JPH0255944B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、フレキシブルなマイクロ回路に自由
に懸架されたJFETのような半導体装置を製造す
る方法に係り、特に、フレキシブルなマイクロ回
路と半導体を接合してこれらを電気的に接続する
手段に係る。

従来の技術 これまで、半導体装置に導体を取り付けるため
の手段としては、半導体に配線を施すために特に
製造された金ボール式ボンデイング装置の使用を
含む種々の手段が利用されている。このボンデイ
ング装置の典型的な用途においては、内蔵された
顕微鏡により半導体装置の導電層の上に金の毛細
ワイヤが配置される。この毛細ワイヤの自由端に
金のボールが形成され、これにより、毛細ワイヤ
は半導体装置の所望の導電性領域に接触するよう
に配置される。金ボール式ボンデイング装置によ
つて熱エネルギと共に超音波エネルギが与えられ
て金の毛細ワイヤを加熱し、これにより、金のボ
ールが半導体装置の導電面に取り付けられる。次
いで、金ボール式ボンデイング装置は、通常半導
体装置が取り付けられる金メツキカン上の第２の
位置へ移動され、毛細ワイヤがニードルを通して
この第２の位置へ送り出され、ここで再びボンデ
イング装置がこのワイヤを金のカン上の所望の位
置へ配置し、熱及び超音波エネルギを加えること
によつてくさび形の接合部が形成される。このく
さび形の接合部からボンデイング装置を取り去る
時には、金の毛細ワイヤが通常このくさび形接合
部の形成時に生じたストレスによつて切断され、
従つて、半導体装置とその取付カンとの間の導体
として働く金の接続部のみが残される。

それ故、従来の金ボール式ボンデイング装置で
行なわれる手順に続いて、通常は、２つの接続部
が金の毛細ワイヤで形成される。その第１は、半
導体装置の１つの導電性表面に施される金ボール
の接合部であり、そしてその第２は、支持カン上
のくさび形接合部であり、金の毛細ワイヤがこれ
ら２つの接合部を結んで、支持カンと、半導体装
置の非常に小さい導電性部分との間の電気的な接
続を果たす。

発明の構成 従来の金ボール式ボンデイング技術は、カンや
その他の比較的大きな安定した支持構造体に取り
付けられた半導体には適しているが、本発明は、
最終製品が幾つかの目的に特に適した直立式の半
導体となるようにその最終的な状態においてフレ
キシブルなマイクロ回路の端に懸架された半導体
装置の形全技術に関する。従つて、半導体をこの
ようなフレキシブルなマイクロ回路に接合する技
術は、固定の支持カンに取り付けられた半導体に
対して独特なものである。

直立式の半導体が特に利用される特定の用途
は、生体用の感知装置、即ち、患者の血液流の中
に挿入できる特定の半導体形式の感知装置の製造
である。このような用途においては、感知装置全
体の寸法が非常に小さなものでなければならない
だけでなく、カテーテルを通して動脈や静脈のよ
うな血管に挿入できるように充分フレキシブルな
ものでなければならない。

この目的に使用できる典型的な半導体は、大き
さが約17ミル×17ミルのJFETか又はMOSFET
であり、その１つがグツケル（Guckel）氏の米
国特許第4180771号に開示されている。このよう
な装置は、サイズが小さいために導体を取り付け
ることが明らかに困難である上に、これらの導体
は、血液の流れを妨げることなく血管内に挿入し
て保持するためには、寸法が充分に小さく且つフ
レキシブルでなければならない。以下で述べるよ
うに本発明においては、厚みが約１ないし２ミル
で巾が20ミル未満であるようなフレキシブルなマ
イクロ回路の端に半導体を接合するボンデイング
技術が用いられる。

従つて、本発明の技術によれば、半導体装置を
フレキシブルなマイクロ回路に取り付けることが
でき、この場合、半導体装置にはそれ以上の支持
体が設けられず、半導体装置は本質的にフレキシ
ブルなマイクロ回路の端に懸架され、そしてこの
フレキシブルなマイクロ回路は、半導体装置のマ
イクロ回路用導電性領域に電気的に接続される。

