JPH10513610A - 可撓性基板をチップにボンディングする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可撓性フィルム基板(10)の接触素子(14,15)を電子部品(12)の接触メタライゼーション(17)に対して熱ボンディングする方法において、可撓性フィルム基板は透過性可塑性材料の支持層(13)を有し、レーザー放射(11)により接触素子に対して背面からエネルギーを印加し、支持層(13)の透過性、接触素子(14、15)の吸収性及びレーザー放射(11)の波長を相互に適合するように定めて、レーザー放射が基本的に支持層(13)を透過し、接触素子(14、15)内で吸収されるようにし、基板(10)に圧力を加え、光ファイバ(18)の印加点領域内で、レーザー放射(11)の印加中に、基板(10)の接触素子(14、15)と電子部品(12)の接触メタライゼーション(17)とが接触するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 可撓性基板をチップにボンディングする方法 本発明は、請求項１、５及び７に従って、可撓性フィルム基板の接触素子を電 子部品の接触メタライゼーションに対して熱ボンディングする方法に関する。 従来、可撓性基板を電子部品、例えばチップにボンディングするためには、一 般的に熱圧着方法が使用されてきており、その方法においては、いわゆる熱路（ Thermode）を基板の接触素子に押し当て、圧力及び温度を印加して接触素子をチ ップの接触メタライゼーションにボンディングする。このプロセスにおいて、一 般的にボンディングに必要な温度範囲内に分解温度を有し、温度に敏感な可塑性 材料により構成される、基板の支持層に対する損傷を防止するため、既知の方法 においては、支持層、及び可能であれば支持層を接触素子にボンディングする接 着層を、接触素子への圧力及び温度の印加に先立って除去し、基板の接触素子に 対してその背面から直接的なアクセスを可能とすることが必要であった。現実に は、支持層の除去は非常に煩雑である。一般的には、分離した方法においてこの 目的のために“ウインドウ”と呼ばれる開口が基板の支持層内にエッチングされ る。こうして用意された基板が、“テープ・オートメイテッド・ボンディング” と呼ばれる自動ボンディング方法中の、“インナー・リード・ボンディング”と 呼ばれるボンディング処理により使用される。 例として、可撓性フィルム基板の接触素子を電子部品の接触素子に熱ボンディ ングする方法の発展の現状として、米国 特許 4,970,365 号が挙げられる。この公報は、部品のメタライゼーションの背 面へのボンディングのために、ポリアミドのフィルム基板の接触素子にレーザー 放射を印加する方法を記載する。このプロセスにおいては、露出した接触素子に 対する印加が、フィルム基板の薄いポリアミドの支持層から離れて行われる。 本発明の目的は、事前の方法において接触素子を露出させる必要無く、可撓性 フィルム基板の接触素子を電子部品の接触メタライゼーションに対してボンディ ングする方法を提案することにある。 請求項１の態様により提供される第１の解決方法によれば、本発明の方法にお いて光ファイバにより接触素子に対してレーザー放射の印加が行われ、透過性の 支持層又は接触素子の吸収性を使用して、それに適合した波長を有するレーザー 放射を基本的に支持層内を透過させて接触素子内で吸収させる。さらに本発明に おいては、レーザー放射の印加に圧力の印加を重畳し、レーザー放射の印加中に 、光ファイバの印加点内の基板の接触素子と部品の接触メタライゼーションとを 相互に加圧し、レーザー放射により温度を印加する。そのような部品は例えばチ ップであるが、一般的には接続領域を有する基板とすることができる。本発明の 方法によって、２つのフィルム基板同士をボンディングすることもできる。 圧力の印加は、接触素子と接触メタライゼーションとの間のエアーギャップの 形成を防止し、それにより後者間に確実な熱結合が提供される。不適当な熱結合 は接触素子の領域内に発熱を生じさせ、それにより基板又は支持層、及び、場合 によっては支持層を接触素子にボンディングする接着層に好 ましくない熱負荷を与える。 