DE69213522T2

DE69213522T2 - Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter und Werkzeug zum Verbinden

Info

Publication number: DE69213522T2
Application number: DE69213522T
Authority: DE
Inventors: Hideki Kaneko; Yasuhiro Otsuka
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: JP2697411B2; EP0506112A1; US5288006A; KR100220109B1; JPH04355940A; EP0506112B1; DE69213522D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungsverfahren eines inneren Leiters eines TAB-(tape automated bonding)Bandträgers, der für die Montage eines Halbleiterelements verwendet wird, und eine seiner Elektroden, und auch auf ein Werkzeug für die Verbindungsverfahren
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Verbindungsverfahren eines inneren Leiters 13 eines Bandträgers mit einem Verbindungskontaktflecken 12 für ein Haibleiterelement 15. Bei diesem Verfahren wird entweder auf dem Ende des inneren Leiters 13 oder auf dem Verbindungskontaktflecken 12 ein erhöhter Kontaktflecken 20 ausgebildet, und die beiden Teilstücke werden über den erhöhten Verbindungskontaktflecken 20 miteinander verbunden. Die Verbindung wird mit einem Verbindungswerkzeug 21 wie in Fig. 2A oder 2B gezeigt, durchgeführt. Das Verbindungswerkzeug 21 hat eine flache freie Endoberfläche, die im allgemeinen größer als die Breite des inneren Leiters und fast genauso groß wie der Verbindungskontaktflecken 12 ist. Fig. 2A zeigt ein typisches Verbindungswerkzeug 21a mit einer flachen freien Endoberfläche, und Fig. 2B zeigt ein weiteres typisches Verbindungswerkzeug 21b mit einer flachen freien Endoberfläche und einem schmalen erhöhten Kreuz.
Bei den herkömmlichen Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter ist aus den folgenden zwei Hauptgründen ein erhöhter Kontaktflecken nötig. Erstens sind die Seiten des Kontaktfleckens 12 des Halbleiterelements mit einem Passivierungsfilm 14 bedeckt, der wie in Fig. 3A gezeigt, gegenüber der Oberfläche des Verbindungskontaktfleckens 12 erhöht ist. Daher ist es sehr schwierig mit dem herkömmlichen Verbindungskontaktflecken den inneren Leiter 13 in direktem Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12 zu bringen. Obwohl der innere Leiter 13 in seiner orthogonalen Richtung (nicht gezeigt) nicht in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 gehalten wird, da die Fensteröffnung des Passivierungsfilms 14, die durch die Elektrodenoberfläche 12 erhöht ist, im allgemeinen größer als die Breite des inneren Leiters ist, wird der innere Leiter 13 in seiner longitudinalen Richtung in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 gebracht, wie in Fig. 3A gezeigt ist. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig mit dem herkömmlichen Verbindungswerkzeug 21, das eine Endoberfläche hat, die gleichgroß wie der Verbindungskontaktflecken ist, den inneren Leiter 13 in Kontakt mit der Oberfläche 12 des Kontaktfleckens zu bringen. Aus diesem Grunde ist es nötig, entweder besondere Verbindungskontaktflecken 12 oder besondere innere Leiter 13 mit Vorsprüngen oder erhöhten Kontaktflecken 20 bereitzustellen.
Der zweite Grund ist, daß selbst wenn der Kontakt des Leiters 13 mit der Oberfläche 12 des Verbindungskontaktfleckens wie in Fig. 3B gezeigt, erreicht werden konnte, das Verfahren den inneren Leiter 13 mit dem Kontaktflecken 12 direkt zu verbinden während dem Verbindungsvorgang leicht Brüche oder Beschädigungen in der Kontaktfleckenstruktur verursacht. Der innere Leiter 13 besteht im allgemeinen aus einem Kupferdraht, der von einer Goldoder Zinnschicht umgeben ist. Im Vergleich zu Gold, das als Material für den erhöhten Kontaktflecken verwendet wird, ist Kupfer hart und weniger verformbar. Wenn daher eine Verbindungskraft angelegt wird, wird in der Umgebung des Kontaktbereiches zwischen dem inneren Leiter 13 und der Kontaktfleckenoberfläche wie in Fig. 3C gezeigt, übermäßige Spannungskonzentration verursacht. Wenn in diesem Stadium Ultraschallvibrationen 18 auf das Ver bindungswerkzeug 21 ausgeübt werden, wird in der Umgebung der Seite des inneren Leiters 13, wo übermäßige Spannungskonzentration auftritt, leicht die Kontaktfleckenstruktur beschädigt.
Aus diesem Grunde wird die Verbindung üblicherweise mit einer wie in Fig. 1 gezeigten Kontaktfleckenerhöhung 20 hergestellt, und so eine Verbindung mit hinreichender Stärke ohne irgendwelche Beschädigungen in der Elektrode oder der Kontaktfleckenstruktur 12 erzielt. Das kommt daher, daß der weiche erhöhte Kontaktflecken 20 verformt wird, bevor der angewandte Druck einen Wert erreicht, der groß genug ist, einen Bruch in der Kontaktfleckenstruktur 12 herbeizuführen.
