JPH10256293A - 半導体素子を有する回路モジュールおよびその製造方法ならびに回路モジュールを搭載した電子機器 - Google Patents

半導体素子を有する回路モジュールおよびその製造方法ならびに回路モジュールを搭載した電子機器

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JPH10256293A
JPH10256293A JP9061043A JP6104397A JPH10256293A JP H10256293 A JPH10256293 A JP H10256293A JP 9061043 A JP9061043 A JP 9061043A JP 6104397 A JP6104397 A JP 6104397A JP H10256293 A JPH10256293 A JP H10256293A
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pad
semiconductor element
circuit module
pads
conductive film
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Akihiko Hatsupouya
明彦 八甫谷
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Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】ワイヤ・ボンディングによる金属細線の接合強
度を充分に確保でき、電気的接続の信頼性が向上する回
路モジュールおよびその製造方法、ならびに回路モジュ
ールを搭載した電子機器の提供をする。 【解決手段】回路モジュール12は、所定のピッチで配列
された多数の第1および第2のパッド18、20 と、これら
パッドにワイヤ・ボンディングされた多数の金属細線22
とを備えている。これらパッドと金属細線とは、電気絶
縁性のバインダー中に多数の導電粒子を含む第1および
第2の異方性導電膜シート23、24 を介して接合されてい
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、ベアチップと称す
る裸の半導体素子を回路基板に実装してなる回路モジュ
ールおよびその製造方法、ならびに回路モジュールを搭
載したポータブルコンピュータのような電子機器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、ブック形あるいはノート形のポー
タブルコンピュータの性能は飛躍的に進歩し、それに伴
い、このコンピュータに搭載されるICチップの高機能
・多機能化が進んでいる。ICチップの高機能・多機能
化が進むにつれ、デバイスの集積度や入・出力ピンの本
数が急激に増加し、チップサイズが大きくなる。
【0003】チップサイズの増大は、結果的にICチッ
プのコストを上げる原因となるとともに、このICチッ
プを回路基板に実装した際にICチップの占有面積が多
くなるといった問題を招く。このことから、最近のIC
チップは、隣り合うパッド間のピッチを極力微細化し、
チップサイズを小さくする傾向にある。
【0004】一方、最近のポータブルコンピュータは、
市場からの要求に伴い筐体のコンパクト化が推し進めら
れている。この筐体のコンパクト化により、筐体の内部
に収容される回路基板の大きさが制限される傾向にあ
り、それ故、回路基板に実装されるICチップにして
も、回路基板に高密度に実装することが必要となってく
る。
【0005】この種のICチップを高密度に実装する方
式として、ベアチップと称する裸のICチップを回路基
板に直接実装する、いわゆるCOB(Chip on Board )
が知られている。このCOBの場合、ICチップは、回
路基板に接着剤を介してダイ・ボンディングされてい
る。そして、このICチップに装備された多数のパッド
は、回路基板上の配線パターンに金属細線を介してワイ
ヤ・ボンディングされており、これら金属配線によりI
Cチップと回路基板の配線パターンとが電気的に導通さ
れている。
【0006】したがって、このCOBによれば、従来一
般的なICパッケージに用いられているリードフレーム
が不要となり、このICチップの実装面積をチップ自体
の面積よりも僅かに大きい程度に押さえて、より高密度
