JP2001196731A - バンプ形成方法および半導体チップの接合方法 - Google Patents

バンプ形成方法および半導体チップの接合方法

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JP2001196731A
JP2001196731A JP2000010002A JP2000010002A JP2001196731A JP 2001196731 A JP2001196731 A JP 2001196731A JP 2000010002 A JP2000010002 A JP 2000010002A JP 2000010002 A JP2000010002 A JP 2000010002A JP 2001196731 A JP2001196731 A JP 2001196731A
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bonder
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Hirotaka Kobayashi
寛隆 小林
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】位置ずれが少なく、バンプを介した電気的接続
の信頼性を向上させることができるバンプ形成方法、お
よび半導体チップの接合方法を提供する。 【解決手段】設計データのバンプ形成位置と、バンプボ
ンダーのカメラにより検出される実装基板のリード位置
とのずれをベクトルとして、少なくとも1つのバンプに
ついて求める。ベクトルの平均を補正量として、全ての
バンプ形成位置に均等な補正を行ってバンプを形成する
バンプ形成方法。上記の補正が行われた基準バンプと、
半導体チップの目合わせ点との位置を合わせる半導体チ
ップの接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップに形
成された半導体回路と実装基板上の配線とを電気的に接
続するバンプの形成方法に関し、特に、位置ずれが少な
く電気的接続の信頼性を向上させることができるバンプ
形成方法に関する。また、本発明は、バンプを介して半
導体チップと実装基板とを接合させる方法に関し、特
に、位置の合わせずれが少なく、電気的接続の信頼性を
向上させることができる半導体チップの接合方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体回路が形成された半導体チップ
は、バンプを介してプリント基板等の実装基板に接合さ
れることが多い。従来、半導体チップ側に金属バンプを
形成してから、半導体チップと実装基板のうち少なくと
も一方を加熱しながら加圧することにより、半導体チッ
プと実装基板との接合が行われていた。バンプの形成は
バンプボンダーにおいて行われる。バンプボンダーはカ
メラおよび画像処理システムと、半導体チップを載置す
るステージと、バンプ材料を半導体チップ上に供給する
バンプボンディングツールとを少なくとも有する。カメ
ラおよびバンプボンディングツールはモータによって少
なくとも水平方向(X−Y平面上)に移動可能であり、
それぞれの位置座標も検出可能である。また、バンプボ
ンディングツールを移動させるかわりに、ステージを移
動させる場合もある。
【0003】図3にバンプ形成位置の設計データの例を
示す。以下、設計データの座標系における座標を設計座
標とする。半導体チップに形成された半導体回路の電極
取り出し部分には、導電体からなる電極パッド1がそれ
ぞれ形成される。バンプは電極パッド1の少なくとも一
部に接続すればよいが、位置の合わせ余裕を最大とし、
接続不良を防止する上では各電極パッド1の中心2が理
想的なバンプ形成位置となる。したがって、設計データ
におけるバンプ形成位置は、図3に十字によって示す電
極パッドの中心2の設計座標で表される。また、チップ
上、特にコーナー部分には位置合わせのための目合わせ
点3が、通常2点以上設けられる。目合わせ点3は製造
プロセスを容易にするため、電極パッド1と同一の工程
で形成されることが多い。
【0004】従来、半導体チップ側に金属バンプを形成
する場合には、設計データに基づいた目合わせ点3の位
置にカメラを移動させた後、カメラおよび画像処理シス
テムを用いて目合わせ点3の位置を認識し、半導体チッ
プの位置の微調整が行われていた。バンプボンディング
ツールと半導体チップとの位置合わせを行った後、バン
プ形成位置の設計座標に基づいてバンプの形成が行われ
ていた。
【0005】上記の従来のバンプ形成方法において、半
導体チップを構成するシリコン等の半導体材料は熱膨張
率が小さいため、バンプ形成時の加熱に起因するバンプ
間隔の変動や、バンプの位置ずれは大きな問題とならな
かった。半導体チップの熱膨張により微妙な位置ずれが
生じる場合には、半導体チップごとに、あるいは各ロッ
トの最初の半導体チップについて、半導体チップ上の電
極パッドの位置を認識することにより、実際の電極パッ
ドの中心とバンプ形成位置の設計座標とのずれが補正さ
れていた。
【0006】以上のようにして半導体チップにバンプを
形成した後、例えばフリップチップボンダーを用いて半
導体チップと実装基板とを接合する。半導体チップの接
合は、半導体チップ側の目合わせ点と、実装基板側の対
