JP2704952B2

JP2704952B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2704952B2
Application number: JP6154790A
Authority: JP
Inventors: 進遠藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH03262139A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕半導体装置に係わり、特にTAB（Tape Au−tomated Bo
nding）接続に用いられるリードの構成に関し、 OLBの際に、ILBの共晶が再溶融しないことを目的と
し、チップと、リードと、パッケージを有し、前記チップ
は、表面の周縁に金属材料からなる複数個のバンプを有
するものであって、半導体素子からなり、前記リード
は、TABテープのサポートリングの上に固着されている
ものであって、金属材料からなり、前記リードは、一端
部にサポートリングの内縁から突出したインナリード
と、他端部にサポートリングの外縁から突出したアウタ
リードを有するものであり、前記パッケージは、表面に
金属材料からなる複数個の導体パターンを有するもので
あって、絶縁材料からなり、前記リードは、インナリー
ドにバンプが、アウタリードに導体パターンが、それぞ
れ共晶ボンディングされるものであり、前記リードは、
アウタリードに、リードとバンプとの構成金属材料から
なる共晶が被着されているものであるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置に係わり、特にTAB（Tape Auto
mated Bonding、タブ）接続におけるOLBの際に、ILBの
共晶が再溶融しないリードの構成に関する。

近年、半導体装置の高性能化、高密度化に伴い、１つ
のチップから導出する端子の数がますます増大する傾向
にあり、それにつれて、端子の形状の小型化も目ざまし
い。

それに伴って、TABテープに設けられるリードも数が
増え、ピッチの微細になっている。

このような多数のしかも微細に配置されたリードは、
わずかに位置ずれを起こしても接続の信頼性に大きな影
響を及ぼし、如何に効率よくかつ高い信頼性を保ちなが
らTAB接続を行うかは、半導体装置の製造プロセスにお
いて重要な課題となっている。

〔従来の技術〕

半導体チップから端子を取り出すボンディング方式
は、ワイヤボンディング方式と、ワイヤを用いないワイ
ヤレスボンディング方式とに大別することができる。

ワイヤボンディングの場合には、前工程としてチップ
をパッケージの所定の位置に固定するダイボンディング
（マウント）工程が必要である。

それに対して、ワイヤレス方式には、バンプが設けら
れたチップをフェースダウンして直接基板に接続するフ
リップチップ方式、ビーム状リードが設けられたチップ
をフェースダウンして直接基板に接続するビームリード
方式、および送り穴付きで長尺のテープにリードが設け
られたキャリアにチップのバンプを接続するテープキャ
リア方式などがよく知られている。

これらの中で、テープキャリア方式は自動組み込みを
目的として開発された方式であり、TAB（Tape Automate
d Bonding、タブ）とも呼ばれている。

第４図はTABテープの一例の斜視である。

図中、２はリード、2aはインナリード、2bはアウタリ
ード、４はTABテープある。

同図において、TABテープ４は上で述べたテープキャ
リアの別名で、キャリアテープとかフィルムキャリアと
も呼ばれる。

このTABテープ４のベースフィルム4bは、例えば幅が3
5mmのポリイミドフィルムによって構成され、送り孔4c
がパンチされた長尺のテープとなっており、図示してな
いが、例えばリールに巻いた形態で取り扱われる。

こTABテープ４のベースフィルム4bには、例えばホト
エッチングとか型抜きなどによって設けられたデバイス
孔4dとそれを取り囲む環状のサポートリング4aがあり、
そのサポートリング4aの上には、例えばホトエッチング
によって細かく細分されたTABリードとも呼ばれる複数
本のリード２が固着されている。

そして、リード２は、デバイス孔4dに突出した一端部
をインナリード2aと呼び、サポートリング4aの外側に突
出した他端部をアウタリード2bと呼んでいる。

このTABテープ４を用いてTAB接続が行われる。

ところで、このTAB接続は、テープに設けられたリー
ドとチップに設けられたバンプとを接続するインナリー
ドボンディング（以下、ILBと省略）と、テープに設け
られたリードを外部のパッケージの導体パターンなどに
接続するアウタリードボンディング（以下、OLBと略
称）との２つの工程に分けられる。

