JPS6231819B2 - - Google Patents

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JPS6231819B2
JPS6231819B2 JP56037499A JP3749981A JPS6231819B2 JP S6231819 B2 JPS6231819 B2 JP S6231819B2 JP 56037499 A JP56037499 A JP 56037499A JP 3749981 A JP3749981 A JP 3749981A JP S6231819 B2 JPS6231819 B2 JP S6231819B2
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Kenzo Hatada
Isamu Kitahiro
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体素子等の電極端子上に外部リ
ードを一括接合できる方法に関し、電極端子上に
何らの処理をすることなしに、外部リードを一括
して接合するものであつて、著じるしく簡便な工
程により、確実な接合を、高信頼度で実現できる
ものである。
近年、IC,LSI等の半導体素子は各種の家庭電
化製品、産業用機器の分野へ導入されている。こ
れら家庭電化製品、産業用機器は省資源化、省電
力化のためにあるいは利用範囲を拡大させるため
に、小型化、薄型化のいわゆるポータブル化が促
進されてきている。
半導体素子においてもポータブル化に対応する
ために、パツケージングの小型化、薄型化が要求
されてきている。拡散工程、電極配線工程の終了
したシリコンスライスは半導体素子単位のチツプ
に切断され、チツプの周辺に設けられたアルミ電
極端子から外部端子へ電極リードを取出して取扱
いやすくしまた機械的保護のためにパツケージン
グされる。通常、これら半導体素子のパツケージ
ングにはDIL,チツプキヤリヤ,テープキヤリヤ
方式等が用いられているが、DIL,チツプキヤリ
ヤの如きは半導体素子の電極端子から外部端子へ
は25〜35μφのAuまたはAlの極細線で一本づつ
順次接続するものである。このために、半導体素
子上の電極端子数が増大するにしたがい、接続の
箇所の信頼度は低下するばかりか、外部端子の数
もこれにしたがつて一定間隔で増大するため、パ
ツケージングの大きさも増大する。
メモリーやマイクロコンピユータ用のLSIと連
結しているI/Oの如きLSIでは機能数の増大と
ともに、電極端子数も60〜100端子と著じるしく
増大してしまい、前述した如く、パツケージング
の大きさは、わずか数10mm2の半導体素子を取扱う
のに数10cm2と大きくなつてしまう。このことは小
型化、薄型化の機器の促進を妨げるものであつ
た。
一方、接続箇所の信頼性が高く、小型化、薄型
化のパツケージングを提供できるものとして、テ
ープキヤリヤ方式がある。テープキヤリヤ方式に
よる半導体素子のパツケージングは半導体素子上
の電極端子上にバリヤメタルと呼ばれる多層金属
膜を設け、さらに、この多層金属膜上に電気メツ
キ法により金属突起を設ける。そして、一定幅の
長尺のポリイミドテープ上に金属リード端子を設
け、半導体素子の電極端子上の金属突起とリード
端子とを、電極端子数に無関係に同時に一括接続
するものである。したがつて、一本づつ電極端子
に極細線を接続する前述のワイヤボンデイング方
式と比較して、接続箇所の信頼度は高くなり、か
つ半導体素子の電極端子に設けられるリード端子
の破壊強度が40g以上もあるために半導体素子を
リード端子のみで保持できる。さらにこのために
前記半導体素子上の表面に薄い保護コートをする
のみで機器の実装が可能となり、薄型、小型化し
たパツケージングとして利用できる。
このように、テープキヤリヤ方式は信頼性、小
型、薄型のパツケージング、さらに長尺のテープ
状態で取扱うことができるから、半導体素子を実
装する生産現場では操作性が抜群である等の数々
の特徴を有するものである。しかしながら、この
