JPH0488646A - フィルムキャリア型半導体装置の製造方法 - 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、特に、インナーリードボンディングによりフ
ィルムキャリア型半導体装置を製造するフィルムキャリ
ア型半導体装置の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種のフィルムキャリア型半導体装置は、通常
、Ｔ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）方式によるインナーリードボンディング（
ＩＬＢ；Ｉｎｎｅｒ　Ｌｅａｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）によ
り製造されている。

第８図は従来のフィルムキャリアテープ型半導体装置の
製造方法を示す正面図、第９図は第８図の１点鎖線にて
囲む領域の拡大図であり、その熱圧着工程を示す図であ
る。先ず、スブロケ−／　トホールを設けたポリイミド
テープに銅箔をラミネートシ、これにボンディングワイ
ヤに相当するリードパターンをフォトエツチングにより
形成した後、前記リードパターン上に金、錫又は半田を
めっきしてＴＡＢテープ３０を得る。一方、外部引き出
し用電極上に突起型電極（以下、バンプという）３２を
形成した半導体素子基板３３を準備する。

そして、前記バンプ３２にＴＡＢテープ３ｏのリード３
１を重ね合わせ、このリード３１をバンブ３２上に、ボ
ンディングツール３４により高温で加圧して前記バンプ
３２とリード３１とをボンディングする。このようにし
て、フィルムキャリア型半導体装置が製造される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来のボンディング方法におい
ては、ＴＡＢテープ３０のリード３１の先端部における
バンプ３２と接合されるべき面及びその近傍部分が第９
図及び第１０図に示すようにフラットな接合面を形成し
ている。なお、第１０図（ａ）はり−ド３１の側面、第
１０図（ｂ）はリード３１の端面から見た図である。こ
のため、ダイヤモンド等で成形された極めて剛性が高い
ボンディングツール３４の圧着面にて圧下されるときに
、リード３１及びバンプ３２は圧下荷重に応じて潰され
ながら変形する。特に、バンプ３２を形成している素材
がＡｕ等のように、展延性に富み、加工硬化しにくく、
変形能が高い材料の場合は、このバンプ３２がＴＡＢテ
ープ３０のリード３１の素材として一般的に使用されて
いるＣｕ等よりも変形抵抗が低いこととも相俟って、ボ
ンディング時にバンプ３２が潰れてその周囲に広がって
しまう。これが半導体素子基板上へのバンプの配置間隔
を小さくすることに対して制約となっている。即ち、バ
ンプ３２の潰れがバンプ３２の狭ピッチ化を阻止する要
因になっている。

また、このバンプ３２の漬れ量を低減するために、従来
のボンディング工程においては、圧下荷重を低めに設定
するか、又は加熱温度を低めに設定する等の手段をとっ
ている。しかし、圧下荷重を低くすると、バンプ及びリ
ードの接合面において良好な新生面が発生することも抑
制してしまうことになる。また、加熱温度を低くすると
、リード及びバンプが同種金属（例えばＡｕ−Ａｕ）で
ある場合はリードとバンプとの間の自己拡散、異種金属
（例えばＡｕ−８ｎ）である場合は相互拡散に必要な熱
活性化エネルギの投入量も少なくなり、素材間の固溶の
低下を招く。このため、結果として、接合強度の信頼性
を低下させてしまうという欠点がある。また、加熱温度
を低（設定すると、熱活性化エネルギの投入量が少な（
なるため、素材（バンプ、リード）の変形抵抗が上昇す
る。

このため、バンプは変形しに（くなるので、上述と同様
に接合面における新生面の発生を抑制してしまう。

このように、リードとバンプとの間の接合強度の信頼性
を確保しつつ、リード及びバンプの潰れ量を低減するこ
とができる最適なボンディング条件を設定することは、
相矛盾する特性の中で最適な条件を探すようなものであ
る。