応する目合わせ点とを位置合わせして行われていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一方、実装基板上にバ
ンプを形成してから半導体チップと接合させようとした
場合には、バンプ位置が設計座標からずれやすく、極端
な場合にはバンプ位置のずれが数10μm程度となるこ
ともある。実装基板としては例えばポリイミド、BTレ
ジン、エポキシ基板などが用いられる。半導体チップを
構成する半導体材料に比較して、実装基板の熱膨張率は
数倍〜数10倍大きく、バンプ形成時の加熱により実装
基板が熱膨張すると、特にバンプ位置のずれが大きくな
る。
【0008】例えば図3に示すような半導体チップ側の
設計データを反転させることにより、実装基板側のバン
プ形成位置の設計座標が得られる。これに基づいて、上
記の半導体チップにバンプを形成する場合と同様に、実
装基板側の目合わせ点を用いて位置合わせを行ってから
実装基板上にバンプを形成すると、実装基板の熱膨張等
の影響により、実装基板上の配線(リード)とバンプと
が大きくずれ、接続不良となる可能性が高い。また、半
導体チップ上の電極パッドピッチが100μm程度の場
合に、バンプ位置が数10μm程度ずれると、隣接する
電極パッドの両方にバンプが接続し、電極パッド間がシ
ョートするという問題も発生する。
【0009】上記のようなリードとバンプとの位置ずれ
を防止する方法としては、ワイヤーボンディングのセカ
ンドボンディングにおいて行われる補正と同様の方法が
ある。この補正は、カメラを用いて実装基板上のリード
位置を認識し、各リードの幅方向の中点にバンプを形成
する方法である。例えば、特開平7−297223号公
報には、ワイヤーボンディング装置においてボンディン
グ座標を教示するティーチング方法が開示されている。
【0010】このティーチング方法によれば、第1番目
および第2番目のリード部について仮のボンディング座
標を入力してから、カメラをリード部が撮像される位置
に移動させて、リード先端からの距離とリード幅の中心
を算出する。これに基づいて第1番目および第2番目の
仮のボンディング座標を補正し、新たなボンディング座
標として記憶する。第3番目以降のリード部は、補正さ
れた新たなボンディング座標に基づいてカメラを移動さ
せ、リード先端からの距離とリード幅の中心を算出す
る。これに基づいてボンディング座標を補正し、新たな
ボンディング座標として記憶する。
【0011】しかしながら、上記のようにリードごとに
リード幅方向の中点を認識し、バンプ形成位置とする補
正を行った場合、半導体チップと実装基板の熱膨張率の
違いから、半導体チップと実装基板の接合時に半導体チ
ップの電極パッドとリード上のバンプの位置が合わなく
なりやすい。
【0012】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、バンプの位置ずれが少
なく、バンプを介した電気的接続の信頼性を向上させる
ことができるバンプ形成方法を提供することを目的とす
る。また、本発明は、位置の合わせずれが少なく、電気
的接続の信頼性を向上させることができる半導体チップ
の接合方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のバンプ形成方法は、実装基板表面に形成さ
れた配線と、半導体チップ表面に形成された電極パッド
とを電気的に接続するバンプを、前記配線表面に形成す
るバンプ形成方法であって、設計データの座標系におけ
る目合わせ点の座標およびバンプ形成位置の座標をそれ
ぞれバンプボンダーに記憶させる工程と、前記実装基板
をバンプボンダーのステージに載置し、前記バンプボン
ダーのカメラを用いて前記実装基板の目合わせ点のバン
プボンダーの座標系における座標を検出する工程と、設
計データにおける2点の目合わせ点の座標をつなぐベク
トルに、変倍、回転および移動の少なくとも一つを行
い、前記実装基板上の対応する2点の目合わせ点の座標
をつなぐベクトルに一致させるための補正量を算出する
工程と、前記設計データにおけるバンプ形成位置の座標
に前記補正量のうち、変倍を除く補正を加え、実装基板
上の仮のバンプ形成位置の座標を求める工程と、前記カ
メラを前記仮のバンプ形成位置の座標に移動させ、前記
配線の幅方向の中心の座標を検出する工程と、前記仮の
バンプ形成位置の座標と、前記配線の幅方向の中心の座
標とをつなぐベクトルを、少なくとも1つのバンプ形成
位置について求め、平均ベクトルを算出する工程と、前
記仮のバンプ形成位置の座標に前記平均ベクトルを加え
て補正し、実際のバンプ形成位置の座標を決定する工程
と、前記実際のバンプ形成位置の座標にバンプ材料を供
給し、バンプを形成する工程とを有することを特徴とす
る。
【0014】本発明のバンプ形成方法は、好適には、前
記設計データの座標系における目合わせ点の座標および
バンプ形成位置の座標はそれぞれ、前記実装基板の熱膨
張を考慮して熱補正がなされた座標であることを特徴と
する。本発明のバンプ形成方法は、好適には、前記実装
基板をバンプボンダーのステージに載置した後、前記バ
ンプボンダーのカメラを用いて前記実装基板の目合わせ
点のバンプボンダーの座標系における座標を検出する前
に、前記バンプボンダーのステージ上で前記実装基板を
バンプ形成温度に加熱する工程を有することを特徴とす
る。
【0015】これにより、バンプ相互の位置関係やバン
プ間隔を設計データから変更することなく、実装基板上
