JP2001053113A - 超音波振動を用いた半導体チップの実装方法 - Google Patents

超音波振動を用いた半導体チップの実装方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波熱圧着法を用いて半導体チップを基板
へ実装する際に、半導体チップの削れ屑の発生を防止す
る。 【解決手段】 本発明の超音波振動を用いた半導体チッ
プの実装方法は、主面に接続端子としての導電性バンプ
を備える半導体チップの裏面を弾性を有するフィルムを
介して吸気孔を備える吸着ツールにより吸着して前記半
導体チップを保持する工程と、前記導電性バンプに対応
する接続配線を備える基板に対して前記半導体チップを
位置決めして前記導電性バンプと前記接続配線とが接続
するように前記半導体チップを前記基板に載置する工程
と、前記吸着ツールにより前記半導体チップを前記基板
に対して付勢しつつ前記吸着ツールから前記フィルムを
介して前記半導体チップに超音波振動を与えて前記導電
性バンプと前記接続配線とを接合する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動を用い
て半導体チップを基板上へ実装するための方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップを基板上へ実装するための
方法として、フリップチップ実装と呼ばれる方法が広く
採用されている。フリップチップ実装では、半導体チッ
プの回路が形成された面（以下、主面という）上に、接
続端子としての複数の導電性バンプ、主として金バンプ
を備えたものを、フェイスダウン、すなわち主面を基板
側にして、各導電性バンプを直接基板上の配線に接合す
る。フリップチップ実装において、前記導電性バンプを
基板上の配線に接合する方法として、従来から、超音波
熱圧着法と呼ばれる方法が広く知られている。
【０００３】超音波熱圧着法では、真空吸着ツールによ
り半導体チップを吸着し、これを基板上に形成された配
線のバンプ搭載領域上に配置する。金バンプの配線上へ
の接合に際し、吸着ツールにより半導体チップに一定の
押圧力を加えると共に、基板側を加熱する。この状態
で、該吸着ツールを介して半導体チップに、所定周波数
の超音波振動を与える。前記押圧力、熱及び超音波によ
る振動によって、半導体チップ上の各金バンプは、基板
上のランドに良好に接合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記吸着ツールを介し
た超音波振動のエネルギーを、導電性バンプに効率的に
伝えるためには、吸着ツールと半導体チップとの真空吸
着による一体性が重要である。しかしながら、吸着ツー
ルの吸着面とこれに当接される半導体チップの裏面との
間に、該チップの面の加工状態などに起因して、微細な
隙間が生じることがあり、その吸着力が低下することが
ある。該吸着力の低下は、金バンプへの超音波振動のエ
ネルギーを低下させるだけでなく、別の問題を引き起こ
す。
【０００５】すなわち、吸着ツールによる吸着力が低下
すると、該ツールに与えられた超音波振動に半導体チッ
プが追随できなくなり、吸着ツールの先端が半導体チッ
プの裏面を摩擦により削り取ってしまうという問題があ
る。削り取られた微細なシリコン屑の幾らかは、半導体
チップの裏面に付着し、そのまま基板に実装され、延い
ては装置に組み込まれる可能性がある。
【０００６】また、前述したような吸着力の低下が生じ
ない場合においても、導電性バンプが基板上の配線上に
固定され又は固定される直前になると、吸着ツールの振
動に半導体チップが追随しなくなる。このような場合に
も、前記チップの削れの問題が発生する。
【０００７】半導体チップに付着した削り屑は、該半導
体チップが用いられる用途によっては、深刻な問題を引
き起こす可能性がある。例えば、ハードディスク装置の
筐体内で、そのアクチュエータ上に実装されるプリアン
プ用のベアチップがある。磁気ディスクの回転に伴う振
動によって、半導体チップに付着した前記削り屑（これ
らは、０．１〜５μｍ程度の大きさを有する）は、装置
内部を飛翔し、最終的にディスク上に落ちる。ディスク
面に対する磁気ヘッドの浮上高は５０ｎｍ以下であるの
で、ディスク上の前記削り屑は、ハードディスク装置の
機能に深刻な影響を与える。
【０００８】従って、本発明の目的は、超音波熱圧着法
を用いて半導体チップを基板へ実装する際に、前記半導
体チップの削れ屑の発生を防止し、該半導体チップを装
