JPH07114206B2 - 金属突起物の形成方法及び金属突起物の形成治具 - Google Patents

金属突起物の形成方法及び金属突起物の形成治具

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JPH07114206B2
JPH07114206B2 JP2219161A JP21916190A JPH07114206B2 JP H07114206 B2 JPH07114206 B2 JP H07114206B2 JP 2219161 A JP2219161 A JP 2219161A JP 21916190 A JP21916190 A JP 21916190A JP H07114206 B2 JPH07114206 B2 JP H07114206B2
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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
ード保持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5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30上に
Ti、Crなどの接着層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Al
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メッキ層43を約30μm形成する(第
5図(b))。その後、レジスト層42を除去した後、Al
電極部31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をエッチング除去する(第5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6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50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
で、Auボール53をAl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54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Al電極31上に残す(第6図
(c))。この方法は、湿式工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、パンプ形
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〕
上記問題点を解決するために、本発明の金属突起物の形
成方法は、先端に所定形状の凹部を有するポンチとダイ
スを用いたプレス加工法により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方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上部表
面に前記ポンチの先端の凹部の所定形状に対応した形状
の凸部を形成する工程とを含んでいる。
また、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金属
小片を形成した後、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
を含む金属突起物の形成治具であって、前記ポンチの先
端には、前記金属リードまたは基板上電極に圧着された
金属小片の上部表面に所望の形状の凸部を形成するため
の所定形状の凹部が設けられていることを特徴とする。
〔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の先端に来るように位置合わせする(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170℃
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以上のポンチ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ば良い。
第2図および第3図はポンチの先端形状と形成されるAu
突起物の形状を説明する断面図である。
第2図は先端が平坦面のポンチ1a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が押しつぶされるた
め生じたバリ13が残り、形成したAu突起物8a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Al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
合強度が低下する。従って、バ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バリ
13が生じ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、外周部にバリがあっても中央
部が凸になっているため半導体素子の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
ば、圧着時のAu小片のつぶれ量が小さく、バリの大きさ
や中央部の高さのバラツキを小さくできる。また、ダイ
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くAu突起物が凹状に
なり易い。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するほうがよい。ポンチ
のリードへの圧着圧力を40gとし、ダイス下面をリード
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Al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の先端形状がメッシュ状などの溝が
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、Al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10
0μm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。
本発明の金属突起物の形成方法は、TABフィルムの金属
リード上だけでなく、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挟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
端面に溝が入っている場合、第5図は従来の金属突起物
の形成方法のメッ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ボールバンプ
法を工程順にに示す断面図である。 1、1a、1c…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…バリ、14…ポンチ動作、1
5、15c…ポンチ先端面、16、16c…金属突起物上面、30
…半導体素子、31…Al電極部、、32、33、34、38、39…
金属突起物内の層、35…Al層、36…保護層、37…シリコ
ン基板、40…接着層、41…拡散防止層、42…レジスト
層、43…Auメッキ層、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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】先端に所定形状の凹部を有するポンチとダ
    イスを用いたプレス加工法により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方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上部
    表面に前記ポンチの先端の凹部の所定形状に対応した形
    状の凸部を形成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】前記ポンチの先端には、複数の溝により形
    成された凹部が設けられており、このポンチにより前記
    金属リードまたは基板上電極に圧着された前記金属小片
    の上部表面には前記溝に対応した複数の凸部が形成され
    ることを特徴とする前記請求項1に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・インジウム・ハンダ合金の中から選ばれた1つで
    あることを特徴とする前記請求項1または2に記載の金
    属突起物の形成方法。
  4. 【請求項4】前記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アの金属リードまたは半導体素子の
    電極であることを特徴とする前記請求項1、2または3
    に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、このダイスと協動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後、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金属突起物の形成治具
    であって、 前記ポンチの先端には、前記金属リードまたは基板上電
    極に圧着された金属小片の上部表面に所望の形状の凸部
    を形成するための所定形状の凹部が設けられていること
    を特徴とする金属突起物の形成治具。
  6. 【請求項6】前記ポンチの先端には、複数の溝により形
    成された凹部が設けられており、このポンチにより前記
    金属リードまたは基板上電極に圧着された前記金属小片
    の上部表面には前記溝に対応した複数の凸部が形成され
    ることを特徴とする前記請求項5に記載の金属突起物の
    形成治具。
  7. 【請求項7】前記ダイスの下面と前記金属リードまたは
    基板上電極との間隔を前記金属小片の厚さより小さくす
    ることを特徴とする前記請求項5または6に記載の金属
    突起物の形成治具。
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