JP2751726B2 - フィルムキャリア半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にフィルムキャリア半導体装置の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフィルムキャリア半導体装置は搬
送及び位置決め用のスプロケットホールと半導体チップ
が入り開孔部であるデバイスホールを有するポリイミ
ド、ポリエステル、ガラスエポキシ等の絶縁フィルムを
ベースフィルムとし、このベースフィルム上に接着材を
介してＣｕ等の金属箔を接着し、この金属箔をエッチン
グ等によりパターニングしてリードと電気的選別用パッ
ドとを形成し、このリードと半導体チップの電極端子上
にあらかじめ設けた金属突起物であるバンプとを熱圧着
法又は共晶法によりＩＬＢ（インナーリードボンディン
グ）を行い、フィルムキャリアテープの状態で電気選別
やＢＴ試験を実施し、次にリードを所望の長さに切断す
る。

【０００３】このときリードの数が多い多数ピンの場合
はリードのアウターリードボディング部のばらけを防止
する為フィルムキャリアテープを構成しているポリイミ
ド等の絶縁フィルムをアウターリードの外端に残す手法
が用いられることが多い。ついで、例えばプリント基板
や一般リードフレーム上のボンディングパッドにアウタ
ーリードボンディング（以下ＯＬＢ）を行う。

【０００４】このようなフィルムキャリア半導体装置は
ボンディングがリードの数と無関係に一度で同時に可能
である為ボンディングスピードが速いこと、またボンデ
ィング等の組立と電気的選別作業の自動化が容易で、量
産性が優れている等の利点を有している。

【０００５】次に、半導体チップのバンプとフィルムキ
ャリアテープ上のインナーリードの接続、つまりＩＬＢ
の方法について説明する。

【０００６】図７（ａ）は従来のフィルムキャリアテー
プの一例の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線
断面図である。ただし、説明の都合上、熱圧着治具（図
７（ａ）には底面の形状のみを示す）も示してある。図
において１は半導体チップ、２は金属突起であるバン
プ、３はフィルムキャリアテープ上のインナーリード、
４は熱圧着治具であり、半導体チップ１表面部のバンプ
２とインナーリード３がそれぞれ位置合せされてから、
熱と荷重を負荷された熱圧着治具４による一度の熱圧着
によって同時に接合される。

【０００７】ところがこのようなフィルムキャリア半導
体装置の製造方法はバンプの数と無関係に一度で同時に
行うため、熱と荷重を負荷される熱圧着治具は熱分布の
均一性と荷重を均一に負荷するためにインナーリード部
に接触する面は均一な面つまり平坦度が要求され、バン
プはその高さのバラツキを小さくすること、またフィル
ムキャリアテープのインナーリード部もその厚さのバラ
ツキを小さすすること等が要求される。 一方でＩＣは
高集積化、高機能化が進み半導体チップの外形サイズが
大型化されており、これに伴いＩＣの電極数も例えば３
００〜６００個にのぼるものが開発されつつある。この
ようなフィルムキャリア半導体装置を従来のＩＬＢ方法
で行う場合には多数のバンプとインナーリードの接合を
一度に行う方法であり、１電極当たりの接合に必要な印
加荷重はほとんど同じのため多数ピン化に比例して熱圧
着治具に必要な荷重は大きくなってしまい、例えば１電
極当り０．１０ｋｇとすると６００ピンのＩＣでは６０
ｋｇも必要となる。

【０００８】また接合に必要な熱圧着治具の熱分布は半
導体チップの外形サイズが１０×１０〜１５×１５ｍｍ
² 程度に大型化になっても均一であることが必要とされ
その精度は±５〜７℃である。従ってＩＣの大型化多ピ
ン化に伴う熱圧着時の荷重の増大熱圧着治具の熱分布の
均一性向上、熱圧着治具の平坦度向上等が必要となるた
め以下の欠点が顕著化してくる。すなわち半導体チップ
のバンプの製造上の精度、特に厚さのバラツキおよび熱
圧着治具やＩＬＢ装置の精度、特に傾き又は平坦度、平
行度などの不備からＩＬＢ時に数個から数十個のバンプ
のみに瞬間的に荷重や熱が集中して強大なストレスを受
けてバンプが隣りのバンプと短絡したりバンプがシリコ
ン基板または絶縁膜とバンプ界面からの剥離（ハガレ）
をおこし、接続強度の低下や半導体チップそのものを破
壊する。

