JP2004014715A - Method for chip bonding and chip bonding apparatus - Google Patents

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Kazuki Kamo
加茂　一樹
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for chip bonding and a chip bonding apparatus which has improved connection strength and higher reliability. <P>SOLUTION: The method for chip bonding comprises a process of bringing a semiconductor chip and a circuit board into pressure contact; and a bonding process of bonding the semiconductor chip and the circuit board using an ultrasonic oscillation means for ultrasonic-vibrating surfaces to be bonded and a scrub means for making the slight movement of the semiconductor chip and the circuit board relatively in a direction orthogonal to a pressurization direction, when bonding the semiconductor chip and the circuit board via bumps. Prior to ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means, the scrub means is driven. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ方式の実装技術に好適に用いることのできるチップボンディング方法、及びチップボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージの組立て作業において、半導体チップと回路基板とを接合するために、従来、ワイヤボンド工法や、導電性ペーストや異方導電性フィルムなどを用いた圧接工法と呼ばれる方法が採用されていた。
【０００３】
しかし、ワイヤボンド工法は低コストであるが、高周波デバイスには適用が難しく、また圧接工法はタクトが長く、コスト高になるという問題があり、近年では、半導体チップと回路基板とをバンプを介して超音波エネルギにより金属接合するフリップチップボンディング方法の採用が増えてきている。
【０００４】
かかるフリップチップボンディング方法として、例えば、半導体チップの電極パッド（アルミニウム・パッド）上にメッキ方法等によってバンプを形成し、これをフェースダウンで回路基板上の導体パターンに接続する際に、上記した圧接工法により付加される荷重・熱に、さらに超音波エネルギを付加するようにしたものがあるが、バンプ形成のための工程を新たに付加する必要があり、ウエハ処理工程が長くなるという不都合があった。
【０００５】
そこで、図６に示すように、チップ実装基板となる回路基板側にバンプ２００を形成し、このバンプ２００を半導体チップの電極パッドに接合するようにした新規なフリップチップ実装技術が提案されている。上記バンプ２００は、キャピラリを用いて形成しており、図６に示すように、金ワイヤを回路基板に当接した際に形成される金ボールをキャピラリで潰すことからできる台座部２１０、キャピラリの内部形状からできるチャンファ部２２０、金ワイヤの引きちぎりによりできる尖塔部２３０からなる。
【０００６】
このフリップチップボンディングを行うための装置として、特開平１０−１７８０７１号公報に開示されているように、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたものが知られている。
【０００７】
かかる装置を用いてフリップチップボンディングを行う場合、通常、超音波発振手段と同期して、あるいは超音波発振手段の駆動中に前記スクラブ手段を駆動させるようにしている。
【０００８】
そして、かかる方法によって、チップボンディングを行うまでの間に、たとえ半導体チップの電極パッド表面が経時的に酸化し、これによって強固な酸化膜が形成されてしまった場合でも、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ作用によって電極パッド表面に形成された酸化膜を破壊するようにしていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ作用を有する上記したフリップチップボンディング方法には、未だ下記のような課題が残されていた。
【００１０】
すなわち、上記方法によれば、電極パッド表面に形成された酸化膜は破壊することができるものの、バンプ２００に形成された硬質の尖塔部２３０は、金属の再結晶領域であるためにきわめて硬く、しかも面積が小さいために、確実に潰すことができず、かかる尖塔部２３０によって電極パッド表面がダメージを受けるおそれがあった。
【００１１】
