JP2002009100A - Apparatus for forming fine ball bump - Google Patents
Apparatus for forming fine ball bumpInfo
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は微小ボールバンプ形
成装置に関し、特にフィルムキャリアのインナーリード
または半導体チップのような電子回路素子の電極パッド
上にボール状のバンプを形成するための微小ボールバン
プ形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine ball bump forming apparatus, and more particularly to a fine ball bump forming apparatus for forming a ball-shaped bump on an electrode pad of an electronic circuit element such as an inner lead of a film carrier or a semiconductor chip. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、半導体チップ上の電極パッド
部に形成されるバンプとして、ウェーハバンプとスタッ
ドバンプとがある。2. Description of the Related Art Conventionally, there are a wafer bump and a stud bump as bumps formed on an electrode pad portion on a semiconductor chip.
【0003】ウェーハバンプは、ウェーハ段階でのウェ
ーハプロセス中に、電極パッドへバンプを形成するもの
であり、ウェーハプロセスとして複雑な工程を何回も行
う必要がある。このため、このウェーハバンプは、歩留
り低下、少量多品種品では、コスト高となる。[0003] Wafer bumps are used to form bumps on electrode pads during a wafer process at the wafer stage, and it is necessary to perform complicated steps many times as a wafer process. For this reason, the yield of the wafer bumps is low, and the cost is high for a small number of high-mix products.
【0004】また、スタッドバンプは、ワイヤボンディ
ング技術を用い、半導体チップの電極パッド毎に、その
技術において形成されるボール状の金属を超音波熱圧着
で接合し、ワイヤのネック部を切断することによりスタ
ッドバンプを形成するものであり、ワイヤを切断する
際、キャピラリーツールを垂直方向に引き上げて切断す
るため、切断部にワイヤの残りが凸形状でかつ不均一に
残る。Further, the stud bump is formed by bonding a ball-shaped metal formed by the technique to each electrode pad of a semiconductor chip by ultrasonic thermocompression bonding by using a wire bonding technique and cutting a neck portion of the wire. When the wire is cut, the capillary tool is pulled up in the vertical direction and cut, so that the wire remains in the cut portion in a convex shape and non-uniformly.
【0005】接合用のバンプは、高さのばらつきを非常
に微少な範囲、例えば±5μm以下に精度よく制御する
必要があるため、ワイヤボンディング技術を用いたスタ
ッドバンプは、その製法上、精度良く制御することは非
常に難しいという問題があった。[0005] Since it is necessary to control the height variation of the bonding bumps to a very small range, for example, ± 5 μm or less, stud bumps using the wire bonding technique are required to have high precision due to the manufacturing method. There was a problem that it was very difficult to control.
【0006】また、ワイヤボンディング技術を用いたス
タッドバンプは、熱的な影響を受けた再結晶領域が存在
するため、その後の例えばフリップチップボンディング
時の接合性にも悪影響を与えるという問題もあった。[0006] Further, the stud bump using the wire bonding technique has a problem that the recrystallized region which is thermally affected has an adverse effect on the bonding property in the subsequent flip chip bonding, for example. .
【0007】そこで、均一でかつ微細なバンプを形成す
る技術として、微小金属を用いたバンプ形成技術が、例
えば、特開平7−153765号公報、特開平9−15
3496号公報および特開平10−74767号公報に
て提案されている。Therefore, as a technique for forming uniform and fine bumps, a bump forming technique using a fine metal is disclosed in, for example, JP-A-7-153765 and JP-A-9-15.
3496 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-74767.
【0008】特開平7−153765号公報にて提案さ
れているバンプ形成方法は、少なくとも半導体チップの
1つ分の金属ボール群を吸着保持するようにしている。
そして、複数の金属ボール群を吸着保持するために、バ
ンプ形成位置に対応したすべての位置に吸着孔が形成さ
れている配列基板を用い、その配列基板を接合用ステー
ジまで搬送して被接合部に接合するようにしている。In the bump forming method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-153765, at least one metal ball group of a semiconductor chip is sucked and held.
Then, in order to hold a plurality of metal ball groups by suction, an array substrate having suction holes formed at all positions corresponding to the bump formation position is used, and the array substrate is transported to a bonding stage to be bonded to the bonding portion. So that it can be joined.
【0009】したがって、この場合は均一に形成された
微小金属ボールをバンプ形成位置に一括接合することが
できるので、高い信頼性が得られるボールバンプを容易
に、かつ効率よく形成することができる。Therefore, in this case, the uniformly formed minute metal balls can be joined together at the bump formation position, so that a ball bump with high reliability can be easily and efficiently formed.
【0010】しかし、配列基板に形成される吸着孔は、
ボールバンプを形成する半導体チップのバンプ形成位置
に対応して一義的に決まってしまうので、半導体装置の
種類毎にまた、半導体チップ毎に配列基板を作成して用
意しなければならない。However, the suction holes formed in the array substrate are
Since it is uniquely determined according to the bump forming position of the semiconductor chip on which the ball bump is formed, an array substrate must be prepared and prepared for each type of semiconductor device and for each semiconductor chip.
