JPH0156528B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、集積回路装置の製造に関するもので
あり、具体的には金属リード線を半導体チツプに
接続するための方法に関するものである。

［従来技術］ 半導体装置を製造する際の金属リード線の個別
チツプへの接続は、依然として重要な製造上の問
題点である。典型的な場合、多数の金属相互接続
を個別チツプにチツプの周囲で結合しなければな
らない。当該技術で知られている１つの方法は、
ロール形のフイルム・カツトを利用して、各セツ
トのチツプ入出力リード線を形成する、テープ自
動ボンデイング（TAB）である。このリード線
の各セツトは、エツチング技術を利用して、所与
のチツプ端子パターン（フツトプリント）に合つ
た個性化されたリード・パターンを得ることによ
つて形成される。エツチング・パターンを使つて
多数の同一セツトが作られる。次に各セツトが接
着ステーシヨンに送られる。次に、リード線の各
末端が、熱圧縮またはAuSn接着を用いて、チツ
プに結合される。すべてのリード線が同時にチツ
プに接続され、連続リール輸送プロセスを利用し
て、システム・スループツトが改善される。すな
わちTABは多数の同一チツプ入出力を外部回路
に結合するための生産性を高めるのに使用され
る。

既知の第２の方法は、ワイヤ・ボンデイングで
あるが、これはTABとは違つて労働集約的であ
る。ワイヤ・ボンデイングは、個別ワイヤを配置
する際に、フレキシビリテイがあるので、有利で
ある。チツプ・フツトプリントの如何にかかわら
ず、接着工具を使用することができる。

これは、テープにエツチングされた所与のフツ
トプリントが、チツプの特定フツトプリントに合
わせて作られるTABのフレキシビリテイのなさ
とは対照的である。すなわち、特定チツプを接着
するためのツーリングは、そのチツプ・サイズと
リード・パターン専用である。他のものに転用で
きない。ワイヤ・ボンデイング法は、全生産速度
は遅いが、チツプ構成の相異に順応するように調
整することができる。この既知の２つの方法中
で、TABは、一般にワイヤ・ボンデイングに比
べて非常に生産性の高い工程で利用される。

TABの第２の欠点は、特定のチツプ構成に合
わせて個性化された、写真処理されたエツチされ
た完全テープを得るのに、長いリード・タイムが
必要なことである。その上、TABシステムには、
品質管理上の問題がある。この問題は、フイルム
の厚さ、エツチングおよびリード線毎の実際の接
着に変動がある場合に生じる。事前個性化された
フオイルタイプの貯蔵、取扱い、および輸送にも
問題が起きる。

先行技術の様々なサブシステム・コンポーネン
トが、この２つの方法の個々の面を記載してい
る。例えば、米国特許第3698075号および米国特
許第3709424号は、個性化されたシート構造をも
つシートを、チツプ上の接触パツドに超音波接着
する方法を開示している。特に、米国特許第
3698075号は、シートを巻き広げると離れる多数
の同一リード・フレーム・セクシヨンを含むシー
トメタル・ストリツプを提供している。このスト
リツプは、チツプ上の接着パツドに一致するよう
に形成された多数のリード線を含んでいる。この
ストリツプが取付用脚柱に載せられ、次に、接着
パツドがリード線に接触するように、チツプが下
向きに置かれる。接着は、超音波で刺激された針
を利用して行われる。

米国特許第3709424号は、また脚台に取り付け
られたチツプ上に置かれた複数のリード構造セク
シヨンを含む、連続シートを使用している。パタ
ーンは、特定チツプのリード構造に合わせて個性
化される。接着は、加熱によつてまたは各接着点
に接触する超音波変換器を利用することによつて
行われる。