な実装を実現できるといった利点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ポータブルコンピュー
タに用いられる高機能なICチップは、パッドのピッチ
が微細化されているため、パッド自体のサイズが小さく
なっている。このため、金属細線をパッドにワイヤ・ボ
ンディングする際に、この金属細線の先端を加熱して形
成するボールの形状も小さくせざるを得なくなり、これ
ら金属細線とパッドとの接合面積を充分に確保できなく
なる。
【0008】この結果、金属細線とパッドとの接合状態
が不安定となったり、接合強度が不足する恐れがあり、
微細ピッチ・ボンディングの信頼性を高める上でいま一
歩改善の余地が残されている。
【0009】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたもので、ワイヤ・ボンディングによる金属細線の
接合強度を充分に確保でき、電気的接続の信頼性が向上
する回路モジュールおよびその製造方法、ならびに回路
モジュールを搭載した電子機器の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載された回路モジュールは、所定のピ
ッチで配列された多数の端子と、これら端子にワイヤ・
ボンディングされた多数の金属細線と;を備えており、
これら端子と金属細線とは、電気絶縁性のバインダーの
中に多数の導電粒子を含む異方性導電膜シートを介して
接合されていることを特徴としている。
【0011】また、請求項2に記載された回路モジュー
ルの製造方法は、所定のピッチで配列された多数の端子
に、金属細線をワイヤ・ボンディングすることにより、
これら端子と金属細線とを熱圧着させるに当たり、これ
ら端子と金属細線との間に、電気絶縁性のバインダーの
中に多数の導電粒子を含む異方性導電膜シートを介在さ
せたことを特徴としている。
【0012】このような回路モジュールにおいて、異方
性導電膜シートを端子の上に重ね合わせた後、金属細線
の先端を加熱して異方性導電膜シートに押し付けると、
このシートのバインダーが溶融して金属細線の先端と端
子との間から押し出され、金属細線の先端と端子との間
が狭められる。このため、金属細線と端子との間にバイ
ンダー中に分散された導電粒子が挟み込まれ、これら導
電粒子を介して金属細線と端子とが電気的に導通され
る。
【0013】そして、上記溶融されたバインダーは、隣
り合う端子と金属細線との接合部の間に流れ込むので、
このバインダーにより上記接合部間の絶縁が保たれると
ともに、金属細線と端子とが強固に接合される。
【0014】したがって、端子ピッチの微細化に伴い端
子自体の形状が小さくなっても、金属細線と端子との接
合強度を充分に確保できるとともに、安定したワイヤ・
ボンディングを行なうことができ、電気的接続の信頼性
が向上する。
【0015】上記目的を達成するため、請求項3に記載
された回路モジュールは、所定のピッチで配列された多
数の第1のパッドを有する半導体素子と;所定のピッチ
で配列された多数の第2のパッドを有するとともに、上
記半導体素子が実装された回路基板と;上記第1および
第2のパッドに夫々ワイヤ・ボンディングされ、上記半
導体素子と上記回路基板とを電気的に接続する多数の金
属細線と;を備えており、上記金属細線と上記第1のパ
ッドおよび第2のパッドとは、夫々電気絶縁性のバイン
ダーの中に多数の導電粒子を含む異方性導電膜シートを
介して接合されていることを特徴としている。
【0016】このような構成の回路モジュールにおい
て、異方性導電膜シートを第1のパッドおよび第2のパ
ッドの上に重ね合わせた後、金属細線を加熱して異方性
導電膜シートに押し付けると、このシートのバインダー
が溶融して金属細線と第1のパッドおよび第2のパッド
との間から押し出され、これら金属細線と第1のパッド
および第2のパッドとの間が狭められる。このため、金
属細線と第1のパッドおよび第2のパッドとの間に夫々
バインダー中に分散された導電粒子が挟み込まれ、これ
ら導電粒子を介して金属細線と第1のパッドおよび第2
のパッドとが電気的に導通される。
【0017】そして、上記溶融されたバインダーは、隣
り合う金属細線と第1のパッドおよび第2のパッドとの
接合部の間に流れ込むので、このバインダーにより接合
部間の絶縁が保たれるとともに、金属細線と第1のパッ
ドおよび第2のパッドとが強固に接合される。
【0018】したがって、パッドピッチの微細化に伴い
