DE3618751A1 - Kupferband (leiterrahmenband) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kupferband, ins­ besondere ein Leiterrahmenband zur Verbindung eines Halb­ leiterplättchens durch automatisches Bandlöten oder -bonden mit einseitig an dem Band hängenden streifenför­ migen Verbindungsleitern oder Leiterarmen mit Buckeln an deren inneren Enden, welche zum Anschluß an metalli­ sierte Kontaktfelder des Halbleiterplättchens dienen. Es handelt sich dabei allgemein um die Herstellung der Anschlüsse von Halbleiterplättchen oder Chips mit inte­ grierten Schaltungen an metallene Leiterrahmen vor dem Einkapseln der Plättchen. Anders gesagt, befaßt sich die Erfindung mit dem automatischen Bonden (Bandlöten oder -schweißen) der Halbleiterplättchen oder Halbleiter­ bausteine an Leiterrahmen, und zwar unter Verwendung eines in neuartiger Weise zur Vermeidung oder Hemmung eines elektrischen Wanderns des Kupfers ausgebildeten Kupfer­ bandes.

Beim Packen von Halbleitervorrichtungen, wie sie allgemein als Plättchen, Baustein oder Chips bezeichnet werden, ist es erforderlich, die Vorrichtung mit einer Mehrzahl an einem metallenen Leiterrahmen vorgesehener elektrischer Verbindungsleiter oder Leiterarme zu ver­ binden. Eine solche Verbindung erfolgt im allgemeinen nach einem oder zwei unterschiedlichen Verfahren, die als Drahtbonden (wire bonding) und automatisches Band­ bonden (tape automated bonding) bezeichnet werden. Beim Drahtbonden werden die verschiedenen Anschlüsse zwischen den zum Bonden dienenden Kontaktfeldern an dem Plättchen und den inneren Enden der Leiterarme an dem Rahmen ein­ zeln nacheinander hergestellt. Das Drahtbonden wird zwar für manche Anwendungsfälle benutzt, es geht aber verhält­ nismäßig langsam vor sich, da es erfordert, daß die An­ schlüsse einzeln nacheinander hergestellt werden. Das Drahbonden kann bei einem Plättchen mehrere Sekunden erfordern, selbst mit den schnellsten automatischen Ein­ richtungen zu seiner Durchführung.

Das automatische Bandbonden erlaubt dagegen die gleichzeitige Herstellung sämtlicher Anschlüsse zwischen dem Plättchen und dem Leiterrahmen. Ein in aller Regel aus Kupfer bestehendes Metallband wird in üblicher Weise durch Stanzen und Ätzen hergestellt, so daß mehrere ein­ zeln daran hängende Verbindungsleiter in Form strahlen­ förmiger Streifen, oft als Leiterarme bezeichnet, ge­ bildet werden. Die Leiterarme sind einseitig mit dem Band verbunden und stehen freitragend von ihm ab. Ihre mit dem Band verbundenen Enden werden als äußere Enden und ihre freien zum Anschluß an das Plättchen bestimmten Enden als innere Enden bezeichnet. Dadurch, daß die inneren Enden der Leiterarme in einem Muster angeordnet werden, das genau dem Muster der an dem Plättchen ausgebildeten metallisierten Kontaktfelder entspricht, können die inneren Enden der Leiterarme mit dem Plättchen ausge­ richtet und dann in einem einzigen Arbeitsgang durch Druck und Hitze damit verbunden werden. Durch einen ähnlichen Arbeitsgang werden die äußeren Enden der Leiterarme mit den Leiterrahmen verbunden und dann die Arme von dem Rest des Bandes abgetrennt.

Beim Verbinden der inneren Enden der Leiterarme mit dem Halbleiterplättchen ist es erforderlich, entweder an dem Plättchen oder an dem Leiterarm einen Buckel (bump) vorzusehen. Der Buckel, der aus Metall besteht, liefert einerseits das zur Herstellung der Anschlußver­ bindung zwischen dem Leiterarm und dem Plättchen erfor­ derliche Material und bildet andererseits einen gewissen kurzen Höhenabstand zwischen dem Leiterarm und dem Plätt­ chen. Je nachdem, ob der Buckel an dem Halbleiterplätt­ chen oder an dem Leiterarm angebracht wird, bestehen gewisse Vor- und Nachteile. Die hier beschriebene Erfin­ dung betrifft mit Buckeln versehene Bänder, d. h. zum Bonden bestimmte Bänder, bei denen jeweils ein Buckel an den inneren Enden der Verbindungsarme vorgesehen ist.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von Kupfer­ band für das automatische Bandbonden Schwierigkeiten infolge elektrischen Wanderns des Kupfers auf der Ober­ fläche des Plättchens auftreten können. Ein solches elektrisches Wandern ergibt sich infolge der Potential­ differenz zwischen den metallisierten Kontaktfeldern an dem Plättchen und führt zu einem sich etwa baum­ förmig ausbreitenden Fließen des Kupfers auf der Plätt­ chenoberfläche. Im schlimmsten Fall kann das Kupfer durch Auswandern einen Kurzschluß zwischen zwei oder noch mehr metallisierten Kontaktfeldern bilden, so daß die Vor­ richtung schadhaft wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupfer­ band, insbesondere ein kupfernes Leiterrahmenband, so aus­ zubilden, daß die mit einem Wandern des Kupfers auf der Oberfläche eines anzuschließenden Plättchens verbundenen Schwierigkeiten vermieden werden, ohne daß allzu große Abweichungen von den bisherigen Methoden der Kupferband­ fabrikation dabei erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung und Anwendung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.

