(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに形成された複数の電極と、前記半導体チップを搭載した絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とが、周波数１００ｋＨｚ以上及び振幅１．５μｍ以下の超音波振動による圧着によって直接接続された半導体パッケージにおいて、前記金属配線は金めっきが施された銅又は銅合金製であり、該銅又は銅合金はそのビッカース硬さが６０〜１００であると共に前記金めっきはその厚さが０．０１〜０．８μｍであり、前記金属配線と電極との接続界面の少なくとも接続部の前記圧着された部分の外周部及び中央部の全体に前記金属配線を構成する金属と前記電極を構成する金属との金属間化合物が形成していることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
半導体チップに形成された複数の電極と、前記半導体チップを搭載した絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とを超音波振動による圧着によって直接接続する半導体パッケージの製造法において、前記金属配線は金めっきが施されたビッカース硬さが６０〜１００である銅又は銅合金製であり、かつ前記金めっきの厚さが０．０１〜０．８μｍであり、荷重を加えながら周波数が１００ｋＨｚ以上及びその振幅が１．５μｍ以下である前記超音波振動により前記金属配線と電極との接続界面の前記圧着された部分の外周部及び中央部の全体に前記金属配線を構成する金属と前記電極を構成する金属との金属間化合物を形成することを特徴とする半導体パッケージの製造法。
【請求項３】
周波数１００ｋＨｚ以上及び振幅１．５μｍ以下の超音波振動による圧着によって半導体パッケージに形成された電極に直接接続される金属配線層を有する半導体パッケージ用絶縁テープ基板において、前記金属配線は金めっきが施された銅又は銅合金製であり、該銅又は銅合金はそのビッカース硬さが６０〜１００であると共に前記金めっきはその厚さが０．０１〜０．８μｍであることを特徴とする半導体パッケージ用絶縁テープ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ上に形成した複数の電極と絶縁テープ基板に形成した金属配線とを加熱下で重ね合せ、ボンディングツールにより押圧し、超音波加振して冶金学的に接続する新規な半導体パッケージとその製造法及び半導体パッケージ用絶縁テープ基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップに形成した電極と電気的に接続される配線が形成された絶縁テープ基板、例えばTape Automated Bonding (TAB) テープキャリアのインナーリードと半導体素子上に形成したAl電極とを直接接続するバンプフリー接合した半導体パッケージに関しては、特開平5-160202号公報に開示されたものがある。これによれば、図17に示すように21はシリコンで構成された半導体素子、22はアルミニウムで構成された電極、23は保護膜、24は金属製インナーリードである。25はボンディングツール、26はホーンである。
【０００３】
半導体素子21上に形成したAl電極22の中心部上方にインナーリード24、ボンディングツール25を配置した後、ボンディングツール25に荷重を加えてインナーリード24上に押し付け、そのままAl電極22上に押し付ける。このとき、インナーリード24のボンディングツール25との接触部はボンディングツール25に加えられた荷重によるボンディングツール25からの押圧力により塑性変形し、ボンディングツール先端形状に依存した形状になる。この状態で超音波振動が加えられインナーリード24とAl電極22とを冶金学的に接合させることができる。加えられる超音波周波数は60kHz、或いは60kHz付近である。なお、前記ボンディングが良好に行えるため半導体素子は加熱ステージ上で200〜250℃程度に加熱されている。