Der erhöhte Kontaktflecken kann auf vielfältige Art und Weise auf den Kontaktflecken für ein Halbleiterelement ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein Vorsprung oder eine Kontaktfleckenerhöhung direkt auf dem Kontaktflecken ausgebildet werden, indem Galvanisierungstechniken verwendet werden, wie in ISHM'87 Proceedings", 1987, Seiten 449-456 oder "ISHM'88 Proceedings", 1988, Seiten 117-124 beschrieben ist, oder indem ein Schwarzanhebungsverfahren unter Verwendung von Fotogravierungstechniken verwendet wird, wobei der innere Leiter halb geätzt wird, während ein erhöhter Kontaktfleckenbereich maskiert wird, wodurch ein erhöhter Bereich oder Kontaktfleckenbereich mit einer Höhe von 30 bis 40 µ ausgebildet wird, wie in "1991 Japan IBMT Symposium", WB2-02, 1991, Seiten 81-84 offenbart ist, oder indem ein Kontaktfleckentransferverfahren angewendet wird, bei dem ein erhöhter Kontaktflecken auf einem Glassubstrat ausgebildet wird, und dann auf den Kontaktflecken übertragen wird, wie in "INC 1988 Proceedings", 1988, Seiten 440-443 offenbart ist.
Bei einem weiteren in Fig. 4 gezeigten herkömmlichen Verfahren wird ein innerer Leiter 13 direkt ohne die Ausbildung irgendwelcher Kontaktfleckenerhöhungen, aber mit einem Wärmeultraschallkontakierungsverfahren wie mit Drahtbonden mit einem Kontaktflecken eines Halbleiters 12 verbunden, wie in der US-Patentschrift 4 842 662 beschrieben ist. Das Verfahren, den inneren Leiter direkt mit dem Kontaktflecken eines Halbleiterelements zu verbinden, ohne die Ausbildung von jeglicher Kontaktfleckenerhöhungen wird im folgenden als direktes Verbindungsverfahren bezeichnet. In dem direkten Verbindungsverfahren, das in dem US-Patent 4 842 662 offenbart ist, wird die Verbindung mit einem Verbindungswerkzeug erreicht, das eine Endoberfläche hat, die größer ist als die Breite des inneren Leiters, und in dem Ultraschallvibrationen in longitudinaler Richtung ausgeübt werden. Außerdem ist die Passivierungsfilmöffnung über dem Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements 12 größer als die Breite des inneren Leiters 13.
Wie oben gezeigt, ist es bei herkömmlichen Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter im allgemeinen nötig, auf dem Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements oder auf dem inneren Leiter eine Kontaktfleckenerhöhung auszubilden. Die Ausbildung der Kontaktfleckenerhöhung benötigt normalerweise komplizierte Galvanisierungsver fahren oder ähnliche Verfahren, ebenso wie teure Ausstattungen. Außerdem ist es schwierig, eine Erzeugungsrate von 100 % zu erzielen. Außerdem treten bei den Verfahren zur Ausbildung der Kontaktfleckenerhöhungen leicht Beschädigungen an teuren Halbleiterelementen oder teuren TAB-Bändern auf. Aus den vorstehenden Gründen führt das herkömmliche Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter, das die Bildung einer Kontaktfleckenerhöhung benötigt, zu hohen Herstellungskosten.
Außerdem führen die anderen herkömmlichen direkten Verbindungsverfahren, die ein Werkzeug zum Verbinden verwenden, dessen Kopf am Ende größer ist als die Breite des inneren Leiters, leicht dazu, Brüche in der Kontaktfleckenstruktur hervorzurufen, so wie Passivierungsbrüche und Brüche des Substrats unter den Verbindungskontaktflecken. Dies liegt an dem folgenden Grund. In Fig. 3C ist Pmin als der Wert des minimalen Drucks definiert, mit dem die direkte Verbindung eines inneren Leiters mit einem Verbindungskontaktflecken erzielt werden kann, und Pmax als der maximale Druckwert auf den Verbindungsbereich definiert, der keinen Bruch in der Kontaktfleckenstruktur verursachen würde, aber einen inneren Leiter direkt mit einem Verbindungskontaktflecken verbinden kann. Um Brüche oder ähnliche Beschädigungen der Kontaktfleckenstruktur 12 zu vermeiden, ist es notwendig eine Verbindungskraft auf das Werkzeug zum Verbinden 21 anzuwenden, so daß der effektive Druck auf den Verbindungsbereich 17 kleiner als Pmax ist. In einem Bereich unterhalb des Druckes von Pmin, wird keine Verbindung erzielt, da der innere Leiter 13 und der Verbindungskontaktflecken 12 untereinander in schwachem Kontakt sind. Um die Verbindung zu erzielen und das Auftreten von Brüchen in der Kontaktfleckenstruktur zu vermeiden, ist es notwendig, daß der tatsächliche Druck zwischen dem inneren Leiter und dem Verbindungskontaktflecken kleiner als Pmax ist, und daß gleichfalls der Bereich, der unter einem Druck von kleiner als Pmin steht, so klein wie möglich ist. Um dies zu erreichen, ist es entscheidend, daß die Druckverteilung über dem Verbindungsbereich so gleichförmig wie möglich ist. Bei den herkömmlichen direkten Verbindungsverfahren tritt jedoch Spannungskonzentration in der Umgebung der Seite des inneren Leiters 13 auf, und führt zu Bruchbildung. Um die Bruchbildung zu vermeiden, ist es notwendig, entweder die Verbindungskraft zu reduzieren, oder die auf das Verbindungswerkzeug ausgeübte Ultraschallenergie zu reduzieren. Es ist jedoch schwierig, eine Verbindung mit hinreichender Stärke ohne die Bildung von Brüchen in der Kontaktfleckenstruktur zu erzielen. Außerdem ist es bei den herkömmlichen direkten Verbindungsverfahren schwierig, gute Verbindungseigenschaften zu erzielen, sowie die starke Verbindung aller Verbindungen zu erzielen, in dem Fall, daß ein Halbleiterelement an allen seinen vier Seiten mit Verbindungskontaktflecken ausgebildet ist. Die herkömmlichen Verbindungsverfahren können auf ein Halbleiterelement mit nur wenigen gegenüberliegenden Seiten mit Kontaktflecken angewendet werden, indem Ultraschallvibrationen in ihrer Longitudinalrichtung ausgeübt werden. Ein Werkzeug zum Verbinden ist in US-4 189 825 offenbart. TAB- Verbindungsverfahren sind in WO 90/07191 und in EP-0 326 020 offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter bereitzustelleng das ohne Kontaktfleckenerhöhungsverfahren auskommt, und das eine Kostenreduzierung gestattet, wodurch die oben diskutierten Probleme des Standes der Technik gelöst werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter bereitzustellen, das die Verbindung eines inneren Leiters an ein Halbleiterelement gestattet, das auf allen seinen vier Seiten mit Verbindungskontaktflecken versehen ist, ohne daß dafür die Ausbildung von Kontaktfleckenerhöhungen nötig ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter bereitzustellen, das eine hinreichend starke und hoch zuverlässige Verbindung gestattet, ohne Brüche oder ähnliche Beschädigungen der Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements zu verursachen.
