JP3553246B2 - Ｉｃカード用ｉｃモジュールの製造方法、ｉｃモジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導電性接着フィルム（ＡＣＦ）によりボンディングするために使用されるＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法およびＩＣモジュールの造方法に関する。特に、ＩＣチップと配線パターンとを接合する導電性接着フィルムでは、バンプの平面性が重視されることから、プリント基板に対して平行で平面性のよいバンプを有するＩＣカード用ＩＣモジュール、およびＩＣモジュールの製造方法に関係するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップ上へのバンプ形成については、図５（Ａ）に示されるはんだバンプ方式や、図５（Ｂ）に示される金バンプ方式が採用されている。はんだバンプは、ＩＣチップ１２上にクロム等の中間層２４を介してＰｂ／Ｓｎからなる半球状のはんだバンプ１４ｃを形成したもので、ボンディングに際しては、図６（Ａ）のように、はんだバンプを有するチップを予備はんだを施したプリント基板１１の配線パターン層１３にフェースダウンで位置合わせし、はんだ融着させるものである。また、金バンプの場合は、めっき技術により所定の高さにめっきを積み上げて形成している。この金バンプ１４ｄをもったチップを、図６（Ｂ）のように、長尺のポリイミドテープ上のＳｎめっきＣｕフィンガーパターン２６に連続的に、Ａｕ−Ｓｎ共晶ボンディングする方式で、フェースアップで高速自動ボンディングできる特徴がある。
【０００３】
しかし、はんだバンプの場合は、配線パターン側にもはんだ層を形成する必要があること、金バンプはテープキャリア方式に使用されるが、バンプ形成工程が煩雑であることなどにより、ＩＣカードには一般的には採用されていない。しかも、はんだバンプの場合は、真空蒸着ではんだ膜を形成した後、加熱してはんだ膜を整形するため、球状のはんだ端子が形成されるのが通常であり、金バンプの場合も、めっきを積み上げて形成するため略円弧状に成長し、十分な高さを得るためには電極の大きさも大きくしなければならないという問題がある。そのため、多電極化の傾向にあってＩＣチップの大きさはあまり変わらないため、電極径と配列ピッチを小さくする必要が生じ、短絡を起こしやすいという問題が生じている。
【０００４】
一方、近年、バンプ形成技術として、スタッドバンプ（ネイルヘッドバンプ）技術が提案されている。この技術は、ＩＣチップの電極パッド上に接合用のバンプを直接形成するもので、フォトエッチング技術を使用せず、ワイヤーボンディング技術を利用して、その技術において形成されるボール状の金属片でバンプを形成するものである。図７にこのスタッドバンプ技術でバンプを形成する場合の概略工程を示す。
【０００５】
この工程では、まず、図７（Ａ）に示すように、キャピラリーツール５１の先端から出ている金ワイヤー５２を高圧放電や水素トーチなどで溶融して、ワイヤー金ボール５３を形成したのち、図７（Ｂ）に示すようにワイヤー金ボール５３を基板６５に配設されたＩＣチップ６０の電極パッド６１に超音波熱圧着する。次に、図７（Ｃ）に示すように、キャピラリーツール５１を引き上げることにより、ワイヤーが切断されて金ボール部分が電極パッド６１上にバンプ６３として残存する。
【０００６】
このように形成されたバンプ６３とＩＣチップ６０の電極パッド６１とＴＡＢフィルム６５に形成されたインナーリード６６とを接合するには、図７（Ｄ）に示すように、バンプ６３を介して両者を位置合わせして重ね合わせ、その上からウェッジ５５により超音波熱圧着処理を施すことにより行われる。
【０００７】
上記のスタッドバンプ技術を利用して接合用のバンプを形成する場合には、個々のバンプ毎に形成されるため、バンプの高さを精度よく制御することが非常に困難となる問題がある。また、キャピラリーツールの押圧力も弱いため電極パッドとの接合強度も十分には得られない。
【０００８】
他方、最近、ＩＣチップのプリント基板とのボンディングにおいて、導電性接着フィルムを使用することが提案されている。この導電性接着フィルム（ＡＣＦ）を使用してボンディングする場合には、ボールバンプの形状は、言わばおわん状であるため、その状態のままＡＣＦを用いた接続をする場合には接続が不十分となる場合が多かった。
【０００９】
ここに、導電性接着フィルムとは、厚みが数１０μｍ程度（望ましくは３０μｍ程度）に形成された局部的に導通可能なフィルムであり、接着性樹脂層と、この樹脂層中に散在された導電粒子とから構成されている。接着性樹脂層は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又は両者の混合樹脂等により形成された層である。また、導電粒子は、金属被覆プラスチック粒子等から構成されたものである。この導電性接着フィルムは加圧を受けると導電粒子が相互に接触して導通を生じるようになるものである。導電性接着フィルムは、加圧を受けている方向に対してのみ導電する異方性を有するので不必要な方向に導通を生じることがないという特性がある。
【００１０】
図４は、この導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを形成した場合のＩＣチップのバンプ１４と配線パターン層１６との関係を示すものである。電極パッド１４´と配線パターン層１６を接続する場合には、この導電性接着フィルム１５をＩＣチップとプリント基板１１の間に挟んで、当接し加圧するとＩＣチップに形成された凸状のバンプ１４部分では、導電性接着フィルム１５が加圧されるため、ＩＣチップ１２のバンプ１４と導電粒子１５ｂ、及び導電粒子１５ｂと配線パターン層１６とが接触し、ＩＣチップ１２のバンプ１４と配線パターン層１６とが導通することになる。
【００１１】
