JPH04101425A - 金属突起物の形成方法及び金属突起物の形成治具 - 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、金属突起物の形成方法に関し、特に半導体素
子実装用の金属突起物の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＬＳＩなどの半導体製品は各種の民生用機器、産
業用機器などその応用分野はますます拡大してきた。こ
れらの機器は、その利用分野拡大のため低価格化ととも
にポータプル化が進められている。従って、半導体製品
においてもこれらの要求に対応するため、パッケージン
グや機器へ組み込み工程の低価格化や軽量化、薄型化、
小型化といっな高密度実装が要求されている。

一般に、半導体素子の高密度実装に適した方法としては
ＴＡＢ方式が知られており、実用化の拡大がはかられて
きた。ＴＡＢ方式の半導体素子と実装用配線基板間の接
続には、半導体素子の電極配置に合わせてパターン化さ
れたＡｕまたはＳｎメツキをしたＣｕからなる金属り一
１’と金属り−ト保持用ポリイミド膜とを貼り合わぜし
た構成のフィルムキャリヤを用いる。ここで、半導体素
子のＡＩ主電極金属リード間の接合を行うには接合部を
凸にする必要があり、ＡＩ電極部または金属リード上に
バンプと呼ばれる金属突起物か設けられる。この金属突
起物を介したＡＩ主電極金属リードとの接合には通常熱
圧着法が用いられている。

従来の金属突起物の形成方法としては、いわゆるメツキ
バンプ法が広く用いられてきた。第５図は、一般的なメ
ツキバンプの形成工程を示す。まず、半導体素子３０上
にＴｉ、Ｃｒなとの接着層４０、Ｃｕ、Ｐｔなどの拡散
防止層４１をスパッタで積層形成する（第５図（ａ））
。図中、３５はＡ１層、３６は保護層、３７はシリコン
基板を示す。次いで、Ａｌ電極部３１以外を被うレジス
ト層４２をリソグラフィ形成した後、電極部３１にＡｕ
メツキ層４３を約３０μｎ］形成する（第５図（ｂ））
。その後、レジスト層４２を除去した後、Ａ１電極部３
１を覆うレジスト層で保護してＡｌ電極部３１以外の拡
散防止層４１、接着層４０をエツチンク除去する（第５
図（Ｃ））。以上のような工程を踏みＡ１電極上にメツ
キにより金属突起物か形成される。

メツキハンプ法以外では、第６図の工程図に示すＡｕワ
イヤのホールボンティングの技術を用いるボールバンプ
法が注目され、開発が進んでいる。ます、キャピラリ５
０下に出たＡｕワイヤ５１の先端を電気トーチ５２を用
いて放電溶融させＡｕボール５３を形成する（第６図（
ａ））。次いて、Ａｕホール５３をＡＩ電極３１にキャ
ピラリ５０で超音波接合した後（第６図（ｂ））、キャ
ピラリ５０、Ａｕワイヤ５１を引き上げてＡｕボール５
４のネック部からＡｕワイヤ５１を引きちぎりボール部
５４のみをＡＩ電極３１上に残す（第６図（Ｃ））。こ
の方法は、湿式１程がなく工程が簡略で、電極上に１点
ずつ形成するため少量品種に適している。