In einer ersten Ausführung der Erfindung ist ein Verbindungsverfahren fur innere TAB-Leiter auf ein Halbleiterelement mittels einem Einpunktverbindungsverfahren bereitgestellt, das daraus besteht, daß ein Verbindungswerkzeug mit einem Ende, das kleiner ist als der Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements in den inneren Leiter gedrückt wird, um in ihm einen Eindruck zu bilden, und das Werkzeug zum Verbinden in den inneren Leiter zu drücken, und dann Ultraschallenergie auf das Verbindungswerkzeug auszuüben.
In einer zweiten Ausführung der Erfindung, die auf der ersten Ausführung der Verbindung basiert, wird eine zweite Verbindungskraft auf das Verbindungswerkzeug ausgeübt, wenn die Ultraschallvibration ausgeübt wird, und die zweite Verbindungskraft ist gegenüber der ersten Verbindungskraft, unter deren Ausübung das Werkzeug zum Verbinden in den inneren Leiter gedrückt wird abgeschwächt.
In einer dritten Ausführung der Erfindung, die auf entweder der ersten oder der zweiten Ausführung der Erfindung basiert, hat das Verbindungswerkzeug ein spitz zulaufendes Ende, das an der Spitze abgerundet ist, und das kleiner ist als die Öffnung eines Passivierungsfilms, durch die ein Verbindungskontaktflecken eines Halbleiterelements freiliegt.
In einer vierten Ausführung der Erfindung, die auf einer der ersten bis dritten Ausführung der Erfindung basiert, hat der innere Leiter, der mit dem Verbindungswerkzeug gedrückt wird, einen Anschlußhöcker, der an seinem Ende ausgebildet ist, um mit dem Verbindungskontaktflecken in Kontakt zu kommen, der in der Öffnung des Passivierungsfilms freiliegt.
In der fünften Ausführung der Erfindung, die auf einer der ersten bis vierten Ausführungen der Erfindung basiert, hat die Öffnung des Passivierungsfilms über der Halbleiterelementelektrode in Richtung der Breite des inneren Leiters eine kleinere Dimension als die Breite des inneren Leiters.
In der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verbindungswerkzeug bereitgestellt, das in dem Verbindungsverfahren der ersten Ausführung der Erfindung zum Verbinden von inneren TAB-Leitern mit einem Verbindungskontaktflecken eines Halbleiterbauelements mit einem Einpunkt-Verbindungsverfahren verwendet wird, wobei das Verbindungswerkzeug ein spitz zulaufendes Ende hat, das abgerundet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Verbindungsverfahrens für innere TAB-Leiter mittels einer Kontaktfleckenerhöhung;
Figuren 2A und 2B sind Seitenansichten von herkömmlichen Verbindungswerkzeugen;
Figuren 3A, 3B und 3C sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Gründe, warum es bei herkömmlichen Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter nötig war, Kontaktfleckenerhöhungen zu bilden;
Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen direkten Verbindungsverfahrens eines inneren Leiters mit einem Verbindungskontaktflecken eines Halbleiterelements ohne die Ausbildung einer Kontaktfleckenerhöhung;
Figuren 5A und 5B zeigen schematisch schrittweise ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verbindung von inneren Leitern;
Figur 6 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Verbindungskraft, die auf das Verbindungswerkzeug ausgeübt wird, und Ultraschallenergie;
Figuren 7A, 7B, 7C, 7D und 7E sind Seitenansichten von Verbindungswerkzeugen;
Figuren 8A und 8B sind schematische Darstellungen, um Verbindungszustände zu erläutern, die mit einem Verbindungswerkzeug mit abgerundetem spitzen Ende, das schmaler ist als die Breite des inneren Leiters und mit einem Verbindungswerkzeug, das ein flaches Ende hat, das schmaler ist als die Breite des inneren Leiters, erzielt werden;
Figuren 9A und 9B sind Schnittansichten eines verbundenen Bereichs, wobei das Ende des inneren Leiters nicht in Kontakt mit dem Passivierungsfilm ist, und wobei das Ende des inneren Leiters in Kontakt mit dem Passivierungsfilm ist;
Figuren 10A und 10B sind Schnittansichten, die den Kontaktzustand eines verbundenen Bereichs zeigen, bei dem die Öffnung des Passivierungsfilms über den Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements größer ist als die Breite des inneren Leiters, und in dem die Öffnung des Passivierungsfilms über dem Verbindungskontaktflecken des Halbleiterbauelements kleiner ist als die Breite des inneren Leiters; und
Figur 11 ist eine Seitenansicht eines TAB-Bandes mit einem ausgebildeten Kontaktflecken, der durch teilweises Ätzen des Endes des inneren Leiters ausgebildet ist, der in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird nun unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter wird ein Verbindungswerkzeug 11a wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, verwendet, das ein Ende hat, das kleiner als ist als die Öffnung eines Passivierungsfilms über einem Verbindungskontaktflecken 12 eines Halbleiterelements 15.