のリードとバンプとの位置ずれを低減することが可能と
なる。したがって、バンプと実装基板上の配線(リー
ド)との電気的な接続信頼性を向上させることができ
る。
【0016】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の半導体チップの接合方法は、実装基板表面に形成さ
れた配線と、半導体チップ表面に形成された電極パッド
とを、前記配線表面に形成されたバンプを介して電気的
に接続する半導体チップの接合方法であって、設計デー
タの座標系における目合わせ点の座標およびバンプ形成
位置の座標をそれぞれバンプボンダーに記憶させる工程
と、前記実装基板をバンプボンダーのステージに載置
し、前記バンプボンダーのカメラを用いて、前記実装基
板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系における座標
を検出する工程と、設計データにおける2点の目合わせ
点の座標をつなぐベクトルに、変倍、回転および移動の
少なくとも一つを行い、前記実装基板上の対応する2点
の目合わせ点の座標をつなぐベクトルに一致させるため
の補正量を算出する工程と、前記設計データにおけるバ
ンプ形成位置の座標に前記補正量のうち、変倍を除く補
正を加え、実装基板上の仮のバンプ形成位置の座標を求
める工程と、前記設計データにおける目合わせ点の座標
に前記補正量のうち、変倍を除く補正を加え、実装基板
上の基準バンプの仮の形成位置の座標を求める工程と、
前記カメラを前記仮のバンプ形成位置の座標に移動さ
せ、前記配線の幅方向の中心の座標を検出する工程と、
前記仮のバンプ形成位置の座標と、前記配線の幅方向の
中心の座標とをつなぐベクトルを、少なくとも1つのバ
ンプ形成位置について求め、平均ベクトルを算出する工
程と、前記基準バンプの仮の形成位置の座標に前記平均
ベクトルを加えて補正し、実際の基準バンプ形成位置の
座標を決定する工程と、前記仮のバンプ形成位置の座標
に前記平均ベクトルを加えて補正し、実際のバンプ形成
位置の座標を決定する工程と、前記実際の基準バンプお
よびバンプ形成位置の座標にバンプ材料を供給し、基準
バンプおよびバンプを形成する工程と、前記半導体チッ
プの目合わせ点と、前記基準バンプとを位置合わせし
て、前記半導体チップと前記実装基板を接合させる工程
とを有することを特徴とする。
【0017】本発明の半導体チップの接合方法は、好適
には、前記平均ベクトルを算出する工程は、前記実装基
板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系における座標
と、前記基準バンプの仮の形成位置の座標とをつなぐベ
クトルを含めて、ベクトルを平均化する工程であること
を特徴とする。
【0018】本発明の半導体チップの接合方法は、好適
には、前記設計データの座標系における目合わせ点の座
標およびバンプ形成位置の座標はそれぞれ、前記実装基
板の熱膨張を考慮して熱補正がなされた座標であること
を特徴とする。本発明の半導体チップの接合方法は、好
適には、前記実装基板をバンプボンダーのステージに載
置した後、前記バンプボンダーのカメラを用いて前記実
装基板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系における
座標を検出する前に、前記バンプボンダーのステージ上
で前記実装基板をバンプ形成温度に加熱する工程を有す
ることを特徴とする。
【0019】これにより、実装基板上に形成されるバン
プの相互の配置がほぼ設計データのままとなる。したが
って、熱膨張の少ない半導体チップを熱膨張の大きい実
装基板に接合させる際にも、半導体チップ上の電極パッ
ドと実装基板側のバンプとの位置が大きくずれるのを防
止することができる。本発明の半導体チップの接合方法
によれば、半導体チップとバンプとの電気的な接続信頼
性を向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のバンプ形成方法
および半導体チップの接合方法の実施の形態について、
図面を参照して説明する。 (実施形態1)図1は本発明のバンプ形成方法および半
導体チップの接合方法に用いられるバンプボンダーの例
を示す概略図である。図1に示すバンプボンダーは、カ
メラ11および画像処理システム12と、実装基板13
を載置するステージ14と、バンプ材料を実装基板13
上に供給するバンプボンディングツール15とを少なく
とも有する。
【0021】カメラ11およびバンプボンディングツー
ル15はモータ16a、16bによって少なくとも水平
方向(X−Y平面上)に移動可能であり、それぞれの位
置座標も検出可能である。画像処理システム12には設
計データの座標等を記憶させることが可能であり、画像
処理システム12において種々の演算が行われる。ま
た、画像処理システム12において行われる種々のデー
タ処理の結果に基づいて、駆動・制御システム17が働
き、モータ16a、16bの駆動および制御が行われ
る。また、ステージ14は実装基板13を所定の温度に
加熱することが可能となっている。
【0022】図2に本実施形態のバンプ形成方法のフロ
ーチャートを示す。図2(a)に示すように、本実施形
態のバンプ形成方法によれば、まず、半導体チップの設
計データを反転させ、実装基板上の設計データとする。
例えば、図3に示すように半導体チップの設計データに
