JP2001313311A - 電子部品素子の実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電子部品素子のＡｕまたはＡｕ合金バンプと
基体の所定位置との間で位置ずれが発生することがなく
安定した接合が可能な実装方法を提供する。 【解決手段】下面にバンプ電極１７を有する電子部品素
子１を、基体２の所定位置に前記バンプ電極１７を当接
させて、荷重を付与し、且つ超音波を印加して実装する
電子部品素子の実装方法であり、電子部品素子１に荷重
のみを付与する第１のステップと、バンプ電極１７の先
端とパッド１８が圧接し、振動による位置ずれを生じな
い状態となってから前記電子部品素子１に、荷重を付与
しながら、超音波を印加する第２のステップとを有する
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、バンプ電極を有す
る半導体チップなどの電子部品を、所定基体、例えば回
路基板やパッケージ等に超音波熱圧着にて接合する電子
部品素子の実装方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップなどの電子部品素子を高密
度に回路基板などの基体に実装する方法として、フリッ
プチップ実装方法が多用されている。一般的な例とし
て、このフリップチップ実装方法は、半導体チップの底
面(実装面)にＡｌまたはＡｌ合金電極を形成し、該電極
上にバンプを形成していた。この電極及びバンプによ
り、バンプ電極を構成していた。

【０００３】特にバンプ材料として、ＡｕまたはＡｕ合
金を主成分としたバンプを用いた場合、そのプリップチ
ップ方法は、基体の所定位置に、電子部品素子のパップ
電極のバンプを当接させた状態で、所定温度に加熱し、
超音波振動を印加ししながら、所定荷重を電子部品素子
側から基体側に向かって付与していた。この接合方法で
は、生産効率性、接合信頼性が向上するため、非常に有
効な接合方法といえる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】具体的には、特開平１
１−７４３１５に例示されているように、荷重、超音波
振動を同時に印加を開始し、一定時間後に荷重、超音波
振動の印加を終了する方法であった。

【０００５】しかし、この方法では、バンプの先端部分
（先端突出部）が荷重により潰れ始める時点、すなわち
バンプと基体との摩擦が殆ど無い状態で超音波が印加さ
れている。即ち、荷重の供給と超音波の印加が同時で
る。

【０００６】これにより、超音波の印加よる振動によっ
て、電子部品素子が動いてしまい、接合位置が、基体の
所定位置からずれてしまう問題があった。

【０００７】また、Ａｕワイヤのワイヤボンディング法
により形成したバンプは、電子部品素子底面のＡｌ電極
の表面に、ワイヤの先端を溶融させて形成されたボール
を押圧して構成される台座部と、該ワイヤを引きちぎる
ことにより形成される先端突出部とから構成されること
になる。

【０００８】このため、バンプの高さは、同一電子部品
素子の複数のバンプ電極間で若干バラツキが発生してい
る。従って、電子部品素子の異なるバンプ高さのバンプ
電極を、基体に安定して接合することが困難となる。例
えば、荷重と超音波付与の一定時間が短い場合、バンプ
高さの低いバンプ電極と基体の所定位置との接合不良と
なる。これを防止するため、一定時間を長くして、バン
プを意図的に潰すと、必要以上の時間で荷重、超音波振
動を印加してしまうために、バンプとＡｌ電極の接合部
に多大なダメージを与えてしまう。また、電子部品素子
の底面と基体との間の距離が狭くなりすぎ、アンダーフ
ィル樹脂の充填不足が発生し、接合の信頼性を低下させ
てしまうという問題があった。

【０００９】このため、従来は、同一電子部品素子のバ
ンプ高さを揃えるために、先端突出部の高さを合わせる
レベリング前処理加工が必要であった。

【００１０】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、電子部品素子のバンプと基体
の所定位置との間で位置ずれが発生することがなく安定
した接合が可能な実装方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、下面にバンプ
電極を有する電子部品素子を、基体の所定位置に前記バ
ンプ電極を当接させて、荷重を付与し、且つ超音波を印
加して実装する電子部品素子の実装方法において、前記
電子部品素子に荷重のみを付与する第１のステップと、
前記電子部品素子に、荷重を付与しながら、超音波を印
加する第２のステップとを有する電子部品素子の実装方
法である。

【００１２】また、前記電子部品素子のバンプ電極は、
台座部と該台座部の径が小さくなる先端突出部とからな
るＡｕを主成分とするバンプを有することを特徴とする
電子部品層の実装方法である。