特開平10-41357号公報にはビッカース硬さが１３０以下の軟質銅から成り、インナーリード部分にＡｕめっきされた半導体装置用テープキャリアが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような金属同士の接合現象を簡単に述べる。荷重負荷後、超音波を加振することにより各材料の接触部の表面層がせん断応力を受け塑性変形する。このとき、表面に酸化被膜や汚染物等が全くない新生面を持つ金属同士が直接接触する領域、すなわち、各金属の原子相互拡散を妨げるものが全くない領域ができる。半導体素子は加熱されているのでこの熱エネルギーと接触部に生じる摩擦摺動によって発生する摩擦熱とが原子拡散のドライビングフォースとなり各原子が相互拡散する。このとき、接触部にはある程度の厚さの金属間化合物が成長しボンディングが完了する。この金属間化合物生成領域が大きい程接合強度に優れ、半導体部品の信頼性を向上させるためのキーファクターとされている。金属間化合物生成領域を増大させるには前記新生面領域を増大させればよい。これにはインナーリードの塑性変形がキーポイントになる。
【０００５】
従来ではインナーリードに用いられる銅はビッカース硬さが100以上と硬くて塑性変形し難いため下地の半導体チップが受けるダメージが増大し、その結果チップ内にクラック、つまりボンディングダメージが生じることがあり、生産歩留りを下げる要因の一つとなっていた。この対策としてインナーリード表面に施す金めっきを1.0〜2.0μm程度と厚くすることで対処することが一般的であった。金は銅よりも軟らかいためクッション材となるからである。しかし金めっきを厚くするとTABテープのコストが大幅にアップし、良策ではない。一方、薄金めっき化した場合、インナーリードと電極パッド間の接合強度が不安定、すなわち、強度のばらつきが大きくなり、接合信頼性が確保できない危険性があった。コア銅よりも軟らかいAuの厚みが小さいと厚い場合に比べて超音波振動を付加したときのリード、特に金めっき部分の変形が小さくなる。このため、リードが変形していく過程に形成する接合領域が小さくなり、接合強度が小さくなることがあった。さらに、ボンディングダメージの発生要因は接合部に形成する金属間化合物の状態にも依存していた。
図18は電極パッドとインナーリードの接合部界面に形成した金属間化合物形成状態を示したものである。図18から判るように、金属間化合物層は圧着部の外周部から優先的に形成している。なお、圧着部とはインナーリードを電極パッドにボンディングした際にできる電極パッド上に形成したインナーリードの接触跡のことである。
図19はボンディングダメージが発生したときの状態である。ダメージは前記圧着部の外周部、すなわち金属間化合物が優先的に形成する領域から生じており、金属間化合物形成領域が起点となっていると考えられる。金属間化合物形成後、接合部界面になおも振動が加えられると金属間化合物層が電極パッドを超音波の振動方向に引張る格好になる。このため超音波振動が過剰に加えられると金属間化合物形成領域に界面剥がれが生じ易くなると考えられる。また、大きい振幅を付加した際には金属間化合物形成領域下の半導体材料にクラックを生じさせ易くなり、過度に振動させるとダメージに至る。
【０００６】
以上のボンディングに関わる諸問題はインナーリードのコア材の銅又は銅合金が硬く、かつ金属間化合物の形成状態が局所的であることに起因している。
特開平10-41357号公報には、インナーリードのコア材の圧延銅箔をビッカース硬さ１３０以下とする軟質とするものであるが、その硬さを１００以下にすることは示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、以上のような問題を解決し、半導体チップに形成された複数の電極と、絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とがボンディングダメージレス化でき、且つ高い接合強度を有する半導体パッケージとその製造法及び半導体パッケージ用絶縁テープ基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体チップに形成された複数の電極と、前記半導体チップに搭載した絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とが、周波数１００ｋＨｚ以上及び振幅１．５μｍ以下の超音波振動による圧着によって直接接続された半導体パッケージにおいて、前記金属配線は金めっきが施された銅または銅合金製であり、該銅または銅合金はそのビッカース硬さが６０〜１００であり、前記金めっきはその厚さが０．０１〜０．８μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであり、前記金属配線と電極との接続界面の少なくとも接続部の前記圧着された部分の外周部及び中央部の全体に前記金属配線を構成する金属と前記電極を構成する金属との金属間化合物が形成していることを特徴とする。