Wie in Fig. SA gezeigt, wird nach der Ausrichtung eines inneren Leiters 13 mit einem Verbindungskontaktflecken 12 eines Halbleiterelements 15 das Verbindungswerkzeug 11a in den inneren Leiter 13 gedrückt, um auf dem inneren Leiter 13 eine Vertiefung oder einen Eindruck 16 zu bilden, was ein Resultat, der Ausbildung des Endes des Verbindungswerkzeuges 11a ist. Das Verbindungswerkzeug 11a wird so in engem Kontakt mit dem inneren Leiter gehalten. In diesem Moment wird auf der gegenuberliegenden Seite des inneren Leiters 13 ein kleiner abgerundeter Vorsprung ausgebildet, und der innere Leiter 13 kann in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Kontaktfleckens 12 gehalten werden. Der innere Leiter 13 wird in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 gehalten, der den Verbindungskontaktflecken 12 wie in Fig. 5A gezeigt, umgibt. Da jedoch ein Verbindungswerkzeug 11a mit einem Ende, das kleiner ist als der freiliegende Verbindungskontaktflecken verwendet wird, kann der innere Leiter 13 in Kontakt mit der Oberfläche des Verbindungskontaktfleckens 12 gehalten werden, ohne daß übermäßige Kräfte erzeugt werden, die eine Beschädigung des Passivierungsfilms 14 verursachen.
Daraufhin wird, während der in Fig. 5A gezeigte Zustand aufrechterhalten wird, Ultraschallenergie 18 wie in Fig. 5B gezeigt, auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt, wodurch der innere Leiter 13 und der Verbindungskontaktflecken 12 miteinander verbunden werden können. Zu dieser Zeit wurde das Halbleiterelement 15 von einer nicht-gezeigten Heizvorrichtung auf eine Temperatur geheizt, die für die Ausbildung einer intermetallischen Schicht nötig ist.
In der ersten Ausführung der Erfindung ist der Boden des inneren Leiters 13 mit einer kleinen runden Erhöhung 19 ausgebildet. So kann anders wie bei den herkömmlichen direkten Verbindungsverfahren derartige übermäßige Spannungskonzentrationen, die zu Brüchen in der Kontaktfleckenstruktur führen, vermieden werden, und die Verbindung mit hinreichender Verbindungsstärke hergestellt werden.
Im folgenden wird die zweite Ausführung der Erfindung beschrieben. Im allgemeinen erhöht sich die Verbindungsstärke mit der Erhöhung der Verbindungskraft. Mit der Erhöhung der Verbindungskraft erhöht sich jedoch auch die Möglichkeit von Bruchbildungen in der Kontaktfleckenstruktur. Das heißt, daß bezüglich der Verbindungskraft eine obere Grenze existieren kann. Die Erhöhung der Verbindungsstärke mit der Erhöhung der Verbindungskraft basiert vermutlich auf dem Folgenden. Die Oberfläche des inneren Leiters, die auf den Boden zugeneigt ist, hat leichte Ungleichmäßigkeiten. Wenn daher die Verbindungslast nicht so groß ist, ist der tatsächliche Kontaktbereich weitaus geringer als der scheinbare Kontaktbereich. Aus diesem Grunde ist die Verbindungsstärke unzureichend. Wo andererseits die Verbindungsstärke hinreichend groß ist, erfahren die feinen Unregelmäßigkeiten auf dem erhöhten Abschnitt der Unterseite des inneren Leiters eine plastische Deformation, und die Oberfläche des erhöhten Abschnitts folgt der Elektrodenoberfläche, wodurch der tatsächliche Kontaktbereich erhöht wird. So wird über einen weiten Bereich eine intermetallische Schicht gebildet. Es wird angenommen, daß dies der Grund ist, warum sich die Verbindungsstärke erhöht.
Demzufolge ist in der zweiten Ausführung der Erfindung, wie in Fig. 6 gezeigt, die zweite Verbindungskraft F&sub2;, die während der Ausübung der Ultraschallvibrationen ausgeübt wird, gegenüber der ersten Verbindungskraft F&sub1;, die ausgeübt wird, wenn das Verbindungswerkzeug in den inneren Leiter gepreßt wird, stark reduziert. Da die reduzierte zweite Verbindungskraft F&sub2; bei der Ausübung der Ultraschallvibrationen nach der Vergrößerung des tatsächlichen Kontaktbereichs zwischen dem erhöhten Abschnitt der Grundfläche des inneren Leiters und der Kontaktflächenoberfläche durch die Anwendung einer hinreichenden ersten Verbindungskraft F&sub1; angewendet wird, ist es möglich, Bruchbildung zu vermeiden und eine Verbindung mit hinreichender Verbindungsstärke zu erreichen. Im allgemeinen kann beim Reduzieren der zweiten Verbindungskraft F&sub2; während der Ausübung der Ultraschallvibrationen leicht Schlupf zwischen dem Verbindungswerkzeug und dem inneren Leiter auftreten, wodurch die Verbindungsstärke beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäß kann jedoch das Ende des Verbindungswerkzeugs in nahen Kontakt mit der in dem inneren Leiter gebildeten Vertiefüng gebracht werden, wenn die erste Verbindungskraft F&sub1; ausgeübt wird. Daher kann eine Verbindung mit hinreichender Verbindungsstärke erzielt werden, selbst wenn die zweite Verbindungskraft F&sub2; während der Ausübung der Ultraschallvibrationen reduziert ist, wie durch Experimente bestätigt ist.
