JP2003282629A - 超音波フリップチップ実装方法 - Google Patents
超音波フリップチップ実装方法Info
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】超音波振動による半導体チップへの悪影響を低
減し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法
を提供する 【解決手段】半導体チップ２０４の電極２０５上にバン
プ２０７を形成し、バンプ２０７を回路基板１０４の電
極１０５に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動
を印加してフェイスダウン接合するフリップチップ実装
において、半導体チップ２０４のバンプ２０７の形成さ
れた一方の面に、バンプ２０７の先端が突出する厚さで
有機系樹脂膜２１３を形成し、有機系樹脂膜２１３を硬
化させ、突出したバンプ２０７の先端部に付着した異物
を除去し、その後該バンプ２０７と回路基板１０４の電
極１０５とを接合する
減し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法
を提供する 【解決手段】半導体チップ２０４の電極２０５上にバン
プ２０７を形成し、バンプ２０７を回路基板１０４の電
極１０５に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動
を印加してフェイスダウン接合するフリップチップ実装
において、半導体チップ２０４のバンプ２０７の形成さ
れた一方の面に、バンプ２０７の先端が突出する厚さで
有機系樹脂膜２１３を形成し、有機系樹脂膜２１３を硬
化させ、突出したバンプ２０７の先端部に付着した異物
を除去し、その後該バンプ２０７と回路基板１０４の電
極１０５とを接合する
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップの電極
上にバンプを形成し、これを回路基板にフェイスダウン
接合するフリップチップ実装のうち、バンプと回路基板
上の電極との接合に超音波振動の作用を利用する超音波
フリップチップ実装方法に関する。
上にバンプを形成し、これを回路基板にフェイスダウン
接合するフリップチップ実装のうち、バンプと回路基板
上の電極との接合に超音波振動の作用を利用する超音波
フリップチップ実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、モバイル情報通信関連商品等にお
いては、回路実装基板のよりいっそうの小型、軽量、高
周波化による高性能化と、コストダウンとが切望されて
いる。そのため、半導体チップと回路基板の直接実装が
可能なフリップチップ実装が有効となる。中でも超音波
振動を利用した金属拡散接合は、低接続抵抗、高接合強
度、短時間接合等の特徴があり、ますます注目を集めて
いる。
いては、回路実装基板のよりいっそうの小型、軽量、高
周波化による高性能化と、コストダウンとが切望されて
いる。そのため、半導体チップと回路基板の直接実装が
可能なフリップチップ実装が有効となる。中でも超音波
振動を利用した金属拡散接合は、低接続抵抗、高接合強
度、短時間接合等の特徴があり、ますます注目を集めて
いる。
【０００３】ここで図３、図４、図５および図６に基づ
いて従来の超音波フリップチップ実装方法を説明する。
図３は半導体チップの電極に対するボールボンディング
工法を利用したバンプの形成方法、図４は半導体チップ
の電極にメッキ処理を施しバンプを形成する方法を示
す。
いて従来の超音波フリップチップ実装方法を説明する。
図３は半導体チップの電極に対するボールボンディング
工法を利用したバンプの形成方法、図４は半導体チップ
の電極にメッキ処理を施しバンプを形成する方法を示
す。
【０００４】まず図３（ａ）において、キャピラリ２０
１に保持された金ワイヤ２０２の先端に放電作用により
ボール２０３を形成し、キャピラリ２０１を矢印アの方
向に移動させることによりボール２０３を半導体チップ
２０４の電極２０５に押圧し接合する。この接合には熱
圧着あるいはこれに超音波振動を加える方法がある。
１に保持された金ワイヤ２０２の先端に放電作用により
ボール２０３を形成し、キャピラリ２０１を矢印アの方
向に移動させることによりボール２０３を半導体チップ
２０４の電極２０５に押圧し接合する。この接合には熱
圧着あるいはこれに超音波振動を加える方法がある。
【０００５】さらに図３（ｂ）で示すように、金ワイヤ
２０２と共にキャピラリ２０１を矢印イの方向に移動さ
せることにより金ワイヤ２０２を引きちぎり、電極２０
５上にバンプ２０７を形成する。このようにして形成さ
れたバンプ２０７は台座部２０７Ａと突出部２０７Ｂで
構成された鋲形状を呈する。
２０２と共にキャピラリ２０１を矢印イの方向に移動さ