【0011】したがって、このように複数の吸着孔が形
成されている配列基板を用いて複数のボールバンプを一
括して形成する方法は、多ピンの半導体製品を大量生産
する場合には好適であるが、少ピンの半導体製品を少量
生産する場合には、不向きであった。Therefore, a method of collectively forming a plurality of ball bumps using an array substrate having a plurality of suction holes is suitable for mass production of multi-pin semiconductor products. However, it is not suitable for producing a small number of semiconductor products with a small number of pins.
【0012】少ピンの半導体製品を少量生産するのに適
したボールバンプ形成方法として、特開平9−1534
96号公報および特開平10−74767号公報にて提
案されているものがある。特開平9−153496号公
報に記載のバンプ形成方法は、チューブの先端に1個の
ボールだけ上方に露呈するよう開口された取出窓を有す
るボール供給部があり、吸引ツールがその取出窓から1
個のボールだけをピックアップし、バンプを形成しよう
とする電極上に搬送し、超音波熱圧着させるようにして
いる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1534 discloses a ball bump forming method suitable for producing a small number of semiconductor products with a small number of pins.
No. 96 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-74767. In the bump forming method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-153496, there is provided a ball supply unit having an extraction window which is opened so that only one ball is exposed upward at the tip of the tube, and the suction tool is moved from the extraction window by one.
Only the individual balls are picked up, conveyed onto an electrode on which a bump is to be formed, and subjected to ultrasonic thermocompression bonding.
【0013】また、特開平10−74767号公報に記
載のバンプ形成方法は、金属材料でできた微小ボールの
収納容器をパーツフィーダー等の振動発生機により振動
させ、微小ボールを跳躍させ、微小ボール吸着孔を形成
した配列基板にて真空吸着させ、なおかつ、必要な微小
ボール以外のものを除去するために超音波振動を与え、
1つの微小ボールのみを搬送することができるようにし
ている。そして、搬送された微小ボールは、加熱された
ステージ上の半導体チップの電極パッドの1つ1つに配
列基板を介し、超音波熱圧着される。Further, in the bump forming method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-74767, a container for storing minute balls made of a metal material is vibrated by a vibration generator such as a parts feeder to cause the minute balls to jump, thereby causing the minute balls to jump. Vacuum suction is applied to the array substrate with suction holes, and ultrasonic vibration is applied to remove anything other than the necessary minute balls.
Only one minute ball can be transported. Then, the transported micro-balls are subjected to ultrasonic thermocompression bonding to each of the electrode pads of the semiconductor chip on the heated stage via the array substrate.
【0014】したがって、これらの公報に記載のバンプ
形成方法は、半導体装置毎に配列基板を作製する必要が
なく、また、半導体チップ毎の配列基板も必要としない
ことから、少ピンの半導体製品を少量生産する場合に、
低コストで生産することができる。Therefore, the bump forming methods described in these publications do not need to fabricate an array substrate for each semiconductor device, and do not require an array substrate for each semiconductor chip. For small production,
It can be produced at low cost.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかし、少ピンの半導
体製品を少量生産する場合に適しているとはいっても、
いずれのバンプ形成方法も、1つのバンプを形成するた
びに、吸引ツールまたは配列基板を、ボール供給部の取
出窓または微小ボールの収納容器まで移動する必要があ
るため、たとえ少ピンであってもその移動時間は無視で
きず、生産における効率の低下という問題点があった。However, even though it is suitable for small-scale production of semiconductor products with few pins,
In any of the bump forming methods, each time one bump is formed, it is necessary to move the suction tool or the array substrate to the take-out window of the ball supply unit or the container for the small balls. The traveling time cannot be ignored, and there is a problem that the efficiency in production is reduced.
【0016】また、特開平10−74767号公報に記
載のバンプ形成方法では、跳躍している微小ボールを配
列基板の微小な吸着孔に真空吸着させるのに時間がかか
るため、前述同様生産効率の低下は避けられず、さら
に、配列基板の先端部に超音波熱圧着のための超音波振
動子を設けてあるが、その先端部に取り付けられる超音
波振動子は小型のものになってしまい、かつ取り付け位
置が先端部であることからボール接続時に必要な超音波
振動を十分に微小ボールへ伝達できない可能性があると
いう問題があった。Further, in the bump forming method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-74767, it takes a long time to vacuum-suck a jumping minute ball into a minute suction hole of an arrayed substrate. The decline is unavoidable, and furthermore, an ultrasonic transducer for ultrasonic thermocompression bonding is provided at the tip of the array substrate, but the ultrasonic transducer attached to the tip becomes small. In addition, since the mounting position is at the distal end, there is a problem that the ultrasonic vibration required for connecting the ball may not be sufficiently transmitted to the minute ball.
