JPH05283474A - 半導体チップ・パッケージの形成方法およびそのためのチップ・ボンディング・テープ - Google Patents

半導体チップ・パッケージの形成方法およびそのためのチップ・ボンディング・テープ

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JPH05283474A
JPH05283474A JP4211932A JP21193292A JPH05283474A JP H05283474 A JPH05283474 A JP H05283474A JP 4211932 A JP4211932 A JP 4211932A JP 21193292 A JP21193292 A JP 21193292A JP H05283474 A JPH05283474 A JP H05283474A
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ロドニー・トレバー・ホジソン
Harry J Jones
ハリー・ジョーダン・ジョーンズ
Peter G Ledermann
ピーター・ジエラルド・レダーマン
Timothy C Reiley
チモシー・クラーク・レイリー
Paul A Moskowitz
ポール・アンドリュー・モスコウイッツ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チツプ中央部のパツドに対してもビーム・リ
ード接続を簡単確実に行うことができるチツプ・パツケ
ージ形成技術およびそのためのボンデイング・テープを
提供すること。 【構成】 ボンデイング・テープ（図１の１１０）はチ
ツプの導電パツドと対応する位置にそれぞれ個別の複数
の開孔（１５）を有する絶縁フイルム（１０７）と、こ
の絶縁フイルム上に形成された複数の導電性ビーム・リ
ード（１３、１０３）とを有する。各ビーム・リードは
開孔（１５）内に、ボール状ボンデイング接点を有す
る。ボンデイング・テープは、チツプに対して位置合せ
され、ボンデイング接点をチツプ・パツドに結合する。
ビーム・リードはチツプ上の一対の導電パツドを接続
する橋絡ビーム・リード（８８）を含み、また、チツプ
の周辺部領域の導電パツドに接続るビーム・リード（１
３）および内部領域の導電パツドに接続するビーム・リ
ード（１０３）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体チップ・パッケー
ジ技術に関し、さらに具体的には、ボール状ボンディン
グ接点を有するボンディング・テープを用いてテープ自
動ボンディング（ＴＡＢ）によりチップ・パッケージを
形成する方法およびこのようなチップ・ボンディング・
テープに関する。
【０００２】
【従来の技術】テープ自動ボンディング ２０〜３０年前、非常に一般的な形式の半導体チップの
パッケージはフライ・ワイヤ・リードによるパッケージ
からの接続を必要とした。このフライ・ワイヤ・リード
は、パッケージ基板の表面上のパッドから、パッケージ
で支持されるチップの上のパッドへと延びるように取り
付けられている。フライ・ワイヤ・リードは、デュアル
・インフライ・パッケージ（ＤＩＰ）等のワイヤ・ボン
ディング・パッケージの外部接続ピンを使って、電子シ
ステムにチップを電気的に接続するために用いられた。
それらのピンは、ワイヤ・ボンディング・パッケージが
配される回路板の接続部に挿入される。フライ・ワイヤ
・リードでチップ上のパッドとワイヤ・ボンディング・
パッケージ内のリードフレーム上のパッドとの間を接続
するには精巧なワイヤ・ボンディング工程が必要であ
る。ワイヤ・ボンディング・パッケージに用いられるフ
ライ・ワイヤ・リードはもろく、またフライ・ワイヤ・
リードとチップとパッケージとの間の接合ももろい。フ
ライ・ワイヤ・リードの直径は、約０．０２５〜０．０
５０ｍｍである。さらに、フライ・ワイヤ・リードは、
チップ上方に高く延びており、個々のフライ・ワイヤ・
リードの個別処理手順により、さらには各フライ・ワイ
ヤの両端に対するボンディング手順により、フライ・ワ
イヤ・リードが取り付けられる各２点の間に個別に付着
しなければならない。今では、パッケージは、もっと少
ない製造工程ですみ、もっと簡単で信頼性のある一層コ
ンパクトな種々の構造を使用するまでに進歩した。
【０００３】現在の超ＬＳＩ（ＶＩＳＩ）電子パッケー
ジ・システムでは、パッケージとチップ上のパッドの間
を接続するためフライ・ワイヤ・リードを使用する手法
は、実用的な手法ではない。なぜならば、チップ上の回
路密度が増大し、パッドが一層小さくなり、さらに１チ
ップ当たりの接合すべきワイヤ数が増大し、このため、
ワイヤを互いに一層接近させなければならないからであ
る。チップ上のパッドのピッチとは、パッドの中心相互
間の距離である。ワイヤ・ボンディングは２５ミクロン
（１ミル）のワイヤで行うことができるが、実用的な間
隔の限度は、５ミルのピッチを有する約２ミルのパッド
のワイヤ・ボンディングである。そのような小寸法の場
合では、ボンディング工具が隣接する接合またはワイヤ
を損傷しやすいという問題が招来される。
【０００４】テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）はほぼ
２０年前に開発されたものである。このボンディングで
は薄くて短いリードがテープにより位置固定され、この
リードがテープ周縁部からチップ上のリード接合部の真
上まで延びるようになっている。ＴＡＢでは、ビーム・
リードは、チップの周縁部にあるチップ・パッドを越え
て、それらを熱圧着によって接合できる位置へと延び
る。リードのすべてはサーモード（thermode）、すなわ
ち、加熱されたプラテンを高温に加熱する単一ステップ
動作で接合される。熱いサーモード工具が、リードの端
部に圧力をかけて、リード端部をチップ上の、リードの
下にあるパッドに接合する。必要なのは、パッドとリー
ドとを位置合わせすることと、リードの機械的および電
気的保全性に悪影響を及ぼさずにパッケージのリードが
パッドと接触できるようにすることだけである。エレク
トロニクス（Electronics）誌、１９７５年１２月２５
日、ｐｐ.６１−６８に所載のライマン（Lyman）の論文
「特別報告：ＩＣ大量生産におけるフィルム・キャリア
のスター（Special Report: Film Carriers star inHig
h-Volume IC Production）」を参照されたい。その６４
ページの第２欄には、熱圧着機のサーモード温度は、ド
ウエル時間０．２５秒、接合力１．２５ｋｇのとき、５
５０℃と記載されている。接合工程の温度範囲は、３０
０℃から７００℃の間であることに留意されたい。セミ
コンダクタ・インターナショナル（Semiconductor Inte
rnational）誌、１９７９年４月号、ｐｐ．２５−３０
に所載のＣ．Ｄ．バーンズ（Burms）の論文「テープ・
ボンディングにおける傾向（Trends in Tape Bondin
g）」にはＴＡＢのその後の発展が記載されている。Ｔ
ＡＢ部品の一般的なパッド・ピッチは８ミルであるが、
市販品には４ミルのものもある。
【０００５】従来、わずかな端位置合せを許容し、接合
面積を減少させ、熱圧着に必要なサーモード設計の複雑
性を低減し、リードとパッドとを接合するのに必要な曲
げ力を減少させ、所期の位置においてのみ電気的接触を
確保するため、バンプの形で上方（外方）に延びるメタ
ライゼーションを、パッドの上またはリードの先端の上
に載せることが提案されてきた。まず、電子デバイス上
でそのようなバンプの形成に関して、マスクの塗布や除
去等の広範な処理工程を必要とする。被着工程またはエ
ッチ工程を使用しなければならない。さらに、チップ上
でのバンプの形成に化学めっき（または化学エッチン
グ）を用いるときには、チップに化学的処理を施すこと
が必要なことがあり、このためチップの表面に望ましく
ない残留物が残って腐食を起こす恐れがある。インシュ
レーション／サーキット（Insulation Circuit）、第２
５巻、第１０号（１９７９）、ｐｐ．６５−６６に所載
のＪ．サロ（Sallo）の論文「自動ギャング・ボンディ
ング用のバンプ・ビーム・テープ（Bumped-Beam Tape f
or Automatic Gang Bonding）」は、バンプをＴＡＢ構
造に付着するのが困難であることを明らかにしている。
従って、電子デバイスのパッドと共にめっきされたまた
はエッチングされたバンプを使用する必要がない、パッ
ケージングを実現できる、構造および工程を含むシステ
ムが必要とされている。
【０００６】テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）は、チ
ップの入出力パッドに対する銅テープ・ビームの内部リ
ード・ボンディング（ＩＬＢ）を容易にするため、バン
