説明

半導体装置用テープキャリア及びその製造方法

【課題】半導体チップの接続パッド等への良好な接合性を維持でき、且つ金めっき層の薄膜化が図れる半導体装置用テープキャリア及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁性のフィルム1上に銅配線2が形成され、前記銅配線2は半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを有する半導体装置用テープキャリアにおいて、前記銅配線2の表面に金めっき層3が形成され、前記金めっき層3の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層4が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置用テープキャリア及びその製造方法に関し、特に銅配線の表面に施される金めっきの使用量を低減可能な半導体装置用テープキャリア及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体装置用テープキャリアの一つであるμBGA(micro Ball Grid Array)用TA
Bテープは、図8に示すように、例えば、ポリイミド等の絶縁性のフィルム1に接着剤を介して銅箔を貼り合わせ、銅箔をフォトエッチング法でパターニングしてインナーリードなどを有する銅配線2を形成した後、最終表面処理として銅配線2の表面に金めっき(金めっき層)3を施す。この金めっき3は、実装工程において、ICチップ上のアルミパッドや外部接続端子となるはんだボールと合金を生成して接合するために形成される。
【0003】
ところが、金めっき層3の金と下地の銅配線2に使用される銅は同族金属であるために親和性が高く、熱が加わると下地の銅が金めっき層3中へ拡散し、最表面に達すると銅の酸化膜を形成する。はんだボールとの接合においては、酸化膜を除去する役割を持つフラックスを使用するため問題にならないが、ICチップのアルミパットとの接合では、銅の酸化膜は接合を阻害し、接合強度を低下させる。
【0004】
そこで、従来は金めっき層3の膜厚を厚く(0.3μmよりも厚く)することで、銅が
拡散して金めっき層3の表面まで達しないようにしていた。また、銅の熱拡散防止バリアとして金めっきの下地にニッケルめっきを形成した金/ニッケルの二層めっきが知られている。更に、ニッケルが接合面に拡散するのを防止するために、パラジウム/ニッケルの二層めっきや、金/パラジウム/ニッケルの三層めっきが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平11−102939号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、近年の金価格高騰は激しく、製品価格に占める金コストの割合が上昇しているため、金めっきの膜厚をいかに抑えるかが重要である。高価な金の使用量を低減させるために、金めっき層3の薄膜化が進められている。しかしながら、μBGAの場合、金めっき層3の膜厚が0.3μm以下になると接合部の表面に銅の酸化膜が形成され、接合不
良が起こってしまう。このような接合不良の原因となる銅の酸化膜を接合表面に形成させることなく、良好な接合性を維持でき、しかも金めっき層3の膜厚を0.3μm以下に低
減させる方策が強く求められている。
【0007】
本発明は、上記課題を解決し、半導体チップの接続パッド等への良好な接合性を維持でき、且つ金めっき層の薄膜化が図れる半導体装置用テープキャリア及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1の態様は、絶縁性のフィルム上に銅配線が形成され、前記銅配線は半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを有する半導体装置用
テープキャリアにおいて、前記銅配線の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層が形成されている半導体装置用テープキャリアである。
【0009】
本発明の第2の態様は、絶縁性のフィルム上に銅配線が形成され、前記銅配線は半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを有する半導体装置用テープキャリアにおいて、前記銅配線の表面に金めっき層が形成され、前記金めっき層の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層が形成されている半導体装置用テープキャリアである。
【0010】
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様の半導体装置用テープキャリアにおいて、前記被覆めっき層は、パラジウム、白金、ニッケルのうち少なくとも一種から構成されている。
【0011】