【0017】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、微小ボールを連続的に供給し、かつ確実にバ
ンプ形成を行うことができる微小ボールバンプ形成装置
を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a minute ball bump forming apparatus capable of continuously supplying minute balls and reliably forming bumps. I do.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、微小ボ
ールを半導体チップの電極パッドに接合してバンプを形
成するバンプ形成ツールを備えた微小ボールバンプ形成
装置において、前記バンプ形成ツールは、その先端部に
長手方向中央部に設けられて微小ボールを1つずつ前記
半導体チップの電極パッドに送り出すボール吸着孔と、
前記ボール吸着孔に開口するよう連通されていて微小ボ
ールを収納した供給ホッパより微小ボールを前記ボール
吸着孔内に順次供給する微小ボール供給部と、前記ボー
ル吸着孔内に供給された前記微小ボールを前記ボール吸
着孔内に真空保持する吸着配管と、前記ボール吸着孔に
進退自在に嵌挿配置され前記ボール吸着孔内に供給され
て真空保持されている微小ボールを前記ボール吸着孔か
ら前記半導体チップの電極パッドに向けて押し出す押し
出しロッドとを備えていることを特徴とする微小ボール
バンプ形成装置が提供される。According to the present invention, there is provided a minute ball bump forming apparatus including a bump forming tool for forming a bump by bonding a minute ball to an electrode pad of a semiconductor chip, wherein the bump forming tool comprises: A ball suction hole provided at the center of the semiconductor chip in the longitudinal direction at the tip end thereof and for sending out minute balls one by one to the electrode pad of the semiconductor chip;
A minute ball supply unit that communicates with the ball suction hole so as to be open to the ball suction hole and sequentially supplies the minute ball into the ball suction hole from a supply hopper that stores the minute ball; and the minute ball supplied into the ball suction hole. A suction pipe for holding the vacuum in the ball suction hole, and a micro-ball which is inserted and disposed in the ball suction hole so as to be able to advance and retreat, and is supplied to the ball suction hole and held in vacuum from the ball suction hole. And an extruding rod for extruding toward the electrode pad of the chip.
【0019】上記構成によれば、バンプ形成ツールに微
小ボールを1つずつ供給して真空保持し、バンプ形成ツ
ールを所定の電極パッド上へ位置決めした後、押し出し
ロッドがボール吸着孔に真空保持された微小ボールを電
極パッド上へ押し出し、ボールバンプを電極パッド上へ
形成する。微小ボールを1つずつ所定の電極パッド上へ
形成していくので、ボールバンプを形成する半導体チッ
プ毎、および半導体製造装置毎にボール配列基板を作製
する必要がなく、大きな汎用性が得られる。また、あら
かじめ所望の大きさに形成した微小ボールを使用しか
つ、押し出しロッドにてバンプを形成することができる
ので、バンプの高さおよび径を一様にすることができ、
高い信頼性が得られるバンプを形成することが可能とな
る。According to the above arrangement, the minute balls are supplied to the bump forming tool one by one and held in vacuum, and after positioning the bump forming tool on the predetermined electrode pad, the pushing rod is held in vacuum in the ball suction hole. The minute balls are extruded onto the electrode pads to form ball bumps on the electrode pads. Since the minute balls are formed one by one on the predetermined electrode pads, it is not necessary to manufacture a ball array substrate for each semiconductor chip on which ball bumps are formed and for each semiconductor manufacturing apparatus, and large versatility can be obtained. In addition, since the bumps can be formed with the extrusion rod by using the micro balls formed in a desired size in advance, the height and diameter of the bumps can be made uniform,
It is possible to form a bump with high reliability.
【0020】また、本発明では、微小ボール供給部に第
1の超音波振動子を備え、バンプ形成ツールに供給され
る微小ボールの詰まりを防止するようにしている。これ
により、微小ボールを連続的に1つずつ供給することが
でき、短時間で効率よくボールバンプを形成することが
可能となる。Further, in the present invention, the first ultrasonic vibrator is provided in the micro-ball supply section so as to prevent clogging of the micro-ball supplied to the bump forming tool. Thereby, the minute balls can be supplied one by one continuously, and the ball bumps can be efficiently formed in a short time.
【0021】さらに、本発明では、バンプ形成ツールを
第2の超音波振動子を有するホーンの先端部に保持し
て、ボールバンプ形成時に超音波エネルギを印加しなが
ら半導体チップの電極パッドへ微小ボールを超音波熱圧
着接合するようにした。これにより、接合時間の短縮を
図るとともに、バンプ形成時の温度を低下させて金属材
料の再結晶化を最小限にとどめ、接合強度を改善するこ
とができる。Further, in the present invention, the bump forming tool is held at the tip of the horn having the second ultrasonic vibrator, and the minute ball is applied to the electrode pad of the semiconductor chip while applying ultrasonic energy at the time of forming the ball bump. Was subjected to ultrasonic thermocompression bonding. As a result, the bonding time can be shortened, the temperature at the time of forming the bumps can be reduced, the recrystallization of the metal material can be minimized, and the bonding strength can be improved.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の微小ボールバンプ
形成装置の要部構成を示す断面図、図2は本発明の微小
ボールバンプ形成装置の全体構成を示す斜視図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a micro-ball-bump forming apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an entire configuration of a micro-ball-bump forming apparatus of the present invention.
