JPH09167787A

JPH09167787A - Ｔａｂインナーリードの接合方法

Info

Publication number: JPH09167787A
Application number: JP8307579A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Otsuka; 泰弘大塚; Hideki Kaneko; 秀樹金子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1997-06-24
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2773743B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子の電極とＴＡＢテープのインナー
リードとの接合における実装コストを低減するととも
に、信頼性の高い接合を実現する。【解決手段】ＴＡＢテープのインナーリードの幅より
も小さいボンディングツール１１ａをインナーリード１
３に押圧し、インナーリード１３にボンディングツール
１１ａを押し込み、ボンディングツール先端１１ａとイ
ンナーリード１３を密着させ、同時にインナーリードの
裏面に微小な凸部１９を形成し、インナーリード１３を
凸部１９を介して半導体素子１５の電極１２と接触させ
る。次いで、ボンディングツール１１ａに超音波振動１
７を印加し、インナーリード１３を電極１２に熱圧着接
合する。従来のように、半導体素子の電極あるいはイン
ナーリードの先端にバンプを形成する必要がないため、
接合プロセスを大幅に簡略化でき、実装コストの低減を
図れ、しっかも電極面にクラック等の損傷が生じない信
頼性の高い接合を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の実装
に用いられるＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄ
Ｂｏｎｄｉｎｇ）用テープキャリアのインナーリードと
半導体素子の電極とを接合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インナーリードと半導体素子の電極との
接合においては、一般に、図６に示すように半導体素子
１５の電極部１２またはテープキャリアのインナーリー
ド１３の先端部のいずれか一方にバンプ２０となる突起
を形成した後、バンプ２０を介して電極１２にインナー
リード１３を接合していた。ここで、接合に用いられる
ボンディングツール２１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す
ように先端部端面が平面状であり、先端部の大きさはイ
ンナーリード１３の幅よりも大きく、しかも電極１２に
対しても同等以上の大きさのものが一般に用いられてい
た。ここで、図７（ａ）は先端部が平坦な従来のボンデ
ィングツール２１ａを示し、図７（ｂ）は先端部端面が
平面状で十字状の微小凸部を有す従来のボンディングツ
ール２１ｂを示す。

【０００３】従来のＴＡＢインナーリードの接合方法に
おいて、バンプが必要であった主な理由は、次の２点で
ある。まず第一に図５（ａ）に示すように半導体素子の
電極１２が、電極表面に対し凸となるパッシベーション
膜１４により周囲が覆われていたため、インナーリード
１３を電極１２に直接接触させることができなかった。
電極面１２の開口部の大きさは、インナーリード１３の
幅よりも一般的には大きく形成されるが、インナーリー
ド１３は図５（ａ）に示すように長手方向にはパッシベ
ーション膜１４に接触するため、電極面１２と同等以上
の大きさの先端部を有する従来のボンディングツール２
１では、インナーリード１３を電極面１２に直接接触さ
せることができなかった。このため、図６に示すように
電極面１２あるいはインナーリード１３の先端に突起と
なるバンプ２０を形成する必要があった。

【０００４】第二に、図５（ｂ）に示すようにインナー
リード１３を電極面１２に接触させることができても、
インナーリード１３を直接電極１２に接続する方法で
は、接合時に電極面１２にクラック等の損傷が生じやす
かった。インナーリード１３は一般的にＣｕ箔を基材と
し、これにＡｕやＳｎをフラッシュメッキして構成され
る。Ｃｕは、一般に用いられているバンプ材料であるＡ
ｕに比べ硬く変形しにくいため、ボンディング荷重の印
加により、インナーリード１３のエッヂ部と電極面との
接触領域近傍に、図５（ｂ）に示すような過大な応力集
中が生じる。このような状態で超音波振動１８を印加す
ると、過大な応力集中が生じるインナーリード１３のエ
ッヂ部近傍にクラックが発生しやすかった。一方、図６
に示すようにＡｕバンプのように軟らかいバンプ２０を
介して接合を行う場合には、電極１２にクラックが発生
するような大きな圧力が作用する前にバンプ２０に変形
が生じ、応力集中の発生を回避することができるため、
電極１２にクラックが発生することなく十分な強度で接
合を行うことができる。