そこで、半導体チップと回路基板とを接合する前に、バンプ２００のレベリングを行って、尖塔部２３０を予め潰す方法が採られているが、作業工程が増えることになって作業効率を低下させていた。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決して、バンプの尖塔部による電極パッドのダメージを減少させることのできるチップボンディング方法、及びチップボンディング装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【発明が解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動することとした。
【００１４】
また、請求項２記載の本発明では、上記半導体チップと回路基板とを加圧接触させるための近接動作中途から前記スクラブ手段を駆動することとした。
【００１５】
請求項３記載の本発明では、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、超音波発振期間を終えた後にスクラブ手段の駆動を終了させることとした。
【００１６】
請求項４記載の本発明では、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動するとともに、超音波発振期間を終えた後まで前記スクラブ手段の駆動を継続することとした。
【００１７】
請求項５記載の本発明では、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、前記スクラブ手段を、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って駆動するように制御した。
【００１８】
請求項６記載の本発明では、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、前記スクラブ手段を、超音波発振期間を終えた後に駆動が終了するように制御した。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るチップボンディング方法は、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動することとしたものである。
【００２０】
バンプは従来技術で説明したように、キャピラリを用いて回路基板に形成しており、図６で示した構造となっている。
【００２１】
また、上記チップボンディング方法を実施するために、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備するチップボンディング装置について、前記スクラブ手段を、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って駆動するように制御している。
【００２２】
チップ保持手段としては、真空吸着で半導体チップを保持するホーンのようなボンディングツールを好適に用いることができる。なお、同ボンディングツールの吸着面のサイズや形状は特に制限されるものではないが、チップサイズより大きく、半導体チップを回路基板に接合する際に、チップ全面に均等に荷重を負荷できるものであればよい。
【００２３】
また、超音波振動、スクラブ動作を付与しながら半導体チップを回路基板に接合するに際しては、このボンディングツールのチップ吸着力が、付加される超音波振動、及びスクラブ動作の力よりも十分に大きくしておく必要がある。すなわち、ボンディングツールは半導体チップに付加した超音波振動及びスクラブによるエネルギを確実に回路基板に伝えることのできる吸着力を保持している必要がある。
【００２４】
一方、基板保持手段としては、これも真空吸着で回路基板を保持可能なステージのような台座状ツールを用いることができ、前記ボンディングツールの下方に対峙状態で装置している。なお、台座状ツールは回路基板よりも大きくすることは当然であるが、吸着用の穴の大きさや数には特に制限はなく、回路基板を保持できればよい。ただし、半導体チップと回路基板とを接合するに際して付加される超音波振動に比べて台座状ツールと回路基板との間の摩擦力の方が大きい必要があるので、チップに付加した超音波振動を回路基板に確実に伝えるだけの基板吸着力を保持しておく必要がある。
【００２５】
また、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合する際には両者を加熱することが有効であり、上記ボンディングツール、台座状ツールのいずれにも温度調節手段を設けておくことが好ましい。
【００２６】
また、上記ボンディングツールには、超音波発振手段を取付けており、サーボモータ及びシリンダなどを備える昇降機構により昇降自在に支持している。かかる昇降機構により、半導体チップをフェイスダウン状態に保持したボンディングツールを台座状ツールに保持した回路基板に向けて下降させ、半導体チップと回路基板とを加圧接触させることができる。すなわち、実質的には上記昇降機構が加圧手段として機能することになる。
【００２７】
他方、台座状ツールには半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段を設けている。
【００２８】
加圧方向と直交する方向とは、ボンディングツールの動作方向であるＺ軸方向（垂直方向）に対して水平方向であるＸ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（前後方向）、さらにはθ方向（回転方向）を含む。
【００２９】
上記構成により、昇降機構を駆動してボンディングツールを下降させて半導体チップと回路基板とを加圧接触させ、超音波発振手段により加圧接触面すなわち接合面を超音波振動させるとともに、スクラブ手段により半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させて半導体チップを回路基板に金属接合させることができる。
【００３０】
このとき、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動することに特徴がある。
