JPH0368150A - 塊状バンプ付きフィルムキャリア及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超薄型高密度集積回路素子用半導体チップの
ワイヤレスボンディングに係り、フィルムキャリア側に
チソ１ボンディング用のバングを金ｍ等で形成するよう
にした塊状バンプ付きフィルムキャリア及びその製造方
法に関する。

［従来の技術］ 一般にＩＣやＬＳＩ等を製造する場合、半導体チップを
リードフレームのグイパッドに接着した後、該チップの
各電極とリードフレームのアウターリード間を、極細の
純金線等ボンディング用のワイヤーにより１本づつボン
ディングするワイヤボンディングが周知である。

しかし乍ら、超高密度集積化されたＬＳＩ等の場合、ア
ウターリードに対応するピン数は数百に及ぶ為、各ビン
間距離が数十ミクロンの間隔で接近しており、上記ワイ
ヤーボンディングでは製造工程や品質上限界が出てくる
。

このようなことから昨今では、該半導体チップの各電極
を直接インナーリードに熱圧着するテープ　オートメイ
テッド・ボンディング（ＴＡＢ）方式が多用されている
。

在来のＴＡＢは、ポリイミド樹脂、ボエステル樹脂、ガ
ラスエポキシ樹脂等で成形された厚さ１２５μ程の長尺
のテープフィルムに、厚さ３５μ程の銅箔を積層形成し
てあって、これにフィルム送り用のスプロケットと噛合
するパーフォレーションやデイバイスポールを穿設し、
又、フォトレジスト及びエツチングにより所定の回路パ
ターンやインナーリード等を写真フィルムと同様に多数
の駒として連設状態で形成し、更に該各リード部分に無
電解錯メソキ成るいは電解金メッキ処理したフィルムキ
ャリアを使用するものである。

又、半導木チップは、拡散済みウェハのパッド部分に熱
圧着用の突起（バンプ）を形成してあって、該チップの
裏面に所定の金属でバリヤ層（バリヤメタル〉を形成し
、且つその上に金や錫等の金属で所定サイズのバンプを
形成し、これを上記各リードに熱圧着してチップ電極と
外部回路とをワイヤレスボンディング接続するものであ
る。

このＴＡＢ方式の在来例は、半導体チップ側にボンディ
ング用の突起（バンプ）を金や錫等で形成する為５拡散
済みウェハに金ｇ膜形成工程〜フオトリソ工程〜ストラ
イク処理工程〜メッキ工程〜レジスト除去工程〜フォト
リソ工程〜フオトリソ工程〜エッチング工程〜レジスト
除去工程〜アニール工程等を必要とし、且つこのように
して得られたバンプ付きウェハを１枚づつネストプレー
トにワックスで貼着〜ダイシングしてチップ化した後、
前記ボンディングを行うものである。

従って、製造工程がかなり複雑であり、又、小片チップ
の各電極上に微小なバンプを多数精密にメッキ析出させ
ることが難しく、必然的に生産コストが嵩み特殊用途向
けにしかならない。

このようなことから、昨今ではフィルムキャリアのイン
ナーリード側に金等の金属で厚みが１０〜３０μのバン
プを形成する手段が汎用化されつつあり、以下の方法が
周知である。

まず第１例は、インナーリード端にフォトエンチング加
工し、そこに噴射メッキ処理でインナーリド表面より若
干盛り上がったメサ状のバンプを形成する方法である。

第２例は転写バンプ方式であって、ガラス基板にマスク
を使用して一旦所定数の金バンプのみをメッキで析出形
威し、次にこれを前記フィルムキャリアのインナーリー
ド側に熱圧着して該バンプをそこに転写する方法である
。

［発明が解決しようとする課題〕 而で、上記第１１ｖｌは、従来の部分メッキ手段により
インナーリード先端に微小メンキ部を形成する為、メサ
状のバンプとは言え実際にはメッキ析出層は薄く、しか
も形状が不整形なためメッキ厚みのバラツキが生じ、そ
のままではチップとのボンディングに支障が出てくるこ
とから、後加工で該バンプ表面の整形処理を必要とする
。