【0023】本発明による微小ボールバンプ形成装置
は、図1に示したようなバンプ形成ツール1を備えてい
る。このバンプ形成ツール1は、その長手方向中央部に
ボール吸着孔2が形成されている。ボール吸着孔2に
は、吸着配管3および微小ボール供給部4が連通するよ
うに形成されている。また、ボール吸着孔2の内部に
は、押し出しロッド5が進退自在に嵌挿配置され、その
押し出しロッド5には、ボール吸着孔2の内壁との間の
隙間をシールするパッキン6が周設されている。また、
押し出しロッド5のボール吸着孔2内の端面は、形成さ
れるバンプの表面が平らになるよう平面に形成されてい
る。The micro-ball bump forming apparatus according to the present invention includes a bump forming tool 1 as shown in FIG. This bump forming tool 1 has a ball suction hole 2 formed at the center in the longitudinal direction. The ball suction hole 2 is formed so that a suction pipe 3 and a minute ball supply unit 4 communicate with each other. A push rod 5 is inserted and disposed inside the ball suction hole 2 so as to be able to advance and retreat, and a packing 6 for sealing a gap between the push rod 5 and the inner wall of the ball suction hole 2 is provided around the push rod 5. ing. Also,
The end surface of the push rod 5 inside the ball suction hole 2 is formed flat so that the surface of the bump to be formed is flat.
【0024】バンプ形成ツール1の吸着配管3には、ホ
ース7を介して真空ポンプ等の真空発生装置8が接続さ
れている。微小ボール供給部4は、金属の微小ボール9
が通過できる通路を有しており、その通路の先端部に
は、微小ボール供給部4の通路を介して微小ボール9を
1つずつバンプ形成ツール1のボール吸着孔2へと送り
出す微小ボール供給ホッパ10が設けられている。ボー
ル吸着孔2へ送り出された微小ボール9は、送り出され
た対向位置に開口している吸着配管3によって吸着保持
される。その吸着配管3は、微小ボール9の径よりも小
さな内径を有するよう穿設されており、送り出された微
小ボール9をボール吸着孔2内にて押し出しロッド5の
先端部に吸着保持するようにしている。A vacuum generator 8 such as a vacuum pump is connected to the suction pipe 3 of the bump forming tool 1 via a hose 7. The minute ball supply unit 4 includes a minute ball 9 made of metal.
At the tip of the passage, the micro-ball supply unit 4 feeds the micro-balls 9 one by one to the ball suction holes 2 of the bump forming tool 1 through the micro-ball supply unit 4. A hopper 10 is provided. The minute ball 9 sent out to the ball suction hole 2 is sucked and held by the suction pipe 3 opened at the opposed position where the ball 9 is sent out. The suction pipe 3 is formed so as to have an inner diameter smaller than the diameter of the minute ball 9, so that the sent minute ball 9 is sucked and held by the tip of the rod 5 in the ball suction hole 2. ing.
【0025】微小ボール供給部4には、詰まり防止用超
音波振動子11が固着されている。この詰まり防止用超
音波振動子11は、図示しない周波数制御装置により駆
動制御されることにより通路を通過する微小ボール9に
振動を与え、微小ボール供給部4での微小ボール9の目
詰まりをなくして微小ボール供給ホッパ10からボール
吸着孔2へ順次微小ボール9を効率良く送り出す働きを
する。詰まり防止用超音波振動子11の振動周波数は、
微小ボールの大きさにより適宜変更できるようになって
おり、周波数は特に限定しない。An ultrasonic vibrator 11 for preventing clogging is fixed to the minute ball supply section 4. The clogging preventing ultrasonic vibrator 11 is driven and controlled by a frequency control device (not shown) to vibrate the microballs 9 passing through the passage, thereby eliminating clogging of the microballs 9 in the microball supply unit 4. Thus, the micro-ball supply hopper 10 functions to sequentially send the micro-balls 9 to the ball suction holes 2 efficiently. The vibration frequency of the ultrasonic transducer 11 for preventing clogging is
The frequency can be appropriately changed depending on the size of the minute ball, and the frequency is not particularly limited.
【0026】さらに、押し出しロッド5の上部の先端部
には、押し出し装置12が設けられている。この押し出
し装置12としては、電磁ソレノイド、エアーシリン
ダ、リニアモータ等を利用することができる。Further, an extruding device 12 is provided at the top end of the extruding rod 5. As the pushing device 12, an electromagnetic solenoid, an air cylinder, a linear motor, or the like can be used.
