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JP2002158257A - フリップチップボンディング方法 - Google Patents

フリップチップボンディング方法

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Publication number
JP2002158257A
JP2002158257A JP2000349489A JP2000349489A JP2002158257A JP 2002158257 A JP2002158257 A JP 2002158257A JP 2000349489 A JP2000349489 A JP 2000349489A JP 2000349489 A JP2000349489 A JP 2000349489A JP 2002158257 A JP2002158257 A JP 2002158257A
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JP
Japan
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wiring board
semiconductor element
solder bump
chip bonding
flip
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000349489A
Other languages
English (en)
Inventor
Eiji Hayashi
英二 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to US09/810,454 priority patent/US20020056740A1/en
Publication of JP2002158257A publication Critical patent/JP2002158257A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗浄工程後のフラックス残渣による封止樹脂
の注入の妨害とボイドの誘発による歩留まりの低下およ
び信頼性の低下を改善したフリップチップボンディング
方法を提供する。 【解決手段】 半導体素子または配線基板の接続パッド
のどちらかあるいは両方に形成した半田バンプを接続す
る際に、加圧、加熱、および半田バンプが接触・溶融し
た状態で、複数方向または円軌道を描きながら超音波を
印加する工程を有することで、フラックスを用いること
なくフリップチップボンディングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子と配
線基板との接続に超音波フリップチップ実装を用いて半
導体素子の電極と配線基板の実装パッドとの接続を行
う、フリップチップボンディング方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の組立技術の一つとして、フ
リップチップボンディング方法が知られている。このボ
ンディング方法は、半導体素子の下面に設けられた電極
上の半田バンプと、配線基板の上面に設けられた接続パ
ッド上の半田バンプを接続する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のフ
リップチップボンディング方法は、フラックスを用いて
行われていた。フラックスは半田バンプの表面の酸化膜
を除去し、半田接続を容易にするが、フラックスの量の
最適化や洗浄工程の管理を行わないと、洗浄工程後にフ
ラックス残渣となって残り、このフラックス残渣がその
後の工程である封止樹脂の注入を妨げ、ボイドを誘発し
歩留まりの低下、また信頼性を低下させるという問題が
あった。
【０００４】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、半導体素子と配
線基板との接続に、フラックスを使わないフリップチッ
プボンディングを用いて、半導体素子の電極と配線基板
の接続パッドとの接続を行うフリップチップボンディン
グ方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明にかかるフリ
ップチップボンディング方法は、半導体素子を配線基板
上に実装する方法において、前記半導体素子または前記
配線基板の接続パッドのどちらかあるいは両方に形成し
た半田バンプを接続する際に、前記半田バンプが接触・
溶融した状態で、超音波ボンディングヘッドが複数方向
または円軌道を描きながら加圧、加熱する工程を有する
ものである。
【０００６】また、第２の発明にかかるフリップチップ
ボンディング方法は、半田バンプの接続工程が、不活性
または還元雰囲気を形成した装置で行われるものであ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明のフリップ
チップボンディング方法は、半導体素子または配線基板
の接続パッドのどちらかあるいは両方に形成した半田バ
ンプを接続する際に、加圧、加熱、および半田バンプが
接触・溶融した状態で、複数方向または円軌道を描きな