せることにより金ワイヤ２０２を引きちぎり、電極２０
５上にバンプ２０７を形成する。このようにして形成さ
れたバンプ２０７は台座部２０７Ａと突出部２０７Ｂで
構成された鋲形状を呈する。
【０００６】また図４（ａ）では、半導体チップ２０４
の電極２０５が在る方の面に、電極２０５の上部空間２
０９を避けて所定の厚さにマスキング層２０８を形成す
る。その後図４（ｂ）で示すようにメッキ処理を行い電
極２０５直上に金属層２１０を形成する。さらに図４
（ｃ）で示すように前記マスキング層２０８を除去する
ことにより、残った前記金属層２１０によって角柱ある
いは円柱形状のバンプを形成する。
の電極２０５が在る方の面に、電極２０５の上部空間２
０９を避けて所定の厚さにマスキング層２０８を形成す
る。その後図４（ｂ）で示すようにメッキ処理を行い電
極２０５直上に金属層２１０を形成する。さらに図４
（ｃ）で示すように前記マスキング層２０８を除去する
ことにより、残った前記金属層２１０によって角柱ある
いは円柱形状のバンプを形成する。
【０００７】図５は一般的な超音波フリップチップ実装
装置の主要部を示す。図６は図３で示したボールボンデ
ィング法を利用して形成した金バンプの接合過程を説明
する図である。図５において、ボールボンディング法で
形成したバンプ２０７を持つ半導体チップ２０４を、バ
ンプ２０７の形成面を下にして接合ツール１０１先端に
吸着保持する。吸着作用はエア流路１０を利用して発生
させた負圧による。
装置の主要部を示す。図６は図３で示したボールボンデ
ィング法を利用して形成した金バンプの接合過程を説明
する図である。図５において、ボールボンディング法で
形成したバンプ２０７を持つ半導体チップ２０４を、バ
ンプ２０７の形成面を下にして接合ツール１０１先端に
吸着保持する。吸着作用はエア流路１０を利用して発生
させた負圧による。
【０００８】さらにステージ１０３上に回路基板１０４
を載置し、半導体チップ２０４に形成されたバンプ２０
７と回路基板１０４上の電極１０５とを位置合わせした
のち、接合ツール１０１を加圧手段１により矢印エの方
向に下降させる。この結果バンプ２０７の先端が電極１
０５に当接し、この先端が僅かにつぶれる。ここで超音
波発振器１０６は電気エネルギーを振動子１０７に出力
し、振動子１０７は前記電気エネルギーを機械的な超音
波振動に変換する。
を載置し、半導体チップ２０４に形成されたバンプ２０
７と回路基板１０４上の電極１０５とを位置合わせした
のち、接合ツール１０１を加圧手段１により矢印エの方
向に下降させる。この結果バンプ２０７の先端が電極１
０５に当接し、この先端が僅かにつぶれる。ここで超音
波発振器１０６は電気エネルギーを振動子１０７に出力
し、振動子１０７は前記電気エネルギーを機械的な超音
波振動に変換する。
【０００９】さらに前記超音波振動は超音波ホーン１０
８により矢印ウ方向の縦波として伝達され、これに連結
あるいは形成された接合ツール１０１に所定の超音波振
動を与える。このようにして、接合部に接合面と平行方
向の超音波振動を付与し、同時に接合面に対して垂直に
押圧する矢印エ方向の荷重を加える。
８により矢印ウ方向の縦波として伝達され、これに連結
あるいは形成された接合ツール１０１に所定の超音波振
動を与える。このようにして、接合部に接合面と平行方
向の超音波振動を付与し、同時に接合面に対して垂直に
押圧する矢印エ方向の荷重を加える。
【００１０】さらにこの接合部を所定の温度に加熱して
おくことでバンプ２０７は図６（ａ）から図６（ｂ）の
ように変形しながら電極１０５に接合する。図６ではボ
ールボンディング法で形成した金バンプの接合過程を示
しているが、図４に基づいて説明したようなメッキ法で
形成したバンプ２１０であっても、突出部がないだけ
で、バンプ２１０の高さが２０％程度圧縮変形しながら
接合が成される。
おくことでバンプ２０７は図６（ａ）から図６（ｂ）の
ように変形しながら電極１０５に接合する。図６ではボ
ールボンディング法で形成した金バンプの接合過程を示
しているが、図４に基づいて説明したようなメッキ法で
形成したバンプ２１０であっても、突出部がないだけ
で、バンプ２１０の高さが２０％程度圧縮変形しながら
接合が成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように超音波振動
が印加されながら接合が進行していく過程において、接
合面と平行方向の超音波振動によって、バンプ２０７あ
るいは２１０と半導体チップ２０４の電極２０５とのあ
いだに図７（ａ）で示すような剪断力（矢印カ）が生じ
る。
が印加されながら接合が進行していく過程において、接
合面と平行方向の超音波振動によって、バンプ２０７あ
るいは２１０と半導体チップ２０４の電極２０５とのあ
いだに図７（ａ）で示すような剪断力（矢印カ）が生じ
る。
