JPS63124431A - フイルムキヤリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電子部品特に半導体素子等の電極端子（パッ
ド）上に外部導体配線（外部リード）を−括接合するフ
ィルムキャリアに関する。

（従来の技術） 近年、１００ピンを超える半導体素子例えば超ＬＳＩ、
ゲートアレイ、ＬＣＤドライバーが汎用され、この半導
体素子は各種の家庭電化製品、産業用機器への分野へ進
出がなされてきている。特に小型液晶テレビは家庭用又
は携帯用として使用され、小型化、薄型化の要望が大き
い。この様な技術動向により、半導体素子のボンディン
グ方法としてフィルムキャリアが注目され、各種の研究
がなされてきている。

このフィルムキャリアを利用するボンディングとは、特
開昭５７−１５２１４７号公報に記載されている如く、
フィルムキャリアのリードへ別の基板上に形成した金属
突起を接合させ、この段階でリードに金属突起を転写し
、このリードに形成された金属突起が、半導体素子上の
アルミニウムからなる電極端子と容易に熱圧着によって
接合されることを主旨とする。この際、金属リードと金
属突起との接合は、Ａｕ−３ｎ、金属突起とアルミニウ
ムからなる電極端子との接合には、Ａｕ−Ａｌを用いる
方が望ましい。

次に従来から用いられているフィルムキャリアについて
述べる。このフィルムキャリアを利用するホンディング
方法は、樹脂フィルム上の配線を半導体素子の電極端子
に熱圧着で接合する方法である。簡単にこの接合方法を
述べれば、半導体素子のＡＩからなる電極端子上に Ｔ　ｉ　／Ｎ　ｉ　／Ｐｄ／ＡＵ等が積層サレ、フィル
ムキャリアのＣｕからなる配線上にはＳｎが被着されて
いる。これに、４５０℃乃至−５００°Ｃの加熱を加え
、２００乃至１０００Ｋｇ／ｃｍ　（１１００ｃｚ　ｘ
　１００μｍの１端子当り２０乃至ｔｏｏｇ＞の圧力を
加えて、金すず共晶により接合する方法である。

この従来技術によれば、ウェーハプロセスでバンプを形
成する必要がおり、歩留りの低下及びコストが高くなる
欠点を有する。これを回避するため、転写バンプ方法が
提案された。しかし、本発明者らがこの特開昭５７−１
５２１４７号公報に記載された技術を種々研究してみた
ところ、次の問題があることが判明した。

第１に金属突起をリードに転写するための作業と、ＩＣ
との実際の接続を行う作業を２度行わなければならない
問題がある。

第２に金属突起は当初金めつき等で形成するが、リード
への転写時に、圧力によって変形し硬度が増す。半導体
素子のアルミニウム電極嫡子と接合するためには、リー
ドへ転写するとき以上の圧力が必要である。この際、完
全な接合を得るには、５０乃至１００ｇ／端子程度の圧
力が必要であり、１００ピンを超える場合は１０／（ｇ
以上の全圧が必要となる。単位面積圧力に換算すると１
ｔ／ｃｍ近い圧力になり、ＩＣとの接合時にＩＣが損傷
を受（ブる・不都合が顕著に生じる問題がある。

第３にこのボンディングには高精度の位置合せが必要で
あり、その設備は非常に高価なものである。投資金額的
にも同類の設備を２台以上揃え量産化することは、経済
的でなく現実性に乏しい。

第４に液晶デバイス等の駆動端子と電気的な接合を得る
ために、アウターリードボンディングが必要である。例
えば、液晶デバイスの駆動端子の場合では、ガラス基板
の端の部分に駆動用端子が所定のピッチで並べられてお
り、テープキャリアに設置されている同じピッチのアウ
ターリードボンディング端子と位置出しを行い接続を行
う。この際、完全な電気的接続を得るために、駆動用端
子およびテープキャリアのアウターリードボンディング
端子に半田めっき等をあらかじめ施しておいて、溶融接
合する方法が一般的である。この場合の半田めっきを行
う設備、費用は実装コストの上で大きな比重を占め、現
実性に乏しい。