テープキヤリヤ方式の問題点は半導体素子の電極
端子上への金属突起物の形成にある。すなわち、
小型、薄型化したポータブル化した機器を生産す
るのはテレビ,ラジオ,ビデオ等のアセンブリ工
場である。これらアセンブリ工場では機器に組込
むための半導体素子を半導体メーカから購入しな
ければならない。この時に問題になるのが、半導
体メーカにおいて、全ての半導体素子上に金属突
起を形成できる実力あるいは設備を必らずしも有
していないという現実がある。せつかくの小型
化、薄型化のパツケージング技術もアセンブリー
工場における機器の商品的魅力を発揮することが
できない。
また、仮に半導体メーカで金属突起物を形成す
ることができたとしても次のような問題がある。
まず従来のテープキヤリヤ方式における半導体素
子上に金属突起物を形成する通常の方法について
第1図でのべる。半導体素子1上の保護膜2によ
つて被覆され、一部が開孔、露出している電極端
子3上にバリヤメタル4を形成させる(第1図
a)。
バリヤメタル4はCr―Cu,Ti―Pa,Ni―Cu等
の多層蒸着膜からなり、高真空度中で連続蒸着し
て形成するものであつて、Cr,Ti,Niの如き材
料は電極端子3との接着力をもつ働きをする。
次に半導体素子1の表面に感光性樹脂を全面に
塗布し、電極端子3上のみを開孔5した感光性樹
脂パターン6を形成させる(第1図b)。多層蒸
着膜からなるバリヤメタル4をマイナス電極とし
て、電解メツキ処理すれば、感光性樹脂パターン
6の開孔した領域5のみに第1図cの如く金属突
起7を所望の高さに形成することができる。
次に感光性樹脂パターン6を除去し、新たに、
第2の感光性樹脂を塗布し、金属突起7の周辺の
みに第2の感光性樹脂パターン8を残存させ(第
1図d)、第2の感光性樹脂パターン8をエツチ
ング用マスクとして露出しているバリヤメタルを
除去し、不用となつた第2の感光性樹脂パターン
8も除去すれば第1図eの構造を得ることができ
る。
完成した半導体素子1上の金属突起7に、ポリ
イミイド樹脂9上に形成した金属リード10とを
重ね合せ、治具11により12のごとく加圧、加
熱すれば両者を接合できる。金属突起7がAu,
金属リード10がSuメツキ処理されておれば、
加熱、加圧することによりAu―Snの共晶物を形
成し、接合することができる(第1図f)。
ところがこのような従来の工程では、次のよう
なことが問題であつた。
バリヤメタルが多層金属構造であるために、
金属膜相互間の付着力、さらに金属膜間でのバ
リヤ抵抗の発生に注意する必要がある。すなわ
ち金属膜相互間の付着力が弱いと金属リード1
0に外力を加えただけで、金属膜間で剥離ある
いはバリヤメタルと突起との剥離が発生し、実
用に期さない。また、同じようにバリヤ抵抗の
増大は半導体素子の本来の電気特性を損なうも
のである。
従来のこのような工程を実施するにあたつて
は、金属膜の形成工程、メツキ工程、金属膜の
エツチング工程、フオトエツチ工程と、広範囲
の精度の高い工程を必要とし、その分だけ金属
突起を形成するためのコストが上昇するばかり
か、歩留り低下をまねいてしまう。
また、バリヤメタルをエツチングするのにか
なりの危険度の高い薬品を使用するために人体
に対しても有害であり、かつ公害防止にも投資
する必要がある。例えば、Crのエツチングに
はフエリシアン化カリウム,カセイソーダ溶液
を用いるし、TiのエツチングにはHF系の溶液
を使わなければならない。
第1図fの如く金属リード10と金属突起7
を接合する際に共晶物が発生し、共晶物が半導
体素子1の表面層にも落下し、高温共晶物であ
るから保護膜2にクラツクを生じせしめ、電極
端子3の保護効果を減少し、信頼度を低下さす
ものであつた。
本発明は、従来のフイルムキヤリヤ方式の前述
した問題を一層せしめることのできる新規なる接
合方法を用いた金属リードへの金属突起物の形成
および金属リードと半導体素子等の電子部品の電
極との接続方法を提供せんとするものである。
本発明の主な特徴は半導体素子上に金属突起を
形成する必要がないとともに、さらに金属突起を
