JPS6021535A - 半導体装置を相互接続する方法 - 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、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ッ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ップへ
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ップにチップ
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、ロール形のフィルム・カットを利用
して、各セットのチップ入出力リード線を形成する、テ
ープ自動ボンディング（ＴＡＢ）である。このリード線
の各セットは、エツチング技術を利用して、所与のチッ
プ端子パターン（フットプリント）に合った個性化され
たリード・パターンを得ることによって形成される。エ
ツチング・パターンを使って多数の同一セットが作られ
る。次に各セットが接着ステーションに送られる。次に
、リード線の各末端が、熱圧縮またはＡ　ｕ　Ｓ　ｎ接
着を用いて、チップに結合される。すべてのリード線が
同時にチップに接続され、連続リール輸送プロセスを利
用して、システム・スループットが改善される。すなわ
ちＴＡＢは多数の同一チッ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・ボンディングであるが、
これはＴＡＢとは違って労働集約的である。ワイヤ・ボ
ンディングは、個別ワイヤを配置する際に、フレキシビ
リティがあるので、有利である。チップ・フットプリン
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ットプリン
トが、チップの特定フットプリントに合わせて作られる
ＴＡＢのフレキシビリティのなさとは対照的である。す
なわち、特定チップを接着するためのツーリングは、そ
のチップ・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・ボンディング法は、全生
産速度は遅いが、チップ構成の相異に順応するように調
整するーことができる。この既知の２つの方法中で、Ｔ
ＡＢは、一般にワイヤ・ボンディ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、特定のチップ構成に合わせて個
性化された、写真処理されたエッ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、フィルムの厚さ、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
化されたフォイルタイプの貯蔵、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、チップ上の接触パッドに超音波接着する方法を
開示している。特に、米国時＝３− 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・セクションを含むシート
メタル・ストリップを提供している。

このストリップは、チップ上の接着パッドに一致するよ
うに形成された多数のリード線を含んでいる。このスト
リップが取付用脚柱に載せられ、次に、接着パッドがリ
ード線に接触するように、チッ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
れたチップ上に置かれた複数のリード構造セクションを
含む、連続シートを使用しているパターンは、特定チッ
プのリード構造に合わせて個性化される。接着は、加熱
によってまたは各接着点に接触する超音波変換器を利用
することによって行われる。

リード線の配置に対するコンピュータ制御は、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
けされた一連のチャックを利用している。

４一 作業端末は、ワイヤ装荷装置、半導体装置を１本のワイ
ヤ・リードのヘッド上で予定の方向に配置するための合
金ステーション、および半導体装置のベース接点と、エ
ミッタ接点を他のワイヤ・リードのヘッドに接続するた
めの一連の自動接着ステーションを含んでいる。このシ
ステムは、各種ステーショ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
に欠陥のあるチャッ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・コンピュータを備え、コンピ
ュ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
チップへの接着に関する他の従来技術は、米国特許第３
３９５４４７号、第ａ　５４４．　ｓ　５７号、第３６
９８０７４号、第３７９３７１．４号、第３８４６９０
５号、第３８５９７１．５号、第３８５９７１８号、第
４０７９５０９号である。この従来技術は、様々なステ
ップを定義しているが、テープ・ボンディング用の個性
化されたリード線を製造し、これらのリード線を特定の
チッ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、またはボンディングをそのチップ独特の幾
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ュ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、コンピュータ生成マーカー
からパターン切片を裁断するコンピュータ制御技術を対
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ュータの
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・データがコンピュータに与えられ、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、輪廓を利用してカッ
ターのトレースが制御される。同様に、上記第４１７８
８２０号特許は、コンピュータ制御下で作動するブレー
ド・カッターを、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の構成要素は、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、コンピュ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
造ステッ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っている。

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、広く材料ストリップ中から必要なパ
ターンを切断するという考え方に関して、成分が実際に
ストリッ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。

７− 半導体素子の製造に特に関係の深い技術の中では、切断
ステップでも接着ステップでもそのような個性化はない
。むしろ、ＴＡＢで反復パターンが作られ、次のステー
ショ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、コンピュータ制御技術を利用する限り、それら
はフレキシビリティがなく、特定チップ・フットプリン
ト専用の接着導体の所与のフッ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、パターン切断ステップと接
着ステッ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
ッ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ップに接着できる
方法を提供することである。

８− ［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、切断ステーションへと連
続的に送られる半導体装置の形成方法によって達成され
る。この材料は、アルミニウム・フォイルまたは連室の
テープ式自動ボンディ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
ョンに設けられる。レーザーは、コンピュータ制御によ
って接着すべきチップに対する個性化されたフットプリ
ントを形成するように誘導される。こうして切断ステー
ションでコンピュータ・プログラム制御に直接応答して
、ストリッ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ップは、
接着ステーションへ移動し、チップと位置合せさ゛れる
。各リード線がチッ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、コンピュータ制御のもと
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
の方法によって、コンピュ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
ティが増大する。

本発明によれば、ＴＡＢ法を用いて接着されるチップに
は、活性チッ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ップ中に短
絡を生み出すことなしに、チッ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、チップのこぶ形成は、めっき法によって
行われる。かかる通常のこぶは、例えば米国特許第３７
０９．４−２４号に半導体本体上に等間隔に配置された
接触パッド１９として示されている。

本発明では、めっき法によっ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て金属こぶを作成す
ることができる。例えば、こぶの直経を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１０００人のＣｒである。

