JPH06338535A - 半田バンプ利用のテープ・オートメイテッド・ボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ＬＳＩチップ電極とフィルムキャリアのリー
ドとを接合するテープ・オートメイテッド・ボンディン
グ（ＴＡＢ）方式に於いて、電極又はリードに形成する
接合用のバンプを半田で形成し、半田の特性を利用し
て、バンプ形成コストの低廉化、接合信頼性の保持、接
合工程の歩留り向上等ができるようにしている。 【構成】 上記ＴＡＢのリード２１又はチップ電極２７
の所定部分の半田でバンプを形成すると共に、該半田バ
ンプ２４の周囲に半田漏れ性を規制し、且つ銅箔パター
ンの腐蝕防止のため、銅の酸化膜２５又は、半田レジス
ト膜を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高密度集積回路素子
（ＬＳＩ）のチップを、長尺状の樹脂フィルムに直接ボ
ンディングするテープ・オートメイテッド・ボンディン
グ（ＴＡＢ）に係わり、この接合に際してチップの電極
及びフィルム側のリード端に半田で所定のバンプを形成
し、バンプの表面以外の部分は半田漏れ性を規制せし
め、該半田バンプの溶融により両者を接合する半田バン
プ利用のテープ・オートメイテッド・ボンディング方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電子機器の小型化のためにＬＳＩが
多用されているが、このＬＳＩを回路基板に搭載する実
装技術にＴＡＢが昨今注目されている。周知の如くＴＡ
Ｂは、写真フィルムと同形態の長尺樹脂フィルム上に、
銅箔でリードや配線パターンを形成し、バンプを介して
そこにＬＳＩのチップを接合する方式であり、チップの
電極数に係わらず一括して接合可能であって、従来の金
線による各電極とリードを個々にワイヤーボンディング
する方法ではコスト高や歩留り低下が避けられない超多
ピンのＬＳＩには、極めて有効な接合方法である。

【０００３】上記ＴＡＢで用いられる樹脂フィルムは、
ポリイミド、ガラス繊維入エポキシ或いは、ポリエステ
ル等の樹脂により厚さ７５〜１２５μｍで幅３５〜７０
ｍｍの長尺フィルム状に成形され、且つその表面に圧延
銅、電解銅等で所定のリードや回路パターンが厚さ１８
〜３５μｍで形成されたフィルムキャリアであり、又こ
のリード端に純金等で微細な突起状のバンプを予め形成
してあり、ＬＳＩチップの電極との接合に際し、該バン
プを加圧・加熱して両者を接合するので、ＴＡＢにとっ
てはバンプが極めて重要である。

【０００４】以下、従来のバンプについて図１及び図２
を参照しながら説明する。同図に於いて、ＬＳＩのチッ
プ１の上面には所定の電極２が多数形成されており、其
の各々に電極２を保護するための保護膜（パシベーショ
ン）３を形成し、且つ該電極２の表面には多層金属膜
（バリヤメタル）４を積層形成し、更にその上部に電解
メッキで純金等のバンプ５を析出してある。

【０００５】バンプ５の形状はその形成過程により異な
り、図１の場合は、マッシュルームバンプと呼ばれ、バ
ンプ５の形成に際し、フォトレジスト膜の厚みが１〜２
μｍの薄いものを使用して電解メッキ処理をし析出形成
したものである。図２の例はストレートウォールバンプ
と呼ばれるもので、バンプ５の形成に際して、厚みが１
０〜５０μｍの厚いフォトレジスト膜を使用して電解メ
ッキ処理した場合にできる形態である。

【０００６】接合に際しては、図３に示すようにフィル
ムキャリア６のリード部７をバンプ５の上から加熱押圧
するのであるが、前記したように従来実施されている一
般的なバンプ５は純金（Ａｕ）で形成され、他方のリー
ド部７の外表面は、Ａｕ又は錫（Ｓｎ）で表面処理をし
てあり、Ａｕの組み合わせの場合はＡｕ・Ａｕの熱圧着
となり、ＡｕとＳｎの組み合わせの場合はＡｕ−Ｓｎ共
晶結合となる。

【０００７】上記バンプ５を形成する場合には、先ずバ
リヤメタル４を電極２に被着させるが、このとき著しい
応力がＬＳＩチップ１のウェハーに作用して、高度集積
化のため薄くなっているゲート酸化膜やシリコンベース
等を損傷する恐れがあり、又バンプ５を形成する時のプ
ロセスは、フォトリソグラフィ工程〜メッキ工程〜メッ
キ用レジスト除去工程〜バリヤメタルエッチング用フォ
トリソグラフィ工程〜フォトリソグラフィ用レジスト除
去工程と多数の工程があるため、ＬＳＩのチップウェハ
ーが完成してから、ＴＡＢパッケージが完成する迄の期
間が長くなり、生産性の点で問題があった。

