JP3558449B2 - 電子部品構体 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとが、半田等の低融点合金を用いて結線された電子部品構体に関し、特に、金属ワイヤの先端に形成した金属ボールを半導体素子の電極に接合してバンプを形成し、テープキャリアのインナーリードと結線された電子部品構体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとが結線された電子部品構体としては、例えば図２５〜図２９に示されるものが挙げられる。すなわち、図２５に示すように半導体素子１の電極２上に電気メッキ法によりＳｎや半田等のバンプ３が形成されている。４は半導体素子１のアクティブ面を保護するパシベーション膜である。
【０００３】
そして、図２６に示すように、前記各電極２上に形成されたバンプ３上にテープキャリア５の各インナーリード６が対向するように位置決めする。その後、図２７に示すように、加熱されたボンディングツール７にて各インナーリード６の先端部を一括して押圧する。その結果、図２８に示すように、各インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８が溶融され、バンプ３とインナーリード６とが合金層９を介して結線された電子部品構体が形成される。
【０００４】
しかしながら、図２５に示すように電気メッキ法で形成可能なバンプ３の最大高さＨは約２０μｍと低いため、図２９に示すように、前記メッキ層８を溶融して、合金層９を介してバンプ３とインナーリード６とを結線する際に、溶融した合金層９の量と比較して、インナーリード６と半導体素子１との隙間が狭く、過剰な合金層９ａが半導体素子１のエッジ部に接触してしまい、半導体素子１の動作不良を引き起こすという問題があった。
【０００５】
また、上記の電気メッキ法により形成されたバンプ３よりも背の高いバンプを形成するために、電気メッキ法とは別に、図３０〜図３４に示すように、ワイヤボンディング法により形成されるバンプ１１を用いた従来例が挙げられる。すなわち、図３０において、（ａ）で示すように、金、銅、アルミニウム、半田等で製作された金属ワイヤ１２をセラミックやルビーで作られたキャピラリー１３に通し、通した金属ワイヤ１２の先端とトーチと呼ばれる電極１４との間で放電し、金属ボール１５を形成する。
【０００６】
次に、（ｂ）で示すように、予熱されている半導体素子１の電極２の上に前記金属ボール１５を押圧し、超音波振動を加え、温度、圧力、超音波振動の作用によって、前記金属ボール１５を半導体素子１の電極２に接合する。その後、（ｃ）で示すように、キャピラリー１３を鉛直方向に上昇させ、（ｄ）で示すように、金属ワイヤ１２を引きちぎって金属ボールによるバンプ１１を形成する。
【０００７】
このようにして、図３１に示すように、半導体素子１の各電極２上にバンプ１１を１個ずつ形成した後、図３２に示すように、前記バンプ１１上にテープキャリア５のインナーリード６が対向するように位置決めし、図３３に示すように加熱されたボンディングツール７にて各インナーリード６の先端部を一括して押圧する。その結果、各インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８が溶融され、金属ボールによるバンプ１１とインナーリード６とが合金層９を介して結線された電子部品構体が形成される。
【０００８】
これによると、図３１に示すように、ワイヤボンディング法で形成可能なバンプ１１の最大高さＨは約５０μｍとなり、電気メッキ法により形成された図２５のバンプ３と比較して高く形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤボンディング法で形成されたバンプ１１では、図３４に示すように、バンプ１１と合金層９との接触面積が小さいため、溶融した合金層９を保持する力が小さく、過剰な合金層９ａが半導体素子１のエッジ部に流れて接触してしまい、半導体素子１の動作不良を引き起こすという問題が依然として解決できなかった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑み、半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとを高い信頼性をもって接合できる電子部品構体の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品構体においては、半導体素子の電極上に、金属ボールによるバンプを複数個形成したものであり、この本発明によれば、半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとを高い信頼性をもって接合できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、半導体素子をテープキャリアのインナーリードに接合するに際して、前記半導体素子の電極には、金属ワイヤの先端を溶融して形成した金属ボールを前記半導