第５図はILBの一例を示す側面図、第６図は第５図はI
LB後の斜視図、第７図はOLBの一例を示す側面図であ
る。

図中、１はチップ、1aはバンプ、２はリード、2aはイ
ンナリード、2bはアウタリード、３はパッケージ、3aは
導体パターン、４はTABテープ、５はILB治具、６はOLB
治具である。

まず、ILBについてみると、第５図〜第６図におい
て、チップ１の上面に設けられたバンプ1aは、例えばAu
バンプである。

一方、TABテープ４に設けられたインナリード2aは、
例えばCuのフィンガにSnメッキが施された構成になって
いる。そして、インナリード2aは、チップ１に設けられ
たバンプ1aと同じピッチになるように整形されている。

ILBを行うに際しては、チップ１をひっくり返してい
わゆるフェースダウンし、バンプ1aの上にインナリード
2aを重ねてILB治具５によって加熱される。そうする
と、Au−Snの共晶合金（共融合金）が生成されて接合が
なされる。

このような接合の方法は、接合する両者の共晶が生成
して行われるので、共晶ボンディングと呼ばれる所以で
ある。

ILBが終わった後、TABテープ４は取り除かれるが、リ
ード２が細くて弱々しい場合には、第６図に示したよう
に、例えばTABテープ４のサポートリング4aを残して外
枠が切断される。

つぎに、OLBについてみると、第７図において、パッ
ケージ３は、例えばAlNなどのセラミックからなり、そ
の上に設けられた導体パターン3aは、例えばNiの下地に
Auめっきが施された薄模構成になっている。

そして、この導体パターン3aは、TABテープ４に設け
られたアウタリード2bと同じピッチになるように整形さ
れている。

OLBを行うに際しては、アウタリード2bをTABTテープ
４のサポートリング4aから突出した状態で切断した後、
パッケージ３の導体パターン3aの上に重ねてOLB治具６
によって加熱される。

そうすると、ILBのときと同様にAu−Snの共晶ボンデ
ィングがなされる。

一方、TABテープ４のサポートリング4aは、OLBが終わ
った後、リード２を保持したまゝ封止される場合もある
し、OLBの前に除去されたりする場合もある。何れにし
ても、まず、ILBが行われた後OLBが行われる。

ところで、こゝで例示されたAu−Sn共晶の場合、単体
金属のAuの融点が1,063℃、Snの融点が232℃であるのに
対して、Au−Sn共晶の共融点は280℃である。

共晶の生成時間を考慮しなければ、Au−Sn共晶の共融
点の280℃に加熱すれば共晶は生成される。しかし、ボ
ンディング工程の生産性を考慮すると、高々３〜４秒間
でボンディングを終わらせたい。

そこで、加熱した治具を接合部分に接触させて行う共
晶ボンディングにおいては、熱伝導の効率や熱放散など
も加味して、ILB治具５にしてもOLB治具６にしても、例
えば500℃程度の高い温度に加熱して行われる。

つまり、ボンディングの効率を上げるために、ILBもO
LBも、Au−Sn共晶の共融点280℃よりもかなり高い温度
に加熱して行われる。

ILBに際しては、ILB治具５からインナリード2aとバン
プ1aの重なった接合部分に印加された熱は、リード２を
伝わって放熱されながら共晶ボンディングがなされる。

ところが、OLBに際しては、作業効率を上げるため
に、熱伝導がよく熱容量も大きなパッケージ３は予熱し
て行われる。

従って、OLB治具６からアウタリード2bと導体パター
ン3aの重なった接合部分に印加された熱は、パッケージ
３は放熱するよりむしろリード２を通ってインナリード
2aへ伝わり、すでにILB接続されたインナリード2aとバ
ンプ1aの接続部分のAu−Sn共晶を再溶融してしまうこと
が間々起こる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたように、従来のTAB接続においては、チッ
プに設けられたバンプとインナリードとのILBや、アウ
タリードとパッケージの導体パターンとのOLBに対し
て、例えばAu−Sn共晶ボンディングが行われると、OLB
の際、ILBの加熱によってすでに接合されたAu−Sn共晶
の再溶融が間々起こってしまう。