【００３１】
すなわち、台座状ツールに保持された半導体チップを、これに対向する状態で台座状ツールに保持された回路基板にバンプを介して加圧接触させる。
【００３２】
このとき、半導体チップと回路基板とを加圧接触させるための近接動作中途から前記スクラブ手段を駆動するとよい。
【００３３】
そして、加圧力がまだ低い領域では、超音波振動を付与する前にスクラブ手段によって加圧方向と直交する方向にボンディングツールと台座状ツールとを相対的に微動させるように制御するのである。
【００３４】
かかる超音波振動付与前のスクラブ動作によって、バンプの頂部に形成されたきわめて硬い尖塔部を潰すことができ、半導体チップの電極パッドへのダメージを可及的に減少させ、長期信頼性を高めることができる。しかも、半導体チップと回路基板との近接動作中にスクラブ動作させることで、バンプの尖塔部が潰れる際の衝撃や回路基板へのダメージを可及的に低減することができる。
【００３５】
そして、所定の加圧力に達したときに超音波振動を付加することで、尖塔部を潰された回路基板上のバンプが半導体チップの電極パッド表面に擦りつけられ、電極パッド表面の酸化膜が破壊されて、バンプと電極パッドとの間に確実な金属接合が得られる。
【００３６】
また、前記スクラブ手段は、超音波発振期間を終えた後に駆動が終了するように制御することが望ましい。
【００３７】
すなわち、超音波振動付与後にもスクラブ作用を付与することでバンプが確実に潰れ、接合するための接触面積が広がることにより半導体チップと回路基板とがより強固に接合可能となるからである。
【００３８】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるチップボンディング方法、及びチップボンディング装置について、その実施形態をより具体的に説明する。
【００３９】
図１は本発明に係るチップボンディング装置の一実施形態を示す概略構成図、図２は対向状態に吸着保持された半導体チップと回路基板との説明図、図３はチップボンディング工程を示す説明図、図４は超音波発振タイミングとスクラブタイミングとを示すタイミングチャートである。
【００４０】
図１に示すように、チップボンディング装置Ａは、主として、半導体チップ１を保持するボンディングツールとしてのホーン２と、回路基板３を保持する台座状ツールであるボンディングステージ４と、前記ホーン２を昇降自在に支持するホーン駆動系である昇降機構５と、ボンディングステージ４を水平方向に微動させる駆動系となるスクラブ機能部６とから構成されており、同スクラブ機能部６は、ボンディングステージ４を図面上左右方向に水平移動させるＸ軸方向駆動機構６Ｘと、図面上前後方向に水平移動させるＹ軸方向駆動機構６Ｙと、回転方向に水平移動させるθ方向駆動機構６θとから構成している。
【００４１】
ホーン２は、その先端部（図中下端部）に図示せぬ真空吸着部を有し、この真空吸着部にて半導体チップ１をフェースダウン、つまり電極形成面が下向きになるように保持可能としている。
【００４２】
またホーン２には、温度調節器として図示せぬ加熱用のヒータを内蔵してホーン２とともに半導体チップ１を加熱可能とし、さらに、ホーン２の上面側にはボンディング荷重を検知するためのロードセル７を配設している。
【００４３】
さらに、ホーン２には、超音波発振手段としての超音波発振器８を取付けており、超音波振動をもってホーン２を水平方向に微動可能としている。
【００４４】
ボンディングステージ４は、そのステージ上に図示しない真空吸着部を有し、この真空吸着部にて回路基板３のチップ実装面側が上向きになるよう、回路基板３を前記半導体チップ１と対向する状態で保持するものである。またボンディングステージ４には、温度調節器として図示しない加熱用のヒータを内蔵してボンディングステージ４とともに回路基板３を加熱可能としている。
【００４５】
昇降機構５は、駆動源となるサーボモータ５１と、このサーボモータ５１を制御するコントローラ（図示せず）と、サーボモータ５１とホーン２とを連結する連結軸５２などから成り、駆動対象となるホーン２をＺ軸方向（垂直方向）に移動可能に支持している。
【００４６】
スクラブ機能部６は、上述したように、Ｘ軸方向駆動機構６Ｘと、Ｙ軸方向駆動機構６Ｙと、θ方向駆動機構６θとから構成しており、駆動対象となるボンディングステージ４をＸＹ方向（水平方向）及びθ方向（回転方向）に微動可能に支持している。そして、これらＸ軸方向駆動機構６Ｘと、Ｙ軸方向駆動機構６Ｙと、θ方向駆動機構６θは、コントローラ（図示せず）により制御された高精度なステージ用サーボモータ（図示せず）を正逆回転させることで微細な往復駆動が可能となっている。
【００４７】
このスクラブ機能部６によるスクラブ量、スクラブスピード、スクラブ回数等については、ステージ移動方向となるＸ、Ｙ、θ方向ごとに、各駆動機構の動作制御プログラムを変更することで任意に設定できる構成になっている。
【００４８】
上述した構成の本実施の形態に係るチップボンディング装置Ａの動作について説明する。なお、ここでは回路基板３の導体パターン上に、図６で示した構造からなるバンプ３１が形成されており（図２）、このバンプ３１が形成された回路基板３に半導体チップ１を接続する場合について説明する。図２中、３１ａは台座部、３１ｂはチャンファ部、３１ｃは硬質の尖塔部である。
【００４９】
先ず、図１〜図３（ａ）に示すように、ホーン２の先端部に電極形成面１１を下向きにして半導体チップ１を吸着させる一方、ボンディングステージ４上にチップ実装面側を上向きにして回路基板３を吸着させる。
【００５０】
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ１と回路基板３との位置を画像認識カメラ９により認識し、ステージ用サーボモータを駆動しつつ、半導体チップ１の電極パッド１２と回路基板３のバンプとの位置合わせを行う。