【0027】以上のような構成を有するバンプ形成ツー
ル1は、図2に示したように、ボールバンプ接合用超音
波振動子13が設けられたホーン14の先端部に保持さ
れている。ボールバンプ接合用超音波振動子13は、バ
ンプ形成ツール1によって供給された微小ボール9を加
熱ステージ15上に置かれた半導体チップ16の電極パ
ッド17に圧接接合するときの超音波エネルギをホーン
14を介して与えるもので、30〜200KHzの周波
数の超音波振動を微小ボール9に加えられるようにして
おり、これにより微小ボール9を非常に小さい力で変形
できる状態にしている。As shown in FIG. 2, the bump forming tool 1 having the above-described configuration is held at the tip of a horn 14 provided with an ultrasonic transducer 13 for ball bump bonding. The ultrasonic transducer 13 for bonding the ball bumps transmits ultrasonic energy when the micro-balls 9 supplied by the bump forming tool 1 are pressed and bonded to the electrode pads 17 of the semiconductor chip 16 placed on the heating stage 15. The ultrasonic vibration having a frequency of 30 to 200 KHz can be applied to the minute ball 9 so that the minute ball 9 can be deformed by a very small force.
【0028】次に、微小ボールバンプ形成装置の作用を
図3を参照して説明する。図3は微小ボールの接合手順
を説明する図であって、(A)は微小ボール供給状態を
示し、(B)は微小ボール接合状態を示し、(C)はボ
ールバンプ形成状態を示している。Next, the operation of the minute ball bump forming apparatus will be described with reference to FIG. FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining a bonding procedure of micro balls, wherein FIG. 3A shows a micro ball supply state, FIG. 3B shows a micro ball bonding state, and FIG. 3C shows a ball bump formation state. .
【0029】まず、バンプ形成ツール1には、微小ボー
ル供給ホッパ10から微小ボール供給部4を介してあら
かじめ所望の大きさに形成された微小ボール9が供給さ
れている。バンプ形成ツール1に供給された微小ボール
9は、ボール吸着孔2へ排出されると、(A)に示した
ように、吸着配管3からの真空吸着により、バンプ形成
ツール1内の押し出しロッド5の先端部に吸着保持され
る。First, the minute ball 9 formed in a desired size in advance is supplied to the bump forming tool 1 from the minute ball supply hopper 10 via the minute ball supply unit 4. When the micro-balls 9 supplied to the bump forming tool 1 are discharged to the ball suction holes 2, as shown in (A), the extruded rods 5 in the bump forming tool 1 are sucked by vacuum suction from the suction pipe 3. Is held by suction at the tip end.
【0030】次に、このようにして吸着保持された微小
ボール9を加熱ステージ15上に載置された半導体チッ
プ16の所定の電極パッド17上に位置決めした後、
(B)に示したように、押し出しロッド5がバンプ形成
ツール1のボール吸着孔2内に保持されている微小ボー
ル9を電極パッド17上に押し出す。そして、押し出さ
れた微小ボール9に電極パッド17への荷重をかけなが
ら超音波エネルギを印加する。微小ボール9への超音波
エネルギの印加は、ボールバンプ接合用超音波振動子1
3を動作させることによりホーン14を介して超音波エ
ネルギをバンプ形成ツール1に伝達させることで行われ
る。Next, after positioning the micro-balls 9 thus sucked and held on predetermined electrode pads 17 of the semiconductor chip 16 mounted on the heating stage 15,
As shown in FIG. 2B, the push rod 5 pushes the minute ball 9 held in the ball suction hole 2 of the bump forming tool 1 onto the electrode pad 17. Then, ultrasonic energy is applied to the extruded micro ball 9 while applying a load to the electrode pad 17. The application of ultrasonic energy to the micro-ball 9 is performed by the ultrasonic transducer 1 for bonding the ball bump.
The operation is performed by transmitting ultrasonic energy to the bump forming tool 1 through the horn 14 by operating the horn 3.
【0031】微小ボール9は、ボールバンプ接合用超音
波振動子13によるホーン14の長手方向の超音波振動
を受けることにより微小変形される。この変形は、電極
パッド17との接合部に新生面を出現させ、金属の相互
拡散による合金が生成されて、微小ボール9が電極パッ
ド17へ圧着接合されることになる。The minute balls 9 are minutely deformed by receiving ultrasonic vibration in the longitudinal direction of the horn 14 by the ultrasonic transducer 13 for bonding the ball bumps. This deformation causes a new surface to appear at the joint with the electrode pad 17, an alloy is generated by mutual diffusion of the metal, and the minute ball 9 is pressure-bonded to the electrode pad 17.
【0032】したがって、ボールバンプ接合用超音波振
動子13による電極パッド17への微小ボール9の圧着
接合は、比較的低温で行うことができるため、接合に要
する時間を短縮できるとともに、接合強度を向上させる
ことができる。Accordingly, the pressure bonding of the micro-balls 9 to the electrode pads 17 by the ball bump bonding ultrasonic transducer 13 can be performed at a relatively low temperature, so that the time required for bonding can be shortened and the bonding strength can be reduced. Can be improved.