Nachfolgend wird die dritte Ausführung der Erfindung beschrieben. Wie empirisch bestätigt ist, kann durch die Verwendung eines Verbindungswerkzeuges 11a mit einem spitz zulaufendem abgerundeten Ende, wie in Fig. 7A bis 7D gezeigt ist, eine Verbindung mit größerer Stärke und daher mit größerer Zuverlässigkeit erzielt werden, als vergleichsweise in dem Fall der Verwendung eines Verbindungswerkzeuges ile, das ein wie in Fig. 7E gezeigtes flaches Ende hat.
Der Grund dafür ist nicht klar. Es wird jedoch angenommen, daß das Verbindungswerkzeug mit dem spitz zulaufenden abgerundeten Ende, wie in Fig. 8A gezeigt ist, eine höhere Gleichförmigkeit der Druckverteilung über die Verbindungsstelle im Vergleich zu dem Fall erzielbar ist, indem das Verbindungswerkzeug ein flaches Ende hat, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Es ist empirisch bestätigt, daß eine Verbindung mit einer für die Praxis hinreichenden Verbindungsstärke selbst mit der Verwendung eines Verbindungswerkzeuges mit flachem Ende, wie in Fig. 7E gezeigt ist, erzielbar ist.
Es ist empirisch bestätigt, daß bei der ersten bis dritten Ausführung der Erfindung die Verbindungsstärke erhöht werden kann, indem der innere Leiter so angeordnet wird, daß sein Ende in Kontakt mit der Passivierung ist, die den Verbindungskontaktflecken für das Halbleiterelement umgibt. Fig. 9A und 9B sind Schnittdarstellungen der Verbindungsumgebungen für die Fälle, in denen das Ende des inneren Leiters 13 nicht in Kontakt bzw. in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 ist, der den Verbindungskontaktflecken umgibt. In dem Fall, in dem das Ende des inneren Leiters nicht in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 ist, wie in Fig. 9A gezeigt ist, ist das Ende des inneren Leiters 22 in Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12. Wenn in diesem Zustand Ultraschallvibrationen 18 in longitudinaler Richtung zur Dichtung des inneren Leiters auf den inneren Leiter 13 ausgeübt wird, wird in der Umgebung des Endes 22 des inneren Leiters Spannungskonzentration erzeugt, und die Kontaktfleckenstruktur 12 ist anfällig für Bruchbildung.
Um die Bruchbildung zu verhindern, ist es daher notwendig, entweder die Verbindungskraft F oder die Ausgangsleistung der Ultraschallenergie. zu reduzieren. Wenn so verfahren wird, wird jedoch die Verbindungsstärke reduziert. Wenn andererseits das Ende des inneren Leiters 22 in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 ist, ist das Ende des inneren Leiters 22 wie in Fig. 9B gezeigt, nicht in Kontakt mit der Oberfläche des Verbindungskontaktfleckens, und nur der erhöhte Abschnitt 19, der auf der unteren Oberfläche des inneren Leiters ausgebildet ist, ist in Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12. In diesem Fall ist es möglich, eine übermäßige Spannungskonzentration in der Verbindungsumgebung 17 zu verhindern und eine Verbindung mit einer hinreichenden Verbindungsstärke zu erzielen.
Nachfolgend wird die fünfte Ausführung der Erfindung beschrieben. Wie empirisch bestätigt ist, kann bei der Verbindung eines inneren Leiters mit longitudinaler Ausbildung orthogonal zur Richtung der ausgeübten Ultraschallvibrationen die Verbindungsstärke erhöht werden, indem die Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken für das Halbleiterelement kleiner als die Breite des inneren Leiters ausgebildet ist. Figuren 10A und 10B sind Schnittansichten, die Verbindungszustände zeigen, die in dem Fall einer größeren bzw. kleineren Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken 12 verglichen mit der Breite des inneren Leiters 13 erzielt werden. In dem Fall, in dem die Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken 12 größer als die Breite des inneren Leiters 13 ist, wie in Fig. 10A gezeigt ist, ist die Seite 23 des inneren Leiters in Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12.
Wenn in diesem Fall Ultraschallvibrationen 18 orthogonal zur Richtung des longitudinalen inneren Leiters 13 ausgeübt werden, wird am Ende 23 des inneren Leiters Spannungskonzentrationen erzeugt, und die Kontaktfleckenstruktur 12 ist anfällig für Bruchbildung.
Um Bruchbildung zu verhindern, ist es entweder nötig, die Verbindungskraft F oder die Ultraschallenergie 18 zu reduzieren. Indem so verfahren wird, kann die Verbindungsstärke reduziert werden. Wenn der freiliegende Verbindungskontaktflecken 12 kleiner als die Breite des inneren Leiters 13 ist, ist das Ende 23 des inneren Leiters nicht in Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12, und nur der erhöhte Abschnitt 19, der auf der unteren Oberfläche des inneren Leiters ausgebildet ist, ist in Kontakt mit dem Verbindungskontaktflecken 12, wie in Fig. 10B gezeigt ist. So ist es möglich, die Bildung von übermäßiger Spannungskonzentration zu verhindern. Demzufolge kann eine Verbindung ohne Bildung von Beschädigungen in der Kontaktfleckenstruktur mit hinreichender Verbindungsstärke erzielt werden. Außerdem ist bei gleicher Größe des Verbindungskontaktfleckens 12, je kleiner die Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken 12 ist, desto kleiner ist die freiliegende Oberfläche des Verbindungskontaktfleckens, wodurch der Schutz der Verbindungsstelle gegenüber der Umgebung erhöht wird, und eine zuverlässigere Verbindungsstelle gewährleistet ist.