また、ガラス基板の端子部分のみは半田を溶融して接合
するため、ガラスにクラックが生じゃすく、歩留り上の
問題点も大きな障害である。

第５に、フィルムキャリアを利用したインナーリードポ
ンディング方法は、４５０’Ｃ乃至５００°Ｃの加熱お
よび加圧工程により、半導体素子の破壊等不所望な問題
が生じる。またアウターリードボンディングは２５０’
Ｃ乃至３５０’Ｃの加熱を必要とし、半田等の溶融接合
時の高温から室温に冷却された温度歪（ここの温度歪と
は基体と半導体素子との熱膨張係数の差を言う）のため
、剥離、クラック等が発生し、信頼性に乏しい問題点が
ある。さらにカラー表示を行う液晶表示器（例えばａ−
３ｉ型ＴＦＴ）のカラーフィルターの耐熱温度は１５０
°Ｃ位であるため、この様に高い温度では、カラーフィ
ルターが劣化する問題もある。

（発明が解決しようとする問題点〉 本発明は上）ホの問題点に鑑みてなされたものであり、
低圧力で接合を行え、かつ電子部品例えば半導体素子、
液晶デバイスのカラス等に損傷を与えることなく確実な
接合を高信頼性のもとに行えるフィルムキャリアを提供
することを目的とじている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明のフィルムキャリ
アは、基板に設けられた導体配線と、この導体配線のイ
ンナーリード部とアウターリード部との少なくとも一方
の上に配置された低融点接合用金属とを少なくとも備え
、この基板に１個以上のスリットが形成され、このスリ
ットの少なくとも片側に補強用のシートが接合されてい
ることを特徴とする。

したがって、本発明のフィルムキャリアを用いた場合の
超小型実装方法は、基板に形成された１つ以上のスリッ
トと、このスリットの少なくとも片側に補強用のシート
を接合し、この部分で折り曲げて、たたみ込み超小型実
装を可能とすることを特徴とする。

（作　用） 本発明は、基板の導体配線と電子部品の電極端子との間
に接合用金属を介在させ、この接合用金属を溶融するこ
となく低温で熱圧着接合させることにより、−回の作業
で一括にホンディングを完成させることができる。その
後に折りたたみ超小型実装が実現できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について第１図（ａ）乃至第１図
（ｂ）を参照して説明する。

第１図（ａ）において、フィルムキャリア（２）の基板
例えば長尺のポリイミド樹脂テープ（２１）には、半導
体素子等を接合するためのインナーリード部（２２）と
、液晶デバイス等の駆動端子を接合するためのアウター
リード部（２３）とが、テープ（２１）の両側に設置さ
れたスプロケット（２４）を基準として、位置決めされ
る折り曲げ用のスリット（２８）　（２９）をカツテン
グデバイスによって設置する。次いで、補強用のシート
（３０）を接合する。このシート（３０）の厚さは１０
〜５０痺程度が望ましい。その後、このテープ（２１）
上に電極用銅箔（２５）を接着部材（２６）により貼り
合せる。

次に、銅箔（２５）上に低融点活性合金箔（２７）を熱
圧着により接合する。この活性合金箔（２７）は、例え
ばＳｂを含有するＰｂ−Ｓｎ合金であり、その厚さは５
０乃至１５０μｍの間を選定すればよく、圧力５０乃至
１００に！ｌ／　ｃｔｉ　、温度１４５乃至１８０’Ｃ
（温度は組成により変化する。）で容易に銅箔（２５）
と熱圧着接合する。

その後、写真蝕刻技術により、活性合金（２７）をエツ
チングし、インナーリードの半導体素子（１２）の端子
部に相当する部分と、アウターリード（２３）に相当す
る部分のみ残す。活性合金（２７）のエツチングは、塩
酸等で簡単に行えるが、配線用銅箔（２５）を保護する
ため、活性合金（２７）との接合境界部にＣｒ、ＭＯ，
Ｔ　を等の不活性金属を配設しておいても良い。これら
は銅箔（２５）と活性合金（２７）とを接合するために
好都合であり、活性合金（２７）をエツチングする際に
銅箔（２５）を保護する役割を持たせることができる。

次いで、再度写真蝕刻技術により、銅箔（２５）をエツ
チングして電極用の配線および半導体素子等と接合する
インナーリード、液晶デバイス等と接合するアウターリ
ードを形成する。そして最後に酸化による劣化を防止す
るため３ｎまたはＡＬＩを厚さ０．０５乃至２μ而面度
めっきしてフィルムキャリアが完成する。この保護金属
３ｎ、　Ａｕは半導体素子等の端子部に接合すると、活
性合金（２７）中に熱拡散するだめの熱圧着には全く影
響がない。