パッド自体の形状が小さくなっていても、金属細線との
接合強度を充分に確保することができるとともに、安定
したワイヤ・ボンディングを行なうことができ、電気的
接続の信頼性が向上する。
【0019】上記目的を達成するため、請求項5に記載
された電子機器は、箱状の筐体と;この筐体の内部に収
容された回路モジュールと;を備え、この回路モジュー
ルは、所定のピッチで配列された多数の第1のパッドを
有する半導体素子と、所定のピッチで配列された多数の
第2のパッドを有するとともに、上記半導体素子が実装
された回路基板と、上記第1および第2のパッドに夫々
ワイヤ・ボンディングされ、上記半導体素子と上記回路
基板とを電気的に接続する金属細線と、を有し、これら
金属細線と上記第1のパッドおよび第2のパッドとは、
夫々電気絶縁性のバインダー中に多数の導電粒子を含む
異方性導電膜シートを介して接合されていることを特徴
している。
【0020】このような構成の電子機器に用いられる回
路モジュールは、異方性導電膜シートを第1のパッドお
よび第2のパッドの上に重ね合わせた後、金属細線を加
熱して異方性導電膜シートに押し付けると、このシート
のバインダーが溶融して金属細線と第1のパッドおよび
第2のパッドとの間から押し出され、これら金属細線と
第1のパッドおよび第2のパッドとの間が狭められる。
このため、金属細線と第1のパッドおよび第2のパッド
との間に夫々バインダー中に分散された導電粒子が挟み
込まれ、これら導電粒子を介して金属細線と第1のパッ
ドおよび第2のパッドとが電気的に導通される。
【0021】そして、溶融されたバインダーは、隣り合
う金属細線と第1のパッドおよび第2のパッドとの接合
部の間に流れ込むので、このバインダーにより接合部間
の絶縁が保たれるとともに、金属細線と第1のパッドお
よび第2のパッドとが強固に接合される。
【0022】したがって、パッドピッチの微細化に伴い
パッド自体の形状が小さくなっていても、金属細線との
接合強度を充分に確保できるとともに、安定したワイヤ
・ボンディングを行なうことができ、筐体の内部に収容
された回路モジュールの電気的接続の信頼性が向上す
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を、ポー
タブルコンピュータに適用した図面にもとづいて説明す
る。図1は、スーツのポケットに収容し得るような大き
さを有する超小型のポータブルコンピュータ1を示して
いる。このコンピュータ1は、箱形の筐体2と、この筐
体2に支持されたディスプレイユニット3とを備えてい
る。
【0024】筐体2は、その上面にキーボード装着部4
を有している。このキーボード装着部4には、多数のキ
ー5を有するキーボード6が取り付けられている。ディ
スプレイユニット3は、偏平な箱状をなすディスプレイ
ハウジング8と、このディスプレイハウジング8に収容
された液晶表示装置9とを備えている。ディスプレイハ
ウジング8の前面には、開口部8aが形成されている。
上記液晶表示装置9の表示画面10は、上記開口部8a
を通じてディスプレイハウジング8の外方に露出されて
いる。
【0025】ディスプレイユニット3は、上記筐体2の
後端部にヒンジ装置(図示せず)を介して支持されてい
る。このため、ディスプレイユニット3は、上記キーボ
ード6を覆う閉じ位置と、このキーボード6を露出させ
る開き位置とに亘って回動可能となっている。
【0026】図2に示すように、上記筐体2の内部に
は、回路モジュール12が収容されている。回路モジュ
ール12は、半導体素子13と、この半導体素子13が
実装された回路基板14とを備えている。
【0027】図3および図4に示すように、半導体素子
13としては、いわゆるベアチップと称する樹脂モール
ドされていない裸のチップが用いられている。この半導
体素子13は、第1ないし第4の縁部16a〜16dを
有する矩形状をなしており、隣り合う第1ないし第4の
縁部16a〜16dは、互いに直交されている。
【0028】半導体素子13は、平坦な素子面17を有
している。この素子面17には、電極端子を兼ねる多数
の第1のパッド18が配置されている。第1のパッド1
8は、半導体素子13の第1ないし第4の縁部16a〜
16dに沿うように互いに間隔を存して配置されてい
る。そして、隣り合う第1のパッド18間のピッチP1
は、半導体素子13の高機能化に伴い微細化されてい
る。
【0029】回路基板14は、筐体2の底壁に支持され