これらの方法によって形成されるＩＣモジュールの一例を図３に図示して説明する。図３は、導電性接着フィルム１５を使用し、フェイスダウン方式で形成したＩＣカード用ＩＣモジュールの一例を示す断面図である。この方式の場合は、外部接続端子部１３側にニッケルめっき、硬質金めっき等の外部接続端子用めっきを、ＩＣチップボンディング側に銅、金等のＩＣチップボンディング用めっきを施した配線パターン層１６上に、ボンディングのためのバンプ１４が形成されたＩＣチップ１２をボンディングするものであり、バンプ１４は各端子と導電性接着フィルム１５により配線パターン層１６と接続されている。ＩＣチップとの接続完了後、封止樹脂２０によりＩＣチップ１２を固定、被覆される。この方式によるＩＣモジュールでは、ワイヤによるボンディングの必要がないため、ワイヤの断線による事故がないという利点がある。このような導電性接着部材を使用するＩＣモジュールの形成技術については、本願出願人の先の出願である特願平６−１７５０４５号にも開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この導電性接着フィルムは、ＩＣチップに形成された突起状物であるバンプにより加圧されて導通するものであるが、従来の円形の頂部を有するＩＣチップのバンプでは、導通部分がバンプの頂点の一点付近に集中するために、接続が不安定であるという問題がある。
【００１３】
また、スタッドバンプ技術を利用して接合用のバンプを形成する場合にも、前記のように円形の頂部とることと、バンプの高さを精度よく制御すること、バンプと電極パッドとの接合強度が十分に得られないという問題がある。従って、導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを製造する場合には、これらのバンプが形成されたＩＣチップでは、十分に信頼のおける配線パターンとの接続がなされないという問題があった。本発明は、このような導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを製造する場合に生じるＩＣチップ製造工程で生じるバンプ形成上の問題を、ＩＣカード用のＩＣチップやＩＣモジュールに適した方法で解決すべく鋭意研究して完成されたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような導電性接着フィルムを使用したＩＣチップのプリント基板への接続を確実かつ安定的に行うことを可能とするものである。
即ち、本発明請求項１の発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッドの一辺の長さ又は直径と略同寸の直径を有する円柱状もしくは円板状であって均一の高さに形成された金属材料からなるバンプ用部品をＩＣチップの電極パッド上に位置合わせして配置する工程、（ｂ）必要によりＩＣチップ側をあらかじめ加熱するとともに、ＩＣチップ上に配置されたバンプ上から均一に加熱、加圧してバンプと電極パッドとを接合する工程、（ｃ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用プリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｄ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法、を要旨とするものである。
【００１５】
これにより、フォトエッチング法を使用しないで、頂部が平面なバンプを形成することができるものである。
【００１６】
本発明請求項３の発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧しバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用プリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法、を要旨とする。
【００１７】
これにより、ボールバンプ方式を改良した導電性接着フィルムを使用するＩＣモジュール製造に適したバンプを形成できるものである。
【００１８】
本発明請求項５の発明は、ＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して当該電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧してバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合される配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣモジュールの製造方法を要旨とするものである。これにより、導電性接着フィルムと安定した接続がされたＩＣモジュールが得られるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のバンプを形成する材料としては、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎ等が適当であるが、ＩＣチップの電極パッドや配線パターンに使用する材料との適合性に注意する必要がある。ＩＣチップの電極パッドの表面は、一般にアルミ層で形成されているがバンプ材料と接合を完全なものとするために、電極パッド上に接合補助金属層を設けておけば、さらに良好な接合を得ることができる。補助金属層としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｂ，Ｓｎ等の金属が挙げられる。また、一般に配線パターン層には、硬質または軟質の金めっきがされているので、この場合にはバンプ材料として、金を使用するのが適切である。
【００２０】