また、従来のボンディング方法では、第１０図（ａ）に
示すように、リード３１の先端部３５の接合部（変形領
域）の中立軸３６とリード未変形領域の中立軸３７との
間に面内的がりによる変位ｄが発生してリードが反って
しまう。この現象は、半導体装置の製造工程においてだ
けでなく、大きな構造物のポンチによる鍛造加工等にも
見られるものである（塑性と加工、第３０巻、第３４０
号、１９８９年、第８５１乃至６５７頁、「面内的がり
に及ぼす加工条件の影響」参照）。実際には、このリー
ド反りは、リード長さが接合部寸法よりも十分長いため
、リードがそれ自身の拘束によって変位する外、この変
位に相応する面内応力がボンディング後にリード内部に
残留応力として残存してしまい、これが、ボンディング
後に行われるリード成形工程等及び信頼性試験等のとき
に、強度、寸法精度、成形性及び材質等の劣化及び低下
を生じさせる原因になっている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
突起型電極の広がりを抑制することができ、突起型電極
の新生面の発生を促進して接合強度を高めることができ
るフィルムキャリア型半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るフィルムキャリア型半導体装置の製造方法
は、半導体素子の外部引き山し相電極パッド上に形成さ
れた突起型電極にフィルムキャリアテープのリード先端
部を加熱ボンディングツールにより押圧して前記リード
先端部を突起型電極に熱圧着させるフィルムキャリア型
半導体装置の製造方法において、前記フィルムキャリア
テープのリード先端部は、その接合面に溝又は凹部を有
することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、リード先端部の接合面に溝又は凹部
を有するフィルムキャリアテープを前記接合面を前記突
起型電極に整合させて加熱ボンディングツールにより前
記リード先端部を前記突起型電極に押圧する。これによ
り、突起型電極は塑性流動してその一部が前記リード先
端部の前記溝又は凹部内に入り込む。このようにして、
フィルムキャリアテープのリード先端部が突起型電極に
熱圧着される。

本発明においては、ボンディングツールの押圧により突
起型電極が塑性流動してＩＪ−１’先端部の溝又は凹部
内に入り込むので、突起型電極に新生面が現れ、接合の
信頼性が向上する。また、突起型電極がボンディングツ
ールにより押圧された場合に、その素材の一部が前記溝
又は凹部内に入り込むため、その分、突起型電極の広が
りが減少する。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図乃至第４図は本発明の第１の実施例方法を示す模
式図である。

先ず、第２図に示すフィルムキャリアテープ３を用意す
る。なお、第２図（ａ）はフィルムキャリアテープ３の
正面図、第２図（ｂ）は側面図、第２図（Ｃ）は底面図
である。このフィルムキャリアテープ３はリード先端部
１に溝２又は凹部が設けられている。溝２又は凹部は、
例えばフォトエツチング等により形成することができる
。また、溝２又は凹部の寸法中形状については特に制限
するものではないが、バンプとの接合面に溝又は凹部が
配置されるものであればよい。

そして、第３図及び第１図に示すように、Ａｕのめっき
等により形成した突起型電極（以下、バンプという）６
を電極パッド１０上に設けた半導体素子基板７をボンデ
ィングツール８の配設位置に位置させ、フィルムキャリ
アテープ３のリード先端部１の溝２を含む接合面がバン
プ６の表面の接合面と整合するように位置合わせして重
ね合わせる。このときの１個のフィルムキャリアテープ
３について、その側面断面図を第１図（ａ）に示す。第
１図（ａ）は第３図の１点鎖線にて囲む領域の拡大図で
あるが、第１図（ａ）はフィルムキャリアテープ３のリ
ード先端部１の横断面（長手方向に直交する面）を示し
ている。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、加熱したボンディ
ングツール８をバンプ６との間にリード先端部１を挟ん
でバンプ６に押圧することにより、リード先端部１をバ
ンプ６に加圧して両者を接合する。これにより、バンプ
８が塑性流動して変形する。この場合に、リード先端部
１がそれ自身も変形する一種の塑性加工金型となってお
り、溝２の寸法・形状が、この金型の成型形状中寸法と
して類似できる。従って、溝２の形状・寸法が一般の金
型同様、加工素材としてのバンプ６ａの接合面９の変形
状態と塑性流動を規定することになる。

ここでいう塑性流動とは、リード先端部１とバンプ６の
接合表面を形成している素材の内部粒子の接合に伴う移
動のことをいう。

本実施例方法において、リード先端部１の溝２が第１図
（ｂ）及び第４図に示すように、接合面８を形成する。

このとき、溝２の内部にバンプ６の一部が第４図に概略
を示すような塑性流動を伴って流れ込み、同時に新生面
を形成する。特に、リード先端部１を構成している材料
（一般にＣｕ）の変形抵抗よりもバンプ６を形成してい
る材料（一般にＡｕ）の変形抵抗が小さく、かつ、高温
変形による圧下・接合の場合にこの塑性流動は有効な方
法である。即ち、リード先端部１の溝２の形状・寸法を
適切に選定すれば、バンプ６が第４図に示すように変形
してその表面が対称性をもつ凹凸形状のものになる。接
合面９においては、せん断変形等が助長され、バンブ６
内部の清浄な素材が接合面上に露出して表面積が拡大さ
れる。これにより、接合強度が高まり、接合の信頼性が
向上する。

