は約0.3ないし3.0μ
ｍの厚さの表面層を有し前記パッドは約１μｍの厚さで
ある請求項18記載の熱圧着ボンディング方法。 - 【請求項２０】前記ボンディング温度が約350℃ないし
約500℃の範囲にある請求項14記載の熱圧着ボンディン
グ方法。 - 【請求項２１】前記導体部材がビームリードであり前記
基板が電子デバイスである請求項14記載の熱圧着ボンデ
ィング方法。 - 【請求項２２】前記接点パッドの間隔が約100μｍで前
記接点パッドの大きさが約100μｍである請求項14記載
の熱圧着ボンディング方法。 - 【請求項２３】導体端上に、ヌープ硬さが約90で、リッ
ジの周期性が約１μｍでありその深さが平均の集積回路
パッドの厚さの約1/4ないし1/2である軟かい均一な粘稠
度の粗い表面形態の金属の層をめっきする方法におい
て、 Au,Pd,Pt,Ag,Ir及びNiからなる群から選ばれる金属のめ
っき浴を用意し、 前記めっき浴を65℃においてpH6に保ち、 陽極となる導体と陰極となる導体との間で2.0ないし3.0
Vの電圧および0.03ないし0.05mA/cm2の電気的条件のも
とで、 前記導体端に前記金属の層をめっきすることを特徴とす
るめっき方法。 - 【請求項２４】前工程として、前記導体端をレーザ融解
する工程及びAu,Ag,Pt及びNiからなる群から選ばれる金
属の第一の薄い非酸化層を前記部分上にめっきする工程
を含む請求項23記載のめっき方法。
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