JPH11111782A

JPH11111782A - 半導体装置用テープキャリア及びそのテープキャリアを使用した半導体装置

Info

Publication number: JPH11111782A
Application number: JP27563997A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Chinda; 聡珍田; Osamu Yoshioka; 修吉岡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】インナーリードとパッドをバンプなしで直接
接合することができると共に、接合の信頼性を長期間維
持することができる半導体装置用テープキャリア及びそ
のテープキャリアを使用した半導体装置を提供するこ
と。【解決手段】半導体素子の電極との接合面に金／パラ
ジウム１６、１５が成膜されているインナーリード１９
と、前記インナーリードに連設され、外部配線基板と接
合されるアウターリード１７を、可撓性絶縁フィルム１
３上にパターン形成し、さらに、前記半導体素子の電極
と前記インナーリード自体とを直接接合するために、ニ
ッケル合金、コバルト又はコバルト合金１４を、前記金
／パラジウムの下地として成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を搭載
する半導体装置用テープキャリア及びそのテープキャリ
アを使用した半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】銅箔とポリイミド等の耐熱性テープが貼
り合わされた可撓性絶縁フィルムから成る半導体装置用
テープキャリアは、大量生産に優れ、可撓性があり、薄
く、軽量であるため、液晶画面の駆動用ＩＣや小型計算
機の論理ＬＳＩは元より、最近ではＣＰＵ、ＡＳＩＣ等
の大型論理回路半導体チップやメモリチップの搭載用に
まで適用が拡大している。

【０００３】この半導体装置用テープキャリアに設けら
れた半導体素子との電気的接合を行うリード（インナー
リード）と半導体素子の電極との接合方法は、一般的に
はテープオートメーテッドボンディング（ＴＡＢ）法が
用いられている。このＴＡＢ法は、先ず半導体素子の電
極であるアルミニウムで成るパッド上に金で成るバンプ
と称する突起を形成し、次に全てのバンプとインナーリ
ードとを正確にアライメントして、ダイヤモンド等の硬
質ツールで一括熱圧着する方法である。

【０００４】このＴＡＢ法を用いる場合は、インナーリ
ードに錫めっき、金／ニッケルの２層めっき（例えば、
特開平５−３４７３２９号公報参照）又はパラジウム／
ニッケルの２層めっき（例えば、特開平６−１３４３４
号公報参照）を施している。錫めっきの場合は、パッド
上に形成したバンプと金一錫共晶合金を形成して接合す
る。また、金／ニッケルめっきの場合は、金一金接合と
なり、高信頼性を有する接合が可能となる。下地である
ニッケルめっきは、インナーリードの素材である銅と最
表面の金めっきとの熱拡散防止バリアの役割を持つ。

【０００５】このＴＡＢ法は、接合時間が短く、テープ
材のまま作業ができるため、大量生産に適しているが、
接合パッド数が数百個にもなると、あるいはパッドとイ
ンナーリードのピッチが狭くなると、バッドとインナー
リードの全数の正確なアライメントが困難になり、また
テープ材や接合ツールの平坦性も接合に大きく影響す
る。また、バンプは、一般にはダイシングによって切断
する前の配線を描画したＬＳＩウェハにフォトレジスト
を厚塗りし、露光、現像、電解金めっき、レジスト剥
膜、金焼鈍等の１０工程以上の長い工程を経て作製され
るので、多大なコストと製造時間を費やすことになる。

【０００６】また、別の接合方法として、シングルポイ
ントボンディング法、即ち上述したようにパッド上にバ
ンプを形成した後、全てのバンプとインナーリードとを
正確にアライメントしてインナーリードを１本ずつツー
ルで叩いて接合する方法もある。しかし、このシングル
ポイントボンディング法も、基本的にはバンプが必要で
あるため、ＴＡＢ法と同様の欠点がある。インナーリー
ドに金／ニッケルの２層めっきしたＴＡＢ用テープキャ
リアによれば、ボンディング条件の適正化を図ることに
より、インナーリードをパッドに直接シングルポイント
ボンディングすることは可能であるが、ボンディング後
にエージング試験をすると、薄い金を通して下地のニッ
ケルが拡散し、パッドとの接合部が汚染され、インナー
リードの接合力が小さくなるという欠点がある。