チッ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ィ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・フォイルを使用する
点で従来技術とは違っている。アルミニウム・フォイル
は、大量生産の場合にはそうすることもできるが、エツ
チングによって処理されない。しかし、所与のフットプ
リントに事前エッチすると、システムのフレキシビリテ
ィが抑制されるが、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１１− 前に、レーザーによって、アルミニウム・フォイルのブ
ランク・ロールからアルミニウム・テープが切断される
。従って切断されたフォイルは貯蔵されず、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ィングでは、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・ボンディング法は、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
ンディング法では、内部接着、ワイヤ送りとワイヤ・ド
レッシング、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、３〜５ｍ
ｍの範囲であり、各ワイヤの接着が比較的時間のかかる
ステップとなる。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・フォイルが、チップのこぶの上に吊−１２
＝ るされ、それに対して位置合せする超音波ボンディング
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、０．２ｍｍ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
ィングの速度は、同じ工具を利用したワイヤ・ボンディ
ングよりも５〜１０倍速い。このボンディング法は、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
全体がコンピュータ１０の制御下にあり、このコンピュ
ータがすべてのシステム機能を監視する。コンピュータ
はＪＩＢＭシリーズ１などの汎用多重プロセッサとする
ことができる。

コンピュータには、テープに対する個性化ならびに各種
のリード・パターンとチップ・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・フォイルのストックを含ん
でいる。アルミ・フォイル１４は、レーザー切断装置１
８を用いて、普通のやり方で（スプロケット、ベルトま
たはローラ駆動装置など）切断ステーション１６に送ら
れる。切断ステーションでは、コンピュータ１０からの
２つの基本的システム指令によって、レーザーが方向付
けられる。第１にチップ・フットプリント接着位置合せ
要件によって指示される、リード線のフィンガー位置に
対するプログラム式信号が、オペレータによってシステ
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ョンと一緒に作動するレー
ザー１８が、接着ステッ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
、バッファ・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っ
て生成される。すなわち、特定のチップ・フットプリン
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・ストックの場合、スプロケットと写真フィル
ムに似たテープの端の送り穴とを用いて行われる。また
送込みホッ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、フォ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ｌこ、フォイルに指標付けす
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１５− られている。

次に第２図を参照すると、接着ステーション４０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。

テープが葺上に残っている間に個性化が行われ、続いて
チッ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、接着ステーションに到着
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２
２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、前述のような一１６一 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、フォイル１４の下に配置
される。

こうして、テープ１４がバッファ・ループ３８から接着
ステーション４０に送られるとき、個性化されたアルミ
・テープがチップ２６と位置合せされ、次にこのチップ
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の送りを図示しであ
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ョンで位
置合せされた状態で、超音波探針３２がコンピュータ１
０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の接着ステップである。

本発明によれば多数の専用の個性化テープを作る丸めの
ラランニング又は待ちが不要であり、使用に先立って個
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ップでも利用できる。

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・ボンディ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ィスク形記憶シス
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、通常の自動ボンディング・システムで知
られている。コンピュータ制御によって、同じ記憶技術
を利用して、チッ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。単一の接着ヘッドが図示されているが、多重ヘ
ッドも使用できることは当然である。

第２の接着ステップは、接着ステーションで使用するこ
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）に対するチップ／フォイル・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がチップのこぶ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がチップ／フォイル・ア
センブリの下に置かれる。部分２２が探針３２によって
、基板上に配置されたパッド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がチップ
／フォイル・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
テーションに供給される。

接着後に製品は接着ステーションから外され、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、接着されたチップ・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・フォ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１９− リード・ボ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図に示しであるが、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、連結はんだリフロ一工程に利用できる。

第４図は、フィ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ィングの
行われる領域に配置される。

外側ボンド領域には、はんだボンディングのために銅ベ
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って、はんだストリップ３６を使用
することができる。

したがって本発明は、通常のＴＡＢ法またはワイヤ・ボ
ンディングに勝さる重要な利点をもっている。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
きチップを集積する２０− ことができる。レーザー・システムを使用すると、コン
ピュータ制御による個性化が、直ちにチップ上のこぶ構
造に合わせられる。すなわち、レーザー切断装置はコン
ピュ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
ンディング法で使用されていたものよりも迅速にステッ
プ毎のボンディ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ュータ
指令の下で個性化テープ・フィ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
ヘッドを使用すると、共通コンピュータ制御下で、異な
るパターンの並列ボンディングが実施できる。同様に、
多数のレーザー・カッタを使用して、フォイル幅から複
数のパターンを並列に切断することができる。スタック
されたフォ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の接着ステップにより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
によって、ステップ・スポット超音波点溶接技術が利用
できる。この操作によって、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、こぶ付きチップを集積することができる。

また、ワイヤ・ボンディ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テープとそのチップ上へ
の配置および第１ボンデイング・ステップの例を示した
概略的透視図、第３Ａ図はチップ／フォイル・アセンブ
リを基板に接着するステップの方法を示した概略的透視
図、第３Ｂ図はチップ／フォイル・アセンブリをリード
・フレームに接着する、第２の代替ステップを示した概
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・・・・コンピュータ・１２・団送すロール、
１４・・・・アルミ・フォイル、１６・・・・切断ステ
ーション、２０・・・・リード構造体、２１・・・・中
間ゾーン、２４・・・・先細部、２６・・・・半導体本
体、２８・・・・こぶ、３０・・・・リード・フレーム
、３２・・・・超音波探針、３８・・・・バッファ・ル
ープ、４゜・・・・接着ステーション、５０・・・・基
板、５２・・・・パッド。 １７６ アメリカ合衆国バーモント州バ ーリントンφパイロデユー・コ ート２８番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ュ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ョンへ移動させること、 該コンピュ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ョ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、該コンピュータの
   制御下で作動する接着工具を備えた接着ステーションへ
   移動させること。 該コンピュータの制御下で該接着ステーションで該パタ
   ーンを半導体チップに接着して、半導体チップ・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。