【０００５】半導体素子の電極部にバンプ形成する方法
には、例えば、「アイビーエムジャーナル（ＩＢＭＪ
ｏｕｒｎａｌ）」第８巻（１９６４年）１０２頁に記載
のように電極部に直接バンプとなる突起をメッキ法によ
り形成する方法や、「エレクトロニック・パッケージン
グ・アンド・プロダクション（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰ
ａｃｋｇｉｎｇ＆Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）」、１９
８４年１２月号、３３〜３９頁に記載のようにエッチン
グ技術を用いたペデスタル法、すなわちバンプを形成す
る部分をマスキングしておき、他のインナーリード部分
をハーフエッチングすることにより、３０〜４０μｍの
高さの突起を形成する方法、あるいは「昭和６０年度電
子通信学会半導体・材料部門全国大会論文集、講演番号
２」（１９８５年１１月）に記載のようにガラス基板に
バンプを形成した後、電極部にバンプを移し換える方式
の転写バンプ法などがある。

【０００６】また図８に示すように、バンプ形成を行わ
ずにワイヤボンディング法と同様にして超音波併用の熱
圧着方式により、インナーリード１３を直接半導体素子
の電極１２に接続する方法も提案されている（特開平２
−１１９１５３号公報）。以後、バンプ形成を行わずに
インナーリードを直接半導体素子の電極に接合する方法
を、ダイレクトボンディング法と呼ぶ。特開平２−１１
９１５３号公報に記載の従来のダイレクトボンディング
法では、インナーリードの幅よりも先端部が大きなボン
ディングツールを用い、超音波振動をインナーリードの
長手方向に作用させて接合が行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように一般に、
従来のＴＡＢインナーリードの接合方法では、半導体素
子あるいはインナーリードの何れか一方にバンプを形成
する必要があった。一般にバンプを形成するためにはリ
ソグラフィ等の複雑な工程が必要であり、高価な設備が
必要とされる。また、バンプ形成を１００％の歩留りで
達成することは困難であり、バンプ形成工程において高
価な半導体素子、あるいは高価なＴＡＢテープを損傷す
る問題があった。これらの原因により、従来のバンプ形
成工程を必要とするＴＡＢインナーリードの接合方法で
は、実装コストが高くなる課題があった。

【０００８】また、従来のダイレクトボンディング法で
は、インナーリード幅よりも大きなボンディングツール
を用いて接合を行うため、電極面にクラックが発生しや
すかった。この原因については、以下のように推察され
る。

【０００９】図５（ｃ）に示すように、接合に必要な接
合面の最小圧力をＰｍｉｎとおき、電極面１２にクラッ
クが発生する接合面の圧力をＰｍａｘとおくと、電極面
１２にクラック等の損傷を与えないためには、接合部１
７の最大圧力がＰｍａｘ以下となるようにボンディング
ツール２１に荷重を作用させることが必要となる。接合
は、圧力がＰｍｉｎ以上に達した領域で行われ、圧力が
Ｐｍｉｎ以下の領域では、見かけ上インナーリード１３
と電極１２が接触していても接合は行われない。電極面
のクラック発生を防止し、十分な強度で接合を行うため
には、接合面の最大圧力がＰｍａｘ以下で、しかもＰｍ
ｉｎ以上の圧力が作用する領域を極力大きくすることが
条件となる。このためには接合部１７の圧力分布を極力
均一に形成することが重要となる。ところが、従来のダ
イレクトボンディング方法では、インナーリード１３の
エッヂ部近傍に応力集中が生じるため、クラックが発生
しやすくなるという問題があった。クラックの発生を防
止するためにボンディング荷重を減少するか、超音波振
動の出力を減少する必要があり、クラックの発生を防止
して、しかも十分な強度で接合することは困難であっ
た。

