JPH03196652A - Ｔａｂインナーリードのバンプ構造およびその形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の実装に用いられるＴＡＢ（Ｔａｐ
ｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）用テープキ
ャリアノインナーリード先端部に、機械的なプレス加工
により形成されるバンプ構造およびその形成装置に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、半導体素子をＴＡＢ用テープキャリアに実装す
るには、半導体素子の電極部またはテープキャリアのイ
ンナーリード先端部のいずれか一方に、バンプとなる突
起を形成する必要がある。半導体素子の電極部にバンプ
形成する方法には、例えば、「アイビーエムジャーナル
（ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ）Ｊ第８巻（１９６４年）１
０２頁に記載のように電極部に直接バンプとなる突起を
メツキ法により形成する方法や、「エレクトロニック・
パッケージング・アンド・プロダクション（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　＆Ｐｒｏｄｕｃｔｉ
ｏｎ）　Ｊ、１９８４年１２月号、３３〜３９頁に記載
のようにエツチング技術を用いたペデスタル法、すなわ
ちバンプを形成する部分をマスキングしておき、他のイ
ンナーリード部分をハーフエツチングすることにより、
３０〜４０ＩＬｍの高さの突起を形成する方法がある。

しかし、これらの方法でバンプを形成するには、高価な
露光装置やメツキ装置などの設備が必要となるだけでな
く、パターンニングのためのりソゲラフイエ程やエツチ
ング工程が必要になるためバンプ形成工程が長くなると
いう問題がある。

このため、特公昭６４−１００９４号公報に記載のよう
に、金型を用いた機械的なプレス成形加工技術を用いて
インナーリード先端部にペデスタルを製作する方法が提
案されている。この方法は、下型ヘフイルムとインナー
リードが一体となったテープキャリアを装着し、上方か
らインナーリードの幅よりも大きな凸部を有する上型を
降下させて、インナーリードの先端部に凸部をプレス加
工によって形成し、バンプとなるペデスタルをインナー
リード先端部に形成する方法である。なお、上型の凸部
により押圧されたインナーリードの凹部材料の逃げのた
め、幅方向に切欠きが設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このようなプレス加工方法によりインナーリ
ード先端部に成形されたバンプは、インナーリードの外
形部分を金型を用いて成形した断面形状が中実構造のバ
ンプのため、半導体素子とバンプを熱圧着で接合する工
程においで一作月おせる圧縮荷重に対して、はぼ剛体と
して作用する。

このため、個々のバンプの高さにバラツキがあると、半
導体素子とバンプを接合するとき、すべてのバンプを均
一に接合することができず、電気的に接続不良が発生す
るという問題がある。接続不良を発生させないためには
、バンプの高さのバラツキを少なくとも０．５μｍ以下
とすることが必要であり、極めて高精度にバンプを形成
することが要求される。また、インナーリードの凹部に
は、事前に切欠きを設ける加工を行う必要がある等の問
題がある。

本発明の目的はこのような従来の課題を解決し、バンプ
形成工程が簡単で、バンプ高さのバラツキが存在しても
十分な接合強度で、しかも信頼性高く半導体素子との接
合が達成できるインナーリードのバンプ構造およびその
形成装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明に係るＴＡＢインナー
リードのバンプ構造においては、ＴＡＢ用テープキャリ
アのインカーリード先端部近傍に形成するバンプの構造
を中空構造とするとともに該バンプの上面を平滑な平面
とし、かつ前記中空バンプの肉厚を一定としたものであ
る。

また、本発明に係るＴＡＢインナーリードのバンプ形成
装置においては、ＴＡＢ用テープキャリアのインナーリ
ード先端部近傍をポンチとダイスを用いたプレス加工を
行い、上面が平滑な平面であり、しかも肉厚が一定とな
る中空バンプを形成する装置であって、 ダイス穴を皿型とし、該皿型のダイス穴の底面が前記中
空バンプ上面よりも小さな表面あらさをもつダイスと、 先端が平坦面であり、かつ先端外周部に微小丸みをもつ
ポンチとを有するものである。

〔作用〕

本発明のバンプ構造は、第１図（ａ）、（ロ）に示すよ
うなインナーリード１１の幅よりも小さなドーム状に形
成した凹部１５をもつ中空構造となっている。

中空構造のバンプＩ３ではバンプ形成のための前加工が
不用となり、バンプ形成工程を大幅に簡略化できるとい
う利点があり、しかも、中実構造に比べ圧縮力に対して
変形しやすいバンプ構造となるため、バンプの高さにバ
ラツキが存在しても熱圧着時の圧縮荷重によりバンプが
塑性変形し均一な高さに矯正することができる。このた
め、バンプ高さにバラツキが存在しても、中空バンプを
半導体素子の全ての電極部と均一に接触させることがで
きる。

