JPH0158864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子上の電極と外部金属リード
とを接合する場合のボンデイング方法に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 近年、IC、LST等の半導体素子は各種の家庭
電化製品、産業用機器の分野へ導入されている。
これら家庭電化製品、産業用機器は省資源化、省
電力化ためにあるいは利用範囲を拡大させるため
に、小型化、薄型化のいわゆるポータブル化が促
進されてきている。

半導体素子においてもポータブル化に対応する
ために、パツケージングの小型化、薄型化が要求
されてきている。拡散工程、電極配線工程の終了
したシリコンスライスは半導体素子単位のチツプ
に切断され、チツプの周辺に設けられたアルミ電
極端子から外部端子へ電極リードを取出して取扱
いやすくしまた機械的保護のためにパツケージン
グされる。通常、これら半導体素子のパツケージ
ングにはDIL、チツプキヤリヤ、テープキヤリヤ
方式等が用いられている。この中で接続箇所の信
頼性が高く、小型化、薄型化のパツケージングを
提供できるものとして、テープキヤリヤ方式があ
る。テープキヤリヤ方式による半導体素子のパツ
ケージングは法導体素子上の電極端子にバリヤメ
タルと呼ばれる多層金属膜を設け、さらに、この
多層金属膜上に電気メツキ法により金属突起を設
ける。そして、一定幅の長尺のポリイミドテープ
上に金属リード端子を設け、半導体素子の電極上
の金属突起とリード端子とを、電極端子数に無関
係に同時に一括接続するものである。しかしなが
ら従来のテープキヤリヤ方式も種々の問題を含ん
でいる。そこで本発明者らは特願昭56−37499号
においてテープキヤリヤ方式を基本にした、新規
なる接合方法（以下転写バンプ方式と呼称する）
を提案した。

この発明の主な特徴は半導体素子上に金属突起
を形成する必要がないとともに、さらに金属突起
を転写方式により金属リード側に形成することに
ある。

第１図をもとにして本発明らが先に提案した上
記発明の一実施例の方法をのべる。

まず長尺のポリイミイド樹脂テープ２１上に電
極リード２２が形成される。電極リード２２は例
えば35μｍ厚さのCu箔に0.2〜1.0μｍ程度のSnメ
ツキを施こしたもので、通常のフイルムキヤリヤ
方式に用いる構成と同一のものである。次に基板
２３上に金属リード２２の間隔と同一寸法に金属
突起２４が電解メツキ法で形成される（第１図
ａ）。

金属突起２４と金属リード２２とを位置合せ
し、ツール２６で矢印２７のごとく加熱、加圧す
れば（第１図ｂ）、仮に金属突起２４がAuで構成
されておれば、金属リード２２に形成されている
Snと共晶を起こし、完全な接合を得ることがで
きる。加圧２７を取り去れば、金属突起２４は基
板２３側から剥離され、金属リード２２に接合さ
れた状態となる（第１図ｃ）。第１図ｃの状態は
基板２３の金属突起２４を、金属リード２２側に
転写したことになる。

次に半導体素子２５上のアルミニウム電極２８
に金属突起２４を位置合せし、ツール２６′で２
７′のごとく加熱、加圧する（第１図ｄ）。この動
作により、金属突起２４のAuと半導体素子２５
上のアルミニウム電極２８とは合金化し、完全な
接合を得ることができる。この状態を第１図ｅに
示した。

この第１図の方法において、金属リード２２の
間隔、基板２３上に形成した金属突起２４の間隔
さらに半導体素子２５上のアルミニウム電極２８
の間隔は同一値である。

以上のべた本発明者らが先に提案した方法は通
常用いられているフイルムキヤリヤのリードに、
別の基板上に形成した金属突起とを接合せしめ、
この段階でリードに金属突起を転写するものであ
る。そしてリードに形成された金属突起は半導体
素子上のアルミニウム電極と容易に接合される。
この方式は、基本的にはネイルヘツドワイヤボン
デイングの金ボールを一括して、多数個、同時に
接合せんとする思想である。