プ・チップ、またはバンプ・テープを使うことが必要で
ある。バンプを付加するためにチップ・ウエハを処理す
るとＴＡＢ工程の費用が増加し、チップ・ウエハ、特に
傷つきやすいＣＭＯＳ回路用のチップ・ウエハを損傷す
る危険がある。市販の電気付着およびエッチングされた
バンプ・テープは、それに代わる１つの方法である。し
かし、そのようなバンプ・テープのビーム端におけるバ
ンプは、機械的に硬く、そのためにボンディング工程中
に力が加えられたとき、入出力パッドが損傷したりチッ
プにひびが入ったりしかねない。市販のバンプ・ペリメ
ータ・テープは、二重フォトレジスト処理およびそれに
関連する位置合せが必要なので、プレーナ・テープより
も高価である。
【０００７】電子デバイス上にバンプを配置するための
別の手法は、ＴＡＢリード上にバンプ構造を作ることで
る。これは、テープの両端がフォトリトグラフィで処理
される単層（全て金属）ＴＡＢテープについて具体化さ
れた。単層テープは、比較的少ないリード（入出力）を
有するチップだけにその使用を限定する固有の要因があ
る。さらに、全ての金属テープは、デバイスを次のレベ
ルのパッケージに装着する前にはテストすることができ
ない。従って、テスト可能な構成で高度な入出力デバイ
スに対してＴＡＢをより望ましい形で適用するには、２
層または３層テープ上にバンプを形成する手段が必要で
ある。なぜならば、この種のテープは多くの入出力と互
換性があるからである。以下に説明するように、２層ま
たは３層テープに対するこのバンプ工程は困難である。
【０００８】２層または３層バンプ・テープは、片面ま
たは両面を金属膜で被覆しポリマー膜を使用することに
よって作られてきた。二重フォトリトグラフィが必要な
ために位置合せおよび処理費用上の問題がある上に、ポ
リマー層に孔を形成する必要もあるため、２層または３
層のテープからバンプ・テープを経済的に作るのは困難
である。多数の入出力接続を供給する能力を備えたＴＡ
Ｂ製品を製造するには、メタライゼーション用のポリマ
ー支持層が必要なため、２層または３層テープを使用し
なければならない。
【０００９】「半導体ダイにリードを接合するためのテ
スト可能テープおよびそれを製造するための工程（Test
able Tape for Bonding Leads to Semiconductor tor D
ie and Process for Manufacturing Same）」と題する
バーバー（Barber）の米国特許第４５１００１７号は、
その図２に、好ましくは銅リード、最適には金またはス
ズでめっきされた銅リードを含む、バンプ・テープ・リ
ードを示している。この特許は、通常の工程を用いたＴ
ＡＢテープ製造のいくつかの問題を論じ、テスト可能な
バンプ・テープを形成する方法を教示している。
【００１０】ソリッド・ステート・テクノロジー「（So
lid State Technology）」、第２２巻、第３号、（１９
７９）に所載のＫ．ハヤカワ（Hayakawa）等の論文「膜
キャリア組立工程（Film Carrier Assembly Proces
s）」は、バンプが独立した基板上に被覆され、後で電
子デバイスに接合するためにテープ上に転写されるよう
にした、バンプ・テープの変形を記載している。
【００１１】「バンプ・ビーム・テープを製造する方法
（Method of Making Bumped-Beam Tape）」と題するベ
ーカーマンズ（Bakermans）の米国特許第４３９６４５
７号は、バンプ・ビーム・テープと、バンプをテープ上
に載置する問題について論じている。その特許に記載さ
れている解決策は、ＴＡＢテープに微小浮彫りを施し
て、ＴＡＢテープにバンプを形成するものである。この
テープは、ビームを形成する回路パターンを形成するた
めにエッチされる、ポリイミド樹脂膜で被覆した、また
は被覆のない銅箔から成る。このテープは、製造システ
ム中でテープを先送りするための多数のせん孔された位
置合せ孔、すなわちスプロケット・ホールを有する。ベ
ーカーマンズの特許の図６は、バンプ・ビーム・テープ
を製造する方法を示し、テープのポリイミド樹脂が銅の
上に形成され、次に、ポリイミド樹脂がエッチされて、
パーソナリティ・ホールを形成する。しかし、接着層は
必要とされない。ベーカーマンズの特許の図７では、銅
の単一層のみが必要とされる。ベーカーマンズによれ
ば、バンプは次の２つの工程のどちらかによってビーム
上に形成される。（１）ポリイミド樹脂に一組の大きな
パーソナリティ・ホールをせん孔し、金属層にバンプお
よびビームが形成されるようにする。（２）銅箔でポリ
イミド樹脂を覆う。（３）銅をせん孔してバンプを形成
する。（４）不要な銅をエッチングで除去して、端部に
バンプを有するビームを形成する。（５）ビームを金め
っきする。
【００１２】２番目の工程は、異なる一組のステップを
含む。（１）ポリイミド樹脂に一組の大きなパーソナリ
ティ・ホールをせん孔し、金属層にバンプおよびビーム
が形成されるようにする。（２）銅箔でポリイミド樹脂
を覆う。（３）銅をエッチしてビームを形成する。
（４）各ビームに端部をせん孔してバンプを形成する。
（５）ビームを金または他の貴金属でめっきする。ベー
カーマンズのバンプは片面だけであり、せん孔される部
分がくぼんでいることが明らかである。ベーカーマンズ
のせん孔バンプ工程または前記バーバーのバンプ・テー
プでは、バンプはビームの上方および下方には延びな
い。
【００１３】また、バンプおよびパッドは、熱圧着によ
り接合を形成するとき最良の変形をもたらすように等し
い硬度を有することが好ましい。ほとんどの従来技術で
は、チップに接合される金属構造間で硬度が等しくな
い。生産されている大部分のＴＡＢコンポーネントはバ
ンプ・チップを使用するが、その製造には湿式化学処理
によってウエハの歩どまりが下がり費用のかかる手順が
含まれる。さらに、デバイスの金属部に対するバンプの
接着力が弱い場合が多い。さらに、化学処理によって形
成されるバンプの寸法および形状が不規則によるという
問題がある。さらに、通常では金から成る、めっきされ
たバンプの硬度を低下させるため、バンプをアニールす
ることが慣例であるが、それには、チップを高温サイク
ルにさらすことが必要である。
【００１４】ボール・テープについて 本発明に従ってチップ上のパッドへのボンディングに適
合した、ボール形の端部形状の導電性リードを備えたポ
リマー・テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）テープを、
本明細書ではボール・テープと呼ぶ。この金属ポリマー
複合構造も、柔軟な回路板構造を有するプリント基板で
あるＭＬＣ等の多層回路基板を作るために使用すること
ができる。
【００１５】１９８４年９月９日に公告されたオークレ
ー（Oakley）等の「半導体デバイスへのリードのボンデ
ィング（Bonding leads to Semiconductor Device）」
と題するヨーロッパ特許出願公告第０１１７３４８号
は、「１行のフィンガーを横切ってビームを走査し....
１フィンガー当たり１つのパルスを使って銅テープ上に
バンプ」を形成することを示している（図５および明細
書６ページ９〜１３行）。この出願は、４ページの８行
目から１６行目に「リードを半導体回路デバイスに接続
するバンプ・テープ自動ボンディング工程で使用するた
めの、テープの導電性リードの自由端に接続バンプを形
成する方法は、レーザ・ビームによってテープ上のリー
ドの自由端を加熱してリードの端部を溶融させ、表面張
力が各リードの液相端を強制的にボールに形成して、ボ
ンディング・バンプを構成するようにすることを含む」
ことを教示している。６ページの４行目から８行目で
は、この出願は、「レーザ・ビームの焦点は、リードま
たはフィンガーの表面、またはその近くになければなら
ない。材料によっては、不活性ガスが必要なこともあ
る。」と述べている。
【００１６】汎用チップ相互接続パッケージ 従来、適当な修理技術がなかったために、修理不能な欠
陥を有する多層基板パッケージは廃棄されてきた。その
理由には、内部欠陥がアクセスできないことや、設計変
更（ＥＣ）パッドの数が不十分なことがある。そのよう
な基板は一般に、多層セラミック（ＭＬＣ）の接合のよ
うにフリップチップはんだ装着用に設計され、あるいは
ワイヤ・ボンディング・チップを含むプラスチック・パ
ッケージ専用に設計される。一方のタイプのチップの代
わりにもう一方を使うことはできなかった。チャンス
（Chance）等の「数個の等間垂で隔置された橋絡コネク
タを備えた、埋込み設計変更線を有するチップ・キャリ
ア（Chip Carrier With Embedded Engineering Change
Lines With Seveval Periodically Spaced BridgingCon
nectors）」と題する米国特許第４４８９３６４号は、
