JP2003282629A - 超音波フリップチップ実装方法 - Google Patents

超音波フリップチップ実装方法

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JP2003282629A
JP2003282629A JP2002080174A JP2002080174A JP2003282629A JP 2003282629 A JP2003282629 A JP 2003282629A JP 2002080174 A JP2002080174 A JP 2002080174A JP 2002080174 A JP2002080174 A JP 2002080174A JP 2003282629 A JP2003282629 A JP 2003282629A
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bump
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mounting method
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Naoto Nakatani
直人 中谷
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Nippon Avionics Co Ltd
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Nippon Avionics Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/11Manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波振動による半導体チップへの悪影響を低
減し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法
を提供する 【解決手段】半導体チップ204の電極205上にバン
プ207を形成し、バンプ207を回路基板104の電
極105に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動
を印加してフェイスダウン接合するフリップチップ実装
において、半導体チップ204のバンプ207の形成さ
れた一方の面に、バンプ207の先端が突出する厚さで
有機系樹脂膜213を形成し、有機系樹脂膜213を硬
化させ、突出したバンプ207の先端部に付着した異物
を除去し、その後該バンプ207と回路基板104の電
極105とを接合する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップの電極
上にバンプを形成し、これを回路基板にフェイスダウン
接合するフリップチップ実装のうち、バンプと回路基板
上の電極との接合に超音波振動の作用を利用する超音波
フリップチップ実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、モバイル情報通信関連商品等にお
いては、回路実装基板のよりいっそうの小型、軽量、高
周波化による高性能化と、コストダウンとが切望されて
いる。そのため、半導体チップと回路基板の直接実装が
可能なフリップチップ実装が有効となる。中でも超音波
振動を利用した金属拡散接合は、低接続抵抗、高接合強
度、短時間接合等の特徴があり、ますます注目を集めて
いる。
【0003】ここで図3、図4、図5および図6に基づ
いて従来の超音波フリップチップ実装方法を説明する。
図3は半導体チップの電極に対するボールボンディング
工法を利用したバンプの形成方法、図4は半導体チップ
の電極にメッキ処理を施しバンプを形成する方法を示
す。
【0004】まず図3(a)において、キャピラリ20
1に保持された金ワイヤ202の先端に放電作用により
ボール203を形成し、キャピラリ201を矢印アの方
向に移動させることによりボール203を半導体チップ
204の電極205に押圧し接合する。この接合には熱
圧着あるいはこれに超音波振動を加える方法がある。
【0005】さらに図3(b)で示すように、金ワイヤ
202と共にキャピラリ201を矢印イの方向に移動さ
せることにより金ワイヤ202を引きちぎり、電極20
5上にバンプ207を形成する。このようにして形成さ
れたバンプ207は台座部207Aと突出部207Bで
構成された鋲形状を呈する。
【0006】また図4(a)では、半導体チップ204
の電極205が在る方の面に、電極205の上部空間2
09を避けて所定の厚さにマスキング層208を形成す
る。その後図4(b)で示すようにメッキ処理を行い電
極205直上に金属層210を形成する。さらに図4
(c)で示すように前記マスキング層208を除去する
ことにより、残った前記金属層210によって角柱ある
いは円柱形状のバンプを形成する。
【0007】図5は一般的な超音波フリップチップ実装
装置の主要部を示す。図6は図3で示したボールボンデ
ィング法を利用して形成した金バンプの接合過程を説明
する図である。図5において、ボールボンディング法で