転写方式により金属リード側に形成する方法を用
い、基板上に選択的に金属突起物を形成する工程
と、前記金属突起物と金属リードを重ね合わせ加
熱および加圧して前記金属突起物と前記金属リー
ドを接合したのち、前記金属リードに接合された
前記突起物を前記金属リードの弾性力にて前記基
板から分離する工程と、前記金属リードに接合さ
れた金属突起物と電子部品の電極とを接合する工
程により、前記金属リードと前記電極とを接続す
る方法である。
第2図で本発明の一実施例の方法をのべる。
まず長尺のポリイミド樹脂テープ21上に電極
リード22が形成される。電極リード22は例え
ば35μm厚さのCu箔に0.2〜1.0μm程度のSnメ
ツキを施こしたもので、通常のフイルムキヤリヤ
方式に用いる構成と同一のものである。次に基板
23上に金属リード22の間隔と同一寸法に金属
突起24が電解メツキ法で形成される(第2図
a)。
金属突起24と金属リード22とを位置合せ
し、ツール26で矢印27のごとく加熱、加圧す
れば(第2図b)、仮に金属突起24がAuで構成
されておれば、金属リード22に形成されている
Snと共晶を起こし、完全な接合を得ることがで
きる。加圧27を取り去れば、金属突起24はリ
ード22の弾性力にて基板23側から剥離され、
金属リード22に接合された状態となる(第2図
c)。第2図cの状態は基板23の金属突起24
を、金属リード22側に転写したことになる。
次に半導体素子25上のアルミニウム電極28
に金属突起24を位置合せし、ツール26′で2
7′のごとく加熱、加圧する(第2図d)。この動
作により、金属突起24のAuと半導体素子25
上のアルミニウム電極28とは合金化し、完全な
接合を得ることができる。この状態を第2図eに
示した。
第2図の方法において、金属リード22の間
隔、基板23上に形成した金属突起24の間隔さ
らに半導体素子25上のアルミニウム電極28の
間隔は同一値である。
以上のべた本発明にかかる方法は通常用いられ
ているフイルムキヤリヤのリードに、別の基板上
に形成した金属突起とを接合せしめたのち、基板
から金属突起を分離しリードに金属突起を転写す
るものである。そしてリードに形成された金属突
起は半導体素子上のアルミニウム電極と容易に接
合される。すなわち、本発明では金属リードと金
属突起との接合はAu―Sn等であり、金属突起と
アルミニウム電極とはAu―Alの合金接合を有し
ているものである。これらの接合の組合せは金属
突起や半導体素子上の電極材料によつて異なるも
のであつて、本発明では限定されない。例えば半
導体素子上の電極が金で構成されておれば、金属
突起をSn、金属リードの表面をAuにすることも
可能である。
次に本発明の具体例を示す。
半導体素子25に100μm間隔で64個のアルミ
ニウム電極28を形成した。アルミニウム電極2
8の接合領域の大きさは50×100μmで膜厚は1.0
μmである。一方フイルムキヤリヤの金属リード
22は35μmの銅箔を100μm間隔に形成し、0.4
μm程度のSnメツキ処理を無電解で施こした。
また、基板23の方はSi基板上に500〜1000Åの
Au蒸着膜を形成させ、この上に突起24として
Auを20μm程度選択メツキした。ついで、金属
リード22と基板23上の金属24とを位置合せ
し、常時加熱用のボンデイングツールで500℃、
0.75秒、圧力20PSIで加熱、加圧した。加熱、加
圧の状態を取去ると金属突起24は基板23から
剥離し、金属リード側にAu―Snの共晶により接
合された。アルミニウム電極配線の終了した半導
体素子25の電極28と金属突起24とを位置合
せし、前記した常時加熱用のボンデイングツール
で500℃,1.5秒、圧力30PSIで加熱、加圧した。
このようにして接合された状態の接合強度は強い
ものであつた。すなわち金属リード22の幅が40
〜45μmの場合、15〜20g以上の強度で金属リー
ドのみが切断し、金属突起24とアルミ電極28
が強固に接合していることが判明した。
本発明の方法では金属リードへの金属突起の転