本発明は、半導体チップに形成された複数の電極と、前記半導体チップに搭載した絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とを超音波振動による圧着によって直接接続する半導体パッケージの製造法において、前記金属配線は金めっきが施された銅または銅合金製であり、かつ前記金めっきの厚さが０．０１〜０．８μｍであり、又前記金属配線は金めっきが施された銅または銅合金製であり、該銅または銅合金はそのビッカース硬さが６０〜１００であり、荷重を加えながら周波数が１００ｋＨｚ以上、好ましくは１００〜２００ｋＨｚ及びその振幅が１．５μｍ以下、好ましくは１００ｋＨｚで１μｍ以上、１５０ｋＨｚで０．５μｍ以上、２００ｋＨｚで０．２μｍ以上、より好ましくは１００ｋＨｚで１〜１．５μｍ、１５０ｋＨｚで０．５〜１．０μｍ及び２００ｋＨｚで０．２〜０．６μｍである横方向の前記超音波振動により前記金属配線と電極との接続界面の前記圧着された部分の外周部及び中央部の全体に前記金属配線を構成する金属と前記電極を構成する金属との金属間化合物を形成することを特徴とする。
【０００９】
より具体的な好ましい構成として、半導体チップの機能面側に形成した複数の電極と、前記半導体チップの機能面側に搭載した絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線とを超音波振動を併用して直接接続する半導体パッケージにおいて、前記絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線が金めっきを施した銅または銅合金製であり、前記絶縁テープ基板に形成された複数の金属配線の表面に施された金めっきの厚さが0.01〜0.8μmであり、前記絶縁テープ基板に形成された金属配線と前記半導体チップの機能面側に形成した電極とを直接接続した領域の前記半導体チップの機能面側に形成した電極側の外周部及び前記領域の中央部に、前記金属配線を構成する金属と前記半導体チップ上に形成した電極を構成する金属とで構成される金属間化合物が形成していることにより達成できる。
【００１０】
本発明の半導体パッケージは、インナーリードのコア材の銅又は銅合金のビッカース硬さが60〜100、インナーリード表面に形成した金めっきの厚さが0.01〜0.8μmでもインナーリードボンディング部に形成する金属間化合物領域を広くすることができ、かつボンディングダメージレス化を図ることができる。従来、ビッカース硬さが150程度の硬い電解銅をインナーリードに用いていたため、ボンディングダメージを低減するために金めっきの厚さを1.0μm以上としていたパッケージ構成とは異なる。
【００１１】
そして、半導体素子上に形成した電極とＴＡＢテープに形成された金属配線とを超音波振動を併用して直接接続する半導体パッケージにおいて、ＴＡＢテープに形成された金属配線の構成が金めっきを施した銅または銅合金製であり、かつＴＡＢテープに形成された金属配線のコア部の銅または銅合金のビッカース硬さを６０〜１００とし、かつＴＡＢテープに形成された金属配線の表面に施された金めっきの厚さを０．０１〜０．８μｍとしたものである。
更に、本発明は、周波数１００ｋＨｚ以上及び振幅１．５μｍ以下の超音波振動による圧着によって半導体パッケージに形成された電極に直接接続される金属配線層が形成された半導体パッケージ用絶縁テープ基板において、前記金属配線は金めっきが施された銅または銅合金製であり、該銅または銅合金のビッカース硬さが６０〜１００で、金めっきはその厚さが０．０１〜０．８μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施例1）