【０００９】また一方では、ＩＬＢ時の荷重や熱が不足
し、バンプとインナーリードの界面からの剥離が発生
し、これは接合強度の低下となる。

【００１０】この傾向はＩＣの大型化、多ピン化に伴っ
て顕著化して、その信頼性を著しく低下させることにな
る。

【００１１】このように従来の製造方法ではバンプとリ
ードの接続を一度で同時に行う方法であるがために、そ
の接続の信頼性を低下させる問題があり、バンプおよび
リードの特に厚さ方向の精度向上や熱圧着治具およびＩ
ＬＢ装置の特に平行度等に対する精度向上の対策はＩＣ
の大型化、多ピン化と共に非常に困難となっている。こ
の問題に対して半導体チップに配設された複数個のバン
プとこのバンプのそれぞれと一対に対応する複数個のフ
ィルムキャリアテープのインナーリードとの接合を複数
回に分割して熱圧着する方法が開発されている。

【００１２】このようなＩＣのバンプとフィルムキャリ
アテープ上のインナーリードの接合つまりシングルポイ
ントＩＬＢの方法について説明する。

【００１３】図８（ａ）は、シングルポイントＩＬＢの
説明に使用する平面図（全体の１／４の部分を示してい
る）、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【００１４】図において、１は半導体チップ、２はバン
プ、３はフィルムキャリアテープ上のインナーリード、
４１は熱圧着治具であり、半導体チップのバンプ２とイ
ンナーリード３がそれぞれ位置合せされてから熱と荷重
を負荷させた熱圧着治具４１により、各バンプと各イン
ナーリードの一対がそれぞれ一組ずつ順次に接合され
る。

【００１５】このようなバンプとインナーリードの一組
づづのＩＬＢの方法ではＩＬＢ装置には複雑な機械的な
機構が不要で、これに伴いＩＬＢ装置の小型化、低価格
化が可能となる上に熱圧着治具４１に負荷される熱と荷
重は、ＩＣの外径寸法に対して熱圧着治具の外径寸法が
非常に小さくなり、例えば半導体チップ外径寸法が１５
×１５ｍｍ² でも熱圧着治具の先端外径寸法は０．１×
０．１ｍｍ² であるような場合、この熱圧着治具先端部
の熱分布は±１℃以内に納まり、また、熱圧着治具に負
荷される荷重も数十ｇから数百ｇですむようになる。さ
らに熱圧着治具とＩＣ上のバンプとの平行度も容易に調
整できることはいうまでもない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフィル
ムキャリア半導体の製造方法は、バンプとこれに対応し
たインナーリードを一組づつ順次繰り返しＩＬＢするも
のであるが、ＩＬＢが完了したとき隣接するバンプある
いはインナーリードが相互に接触しないことが要求され
る。この隣接するバンプあるいはインナーリードが相互
に接触した場合は電気的に短絡不良となり、この短絡不
良の修理は非常に困難であるからである。一方でＩＣは
高集積化、高機能化が進んで半導体チップの外径サイズ
が大型化されており、これに伴ないＩＣの電極数も例え
ば２００〜６００個、さらには７００〜１０００個にの
ぼるものが開発されつつある。ここで例えば半導体チッ
プ外径サイズを１５ｍｍ×１５ｍｍとすれば電極が６０
０個のとき、この電極つまりバンプのピッチは約１００
μｍとなりバンプのサイズは約６０μｍ×６０μｍとな
る。さらに半導体チップの外径サイズが１５ｍｍ×１５
ｍｍでバンプ数が１０００個のとき、バンプピッチは約
６０μｍとなりバンプサイズは約４０μｍ×４０μｍと
なる。つまりそれぞれの場合バンプ間のスペースは約４
０μｍと約２０μｍとなる。