写が重要である。次に基板上に金属突起を形成す
る方法について第3図で一例をのべる。絶縁基板
または金属基板31上に形成する金属突起物と比
較的類似した金属膜32を形成させる。基板31
はポリイミド,セラミツクあるいはガラス,銅,
アルミニウム等の基板を用いることができる。形
状はシリコンスライスの如き円形であつても良い
し、また長尺のテープ状のものを用いても良い。
第3図の例では長尺のポリイミド基板31上に
連続的に500〜3000ÅのAu膜32を蒸着法で形成
させる。次に感光性樹脂を塗布し、接合すべき半
導体素子上の電極配線と同一間隔のパターン33
を形成し、感光性樹脂パターン33をマスクとし
て電解メツキ法によりAuの突起34を10〜30μ
mの厚さに形成する(第3図a)。不要となつた
感光性樹脂パターン33を除去しさらに金属突起
34周辺の金蒸着膜を除去すれば第3図bの構造
を得ることができる。基板であるポリイミドと金
属蒸着膜とは比較的付着強度が小さいから、金属
リード側に金属突起34を転写する際の温度およ
び金属リードの弾性力によつて容易に金属突起3
4は基板31から転写できる。また、基板には転
写する際に、500℃前後の温度を圧力が作用する
からある程度の耐熱性を要求するし、また、圧力
に耐えるような堅い材質かもしくは弾力性を有す
るものが望ましい。
次に第4図で基板上に金属突起を形成する他の
方法を説明する。基板41上に樹脂層42を形成
しさらに樹脂層42上に金属膜43を形成した
後、所望の感光性樹脂パターン44を設ける。次
いで電解メツキ法等により金属突起45を形成す
る(第4図a)。金属突起45が形成されれば、
感光性樹脂パターン44および金属突起以外の金
属膜43を除去すれば第4図bの構造を得る。第
4図の構成において基板41は第3図の基板と同
一でも良い。また、樹脂層42は例えば加熱され
た場合その成分の殆んどが消滅してしまうような
樹脂あるいは感光性樹脂,ポリイミド,シリコー
ン,エポキシ等の樹脂を100〜20000Å程度塗布し
て形成されるものである。樹脂42は基板41や
金属膜43との付着力はさほど重要ではない。金
属突起の金属リードへの転写の時に、基板から容
易に剥離すること、金属突起の裏面へ残渣が残留
しにくいこと等を満足させる必要がある。一方、
金属膜43は蒸着法で形成したAu,Ag,Ni,Cu
等の膜で500〜10000Å程度の膜厚を有する。金属
膜43は金属突起45を転写した際に、基板41
側に残留させても良いし、金属突起45側に付着
させても良い。金属膜43を基板41に残留させ
る場合は金属突起との付着力を低下さすような材
料(表面にわずかに導電性のある薄い酸化膜を形
成させる)で構成される。
また、金属突起は第5図の52に示すように、
多層構造とすることもできる。すなわち、この多
層構造は半導体素子の電極配線の材料と、金属リ
ードの材料を接合する金属突起の材料が前記両方
の材料と合金化を起こしにくい材料の場合に実施
されるとよい。また、金属突起の全部が同一の材
料例えばAu等で構成されると、Auの単価は高い
から金属突起の形成費用も、Au使用量によつて
変化する。したがつて、第5図のごとき多層構造
を用いて金属突起の主要部分(例えば、金属リー
ドあるいは半導体素子の電極配線と金属突起が接
する部分)のみにAuを用い、金属突起の構成の
中間にAuよりも安い材料(Cu,Ni,Ag,Al等)
を設ければ、金属突起全体として高価なAuの使
用量を減らすことができる。第5図において、基
板51上に二層構造の金属突起52を形成した例
(第5図a)、三層構造の金属突起を形成した例
(第5図b)を示す。
さらに、金属突起の形状についてのべれば、金
属突起の半導体素子の電極配線に接する部分は加
圧した初期の段階で、全部の金属突起に均一に加
重が加わり、かつ、加圧した時に半導体素子の電
極配線上に自然に形成される金属酸化物の層を除
去させるため、少なくとも球状もしくはクサビ状
の方が好ましい。第6図は金属突起を台形状に形
成した例である。基板61上に厚めの樹脂パター