過去に設計変更の問題を扱った唯一の例である。
【００１７】その他の関連の刊行物 ニッケイ・エレクトロニクス・マイクロデバイス（Nikk
ei Electronics Microdevices）、１９８４年６月１１
日号に所載のＭ．スワ（Suwa）等の「次世代ＶＬＳＩＳ
のニッケイ・スペシャル１アセンブリ、金線と同様に確
実に接続するためのアルミニウム・ボール・ボンディン
グ（Nikkei Special 1 Assembly of theNext Generatio
n VLSIS, Aluminum Ball Bonding to Connectas Secure
lyas GoldWives）」と題する論文は、ＩＣチップに対す
るフライ・ワイヤ・リードの従来のワイヤ・ボンディン
グに使用されるフライ・ワイヤ・リードの端部にボール
を形成することを記載している。このことは、スワ等が
示すように、周知である。Ａｌボールは、「水素を含む
アルゴン雰囲気中で大電力をアルミニウム線に付与する
ことにより値ちに」形成される。その雰囲気はフォーミ
ング・ガスを含む。使用される技術はまた、少なくとも
１アンペアの電流で、１ミリ秒以内の間、１０００Ｖの
高電圧を使用する必要があった。ＴＡＢと関連した工程
の使用またはレーザを使ったボールの形成については示
唆されていない。
【００１８】５ページで「レーザ・ビーム、マイクロプ
ラズマ・トーチ、または短絡放電を使用することによ
り、アルミニウム線の先端にボールを出現させることを
多数の研究者が試みてきた....しかし、金のボールに匹
敵するボールはどこにも形成できなかった。」と記載さ
れている。
【００１９】ＩＥＥＥ、ｐｐ．１１６−１２１（１９８
５）に所載のＪ．ヒロタ（Hirota）、Ｋ．マチダ（Mach
ida）、Ｔ．オクダ（Okuda）、Ｍ．シモトマイ（Shimot
omai）、およびＲ．カワナカ（Kawanaka）の「プラスチ
ック形成半導体パッケージ用の銅ワイヤ・ボンディング
の開発（The Development of Copper Wine Bonding for
Plastic Molded Semiconduct or Packages）」と題す
る論文は、プラスチックをベースとするパッケージに対
する半導体の金線ボンディングを銅線ボンディングで置
き換えることを論じている。ＴＡＢとは全く関係がない
この論文は、シールド・ガスを含む雰囲気を有するチャ
ンバ内に置いた線の端部にレーザ・ビームを当てること
により、Ａｌ、ＣｕまたはＡｇ線の端部にボールを形成
するための装置の概略図を示している（１１６ペー
ジ）。１１ページの第１欄の「ボール・ボンディング技
術」の所には、銅ボールは金よりもわずかに硬く、Ｓｉ
チップを損傷しないように銅をもっと柔らかくすること
が課題である」と記載されている。チップ上で使用され
るパッドは、アルミニウム・パッドである。この論文の
図１に酸素検出器が示され、酸素含有量を記載した図３
にアルゴンが使用されていることに留意されたい。低酸
素の接合、銅ボールが滑らかになることが示されてい
る。還元性雰囲気の存在は示されていない。
【００２０】チャンス等の米国特許第３６１４８３２号
は、その図７に、導電性リード２０を基板１１上のラン
ド１３に接合するためリード２０を担持するポリイミド
樹脂転写紙１９（第５欄、第４５行から第５１行）の背
面にレーザ・ビームを通すことを示している。リードは
チップ１５上の接点１７に接続されている。ボンディン
グの前にリードの端部にボールを形成することは全く示
唆されていない。さらに、このデカルコマニア配線構造
は、ＴＡＢ構造とは大幅に異なっている。
【００２１】サトウ（Sato）等の米国特許第４１８８６
３６号は、ＴＡＢパッケージ構造上のビーム・リード上
ではなく半導体チップ上にバンプが形成される構造を記
載している。
【００２２】タカオカ（Takaoka）等の米国特許第３４
６３８９３号「レーザ・ビームを用いた溶接装置（Weld
eng Device Using Laser Beams）」は、レーザ・ビーム
によって溶接されるワイヤ電極の端部をボールの形状に
することができることを示している（その２Ａおよび図
２Ｂ）。この特許は、「この構造では、電極表面に接触
したときその長さが変化しないように、図２Ａに示すよ
うにリード線４の先端をノズルのセンター・ホールの口
径よりも大きな直径のボールに形成することが望まし
い....」と記載している（第３欄の６０行目から６５行
目）。
【００２３】アルデゾネ（Ardezzone）の米国特許第３
９３４０７３号「小型回路接続およびパッケージ技術
（Miniature Circuit Connection and Packaging Techn
iques）」は、図５に、ガラス・ブロック１４を通して
高エネルギーを放射して、予形成品リード端１１ｂおよ
び１１ｃに半導体デバイスのパッド２３ｂを接合するこ
とを示している。ビームはレーザ・ビームであることが
好ましい（第６欄の２６行目から第７欄の１２行目）。
【００２４】米国特許第４５１００１７号は、バンプ・
ビーム・テープおよびＴＡＢについて論じている背景特
許である。そこでは、リード１４は、その内部リード端
にバンプ１８がめっきされている。リード１４は銅で形
成されており、はんだ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＳｎまたはＡｕか
ら成るバンプでめっきされている。金およびニッケルの
バンプは、アニールしない限り硬い。そのような硬いバ
ンプはテープを損傷する恐れがある。スズまたははんだ
のバンプはシェルフ寿命が限られているという問題を有
する。第２に、それらは寸法が不均一である。第３に、
それらは正確なマスク位置合せを必要とする。第４に、
バンプは下方に延びるが、上方には伸びない。第５に、
バンプをめっきするのは費用がかかる。第６に、めっき
浴は清浄な表面を作りそうにない。銅層が３のバンプの
形成とエッチングは、どちらのステップを先にして行う
こともできる。
【００２５】硬い金のバンプは熱圧着によって容易に変
形されず接合の信頼性が低くなる。そのため、硬い金の
バンプを柔らかくするためにアニールすることは当技術
では、常套手段である。しかし、金のバンプをアニール
するためにレーザを使用することに関する報告は、公表
された文献には出ていない。チップまたはビーム上に硬
いバンプができる問題は、リードの総数が増大して、チ
ップにいっそう大きな力がかかるようになる場合、深刻
になる。従って、形状の不規則性や平坦性の欠如によ
り、局部的に過大な負荷が加わる可能性がある。過去に
おいて、当業者は、「硬い」金めっきされたバンプが、
シリコン・チップを損傷する恐れがあることに気づいて
いた。ワイヤ・ボンディング手順を使ってチップ・パッ
ドにステッチされたフライ・ワイヤ・ボンディング用の
ボールを形成するため、金線を加熱することは、半導体
チップ・パッケージ業界では通常の常套手段である。し
かし、オークレー（Oakley）等が教示するように、ＴＡ
Ｂボンディングにおいてリードの先端上のボールを使用
することは比較的新しい手順である。その代わりに、バ
ンプ・テープまたはバンプ・チップが、チップ・パッド
をＴＡＢリードに接続するために使用されてきた。しか
し、バンプ・テープは、チップで満足に使用できる十分
に柔軟な材料をもたらさない。硬いバンプはチップを損
傷する恐れがある。バンプ・テープは、熱圧着で使用さ
れる「サーモード」と呼ばれる加熱されたプラテン（鉄
等の）によって加熱される。別の方法として、いわゆる
「バンプ・チップ」を使用することができるが、チップ
のパッド上にバンプを形成するためにチップを有害なめ
っき浴等にさらす工程が必要である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】この発明はチップ周辺
部のパッドのみでなく、中央部のパッドに対しても、信
頼性のあるビーム・リード接続を行なうことができる、
ＴＡＢを利用したチップ・パッケージ形成技術を提供す
ることを目的としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ボール状ボン
ディング接点が形成されたビーム・リードを有するボン
ディング・テープを用いて半導体チップ・パッケージを
形成する。ボンディング・テープ（例えば、図１の１１
０）はチップの導電パッドと対応する位置にそれぞれ個
別の複数の開孔（例えば、図１の１５）を有する絶縁フ
ィルム（１０７）と、この絶縁フィルム上に形成された
複数の導電性ビーム・リード（例えば、１３、１０３）
とを有する。各ビーム・リードの一端はそれぞれの対応
する開孔（１５）内へ延び且つその開孔内に、絶縁フィ
ルムの厚さよりも大きなボール状ボンディング接点（図
３または図４のボール９に相当する）を有する。ボンデ
ィング・テープは、ボンディング接点がチップの導電パ
