JP2000138263A - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンプ電極とパッド電極の重合部が増大する
と一バンプ当たりの荷重は小さくても全荷重が大きくな
りボンディング作業時に半導体ペレットとバンプ電極の
電気的接続を損なうなどの問題があった。 【解決手段】 多数のバンプ電極３を矩形状に略環状配
列した半導体ペレット１と、多数のパッド電極６を形成
した配線基板４とをバンプ電極３とパッド電極６とを加
熱しつつ重合させて超音波振動が付与されたボンディン
グツール１０のペレットと対向する面に、バンプ電極と
パッド電極とが重合した重合部を複数に区分した各組に
対応して、複数の加圧部を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバンプ電極を有する
半導体ペレットとパッド電極を有する配線基板とを各電
極を対向させて重合部を加圧して電気的に接続する半導
体装置の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポータブルビデオカメラなどの電子回路
装置は小型軽量化を図るためこれに用いられる電子部品
も小型化で高密度実装可能であることが要求されてい
る。このような要求に対応するため一枚の配線基板に複
数の半導体ペレットをマウントして集積度を高め実質的
に小形化を図った半導体装置が一般的に用いられてい
る。この種半導体装置の一例を図６から説明する。図に
おいて、１は半導体ペレットで、内部に多数の半導体素
子（図示せず）が形成された矩形状の半導体基板２の一
主面周縁部に前記内部素子と電気的に接続された多数の
バンプ電極３を形成している。４は配線基板で、導電パ
ターン（図示せず）が形成された絶縁基板５の一主面上
の半導体ペレット１のバンプ電極３と対応する位置にパ
ッド電極６を形成している。７は配線基板４上のパッド
電極６で囲まれる領域に供給されバンプ電極３とパッド
電極６とを位置決めして重合させた半導体ペレット１と
配線基板４の間を接着固定する樹脂系接着材で、一般的
には熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられる。この半導体
装置は、配線基板４上に一つ以上の半導体ペレット１を
マウントし導電パターンにより内部接続して高集積、高
機能な薄いモジュールを構成することができ電子機器の
小型化に貢献している。この半導体装置の製造方法の一
例を図７〜図９から説明する。図において、８は配線基
板４を位置決めして支持する平坦な支持テーブルで、内
部にヒータ９が埋設されている。１０は支持テーブル８
の上側方で、バンプ電極３を下に向けた状態の半導体ペ
レット１を吸着し配線基板４上に移動して上下動し供給
するコレットで、半導体ペレット１を加熱するヒータ１
１が組み込まれボンディングツールを兼ねている。１２
はコレットの移動経路定位置下方から半導体ペレット１
下面のバンプ電極３を撮像する第１のテレビカメラ、１
３は支持テーブル８上方で水平動し、配線基板４上でパ
ッド電極６を撮像する第２のテレビカメラ、１４は支持
テーブル８上方で水平動し、配線基板４のパッド電極６
で囲まれる領域中央部上方で上下動して接着材７を定量
供給するシリンジを示す。この装置には各テレビカメラ
１２、１３の撮増信号を処理する画像処理装置や画像処
理装置から出力される位置データに基づいてコレット１
０の水平面内の位置を補正する位置補正装置などが付設
されているが図示省略する。この製造装置を用い、先ず
図７に示すように配線基板４を支持テーブル８上に供給
