JP2003092314A - フリップチップ接続用超音波ヘッド - Google Patents
フリップチップ接続用超音波ヘッドInfo
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- JP2003092314A JP2003092314A JP2001281722A JP2001281722A JP2003092314A JP 2003092314 A JP2003092314 A JP 2003092314A JP 2001281722 A JP2001281722 A JP 2001281722A JP 2001281722 A JP2001281722 A JP 2001281722A JP 2003092314 A JP2003092314 A JP 2003092314A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ヘッド重量の増加なしに半導体ベアチップ側の
必要な加熱を行なうことができる超音波ヘッドを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】ヘッド上端の赤外線透過性ガラス板１２か
ら貫通孔１１に沿って赤外線を導き、拡散レンズ１３を
経由して半導体ベアチップの裏面を加熱できるようにし
ている。赤外線は連続に照射する必要はなく、超音波接
合時の直前から必要な時間だけ照射するだけでよい。こ
の赤外線照射のタイミングや光量は半導体チップや超音
波ヘッド１の熱容量、さらに半導体チップの耐熱性を考
慮して調整する。
必要な加熱を行なうことができる超音波ヘッドを提供す
ることを目的とする。 【解決手段】ヘッド上端の赤外線透過性ガラス板１２か
ら貫通孔１１に沿って赤外線を導き、拡散レンズ１３を
経由して半導体ベアチップの裏面を加熱できるようにし
ている。赤外線は連続に照射する必要はなく、超音波接
合時の直前から必要な時間だけ照射するだけでよい。こ
の赤外線照射のタイミングや光量は半導体チップや超音
波ヘッド１の熱容量、さらに半導体チップの耐熱性を考
慮して調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波フリップチッ
プ実装装置に係り、特にフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドに関するものである。
プ実装装置に係り、特にフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の高性能化と小型化のために
は、電子部品を基板に実装するにあたり高密度実装する
必要がある。そこで、半導体部品の高密度実装にフリッ
プチップ実装が多く用いられるようになってきた。フリ
ップチップ実装するには、電極にバンプを形成した半導
体ベアチップと基板に設けたパッドとを接合するが、接
合には、はんだリフロー、アンダーフィル樹脂による接
着、異方性導電フィルムによる接着、熱圧着、超音波接
合などが採用されている。
は、電子部品を基板に実装するにあたり高密度実装する
必要がある。そこで、半導体部品の高密度実装にフリッ
プチップ実装が多く用いられるようになってきた。フリ
ップチップ実装するには、電極にバンプを形成した半導
体ベアチップと基板に設けたパッドとを接合するが、接
合には、はんだリフロー、アンダーフィル樹脂による接
着、異方性導電フィルムによる接着、熱圧着、超音波接
合などが採用されている。
【０００３】中でも、超音波接合による方法は接続信頼
性が高く、特に高電力用や高信頼性機器に適した実装方
法として重要視されている。この超音波接合にあたって
は、接合部分への超音波振動印加と加熱とを併用するこ
とでより接合強度を高め、安定した接合が得られること
が知られている。接合部分を加熱するには、基板底部を
ホットプレートに密着させる方式が最も簡便である。こ
の基板側を加熱する方式は、セラミック基板であれば大
きな問題はないが有機基板の場合には一般的に半導体ベ
アチップより熱膨張係数が大きいため、超音波接合後の
冷却で基板側が収縮する応力が接合部にかかってしまう
という問題がある。基板側を加熱する方式に対し、半導
体チップ側を加熱する方式が、特許第３０７８２３１号
によりヘッド全体を加熱する方式として開示されてい
る。また、基板側と半導体チップ側の両方を、各々の熱
膨張係数に合わせて両方が略同じ線膨張するような温度
で各々を加熱する方式が、特願２００１−０５１６４４
号で出願されている。
性が高く、特に高電力用や高信頼性機器に適した実装方
法として重要視されている。この超音波接合にあたって
は、接合部分への超音波振動印加と加熱とを併用するこ
とでより接合強度を高め、安定した接合が得られること
が知られている。接合部分を加熱するには、基板底部を