【０００７】そこで、上記ＴＡＢ法に代わる接合方法と
して、リードフレームを用いたＩＣの組立法ではごく一
般的な金ワイヤボンディング法が提案されている。この
金ワイヤボンディング法は、従来はフレーム材を３００
°Ｃ以上に加熱して接合する熱圧着が中心であったが、
現在はヒートダメージを低減させる目的から、フレーム
材を２００°Ｃ程度に加熱して接合する超音波併用熱圧
着が採用されている。

【０００８】この金ワイヤボンディング法によれば、パ
ッドにバンプを設けずに、インナーリードを金ワイヤの
ように打ち込み接合することができるので、上記欠点を
解消することができる。さらに、上述したように薄形で
大量生産向きである半導体装置用テープキャリアを、硬
質のリードフレームやガラエポ基板の代替に用いること
も可能になるという利点が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
装置用テープキャリアに設けられたインナーリードと半
導体素子のパッドとの接合を金ワイヤボンディング法に
より行うには、以下の問題がある。即ち、この金ワイヤ
ボンディング法で用いられている超音波併用熱圧着によ
りインナーリードを接合することは、リードフレームの
ような剛性の高い基材に対しては容易であるが、可撓性
絶縁フィルムから成る半導体装置用テープキャリアのよ
うなリードフレームに比較して軟質な基材に対しては、
荷重や超音波出力が吸収されやすいため比較的難しい。

【００１０】従って、本発明の目的は、インナーリード
とパッドをバンプなしで直接接合することができると共
に、接合の信頼性を長期間維持することができる半導体
装置用テープキャリア及びそのテープキャリアを使用し
た半導体装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を実
現するため、半導体素子の電極との接合面に金／パラジ
ウムが成膜されているインナーリードと、前記インナー
リードに連設され、外部配線基板と接合されるアウター
リードを、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した半
導体装置用テ−プキャリアにおいて、前記インナーリー
ドは、前記半導体素子の電極と直接接合されるために、
ニッケル合金、コバルト又はコバルト合金が、前記金／
パラジウムの下地として成膜されていることを特徴とす
る半導体装置用テープキャリアを提供する。

【００１２】また、本発明は、上記目的を実現するた
め、半導体素子の電極との接合面に金／パラジウムが成
膜されているインナーリードと、前記インナーリードに
連設され、外部配線基板と接合されるアウターリード
を、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した半導体装
置用テ−プキャリアを使用した半導体装置において、前
記半導体装置用テ−プキャリアは、半導体素子を搭載し
ており、前記インナーリードは、ニッケル合金、コバル
ト又はコバルト合金が、前記金／パラジウムの下地とし
て成膜されていて前記半導体素子の電極と直接接合され
ていることを特徴とする半導体装置を提供する。

【００１３】上記構成によれば、最下層のニッケル合
金、コバルト又はコバルト合金の膜は、インナーリード
からの銅の熱拡散防止及び接合時の応力吸収防止の作用
を持ち、中間層のパラジウムの膜は、耐酸化性の改善と
最下層からのニッケルの熱拡散防止の作用を持ち、最表
層の金の膜は、接合の作用を持つ。従って、インナーリ
ードとパッドをバンプなしで直接接合することができ、
しかも加熱処理を加えても接合部の元素拡散が起きず、
接合の信頼性を長期にわたって維持することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の半導体装置用テ
ープキャリアの第１の実施形態を示す断面側面図であ
る。この半導体装置用テープキャリア１０は、銅箔１１
とポリイミド等の耐熱性テープ１２が貼り合わされた可
撓性絶縁フィルム１３の表面に、ニッケル合金、コバル
ト又はコバルト合金がめっきされてニッケル合金、コバ
ルト又はコバルト合金めっき膜１４が形成され、その表
面にパラジウムがめっきされてパラジウムめっき膜１５
が形成され、さらに、その表面に金がめっきされて金め
っき膜１６が形成された構成となっている。即ち、金／
パラジウムの２層めっきの下地として、ニッケル合金、
コバルト又はコバルト合金がめっきされている。