本発明者は、この方式において、金属突起と接
する金属リードが板状の平坦であると、前記金属
突起が半導体素子上のアルミニムラ電極と接し、
加圧、加熱される時、前記金属突起は前記金属リ
ードにより押圧され、前記金属リードの巾方向に
対しては、塑性変形を起こし、前記金属リードの
巾からはみ出しつつアルミニウム電極表面の酸化
物を除去し、Au−Alの合金化を促進し、確実な
接化を得ることができるが、金属リードの長さ方
法に対しては、前記金属突起が金属リードで全て
覆われた状態であるため、単に上面から押しつぶ
される形となり、前記アルミニウム電極表面の酸
化物を除去し、Au−Al合金化を促進する度合が
著じるしく小さく、接合力が低くなることを見い
だした。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題に鑑み、金属突
起を接する金属リードに突部を設けた形状にする
ことにより、半導体素子上のアルミニウム等の電
極と金属突起の接合強度を高め、接合の信頼性を
より高めたボンデイング方法を提供することを目
的とする。

発明の構成 本発明は金属リードへ転写された金属突起を半
導体素子上のアルミニウム電極に接合する際の前
記金属リードの前記金属突起と接する領域に突部
を形成するものである。この方法により、前記金
属突起は、加圧、加熱時に前記金属リードの突部
で押圧され、前記金属リードの巾方法および長さ
方向に、おしつぶされ拡がるものである。すなわ
ち、八方におしつぶされ拡がるものであるが、こ
の時にアルミニウム電極上の酸化物も八方に取り
除かれ、金属突起とアルミニウム電極との接合面
が増すものである。

実施例の説明 第２図ａ，ｂは本発明の実施例の金属リードの
構成を示している。ポリイミド、ポリエステル、
ガラスエポキシ等の樹脂フイルム３１に半導体素
子を載置するための開孔部３２があり、金属リー
ド３３は、前記樹脂フイルム３１上から前記開孔
部３２まで延在している。第２図ａは、平面図で
あるが、金属リード３３の断面Ａ−A′を示した
のが第２図ｂである。

本発明の特徴である金属リード３３は半導体素
子を載置するための開孔部３２において、その先
端に突部３４を形成するものである。

前記金属リード３３の突部３４は、半導体素子
上のアルミニウム電極の位置と対応した位置に形
成される。金属リード上に突部３４を設ける方法
は、光蝕刻法により形成でき、例えば、一定の厚
さの金属リードを形成するための金属箔を、前記
突部３４を形成する領域のみを残して、周辺の領
域をエツチング除去３５，３５′し、しかる後、
再び光蝕刻法により金属リード状にエツチングに
より形成すれば、第２図ａの構成が得られる。

前記金属リード３３上の突部３４の面積は、光
蝕刻法により自由に迸抗できるものであるが、少
なくとも後述する金属突起の平面積よりも小さく
形成されるものである。前記金属リード３３は、
前記金属突起よりも硬い材料、すなわち前記突起
がAuで構成されるならば、前記金属リード３３
は例えばCuで構成され、Sn、Au、Ni等の膜３６
を電解又は無電解メツキ法により形成するもので
ある。

次に本発明により転写バンプ方式で半導体素子
を実装する工程を第３図、第４図、第５図で説明
する。

金属層を有する基板３７上に形成されたAuの
金属突起３８群とフイルム樹脂上に設けられた金
属リード３３の先端の突部３４とを位置合せする
（第３図ａ）。この状態において、前記金属突起３
８の平面積は前記金属リード３３の突部３４の平
面積よりも大きく形成するものである。この状態
を第４図ａに示した。第４図ａは前記金属リード
と金属突起を平面的に観察した状態である。

次に加熱したボンデイングツール３９により加
圧すれば例えばSnメツキされた前記金属リード
３３は前記金属突起３８とAu−Snの合金を形成
し、前記ボンデイングツール３９を除去すれば第
３図ｂの如く、前記金属突起３８は金属リード３
３の突部３４に接合、転写されるものである。第
４図ｂもこの状態を示し、前述した如く、前記金
属リード３３の突部の前記金属突起と接する面
は、金属突起の平面よりも小さく形成されている
ことが判る。

次いで、IC、LSI等の半導体素子４０上に形成
されるアルミニウム電極４１と前記転写接合した
前記金属リード３３上の金属突起３８とを位置合
せする（第３図ｃ）。しかるのち、ボンデイング
ツール４２により加圧、加熱すれば、前記金属突
起３８は半導体素子４０上のアルミニウム電極に
接合されるものである（第３図ｄ）。本発明の特
徴とするところの第３図ｄの状態をさらに第５図
で詳細に説明する。