し定位置で位置決め固定する。この作業と平行して支持
テーブル８の側方でコレット１０により半導体ペレット
１を吸着し支持テーブル８側方の定位置に移動させる。
引き続いて第１のテレビカメラ１２でバンプ電極３の配
列状態を撮像する。これと同時に第２のテレビカメラ１
３により配線基板４上のパッド電極６の配列状態を撮像
する。各テレビカメラ１２、１３の撮像信号は画像処理
装置に供給されパッド電極６に対するバンプ電極３の位
置ずれ量が演算され、この位置ずれデータに基づいてコ
レット１０の位置を配線基板４上で半導体ペレット１の
バンプ電極３がパッド電極６と重合するように補正す
る。この撮像作業が終了すると図８に示すように第２の
テレビカメラ１３を配線基板４上から水平移動させてコ
レット１０やシリンジ１４の障害にならない位置に退避
させ、シリンジ１４を水平動させて配線基板４上に移動
させ降下させてパッド電極６で囲まれる領域に接着材７
を定量供給し、供給が完了するとシリンジ１４を上昇、
水平動させて元の位置に戻す。そして、コレット１０を
水平動させて半導体ペレット１を配線基板４上に移動さ
せ、降下させて図９に示すようにバンプ電極３とパッド
電極６を重合させ全ての重合部を一括して加圧する。コ
レット１０と半導体ペレット１は面接触しているため、
配線基板４とコレット１０の下面とが平行配置されてお
ればバンプ電極３とパッド電極６はそれぞれ高さのばら
つきがあるとしても全ての重合部が均等に加圧される。
この加圧作業と同時に接着材７は拡がって図６に示すよ
うに半導体ペレット１の外周にはみ出す。このようにし
て各電極３、６を重合させた状態で加圧し、支持テーブ
ル８とコレット１０にそれぞれ内蔵されたヒータ９、１
１を作動させて加熱状態を所定時間保ち、接着材７を硬
化させ半導体ペレット１と配線基板４とを各電極３、６
の電気的接続を保った状態で接着を完了した後コレット
１０による加圧状態から開放する。半導体ペレット１の
接着が完了した配線基板４は支持テーブル８から取出さ
れ、多数枚一組で図示省略する高温保管炉に投入され接
着材７を完全硬化させる。この種半導体装置は半導体ペ
レット１と配線基板４とを面接着する接着材７が熱硬化
する際に体積収縮して半導体ペレット１と配線基板４と
を互いに引き合わせ、バンプ電極３とパッド電極６の電
気的接続を確実にしている。（例えば特開平１０−２５
６３０４号公報（先行技術）参照）また配線基板が樹脂
の場合、加熱温度が制限されるため一般的に超音波を併
用して加熱温度を下げている。また熱圧着には一電極当
たりの好適な荷重範囲があり、さらにはこの荷重と超音
波出力、加圧時間などにも好適範囲があり、これらの範
囲を越えると圧着強度が不十分となったり、各電極その
ものが半導体基板や絶縁基板から剥離するという問題が
ある。このような条件について例えば、３ｒｄ Ｓｙｍ
ｐｏｓｉｕｍ ｏｎ”Ｍｉｃｒｏｊｏｉｎｉｎｇ ａｎ
ｄ ＡｓｓｅｍｂｌｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”／Ｆｅｂｒｕａｒｙ６−７、１
９９７、Ｙｏｋｏｈａｍａにて発表された論文「超音波
併用熱圧着によるフリップチップボンディング」には、
金のバンプ電極を形成した半導体ペレットと金メッキさ
れたパッド電極を有する配線基板とを対向させボンディ
ングツールで半導体ペレットを押圧してバンプ電極をパ
ッド電極に圧着するのに６個のバンプ電極の場合につい
ての結果が開示されており、これによればボンディング
ツールのボンディング荷重を、一バンプ当たりの３００
ｇｆ、温度を２００℃とすると、５００ｍＳ近傍のボン
ディング時間で接合強度が飽和し、ほぼ同時に圧着バン