その結果、バンプからインナリードが浮き上がった
り、剥離してしまったり、位置ずれを起こしたりして障
害となる問題があった。

そこで、本発明においては、OLBに際して、ILBの共晶
が再溶融しないリードからなる半導体装置を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、チップと、リードと、パッケージを有し、前記チップは、表面の周縁に金属材料からなる複数個
のバンプを有するものであって、半導体素子からなり、前記リードは、TABテープのサポートリングの上に固
着されているものであって、金属材料からなり、前記リードは、一端部にサポートリングの内縁から突
出したインナリードと、他端部にサポートリングの外縁
から突出したアウタリードを有するものであり、前記パッケージは、表面に金属材料からなる複数個の
導体パターンを有するものであって、絶縁材料からな
り、前記リードは、インナリードにバンプが、アウタリー
ドに導体パターンが、それぞれ共晶ボンディングされる
ものであり、前記リードは、アウタリードに、リードとバンプとの
構成金属材料からなる共晶が被着されているものである
ように構成された半導体装置によって解決される。

〔作用〕

以上述べたように、例えばAu−Sn共晶を用いたTAB接
続においては、ILBを行った後OLBを行う際に、ILBの共
晶が再溶融することが間々あったのに対して、本発明に
おいては、ILBの共晶が再溶融する程の高い温度を印加
しなくても従来と同様の作業時間でOLBができるように
している。

すなわち、Au−Sn共晶の共融点は280℃、Snの融点は2
32℃なので、280℃に加熱すれば共晶は生成されるが、
ボンディング時間を短くするために、ILB治具やOLB治具
を500℃といった高い温度に加熱して行われるのに対し
て、本発明において、アウタリードにAu−Sn共晶を予め
被着するようにしている。そして、OLB治具を従来の加
熱温度よりも低い温度に設定しても、従来と同じ時間内
でOLBができるようにしている。

一方、OLB治具から印加された熱は、アウタリードか
らリードを通ってインナリードに達するまでに熱放散が
ある。従って、インナリードの温度上昇に時間遅れがあ
り、そのわずかな時間内にOLBを信頼性よく終わらせる
ことができる。その結果、ILBの接合部分の共晶が再溶
融することが防止できる。

また、インナリードにも、Au−Sn共晶を予め被着する
ようにしている。

そうすると、ILBの際にもILB治具を従来の加熱温度よ
りも低い温度に設定できて、しかも信頼性のよいILBが
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の斜視図、第２図は第１図の
ILBの斜視図、第３図は第１図のOLBの斜視図である。

図中、１はチップ、1aはバンプ、２はリード、2aはイ
ンナリード、2bはアウタリード、３はパッケージ、3aは
導体パターン、４はTABテープ、4aはサポートリング、
５はILB治具、６はOLB治具、７はペレットである。

第１図において、TABテープ４は第４図で詳述したの
でこゝでは省略するが、複数本のリード２はTABテープ
４のサポートリング4aに支持されている。

そして、TABテープ４のデバイス孔4dの周縁部から
は、図示してないチップに設けられたバンプと同じピッ
チに狭められたインナリード2aが突出している。また、
サポートリング4aの外周縁からは、図示しないパッケー
ジの導体パターンに合わせて扇状に広がったアウタリー
ド2bが突出している。

実施例:1 アウタリード2bのOLBされる面には、厚さ８μｍのSn
あるいはAu−Snからなるペレット７を載せて300℃の炉
の中で１分間加熱する。

こうして、アウタリード2bにAu−Snの共晶膜7aが被着
される。

まず、第２図において、チップ１は、例えば４方の周
縁部に数十個から多いものでは数百個のバンプ1aを有す
るような半導体素子からなる。

ILBに際しては、チップ１をフェースダウンしてTABテ
ープ４のデバイス孔4dに配設し、複数個のバンプ1aの上
にサポートリング4aに支持されたインナリード2aをそれ
ぞれ位置合わせする。

そして、従来どおり、例えば500℃に加熱された角筒
状のILB治具５を、例えば１本のリード当たり、100gの
押圧で押し付けると４秒間で安定したILBが行われる。

