JPH0719800B2 - バンプ付きｔａｂテープの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ICやLSI等の半導体チップの実装に使用され
る配線用テープ、いわゆるTAB（Tape Automated Bondin
g）テープのうち、特にバンプ付きTABテープの製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

TABテープを利用する半導体チップのリード接合方式
は、集積回路の高密度化やアッセンブリ技術の高度化に
対応して、ワイヤーボンディング法の限界を越える領域
への適応を中心に、広く採用されるようになってきた。
このTAB方式による接合では、ワイヤーボンディング法
におけるリードフレームの代わりに、リードパターンが
連続的に形成されたTABテープが使用され、ボンディン
グワイヤーの代わりは、TABテープ上のリード側もしく
は、チップ側のいずれかに予め形成されているバンプに
よって受け持たれる。実際の接合は、半導体チップとTA
Bテープとを位置合わせして重ね合わせた状態で、加熱
しながら加圧する等の方法によって行われる。

接合に際して重要な役割を果たすバンプとしては、金等
の、電気伝導度が高くて化学的にも安定な金属が用いら
れる。上述のように、バンプはTABテープのリード部ま
たは半導体チップの電極部のいずれかに、接合に先立っ
て予め形成されていることが必要である。バンプを半導
体チップ側に形成する場合は、チップのAl電極上に部分
メッキをして作るのが普通であるが、作業性が悪いこと
と、メッキ工程中に半導体チップが損傷を受ける危険性
のある点が問題とされている。

一方、TABテープのリード側にバンプを形成する方法の
中には、特開昭62-286239号公報に開示されているよう
にフォトレジスト技術を駆使する方法など、多くの提案
がなされている。これらのうち、既に実用化されている
ものとしては次の方法がある。第６図は、National Tec
hnical Report Vol.31,No.3（1985）,P.116-124におい
て提案されている「転写バンプ法」の概要を示す図であ
る。図に示される通り、TABテープはベースフィルム３
の上にリードパターン４が形成されているものである
が、このTABテープそのものは後に述べるような通常の
方法で作製されたものが使用できる。TABテープにバン
プを付ける方法が重要であるが、「転写バンプ法」では
次のようにして行われている。第６図において、ガラス
等のメッキ基板11の上に、まず無電解メッキ法やスパッ
タリング法等によって導電用金属膜12を均一に付着させ
る。次にバンプを形成すべき位置以外の部分を絶縁体13
でマスキングする。この状態で金メッキを行うと、絶縁
物でマスキングされていない所だけに金が付着し、バン
プ14が形成される。このようにして形成された金バンプ
を、TABテープのリード先端部と位置合わせして加熱・
加圧を行うと、リード先端部にバンプが転写される訳で
ある。

この方法によれば、バンプ形成過程で半導体チップを損
傷する危険が避けられるのは当然であるが、さらにバン
プ形成用の基板は繰り返し使用できるため、バンプ付き
TABテープの製造コストが安いという利点もあるとされ
ている。

しかしながらこの方法では、バンプを形成する作業その
ものは、第６図の工程からも明らかなように煩雑である
し、バンプ形成用基板も繰り返し使用によって損傷が進
み、常に良好なバンプを形成するためには厳密な基板の
管理が必要となる。またバンプは、バンプ作製用基板か
らリードに転写される時に一度変形を受け、その変形を
受けた部分が、次にもう一度半導体チップとの接合を受
け持つことになる。メッキで形成されたバンプはもとも
と硬い上に転写時の加工でさらに加工硬化が進む傾向が
あるとともに、半導体チップの平坦な電極（パッド）上
に平坦なバンプが接合されるという形になるため、接合
の信頼性や安定性に欠けるきらいもある。その上さら
に、バンプをメッキで形成するために、バンプの組成や
形状を自由に選べないという大きな制約がある。特にバ
ンプの組成としては、半導体チップのパッド部との接合
性を重視すると、純金よりも特殊な添加元素を加えた合
金の方が優れている場合が少なくないのだが、それらの
特殊合金製バンプは、メッキによる従来法では形成する
ことが出来なかった。

なお、TABテープそのものの製造に関しては、既に多く
の種類の確立された方法があり、良好な製品が供給され
ている。なかでも特に良く用いられているのは２層テー
プと３層テープの二つである。この両者には次のような
違いがある。すなわち２層テープはテープのフィルムベ
ースの上に、金属（多くは銅）をメッキして直接リード
パターンを形成したものである。一方３層テープは、フ
ィルムベース上に金属箔を接着剤で貼り合わせた後、エ
ッチングでリードパターンを作製したものである。また
TABテープのベースフィルムとしては、ポリイミド、ポ
リエステル等の合成樹脂が使用されるが、これらに予め
スプロケット孔及びデバイス孔が開けられたものもTAB
テープ用として提供されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