は、電極パッド1、十字の中心により表すパッドの中心
2、および目合わせ点3の位置が含まれる。これを反転
させると、図4に示すように、実装基板上のリード4
と、リード上に十字の中心によって示すバンプ形成位置
5、および実装基板上の目合わせ点6の設計データが得
られる。
【0023】半導体チップの設計データを反転させるに
は、設計座標のXとYのいずれか一方について符号を負
とすればよい。実装基板上の設計データにおいて、目合
わせ点Ai の設計座標を(xAi,yAi)とし、バンプ形
成位置Aj の設計座標を(xAj,yAj)とする。ここ
で、iは1以上m(m≠1)以下のm個の自然数のいず
れかを表し、mは目合わせ点の個数とする。また、jは
m+1からm+nまでのn個の自然数のいずれかを表
し、nはバンプの個数とする。
【0024】次に、図2(b)に示すように、必要に応
じて実装基板上の設計データに、実装基板の熱膨張に対
する補正(以下、熱補正とする。)を行う。バンプ形成
時の温度をT1 、半導体チップと実装基板を接合させる
時の温度をT2 とし、T2 における実装基板の線膨張率
をα1 、T2 における半導体チップの線膨張率をα2
する。目合わせ点Ai の設計座標(xAi,yAi)および
バンプ形成位置Aj の設計座標(xAj,yAj)にそれぞ
れ熱補正を行うと、熱補正後の目合わせ点Biの座標
(xBi,yBi)およびバンプ形成位置Bj の座標
(xBj,yBj)は、 {(T1 −T2 )(α1 −α2 )+1}(xAi,yAi)=(xBi,yBi) {(T1 −T2 )(α1 −α2 )+1}(xAj,yAj)=(xBj,yBj) と表される。これらの熱補正された設計座標B
i (xBi,yBi)およびBj (xBj,yBj)を、バンプ
ボンダーに記憶させる。熱補正を行わない場合には設計
座標Ai (xAi,yAi)およびAj (xAj,yAj)をバ
ンプボンダーに記憶させる。
【0025】一方、実装基板上のリード位置について
も、設計データに熱補正を加えれば、半導体チップと実
装基板との接合時に、半導体チップ側の電極パッド位置
と実装基板側のリード位置とが大きくずれるのを防止す
ることができる。すなわち、バンプを介した電気的接続
がより確実となる。そこで、バンプが形成されるリード
中心については、T3 を室温の25℃として以下の熱補
正を行う。 {(T3 −T2 )(α1 −α2 )+1}(xAj,yAj)=(xBj’,yBj’) この場合、バンプが形成されるリード中心が、熱補正さ
れた座標(xBj’,yBj’)となるように実装基板を作
製する。その後、バンプボンダーのステージ上に実装基
板を載置し、実装基板の温度がT1 となるように加熱す
る。
【0026】続いて、図2(c)に示すように、実装基
板がT1 に加熱された状態で、バンプボンダーの座標系
における実装基板の目合わせ点Ci の座標(xCi
Ci)を検出する。以下、バンプボンダーの座標系をボ
ンダー座標とする。目合わせ点Ci のボンダー座標(x
Ci,yCi)を求めるには、まず、目合わせ点Ai の設計
座標(xAi,yAi)あるいは熱補正を行った場合には目
合わせ点の熱補正された設計座標Bi (xBi,yBi)に
基づき、バンプボンダーのカメラをバンプボンダー上の
(xAi,yAi)あるいは(xBi,yBi)に移動させる。
これにより、実装基板上の目合わせ点がカメラの視野内
に入り、カメラ位置のボンダー座標と、カメラにより撮
像された画像とから、実装基板上の目合わせ点Ci のボ
ンダー座標(xCi,yCi)が算出される。
【0027】ここで、前述した実装基板の熱膨張などの
要因により、目合わせ点Ai の設計座標(xAi,yAi
と、実装基板上の目合わせ点のボンダー座標C
i (xCi,yCi)の間には、ほぼ必然的にずれが生じ
る。熱補正を行った場合であっても、目合わせ点の補正
された設計座標Bi (xBi,yBi)と、実装基板上のボ
ンダー座標Ci (xCi,yCi)を一致させることは困難
である。
【0028】そこで、図2(d)に示すように、目合わ
せ点の設計座標Ai (あるいはBi)とボンダー座標C
i とを一致させるために必要な補正量を求める。なお、
説明を容易にするため設計座標Ai (xAi,yAi)を用
いるが、熱補正された設計座標を用いる場合には、(x
Ai,yAi)を(xBi,yBi)に置き換えて補正量を算出
する。この補正量は、X−Y平面での平行移動および回
転についての補正を含むため、少なくとも2点の目合わ
せ点の座標を使用する。以下、2点の目合わせ点の座標
に基づいて補正量を算出する例を示す。
【0029】設計データの2点の目合わせ点の座標
1 、A2 を、対応するボンダー座標C1 、C2 に一致
させることは、A2 からA1 へのベクトル(以下、ベク
トルA1A2 とする。)を適宜、回転、変倍あるいは平行
移動させ、C2 からC1 へのベクトル(以下、ベクトル
1 2 とする。)に変換することに相当する。したが
って、A1 (xA1,yA1)、A2 (xA2,yA2)、C1
(xC1,yC1)、C2 (xC2,yC2)を用いると、ベク
トルA1 2 からベクトルC1 2 への変換は、
【0030】
【数1】
【0031】として表される。式(1)からθを求める
ことにより、回転についての補正量が算出される。2つ
の目合わせ点の設計座標A1 、A2 の中点MA を基準と
した、各バンプ形成位置の設計座標Aj (xAj,yAj