プ高さ、圧着バンプ径も飽和すること、超音波出力２０
ｍＷでは、バンプの高さが４９μｍ、径が９８μｍ、シ
ェア強度は４１ｇｆとなり、超音波出力１００ｍＷで
は、バンプの高さが３１μｍ、径が１１３μｍ、シェア
強度は７８ｇｆとなることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子部品は
高機能、高集積化の要求に対応しようとすれば電極数も
増大する。ところが、上記論文にあるように一バンプ当
たりの荷重（３００ｇｆ）を電極数が例えば２００個の
半導体ペレットに適用すると、全荷重は６０Ｋｇｆにも
なり、ボンディングツールと配線基板とがわずかでも非
平行であるとパッド電極に先行して当接したバンプ電極
に過大な荷重がかかる。またボンディングツールと配線
基板とが平行であっても、バンプ電極の高さやパッド電
極の高さには不可避なばらつきがあるため高い電極が局
部的に集中した場合にはこのバンプ電極に初期荷重が集
中し、バンプ電極とパッド電極の接続が不完全となるだ
けではなく、半導体基板とバンプ電極の間の接続が損な
われるという問題があった。そのため一バンプ電極当た
りの荷重を下げる必要があるが、荷重を下げると圧着時
間を延長しても圧着強度が不十分となり信頼性が得られ
ないという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的として提案されたもので、一主面に多数のバンプ
電極を矩形状に略環状配列した半導体ペレットと、上記
バンプ電極と対向して多数のパッド電極を形成した配線
基板とをバンプ電極とパッド電極とを加熱しつつ重合さ
せて超音波振動が付与されたボンディングツールを用い
て上記重合部を加圧し接続する半導体装置の製造装置に
おいて、上記環状配列されたバンプ電極とパッド電極の
重合部を複数の組に区分し、上記ボンディングツールは
複数の加圧部を備え、複数の組に区分された重合部を順
次加圧することを特徴とする半導体装置の製造装置を提
供する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明による半導体の製造装置
は、半導体ペレットのバンプ電極と配線基板のパッド電
極とを重合させて半導体ペレット側または配線基板側か
らボンディングツールで加圧することにより、上記重合
部を電気的に接続するもので、複数の組に区分された重
合部をボンディングツールの加圧部で順次加圧すること
を特徴とするが、ボンディングツールの加圧部をバンプ
電極とパッド電極の重合部の外側に配置することによ
り、一つの加圧部の加圧作業に他の加圧部が干渉するの
を防止できる。この場合、ボンディングツールの加圧部
形成面に半導体ペレットの浮き上がりを防止するペレッ
ト押さえ部を設けることにより加圧部により局部的に加
圧される半導体ペレットの姿勢をペレット押さえ部で矯
正でき、さらにペレット押さえ部の高さを、加圧部が一
組の重合部を加圧した状態で他の組の重合部の各電極対
向面が弾性変形可能に当接するように設定することがで
きる。このように設定したペレット押さえ部は、順次ボ
ンディングされる重合部のうち、ボンディングが未了の
重合部に対応して設けることができる。また、矩形状に
環状配列された重合部を一方向に順次ボンディングする
ようにボンディングツールの移動方向を設定することが
できる。また、矩形状に環状配列された重合部を対辺方
向に順次ボンディングするようにボンディングツールの
移動方向を設定することができる。さらには矩形状に環
状配列された重合部を対角方向に順次ボンディングする
ようにボンディングツールの移動方向を設定することが
できる。