また、溝２の内部にバンプ６が流れ込むために、溝２の
容積に相応した分だけバンプ６の変形時の横広がりが従
来よりも少なくなるという利点がある。これは、第４図
と従来の変形を示す第１０図（ｂ）を参照して接合面付
近の塑性流動の態様を比較すれば理解できることである
が、実験及び計算によっても容易に確認できる。定性的
には以下のように説明することができる。

フラットな圧着面３８を持つボンディングツール３４と
リード先端ｌ＄３５にフラットな接合端面を持つフィル
ムキャリアテープを使用したボンディングにおいては、
第１０図（ｂ）に示すように、中立面４０（バンプ３５
の中心線とこの断面においては略々一致する）を基準に
して対称的に第１０図（ｂ）の左右方向へ展開するよう
に流れる塑性流動が生じる。これに対し、第４図に示す
本実施例においては、溝２の内部で中立軸１２１こ向か
って流れる塑性流動と、左右へ展開する塑性流動との２
つの流れが存在する。このうち、溝２内部への流れがバ
ンプ６の横広がりを抑制する効果を生む。また、従来と
同一のバンプ、同一の加工条件及び同一の圧下量であれ
ば、本実施例の場合、バンプ６が圧下中に前述の塑性流
動によってバンプ６の周囲へ排出される体積が溝２の内
部に流れ込む体−積分だけ従来よりも減少したのと同じ
効果が得られる。これにより、バンプの横広がりを低減
できる。このバンプの横広がりの量を見積ると以下に示
すように算出できる。

バンプ６の変形にのみ着目し、次の前提を採用する。即
ち、従来の場合は、第１０図（ａ）に示すようなバンプ
３２の模式的断面を考え、力学的には平面ひずみ状態で
あるとする。従って、リードの長手方向についての奥行
は単位長さｌとする。

この場合に、バンプ３２の体積Ｖは高さがり。、幅がＷ
。であるから下記（１）式により与えられる。

Ｖ＝ｈｏ　ＸＷｏ　ｘｉ　　　　　　　　　−（１）次
いで、フラットな面形状を持つボンディングツール３４
によりΔｈだけ圧下されたとすると、バンプ３２が左右
に広がるときの排圧量ΔＶは、広がり幅をΔＷとすると
、下記（２）式により与えらえる。

Δ■＝Δｈ×ΔＷＸＩ　　　　　　　　・・・（２）こ
の排ａ量ΔＶは第１１図（Ｃ）の斜線部分に相応する。

ここで、変形前［第１１図（ａ）］と変形後［第１１図
（ｂ）］との間には、連続条件がら変形の前後において
体積一定であるので下記（３）式に示す関係がある。

ｈ、−Ｗ。＝　（ｈｏ−Δｈ）（Ｗｏ＋ΔＷ）・・・（
３） 従って、Δｈが決まってしまえば、ΔＷも必然的に決定
されてしまう関係にあるので、ΔＷを小さくするには、
前記（２）式からΔｈが同じならばΔＶを小さくするし
かない。

しかし、第４図に示すように、リード先端部１に溝２を
設け、そこにバンプ６が流れ込むようにバンプ６に塑性
流動を生じさせるさ、溝２の容積をｖ２とした場合にバ
ンプの排出体積ΔＶが下記（４）式にて示すΔｖ２に変
化する。

Ａ　Ｖ２　＝　ΔＶ　−Ｖ２　　　　　　　　＝　（４
）また、本実施例におけるバンプの広がり６ｗ２は下記
（５）式により与えられる。

ΔＷ２＝ΔＶ２／Δｈ　　　　川（５）前記（４）式か
らΔＶ２＜ΔＶであるので、下記（θ）式が得られる。

ΔＷ２くΔＷ　　　　　　　　　　・・・（６）このよ
うに、本実施例によりバンプの広がりΔＷ２を低減する
ことができる。

次に、第Ｓ図乃至第７図を参照して本発明の第２の実施
例について説明する。フィルムキャリアテープ２３は第
６図に示すように、リード先端部２１の端縁からリード
基端側に若干入った位置の接合面に凹部２２が形状され
ている。この凹部２２はリード先端側が狭幅である。