【作用】本発明の実装方法では、第１のステップである
荷重の付与（初期の荷重付与）で、先端突出部の先端を
潰すしている。これにより、バンプ形成用電極のバンプ
と基体の所定位置との接合状態が、点より面となり、摩
擦が大きくなる。

【００１３】この状態で、第２のステップである超音波
印加（荷重を付与しながら）によって実際の接合を行
う。

【００１４】従って、超音波印加を開始した時点で、バ
ンプと基体との間で摩擦が大きい状態であるため、超音
波振動によって、大きくバンプがずれることがなく、所
定位置に安定した実装が達成できることになる。

【００１５】また、バンプが台座部、該台座部上の先端
突起突出部を有している場合、その効果が絶大であり、
従来のレベリング前処理加工も不要となり、生産効率が
非常に向上することになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子部品素子の実
装方法を図面に基づいて説明する。

【００１７】図１は本発明の電子部品素子の実装方法に
用いるボンディング装置の概略図であり、図２は基体に
接合する前の状態をて示す電子部品素子、例えば、半導
体チップの側面図であり、図３は電子部品素子を基体の
所定位置に接合実装した状態の側面図である。

【００１８】図において、１は半導体チップやＳＡＷ素
子などのバンプ電極が形成された電子部品素子であり、
２は回路基板やパッケージなどの電子部品素子１が接合
される基体である。

【００１９】図２は、電子部品素子１は、シリコンチッ
プや圧電基板などの電子部品素子基板１ａと、電子部品
素子基板１ａの底面側に被着形成されたＡｌやＡｌ合金
などのバンプ形成用電極１６と、該バンプ形成用電極１
６上にワイヤボンデング方式により形成されたバンプか
ら構成される。ここで、このバンプを有して電極として
機能する部分をバン電極といい、符号17で示す。

【００２０】このバンプは、Ａｕ線ワイヤボンディング
方式によって形成される。具体的には、トーチなどによ
ってＡｕワイヤの先端部を溶融させ、ボールを形成し、
バンプ形成用電極16上に若干の荷重をあたり、接合し、
この状態でワイヤーを引きあげることにより、溶融領域
で非溶融領域の境界で糸を引くようにして引き千切られ
ることになる。尚、Ａｕ線は、溶融領域と非溶融領域で
安定的に引きちぎられるように、Ｐｄなどを１ｗｔ％程
度含有されている。

【００２１】このため、バンプ形成用電極１６上のバン
プの形状は、ボールが潰されて形成された台座部１７ｄ
と、このボールから引きちぎられ分までの間で構成され
る先端突出部１７ｂとから構成される。尚、図２中の１
７ａは、ボールを接合時に若干の荷重を与えた時、ワイ
ヤキャピラリのインサイドチャンファ部分あたる領域で
ある。即ち、台座部１７ｄから先端突出部１７ｂにかけ
て、その径は小さくなる。

【００２２】また、基体２は、基板やパッケージ本体な
どであり、セラミックなどからなる。そして、基体２の
表面には、上述のバンプ電極１７が接合する接合用電極
パッド１８が形成されている。この接合用電極パッド１
８は、例えばタングステンメタライズ上に、Ｎｉ、Ａｕ
メッキが施されている。

【００２３】次に、上述の実装方法に用いるボンディン
グ装置について図１を用いて説明する。図中、１はバン
プ電極１７が形成された電子部品素子であり、この電子
部品素子１は、バンプ電極１７が形成されていない上面
１ｂを、真空吸着手段を有するツール７にて保持されて
いる。ツールの吸着ノズルの径は、電子部品素子１と略
同一にしてある。これはツール７の先端部が、基体２の
一部と接触することにより、電子部品素子１が位置ずれ
しないようにするためである。尚、ツール７の吸着手段
は、吸着孔８及びこの吸着孔に通じるチューブ及び真空
ホンプなどの吸着元（図示せず）から構成される。電子
部品素子１は、チップトレーにて整列されており、図１
のボンディングヘッド１５に併設されたピックアップヘ
ッド（図示せず）でピックアップし、プリセンターテー
ブル（図示せず）に載せられる。