ッドと整合するように、チップに対して位置合せされ、
ボンディング接点をチップの導電パッドに結合する。ビ
ーム・リードはチップ上の一対の導電パッドを接続する
ための橋絡ビーム・リード（例えば、図１の８８）を含
むことができ、また、チップの周辺部領域の導電パッド
に接続するためのビーム・リード（１３）および内部領
域の導電パッドに接続するためのビーム・リード（１０
３）を含むことができる。
【００２８】以下この発明について詳細に説明する。本
発明による方法では、アーク法（レーザ法でもよい）に
よってボール・テープを作るため、かかるボールをＴＡ
Ｂリードの端部に形成する。かかるボールを形成するた
めに使用される一つの方法は、フォーミング・ガス（１
０％の水素を含むアルゴンガスまたは窒素ガス、４％の
水素を含む窒素ガス）等の還元性雰囲気中で、アークに
よってボールが形成される付近の温度まで金属ビームを
加熱することである。還元性雰囲気は、ボールに形成中
のリードから酸素を除去するため、またはボールの酸化
を回避するため使用される。この方法によれば、硬い金
属バンプと対照的に、柔らかい銅のボールが形成され
る。この銅は、加工硬化または微粒子化（めっきされた
材料では普通のことであるが）されていないので、ある
形態の銅よりも柔らかい。さらに、フォーミング・ガス
中で行われるボール・テープ工程では、表面を清浄で酸
素を含まない状態になる。この表面は、めっきまたは直
接ボンディングにとって秀れている。また、ボール・テ
ープは柔らかい。せん孔されたバンプ（上記ベーカーマ
ンズの特許第４３９６４５７号参照）は、始め硬く、さ
らにせん孔工程により加工硬化できる材料から作られて
いる。
【００２９】エリア・テープ バンプ・エリア・テープは、チップの周縁部にあるパッ
ド上のリードへの接続を行ったり、チップの内部の領域
間の接続を行ったりするためのもので、設計変更用フラ
イ・ワイヤを用いる必要なしに、チップ内部のパッドに
接続をもたらすために望ましい。エリア・テープでは、
ボールがビームの厚さを越えて上方および下方に突出す
るのに十分な直径を有する。導電性ビームを支持する
（ポリマー、すなわち、ポリイミド樹脂の）基板中の開
口内にボールが形成されたＴＡＢテープの場合は、ボー
ルは基板の両面の上方および下方に延びる。
【００３０】ポリイミド樹脂テープ上の所定領域の中央
にあるテープ配線は、ポリイミド樹脂の部分のうち、ボ
ールが形成される部分をまず除去した後で、ボールにす
ることができる。レーザ加工の経験によれば、本発明の
独自の利点は、レーザで形成された構造が均一性で再現
性があることである。プラスチックおよびセラミックの
エッチングおよびはんだづけにレーザを使用することに
関する研究は、レーザを用いて均一な結果を得ることが
困難なことを示している。このことは通常、加工される
部分の表面特性の違いによるもので、またレーザの強度
の不可避的な変動にもよるものである。この方法は、以
下に説明するように、かかる強度変動の問題を克服する
ことができる。
【００３１】ボール・テープ法は、バンプ・チップを必
要としない柔らかく、均一なバンプを実現する。また、
ボール・テープ製造法は、バンプ・テープを製造するの
に必要な困難な二重位置合せ工程を必要としない。バン
プ銅、ポリイミド樹脂テープならびにエリア・バンプ・
テープは、ボール・テープ法によって実現される。
【００３２】我々が精通しているレーザ製造および加工
法では、レーザ出力または供給される全エネルギーのど
ちらか一方が狭い範囲内に入ることがしばしば必要であ
る。本発明のボール・テープＴＡＢ法では、最小のレー
ザ出力閾値に到達すれば、かかるパラメータの影響を受
けないという利点がある。この方法は自己制限的性格を
もつため（ビーム金属は溶融するとボール形成すべくレ
ーザ照射位置から自然と後退し、その後レーザ照射の影
響を受けない）、蒸発が生じる異常に大きな出力密度以
下のレーザ出力を過度に照射しておく必要がなく、その
ためその影響を受けない。また、形成される構造の均一
性は、形成すべきＴＡＢビームの線形寸法に比較的無関
係である。なぜならば、形成されるボールの直径は、線
形寸法の立法根として変化するので、例えば、ビームの
厚さが１０．０％に変化しても、ボールの直径はわずか
３．２％変化するだけである。
【００３３】同時に、銅の融点は１０８３℃であり、ポ
リイミド樹脂は４５０℃で炭化し始める可能性があると
はいえ、銅ビームに付着されたポリイミド樹脂膜には、
レーザまたはアーク法によって溶融されたビームの端部
から１．０ｍｍ（０．０４０インチ）未満の位置に損傷
が認められないことは重要である。レーザ法の自己制限
的性質は、工程を完了するために必要な時間を制限する
役割を演じ、従って、全エネルギー転送を、工程を完了
するために必要な量に制限する。
【００３４】ＴＡＢパッケージによって作られる、ビー
ムの端部にボールを有する柔らかい球状バンプ（以後ボ
ール・テープと呼ぶ）により、２つの点で改善が図られ
る。ボール・テープ・バンプは柔らかいので、チップ上
の壊れやすい薄膜構造を損傷する危険なしにボンディン
グが可能であり、延性のある接合ができるため、接合に
応力がかかったとき、接合の寿命を延ばすことができ
る。ポリイミド樹脂構造の上方および下方へボール・テ
ープ・バンプを延長すると、図１に示し、以下に説明す
るように、周縁配列ＴＡＢに集中する現在の慣行とは異
なり、負荷がサーモード上の小さなバンプのみにかかる
パーソナライズされたサーモードを必要とせずに、エリ
ア・テープＴＡＢが可能になることを発見した。このパ
ーソナライズされたサーモード手法は、隣接するポリマ
ー材料を焦がすことを避けるために非常に慎重な位置合
せが必要であり、サーモードの費用および独自性が増
す。ポリマー基板の上方および下方に延びるＴＡＢバン
プの場合、平坦なパーソナライズされていないサーモー
ドを使用することができる。
【００３５】バンプ・テープが硬いビーム端部を有する
のに対し、ビーム端部が柔らかい銅でできている点で、
ボール・テープはバンプ・テープと異なる。この柔軟化
は、主として、ボール形成工程で生じる粒子の粗大化に
よるものである。粒子の成長に必要な温度は、ポリマー
・キャリアがさらされる最高温度を十分に上回るので、
このことはこの方法の独自な属性である。ボール・テー
プのビームは、より柔らかいボールを除いて、硬い銅な
どの金属製とすることが好ましい。このことは、処理の
間適正な位置を維持するのに役立つ。ビーム端部の柔ら
かい球状ボールは、柔らかいアルミニウム入出力パッド
を貫通したり、またはパッシベーション層等のデバイス
構造のもろい要素にひびを入れたりする危険なしに、熱
圧着工程中に圧縮することができる。ボール・テープ
は、標準のプレーナ・テープの安価な１段階修正により
製造することができる。
【００３６】ボンディング・テープ・オーバレイ（１１
０、図１）は、チップ（１１２）上のエリア接続と結合
されたＴＡＢボンディングをもたらす。テープ（１１
０）は絶縁性材料のフィルム基板（１０７）を含み、ま
た少なくとも１本の金属テープ・ビーム・リード（１
３）と、各端部にボール・テープのボール（９）を有す
る少なくとも１本の橋絡ビーム・リード（８８）を担持
する。フィルム基板（１０７）には縁部（８９）が設け
られている。基板（１０７）内の複数の開孔（１５）が
チップ（１１２）上のパッドと位置合せされる。フィル
ム基板（１０７）は、ビーム・リード（１３）の一部分
が開孔（１５）内に延びるように、ビーム・リード（１
３）を支持し、ボールはチップ（１２）上のパッドに接
合されている。ビーム・リード（１３）はフィルム基板
（１０７）の縁部（８９）を越えて延びている。導体パ
ッドの一つが、ボール（９）と位置合せされる。橋絡ビ
ーム・リード（８８）はその各端部のボール（９）で成
端し、開孔（１５）を通ってチップ（１１２）上の一対
のパッドに接合される。
【００３７】ボール・テープ構造 集積回路のパッドに導電性の金属テープ・ビーム・リー
ドをテープ自動ボンディングするのに使用されるテープ
は、いくつかの特徴を備えている。基板は、貫通する開
口によって画定される複数のフレームを備える高分子材
料の膜から成るキャリアを有する。キャリアは、複数の
ビーム・リードの各々の一部分が開口の一部分を横切っ
て延びるように、複数のビーム・リードを支持する。ビ
ーム・リードは、フレームを通って高分子材料の上方お
よび下方に延びる固体の、金属性導電性ボールとなって
成端する。
【００３８】ボールは、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ
を含むはんだおよびＩｎを含むはんだのうちから選択さ
れた金属の接合可能な膜で被覆される。
【００３９】本発明によれば、自動ボンディング材料を
製造するための方法は、第１および第２の表面を有する
ポリマー・テープを設計することを含み、このポリマー
・テープは一方の表面に金属導体ビームの形のリードを