【００１２】また図７（ｂ）で示すように、接合過程で
は、前記剪断力に加えてバンプ２０７の中心軸２１１に
対するモーメントが矢印キで示す方向に働く。接合初期
においてバンプ高さが高く先端が細い状態では、これら
の力は主にバンプの変形を促進するが、より広い面積で
接合させるために荷重を加えバンプ径が太くなると、応
力がバンプ２０７の付け根２１２に集中する。
は、前記剪断力に加えてバンプ２０７の中心軸２１１に
対するモーメントが矢印キで示す方向に働く。接合初期
においてバンプ高さが高く先端が細い状態では、これら
の力は主にバンプの変形を促進するが、より広い面積で
接合させるために荷重を加えバンプ径が太くなると、応
力がバンプ２０７の付け根２１２に集中する。
【００１３】さらに、ボールボンディング法で形成され
るバンプ２０７は、薄いアルミ膜の電極上に形成される
ことが多いので、強度劣化しやすい。このため付け根２
１２にクラックが発生し、接合の信頼性を低下させてい
る。
るバンプ２０７は、薄いアルミ膜の電極上に形成される
ことが多いので、強度劣化しやすい。このため付け根２
１２にクラックが発生し、接合の信頼性を低下させてい
る。
【００１４】一方図７（ａ）で示すようなメッキ法によ
るバンプ２１０の場合では、図７（ｂ）で示すようなモ
ーメントが発生しても、バンプ上部の径と付け根の径が
ほぼ等しいため、応力が付け根２１２の界面には集中し
にくい。ただしこの応力は電極２０５から半導体チップ
２０４の本体へと伝達されて行く。
るバンプ２１０の場合では、図７（ｂ）で示すようなモ
ーメントが発生しても、バンプ上部の径と付け根の径が
ほぼ等しいため、応力が付け根２１２の界面には集中し
にくい。ただしこの応力は電極２０５から半導体チップ
２０４の本体へと伝達されて行く。
【００１５】加えて、近年の高密度実装に対する更なる
要求から、電極２０５の配置を半導体チップ２０５のよ
り中央部つまりアクティブエリアの直上に広げる傾向が
生じているため、前述した超音波振動の悪影響がアクテ
ィブエリアに及ぶ可能性も見逃せない。
要求から、電極２０５の配置を半導体チップ２０５のよ
り中央部つまりアクティブエリアの直上に広げる傾向が
生じているため、前述した超音波振動の悪影響がアクテ
ィブエリアに及ぶ可能性も見逃せない。
【００１６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、前述した超音波振動による悪影響を低減
し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法を
提供することを目的とする。
れたもので、前述した超音波振動による悪影響を低減
し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法を
提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体チップ
の電極上にバンプを形成し、該バンプを回路基板の電極
に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動を印加し
てフェイスダウン接合するフリップチップ実装におい
て、第１の態様として、半導体チップのバンプの形成さ
れた一方の面に、該バンプの先端が突出する厚さで有機
系樹脂膜を形成し、該有機系樹脂膜を硬化させ、突出し
た該バンプの先端部に付着した異物を除去し、その後該
バンプと回路基板の電極とを接合することを特徴とする
超音波フリップチップ実装方法を提供する。
の電極上にバンプを形成し、該バンプを回路基板の電極
に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動を印加し
てフェイスダウン接合するフリップチップ実装におい
て、第１の態様として、半導体チップのバンプの形成さ
れた一方の面に、該バンプの先端が突出する厚さで有機
系樹脂膜を形成し、該有機系樹脂膜を硬化させ、突出し
た該バンプの先端部に付着した異物を除去し、その後該
バンプと回路基板の電極とを接合することを特徴とする
超音波フリップチップ実装方法を提供する。
【００１８】第２の態様として、該バンプの形状が、該
電極の直上に形成された台座部と、この台座部の直上に
形成された突出部で構成されていることを特徴とする第
１の態様として記載の超音波フリップチップ実装方法を
提供する。
電極の直上に形成された台座部と、この台座部の直上に
形成された突出部で構成されていることを特徴とする第
１の態様として記載の超音波フリップチップ実装方法を
提供する。
【００１９】第３の態様として、該有機系樹脂膜の厚さ
が、該台座部の高さの１／２以上で且つ該台座部が隠れ
ない範囲であることを特徴とする第２の態様として記載
の超音波フリップチップ実装方法を提供する。
が、該台座部の高さの１／２以上で且つ該台座部が隠れ