一方策２［１Ｎの手段によれば、ガラス基板にバンプを
形成する時と、該バンプをフィルムキャリアに転写する
時の２回、精密な位置合わせが必要であるため工程が面
倒なこと、越冬ビン構造の半導体チップの場合は実装が
難しいことが指摘されている。

これは以下の理由による。

まず、ガラス基板にバンプを形成すると、その時点では
先鋭メサ状のバンプとなるが、それをフィルムキャリア
側に熱転写した時には上下が反転した状態になる。

即ち、上記先鋭部分がインナーリードの表面に貼着し、
それより広い面積の底面が上向き（逆テーパー状）にな
って、バンプ頂部の直径が底部のそれより大となり且つ
インナーリードの幅員よりも大きくなるため、リード間
隔を極ｔｉ１１ｍ化できず越冬ビン構造チップ用には不
向きである。

その上、バンプの頂部が広く且つフラットであるから、
チップとのボンディングに際して、該バンプの頂部表面
が加熱及び加圧力により変形しにくい（ボンディングし
にくい〉状態であり、又、バンプの頂部表面が押圧力で
崩れ乍らチップ電極と接合するが、この時バンプ内部の
新鮮な金属面（新生面）が次々と露出してこないので接
合能力が低下する等が原因である。

次に、上記公知例を含む従来のフィルムキャリアのボン
ディングについて説明する。

−ａにバンプ付きフィルムキャリアは、インナーリード
にのみバンプを形成しであるから、まず最初にインナー
リードボンディング（ＩＬＢ）でチップを接合し、その
後、別工程でアウターリードボンディング（ＯＬＢ）を
行い外部回路基板電極との接合をしていた。

このＯＬＨの場合は前記チップの接合と異なって、接合
部の表面処理材は錫等の金属を使用し、メッキ処理厚み
も前記バンプと比較すると相当薄い（２〜３μ）もので
あるから、ＩＬＢとは全く別異の接合機能が要求される
ものである。

つまり従来は、同一のフィルムキャリアに対してＩＬＢ
とＯＬＢを別々の工程で処理せざるを得ず、製造コスト
が嵩む原因の１つであった。

更に、バンプ形成手段に関しても次のような問題点があ
った。

まず、前記第１及び第２公知例ともバンプ形状に際して
、メッキ析出速度が１μ≠ るから１駒分のバンプを形状するのには、かなりの時間
がかかり生産性が頗る悪い。

又、メッキにより析出した金属の硬度は、周知のように
本来その金属が有する硬度よりかなり高いものであるか
ら、半導体チップとの接合に際してチップ側の電極部を
破壊する危険性があった。

更に、メッキでバンプを形威する際、ワークのインナー
リード巾等の形成寸法公差等によるメッキ面積のバラツ
キから、メッキ電流計測でメッキ時間制御方式を採用し
てもメッキ厚を充分な精度内に押さえることは難しく、
特に、ピン数が多いほど困難である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は叙上の問題点に鑑み戊されたものであり、半導
体チップ実装用のリードフレームやフィルムキャリアの
リード先端又は、プリント基板等の回路上に直接バンプ
を形成する方法であって。

該バンプを精密な位置に形威し、且つ高品位なものが得
られるようにし、越冬ビンの半導体チップも高効率で実
装可能とした塊状バンプ付フィルムキャリア及びその製
造方法の提供を目的とする物である。

上記目的を達成する手段として、例えば、ワイヤボンデ
ィング用の金線を、フィルムキャリアに形成された錫メ
ッキ付きインナーリードに跨架する状態で配置し、該イ
ンナーリードと金線とを共高結合させた陸、各インナー
リードの間に突出している金線のみを切断除去し、各イ
ンナーリードの先端に精密なバンプを形成せしめるよう
にしである。