本発明のバンプの形状としては、円柱状もしくは円板状のものが好適である。矩形状またはその他の形状であっても、本発明の実施が不可能となる訳ではないが、一般に電極パッド部分は、四角形に形成されているので、断面円形以外の他の形状では、バンプと電極パッド間の接触面積を最大とするためには正確な位置合わせが必要となるからである。もちろん、正確な円形とする必要はなく、概略円形であれば、本発明の目的を達する上では十分である。
【００２１】
バンプの大きさは、電極パッドの全面をほヾ覆う断面サイズであれば十分であってパッドが四角形であれば、その一辺の長さの直径を有する円形を、パッドが円形であれば同径のサイズとすれば良いことになる。同径のサイズとするのは、パッドとバンプとの接合を安定的に行うためであって、実質的に同径であればよい。但し、実質的な同径よりも小さかったり大きい径であれば、接続が不完全になったり、接続抵抗が変化する問題が生じる。バンプの高さは通常は５〜５０μｍのものが使用され、好適には１０〜２０μｍのものが選択される。
【００２２】
バンプが配線パターンと接触する面は、均一で平行な平面を有することが必要とされる。これは、導電性接着フィルムが加圧により、導通性を得ることに起因するもので、ＩＣチップ上に形成されたバンプが、それぞれ異なる高さと、異なる平面角度を有していたのでは、各電極パッド毎に異なる導通性を生じることになり、接続不良部分を生じたり、異なる接続抵抗を有することになるからである。本発明者の研究によれば、バンプの頂部が平行な平面上にある限り、±５μｍの範囲内での凹凸であれば、導通性に問題を生じることがないことが確認されている。
【００２３】
本発明請求項１の発明において円柱状の金属材料からなる、バンプ用部品を準備するためには、均一の厚さからなる金属シートを、フォトエッチングプロセスで形成することが可能である。あるいは、ステンレス等の基板上にレジスト層を形成し、円形状にレジスト除去された部分にめっき、蒸着あるいはＣＶＤのプロセスによりバンプ部品を形成し、基板から剥離して使用することも可能である。
【００２４】
これらにより形成されたバンプ材料を電極パッド上に配置するためには、バンプ材料を一括転写する方法又は各バンプ毎に電極パッド上に、一つずつ載置する方法をとることができる。後者の場合には、位置制御されたキャピラリーを用いてバンプ材料を吸着させて所定位置に載置するような手段が必要となる。
【００２５】
バンプ部品を電極パッドに接合するためには、ＩＣチップを加熱装置に搭載して予備加熱して所定温度とし、その後に配置されたバンプ上から均一に、加熱しながら加圧して接合する必要がある。これには、例えば、超音波を作用させながら圧力を加えて接合する超音波圧着方法や、加熱しながら圧力を加えて接合する熱圧着方法、あるいは超音波と熱とを作用させながら圧力を加えて接合する超音波熱圧着法を用いることができる。加熱温度は、集積回路に影響を与えない範囲で加熱する必要があり、加圧も必要以上の圧力をかけることはＩＣチップに悪影響を与えることになる。
【００２６】
金線を用いて電極パッド上にボールバンプを形成してからウエッジにより押圧してバンプの高さを揃える場合には、少なくとも同一のＩＣチップについては共通の平行平面で押圧することが均一な高さのバンプを形成する上では好ましいことになる。バンプ形成のためには、１バンプ当たり５０〜２００ｇｆの力が必要であるので、ＩＣチップに１０個の電極があれば、５００〜２０００ｇｆの圧力で押圧することが必要になる。
【００２７】
バンプが形成されたＩＣチップをプリント基板に接合するには、導電性接着フィルムを使用する。図１（Ｃ）は、フェイスダウン方式でＩＣモジュールを形成する場合のＩＣチップの電極パッド１４と配線パターン層１６及び導電性接着フィルムの位置関係を示すものである。本発明において、導電性接着フィルムとは、既述のように加圧により、導電性を得るようなフィルムであって、一般にフィルム状に形成されたものを使用するが、液状の材料であって塗布後にフィルムを形成するものであっても、本発明の実施をすることが可能である。当該フィルムは、プリント基板上の配線パターンに仮止めされたのち、ＩＣチップのバンプと配線パターンとの位置合わせがされて、本接着がなされるが、導電性フィルムの仮止めは、ＩＣチップ側になされることも可能である。なお、ＩＣチップをＩＣカード用ＩＣモジュールとする場合には、ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層に当該ＩＣチップをボンディングすることになる。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）以下、図面等を参照して、本発明の一実施例について説明する。図１は、本発明によるＩＣモジュールの製造工程を示す図である。以下、本発明の実施例において、従来例と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。一辺の長さが、０．１ｍｍである正方形の電極パッド１４´が、チップ上に１０個形成されているＩＣカード用ＩＣチップ１２にバンプを形成する目的で、バンプ部品１４を以下のようにして準備した。
【００２９】
厚さ０．１ｍｍ：１辺１２０ｍｍのステンレス基板上にカゼイン系のネガ型レジストを浸漬引き上げ法により塗布し、乾燥して均一なレジスト膜を得た。次にこのレジスト膜に、直径１００μｍのバンプの円形状を形成したマスクを重ね合わせ、プリンターにてパターン描画を行った。この際、波長３６５ｎｍの水銀灯を使用した。続いて露光されたレジスト膜を現像した後乾燥させ、厚さ３μｍ、孔径１００μｍのレジストパターンを形成した。
【００３０】
次に、これを数分間ベークした後、軟質金めっき浴に浸漬し、電気めっき法によりレジストパターンを形成した面に金膜を１５μｍになるようにめっき形成した。続いて、乾燥した後、めっきした金膜を剥離して、厚さ１５μｍ、径１００μｍの円板状のバンプ部品を得た。
【００３１】