担持する。金属導体ビームは、端子端部を備える。アー
クが金属導体ビームの端子端部に当たると、端子端部に
ボールが形成される。
【００４０】さらに、本発明によれば、テープ自動ボン
ディング材料を製造するための方法は、第１および第２
の表面を有するポリマー・テープを設けることを含み、
このポリマー・テープは少なくとも一方の表面に金属導
体ビームの形のリードを担持する。金属導体ビームは端
子端部を備える。ビームは、集束エネルギーによって金
属導体ビームを加熱する前に端子端部付近の断面積がよ
り小さくなっている。金属導体ビームの端子端部に集束
エネルギーを当てると、端子端部にボールが形成され
る。
【００４１】金属導体の端子端部にボールを形成するた
め、還元性ガス雰囲気の存在下で金属導体ビームの端子
端部にエネルギーを当てる工程により、集束エネルギー
源を当てることが好ましい。もう１つの好ましい特徴
は、集束エネルギーがレーザ・ビームから成ることであ
る。好ましい実施例のもう１つの態様は、金属導体の端
子端部でアークを確保する工程により、アークによっ
て、集束エネルギーを当てることである。金属導体の端
子端部にボールを形成するため、不活性ガスまたは還元
性ガス雰囲気の存在下でエネルギーを当てることもまた
好ましい。
【００４２】アークは、金属導体の端部とアーク源を接
続する磁界線を有する磁界の存在下で、金属導体の端子
端部に当てることが好ましい。
【００４３】ボールは、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ
のはんだおよびＩｎのはんだのうちから選択された金属
で被覆することが好ましい。
【００４４】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図２および図３において、ＬＳＩ回路チップ１２が、ポ
リマー基板７から成るパッケージ・テープによって支持
されている。ポリマー基板７は好ましくは金属の膜で被
覆されたポリイミド樹脂のフィルムから成り、この金属
膜から導電性ビーム１３が形成されている。テープ１０
は、テープ１０の基板７の下にチップ１２がある状態で
示してある。本発明に基づくチップ１２上でのパッドに
接合するのに適した内側リード・ボンディング（ＩＬ
Ｂ）ボール９となって成端する導電性リードを備えた、
ポリマー・テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）テープ１
０を、本明細書ではボール・テープと呼ぶ。ボール・テ
ープ１０は、ポリイミド樹脂のフィルムを含む基板７を
備え、このポリイミド樹脂フィルムの上で部分的に導体
ビーム１３の形となった銅のパターンが接合される。ビ
ーム１３はチップ１２を取り囲んでいる状態で示されて
いる。テープ１０は３５ｍｍ幅のテープの形状をしてお
り、３５ｍｍ写真フィルムと同様の構造をしている。テ
ープ１０には、テープ１０をリールに巻き取り、リール
から繰り出し、テープ１０を送るためのスプロケット・
ホール１１がついている。従って基板７上の導体ビーム
１３の金属パターンは、テープ１０上の導電性ビーム・
リード１３の柔らかい銅の球状端部９をチップ１２上の
アルミニウム（または被覆されたアルミニウム）の導体
パッド２１にＴＡＢ（テープ自動ボンディング）するた
めの機械と正しく位置合せされた位置に送られる。従っ
て、ボール９は、導体パッド２１を基板１０上に支持さ
れたボール・テープ・ビーム・リード１３に接続する。
ボール９をチップ１２上のパッド２１に熱圧着するた
め、リード１３は、チップ１２に隣接するビーム・リー
ド１３の内側リード・ボンディング（ＩＬＢ）端部（２
１で示す位置）まで延びている。テープ１０は、（チッ
プを枠付けするために位置合せされた）正方形の窓１４
をその中に有し、リード１３のＩＬＢ端子端部上のボー
ル９は、窓１４を越えて下方に延び、下側のチップ１２
上のパッド２１に達して、それに接続される。リード１
３の他端は、リード１３の両端がパッケージ・チップ・
キャリアまたは基板（図示せず）に接合できるように、
テープ１０の窓１６、１７、１８および１９を越えて延
びる、ビームの外側リード・ボンディング（ＯＬＢ）端
部２０である。通常リード１３のＯＬＢ端部２０は、そ
れを曲げて、はんだ接合等でチップ・キャリアに接合で
きるように、窓１６〜１９の所でテープ１０から切断さ
れる。
【００４５】図１は、チップ１１２（テープがチップを
覆うので、破線で示す）に接合されるエリア・テープす
なわちチップ・ボンディング・テープ１１０を示す。エ
リア・テープ１１０は、チップ１１２上の種々のパッド
をボール・テープ接合で接続するようになっている。こ
の接続にはビーム１３からポリマー基板１０７内の開孔
１５を介して、チップ１１２の周縁部にあるパッド２８
（これは通常のＴＡＢ接続と同様である）への接続と、
チップの内部にあるパッドへの接続の２つがある。エリ
ア・テープ１１０は、ボール・テープのボール９で成端
する新しい橋絡ビーム８８を用いて、チップ１１２を横
切って、かつ、チップ１１２上の２つのＩＬＢパッドの
間を橋絡して接続が行えるようにしている。これにより
フライ・ワイヤ接続を使用せずに、設計変更を行える。
エリア・テープ１１０は、キャリア・テープから（図６
に示し、それを関連して以下に説明するように）簡単に
切り取られる。エリア・テープ１１０は、図２および図
３と同じ方法でチップ１１２に接合される。しかし、チ
ップ１１２上の内側パッドは、通常のＴＡＢ位置合せお
よびボンディング手順で実行できる接続を行うために、
設計変更ワイヤの特別な処理および操作を全く用いる必
要なく、相互接続される。ボール９は、テープの上方に
延びるので、サーモードは内側リード接合ＩＬＢ２８と
同じ方法で接合を行うことができる。外側リード接合
は、ビーム１３の外側端部２０で行われる。
【００４６】要約すると、図１は、チップ１１２に対す
るＴＡＢボンディングと、エリア・テープ１１０を用い
たチップ１１２上のパッド間の相互接続との組合せに使
用するために設けられたエリア・テープ１１０を示す。
この構造は、絶縁材料のポリマー・フィルム、すなわ
ち、オーバレイの形のフィルム基板１０７を使用する。
フィルム基板１０７は少なくとも１本の金属テープ・ビ
ーム・リード１３および橋絡リード８８を担持する。オ
ーバレイ１０７は、縁部８９を有し、オーバレイは、各
ビーム・リード１３の一部分が１つの縁部８９の一部分
を越えて延びるように、ビーム・リード１３を支持す
る。各ビーム・リード１３は、縁部８９を横切って基板
の上方および下方に延びる固体ボールとなって成端す
る。電子チップ１１２は、その上にパッドを備え、これ
らのパッドは、チップ１１２とエリア・テープ１１０と
の間のボール接続によってテープ１１０に電気的および
機械的に接合され、橋絡ビーム・リード８８がチップ１
１２上の少なくとも一対のパッド間の内部接続をもたら
す。電力またはアース接続で一般的なように、１本のビ
ーム・リード１３０が分岐して、チップ１１２に対する
複数の接続を行うことができることも示されている。
【００４７】図４は、銅ビーム１３の端部にボール・テ
ープのボール９を形成するため、ＴＡＢテープのポリマ
ー基板７上の銅ビームの端部で銅ビーム１３に当てる集
束レーザ・ビーム５９を示す。
【００４８】１００ｋｗ／ｃｍ2の電力密度でボール・
テープの製造を実際に行った。「固体薄膜（Thin Solid
Film）」、第８５巻、ｐｐ１１１−１１７（１９８１
年）に所載のＰ．Ｂ．ペリー（Pewy）、Ｓ．Ｋ．レイ
（Ray）、およびＲ．ホジソン（Hodgson）による研究
は、銅線を蒸発させるためにＹＡＧレーザーを使用した
場合、１００Ｍないし１０００Ｍｗ／ｃｍ2の電力密度
が蒸発のために必要とされることを示している。このこ
とは、ボール・テープ製造用の窓加工する電力密度が、
３桁以上になる可能性があることを示す。
【００４９】図５は、現状技術に基づく加熱された平坦
なサーモード１０６による熱圧着後の、図４のボール・
テープ・ボール９のボンディングを示す。熱圧着におい
てボール・テープには、球の非均一圧縮から生じる２つ
の利点がある。サーモード（ボンディング工具）がボー
ルに接触すると、球とパッドの間の接触面積が小さいの
で、パッドとボールの界面の応力は非常に高い。従っ
て、ボール圧縮の初期段階の間、特定の負荷に対して
（パッドに接触している平坦なリードに比べて）ずっと
大きな応力が発生し、このため局部ボンディングが容易
になる。平坦なリードの場合、同様な応力を発生するに
は、チップを損傷する恐れがある非常に大きな負荷を用
いなければならない。第２の利点は、局在化された塑性
変形から生じる。
【００５０】図６は、本発明に従って、図２および図３
のボール・テープを形成するためのシステムを示す。生
テープ送りリール４１が、フォトレジストの薄膜で被覆
された銅の膜と積層されたポリイミド樹脂テープ４０を