接触素子に温度を与えるために放射エネルギーを使用する結果、通常の場合、 例えば、金属製接触素子の良好な吸収特性により、ポリアミドにより作られる可 塑性材料の支持層を使用してボンディング領域内のみにおいて熱ボンディングの ための温度を発生し、良好な透過特性が提供される。 透過性基板の接触素子を半導体の接触メタライゼーションに熱ボンディングす るために、放射エネルギーを使用して接触素子に温度を加えることは、原理的に はDD140942にも記載されている。しかし、DD190942に記載された基板は、比較的 厚く硬い基板本体であり、その材料特性のため、それはクランプ装置により与え られ、接触素子と接触メタライゼーションとの間で熱ボンディングを生成するの に必要な接触圧力を伝達するのに適している。さらに、放射エネルギーを接触素 子に与える既知の方法では、接触素子の位置に対して放射エネルギーを集束させ るための複雑な光学的装置が必要である。 DD190942に記載された基板材料と対照的に、本発明の方法が適用される基板は 可撓性のフィルム基板であり、それはその比較的薄い肉厚だけの理由により、与 えられる温度的及び機械的な負荷の程度がかなり減少する。この点、本発明に係 る方法は、必要な接触圧力及びボンディングを作るために必要な温度の両者の面 から、光ファイバの印加点領域内でフィルム基板の不連続又は点状の露出がなさ れるという長所を有する。さらに、この点から複雑な集束用光学系を不要とする ことができ、これによりDD140942に記載された方法に比べて、その方法を実行す るために必要な装置の構成を単純化することができる。 ボンディングに必要な圧力及びエネルギーの両者を加える光ファイバによる、 ボンディングされるべき２つの接触素子の接触点の不連続な露出については、実 際に DE4200492A1 に記載されている。しかし、この既知の方法では、光ファイ バはボンディングされるべき２つの接触素子の一方と直接接触する。 圧力の印加のために光ファイバのファイバ端面を基板の支持層に対して直接押 し付けるようにすれば、装置の複雑さを最小にして本発明の方法を実行すること ができる。 さらに、光ファイバ又は光導波系によりエネルギーを印加する可能性、及び、 分離型でそれゆえ独立の圧力装置を使用して圧力を印加する可能性が存在する。 その結果、接触圧力装置のデザインを、特定の場合に存在する基板又は部品の実 際の寸法に適合させることができる。 圧力を印加する一つの方法は、基板と部品との間の接触領域内に少ない圧力を 発生することである。 請求項４に関連する態様の第２の解決方法によれば、基板は２つの段階によっ て部品にボンディングされる。本発明では、第１段階において、超音波により誘 導された機械的振動及び圧力を支持層に印加して、接触素子の接触領域をカバー する支持層領域が露出するようにする。続く第２段階において、圧力及び温度及 び／又は超音波により誘導された機械的振動を、関連する接触メタライザーショ ンへのボンディングのための接続領域内で背面に照射を受けている接触素子に印 加する。 本発明の第１の方法に代わる本発明の第２のボンディング方法は、ボンディン グ処理と分離して独立に行われる、別個 の処理中の基盤の前処理を必要とすること無く、基板と部品との接触を形成する ことができる。これに対し、本発明の第２の解決方法では、実際の接触のための 準備である第１段階は、実際の接触段階である第２段階と一つの動作として結合 する。この場合、接触領域内の接触素子の“露出”のために、エネルギーの印加 が選択され、そのエネルギーは基本的に超音波により誘導された振動及び圧力、 即ち、可塑性材料の支持層に対して無害とされるエネルギーの形体である。それ らは、不連続的にのみ作用し、支持層への温度の印加の場合のように、支持層の 広い領域に分解を生じさせ、又は接触素子と支持層の層剥離を生じさせることが 無いので無害とされる。本発明の第２の代替的方法の場合、熱ボンディングを生 じさせるために必要な温度は、本発明の第１の代替的方法に従い、基板の接触素 子と部品の接触メタライゼーションとの間のボンディング領域内のみに印加され る。 上述した本発明の代替的方法は、第１段階では支持層に超音波を印加し、第２ 段階では接触素子に温度及び／又は超音波を与えるために使用されるピン状の熱 路によりエネルギーを与えると特に有効である。