ホットプレートに密着させる方式が最も簡便である。こ
の基板側を加熱する方式は、セラミック基板であれば大
きな問題はないが有機基板の場合には一般的に半導体ベ
アチップより熱膨張係数が大きいため、超音波接合後の
冷却で基板側が収縮する応力が接合部にかかってしまう
という問題がある。基板側を加熱する方式に対し、半導
体チップ側を加熱する方式が、特許第３０７８２３１号
によりヘッド全体を加熱する方式として開示されてい
る。また、基板側と半導体チップ側の両方を、各々の熱
膨張係数に合わせて両方が略同じ線膨張するような温度
で各々を加熱する方式が、特願２００１−０５１６４４
号で出願されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ヘ
ッド全体を加熱する方式は加熱部分の重量が増し、超音
波接合に重要な荷重の制御を高精度に行なうには装置が
大規模になってしまうという問題があった。また、基板
側と半導体チップ側の両方を加熱する方式は各々の加熱
温度を正確に制御することが必要で、装置が複雑になっ
てしまうという問題があった。本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、ヘッド重量の増加なしに
簡単な構造で半導体ベアチップ側の必要な加熱を行なう
ことができ、信頼性の高い超音波フリップチップ接続を
可能にする超音波ヘッドを提供することを目的とする。
ッド全体を加熱する方式は加熱部分の重量が増し、超音
波接合に重要な荷重の制御を高精度に行なうには装置が
大規模になってしまうという問題があった。また、基板
側と半導体チップ側の両方を加熱する方式は各々の加熱
温度を正確に制御することが必要で、装置が複雑になっ
てしまうという問題があった。本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、ヘッド重量の増加なしに
簡単な構造で半導体ベアチップ側の必要な加熱を行なう
ことができ、信頼性の高い超音波フリップチップ接続を
可能にする超音波ヘッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１のフリップチッ
プ接続用超音波ヘッドは、フリップチップ実装に供する
超音波ヘッドにあって、以下の構造を有することを特徴
とする。超音波ヘッドの縦軸中央部に貫通孔を設け、そ
の上端を赤外線透過性ガラス板で封止し、下端は半導体
ベアチップ吸着用孔を設けた赤外線透過性孔あきガラス
板で塞ぐ。前記貫通孔から気道を分岐させて超音波ヘッ
ド側面に設けた真空排気口に連接する。赤外線光源から
前記ヘッド上端の赤外線透過性ガラス板まで光ファイバ
ーまたはミラーにより赤外線を導光し、この赤外線透過
性ガラス板外側から前記貫通孔を経由して下端の赤外線
透過性孔あきガラス板に向けて赤外線を照射する。
プ接続用超音波ヘッドは、フリップチップ実装に供する
超音波ヘッドにあって、以下の構造を有することを特徴
とする。超音波ヘッドの縦軸中央部に貫通孔を設け、そ
の上端を赤外線透過性ガラス板で封止し、下端は半導体
ベアチップ吸着用孔を設けた赤外線透過性孔あきガラス
板で塞ぐ。前記貫通孔から気道を分岐させて超音波ヘッ
ド側面に設けた真空排気口に連接する。赤外線光源から
前記ヘッド上端の赤外線透過性ガラス板まで光ファイバ
ーまたはミラーにより赤外線を導光し、この赤外線透過
性ガラス板外側から前記貫通孔を経由して下端の赤外線
透過性孔あきガラス板に向けて赤外線を照射する。
【０００６】請求項１のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドによれば、超音波フリップチップ接続するにあたっ
て基板側を加熱せず、赤外線と拡散レンズにより半導体
ベアチップの特に金属部を重点的に加熱することができ
るので、超音波接合をより確実にし、また、接合後の基
板と半導体ベアチップの間に応力の発生が少なく、接続
信頼性の高いフリップチップ接続が可能となる。
ッドによれば、超音波フリップチップ接続するにあたっ
て基板側を加熱せず、赤外線と拡散レンズにより半導体
ベアチップの特に金属部を重点的に加熱することができ
るので、超音波接合をより確実にし、また、接合後の基
板と半導体ベアチップの間に応力の発生が少なく、接続
信頼性の高いフリップチップ接続が可能となる。
【０００７】請求項２のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドは、請求項１記載のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドにあって、前記貫通孔の下部で前記赤外線透過性孔
あきガラス板の前段に赤外光拡散レンズを装着すること
を特徴とする。
ッドは、請求項１記載のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドにあって、前記貫通孔の下部で前記赤外線透過性孔