の相対的な位置関係を利用すると、各バンプ形成位置の
設計座標Aj に対する回転の補正は、
【0032】
【数2】
【0033】として表される。式(2)において、(x
Aj ' ,yAj ' )はバンプ形成位置の設計座標A
j (xAj,yAj)に対し、回転についての補正が行われ
た座標Aj ’である。さらに、目合わせ点の設計座標の
中点MA の座標を用いて、平行移動の補正を行い、実装
基板上の仮のバンプ形成位置を決定する。これを仮のバ
ンプ形成位置のボンダー座標Cj (xCj,yCj)とする
と、
【0034】
【数3】
【0035】と表される。図2(d)に示す工程におい
て、目合わせ点の設計座標A1 、A2 をボンダー座標C
1 、C2 に一致させるためのベクトル変換(式(1)参
照)では変倍を考慮するが、バンプ形成位置の設計座標
j については変倍の補正を行わずに仮のバンプ形成位
置のボンダー座標Cj を決定する(式(2)、(3)参
照)。これは、バンプ形成位置の設計座標Aj について
変倍の補正を行った場合、半導体チップの電極パッドと
実装基板上のバンプとを接合させることができなくなる
ためである。
【0036】次に、図2(e)に示すように、カメラを
仮のバンプ形成位置のボンダー座標Cj に移動させてリ
ード位置を認識し、リード上の理想的なバンプ形成位置
のボンダー座標Dj (xDj,yDj)を算出する。以下、
j をリード中心とする。カメラを移動させることによ
り、実装基板上のリードがカメラの視野内に入る。カメ
ラの撮像画像において、リード部分は他の部分との明度
の違いにより識別される。このとき、カメラの視野内で
リード長手方向の判別も可能である。バンプはリードの
少なくとも一部に接続すればよいが、位置の合わせ余裕
を最大とし、接続不良を防止する上では、リード中心D
j はリード中心線(リード幅の中心を通り、リード長手
方向に平行な直線)上に存在する必要がある。
【0037】また、リードの長手方向については、各々
のリードにおける電気的接続の確保という観点からは、
リード幅方向に比較してバンプ位置の合わせずれに対す
る許容範囲が大きい。しかしながら、半導体チップとの
接合に用いられる複数のバンプの全てについて、所定の
接続信頼性を満たすようにリードと接続する必要があ
る。したがって、仮のバンプ形成位置のボンダー座標C
j とリード中心Dj との距離は最小とすることが好まし
い。以上から、リード長手方向に直交し、かつ仮のバン
プ形成位置Cj を通る直線と、リード中心線との交点を
リード中心Dj (xDj,yDj)とする。以上の演算は画
像処理システムにおいて行われる。
【0038】図5に、仮のバンプ形成位置のボンダー座
標Cj とリード中心Dj とのずれを模式的に表す。図5
において、太線の十字は仮のバンプ形成位置のボンダー
座標Cj を示し、細線の十字はリード中心Dj を示す。
リード中心Dj の検出は必ずしも全てのバンプについて
行う必要はなく、少なくとも1つのバンプについて行え
ばよい。これは、本実施形態のバンプ形成方法によれ
ば、既に目合わせ点を用いた補正(バンプ形成位置の設
計座標Aj またはその熱補正された座標Bj から、仮の
バンプ形成位置のボンダー座標Cj への補正)が行われ
ていることによる。補正量の誤差をより少なくしたい場
合には、リード中心Dj の検出を行うバンプの数kを多
くする。この場合、仮のバンプ形成位置Cj にカメラを
順次移動させ、それぞれリード位置の認識およびリード
中心Dj の算出を行う。
【0039】次に、図2(f)に示すように、仮のバン
プ形成位置のボンダー座標Cj およびリード中心Dj
基づいて、実際のバンプ形成位置のボンダー座標E
j (xEj,yEj)を決定する。具体的には、仮のバンプ
形成位置のボンダー座標Cj とリード中心Dj との位置
ずれ(以下、Cj とDj の差とする。)を、少なくとも
1つのバンプについて求め、このベクトルを用いて補正
量を決定する。Cj とDj の差を1つのバンプについて
求めた場合には、このベクトルを補正量として各バンプ
に均等な補正を行う。Cj とDj の差を複数のバンプに
ついて求めた場合には、これらのベクトルの平均を補正
量として各バンプに均等な補正を行う。したがって、上
記の補正が行われたバンプ形成位置のボンダー座標Ej
(xEj,yEj)は、
【0040】
【数4】
【0041】として表される。ここでkは前述したよう
に、リード中心Dj の検出を行うバンプの数であり、n
以下の自然数とする。図2(g)に示すように、以上の
工程によって求められた実際のバンプ形成位置のボンダ
ー座標Ej (xEj,yEj)に、バンプボンダーのバンプ
ボンディングツールからバンプ材料を供給し、バンプを
形成する。図6に、実装基板上のバンプ形成位置が均等
に補正され、各バンプ7と実装基板のリード4との接続
がそれぞれ得られた例を示す。
【0042】上記の本実施形態のバンプ形成方法によれ
ば、バンプ相互の位置関係やバンプ間隔を設計データか
ら変更することなく、実装基板上のリードとバンプとの
位置ずれを低減することが可能となる。これにより、バ
ンプとリードとの電気的な接続信頼性を向上させること
ができる。
【0043】また、本実施形態のバンプ形成方法によれ
ば、バンプ相互の配置がほぼ設計データのままとなるた
め、熱膨張の少ない半導体チップを実装基板に接合させ
る際にも、半導体チップ上の電極パッドとバンプとの位
