JP2000349123A - 半導体素子の実装方法 - Google Patents
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Abstract
ラックス残さによる接続信頼性の低下のない半導体素子
の実装方法を提供する。 【解決手段】 予め半導体素子1と配線基板2とを所定
の予熱温度に加熱し半導体素子1と配線基板2とを圧接
することにより予め半田バンプ3の酸化膜の一部を圧接
により破っておくことができる。さらに半導体素子と配
線基板上の半田バンプを半田配線以上に加熱し半田バン
プを溶融した状態で半導体素子1を所定の方向へ律動さ
せることにより、半田バンプ3の表面を覆っている酸化
膜を半田バンプ3の中へ取り込むことができるのでフラ
ックスを用いることなくボンディングを行なうことがで
きる。さらに大気遮断ボックス6内の不活性ガス7等に
より、半導体素子1上および/または配線基板2上に形
成された半田バンプ3の表面の酸化防止または酸化膜の
還元を行なうことができるため、半導体素子1と配線基
板2との間の接合をさらに安定化させることができる。
Description
方法に関し、特にフリップチップ実装を用いて半導体素
子と配線基板とを接続する半導体素子の実装方法に関す
る。
知られているフリップチップ・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、対
向する配線基板の上面に設けられた接続パッド上の半田
バンプとを接続する方法である。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いるため、半
田バンプの表面の酸化膜を除去し半田による接続を容易
にしていた。しかし、フラックスの量の最適化または洗
浄工程の管理等を行なわないと、洗浄工程後にフラック
スが残さとなって残ってしまうため、このフラックスの
残さが後の工程における封止樹脂の注入を妨げてしまう
という問題があった。さらに、このフラックスの残さが
マイグレーションの発生を誘発し、接続信頼性を低下さ
せるという品質保証上の問題があった。
フリップチップ・ボンディング方法はフラックスを用い
ているため、洗浄工程後に残るフラックス残さによる接
続信頼性の低下という問題があった。そこで、本発明の
目的は、上記問題を解決するためになされたものであ
り、半導体素子と配線基板との接続にフラックスを使用
しないフリップチップ・ボンディング方法を用いること
により、フラックス残さによる接続信頼性の低下のない
半導体素子の実装方法を提供することにある。
実装方法は、半導体素子または配線基板のいずれかの上
に半田バンプを形成する半田バンプ形成工程と、前記半
導体素子と前記配線基板とを半田融点より低い所定の予
熱温度に加熱する加熱工程と、前記半導体素子を前記半
田バンプを介して前記配線基板上に圧接する圧接工程
と、前記半導体素子と前記配線基板とが圧接された状態
で、前記半導体を半田融点以上の温度に加熱し、前記半
導体素子または前記配線基板上に形成された半田バンプ
を溶融する工程と、前記半導体素子を水平方向または鉛
直方向のいずれかの方向へ周期的に律動させる律動工程
と、前記半導体素子を半田融点より低い所定の冷却温度
に冷却する冷却工程とを備えたものである。
において、前記圧接工程ならびに前記律動工程は、前記
半田バンブを不活性雰囲気または還元性雰囲気のいずれ
かの状態にして行なわれることができるものである。
において、前記半田バンプ形成工程は、半導体素子上お
よび配線基板上に各々半田バンプを形成することができ
るものである。
において、前記律動工程は、前記半導体素子と前記配線
基板とが圧接された状態で、前記半導体を半田融点以上
の温度に加熱し、前記半導体素子または前記配線基板上
に形成された半田バンプを溶融した状態で、前記半導体
素子を水平方向および鉛直方向へ周期的に律動させるこ
とができるものである。
において、前記律動工程は、前記半導体素子と前記配線
基板とが圧接された状態で、前記配線基板を半田融点以
上の温度に加熱し、前記半導体素子または前記配線基板
上に形成された半田バンプを溶融した状態で、前記半導
体素子を水平方向および鉛直方向へ周期的に律動させる
ことができるものである。 〔発明の詳細な説明〕
実施の形態を詳細に説明する。
は、本発明の実施の形態1における半導体素子の実装工
程の断面図を示す。図1において、符号1は半導体素
子、2は半導体素子1を接続しようとする配線基板、3
は半導体素子1または配線基板2上に形成された半田バ
ンプ、4は半導体素子1を保持するボンディングヘッ
ド、5は配線基板2を保持するボンディングステージで
ある。
グステージ5とを有するボンディング装置について説明
する。図1に示されるように、半導体素子1上と配線基
板2上とには、各々半田バンプ3が形成されているが、
この半田バンプ3にはフラックスは供給されていない。
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
吸着することができ、室温から半田融点(約180℃)
以上の約400℃程度まで加熱することができる。ボン
ディングステージ5はヒータ(不図示)を内蔵してお
り、予め配線基板2を半田融点近くの予熱温度に加熱し
ておくことができる。
子の実装方法を説明する。図1(A)に示されるよう
に、配線基板2は半田融点近くの温度に過熱されたボン
ディングステージ5の上面の所定の位置に位置決めされ
て載置されている。一方、半導体素子1は半田融点より
低い所定の予熱温度に加熱されたボンディングヘッド4
の下面に吸着されている。半導体素子1は、ボンディン
グヘッド4の水平方向への移動により、所定の位置に位
置決め(アラインメント)された状態で配線基板2の上
方に位置している。
グヘッド4が下降すると、半導体素子1は配線基板2上
の所定の位置に載置される。半導体素子1はボンディン
グヘッド4の下面に吸着されているため、水平方向に位
置決めされた状態で、鉛直方向に所定時間圧力を加えら
れて配線基板2上に圧接される。この結果、各半田バン