しかし、インナーリード１１の表面は、一般に良好な表
面でもＲｍａｘ・０．５μｍ程度の凹凸のある表面（イ
ンナーリードを構成する電解銅泊の表面あらさにより決
定される）であり、中空バンプ１３の表面もインナーリ
ードと同等の表面あらさとなる。表面に０．５μｍ程度
の大きな凹凸が存在する中空バンプ１３では、半導体素
子と熱圧着した場合、第７図（ａ）に示すようにＡＱ＠
極２４との実際の接触面積（真実接触面積）が極めて小
さいため、十分な強度で接合を達成できなくなる。接触
面積を増加し接合強度を増加するためには、熱圧着時の
ボンディング荷重を増加し、第７図■に示すように中空
バンプ表面に存在する凹凸を塑性変形により平坦化する
ことが必要となる。しかし、中空バンプ１３の高さを矯
正するのに要する圧縮荷重に比べ、中空バンプ１３表面
に存在する凹凸を平坦化するのに要する圧縮荷重の方が
遥かに大きいため、熱圧着時のボンディング荷重を増加
すると、第７図（ハ）に示すように中空バンプ１３表面
の凹凸が平坦化される前に中空バンプ１３が押しつぶさ
れてしまい、中空バンプ１３以外の部分もＡＱ電極２４
に接触良好な接合が実現できなくなる。

そこで、バンプの上面を凹凸の小さな平滑な平面とする
ことにより、個々のバンプと半導体素子の電極部とを十
分な面積で接触させることができ、十分な強度で接合す
ることが可能となる。すなわち１本発明の中空バンプ構
造では、小さいボンディング荷重で中空バンプと半導体
素子の電極を接合することが可能なため、バンプを押し
つぶすことなく良好な接合を達成できる。

上記のようなバンプの上面が凹凸の小さな平滑な平面を
有する中空バンプは、第６図に示すように先端が平坦な
ポンチ１９とダイス穴１８の底面が鏡面、かつ平坦面で
あるダイス１７を用いてプレス加工を行うことにより形
成できる。ところが、ポンチ１９の先端が平坦な場合、
ポンチ先端の外周部が鋭利な角を有するため、第７図に
）に示すように中空バンプ内面のエツジ部の肉厚が、バ
ンプ中心部に比べて薄くなる。このため、バンプと半導
体素子との接合後に、外力や熱応力が作用すると、肉厚
の薄いエツジ部に応力集中が生じ接合不良が生じやすく
なる。

そこで、第４図■に示すように、中空バンプ内面のエツ
ジ部に微小丸み１６を設けることで肉厚をほぼ全面で均
一にすることが可能となり、外力や熱応力によるエツジ
部への応力集中を抑制でき、接合後の熱応力や外力に対
する信頼性の向上を図ることが可能となる。また、十分
な押し込み荷重をポンチに作用させ、バンプ上面の凹凸
に塑性変形を生じさせ、中空バンプの上面をダイス穴１
８の底面になられせることにより、バンプ上面が凹凸の
小さな平滑な平面を有する皿型の中空バンプを形成する
ことができる。一方、中空バンプの内面はポンチ形状に
ならったエツジ部に微小丸み１６を有する肉厚がほぼ均
一な中空構造となる。

〔実施例〕

以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。

第１図ω、■はそれぞれ本発明のインナーリードのバン
プ構造の一実施例を示す平面図及び部分断面した側面図
である。

図において、１１はインナーリード、１２はインナーリ
ード１１と一体構造に接合されたフィルム、　１３はイ
ンナーリード先端部の幅方向の中央部に形成された中空
バンプで、皿型の凸部１４と皿型の凹部１５を有した構
造をしている。凸部１４の上面は凹凸の小さな平滑な平
面であり、凹部１５の先端エツジ部には、肉厚が均一と
なるように微小丸み１６が形成されている。凸部１４の
裏側は、空間が形成された中空構造であるため、中空バ
ンプ１３は凸部１４側からの圧縮に対して変形しやすい
性質があり、バンプ高さのバラツキが存在しても矯正さ
れて同一平面上で接合できる特徴がある。