Nachstehend wird die sechste Ausführung der Erfindung beschrieben. Im Fall der Verbindung eines inneren TAB- Leiters mit erhöhtem Kontaktflecken mit einem Verbindungswerkzeug, das ein spitz zulaufendes abgerundetes Ende hat, wird eine gleichförmige Druckverteilung über der Verbindungsstelle erreicht, so daß die Möglichkeit von Bruchbildung in der Kontaktfleckenstruktur herabgesetzt ist, und eine stabile Verbindung mit hinreichender Verbindungsstärke realisiert wird.
Nachfolgend werden unter Verweis auf die Zeichnungen Beispiele der Erfindung detailliert beschrieben.
Figuren 5A und 5B sind schematische Darstellungen, die die Schritte eines erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens für einen inneren Leiter darstellen, Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung der auf das Verbindungswerkzeug ausgeübten Verbindungskraft und Ultraschallenergie in Abhängigkeit der Zeit, und Fig. 7A bis 7E zeigen Umrisse von Verbindungswerkzeugen, die in Beispielen der Erfindung beim Verbinden von inneren TAB-Leitern verwendet werden.
Das erste Beispiel wird nachfolgend beschrieben. Das für die Verbindung verwendete TAB-Band wurde hergestellt, sodaß ein innerer Kupferleiter mit 100 µm Breite und 35 µm Dicke mit einer 0,6 µm Goldschicht versehen wurde. Das Halbleiterelement wurde mit Verbindungskontaktflecken versehen, die entlang zweier gegenüberliegender Seiten ausgebildet wurden. Das verwendete Verbindungswerkzeug hatte einen konischen Endabschnitt mit einem abgerundeten Ende, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Nachdem der Verbindungskontaktflecken 12 für das Halbleiterelement 15 und der innere Leiter 13 bezüglich einander ausgerichtet wurden, wie in Fig. 5A dargestellt ist, wurde das Verbindungswerkzeug 11a gegen den inneren Leiter 13 gepreßt, indem eine erste Verbindungskraft von F&sub1; = 60 gf auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt wurde. Dann wurden unter einer ausgeübten Last, die auf F&sub2; = 60 gf gehalten wurde, wie in Fig. 5B gezeigt, Ultraschallvibrationen 18 auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt, wodurch die Verbindung des inneren Leiters 13 und des Verbindungskontaktfleckens 12 hergestellt wurde. Die Ultraschallvibrationen 18 wurden in paralleler Richtung zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ausgeübt, und die Verbindung wurde mit dem Ende des inneren Leiters 13 in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 hergestellt. Während der Verbindung wurde das Halbleiterelement 15 von einer nicht gezeigten Heizvorrichtung auf 280ºC geheizt.
Der vorstehende Ablauf wurde für alle inneren Leiter 13 durchgeführt, und daraufhin wurden Messungen der Verbindungsstärke und Prüfungen auf Brüche in der Kontaktfleckenstruktur 12 durchgeführt. Die Zugstärke war 25 gf oder stärker, was eine hinreichende Verbindungsstärke anzeigt. Die Kontaktfleckenstruktur 12 war frei von Brüchen.
Nachfolgend wird ein zweites Beispiel beschrieben. In diesem Fall wurde die Verbindung mit einem Verfahren hergestellt, bei dem die zweite Verbindungskraft F&sub2; während der Ausübung der Ultraschallvibrationen im Vergleich zu F&sub1; reduziert war, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Das verwendete Verbindungswerkzeug hatte wie beim ersten Beispiel einen konischen Endabschnitt mit einem abgerundeten Ende wie in Fig. 7A dargestellt ist. Das TAB-Band und das Halbleiterelement waren auch die gleichen wie beim ersten Beispiel. Zuerst wurde wie in Fig. 5A gezeigt, das Verbindungswerkzeug 11a gegen den inneren Leiter 13 gepreßt, indem die erste Verbindungskraft von F&sub1; 100 gf auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt wurde. Dann wurde wie in Fig. 5B gezeigt, der innere Leiter 13 und der Verbindungskontaktflecken 12 miteinander verbunden, indem Ultraschallvibrationen 18 auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt wurden, während die zweite Verbindungskraft, die auf das Verbindungswerkzeug 11a ausgeübt wurde, auf F&sub2; = 40 gf reduziert wurde. Wie bei dem ersten Beispiel wurden die Ultraschallvibrationen 18 parallel zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ausgeübt. Die Verbindung wurde mit dem Ende des inneren Leiters 13 in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 hergestellt. Während dem Verbinden wurde das Halbleiterelement 15 auf 280ºC geheizt.
Der vorstehende Ablauf wurde für alle inneren Leiter 13 durchgeführt, und Messungen der Verbindungsstärke und Prüfungen auf Brüche in der Verbindungsstruktur 12 wurden durchgeführt. Die Zugstärke war 45 gf, was über dem Wert im ersten Beispiel liegt. Die Kontaktfleckenstruktur war frei von Brüchen.