また、この様な酸化防止金属としてはＡｕが拡散しやす
く特にすぐれている。

なお酸化防止金属は、接合用の活性合金と半導体素子等
の端子部とを接合する直前に活性合金（２７）の酸化膜
を除去する工程を入れれば、特に必要でない。例えば希
塩酸（ＨＣＩ　”）のエツチングの後、純水すすぎを行
いＮ２ブロー乾燥を行えば良い。この様にして、本発明
のポンディング方法□に用いるフィルムキャリア（２）
は完成する。

最後に配線金属を保護するために、インナーリード部及
びアウターリード部以外を２０〜５０１ＩＩｎ厚のシー
トを張り合わせても良い。

次に、熱圧着工程について述べる。なお、説明にあたり
、電子部品例えば半導体素子を例にとる＝　１１− こととする。

電子部品例えば半導体素子（１）上には絶縁層としての
酸化膜（１１）を介して、アルミニウムからなる電極端
子（１２）が複数個形成されている。なおこの電極端子
（１２）の内側には、機能回路部（１３）が形成されて
いる。

この半導体素子（１）の電極端子（１２）へフィルムキ
ャリア（２）の銅箔すなわち電極リード（２５）を接合
するためには、電極リード（２５）と、接合端子（１２
）との位置合せを行い、ツール（３）で矢印（４）の方
向へ加圧、加熱する。これにより、低融点活性合金（２
７）は電極リード（２５）と電極端子（１２）との間で
、加圧、加熱され塑性変形すると同時に電極リード（２
５）と電極端子（１２）とが熱圧着され、低温度、低圧
力で確実な高信頼度の接合ができる。

上述の如く本発明の実施例においては、低融点接合用金
属に低融点活性合金を用いたが、本発明はこれに限るも
のではなく熱圧着できる金属であれば何であっても良い
。次に、実施例において述べた低融点活性金属について
詳述する。

低融点活性金属とは、基本的には低融点半田合金と、界
面の結合性を向上させる元素とからなる組成物である。

この低融点半田合金は、例えばＰｂ−５ｎ、５ｎ−Ｚｎ
　（すなわちｐｂ、３ｎ。

Ｚｎ、　ｃｄ、［３ｉのいずれか三元素以上から成る組
成物）からなる。この低融点半田合金に、例えばｓｂ等
の界面の結合性を向上させる元素を含める。すると、こ
の低融点活性金属と半導体素子の電極端子との界面の結
合性を向上させることができる。さらに、酸素とよく化
合する元素すなわち酸素と親和力の強い元素例えばＺｎ
　ｅ　Ａ　Ｉ　−Ｔ　ｉ　。

３＋、　Ｃｒ、Ｂｅ、希土類元素を添加すれば、低融点
半田合金の結合がざらに強化される。

また、低融点化するには、Ｉｎ、１３ｉ、　ｃｄ等を添
加すれば良い。この場合、特に低融点化には、Ｉｎを用
いることが、良いことを本発明者らは実験的に確認した
。

以上の点をふまえて、本発明の実施例で用いた低融点活
性金属を説明する。すなわち、実施例で用いた低融点活
性金属とは、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ合。

金に活性金属としてＳｂを添加したものであり、溶融状
態で超音波を付加することによりガラスにも強固に接合
する。また半溶融状態の熱圧着でも、ガラス、その他酸
化物、金属と強固に接合する。

融点を変化するにはｐｂ−ｓｎ−Ｚｎの混合比を変えれ
ばよい。さらに低融点化するにはＩｎ。

３ｉ、Ｑｄ等を添加することで達成される。

また、熱圧着性の基本的な特性が大幅に変化しない程度
の他の不純物（全ての元素を意味する）を数％程度なら
含有しても特にボンディング特性に影響はない。

本発明の実施例においては、かかる低融点活性金属の半
溶融状態の熱圧着機構を応用したものである。低融点活
性金属組成のｐｂ、３ｎ、　Ｚｎ。

ｓｂ組成を適当に選ぶことにより、軟化温度１６５℃、
溶融温度１９５℃程度の活性金属を得る事は容易である
。

上述の実施例では、上記に説明した活性金属の中でも低
融点を実現できるＰｂ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金を使用した。