当該バンプ部品をそれぞれＩＣチップ上の１０個の電極パッド１４´上に、図１（Ａ）のように配置して、当該チップを加熱装置６５に搭載して、チップ１２側から１５０℃に予備加熱するとともに、バンプ上から平面な加熱板７０により図１（Ｂ）のように加熱、加圧（２０００ｇｆ）して、各電極パッド上にバンプ１４を接合して形成した。
【００３２】
ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層側に、３０μｍ厚の導電性接着フィルム（日立化成工業（株）アニソルム）を仮付した後、バンプの形成されたＩＣチップをプリント基板の配線パターン層上に位置合わせして載置してから、１８０℃に加熱、加圧して本接着してボンディングした後、封止樹脂でＩＣチップとボンディング部分を封止してＩＣカード用ＩＣモジュールを完成した。
【００３３】
（実施例２）ＩＣチップパターンが形成された半導体ウェハを準備し、図２のように各チップ上の電極パッド部分にワイヤボンダに使用するキャピラリーツールを用いて、直径２５μｍの金線を用いてバンプを形成した。
【００３４】
まず、キャピラリーツール５１の先端部に水素トーチにより加熱して、直径１００μｍの金ボール５３を形成した（図２（Ａ））。次いで、金ボールを電極パッド６１上に押圧して、超音波加熱することによりバンプ部分となる金ボールを電極パッド上に接合した（図２（Ｂ））。その状態でキャピラリーツールを引き上げると、金ボール上にワイヤの一部を残してワイヤが切断され、ボールバンプが形成された（図２（Ｃ））。次いで、ウェハを加熱装置７０上に載置してから、ボールバンプ上よりウエッジ５５で均一の圧力で加圧して、略円柱状のバンプに整形した（図２（Ｄ））。なお、図２（Ｄ）では、１個のバンプについて押圧整形するように描かれているが、ＩＣチップ全体のバンプについて一時に共通の平面で押圧整形することが精度のよいバンプを形成する上で好ましいことは前記のとおりである。得られたＩＣチップのバンプ６３の最終的な高さの精度は、±２μｍ以内であった。
【００３５】
ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層側に、３０μｍ厚の導電性接着フィルム（日立化成工業（株）アニソルム）を仮付した後、バンプの形成されたＩＣチップをプリント基板の配線パターン層上に位置合わせして載置してから、１８０℃に加熱、加圧して本接着してボンディングした後、封止樹脂でＩＣチップとボンディング部分を封止してＩＣカード用ＩＣモジュールを完成した。
【００３６】
実施例１および実施例２で得られたＩＣモジュールによりＩＣカードを製造し諸機能の試験、耐久試験を行ったところ十分な結果が得られた。また、ＩＣモジュールの製造プロセスにおいて歩留りが向上する効果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、ＩＣチップの電極パッド上に形成されるバンプが均一の高さに形成されていて、しかもバンプの先端部分が広い平面状となっているので、導電性接着フィルムにより、配線パターン層と接続する場合に、接着、密着性が増し、導通が確実なＩＣチップ、ＩＣモジュールが得られる。また、本発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールに限らず、汎用用途のＩＣモジュールに適用できることも当業者が容易に推考できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成するプロセスを示す図である。
【図２】本発明の実施例２によるＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成するプロセスを示す図である。
【図３】導電性接着フィルムを使用したフェイスダウン方式によるＩＣモジュールを説明するための図である。
【図４】導電性接着フィルムがＩＣチップと配線パターン層間で導通する状況を示した図である。
【図５】従来のはんだバンプ（Ａ）と金バンプ（Ｂ）を示す図である。
【図６】従来のはんだバンプ（Ａ）と金バンプ（Ｂ）のＩＣチップと配線パターン層とのボンディングの状態を示す図である。
【図７】従来のスタッドバンプの形成とＩＣチップとのボンディングの状態（Ｄ）を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＩＣモジュール
１１ プリント基板
１２，６０ ＩＣチップ
１３ 外部接続端子部
１４ バンプ
１５ 導電性接着フィルム
１６ 配線パターン層
１７ スルーホール
２０ 封止樹脂
２１ ＳｉＯ２ 層
２２ アルミ層
２３，６２ パッシベーション膜
２４ クロム層
５０ 毛細管
５１ キャピラリーツール
５２ 金ワイヤ
５３ 金ボール
５５ ウエッジ
【発明の属する技術分野】
この発明は、導電性接着フィルム（ＡＣＦ）によりボンディングするために使用されるＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法およびＩＣモジュールの造方法に関する。特に、ＩＣチップと配線パターンとを接合する導電性接着フィルムでは、バンプの平面性が重視されることから、プリント基板に対して平行で平面性のよいバンプを有するＩＣカード用ＩＣモジュール、およびＩＣモジュールの製造方法に関係するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップ上へのバンプ形成については、図５（Ａ）に示されるはんだバンプ方式や、図５（Ｂ）に示される金バンプ方式が採用されている。はんだバンプは、ＩＣチップ１２上にクロム等の中間層２４を介してＰｂ／Ｓｎからなる半球状のはんだバンプ１４ｃを形成したもので、ボンディングに際しては、図６（Ａ）のように、はんだバンプを有するチップを予備はんだを施したプリント基板１１の配線パターン層１３にフェースダウンで位置合わせし、はんだ融着させるものである。また、金バンプの場合は、めっき技術により所定の高さにめっきを積み上げて形成している。この金バンプ１４ｄをもったチップを、図６（Ｂ）のように、長尺のポリイミドテープ上のＳｎめっきＣｕフィンガーパターン２６に連続的に、Ａｕ−Ｓｎ共晶ボンディングする方式で、フェースアップで高速自動ボンディングできる特徴がある。