ない範囲であることを特徴とする第２の態様として記載
の超音波フリップチップ実装方法を提供する。
【００２０】第４の態様として、該異物の除去は、プラ
ズマあるいはエキシマレーザを用いて行うことを特徴と
する第１から第３のいずれかの態様として記載の超音波
フリップチップ実装方法を提供する。
ズマあるいはエキシマレーザを用いて行うことを特徴と
する第１から第３のいずれかの態様として記載の超音波
フリップチップ実装方法を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
断面図である。図１（ａ）は図３に基づいて説明したボ
ールボンディング法を利用して形成されたバンプ２０７
を複数有する半導体チップ２０４に有機系樹脂膜２１３
を形成した状態の断面図である。有機系樹脂膜２１３は
スピンコート法あるいは印刷法等で形成する。
断面図である。図１（ａ）は図３に基づいて説明したボ
ールボンディング法を利用して形成されたバンプ２０７
を複数有する半導体チップ２０４に有機系樹脂膜２１３
を形成した状態の断面図である。有機系樹脂膜２１３は
スピンコート法あるいは印刷法等で形成する。
【００２２】この有機性樹脂膜２１３の厚さは、確実に
バンプ２０７を補強するために台座部２０７Ａの高さの
１／２以上とすることが有効であり、合わせてフリップ
チップ実装の際、バンプ２０７の突出部２０７Ｂが十分
変形してつぶれることで接合が強固となるように、台座
部２０７Ａを覆い隠さない厚さである必要がある。
バンプ２０７を補強するために台座部２０７Ａの高さの
１／２以上とすることが有効であり、合わせてフリップ
チップ実装の際、バンプ２０７の突出部２０７Ｂが十分
変形してつぶれることで接合が強固となるように、台座
部２０７Ａを覆い隠さない厚さである必要がある。
【００２３】本実施例で形成したバンプ２０７の台座部
２０７Ａは高さ２０μｍであるため、有機系樹脂膜２１
３の厚さは１０μｍから２０μｍの範囲で適切な厚さに
コントロールする。
２０７Ａは高さ２０μｍであるため、有機系樹脂膜２１
３の厚さは１０μｍから２０μｍの範囲で適切な厚さに
コントロールする。
【００２４】また、この有機系樹脂膜２１３はバンプ２
０７を機械的に保護するのが目的であるため、硬化時の
ヤング率が１０9Ｐａ以上であることが望ましく、ポリ
イミド系、エポキシ系などの熱硬化性樹脂にシリカなど
の無機系フィラーを添加した樹脂が弾性や熱膨張の面で
望ましい。
０７を機械的に保護するのが目的であるため、硬化時の
ヤング率が１０9Ｐａ以上であることが望ましく、ポリ
イミド系、エポキシ系などの熱硬化性樹脂にシリカなど
の無機系フィラーを添加した樹脂が弾性や熱膨張の面で
望ましい。
【００２５】次にこの有機系樹脂膜２１３を硬化させ、
バンプ２０７の突出した部分に付着した異物を除去す
る。異物とは膜形成時に付着した有機系樹脂膜２１３の
付着物２１３Ａ、あるいはバンプ２０７表面に生成した
酸化皮膜、あるいはその他ごみ等の不純物を意味する。
さらに付着物２１３Ａが除去しやすいようにバンプ突出
部に剥離材等を塗布した場合はこれも含む。
バンプ２０７の突出した部分に付着した異物を除去す
る。異物とは膜形成時に付着した有機系樹脂膜２１３の
付着物２１３Ａ、あるいはバンプ２０７表面に生成した
酸化皮膜、あるいはその他ごみ等の不純物を意味する。
さらに付着物２１３Ａが除去しやすいようにバンプ突出
部に剥離材等を塗布した場合はこれも含む。
【００２６】本実施例では、これら異物の除去はプラズ
マあるいはエキシマレーザによる処理で行われる。ま
た、プラズマ処理の場合は有機系樹脂をエッチングする
ため、フッ素系ガスを含むことが望ましい。さらには酸
化皮膜除去を目的としてアルゴンガスや水素ガスを併用
した方法を用いてもよい。
マあるいはエキシマレーザによる処理で行われる。ま
た、プラズマ処理の場合は有機系樹脂をエッチングする
ため、フッ素系ガスを含むことが望ましい。さらには酸
化皮膜除去を目的としてアルゴンガスや水素ガスを併用
した方法を用いてもよい。
【００２７】本実施形態においては、このような異物除
去工程を経ても有機系樹脂膜２１３が１０μｍ以上の厚
さで保護しているため、半導体チップの配線やパッシベ
ーション膜２０６への影響はない。
去工程を経ても有機系樹脂膜２１３が１０μｍ以上の厚
さで保護しているため、半導体チップの配線やパッシベ
ーション膜２０６への影響はない。
【００２８】前述した方法で異物除去を行った後チップ
個片に分割することで、図１（ｂ）で示すような本発明
に係る超音波フリップチップ実装用のチップ形態が完成
する。また、図２で示すようにメッキ法で形成されたバ
ンプ２１０に対しても同様な処理を施すことにより、有
機系樹脂膜２１３によりバンプ２１０の根元を補強する
ことが可能となる。
個片に分割することで、図１（ｂ）で示すような本発明
に係る超音波フリップチップ実装用のチップ形態が完成