リード線の配置に対するコンピユータ制御は、
米国特許第3737983号で開示されている。具体的
には、このシステムは、各種の作業端末に指標付
けされた一連のチヤツクを利用している。作業端
末は、ワイヤ装荷装置、半導体装置を１本のワイ
ヤ・リードのヘツド上で予定の方向に配置するた
めの合金ステーシヨン、および半導体装置のベー
ス接点と、エミツタ接点を他のワイヤ・リードの
ヘツドに接続するための一連の自動接着ステーシ
ヨンを含んでいる。このシステムは、各種ステー
シヨンでの動作を監視し、生産過程を継続して欠
陥のある装置を製造することのないように欠陥の
あるチヤツクの場所を突きとめるようにプログラ
ムされた汎用デジタル・コンピユータを備え、コ
ンピユータ制御のもとで動作する。

半導体装置の生産、特にリード構造およびその
集積回路チツプへの接着に関する他の従来技術
は、米国特許第3395447号、第3544857号、第
3698074号、第3793714号、第3846905号、第
3859715号、第3859718号、第4079509号である。
この従来技術は、様々なステツプを定義している
が、テープ・ボンデイング用の個性化されたリー
ド線を製造し、これらのリード線を特定のチツプ
に接着するための集積工程は、どれにもみられな
い。金属テープから切断されたパターンをリア
ル・タイムで変化させる、またはボンデイングを
そのチツプ独特の幾何形状に合わせて個性化でき
る能力は、集積回路構造の製造に関係する従来技
術には見出せない。

例えば、記憶されたプログラムに応じて裁断操
作が行われる衣服製造におけるコンピユータ制御
裁断システムが知られている。例えば、米国特許
第3761675号および第4178820号は、コンピユータ
生成マーカーからパターン切片を裁断するコンピ
ユータ制御技術を対象としている。上記第
3761675号特許は、裁断工具が特定マーカーを指
示するプログラムを記憶しているコンピユータの
制御下にあるレーザー裁断システムを利用してい
る。パターン・データがコンピユータに与えら
れ、次に耳が最小になるように切片がシート内で
編成される。次にこの切片の配置、マーカーが記
憶され、輪廓を利用してカツターのトレースが制
御される。同様に、上記第4178820号特許は、コ
ンピユータ制御下で作動するブレード・カツター
を、裁断経路を裁削台に対して輪廓画定するのに
利用している。

この２つのシステムの折り紙付きの特徴は、裁
断されるパターンが服装パターン全体の各構成要
素を定義することである。これらの裁断に伴う
個々構成要素は、耳から分離され、次に個別に組
み立てられて完成した衣服となる。このように、
コンピユータ制御は成分の初期裁断に利用されて
いるが、実際の裁断工程に伴うすべての製造ステ
ツプは手で実施される。他のコンピユータ化され
た裁断システムは、米国特許第3490320号、およ
び第3761675号に見られる。この場合も、特定マ
ーカーが、一つの衣服に専用となつている。

このように、従来技術の中では、パターン切断
に関係する技術の範囲内で、広く材料ストリツプ
プから必要なパターンを切断するという考え方に
関して、成分が実際にストリツプから生成される
と、次にそれらを手で組み立てなければならな
い。半導体素子の製造に特に関係の深い技術の中
では、切断ステツプでも接着ステツプでもそのよ
うな個性化はない。むしろ、TABで反覆パター
ンが作られ、次のステーシヨンで専用工具を用い
た反復的接着が行われる。このように、コンピユ
ータ制御技術を利用する限り、それらはフレキシ
ビリテイがなく、特定チツプ・フツトプリント専
用の接着導体の所与のフツトプリント専用であ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 先行技術の欠点を考慮して、パターン切断ステ
ツプと接着ステツプで個性化が行なわれる、半導
体装置を形成するための改良された方法を提供す
ることが本発明の一目的である。