体素子の電極上に接合してバンプを形成し、前記インナーリードの表面にはメッキ層を形成し、前記インナーリードを半導体素子のバンプに位置合わせした状態で前記メッキ層を溶融して合金層を介して半導体素子を前記インナーリードに接合した電子部品構体において、前記金属ボールによるバンプは、前記電極１個に対して、複数個形成されているものであり、これによると、半導体素子の電極にインナーリードが対向するように位置決めした後、加熱されたボンディングツールにてインナーリードの先端を押圧し、インナーリードの表面に形成されたメッキ層を溶融し、バンプとインナーリードとを合金層を介して結線する際において、半導体素子の電極上に１個の金属ボールによるバンプが形成されている場合と比較して、バンプと合金層との接触面積が拡大し、溶融した合金層を保持する力が大きくなり、さらに、複数のバンプが抵抗となって溶融した合金層の流れを阻止する役目を果たすため、合金層が半導体素子のエッジ部に流れて接触することを防止でき、高い信頼性をもって半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとを接合することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、バンプは、キャピラリーを通した金属ワイヤの先端を溶融して前記金属ワイヤの先端に金属ボールを形成し、前記キャピラリーを移動して前記金属ボールを半導体素子の電極上に位置決めし、前記金属ボールを半導体素子の電極に接合し、前記キャピラリーを上昇させ、横にずらして下降させ、前記金属ワイヤを半導体素子の電極に接合した金属ボール上に接合し、前記キャピラリーを再度上昇させ、前記金属ボールを半導体素子の電極に接合した状態で残すように前記金属ワイヤを引きちぎって半導体素子の電極上に形成される前記金属ボールによる２段突起形状のバンプであるものであり、これによると、半導体素子の電極上に形成された複数のバンプの高さが均一となるため、半導体素子の電極にインナーリードが対向するように位置決めした後、加熱されたボンディングツールにてインナーリードの先端を押圧し、インナーリードの表面に形成されたメッキ層を溶融し、バンプとインナーリードとを合金層を介して結線する際において、インナーリードが各バンプに均等かつ確実に接触するため、各金属ボールによるバンプとインナーリードとが合金層を介して確実に結線される。さらに、バンプと合金層との接触面積が拡大し、溶融した合金層を保持する力が大きくなり、複数のバンプが抵抗となって溶融した合金層の流れを阻止する役目を果たすため、合金層が半導体素子のエッジ部に流れて接触することを防止でき、高い信頼性をもって半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとを接合することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２４を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１、図２に示すように、半導体素子１のアクティブ面には、電極２と前記アクティブ面を保護するパシベーション膜４とが形成されている。半導体素子１の電極２上には、ワイヤボンディング法を用いて形成した金属ボールによるバンプ１１が複数形成されている。尚、前記ワイヤボンディング法は先の従来の技術において図３０の（ａ）〜（ｄ）を用いて説明したため、ここでの説明は省略する。
【００１７】
ワイヤボンディング法により各電極２上に複数のバンプ１１を形成した後、図３に示すように、複数のバンプ１１上にテープキャリア５のインナーリード６が対向するように位置決めし、加熱されたボンディングツール７にてインナーリード６の先端部を一括して押圧し、インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８を溶融する。その結果、図４に示すように、複数のバンプ１１とインナーリード６とが合金層９を介して結線された電子部品構体が形成される。
【００１８】
これによれば、半導体素子１の電極２上に金属ボールによるバンプ１１が複数形成されているため、図３４に示すような金属ボールによるバンプ１１が各電極２上に１個だけ形成されている場合と比較して、バンプ１１と合金層９との接触面積が拡大し、溶融した合金層９を保持する力が大きくなる。また複数のバンプ１１が抵抗となって溶融した合金層９の流れを阻止する役目を果たすため、合金層９が半導体素子１のエッジ部に流れて接触することを防止でき、高い信頼性をもって半導体素子１の電極２とテープキャリア５のインナーリード６とを接合することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