置が大きくずれるのを防止することができる。したがっ
て、半導体チップとバンプとの電気的な接続信頼性を向
上させることができる。
【0044】(実施形態2)次に、本発明の半導体チッ
プの接合方法の実施の形態について説明する。本実施形
態によれば、上記の実施形態1に示すバンプ形成方法に
従って実装基板側にバンプの形成を行い、さらに、半導
体チップの目合わせ点に対応する位置の実装基板上(実
装基板側の目合わせ点)に、位置合わせの基準となるバ
ンプ(以下、基準バンプとする。)を形成する。半導体
チップと実装基板との接合時に、半導体チップの目合わ
せ点と実装基板の基準バンプとの位置を合わせることに
より、各バンプと電極パッドとの位置合わせを高精度に
行うことが可能となる。
【0045】基準バンプの形成位置を決定する方法を以
下に示す。実施形態1において前述したように、設計デ
ータの2点の目合わせ点の座標A1 、A2 を、対応する
ボンダー座標C1 、C2 に一致させることは、ベクトル
1 2 を適宜、回転、変倍あるいは平行移動させ、ベ
クトルC1 2 に変換することに相当する。これは、式
(1)で表される。しかしながら、ベクトルA1 2
所定の倍率で変倍した場合、半導体チップの電極パッド
と実装基板側の目合わせ点を合わせることができない。
これは主に、実装基板の熱膨張率が半導体チップを構成
する半導体材料の熱膨張率よりも著しく大きいことによ
る。
【0046】そこで、実施形態1の図2(c)および
(d)に示す工程において求められる実装基板上の目合
わせ点のボンダー座標Ci (xCi,yCi)と、目合わせ
点の設計座標Ai (あるいはその熱補正された座標
i )とを一致させるための補正量を利用して、基準バ
ンプの仮の形成位置のボンダー座標Ci ’(xCi’,y
Ci’)を求める。
【0047】設計データの2点の目合わせ点の座標A1
(xA1,yA1)、A2 (xA2,yA2)から、対応するボ
ンダー座標C1 (xC1,yC1)、C2 (xC2,yC2)へ
の変換は、前述したように式(1)で表される。式
(1)からθを求めることにより、回転についての補正
量が算出される。目合わせ点の設計座標Ai に回転につ
いての補正を行うことにより、基準バンプの仮の形成位
置のボンダー座標Ci ’が求められる。
【0048】
【数5】
【0049】式(1)に示す、目合わせ点の設計座標A
1 、A2 をボンダー座標C1 、C2に一致させるための
ベクトル変換では変倍を考慮するが、基準バンプの仮の
形成位置のボンダー座標Ci ’は変倍の補正を行わずに
決定する。これは、基準バンプ形成位置の設計座標Ai
について変倍の補正を行った場合、半導体チップの目合
わせ点と実装基板上の基準バンプとを接合させることが
できなくなるためである。その後、実施形態1の図2
(e)に示す工程と同様に、各バンプ形成位置にカメラ
を移動させ、リード中心のボンダー座標Dj (xDj,y
Dj)を求める。このとき、リード中心のボンダー座標D
j は必ずしも全てのバンプについて求める必要はない。
【0050】さらに、実施形態1の図2(f)に示す工
程と同様に、仮のバンプ形成位置のボンダー座標Cj
リード中心Dj の差に基づいて、実際のバンプ形成位置
のボンダー座標Ej (xEj,yEj)を決定する。このと
き、目合わせ点の中心のボンダー座標Ci (xCj
Cj)と基準バンプの仮の形成位置のボンダー座標
i ’の差を用いることもできる。
【0051】具体的には、仮のバンプ形成位置のボンダ
ー座標Cj とリード中心Dj との位置ずれ(Cj とDj
の差)を、少なくとも1つのバンプについて求め、この
ベクトルを式(4)に代入して補正量を決定する。この
とき、補正量を決定するためのベクトルとして、Cj
j の差のかわりに、基準バンプの仮の形成位置のボン
ダー座標Ci ’と目合わせ点の中心のボンダー座標Ci
との位置ずれ(以下、Ci ’とCi の差とする。)のベ
クトルを式(4)に代入してもよい。
【0052】Cj とDj 、あるいはCi ’とCi の差を
1つのバンプについて求めた場合には、このベクトルを
補正量として、基準バンプを含む各バンプに均等な補正
を行う。Cj とDj 、あるいはCi とDi の差を複数の
バンプについて求めた場合には、これらのベクトルの平
均値を補正量として、基準バンプを含む各バンプに均等
な補正を行う。
【0053】次に、実施形態1の図2(g)に示すよう
に、以上の工程によって求められた実際のバンプ形成位
置のボンダー座標Ej (xEj,yEj)および基準バンプ
形成位置のボンダー座標Ei (xEi,yEi)に、バンプ
ボンダーのバンプボンディングツールからバンプ材料を
供給し、基準バンプを含む各バンプを形成する。その
後、フリップチップボンダーを用いて半導体チップと実
装基板とを接合させる際に、半導体チップ側の目合わせ
点の中央と、実装基板側の基準バンプの位置を合わせ
る。
【0054】図7に、本実施形態に従って実装基板と半
導体チップを接合させた場合の、実装基板側のバンプ7
と半導体チップ側の電極パッド1との位置の対応、およ
び実装基板側の基準バンプ8と、半導体チップ側の目合
わせ点3との位置の対応について示す。図7に示すよう
に、本実施形態の半導体チップの接合方法によれば、バ
ンプ相互の配置や間隔は設計データのままとなるため、
熱膨張の少ない半導体チップを実装基板に接合させる際
にも、半導体チップ上の電極パッドとバンプとの位置の