本発明の方法の最初の段階として、半導体装置
は取り扱い易いように基板に固定される。この固
定の仕方は、市販の接着剤でボンデイングするも
のであり、その後、半導体装置を含む基板は、金
ボール式のボンデイング装置に配置され、本発明
の方法のそれ以降の段階が行なわれる。

金ボール式のボンデイング装置を用いる場合に
は、半導体装置の１つの導電性表面上に金の毛細
ワイヤが最初に配置される。この配置は、ボンデ
イング装置の顕微鏡を用いて行なわれる。金の毛
細ワイヤが適切な位置にある時には、この毛細ワ
イヤの端に形成された金のボールが半導体装置の
導電性表面と接触するようにもつていかれ、金ボ
ールのボンデイング装置は、熱エネルギ及び超音
波エネルギを組み合わせて使用してその位置に金
のボール接合部を取り付ける。最初の金ボールが
取りつけられた後に、一般の形式の金ボール式ボ
ンデイング装置がその同じ金ボールに再び接触さ
れ、金ボール接合部の上部にくさび形の接合部を
形成する。次いで、金の毛細ワイヤニードルを持
ち上げ、金のワイヤを引つ張り、半導体装置から
上方に延びる金のワイヤピグテイルを残すように
して金の毛細ワイヤを通常切断する。金のピグテ
イルを切断する際に、金ボール式ボンデイング装
置は、通常、本発明の目的を達成するに充分な長
さのピグテイルを残すように、即ち、上方に約３
ないし４ミル延びるピグテイルを残すように、金
の毛細ワイヤを切断する。一般に、もちろん、こ
の同じ手順を用いて、金の毛細ピグテイルが上方
に各々延びる半導体装置の別々の導電性表面の
各々に１つづつ複数の金のボールを形成すること
もできる。

巾が約0.017インチ（0.43mm）で、厚みが約
0.0025インチ（0.063mm）で、且つ上記のように
形成された上方の金のピグテイルの各々に対応す
る穴を有しているフレキシブルなマイクロ回路が
半導体装置に上に配置され、フレキシブルなマイ
クロ回路のこれらの導電性の穴を通して金の毛細
ピグテイルが突出するようにされる。金の毛細ワ
イヤは、マイクロ回路の穴を通して取り付けら
れ、これらの穴は、導電性の材料で（内部が）被
覆されるのが好ましい。

次いで、金ボール式ボンデイング装置を用い
て、金の毛細ワイヤの端に形成された別の金ボー
ルがマイクロ回路の穴を通して突出する金のピグ
テイル各々の上部に接触するように顕微鏡で配置
され、この金のボールが各ピグテイルの上部に取
り付けられ、これにより、金のボール間にフレキ
シブルなマイクロ回路がサンドイツチされると共
に、半導体装置の所望の領域と導通関係で固定さ
れる。ボール式ボンデイング装置のニードルが引
つ張られ、殆どの一般的なボンデイング装置で
は、この装置を再び使用して、ボール接続部の頂
部にくさび形の接合部が形成される。装置のニー
ドルを再び持ち上げると、このニードルから突出
している金の毛細ワイヤピグテイルが自動的に切
断される。

本発明の技術における最終的な段階は、適当な
接着溶媒を用いることによつて半導体装置をその
基板から取り外すことであり、従つて、最終的な
製品は、フレキシブルなマイクロ回路の端に導電
関係で自由に懸架された半導体装置となる。

実施例 以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説
明する。

第１図は、本発明の技術を実施するのに使用で
きる典型的な半導体装置１０の上面図である。１
つの典型的な半導体装置１０は、シリコニツクス
社（Siliconix Co.）から2N4117A JFETという
識別で市販されているジヤンクシヨン電界効果ト
ランジスタ（JFET）である。このようなJFET
は、前記グツケル氏の米国特許第4180771号に開
示されたような膜を付着して本発明の部分を構成
しない他の変更を施すことにより血液電解質の存
在及びその濃度を検出する生体医療装置を形成す
るのに使用できる。

