JPH0671034B2 - 金属突起物の形成方法および治具 - Google Patents

金属突起物の形成方法および治具

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JPH0671034B2
JPH0671034B2 JP2178854A JP17885490A JPH0671034B2 JP H0671034 B2 JPH0671034 B2 JP H0671034B2 JP 2178854 A JP2178854 A JP 2178854A JP 17885490 A JP17885490 A JP 17885490A JP H0671034 B2 JPH0671034 B2 JP H0671034B2
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Wire Bonding (AREA)

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
ポータブ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メッキをした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Al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、Al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Al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、いわゆるメッキ
バンプ法が広く用いられてきた。第3図は一般的なメッ
キバンプの形成工程を示す。まず、半導体素子20上にT
i、Crなどの接着層25、Cu、Ptなどの拡散防止層26をス
パッタで積層形成する(第3図(a))。図中、22はAl
層、23は保護層、24はシリコン基板を示す。次いで、Al
電極部21以外を被うレジスト層27をリソグラフィ形成し
た後、電極部21にAuメッキ層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、Al
電極部21を覆うレジスト層で保護してAl電極部21以外の
拡散防止層26、接着層25をエッチング除去する(第3図
(c))。以上のような工程を踏みAl電極上にメッキに
より金属突起物が形成される。
メッ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法の技術を用いるボールパンプ
法が注目され、開発が進んでいる。まず、キャピラリ30
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ボール33を形成する(第4図(a))。次い
で、Auボール33をAl電極21にキャピラリ30で超音波接合
した後(第4図(b))、キャピラリ30、Auワイヤ31を
引き上げてAuボール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Al電極21上に残す(第3図
(c))。この方法は、湿式工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、Al電極
に対応した導体開口部を持つメッキ用基板に電気メッキ
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突起物をメッキ用基板からTA
B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、メッキバンプ法は、工程
が複雑であり厚いメッ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。ボールバンプ法の場合は、湿式工程がない
という利点があるものの、Auボ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、メッキ
用基板へメッキを行うのでメッキバンプ法に比べチップ
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
はメッキ用基板の形成、メッ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ができる。
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が出来る。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倍までにするほうがよい。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メッキリードへ圧
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
ンチ側外周部のバ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バリ
は多少高くなる。
第2図は、本実施例を用いて形成した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高さの薄いバリ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30〜35μmと安定して
いた。ダイス下面とリード面との間隔15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
たリードと半導体素子のAl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ボ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100μ
m以下の狭ピッチリードを持つTABにも対応できる。
第1図に示す実施例では、金属材料にはリボン状のもの
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A
u、Ag、Al、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。
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が、本発明の方
法は、他の金属リード、半導体素子のAl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、湿式工程がなく、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
上への接合を行うことが出来るので、工程が簡略であ
り、資材費や設備投資が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
合を高信頼化できるとともに狭ピッ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)は従来のメッ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…バリ、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…Al電極部、22…Al層、23…保護層、
24…シリコン基板、25…接着層、26…拡散防止層、27…
レジスト層、28…Auメッキ層、30…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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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JP2616558B2 (ja) * 1993-12-14 1997-06-04 日本電気株式会社 バンプ形成装置およびバンプ形成方法
JP2734361B2 (ja) * 1993-12-28 1998-03-30 日本電気株式会社 微小バンプの形成方法
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