第５図ａは半導体素子４０上のアルミニウム電
極４１上に前記金属リード３３に転写した金属突
起３８が接合された状態を示している。前記金属
リード３３は金属突起３８よりも硬い材料で構成
され、さらに前記金属リード３３の突部３４が金
属突起の平面上の中心部に接合している。したが
つて、前記金属リード３３を加圧すれば、前記金
属リード３３上の突部３４は、前記金属突起３８
の中心部に喰い込むことになり、このために前記
突起部３４下の金属突起３８は、突部３４の周辺
に強引に押し出された状態になる。前記突部３４
により前記金属突起３８が押し出されると同時
に、前記半導体素子４０上のアルミニウム電極４
１の表面も少しく削に取られる状態となり、アル
ミニウム電極４１上の酸化物は除去されつつ、新
鮮なアルミニウム層が露出し、これが前記押し出
されつつある金属突起のAu−Alの合金化を促進
し、強固な接合が得られるものである。

ここで本発明の如き前記金属リード３３に突部
３４を設けた構成にあつては、前記突部３４が前
記金属突起３８のほぼ中心部に位置し、加圧する
事になるから加圧することにより前記金属突起３
８は八方に押し出され４２，４３、第５図ｂの如
く前記突部の周囲に盛り上る事になる。

すなわち、突部３４は、金属突起３８を八方に
押し広げ、アルミニウム電極上の酸化物を除去
し、接合面積を拡大するものである。

次いで、前記金属リードの先端に突部を形成す
る他の方法についてのべる。金属リードへ突部を
形成するには前述した如く、突部領域以外をエツ
チング除去して形成することもできるが第６図、
第７図に示す如く、機械的に成型することによつ
ても形成できるものである。

第６図では、先端に突部を設けた金型５０で金
属リード３３の先端を押圧すれば、前記金属リー
ド３３は金型５０の突部に沿つて押し下げられ、
突部５１を形成できる。又、他の実施例では、凹
部を有する金型５２で金属リード３３を押圧すれ
ば、金型５２の凹部の領域に突部５３を形成でき
る。

この様に、機械的に押圧する金型５０，５２等
を用いて、成型し突部を設ければ、著じるしく容
易に金属リード３３に突部る形成できるものであ
る。

発明の効果 前記金属リード上の突部が前記金属突起の中
心部に位置し、加圧時の圧力が金属突起の中心
から作用するから、前記金属突起は八方に押し
広げられ、その分、アルミニウム電極との接合
面積を拡大し、強固な接合強度を得ることがで
きるばかりでなく、接合の信頼性が著じるしく
増大するものである。従来の金属リードである
と、前記金属リードの巾方向（２方向）しか前
記金属突起は押し広げられない、したがつて、
加圧力が充分に有効的に作用せず、接合面積は
小さくなり、かつ接合強度も低下するものであ
る。

従来は金属リードを加圧すれば、前記金属突
起が金属リードの長手方法第５図で言えば４３
の方向に押しつぶされる。この押しつぶされた
金属突起は前記半導体素子のアルミニウム電極
の酸化物を除去する効果はなく、単に押しつぶ
される事のみであつて、ついには、半導体素子
の端部４４に達し、電極との電気的リークまた
は、短絡を発生させるものであつた。しかしな
がら本発明の構成であれば、前記押し出された
金属突起は金属リードに設けた突起周辺に常に
介在する事になるから、従来の如く、半導体素
子の端部４４に接し、電気的不良を発生させる
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは本発明者らがすでに提案した転
写バンプ方式を示す製造工程断面図、第２図ａ，
ｂは本発明に用いる突部を有した金属リードを示
す実施例の平面図と断面図、第３図ａ〜ｄは本発
明の実施例の金属リードを用いた転写バンプ方式
を示す製造工程断面図、第４図ａ，ｂは実施例の
金属リードを用いて金属突起を転写した状態を示
す平面図と断面図、第５図ａ，ｂは第４図の構成
の金属リードを半導体素子に接合した状態を示す
平面図と断面図、第６図、第７図は金属リードに
突部を形成するための他の実施例の工程断面図で
ある。 ２１，３１……絶縁フイルム、２２，３３……
金属リード、３４……突部、２４，３８……金属
突起、２５，４０……半導体素子、２８，４１…
…アルミニウム電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上に形成された金属突起を金属リードに
   接合し、前記基板より前記金属突起を分離した
   後、前記金属リードに接合した金属突起と半導体
   素子上の電極とを加圧、加熱して接合する方法に
   おいて、前記金属リードの前記金属突起と接する
   領域に突部を形成したことを特徴とする金属リー
   ドへのボンデイング方法。