【００１７】従来バンプとインナーリードとの接合つま
りＩＬＢにおいてバンプとインナーリードの材料には数
種類の組合せが可能で、例えばバンプとしてはＡｕ，Ｃ
ｕ，半田等又インナーリードの表面処理にはＡｕ，Ｓｎ
半田めっき等なが使用され、これらの中で最も接続信頼
性が高い組合せはバンプがＡｕめっきでインナーリード
の表面処理が同くＡｕめっきである。このＡｕ−Ａｕの
ＩＬＢには熱圧着法が適用されるがＡｕ−Ａｕ熱圧着接
合法はバンプとインナーリード部それぞれに熱と圧力を
印加し、それぞれ塑性変形を伴う熱拡散を利用して接合
される技術であり、従って確実なＩＬＢを行うとすると
バンプとインナーリードはそれぞれ塑性変形をさせる必
要があることからバンプ間のピッチが狭ピッチ（例えば
４０〜６０μｍピッチ）になるに従ってＩＬＢ後の隣接
するバンプ及びインナーリードの接触が発生しやすくな
り、その接続信頼性を低下させる問題が顕著化してく
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のフィルムキャリ
ア半導体装置の製造方法は、半導体チップ表面部に配設
された複数のバンプのそれぞれにフィルムキャリアテー
プのインナーリードを対応させて予備的に接合させる工
程と、熱硬化性絶縁樹脂材を前記半導体チップ表面に少
なくとも前記インナーリードの高さに塗布する工程と、
前記熱硬化性絶縁樹脂材を加熱して予備的に硬化させる
工程と、熱圧着を行なうことによって前記熱硬化性絶縁
樹脂材の熱硬化を促進させると同時に前記バンプとイン
ナーリードの接合を完結させる工程とを有するというも
のである。

【００１９】また、熱圧着法により予備的に接合させ、
熱圧着治具でインナーリードを押えた状態で熱硬化性絶
縁樹脂材を塗布してもよい。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２１】図１（ａ）は本発明の第１の実施例のフィ
ルムキャリア半導体装置の製造方法の説明に使用する平
面図で、半導体チップのバンプにインナーリードを重ね
て熱圧着治具（底面の形状のみを図示）を当てた状態を
示している。図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
である。図２（ａ）〜（ｄ）は図１（ｂ）に続く各工程
での状態を示す断面図である。

【００２２】まず、図１に示すように半導体チップ１の
表面部に配設されたバンプ２とそれぞれ一対に対応する
インナーリード３をＩＬＢ装置内に設けられた機械的な
位置出し機構やパターンマッチング等の認識機構により
位置合わせし熱圧着治具４２により例えば６００ピンの
ＩＣでは荷重２５ｋｇ、温度４５０〜５００℃、時間１
秒というＩＬＢ条件でバンプ及びインナーリードを熱圧
着により予備的に接合させる。すなわち、バンプまたは
インナーリードが隣接するバンプまたはインナーリード
と接触しない程度に圧着する。また、半導体チップ１
は、室温状態のボンディングステージに乗せられてい
る。次に図２（ａ）に示すように、熱圧着治具４２を上
方へ移動させ、次に、図２（ｂ）に示すように、熱硬化
性絶縁樹脂５、例えば、シリコーン樹脂（硬化温度１５
０℃、１時間程度の熱処理で硬化がほぼ完了する）等を
インナーリード３の高さかそれ以上の高さにポッティン
グ等の方法により塗布する。そして塗布された熱硬化性
樹脂５を例えば１５０℃、１０秒程度の放射加熱を行な
い予備的に硬化させる。