ている。この回路基板14は、平坦な実装面14aを有
し、この実装面14aに上記半導体素子13が接着剤1
9を介してダイ・ボンディングされている。回路基板1
4の実装面14aには、多数の第2のパッド20が配置
されている。第2のパッド20は、回路基板14上の配
線パターン(図示せず)に電気的に接続されており、こ
れら配線パターンの端子を兼ねている。
【0030】回路基板14の第2のパッド20は、上記
半導体素子13の周辺に配置され、この半導体素子13
を取り囲んでいる。そのため、第2のパッド20は、半
導体素子13の第1ないし第4の縁部16a〜16dの
方向に沿って互いに間隔を存して配置されている。これ
ら第2のパッド20のピッチP2 は、上記第1のパッド
18のピッチP1 に対応するように微細化されている。
【0031】半導体素子13の第1のパッド18と、回
路基板14の第2のパッド20とは、多数の金属細線2
2を介してワイヤ・ボンディングされている。金属細線
22としては、金(Au)ワイヤが用いられている。
【0032】図4に示すように、金属細線22と第1の
パッド18との接合部には、第1の異方性導電膜シート
23が介在され、金属細線22と第2のパッド20との
接合部には、第2の異方性導電膜シート24が介在され
ている。第1の異方性導電膜シート23は、半導体素子
13の素子面17と略同じ大きさを有する矩形状をなし
ており、上記第1のパッド18を含む表示面17の全面
を覆っている。第2の異方性導電膜シート24は、上記
半導体素子13を取り囲むような四角形の枠状をなして
おり、上記回路基板14の実装面14aにおいて、第2
のパッド20のみを覆っている。
【0033】図6に示すように、第1および第2の異方
性導電膜シート23,24は、電気絶縁性および接着性
を有するバインダー25と、このバインダー25の中に
分散配置された多数の導電粒子26とを有している。こ
れら異方性導電膜シート23,24は、加圧前の状態で
は導電粒子26が互いに独立しているために、全体とし
ては電気絶縁物であり、上記ワイヤ・ボンディング時に
加熱、加圧することで、接着性および導電性が得られる
ようになっている。
【0034】次に、半導体素子13を回路基板14にワ
イヤ・ボンディングする手順について説明する。まず最
初に、回路基板14の実装面14aに半導体素子13を
ダイ・ボンディングする。そして、図7の(A)に示す
ように、半導体素子13の素子面17に第1の異方性導
電膜シート23を重ね合わせ、このシート23で第1の
パッド18を含む素子面17を全体的に覆うとともに、
回路基板14の実装面14aに第2の異方性導電膜シー
ト24を重ね合わせ、このシート24で第2のパッド2
0を覆う。
【0035】次に、図7の(B)に示すように、ワイヤ
・スプール30から繰り出された金属細線22をキャピ
ラリ31に通し、この金属細線22の先端を第1の異方
性導電膜シート23と対向させる。この状態で金属細線
22の先端をトーチで加熱し、この金属細線22の先端
を溶融させることにより、線径の約2倍の大きさのボー
ル22aを形成する。
【0036】次に、キャピラリ31を降下させ、金属細
線22のボール22aを第1の異方性導電膜シート23
上に所定の時間をかけて押し付ける。この際、回路基板
14は、所定の温度に加熱しておき、金属細線22のボ
ール22aを塑性変形させることが望ましい。
【0037】キャピラリ31の降下に伴い、第1の異方
性導電膜シート23がボール22aと第1のパッド18
との間で加圧されると、バインダー25が溶け出して流
動状態となり、図5に示すように、ボール22aと第1
のパッド18との間から押し出される。この押し出しに
より、ボール22aと第1のパッド18との間の距離が
狭まり、これらボール22aと第1のパッド18との間
で導電粒子26が挟み込まれる。そのため、導電粒子2
6を介してボール22aと第1のパッド18とが電気的
に導通される。
【0038】ボール22aと第1のパッド18との間か
ら押し出されたバインダー25は、隣り合うボール22
aと第1のパッド18との接合部の間に流れ込む。その
ため、隣り合う接合部間では、流れ込んだバインダー2
5により初期の絶縁が保たれるとともに、このバインダ
ー25を介して金属細線22と第1のパッド18とが強
固に接合される。
【0039】金属細線22と第1のパッド18との接合
が完了したならば、図7の(C)に示すように、キャピ