【００２４】基体２は、基体移載ユニット（図示せず）
にて搬送されワーク固定部４に供給され、固定部４の底
面側の真空吸着手段にて固定される。ワーク固定部４の
基体２が収納される部分のサイズは、基体２の寸法より
長辺及び短辺ともに夫々若干大きく、例えば０．１ｍｍ
づつ大きく設定されている。ワーク固定部４の底面に基
体２を載せ真空吸着により固定し、上方よりカメラで基
体２内の所定位置（接合位置）を画像認識手段（図示せ
ず）により位置認識する。これにより、ツールに保持搬
送される電子部品素子１のバンプ電極１７が基体２の所
定位置に合致するように、上述の画像認識手段により算
出された結果に基づいて、位置補正される。尚、この補
正情報は、ボンディング装置全体を制御する制御手段
（図示せず）に記憶され、ボンディングヘッド１５の動
作、Ｘ軸駆動部１３、Ｚ軸駆動部１２などの所定動作の
基礎データとなる。

【００２５】この状態で、ボンディングヘッド１５はプ
リセンターテーブルにある電子部品素子１を吸着保持す
べく、Ｘ軸駆動部１３が移動し、Ｚ軸駆動部１２が下降
して、ツール７が電子部品素子１を真空吸着によりピッ
クアップする。その後Ｚ軸駆動部１２の上昇、Ｘ軸駆動
部１３がボンディングヘッド１５を実装位置に移動す
る。その後、前記画像処理にてＸＹテーブル１４及びθ
回転軸が所定の位置補正を行い、電子部品素子１を基体
２の所定位置、即ち、電子部品素子１のバンプ形成用電
極１６と基体２の接合用電極パッド１８とを完全に合致
させる。そして、ツール７の下降により、電子部品素子
１のバンプ電極１７が基体２の接合用電極パッド１８に
当接することになる。そして、基体２はワーク加熱手段
５より例えば２００℃に加熱され、荷重検出ロードセル
３は超音波振動子１０及びボンディング制御部（図示せ
ず）に電気的に接続されている。

【００２６】ここで、本発明は、まず、Ｚ軸駆動部１２
が下降させ、電子部品素子１を下方に所定の荷重を与え
る。このとき、ツール７を介して超音波振動は印加され
ていない。そして、電子部品素子１をさらに下方に連続
的に荷重を加えて、バンプ電極１７の先端突出部１７ｂ
を押し潰す（第１のステップ）。

【００２７】その後、バンプ当りの荷重が所定の値にな
った時点で、超音波振動子１０で発振した超音波振動
を、トランスジューサ９、ツール７を介して電子部品素
子１に印加する。これにより、電子部品素子１のバンプ
電極１７は、基体２の接合用電極パッド１８に、超音波
融着及び加熱圧着とによって接合されることになる（第
２のステップ）。

【００２８】尚、第１のステップ及び第２のステップを
通じて、基体２を加熱することを省略しても構わない。

【００２９】本発明の実装方法を、横軸に時間軸、縦軸
に超音波の印加及び荷重量を１つの特性図で対応させる
と、図４のようになる。

【００３０】例えば、電子部品素子１のバンプ電極１７
の先端部を、基体２の接合用電極パッド１８に当接させ
て、しばらくの間を超音波振動を印加することなく、荷
重を増大させる。そして、バンプ当りの荷重が、例えば
１５ｇｆにに達した時点で、超音波振動を印加する。そ
の後も、荷重を増大させ、融着が安定に達成できるよう
にする。

【００３１】そして、この荷重が、バンプ当たり、例え
ば５０ｇｆになった時点で、超音波振動と荷重の印加を
終了する。これにより、実装工程が終了する。

【００３２】ここで、超音波振動を印加する前に、先行
して荷重を与えることにより、バンプ電極１７の先端突
出部１７ｂの先端部分がつぶれ、接合用パッド１８との
接触面積が増大する。即ち、この当接部分で摩擦が大き
くなり、超音波振動を与えても、この当接状態で位置ず
れが発生することがない。その結果、所定接合位置に安
定した接合が可能となる。