ずれは防止される。
【0055】実装基板側の基準バンプと接合する半導体
チップ側の目合わせ点3は、図3に示す形状以外であっ
てもよく、例えば、図8(a)に示すように、他の電極
パッド(図3に1で示す。)と同様の形状でもよい。あ
るいは、図8(b)に示すように、半導体チップの目合
わせ点3を矩形としてもよい。図8(a)および(b)
は半導体チップの目合わせ点3と、基準バンプ8の位置
を対応させた例である。また、実装基板側の目合わせ点
6の形状も任意に変更することができ、例えば、図8
(c)に示すような形状としてもよい。図8(c)およ
び(d)は実装基板上の目合わせ点6と基準バンプ8の
位置を対応させた例である。
【0056】上記の本実施形態の半導体チップの接合方
法によれば、各バンプと同様に、平均化された補正がな
された基準バンプを、半導体チップ上の目合わせ点との
位置合わせに用いるため、基準バンプについてのみ位置
合わせを行えば、他のバンプについても電極パッドとの
位置合わせがなされる。これにより、容易なプロセスで
全てのバンプについて電気的接続の信頼性を向上させる
ことができる。例えば、バンプと電極パッドとの位置ず
れにより、隣接する電極パッドの両方に1つのバンプが
接続し、電極パッド間がショートするような問題も解消
される。
【0057】本発明のバンプ形成方法および半導体チッ
プの接合方法の実施形態は、上記の説明に限定されな
い。例えば、3点以上の目合わせ点を用いて位置合わ
せ、あるいは補正量の算出を行うこともできる。3点以
上の目合わせ点を用いる場合は例えば、目合わせ点を2
点ずつ選び、目合わせ点の設計座標とバンプボンダー上
での座標との比較を行ってから、それらのベクトルを平
均化して仮のバンプ形成位置を決定する。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であ
る。
【0058】
【発明の効果】本発明のバンプ形成方法によれば、バン
プの位置ずれが少なく、バンプを介した電気的接続の信
頼性を向上させることができる。また、本発明の半導体
チップの接合方法によれば、位置の合わせずれが少な
く、実装基板上の配線と半導体回路との電気的接続の信
頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバンプ形成方法および半導体チップの
接合方法に使用することができるバンプボンダーの概略
図である。
【図2】本発明の実施形態1に係るバンプ形成方法を示
すフローチャートである。
【図3】本発明の実施形態1および従来のバンプ形成方
法に係り、半導体チップに形成される電極パッドの設計
データの例を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1に係り、実装基板に形成さ
れるバンプの設計データの例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態1に係り、仮のバンプ形成位
置Cj とリード上の理想的なバンプ形成位置Dj との対
応を表す図である。
【図6】本発明の実施形態1に係り、実装基板上のリー
ドと実際のバンプ形成位置との対応を示す図である。
【図7】本発明の実施形態2に係り、半導体チップと実
装基板とを接合させた際の電極パッドとバンプ、あるい
は目合わせ点と基準バンプとの位置関係を表す図であ
る。
【図8】本発明の実施形態2に係り、半導体チップと実
装基板とを接合させた際の目合わせ点と基準バンプとの
位置関係を表す図である。
【符号の説明】
1…電極パッド、2…電極パッドの中心、3…半導体チ
ップ上の目合わせ点、4…配線(リード)、5…バンプ
形成位置、6…実装基板上の目合わせ点、7…バンプ、
8…基準バンプ、11…カメラ、12…画像処理システ
ム、13…実装基板、14…ステージ、15…バンプボ
ンディングツール、16a、16b…モータ、17…駆
動制御システム。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】実装基板表面に形成された配線と、半導体
    チップ表面に形成された電極パッドとを電気的に接続す
    るバンプを、前記配線表面に形成するバンプ形成方法で
    あって、 設計データの座標系における目合わせ点の座標およびバ
    ンプ形成位置の座標をそれぞれバンプボンダーに記憶さ
    せる工程と、 前記実装基板をバンプボンダーのステージに載置し、前
    記バンプボンダーのカメラを用いて前記実装基板の目合
    わせ点のバンプボンダーの座標系における座標を検出す
    る工程と、 設計データにおける2点の目合わせ点の座標をつなぐベ
    クトルに、変倍、回転および移動の少なくとも一つを行
    い、前記実装基板上の対応する2点の目合わせ点の座標
    をつなぐベクトルに一致させるための補正量を算出する
    工程と、 前記設計データにおけるバンプ形成位置の座標に前記補
    正量のうち、変倍を除く補正を加え、実装基板上の仮の
    バンプ形成位置の座標を求める工程と、 前記カメラを前記仮のバンプ形成位置の座標に移動さ
    せ、前記配線の幅方向の中心の座標を検出する工程と、 前記仮のバンプ形成位置の座標と、前記配線の幅方向の
    中心の座標とをつなぐベクトルを、少なくとも1つのバ
    ンプ形成位置について求め、平均ベクトルを算出する工
    程と、 前記仮のバンプ形成位置の座標に前記平均ベクトルを加