他に、ＴＡＢフィルム側に金属突起物を形成できるもの
として転写ハンプ法も有力視されている。この方法は、
ＡＩ主電極対応した導体開口部を持つメツキ用基板に電
気メツキによりＡｕの突起物を形成した後、ＴＡＢの金
属リードと重ね合わせて加熱加圧してＡｕ突起物をメツ
キ用基板からＴＡＢの金属リード上に転写するものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の金属突起物の形成方法は、下記のような
欠点をもっている。すなわち、メツキバンプ法は、工程
が複雑であり、厚いメツキ膜を付ける資材費や工数がか
かること、大きい設備投資が必要であること、素子歩留
の低下の原因となることなど形成コストが高いという欠
点がある。ボールバンプ法の場合は、湿式１程かないと
いう利点があるものの、Ａｕホールの大きさのバラツキ
やワイヤを引きちぎったあとの高さのバラツキがあり、
また、Ａｕボールを用いるため電極ピッチは１００μｍ
程度が限界でありそれ以下の微細接合は困難であるとさ
れている。さらに、ＴＡＢフィルム接合時だけでなく、
バンプ形成時にも電極部に機構的ストレスをかけるので
接合部の信頼性が問題となっている転写バンプ法は、メ
ツキ用基板へメツキを行うのでメツキバンプ法に比ベチ
ップ歩留への影響がないが、工程の複雑さは解消用来な
い上に、Ａｕ突起物を不具合なくＴＡＢフィルム上に転
写するにはメツキ用基板の形成、メツキ工程などの高度
の管理とノウハウが必要である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の金属突起物の形成方法は、板状または線状の金
属材料を先端に凹部を設けたポンチとダイスを用いたプ
レス加工法により打ち抜いて金属小片を形成する打ち抜
き工程と、前記ポンチの前記打ち抜き工程での移動を続
けて前記金属小片を前記ダイスの下に位置決めされた金
属リードまたは基板」二電極に圧着すると共に前記金属
小片の表面に凸部を形成することを特徴とする。

本発明の金属突起物の形成治具は、ステージと、このス
テージの上側に設けられたダイスと、このダイスと協動
して板状または線状の金属材料を打ち抜いて所定形状の
金属小片を形成した後にこの金属小片を前記ステージに
載置された金属リードまたは基板−ト電極に圧着する先
端に凹部を設けたポンチとを有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す工程図である。ます
、ＴＡＢフィルム５の金属リード６を加熱ステージ４上
に設置し、リボン状の金属材料３を送り込んなポンチ１
、ダイス２を有するプレス加工治具をポンチ軸が金属リ
ード６の先端に来るように位置合わぜする（第１図（ａ
））。ここで、ポンチ１は先端形状が凹状のものを用い
た。次に、ポンチ１に矢印方向の所定の圧力を加えて下
降させ金属材料３を打ち抜いて金属小片を形成すると共
に、連続してポンチを下降させ金属小片を金属リード６
上に圧着する（第１図（ｂ））。このとき−金属小片の
表面はポンチの先端形状に応じて成形され凸状となる。

プレス治具を取り除けば１個目の金属突起物８の形成工
程が完了する（第１図（Ｃ））。このようにして、順次
ＴＡＢのリード上に複数の金属小片を圧着していき半導
体素子の一連のＡ１電極に対応した金属突起物形成を行
うことができる。なお、ダイス２の加工穴及びポンチ１
の先端加工は精密放電加工で形成できる。

ポンチ１の外形は研削加工により作ることが出来る。ダ
イス２、ポンチ１の材料にはハイス鋼、超硬合金、ダイ
ス鋼などが適している。

本実施例の方法で、金属材料を厚さ４０μｍのＡｕリボ
ンとし、先端面が凹状の直径５０μｍのポンチを用いて
、リードピッチ１００μｍのＴＡＢフィルムのＡｕメツ
キリードへ圧着を行った。

このとき、Ａｕリボンの打ち抜きは１３０ｇ以上のポン
チ加圧で行うことがてきな。Ａｕは柔らかく伸び易い性
質があるのて、ポンチ・ダイス間の軸すれやクリアラン
スが大きいとき、打ち抜いたＡｕ小片は形状の歪やポン
チ側外周部のパリが特に大きくなるので好ましくない。

クリアランス８％以下、軸ずれ２μｍ以下では良好な形
状のＡｕ小片が形成できた。ステージ４の加熱温度１７
０℃のとき、Ａｕ小片のリードへの圧着は、十分な接合
強度を得るには１２０ｇ以上のボンデの加圧力が必要で
あった。予めＡｕ突起物の大きい接合力が必要なときは
、一定圧力で打ち抜き、リードへの圧着を行えは良い。