Durch die Erfindung wird ein verbessertes besonders verläßliches mit Anschlußbuckeln versehenes Kupferband geschaffen, bei dem alle Oberflächenteile des Buckels mit Ausnahme desjenigen Flächenteils, der zum Bonden an ein metallisiertes Kontaktfeld an einer Halbleitervor­ richtung bestimmt ist, mit einer dünnen Schicht eines wanderungsbeständigen Metalls, insbesondere Nickel oder einer Nickellegierung, beschichtet sind. Die wanderungs­ beständige Schicht verhindert oder hemmt zumindest eine elektrische Wanderung des Kupfers infolge der Potential­ differenz zwischen verschiedenen metallisierten Kontakt­ feldern auf der Plättchenoberfläche. Die Metallschicht erhöht auch die Festigkeit des Bandes und hemmt seine Korrosion während nachfolgender Verfahrensschritte, so daß sich ein außerordentlich verläßliches Endprodukt ergibt. Das Verfahren gemäß der Erfindung, das zur Her­ stellung eines solchen Bandes benutzt wird, ist auch in­ sofern besonders vorteilhaft, als es lediglich eine ein­ zige zusätzliche Verfahrensstufe gegenüber gebräuchlichen Bandherstellungsverfahren erfordert.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise mit einem einschichtigen Kupferband benutzt, das mit Anschlußbuckeln an den inneren Enden von Anschlußleiter­ armen versehen ist. Die Anschlußbuckel werden an den An­ schlußleiterarmen mittels gebräuchlicher Photoresistver­ fahren ausgebildet. Zunächst werden beide Seiten des Kupferbandes mit Photoresist beschichtet und der Photo­ resist wird nach einem solchen Muster angebracht, daß Buckel von den gewünschten Abmessungen gebildet werden. Nach dem Entwickeln des Photoresist und Ätzen des Kupfers zur Ausbildung der Buckel werden sämtliche Oberflächen­ bereiche des Buckels mit Ausnahme einer flachen Anschluß­ fläche zur späteren Verbindung mit dem metallisierten Kontaktfeld an dem Plättchen freigelegt. Dann wird eine Nickelschicht auf das Band aufgebracht und schlägt sich aus sämtlichen Flächen des Buckels mit Ausnahme der zum Bonden bestimmten Flächenbereiche nieder. Wenn dann der Photoresist abgezogen wird, sind die Buckel auf dem Kupferband auf allen freigelegten Flächenteile mit Aus­ nahme derjenigen, die zum Anschluß an das Halbleiter­ plättchen bestimmt sind, beschichtet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zum Bonden bestimmten Kupferbandes vor Anwendung der Erfin­ dung,

Fig. 2A einen Querschnitt eines einzelnen Verbin­ dungs- oder Anschlußarmes mit beidseitig aufgebrachtem Photoresist,

Fig. 2B eine Draufsicht auf das rechtsseitige Ende des mit Photoresist beschichteten Anschlußarms nach Fig. 2A,

Fig. 3A einen Querschnitt des in Fig. 2A darge­ stellten Anschlußarms, wobei der Photoresist so gestal­ tet und entwickelt ist, daß die zwecks Bildung des An­ schlußbuckels zu ätzenden Flächenteile des Anschlußarms freigelegt sind,

Fig. 3B eine Ansicht des Anschlußarms von Fig. 3A mit Blickrichtung von rechts,

Fig. 4A eine Schnittansicht des Anschlußarms von Fig. 3A nach dem Ätzen,

Fig. 4B eine Draufsicht auf das rechtsseitige Ende des Anschlußarms in Fig. 4A,

Fig. 5A eine Schnittansicht des Anschlußarms von Fig. 4A nach Aufbringung einer wanderungsbeständigen Schicht auf den freigelegten Flächen,

Fig. 5B eine rechtsseitige Endansicht des An­ schlußarms von Fig. 5A,

Fig. 6A eine Schnittansicht des Anschlußarms von Fig. 5A nach dem Abziehen des Photoresist und

Fig. 6B eine rechtsseitige Endansicht des An­ schlußarms von Fig. 6A.