【0033】このとき、平らな端面を有する押し出しロ
ッド5がバンプ形成ツール1の先端部まで微小ボール9
を押し出してくることによって、ボールバンプ形成後の
上面部は平面になるようにバンプが整形される。At this time, the extruding rod 5 having a flat end face is moved to the tip of the bump forming tool 1 by the minute ball 9.
, The bump is shaped so that the upper surface after the formation of the ball bump is flat.
【0034】このようにして、微小ボール9を電極パッ
ド17の所定の位置に接合したら、次に、真空吸着を解
除する。そして、(C)に示したように、押し出しロッ
ド5を引き込むと同時にバンプ形成ツール1を上昇させ
て接合を終了する。After the minute balls 9 have been joined to the predetermined positions of the electrode pads 17 in this manner, the vacuum suction is released. Then, as shown in (C), the pushing rod 5 is pulled in, and at the same time, the bump forming tool 1 is raised to complete the joining.
【0035】この微小ボール9は、圧着接合のとき、先
端部の端面が平らな押し出しロッド5により荷重がかけ
られていることにより、ボールバンプの上面は平面に変
形され、その後のフリップチップボンディング時に高信
頼性が得られる理想的な形状のボールバンプ18とな
る。ボールバンプ18の上面が平面に変形されることに
より、ボールバンプ形成後の工程、例えばフリップチッ
プボンディングの際の接合面積を広くでき、接合強度を
高めることができる。During the pressure bonding, the micro-ball 9 is deformed by applying a load to the end surface of the tip portion by the push rod 5 having a flat end surface, so that the upper surface of the ball bump is deformed to a flat surface, and the ball is subjected to a subsequent flip-chip bonding. The resulting ball bump 18 has an ideal shape with high reliability. By deforming the upper surface of the ball bump 18 into a flat surface, a bonding area in a process after the formation of the ball bump, for example, flip chip bonding can be increased, and bonding strength can be increased.
【0036】その後再び、微小ボール9の供給を行い、
次のバンプ形成を行う電極パッド17上へバンプ形成ツ
ール1が位置するように位置決めする。この微小ボール
9の接合後、次の電極パッド17へ移動する間に次の微
小ボール9をバンプ形成ツール1の先端に供給するとと
もに、その微小ボール9が落下しないように真空吸着に
て保持している。そして、上記と同様の手順でボールバ
ンプ形成を行う。このような処理を繰り返し行うことに
より、半導体チップ16の所定の位置に微小ボール9を
接合してボールバンプを連続して形成することになる。Thereafter, the supply of the minute balls 9 is performed again.
Positioning is performed so that the bump forming tool 1 is positioned on the electrode pad 17 on which the next bump is to be formed. After the bonding of the minute balls 9, the next minute balls 9 are supplied to the tip of the bump forming tool 1 while moving to the next electrode pad 17, and are held by vacuum suction so that the minute balls 9 do not drop. ing. Then, ball bump formation is performed in the same procedure as described above. By repeating such a process, the minute balls 9 are bonded to predetermined positions of the semiconductor chip 16 to continuously form ball bumps.
【0037】なお、上述の実施の形態では、微小ボール
供給部4に詰まり防止用超音波振動子11を設け、バン
プ形成ツール1を保持するホーン14にボールバンプ接
合用超音波振動子13を設けるようにしたが、ボールバ
ンプ接合用超音波振動子13から発生する超音波振動を
詰まり防止用に使用しても良い。この場合、接合時に印
加する超音波周波数と詰まり防止に使用する超音波周波
数とは、適宜変更できるようにし、接合を行っている時
は接合用超音波周波数、微小ボール供給時は詰まり防止
用超音波周波数を発生させるようにする。In the above-described embodiment, the clogging preventing ultrasonic vibrator 11 is provided in the micro-ball supply unit 4 and the ball bump bonding ultrasonic vibrator 13 is provided in the horn 14 holding the bump forming tool 1. However, the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic transducer 13 for bonding the ball bumps may be used for preventing clogging. In this case, the ultrasonic frequency applied at the time of joining and the ultrasonic frequency used to prevent clogging can be appropriately changed, and the ultrasonic frequency for joining is used during joining, and the ultrasonic frequency for preventing clogging at the time of supplying minute balls. Try to generate a sound wave frequency.