【００１５】耐熱性テープ１２間には、アウターリード
１７が形成され、半導体素子の載置部１８には、インナ
ーリード１９が形成された構成となっている。そして、
インナーリード１９の先端が、半導体素子の載置部１８
に予め開けられている半導体素子のサイズよりやや大き
なホール（デバイスホール）１８ａ内に突出する構造と
なっている。

【００１６】ここで、下地に純ニッケルではなくニッケ
ル合金を用いた理由は、半導体素子の電極であるアルミ
ニウムで成るパッドとの接合時の応力吸収を避けるため
には、薄くても硬度の高いものが望ましいからである。
このニッケル合金としては、例えば、ニッケル−リン、
ニッケル−ホウ素、ニッケル−モリブデン、ニッケル−
タングステン、ニッケル−モリブデン−タングステン等
が用いられる。例えば、ニッケル−リンはめっき直後の
硬さがＨｖ５００以上となる。また、コバルト合金とし
ては、例えば、コバルト−リン、コバルト−ホウ素、コ
バルト−モリブデン等が用いられる。これらのめっき膜
は、非晶質構造を取ることにより、めっき膜の内部歪が
増大する結果、硬い皮膜となるのである。

【００１７】これらのめっき方法としては、電解めっき
法により行っても良いが、無電解めっき法で行っても何
ら差し支えない。しかし、電解めっき法の析出効率は５
０％以下であることが多く、無電解めっき法の析出速度
はさらに遅いので、めっきに時間を費やす。そこで、電
解めっき法で析出効率の高いニッケル又はコバルトを析
出させた後に、電解めっき法若しくは無電解めっき法で
上記ニッケル合金又はコバルト合金を薄く析出させるこ
とにより、めっき時間の短縮を図ることができる。

【００１８】ニッケル合金、コバルト又はコバルト合金
めっき膜１４の厚さは、銅箔１１のパターンからの銅の
熱拡散を防止するためには少なくとも０．５μｍは必要
であるが、比較的硬いめっき膜であるため、３μｍ以上
になると半導体装置用テープキャリア１０の特長である
可撓性を損なうことがあるので、０．５μｍ〜２μｍ程
度が望ましい。パラジウムめっき膜１５の厚さは、ニッ
ケル合金、コバルト又はコバルト合金めっき膜１４より
さらに硬いめっき膜であり、また高価であるため、薄い
方が良いが、０．０５μｍより薄いと十分な接合性が望
めず、また膜厚の制御及び品質保証が難しいことから、
０．０５μｍ〜０．２μｍ程度が望ましい。

【００１９】金めっき膜１６の厚さは、パラジウムめっ
き膜１５よりさらに高価であるため、薄い方が良いが、
０．００５μｍより薄いと膜厚の制御及び品質保証が難
しいことから、０．００５μｍ〜０．１μｍ程度が望ま
しい。また、ニッケル又はコバルトを析出させた後に、
上記ニッケル合金又はコバルト合金を薄く析出させる場
合は、ニッケル又はコバルトめっき膜の厚さは０．５μ
ｍ〜１μｍ程度、ニッケル合金又はコバルト合金めっき
膜１４の厚さは０．１μｍ〜１μｍ程度が望ましい。

【００２０】各めっき膜１４、１５、１６の作用は、最
下層のニッケル合金、コバルト又はコバルト合金めっき
膜１４は、インナーリード１９からの銅の熱拡散を防止
すると共に半導体素子の電極であるアルミニウムで成る
パッドとの接合時の応力吸収を防止し、中間層のパラジ
ウムめっき膜１５は、耐酸化性を改善すると共に最下層
からのニッケルの熱拡散を防止し、最表層の金めっき膜
１６は、パッドと接合する。