ラリ31を回路基板14上の第2の異方性導電膜シート
24に向けて移動させ、金属細線22を半導体素子13
の側方に引き出す。そして、図8の(A)に示すよう
に、引き出された金属細線22をキャピラリ31の先端
面によって第2の異方性導電膜シート23に押し付け
る。
【0040】この際、回路基板14は、所定の温度に加
熱されているので、金属細線22が第2の異方性導電膜
シート23に押し付けられると、上記金属細線22と第
1のパッド18との接合部と同様にバインダー25が溶
融し、金属細線22と第2のパッド20とが導電粒子2
6を介して電気的に導通される。また、上記溶融したバ
インダー25により隣り合う金属細線22と第2のパッ
ド20との接合部の絶縁が保たれるとともに、このバイ
ンダー25を介して金属細線22と第2のパッド20と
が強固に接合される。
【0041】次に、図8の(B)に示すように、キャピ
ラリ31を上昇させるとともに、図示しないクランパで
金属細線22を引っ張り、この金属細線22を第2のパ
ッド20との接合部で切断する。このことにより、半導
体素子13と回路基板14の配線パターンとが電気的に
接続され、一連のワイヤ・ボンディングが完了する。
【0042】このような回路モジュール12によれば、
金属細線22と半導体素子13の第1のパッド18およ
び回路基板14の第2のパッド20との間に第1および
第2の異方性導電膜シート23,24を介在させたの
で、ワイヤ・ボンディング時には、金属細線22と第1
のパッド18および第2のパッド20とが微細な導電粒
子26を介して直接接合される。そのため、第1および
第2のパッド18,20のピッチP1 、P2 の微細化に
伴い、これらパッド18,20の形状が小さくなってい
ても、安定した電気的導通が得られ、電気的な接続の信
頼性が向上する。
【0043】また、金属細線22を第1および第2の異
方性導電膜シート23,24に押し付けると、溶け出し
たバインダー25が互いに隣り合う第1のパッド18と
金属細線22との接合部および第2のパッド20と金属
細線22との接合部の間に夫々流れ込み、これら接合部
間の絶縁を維持するので、隣り合う第1および第2のパ
ッド18,20間での短絡事故の発生を防止することが
できる。
【0044】そのため、半導体素子13を回路基板14
にワイヤ・ボンディングする場合でも、第1および第2
のパッド18,20のピッチP1 、P2 を無理なく微細
化することができ、半導体素子13の多ピン化やワイヤ
・ボンディングの高密度化を進める上で好都合となる。
【0045】しかも、金属細線20と第1のパッド18
および第2のパッド20とは、溶け出したバインダー2
5により互いに接合されるので、これら接合部の強度を
充分に確保することができる。したがって、上記のよう
に第1および第2のパッド18,20の微細化により、
これらパッド18,20の形状が小さくなっていても、
金属細線22の剥離を防止することができ、安定したワ
イヤ・ボンディングを行なうことができる。
【0046】さらに、上記構成によると、第1の異方性
導電膜シート23は、半導体素子13の表示面17と略
同じ大きさを有する矩形状をなしているので、この第1
の異方性導電膜シート23をシート状の素材から切り出
して形成する場合に、歩留まりが良好となるといった利
点がある。
【0047】なお、上記実施の形態では、金属細線とし
て金ワイヤを用い、この金属細線の先端のボールを異方
性導電膜シートに圧着させるようにしたが、本発明はこ
れに限らず、上記金属細線の圧着接合時にボールに超音
波振動を付加し、回路基板の温度を低く抑えるようにし
ても良い。
【0048】また、本発明に係る回路モジュールは、ベ
アチップと称する裸の半導体素子を回路基板にワイヤ・
ボンディングする、いわゆるCOBに特定されるもので
はなく、例えば裸の半導体素子をリードフレームのイン
ナリードにワイヤ・ボンディングするとともに、これら
半導体素子およびリードフレームを樹脂モールドしてな
る半導体パッケージであっても同様に実施可能である。
【0049】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、端子(パ
ッド)のピッチの微細化に伴い端子(パッド)自体の形
状が小さくなっていても、金属細線と端子(パッド)と
の電気的な導通を確実に行なうことができるとともに、
これら金属細線と端子(パッド)との接合強度を充分に
確保することができる。そのため、安定したワイヤ・ボ