置へ搭載する際の該削れ屑に起因する前記問題を解消す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波振動を用
いた半導体チップの実装方法は、主面に接続端子として
の導電性バンプを備える半導体チップの裏面を弾性を有
するフィルムを介して吸気孔を備える吸着ツールにより
吸着して前記半導体チップを保持する工程と、前記導電
性バンプに対応する接続配線を備える基板に対して前記
半導体チップを位置決めして前記導電性バンプと前記接
続配線とが接続するように前記半導体チップを前記基板
に載置する工程と、前記吸着ツールにより前記半導体チ
ップを前記基板に対して付勢しつつ前記吸着ツールから
前記フィルムを介して前記半導体チップに超音波振動を
与えて前記導電性バンプと前記接続配線とを接合する工
程とを有する。
【００１０】 また、前記実装方法は、前記吸着ツール
により前記フィルムを介して前記半導体チップを吸着す
るに際し、前記フィルムにおける前記吸着ツールの吸気
孔に対応する位置に孔を開ける工程を有するものでも良
い。
【００１１】 また、本発明の超音波振動を用いた半導
体チップの実装方法は、主面に接続端子としての導電性
バンプを備える半導体チップを前記導電性バンプに対応
する接続配線を備える基板に対して位置決めして前記導
電性バンプと前記接続配線とが接続するように前記半導
体チップを前記基板に載置する工程と、押圧部材により
前記半導体チップを当該半導体チップの裏面側から弾性
を有するフィルムを介して前記基板に対して付勢しつつ
前記押圧部材から前記フィルムを介して前記半導体チッ
プに超音波振動を与えて前記導電性バンプと前記接続配
線とを接合する工程とを有する。
【００１２】 前記各実装方法において、前記フィルム
は長尺形状を有し、新たな半導体チップを実装する毎に
前記フィルムの未使用の領域が前記吸着ツールと前記半
導体チップの裏面との間に供給されることが好ましい。
【００１３】 また、前記導電性バンプと前記接続配線
とを接合する工程は、前記フィルムに一定の張力を与え
ながら行われることが好ましい。該張力により、吸着ツ
ール（押圧部材）と半導体チップの一体性がより高ま
り、超音波振動のエネルギーの伝達効率が向上する。
【００１４】 また、前記導電性バンプと前記接続配線
とを接合する工程は、前記基板に対して熱を与えながら
行われることが好ましい。
【００１５】 更に、前記フィルムは１０〜５０μｍの
厚さの樹脂性フィルムであることが好ましく、その素材
としてはフッ素樹脂又は直鎖型ポリイミド樹脂が好まし
い。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
沿って説明する。本実施形態に係る半導体チップの実装
方法においては、図１に示すような吸着ツールを用い
る。吸着ツール１０は、フリップチップボンディング装
置等の、半導体チップの基板への実装を実現するための
装置における一構成部分である。
【００１７】吸着ツール１０は、その先端が半導体チッ
プへの吸着面１１ａとされる吸着ノズル１１を有する。
吸着ノズル先端の吸気孔を通した吸引力によって、該吸
着面１１ａに半導体チップを真空吸着する。吸着ノズル
１１の途中には、超音波振動を付与するための超音波ホ
ーン１２が接続される。超音波ホーン１２は、特定周波
数により吸着ノズル１１に水平方向の振動を所定期間与
える。該振動により吸着ノズル１１の先端、延いてはこ
こに真空吸着された半導体チップが水平方向に微少振動
される。後述するように、この振動、押圧力及び熱によ
り、半導体チップは基板上に接合される。
【００１８】図１には示されていないが、本発明は、そ
の実施に際し、更に弾性フィルム及びその供給装置を用
いる。弾性フィルムは、リールに巻き取られた長尺のテ
ープ状に構成される。弾性フィルムは、前記吸着ノズル
１１を介して半導体チップに超音波振動を与える際に、
吸着ノズルの吸着面１１ａと半導体チップとの間に介在
される。弾性フィルムを介在させることによって、半導
体チップが直接吸着ノズルに接触することが回避され、
吸着面１１ａにより半導体チップの裏面が削り取られる
ことが防止される。
【００１９】一方で、弾性フィルムは、吸着ノズル１１
に与えられる振動のエネルギーを効率的に半導体チップ
側へ伝達できるものでなければならない。前記振動のエ
ネルギーを効率的に伝達する上で、弾性フィルムは、そ
の厚さ及び吸着ノズルと半導体チップとを一体にする密
着性が重要である。また、前記振動に対する強度及び耐
熱性が必要である。これらの要求を満たすものとして発
明者らの実験により確かめられた弾性フィルムの厚さ