形成したバンプ207を持つ半導体チップ204を、バ
ンプ207の形成面を下にして接合ツール101先端に
吸着保持する。吸着作用はエア流路10を利用して発生
させた負圧による。
【0008】さらにステージ103上に回路基板104
を載置し、半導体チップ204に形成されたバンプ20
7と回路基板104上の電極105とを位置合わせした
のち、接合ツール101を加圧手段1により矢印エの方
向に下降させる。この結果バンプ207の先端が電極1
05に当接し、この先端が僅かにつぶれる。ここで超音
波発振器106は電気エネルギーを振動子107に出力
し、振動子107は前記電気エネルギーを機械的な超音
波振動に変換する。
【0009】さらに前記超音波振動は超音波ホーン10
8により矢印ウ方向の縦波として伝達され、これに連結
あるいは形成された接合ツール101に所定の超音波振
動を与える。このようにして、接合部に接合面と平行方
向の超音波振動を付与し、同時に接合面に対して垂直に
押圧する矢印エ方向の荷重を加える。
【0010】さらにこの接合部を所定の温度に加熱して
おくことでバンプ207は図6(a)から図6(b)の
ように変形しながら電極105に接合する。図6ではボ
ールボンディング法で形成した金バンプの接合過程を示
しているが、図4に基づいて説明したようなメッキ法で
形成したバンプ210であっても、突出部がないだけ
で、バンプ210の高さが20%程度圧縮変形しながら
接合が成される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように超音波振動
が印加されながら接合が進行していく過程において、接
合面と平行方向の超音波振動によって、バンプ207あ
るいは210と半導体チップ204の電極205とのあ
いだに図7(a)で示すような剪断力(矢印カ)が生じ
る。
【0012】また図7(b)で示すように、接合過程で
は、前記剪断力に加えてバンプ207の中心軸211に
対するモーメントが矢印キで示す方向に働く。接合初期
においてバンプ高さが高く先端が細い状態では、これら
の力は主にバンプの変形を促進するが、より広い面積で
接合させるために荷重を加えバンプ径が太くなると、応
力がバンプ207の付け根212に集中する。
【0013】さらに、ボールボンディング法で形成され
るバンプ207は、薄いアルミ膜の電極上に形成される
ことが多いので、強度劣化しやすい。このため付け根2
12にクラックが発生し、接合の信頼性を低下させてい
る。
【0014】一方図7(a)で示すようなメッキ法によ
るバンプ210の場合では、図7(b)で示すようなモ
ーメントが発生しても、バンプ上部の径と付け根の径が
ほぼ等しいため、応力が付け根212の界面には集中し
にくい。ただしこの応力は電極205から半導体チップ
204の本体へと伝達されて行く。
【0015】加えて、近年の高密度実装に対する更なる
要求から、電極205の配置を半導体チップ205のよ
り中央部つまりアクティブエリアの直上に広げる傾向が
生じているため、前述した超音波振動の悪影響がアクテ
ィブエリアに及ぶ可能性も見逃せない。
【0016】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、前述した超音波振動による悪影響を低減
し、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実装方法を
提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体チップ
の電極上にバンプを形成し、該バンプを回路基板の電極
に位置合わせし、接合面に押圧力と超音波振動を印加し
てフェイスダウン接合するフリップチップ実装におい
て、第1の態様として、半導体チップのバンプの形成さ
れた一方の面に、該バンプの先端が突出する厚さで有機
系樹脂膜を形成し、該有機系樹脂膜を硬化させ、突出し
た該バンプの先端部に付着した異物を除去し、その後該
バンプと回路基板の電極とを接合することを特徴とする
超音波フリップチップ実装方法を提供する。
【0018】第2の態様として、該バンプの形状が、該
電極の直上に形成された台座部と、この台座部の直上に
形成された突出部で構成されていることを特徴とする第
1の態様として記載の超音波フリップチップ実装方法を
提供する。
【0019】第3の態様として、該有機系樹脂膜の厚さ
が、該台座部の高さの1/2以上で且つ該台座部が隠れ
ない範囲であることを特徴とする第2の態様として記載
の超音波フリップチップ実装方法を提供する。
【0020】第4の態様として、該異物の除去は、プラ
ズマあるいはエキシマレーザを用いて行うことを特徴と
する第1から第3のいずれかの態様として記載の超音波
フリップチップ実装方法を提供する。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態を示す
断面図である。図1(a)は図3に基づいて説明したボ
ールボンディング法を利用して形成されたバンプ207
を複数有する半導体チップ204に有機系樹脂膜213
を形成した状態の断面図である。有機系樹脂膜213は
スピンコート法あるいは印刷法等で形成する。
【0022】この有機性樹脂膜213の厚さは、確実に