現状のバンプ付きTABテープの製造方法には、バンプ形
成の作業が煩雑なこと、接合の信頼性が必ずしも十分で
ないこと、更にバンプの組成や形状を適正に選ぶことが
出来ないこと、等の欠点が認められる。本発明はこれら
の課題を解決すべきものであって、バンプ形成が容易
で、かつ信頼性の高い接合が実現できるバンプ付きTAB
テープの製造を可能にしようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、予め作製したバンプを、半導体チップの電極
位置に対応するように基板上で仮配列した後、該基板を
TABテープと位置合わせして重ね合わせ、基板上に仮配
列されているバンプをTABテープのリード先端部分に写
し取ることを特徴とするバンプ付きTABテープの製造方
法である。

〔作用〕

以下、本発明を第１図を用いて説明する。本発明法にお
いても、ベースフィルム３の上にリードパターン４が形
成された既存の２層もしくは３層のTABテープが使用さ
れる。またこれとは別に準備された基板上に配列された
バンプを、TABテープのリード先端部に写し取る点も、
特に従来法と異なるものではない。本発明法の最大の特
徴は、予め単体として作製したバンプ用の金属もしくは
合金の球または塊を、所定のパターンに従って基板上に
仮配列し、これにTABテープを重ね合わせることによっ
て、TABテープのリード部にバンプを転写する点にあ
る。

本発明法において基板上にバンプを仮配列する方法とし
ては、次のようなことが可能である。バンプを配列する
ための基板として、バンプを配列すべき全ての位置に、
バンプの大きさに合わせた凹状のへこみを設けたステン
レス等の板を用意する。この凹状の部分にバンプを１ケ
ずつ落とし込むことによって、所定のパターンを形成す
るようにバンプの仮配列を行うことが出来る。これをさ
らに能率的に行えるようにするためには、次のようなこ
とも可能である。先の第１図にはその一例が示されてい
る。第１図では、１がバンプを仮配列するための基板で
ある。これとは別に、予め任意の組成の金属もしくは合
金から任意の形状で定まったサイズのバンプを製作して
おく。ここで接合上重要なバンプの組成については特に
制限無しに任意に選ぶことが可能であるし、形状とサイ
ズについても、基板に設ける穴の形状やサイズとの調和
に配慮さえすれば、かなり自由に選択することが可能で
ある。

さて第１図の例においては、上記の基板１には、バンプ
を仮配列すべき位置に貫通穴２が設けられている。そし
て基板１は下方から真空排気装置による吸引等によっ
て、その貫通穴部分が減圧状態にされている。その状態
で基板上に別途用意されたバンプ２を振りまくなどの方
法で、バンプが減圧された基板の貫通穴部分に各々１ケ
ずつ捕捉されるようにする。すべての貫通穴にバンプが
捕らえられた所で、基板上の貫通穴以外の所に載ってい
る余分なバンプを除去する。このような方法によれば、
大変能率良く、基板上にバンプを仮配列することが可能
となる。

以上のような方法によってバンプが規定のパターンに従
って仮配列された基板が出来上がれば、この基板と先に
用意してあるTABテープとを位置合わせして重ね合わ
せ、加熱・加圧することによってバンプはリード４の先
端部に転写されるのである。

この時、バンプは加圧によって変形を受けるが、変形の
受け方は、基板の穴が凹状のへこみであるか貫通穴かに
よって異なる上、穴の形状によっても影響を受ける。第
１図では、球形のバンプを使用し、基板に円筒状の貫通
穴を用いた場合を例示してあるが、転写後のバンプ形状
を後の半導体チップとの接合を考慮した適正な形とする
ためには、始めに用意するバンプの組成や形状と基板の
穴の形状の組み合わせを含めた検討を必要とする。しか
し、いずれにしても本発明法の場合には、半導体チップ
の電極と直接接触することになるバンプ頭部が、基板の
穴の形状を選ぶことによって、基板からリードへの転写
時にはほとんど変形を受けないで軟らかいままの状態を
維持することができる。このため本発明法によるバンプ
付きTABテープを半導体チップとの接合に用いると、柔
らかなバンプ頭部が半導体チップのリード部分にソフト
に接触するので、大切な半導体チップに損傷を与える心
配が少ないという利点がある。