は、１０〜５０μｍの範囲のものである。なお、超音波
振動による吸着ノズルの移動距離は、０．５〜１．５μ
ｍ程度である。また、その材質として、フッ素樹脂（弾
性率：約１．７ＭＰａ）及び直鎖型ポリイミド樹脂（弾
性率：約６３７０ＭＰａ）が好適であった。
【００２０】弾性フィルムの供給装置は、前記リールに
巻き取られたテープ状のフィルムを、吸着ノズルの吸着
面１１ａの前方に配置するよう装置に実装される。供給
装置は、半導体チップを基板上に実装する工程が開始さ
れる度に、フィルムの新しい面が前記吸着面１１ａの前
方に供給されるよう、前記リールを駆動する。供給装置
の具体的な構成によって本発明は限定されることはない
が、好ましい実施態様において、供給装置は前記吸着ツ
ール１０に固定されるものである。
【００２１】次に、本発明の一実施形態における半導体
チップの実装の工程を、図２並びに図３及び図４に沿っ
て順次説明する。図２は、一実施形態における半導体チ
ップの実装方法を示すフローチャートであり、図３及び
図４に示された工程（Ａ）〜（Ｆ）は、図２における各
工程に対応した工程図である。最初の工程１０１で、供
給装置が駆動され、そのリールによってフィルム３０が
巻き取られ、その新しい面が吸着ノズル１１の吸着面１
１ａの前方に供給される（工程（Ａ））。吸着ノズル１
１は、その前方にフィルム３０を伴った状態で、穿孔ツ
ール３１の設置位置へ移送される。穿孔ツール３１は、
先端が鋭利にされたニードルピンを含み、これにより吸
着ノズルの吸着孔１１ｂに対応するフィルム３０の位置
に孔を開ける。すなわち、工程１０２において、吸着ノ
ズル１１又は穿孔ツール３１の何れかが相対的に移動さ
れ、フィルム３０に孔を開ける（工程（Ｂ））。この場
合に、孔開け後のフィルムの位置が、吸着面１１ａに対
し相対的にずれないように、吸着面１１ａにフィルム３
０を接触させ、またフィルムに一定の張力を与えること
が好ましい。
【００２２】次の工程１０３で、吸着ノズル１１を半導
体チップ３２の供給位置まで移動し、吸着ツールを起動
して半導体チップ３２を真空吸着する（工程（Ｃ））。
吸着ノズル１１と半導体チップ３２との間には、フィル
ム３０が介在されるが、先の工程で開けられたフィルム
３０の孔を通して、吸着ツールの吸着力が半導体チップ
３２に伝えられる。この結果、半導体チップ３２の吸着
を可能とする一方で、吸着面１１ａが直接半導体チップ
３２に接触することが回避される。
【００２３】次の工程１０４で、吸着ノズル１１に吸着
した半導体チップ３２を、それが実装される基板３３上
へ搬送し、ここに位置決めする（図４における工程
（Ｄ））。すなわち、基台３４上に固定された基板３３
の配線３３ａに、半導体チップ３２の金バンプ３２ａを
位置合わせし、これらを接触させるべく吸着ノズル１１
を下降する。この時に、吸着ノズル１１は所定の押圧力
により、半導体チップ３２を基板３３に向けて押圧す
る。ここで、基板３３は所定の温度に加熱されている。
一つの実施例で基板３３は、ハードディスク装置のアク
チュエータ基板である。また、基板３３は、半導体チッ
プと共にパッケージ内に封止されるものであっても良
い。
【００２４】工程１０５において、この状態で、吸着ノ
ズル１１を介して半導体チップ３２に、所定時間、超音
波振動が与えられる（工程（Ｅ））。該超音波振動、吸
着ノズル１１の押圧力及び基板３３に与えられた熱によ
り、金バンプ３２ａは溶融し、基板３３上の配線３３ａ
に接合される。前記フィルム３０を介在させることによ
り、該振動を与えたときに半導体チップ３２の裏面が削
れることがない。また、超音波振動により与えられる吸
着ノズルの移動距離（０．５〜１．５μｍ程度）に対し
て、フィルム３０の同方向における弾性変形量は十分に
大きいので（フィルムの厚さは１０μｍ以上）、半導体
チップ３２が基板３３に対し接合されて移動できなくな
った場合でも、該変形により吸着ノズルと半導体チップ
のずれを吸収することができる。本工程において、好ま
しくはフィルム３０に一定の張力を与える。工程１０５
において半導体チップ３２の基板３３への接合が達成さ
れると、工程１０６において、吸着ノズル１１は引き上
げられ、処理が完了する（工程（Ｆ））。
【００２５】次に、本発明の他の実施形態における半導
体チップの実装の工程を、図５並びに図６〜図８に沿っ
て順次説明する。図５は、本実施形態における半導体チ
ップの実装方法を示すフローチャートであり、図６〜図
８に示された工程（Ａ）〜（Ｇ）は、図５における各工
程に対応した工程図である。本実施形態における半導体
チップの実装工程は、先の実施形態と異なり、フィルム