【００２３】最後に図２（ｃ）に示すように熱圧着治具
４２を熱硬化性絶縁樹脂５の上から例えば６００ピンの
ＩＣでは荷重５０ｋｇ、温度１５０〜１６０℃、時間２
〜３秒という条件で再度加熱加圧する事によりバンプ２
とインナーリード３の接合を完結させ、熱硬化性樹脂５
の硬化を促進させる。

【００２４】以上説明したように半導体チップのバンプ
とフィルムキャリアテープ上のインナーリードを予備的
に接合し、熱硬化性絶縁樹脂を半導体チップ表面にイン
ナーリード高さ以上に塗布し予備的に加熱硬化させた
後、再び熱圧着治具を熱硬化性樹脂の上から再度加熱加
圧しバンプとリードの接合を完結させかつ熱硬化性絶縁
樹脂を整形し、硬化を促進させることにより、従来の問
題である半導体チップに配設されるバンプ間のピッチが
例えば４０〜６０μｍという狭ピッチになったときに発
生しやすいＩＬＢ後の隣接するバンプ及びインナーリー
ドの相互の接触を熱硬化性絶縁樹脂の介在により防止
し、信頼性の低下及び製造歩留の低下を防止することが
可能となる。

【００２５】また、ＩＬＢ装置内にポッティング用ノズ
ルを設置しておいて、半導体チップのバンプとインナー
リードの接合と同時に熱硬化性絶縁樹脂の塗布による表
面の保護も行うことができるので、ＩＬＢ以降における
ポッティング工程およびポッティング装置を設ける必要
はなくなり工程の縮小、量産性の向上にも効果がある。

【００２６】図３（ａ）は本発明の第２の実施例のフィ
ルムキャリア半導体装置の製造方法の説明に使用する平
面図で、半導体チップのバンプとインナーリードを重ね
て熱圧着治具（底面の形状のみを図示）を乗せた状態を
示す。図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、図４
（ａ），（ｂ），図５（ａ），（ｂ），図６はその後の
各工程での状態を示す断面図である。

【００２７】まず、図３（ａ），（ｂ）に示すように、
バンプ２Ａが対向する２辺のみに存在する半導体チップ
１Ａを温度１５０℃に加熱されたボンディングステージ
７に載置し、バンプ２Ａとそれぞれ一対に対応するイン
ナーリード３ＡをＩＬＢ装置内に設けられた機械的な位
置出し機構やパターンマッチング等の認識機械により位
置合わせし、（図４（ａ））、凹ゲタ上の熱圧着治具４
３によりバンプまたはインナーリードが隣接するバンプ
またはインナーリードとに接触しないように例えば３０
０ピンのＩＣでは荷重１５ｋｇ、温度１５０℃、時間２
〜３秒というＩＬＢ条件で予備的に接合する（図４
（ｂ））。

【００２８】次に、図５（ａ）に示すように、熱圧着治
具４３をリード３に押えつけた状態にしておき、熱圧着
治具４３と半導体チップ表面上に作られた空間に熱硬化
性絶縁樹脂塗布用のノズル６を通し熱硬化性絶縁樹脂５
Ａ例えばシリコーン樹脂等（硬化温度１５０℃）をイン
ナーリード３の高さかそれ以上の高さに滴下しながらボ
ンディングステージ７の例えば１４０〜１５０℃の下地
加熱及び熱圧着治具４３の加熱により予備的に硬化させ
る。

【００２９】最後に熱圧着治具４３を更に例えば３０ｋ
ｇで加圧する事によりバンプ２とリード３の接合を完結
させ、かつ熱硬化性樹脂５Ａａの整形を行ない硬化を促
進させ、図６に示すように、熱圧着治具４３を移動させ
る。