又、インナーリード先端に形成されたバンプは、ボンデ
ィングに際してその表面から順次新生面が露出可能な形
態とし、且つインナーリードの幅員より小さいサイズと
して、越冬ビン構造の半導体チップ向けとしである。

更に、上記インナーリードの先端には半導体チノブとの
ボンディング（ＩＬＢ）用の主バンプを上記の如く形成
し、且つアウターリードの所定部には外部回路電極との
ボンディング（ＯＬＢ）用の副バンプが、例えば、半田
線を用いて上記手段と同じ方法で形成しである。

［作用］ 金属線を用いてバンプを形成する際に金属線とインナー
リード部等の接続は、外部から熱と圧力を加えることに
よる金と錫の共晶結合、又は、金と金との熱圧着によっ
て接合が達成され、且つ圧着に際し、圧力板の形状に応
じて金線を適当な断面形状にコイニングすることが可能
であるが、予め所定の断面形状に整形された金線を使用
して、上記手段による所望の断面形状のバンプが得られ
且つ、このバンプの形状は、その後の半導体チップとの
熱圧着時に、その接合の良否を決定する重要な要素とな
るから、所定のバンプ形状を得ることは重要である。

又、上記金線とインナーリードとの接合後、インナーリ
ード間に出ている余分な部分を、ワイヤーカットや、高
速回転する薄いブレードによって機械的に切断するか、
レーザー光線により金線を溶融切断することで、所定個
所にのみにバンプを形成させることができる上、バンプ
をインナーリードの幅員より小とすることや、ＩＬＢに
際してバンプの接合面に新生面が形成され易い形状にす
ることも容易である。

更には、アウターリードにも錫やハンダ等の金線を用い
てＯＬＢ用の第２バンプ（副バンプ）を同様の方法で形
成することができる。

［実施ｒＩＡ２ 次に本発明の実施例について図面に基づき説明する。

第１［Ｊに図示のフィルムキャリア１は、例えばポリイ
ミドフィルム２に、銅箔で形成されたインナーリード３
を有し、且つ所定個所にデバイスホール４を形成した周
知のものである。

このフィルムキャリア１は、その両側に穿設されている
パーフォレーション（図示せず）を利用して、別置のワ
ーク移送機構（図示せず）により定速度で順次駒送りさ
れ、且つ所定位置に上記デバイスホール４が静止される
ようにしである。

他方、このデバイスホール４を挟んだ上下に渡ってワイ
ヤー供給機構５を配置しである。

該ワイヤー供給１［５は、デバイスホール４の下方にボ
ンディングワイヤー（金線〉６を順次繰り出すホルダー
７を配置し、ここから出てくるボンディングワイヤー６
を掴み所定長さだけ引っ張り出すためのチャック８を該
デバイスホール４の上方に配置してあり、チャツク８自
体は昇降動自在で且つ前記インナーリード３の上面を所
定角度範囲内だけ水平旋回動自在としである。

又、このワイヤー供給機構５と並設して、平板状のプレ
ス！！横９を設けである。

これは、昇降動自在なヒーター内蔵のブレード１０を前
記インナーリード３の真上に配置し、該ブレード１０の
側辺に上記ホルダー７から繰り出される金線を切断する
ためのカッター１１を突設しである。

又、インナーリード３の裏側に位置し、上記ブレード１
０と対抗する状態でヒーター内蔵のアンビル１２を固定
してあり、該アンビル１２と上記ブレード１０は共に、
４００〜６００℃に加熱しておき、且つ両者が所定の加
圧力で押圧するようにしである。