ンディングが可能となり、端子(ピッチ)間のピッチを
無理なく微細化することができるとともに、半導体素子
の多ピン化やワイヤ・ボンディングの高密度化を進める
上で好都合となるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るポータブルコ
ンピュータの斜視図。
【図2】筐体の内部に回路モジュールを収容した状態を
一部断面で示すポータブルコンピュータの側面図。
【図3】回路基板の半導体素子をワイヤ・ボンディング
した状態を示す回路モジュールの平面図。
【図4】回路モジュールの断面図。
【図5】金属細線と第1のパッドとの接合部の断面図。
【図6】異方性導電膜シートの断面図。
【図7】(A)は、半導体素子の素子面および回路基板
の実装面に第1および第2の異方性導電膜シートを重ね
合わせる状態を示す断面図。(B)は、金属細線の先端
を半導体素子の第1のパッドと対向させるとともに、こ
の金属細線の先端にボールを形成した状態を示す断面
図。(C)は、金属細線の先端を第1の異方性導電膜シ
ートを介して半導体素子の第1のパッドに接合した状態
を示す断面図。
【図8】(A)は、金属細線を半導体素子の側方に引き
出し、回路基板の第2のパッドに接合した状態を示す断
面図。(B)は、第2のパッドに接合された金属細線を
切断した状態を示す断面図。
【符号の説明】
2…筐体 12…回路モジュール 13…半導体素子 14…回路基板 18…第1のパッド(端子) 20…第2のパッド(端子) 22…金属細線 23,24…異方性導電膜シート(第1および第2の異
方性導電膜シート) 25…バインダー 26…導電粒子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のピッチで配列された多数の端子
    に、多数の金属細線をワイヤ・ボンディングしてなる回
    路モジュールにおいて、 上記端子と金属細線とは、電気絶縁性のバインダー中に
    多数の導電粒子を含む異方性導電膜シートを介して接合
    されていることを特徴とする回路モジュール。
  2. 【請求項2】 所定のピッチで配列された多数の端子
    に、金属細線をワイヤ・ボンディングすることにより、
    これら端子と金属細線とを熱圧着させるようにした回路
    モジュールの製造方法において、 上記端子と金属細線との間に、電気絶縁性のバインダー
    中に多数の導電粒子を含む異方性導電膜シートを介在さ
    せたことを特徴とする回路モジュールの製造方法。
  3. 【請求項3】 所定のピッチで配列された多数の第1の
    パッドを有する半導体素子と;所定のピッチで配列され
    た多数の第2のパッドを有するとともに、上記半導体素
    子が実装された回路基板と;上記第1および第2のパッ
    ドに夫々ワイヤ・ボンディングされ、上記半導体素子と
    上記回路基板とを電気的に接続する多数の金属細線と;
    を備えている回路モジュールにおいて、 上記金属細線と上記第1のパッドおよび第2のパッドと
    は、夫々電気絶縁性のバインダー中に多数の導電粒子を
    含む異方性導電膜シートを介して接合されていることを
    特徴とする回路モジュール。
  4. 【請求項4】 請求項3の記載において、上記半導体素
    子は、上記第1のパッドが配列された素子面を有し、上
    記異方性導電膜シートは、上記素子面と略同じ大きさを
    有していることを特徴とする回路モジュール。
  5. 【請求項5】 箱状の筐体と;この筐体の内部に収容さ
    れた回路モジュールと;を備え、 この回路モジュールは、所定のピッチで配列された多数
    の第1のパッドを有する半導体素子と、所定のピッチで
    配列された多数の第2のパッドを有するとともに、上記
    半導体素子が実装された回路基板とを有し、上記半導体
    素子と回路基板との間を、上記第1および第2のパッド
    に夫々ワイヤ・ボンディングされた多数の金属細線を介
    して電気的に接続してなる電子機器において、 上記金属細線と上記第1のパッドおよび第2のパッドと
    は、夫々電気絶縁性のバインダー中に多数の導電粒子を
    含む異方性導電膜シートを介して接合されていることを
    特徴とする電子機器。
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