図５、図６に示すように、ワイヤボンディング法により、半導体素子１の電極２上に、金属ボールによるバンプ１１を形成した後、さらに、そのバンプ１１上にワイヤボンディング法でバンプ１１を形成し、バンプ１１が２段に積み重ねられている。すなわち、電極２上に形成された金属ボールによる１段目のバンプ１１上にさらに、金属ワイヤ１２の先端に形成された金属ボール１５を位置決めし、熱圧着もしくは超音波併用熱圧着により金属ボール１５を１段目のバンプ１１に接合し、金属ボール１５を１段目のバンプ１１上に接合した状態で残すように金属ワイヤ１２を引きちぎって、１段目のバンプ１１上に２段目のバンプ１１を形成している。
【００２０】
その後、図７に示すように、前記２段のバンプ１１上にテープキャリア５のインナーリード６が対向するように位置決めし、加熱されたボンディングツール７にてインナーリード６の先端部を一括して押圧し、インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８を溶融する。その結果、図８に示すように、２段のバンプ１１とインナーリード６とが合金層９を介して結線された電子部品構体が形成される。
【００２１】
これによれば、図２５に示した電気メッキ法によりバンプ３を形成した場合、その高さＨは最大約２０μｍ、また、図３１に示したワイヤボンディング法によりバンプ１１を１個だけ形成した場合、その高さＨは約５０μｍであるのに対して、図６に示すようにワイヤボンディング法によりバンプ１１を２段に積み重ねた場合で約１００μｍ以上の高さＨとなるため、図８に示すように、インナーリード６と半導体素子１との隙間が広くなり、接合に要する合金層９の量を拡大することができ、過剰な合金層が半導体素子１のエッジに接触することを防ぐことができ、高い信頼性をもって半導体素子１の電極２とテープキャリア５のインナーリード６とを接合することができる。
【００２２】
なお、積み重ねるバンプ１１は、２段に限定されず、図９に示すように３段でも、或はそれ以上でも良い。
（実施の形態３）
先に述べた（実施の形態１）において、ワイヤボンディング法を用いてバンプ１１（一般に引きちぎりバンプと呼ばれている）を電極２上に複数設ける場合、図３０の（ｃ）と（ｄ）に示すように金属ボール１５から金属ワイヤ１２が引きちぎられる加減によって、図１０に示すように、各バンプ１１の高さＨにバラツキｈが発生する恐れがあった。たとえば、高さＨが４５μｍのバンプ１１を複数形成すると、その高さのバラツキｈは約±１０μｍとなる。
【００２３】
したがって、図１１に示すように、複数個のバンプ１１上にインナーリード６が対向するように位置決めし、加熱されたボンディングツール７にてインナーリード６の先端部を一括して押圧し、インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８を溶融する際、高さＨのバラツキｈによってインナーリード６に接触しないバンプ１１が発生し、その結果、図１２に示すように、接合後、合金層９を介してインナーリード６と接触しないバンプ１１が発生する可能性がある。
【００２４】
このようなことから、（実施の形態３）では、複数のバンプを設ける際、各バンプの高さを均一にするため、各バンプを２段突起形状に形成したものである。すなわち、図１３において、（ａ）で示すように、金、銅、アルミニウム、半田等で製作された金属ワイヤ１２をセラミックやルビーで作られたキャピラリー１３に通し、通した金属ワイヤ１２の先端とトーチと呼ばれる電極１４との間で放電し、金属ボール１５を形成する。
【００２５】
次に、（ｂ）で示すように、予熱されている半導体素子１の電極２の上に前記金属ボール１５を押圧し、超音波振動を加え、温度、圧力、超音波振動の作用によって、前記金属ボール１５を半導体素子１の電極２に接合する。その後、（ｃ）で示すように、キャピラリー１３を鉛直方向に上昇させ、さらに（ｄ）で示すように、キャピラリー１３を横にずらして下降させ、（ｅ）で示すように、金属ワイヤ１２を金属ボール１５上に接触させ、温度、圧力（或いは、温度、圧力、超音波振動）の作用によって金属ワイヤ１２を金属ボール１５に接合し、（ｆ）で示すように、キャピラリー１３を再度上昇させ、金属ワイヤ１２を引きちぎることにより、２段突起形状のバンプ２０が形成される。このようにして形成される２段突起形状のバンプ２０は高さＨが均一になるため、図１５に示すように、半導体素子１の電極２上に、２段突起形状のバンプ２０を複数形成すると、各バンプ２０の高さＨは均一となる。たとえば、高さＨが４５μｍの２段突起形状のバンプ２０を複数形成した場合、各高さＨのバラツキｈは±２μｍとなり問題のない範囲におさまる。
【００２６】
したがって、図１６に示すように、ボンディングツール７でインナーリード６を押圧した際、各バンプ２０が確実にインナーリード６に接触し、その結果、図１７に示すように、各バンプ２０とインナーリード６とが合金層９を介して均等かつ確実に接合され、さらに、先述した（実施の形態１）と同様に、バンプ２０が複数形成されているため、合金層９が半導体素子１のエッジ部に流れるのを防ぐことができ、高い信頼性をもって半導体素子１の電極２とテープキャリア５のインナーリード６とを接合することができる。
【００２７】
（実施の形態４）