この池、後述の如く各インナーリード３の間に突出する
金線を切断するための切断機構が設けてあって、本第１
実施例ではワイヤーカット放電加工機を使用している。

加工に際しては、予めフィルムキャリア１に絹をメッキ
処理し、ボンディングワイヤー６は、金線（汎用のワイ
ヤーボンディング用線材〉を使用する。

先ず、フィルムキャリア１を所定速度で順送して、デバ
イスホール４がホルダー７の処に位置する状態で停止さ
せる。

該ボルダ−７の先端からは、予めボンディングワイヤー
（金線）６を僅かに突出させておく。

上記の状態下で、最初にチャック８が降下し、ボンディ
ングワイヤー６を挟持してから上昇し、−旦停止する。

然る後、チャック８はボンディングワイヤー６挟持した
ままインナーリード３の上で水平に旋回運動（円弧運動
）をし、フィンガー３の端部で停止すると、デバイスホ
ール４と並列に揃う各インナ−リード３全部に渡ってボ
ンディングワイヤー６を張架した状態になる。く第２図
参照）次いで、第３図に図示の如く、ブレード１０が降
下し、ボンディングワイヤー６をインナーリード３に押
しつけ裏面に位置するアンビル１２と共にこれを所定圧
力で押圧する。

この加熱加圧力により、インナーリード３の表面の錫メ
ッキ層とボンディングワイヤー６の金とが共晶結合し、
確実に接合され且つブレード１０の側辺のカフター１１
により、デバイスホール４の処でボンディングワイヤー
６が切断される。

又、フィルムキャリア１を金メッキ処理しておけば、同
種金属どうしの熱圧着による接合状態になる。

このように、インナーリード３とボンディングワイヤー
６との接合する時、上記ブレード１０位置決めやプレス
時のストローク、圧力等を適宜調整することにより、極
めて精密に加工できる。

叙上のように一連の接合処理が終了すると、第４図に図
示の如く、ブレード１０が上昇する一方チャック８も元
の位置に戻る。

次に、接合されたボンディングワイヤー６の分断処理に
ついて第５図以下に基づき説明する。

第５図は、ボンディングワイヤー６をワイヤーカット放
電加工機で切断する場合であって、該加工機のワイヤー
１３は周知のように極めて細いものを含め多数種あり、
且っプーリー１４で緊張状態を保持させながら順送しつ
つ放電させるものである。

このワイヤー１３を前記インナーリード３の間隙に進入
させると、インナーリード３の間隙に突出している部分
のボンディングワイヤー〈金線〉６をアークで溶断し、
インナーリード３の上にのみボンディングワイヤー６が
残存し、塊状バンプ１５が形成される。

又、切断に際して該インナーリード３には全く応力が作
用せず、インナーリード３の寸法や形状精度等を狂わす
ことがなく、且つ塊状バンプ１５の仕上がり精度も高い
ので、チップ（図示せず）とのボンディング精度が著し
く向上する。

次の第６図の実施例は、薄いｗＩｗｌ等を高速回転させ
てボンディングワイヤー６を切断する方法を示す。

電動又は、エアーにより高速回転するシャフト２１に、
銅箔を円板状に形成させた銅箔カッター２２を固定する
。

インナーリード３の間隙に突出しているボンディングワ
イヤー６を切断する場合、銅箔カッター２２を高速回転
させると、本来柔らがく薄い銅箔カフター２２が遠心力
によって剛体化し、鋭いカッターとしての１受目をする
。

従って、高速回転させ乍ら前記インナーリード３の間隙
に進入させることで分断処理ができる。

本実施例の場合、銅箔カッター２２の外周断面形状に応
じて切断形状が決定できる特徴がある。

次の第７図に図示の実施例は、レーザー光線によるボン
ディングワイヤー６の分断方法である。

炭酸ガスレーザー発振器３１から出力されるレーザー光
線３２を、光学系プリズムレンズ３３を介して前記イン
ナーリード３の間隙に照射させるようにし、又、インナ
ーリード３を検出するセンサー３４からの検出信号によ
り該炭酸ガスレーザー発振器３１を制御するようにしで
ある。

尚、ギンディングワイヤー（金線〉６は、予めその表面
の光反射を低下させ、且つレーザー光線吸収率を向上さ
せるために、化学的エツチング、又は金めつき等で、そ
の表面を粗面にしておくことが必要である。

