JP2609709B2 - 半導体チップの実装方法 - Google Patents

半導体チップの実装方法

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体チップにフィルムキャリヤ法を用いて
リードをインナーリードボンディングする際の接続不良
を解消するための半導体チップの実装方法に関する。
(従来の技術) 近年、電子回路の高密度化,高集積化が進む中でその
中心となる半導体チップ(例えばゲートアレイ,メモリ
など)の多ピン化及び大型化が進んでいる。
これらの半導体チップを回路に電気的に接続する組立
て技術として、ワイヤーボンド,フリップチップ,フィ
ルムキャリア(TAB)等の種々の実装方法が実用化され
ている。本明細書では、フィルムキャリア上に形成した
リードにバンプを転写し、このバンプ付きリードを大型
の半導体チップにインナーリードボンディングする転写
バンプ方式のフィルムキャリヤ法を対象としている。
第7図は従来の転写バンプ方式のフィルムキャリア法
を用いた半導体チップの実装方法を説明するものであ
る。
まず、第7図(a)でガラスを用いた転写用基板1を
用意し、その片面全面に酸化インジウムのメッキ導電膜
2を形成する。次に、半導体チップ(第7図(c)参
照)の電極位置に対応する部分以外の全面にメッキマス
ク3をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。次に、
この原版を例えばシアン化金メッキ溶液に浸漬し、メッ
キマスク以外の部分に金メッキすることで金バンプ4を
形成する。次に、第7図(b)にてTAB用テープに予め
形成されたすずメッキを施した銅箔のリード5に、予め
加熱したボンディングツール6を押圧し、前記金バンプ
4を位置合わせした後、熱圧着する。いわゆるバンプ転
写を行う。次に、第7図(c)にて、半導体チップ7上
にアルミニウム電極8に前記バンプ形成済みのリード5
を高精度で位置合わせし、前記と同様のツール6を用い
てバンプ4を介してリード5とアルミニウム電極8を接
続する。いわゆるインナーリードボンディングを行う。
その後、第7図(d)に示すように保護樹脂9を塗膜す
ることでフィルムキャリヤチップが完成する。
しかしながら、多ピンで大型のチップになると、特に
ボンディングの熱変形によってツールとチップ間の平面
度の維持が困難となり、全ピンのリード接続が極めて難
しくなる。第7図(b)に示すようにツールの構造は、
例えばインコネルのヒータ部Iに厚さ1mm程度のタング
ステンカーバイト等の超硬合金層hをベースとした厚さ
0.5mm位のダイヤモンド層gが銀ロウで接着されてお
り、転写やインナーリードボンディングの際にツールを
300〜500℃に加熱すると異種合金の接着による熱膨脹の
差で、ツールが反りによる変形を生じ、全ピンに亘って
均一な加圧ができなくなる。例えば、第8図に示すよう
に短辺,長辺がそれぞれA,Bのチップで、長辺Bが10mm
を超える大型チップになると、短辺Aに対し、長辺Bの
方向のツールの反りが大きく、中央部Cでのリードの接
続状態が悪くなる。第9図にインナーリードボンディン
グ時に長辺B側から見た状態を示す。
この図で説明すると、半導体チップ7のアルミニウム
電極8に対し、リード5及びバンプ4が全て同じ厚みで
あり、中央部Cでツールが熱変形により凹状に反るため
にバンプ4がアルミニウム電極8に接触しないか、或い
は十分に圧接できない。第10図はインナーリードボンデ
ィング後においてチップ長辺部に対するリードの引張り
強度の分布を示すものである。この図から分かるよう
に、中央部では10g・f前後と強度が不十分であった。
(発明が解決しようとする課題) 上記の如く、従来は、ピン数の多い大型の半導体チッ
プに対し、フィルムキャリヤのリードをインナーリード
ボンディングする場合、ツールの反りに起因した接続不
良が生じるという問題があった。
そこで、本発明は上記の問題を除去するためのもの
で、大型の半導体チップに対し、ツールの反りによるリ
ード接続不良を無くすことができる半導体チップの実装
方法を提供することを目的とするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) その為に、第1の発明は、転写バンプ方式の半導体チ
ップの実装方法において、フィルムキャリヤのリードに
バンプを転写する際に、バンプの厚みをボンディング箇
所に応じて変えて転写し、ボンディング時に全てのバン
プ付きリードが前記半導体チップの電極部に対して均一
に加圧されるようにしたものである。
第2の発明は、バンプ転写する際に、転写用基板に一
様に形成したバンプの一部乃至全部を塑性変形せしめ、