その結果、両方の段階を一つの ツールにより実行することができ、その方法が非常に単純に実行でき、またその 実行のために対応する単純なデザインの装置のみが必要となる。 請求項６の態様が関連する更なる達成においては、基板は同様に２つの段階に より部品にボンディングされるが、以下のような違いがある。第１段階では、接 触素子を露出せず、超音波により誘導された機械的振動及び圧力を印加して、接 触素子の接触領域をカバーする支持層が圧縮されるようにす る。第２段階では、接触素子が超音波により誘導された機械的振動を接触素子に 送るために機能する。この場合、自身の可撓性のために超音波信号を適切に伝達 できない支持層が、極端に圧縮されて比較的硬い状態となり、その結果振動の良 好な伝達体になるという効果が利用される。 図面を参照して、本発明に係る２つの代替的方法について以下に詳細に説明す る。添付図面において、 図１はレーザー放射を利用するボンディング方法を示し、 図２は超音波及び熱の結合エネルギーの印加を利用するボンディング方法を示 す。 図１は、本発明に係る第１の代替的方法の変形を示し、そこではチップ１２へ のボンディングのために、基板１０へレーザー放射１１が印加される。 基板１０は、メタライゼーション１６が設けられたポリアミドの支持層１３を 有し、そのメタライゼーション１６は、基板１０の例示的な実施形態においては 例えばスパッタリングにより接触素子１４、１５を形成するために行われる。 基板１０の接触素子１４、１５近傍に位置する上面に、チップ１２は隆起した 接触メタライゼーション１７を有し、それらは通常バンプ（bump）として記載さ れ、接触素子１４、１５とのボンディングのために使用される。 基板１０の接触素子１４、１５は、基本的には金の薄い表面コーティングを有 する銅により構成される。チップの接触メタライゼーション１７はこの例示的実 施形態においては、金／錫の合金により構成される（約摂氏２８０度の融点を有 するＡｕ／Ｓｎ ８０／２０）。 図１に示され、以下に説明されるボンディング処理は、テープ・オートメイテ ッド・ボンディング方法及びフリップチップ方法に等しく適用することができる 。 図１に示す例示的実施形態において、接触素子１４、１５と逆側にある、支持 層１３の背面１９にファイバー端面２０が当接する光ファイバ１８は、基板１０ へレーザー放射１１を印加するために使用される。ここで、接触素子１４の接続 領域２１がカバーされるように印加点が選択される。一般的に、接触素子１４及 び１５の個々の接続領域２１夫々がチップ１２の夫々の接触メタライゼーション １７と関連付けられるように基板１０とチップ１２とが相対的に配置されるのが 正しい。個々の接触素子１４、１５はいわゆる“シングル・ポイント・ボンディ ング”方法により関連する接触メタライゼーション１７にボンディングされ、そ こでは接触素子１４及び１５の個々のペア夫々と接触メタライゼーション１７と の間のボンディングは連続的に形成される。 接触素子１４と、関連する接触メタライゼーション１７との間に熱ボンディン グを形成するため、光ファイバ１８のファイバ端面２０により基板１０をチップ １２に押し付け、接触素子１４と接触メタライゼーション１７とを相互に隙間な く接触させる。レーザー源２２により基板１０にレーザー放射１１を印加し、そ のレーザー源２２は光ファイバ１８に接続され、そのレーザー源２２としては、 支持層１３の材料及び接触素子１４の材料についての上述の組み合わせの場合に は、１０６５ｎｍの波長のレーザー放射を発射するＮｄ；ＹＡＧレーザーが特に 適当である。ポリアミドの支持層１３は この波長に対して８８％の透過率を有する。透過されなかったレーザー放射の殆 どの割合は反射され、レーザー放射の比較的僅かの割合のみが吸収される。レー ザー放射１１は基本的には銅製の接触素子１４内で吸収され、それに応じて加熱 する。熱エネルギーに変換されたレーザーエネルギーは基本的に無損失の状態で 、接触素子１４と接触メタライゼーション１７との間の上述の隙間の無い結合を 通じて接触メタライゼーション１７へ伝導し、それにより後者が融点まで加熱す る。 対応する発熱の形成を伴う、ボンディング領域内の接触素子１４と接触メタラ イゼーション１７との間の過熱を防止するために、特に使用されるレーザー源の パワーが、基板、接触素子及び接触メタライゼーション１７の交互に組み合わさ れる材料にまだ１００％適合しない場合には、ボンディング領域内で達成される ボンディング温度、特に支持層１３内で生じる温度を、ここでは詳細に示さない 温度制御信号により監視することが有効である。