JPH0465847A - 金属突起物の形成方法および治具 - 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
にボータフ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
グや機器への組み込み工程の低価格化や軽量化、薄型化
、小型化といった高密度実装か要求されている。

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からなる金属リー
ドと金属リード保存用ポリイミド膜とを貼り合わせした
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電極と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が設けられる。この金属突起
物を介したＡＩ電極と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
バンプ法か広く用いられてきた。第３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２０上に
Ｔｉ、Ｃｒなとの接着層２５、Ｃｕ、Ｐｔなとの拡散防
止層２６をスパッタで積層形成する（第３図（ａ））。

図中、２２はＡ１層、２３は保護層、２４はシリコン基
板を示す。次いで、Ａ１電極部２１以外を被うレジスト
層２７をリソクラフイ形成した後、電極部２１にＡｕメ
ツキ層２８を約３０μｍ形成する（第３図（ｂ））。そ
の後、レジスト層２７を除去した後、ＡＩ電極部２１を
覆うレジスト層で保護してＡＩ電極部２１以外の拡散防
止層２６、接着層２５をエツチング除去する（第３図（
Ｃ））。以上のような工程を踏みＡＩ電極上にメ・ンキ
により金属突起物が形成される。

メツキバンプ法以外では、第４図の工程図に示すＡｕワ
イヤのボールボンデ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。まず、キャピラリ３
０下に出たＡｕワイヤ３１の先端を電気トーチ３２を用
いて放電溶融させＡｕホール３３を形成する（第４図（
ａ））。

次いで、Ａｕボール３３をＡＩ電極２１にキャピラリ３
０で超音゛波接合しな後（第４図（ｂ））、キャピラリ
３０、Ａｕワイヤ３１を引き上げてＡｕホール３３のネ
ック部からＡｕワイヤ３１を引きちぎりボール部３４の
みをＡ１電極２１上に残す（第３図（Ｃ））。この方法
は、湿式１法がなく工程が簡略で、電極上に１点ずつ形
成するため少量多品種に適している。

他に、ＴＡＢフィルム側に金属突起物を形成できるとし
て転写バンプ法も有力視されている。この方法は、ＡＩ
電極に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ため資材費や工数が
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。

ホールハンプ法の場合は、湿式１程がないという利点か
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かあり、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
時にも電極部に機械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出来ない上に、
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〔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
属材料からプレス加工法により所定形状の金属小片を形
成する工程と金属小片を金属リードまたは基板上電極に
接合する工程とを含んで構成される。ここで、金属小片
の金属リードまたは基板上電極への接合はプレス加工用
のポンチを用いて行うことができる。

〔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。まず
、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を送り込んだポンチ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の先端部に来るように位置合わせする（第１図（
ａ））。次に、ポンチ１に矢印Ａの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１を下降させ、金属小片を
金属リード６上に圧着し、金属リード６の金属突起物８
を形成する（第１図（ｂ））。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Ａｕ
小片を圧着していき半導体素子の一連のＡｌ電極に対応
した金属突起物形成を行うことかできる。

なお、ダイス２の穴部１０の加工は精密放電加工で形成
できる。ポンチ１は研削加工により作ることか出来る。

ポンチ１の先端部分の径の小さい部分の長さ１１は、曲
げ応力に耐えるよう径１２の約１０倍までにするほうか
よい。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３を厚さ４０μｍのＡｕリ
ボンとし、先端面が平坦な直径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できた
。Ａｕは柔らかく伸び易い性質があるので、ポンチ・ダ
イス間の軸ず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小片か形成できた
。

ステージ４の加熱温度の１７０’Ｃのとき、リードへの
圧着は、ポンチ圧力４０ｇでも強度は小さいながら可能
であった。一方十分な接合強度を得るには１２０ｇ以上
のポンチの加圧力が必要であった。リードとの接合強度
は、その後の半導体素子のＡｌ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
１の加圧力は、打ち抜き後小さくし低加圧でＡｕ小片を
リードに押し付けるのが望ましい。なお、予めＡｕ突起
物の接合力を大きくしたいときは、一定圧力で打ち抜き
、リードへの接合を行えば良い。