それ故、第１図に示すように、半導体装置１０
の基体１２は、大きさが約0.017×0.017インチ
（0.43×0.43mm）とされ、その上に導電性表面１
４が形成される。前記のシリコニツクス社の装置
の場合には、図示されたように、このような導電
性の表面１４が３つあり、これらは一般に基体１
２上のアルミニウム又は金の被覆であるが、その
他の導電性金属を使用することもできる。という
のは、これらの導電性表面は、半導体装置１０に
対して電均的な接続を行わねばならない端子だか
らである。前記のシリコニツクス社のJFETの場
合は、導電性表面１４の大きさが約0.004×0.004
インチ（0.1×0.1mm）程度であり、従つて、電気
的接続を行うための面積は約1.6×10^-5平方イン
チとなる。

第２図には、第１図の半導体装置１０間を電気
的に接続するためのフレキシブルなマイクロ回路
１６が示されている。便宜上、半導体装置１０を
固定するフレキシブルなマイクロ回路１６の端を
遠位端２０と称し、マイクロ回路１６の他端を近
位端２２と称することにする。

近位端２２は、最終的には、半導体装置１０に
よつて検出された特定のパラメータを解読及び表
示するための電子装置へ配線するように接続部を
経て接続される。フレキシブルなマイクロ回路１
６の全体は、色々な製造業者から種々の公知方法
によつて製造することができる。

フレキシブルなマイクロ回路１６は、一般に、
厚みが約0.002ないし0.003インチ（0.05ないし
0.075mm）のポリイミドのような材料で形成され
た基体膜１８を備え、その遠位端２０は典型的に
巾が約0.020インチ（0.5mm）以下であり、ここに
は、直径が約0.002インチ（0.05mm）の複数の穴
２４が設けられている。遠位端２０と近位端２２
との電気的な接続は、複数の導電性ストリツプ２
６によつて行われ、それらの一端は上記穴２４を
取り巻いておりそしてその他端は更に別の装置へ
固定布線するために近位端２２のコネクタ２２で
終わつている。

好ましいフレキシブルなマイクロ回路１６にお
いては、導電性ストリツプ２６がポリイミド上の
アルミニウム被膜であるが、その他の導電性材料
を使用してもよい。

本発明の技術を適用できる生体用の検出装置に
使用することのできる典型的なフレキシブルなマ
イクロ回路は、近位端２２の巾が0.120−0.150イ
ンチ（３−3.75mm）であり、全長が約2.5インチ
（62.5mm）である。遠位端２０に設けられた穴２
４は、その中心線上で約0.007インチ（0.18mm）
互いに離されている。図示されたように、説明の
ために選択された特定の半導体装置１０で機能す
るために、導電性ストリツプ２６及びコネクタ２
８が３つ設けられているが、もちろん、その各々
は、半導体装置１０の別々の導電面１４に接続さ
れる。

第３図には、本発明の方法を実施して半導体装
置１０をフレキシブルなマイクロ回路１６に取り
付けるための段階が順次に示されている。

以下に述べる段階は、金ボール式ボンデイング
装置を使用して実施するのが好ましい。このよう
な装置は市販のものであり、このような装置を使
用すれば、ここに開示する本発明の技術を実施す
るための特殊な変更は何等必要とされない。

以下の説明は、クリツク・アンド・ソフア・イ
ンダストリーズ・インク（Kulicke and Soffa
Industries、Inc.）によつて製造されたモデル
2402サーマソニツク・ゴールド・ボール・ボンダ
（Thermasonic Gold Ball Bonder）を使用して
詳細に述べるが、本発明の技術は、他の同様の市
販の装置でも利用できる。

上記の金ボール式ボンデイング装置は、直径が
約0.001インチ（0.025mm）の金の毛細ワイヤのス
プールを用いており、これは、ほゞ皮下注射のサ
イズの中空のニードルを通して供給される。内蔵
された顕微鏡及びマイクロ制御器により、使用者
は、金の毛細ワイヤの自由端を半導体装置上の正
確な位置に配置することができ、上記装置が作動
されてニードルが下げられ、金の毛細ワイヤが半
導体装置の選択された導電性表面に接触するよう
にされる。上記装置の作動中、ニードルを通して
延びる金の毛細ワイヤの自由端に金のボールが形
成される。