バンプをリード先端部に転写した後の基板は、再びバン
プを載せる工程に戻して再使用することができる。基板
としては、バンプ転写時に穴の周辺部が変形するのを避
けるために、硬さのあるセラミックス、ステンレス、ニ
ッケル等の薄板が最適である。またこの板にへこみや穴
を加工するためには、プレス、エッチング、放電加工、
レーザー加工技術等が利用できるほか、エレクトロフォ
ーミング法も利用できる。貫通穴をもった基板を使用す
る場合には、転写時の圧力に耐えることを考慮して厚過
ぎる基板を用いようとすると細い貫通穴を加工すること
が困難になるから、薄めの基板の下に、位置合わせして
少し大きめの貫通穴を開けた厚めの板を補強して使用す
る方が、好結果を得られやすい。

なお、本発明法によって作られたバンプ付きTABテープ
は、半導体チップの電極部と位置合わせして重ね合わせ
た上、熱圧着等の方法で接合を行うことが出来ること
は、既存のバンプ付きTABテープの場合とまったく同じ
である。

以下、本発明法を実施例にしたがって詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例１ TABボンダーのボンディングステージ上部に、第２図に
示す真空ボックス21を取り付けた。この真空ボックス
は、上面が0.1mm厚のステンレス薄板22で構成され、真
空用吸い口23によって内部を減圧できるようになってい
る。

上記の0.1mm厚のステンレス薄板22はバンプ形成用基板
になるもので、200ピン用TABテープのインナーリードの
バンプ位置に合わせて、直径70μｍの貫通穴24が合計20
0ケ、エッチングによって設けられている。貫通穴の断
面形状は第３図（イ）のような単純な形状にした。この
基板の下方を減圧しながら、上面に、純度が99.99％の
金を用いて作った平均直径が80μｍの大きさの球を多数
散布した。この時基板の一端に超音波振動を与えて、金
球が貫通穴に確実に捕捉されるようにした後、基板上に
残った余分の金球はエアーで軽く吹き飛ばした。

次に基板上にTABテープを位置合わせして重ね合わせ、
ボンディングツールによって加圧・加熱することによっ
て、基板上の金球をTABテープのリード先端部に転写し
た。基板は、再び金球を散布することにより、繰り返し
使用することができた。

一方リード先端部に転写されたバンプは、上記転写工程
を経ることによって第４図に示すような断面形状に変形
された。バンプの、貫通穴の縁に接触した部分に軽いへ
こみが生じたが、特に重要なバンプ先端部は当然のこと
ながらまったく変形を受けていないので、ワイヤーボン
ディング法におけるボールボンディングに近い接合状態
が実現でき、半導体チップとの接合はきわめて良好な状
態で行われた。

実施例２ 第２図の真空ボックスの上面ステンレス薄板22を、断面
が第３図（ロ）のような形状の貫通穴をもったものとし
た。このように勾配をもった貫通穴は、レーザー加工に
よって得た。真空ボックス内部を減圧して、実施例１と
同様な方法で球形のバンプを貫通穴部分に配列した。

次に基板上にTABテープを位置合わせして重ね合わせ、
ボンディングツールによって加熱・加圧することによっ
て、基板上の金球をTABテープのリード先端部分に転写
した。本実施例の場合は、基板の貫通穴が勾配を持って
いるため、バンプの転写されたリードを基板から引き上
げる時の剥離が容易で、リードを変形させる虞れの少な
いのが特徴である。また転写後のバンプ断面形状は実施
例１のものとほとんど変わらない形となり、半導体チッ
プとの接合も良好であった。

実施例３ 金88％−ゲルマニウム12％の低融点合金で直径40μｍの
球をつくった。

実施例１と同様の真空ボックスを使用し、上部の基板に
は、断面形状が第３図（ハ）に示されるような貫通穴を
あけた。この貫通穴は、始めに三角錘状のヘッドを持っ
たポンチで基板上面に凹状のへこみをつけた後、そのへ
こみの底部にレーザーを照射して貫通穴としたものであ
る。穴のサイズは、上面の最大直径部分がほぼ30μｍに
なるようにした。

減圧したこの基板上に前記の金−ゲルマニウム合金製球
を散布して貫通穴にトラップさせた後、位置合わせした
TABテープを重ね合わせ、ボンディングマシーンを使っ
てバンプをリード先端部に転写した。本実施例の場合
は、実施例２よりもさらにバンプ転写後のリード引き上
げが容易であるとともに、バンプへの貫通穴縁部による
へこみもほとんど無視できる程軽微であった。バンプ形
成用基板とバンプとの間の成分の関係等により、両者の
親和性が強くてバンプ転写後のリード引き上げが困難に
なるような場合には、基板の貫通穴を本実施例のような
形にすると好都合である。なお第３図（ニ）に示す断面
形状の貫通穴も、本実施例とほぼ同様な効果が期待でき
る。

実施例４ 実施例２と同じように、第２図の真空ボックスの上面ス
テンレス薄板22を、断面が第３図（ロ）のような形状の
貫通穴をもったものとした。真空ボックスの吸い口に軟
らかい真空ゴム管をつなぎ、ボックス内部が減圧状態の
ままで自由に動かせるようにした。