【００３０】以上説明したように、第２の実施例では第
１の実施例と同様にバンプとインナーリードの予備接合
後、熱硬化性絶縁樹脂をインナーリードの高さに塗布
し、予備硬化させてから熱圧着治具を更に加圧し、バン
プとリードの接合を完結させ、かつ熱硬化性絶縁樹脂の
硬化を促進させることにより従来の問題であるバンプ間
ピッチが例えば４０〜６０μｍという狭ピッチになった
ときに発生しやすいＩＬＢ後の隣接するバンプ及びイン
ナーリードの相互の接触を熱硬化性絶縁樹脂の介在によ
り防止し信頼性の低下及び製造歩留の低下を防止できる
という効果がある。

【００３１】更に本実施例では熱硬化性絶縁樹脂を熱圧
着治具でリードを押えつけた状態で滴下する事により熱
圧着治具の加熱及びボンディングステージの下地加熱の
みで熱硬化性絶縁樹脂を硬化させることができ、樹脂を
硬化するための加熱装置を用いずに実施することができ
る利点がある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は半導体チッ
プのバンプとフィルムキャリアテープのインナーリード
の高さかそれ以上の高さに滴下し、予備的に加熱、硬化
させた後熱圧着治具で再度加熱、加圧する事によりバン
プとインナーリードの接合を完結させかつ熱硬化性絶縁
樹脂の硬化を促進させるフィルムキャリア半導体装置の
製造方法なので、従来の問題であるバンプ間ピッチが例
えば４０〜６０μｍという狭ピッチになったときに発生
しやすいＩＬＢ後の隣接するバンプ及びインナーリード
の相互の接触を熱硬化性絶縁樹脂の介在により防止し信
頼性の低下及び製造歩留の低下を防止することができる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の説明に使用する平面図
（図１（ａ））および断面図（図１（ｂ））である。

【図２】本発明の第１の実施例の説明に使用する工程順
断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の説明に使用する平面図
（図３（ａ））および断面図（図３（ｂ））である。

【図４】本発明の第の実施例の説明に使用する工程順断
面図である。

【図５】本発明の第の実施例の説明に使用する工程順断
面図である。

【図６】本発明の第の実施例の説明に使用する断面図で
ある。

【図７】従来の技術の説明に使用する平面図（図７
（ａ））および断面図（図７（ｂ））である。

【図８】シングルポイントＩＬＢの説明に使用する平面
図（図８（ａ））および断面図（図８（ｂ））である。

【符号の説明】

１，１Ａ 半導体ＩＣ ２，２ａ，２ｂ，２Ａ，２Ａａ，２Ａｂ バンプ ３，３ａ，３ｂ，３Ａ，３Ａａ，３Ａｂ インナーリ
ード ４，４１，４２，４３ 熱圧着治具 ５，５ａ，５Ａ，５Ａａ 熱硬化性絶縁樹脂 ６ 樹脂塗布用ノズル ７ ボンディングステージ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップ表面部に配設された複数の
   バンプのそれぞれにフィルムキャリアテープのインナー
   リードを対応させて予備的に接合させる工程と、熱硬化
   性絶縁樹脂材を前記半導体チップ表面に少なくとも前記
   インナーリードの高さに塗布する工程と、前記熱硬化性
   絶縁樹脂材を加熱して予備的に硬化させる工程と、熱圧
   着を行なうことによって前記熱硬化性絶縁樹脂材の熱硬
   化を促進させると同時に前記バンプとインナーリードの
   接合を完結させる工程とを有することを特徴とするフィ
   ルムキャリア半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体チップ表面部に配設された複数の
   バンプのそれぞれにフィルムキャリアテープのインナー
   リードを対応させて熱圧着法により予備的に接合させる
   工程と、熱圧着治具で前記インナーリードを押えた状態
   で熱硬化性絶縁樹脂材を前記半導体チップ表面に塗布し
   予備的に硬化させる工程と、熱圧着を行なうことによっ
   て前記熱硬化性絶縁樹脂材の熱硬化を促進させると同時
   に前記バンプとインナーリードの接合を完結させる工程
   とを有することを特徴とするフィルムキャリア半導体装
   置の製造方法。