上記ボンデイング装置を付勢すると、超音波エ
ネルギと熱エネルギが組み合わされて与えられ、
金の毛細ワイヤの端にある金のボールが半導体装
置の導電性表面に固定される。従つて、モデル
2402装置では、ニードルを持ち上げて別の位置へ
移動する時に金の毛細ワイヤをニードルから引き
出すことができる。第２の位置においては、金の
ボールが別の導電性表面に接触するようにニード
ルが移動される。熱及び超音波エネルギを再び加
えることができ、ボール形ではなくてくさび形の
接合部が形成される。このくさび形接合部からニ
ードルを持ち上げると、このくさび形接合部を形
成した際に金の毛細ワイヤにかゝつたストレスに
より金の毛細ワイヤが自動的に切断され、直立し
た金のピグテイルが残される。従つて、ボール接
合部を有する半導体装置の選択された導電性表面
と、通常固定の容器上にあつてくさび形接合部を
有している第２の導電性表面との間に接続がなさ
れ、金の毛細ワイヤが当然２つの導電性表面を接
続する。

第３図において、段階Ａは、半導体装置１０
と、基板３０とを示しており、この基板は、種々
の基板でよく、本発明の方法を実施する間の半導
体装置１０を安定化し、取り扱い易くするもので
ある。

それ故、段階Ｂにおいては、半導体装置１０が
基板３０に固定されている。このような固定は、
ワツクスや接着剤で行なつてもよいが、好ましい
手段は、市販の高性能ののりで２つを接合するこ
とである。

段階Ｃは、金のボール３２が１つ以上の導電性
表面に接合された半導体装置１０を示している。
前記モデル2402の金ボールボンデイング装置で本
発明を実施する際には、金のボール３２が両方で
金のボール形接合部を構成し、この上に金のくさ
び形接合部が形成されるが、便宜上、ボール形接
合部及びくさび形接合部の組み合わせを集合的に
金のボールと称する。

従つて、金のボール３２は、半導体装置１０の
選択された導電性表面１４上にボンデイング装置
の中空ニードルを顕微鏡によつて配置することに
よりこの選択された導電性表面１４に形成され
る。金の毛細ワイヤは、中空のニードルを通して
下方に延び、金の毛細ワイヤに金のボールが形成
される。中空のニードルが適当に配置されると、
金のボールが選択された導電性表面に接触するよ
うに中空のニードルが下げられる。熱及び超音波
エネルギを加えると、金のボールが半導体装置の
選択された導電性表面に接合される。前記のモデ
ル2402装置では、その後、中空のニードルが若干
持ち上げられ、金の毛細ワイヤを中空ニードルを
経て引き出し、再びニードルを下げ、今度は中空
ニードルの上部で金の毛細ワイヤが既に形成され
た金の接合部の上部に接触するようにする。再び
熱及び超音波エネルギを加えることにより、金の
接合部の上部にくさび形の接合部が形成される。
両者の相違点は、くさび形接合部の形成中には金
の毛細ワイヤの先端にボールが存在しないことで
ある。むしろ、金の毛細ワイヤが中空ニードルの
中心を経て引き出されるので、ボール形接合部に
接着するのはワイヤ自体であり、これにより、く
さびの形状、即ち、くさび形接合部が形成され
る。又、くさび形接合部は、毛細ワイヤを曲げる
際にストレスを発生し、これにより、ニードルを
再び持ち上げた時に金の毛細ワイヤが中空のニー
ドルから容易に出なくなり、くさび形接合部から
上方に延びる金の毛細ピグテイルを残して実際上
切断する。

第３図の段階Ｃに説明を戻すと、金の毛細ピグ
テイル３４が示されており、これは、別の金ボー
ルボンデイング装置でくさび形接合部を完成した
後にモデル2402装置でニードルを上方に移動する
ことによつて自動的に形成されるが、加熱手段又
は他の手段が使用されると共に、金の毛細ワイヤ
が所望の点で切断される。

本発明を施する際には、金のピグテイル３４が
上方に約0.002−0.003インチ（0.05−0.075mm）の
高さに延びることが所望される。その目的は、自
明であろう。然し乍ら、その直立位置は、半導体
装置１０の表面に直角であるか又は直角に近いこ
とが重要である。