あきガラス板の前段に赤外光拡散レンズを装着すること
を特徴とする。
【０００８】請求項２のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドによれば、赤外光拡散レンズにより照射赤外光が半
導体チップ全面を略均一に照射するように調整可能にな
るので、超音波接合部を略均一に加熱することができ
る。
ッドによれば、赤外光拡散レンズにより照射赤外光が半
導体チップ全面を略均一に照射するように調整可能にな
るので、超音波接合部を略均一に加熱することができ
る。
【０００９】請求項３のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドは、請求項１または請求項２記載のフリップチップ
接続用超音波ヘッドにおいて、赤外線の照射が超音波接
合の直前から接合完了までの間であることを特徴とす
る。
ッドは、請求項１または請求項２記載のフリップチップ
接続用超音波ヘッドにおいて、赤外線の照射が超音波接
合の直前から接合完了までの間であることを特徴とす
る。
【００１０】請求項３のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドによれば、半導体チップの加熱時間を最短にするこ
とができるので、加熱による半導体チップの損傷、劣化
が防止できる。
ッドによれば、半導体チップの加熱時間を最短にするこ
とができるので、加熱による半導体チップの損傷、劣化
が防止できる。
【００１１】請求項４のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドは、請求項１、請求項２または請求項３記載のフリ
ップチップ接続用超音波ヘッドにあって、超音波ヘッド
外側を黒化処理等で黒くし、該超音波ヘッド側面から赤
外線補助光を照射し、超音波ヘッド全体を５０〜１００
℃に予熱することを特徴とする。
ッドは、請求項１、請求項２または請求項３記載のフリ
ップチップ接続用超音波ヘッドにあって、超音波ヘッド
外側を黒化処理等で黒くし、該超音波ヘッド側面から赤
外線補助光を照射し、超音波ヘッド全体を５０〜１００
℃に予熱することを特徴とする。
【００１２】請求項４のフリップチップ接続用超音波ヘ
ッドによれば、半導体ベアチップの金バンプ部加熱がよ
り効率的になるので、赤外線照射時間をより短くするこ
とができるとともに、金バンプ部加熱温度をより安定し
て高温に設定することも可能である。
ッドによれば、半導体ベアチップの金バンプ部加熱がよ
り効率的になるので、赤外線照射時間をより短くするこ
とができるとともに、金バンプ部加熱温度をより安定し
て高温に設定することも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を用いて説明する。図１は本発明の超音波ヘッド
の構造を示す模式図である。図１において、１は超音波
ヘッド、２は振動子、３は超音波ホーン、４は加圧治
具、５は補助赤外線光源、１１はヘッド中心軸に設けた
貫通孔、１２は赤外線透過性ガラス板、１３は拡散レン
ズ、１４は赤外線透過性孔あきガラス板、１５は真空排
気口、１６は吸着用孔、２１は赤外線、２２は補助赤外
線、２３は圧力、２４は超音波振動を示す。
て図面を用いて説明する。図１は本発明の超音波ヘッド
の構造を示す模式図である。図１において、１は超音波
ヘッド、２は振動子、３は超音波ホーン、４は加圧治
具、５は補助赤外線光源、１１はヘッド中心軸に設けた
貫通孔、１２は赤外線透過性ガラス板、１３は拡散レン
ズ、１４は赤外線透過性孔あきガラス板、１５は真空排
気口、１６は吸着用孔、２１は赤外線、２２は補助赤外
線、２３は圧力、２４は超音波振動を示す。
【００１４】振動子２で発生した超音波振動は加圧治具
４に支えられた超音波ホーン３を経由して超音波ヘッド
１へ伝達される。図１の例では、加圧治具４の二箇所を
非振動点に持つ１波長型ヘッドであるが、一箇所の非振
動点で固定する半波長型ヘッドを使用してもよい。超音
波ヘッド１の中心軸には貫通孔１１を設け、その上端は
赤外線透過性ガラス板１２、下端は赤外線透過性孔あき
ガラス板１４で蓋をする。
４に支えられた超音波ホーン３を経由して超音波ヘッド
１へ伝達される。図１の例では、加圧治具４の二箇所を
非振動点に持つ１波長型ヘッドであるが、一箇所の非振
動点で固定する半波長型ヘッドを使用してもよい。超音
波ヘッド１の中心軸には貫通孔１１を設け、その上端は
赤外線透過性ガラス板１２、下端は赤外線透過性孔あき
ガラス板１４で蓋をする。
【００１５】ヘッド１側面に設けた真空排気口１５は貫
通孔１１から気道をを分岐するようにつなげ、真空排気
口１５から排気し貫通孔１１内を減圧することで赤外線
透過性孔あきガラス板１４に設けた吸着用孔１６に半導