ン62を形成するが、金属突起64が形成される
領域の前記樹脂パターン62に傾斜63をもたせ
る構造にすれば、第6図bの如くの形成が実施で
きる。傾斜63は樹脂パターンを形成するために
用いるマスクパターンに濃度差を持たせるか、あ
るいは露光時間を変化させ、樹脂の過露光、未露
光の状態を用い、現像によつて故意に形成するこ
とができる。第6図bは基板61から金属突起6
4を金属リード65へ転写した状態を示す。
金属リードと金属突起との相互の位置関係につ
いて第7図で説明する。第7図aはポリイミドフ
イルムテープ71上に形成された金属リード72
に対し、金属突起73は金属リード72の先端7
2′よりも内側に位置しリード72と接合されて
いる。一方、他の例としてb図の如く、金属リー
ド72の先端72′よりもはみ出した位置に金属
突起を形成することもできる。a図の場合は加圧
した加重は金属リード72に対し、左右方向に逃
げるが、b図の場合は左右方向と金属リード72
の先端方向の三方に逃げることになるから、金属
突起が半導体素子の電極配線と接合する力は強く
なると推定される。また、第7図a,bの場合の
金属突起73の平面形状は四角であるが第7図c
の如く円形74の金属突起を構成しても良い。本
発明においては、金属リードと金属突起の相互の
位置関係および金属突起の形状を限定するもので
はない。
次に本発明を用いる場合の効果についてのべ
る。
従来のフイルムキヤリヤ方式の接合はバリヤ
メタルが多層金属膜で構成されるために、多層
膜相互間の付着力、バリヤ抵抗の発生等が問題
となる。しかしながら本発明に係るリードを用
いた場合、金属リードと半導体素子上の電極配
線間に介在する金属は金属突起のみで構成でき
るから、従来問題となつた蒸着膜間の剥離やバ
リヤ抵抗の発生がない。さらに接合部分が、全
て合金化した状態とできるため、接合部分の強
度が高く、かつバリヤ抵抗も著しく小さくでき
信頼性も向上する。
また、本発明の場合、従来のフイルムキヤリ
ヤ方式に比較して、金属突起を形成するにあた
り、バリヤメタルの如き多層膜を形成する工程
これを所望の形状に形成するためのフオトリソ
工程、前記多層膜をエツチング除去する工程等
が不必要となるばかりか、材料費も削除できる
のでより安価で経済的な工程を実現できる。
さらに多層膜であるバリヤメタルが不必要で
ありかつ、バリヤメタルのエツチングが不必要
であるから、これらバリヤメタルをエツチング
する際に用いる溶液の処理が不必要となる。例
えばバリヤメタルの一部がCrの如き材料で構
成されたとすれば、Crのエツチング溶液はフ
エリシアン化カリウム,カセイソーダ等のいわ
ゆる公害物質を用いることになるが、本発明の
構成では公害の心配がない。
半導体素子上に金属突起を形成する従来の構
成では、電気的特性、外観特性の不良となる半
導体素子上にも金属突起を形成するから、金属
突起の形成工程の価格が高くなるばかりか、価
格そのものが半導体素子の歩留りに影響される
ことになる。本発明の方法の場合は良品の半導
体素子のみに金属リードを接合する方法である
から、材料費や工程の無駄がなく、経済的効果
が大である。
従来のフイルムキヤリヤ方式では、フイルム
テープは専門の製造メーカで供給することがで
きるが、半導体素子上に金属突起を形成するこ
とはIC,LSIを最とも多く使用する通常のアセ
ンブリ工場では実施できない。金属突起を形成
するためには半導体の製造と同様な雰囲気と設
備を必要とする。すなわち、半導体素子上に金
属突起を形成するためには蒸着工程、フオトエ
ツチ工程、メツキ工程、エツチング工程、水洗
洗浄工程等を必要とする。特に歩留りを左右す
るフオトエツチ工程、蒸着工程、水洗洗浄工程
は半導体の製造に用いるクリーンルームや設備
が必要である。これらの工程を所有するために
は膨大な資金投資と半導体技術が不可欠である
から、電子部品の実装を半田付けで実施してき
たアセンブリ工場では、これら金属突起工程を
有することはフイルムキヤリヤ方式による実装
が小型化、薄型化の実現性が高いのにもかかわ
らず困難であつた。