次いで、第３図において、パッケージ３には、例えば
Al₂O₃やAlNといったセラミック基板が用いられる。

そして、このパッケージ３の上には、例えば下地のNi
導体にAu薄膜が被着された導体パターン3aが設けられて
いる。

OLBは、チップ１を上向きにして、アウタリード2bを
パッケージ３の導体パターン3aの上に位置合わせする。

そして、例えば360℃に加熱された角筒状のOLB治具６
を、例えば１本のリード当たり100gの押圧で押し付ける
と４秒間で安定したOLBが行われる。

また、OLB治具６を420℃に加熱すると３秒間で安定し
たOLBが行われる。

たゞし、無闇にOLB治具６の温度を高くしても、安定
したOLBが行われる時間は３秒間程度が下限である。

こうして、OLBの際に、ILB部分の共晶の再溶融は皆無
であった。

実施例:2 実施例１と同様にして、インナリード2aのILBされる
面とアウタリード2bのOLBされる面に、厚さ８μｍのSn
あるいはAu−Snからなるペレット７を載せて300℃の炉
の中で１分間加熱すると、インナリード2aとアウタリー
ド2bの両方にAu−Snの共晶膜7aが被着される。

ILBもOLBも、実施例１のOLBと同一の条件で安定した
ボンディングを行うことができ、OLBの際に、ILB部分の
共晶の再溶融は皆無であった。

こゝでは、OLBやILBに共晶の薄膜を被着するのに、Sn
やAu−Snのペレットをそれぞれのリードの上に載せて加
熱したが、リードが細くピッチが細かい場合には、Snや
Au−Snの箔を櫛歯状のインナリードやアウタリードの上
に被せて加熱してもよく、加熱条件などにも種々の変形
が可能である。

また、チップはTABテープにフェースダウンボンディ
ングされるが、TABテープのどちらの面のリードにILBす
るかは、その後の実装形態との兼ね合いによって決めら
れる。

さらに、ILBやOLBのボンディング条件は、リードやバ
ンプ、導体パターンなどの形状や寸法などによって、種
々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、共晶ボンディングを用いたILBやO
LBにおいて、単体の金属同士で共晶を生成させる従来の
構成に対して、本発明によれば、インナリードやアウタ
リードに共晶の薄膜を被着することによって、従来と変
わらない作業時間内でより低い温度で安定な共晶ボンデ
ィングができる。

従って、OLBの際にILBの共晶が再溶融して障害の原因
となることを防ぐことができ、本発明は、TABテープを
用いた半導体装置の製造工程における歩留りの向上と信
頼性の向上に寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜視図、第２図は第１図のILBの斜視図、第３図は第１図のOLBの斜視図、第４図はTABテープを説明する斜視図、第５図はILBの一例を示す側面図、第６図は第５図はILB後の斜視図、第７図はOLBの一例を示す側面図、である。図において、１はチップ、1aはバンプ、２はリード、2aはインナリード、 2bはアンウタリード、３はパッケージ、3aは導体パターン、４はTABテープ、4aはサポートリング、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ（１）と、リード（２）と、パッケ
ージ（３）を有し、前記チップ（１）は、表面の周縁に金属材料からなる複
数個のバンプ（1a）を有するものであって、半導体素子
からなり、前記リード（２）は、TABテープ（４）のサポートリン
グ（4a）の上に固着されているものであって、金属材料
からなり、前記リード（２）は、一端部に前記サポートリング（4
a）の内縁から突出したインナリード（2a）と、他端部
に該サポートリング（4a）の外縁から突出したアウタリ
ード（2b）を有するものであり、前記パッケージ（３）は、表面に金属材料からなる複数
個の導体パターン（3a）を有するものであって、絶縁材
料からなり、前記リード（２）は、インナリード（2a）に前記バンプ
（1a）が、アウタリード（2b）に前記導体パターン（3
a）が、それぞれ共晶ボンディングされるものであり、前記リード（２）は、前記アウタリード（2b）に、該リ
ード（２）と前記バンプ（1a）との構成金属材料からな
る共晶が被着されているものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】チップ（１）と、リード（２）と、パッケ
ージ（３）を有し、前記リード（２）は、前記インナリード（2a）と前記ア
ウタリード（2b）のそれぞれに、該リード（２）と前記
バンプ（1a）との構成金属材料からなる共晶が被着され
ているものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。