する。また、図２で示すようにメッキ法で形成されたバ
ンプ２１０に対しても同様な処理を施すことにより、有
機系樹脂膜２１３によりバンプ２１０の根元を補強する
ことが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、バンプの根元を有機系
樹脂膜で補強することにより、半導体チップの電極とバ
ンプ間、あるいは該電極自身、あるいは該電極下部に形
成された半導体チップ本体の構造物、に対する超音波振
動によるダメージを軽減できる。
樹脂膜で補強することにより、半導体チップの電極とバ
ンプ間、あるいは該電極自身、あるいは該電極下部に形
成された半導体チップ本体の構造物、に対する超音波振
動によるダメージを軽減できる。
【００３０】その結果、フリップチップ実装工程におい
て発生する不具合が減少し、歩留まりが向上する。ま
た、従来半導体チップあるいはバンプ形成面におよぶダ
メージを回避するために制限されていた超音波エネルギ
ーを理想の値に設定できるので、接合面に十分な超音波
振動を印加でき、接合品質の向上が計れる。
て発生する不具合が減少し、歩留まりが向上する。ま
た、従来半導体チップあるいはバンプ形成面におよぶダ
メージを回避するために制限されていた超音波エネルギ
ーを理想の値に設定できるので、接合面に十分な超音波
振動を印加でき、接合品質の向上が計れる。
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図
【図３】バンプ形成の一方法を示す断面図
【図４】バンプ形成の他の方法を示す断面図
【図５】超音波フリップチップ実装の一形態を示す斜視
図
図
【図６】鋲状バンプの接合の過程を示す側面図
【図７】従来の超音波フリップチップ実装での接合部を
示す断面図
示す断面図
２０４ 半導体チップ
２０５ 電極
２０６ パッシベーション膜
２０７ 鋲状バンプ
２１０ メッキバンプ
２１３ 有機系樹脂膜
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体チップの電極上にバンプを形成
し、該バンプを回路基板の電極に位置合わせし、接合面
に押圧力と超音波振動を印加してフェイスダウン接合す
るフリップチップ実装において、 半導体チップのバンプの形成された一方の面に、該バン
プの先端が突出するような厚さで有機系樹脂膜を形成
し、 該有機系樹脂膜を硬化させ、 突出した該バンプの先端部に付着した異物を除去し、 その後該バンプと回路基板の電極とを接合することを特
徴とする超音波フリップチップ実装方法。 - 【請求項２】 該バンプの形状が、該電極の直上に形成
された台座部と、この台座部の直上に形成された突出部
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超
音波フリップチップ実装方法。 - 【請求項３】 該有機系樹脂膜の厚さが、該台座部の高
さの１／２以上で且つ該台座部が隠れない範囲であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の超音波フリップチップ
実装方法。 - 【請求項４】 該異物の除去は、プラズマあるいはエキ
シマレーザを用いて行うことを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の超音波フリップチップ実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080174A JP2003282629A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 超音波フリップチップ実装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080174A JP2003282629A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 超音波フリップチップ実装方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282629A true JP2003282629A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29229316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
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| KR102758208B1 (ko) | 2018-06-29 | 2025-01-22 | 린텍 가부시키가이샤 | 실장 방법 |
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