体ベアチップを吸着する。一方、ヘッド上端の赤外線透
過性ガラス板１２から貫通孔１１に沿って赤外線１７を
導光し、拡散レンズ１３を経由して半導体ベアチップの
裏面を加熱できるようにしている。赤外線の特性から、
半導体ベアチップのセラミックを透過し金属部を重点的
に加熱するように働くので、金バンプが効率よく加熱さ
れる。
通孔１１から気道をを分岐するようにつなげ、真空排気
口１５から排気し貫通孔１１内を減圧することで赤外線
透過性孔あきガラス板１４に設けた吸着用孔１６に半導
体ベアチップを吸着する。一方、ヘッド上端の赤外線透
過性ガラス板１２から貫通孔１１に沿って赤外線１７を
導光し、拡散レンズ１３を経由して半導体ベアチップの
裏面を加熱できるようにしている。赤外線の特性から、
半導体ベアチップのセラミックを透過し金属部を重点的
に加熱するように働くので、金バンプが効率よく加熱さ
れる。
【００１６】図では省略した赤外線光源からヘッド上端
の赤外線透過性ガラス板１２までの赤外線導入方法は、
光ファイバーで結ぶか、ヘッド１の側面から照射してミ
ラーで反射させるようにしてもよい。赤外線２１は連続
に照射する必要はなく、超音波接合時の直前から接合完
了までの必要な時間だけ瞬時照射すればよい。この赤外
線２１照射のタイミングや光量は半導体チップや超音波
ヘッド１の熱容量、さらに半導体チップの耐熱性を考慮
して調整できるものとする。
の赤外線透過性ガラス板１２までの赤外線導入方法は、
光ファイバーで結ぶか、ヘッド１の側面から照射してミ
ラーで反射させるようにしてもよい。赤外線２１は連続
に照射する必要はなく、超音波接合時の直前から接合完
了までの必要な時間だけ瞬時照射すればよい。この赤外
線２１照射のタイミングや光量は半導体チップや超音波
ヘッド１の熱容量、さらに半導体チップの耐熱性を考慮
して調整できるものとする。
【００１７】また、補助赤外線光源６によりヘッド１の
側方から補助赤外線２２を常時照射し、ヘッド全体を５
０〜１００℃程度に予備加熱すると、より効率的で、赤
外線２１照射時間を短くしたり、金バンプ部加熱温度を
より安定して高温に設定したりすることも可能になる。
補助赤外線光源６を使用する場合に備えて超音波ヘッド
表面は黒化処理などにより黒くしておくことが好まし
い。
側方から補助赤外線２２を常時照射し、ヘッド全体を５
０〜１００℃程度に予備加熱すると、より効率的で、赤
外線２１照射時間を短くしたり、金バンプ部加熱温度を
より安定して高温に設定したりすることも可能になる。
補助赤外線光源６を使用する場合に備えて超音波ヘッド
表面は黒化処理などにより黒くしておくことが好まし
い。
【００１８】フリップチップ接続は、図では省略したス
テージ上の所定位置に基板を載置し、半導体ベアチップ
をヘッド１の所定位置に吸着固定し、加圧治具４に圧力
２３を加えることで基板と半導体ベアチップの間を加圧
しながら赤外線２１照射および超音波振動２４を印加す
ることで実行される。
テージ上の所定位置に基板を載置し、半導体ベアチップ
をヘッド１の所定位置に吸着固定し、加圧治具４に圧力
２３を加えることで基板と半導体ベアチップの間を加圧
しながら赤外線２１照射および超音波振動２４を印加す
ることで実行される。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ヘッド全体を加熱する
ことなく簡単な構造で半導体ベアチップの金属部を集中
的に加熱できるので、ヘッド重量が増加することなく小
型で高精度に制御可能な超音波ヘッドを容易に実現する
ことができる。また、基板側を加熱せず半導体ベアチッ
プ側を加熱するので、熱膨張係数がセラミックより大き
い有機樹脂基材の場合でも接合部に大きな応力を残さず
に信頼性の高いフリップチップ実装を実現することがで
きる。
ことなく簡単な構造で半導体ベアチップの金属部を集中
的に加熱できるので、ヘッド重量が増加することなく小
型で高精度に制御可能な超音波ヘッドを容易に実現する
ことができる。また、基板側を加熱せず半導体ベアチッ
プ側を加熱するので、熱膨張係数がセラミックより大き
い有機樹脂基材の場合でも接合部に大きな応力を残さず
に信頼性の高いフリップチップ実装を実現することがで
きる。
【図１】図１は本発明の１実施の形態を示す
１ 超音波ヘッド
２ 振動子
３ 超音波ホーン
４ 加圧治具
５ 補助赤外線光源
１１ ヘッド中心軸に設けた貫通孔
１２ 赤外線透過性ガラス板
１３ 拡散レンズ
１４ 赤外線透過性孔あきガラス板
１５ 真空排気口
１６ 吸着用孔
２１ 赤外線
２２ 補助赤外線
２３ 圧力
２４ 超音波振動
Claims (4)
- 【請求項１】 フリップチップ実装に供する超音波ヘッ
ドにあって、以下の構造を有することを特徴とするフリ
ップチップ接続用超音波ヘッド。超音波ヘッドの縦軸中
央部に貫通孔を設け、その上端を赤外線透過性ガラス板
で封止し、下端は半導体ベアチップ吸着用孔を設けた赤