本発明の第２の目的は、個性化方法にテープ式
自動接着材を利用することである。

本発明の第３の目的は、１組の切断工具を用い
て各種チツプに個性化されたパターンが切断で
き、１組の接着工具を用いてかかるパターンを
個々のチツプに接着できる方法を提供することで
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の以上の目的は、リード線を形成するの
に適した材料の連続シートが準備され、切断ステ
ーシヨンへと連続的に送られる半導体装置の形成
方法によつて達成される。この材料は、アルミニ
ウム・フオイルまたは連常のテープ式自動ボンデ
イング材料とすることができる。切断工具、典型
的な場合には、レーザーが、切断ステーシヨンに
設けられる。レーザーは、コンピユータ制御によ
つて接着すべきチツプに対する個性化されたフツ
トプリントを形成するように誘導される。こうし
て切断ステーシヨンでコンピユータ・プログラム
制御に直接応答して、ストリツプ中に事前選択さ
れたパターンが切断される。

こうしてその中にパターンが切断されたストリ
ツプは、接着ステーシヨンへ移動し、チツプと位
置合せされる。各リード線がチツプ上に設けられ
たこぶに順次肯定的に接着され、必要な場合には
続いてリード・フレームまたは基板に接着される
ように、コンピユータ制御のもとで作動する接着
工具が設けられている。接着されたフレームを、
耳から切断することができる。このように、この
方法によつて、コンピユータ制御されたパターン
の個性化および接着が行われ、生産システムのフ
レキシビリテイが増大する。

本発明によれば、TAB法を用いて接着される
チツプには、活性チツプ領域の周囲に複数のこぶ
が設けられる。これらのこぶは、不働態化を破綻
させたりチツプ中に短絡を生み出すことなしに、
チツプを金属リード線に接続するために、周囲に
配置された隆起したランドである。

典型的な場合、チツプのこぶ形成は、めつき法
によつて行われる。かかる通常のこぶは、例えば
米国特許第3709424号に半導体本体上に等間隔に
配置された接触パツド１９として示されている。

本発明では、めつき法によつて形成されたこぶ
を使うこともできるが、著しく改良された技術を
用いると、ユニークな利点がもたらされる。すな
わち、蒸着法を使用すると、極めて正確な制御条
件のもとで金属こぶを作成することができる。例
えば、こぶの直径を0.125mm、許容厚さを0.0175
〜0.375mmの範囲にすることができる。蒸着用に
選択される金属は、アルミニウムのこぶを有する
約1000ÅのCrである。

チツプの接着表面としてこぶを設けなければな
らないことの他に、本発明の第２の基本的特徴
は、TAB用のテープである。従来技術では、普
通の材料として銅を金、またはスズのコーテイン
グと組み合せて利用し、マイラー（登録商標）や
ポリイミドなどの基板材料に取り付けている。本
発明では、これらの材料を使用することができる
が、ブランク・アルミニウム・フオイルを使用す
る点で従来技術とは違つている。アルミニウム・
フオイルは、大量生産の場合にはそうすることも
できるが、エツチングによつて処理されない。し
かし、所与のフツトプリントに事前エツチする
と、システムのフレキシビリテイが抑制される
が、貯蔵寿命は延び、貯蔵および取扱い上の問題
が増大することが知られている。本発明によれ
ば、接着の直前に、レーザーによつて、アルミニ
ウム・フオイルのブランク・ロールからアルミニ
ウム・テープが切断される。従つて切断されたフ
オイルは貯蔵されず、オンラインで取扱われるこ
とがない。