第２図は本発明のバンプ形成装置の一実施例を示す断面
図である。

図において、１７はインナーリード先端部のバンプ形成
位置に合致する場所に、底面が鏡面である微小な皿型の
ダイス穴１８が形成されたダイスであり、インナーリー
ド１１とフィルム１２が一体となったテープキャリアが
ダイス１７上に装着されている。

１９は先端が平坦で角にポンチの微小丸み２０が形成さ
れた棒状のポンチであり、ポンチ径はダイス１７に設け
られた皿型のダイス穴１８の直径よりも小さく、かつポ
ンチ１９の中心位置は皿型のダイス穴１８の中心位置に
一致するように配置されている。ポンチ１９は垂直方向
に粗微動できるアクチュエータ２１とともにポンチ１９
の位置とダイス穴１８の位置決めを行うための、水平方
向に移動できるＸＹステージ２２に保持されている。

本発明におけるバンプ形成装置は、ダイス１７にテープ
キャリアを装着し、皿型のダイス穴１８とインナーリー
ド１１の位置合わせを行った後、ポンチ１９をインナー
リード１１のバンプ形成部分に位置合わせし、ポンチ１
９を上方から降下させてインナーリード先端部をプレス
加工することにより行われる。

以下、本発明の具体例について示す。第２図に示すよう
に、外径３０μｍ、ポンチの微小丸み２０が３ｐｍのポ
ンチ１９と、穴径５０１Ｌｍ＋深さ３０−ｍの皿型のダ
イス穴１８を有するダイス１７とを用いて、幅７０　ｐ
ｉ　。

厚さ３５ｐｍの銅製インナーリード（表面に０．５ｐｍ
のＡｕメツキ処理、表面あらさはＲｚ　＝　０．５ｐｍ
）にバンプ形成を行った。ここで皿型のダイス穴１８は
、底面が表面あらさＲｍａｘ　＝　Ｏ，Ｏｌｐｍに仕上
げられている。皿型のダイス穴■８の加工は以下のよう
にして行った。

まず第３図ム）に示すように、ダイス１７に裏面から直
径ＩＭの径の穴加工を行いダイス１７の肉厚を２゜ＯＩ
Ｉｍとした後、放電加工により直径５０ｐｍのダイス穴
１８をダイス１７の表面から形成した。次に第３図（ロ
）に示すように、表面粗さＲｚ＝Ｏ，Ｑｌｐｍに研磨し
た裏板２３をダイス１７の裏面から貼り付けた後、第３
図（Ｃ）に示すように、皿型のダイス穴１８の深さが３
０μｍとなるまでダイス１７の表面を研磨加工した。

第２図に示す形成装置を用い、ポンチ１９の押し込み荷
重を６０〜１５０　ｇ　ｆの範囲に変化させ中空バンプ
１３を形成したところ、押し込み荷重８５ｇｆで、皿型
のダイス穴１８の深さに等しい第４図（ａ）に示すよう
な高さ約３０ｐｍの半球状の中空バンプ１３を形成でき
た。ポンチＩ９の押し込み荷重をさらに増加すると、ダ
イス穴１８の底面とポンチ１９の先端の間で中空バンプ
１３の上面が圧縮され、徐々にバンプ上面がダイス穴１
８の底面にならった鏡面、かつ平坦な形状に変化し、押
し込み荷重１０５　ｇ　ｆで、平坦面の直径が４０ＩＩ
ｆｆｌ、表面あらさがＲｚ＝０．０５ｐｍの第４図（ハ
）に示すような皿型の中空バンプ１３を形成することが
できた。ここで、中空バンプ１３の高さのバラツキは約
３０±ｌｐｍであった。

上記方法によりＴＡＢテープの複数のインナーリード部
に第１図（ａ）、■に示すような中空バンプ１３（高さ
約３０±ｌ　ｐｍ）を形成し、半導体素子のＡＩ２電極
部と低温ボンディング法（素子加熱温度＝２７５℃。

加圧用ツール温度＝４５０℃、圧カニ　６０ｇｆ／リー
ド。

１秒）により接合した結果、強度的にも電気的にも良好
な接続が達成され、インナーリードのバンプとして十分
に使用できることを確認した。バンプ高さに±ｌｐｍの
バラツキがあるにもかかわらず、６０ｇｆ／リードの圧
力で良好な接続を達成できたのは、バンプが中空構造で
あり塑性変形を生じ易い特性があるためである。ここで
、ボンディング強度を第５［！Ｉに示すような剥離試験
により測定したところ、接合強度は５０ｇｆ以上であり
、十分な強度を有することを確認した。