【０００８】これらの問題解決手段の公知例としては、
転写バンプ方式が提供されている。これは図４に示す如
く、耐熱ガラス板１０の上面に、チップ電極と対応する
開口部が形成されたメッキ用マスク部１１と、電解メッ
キの際に導電路となる導電層材１２を構成したものであ
り、ここに電解メッキによりバンブ１３を析出させた
後、フィルムキャリアのリードと位置合わせをし、加熱
〜加圧して該リード側にバンプ１３を転写したもので、
実装に際しては、該転写バンプ１３をＬＳＩのチップ電
極に前記と同様にして接合する方式であり、冒頭に説明
した従来利用されているバンプ（ウェハーバンプ）方式
と比較して、バンプ形成工程がやや複雑化するが、バリ
ヤメタルが不用で、ボンディング上の制約も無くなる利
点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く形成された
バンプを介してリードと電極を接合する場合、具体的に
はボンディングツールを使用しなければならない。即
ち、フィルムキャリアのリードの上から、予め所定温度
に加熱されたボンディングツールを一定の圧力で均一に
加圧させると、前記したようにＡｕ−Ｓｕ共晶結合又
は、Ａｕ・Ａｕ熱圧着による接合が行われるのである
が、この過程で加圧、加熱が不均一になるとＬＳＩチッ
プの電極の下に位置するシリコンベースにクラックを発
生させてしまう。従って、上記バンプの高さ寸法に高度
な均一性が要求され、例えばＬＳＩチップ電極のバンプ
の均一性は、±０．５μｍ以下が望ましい。

【００１０】又、ボンディング時の加圧時には、バンプ
の材質の硬度が重要であり、必然的にバンプ自体の硬度
が柔らかいほど接合の信頼性が向上するため、バンプ形
成時には、電解メッキ電流密度を少なくし時間をかけな
がら析出結晶を制御する必要があり、例えばチップ側電
極がアルミニゥム（Ａｌ）の場合、前記クラックの防止
にはビッカース硬度で４０〜６０Ｈｖの低い硬度のバン
プが望ましいので、これらの要求を満たすため、純金の
微小部分メッキによるバンプ析出条件は、通常１Ａ／ｄ
ｍ² 以下の電流密度で１５〜２０μｍ程度盛り上げてい
るが、この条件では所定のバンプを形成するのに時間が
かかり過ぎるという問題がある。勿論この析出時間を短
縮する手段として電流密度を２００〜４００Ａ／ｄｍ²
まで引き上げれば短時間処理が可能だが、メッキ条件の
極僅かな変動でもメッキ厚や形状に影響が出ることか
ら、実際には低電流密度で時間をかけざるを得ず、生産
コスト高が避けられなかった。

【００１１】本発明の目的は、バンプの形状寸法精度を
比較的粗くしても短時間で形成することで製造コストを
低廉化すると共に、接合精度は従来のものと同等以上に
保持可能とする半田バンプ利用のテープ・オートメイテ
ッド・ボンディング方法の提供にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、バンプの素
材として従来は使用不可能といわれていた半田を利用す
るものであって、ＴＡＢの各リードにＬＳＩチップとの
接合のための半田バンプを形成し、該半田バンプの半田
漏れ性の制限と、銅箔パターンの腐蝕防止のために、銅
の酸化膜又は半田レジスト膜を上記半田バンプの周囲に
形成してある。

【００１３】

【作用】本発明では、バンプを半田で形成しているた
め、純金と比較して大幅に低い硬度となり、チップ実装
工程では従来より低い加圧・加熱条件で接合が可能であ
り且つ、接合信頼性も高くなり、シリコンベースにも損
傷を与える懸念がない上、半田溶融時の漏れ性も規制し
ているので、半田の漏れ広がりを防止すると共に、半田
量の制御を行ったボンディングができる上、バンプの寸
法精度にも余裕が得られ、バンプ析出時の電流密度を大
幅に上げ処理時間の短縮が促進できる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例について、図５以下の
各図を参照しながら説明する。