本発明の第4の態様は、第1〜第3の態様のいずれかの半導体装置用テープキャリアにおいて、前記被覆めっき層の膜厚は、0.01μm以上0.1μm以下である。
【0012】
本発明の第5の態様は、第1〜第4の態様のいずれかの半導体装置用テープキャリアおいて、前記金めっき層の膜厚は、0.3μm以下である。
【0013】
本発明の第6の態様は、絶縁性のフィルム上に銅箔を貼り合わせたテープ状材料を使用し、前記銅箔に半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを含む銅配線を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法において、前記銅配線の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法である。
【0014】
本発明の第7の態様は、絶縁性のフィルム上に銅箔を貼り合わせたテープ状材料を使用し、前記銅箔に半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを含む銅配線を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法において、前記銅配線の表面に金めっき層を形成し、前記金めっき層の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、銅配線の最表面における酸化銅生成を抑制し、半導体チップの接続パッド等への良好な接合性を維持できると共に、金めっき層の薄膜化を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置用テープキャリアのめっき構造を示すもので、(a)は第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアの部分的な断面図、(b)は第2の実施形態の半導体装置用テープキャリアの部分的な断面図である。
【図2】本発明の半導体装置用テープキャリアの実施形態に係るμBGA用TABテープの一部分の概略構成を示すもので、(a)は表面図、(b)は裏面図である。
【図3】図2のμBGA用TABテープの実装工程におけるインナーリードボンディング直前の状態を示す概略的な断面図である。
【図4】図2のμBGA用TABテープの実装工程におけるインナーリードボンディング時の状態を示す概略的な断面図である。
【図5】本発明の半導体装置用テープキャリアの実施形態に係るμBGA用TABテープの実装後の状態を示す概略的な断面図である。
【図6】本発明の半導体装置用テープキャリアの実施例に係るμBGA用TABテープの銅配線へのめっき工程を示す全体構成図である。
【図7】本発明の半導体装置用テープキャリアの実施例に係るμBGA用TABテープのインナーリード接合部に対するプル試験を説明する概略構成図である。
【図8】従来のμBGA用TABテープのめっき構造を示す部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に、本発明に係る半導体装置用テープキャリア及びその製造方法の一実施形態を図面を用いて説明する。
【0018】
(第1の実施形態)
図1(a)に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置用テープキャリアにおけるめっき構造の断面を示す。
第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアは、例えば、μBGA用TABテープなどに用いられるもので、ポリイミド等の絶縁性のフィルム1上に形成された銅箔に、フォトエッチング法でパターニングしてインナーリード、ランド等を有する銅配線2を形成したものである。銅配線2の表面には金めっき層3が形成され、金めっき層3の表面には銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層4が形成されている。すなわち、銅配線2の表面には、金めっき層3と被覆めっき層4とが積層された積層めっき5が施されている。なお、金めっき層3、被覆めっき層4の形成は、電解めっき、無電解めっきのいずれを用いてもよい。
【0019】
図2は、本実施形態の半導体装置用テープキャリアをμBGA用TABテープに適用した一例を示すもので、図2(a)はμBGA用TABテープの1パッケージ分の表面図、図2(b)は裏面図である。
図2に示すように、TABテープ10のフィルム1の中央には矩形の開口6が形成され、開口6部を架け渡して積層めっき5が施された銅配線2のフライングリード(インナーリード)7が形成されている。また、TABテープ10の裏面には、はんだボール搭載用のランド8が形成されている。
【0020】