【０００３】
しかし、はんだバンプの場合は、配線パターン側にもはんだ層を形成する必要があること、金バンプはテープキャリア方式に使用されるが、バンプ形成工程が煩雑であることなどにより、ＩＣカードには一般的には採用されていない。しかも、はんだバンプの場合は、真空蒸着ではんだ膜を形成した後、加熱してはんだ膜を整形するため、球状のはんだ端子が形成されるのが通常であり、金バンプの場合も、めっきを積み上げて形成するため略円弧状に成長し、十分な高さを得るためには電極の大きさも大きくしなければならないという問題がある。そのため、多電極化の傾向にあってＩＣチップの大きさはあまり変わらないため、電極径と配列ピッチを小さくする必要が生じ、短絡を起こしやすいという問題が生じている。
【０００４】
一方、近年、バンプ形成技術として、スタッドバンプ（ネイルヘッドバンプ）技術が提案されている。この技術は、ＩＣチップの電極パッド上に接合用のバンプを直接形成するもので、フォトエッチング技術を使用せず、ワイヤーボンディング技術を利用して、その技術において形成されるボール状の金属片でバンプを形成するものである。図７にこのスタッドバンプ技術でバンプを形成する場合の概略工程を示す。
【０００５】
この工程では、まず、図７（Ａ）に示すように、キャピラリーツール５１の先端から出ている金ワイヤー５２を高圧放電や水素トーチなどで溶融して、ワイヤー金ボール５３を形成したのち、図７（Ｂ）に示すようにワイヤー金ボール５３を基板６５に配設されたＩＣチップ６０の電極パッド６１に超音波熱圧着する。次に、図７（Ｃ）に示すように、キャピラリーツール５１を引き上げることにより、ワイヤーが切断されて金ボール部分が電極パッド６１上にバンプ６３として残存する。
【０００６】
このように形成されたバンプ６３とＩＣチップ６０の電極パッド６１とＴＡＢフィルム６５に形成されたインナーリード６６とを接合するには、図７（Ｄ）に示すように、バンプ６３を介して両者を位置合わせして重ね合わせ、その上からウェッジ５５により超音波熱圧着処理を施すことにより行われる。
【０００７】
上記のスタッドバンプ技術を利用して接合用のバンプを形成する場合には、個々のバンプ毎に形成されるため、バンプの高さを精度よく制御することが非常に困難となる問題がある。また、キャピラリーツールの押圧力も弱いため電極パッドとの接合強度も十分には得られない。
【０００８】
他方、最近、ＩＣチップのプリント基板とのボンディングにおいて、導電性接着フィルムを使用することが提案されている。この導電性接着フィルム（ＡＣＦ）を使用してボンディングする場合には、ボールバンプの形状は、言わばおわん状であるため、その状態のままＡＣＦを用いた接続をする場合には接続が不十分となる場合が多かった。
【０００９】
ここに、導電性接着フィルムとは、厚みが数１０μｍ程度（望ましくは３０μｍ程度）に形成された局部的に導通可能なフィルムであり、接着性樹脂層と、この樹脂層中に散在された導電粒子とから構成されている。接着性樹脂層は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又は両者の混合樹脂等により形成された層である。また、導電粒子は、金属被覆プラスチック粒子等から構成されたものである。この導電性接着フィルムは加圧を受けると導電粒子が相互に接触して導通を生じるようになるものである。導電性接着フィルムは、加圧を受けている方向に対してのみ導電する異方性を有するので不必要な方向に導通を生じることがないという特性がある。
【００１０】
図４は、この導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを形成した場合のＩＣチップのバンプ１４と配線パターン層１６との関係を示すものである。電極パッド１４´と配線パターン層１６を接続する場合には、この導電性接着フィルム１５をＩＣチップとプリント基板１１の間に挟んで、当接し加圧するとＩＣチップに形成された凸状のバンプ１４部分では、導電性接着フィルム１５が加圧されるため、ＩＣチップ１２のバンプ１４と導電粒子１５ｂ、及び導電粒子１５ｂと配線パターン層１６とが接触し、ＩＣチップ１２のバンプ１４と配線パターン層１６とが導通することになる。
【００１１】
これらの方法によって形成されるＩＣモジュールの一例を図３に図示して説明する。図３は、導電性接着フィルム１５を使用し、フェイスダウン方式で形成したＩＣカード用ＩＣモジュールの一例を示す断面図である。この方式の場合は、外部接続端子部１３側にニッケルめっき、硬質金めっき等の外部接続端子用めっきを、ＩＣチップボンディング側に銅、金等のＩＣチップボンディング用めっきを施した配線パターン層１６上に、ボンディングのためのバンプ１４が形成されたＩＣチップ１２をボンディングするものであり、バンプ１４は各端子と導電性接着フィルム１５により配線パターン層１６と接続されている。ＩＣチップとの接続完了後、封止樹脂２０によりＩＣチップ１２を固定、被覆される。この方式によるＩＣモジュールでは、ワイヤによるボンディングの必要がないため、ワイヤの断線による事故がないという利点がある。このような導電性接着部材を使用するＩＣモジュールの形成技術については、本願出願人の先の出願である特願平６−１７５０４５号にも開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この導電性接着フィルムは、ＩＣチップに形成された突起状物であるバンプにより加圧されて導通するものであるが、従来の円形の頂部を有するＩＣチップのバンプでは、導通部分がバンプの頂点の一点付近に集中するために、接続が不安定であるという問題がある。
【００１３】