Fig. 1 zeigt ein einlagiges Kupferband 10 von der Art, wie es gemäß der Erfindung als Ausgangsmaterial verwendet werden kann. Das Band 10 enthält eine Mehrzahl einzelner Rahmen 12, in welche je eine Anzahl streifen­ förmiger Anschlußleiterarme 14 hineinragen. Die Anschluß­ arme werden durch Stanzen des Bandes hergestellt, so daß sie an ihren äußeren Enden 16 mit dem Band zusammen­ hängen, während ihre inneren Enden 18 freitragend in die Mittenöffnung des Rahmens 12 hineinstehen. Bei entspre­ chender Anordnung der inneren Enden 18 der Anschlußarme 14 entspricht das Flächenmuster der inneren Enden dem Flächenmuster der zu bondenden Kontaktfelder eines (nicht dargestellten) Halbleiterplättchens.

Durch die Erfindung wird für die Ausbildung der An­ schlußbuckel an den inneren Enden 18 der Anschlußarme 14 gesorgt. Bei der Ausbildung oder Formierung der Buckel, wie sie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, wird eine wanderungsbeständige Metallschicht an alle Ober­ flächenteile der Buckel mit Ausnahme des mit den Anschluß­ feldern der Halbleitervorrichtung später zu bondenden Flächenteils angebracht. Eine solche Metallbeschichtung verhindert die elektrische Wanderung des Kupfers, wenn es an die Halbleitervorrichtung gebonded wird und außer­ dem wird dadurch die Korrosion gehemmt und die Festigkeit der Anschlußarme erhöht.

Anhand der Fig. 2-6 wird nunmehr das Verfahren gemäß der Erfindung im einzelnen beschrieben. Nach ein­ wandfreiem Reinigen des Kupferbandes 10 wird eine Photo­ resistschicht 20 auf das Band 10 in herkömmlicher Weise aufgebracht. Der Photoresist 20 an einem einzelnen An­ schlußarm 14 ist in den Fig. 2A und 2B gezeigt.

Die Photoresistschicht 20 wird dann in der Weise ge­ staltet und entwickelt wie in den Fig. 3A und 3B ver­ anschaulicht. Der Anschlußarm 14 wird an drei Oberflächen­ seiten 22, 24 und 26 an seinem inneren Ende 18 freigelegt. Ein vierter Oberflächenbereich (in einem Abstand vom inneren Ende 18) wird gleichfalls freigelegt.

Der mit den Fig. 3A und 3B veranschaulichte Auf­ bau wird dann einem anisotropischen Ätzprozeß unterworfen, bei dem seine waagerechten Flächen wie z. B. die Fläche 28 bevorzugt gegenüber den im wesentlichen senkrechten Flächen wie 22, 24 und 26 geätzt werden. Die Angaben waagerecht und senkrecht werden hier, bezogen auf die Zeichnung, angewendet, wobei nicht verkannt werden soll, daß in der Praxis das Band in jeder beliebigen Richtung gehalten werden kann, solange die Richtung des Ätzens auf die bevorzugte Ätzfläche 28 hin gerichtet ist.

Das Ergebnis der anisotropischen Ätzung ist in den Fig. 4A und 4B dargestellt. In dem freigelegten Flächen­ bereich 28 wird eine Ausnehmung 30 gebildet, wogegen die freigelegten Flächenbereiche 22, 24 und 26 im wesentlichen unverändert bleiben. Als Ergebnis der Ausbildung des Hohlraums 30 wird am inneren Ende 18 des Anschlußarms 14 ein Anschlußbuckel 32 gebildet. Der Buckel 32 enthält vier freigelegte Oberflächenteile 22, 24, 26 und 34. Der verbleibende Flächenteil des Buckels wird von der Photo­ resistentschicht 20 a bedeckt. Dieser bedeckte Flächenteil ist derjenige, der schließlich dazu dienen soll, an das metallisierte Kontaktfeld der Halbleitervorrichtung ge­ bondet zu werden.

Wie weiterhin in den Fig. 5A und 5B dargestellt, wird eine nicht-wandernde Metallschicht 36 auf die freige­ legten Flächenteile des Anschlußarmes 14 plattiert. Ge­ eignete wanderungsbeständige Metalle sind Nickel, Nickel­ legierungen, Chrom, Titan/Wolfram, Palladium, Gold u. dgl. Zu bevorzugen ist eine Beschichtung mit Nickel, schon weil es im allgemeinen weniger kostspielig ist. Die Metall­ schicht 36 kann mittels gebräuchlicher Elektroplattier­ verfahren oder Galvanisierverfahren aufgebracht werden.