すなわち、Ｓｂが２重量％、Ｐｂが２０重量％、Ｓｎが
６６重蝋％、Ｉｎが１０重量％、Ｚｎが２重量％からな
る低融点活性金属である。

この低融点活性金属の軟化点は１３４℃、融点は１６０
’Ｃで必り、熱圧着可能な温度範囲はこの間に必り、特
に１５０’Ｃで熱圧着を行う。

この低融点活性金属が、金属はもちろんガラス酸化物と
も容易に接合できるメカニズムとして、（合金＞−５ｂ
−ｏ−＜酸化物）の化学結合で説明される。したがって
、透明電極材料として知られるＳ　ｎ０２　、Ｉ　ｎ２
０３　、Ｉ　、　Ｔ、　Ｏ，等とも容易に接合できこの
低融点活性金属が固体デバイスあるいは電極配線基板用
接合用として有効性が非常に大きい。特に、アクティブ
マトリックス型液晶デバイスにおいては、半導体素子を
多数使用するため、この効果は顕著である。なあ、液晶
表示器めリード配線に用いられる、ＭＯ，Ｃｒ、Ｔａ等
の金属に対してもこの低融点活性金属を用いて接合が容
易に行われることは言うまでもない。

また、一般に半導体素子の電極端子は、アルミニウム金
属より形成されており、その電極端子の表面が酸化され
てＡｌ３０４被膜が存在することが、接合性の劣化、低
信頼性の大きな原因として挙げられる。しかしながら、
上述の低融点活性金属を用いたポンディング方法の実施
例によれば、電極端子等にＡＩ、Ｏ，の被膜が存在して
いても接合特性は全く問題がなくなるため、高信頼性を
維持できる。

次に本発明に使用する熱圧着機構を説明する。

第２図（ａ）はツール（３）が電極端子（１２）上に電
極リード（２５）と接合リード（２７）とを押しつけた
状態を示している。

第２図（ａ）において半導体素子を固定する治具には１
００乃至１２０℃の温度バイアスをかけておき、ツール
（３）の温度ヒータをＯＮにし、数秒で活性合金（２７
）温度を１４５乃至１５５℃に加熱する。この温度まで
上昇したのち、ツール（３）の加熱ヒータを切り（ｏｆ
ｆ）、１０乃至１００Ｋｇ／ｃｉ程度で加圧したまま軟
化点温度（１３４°Ｃ）以下まで冷却した後、ツール（
３）を取り外す。この熱圧着により、活性合金（２７）
上の金めつきまたはＳｎめっきは、活性合金（２７）中
に拡散する。上述の様にして電極リード（２５）と電極
端子（１２）とを接合した状態を第２図（ｂ）に示す。

なお、本発明の実施例においては、活性金属の半溶融状
態の塑性変形時の圧力を接合に利用しているため、活性
金属の溶融温度より高い温度にまで加熱することは、歩
留り低下の大きな要因となるため十分な管理が必要であ
る。

なお、ツール（３）の加圧を１０乃至１００に！ｊ／ｃ
ｍとした理由は、電極端子の面積を１００μ尻とすると
、１乃至１０ｇ／ｌ端子であり、一般的な金バンプを使
用したフィルムキャリア方式の圧力に比較して、１／１
０以下の圧力で十分だからである。

従来の方法によれば、１パツドあたり５０乃至１００（
ｊの加圧力を必要とし、電極端子下の　３ｉ０２絶縁膜
にクラックが生じやすく、歩留上大きな障害を生じてい
た。ところが、本発明によれば１パツドあたり１乃至１
０ｇの加圧力で十分であり、これで、完全に半導体素子
とフィルムキャリアとの接合が達成することができる。

この為、半導体素子破壊が生じなく、高歩留りかつ非常
に量産性に富む効果もある。

次にアウターリードポンディング方法に本発明のフィル
ムキャリアを利用したボンディング方法を適用した場合
も、上述の実施例と同一の手順で同様に実施できる。す
なわち、ｓｂを含有した低融点活性合金は、ガラス、酸
化物材料、および金属とも容易に接合できる。このメカ
ニズムは、（合金＞　−５ｂ−ｏ−＜接合物）の結合で
説明される。したがって、半導体素子のアルミニウム金
属より形成されている電極端子の表面が若干酸化されて
いてもほとんど問題なく接合ができる効果がおる。また
、液晶デバイス等は透明電極　５ｎ０２　、Ｉ　ｎ２０
３その他特定の材料から構成されていることが多い。し
かしながら、上述の理由により、いずれの材料を駆動用
端子に利用していても、活性合金で接続でき、半田めっ
き等の特別処理も必要としないため製造上の利点が大き
い。