【００５１】
次いで、図３（ｃ）に示すように、昇降機構５のサーボモータ５１を駆動してホーン２を下降させ、半導体チップ１と回路基板３とを接触させ、その後、前記ロードセル７が所定の荷重を検出すると、超音波発振器８により半導体チップ１に超音波振動を与えるとともに、スクラブ機能部６を駆動して、ボンディングステージ４をＸ、Ｙ、θ方向に微動させるスクラブ作用を付与することにより、半導体チップ１と回路基板３とをバンプ３１を介して接合するのであるが、前記超音波発振器８を駆動するタイミングと、スクラブ機能部６を駆動するタイミングとの関係に本発明の要旨がある。
【００５２】
すなわち、本実施の形態では、超音波発振器８による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ機能部６を駆動するとともに、超音波発振期間を終えた後まで前記スクラブ機能部６の駆動を継続するようにしている。
【００５３】
そのために、スクラブ機能部６を他のボンディングパラメータから独立させて、スクラブ動作を開始するタイミングを以下のように設定している。
【００５４】
図４に示すように、ホーン２が下降して半導体チップ１と回路基板３とを近接させていくが、半導体チップ１と回路基板３とが接触する直前の近接動作中途からスクラブ機能部６を駆動してスクラブ動作を実行し、ボンディングステージ４を加圧方向と直交する方向、すなわちＸ、Ｙ、θ方向に微動させる（スクラブ動作１）。
【００５５】
そして、加圧力がまだ低い領域では、超音波振動を付与する前にスクラブ機能部６によって振幅、回数をやや上昇させてホーン２とボンディングステージ４とを相対的に微動させる（スクラブ動作２）。
【００５６】
このようにして、半導体チップ１の電極パッド１２にバンプ３１の頂部に形成された金属の再結晶領域できわめて硬い尖塔部３１ｃが接触する際に、電極パッド１２がバンプ３１のチャンファ部３１ｂに接触するまでの間に前記一連のスクラブ動作によって尖塔部３１ｃを効果的に潰すことができ、半導体チップ１の電極パッド１２へのダメージを可及的に減少させ、長期信頼性を高めることができる。
【００５７】
しかも、半導体チップ１と回路基板３との近接動作中にスクラブ動作させることで、バンプ３１の尖塔部３１ｃが潰れる際の衝撃や回路基板３へのダメージを可及的に低減することができるのである。
【００５８】
次いで、所定の加圧力に達したときに、ホーン２の下降動作を停止し、この状態で半導体チップ１及び回路基板３を前記ヒータ（図示せず）により所定の温度に加熱し、この加熱・加圧状態の下で超音波振動を付加していくが、スクラブ動作については、超音波振動期間中は継続させている（スクラブ動作３）。
【００５９】
このようにして、超音波エネルギと同時にスクラブエネルギを付与することで、尖塔部３１ｃを潰された回路基板３上のバンプ３１が半導体チップ１の電極パッド１２表面に擦られ、電極パッド表面の酸化膜が破壊されてバンプ３１と電極パッド１２との間で得られる金属接合が、より確実、かつ強固なものとなるのである。
【００６０】
さらに、スクラブ動作を、超音波発振期間を終えた後まで継続し、所定のタイミングでスクラブ機能部６の駆動を終了させる（スクラブ動作４）。
【００６１】
このように、超音波振動付与後にもスクラブ作用を付与することで、バンプ３１が確実に潰れて、金属接合するための接触面積が広がることにより半導体チップ１と回路基板３とがより強固に接合可能となるのである。
【００６２】
なお、スクラブ動作１、２に代えて、超音波発振タイミングを早めて開始することも考えられるが、超音波振動エネルギは、スクラブ動作による振動エネルギよりも高いために、半導体チップ１の電極パッド１２とバンプ３１の尖塔部３１ｃとが金属接合してしまい、結局のところ、尖塔部３１ｃの頂点のエネルギが半導体チップ１の電極パッド一点に集中する瞬間に電極パッド１２にダメージを与えてしまうので望ましくない。
【００６３】
以上説明してきたように、本実施の形態では、装置構成としては既存のものでよく、新たなデバイスなどを必要としないので、低コストでありながら、半導体チップ１の電極パッド１２へのダメージを可及的に減少させつつ長期信頼性を高めることができるという効果を容易に得ることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、超音波発振タイミングに先立ってスクラブ動作を付与する場合、半導体チップ１と回路基板３との近接動作中途からスクラブ機能部６の駆動を開始させるスクラブ動作１を含めて説明したが、このスクラブ動作１は必ず実行しなければならないわけではなく、上述のスクラブ動作２から開始しても構わない。その場合であっても、従来のように、超音波発振タイミングと同時にスクラブ動作を実行する場合に比べて半導体チップ１の電極パッド１２のダメージを低減することが可能である。
【００６５】
また、超音波発振タイミングに先立ってスクラブ動作を付与することなく、従来のように、超音波発振タイミングと同時にスクラブ動作を実行する一方、超音波振動付与後にもスクラブ作用を継続して付与する方法も本発明に含まれる。この場合であっても、前述したように、バンプ３１が確実に潰れて、金属接合するための接触面積が広がることにより半導体チップ１と回路基板３とがより強固に接合可能となる効果が生起される。
【００６６】
ここで、上述してきたスクラブ動作のうち、θ方向への微動について説明する。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、単にＸ、Ｙ方向に振幅ｒでスクラブ動作させるとすると、２ｒの移動距離となる。
【００６８】