【００３３】超音波振動を印加する前の荷重を小さくす
ると、電子部品素子１と基体２との間で、上述の摩擦が
小さいため、接合位置でずれが発生してしまう。

【００３４】本発明者の測定では、バンプあたりの荷重
が１５ｇｆ未満では、バンプ電極１７の位置ずれが発生
することを確認した。

【００３５】また、安定した接合を達成するには、実装
初期の荷重のみを供給する第１のステップを設けるだけ
でなく、超音波振動を終了させる時点の荷重の設定も重
要となる。例えば、終了時点の荷重が大きい場合、バン
プ電極１７の台座部１７ｄの部分にまで、バンプが潰れ
てしまい、電子部品素子１のバンプ形成用電極１６とバ
ンプとの接合部分にも超音波が大きく影響し、バンプ形
成用電極１６とバンプの接合部分にダメージを与えてし
まう。例えば、荷重、並びに超音波振動を必要以上に印
加することで、図３のバンプの台座部分１７ｄまで潰れ
てしまう。電子部品素子１側バンプと基体２側の電極パ
ッド１８との必要充分以上に接合した後は、超音波振動
が電子部品素子１のバンプ形成用電極１６とバンプ１７
部の接合部分にも作用するために、電子部品素子１のバ
ンプ形成用電極16とバンプの接合部分にダメージを与え
てしまうためである。これによって、シェア強度が大き
く低下してしまう。

【００３６】本発明者は、超音波終了時点における荷重
と、シェア強度を測定した。その結果、１バンプあたり
の荷重が４０ｇｆでは、シェア強度が４６ｇｆ／バンプ
となり、１バンプあたりの荷重が５０ｇｆでは、シェア
強度が５４ｇｆ／バンプとなり、１バンプあたりの荷重
が６０ｇｆでは、シェア強度が４４ｇｆ／バンプとな
る。それぞれ場合でシェア強度測定試験での破壊モード
をバンプの基体2側への残り率で表すと７０％、８０
％、１００％となる。このことから考えても実装時の基
体２側の電極パッド１８とバンプ１７の接合領域は、キ
ャピラリのインサイドチャンファ部分あたる領域に制御
することが有効であることがいえる。

【００３７】以上のように、本発明のように、第１のス
テップで超音波振動しない状態で荷重のみを与える実装
方法は、特に、前記電子部品素子のバンプ電極は、台座
部と該台座部の径が小さくなる先端突出部とからなるＡ
ｕを主成分とバンプからなるバンプ電極である場合、特
に有用である。

【００３８】尚、図４の荷重及び超音波振動の印加のタ
イミングチャートでは印加する荷重が漸次に増加し、超
音波振動が一定の出力を印加しているが、ステップ状或
いは漸次状に可変しても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、電子部品素子に、先ず所
定の荷重を付与し(第1のステップ)、その後、超音波振
動の印加を加え(第2のステップ)、所定の荷重到達点で
超音波振動を停止して、実装を行う。Ａｕワイヤ線の引
きちぎりの高さのバラツキによらず、超音波振動印加前
のバンプ電極と基体との接触面積を増大させることがで
き、電子部品素子の実装ずれをなくすことができる。さ
らに、実装後のバンプ高さを安定させることができる。
またバンプ形成後バンプ高さをそろえるためレベリング
前処理工程を必要とせずとも良好な実装が可能となる。

【００４０】また、電子部品素子と基体間の距離を一定
以上安定的に確保出来、アンダーフィルの充填が安定
し、更に電子負品素子の電極とバンプの接合部にダメー
ジを与える事無く、良好なフリップチップ実装が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるボンディング装置を示
す側面図である。

【図２】本発明の実施例に係わる電子部品素子にバンプ
電極を形成した状態の側面図である。

【図３】本発明の実施例に係わるバンプ電極を有する電
子部品素子と基体とを結合実装した状態の側面図であ
る。

【図４】本発明の図１のボンディング装置における実装
条件を示す特性図である。

【符号の説明】

１・・電子部品素子 ２・・基体 １７・・バンプ電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下面にバンプ電極を有する電子部品素子
   を、基体の所定位置に前記バンプ電極を当接させて、荷
   重を付与し、且つ超音波を印加して実装する電子部品素
   子の実装方法において、 前記電子部品素子に荷重のみを付与する第１のステップ
   と、前記電子部品素子に、荷重を付与しながら、超音波
   を印加する第２のステップとを有する電子部品素子の実
   装方法。
2. 【請求項２】前記電子部品素子のバンプ電極は、台座部
   と該台座部の径より小さくなる先端突出部とからなるＡ
   ｕを主成分とするバンプを有することを特徴とする請求
   項１の電子部品素子の実装方法。