前記したようにインナーリード３に接合されたボンディ
ングワイヤー６を分断する時は、上記炭酸ガスレーザー
発振器３１とセンサー３４と光学系プリズムレンズ３３
を、図中左方へ一定速度で掃引する。

該センサー３４がインナーリード３を検出しない時のみ
炭酸ガスレーザー発振器３１からレーザー光線を出力し
、インナーリード３の間隙に突出したボンディングワイ
ヤー６を；客間する。

以上のような各手段により、インナーリード３の間隙に
出ている余剰のボンディングワイヤー６を分断除去する
ことで、各インナーリード３の先端に塊状のボンディン
グワイヤー、即ち、塊状バンプ１５が形成されるが、前
記したように、このバンプはそれ自体がボンディングワ
イヤー（金線〉であるため、メッキによる析出金属より
も硬度が低くボンデインクに好適である。

又、上記の如く形成されたバンプは、その断面形状が所
謂る蒲鉾形になり、チップとのボンディングに際して頂
部から順次崩れ易く、常に新生面が露呈するので確実な
ボンディングが可能であるが、より確実性を持たせるた
めに該断面形状を所望の形態にすることができる。

この場合第８図に図示のように、前記インナーリード３
の上を張架するボンディングワイヤー６を、予め任意の
断面形状、例えば断面長円形や台形算にコイニングして
おき、これを共晶結合又は熱圧着させた陸、上記のよう
にボンディングワイヤー６を分断して、第９図のように
各インナーリード３の端部に塊状バンプ４１が形状でき
る。

この結果、チップとのボンディングに最適の形状及び硬
度のものが高精度で得られる。

上記実施例は、インナーリード３に塊状バンプ１５を形
成する場合のみであるが、アウターリードにも同様に専
用のバンプを形状できる。

この場合、フィルムキャリア１自体は、前記とと同様に
金又は、錫メンキ処理する。

チップとボンディングするためのバンプ（以下主バンプ
という）は、上記各実施例によりフィルムキャリア１の
インナーリード３に金線で塊状の主バンプを熱圧着又は
、共晶結合で形成する。

他方、同フィルムキャリア１のアウターリード（図示せ
ず）は、外部回路とのボンディングに適した卑金属を利
用するもので、例えばハンダ線を上記主バンプと同様の
手段によりアウターリード端部に共晶結合し、次いで各
アウターリードの間隙から突出している部分を分断除去
し、ハンダ製の塊状の副バンプを形成する。

このように、従来のフィルムキャリアをそのまま利用し
、同じくワイヤーボンディング用の金線やハンダ線を利
用して、チップボンディングに最適な主バンプと、外部
回路とのボンディングに最適な副バンプを各々同一フィ
ルムキャリアに形成できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、次のような効果が
ある。

■、フィルムキャリアのインナーリードにバンプを共晶
結合又は熱圧着させる際、ブレードのプレス化を決める
ことで、極めて精度よく達成することが可能である。

■、バンプの素材として、ＩＣ用ワイヤーボンディング
に用いられている材料を使用することが出来るから、バ
ンプ向けには極めて理想的な純度と硬度を有するものが
、ｙＩＦ、価に製造することが可能である。

■、フィルムキャリアのアウターリード用バングのＩＮ
に汎用品である半田ワイヤー等を利用し且つインナーリ
ードと同様な方法で、極めて簡単にバンプを形成するこ
とが出来る。

■、チップボンディング用の主バンプ（金）と外部回路
ボンディング用の副バンプ（卑金属）の両方を、同一の
フィルムキャリアに形成できるので、極めて実用性が高
い。

■、フィルムキャリアへのバンプ形成方法が従来の公知
手段に比較し、大巾に合理化され、且つ精密に出来る上
、歩留まりが数段と向上できるから、高品位の製品が極
めて廉価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