図1は本発明による半導体パッケージの実施例の一つの構成を示した図であり、図2は図1のA-B切断線における断面図である。半導体チップ1には機能面側に複数の電極パッド2が形成され、さらに電極パッド2が形成された部分を除く領域に保護膜3が施されている。インナーリード5と配線が形成されたテープ基板7には応力緩衝層4が形成されている。絶縁テープ基板7上の応力緩衝層4と半導体チップ1上に施された保護膜3が接着され、インナーリード5が電極パッド2に接合した構造となっている。インナーリードボンディング部9は樹脂封止剤8（図2に図示）により覆われた構造となっている。インナーリード5の他端となる配線に接続されるソルダボ−ル6は、テープ基板7の応力緩衝層4が搭載された面と反対側の面上に形成したバンプランド10に搭載されて、リフローすることにより、図に示す様にボールに円筒部が形成され、バンプランド10はソルダにより満たされる。
【００１３】
ポリイミド樹脂フイルムからなる絶縁テープ上にビッカース硬さ100の銅箔を樹脂接着剤で接着した基板を用いて、エッチングによって配線パターン（インナーリード５も含む）を形成した後、インナーリード５の接合側に1.5μmの金めっきを施した絶縁テープ基板を用意した。この後、このテープ基板上に接着能力をもつエポキシ系樹脂を用いた応力緩衝層を形成し、応力緩衝層と半導体チップを張り付け、接着した。この貼り付け工程でテープ基板側のインナーリードは半導体チップの電極パッド上に配置されるようになっている。次に、インナーリードボンディングによりテープ基板上のインナーリードと半導体チップ上の電極パッドを電気的導通がとれるように接合した。電極パット２は、Ａｌ，Ａｌ合金（Si,Si-Cu,Cuを少量含むＡｌ基合金）が用いられる。金めっきはインナーリード５の接合側とそれと同じ側の面の配線に形成されている。
【００１４】
本発明による半導体パッケージは、メインロジックＩＣ，メモリ、ロジックＩＣ等のワンチップに対するもの、これらを搭載するマルチチップモジュールを各々形成することが出来る。そして、このマルチチップモジュールをセラミック又は樹脂多層基板に搭載される。本実施例によれば、従来に比べより小さく出来る。
【００１５】
図３は、インナーリードのボンディング方法を示す斜視図である。図3ではボンディングツール、ボンディングツールを保持し、かつ超音波振動をボンディングツールに伝えるホーン、インナーリード、及び半導体チップの電極部のみを示してある。11は半導体チップ、12は電極パッド、13は保護膜、14はインナーリード、15はボンディングツール、16はホーンである。このインナーリードボンディング工程において、ボンディングツール15によりインナーリード14を図2の断面に示すようにＳ字形状に変形させながら半導体チップ11上の電極パッド12に打ち下ろし、周波数60kHzの超音波振動を併用した熱圧着法によりインナーリード14と電極パッド12の接続を行った。保護膜１３は、ＰＩＱ（ポリイミド）が用いられ、塗布後に熱処理して硬化される。ボンディングは200〜250℃程度に加熱されて行われる。
【００１６】
インナーリードボンディング部の接合信頼性に対する金めっき厚さの影響を調べるため、次のようなサンプルを準備し検討した。
【００１７】
金めっき膜厚が0.01、0.1、0.3、0.7、1.0、及び2.0μmの配線（インナーリードを含む）を形成した絶縁テープ基板を用いる他は、上記と同様にテープ基板に応力緩衝層を張り付けた後、半導体チップを張り付けた。その後、上記と同様にインナーリードボンディングを行い、同構造のパッケージを作製した。これらのパッケージに対してインナーリードボンディング部の接合強度、ボンディングダメージの発生頻度、及び接合部の金属間化合物形成状態を調査した。
【００１８】
ここで接合部の金属間化合物形成状態の調査方法について述べる。先ず、インナーリードボンディングが完了したサンプルを溶融したSn-Pb共晶合金中に浸漬させる。このとき、テープ基板に形成した配線、つまり金及び銅は、直ちに溶融Sn-Pb共晶合金中に拡散し、電極パッド上に形成した金属間化合物のみが残る。金属間化合物は接合部に形成した状態のまま残るので、形成状態を観察することができる。
【００１９】
図4は超音波周波数を60kHz、金めっき膜の厚さを0.01、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5、