これは例えば、支持層１３とフ ァイバ端面２０により反射され、プリズム２４により偏向された赤外線放射を採 取し、それを対応する制御信号としてここでは詳細に示さない温度制御装置へ送 る赤外線検出器２３を使用することにより実行できる。 図２は、本発明に係る他の代替的方法の変形を示し、そこではエネルギーは熱 路２６により基板２５へ印加される。 基板２５は接触素子１４、１５が支持層１３へ直接当接しない点で基板１０と 異なるが、その間に接触素子１４、１５を支持層１３にボンディングするための 接着層２７が設けられている。このように形成された基板の場合、支持層上に積 層された銅箔により接触素子を形成することができる。基板１０又は２５のデザ インは、図１及び図２に示す方法の適用可能性に対して何ら本質的な影響を有し ないことを強調しておく。これに対して、ここで例示した基板１０又は２５は相 互に交換することも可能である。 図２に示す方法の変形で、直径が図１に示す光ファイバ１８とほぼ対応するピ ン状の熱路ヘッド２８を備える熱路２６は、支持層１３の背面１９に対向して上 方に移動する。ボンディング処理の第１段階では、熱路ヘッド２８は接触素子１ ４の接続領域２１に向かって移動する。この目的のため、支持層領域２９内の支 持層１３及び接着層２７は、基本的に、超音波誘導された熱路２６又は熱路ヘッ ド２８の機械的微振動、及び同時に印加される圧力又は前方への運動により除去 される。接続領域２１内で熱路ヘッド２８が接触素子１４の背面と上方から対向 する場合に限り、熱路ヘッド２８は第２段階において接触メタライゼーション１ ７を融解させるために十分なエネルギーを熱路２６から与え、熱路２６を同時に 接触素子１４に押し付けて良好な熱結合を確実にする。 印加されるエネルギーのタイプは、基本的に、相互にボンディングされる接触 素子又は接触メタライゼーションの材料により決定される。例えば、金と金との 接触の場合、第２段階では超音波、温度又は第１段階と比べて高い圧力を印加し 、圧接により材料を相互にボンディングする。金と錫の接触の場合、第２段階に おいて温度及び前述の例より低い圧力を印加して材料同士をハンダ付け処理によ りボンディングすることが有効である。 接触メタライザーション１７を溶解し、接触メタライゼー ション１７を接触素子１４にボンディングするために必要な温度は約摂氏４００ 度である。この温度はポリアミドの分解温度（約摂氏４００度）の範囲内であり 、支持層１３への直接の印加、即ち、支持層領域２９の事前の除去が無ければ、 支持層１３に損傷を生ずることは明らかである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月１６日 【補正内容】 ましくない熱負荷を与える。 接触素子に温度を与えるために放射エネルギーを使用する結果、通常の場合、 例えば、金属製接触素子の良好な吸収特性により、ポリアミドにより作られる可 塑性材料の支持層を使用してボンディング領域内のみにおいて熱ボンディングの ための温度を発生し、良好な透過特性が提供される。 透過性基板の接触素子を半導体の接触メタライゼーションに熱ボンディングす るために、放射エネルギーを使用して接触素子に温度を加えることは、原理的に はDD140942にも記載されている。しかし、DD140942に記載された基板は、比較的 厚く硬い基板本体であり、その材料特性のため、それはクランプ装置により与え られ、接触素子と接触メタライゼーションとの間で熱ボンディングを生成するの に必要な接触圧力を伝達するのに適している。さらに、放射エネルギーを接触素 子に与える既知の方法では、接触素子の位置に対して放射エネルギーを集束させ るための複雑な光学的装置が必要である。 DD140942に記載された基板材料と対照的に、本発明の方法が適用される基板は 可撓性のフィルム基板であり、それはその比較的薄い肉厚だけの理由により、与 えられる温度的及び機械的な負荷の程度がかなり減少する。この点、本発明に係 る方法は、必要な接触圧力及びボンディングを作るために必要な温度の両者の面 から、光ファイバの印加点領域内でフィルム基板の不連続又は点状の露出がなさ れるという長所を有する。