担持する。テープ４０は、図１に示すようなスプロケッ
ト・ホールを有し、フォトレジスト露光ランプ５１の下
の位置に進む。フォトレジスト露光ランプ５１は、マス
ク５２およびレンズ５３を通して光を照射し、テープ４
０上に像５４を形成させる。これで、テープ４０の露光
工程は完了する。次に、テープは浴５５に進む。
【００５１】現像兼エッチ浴５５で（当業者なら理解で
きるように、別々の２つの浴が好ましいが説明の便宜上
１つの浴として示す）、露光されたフォトレジストを処
理してパターンを現像する。現像された露光フォトレジ
ストのパターンによって露出された銅の表面は、浴５５
でエッチングによって除去され、残りのフォトレジスト
で覆われたビーム・リード１３が残る。
【００５２】完成されたプレーナ・テープ５６は走査式
またはパルス式レーザ装置６０の下を通過する。装置６
０は、光線５９を発生し、その光線５９は鏡５９で反射
され集束レンズ６２を通ってビーム１３に当たり、ビー
ム１３の端部にボール・テープ用のボール９を形成す
る。レーザによるボール９の形成は自己制限的工程（自
然と形成される）である。すなわち通常のプレーナ・テ
ープ上のビーム１３の先端は、集束されたレーザ放射に
よって溶融される。ビーム１３の溶融された端部は、そ
れらがＴＡＢビームに沿ってレーザの経路から退くと
き、液化した銅のボール９を形成し、従って、液化した
ボール９がビームから後退すると、ビームはもう加熱さ
れないので、工程が制限される。１オンス、厚さ３５ミ
クロン、幅１００ミクロンの銅ビームの場合、長さ２０
０ミクロンのビーム端部を溶融して直径１１０ミクロン
の球９にするのは、３００ｍＪのフルエンスで十分であ
る。銅がレーザで迅速に溶融されるため、ビーム・リー
ド１３の先端に柔らかい球９ができるが、ボールに接す
る短い距離（１００〜４００ミクロン）を除いて銅のビ
ームの残部は硬いまま残る。ビーム・リードの加熱によ
って、ポリイミド樹脂支持構造が損傷されないという、
予期しない現象を実験によって発見した。以下に説明す
るアーク法を、レーザ法の代わりに用いることができ
る。
【００５３】銅ビームおよび柔らかい銅ボール９がレー
ザ加熱およびボール９の形成によって酸化されないよう
にするため、アルゴンと水素の混合ガスの還元性ガス・
ジェット６３がビーム１３に噴射される。
【００５４】集束されたレーザ・ビーム５９の下でビー
ムを位置決めするため、位置決めＸ−Ｙ−Ｚテーブル６
４が使用される。完成されたボール・テープ７０は、銅
にめっきまたは被覆を施すため浴７１を通って送られ、
その後、完成された製品が巻取りリール７２によって集
められる。
【００５５】めっき浴は、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｄまた
はその他の金属をＣｕテープ上に電気めっきするための
溶液を含むことができる。そのような金属は、はんだに
よるボンディング、熱圧着、超音波ボンディング、溶
接、またはその他の接合技術に適している。めっき可能
なはんだには、ＰｂＳｎ、およびＰｄＳｎ等の浸漬はん
だ、ＰｂＩｎ等のＩｎ含有はんだがある。
【００５６】ＴＡＢ構造のビーム端部を再び溶融するた
めＴＡＢビームに対して高電圧に維持された、タングス
テン・チップからもたらされるアークまたはプラズマ・
エネルギーを用いることにより、平坦なＴＡＢテープ上
にボール９を形成した。ビームは、負に帯電する電極に
比べて正に帯電しなければならない。１０％の水素を含
む窒素ガス雰囲気を使用した。タングステン・プローブ
から４０ミルのところに配置されたビーム端部に、高電
圧パルス（３ＫＶ）が印加された。この目的に適したソ
フトウェアを備えたＩＢＭ社のＰＣから発生されるパル
スは、ある限度内でパルスの数およびパルス幅を変更す
ることができた。パルスは最終ピーク電圧の制御が可能
な線形前置増幅器に供給された。信号は次に線形電力増
幅器に供給され、線形電力増幅器は、出力がタウグステ
ン・プローブに結合されている昇圧変圧器の入力をドラ
イブした。１．０２ｍｍ×０．３６ｍｍ（４ミル×１．
４ミル）の矩形銅ビームの端部にボール構造を形成する
ため、１ミリ秒のパルス幅と５０％の衝撃係数を有する
５個のパルスが用いられた。この迅速な方法を以後アー
ク・ボール法と呼ぶが、この方法は、硬い銅ビームの端
部にアニールされたボールを作り出したが、ボールの中
心から０．７６ｍｍ（３０ミル）のところに配置された
ポリイミド樹脂の支持構造には損傷を与えなかった。
【００５７】この方法の有用性における重要な要素は、
位置および直径が再現可能に制御されるボールの形成で
ある。電力供給を制御し、印加される電圧パルスにのみ
依存する発熱および放射過程に頼って、ボールを再現可
能に形成し、位置決めすることができる。
【００５８】しかし、そのためには、材料の厚みおよび
幅について認められる許容差に制限が加わることがあり
得る。材料の許容差を緩和し、受け入れ可能な電気加工
窓を広げることができるプレーナ・テープ構造の１つの
修正形を図７に示す。この場合、ビームの再溶融は、ビ
ーム中での熱伝導および温度の不連続性をもたらす幾何
学的断面変化によって制限され、それにより、正確に画
定されたボール位置が確立される。図７に示す構造は、
ボール９がビーム・リード１３上に形成される前のビー
ム・リード１３を示す。ビーム・リード１３は、現在プ
レーナ・テープで必要とされる以上の余分な加工工程を
全く必要としない。特に、ボール９が形成される前、ビ
ーム・リード１３は先端近くの首部７３で狭くなってい
る。ボール９が電極７７からの集束エネルギー・ビーム
によって形成されるので、導電性金属ビーム１３の狭い
部分７８が集束エネルギー・ビームからの熱によって液
化され、ボール９が導電性金属ビーム１３の広い部分７
９に達するとき、放熱率が増大する。このため、ボール
９の温度が突然低下する傾向があり、それにより、ボー
ル９が広いビーム部分７９に一度達すると、ビームの連
続溶融が制限される。
【００５９】図８は、図７のビームに代わる設計を示
す。この設計は、狭いくびれを形成する刻み目７３’が
ビーム１３に導入され、エネルギーによって加熱された
とき、ビームの溶融が、ビーム１３の末端部分２５０に
とって望ましい量に制限される。
【００６０】ボールの寸法および位置を制御するもう１
つの方法は、電圧およびパルス幅に関する電気的パラメ
ータを制御することである。非常に短い持続期間の高電
圧パルスがそのような結果をもたらす。そのような回路
は、通常の高速昇圧変圧器、適当な駆動および制御電子
回路、ならびに、起動の時機が正確に選ばれるクローバ
ー回路から成る。クローバー回路は、変圧器の出力を選
択された時点で分流するので、駆動回路または変圧器中
でそのようなパルスの制御を行う必要がなくなる。この
ため、高電圧パルスの非常によく制御された持続期間が
もたらされる。
【００６１】図９で、導電性ビーム９の配列は、適当な
形状を有する複数の絶縁された電極７５によってアーク
溶融される。アーク形成される全てのビームが同じ密度
の電界にさらされ、かつ個々のアークが図９の各リード
に当たるようにするため、絶縁体７６が電極７５を保持
する。各電極は、線７７によって電源に接続される。
【００６２】再溶融の均一性を得るための別の手段は、
各電極の間で、またはテープ自体の上の各ビームの間で
急速に切り換えることである。これは隣接するフレーム
中で同時に行うことができるので、特定の時点ではフレ
ーム当たり１本のビームしか修正されないものの、複数
のフレームを一度に作ることができる。
【００６３】アーク・ボール法は、ボール・テープの製
造が可能であり、これはエリア・バンプ・テープに拡張
することができる。従って、入出力パッドを最小限度に
変更し、または全く変更せずに、種々の設計およびタイ
プのチップを実装することが可能である。通常のどのボ
ンディング技術を使用することもできる。
【００６４】例えば、図９で、磁界線Ｂが金属導体１３
の端部とアーク源７５を接続する磁界の存在下で、アー
クを金属導体１３の端子端部７８に当てることができ
る。
【００６５】多層パッケージ 図１０は、それぞれポリマー膜シート２６および２７上
にメタライゼーションの層２４、２５を備えた少なくと
も２層のボール・テープを有する、多層電子チップ・パ
ッケージを示す。この実施態様に従って多層構造を作る
ために、適当な銅線２４および２５を有する２枚のポリ
イミド樹脂フィルム２６および２７が、通常のリソグラ
フィ技術によって設けられ、ポリイミド樹脂中の互いに
接続される銅線２４および２５の端部の位置に、開孔２
９および３０があけられる。銅線の端部は、レーザ・ビ
ームによって溶融され、銅のボール９Ａおよび９Ｂが、
所期の位置に正確に作られる。図１０のポリイミド樹脂
のシート２６および２７は、正しく位置合わせして互い
に隣接して設けられ、ボール９Ａ、９Ｂを互いに圧縮し
て図１０に示す接合を行うため、パッド３１および３２