及び2.0μmと変えた時の接合強度変化を示した図である。ただし、インナーリードボンディング時に付加する超音波周波数は従来と同じ60kHzである。金めっき膜厚が0.7μmから1.0μm程度以上になると強度値が飽和しており良好に接合できていることが判る。一方、金めっき膜が薄い（0.5μm以下）と強度が低下していることが確認できる。この結果、60kHz発振時に良好なインナーリードボンディングを達成するには0.7μm以上の金めっき膜厚が必要であると言える。換言すると60kHz発振では金めっき膜厚が0.5μm以下では良好にボンディングできない。
【００２０】
図5は図4に示した種々の金めっき膜厚を有するパッケージの接合部界面の金属間化合物形成状態を示したものである。黒い線で囲まれた枠内が圧着部で、その外周から優先的に金属間化合物が形成していることが判る。黒で塗りつぶした部分が金属間化合物による合金層が形成されたことを示している。白い部分は未接合領域である。前述したようにこの局所的な金属間化合物形成がボンディングダメージを発生し易くしている。また、金めっき膜厚が薄いほど圧着部に形成した金属間化合物が粗になっていることが判る。銅より軟らかい金（Hv40〜50）が厚いと界面におけるめっき膜の塑性変形がより促進され金属間化合物層が密に形成される。しかし、金めっき膜が薄いと厚い場合よりも金めっき膜の変形量が小さく金属間化合物形成状態が図5のように粗状になり、接合強度が小さくなったと考えられる。
【００２１】
図6は図5の接合部界面に形成した金属間化合物の化合物形成面積率を示したものである。化合物形成面積率とは図7に示す様に化合物形成領域の面積Sを圧着部の面積SAで割ったものである。図6によると金めっき膜厚が1.0μm以上になると面積率が60％程度で飽和していることが判る。60kHzでインナーリードボンディングした場合、面積率が60％を下回ると急激に接合強度が低下するため、良好なインナーリードボンディングを達成するには60％程度の面積率が必要である。図４から金めっき膜厚が0.7μm以上において、十分な接合強度が得られるので、化合物形成面積率は５０％以上、より好ましくは５５％以上になる様にすることが好ましい。
【００２２】
次に、インナーリードボンディングの際に付加される超音波振動のボンディング性に及ぼす影響を調べるため、次のようなサンプルを準備し検討した。
【００２３】
ポリイミドからなるテープ上にビッカース硬さ100の銅箔で配線パターン（インナーリードも含む）を形成した後、厚さ0.01、0.1、0.3、0.7、1.0、1.5及び2.0μmの金めっきを施したテープ基板を用意した。0.01μmより薄い金めっき膜は、現在の技術では作製できない。この後、このテープ基板上に接着能力をもつ応力緩衝層を形成し、応力緩衝層と半導体チップを張り付け、接着した。この貼り付け工程でテープ基板側のインナーリードは半導体チップの電極パッド上に配置されるようになっている。次に、インナーリードボンディングによりテープ基板上のインナーリードと半導体チップ上の電極パッドを電気的導通がとれるように接合した。インナーリードボンディングは超音波周波数を100kHz、及び170kHzとする他は上記と同様の方法により行った。
【００２４】
図8は超音波周波数を100kHz、及び170kHzとしたときのインナーリードの金めっき膜厚に対する接合強度変化を示したものである。比較のため60kHz発振時の接合強度変化も示した。超音波周波数100kHzと170kHz時は金めっき膜厚が0.01μmでも接合強度は飽和に近い状態になっており、60kHz発振時における金めっき膜厚0.7μm以上の時と同等になっている。超音波周波数が100kHz以上であると60kHz発振時よりも薄い金めっき膜厚で良好な接合が可能であることが判る。金めっき膜厚が薄い場合、超音波周波数100kHz、及び170kHzの接合強度向上の効果は非常に大きいことが確認できる。従って、化合物形成面積率は５０％以上を形成するには、金めっき膜と超音波周波数とを整数目盛りで表したとき60kHzで0.7μmと100kHzで0.01μmにおける各々の値をプロットしての点を直線で結んだ値以上とすることにより良好な接合が得られる。
【００２５】