【0038】いずれにしても、超音波振動の周波数は、
微小ボールの大きさ、種類、電極パッド状態によって変
更する必要があるが、各々の条件に合わせて超音波振動
を発生させるように、制御装置(図示せず)によって制
御される構成にしてある。In any case, the frequency of the ultrasonic vibration is
Although it is necessary to change according to the size, type, and electrode pad state of the minute ball, the structure is controlled by a control device (not shown) so as to generate ultrasonic vibration according to each condition.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、バンプ
形成ツールにおいて、微小ボール供給部が微小ボールを
1つずつ供給して吸着配管による真空吸着により微小ボ
ールをボール吸着孔内に真空保持し、電極パッド上への
微小ボール接合時には、押し出しロッドがバンプ形成ツ
ールの先端部まで押し出すように構成にした。これによ
り、金属の微小ボールを1つずつ連続的に供給し、ボー
ルバンプを形成することができるので、半導体チップや
設備毎にボール配列基板を作製する必要がなく、大きな
汎用性が得られる。したがって、例えば品種の多い製品
で少量生産するような場合に特に有効である。As described above, according to the present invention, in the bump forming tool, the minute ball supply unit supplies the minute balls one by one and holds the minute balls in the ball suction holes by vacuum suction by the suction pipe. In addition, the extruding rod is configured to extrude to the tip of the bump forming tool at the time of bonding the minute ball onto the electrode pad. Thereby, since the metal micro-balls can be supplied one by one continuously to form the ball bumps, it is not necessary to manufacture a ball array substrate for each semiconductor chip or equipment, and large versatility can be obtained. Therefore, it is particularly effective, for example, when a small number of products of various varieties are produced.
【0040】また、あらかじめ所望の大きさに整形され
た金属ボールを使用してボールバンプを形成できるの
で、バンプの高さや径、形状を一様にする事ができ、高
い接合信頼性を得られるボールバンプを容易に形成する
ことが可能である。Further, since a ball bump can be formed using a metal ball shaped in advance to a desired size, the height, diameter and shape of the bump can be made uniform, and high bonding reliability can be obtained. Ball bumps can be easily formed.
【0041】さらに、超音波振動子を使用して微小ボー
ルを連続的に供給することができるので、微小ボール供
給時間の短縮が図れる。また、微小ボールを接合すると
きに、超音波エネルギを印加することができるので、微
小ボールと電極パッドとの接合時の温度を下げることが
可能で、かつ接合時間の短縮を図ることができるととも
に接合強度を向上させることができるようになる。しか
も、超音波エネルギを印加する超音波振動子をホーン自
体に取り付けることができるため、比較的大型の超音波
振動子を設置でき、高出力の超音波エネルギを印加でき
ることから、短時間で微小ボールの接合を行うことがで
き、作業時間を短縮することができる。Further, since the minute balls can be continuously supplied by using the ultrasonic vibrator, the supply time of the minute balls can be reduced. Further, since ultrasonic energy can be applied when joining the micro-balls, the temperature at the time of joining the micro-balls and the electrode pads can be reduced, and the joining time can be shortened. The joining strength can be improved. In addition, since the ultrasonic vibrator for applying ultrasonic energy can be attached to the horn itself, a relatively large ultrasonic vibrator can be installed, and high-output ultrasonic energy can be applied. Can be joined, and the working time can be reduced.
【図1】本発明の微小ボールバンプ形成装置の要部構成
を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main configuration of a minute ball bump forming apparatus according to the present invention.
【図2】本発明の微小ボールバンプ形成装置の全体構成
を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the entire configuration of the minute ball bump forming apparatus of the present invention.
【図3】微小ボールの接合手順を説明する図であって、
(A)は微小ボール供給状態を示し、(B)は微小ボー
ル接合状態を示し、(C)はボールバンプ形成状態を示
している。FIG. 3 is a view for explaining a joining procedure of a minute ball;
(A) shows a state of supplying minute balls, (B) shows a state of bonding minute balls, and (C) shows a state of forming ball bumps.
1……バンプ形成ツール、2……ボール吸着孔、3……
吸着配管、4……微小ボール供給部、5……押し出しロ
ッド、6……パッキン、7……ホース、8……真空発生
装置、9……微小ボール、10……微小ボール供給ホッ
パ、11……詰まり防止用超音波振動子、12……押し
出し装置、13……ボールバンプ接合用超音波振動子、
14……ホーン、15……加熱ステージ、16……半導
体チップ、17……電極パッド、18……ボールバンプ1 ... Bump forming tool, 2 ... Ball suction hole, 3 ...