本発明を実施する際の第３の重要な要素は、接
着の方法である。テープ式自動ボンデイングで
は、一般に熱探針アセンブリを用いて内部リード
線の接着をすべて同時に行うプロセスが利用され
ている。それとは対照的に、ワイヤ・ボンデイン
グ法は、探針が巻枠からワイヤを送るので、ワイ
ヤ毎に進められる。このように、ワイヤ・ボンデ
イング法では、内部接着、ワイヤ送りとワイヤ・
ドレツシング、および外部接着が特定の順序で行
われるように、探針が動かねばならない。すなわ
ち、探針はこのようにして接着される各ワイヤに
ついて、ワイヤの全長を横断しなければならな
い。典型的な長さは、３〜５mmの範囲であり、各
ワイヤの接着が比較的時間のかかるステツプとな
る。本発明によれば、個性化されたレーザ切断さ
れたアルミニウム・フオイルが、チツプのこぶの
上に吊るされ、それに対して位置合せする超音波
ボンデイング法が利用される。ワイヤを送る必要
はないので、単一の探針があるリード線末端から
別のリード線末端へと、典型的な場合では、0.2
mmの距離を正確にかつ急速に歩進する。すなわ
ち、単一工具を用いた超音波ボンデイングの速度
は、同じ工具を利用したワイヤ・ボンデイングよ
りも５〜10倍速い。このボンデイング法は、同時
TAB法よりは遅いことが認められているが、そ
れは入出力端子の数に依存している。とはいえ、
無限の個性化された各種配線パターンに単一工具
を使用することができる。

［実施例］ ここで、第１図を参照すると、本発明の良好な
実施例にもとづくシステムの概略図が示されてい
る。システム全体がコンピユータ１０の制御下に
あり、このコンピユータがすべてのシステム機能
を監視する。コンピユータは、IBMシリーズ１
などの汎用多重プロセツサとすることができる。
コンピユータには、テープに対する個性化ならび
に各種のリード・パターンとチツプ・パターンに
対する接着順序を定義するための、適当なシステ
ム・プログラミングが記憶されている。当該技術
の専門家なら察知できるように、市販されている
各種のシステムが適当なデータ処理装置として使
用できる。

送りロール１２は、アルミ・フオイルのストツ
クを含んでいる。アルミ・フオイル１４は、レー
ザー切断装置１８を用いて、普通のやり方で（ス
プロケツト、ベルトまたはローラ駆動装置など）
切断ステーシヨン１６に送られる。切断ステーシ
ヨンでは、コンピユータ１０からの２つの基本的
システム指令によつて、レーザーが方向付けられ
る。第１にチツプ・フツトプリント接着位置合せ
要件によつて指示される、リード線のフインガー
位置に対するプログラム式信号が、オペレータに
よつてシステム入力として入力される。第２に適
当なリード線寸法、間隔、終了点などとして使用
される１組のプログラム式パラメータないし「基
本規則」が記憶されている。このように、下流の
接着ステーシヨンと一緒に作動するレーザー１８
が、接着ステツプの直前に個性化されたテープを
生成する。切断速度と接着速度の差を収容するた
めに、バツフア・ループ３８が使用される。この
ループは望ましいが必要ではない。

本発明によれば、この個性化されたテープは、
巻枠からのブランク・テープ１４をレーザー照射
することによつて生成される。すなわち、特定の
チツプ・フツトプリントに対して、個々のパター
ンが生成される。位置決めは、ロール・ストツク
の場合、スプロケツトと写真フイルムに似たテー
プの端の送り穴とを用いて行われる。また送込み
ホツパーからの個別シートも使用できることは当
然である。

リード・パターン形成の際に、レーザーが切断
台を走査する間、フオイルは静止したままにする
ことができる。別法として、切削台および／また
はレーザーがＸ−Ｙの切削台の順序で作動する間
に、フオイルに指標付けすることができる。かか
る方法は、コンピユータ化切断システムでよく知
られている。

次に第２図を参照すると、接着ステーシヨン４
０におけるかかる個性化されたテープの透視図が
示されている。テープが耳上に残つている間に個
性化が行われ、続いてチツプに接着されてから、
または必要な場合には基板またはリード・フレー
ムに接着された後に、それが分離されることがわ
かる。（第３Ａ図、第３Ｂ図）すなわち、第２図
に示されているように、接着ステーシヨンに到着
した個性化されたテープ１４には、複数のリード
構造体２０が形成されている。各リード構造体
は、導体リード線材料から形成される内側に伸び
る複数の部材を含んでいる。第２図に示されてい
るように、内側に伸びる部材２０は、中間ゾーン
２１および内側に等間隔に配置された接触領域で
終る先細部分２４を含んでいる。ゾーン２２で耳
の切断が行われるように、内側に伸びる部材２０
はこのゾーンに分離しやすくするための孔が開い
ている。