これとは別に平坦な台を用意し、その台上に球状の金バ
ンプをランダムに散布した。上記真空ボックスを、上部
の基板部分が下を向くようにひっくり返した状態で台上
の金バンプに接近させ、減圧された貫通穴にバンプを吸
引させた。次にこのバンプを吸引したままの真空ボック
スを反転させ、TABボンダーのボンディングステージ上
に固定して、TABテープを位置合わせして重ね合わせ、
リード部にバンプを転写した。

本実施例の場合には、始めから貫通穴部分だけにしかバ
ンプが吸着されないので、基板上に載った余分なバンプ
を吹き払う操作が不要であった。

実施例５ バンプ配列用基板を、第５図に断面を示すような二重構
造とした。上部基板1aは厚み50μｍのステンレス板であ
るが、半導体チップの電極パターンに合わせて、球形の
金バンプ２の直径80μｍよりやや大きい内径100μｍの
貫通穴を設けた。下部基板1bは厚み200μｍのステンレ
ス板で、その表面には、上部基板の貫通穴と対応する位
置に、深さ10μｍの皿状のへこみを設けた。

２枚の基板を、第５図（イ）に示すように約20μｍの隙
間を隔てて重ね合わせた。基板1aの上部にバンプを散布
し、超音波振動を与えて、基板1aの貫通穴にバンプを落
とし込んだ。落ち込んだバンプは第５図（ロ）に示され
るように、下部基板1bのへこみに支えられるが、この時
基板1aの上には、貫通穴に捕捉されなかった余剰のバン
プが載っていた。そこで第５図（ハ）に示すように基板
1aの上面に掃き出し用の板５を走らせて、余剰のバンプ
を除去した。

次に基板1bを、基板1aとの隙間が無くなるまで上方に押
し上げた。これにより、第５図（ニ）に示すように、バ
ンプの上部が基板1aの上面から約20μｍほど突出した状
態でバンプがきれいに仮配列された。この仮配列された
バンプの上にTABテープのリード部を位置合わせして重
ね合わせ、先の実施例と同様な方法で、バンプをリード
先端部に転写し、バンプ付きTABテープを製作すること
ができた。

本実施例は、真空装置等による減圧を必要としないため
作業性が一層良いばかりでなく、転写時にボンディング
ツールによって与えられる圧力を受ける基板をいくらで
も厚くする（本実施例では200μｍ）ことができるた
め、耐久性のある製造装置にすることができるという特
徴があった。

〔発明の効果〕

従来のTAB方式の場合には、バンプを半導体チップ側に
形成する方式においても、またバンプをTABテープ側に
形成する方式においても、バンプを作る手段としてメッ
キが利用されるのが一般的であった。このため、接合に
適するバンプの組成や形状を自由に選択することが出来
ず、メッキによって形成し易い組成や形状のバンプをつ
かわなければならないという不便があった。本発明にお
いては、バンプの成分組成や形状に対する制約が無いの
で、接合に最も適する条件のバンプを自由に選んで使用
することができる。このため、信頼性のある接合を安定
して実現する、というTAB方式の最大の課題に、十分に
応えることが出来るようになった。しかも従来のメッキ
によってバンプを形成する方法に比較すると、工程的に
はるかに簡略になり、量産対応もより一層容易となっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法によりTABテープのリード上にバンプ
を形成する過程の一例を模式的に示す図、第２図は本発
明法において必要なバンプを規則的に仮配列させるため
に使用される装置を減圧設備を使用して実現した一例を
示す図、第３図は第２図の装置においてバンプを配列す
る基板となる薄板部分に設ける貫通穴の代表例を示す
図、第４図は第３図に示された貫通穴を利用した場合の
球状バンプの変形状況を模式的に示す図、第５図は減圧
設備によらずにバンプを仮配列するための一例を示す
図、そして第６図はTABテープのリード部分にバンプを
形成する従来法の一例を示す図である。 １……基板、２……バンプ、３……ベースフィルム、４
……リード、５……余剰バンプ掃き出し用板、11……メ
ッキ基板、12……導電用金属膜、13……絶縁体被膜、14
……メッキで形成されたバンプ、21……バンプアライン
メント用真空ボックス、22……ステンレス薄板、23……
真空吸引口、24……貫通穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め作製したバンプを、半導体チップの電
   極位置に対応するように基板上で仮配列した後、該基板
   をTABテープと位置合わせして重ね合わせ、基板上に仮
   配列されているバンプをTABテープのリード先端部分に
   写し取ることを特徴とするバンプ付きTABテープの製造
   方法。