【００１０】また半導体素子の電極は周囲を電極面に対
して凸となるパッシベーション膜により囲まれているた
め、従来のダイレクトボンディング法では、インナーリ
ードを電極に直接接触させるためには、インナーリード
先端の接触部の大きさに比べ、電極開口部を十分に大き
く形成する必要があった。特に、インナーリードの長手
方向に電極開口部を大きく形成する必要があった。電極
開口部の幅が増加すると、インナーリードの狭ピッチ接
続が困難となり、また、電極開口部のインナーリード長
手方向の大きさを増加すると、半導体素子が大型化する
ため高密度実装が困難になる課題があった。

【００１１】本発明の目的はこのような従来の課題を解
決し、バンプ形成工程を不要とした低コストなＴＡＢイ
ンナーリードの接合方法を提供すること、狭ピッチ接続
を可能とするＴＡＢインナーリードの接合方法を提供す
ること、および半導体素子の電極面にクラック等の損傷
を与えることなく、十分な強度で接合できる信頼性の高
いＴＡＢインナーリードの接合方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体素子の
電極とＴＡＢテープのインナーリードをシングルボンデ
ィング方式により接続する方法において、前記インナー
リードの幅よりも先端部が小さなボンディングツールを
前記インナーリードに押圧して該インナーリードに窪み
を形成し、該インナーリードの前記電極面側の表面に凸
部を形成した後、前記ボンディングツールに超音波を印
加することを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の作用について図面を参照して説明す
る。本発明のＴＡＢインナーリードの接合方法では、図
１、および図２に示すようにインナーリード１３の幅よ
りも先端部が小さなボンディングツール１１ａを用いて
接合を行う。ここで図１はインナーリード長手方向の接
合状態の断面図を、図２はインナーリード長手方向に直
角な方向から見た接合状態の断面図を示す。図２
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、インナーリード１３の幅が
半導体素子１５の電極１２よりも小さい場合、および半
導体素子１５の電極１２よりも大きい場合を示す。

【００１４】以下、図１を用いて本発明の作用について
説明をする。まず図１（ａ）に示すように、インナーリ
ード１３と半導体素子１５の電極１２との目合わせを行
った後、ボンディングツール１１ａをインナーリード１
３に押し込み、インナーリード１３にボンディングツー
ル１１ａの先端形状が転写された窪み１６を形成し、ボ
ンディングツール先端１１ａをインナーリード１３に密
着させる。この時、インナーリード１３の底面には微小
な凸部１９が形成され、インナーリード１３を電極面１
２に直接接触させることができる。

【００１５】次に、図１（ａ）の接触状態を保ったま
ま、図１（ｂ）に示すように、ボンディングツール１１
ａに超音波振動１８を印加することにより、インナーリ
ード１３と電極１２を接合することができる。なお、図
面には記載していないが、半導体素子１５は加熱装置に
より合金層形成に必要な温度まで加熱されている。以上
のように本発明では、ボンディングツール先端がインナ
ーリードの幅よりも小さいため、上記のようにインナー
リード１３の底面に微小な丸みを有する凸部１９を形成
することができ、図４および図５に示すように、従来の
ダイレクトボンディング法に比べ、電極部にクラックが
発生するような過大な応力集中を回避することができ、
クラックを防止し、しかも十分な強度で接合することが
可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図面
を用いて詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）に、本発
明のインナーリードの接合方法を工程順に示す概略図
を、図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例で用いたＴ
ＡＢインナーリード接合用のボンディングツールの概略
を示す。

【００１７】接合に用いたＴＡＢテープは、インナーリ
ード幅が１００μｍ、インナーリード厚さが３５μｍの
Ｃｕリードに０．６μｍのＡｕメッキが施されたもので
あり、半導体素子は対向する２辺に電極が形成されたも
のを用いた。ボンディングツール１１ａは、図３（ａ）
に示すように先端部が円錐状でかつ先端部に丸みを有す
るものを用いた。図１（ａ）に示すように、半導体素子
１５の電極１２とインナーリード１３との目合わせを行
った後、ボンディングツール１１ａに荷重をＦ₁＝６０
ｇｆ印加し、先端がインナーリード１３の幅よりも小さ
いボンディングルール１１ａをインナーリード１３に押
圧した。次いで図１（ｂ）に示すように、ボンディング
ツール１１ａに印加する荷重をＦ₂＝６０ｇｆに保持し
た状態で、ボンディングツール１１ａに超音波振動１８
を印加し、インナーリード１３と電極１２との接合を行
った。ここで、超音波振動１８の方向は、インナーリー
ド１３の長手方向に平行な方向であり、インナーリード
１３の先端がパッシベーション膜１４に接触する状態で
接合を行った。なお接合時には、図面には記載していな
いが半導体素子１５を加熱装置により２８０℃に加熱保
持した。