がら超音波を印加する工程を有することを特徴とする。
【０００８】第１図(A)〜(E)は、この発明の実施の形態
１を示した半導体素子の実装工程の断面および上面図で
ある。
【０００９】まず、ボンディング装置について説明す
る。半導体素子１および配線基板２の接続パッドには、
半田バンプ３が設けられている。この実施の形態１の半
導体素子１および配線基板２に設けられた半田バンプ３
にはフラックスが供給されていない。超音波ボンディン
グヘッド４は真空吸引により半導体素子１を吸着でき、
室温から４００℃まで加熱しながら超音波を印加するこ
とが可能である。ボンディングステージ５はヒータが内
蔵されており、あらかじめ配線基板２を半田融点近くの
温度に加熱が可能である。
【００１０】次に、実装時について説明する。まず図１
(A)に示すように、配線基板２は、半田融点近くに加熱
されたボンディングステージ５の上面に位置決めされて
載置されている。一方、半導体素子１は半田融点以下に
加熱された超音波ボンディングヘッド４の下端面に吸着
され、超音波ボンディングヘッド４の水平方向の移動に
より、アライメントされた状態で配線基板２の上方に位
置させられる。
【００１１】そして図１(B)に示すように、超音波ボン
ディングヘッド４が下降すると、半導体素子１が配線基
板２上の所定位置に載置される。この状態では、半導体
素子１は超音波ボンディングヘッド４の下端面に吸着さ
れていることにより、平面方向に位置決めされた状態
で、鉛直方向に一定時間圧力を加えられて配線基板２上
に圧接される。これにより、それぞれの半田バンプ３の
接触面積を大きくとることができ、また、あらかじめ半
田バンプ３の酸化膜の一部を破っておくことができる。
【００１２】次に図１(C)に示すように、半導体素子１
および配線基板２に設けた半田バンプ３が接触した状態
で半田融点以上に加熱し、かつ図１(D)の６に示すよう
に、１バンプの面積内で、複数方向または円軌道を描き
ながら（図１(D)では超音波ボンディングヘッドの移動
範囲を誇張して図示している）超音波を印加する。する
と、半田バンプ３の表面を被っている酸化膜が半田バン
プ３の中に取り込まれ、フラックスを用いることなくボ
ンディングを行うことが可能となる。
【００１３】続いて図１(E)に示すように、超音波ボン
ディングヘッド４を半田の融点以下に冷却すると、半導
体素子１の温度が低下し、これにより半田バンプ３が温
度低下により固化し、半導体素子１の吸着を解除すると
共に超音波ボンディングヘッド４を上昇させて、フリッ
プチップボンディングは完了する。
【００１４】実施の形態２．第２図は、本発明の実施の
形態２における、配線基板２上に大気遮蔽ボックス７を
配置した状態の断面図である。つまり、前記実施の形態
１のボンディング装置において、大気遮蔽ボックス７を
設けている。大気遮蔽ボックス７は、ガス加熱器および
不活性ガスまたは還元性ガス８の供給源が接続され、常
にボックス内に半田融点近くまで加熱した不活性ガスま
たは還元性ガス８の混合ガスで満たされている。これに
より、半導体素子１および配線基板２に設けられた半田
バンプ表面の酸化防止または酸化膜の還元をおこなうこ
とができるため、より接合の安定化がはかれる。また、
上記の方法は、半田バンプ３の半田材によらない。
【００１５】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】第１の発明によれば、半導体素子または配
線基板の接続パッドのどちらかあるいは両方に形成した
半田バンプを接続する際に、半田バンプが接触・溶融し
た状態で、超音波ボンディングヘッドが複数方向または
円軌道を描きながら加圧、加熱する工程を有するので、
フラックスを用いることなくフリップチップボンディン
グを行うことができる。
【００１７】さらに、第２の発明によれば、半田バンプ
の接続工程が、不活性または還元雰囲気を形成した装置
で行われるので、より接合の安定化がはかれるフリップ
チップボンディングを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体素子の
実装工程の断面および上面図である。
【図２】この発明の実施の形態２における、配線基板上
に大気遮蔽ボックスを配置した状態の断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子 ２ 配線基板 ３ 半田バンプ ４ 超音波ボンディングヘッド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子を配線基板上に実装する方法
    において、前記半導体素子または前記配線基板の接続パ
    ッドのどちらかあるいは両方に形成した半田バンプを接
    続する際に、前記半田バンプが接触・溶融した状態で、
    超音波ボンディングヘッドが複数方向または円軌道を描
    きながら加圧、加熱する工程を有することを特徴とする
    フリップチップボンディング方法。
  2. 【請求項２】 半田バンプの接続工程が、不活性または
    還元雰囲気を形成した装置で行われることを特徴とす
    る、請求項１に記載のフリップチップボンディング方
    法。
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