外線透過性孔あきガラス板で塞ぐ。前記貫通孔から気道
を分岐させて超音波ヘッド側面に設けた真空排気口に連
接する。赤外線光源から前記ヘッド上端の赤外線透過性
ガラス板まで光ファイバーまたはミラーにより赤外線を
導光し、この赤外線透過性ガラス板外側から前記貫通孔
を経由して下端の赤外線透過性孔あきガラス板に向けて
赤外線を照射する。 - 【請求項２】 前記貫通孔の下部で前記赤外線透過性孔
あきガラス板の前段に赤外光拡散レンズを装着すること
を特徴とする請求項１記載のフリップチップ接続用超音
波ヘッド。 - 【請求項３】 赤外線の照射は超音波接合の直前から接
合完了までの間であることを特徴とする請求項１または
請求項２記載のフリップチップ接続用超音波ヘッド。 - 【請求項４】 超音波ヘッド外側を黒化処理等で黒く
し、該超音波ヘッド側面から赤外線補助光を照射し、超
音波ヘッド全体を５０〜１００℃に予熱することを特徴
とする請求項１、請求項２または請求項３記載のフリッ
プチップ接続用超音波ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001281722A JP3490992B2 (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | フリップチップ接続用超音波ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001281722A JP3490992B2 (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | フリップチップ接続用超音波ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003092314A true JP2003092314A (ja) | 2003-03-28 |
| JP3490992B2 JP3490992B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=19105495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001281722A Expired - Fee Related JP3490992B2 (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | フリップチップ接続用超音波ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3490992B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100989375B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2010-10-25 | 한국생산기술연구원 | 칩 수용홈이 형성된 초음파 접합장치 |
| JP2010278424A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-12-09 | Adwelds:Kk | 実装装置およびアライメント方法 |
| JP2012089696A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Adwelds:Kk | 接合装置 |
-
2001
- 2001-09-17 JP JP2001281722A patent/JP3490992B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010278424A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-12-09 | Adwelds:Kk | 実装装置およびアライメント方法 |
| KR100989375B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2010-10-25 | 한국생산기술연구원 | 칩 수용홈이 형성된 초음파 접합장치 |
| JP2012089696A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Adwelds:Kk | 接合装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3490992B2 (ja) | 2004-01-26 |
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|---|---|---|---|
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