なお、バンプの表面あらさがボンディング強度に及ぼす
影響を調べる目的で、バンプ上面の表面あらさをＲｚ＝
０．０５〜０．５％！１に変化した、皿型の中空バンプ
１３を多数形成し、上記と同様のボンディング条件で半
導体素子のＡＱ電極２４と低温ボンディングを行った。

その結果、接合強度は表面あらさの増加により低下する
ことが分かった。これは、表面あらさの増加によりバン
プ１３とＡｌｌ電極２４の接合面積が減少したためと考
えられる。実用上、接合強度は少なくとも４０ｇｆ以上
が必要であり、バンプ表面あらさは少なくともＲｚ±０
．２ｐｍ以下が必要であることを実験的に確認した。

なお、ボンディング時の圧縮荷重を増加して、バンプ表
面の凹凸を塑性変形させ、バンプ上面の凹凸を減少した
平滑な平面とする方法も考えられるが、バンプ表面の凹
凸が塑性変形する前に中空バンプ１３が押しつぶされ、
バンプ以外の領域でインナーリードと半導体素子が接触
し、良好な接合を実現できなくなることが分かった。こ
こで、良好な接合を達成するためにはバンプ高さがｌｏ
ＩＬｍ以上必要であることを実験的に確認した。なお、
中空バンプが高さｌｏｐｍに押しつぶされるボンディン
グ荷重は、８０ｇｆ／リードであった。バンプが押しつ
ぶされた後、さらにボンディング荷重を増加し、表面あ
らさが０．５ＩＬｍであるバンプを、表面あらさをＲｚ
＝０．２ｐｍにまで塑性変形させるのに要する荷重を求
めたところ、１５０ｇｆ／リードであった。以上のよう
に、ボンディング時にバンプの表面を凹凸を塑性変形さ
せることは困難であることを確認した。

最後に接合の信頼性を評価するために、半導体素子とイ
ンナーリードとの接合を行った後、１２０℃〜−４０℃
（ｌサイクル１時間）の熱衝撃試験を５００サイクル行
い、熱応力に対する強度試験を行った。

その結果、本発明の一実施例によるバンプ構造では、接
合不良は全く生じないことを確認した。なお比較のため
、バンプ内面のエツジ部の肉厚が薄い第６図に示すバン
プに対して同様の試験を行ったところ、接合不良が５％
生じた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＴＡＢインナーリードの
バンプ構造では、バンプのバラツキが存在しても、全て
のバンプと半導体素子の電極部とを均一に十分な接合強
度でボンディングでき、しかも接合後に熱応力や外力が
作用しても接合不良が生じない信頼性の高い瀬烏合を実
現できる効果がある。また本発明のＴＡＢインナーリー
ドのバンプ形成装置では、バンプ上面が鏡面、かつ平坦
面であり、肉厚が一定である中空構造バンプを容易に形
成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のインナーリードのバンプ構造を
示す平面図、第１図（ロ）は部分断面した側面図、第２
図は本発明のバンプ形成装置を示す概略図、第３図（ａ
）〜（ｃ）は本発明の一実施例で用いたダイスの製造工
程を示す断面図、第４図（ａ）、■は本発明の実施例に
より形成した中空バンプの構造を示す断面図であり、第
４図（→は接合不良が生じたバンプ構造を、第４図（ロ
）は良好な接合強度を達成したバンプ構造を示す図、第
５図はバンプと半導体素子の接合強度を測定する方法を
説明する概略図、第６図は従来の肉厚が不均一なバンプ
構造を示す断面図、第７図（ａ）、■は従来のバンプ構
造の課題を説明するために用いた部分断面した概略図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＴＡＢ用テープキャリアのインナーリード先端部
   近傍に形成するバンプの構造を中空構造とするとともに
   該バンプの上面を平滑な平面とし、かつ前記中空バンプ
   の肉厚を一定としたことを特徴とするＴＡＢインナーリ
   ードのバンプ構造。
2. （２）ＴＡＢ用テープキャリアのインナーリード先端部
   近傍をポンチとダイスを用いたプレス加工を行い、上面
   が平滑な平面であり、しかも肉厚が一定となる中空バン
   プを形成する装置であって、ダイス穴を皿型とし、該皿
   型のダイス穴の底面が前記中空バンプ上面よりも小さな
   表面あらさをもつダイスと、 先端が平坦面であり、かつ先端外周部に微小丸みをもつ
   ポンチとを有することを特徴とするＴＡＢインナーリー
   ドのバンプ形成装置。