上述の如く本発明のフィルムキャリアおよびこのフィル
ムキャリアを利用したボンディング方法では、半導体素
子に加圧する圧力が低いため、従来のフィルムキャリア
の如く加圧力によって半導体素子に対して損傷を与える
危険がない。また、低温で電子部品の電極端子と接合す
ることができるため接合時の高温から室温に冷却した場
合の温度差が小さいため温度歪の発生を防止することが
できる。これに伴なって、電子部品の電極端子とフィル
ムキャリアとの剥離、クラック等が発生することを防止
できる。特に、本発明は、上述の実施例でも示した様に
、低融点活性金属の材料の混合比率を調整することによ
り、端子間の接合に要する温度を１５０℃程度とするこ
とができるため、カラー表示を行う液晶表示器（例えば
ａ−８ｉ型ＴＦＴ）のカラーフィルターの耐熱温度（１
５０℃）以上とすることがなく、カラーフィルターの劣
化を防止することができる効果もある。

なお、上記の実施例では、フィルムキャリアの基板の導
体配線にはＣｕを用いたが、本発明はこれに限らず、フ
ィルムキャリアの基板の導体配線に低融点接合用金属を
用いても良い。この場合は、わざわざフィルムキャリア
の基板の導体配線に低融点接合用金属を付着する工程が
はふける効果がある。

以上に説明した様に半導体素子の電極端子とフィルムキ
ャリアのインナーリードバンディングを実施した後にさ
らに電子部品例えば液晶表示器（５）にアウターリード
ボンディングを施したら、第３図に示す様に折り曲げて
超小型の実装が実現できる。なお、半導体素子（１）と
電極リード（２５）との接続部分及び液晶表示器（５）
と電極リードとの接続部分には、低融点接合用金属が配
されている。

（効　果） 上述の構成によれば、本発明のフィルムキャリアおよび
このフィルムキャリアを利用した超小型実装方法は、次
の様な効果がある。

第１に、電子部品例えば半導体素子、液晶デバイスの駆
動端子に特別な特殊加工も必要とせず、−括インナーリ
ードボンディングおよびアウターリードボンディングが
できる。

第２に、低圧力、低温度で確実に高信頼度のインナーリ
ードボンディング、アウターリードボンディングができ
、半導体素子および液晶デバイスのガラス等に損傷を与
えることが防止される。

第３に、電子部品上に何の特殊な加工も必要とせず一回
の作業で一括ボンディングが出来、設備を増設する必要
がなくなるため、経済的効果も大である。

第４に超小型実装が実現できる。

（１）・・・半導体素子、 （２）・・・フィルムキャリア 舒）・・・電極端子、 （２１）・・・ポリイミド樹脂テープ（基板）、（２５
）・・・銅箔（電極リード）、 （２７）・・・活性合金。

（ｄ） 第　　２　囚 （ｂ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、 この基板に設けられた導体配線と、 この導体配線のインナーリード部とアウターリード部と
   の少なくとも一方の上に配置された低融点接合用金属と
   を少なくとも備え、 前記基板に１個以上のスリットが形成され、このスリッ
   トの少なくとも片側に補強用のシートが接合されている
   ことを特徴とするフィルムキャリア。
2. （２）前記導体配線は、低融点接合用金属からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフィルムキャ
   リア。
3. （３）前記低融点接合金属は、低融点半田合金と、界面
   の結合性を向上させるような元素とを主成分とする金属
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のフィルムキャリア。
4. （４）前記低融点接合金属は、低融点半田合金と、酸素
   と親和力の強い元素と、界面の結合性を向上させるよう
   な元素とを主成分とする金属であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のフィルムキャリア。
5. （５）前記低融点半田合金は、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｄ
   ，Ｂｉの２つから選択された元素とＩｎとを主成分とす
   る合金であることを特徴とする特許請求の範囲第３項ま
   たは第４項記載のフィルムキャリア。
6. （６）前記界面の結合性を向上させる元素は、Ｓｂであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項
   記載のフィルムキャリア。
7. （７）前記酸素と親和力の強い元素は、Ｚｎ，Ａｌ，Ｔ
   ｉ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｂｅ、希土類元素から少なくとも１つ
   選択されたものあることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載のフィルムキャリア。
8. （８）前記低融点活性金属とは、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎが主
   成分、Ｚｎ−Ｓｂが副添加物、Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｒ
   ，Ｂｅを微量の添加物とする合金であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載のフィルムキャリア。