他方、θ方向にスクラブ動作させるというのは、図５（ｂ）に示すように円弧を描く軌跡となるのでＸ、Ｙ方向への移動距離は少ないが実質移動量は大きくなって、図５（ｃ）に示すように、例えば狭ピッチでＸ、Ｙ方向にあまり移動距離をとれない場合であっても、θ方向に移動することで所望する実質の移動距離を確保することができるというメリットがある。
【００６９】
ところで、θ方向へのスクラブ動作、あるいはＸ、Ｙ方向へのスクラブ動作は、それぞれ順不同で個別に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００７０】
また、本発明に係るチップボンディング方法、及びチップボンディング装置については、上述してきた実施の形態のように、バンプ３１を設けた回路基板３に半導体チップ１を接続する場合に限られるものではなく、バンプ付きの半導体チップを回路基板に接続する場合にも同様に適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明してきたような形態で実施され、以下の効果を奏する。
【００７２】
（１）請求項１記載の本発明によれば、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動することとした。したがって、バンプの頂部に形成された金属の再結晶領域できわめて硬い尖塔部を潰すことができ、半導体チップの電極パッドへのダメージを可及的に減少させ、長期信頼性を高めることができる。
【００７３】
（２）請求項２記載の本発明によれば、上記半導体チップと回路基板とを加圧接触させるための近接動作中途から前記スクラブ手段を駆動することとした。したがって、バンプの尖塔部が潰れる際の衝撃や回路基板へのダメージを可及的に低減することができる。
【００７４】
（３）請求項３記載の本発明によれば、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、超音波発振期間を終えた後にスクラブ手段の駆動を終了させることとした。したがって、バンプが確実に潰れ、接合するための接触面積が広がることにより半導体チップと回路基板とがより強固に接合可能となる。
【００７５】
（４）請求項４記載の本発明によれば、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動するとともに、超音波発振期間を終えた後まで前記スクラブ手段の駆動を継続することとした。したがって、回路基板へのダメージを可及的に低減しながら、尖塔部を潰し、潰された回路基板上のバンプの接触面積が広がるとともに、半導体チップの電極パッド表面に擦られ、電極パッド表面の酸化膜が破壊されて、バンプと電極パッドとの間に強固で確実な金属接合が得られる。
【００７６】
（５）請求項５記載の本発明によれば、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、前記スクラブ手段を、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って駆動するように制御した。したがって、新たに特別なデバイスを用意することなく、バンプの頂部に形成された金属の再結晶領域できわめて硬い尖塔部を潰して半導体チップの電極パッドへのダメージを可及的に減少させつつ長期信頼性を高めることができるという効果を容易に得ることができる。
【００７７】
（６）請求項６記載の本発明によれば、半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、前記スクラブ手段を、超音波発振期間を終えた後に駆動が終了するように制御した。したがって、新たに特別なデバイスを用意することなく、バンプが確実に潰れて、金属接合するための接触面積が広がることにより半導体チップと回路基板とがより強固に接合可能となるという効果を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップボンディング装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】対向状態に吸着保持された半導体チップと回路基板との説明図である。
【図３】チップボンディング工程を示す説明図である。
【図４】超音波発振タイミングとスクラブタイミングとを示すタイミングチャートである。
【図５】θ方向へのスクラブ動作についての説明図である。
【図６】バンプ構造を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ　チップボンディング装置
１　半導体チップ
２　ホーン（チップ保持手段；ボンディングツール）
３　回路基板
４　ボンディングステージ（基板保持手段）
５　昇降機構（加圧手段）
６　スクラブ機能部（スクラブ手段）
８　超音波発振器（超音波発振手段）
３１　バンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip bonding method and a chip bonding apparatus that can be suitably used for flip-chip type mounting technology.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In assembling a semiconductor package, a method called a wire bonding method or a pressure welding method using a conductive paste or an anisotropic conductive film has been conventionally used to join a semiconductor chip and a circuit board.