また、ボンディングツール２６は、第５図（ａ）に示す
ように、テーパー角θで傾斜した圧着面２７を有する。

そして、少なくともリード先端部２１の接合面の一部が
半導体素子基板２５上のバンプ２４の中心線２８よりも
リード先端側に位置するように目合わせしてツール２６
を圧下する。このとき、リード先端部２１の接合面の一
部が最初にバンプ２４の表面に接触した後、圧下が進む
につれて、潰れていく。同時に、バンプ２４は凹部２２
に沿ってリードの長手方向に向かう塑性流れが生じる。

これにより、バンプ２４の広がりΔＷ２を低減すること
ができる。

また、第１の実施例と同様に、リード先端部２１の凹部
２２の形状がバンプ２４の表面に接合面２９を形成する
際に、せん断等により新生面の発生が促進され、接合強
度が上昇するため、接合の信頼性が増す。

更に、本実施例においては、従来のボンディング方法に
より生じていたリード長手方向断面内の面内応力又は面
内部がりによるリードの反りを解消できる。これは、ボ
ンディングツール２６の圧着面２７がテーパー角θで傾
斜しているため、鉛直下方への圧下によって、リードの
長手方向の力の成分が発生し、この力が面内部がりを引
き起こしている原因の１つであるリード長手方向の流動
抑制に対抗するようにリート長手方向へ材料を押し込み
、リード長手方向への材料の流れを助長するように作用
するからである。

口発明の効果コ 以上説明したように本発明は、フィルムキャリアテープ
のリード先端部の熱圧着を施される接合面に、フォトエ
ツチング等により任意形状−寸法に溝又は凹部を形成し
たフィルムキャリアテープと、平行又は所要のテーパー
角で傾斜した圧着面を有するボンディングツールを準備
し、突起型電極の接合部表面に前記リード先端部の溝又
は凹部を整合させた状態で、前記リード先端部と突起型
電極とを熱圧着させることによって、リード先端部の溝
又は凹部の内部に埋め込むように、突起型電極を変形さ
せ塑性流動させるから、前記溝又は凹部を埋め込んだ突
起型電極の構成素材の体積に相当する分、突起型電極の
周囲への広がりの変形量が減少する。これにより、突起
型電極の配置をより狭ピッチとすることができる。

また、溝又は凹部の形状が一種の塑性加工金型となって
、熱圧着過程中に、接合面に生ずる塑性流動を、新生面
の発生を促進して最適な接合が行えるものにできるから
、極めて高い接合強度を得ることが可能となる。

更に、ボンディングツールの圧着面を傾斜させて設ける
ことにより、フィルムキャリアテープのリードに発生す
る面内部がりによるリードの反り及び面内応力を解消す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例方法を示す側面図、第２
図は同じくこの第１の実施例方法にて使用するフィルム
キャリアテープを示す図、第３図は同じくそのボンディ
ングツールを示す正面図、第４図は本実施例における突
起型電極の塑性流動を示す正面図、第５図は本発明の第
２の実施例方法を示す図、第６図は同じくこの第２の実
施例方法にて使用するフィルムキャリアテープを示す図
、第７図は本実施例における突起型電極の塑性流動を示
す模式図、第８図は従来方法を示す正面図、第９図は同
じ〈従来方法を示す正面図、第１０図は同じくその塑性
流動を示す模式図、第１１図は従来のバンプの変形量を
説明する模式図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子の外部引き出し用電極パッド上に形成
   された突起型電極にフィルムキャリアテープのリード先
   端部を加熱ボンディングツールにより押圧して前記リー
   ド先端部を突起型電極に熱圧着させるフィルムキャリア
   型半導体装置の製造方法において、前記フィルムキャリ
   アテープのリード先端部は、その接合面に溝又は凹部を
   有することを特徴とするフィルムキャリア型半導体装置
   の製造方法。
2. （２）前記ボンディングツールの圧着面は、平坦である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルムキャリア型
   半導体装置の製造方法。
3. （３）前記ボンディングツールの圧着面は、前記フィル
   ムキャリアテープの先端部側から基端部側に向けてフィ
   ルムキャリアテープから離隔する方向に傾斜しているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のフィルムキャリア型半
   導体装置の製造方法。