プ3の接触面積を大きくとることができ、さらに予め半
田バンプ3の酸化膜の一部を圧接により破っておくこと
ができる。
1上に形成された半田バンプ3と配線基板2上に形成さ
れた半田バンプ3とが接触した状態で、半導体素子を半
田融点以上に加熱し、半導体素子および配線基板上に形
成された半導体バンプを溶融した状態で、水平方向Xま
たは鉛直方向Yのいずれかの方向へ周期的に律動(スク
ラブ)させる。この結果、半田バンプ3の表面を覆って
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なうことができ
る。
グヘッド4を半田融点より低い温度に冷却すると、半導
体素子1の温度が低下し、半田バンプ3が固化する。ボ
ンディングヘッド4による半導体素子1の吸着を解除す
るとともに、ボンディングヘッドを上昇させてボンディ
ングを終了させる。
線基板2上に半田バンプ3を形成したが、半田バンプ3
は半導体素子1上または配線基板2上のいずれかの上に
形成してもよい。さらに上述の説明では、律動方向は水
平方向Xまたは鉛直方向Yのいずれかの方向であった
が、水平方向Xおよび鉛直方向Yの両方向へ律動させる
こともできる。
ステージ5の予熱温度は、好適には約150℃程度であ
る。律動中のボンディングヘッド4の温度は好適には約
260℃程度であり、冷却時のボンディングヘッド4の
温度は好適には約180℃程度である。ボンディングス
テージ5の温度は、律動中も含めて予熱温度、好適には
約150℃程度に保たれている。
導体素子1と配線基板2とを所定の予熱温度に加熱し、
半導体素子1と配線基板2とを圧接することにより、予
め半田バンプ3の酸化膜の一部を圧接により破っておく
ことができる。さらに半導体素子1を所定の方向へ律動
させることにより、半田バンプ3の表面を覆っている酸
化膜を半田バンプ3の中へ取り込むことができるので、
フラックスを用いることなくボンディングを行なうこと
ができる。
態2における半導体素子の実装工程の断面図を示す。図
2で図1と同じ符号を付したものは同じ機能を有するた
め説明は省略する。図2において、符号6は配線基板2
を大気から遮断する大気遮断ボックス、7は図示の矢印
方向へ流入する不活性ガスまたは還元性ガスである。大
気遮断ボックス6には、不活性ガスまたは還元性ガス7
の供給源(不図示)およびこれらのガス7を加熱するガ
ス加熱器(不図示)が接続されている。大気遮断ボック
ス6内には、常に半田融点近くの温度まで加熱された不
活性ガスまたは還元性ガス7、あるいはこれらの混合ガ
スが満たされている。
7等により、半導体素子1上および/または配線基板2
上に形成された半田バンプ3の表面の酸化防止または酸
化膜の還元を行なうことができるため、半導体素子1と
配線基板2との間の接合をさらに安定化させることがで
きる。
装方法は、半田バンプ3の半田材によらずに実装を行な
うことができる。さらに、配線基板2はセラミック基板
または有機樹脂基板であっても実装を行なうことができ
る。
断ボックス6内の不活性ガス7等により、半導体素子1
上および/または配線基板2上に形成された半田バンプ
3の表面の酸化防止または酸化膜の還元を行なうことが
できるため、半導体素子1と配線基板2との間の接合を
さらに安定化させることができる。
子の実装方法によれば、半導体素子と配線基板との接続
にフラックスを使用しないフリップチップ・ボンディン
グ方法を用いることにより、フラックス残さによる接続
信頼性の低下のない半導体素子の実装方法を提供するこ
とができる。
実装工程の断面図である。
実装工程の断面図である。
4 ボンディングヘッド、 5 ボンディングステー
ジ、 6 大気遮断ボックス、 7 不活性ガスまたは
還元性ガス。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体素子または配線基板のいずれかの
上に半田バンプを形成する半田バンプ形成工程と、 前記半導体素子と前記配線基板とを半田融点より低い所
定の予熱温度に加熱する加熱工程と、 前記半導体素子を前記半田バンプを介して前記配線基板
上に圧接する圧接工程と、 前記半導体素子と前記配線基板とが圧接された状態で、
前記半導体を半田融点以上の温度に加熱し、前記半導体
素子または前記配線基板上に形成された半田バンプを溶
融する工程と、 前記半導体素子を水平方向または鉛直方向のいずれかの
方向へ周期的に律動させる律動工程と、 前記半導体素子を半田融点より低い所定の冷却温度に冷
却する冷却工程とを備えたことを特徴とする半導体素子
の実装方法。 - 【請求項2】 前記圧接工程ならびに前記律動工程は、
前記半田バンブを不活性雰囲気または還元性雰囲気のい
ずれかの状態にして行なわれることを特徴とする請求項
1記載の半導体素子の実装方法。 - 【請求項3】 前記半田バンプ形成工程は、半導体素子
上および配線基板上に各々半田バンプを形成することを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体
素子の実装方法。 - 【請求項4】 前記律動工程は、前記半導体素子と前記
配線基板とが圧接された状態で、前記半導体を半田融点
以上の温度に加熱し、前記半導体素子または前記配線基
板上に形成された半田バンプを溶融した状態で、前記半
導体素子を水平方向および鉛直方向へ周期的に律動させ
ることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載
の半導体素子の実装方法。 - 【請求項5】 前記律動工程は、前記半導体素子と前記
配線基板とが圧接された状態で、前記配線基板を半田融
点以上の温度に加熱し、前記半導体素子または前記配線
基板上に形成された半田バンプを溶融した状態で、前記
半導体素子を水平方向および鉛直方向へ周期的に律動さ
せることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記
載の半導体素子の実装方法。
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