図9は超音波周波数を100kHz、170kHzとした時の、接合部界面の金属間化合物形成状態を示したものである。60kHz時は圧着部の外周に金属間化合物が形成していたのに対し、100kHz、及び170kHz発振時は圧着部全体にわたってち密に金属間化合物が形成していることが判る。周波数を高くすると低い周波数よりも小さい振幅でリードを変形させることができる。また、発振時間が同一ならば振動回数（摺動回数）が多くなる。このため、より高い周波数の時、圧着部全体にわたってち密に金属間化合物が形成できたものと推定される。この結果、良好な接合が達成できたと考えられる。
【００２６】
図10は図9の接合部界面に形成した金属間化合物の化合物形成面積率を示したものである。図10において金めっき膜厚が0.01μm程度でも面積率（約50％）が飽和に近い状態であることが判る。この傾向は図8に示した接合強度の傾向に対応していることが確認できる。また、図8において金めっき膜厚が0.01μmでも接合強度は飽和強度に近いことから、100kHz以上の超音波振動を加えた場合は面積率が50％程度あれば良好なのインナーリードボンディングが達成できる。
【００２７】
本実施例に示した検討結果によれば、インナーリード表面に施す金めっき膜の厚さを従来より薄くしてもボンディングダメージの発生は全く無く、かつ良好な接合が達成できるため、インナーリードボンディング部の接合信頼性向上による大幅な生産歩留り向上が実現できると共に、半導体パッケージの低コスト化も実現できることが判る。
【００２８】
（実施例2）
本実施例に係わる効果を確認するために行った検討について説明する。
【００２９】
インナーリードボンディング部の接合信頼性に対するインナーリードの硬さの影響を調べるため、次のようなサンプルを準備し検討した。
【００３０】
ビッカース硬さが60、80、及び120の銅箔を用いる以外は実施例1と同様に、金めっき厚さが1.5μmの配線（インナーリードを含む）を形成したテープ基板を作製して応力緩衝層を張り付けた後、半導体チップを張り付けた。その後、インナーリードボンディングを行い同構造のパッケージを作製した。インナーリードボンディング時の超音波周波数は60kHzである。これらのパッケージに対してインナーリードボンディング部のボンディングダメージの発生頻度を調査した。
【００３１】
なお、ビッカース硬さ60より小さい銅箔は現在の技術では作製できない。
【００３２】
ここでボンディングダメージの調査方法を述べる。インナーリードボンディングが完了したサンプルに対し、半導体チップの裏面、つまりインナーリードボンディングが行われない側の面から赤外線顕微鏡を用いてボンディング部を観察する。前記図18に示したボンディングダメージが存在する場合、この部分は黒く結像されるのでダメージの有無を確認することができる。
【００３３】
図11はインナーリードのコア銅の硬さに対するボンディングダメージの発生頻度を示したものである。比較のため、従来パッケージであるインナーリードのビッカース硬さ150、金めっきの厚さ1.5μmのパッケージにおけるボンディングダメージ発生頻度も示した。図11によるとダメージの発生頻度はコア銅のビッカース硬さが100以下になると低く一定となっており、金めっき膜厚が同等でも従来パッケージのより大幅に減少していることが判る。コア銅のビッカース硬さが100以下であれば高い接合信頼性をもつパッケージが実現でき、生産歩留りを大幅に向上できる。
【００３４】
図12は本実施例で用いたビッカース硬さ100の銅製インナーリード5の断面組織と、従来の半導体パッケージに用いられていた銅製インナーリードの断面組織をそれぞれ示したものである。本実施例の半導体パッケージの銅製インナーリードの組織は従来のインナーリードの組織に比べ粗大な結晶粒で構成されている。このためビッカース硬さが従来（Hv150）よりも軟らかくなっている。本実施例パッケージの銅製インナーリードは電解液を活性炭処理して電解液から不純物を取り除き、生成する銅の純度を上げることで結晶粒粗大化、つまり軟質化を図っている。
【００３５】
（実施例3）