図3,図4は、フライングリード(インナーリード)7のボンディング工程を説明する図である。図3は、ボンディング直前の状態、図4はボンディング時の状態を示す。ICチップ20は、エラストマーフィルム22を介してTABテープの銅配線2側に貼り付けられる。ICチップ20上に形成された接続パッドであるアルミパッド21は、フィルム1の開口6の下方に位置している。フィルム1上方のボンディングツール25にアルミパッド21を位置合わせし(図3)、次いでボンディングツール25を下降することにより、フライングリード7をボンディングツール25で押し切り、熱したICチップ20上のアルミパット21にフライングリード7を押し付け、超音波をかけることで、フライングリード7とアルミパット21を直接接合する(図4)。
【0021】
フライングリード7をボンディングした後、図5に示すように、はんだボール搭載用のランド8に、はんだボール23を搭載しリフローすることで、はんだボール23を接合し、更に、TABテープのICチップ20側をモールド樹脂24で覆って封止する。これにより、TABテープを用いたμBGAパッケージが得られる。
【0022】
銅配線2の被覆めっき層4は、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも一種から構成するのが好ましい。被覆めっき層4の材料は、パラジウム、白金またはニッケルの一種類に限らず、パラジウム、白金、ニッケルが主体であれば、パラジウム、白金、ニッケル以外の元素を含む合金であっても構わない。パラジウムと白金とニッケルを比較すると、パラジウムは、ニッケルよりも酸化防止能が優れ、また白金よりも加工性がよいので最も好適である。
【0023】
被覆めっき層4の膜厚は、0.01μm以上0.1μm以下が好ましい。
パラジウム等からなる被覆めっき層4の膜厚が、0.01μmよりも薄くなると、金め
っき層3の膜厚を薄くした場合には、銅配線2の銅が金めっき層3及び被覆めっき層4を通って被覆めっき層4の表面にまで拡散し、最表面に酸化銅が形成されてしまう可能性がある。このため、被覆めっき層4の膜厚は、0.01μm以上が好ましい。
また、被覆めっき層4の膜厚が、0.1μmよりも厚くなると、パラジウムめっき、ニ
ッケルめっき、白金めっきなどは硬いめっき層であるため、上記図3,図4で説明したように、インナーリードボンディング(ILB)時にインナーリードが変形しにくくなるなど、加工性が低下し接合を阻害することになる。また、ILB時の接合界面は、本実施形態では、積層めっき5の金めっき層3の金とアルミパッド21のアルミとの合金を生成して接合され、被覆めっき層4のパラジウムなどは接合には関与しない。したがって、パラジウム等の被覆めっき層4の膜厚が0.1μmよりも厚くなると、接合のために付与され
る超音波によって被覆めっき層4のパラジウムなどが接合面から拡散されず、金とアルミの2元合金化による接合性を阻害することになる。このため、被覆めっき層4の膜厚は、0.1μm以下が好ましい。
【0024】
金めっき層3の膜厚は、コスト低減を図るためには、薄ければ薄いほどよいが、インナーリード等との接合性を確保する等の観点から、金めっき層3の膜厚は0.3μm以下が
好ましい。
【0025】
以上より明らかなように、本実施形態の半導体装置用テープキャリアでは、次の効果が得られる。
(1)銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層4を金めっき層3上に施すことで、インナーリード等の接合最表面における酸化銅生成を防止し、従来に比べ金めっき層3の膜厚を薄膜化しても良好な接合性を維持でき、金めっき層3の膜厚を0.3μm以下に低減でき
る。
(2)従来、μBGAのようなリードを折り曲げる構造にあっては、パラジウム、ニッケルなどの硬いめっきは折り曲げ性を阻害するため、適さないと考えられていた。しかし、パラジウムなどの被覆めっき層4の膜厚を0.01〜0.1μmに抑えることで、適度な柔らかさを持たせてスムーズに変形できるようにしているため、良好なボンディングが期待できる。
【0026】
(第2の実施形態)
図1(b)に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置用テープキャリアにおけるめっき構造の断面を示す。
第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアは、ポリイミド等の絶縁性のフィルム1に貼り合わされた銅箔に、フォトエッチング法でパターニングしてインナーリード、ランド等を有する銅配線2を形成し、銅配線2の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層4が形成されている。すなわち、第2の実施形態の半導体装置用テープキャリアは、上記第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアにおける銅配線2の表面に施されていた金めっき層3を省略し、銅配線2の表面に直接に被覆めっき層4を施した構造である。その他の点は、上記第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアと同様である。