[0003]
However, although the wire bonding method is low cost, it is difficult to apply to a high frequency device, and the pressure welding method has a problem that the tact time is long and the cost is high.In recent years, a semiconductor chip and a circuit board are connected via bumps. The use of a flip-chip bonding method for performing metal bonding by ultrasonic energy has been increasing.
[0004]
As such a flip chip bonding method, for example, a bump is formed on an electrode pad (aluminum pad) of a semiconductor chip by a plating method or the like, and when this is connected face-down to a conductor pattern on a circuit board, the above-described press contact There is a method in which ultrasonic energy is further added to the load and heat applied by the construction method. However, it is necessary to newly add a step for forming a bump, and there is a disadvantage that a wafer processing step becomes longer. Was.
[0005]
Therefore, as shown in FIG. 6, a new flip-chip mounting technique has been proposed in which bumps 200 are formed on the circuit board side serving as a chip mounting board, and the bumps 200 are bonded to electrode pads of a semiconductor chip. . The bump 200 is formed using a capillary, and as shown in FIG. 6, a pedestal portion 210 capable of crushing a gold ball formed when a gold wire is brought into contact with a circuit board with a capillary, and a capillary. It comprises a chamfer section 220 formed by an internal shape and a spire section 230 formed by tearing a gold wire.
[0006]
As an apparatus for performing the flip chip bonding, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-178071, a chip holding means for holding a semiconductor chip, a substrate holding means for holding a circuit board, and a chip holding means. Pressing means for pressing the held semiconductor chip and the circuit board held by the board holding means under pressure, ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, semiconductor chip and circuit There has been known a scrubber which is provided with a scrub means for relatively finely moving the substrate in a direction orthogonal to the pressing direction, and which can join the semiconductor chip and the circuit board via bumps.
[0007]
When performing flip-chip bonding using such an apparatus, usually, the scrub means is driven in synchronization with the ultrasonic oscillation means or while the ultrasonic oscillation means is being driven.
[0008]
By such a method, even before the chip bonding is performed, even if the surface of the electrode pad of the semiconductor chip is oxidized with time, a strong oxide film is thereby formed. The oxide film formed on the surface of the electrode pad is destroyed by a scrub action of relatively finely moving the electrode in a direction perpendicular to the pressing direction.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following problems still remain in the above-described flip-chip bonding method having a scrub action of relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction perpendicular to the pressing direction.
[0010]
That is, according to the above method, although the oxide film formed on the electrode pad surface can be broken, the hard spire 230 formed on the bump 200 is extremely hard because it is a recrystallized region of metal. In addition, since the area is small, it cannot be reliably crushed, and the surface of the electrode pad may be damaged by the spire 230.
[0011]
Therefore, before joining the semiconductor chip and the circuit board, a method of leveling the bumps 200 and crushing the spire 230 in advance is adopted. However, the number of working steps is increased and the working efficiency is reduced. Was.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a chip bonding method and a chip bonding apparatus capable of reducing damage to an electrode pad due to a spire of a bump.
[0013]
Means for Solving the Invention
In order to solve the above problem, in the present invention according to claim 1, when a semiconductor chip and a circuit board are joined via bumps, a step of bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other, A bonding step of bonding using an ultrasonic oscillation unit for ultrasonic vibration and a scrub unit for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, The scrub means is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the scrub means is driven during the proximity operation for bringing the semiconductor chip into contact with the circuit board under pressure.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, when the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, a step of bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other, and an ultrasonic oscillator for ultrasonically vibrating the joint surface And a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction perpendicular to the pressing direction. The driving of the means is terminated.
[0016]
In the present invention as set forth in claim 4, when the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, a step of bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other, and an ultrasonic oscillator for ultrasonically vibrating the joining surface. And a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, wherein the ultrasonic oscillation by the ultrasonic oscillation means is performed. The scrub means is driven prior to the timing, and the drive of the scrub means is continued until after the ultrasonic oscillation period is over.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, the chip holding means for holding the semiconductor chip, the substrate holding means for holding the circuit board, and the semiconductor chip held by the chip holding means and the circuit board held by the substrate holding means are pressed. Pressing means for contacting, ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, and scrub for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction perpendicular to the pressing direction In a chip bonding apparatus comprising: a semiconductor chip and a circuit board capable of bonding via a bump, the scrub means is controlled to be driven prior to ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means. .