先に述べた（実施の形態２）のようにワイヤボンディング法を用いてバンプ１１（一般に引きちぎりバンプと呼ばれている）を２段に積み重ねたものを各電極２上に設ける場合においても、図１８に示すように、各バンプ１１の高さＨにバラツキｈが発生する恐れがあった。
【００２８】
したがって、図１９に示すように、各電極２上に形成されたバンプ１１上に各インナーリード６が対向するように位置決めし、加熱されたボンディングツール７にて各インナーリード６の先端部を一括して押圧し、インナーリード６の表面に形成されたＳｎや半田等のメッキ層８を溶融する際、高さＨのバラツキｈによってインナーリード６に接触しないバンプ１１が発生し、その結果、図２０に示すように、接合後、合金層９を介してインナーリード６と接触しないバンプ１１が発生する可能性がある。
【００２９】
このようなことから、（実施の形態４）では、２段に積み重ねたバンプを半導体素子１の各電極２上に設ける際、各バンプを２段突起形状にしたものである。すなわち、２段突起形状のバンプ２０の形成方法は先述した（実施の形態３）と同様であり、これによると、図２２に示すように、２段に積み重ねた各バンプ２０の高さＨが均一となる。したがって、図２３に示すように、ボンディングツール７で各インナーリード６を押圧した際、各電極２上のバンプ２０が確実に各インナーリード６に接触し、その結果、図２４に示すように、各バンプ２０と各インナーリード６とが合金層９を介して均等かつ確実に接合され、さらに、先述した（実施の形態２）と同様に、バンプ２０を積み重ねたことによりバンプ２０の高さＨが高くなって、インナーリード６と半導体素子１との隙間が広くなり、接合に要する合金層９の量を拡大することができ、過剰な合金層が半導体素子１のエッジに接触することを防ぐことができるため、高い信頼性をもって半導体素子１の電極２とテープキャリア５のインナーリード６とを接合することができる。
【００３０】
なお、積み重ねるバンプ２０は、２段に限定されず、３段でも、或はそれ以上でも良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明によると、インナーリードの表面に形成されたメッキ層を溶融し、バンプとインナーリードとを合金層を介して結線する際において、半導体素子の電極上に複数の金属ボールによるバンプを形成しているため、電極上に１個の金属ボールによるバンプが形成されている場合と比較して、バンプと合金層との接触面積が拡大し、溶融した合金層を保持する力が大きくなり、さらに、複数のバンプが抵抗となって溶融した合金層の流れを阻止する役目を果たすため、合金層が半導体素子のエッジ部に流れて接触することを防止でき、高い信頼性をもって半導体素子の電極とテープキャリアのインナーリードとを接合することができる。
【００３３】
さらに、請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明による効果に加えて、バンプを２段突起形状に形成することにより、半導体素子の電極上に形成された複数のバンプの高さが均一となるため、加熱されたボンディングツールにてインナーリードの先端を押圧した際、インナーリードが各バンプに均等かつ確実に接触するため、各バンプとインナーリードとが合金層を介して確実に結線される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプの斜視図である。
【図２】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプの正面図である。
【図３】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図４】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電子部品構体の半導体素子の電極上に２段に形成されたバンプの斜視図である。
【図６】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプの正面図である。
【図７】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図８】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図９】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に３段に形成されたバンプの正面図である。
【図１０】半導体素子の電極上に形成された複数の引きちぎりバンプの高さのバラツキを示す図である。
【図１１】半導体素子の電極上に形成された複数の引きちぎりバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図１２】半導体素子の電極上に形成された複数の引きちぎりバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における電子部品構体の半導体素子の電極上に形成される２段突起形状のバンプの形成方法を示す図である。
【図１４】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成された２段突起形状のバンプの正面図である。