【０００６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図１及び図２から説
明する。図において、図６乃至図９と同一物には同一符
号を付し重複する説明を省略する。本発明装置が従来装
置と相異ずるのは、半導体ペレット１の搬送と半導体ペ
レット１のバンプ電極３と配線基板４のパッド電極６の
重合部を加圧するボンディングツールを兼ねたコレット
１０のみで、さらには環状配列されたバンプ電極３とパ
ッド電極６の重合部を複数の組に区分しておいて、コレ
ット（ボンディングツール）１０のペレット吸着面に各
組みの重合部に対応して複数の加圧部１５を形成した点
が相異する。図示例では矩形状に略環状配列された重合
部を各辺毎に４つに区分し、加圧部１５は各辺に対応し
て４つの加圧部１５ａ〜１５ｄに区分形成されている。
図中１０ａは半導体ペレット１を吸着する吸着穴を示
す。また各加圧部１５ａ〜１５ｄは矩形状に配列された
各重合部の外方でさらに半導体ペレット１の外周より外
方に配置されている。以下にこのボンディングツール１
０を用いたボンディング作業について説明する。先ず既
に接着材７が供給された配線基板４上に半導体ペレット
１をそのバンプ電極３と配線基板４上のパッド電極６と
が重合するように降下させ、重合部を加圧して位置決め
する。これにより接着材７は拡がって半導体ペレット１
の外周にはみ出し、接着材７の粘着力により半導体ペレ
ット１は仮固定される。次に半導体ペレット１の吸着を
停止し、コレット１０を上昇させて、図３に示すように
ボンディングツール１０の図示平面視左側に位置する一
つの加圧部１５ａを右側に移動させて一つの重合部１６
ａ上に位置させる。これにより図示上下加圧部１５ｂ、
１５ｄは半導体ペレット１の上下辺に沿って水平移動
し、右側加圧部１５ｃはさらに右側に移動する。従って
一つの重合部１６ａを加圧する一つの加圧部１５ａ以外
の加圧部は半導体ペレット１から外れている。この状態
でボンディングツール１０を降下させ加圧すると加圧力
は一組の重合部１６ａのみに作用する。従ってボンディ
ング強度の面から最適な一バンプ当たりの荷重が一定で
も同時に加圧するバンプ電極の数が少ないため全荷重を
小さくできる。また同時加圧するバンプ電極数が少ない
ため加圧領域も狭く、ボンディングツール１０と配線基
板４とが完全に平行でない場合や、バンプ電極３やパッ
ド電極６の高さのばらつきがある場合などのように局部
的に荷重がかかるような場合でも、全荷重を小さく出来
るため半導体基板とバンプ電極３との間の接続が損なわ
れることもない。このようにして、一組の重合部１６ａ
の電気的接続が完了すると、ボンディングツール１０を
上昇させて、図示上側に位置する加圧部１５ｂを対応す
る重合部１６ｂ上に移動させ、ツール１０を降下させて
ボンディング作業を行う。以下、半導体ペレット１に対
してボンディングツール１０を時計周りに移動させて上
記動作を繰り返し残りの重合部のボンディング作業を行
う。この結果、ボンディングツール１０は図示Ｂで示す
ように環状移動し、元の位置に戻る。このときコレット
（ボンディングツール）１０のペレット供給方向を、配
線基板４上のペレットの対角方向に設定すれば、加圧部
１５の移動軌跡はこの供給方向に対して平行又は直交方
向となり、ボンディングツール１０の駆動制御が容易と
なる。また環状移動させるだけでなく対辺方向に移動さ
せてもよい。この装置は上述のようにボンディングツー
ル１０にかける全荷重を下げても、一バンプ電極当たり
の最適荷重を維持することが出来、仮にボンディングツ
ール１０がボンディング作業開始直後に重合部の一部に
局部的に当接しても半導体基板とバンプ電極との電気的
接続を損なうこともない。図４は本発明の他の実施例を
説明する。この実施例では、半導体ペレット１の一つの
対角線に対して隣り合う重合部を一つの組みとして、そ
れぞれの重合部を加圧する一組の加圧部１５ａ、１５ｂ
と他の組みの加圧部１５ｃ、１５ｄに区分し、一方の加
圧部がそれに対応する重合部を加圧している時、他の組
みの加圧部は半導体ペレット１の外方に位置するように
配置されている。そしてこのボンディングツール１０は
半導体ペレット１の対角方向に往復動する。この実施例
の場合、ボンディング動作する加圧部１５は半導体ペレ
ット１上の全電極数の１／２を同時加圧するため、ボン
ディングツール１０にかける全荷重は従来装置の１／２
で済む。図５は本発明の変形例を示す。これは図２にお
けるボンディングツール１０の加圧部形成面に、加圧部
１５が重合部を加圧している時に加圧されていない重合
部が浮き上がらないようにペレット押さえ部１５ｅ〜１
５ｈを形成したことのみである。このペレット押さえ部
１５ｅ〜１５ｈは加圧部１５ａ〜１５ｄで形成される環
状領域内に各押さえ部の両端部が交差して略井の字状に
配置される。またこのペレット押さえ部は加圧部が重合
部を加圧変形させるのに対して、重合部が弾性変形可能
な範囲で半導体ペレットに当接する。したがって、ボン
ディングツール１０にかかる荷重及び超音波振動は、ペ
レット押さえ部位置の重合部にはあまり伝達されず、加
圧部位置の重合部に集中させることが出来る。このペレ
ット押さえ部は図５では井の字状に形成したが、既にボ
ンディング作業が完了した重合部位置は不要で、矩形状
配置された重合部では少なくとも２つ設ければよい。こ
のようにペレット押さえ部を形成することにより配線基
板４が樹脂からなる絶縁基板を用い加圧により変形する
ものでも全ての重合部に対して良好なボンディング作業
が行える。尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるこ
となく例えば、接着材７は予め配線基板４上に供給する
だけでなく、バンプ電極３とパッド電極６の圧着作業が
完了した後に半導体ペレット１と配線基板４の間に供給
することもできる。