[0018]
According to the sixth aspect of the present invention, the chip holding means for holding the semiconductor chip, the substrate holding means for holding the circuit board, and the semiconductor chip held by the chip holding means and the circuit board held by the substrate holding means are pressed. Pressing means for contacting, ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, and scrub for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction perpendicular to the pressing direction In a chip bonding apparatus having means for bonding a semiconductor chip and a circuit board via bumps, the scrub means is controlled so that driving is completed after an ultrasonic oscillation period is completed.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In a chip bonding method according to the present invention, when a semiconductor chip and a circuit board are bonded via bumps, a step of pressing the semiconductor chip and the circuit board under pressure, and an ultrasonic oscillator for ultrasonically vibrating the bonding surface And a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, wherein the ultrasonic oscillation by the ultrasonic oscillation means is performed. The scrub means is driven prior to the timing.
[0020]
The bumps are formed on the circuit board using the capillaries as described in the related art, and have the structure shown in FIG.
[0021]
Further, in order to carry out the above-mentioned chip bonding method, a chip holding means for holding a semiconductor chip, a substrate holding means for holding a circuit board, a semiconductor chip held by the chip holding means and a circuit board held by the substrate holding means Pressurizing means for bringing the semiconductor chip into contact with the circuit board, ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, and relatively moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction. In a chip bonding apparatus including a scrub means for fine movement, the scrub means is controlled to be driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means.
[0022]
As the chip holding means, a bonding tool such as a horn for holding a semiconductor chip by vacuum suction can be suitably used. The size and shape of the suction surface of the bonding tool are not particularly limited, but may be larger than the chip size and can uniformly apply a load to the entire surface of the chip when joining the semiconductor chip to the circuit board. Just fine.
[0023]
When bonding a semiconductor chip to a circuit board while applying ultrasonic vibration and scrub operation, the chip suction force of the bonding tool is set to be sufficiently larger than the applied ultrasonic vibration and scrub operation force. Need to be kept. That is, it is necessary that the bonding tool has a suction force capable of reliably transmitting the energy of the ultrasonic vibration and scrub applied to the semiconductor chip to the circuit board.
[0024]
On the other hand, as the substrate holding means, a pedestal-like tool such as a stage capable of holding a circuit board by vacuum suction can also be used, and the apparatus is placed below the bonding tool. The pedestal-shaped tool is naturally larger than the circuit board. However, the size and number of the suction holes are not particularly limited, as long as the circuit board can be held. However, since the frictional force between the pedestal tool and the circuit board needs to be larger than the ultrasonic vibration added when joining the semiconductor chip and the circuit board, the ultrasonic vibration added to the chip must be It is necessary to keep the substrate attraction force enough to reliably transmit to the circuit board.
[0025]
When the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, it is effective to heat them. It is preferable that both the bonding tool and the pedestal tool are provided with a temperature adjusting means.
[0026]
The bonding tool is provided with an ultrasonic oscillating means, and is supported by a lifting mechanism including a servomotor and a cylinder so as to be able to move up and down. With this elevating mechanism, the bonding tool holding the semiconductor chip in a face-down state can be lowered toward the circuit board held by the pedestal tool, and the semiconductor chip and the circuit board can be brought into pressurized contact. That is, the lifting mechanism substantially functions as a pressurizing unit.
[0027]
On the other hand, the pedestal-shaped tool is provided with scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction.
[0028]
The direction orthogonal to the pressing direction is defined as an X-axis direction (left-right direction), a Y-axis direction (front-rear direction) that is a horizontal direction with respect to a Z-axis direction (vertical direction) that is an operation direction of the bonding tool, and θ. Direction (rotation direction).
[0029]
With the above configuration, the lifting tool is driven to lower the bonding tool to bring the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact, and the pressure contact surface, that is, the bonding surface is ultrasonically vibrated by the ultrasonic oscillation means, and the scrub means is used. By relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, the semiconductor chip can be metal-bonded to the circuit board.
[0030]
At this time, it is characterized in that the scrub means is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means.
[0031]
That is, the semiconductor chip held by the pedestal-shaped tool is brought into pressure contact with the circuit board held by the pedestal-shaped tool via the bump in a state facing the semiconductor chip.
[0032]
At this time, it is preferable that the scrub means is driven during the approach operation for bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other.
[0033]
Then, in a region where the pressing force is still low, the control is performed so that the bonding tool and the pedestal-shaped tool are relatively finely moved in the direction orthogonal to the pressing direction by the scrubbing means before applying the ultrasonic vibration.