半導体本体２６（第３図）は、前述のような一
連のこぶを備えている。内側の先細部分２４は、
個性化の間にこぶ２８に適合しそれに位置合せさ
れるように形成されている。半導体本体は、フオ
イル１４の下に配置される。

こうして、テープ１４がバツフア・ループ３８
から接着ステーシヨン４０に送られるとき、個性
化されたアルミ・テープがチツプ２６と位置合せ
され、次にこのチツプが基板５０またはリード・
フレーム３０上に置かれる。第１図には、リー
ド・フレーム３０の送りを図示してあるが、基板
も同じやり方で供給される。第２図に示されてい
るように、この３つの成分が接着ステーシヨンで
位置合せされた状態で、超音波探針３２がコンピ
ユータ１０の制御下で一つのリード線末端２４か
ら別の数端へと順次歩進し、個々のこぶ２８を個
別リード線に超音波溶接する。これが、第１の接
着ステツプである。

本発明によれば多数の専用の個性化テープを作
るためのプランニング又は待ちが不要であり、使
用に先立つて個性化テープを処理したり貯蔵する
必要はない。個性化テープは次の製造ステツプで
も利用できる。

第２図に示されているように、超音波探針３２
は、従来のワイヤ・ボンデイング法で実施されて
いたようなワイヤの全長を横断する必要なしに、
リード線からリード線へと歩進する。超音波探針
の歩進はデイスク形記憶システム上でプログラム
記憶式のものが、実証済みである。かかる方法
は、通常の自動ボンデイング・システムで知られ
ている。コンピユータ制御によつて、同じ記憶技
術を利用して、チツプ上のこぶパターンが知ら
れ、探針があるこぶから別のこぶへと歩進し、接
着が系統的に実施される。単一の接着ヘツドが図
示されているが、多重ヘツドも使用できることは
当然である。

第２の接着ステツプは、接着ステーシヨンで使
用することもできる。これは、基板（第３Ａ図）
またはリード・フレーム（第３図）に対するチツ
プ／フオイル・アセンブリである。どちらの場合
でも、第１の接着で端子末端２４がチツプのこぶ
２８に固定される。次に第３Ａ図に示されている
ように、基板５０がチツプ／フオイル・アセンブ
リの下に置かれる。部分２２が探針３２によつ
て、基板上に配置されたパツド５２に接着され
る。耳の分離は、この第２の接着の前でも後でも
よい。リード・フレームに対する接着も同様であ
る。第３Ｂ図に示されているように、リード・フ
レーム３０がチツプ／フオイル・アセンブリの下
に置かれる。端末部分２２がリード線３１に接着
される。基板またはリード・フレームは、通常の
やり方で接着ステーシヨンに供給される。

接着後に製品は接着ステーシヨンから外され、
必要ならば接着されたアセンブリが耳から分離さ
れる。次に耳はリサイクルすることができ、接着
されたチツプ・アセンブリは、次の処理のために
取り除くことができる。別のやり方として、接着
されたアセンブリを耳から分離せずに巻いてその
まま貯蔵することもできる。

アルミ・テープ・フオイルが良好な材料である
が、その他のテープも使用できる。例えば、外側
リード・ポンドを交互に使うことが望ましい状況
では、張合せ金属テープ１４が使用できる。この
方法は、広範囲の基板リード・フレームおよび様
式に使用できる、かかる張合せ金属が第４図に示
してあるが、これは利用可能な多くの様式のうち
の一つを表すものである。この構造は、連結はん
だリフロー工程に利用できる。

第４図は、フインガー領域にアルミ・インレー
４２が配置された、張合せ金属テープ１４の平面
図を示したものである。このアルミ・インレーは
超音波ボンデイングの行われる領域に配置され
る。外側ボンド領域には、はんだボンデイングの
ために銅ベース金属３４が配置されている。任意
選択として、テープの外側エツジに沿つて、はん
だストリツプ３６を使用することができる。