に孔を開ける工程を含まない。
【００２６】最初の工程５０１で、吸着ノズル１１を半
導体チップ３２の供給位置まで移動し、吸着ツールを起
動して半導体チップ３２を真空吸着する（図６の工程
（Ａ））。先の実施形態と異なり、ここではフィルムを
間に介在させない。次の工程５０２で、吸着ノズル１１
に吸着した半導体チップ３２を、それが実装される基板
３３上へ搬送し、ここに位置決めする（工程（Ｂ））。
すなわち、前記実施形態同様、基台３４上に固定された
基板３３の配線３３ａに、半導体チップ３２の金バンプ
３２ａを位置合わせし、これらを接触させるべく吸着ノ
ズル１１を下降する。次に、工程５０３において、吸着
ノズル１１による半導体チップ３２の吸着を中止し、半
導体チップ３２を基板３３上に置いて、一旦、吸着ノズ
ル１１を引き上げる（工程（Ｃ））。
【００２７】次に、工程５０４において、半導体チップ
３２の上方で、フィルム３０を吸着ノズル１１の前方に
位置させる（図７の工程（Ｄ））。次いで、工程５０５
において、再度吸着ノズル１１を半導体チップ３２の位
置まで下降させる（工程（Ｅ））。このとき、前記供給
したフィルム３０が、吸着ノズル１１と半導体チップ３
２との間に介在され、これらが直接接触することが回避
される。吸着ノズル１１は所定の押圧力により、半導体
チップ３２を基板３３に向けて押圧する。また、基板３
３は所定の温度に加熱される。
【００２８】工程５０６において、この状態で、吸着ノ
ズル１１を介して半導体チップ３２に、所定時間、超音
波振動が与えられる（図８の工程（Ｆ））。該超音波振
動、吸着ノズル１１の押圧力及び基板３３に与えられた
熱により、金バンプ３２ａは溶融し、基板３３上の配線
３３ａに接合される。工程５０６において半導体チップ
３２の基板３３への接合が達成されると、工程５０７に
おいて、吸着ノズル１１は引き上げられ、処理が完了す
る（工程（Ｇ））。ここで供給装置が駆動され、そのリ
ールによってフィルム３０が巻き取られ、次の半導体チ
ップの実装のために、その新しい面が吸着ノズル１１の
吸着面１１ａの前方に供給される。
【００２９】
【実施例】前記図５に従う実施形態に沿って、本発明の
実装方法を、弾性フィルムを用いない従来の方法と比較
した。従来の方法に対する条件を表１のように調整し
た。ここで用いた弾性フィルムは、３０μｍ厚のフッ素
樹脂フィルム及び５０μｍ厚の直鎖型ポリイミド樹脂フ
ィルムである。
【００３０】
【表１】
【００３１】この結果、何れの弾性フィルムにおいて
も、従来と同様の接合強度を確保した上で、半導体チッ
プの削れによる屑の発生が完全に回避できた。
【００３２】以上、本発明の実施形態及び実施例を図面
に沿って説明した。本発明の適用範囲が、前記実施形態
及び実施例において示した事項に限定されないことは明
らかである。実施形態においては、弾性フィルムを長尺
のテープ状としたものを用いた例を示したが、その形状
はこれに限定されず、シート状その他のものであって良
い。本発明に係る方法により基板上に実装される半導体
チップは、その導電性バンプとして金以外の組成のも
の、例えば熱可塑性の導電性樹脂であって良い。この導
電性バンプは、半田でも良い。また、予め半導体チップ
吸着用の孔を設けたフィルムを用いて、半導体チップを
吸着ノズルで吸着するようにしても良い。
【００３３】また、半導体チップと基板との間に、異方
性導電フィルムやペーストを介在させて接合を行う構成
のものにおいても、本発明は有効である。従来、異方性
導電ペーストを用いた接合を行う場合、基板上に半導体
チップを配置した際に、チップの周囲に押し出されたペ
ーストが上方（半導体チップの裏面側）に回り込み、吸
着ノズルに付着するという問題があった。本発明に係る
弾性フィルムを用いた場合、該フィルムが壁となり、吸
着ノズルへペーストが付着することが回避されるという
副次的効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、超音波熱圧
着法を用いて半導体チップを基板へ実装する際に、前記
半導体チップの削れ屑の発生を防止し、該半導体チップ
を装置へ搭載した際の該削れ屑に起因する前記問題を解
消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に際し用いられる吸着ツールの一
例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における半導体チップの実
装方法を示すフローチャートである。
【図３】図２における各工程に対応した工程図である。