ポリイミドからなるテープ上にビッカース硬さ100の銅箔で配線パターン（インナーリードも含む）を形成した後、0.5μmの金めっきを施したテープ基板を用意した。この後、このテープ基板上に接着能力をもつ応力緩衝層を形成し、応力緩衝層と半導体チップを張り付け、接着した。この貼り付け工程でテープ基板側のインナーリードは半導体チップの電極パッド上に配置されるようになっている。次に、インナーリードボンディングによりテープ基板上のインナーリードと半導体チップ上の電極パッドを電気的導通がとれるように接合した。インナーリードボンディングは超音波周波数を100kHzとする他は実施例1と同様の方法により行った。
【００３６】
インナーリードボンディング部の接合信頼性に対する超音波周波数の効果を調べるため、次のようなサンプルを準備し検討した。
【００３７】
金めっき厚さが0.5μmの配線（インナーリードを含む）を形成したテープ基板を作製して応力緩衝層を張り付けた後、半導体チップを張り付けた。その後、超音波周波数が60、80、120、140、160、及び170kHzを付加する以外は上記と同様にインナーリードボンディングを行い、同構造のパッケージを作製した。これらのパッケージに対してインナーリードボンディング部の接合強度、及びボンディングダメージの発生頻度を調査した。
【００３８】
ここでインナーリードボンディング部の接合強度評価方法を述べる。図13に示すように、先ず、サンプルをを45°に傾けて固定し、次にL字型の引張試験用プローブ先端をインナーリード中心部に引っかけ、鉛直方向に引張る。そしてリード破断までの最大荷重を測定し、接合強度とした。
【００３９】
図14は超音波周波数60kHz、100kHz、及び170kHz時のインナーリードボンディング部の接合強度を示したもので、ボンディングツール先端の振動振幅に対する接合強度の変化を示した。ボンディングツール先端部の振動振幅はレーザドップラー振動計を用いた。この振動計はレーザ光を測定箇所に照射し、反射波のドップラー効果から照射箇所の振動の速度成分を測定する装置である。出力される速度成分は電圧波形としてオッシロスコープに出力される。そのピーク値から振動振幅を算出する。なお、レーザドップラー振動計の測定スポット径は35μm（ワークディスタンス=20mmの場合）である。
【００４０】
図14によると60kHzに比べ100kHzで1.0μm以上、170kHzで0.4μm以上と周波数が高くなる程、より小さい振幅で接合できることが確認できる。更に、図１４よりその振幅は100kHzで１μm以上、150kHzで0.5μm以上、200kHzで0.2μm以上、好ましくは100kHzで１〜1.5μm、150kHzで0.5〜1.0μm及び200kHzで0.2〜0.6μmである横方向の前記超音波振動により前記金属配線と電極との接続界面に前記金属配線を構成する金属と前記電極を構成する金属との金属間化合物を形成するものである。
【００４１】
図15はボンディングダメージの発生頻度を超音波周波数に対して示したものである。図15によれば周波数が100kHzより低いとボンディングダメージの発生が認められる。しかし超音波周波数を100kHz以上とするとダメージ発生頻度を完全に抑えることができることが確認できる。ボンディングダメージの発生しないインナーリードボンディングには、100kHz以上の超音波周波数を加えればよい。
【００４２】
リードの変形が進んでいく際、リードが電極パッドに対して摩擦摺動するため、電極パッドの新生面（表面の酸化膜や有機物等の汚染被膜が全て取り除かれた清浄な面）が露出する。この電極パッド新生面と金（リード表面のめっき膜）とが接触すると、接触部界面には直ちに金属間化合物が形成される。軟らかいリードは超音波振動に対して塑性変形し易いため、従来の硬いリードよりも電極パッドの新生面の露出量が多くなる。また、変形し易いため超音波振動の衝撃を吸収でき、下地の半導体チップに与えるボンディングダメージの影響が少ないものと考えられる。さらに高い超音波周波数は小さい振幅で接合できるため、ボンディングダメージ発生抑止の効果が高いと考えられる。このため極めて信頼性の高いインナーリードボンディングが達成できる。
【００４３】
（実施例4）