    えて補正し、実際のバンプ形成位置の座標を決定する工
    程と、 前記実際のバンプ形成位置の座標にバンプ材料を供給
    し、バンプを形成する工程とを有するバンプ形成方法。
  2. 【請求項2】前記設計データの座標系における目合わせ
    点の座標およびバンプ形成位置の座標はそれぞれ、前記
    実装基板の熱膨張を考慮して熱補正がなされた座標であ
    る請求項1記載のバンプ形成方法。
  3. 【請求項3】前記実装基板をバンプボンダーのステージ
    に載置した後、前記バンプボンダーのカメラを用いて前
    記実装基板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系にお
    ける座標を検出する前に、前記バンプボンダーのステー
    ジ上で前記実装基板をバンプ形成温度に加熱する工程を
    有する請求項1記載のバンプ形成方法。
  4. 【請求項4】実装基板表面に形成された配線と、半導体
    チップ表面に形成された電極パッドとを、前記配線表面
    に形成されたバンプを介して電気的に接続する半導体チ
    ップの接合方法であって、 設計データの座標系における目合わせ点の座標およびバ
    ンプ形成位置の座標をそれぞれバンプボンダーに記憶さ
    せる工程と、 前記実装基板をバンプボンダーのステージに載置し、前
    記バンプボンダーのカメラを用いて、前記実装基板の目
    合わせ点のバンプボンダーの座標系における座標を検出
    する工程と、 設計データにおける2点の目合わせ点の座標をつなぐベ
    クトルに、変倍、回転および移動の少なくとも一つを行
    い、前記実装基板上の対応する2点の目合わせ点の座標
    をつなぐベクトルに一致させるための補正量を算出する
    工程と、 前記設計データにおけるバンプ形成位置の座標に前記補
    正量のうち、変倍を除く補正を加え、実装基板上の仮の
    バンプ形成位置の座標を求める工程と、 前記設計データにおける目合わせ点の座標に前記補正量
    のうち、変倍を除く補正を加え、実装基板上の基準バン
    プの仮の形成位置の座標を求める工程と、 前記カメラを前記仮のバンプ形成位置の座標に移動さ
    せ、前記配線の幅方向の中心の座標を検出する工程と、 前記仮のバンプ形成位置の座標と、前記配線の幅方向の
    中心の座標とをつなぐベクトルを、少なくとも1つのバ
    ンプ形成位置について求め、平均ベクトルを算出する工
    程と、 前記基準バンプの仮の形成位置の座標に前記平均ベクト
    ルを加えて補正し、実際の基準バンプ形成位置の座標を
    決定する工程と、 前記仮のバンプ形成位置の座標に前記平均ベクトルを加
    えて補正し、実際のバンプ形成位置の座標を決定する工
    程と、 前記実際の基準バンプおよびバンプ形成位置の座標にバ
    ンプ材料を供給し、基準バンプおよびバンプを形成する
    工程と、 前記半導体チップの目合わせ点と、前記基準バンプとを
    位置合わせして、前記半導体チップと前記実装基板を接
    合させる工程とを有する半導体チップの接合方法。
  5. 【請求項5】前記平均ベクトルを算出する工程は、前記
    実装基板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系におけ
    る座標と、前記基準バンプの仮の形成位置の座標とをつ
    なぐベクトルを含めて、ベクトルを平均化する工程であ
    る請求項4記載の半導体チップの接合方法。
  6. 【請求項6】前記設計データの座標系における目合わせ
    点の座標およびバンプ形成位置の座標はそれぞれ、前記
    実装基板の熱膨張を考慮して熱補正がなされた座標であ
    る請求項4記載の半導体チップの接合方法。
  7. 【請求項7】前記実装基板をバンプボンダーのステージ
    に載置した後、前記バンプボンダーのカメラを用いて前
    記実装基板の目合わせ点のバンプボンダーの座標系にお
    ける座標を検出する前に、前記バンプボンダーのステー
    ジ上で前記実装基板をバンプ形成温度に加熱する工程を
    有する請求項4記載の半導体チップの接合方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20210335700A1 (en) * 2019-01-10 2021-10-28 Denso Corporation Semiconductor device and production method thereof
CN114900987A (zh) * 2022-04-13 2022-08-12 深圳市瑞邦多层线路板科技有限公司 一种高密度线路板对位焊接结构及生产方法
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CN114900987B (zh) * 2022-04-13 2024-02-02 峻凌电子(合肥)有限公司 一种高密度线路板对位焊接结构及生产方法
CN114900976B (zh) * 2022-04-13 2024-03-01 深圳壹卡科技有限公司 一种高密度线路板对位焊接结构及生产方法

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