Nachfolgend wird ein drittes Beispiel beschrieben. In diesem Fall wurde der innere Leiter 13 und der Kontaktflecken 12 mit einem Verbindungswerkzeug 11e, das ein wie in Fig. 7E gezeigtes flaches Ende hat, und mit einer Verbindungslastabfolge ähnlich der in dem zweiten Beispiel, miteinander verbunden. Das TAB-Band und das Halbleiterelement waren ähnlich den betreffenden im ersten Beispiel. Mit dem Verbindungswerkzeug mit dem flachen Ende wurden unter Verbindungsbedingungen wie beim zweiten Beispiel leichte Brüche in Teilen des Verbindungskontaktfleckens 12 erzeugt. Dann wurde die Verbindungskraft F&sub1; und F&sub2;, die auf das Verbindungswerkzeug 11e ausgeübt wird und die Ultraschallenergie gegenüber dem zweiten Beispiel reduzierte Werte gebracht. Insbesondere wurde das Verbindungswerkzeug ile auf den inneren Leiter 13 gedrückt, indem die erste Verbindungskraft 13 von F&sub1; = 70 gf auf das Verbindungswerkzeug he ausgeübt wurde, und dann wurde Ultraschallvibrationen auf das Verbindungswerkzeug ile ausgeübt, während die Last auf das Werkzeug 11e auf F&sub2; = 30 gf reduziert wurde. Die Ultraschallvibrationen 18 wurden wie beim ersten und zweiten Beispiel in paralleler Richtung zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ausgeübt. Die Verbindung wurde mit dem Ende des inneren Leiters 13 in Kontakt mit dem Passivierungsfilm 14 durchgeführt. Während der Verbindung wurde das Halbleiterelement 15 auf 280ºC geheizt.
Der vorstehende Ablauf wurde für alle inneren Leiter 13 durchgeführt und dann wurden Messungen der Verbindungsstärke und Prüfung auf Brüche in der Kontaktfleckenstruktur 12 durchgeführt. Die Verbindungsstärke war im Vergleich zu der im zweiten Beispiel reduziert. Die mittlere Zugkraft war jedoch 20 gf, eine in der Praxis hinreichende Verbindungsstärke. Außerdem gab es keine Brüche in der Kontaktfleckenstruktur 12.
Nachfolgend wird das vierte Beispiel beschrieben. In diesem Fall wurde die Verbindung hergestellt, wobei das Ende 22 des inneren Leiters nicht in Kontakt mit dem den Verbindungskontaktflecken 12 umgebenden Passivierungsfilm 14 war, wie in Fig. 9A gezeigt ist. Die anderen Bedingungen waren diegleichen wie beim zweiten Beispiel. Die Zugstärke war 30 gf, was gegenüber dem Fall des zweiten Beispiels, bei dem das Ende des inneren Leiters 22 in Kontakt mit dem den Verbindungskontaktflecken 12 umgebenden Passivierungsfilm 14 war, eine leichte Reduktion darstellte.
Nachfolgend wird das fünfte Beispiel beschrieben. In diesem Fall wurden innere Leiter mit Verbindungskontaktflecken, die entlang allen vier Seiten eines Halbleiterelements ausgebildet waren, verbunden. Fig. 9B zeigt einen Schnitt der Verbindungsstelle und ihrer Umgebung in dem Fall, in dem die Richtung der Ultraschallvibration 18 parallel zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters ist, und Fig. 10A und 10B zeigen Schnitte der Verbindungsstelle und ihrer Umgebung für den Fall, in dem die Richtung der Ultraschallvibration 18 normal zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ist. In dem Fall von Fig. 10A ist die Dimension der Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken in Richtung der Breite des inneren Leiters 23 120 µm und größer als die Breite des inneren Leiters. In dem Fall von Fig. 10B ist die Dimension der Öffnung 80 µm und kleiner als die Breite des inneren Leiters 13. Die Verbindung wurde unter denselben Bedingungen wie im zweiten Beispiel durchgeführt. Bei der Öffnung von 80 µm über dem Verbindungskontaktflecken 12 war die Verbindungsstärke in der Verbindungsstelle bei der die Ultraschallvibrationen 18 in Richtung parallel zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ausgeübt wurden, 45 gf oder größer, und die Verbindungsstärke war 40 gf oder größer bei der Verbindungsstelle, bei der Ultraschallvibrationen normal zur longitudinalen Dichtung des inneren Leiters 13 ausgeübt wurden. Bei der Öffnung über dem Verbindungskontaktflecken 12 von 120 µm, die größer ist als die Breite des inneren Leiters 18, war die Zugkraft 45 gf oder größer, genauso wie bei dem Fall der Öffnung von 80 µm, bei der Verbindungsstelle, bei der Ultraschallvibrationen parallel zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters ausgeübt wurden. Bei der Verbindungsstelle, bei der die Ultraschallvibrationen normal zur longitudinalen Richtung des inneren Leiters 13 ausgeübt wurden, war die Zugkraft jedoch stark reduziert, und betrug ungefähr 20 gf, vergleichsweise wie bei dem Fall der Öffnungsgröße von 80 µm.
Nachfolgend wird ein sechstes Beispiel beschrieben. In diesem Fall wurde die Verbindung mit einem TAB-Band mit einem erhöhten Kontaktflecken durchgeführt, d.h., mit einem inneren Leiter 13, wie in Fig. 11 dargestellt ist, der an seinem Ende halbgeätzte Abschnitte hat, um erhöhte Kontaktflecken 20 zu bilden. Die Verbindung wurde mit einem konischen Verbindungswerkzeug 11a mit einem abgerundeten Ende wie in Fig. 7A dargestellt durchgeführt. Der innere Leiter 13 und der Verbindungskontaktflecken 12 wurden unter denselben Bedingungen wie beim zweiten Beispiel miteinander verbunden. Die mittlere Zugkraft war 35 gf und hinreichend hoch. Die Kontaktfleckenstruktur 12 war frei von Brüchen. Die Zugkraft war verglichen mit dem zweiten Beispiel leicht reduziert, da die Bruchstärke des inneren Leiters 13 durch das Halbätzen seiner Enden reduziert war. In dieser Ausführung wurde die Verbindung durchgeführt, indem ein Verbindungswerkzeug mit einem kleineren Ende als die Breite des inneren Leiters verwendet wurde. Es wurde jedoch bestätigt, daß die gleichen Effekte erzielt werden können, indem ein Verbindungswerkzeug mit einem Ende verwendet wird, das größer ist als die Breite des inneren Leiters und das abgerundet ist.