を備えた加熱された熱圧着装置がその上下で使用され
る。銅のボールの直径は十分大きいので、それらに取り
付けられている銅のリード１３Ａ、１３Ｂを曲げずに、
銅のボールは、接触して変形する。この方法について、
以下にさらに詳細に説明する。
【００６６】図１０および図１１において、一般に、メ
タライゼーションの層２４および２５は、絶縁材料（好
ましくは、ポリイミド樹脂のシート等のポリマー・フィ
ルム）の層２６によって分離される。上側のメタライゼ
ーションの層２４は、ポリイミド樹脂フィルムのシート
２６によって支持される。上側のメタライゼーションの
層２４は、紙面左から右に横切ってボール９Ｂで成端す
るビーム・リード１３Ｂを備える。下側のメタライゼー
ションの層２５は、メタライゼーション２４として示す
ビーム・リード１３Ｂに直角な向きのビーム・リード１
３Ａを備え、メタライゼーション層２５は絶縁材料２７
によって支持される。層２４内のビーム・リード１３Ｂ
の１本は、メタライゼーション層２５の一部分であるビ
ーム・リード１３Ａの先端にあるボール９Ａの上に位置
するボール９Ｂとなって成端している状態で示されてい
る。メタライゼーション層２４内のビーム・リード１３
Ｂの１本の先端にあるボール９Ｂは、ボール９Ａの上に
位置する。
【００６７】図１０のデバイスの製造工程では、ボール
９Ａおよび９Ｂが形成される前に、せん孔、化学的エッ
チング、またはレーザ切除法等の方法を用いて、層２６
および２７にそれぞれ２９および３０等の開孔があけら
れる。次に、レーザ、アークまたはその他の集束エネル
ギーによって、開孔にあるビーム・リードの先端を熱す
ることにより、ボール９Ｂおよび９Ａが形成される。
【００６８】ボール９Ａおよび９Ｂがそれぞれの層に形
成された後で、位置合せマークを用いて、ポリイミド樹
脂のシート２６および２７が、所期の配向で互いに隣接
して設けられる。さらに詳細には、ボール９Ｂを有する
ポリイミド樹脂のフィルム２６とボール９Ａを有するフ
ィルム２７が、ボール９Ａおよび層２７などの最上部で
基板２６とスタックされる。ボール９Ａおよび９Ｂは、
図１０に示すように、並置され、それらの直径にほぼ沿
って位置合せされる。
【００６９】ボール９Ａおよび９Ｂを互いに圧縮してそ
れら２つのボールの間に接合を生じるため、一対の熱圧
着パッド３１および３２が（２枚のスタックされたシー
トの外部表面上で）使用される。銅のボール９Ａ、９Ｂ
の直径は十分に大きいので、図１１に示すように、それ
らに接合される銅のビーム・リード１３Ａおよび１３Ｂ
を曲げずに、銅のボールは、接触して変形する。
【００７０】図１２は、２つの信号平面と接地平面が多
層構造中で接合させる構成を示す。図１０および図１１
のポリイミド樹脂層２６と導体層２５の間に、ポリイミ
ド樹脂１３２によって支持された導電性接地平面層１３
１が挿入される。層１３２はビーム・リード導体層２５
の上に置かれる。ポリマーの絶縁層２７は、ビーム・リ
ード導体層２５の真下に配置される。
【００７１】図１３は、ボール・テープ技術と関連し
て、反復されたＴＡＢボール・テープ・ボンディング工
程によって多層パッケージ用のバイヤ接合を作成する方
法を示す。図１３に示すバイヤは、図１０および図１１
に示す種類の多数の積層された層を備えた多層構造中に
作成される。最上部はボール９Ａおよび層２５であり、
それらは電気的絶縁をもたらす付加的な余分な層である
追加シート２６で覆われていた。下部の４個のボール９
Ａ、９Ｂ、９Ａおよび９Ｂは、ボール９Ｂを備えた層に
層２５および２７が付加される前に、予め接合されてい
る。最上部のボール９Ａが圧着パッド３１および３２の
圧力および熱によって他の４個のボールに接合された後
で、層２６を付加することができる。
【００７２】図１４は、ポリイミド樹脂等の材料から成
るポリマー基板上の銅のパッドへのボール・テープ上の
ボールのボンディングを示す。ポリイミド樹脂層２６上
のビームによって支持された１つのボール９Ｂは、ポリ
イミド樹脂（ポリマー絶縁シート）等の絶縁体支持層３
４上の銅のパッド３３にすぐにも接合できる状態にあ
る。
【００７３】汎用チップ相互接続パッケージ 図１５は、その上部表面にＴＡＢボール・テープ積層体
１０Ｃの一部分を組み込むように変更された、多層セラ
ミック（ＭＬＣ）基板１３３を示す。これは、ＭＬＣ基
板１３３が、（１）普通なら修正不能な欠陥を克服する
ため修理される場合、（２）異なる機能をもたらすため
修正される場合、または（３）Ｃ−４（崩壊制御チップ
接続：Controlltcl Collapst Chip Connections）と呼
ばれるはんだボール、すなわち、フリップチップはんだ
ボールまたはワイヤ・ボンディング設計チップ、すなわ
ち、被覆されていない入出力パッドを有するチップによ
ってＭＬＣに接合される、チップ１２等の異なる種類の
チップを受け入れることができるように修正される場合
に、有用である。
【００７４】図１５は、ボール・テープ積層体１０Ｃの
一部分を用いて、非Ｃ−４チップを、Ｃ−４はんだボー
ル接続を担持するＭＬＣ基板１３３に接合できることを
示す。また、図１５は、Ｃ−４チップをどのようにして
欠陥ＭＬＣ基板１３３と共に使用できるかをも示す。Ｍ
ＬＣパッケージ１３３の表面上の導電性薄膜パッド３９
および８２は、欠陥（開路）３７を含む再分配配線３６
に接続される。基板１３３中の配線３６内の欠陥３７を
修理しなければならない。従って線３６を設計変更リー
ド・ワイヤ（ワイヤ８０等の）を使った設計変更接続に
取り換えなければならない。テープ配線層１０Ｃによっ
て支持されたリード１３Ｃの端部にあるボール・テープ
のボール２３８が、ＭＬＣ基板１３３上のパッド３９に
接続されている状態で示されている。リード１３Ｃの他
端は、チップ１２上のパッド２３６に接続される。ＭＬ
Ｃの表面上にあるパッド３９は、ＥＣリード・ワイヤ８
０に接続される。当業者には周知のように、基板１３３
の表面上の別の点に対して設計変更接続を行うには、回
路中でＥＣリード・ワイヤ８０が必要である。短絡また
はもはや必要でない接続が偶然に完成されるのを防ぐた
め、絶縁シート２００が、ＭＬＣ１３３の表面上に、ボ
ール３８とパッド３５、３９および８２の層の間に挿入
される。それによって、ＭＬＣ基板１３３上のパッド３
５と、チップ１２上のパッド２３５および２３６に接続
された（パッド３５の真上の）ボール・テープのボール
３８との間に電気的絶縁がもたらされる。パッド２３５
および２３６は、修理または設計変更を行うためにチッ
プとＭＬＣ基板１３３の間にテープ配線層１０Ｃが挿入
される前に、Ｃ−４接続によってパッド３５に予め接続
されることになっていた。上述のように、ボール・テー
プのボール２３８は、ボール・テープ１０Ｃ内の窓２１
５を通って、ビーム・リード１３Ｃと、ＭＬＣ基板１３
３に埋め込まれた再分配配線３６に接続されたＥＣパッ
ド３９との間に接続される。他のデバイスまたは回路の
他の部分との接続のため、リード・ワイヤ８３が設けら
れる。もう１つのボール・テープのボール３３８が、ボ
ール・テープ１０Ｃ内の窓３１５を通って、ビーム・リ
ード８１とＥＣパッド８２の間で接続される。パッド３
４および８２は、当業者なら理解できるようにそれぞれ
ＭＬＣ基板１３３に埋め込まれたパーソナライズされた
配線を含む線８３および８４に接続される。Ｃ−４はん
だボール２２５は、チップ１２上のパッド２３４とＭＬ
Ｃ１３３上のパッド３５Ａの間に接合をもたらす。はん
だボール２２５は図示のように、絶縁層２００およびテ
ープ１０Ｃにせん孔された孔２２６を通って延びる。は
んだボール接合２２５は、通常のはんだリフロー法によ
って行われる。パッド３５Ａは、ＭＬＣ基板１３３内の
線２３０に接続される。熱冷却ピストン８５が、チップ
１２の背面８６の上に置かれている状態で示されてい
る。
【００７５】本明細書に記載されたボール・テープ形の
相互接続テープ１０Ｃは、パッケージ内の相互接続配線
に開路３７等の修理不能な欠陥がある、種々のタイプの
ＭＬＣ基板１３３にチップ１２を接合することができ
る。ボール・テープ１０Ｃの球状接点９により、被覆さ
れていないパッド・メタラージがわずかに変更された、
または全く変更されない、種々の異なるタイプのチップ
が使用でき、かつボンディング表面に対する損傷をなく
すため、チップおよびＭＬＣ基板１ー３３に柔らかいボ
ンディング接点がもたらされる。
【００７６】このパッケージは、接合すべきチップ１２
Ｃと、図１５に示すようにチップ入出力パッドをＭＬＣ
基板ＥＣパッドに接続する働きをするポリイミド樹脂と
銅の積層１０Ｃ（安価なＴＡＢボール・テープ）から成
る。導電性（銅の）ビーム・リードの先端は、球状のボ
ンディング接点、すなわち、ボール・テープのボール３
８、２３８および３３８になる。
【００７７】チップ１２は、まず適当なボンディング方
法を用いて、相互接続配線層テープム１０Ｃに接合され
る。チップ１２は、当業者に周知のように、図１０、図