各国は本発明の実施例に係るもので、第１図はワークで
あるフィルムキャリアをセットした状態を示す要部斜視
図、第２図はボンディングワイヤーを引き出した状態を
示す要部斜視図、第３図は該ボンディングワイヤーをフ
ィルムキャリアに接合した状態を示す要部斜視図、第４
図はこの接合が終了した状態の要部斜視図、第５図から
第７図はインナーリードの間隙に突出している部分を分
断する状態を示すもので、第５図はワイヤーカット放電
加工による例を示す要部斜視図、第６図はｆＡ箔円盤の
高速回転による例を示す要部斜視図、第７図はレーザー
光線による分ＩＴ例を示す要部斜視図、第８図は予めコ
イニングされたボンディングワイヤーを使用した例を示
す要部斜視図、第９図は同上のボンディングワイヤーで
形成されたバンプを示す要部斜視図である。 １　　　フィルムキャリア ３　　　インナーリード ４　　　デバイスホール ５　　　ワイヤー供給機構 ６　　　ボンディングワイヤー ７　　　ホルダー ８　　　チャック ９　　　ブレス機構 １０□ブレード １１□カツター １２□アンビル １３□ワイヤーカツ １５□バンプ ２２−銅箔円盤 ３１−炭酸ガスレーザ発振器 ト放電加工機のワイヤー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップをボンディングするのに適した素材に
   より断面を任意形状に形成した塊状のバンプ本体を、合
   成樹脂製フィルムキャリア本体のインナーリード各先端
   に、共晶結合又は熱圧着で接合して成る塊状バンプ付き
   フィルムキャリア。 ２、塊状のバンプ本体を、断面が任意形状にコイニング
   された金線で形成した請求項１記載の塊状バンプ付きフ
   ィルムキャリア。 ３、半導体チップをボンディングするのに適した素材に
   より断面を任意形状に形成した塊状のバンプ本体を、合
   成樹脂製フィルムキャリア本体のインナーリード各先端
   に、共晶結合又は熱圧着で接合し、且つ同フィルムキャ
   リア本体のアウターリード各先端には、外部回路電極と
   のボンディングに適した素材により断面を任意形状に形
   成した塊状の副バンプ本体を、共晶結合又は熱圧着で接
   合して成る塊状バンプ付きフィルムキャリア。 ４、塊状の副バンプ本体を、断面が任意形状にコイニン
   グされた錫又は半田等の卑金属線で形成した請求項３記
   載の塊状バンプ付きフィルムキャ　リア。 ５、フィルムキャリア本体の各インナーリードに錫メッ
   キ処理し、断面が任意の形状に成形された金線等のボン
   ディングワイヤーを複数のインナーリードに跨って張架
   し、両者を所定押圧力で圧接してボンディングワイヤー
   とインナリードを共晶結合せしめ、次いでインナーリー
   ドの各間隙に突出しているボンディングワイヤーを切断
   除去して、各インナーリード端に塊状のボンディングワ
   イヤーを残存させ、これをバンプとする塊状バン　プ付
   きフィルムキャリアの製造方法。 ６、フィルムキャリア本体の各インナーリードを金メッ
   キ処理し、金線をボンディングワイヤーとし、両者を熱
   圧着するようにした請求項５に記載塊状バンプ付きフィ
   ルムキャリアの製造方法。 ７、各インナーリードの間隙から突出しているボンディ
   ングワイヤーを、ワイヤーカット放電加工により分断す
   るようにした請求項５又は６記載の塊状バンプ付きフィ
   ルムキャリアの製造方法。 ８、各インナーリードの間隙から突出しているボンディ
   ングワイヤーを、高速回転する金属箔板状のカッターに
   より分断するようにした請求項５又は６記載の塊状バン
   プ付きフィルムキャリアの製造方法。 ９、各インナーリードの間隙から突出しているボンディ
   ングワイヤーを、レーザー光線により分断するようにし
   た請求項５又は６記載の塊状バンプ付きフィルムキャリ
   アの製造方法。