また、スタッドバンプ技術を利用して接合用のバンプを形成する場合にも、前記のように円形の頂部とることと、バンプの高さを精度よく制御すること、バンプと電極パッドとの接合強度が十分に得られないという問題がある。従って、導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを製造する場合には、これらのバンプが形成されたＩＣチップでは、十分に信頼のおける配線パターンとの接続がなされないという問題があった。本発明は、このような導電性接着フィルムを使用してＩＣモジュールを製造する場合に生じるＩＣチップ製造工程で生じるバンプ形成上の問題を、ＩＣカード用のＩＣチップやＩＣモジュールに適した方法で解決すべく鋭意研究して完成されたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような導電性接着フィルムを使用したＩＣチップのプリント基板への接続を確実かつ安定的に行うことを可能とするものである。
即ち、本発明請求項１の発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッドの一辺の長さ又は直径と略同寸の直径を有する円柱状もしくは円板状であって均一の高さに形成された金属材料からなるバンプ用部品をＩＣチップの電極パッド上に位置合わせして配置する工程、（ｂ）必要によりＩＣチップ側をあらかじめ加熱するとともに、ＩＣチップ上に配置されたバンプ上から均一に加熱、加圧してバンプと電極パッドとを接合する工程、（ｃ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用プリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｄ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法、を要旨とするものである。
【００１５】
これにより、フォトエッチング法を使用しないで、頂部が平面なバンプを形成することができるものである。
【００１６】
本発明請求項３の発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧しバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用プリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法、を要旨とする。
【００１７】
これにより、ボールバンプ方式を改良した導電性接着フィルムを使用するＩＣモジュール製造に適したバンプを形成できるものである。
【００１８】
本発明請求項５の発明は、ＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して当該電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧してバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合される配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣモジュールの製造方法を要旨とするものである。これにより、導電性接着フィルムと安定した接続がされたＩＣモジュールが得られるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のバンプを形成する材料としては、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎ等が適当であるが、ＩＣチップの電極パッドや配線パターンに使用する材料との適合性に注意する必要がある。ＩＣチップの電極パッドの表面は、一般にアルミ層で形成されているがバンプ材料と接合を完全なものとするために、電極パッド上に接合補助金属層を設けておけば、さらに良好な接合を得ることができる。補助金属層としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｂ，Ｓｎ等の金属が挙げられる。また、一般に配線パターン層には、硬質または軟質の金めっきがされているので、この場合にはバンプ材料として、金を使用するのが適切である。
【００２０】
本発明のバンプの形状としては、円柱状もしくは円板状のものが好適である。矩形状またはその他の形状であっても、本発明の実施が不可能となる訳ではないが、一般に電極パッド部分は、四角形に形成されているので、断面円形以外の他の形状では、バンプと電極パッド間の接触面積を最大とするためには正確な位置合わせが必要となるからである。もちろん、正確な円形とする必要はなく、概略円形であれば、本発明の目的を達する上では十分である。
【００２１】
バンプの大きさは、電極パッドの全面をほヾ覆う断面サイズであれば十分であってパッドが四角形であれば、その一辺の長さの直径を有する円形を、パッドが円形であれば同径のサイズとすれば良いことになる。同径のサイズとするのは、パッドとバンプとの接合を安定的に行うためであって、実質的に同径であればよい。但し、実質的な同径よりも小さかったり大きい径であれば、接続が不完全になったり、接続抵抗が変化する問題が生じる。バンプの高さは通常は５〜５０μｍのものが使用され、好適には１０〜２０μｍのものが選択される。
【００２２】
バンプが配線パターンと接触する面は、均一で平行な平面を有することが必要とされる。これは、導電性接着フィルムが加圧により、導通性を得ることに起因するもので、ＩＣチップ上に形成されたバンプが、それぞれ異なる高さと、異なる平面角度を有していたのでは、各電極パッド毎に異なる導通性を生じることになり、接続不良部分を生じたり、異なる接続抵抗を有することになるからである。本発明者の研究によれば、バンプの頂部が平行な平面上にある限り、±５μｍの範囲内での凹凸であれば、導通性に問題を生じることがないことが確認されている。
【００２３】