さらに、この点から複雑な集束用光学系を不要とする ことができ、これによりDD140942に記載された方法に比べて、その方法を実行す るために必要な装置の構成を単純化することができる。 請求の範囲 １．可撓性フィルム基板の接触素子を電子部品の接触メタライゼーションに対し て熱ボンディングする方法において、 可撓性フィルム基板は可塑性材料の支持層を有し、 光ファイバによりレーザー放射を接触素子に対してその背面から印加し、 基板の接触素子に圧力を加えて、光ファイバの印加点領域内で、レーザー放射 の印加中に、基板の接触素子と電子部品の接触メタライゼーションとが接触する ようにし、 レーザー放射(11)を印加するため、支持層(13)の透過率、接触素子(14、15)の 吸収率及びレーザー放射(11)の波長を相互に適合するように定めて、レーザー放 射が基本的に支持層を透過し、接触素子(14、15)内で吸収されるようにし、 基板(19)を加圧する光ファイバ(18)により、接触素子(14、15)に対して圧力を 印加することを特徴とする方法。 ２．圧力の印加のために、光ファイバ(18)のファイバ端面(20)を基板(10)の支持 層(13)に対して直接的に押し付けることを特徴とする請求項１記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライッヒ，ヘルベルト ドイツ国，ベルリン デー−14193，グナ イスストラッセ ６アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可撓性フィルム基板の接触素子を電子部品の接触メタライゼーションに対し て熱ボンディングする方法において、 可撓性フィルム基板は可塑性材料の支持層を有し、 光ファイバによりレーザー放射を接触素子に対してその背面から印加し、 レーザー放射(11)を印加するため、支持層(13)の透過性、接触素子(14、15)の 吸収性及びレーザー放射(11)の波長を相互に適合するように定めて、レーザー放 射が基本的に支持層を透過し、接触素子(14、15)内で吸収されるようにし、 光ファイバ(18)によって基板(19)に圧力を加え、光ファイバ(18)の印加点領域 内で、レーザー放射(11)の印加中に、基板(10)の接触素子(14、15)と電子部品(12 )の接触メタライゼーション(17)とが接触するようにすることを特徴とする方法 。 ２．圧力の印加のために、光ファイバ(18)のファイバ端面(20)を基板(10)の支持 層(13)に対して直接的に押し付けることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．可撓性フィルム基板の接触素子を電子部品の接触メタライゼーションに対し て熱ボンディングする方法において、 可撓性フィルム基板は可塑性材料の支持層を有し、 接触素子に対して、その背面からエネルギーを印加し、 第１段階において、超音波により誘導された機械的振動及び圧力を支持層(13) に印加して、接触素子(14、15)の接続領域(21)をカバーする支持層領域(29)を露 出させ、 第２段階において、関連する接触メタライゼーション(17)へのボンディングの ために、圧力並びに温度及び／又は超音波により誘導された機械的振動を接触素 子(14、15)に印加することを特徴とする方法。 ４．ピン状の熱路(26)によりエネルギーを印加し、第１段階においては熱路(26) を使用して超音波を支持層(13)に印加し第２段階においては、熱路(26)を使用し て温度及び／又は超音波を接触素子(14、15)に印加することを特徴とする請求項 ３記載の方法。 ５．可撓性フィルム基板の接触素子を電子部品の接触メタライゼーションに対し て熱ボンディングする方法において、 可撓性フィルム基板は可塑性材料の支持層を有し、 接触素子に対して、その背面からエネルギーを印加し、 第１段階において、超音波により誘導された機械的振動及び圧力を支持層(13) に印加して、接触素子(14、15)の接続領域(21)をカバーする支持層領域(29)を圧 縮し、 第２段階において、関連する接触メタライゼーション(17)へのボンディングの ために、超音波により誘導された機械的振動を、圧縮された支持層領域を介して 接触素子(14、15)に印加することを特徴とする方法。