バンプ207を補強するために台座部207Aの高さの
1/2以上とすることが有効であり、合わせてフリップ
チップ実装の際、バンプ207の突出部207Bが十分
変形してつぶれることで接合が強固となるように、台座
部207Aを覆い隠さない厚さである必要がある。
【0023】本実施例で形成したバンプ207の台座部
207Aは高さ20μmであるため、有機系樹脂膜21
3の厚さは10μmから20μmの範囲で適切な厚さに
コントロールする。
【0024】また、この有機系樹脂膜213はバンプ2
07を機械的に保護するのが目的であるため、硬化時の
ヤング率が109Pa以上であることが望ましく、ポリ
イミド系、エポキシ系などの熱硬化性樹脂にシリカなど
の無機系フィラーを添加した樹脂が弾性や熱膨張の面で
望ましい。
【0025】次にこの有機系樹脂膜213を硬化させ、
バンプ207の突出した部分に付着した異物を除去す
る。異物とは膜形成時に付着した有機系樹脂膜213の
付着物213A、あるいはバンプ207表面に生成した
酸化皮膜、あるいはその他ごみ等の不純物を意味する。
さらに付着物213Aが除去しやすいようにバンプ突出
部に剥離材等を塗布した場合はこれも含む。
【0026】本実施例では、これら異物の除去はプラズ
マあるいはエキシマレーザによる処理で行われる。ま
た、プラズマ処理の場合は有機系樹脂をエッチングする
ため、フッ素系ガスを含むことが望ましい。さらには酸
化皮膜除去を目的としてアルゴンガスや水素ガスを併用
した方法を用いてもよい。
【0027】本実施形態においては、このような異物除
去工程を経ても有機系樹脂膜213が10μm以上の厚
さで保護しているため、半導体チップの配線やパッシベ
ーション膜206への影響はない。
【0028】前述した方法で異物除去を行った後チップ
個片に分割することで、図1(b)で示すような本発明
に係る超音波フリップチップ実装用のチップ形態が完成
する。また、図2で示すようにメッキ法で形成されたバ
ンプ210に対しても同様な処理を施すことにより、有
機系樹脂膜213によりバンプ210の根元を補強する
ことが可能となる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、バンプの根元を有機系
樹脂膜で補強することにより、半導体チップの電極とバ
ンプ間、あるいは該電極自身、あるいは該電極下部に形
成された半導体チップ本体の構造物、に対する超音波振
動によるダメージを軽減できる。
【0030】その結果、フリップチップ実装工程におい
て発生する不具合が減少し、歩留まりが向上する。ま
た、従来半導体チップあるいはバンプ形成面におよぶダ
メージを回避するために制限されていた超音波エネルギ
ーを理想の値に設定できるので、接合面に十分な超音波
振動を印加でき、接合品質の向上が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す断面図
【図2】本発明の他の実施形態を示す断面図
【図3】バンプ形成の一方法を示す断面図
【図4】バンプ形成の他の方法を示す断面図
【図5】超音波フリップチップ実装の一形態を示す斜視
【図6】鋲状バンプの接合の過程を示す側面図
【図7】従来の超音波フリップチップ実装での接合部を
示す断面図
【符号の説明】
204 半導体チップ 205 電極 206 パッシベーション膜 207 鋲状バンプ 210 メッキバンプ 213 有機系樹脂膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップの電極上にバンプを形成
    し、該バンプを回路基板の電極に位置合わせし、接合面
    に押圧力と超音波振動を印加してフェイスダウン接合す
    るフリップチップ実装において、 半導体チップのバンプの形成された一方の面に、該バン
    プの先端が突出するような厚さで有機系樹脂膜を形成
    し、 該有機系樹脂膜を硬化させ、 突出した該バンプの先端部に付着した異物を除去し、 その後該バンプと回路基板の電極とを接合することを特
    徴とする超音波フリップチップ実装方法。
  2. 【請求項2】 該バンプの形状が、該電極の直上に形成
    された台座部と、この台座部の直上に形成された突出部
    で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超
    音波フリップチップ実装方法。
  3. 【請求項3】 該有機系樹脂膜の厚さが、該台座部の高
    さの1/2以上で且つ該台座部が隠れない範囲であるこ
    とを特徴とする請求項2に記載の超音波フリップチップ
    実装方法。
  4. 【請求項4】 該異物の除去は、プラズマあるいはエキ
    シマレーザを用いて行うことを特徴とする請求項1から
    3のいずれかに記載の超音波フリップチップ実装方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100786580B1 (ko) * 2006-06-15 2007-12-21 박균철 공병 세척 장치용 홀더
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