本実施形態の被覆めっき層4も、第1の実施形態の半導体装置用テープキャリアと同様に、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも一種から構成するのが好ましく、被覆めっき層4の膜厚は、0.01μm以上0.1μm以下が好ましい。
本実施形態では、銅配線2のインナーリードとICチップ上に形成されたアルミパッド21との接合は、銅配線2の銅とアルミパッド21のアルミとの2元合金化によってなされ、被覆めっき層4のパラジウムなどは接合には関与しない。本実施形態では、金めっき層を設けないので、半導体装置用テープキャリアのコスト低減をより促進できる。
なお、上記実施形態において、銅配線2のインナーリードとICチップ上に形成された
アルミパッドとの接合は、超音波接合であったが、熱圧着接合としてもよい。
【実施例】
【0027】
次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、上記第1の実施形態及び第2の実施形態と同様なめっき構造を有するTABテープを作製した。作製した20種類のTABテープの試料1〜20におけるめっき構造を表1に示す。表1に示すように、金めっき層の膜厚が0μm(金めっき層なし)、0.1μm、0.3μm、0.4μmに対して、それぞれ被覆めっき層の膜厚を0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.15μmとしたものを作製した。
これら20種類の各試料に対して、被覆めっき層の銅拡散防止性能の評価の実験と、ボンディングによる接合強度の評価の実験を行った。
【0028】
(1)被覆めっき層による銅の拡散防止性能について
実験用試料のTABテープの作製には、ポリイミドテープとしてユーピレックスS(50μm,宇部興産製)を、銅箔としてFQ−VLP箔(15μm厚,三井金属製)を、接着剤として巴川X−type(12μm)を用いた。前記接着剤により、前記ポリイミドテープに前記銅箔を貼り合わせた。作製されたTABテープ30は、158mm幅の2条TABテープである。
【0029】
このTABテープ30の銅箔に、図6に概略的に示すめっき装置を用いてめっきを施した。巻き出しロール31から巻き取りロール32に至るTABテープ30の搬送経路には、脱脂槽33、酸洗槽34、金めっき槽35、被覆めっき槽36、洗浄槽37、乾燥槽38が順次、設置されている。
巻き出しロール31から所定の搬送速度でTABテープ30を巻き出し、まず、脱脂槽33および酸洗槽34において、前処理としての脱脂及び酸洗処理をしてTABテープ30の表面を清浄化した。次に、金めっき槽35において、実験水準相応の金めっきを施した。金めっき槽35内のめっき液の液温は70℃、電流密度は0.4A/dmとした。
金めっきを施した後、被覆めっき槽36で実験水準相応の被覆めっき(パラジウムめっき、白金めっき、またはニッケルめっき)を施した。被覆めっき槽36におけるめっき条件は、パラジウムめっきでは、電流密度0.75A/dm、液温50℃とし、白金めっき
では、電流密度2A/dmとし、液温80℃とし、ニッケルめっきでは、電流密度2A/dm、液温50℃とした。被覆めっきを施した後、洗浄槽37でめっき液残液を取り除き、乾燥槽38で水分を除去した後、めっき処理されたTABテープ30を巻き取りロール32に巻き取った。
金めっき槽35、被覆めっき槽36でなされる金めっき、被覆めっきの処理時間は、表1に示す所定の膜厚に対応して適宜調整した。これらの条件で金めっき層と被覆めっき層の膜厚を変化させた20種類の試料1〜20を作製した。
【0030】
これら試料に対して、インナーリードボンディング工程の直前までにかかる熱履歴を模擬した熱処理を実施し、熱処理を受けることによって接合面となる被覆めっき層の表面に銅などが拡散するかを調べた。上記熱処理は、恒温槽(槽内温度180度)内に3時間放置して行った。熱処理後の銅等の拡散は、被覆めっき層表面における元素分析(C(炭素),Cu(銅),Pd(パラジウム),Au(金),O(酸素))を日本電子製のAuger(JAMP7100E;5s Sput)にて確認した。その結果をまとめたものを表1に示す。表1
には、被覆めっき層の代表としてパラジウムめっき層の結果を記載した。表1において、「×銅」はパラジウムめっき層の表面に「銅の検出有り」を、「×金」はパラジウムめっき層の表面に「金の検出有り」を、「○」はパラジウムめっき層の表面に「銅や金の検出無し」をそれぞれ表している。
【0031】
【表1】

【0032】
180度、3時間の熱処理を行なうと、最もパラジウムめっき層が薄い0.005μm
の試料1〜4においては、金めっき層がない試料1や金めっき層が0.1μmの試料2で
は銅のピークが検出され、金めっき層が0.3μm以上の試料3,4では金のピークが検
出された。試料1〜4では、パラジウムめっき層の表面まで、銅や金の拡散が進行した事が分かる。一方、パラジウムめっき層が0.01μm以上の試料5〜20においては、銅
や金が検出されなかった。そこで、パラジウムめっき層(被覆めっき層)の膜厚は、0.