【００２１】これによりパッドヘのインナーリード１９
の直接接合が可能となリ、しかも加熱工程を経てもニッ
ケル合金、コバルト又はコバルト合金めっき膜１４やパ
ラジウムめっき膜１５が拡散防止バリアとなり、接合部
の信頼性が長期にわたって安定する。

【００２２】このような構成の半導体装置用テープキャ
リア１０及び従来の半導体装置用テープキャリアを実際
に作製して比較した結果を以下に示す。［実施例１］先ず、ポリイミド製耐熱性テープ１２に銅
箔１１を耐熱接着剤で貼合わせて可撓性絶縁フィルム１
３を作製した。そして、この可撓性絶縁フィルム１３の
銅箔１１の表面に、感光性レジストを薄く均一に塗布し
た後、露光、現像、エッチング、レジスト剥膜等の工程
を経て、所望の形状の微細パターンを形成した。

【００２３】次に、この微細パターンが形成された可撓
性絶縁フィルム１３のめっき不要部に耐薬品性のレジス
トをスクリーン印刷法で塗布した後、露出している銅リ
ード（リード幅５０μｍ、ピッチ９０μｍ）を脱脂及び
酸洗により清浄化した。そして、可撓性絶縁フィルム１
３の表面に電気めっきでニッケル−リン合金めっき膜１
４を約２μｍ析出させた。めっき液組成はＮｉＳＯ₄・
６Ｈ₂０：１６０ｇ／ｌ、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂０：４０
ｇ／ｌ、Ｈ₃ＰＯ₃：６ｇ／ｌ、めっき液温は５５°
Ｃ、電流密度は６Ａ／ｄｍ²とした。

【００２４】そして、そのニッケル−リン合金めっき膜
１４の上に電気めっきでパラジウムめっき膜１５を約
０．２μｍ析出させた。さらに、そのパラジウムめっき
膜１５の上に電気めっきで金めっき膜１６を約０．０５
μｍ析出させて半導体装置用テープキャリア１０を作製
した。このようにして作製した半導体装置用テープキャ
リア１０に半導体素子を搭載し、半導体装置用テープキ
ャリア１０に設けられたインナーリードと半導体素子の
電極とを接合した。図２は、その接合状態を示す断面側
面図である。

【００２５】半導体装置用テープキャリア１０をシング
ルポイントボンダ（九州松下電器製、商品名ＳＢ１０Ｎ
−Ｔ）にセットし、半導体素子１のパッド２とインナー
リード１９の先端を正確にアライメントして、インナー
リード１９を１本ずつ叩いて接合した。接合条件は、荷
重５０ｇｆ、超音波出力０．３Ｗ、発振時間２０ｍｓと
した。

【００２６】そして、先ず、インナーリード１９とパッ
ド２との接合部をリフトオフし、接合部の接合強度を測
定した。その結果、接合部の接合強度は２０ｇｆ以上で
あった。次に、接合したサンプルを１５０°Ｃの恒温槽
中に最長５００ｈｒ保持し、約１００ｈｒ毎に取り出し
て接合部の接合強度を測定した。その結果、接合部の接
合強度は５００ｈｒ経過後も２０ｇｆ以上を保ってい
た。

【００２７】［実施例２］実施例１で使用した可撓性絶
縁フィルム１３の銅箔１１の微細パターンのうち、めっ
き必要部のみを露出させて清浄化した後、可撓性絶縁フ
ィルム１３の表面に無電解ニッケル−リンめっき液（上
村工業製、商品名ニムデンＳＸ）を用いてニッケル−リ
ン合金めっき膜１４を約２μｍ析出させた。