１２、図１４等の熱圧着パッドを備えたサーモードを使
ってボール・テープ１０Ｃに接合される。被覆されてい
ない金属パッドを備えたチップには、当業者には周知の
ように、通常の熱圧着または超音波ボンディング法を用
いて接合することができる。
【００７８】次に、チップ１２と、それが接合されたテ
ープ１０Ｃが、図２および図６に示す種類のボール・テ
ープ・ストリップから切り取られ、次に、外部リード接
合（ＯＬＢ）がＭＬＣ基板のＥＣパッドに対して位置合
わせされる。通常の熱圧着、超音波、レーザ、またはそ
の他のボンディング技術を用いて、銅のボールと、モリ
ブデン、ニッケルおよび金から成るＥＣパッドとの間で
接合が行われる。チップは、上向きまたは下向きにＭＬ
Ｃ基板上に置くことができる。チップと基板上の導体の
間の電気的短絡を避けるため、ポリイミド樹脂等の薄い
絶縁層２００がチップ１２の下に配置される。
【００７９】図１６は、ＴＡＢボール・テープ・パッケ
ージ積層体１１４に追加の設計変更（ＥＣ）パッドをも
たらすための、図１５と同様なチップ相互接続構成の平
面図を示す。この構成では、図１６に示す追加のＥＣパ
ッド１１８を使って追加的なＥＣ能力をもたらすため、
既存のワイヤ・ボンディング機械が使用できる。高入出
力カウント・チップが使用され、必要な入出力パッドの
数が（ＴＡＢ積層体１１４の窓１１５を通して見える）
ＭＬＣ基板１３３上の直ちに使用可能なＥＣパッド１１
６の数を超える場合には、チップの入出力パッドに接続
された線は、積層１１４の最上部にある追加のＥＣパッ
ド１１８で成端することができる。これらの線は次に、
ワイヤ・ボンディング機械を用いて、基板上の他の点に
接続することができる。
【００８０】産業上の適用可能性 本発明は、パーソナル・コンピュータ、ミニコンピュー
タ、大型コンピュータおよびその他のデータ処理機器等
のデータ処理装置に適用できる。さらに、このシステム
および方法は、ＬＳＩチップを使用した産業用および家
庭用電子装置にも適用できる。連続監視および同様な機
能用のデータ処理システムを組み込んだ、輸送および制
御システム等の電子製品に、本発明のパッケージ方法お
よびシステムを使用することができる。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のボンデ
ィング・テープを用いたチップ・パッケージ技術によれ
ば、チップ周辺部だけでなく、チップ中央部のパッドへ
の接続もビーム・リードで簡単確実に行なうことがで
き、また橋絡ビーム・リードを用いた設計変更も簡単に
行うことができる。
【００８２】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のチップ・ボンディング・テープを用
いたチップ・パッケージを示す。
【図２】外部リード接合を作成する前の、ボール・テー
プと、このボール・テープに接合されたチップとを示
す。
【図３】図２の 線に沿った断面を示す。
【図４】エリア・ボール・テープのビーム端部にボール
を形成する集束レーザ・ビームを示す。
【図５】サーモードによる熱圧着後の図４のボール・テ
ープのボールのボンディングを示す。
【図６】ボール・テープを製造する方法を示す
【図７】アークによってビームの端部にボールを形成す
る前のボール・テープ・ビームを示す。
【図８】アークによってビームの端部にボールを形成す
る前のボール・テープ・ビームを示す。
【図９】適当な形状の電極によってアーク溶融すること
ができるビームの配列を示す。
【図１０】２層のボール・テープを有する多層電子チッ
プ・パッケージを示す。
【図１１】図１０の構造の接合状態を示す。
【図１２】多層構造内で２つの信号平面と１つの接地平
面が接合された構成を有する図１０の変形例を示す。
【図１３】図１０〜図１２の例より積層度を高くした多
層パッケージを示す。
【図１４】ポリマー絶縁シートによって支持された銅の
パッドにボールを接合するために用意されたボール・テ
ープを示す。
【図１５】ボール・テープを使用して修正されたＭＬＣ
基板を示す。
【図１６】パッケージ積層用の追加の設計変更（ＥＣ）
パッドを設けるための構成を示す。
【符号の説明】
７ ポリマー基板 ９ ボール １０ ボンディング・テープ １１ スプロケット・ホール １２ ＬＳＩ回路チップ １３ 導体ビーム・リード １４ 窓 １５ 開孔 １６ 窓 １７ 窓 １８ 窓 １９ 窓 ２０ 外側リード・ボンディング（ＯＬＢ）端 ２１ 内側リード・ボンディング（ＩＬＢ）端 ２８ 内側リード・ボンディング ４０ テープ ４１ 生テープ送りリール ５１ フォトレジスト露光ランプ ５２ マスク ５３ レンズ ５４ 像 ５５ エッチ浴 ５６ プレーナ・テープ ６０ パルス・レーザ装置 ６１ 鏡 ６３ 還元性ガス・ジェット ６４ 位置決めＸＹＺテーブル ７０ ボール・テープ ７１ 浴 ７２ 巻取りリール ８８ 橋絡ビーム・リード １０７ 絶縁フィルム基板 １１０ オーバレイ配線層 １１２ チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハリー・ジョーダン・ジョーンズ アメリカ合衆国テキサス州オースチン、ハ イランド・ヒルス・ドライブ6211番地 (72)発明者 ピーター・ジエラルド・レダーマン アメリカ合衆国ニューヨーク州プレザント ビル、ベッドフォード・ロード224番地 (72)発明者 チモシー・クラーク・レイリー アメリカ合衆国コネチカット州リッジフイ ールド、ベネッツ・ファーム140番地 (72)発明者 ポール・アンドリュー・モスコウイッツ アメリカ合衆国ニューヨーク州ヨークタウ ン・ハイツ、ハンターブルック・ロード、 ボックス343、アール・デイ１番地

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の導電パツドを表面に有する半導体チ
    ツプを用意し、 所定の上記導電パツドと対応する位置にそれぞれ個別の
    複数の開孔を有する絶縁フイルムと、上記絶縁フイルム
    上に設けられた複数の導電性ビーム・リードとよりな
    り、所定の複数の上記ビーム・リードの各々の一端がそ
    れぞれ対応する開孔内へ延び且つその開孔内に、上記絶
    縁フイルムの厚さよりも大きなボール状ボンデイング接
    点を有するボンデイング・テープを用意し、 上記ボンデイング接点が上記所定の導電パツドと整合す
    るように上記テープを上記半導体チツプに対して位置合
    せし、 上記ボンデイング接点を上記所定の導電パツドに対して
    結合することを含む半導体チツプ・パツケージの形成方
    法。
  2. 【請求項２】上記複数の導電性ビーム・リードのうちの
    少なくとも一つのビーム・リードは、上記半導体チツプ
    の一対の導電パツドを接続するための橋絡ビーム・リー
    ドであり、上記橋絡ビーム・リードはその両端に上記ボ
    ンデイング接点を有することを特徴とする第１項に記載
    の形成方法。
  3. 【請求項３】上記チツプは、周辺部領域および内部領域
    の両方に上記導電パツドを有し、上記導電性ビーム・リ
    ードは上記周辺部領域の導電パツドに接続するためのビ
    ーム・リードおよび上記内部領域の導電パツドに接続す
    るためのビーム・リードを含むことを特徴とする第１項
    または第２項に記載の形成方法。
  4. 【請求項４】複数の導電パツドを表面に有する半導体チ
    ツプに結合されるチツプ・ボンデイング・テープにし
    て、 所定の上記導電パツドと対応する位置にそれぞれ個別の
    複数の開孔を有する絶縁フイルムと、 上記絶縁フイルム上に設けられた複数の導電性ビーム・
    リードとよりなり、 所定の複数の上記ビーム・リードの各々の一端はそれぞ
    れ対応する開孔内へ延び且つその開孔内に、上記絶縁フ
    イルムの厚さよりも大きなボール状ボンデイング接点を
    有することを特徴とするチツプ・ボンデイング・テー
    プ。
  5. 【請求項５】上記複数の導電性ビーム・リードのうちの
    少なくとも一つのビーム・リードは、上記半導体チツプ
    の一対の導電パツドを接続するための橋絡ビーム・リー
    ドであり、上記橋絡ビーム・リードはその両端に上記ボ
    ンデイング接点を有することを特徴とする第４項に記載
    のチツプ・ボンデイング・テープ。
  6. 【請求項６】上記チツプは、周辺部領域および内部領域
    の両方に上記導電パツドを有し、上記導電性ビーム・リ
    ードは上記周縁部領域の導電パツドに接続するためのビ
    ーム・リードおよび上記内部領域の導電パツドに接続す
    るためのビーム・リードを含むことを特徴とする第４項
    または第５項に記載のチツプ・ボンデイング・テープ。
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