【図１５】同、２段突起形状のバンプを電極上に複数形成した正面図である。
【図１６】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成された２段突起形状のバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図１７】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成された２段突起形状のバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図１８】半導体素子の電極上に２段に形成された引きちぎりバンプの高さのバラツキを示す図である。
【図１９】半導体素子の電極上に２段に形成された引きちぎりバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図２０】半導体素子の電極上に２段に形成された引きちぎりバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態４における電子部品構体の半導体素子の電極上に２段に形成された２段突起形状のバンプの正面図である。
【図２２】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に２段に形成された２段突起形状のバンプの正面図である。
【図２３】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に２段に形成された２段突起形状のバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図２４】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に２段に形成された２段突起形状のバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図２５】従来、半導体素子の電極上に電気メッキ法により形成されたバンプの正面図である。
【図２６】同、電気メッキ法により形成されたバンプの斜視図である。
【図２７】同、電気メッキ法により形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合する際の状態を示した図である。
【図２８】同、電気メッキ法により形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図２９】同、電気メッキ法により形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した際の問題点を示す図である。
【図３０】従来、金属ボールによるバンプの形成方法を示す図である。
【図３１】同、半導体素子の電極上に形成された金属ボールによるバンプの正面図である。
【図３２】同、半導体素子の電極上に形成された金属ボールによるバンプの斜視図である。
【図３３】同、電子部品構体の半導体素子の電極上に形成されたバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した状態を示す図である。
【図３４】同、金属ボールによるバンプとテープキャリアのインナーリードとを接合した際の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 電極
５ テープキャリア
６ インナーリード
８ メッキ層
９ 合金層
１１ バンプ
１２ 金属ワイヤ
１３ キャピラリー
１５ 金属ボール
２０ ２段突起形状のバンプ

Claims (2)

  1. 半導体素子をテープキャリアのインナーリードに接合するに際して、前記半導体素子の電極には、金属ワイヤの先端を溶融して形成した金属ボールを前記半導体素子の電極上に接合してバンプを形成し、前記インナーリードの表面にはメッキ層を形成し、前記インナーリードを半導体素子のバンプに位置合わせした状態で前記メッキ層を溶融して合金層を介して半導体素子を前記インナーリードに接合した電子部品構体において、前記金属ボールによるバンプは、前記電極１個に対して、複数個形成されていることを特徴とする電子部品構体。
  2. バンプは、キャピラリーを通した金属ワイヤの先端を溶融して前記金属ワイヤの先端に金属ボールを形成し、前記キャピラリーを移動して前記金属ボールを半導体素子の電極上に位置決めし、前記金属ボールを半導体素子の電極に接合し、前記キャピラリーを上昇させ、横にずらして下降させ、前記金属ワイヤを半導体素子の電極に接合した金属ボール上に接合し、前記キャピラリーを再度上昇させ、前記金属ボールを半導体素子の電極に接合した状態で残すように前記金属ワイヤを引きちぎって半導体素子の電極上に形成される前記金属ボールによる２段突起形状のバンプであることを特徴とする請求項１記載の電子部品構体。
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