転写用基板上にバンプ厚みの異なる部分を形成した後
に、フィルムキャリヤのリードに転写することにより、
ボンディング箇所に応じてリードのバンプ厚みを変える
ことを特徴とするものである。
第3の発明は、バンプ転写する際に、複数の転写用基
板にそれぞれ厚みの異なるバンプを形成せしめ、別々に
フィルムキャリヤのリードに転写することにより、ボン
ディング箇所に応じてリードのバンプ厚みを変えること
を特徴とするものである。
(作用) 本発明の方法を用いることにより、ボンディング時、
ツールが熱変形によって凹状に反っても、このツールの
反りの影響をバンプの厚みの差で吸収できる。即ち、ツ
ールの反りの影響の大きい位置のバンプの厚みを高く
し、反りの影響の小さい位置のバンプの厚みを低く形成
することによって解消できる。これによって、半導体チ
ップの全面に対して均等な力でボンディングできるた
め、従来の方法で接続されなかった箇所、或いはボンデ
ィング強度の弱い箇所を無くすことができると共に、全
ピンに亘り十分なボンディング強度を得ることが可能と
なる。
(実施例) 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明と説明す
る。
第1図及び第2図は本発明の一実施例の半導体チップ
の実装方法を説明するための説明図である。第1図
(a)は転写用基板にバンプを一様に形成した状態の平
面図を示し、(b)は(a)の側面図を示し、(c)は
(b)に示すバンプを塑性変形した状態の側面図を示し
ている。また、第2図はインナーリードボンディングす
る状態(従来例の第7図(c)に対応する)を示してい
る。これらの図で、第7図ないし第9図と同一の構成要
素には同符号を付して説明する。
この実施例では、例えば10mm×15mmの大きさのチップ
で、短辺に12ピン(6ピン×2辺),長辺に24ピン(12
ピン×2辺)の計36ピンの電極部を有する半導体チップ
を使用し場合について説明する。
予め酸化インジウムのメッキ導電膜,メッキマスク層
が形成された転写用基板(ガラス基板)1を、シアン化
金メッキ溶液中で電流密度5mA/cm2にて3時間メッキを
行い、厚さ50μm,60ビッカース硬度の金バンプ4を得
た。第1図(a)及び(b)はこの状態を示している。
続いて、インナーリードボンディング時の熱変形した
状態に類似せしめたステンレス製加工治具により、室温
の下、加圧力1.2kg/cm2で0.5秒加圧し、バンプ4を塑性
変形させて、転写用基板11の上にバンプ厚みの異なる部
分を形成した。なお、加圧治具は半径約1mの円弧状に研
削されたものを使用し、変形後のバンプ厚さは中央部が
最も高く45μm、周辺部が最も低く20μmであった。こ
の状態を第1図(c)に示している。
次いで、塑性変形させた転写用基板1のバンプ4をフ
ィルムキャリヤのリード上にツール温度300℃,加圧力
0.3kg/cm2,ボンディング時間1秒の条件でバンプ転写し
た。このバンプ転写によって、フィルムリード5にはバ
ンプ4が中央部では厚く両端部では薄く形成される(第
2図参照)。
そして、第2図に示すようにバンプ転写したフィルム
リード5を、半導体チップ7上のアルミニウム電極8に
対し、ツール6を用いてツール温度500℃,加圧力0.8kg
/cm2,ボンディング時間1秒で、インナーリードボンデ
ィングした。予めバンプを塑性変形させ、バンプ厚さを
変化させておいたため、全てのリードについて加圧条件
がほぼ均一となって接続された。
以上の実施例によって、チップ長辺部におけるリード
の引張り強度の分布は第3図に示すようになり、従来ボ
ンディング強度が不十分であった長辺の中央部でも引張
り強度が30g・f以上と実用上充分な接続強度が得られ
た。
第4図及び第5図は本発明の他の実施例を説明するた
めの説明図である。第4図(a),(b)は2枚の転写
用基板を示し、また第5図はインナーリードボンディン
グする状態(従来例の第7図(c)に対応する)を示し
ている。
第4図(a)の転写用基板1Aでは、長辺側両端部に12
箇所(6箇所×2辺)と短辺側に12箇所(6箇所×2
辺)のバンプ4aを形成し、第4図(b)の転写用基板1B
では、インナーリードボンディング時のツールのそりが
大きい長辺側中央部の12箇所(6箇所×2辺)のバンプ
4bをその厚みを厚くして形成する。
バンプ4a,4bの形成過程は次の通りである。
第4図(a),(b)に示す転写用基板1A,1B共、基
板上にはメッキ導電膜及びメッキマスクが同一の工程で
形成される。
そして、第4図(a)に示す転写用基板1Aには、通常
のメッキ条件で金メッキを行い(即ち、5mA/cm2の電流
密度でシアン化金メッキ溶液中で1.5時間メッキを行