Suction pipe, 4 ... minute ball supply section, 5 ... push rod, 6 ... packing, 7 ... hose, 8 ... vacuum generator, 9 ... minute ball, 10 ... minute ball supply hopper, 11 ... ... an ultrasonic oscillator for preventing clogging, 12 ... an extruder, 13 ... an ultrasonic oscillator for ball bump bonding,
14 horn, 15 heating stage, 16 semiconductor chip, 17 electrode pad, 18 ball bump
Claims (7)
に接合してバンプを形成するバンプ形成ツールを備えた
微小ボールバンプ形成装置において、 前記バンプ形成ツールは、その先端部に長手方向中央部
に設けられて微小ボールを1つずつ前記半導体チップの
電極パッドに送り出すボール吸着孔と、前記ボール吸着
孔に開口するよう連通されていて微小ボールを収納した
供給ホッパより微小ボールを前記ボール吸着孔内に順次
供給する微小ボール供給部と、前記ボール吸着孔内に供
給された前記微小ボールを前記ボール吸着孔内に真空保
持する吸着配管と、前記ボール吸着孔に進退自在に嵌挿
配置され前記ボール吸着孔内に供給されて真空保持され
ている微小ボールを前記ボール吸着孔から前記半導体チ
ップの電極パッドに向けて押し出す押し出しロッドとを
備えていることを特徴とする微小ボールバンプ形成装
置。1. A micro-ball bump forming apparatus comprising a bump forming tool for forming a bump by bonding a micro ball to an electrode pad of a semiconductor chip, wherein the bump forming tool is provided at a front end portion in a longitudinal central portion. And a ball suction hole for sending the micro balls one by one to the electrode pad of the semiconductor chip, and a small ball is supplied into the ball suction hole from a supply hopper that communicates with the ball suction hole and is open to the ball suction hole. A micro-ball supply unit for sequentially supplying the micro-balls, a suction pipe for vacuum-holding the micro-balls supplied into the ball suction holes in the ball suction holes; Micro balls supplied into the holes and held in a vacuum are pushed out from the ball suction holes toward the electrode pads of the semiconductor chip. Micro ball bump forming apparatus characterized by comprising a rod out to.
の前記ボール吸着孔への開口部に対向して前記ボール吸
着孔内に開口しており、前記微小ボール供給部から供給
された微小ボールを真空吸着により前記押し出しロッド
の先端部に保持させるようにしたことを特徴とする請求
項1記載の微小ボールバンプ形成装置。2. The minute ball supplied from the minute ball supply unit, wherein the suction pipe is opened in the ball adsorption hole so as to face an opening of the minute ball supply unit to the ball adsorption hole. 2. An apparatus for forming a minute ball bump according to claim 1, wherein the tip of the push rod is held by vacuum suction.
記微小ボールの詰まりを防止するための第1の超音波振
動子を備えていることを特徴とする請求項1記載の微小
ボールバンプ形成装置。3. The minute ball bump forming device according to claim 1, wherein the minute ball supply unit includes a first ultrasonic vibrator for preventing the supplied minute balls from being clogged. apparatus.
振動子を有するホーンの先端部に保持されており、ボー
ルバンプ形成時に超音波エネルギを印加しながら前記半
導体チップの電極パッドへの前記微小ボールの接合を行
うことを特徴とする請求項1記載の微小ボールバンプ形
成装置。4. The bump forming tool is held at a tip of a horn having a second ultrasonic vibrator, and applies the ultrasonic energy to the electrode pad of the semiconductor chip while forming a ball bump. The micro-ball bump forming apparatus according to claim 1, wherein the micro-balls are joined.
を有するホーンの先端部に保持されており、前記超音波
振動子が微小ボール供給時に前記微小ボール供給部によ
り供給される前記微小ボールの詰まりを防止するととも
に、ボールバンプ形成時に前記微小ボールに接合用の超
音波エネルギを印加するようにしたことを特徴とする請
求項1記載の微小ボールバンプ形成装置。5. The bump forming tool is held at a tip of a horn having an ultrasonic vibrator, and the ultrasonic vibrator is provided with a micro ball supplied by the micro ball supply section when supplying the micro ball. 2. The micro-ball-bump forming apparatus according to claim 1, wherein clogging is prevented and ultrasonic energy for bonding is applied to said micro-balls during ball-bump formation.
詰まり防止または前記微小ボールの接合に合わせて前記
微小ボールの大きさ、種類、電極パッド状態の条件に応
じた振動周波数に変更されることを特徴とする請求項5
記載の微小ボールバンプ形成装置。6. The vibration frequency of the ultrasonic vibrator is changed according to the size, type, and condition of an electrode pad state of the micro ball in accordance with prevention of clogging of the micro ball or bonding of the micro ball. 6. The method according to claim 5, wherein
The micro ball bump forming apparatus as described in the above.
記微小ボールと当接する先端部の端面を平面にして、前
記半導体チップの電極パッド上に形成されるボールバン
プの上面形状を平面に整形することを特徴とする請求項
1記載の微小ボールバンプ形成装置。7. An extruding rod according to claim 1, wherein said extruding rod is configured to flatten an end surface of a tip portion abutting on said micro-ball when extruding, and to shape a top surface of a ball bump formed on an electrode pad of said semiconductor chip into a flat surface. The apparatus for forming a minute ball bump according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000191629A JP2002009100A (en) | 2000-06-26 | 2000-06-26 | Apparatus for forming fine ball bump |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100704903B1 (en) | 2005-09-16 | 2007-04-06 | 한국기계연구원 | Apparatus for Melting and Adhering and Method for Melting and Adhering Solder Ball using it |
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CN114559122A (en) * | 2020-11-27 | 2022-05-31 | 东莞市鸿骐电子科技有限公司 | Single-head injector head for laser welding |
-
2000
- 2000-06-26 JP JP2000191629A patent/JP2002009100A/en active Pending
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