Bei dem vorstehenden sechsten Beispiel ist am Ende des inneren Leiters ein erhöhter Kontaktflecken durch Halbätzung ausgebildet. Es wurde jedoch bestätigt, daß die gleichen Effekte durch einen erhöhten Kontaktflecken aus Gold auf dem Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements oder auf dem Ende des inneren Leiters erzielt werden können.
Bei dem vorstehenden ersten bis fünften Beispiel wurde ein konisches Verbindungswerkzeug mit einem abgerundeten Ende verwendet, wie in Fig. 7A dargestellt ist. Es wurde jedoch bestätigt, daß dieselben Effekte mit einem Verbindungswerkzeug erzielt werden können, das ein rundes Ende mit einer Größe hat, die geeignet ist, auf der unteren Oberfläche des inneren Leiters mit der ersten Verbindungskraft F&sub1; einen erhöhten Abschnitt auszubilden, und der erhöhte Abschnitt in Kontakt mit der Verbindungskontaktflächenoberfläche ist. Beispielsweise kann ein pyramidisches Verbindungswerkzeug 11b mit einem abgerundeten Ende wie in Fig. 7B gezeigt, oder ein stabförmiges Verbindungswerkzeug 11c mit einem abgerundeten Ende, wie in Fig. 7C gezeigt, oder ein Verbindungswerkzeug 11d mit einem abgerundeten Ende mit einem kleinen vorspringenden Kreuz, wie in Fig. 7D gezeigt, verwendet werden.
Da in dem sechsten Beispiel ein konisches Verbindungswerkzeug mit einem abgerundeten Ende wie in Fig. 7A gezeigt ist, verwendet wurde, wurde außerdem bestätigt, daß die gleichen Effekte mit Verbindungswerkzeugen erzielt werden können, die ein abgerundetes Ende aufweisen, beispielsweise mit dem pyramidischen Verbindungswerkzeug 11b, das ein abgerundetes Ende hat, wie in Fig. 7B gezeigt ist, oder mit dem stabähnlichen Verbindungswerkzeug 11c, das ein abgerundetes Ende hat, wie in Fig. 7C gezeigt ist, oder mit dem Verbindungswerkzeug 11d, das ein abgerundetes Ende mit einem leichten kreuzförmigen Vorsprung hat wie in Fig. 7D gezeigt ist.
In der vorstehenden Beschreibung wurde gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren für innere TAB- Leiter kein Verfahren für die Ausbildung eines erhöhten Kontaktflecken benötigt, und verglichen mit den herkömmlichen Methoden eine starke Reduzierung der Herstellungskosten gestattet. Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren die Verbindung von inneren Leitern an ein Halbleiterelement mit Verbindungskontaktflecken auf allen seinen vier Seiten ohne die Ausbildung von erhöhten Kontaktflecken. Außerdem ist es möglich, den Verbindungskontaktflecken des Halbleiterelements und den inneren Leiter ohne Brüche oder anderer Beschädigung der Kontaktfleckenstruktur und mit hinreichender mechanischer Festigkeit miteinander zu verbinden.

Claims

1. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) auf ein Halbleiterelement (15), mittels einem Ein-Punkt- Verbindungsverfahren, bestehend aus:

Zusammendrücken des inneren Leiters (13) und des Kontaktflecken (12) des Halbleiterelements durch Druck eines Werkzeugs zum Verbinden (11a), dessen Ende schmäler ist als der Kontaktflecken (12), mit einer Verbindungskraft auf den inneren Leiter (13) und anschließender Ausübung von Ultraschallvibrationen auf das Verbindungswerkzeug (11a),

die Verbindungskraft groß genug ist, um einen Eindruck (16) in den inneren Leiter (13) zu bilden, und das Werkzeug zum Verbinden (11a) in den inneren Leiter (13) zu drücken.

2. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1, in dem eine andere Verbindungskraft auf das Werkzeug zum Verbinden (11a) ausgeübt wird, wenn die Ultraschallvibration ausgeübt wird, und diese Verbindungskraft gegenüber der Verbindungskraft abgeschwächt ist, unter deren Ausübung das Werkzeug zum Verbinden (11a) in den inneren Leiter (13) gedrückt wird.

3. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1, in dem das Werkzeug zum Verbinden (11a) ein spitz zulaufendes, an der Spitze abgerundetes Ende aufweist, das kleiner ist als die Öffnung eines Passivierungsfilms über dem Verbindungskontaktflecken (12).

4. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1, in dem der innere Leiter (13) einen Anschlußhöcker (20) hät, der an seinem Ende gebildet ist, um mit dem Verbindungskontaktflecken (12) in Kontakt zu kommen, der in der Öffnung des Passivierungsfilms frei liegt.

5. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1, in dem die Öffnung des Passivierungsfilms, durch die der Verbindungskontaktflecken (12) freiliegt, in Richtung der Breite des inneren Leiters (13) eine kleinere Dimension hat als dessen Breite.

6. Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1, in dem der Kontaktflecken (12) des Halbleiterelements eine Halbleiterelektrode ist.

7. Werkzeug zum Verbinden (11a), das in dem Verbindungsverfahren für innere TAB-Leiter (13) nach Anspruch 1 verwendet wird, wobei das Werkzeug zum Verbinden (11a) ein spitz zulaufendes Ende aufweist, das abgerundet ist.

8. Werkzeug zum Verbinden (11a) nach Anspruch 7, bei dem das abgerundete Ende kleiner ist als eine Passivierungsfilmöffnung.