Wie ferner in den Fig. 6A und 6B gezeigt, wird nunmehr die Photoresistschicht 20 abgezogen, so daß der Anschlußbuckel 32 durch die Metallbeschichtung 36 an vier Flachseiten 22, 24, 26 und 32 geschützt bleibt. Die Bodenfläche 38 , welche keine Nickelbeschichtung auf­ weist, soll dazu dienen, an eines der metallisierten Kontaktfelder an der Halbleitervorrichtung in herkömm­ licher Weise gebondet zu werden. Nach dem Bonden verhin­ dern oder hemmen die Nickelschichten an den benachbarten Flachseiten des Buckels 32 die elektrische Wanderung des Kupfers an der Oberfläche des Halbleiterkörpers.

Die noch übrigen Verfahrensschritte zum automatischen Bandbonden (tape automated bonding) des Halbleiterkörpers an das Kupferband entsprechen dem Stand der Technik und brauchen hier nicht beschrieben zu werden.

Im übrigen beschränken sich die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung nicht auf die hier anhand der Zeichnung beschriebenen Einzelheiten. Diese sollen die Erfindung nur beispielhaft veranschaulichen.

Claims (12)

1. Kupferband (Leiterrahmenband) zur Verbindung eines Halbleiterplättchens durch automatisches Bandlöten oder -bonden mit einseitig an dem Band hängenden streifen­ förmigen Verbindungsleitern oder Leiterarmen mit Buckeln an ihren inneren Enden, welche zum Anschluß an metalli­ sierte Kontaktfelder des Halbleiterplättchens dienen, dadurch gekennzeichnet, daß an allen Oberflächenteilen der Buckel mit Ausnahme desjenigen, der durch Bonden mit dem entsprechenden metallisierten Kontaktfeld des Halbleiterplättchens verbunden werden soll, eine wande­ rungsbeständige Metallschicht ausgebildet ist.

2. Kupferband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die wanderungsbeständige Metallschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.

3. Kupferband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke der wanderungsbeständigen Metallschicht im Bereich von 0,1µ bis 10µ liegt.

4. Kupferband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schichtdicke etwa 0,25µ beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines mit Buckeln versehenen Kupferbandes oder Leiterrahmenbandes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
auf beiden Seiten des Kupferbandes eine Photoresist­ schicht aufgebracht wird;
daß die Photoresistschicht in der Weise exponiert wird, daß ein Muster entsteht, welches jeweils einen Buckel auf den inneren Enden an dem Band hängender streifenförmiger Verbindungsleiter oder Verbindungsarme begrenzt;
daß der Photoresist entwickelt wird, so daß die inneren Enden der streifenförmigen Verbindungsleiter oder Leiterarme mit Ausnahme eines den Buckel begrenzen­ den Flächenbereichs freigelegt werden;
daß das Kupferband geätzt wird, um den Buckel zu formen;
daß eine Schicht aus wanderungsbeständigem Metall auf das Kupfer plattiert wird, während der Photoresist an Ort und Stelle verbleibt, so daß die freigelegten Oberflächenteile des Buckels, nicht aber die durch den Photoresist geschützten Oberflächenteile mit dem wande­ rungsbeständigen Metall beschichtet werden;
und daß danach der bis zuletzt verbliebenen Photo­ resist entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als wanderungsbeständiges Metall Nickel oder eine Nickellegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das wanderungsbeständige Metall bis zu einer Dicke im Bereich von 0,1µ bis 10µ plattiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Plattierung bis zu einer Dicke von etwa 0,25µ durchgeführt wird.

9. Verfahren zur Befestigung einer Halbleitervor­ richtung an einem Leiterrahmen aus Kupfer durch auto­ matisches Bandlöten oder -bonden im Bereich jeweils eines Buckels des Kupferbandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbuckel an allen Teilen ihrer Oberfläche mit Ausnahme des zum Bonden bestimmten Flächenteils mit einer wanderungsbeständigen Schicht versehen und der zum Bonden bestimmte Flächenteil mit einem zum Bonden be­ stimmten Kontaktfeld an der Halbleitervorrichtung durch Bonden (Löten oder Schweißen) verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß für die wanderungsbeständige Metallschicht Nickel oder eine Nickellegierung verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wanderungsbeständige Metallschicht bis zu einer Dicke im Bereich von 0,1µ bis 10µ aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die wanderungsbeständige Metallschicht bis zu einer Dicke von etwa 0,25µ aufgebracht wird.