本発明請求項１の発明において円柱状の金属材料からなる、バンプ用部品を準備するためには、均一の厚さからなる金属シートを、フォトエッチングプロセスで形成することが可能である。あるいは、ステンレス等の基板上にレジスト層を形成し、円形状にレジスト除去された部分にめっき、蒸着あるいはＣＶＤのプロセスによりバンプ部品を形成し、基板から剥離して使用することも可能である。
【００２４】
これらにより形成されたバンプ材料を電極パッド上に配置するためには、バンプ材料を一括転写する方法又は各バンプ毎に電極パッド上に、一つずつ載置する方法をとることができる。後者の場合には、位置制御されたキャピラリーを用いてバンプ材料を吸着させて所定位置に載置するような手段が必要となる。
【００２５】
バンプ部品を電極パッドに接合するためには、ＩＣチップを加熱装置に搭載して予備加熱して所定温度とし、その後に配置されたバンプ上から均一に、加熱しながら加圧して接合する必要がある。これには、例えば、超音波を作用させながら圧力を加えて接合する超音波圧着方法や、加熱しながら圧力を加えて接合する熱圧着方法、あるいは超音波と熱とを作用させながら圧力を加えて接合する超音波熱圧着法を用いることができる。加熱温度は、集積回路に影響を与えない範囲で加熱する必要があり、加圧も必要以上の圧力をかけることはＩＣチップに悪影響を与えることになる。
【００２６】
金線を用いて電極パッド上にボールバンプを形成してからウエッジにより押圧してバンプの高さを揃える場合には、少なくとも同一のＩＣチップについては共通の平行平面で押圧することが均一な高さのバンプを形成する上では好ましいことになる。バンプ形成のためには、１バンプ当たり５０〜２００ｇｆの力が必要であるので、ＩＣチップに１０個の電極があれば、５００〜２０００ｇｆの圧力で押圧することが必要になる。
【００２７】
バンプが形成されたＩＣチップをプリント基板に接合するには、導電性接着フィルムを使用する。図１（Ｃ）は、フェイスダウン方式でＩＣモジュールを形成する場合のＩＣチップの電極パッド１４と配線パターン層１６及び導電性接着フィルムの位置関係を示すものである。本発明において、導電性接着フィルムとは、既述のように加圧により、導電性を得るようなフィルムであって、一般にフィルム状に形成されたものを使用するが、液状の材料であって塗布後にフィルムを形成するものであっても、本発明の実施をすることが可能である。当該フィルムは、プリント基板上の配線パターンに仮止めされたのち、ＩＣチップのバンプと配線パターンとの位置合わせがされて、本接着がなされるが、導電性フィルムの仮止めは、ＩＣチップ側になされることも可能である。なお、ＩＣチップをＩＣカード用ＩＣモジュールとする場合には、ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層に当該ＩＣチップをボンディングすることになる。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）以下、図面等を参照して、本発明の一実施例について説明する。図１は、本発明によるＩＣモジュールの製造工程を示す図である。以下、本発明の実施例において、従来例と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。一辺の長さが、０．１ｍｍである正方形の電極パッド１４´が、チップ上に１０個形成されているＩＣカード用ＩＣチップ１２にバンプを形成する目的で、バンプ部品１４を以下のようにして準備した。
【００２９】
厚さ０．１ｍｍ：１辺１２０ｍｍのステンレス基板上にカゼイン系のネガ型レジストを浸漬引き上げ法により塗布し、乾燥して均一なレジスト膜を得た。次にこのレジスト膜に、直径１００μｍのバンプの円形状を形成したマスクを重ね合わせ、プリンターにてパターン描画を行った。この際、波長３６５ｎｍの水銀灯を使用した。続いて露光されたレジスト膜を現像した後乾燥させ、厚さ３μｍ、孔径１００μｍのレジストパターンを形成した。
【００３０】
次に、これを数分間ベークした後、軟質金めっき浴に浸漬し、電気めっき法によりレジストパターンを形成した面に金膜を１５μｍになるようにめっき形成した。続いて、乾燥した後、めっきした金膜を剥離して、厚さ１５μｍ、径１００μｍの円板状のバンプ部品を得た。
【００３１】
当該バンプ部品をそれぞれＩＣチップ上の１０個の電極パッド１４´上に、図１（Ａ）のように配置して、当該チップを加熱装置６５に搭載して、チップ１２側から１５０℃に予備加熱するとともに、バンプ上から平面な加熱板７０により図１（Ｂ）のように加熱、加圧（２０００ｇｆ）して、各電極パッド上にバンプ１４を接合して形成した。
【００３２】
ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層側に、３０μｍ厚の導電性接着フィルム（日立化成工業（株）アニソルム）を仮付した後、バンプの形成されたＩＣチップをプリント基板の配線パターン層上に位置合わせして載置してから、１８０℃に加熱、加圧して本接着してボンディングした後、封止樹脂でＩＣチップとボンディング部分を封止してＩＣカード用ＩＣモジュールを完成した。
【００３３】
（実施例２）ＩＣチップパターンが形成された半導体ウェハを準備し、図２のように各チップ上の電極パッド部分にワイヤボンダに使用するキャピラリーツールを用いて、直径２５μｍの金線を用いてバンプを形成した。
【００３４】
まず、キャピラリーツール５１の先端部に水素トーチにより加熱して、直径１００μｍの金ボール５３を形成した（図２（Ａ））。次いで、金ボールを電極パッド６１上に押圧して、超音波加熱することによりバンプ部分となる金ボールを電極パッド上に接合した（図２（Ｂ））。その状態でキャピラリーツールを引き上げると、金ボール上にワイヤの一部を残してワイヤが切断され、ボールバンプが形成された（図２（Ｃ））。次いで、ウェハを加熱装置７０上に載置してから、ボールバンプ上よりウエッジ５５で均一の圧力で加圧して、略円柱状のバンプに整形した（図２（Ｄ））。なお、図２（Ｄ）では、１個のバンプについて押圧整形するように描かれているが、ＩＣチップ全体のバンプについて一時に共通の平面で押圧整形することが精度のよいバンプを形成する上で好ましいことは前記のとおりである。得られたＩＣチップのバンプ６３の最終的な高さの精度は、±２μｍ以内であった。