【００２８】そして、そのニッケル−リン合金めっき膜
１４の上に無電解パラジウムめっき液（日本高純度化学
製、商品名ネオパラブライト）を用いてパラジウムめっ
き膜１５を約０．２μｍ析出させた。さらに、そのパラ
ジウムめっき膜１５の上に無電解金めっき液（日本高純
度化学製、商品名ＩＭ−ＧＯＬＤ）を用いて金めっき膜
１６を約０．０５μｍ析出させて半導体装置用テープキ
ャリア１０を作製した。

【００２９】このようにして作製した半導体装置用テー
プキャリア１０を実施例１と同様に、シングルポイント
ボンディングして接合部をリフトオフし、接合部の接合
強度を測定した。その結果、接合部の接合強度は２０ｇ
ｆ以上であった。次に、接合したサンプルを１５０°Ｃ
の恒温槽中に最長５００ｈｒ保持し、約１００ｈｒ毎に
取り出して接合部の接合強度を測定した。その結果、接
合部の接合強度は５００ｈｒ経過後も２０ｇｆ以上を保
っていた。

【００３０】［実施例３］実施例１で使用した可撓性絶
縁フィルム１３の銅箔１１の微細パターンのうち、めっ
き必要部のみを露出させて清浄化した後、可撓性絶縁フ
ィルム１３の表面に電解ニッケルめっきのワット浴を用
いてニッケルめっき膜を約１μｍ析出させ、そのニッケ
ルめっき膜の上に電解ニッケル−リンめっき液（上村工
業製、商品名ニムデンＳＸ）を用いてニッケル−リン合
金めっき膜１４を約０．５μｍ析出させた。

【００３１】そして、そのニッケル−リン合金めっき膜
１４の上に電気めっきでパラジウムめっき膜１５を約
０．２μｍ析出させた。さらに、そのパラジウムめっき
膜１５の上に電気めっきで金めっき膜１６を約０．０５
μｍ析出させて半導体装置用テープキャリア１０を作製
した。

【００３２】このようにして作製した半導体装置用テー
プキャリア１０を実施例１と同様に、シングルポイント
ボンディングして接合部をリフトオフし、接合部の接合
強度を測定した。その結果、接合部の接合強度は２０ｇ
ｆ以上であった。次に、接合したサンプルを１５０°Ｃ
の恒温槽中に最長５００ｈｒ保持し、約１００ｈｒ毎に
取り出して接合部の接合強度を測定した。その結果、接
合部の接合強度は５００ｈｒ経過後も２０ｇｆ以上を保
っていた。

【００３３】［比較例］実施例１で使用した可撓性絶縁
フィルム１３の銅箔１１の微細パターンのうち、めっき
必要部のみを露出させて清浄化した後、可撓性絶縁フィ
ルム１３の表面に電解めっき法でニッケルめっき膜を約
２μｍ析出させ、そのニッケルめっき膜の上に電解めっ
き法で金めっき膜を０．０５μｍ析出させて半導体装置
用テープキャリアを作製した。

【００３４】このようにして作製した半導体装置用テー
プキャリアを実施例１と同様に、シングルポイントボン
ディングして接合部をリフトオフし、接合部の接合強度
を測定した。その結果、接合部の接合強度は２０ｇｆ以
上であった。次に、接合したサンプルを１５０°Ｃの恒
温槽中に最長５００ｈｒ保持し、約１００ｈｒ毎に取り
出して接合部の接合強度を測定した。その結果、接合部
の接合強度は最初の１００ｈｒ経過後にすでに５ｇｆ以
下となった。以上の各実施例と比較例を比較すると、各
実施例のインナーリード構造は、パッドを直接シングル
ポイントボンディングする際に、接合信頼性を増大させ
ることが明白になった。

【００３５】図３は、本発明の半導体装置用テープキャ
リアの第２の実施形態を示す断面側面図である。この半
導体装置用テープキャリア２０は、基本的には第１の実
施形態の半導体装置用テープキャリア１０と同一構成で
あるが、ソルダーレジスト２１がポリイミド耐熱性テー
プ１２上の配線層を保護するために設けられている構成
において相違している。