第２図および第３図はポンチの先端形状と形成されるＡ
ｕ突起物の形状を説明する断面図である。

第２図は先端か平坦面のポンチ］ａを用いたときである
。このとき、Ａｕ突起物８ａの上面の外周部には、打ち
抜き時およびリードへの圧着時にポンチ下か押しつぶさ
れるため生じたハリ１３が残り、形成したＡｕ突起物８
ａの上面は凹状になる。この場合、突起物形成後の半導
体素子のＡ１電極と圧着する際に、電極中央部に圧力が
かかりにくく接合強度か低下する。従って、パリを少し
でも小さくするよう、ポンチ・ダイス間の軸ずれ、クリ
アランスの管理やポンチ圧力の制御を厳密に行う必要が
生じる。

一方、第３図は実施例のポンチ１の先端が凹状のときで
ある。Ａｕ突起物８の外周部には上記と同様な理由でパ
リ１３が生しるものの中央部はポンチ先端形状１５に対
応した凸状１６となる。この場合、外周部にパリがあっ
ても中央部が凸になっているなめ半導体素子のＡＩ電極
との圧着の際に電極中央部に圧力かかかり易いので接合
の信頼性が高くなる。

なお、リードとの圧着は、ポンチ圧力４０ｇでも強度は
小さいながら可能である。リ−１〜との接合強度は、そ
の後の半導体素子のＡ１電極と熱圧着工程で強化される
ので取扱中に外れない程度であれば良い。ポンチ圧力は
、打ち抜き後小さくし低加圧でリードに押し付けるよう
にすれは、圧着時のＡｕ小片のつぶれ量が小さく、パリ
の大きさや中央部の高さのバラツキを小さくできる。ま
た、タイス２の下面とリード６の面との間隔が大きいと
きは、リードへの圧着時に横方向に広がり易（Ａ　ｕ突
起物が凹状になり易い。タイス２・リード６間は接触さ
せるか、打ち抜き小片の高さより低めに設定するほうが
よい。ポンチのリードへの圧着圧力を４０ｇとし、タイ
ス下面をリード面に接触させて形成したＡｕ突起物は、
数μｍ高さの薄いバリ１３があるものの、全体として良
好な形で形成できた。このときの形状はバラツキがなく
、中央部高さは３５〜４０μｍと安定していた。本実施
例により良好な形状のＡｕ突起物が形成されたリードと
半導体素子のＡＩ電極とを熱圧着接合したところ良好な
接合性を確認できた。

第４図は、ポンチ１ｃの先端形状がメツシュ状なとの溝
が入っている場合であり、打ち抜きを行い、金属リード
６への圧着をしたときの金属突起物８ｃの断面形状を示
す。形成された金属突起物８ｃの上面１６ｃは、ポンチ
先端１５ｃの形状に対応して凸面が形成される。この場
合も、ＡＩ電極との圧着の際に、電極中央部表面との接
触性が良く、金属突起物周囲のバリ１３の影響を無くす
ことができ、接合の信頼性が向上する。

以上の様に、本発明の方法で形成した金属突起物の形状
、高さは金属材料の厚さとポンチ先端形状で制御できる
ので精度が良好であり、その後の半導体素子電極との接
合の信頼性も高い。本発明は、Ａｕホールを作るボール
バンプ法と異なり、ポンチ径を小さくすることにより１
００μｍ以下の挟ピッチリードを持つＴＡＢにも対応で
きる。

上述の実施例では、金属小片のリードへの接合は、加工
用ポンチを用いて行ったが、金属小片の形成後、ガイド
機構を用いて金属小片を送り専用治具でリードへ圧着し
てもよい。

本発明の金属突起物の材料としては、プレス加工法を用
いるので種々の材料選択が可能である。

半導体素子の電極と金属リードとの接続に適用するとき
は、主成分かＡｕ、Ａｇ、Ａ　Ｉ　、Ｃｕ、Ｉｎ、各種
ハンダ合金などを用いることができる。安価な材料を使
うことにより低コスト化をはかることができる。