【図４】図２における各工程に対応した工程図である。
【図５】本発明の他の実施形態における半導体チップの
実装方法を示すフローチャートである。
【図６】図５における各工程に対応した工程図である。
【図７】図５における各工程に対応した工程図である。
【図８】図５における各工程に対応した工程図である。
【符号の説明】
１０ 吸着ツール １１ 吸着ノズル １１ａ 吸着面 １１ｂ 吸着孔 １２ 超音波ホーン ３０ フィルム ３１ 穿孔ツール ３２ 半導体チップ ３２ａ 金バンプ ３３ 基板 ３３ａ 配線 ３４ 基台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 升本 睦 大分県速見郡日出町大字川崎字高尾4260 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 内 (72)発明者 山口 克己 大分県速見郡日出町大字川崎字高尾4260 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 内 Ｆターム(参考） 5F044 KK01 PP16 QQ01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主面に接続端子としての導電性バンプを
    備える半導体チップの裏面を弾性を有するフィルムを介
    して吸気孔を備える吸着ツールにより吸着して前記半導
    体チップを保持する工程と、 前記導電性バンプに対応する接続配線を備える基板に対
    して前記半導体チップを位置決めして前記導電性バンプ
    と前記接続配線とが接続するように前記半導体チップを
    前記基板に載置する工程と、 前記吸着ツールにより前記半導体チップを前記基板に対
    して付勢しつつ前記吸着ツールから前記フィルムを介し
    て前記半導体チップに超音波振動を与えて前記導電性バ
    ンプと前記接続配線とを接合する工程と、を有する超音
    波振動を用いた半導体チップの実装方法。
  2. 【請求項２】 前記吸着ツールにより前記フィルムを介
    して前記半導体チップを吸着するに際し、前記フィルム
    における前記吸着ツールの吸気孔に対応する位置に孔を
    開ける工程を有する請求項１に記載の超音波振動を用い
    た半導体チップの実装方法。
  3. 【請求項３】 主面に接続端子としての導電性バンプを
    備える半導体チップを前記導電性バンプに対応する接続
    配線を備える基板に対して位置決めして前記導電性バン
    プと前記接続配線とが接続するように前記半導体チップ
    を前記基板に載置する工程と、 押圧部材により前記半導体チップを当該半導体チップの
    裏面側から弾性を有するフィルムを介して前記基板に対
    して付勢しつつ前記押圧部材から前記フィルムを介して
    前記半導体チップに超音波振動を与えて前記導電性バン
    プと前記接続配線とを接合する工程と、を有する超音波
    振動を用いた半導体チップの実装方法。
  4. 【請求項４】 前記フィルムは長尺形状を有し、新たな
    半導体チップを実装する毎に前記フィルムの未使用の領
    域が前記吸着ツールと前記半導体チップの裏面との間に
    供給される請求項１、２又は３に記載の超音波振動を用
    いた半導体チップの実装方法。
  5. 【請求項５】 前記導電性バンプと前記接続配線とを接
    合する工程は、前記フィルムに一定の張力を与えながら
    行われる請求項１、２、３又は４に記載の超音波振動を
    用いた半導体チップの実装方法。
  6. 【請求項６】 前記導電性バンプと前記接続配線とを接
    合する工程は、前記基板に対して熱を与えながら行われ
    る請求項１、２、３、４又は５に記載の超音波振動を用
    いた半導体チップの実装方法。
  7. 【請求項７】 前記フィルムは１０〜５０μｍの厚さの
    樹脂性フィルムである請求項１、２、３、４、５又は６
    に記載の超音波振動を用いた半導体チップの実装方法。
  8. 【請求項８】 前記フィルムはフッ素樹脂を用いたフィ
    ルムである請求項７に記載の超音波振動を用いた半導体
    チップの実装方法。
  9. 【請求項９】 前記フィルムは直鎖型ポリイミド樹脂を
    用いたフィルムである請求項７に記載の超音波振動を用
    いた半導体チップの実装方法。
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