【００１５】先ず、フィルムキャリアの各リード２１の
端部に、半田メッキ用のマスクを作るためのフォトレジ
スト２２を塗布した後、そこにバンプ形成用の開口部２
３をフォトリソグラフィ工程で穿設する（図５参照）。
次いで微小部分電解メッキ手段により、該開口部２３に
半田バンプ２４を析出形成した後、上記フォトレジスト
２２を除去し、（図６参照）次工程でベンゾ・トリ・ア
ゾール（Ｂｅｎｚｏ・Ｔｒｉ・Ａｚｏｌ）液に浸漬する
と、リード２１部の銅（Ｃｕ）のみが選択的に酸化さ
れ、図７に示すようにリード２１の表面に極めて薄い銅
の酸化膜２５が形成される。

【００１６】他方、ＬＳＩのチップ２６の電極２７側の
処理に際して、従来はアルミニゥム（Ａｌ）のみを蒸着
させていたが、半田バンプ２４との接合性を高めるた
め、半田との親和性が強い錫（Ｓｎ）も該電極２７の上
面に蒸着させ、ＡｌとＳｎの合金層２８を形成せしめ、
且つ電極２７の最上層はＳｎ膜２９としてあり、最終に
保護膜（パシベーション）３０を形成する。

【００１７】而して、半田バンプ２４を介してＬＳＩチ
ップ２６をリード２１に接合する場合、リード２１を２
４０〜３００℃に加熱すると、半田バンプ２４が溶融す
る。ここで、周知のように溶融した金属は、その性質
上、表面積を最小にするため球体に変形（ウェットバッ
ク）する。

【００１８】この時の球体の体積Ｖは、その半径をｒと
すると、次式となる。

【００１９】 Ｖ＝４／３・πｒ³ ………（１） 今、半田の比重をρとすると、半田バンプ２４の重量Ｗ
は次式で得られる。

【００２０】 Ｗ＝４／３・πｒ³ ・ρ ………（２） 一方、図５に於ける半田バンプ用レジスト膜の開口部２
３の開口面積をＳ、形成された半田バンプの厚みをｈと
すると、メッキにより形成された半田バンプ２４の重量
Ｗは、次式の形でも表せる。

【００２１】 Ｗ＝Ｓｈρ ………（３） 此処で上記（２）式と、（３）式とは等しいから、両式
より得られるウェットバックした半田の半径ｒは、次の
ようになる。

【００２２】 ｒ＝（３Ｓｈ／４π）^1/3 ………（４） 従ってウェットバックした半田バンプの厚み（高さ）Ｈ
は、球の直径となる。 Ｈ＝２ｒ ………（５） つまり、図６に示される半田バンプ２４の高さｈは、Ｌ
ＳＩチップとの接合に際して、その１／３乗しか効いて
こないことになる。

【００２３】このことは、図６に於ける半田バンプ２４
の高さ寸法の精度が大幅に緩和されたことと同じであ
り、図６の状態の半田バンプ２４を形成する場合には、
電解メッキ処理段階で高精度の制御をせずに済むことか
ら、電流密度を大きくし且つ、短時間処理することが可
能となる。その結果、例え多数の各バンプどうしの間で
厚み寸法にバラツキが生じたとしても、接合の際には１
／３乗しか影響がないので、実用状全く問題にはならな
い。

【００２４】他方、半田バンプ２４の硬度は、純金のバ
ンプの硬度に比較して遥かに低い値（ビッカース硬度で
８〜１５Ｈｖ）であり、半田溶融時には更に低い硬度で
あるから、接合時の加圧による前記クラック発生等の事
故は皆無となる。

【００２５】又、半田を利用したことによる問題は、溶
融時にリード２１の表面に沿って半田が広がってしまう
懸念であるが、本発明の実施例では、リード２１の表面
に半田漏れ性を規制する酸化膜２５が形成されているの
で、ウェットバックした半田２４は球形を保持したまま
である（図９参照）。一方、図１０に示すようにＬＳＩ
チップ２６の電極表面には、半田と親和性の高い錫（Ｓ
ｎ）の膜２９が露出しており、且つその周囲はパシベー
ション３０で囲橈して溶融した半田の漏れ広がりを規制
しているため、接合に際して真に必要とする半田量を制
御することができる。

【００２６】次に、半田漏れ性を規制する他の実施例に
ついて図１１に基づき説明する。

【００２７】これは、半田漏れ性を規制する金属酸化膜
を前記したＴＡＢ処理により形成する代わりに、リード
２１の全面に予めニッケル（Ｎｉ）メッキを処理し、そ
の上に図５で示したようにフォトレジストを塗布し、次
いでフォトリソグラフィ工程を経て半田バンプ２４をメ
ッキ処理で形成した後、フォトレジストを除去する。こ
れにより、リード２１の表面にはＮｉメッキ層３１が形
成され、その上に半田バンプ２４が半田メッキで析出さ
れる。