本発明を用いた方法では、フイルムテープは従
来と同様専門の製造メーカに依託することができ
る。また金属突起の形成は単に指定した基板上に
メツキ処理するのみであるから、メツキ自体の付
着強度については問題視する必要がない。何故な
らば、金属突起は金属リード側に転写するのであ
るから、付着強度は、むしろ弱い方が良い。した
がつて、通常のメツキ専門の製造メーカに依託加
工することができる。本発明の方法を用いれば、
このようにフイルムテープ、金属突起を形成した
基板を専門の製造メーカに依託できるから、従来
のテープキヤリヤ方式の如く自社内で設備、技術
を有する必要がなく、自社内では単に加熱、加圧
するいわゆるボンダーのみを準備すれば良い。ア
センブリ工場では電極配線の終了した良品の半導
体素子を入手し、前記ボンダーで依託加工したフ
イルムテープに金属突起を転写し、そして、半導
体素子の電極配線上に接合するだけで良いから、
自由に薄型、小型の商品設計ができる等の効果を
有するものである。さらに、本発明の方法では、
まず別体の基板上に選択的に金属突起物を形成し
ておく方法であるため、電子部品の電極に対応し
た任意の数の金属突起物を一括して任意の基板上
に形成できるとともに、金属突起物形成および金
属リードの形成をそれぞれ最適な方法で高精度に
容易に実施でき、歩留りの相乗低下がなく、転写
も容易であつて量産性の良い工業的にすぐれた方
法である。そして本発明は、金属突起物とリード
を重ね合わせ加熱および加圧して接合したのちリ
ードの弾性力を用いて基板から分離するため、強
固な接合と確実かつ容易な分離を行うことがで
き、信頼性の高い金属突起物とリードの接合を得
ることが可能となるとともに、金属突起物全体を
溶融させることなく金属突起物形成時の均一性を
くずすことなくリードに転写できリードと電極と
の間隔も高精度に制御することができる。
以上のように、本発明は半導体素子等の電子部
品の組立、実装に工業的にすぐれた価値を発揮す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜fは従来のフイルムキヤリヤ方式で
の金属突起の製造工程図、第2図a〜eは本発明
の一実施例にかかる金属突起物の形成方法と半導
体素子の一部組立工程図、第3図a,b、第4図
a,bは本発明における他の金属突起物形成の工
程図、第5図a,b、第6図a,b、第7図a〜
cは金属突起物の形状を例示する図である。 21,71……テープ、22,65,72……
金属リード、23,31,41,51,61……
基板、24,34,45,52,64,73,7
4……金属突起、25……半導体素子、28……
アルミニウム電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に選択的に金属突起物を形成する工程
    と、前記金属突起物と金属リードを重ね合わせ加
    熱および加圧して前記金属突起物と前記金属リー
    ドを接合したのち、前記金属リードに接合された
    前記金属突起物を前記金属リードの弾性力にて前
    記基板から分離する工程と、前記金属リードに接
    合された金属突起物と電子部品の電極とを接合す
    る工程とを有することを特徴とする電子部品の電
    極とリードとの接続方法。 2 基板上に電解めつき法を用いて金属突起物を
    形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の電子部品の電極とリードとの接続方法。 3 電子部品が半導体基板よりなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の電子部品の電極
    とリードとの接続方法。 4 金属突起物が多層構造よりなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の電子部品の電
    極とリードとの接続方法。
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