01μm以上が適当であるといえる。以上と同様な結果を、白金、ニッケルを被覆めっき層に用いた場合においても確認した。
【0033】
(2)ボンディングによる接合強度の評価について
上記めっき工程を経て作製した20種類の各試料について、上記図3,図4と同様にインナーリードのボンディングを実施して実装した後に、インナーリード部の接合性の評価を行なった。ボンディング装置にはKAIJO製FSP−3300MXを、ボンディングツールにはSPT製MBGA−3.5×3.5−AZO−1515−Sを使用して接合し、各試料に対して任意に選択した50点のインナーリード接合部のプル強度の試験を実施した。ここで、プル強度とは、図7に示すように、アルミパット21と接合した後のTABテープを傾斜角45度に固定し、接合後の水平状態にあるインナーリード7にプル試験用フック40を引っ掛けた後、0.5mm/secの速さで垂直にプル試験用フック40を
引き上げた時の接合部の破断強度を指している。
プル強度の結果を表2にまとめる(表2には、被覆めっき層の代表としてパラジウムめっき層の場合を記載)。50点測定したプル強度の最低値が6gf以上の場合、すなわち最低プル強度が6gf以上であれば、接合性が良好であり、最低プル強度が6gf以下の場合、接合性が悪いと判断した。表2において、「○」は、最低プル強度が6gf以上を、「×」は、最低プル強度が6gf以下をそれぞれ表している。
【0034】
【表2】

【0035】
表2に示すように、試料1(パラジウム/金=0.005μm/0μm)、試料2(パ
ラジウム/金=0.005μm/0.1μm)の場合、接合性が悪い結果となった。これは、上記熱処理後の元素分析の結果からも明らかであるように、パラジウムめっき層が薄いために、表面に酸化銅が形成されたためと考えられる。試料3と試料4では、熱処理後に金のピークが検出されていたが、銅(酸化銅)ではなく金であったために、接合の阻害をしなかったと考えられる。
また、試料17,18,19,20においても、接合性が悪い結果となった。これに関して、2つの理由が考えられる。第1は、パラジウムめっきは硬い金属であるため、ある一定以上の膜厚(試料17〜20ではパラジウムめっき層が0.15μm)になると、ボ
ンディング時のリードが変形しにくくなり接合を阻害するためである。第2は、アルミパッド等の接合パッドとの接合界面は、銅とアルミ、金とアルミなどの2元合金化による接合であってパラジウムは関与せず、試料17,18,19,20のように、パラジウム層の膜厚が厚い場合(0.15μm以上の場合)、接合のために付与される超音波によって
パラジウムが接合面から拡散されず、銅とアルミ、金とアルミの2元合金化による接合性を阻害していると考えられる。
以上の結果より、接合部の表面に銅が拡散する事を抑え、かつ良好な接合を維持するためには、パラジウムめっき層の膜厚が0.01〜0.1μmの範囲で、且つ金めっき層の膜厚が0〜0.3μmの範囲(試料5,6,7,9,10,11,13,14,15の場合
)が最適であると考えられる(なお、金めっき層の膜厚が0.3μmを超える場合にも(
金めっき層の膜厚が0.4μmの試料8,12,16)、銅の拡散を抑え且つ良好な接合
が可能であるが、この場合は金めっき層の膜厚を厚くした従来技術と同様に金使用量が多くなり、低コスト化が図れない。)。以上と同様な結果を、白金とニッケルを被覆めっき層に用いた場合においても確認した。
【符号の説明】
【0036】
1 絶縁性のフィルム
2 銅配線(銅箔)
3 金めっき層
4 被覆めっき層
5 積層めっき
6 フィルムの開口
7 フライングリード(インナーリード)
10 TABテープ
20 ICチップ
21 アルミパッド(接続パッド)
22 エラストマーフィルム
23 はんだボール
24 モールド樹脂
25 ボンディングツール
30 TABテープ
31 巻き出しロール
32 巻き取りロール
35 金めっき槽
36 被覆層めっき槽
40 プル試験用フック

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性のフィルム上に銅配線が形成され、前記銅配線は半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを有する半導体装置用テープキャリアにおいて、
前記銅配線の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層が形成されていることを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
【請求項2】
絶縁性のフィルム上に銅配線が形成され、前記銅配線は半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを有する半導体装置用テープキャリアにおいて、
前記銅配線の表面に金めっき層が形成され、前記金めっき層の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層が形成されていることを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
【請求項3】
前記被覆めっき層は、パラジウム、白金、ニッケルのうち少なくとも一種から構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置用テープキャリア。
【請求項4】
前記被覆めっき層の膜厚は、0.01μm以上0.1μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置用テープキャリア。
【請求項5】
前記金めっき層の膜厚は、0.3μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載の半導体装置用テープキャリア。
【請求項6】
絶縁性のフィルム上に銅箔を貼り合わせたテープ状材料を使用し、前記銅箔に半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを含む銅配線を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法において、
前記銅配線の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層を形成することを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。
【請求項7】
絶縁性のフィルム上に銅箔を貼り合わせたテープ状材料を使用し、前記銅箔に半導体チップの接続パッドへと押し曲げられて接合されるインナーリードを含む銅配線を形成する半導体装置用テープキャリアの製造方法において、
前記銅配線の表面に金めっき層を形成し、前記金めっき層の表面に銅よりも耐酸化性に優れた被覆めっき層を形成することを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。

【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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