ただしこの場合、プレス時にＡｕがポンチ、ダイス間に
押し出されるのでポンチ側外周部のパリは多少高くなる
。

第２図は、本実施例を用いて形成しなＡｕ突起物の形状
を説明する断面図である。リードへのＡｕ接合時のポン
チ圧力を４０ｇとし、ダイス２の下面をリード面に接触
させて形成したＡｕ突起物８は、第２図（ａ）に示すよ
うに、数μｍ高さの薄いパリ１３があるものの、全体と
しては円筒形の良好な形で形成できた。このときの突起
物８の形状はバラツキがなく、中央部高さは３０〜３５
μｍと安定していた。ダイス下面とリード面との間隔１
５が大きいときは、第２図（ｂ）のようにＡｕ突起物８
は押しつぶされ上面１４が凹形になる。この場合、半導
体素子のＡｌ電極との圧着の際に電極中央部に圧力がか
かりにくく接合強度が低下する。突起物の上面が凹形に
なるのを防ぐためにダイス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しＡｕがつぶれ
難くする必要がある。本実施例により形成した良好な形
状のＡｕ突起物が形成され・たり−ドと半導体素子のＡ
ｌ電極と熱圧着接合したところ良好な接合性を確認でき
た。

以上の様に、本発明の方法により金属リード上に金属突
起物を簡便に形成できる。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１０
０μｍ以下の狭ピツチリードを持つＴＡＢにも対応でき
る。

第１図に示す実施例では、金属材料にはりホン状のもの
を用いたがワイヤなどの線状金属材料を用いてもよい。

リード等への金属小片の接合は、金属小片の打ち抜き加
工用ポンチを用いて行ったが、打ち抜き加工後、ガイド
機構などを用いて金属小片を送り専用治具でリード等へ
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、主成分がＡｕ−Ａｇ、Ａ　Ｉ　、Ｃｕ、Ｉｎ、各種
ハンダ合金などを用いることかできる。

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。

第１図に示す実施例では、金属突起物をＴＡＢフィルム
の金属リード上に形成する場合を説明したか、本発明の
方法は、他の金属リード、半導体素子のＡＩ電極、配線
基板の電極などへの金属突起物の形成など広範囲の実装
方式に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明の金属突起物の形成方法は、湿式１程かなく、１
つのプレス機で金属小片の形成とり−トまたは基板電極
上への接合を行うことが出来るので、工程が簡略であり
、資材費や設備投資か少なくて済むなどの低コストの金
属突起物の形成ができる利点がある。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
を高信頼イヒできるとともに狭ピツチ接合にも対応でき
る利点がある。更に、実装の構成に応じて金属材料を選
択でき、低コスト化、高信頼化構造を実現できるという
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図は第１図に示す実施例を用いて形成
した金属突起物の断面形状を説明する断面図、第３図（
ａ）〜（ｃ）は従来のメツキバンプ法による金属突起物
の形成方法を工程順に示す断面図、第４図（ａ）〜（ｃ
）は従来のボールパン７法による金属突起物の形成方法
を工程順に示す断面図である。 １・・・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・・・金属突起
物、９・・・打ち抜き残り部、１０・・・ダイス穴部、
１１・・・ポンチ長さ、１２・・・ポンチ径、１３・・
・パリ、１４・・・金属突起物上面、１５・・・ダイス
・金属リード間距離、２０・・・半導体素子、２１・・
・ＡＩ電極部、２２・・・Ａ１層、２３・・・保護層、
２４・・・シリコン基板、２゛５・・・接着層、２６・
・・拡散防止層、２７・・・レジスト層、２８・・・Ａ
ｕメツキ層、３ｏ・・・キャピラリ、３１・・・Ａｕワ
イヤ、３２・・・電気トーチ、３３・・・Ａｕボール、
３４・・・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所定形状の金属小片
   を形成する工程と、前記金属小片を金属リードまたは基
   板上電極に接合する工程とを含むことを特徴とする金属
   突起物の形成方法。 　２、ダイスと協働して板状または線状の金属材料を打
   ち抜いて金属小片を形成したポンチ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、
   インシジウム、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
   ルムキャリヤ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、このダイスと協働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。