い)、厚み約25μmの金バンプ4aを形成する。
また、第4図(b)に示す転写用基板1Bには、5mA/cm
2にて上記と同様の溶液中で3時間、金メッキを行い、
厚み約50μmの金バンプ4bを形成する。金バンプ4a,4b
共、バンプ硬度は60ビッカース硬度であった。
次に、第4図(a)に示すバンプ厚みの小さい転写用
基板1Aを用いてフィルムキャリヤのリード上に第1のバ
ンプ転写(バンプ4aの転写)を行い、その後第4図
(b)に示すバンプ厚みの大きい転写用基板1Bを用いて
フィルムリードに第2のバンプ転写(バンプ4bの転写)
を行った。第2のバンプ転写の際は、バンプ4bの厚みが
バンプ4aの厚みより厚いため、ボンディングの妨げにな
ることはなかった。この時のボンディング条件は、ツー
ル温度300℃,ボンディング時間1秒,加圧力は3kg/cm2
であった。
そして、第5図に示すようにバンプ転写したフィルム
リード5を、半導体チップ7上のアルミニウム電極8に
対し、ツール6を用いてツール温度500℃,加圧力3.6kg
/cm2,ボンディング時間1秒で、インナーリードボンデ
ィンウした。全ピンの記載は図面上省略してあるが、中
央部の6ピン(×2辺)は50μmのバンプ厚みを有し、
両端の残りの6ピン(×2辺)は25μmのバンプ厚みを
有しているため、ツールの反りの影響が少なくなり、全
てのリードについて加圧条件がほぼ均一となって接続さ
れた。
以上の実施例によって、チップ長辺部におけるリード
の引張り強度の分布は第6図に示すようになり、従来ボ
ンディング強度が不十分であった長辺の中央部でも引張
り強度が25g・f以上となり実用上充分な接続強度が得
られた。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、大型でピン数の多
い半導体チップに対してフィルムキャリヤ実装する場合
に、スールの反りによって生じるリード接続不良箇所を
無くすことができ、信頼性の高い実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例の半導体チップの
実装方法を説明するための説明図、第3図は第1図及び
第2図の実施例のチップ長辺部に対するリード引張り強
度の分布を示す説明図、第4図及び第5図は本発明の他
の実施例を説明するための説明図、第6図は第4図及び
第5図の実施例のチップ長辺部に対するリード引張り強
度の分布を示す説明図、第7図は従来の半導体チップの
実装方法を示す側断面図、第8図は半導体チップの電極
配置の一例を示す平面図、第9図は従来の実装方法の不
具合点を示す側面図、第10図は従来例のチップ長辺部に
対するリード引張り強度の分布を示す説明図である。 1,1A,1B……転写用基板、 4,4a,4b……金バンプ、 5……フィルムリード、 6……ボンディングツール、 7……半導体チップ、8……アルミニウム電極。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転写用基板に形成したバンプを、フィルム
    キャリヤ上に形成したリードに転写し、該バンプ付きリ
    ードの全てを半導体チップの電極部にツールを用いて一
    括してインナーリードボンディングする転写バンプ方式
    の半導体チップの実装方法において、 フィルムキャリヤのリードにバンプを転写する際に、バ
    ンプの厚みをボンディング箇所に応じて変えて転写し、
    ボンディング時に全てのバンプ付きリードが前記半導体
    チップの電極部に対して均一に加圧されるようにしたこ
    とを特徴とする半導体チップの実装方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体チップの実装方法に
    おいて、 前記転写用基板に一様に形成したバンプの一部乃至全部
    を塑性変形せしめ、前記転写用基板上にバンプ厚みの異
    なる部分を形成した後に、前記フィルムキャリヤのリー
    ドに転写することにより、ボンディング箇所に応じてリ
    ードのバンプ厚みを変えることを特徴とする半導体チッ
    プの実装方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体チップの実装方法に
    おいて、 複数の転写用基板にそれぞれ厚みの異なるバンプを形成
    せしめ、別々に前記フィルムキャリヤのリードに転写す
    ることにより、ボンディング箇所に応じてリードのバン
    プ厚みを変えることを特徴とする半導体チップの実装方
    法。
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