したがつて本発明は、通常のTAB法またはワ
イヤ・ボンデイングに勝さる重要な利点をもつて
いる。これは、アルミニウム製またまブランク金
属から切断された他の適当な張り合せ構造の個性
化テープを使用して、こぶ付きチツプを集積する
ことができる。レーザー・システムを使用する
と、コンピユータ制御による個性化が、直ちにチ
ツプ上のこぶ構造に合わせられる。すなわち、レ
ーザー切断装置はコンピユータ制御下で望みのパ
ターンを切断するために使用できる汎用工具であ
る。同様に、歩進式超音波点接着装置も、従来の
ワイヤ・ボンデイング法で使用されていたものよ
りも迅速にステツプ毎のボンデイングを実施する
ための総称工具である。単一探針の使用は、探針
を使用して適当なコンピユータ指令の下で個性化
テーフ・フインガー構造を歩進的に接着できるの
で、重要な経済的利点がある。

本発明をその良好な実施例に則して説明してき
たが、当然のことながら本発明の基本的範囲から
外れることなくこの内容を修正することができ
る。例えば、１つのアセンブリを加工することに
加えて多重ヘツドを使用すると、共通コンピユー
タ制御下で、異なるパターンの並列ボンデイング
が実施できる。同様に、多数のレーザー・カツタ
を使用して、フオイル幅から複数のパターンを並
列に切断することができる。スタツクされたフオ
イルで多重切断を行うこともできる。

［発明の効果］ 本発明の第１の接着ステツプによりTABの自
動化の利点が得られ、同時に特定のパターン専用
でない汎用工具によつて、ステツプ・スポツト超
音波点溶接技術が利用できる。この操作によつ
て、少量TABが大量TAB法の場合と匹敵するほ
ど経済的に実現されるようなやり方で、こぶ付き
チツプを集積することができる。

また、ワイヤ・ボンデイング法に勝さる生産性
が高い信頼性で得られるという付随的利点を有す
る。

本発明によれば、多数の専用個性化テープを形
成するのに、プランニングまたは待ちが不必要で
ある。個性化テープは、使用前に取り扱う必要も
貯蔵する必要もないので実施が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的システム要素を示す線
図、第２図はレーザー個人化TABテープとその
チツプ上への配置および第１ボンデイング・ステ
ツプの例を示した概略的透視図、第３Ａ図はチツ
プ／フオイル・アセンブリを基板に接着するステ
ツプの方法を示した概略的透視図、第３Ｂ図はチ
ツプ／フオイル・アセンブリをリード・フレーム
に接着する、第２の代替ステツプを示した概略的
透視図、第４図は本発明を実施する際に使用でき
る張合せ金属テープの一例を示した側面図であ
る。 １０……コンピユータ・１２……送りロール、
１４……アルミ・フオイル、１６……切断ステー
シヨン、２０……リード構造体、２１……中間ゾ
ーン、２４……先細部、２６……半導体本体、２
８……こぶ、３０……リード・フレーム、３２…
…超音波探針、３８……バツフア・ループ、４０
……接着ステーシヨン、５０……基板、５２……
パツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属リード線を形成するのに適した材料のシ
   ートを用意すること、 該材料のシートをコンピユータの制御下で作動
   する切断工具を備えた切断ステーシヨンへ移動さ
   せること、 該コンピユータからの制御信号に応答して該切
   断工具の移動を指図しつつ該切断ステーシヨンで
   該シートにパターンを切断すること、 該材料中に形成された該パターンを、該コンピ
   ユータの制御下で作動する接着工具を備えた接着
   ステーシヨンへ移動させること、 該コンピユータの制御下で該接着ステーシヨン
   で該パターンを半導体チツプに接着して、半導体
   チツプ・アセンブリを形成すること、 からなり個性化されたパターンで半導体装置を相
   互接続する方法。