本発明の金属突起物の形成方法は、ＴＡＢフィルムの金
属リード上たけでなく、他の金属リード、半導体素子の
Ａ１電極、配線基板の電極などへの金属突起物の形成に
も適用できる。

〔発明の効果〕

本発明の金属突起物の形成方法は、湿式１程がなく、１
つのプレス機で金属小片の形成とリードまたは基板電極
」二への接合を行うことが出来るので工程が簡略であり
、資材費や設備投資が少なくて済むなどの低コストの金
属突起物の形成がてきる利点がある。また、金属突起物
の形状や高さは金属材料の厚みとポンチ先端形状で制御
できるので、精度の高い金属突起物の形成ができ、接合
を高信頼化できるとともに挟ピッチ接合にも対応できる
利点かある。更に、実装の構成に応じて金属材料の選択
をし、低コスト化、高信頼化できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例を工程順に示
す断面図、第２〜４図はポンチ先端形状と形成された金
属突起物の形状を説明する断面図、第２図はポンチ先端
が平坦な場合、第３図は本発明の実施例のポンチの先端
面が凹状の場合、第４図は本発明の実施例のポンチの先
端面に溝か入っている場合、第５図は従来の金属突起物
の形成方法のメツキバンプ法を工程順に示す断面図、第
６図は従来の他の金属突起物の形成方法のホールバンプ
法を工程順にに示す断面図である。 ］、１ａ、ＩＣ・・ポンチ、２・・・ダイス、３・・・
金属材料、４・・・ステージ、５・・・ＴＡＢフィルム
、６・・金属リード、７・・ポリイミド膜、８．８ａ、
８Ｃ・・・金属突起物、９・・・打ち抜き残り部、１０
・・・ダイス穴部、１３・・・パリ、１４・・・ポンチ
動作、１５．１５ｃ・・・ポンチ先端面、１６．１６ｃ
・・・金属突起物上面、３０・・半導体素子、３１・・
・Ａ１電極部２．３２．３３．３４．３８．３９・・・
金属突起物内の層、３５・・Ａ１層、３６・・・保護層
、３７・・シリコン基板、４０・・・接着層、４１・・
・拡散防止層、４２・・・レシス１へ層、４３・・・Ａ
ｕメツキ層、５０・・・キャピラリ、５１・・・Ａｕワ
イヤ、５２・・・電気トーチ、５３・・・Ａｕボール、
５４・・・Ａｕボール部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状または線状の金属材料を先端に凹部を設けたポ
   ンチとダイスを用いたプレス加工法により打ち抜いて金
   属小片を形成する打ち抜き工程と、前記ポンチの前記打
   ち抜き工程での移動を続けて前記金属小片を前記ダイス
   の下に位置決めされた金属リードまたは基板上電極に圧
   着すると共に前記金属小片の表面に凸部を形成すること
   を特徴とする金属突起物の形成方法。 ２、凹部が複数の溝であり凸部が複数の凸条である請求
   項１記載の金属突起物の形成方法。 ３、金属材料の主成分が金・銀・アルミニウム・銅・イ
   ンジウム・ハンダ合金の中から選ばれた１つである請求
   項１または２記載の金属突起物の形成方法。 ４、金属リードまたは基板上電極はＴＡＢ方式のフィル
   ムキャリナの金属リードまたは半導体素子の電極である
   請求項１、２または３記載の金属突起物の形成方法。 ５、ステージと、このステージの上側に設けられたダイ
   スと、このダイスと協動して板状または線状の金属材料
   を打ち抜いて所定形状の金属小片を形成した後にこの金
   属小片を前記ステージに載置された金属リードまたは基
   板上電極に圧着する先端に凹部を設けたポンチとを含む
   ことを特徴とする金属突起物の形成治具。 ６、凹部が複数の溝である請求項５記載の金属突起物の
   形成治具。 ７、ダイスの下面と金属リードまたは基板上電極との間
   隔を金属小片の厚さより小さくした請求項５または６記
   載の金属突起物の形成治具。