【０００７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ボンディ
ングツールにかかる全荷重を減少でき、荷重が重合部に
局部的にかかっても半導体基板とバンプ電極の電気的接
続を損なうことはない。また全荷重と同様に超音波出力
も小さくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す要部側面図

【図２】 図１装置のボンディングツールの下面図

【図３】 図１装置の動作を説明する要部平断面図。

【図４】 本発明の他の実施例を示す要部平断面図

【図５】 本発明の変形例を示す要部平断面図

【図６】 半導体装置の一例を示す要部側断面図

【図７】 図６半導体装置の製造装置の一例を示す側面
図

【図８】 図７装置の動作を説明する要部側面図

【図９】 図７装置の動作を説明する要部側面図

【符号の説明】

３ バンプ電極 １ 半導体ペレット ６ パッド電極 ４ 配線基板 １０ ボンディングツール（コレット） １５ 加圧部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一主面に多数のバンプ電極を矩形状に略環
   状配列した半導体ペレットと、上記バンプ電極と対向し
   て多数のパッド電極を形成した配線基板とをバンプ電極
   とパッド電極とを加熱しつつ重合させて超音波振動が付
   与されたボンディングツールを用いて上記重合部を加圧
   し接続する半導体装置の製造装置において、 上記環状配列されたバンプ電極とパッド電極の重合部を
   複数の組に区分し、上記ボンディングツールは複数の加
   圧部を備え、複数の組に区分された重合部を順次加圧す
   ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 【請求項２】ボンディングツールの加圧部をバンプ電極
   とパッド電極の重合部の外側に配置したことを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
3. 【請求項３】ボンディングツールの加圧部形成面に半導
   体ペレットの浮き上がりを防止するペレット押さえ部を
   設けたことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の
   製造装置。
4. 【請求項４】ペレット押さえ部は、加圧部が一組の重合
   部を加圧した状態で他の組の重合部の各電極対向面が弾
   性変形可能に当接するように高さ設定されたことを特徴
   とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】ペレット押さえ部は、順次ボンディングさ
   れる重合部のうち、ボンディングが未了の重合部に対応
   して設けたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装
   置の製造装置。
6. 【請求項６】矩形状に環状配列された重合部を一方向に
   順次ボンディングするようにボンディングツールの移動
   方向を設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導
   体装置の製造装置。
7. 【請求項７】矩形状に環状配列された重合部を対辺方向
   に順次ボンディングするようにボンディングツールの移
   動方向を設定したことを特徴とする請求項１に記載の半
   導体装置の製造装置。
8. 【請求項８】矩形状に環状配列された重合部を対角方向
   に順次ボンディングするようにボンディングツールの移
   動方向を設定したことを特徴とする請求項１に記載の半
   導体装置の製造装置。