又、第１図に示された特定のJFETに関連して
述べたように、３つの金ボール３２が形成され、
そして当然ながら、これらの金ボール３２から上
方に３本の金のピグテイル３４が延びる。

段階Ｄにおいては、半導体装置１０の上に配置
されたフレキシブルなマイクロ回路１６が示され
ている。この配置は、金のピグテイル３４の中心
線がフレキシブルなマイクロ回路１６の遠位端２
０に設けられた穴２４（第２図）と整列するよう
な配置である。

段階Ｅにおいては、フレキシブルなマイクロ回
路１６が半導体装置１０の上に配置され、金のピ
グテイル３４が穴２４（第２図）を通して上方に
突出している。これら金のピグテイル３４の項部
には、金ボールのボンデイング装置によつて別の
金ボール３６が形成される。

この場合も、モデル2402では、中空のニードル
が顕微鏡により金のピグテイル３４の各々の上に
配置され、金の毛細ワイヤの端にある金のボール
がピグテイル３４の各々に接触するようにニード
ルが下げられる。次いで、ボンデイング装置が付
勢され、各ピグテイル３４の頂部に金のボールが
接合されると共に、前記したように、その上に第
２のくさび形接合部が形成される。くさび形接合
部を形成した後にニードルを上方に引き上げる
と、金の毛細ワイヤが切断され、金のボール３６
が残される。

好ましくは、ピグテイル３４は、長さが0.002
−0.003インチ（0.05−0.075mm）であつて、段階
Ｅの位置にある時にフレキシブルなマイクロ回路
１６を通して上方に突出し、フレキシブルなマイ
クロ回路１６の対応穴（第２図）を通して約
0.001インチ（0.025mm）延びるようにされる。

それ故、段階Ｅにおいては、フレキシブルなマ
イクロ回路１６が金のボール３２と３６との間に
サンドイツチされて半導体装置１０に固定保持さ
れ、導電性ストリツプ２６を経て半導体装置１０
の近位端２２へ至る導電路が形成される。

最後に、段階Ｆは、半導体装置１０を基板３０
から取り外したところを示している。この段階
は、最初に半導体装置１０を基板３０に固定する
のに用いた接合の形式に基づいて種々の手段によ
つて実施することができる。好ましい手段として
は、シアノアクリレートのりを用いて半導体装置
１０を基板３０に固定することができ、その分離
には、アセトンのような溶媒を用いることができ
る。

かくて、半導体装置１０がフレキシブルなマイ
クロ回路１６の遠位端２０に電気的及び物理的に
接合され、フレキシブルなマイクロ回路１６の近
位端２２において種々の電子装置で接続するため
の電気的接続を行なうことができる。従つて、こ
のユニツト全体は、PHや電解質等の種々のパラメ
ータを監視するために患者の血管に物理的に挿入
できるに充分な程小さなものとなる。