【００２８】フォトレジストが除去されるとＮｉメッキ
層３１が直接表面に露呈してくるので、Ｎｉの酸化膜３
２が形成され、この酸化膜３２が半田の漏れ性を規制す
る。然も、Ｎｉの剛性と耐防蝕性から、フィルムキャリ
アのリードの剛性を高めると共に、防蝕性も持たせるこ
とができる作用効果がえられるが、特にピン数が極端に
多いＬＳＩ用のフィルムキャリアの場合には、リードの
銅箔を薄く形成しているので、上記Ｎｉメッキによる剛
性の向上は極めて有効である。

【００２９】この他の実施例として、フォトレジスト２
２の代わりに半田レジストを塗布して硬化せしめ、それ
を半田メッキレジストとしても同じ効果が得られる。

【００３０】この場合、図１２に示すようにリード２１
の表面に半田レジスト４１が形成され、且つ半田バンプ
２４も前記と同様の処理により析出形成されるので、該
半田レジスト４１がリード２１の材料である銅の腐蝕を
防止している。

【００３１】以上の各実施例は、フィルムキャリアのリ
ードとＬＳＩチップの電極を、バンプを介して接合する
プロセス（インナーリードボンディングという。）に適
用したものであるが、ＬＳＩチップがボンディングされ
たＴＡＢを電子回路と接続するためのアウターリードの
半田バンプに関しても、前記インナーリードと同一方法
でバンプを形成できる。この場合、ＬＳＩチップのボン
ディングとアウターリードの回路基板への実装との２
回、熱履歴を受けるのでインナーリードの半田バンプの
溶融温度と、アウターリードの半田バンプの溶融温度に
差をつける必要があるため、一方の半田バンプに銀（Ａ
ｇ）を僅か加えて溶融温度を他方の半田バンプより高く
すればよい。即ち、インナーリードの半田バンプ形成用
のメッキ液と、アウターリードの半田バンプ形成用のメ
ッキ液の組成を異なるものにするだけで、他のプロセス
は前記実施例のそれと同じで済む。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｌ
ＳＩチップの電極及びフィルムキャリアのリード端等、
バンプを形成し且つそれを介して接合するＴＡＢに於い
て、半田によりバンプを形成し、該半田バンプの半田漏
れ性の制限と、銅箔パターンの腐蝕防止のために銅の酸
化膜又は半田レジスト膜でバンプの外周を被覆してある
ので、バンプの厚み（高さ寸法）のバラツキを吸収して
接合時の影響を抑制可能であり、又、バンプの硬度を従
来のそれと比較して大幅に低くし得たので、接合の際に
チップのベース等にクラックを発生させたりする恐れが
なくなったこと、更に、半田の溶融で接合されるため、
接合の信頼性が著しく向上したことや接合プロセスが容
易になり、生産歩留りが向上したこと、更に又、バンプ
形成コストが低廉である等の幾多の著効を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のバンプを示す説明断面図

【図２】従来のバンプの他例を示す説明断面図

【図３】従来のバンプによる接合を示す説明断面図

【図４】公知の転写バンプを示す説明断面図

【図５】本発明の実施例で半田バンプを形成する過程に
於いて、バンプ位置を形成した状態を示す説明斜視図

【図６】半田バンプを析出した状態を示す説明斜視図

【図７】酸化膜を形成した状態を示す説明断面図

【図８】ＬＳＩチップに本発明の半田バンプを形成した
状態を示す説明斜視図

【図９】半田バンプが溶融した状態を示す説明斜視図

【図１０】半田バンプを介して電極とリードを接合した
状態を示す説明斜視図

【図１１】リードにニッケル酸化膜形成状態を示す説明
斜視図

【図１２】リードに半田レジストによる漏れ性規制部を
形成した状態を示す説明斜視図

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルムキャリアの各リード端又は集積
   回路素子の各電極に、半田により接合用バンプを形成
   し、且つ該バンプのみを残した周辺域には銅酸化膜又は
   半田レジスト膜を形成して接合部以外の範囲は半田漏れ
   性を規制せしめ、この半田バンプを溶融接合して上記電
   極とリードを一括接合するようにしたことを特徴とする
   半田バンプ利用のテープ・オートメイテッド・ボンディ
   ング方法。