ポリイミドからなるテープ上にビッカース硬さ80の銅箔で配線パターン（インナーリードも含む）を形成した後、0.1μmの金めっきを施したテープ基板を用意した。この後、このテープ基板上に接着能力をもつ応力緩衝層を形成し、応力緩衝層と半導体チップを張り付け、接着した。この貼り付け工程でテープ基板側のインナーリードは半導体チップの電極パッド上に配置されるようになっている。次に、インナーリードボンディングによりテープ基板上のインナーリードと半導体チップ上の電極パッドを電気的導通がとれるように接合した。インナーリードボンディングは超音波周波数を170kHzとする他は実施例1と同様の方法により行った。このパッケージに対してインナーリードボンディング部の接合強度、化合物形成面積率、及びボンディングダメージの発生頻度を調査した。
【００４４】
図16は接合強度、化合物形成面積率、ボンディングダメージ発生頻度をそれぞれ調査した結果を示したものである。同時に調査した従来パッケージにおける接合強度、化合物形成面積率、及びボンディングダメージ発生頻度をそれぞれ10として比較表示した。図16によれば、金めっきの厚さを従来の1.5μmから0.1μmと1/10以上薄くしても、接合強度は10％、化合物形成面積率は50％それぞれアップしていることが確認でき、良好に接合できていることが判る。さらにボンディングダメージは全く発生していない。
【００４５】
本実施例によれば、ボンディングダメージの発生は全く無く、かつ良好な接合が達成できるためインナーリードボンディング部の接合信頼性向上による大幅な生産歩留り向上が実現できる。さらにインナーリード表面に施す金めっき膜の厚さを従来よりも1/10程度薄くしているため、半導体パッケージの大幅な低コスト化も実現できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体パッケージ構造は、絶縁テープ基板に形成した配線に施す金めっきの厚さを0.01〜0.5μmにすることが出来、それによってパッケージ製造において大幅な生産工程の短縮が図られ、更に絶縁テープ基板に形成した金属配線と半導体チップに形成した電極パッドとの接続における金属配線のコア材をビッカース硬さで60〜100としたことによって接続用配線と電極パッドとの接続部の信頼性が向上し、大幅な歩留り向上が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体パッケージの斜視図。
【図２】図1の側面図。
【図３】インナーリードのボンディング法を示す斜視図。
【図４】金めっき膜の厚さと接合強度との関係を示した線図。
【図５】接合部界面の金属間化合物形成状態を示した図。
【図６】接合部界面に形成した金属間化合物の化合物形成面積率と金めっき膜の厚さとの関係を示した線図。
【図７】化合物形成面積率を算出法を示した図。
【図８】超音波周波数を100及び170kHzとしたときの金めっき膜厚と接合強度との関係を示した線図。
【図９】超音波周波数を100及び170kHzとしたときの接合部界面の金属間化合物形成状態を示した図。
【図１０】接合部界面に形成した金属間化合物の化合物形成面積率と金めっき膜厚さとの関係を示した線図。
【図１１】インナーリードのコア銅の硬さとボンディングダメージの発生頻度との関係を示した線図。
【図１２】従来の電解銅箔を用いたインナーリードの断面組織と、本発明の半導体パッケージの銅製インナーリードの断面組織をそれぞれ示した図。
【図１３】接合強度の評価方法を示した断面図。
【図１４】超音波周波数を60、100及び170kHzとした時の接合強度と振幅との関係を示した線図。
【図１５】ボンディングダメージの発生率と超音波周波数との関係を示した線図。
【図１６】接合強度、化合物形成面積率、ボンディングダメージ発生頻度をそれぞれ調査した結果を示した図。
【図１７】従来例のインナーリードのボンディング法を示す斜視図。
【図１８】電極パッドとインナーリードの接合部界面に形成した金属間化合物形成状態それぞれ調査した結果を示した図。
【図１９】ボンディングダメージが発生したときの図。
【符号の説明】
１…半導体チップ、２…電極パッド、３…保護膜、４…応力緩衝層、５…インナーリード、６…ソルダボール、７…テープ基板、８…封止材、９…インナーリードボンディング部、１０…バンプランド、１１…半導体チップ、１２…電極パッド、１３…保護膜、１４…インナーリード、１５…ボンディングツール、１６…ホーン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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