【００３５】
ＩＣカード用のプリント基板の配線パターン層側に、３０μｍ厚の導電性接着フィルム（日立化成工業（株）アニソルム）を仮付した後、バンプの形成されたＩＣチップをプリント基板の配線パターン層上に位置合わせして載置してから、１８０℃に加熱、加圧して本接着してボンディングした後、封止樹脂でＩＣチップとボンディング部分を封止してＩＣカード用ＩＣモジュールを完成した。
【００３６】
実施例１および実施例２で得られたＩＣモジュールによりＩＣカードを製造し諸機能の試験、耐久試験を行ったところ十分な結果が得られた。また、ＩＣモジュールの製造プロセスにおいて歩留りが向上する効果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、ＩＣチップの電極パッド上に形成されるバンプが均一の高さに形成されていて、しかもバンプの先端部分が広い平面状となっているので、導電性接着フィルムにより、配線パターン層と接続する場合に、接着、密着性が増し、導通が確実なＩＣチップ、ＩＣモジュールが得られる。また、本発明は、ＩＣカード用のＩＣモジュールに限らず、汎用用途のＩＣモジュールに適用できることも当業者が容易に推考できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成するプロセスを示す図である。
【図２】本発明の実施例２によるＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成するプロセスを示す図である。
【図３】導電性接着フィルムを使用したフェイスダウン方式によるＩＣモジュールを説明するための図である。
【図４】導電性接着フィルムがＩＣチップと配線パターン層間で導通する状況を示した図である。
【図５】従来のはんだバンプ（Ａ）と金バンプ（Ｂ）を示す図である。
【図６】従来のはんだバンプ（Ａ）と金バンプ（Ｂ）のＩＣチップと配線パターン層とのボンディングの状態を示す図である。
【図７】従来のスタッドバンプの形成とＩＣチップとのボンディングの状態（Ｄ）を示す図である。
【符号の説明】
１０ ＩＣモジュール
１１ プリント基板
１２，６０ ＩＣチップ
１３ 外部接続端子部
１４ バンプ
１５ 導電性接着フィルム
１６ 配線パターン層
１７ スルーホール
２０ 封止樹脂
２１ ＳｉＯ２ 層
２２ アルミ層
２３，６２ パッシベーション膜
２４ クロム層
５０ 毛細管
５１ キャピラリーツール
５２ 金ワイヤ
５３ 金ボール
５５ ウエッジ
Claims (6)
- ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッドの一辺の長さ又は直径と略同寸の直径を有する円柱状もしくは円板状であって均一の高さに形成された金属材料からなるバンプ用部品をＩＣチップの電極パッド上に位置合わせして配置する工程、（ｂ）必要によりＩＣチップ側をあらかじめ加熱するとともに、ＩＣチップ上に配置されたバンプ上から均一に加熱、加圧してバンプと電極パッドとを接合する工程、（ｃ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用プリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｄ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法。
- 金属材料が、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎから選ばれた金属からなることを特徴とする請求項１記載のＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法。
- ＩＣカード用のＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧しバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合されるＩＣカード用のプリント基板の配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法。
- 金属細線が、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎから選ばれた金属からなることを特徴とする請求項３記載のＩＣカード用ＩＣモジュールの製造方法。
- ＩＣモジュールを製造する方法であって、（ａ）ＩＣチップの電極パッド上にワイヤボンダを用い、キャピラリ下端面から突出した金属細線先端部を溶融して当該電極パッド上にボールバンプを形成する工程、（ｂ）キャピラリを上昇して、金属細線を切断する工程、（ｃ）電極パッドに対して、（ａ），（ｂ）の工程を完了した後に、バンプに対して平行平面を有する加圧板を当接させて、加圧板を加圧してバンプの表面を一様に平坦化する工程、（ｄ）ＩＣチップが接合される配線パターン又はＩＣチップ上に導電性接着フィルムを仮付けする工程、（ｅ）ＩＣチップのバンプと配線パターンとを位置合わせしてから、ＩＣチップ側または配線パターンの形成されたプリント基板側から加圧してバンプと配線パターンとをボンディングする工程、とを包含することを特徴とするＩＣモジュールの製造方法。
- 金属細線が、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎから選ばれた金属からなることを特徴とする請求項５記載のＩＣモジュールの製造方法。
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