【００３６】尚、上述した各実施形態において、パラジ
ウムめっき膜１５自体も半導体素子のパッドと直接接合
することが可能であるため、金めっき膜１６を省略する
こともできる。このような半導体装置用テープキャリア
を用いて、実施例１に示した熱処理試験を行った場合、
少なくとも３００ｈｒまでは接合部の接合強度は２０ｇ
ｆ以上を示した。

【００３７】上述した各実施形態により、以下の効果を
得ることができる。半導体素子の電極上に金のバンプを
予め設けておく必要がないため、高価で時間のかかるウ
ェハバンプ製造工程をすべて省略することができる。従
来の剛性の高いリードフレームに比較して、薄くて可撓
性のあるテープ材であるため、パッケージが薄形化で
き、狭いすき間や湾曲した搭載部、折曲げた裏側の基板
等へのパッケージの搭載が可能になる。

【００３８】金ワイヤボンディングの場合は、接合部の
耐湿性を維持する目的から、レジンによるトランスファ
モールドが必要となるが、シングルポイントボンディン
グの場合は、より組み立ての簡単なポッティングレジン
封止で良いため、コストを低減させることができる。さ
らに、金ワイヤをボンディングする場合のようなワイヤ
のループが無いので、パッケージの薄形化を一層図るこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
ンナーリードとパッドをバンプなしで直接接合すること
ができると共に、接合の信頼性を長期間維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置用テープキャリアの第１の
実施形態を示す断面側面図である。

【図２】図１に示す半導体装置用テープキャリアに設け
られたインナーリードと半導体素子の電極とを接合した
状態を示す断面側面図である。

【図３】本発明の半導体装置用テープキャリアの第２の
実施形態を示す断面側面図である。

【符号の説明】

１０、２０半導体装置用テープキャリア１１銅箔１２耐熱性テープ１３可撓性絶縁フィルム１４ニッケル合金、コバルト又はコバルト合金めっ
き膜１５パラジウムめっき膜１６金めっき膜１７アウターリード１８半導体素子の載置部１８ａホール（デバイスホール）１９インナーリード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の電極との接合面に金／パラ
ジウムが成膜されているインナーリードと、前記インナ
ーリードに連設され、外部配線基板と接合されるアウタ
ーリードを、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した
半導体装置用テ−プキャリアにおいて、前記インナーリードは、前記半導体素子の電極と直接接
合されるために、ニッケル合金、コバルト又はコバルト
合金が、前記金／パラジウムの下地として成膜されてい
ることを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
【請求項２】半導体素子の電極との接合面にパラジウ
ムが成膜されているインナーリードと、前記インナーリ
ードに連設され、外部配線基板と接合されるアウターリ
ードを、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した半導
体装置用テ−プキャリアにおいて、前記インナーリードは、前記半導体素子の電極と直接接
合されるために、ニッケル合金、コバルト又はコバルト
合金が、前記パラジウムの下地として成膜されているこ
とを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
【請求項３】半導体素子の電極との接合面に金／パラ
ジウムが成膜されているインナーリードと、前記インナ
ーリードに連設され、外部配線基板と接合されるアウタ
ーリードを、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した
半導体装置用テ−プキャリアを使用した半導体装置にお
いて、前記半導体装置用テ−プキャリアは、半導体素子を搭載
しており、前記インナーリードは、ニッケル合金、コバ
ルト又はコバルト合金が、前記金／パラジウムの下地と
して成膜されていて前記半導体素子の電極と直接接合さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】半導体素子の電極との接合面にパラジウ
ムが成膜されているインナーリードと、前記インナーリ
ードに連設され、外部配線基板と接合されるアウターリ
ードを、可撓性絶縁フィルム上にパターン形成した半導
体装置用テ−プキャリアを使用した半導体装置におい
て、前記半導体装置用テ−プキャリアは、半導体素子を搭載
しており、前記インナーリードは、ニッケル合金、コバ
ルト又はコバルト合金が、前記パラジウムの下地として
成膜されていて前記半導体素子の電極と直接接合されて
いることを特徴とする半導体装置。