【００１８】以上の操作を全てのインナーリード１３に
対して繰り返し行った後、接合強度の測定および電極面
１２に発生したクラックの有無を観察した。その結果、
プル強度は２５ｇｆ以上と十分な接合強度であり、しか
も電極面１２にはクラックの発生がないことを確認し
た。

【００１９】なお、上記実施例では図３（ａ）に示すよ
うな先端部に丸みを有する円錐状のボンディングツール
を用いたが、図３（ｂ）に示すような先端部に丸みを有
する角錘状のボンディングツール１１ｂでも、図３
（ｃ）に示すような先端部に丸みを有する棒状のボンデ
ィングツール１１ｃでも、さらには図３（ｄ）に示すよ
うに先端部に丸みを有し、かつ十字状の微小凸部を有す
る十字突起付きボンディングツール１１ｄを用いた場合
にも、さらには図３（ｅ）に示すように先端が平坦な円
錐状のボンディングツール１１ｅを用いた場合にも、先
端部がインナーリードの幅よりも小さいボンディングツ
ールであれば、同様の効果が得られることを確認した。

【００２０】なお、図３（ｅ）に示すような先端部が平
坦なボンディングツール１１ｅを用いた場合に比べ、図
３（ａ）〜（ｄ）に示すような先端部に丸みを有するボ
ンディングツール１１ａを用いた方が、大きな強度で接
合でき接合の信頼性を向上できることを実験で確認し
た。この原因については明かではないが、図４（ａ）に
示すように先端部に丸みを有するボンディングツールを
用いた方が、図４（ｅ）に示すような先端が平坦なボン
ディングツール１１ｅを用いた場合に比べ、接合面の圧
力分布の均一性が優れるためと考えられる。なお、図３
（ｅ）に示す先端が平坦なボンディングツールを用いた
場合においても、実用的には十分な強度で接合が可能で
あることを実験で確認した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＴＡＢイ
ンナーリードの接合方法では、バンプ形成工程が不要で
あり、従来法に比べ実装コストを著しく低減できる。ま
た、半導体素子の電極面にクラック等の損傷を生じるこ
となく、しかも十分な強度で半導体素子の電極とインナ
ーリード等を接合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインナーリードの接合方法を工程順に
示す概略図である。

【図２】ボンディングツール先端部の大きさとインナー
リード幅の関係を示す断面図である。

【図３】ボンディングツールの側面図である。

【図４】インナーリード幅よりも先端部が小さく、かつ
先端に丸みを有するボンディングツール、およびインナ
ーリード幅よりも先端部が小さく、かつ先端が平坦なボ
ンディングツールによる接合状態を説明する概略図であ
る。

【図５】従来のＴＡＢインナーリードの接合方法におい
て、バンプ形成が必要であった理由を示す概略図であ
る。

【図６】従来のバンプを介したＴＡＢインナーリードの
接合方法を示す側面図である。

【図７】従来のボンディングツールの側面図である。

【図８】バンプを形成せずにインナーリードを直接半導
体素子の電極に接続する従来のダイレクトボンディング
法を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅボンディングツール１２電極１３インナーリード１４パッシベーション膜１５半導体素子１６窪み１７接合部１８超音波振動１９凸部２０バンプ２１ａ，ｂ従来のボンディングツール２２インナーリード先端エッヂ部２３インナーリード側面エッヂ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の電極とＴＡＢテープのインナ
ーリードをシングルボンディング方式により接続する方
法において、前記インナーリードの幅よりも先端部が小さなボンディ
ングツールを前記インナーリードに押圧して前記インナ
ーリードに窪みを形成し、該インナーリードの前記電極
側の表面に凸部を形成した後、前記ボンディングツール
に超音波を印加することを特徴とするＴＡＢインナーリ
ードの接合方法。