本発明をその特定の実施例について説明した
が、上記の説明から本発明の範囲内で種々の変更
がなされ得ることが当業者に明らかであろう。従
つて、本発明は、特許請求の範囲のみによつて規
定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、導電性の表面を示す典型的な半導体
装置の上面図、第２図は、第１図の半導体装置に
接続するのに使用されるフレキシブルなマイクロ
回路の上面図、そして第３図は、第２図のフレキ
シブルなマイクロ回路を第１図の半導体装置に取
り付ける方法の段階を順次に示す図である。 １０……半導体装置、１２……基体、１４……
導電性表面、１６……フレキシブルなマイクロ回
路、１８……基体膜、２０……遠位端、２２……
近位端、２４……穴、２６……導電性ストリツ
プ、２８……コネクタ、３０……基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 穴を有するフレキシブルな直立マイクロ回路
   に半導体装置を接合してこれらの間に電気的な接
   続部を形成する方法において、 ａ 上記半導体装置の導電性表面の少なくとも１
   つに金属の導電性ボールを接合し、 ｂ 上記導電性ボールから所定直径及び長さの上
   方に延びる導電性ピグテイルを形成し、 ｃ 上記フレキシブルなマイクロ回路を上記半導
   体装置の頂部に配置して上記導電性ピグテイル
   が上記マイクロ回路の穴から上方に突出するよ
   うにし、そして ｄ 上記マイクロ回路の穴から突出するピグテイ
   ルの部分に第２の導電性ボールを接合すること
   を特徴とする方法。 ２ 上記金属の導電性ボールは金である特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３ 上記上方に延びるピグテイルは、直径が約
   0.001インチ（0.025mm）で、長さが約0.003−
   0.005インチ（0.075−0.125mm）である特許請求の
   範囲第２項に記載の方法。 ４ 金のボール接合部を形成するための金の毛細
   ワイヤを使用して、所定のサイズ及び位置の穴を
   有するフレキシブルなマイクロ回路に半導体装置
   を導電関係で接合する方法において、 ａ 上記金の毛細ワイヤの端部に金のボールを形
   成し、 ｂ この金のボールを上記半導体装置の導電性表
   面の１つに接合し、 ｃ 少なくとも所定長さの上方に延びるピグテイ
   ルを残すように、上記金のボールからの金の毛
   細ワイヤを切断し、 ｄ 上記フレキシブルなマイクロ回路を上記半導
   体装置の上に配置して上記金のボールの上方に
   延びるピグテイルが上記フレキシブルなマイク
   ロ回路の１つの穴を通して延びるようにし、 ｅ 上記フレキシブルなマイクロ回路を通して延
   びるピグテイルの部分に第２の金のボールを接
   合し、そして ｆ この第２の金のボールから金の毛細ワーヤを
   切断することを特徴とする方法 ５ 上記金の毛細ワイヤは、直径が約0.001イン
   チ（0.025mm）であり、上記ピグテイルは、上記
   フレキシブルなマイクロ回路を通して上方に約
   0.003−0.005インチ（0.075−0.125mm）延びる特
   許請求の範囲第４項に記載の方法。 ６ ニードルを有する金ボール式ボンデイング装
   置を使用し、このニードルを通して金の毛細ワイ
   ヤを延ばして、穴を有するフレキシブルなマイク
   ロ回路の直立端に半導体装置を固定する方法にお
   いて、 ａ 上記金ボール式ボンデイング装置のニードル
   を移動して、金のボールが端部に形成された金
   の毛細ワイヤを上記半導体装置の導電性表面上
   に配置し、 ｂ 上記ニードルを下げて、金のボールが導電性
   の表面に接触するようにし、 ｃ 上記ボンデイング装置のエネルギを利用して
   金のボールを導電性の表面に接合し、 ｄ 上記ニードルを上方に持ち上げて金の毛細ワ
   イヤを所定の長さに切断し、 ｅ 上記フレキシブルなマイクロ回路を上記半導
   体装置の頂部に配置して上記ピグテイルが上記
   フレキシブルなマイクロ回路の１つの穴から上
   方に延びるようにし、 ｆ 上記金ボール式ボンデイング装置のニードル
   を、上記フレキシブルなマイクロ回路を通して
   延びるピグテイル上に再配置し、 ｇ 上記ニードルを下げて金の毛細ワイヤの金の
   ボールが上記ピグテイルに接触するようにし、 ｈ 上記ボール式ボンデイング装置のエネルギを
   利用して上記ボールをピグテイルに接合し、 ｉ 上記ニードルを動かして、金の毛細ワイヤを
   切断するようにしたことを特徴とする方法。 ７ 哺乳動物の血管に挿入される感知装置におい
   て、この感知装置はフレキシブルなマイクロ回路
   を具備し、その近位端は電子装置に接続するため
   のコネクタを有しそしてその遠位端には半導体が
   取り付けられており、その取付部は、上記半導体
   に接合された第１の導電性ボールを備え、この導
   電性ボールから外方に毛細導電性ピグテイルが延
   びていて上記フレキシブルなマイクロ回路の上記
   遠位端にある穴を通過しており、更に、これを通
   して延びる上記ピグテイルの端に第２の導電性ボ
   ールが接合されて、これらボール間に上記フレキ
   シブルなマイクロ回路がサンドイツチされたこと
   を特徴とする感知装置。 ８ 上記半導体装置は、MOSFETである特許請
   求の範囲第６項に記載の感知装置。