[0034]
By such a scrub operation before applying ultrasonic vibration, it is possible to crush the extremely hard spire formed on the top of the bump, to reduce damage to the electrode pads of the semiconductor chip as much as possible, and to improve long-term reliability. Can be. Moreover, by performing the scrub operation during the proximity operation between the semiconductor chip and the circuit board, it is possible to reduce as much as possible the impact and damage to the circuit board when the spire of the bump is crushed.
[0035]
Then, by applying ultrasonic vibration when a predetermined pressure is reached, the bumps on the circuit board whose pinnacles are crushed are rubbed against the electrode pad surfaces of the semiconductor chip, and the oxide film on the electrode pad surfaces is removed. It is broken and a reliable metal bond is obtained between the bump and the electrode pad.
[0036]
Further, it is desirable that the scrub means be controlled so that the driving is completed after the ultrasonic oscillation period is completed.
[0037]
That is, even after the ultrasonic vibration is applied, the bump is reliably crushed by applying the scrubbing action, and the contact area for bonding is increased, so that the semiconductor chip and the circuit board can be more firmly bonded.
[0038]
Hereinafter, embodiments of a chip bonding method and a chip bonding apparatus according to the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
[0039]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a chip bonding apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a semiconductor chip and a circuit board sucked and held in a facing state, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a chip bonding process. FIG. 4 is a timing chart showing ultrasonic oscillation timing and scrub timing.
[0040]
As shown in FIG. 1, a chip bonding apparatus A mainly includes a horn 2 as a bonding tool for holding a semiconductor chip 1, a bonding stage 4 as a pedestal tool for holding a circuit board 3, and lifting and lowering of the horn 2 It comprises an elevating mechanism 5 which is a horn drive system that freely supports, and a scrub function unit 6 which is a drive system for finely moving the bonding stage 4 in the horizontal direction. It comprises an X-axis direction driving mechanism 6X for horizontally moving in the upward and leftward directions, a Y-axis direction driving mechanism 6Y for horizontally moving in the front-rear direction in the drawing, and a θ-direction driving mechanism 6θ for horizontally moving in the rotating direction.
[0041]
The horn 2 has a vacuum suction part (not shown) at its tip (lower end in the figure), and the semiconductor chip 1 can be held face down by this vacuum suction part, that is, so that the electrode forming surface faces downward. I have.
[0042]
The horn 2 has a built-in heating heater (not shown) as a temperature controller so that the semiconductor chip 1 can be heated together with the horn 2. Further, a load cell 7 for detecting a bonding load is provided on the upper surface side of the horn 2. Is arranged.
[0043]
Further, the horn 2 is provided with an ultrasonic oscillator 8 as an ultrasonic oscillating means so that the horn 2 can be finely moved in the horizontal direction by ultrasonic vibration.
[0044]
The bonding stage 4 has a vacuum suction unit (not shown) on the stage, and the circuit board 3 is opposed to the semiconductor chip 1 so that the chip mounting surface side of the circuit board 3 faces upward at the vacuum suction unit. To keep. Further, the bonding stage 4 has a built-in heating heater (not shown) as a temperature controller so that the circuit board 3 can be heated together with the bonding stage 4.
[0045]
The elevating mechanism 5 includes a servomotor 51 serving as a drive source, a controller (not shown) for controlling the servomotor 51, a connection shaft 52 connecting the servomotor 51 and the horn 2, and the like, and is a drive target. The horn 2 is movably supported in the Z-axis direction (vertical direction).
[0046]
As described above, the scrub function unit 6 includes the X-axis direction driving mechanism 6X, the Y-axis direction driving mechanism 6Y, and the θ-direction driving mechanism 6θ, and sets the bonding stage 4 to be driven in the XY direction ( (Horizontal direction) and θ direction (rotational direction). The X-axis direction driving mechanism 6X, the Y-axis direction driving mechanism 6Y, and the θ-direction driving mechanism 6θ correct a high-precision stage servomotor (not shown) controlled by a controller (not shown). Fine reciprocating drive is possible by reverse rotation.
[0047]
The amount of scrub, the scrub speed, the number of scrubs, and the like by the scrub function unit 6 can be arbitrarily set by changing the operation control program of each drive mechanism for each of the X, Y, and θ directions that are the stage moving directions. Has become.
[0048]
An operation of the chip bonding apparatus A according to the present embodiment having the above-described configuration will be described. Here, a bump 31 having the structure shown in FIG. 6 is formed on the conductor pattern of the circuit board 3 (FIG. 2), and the semiconductor chip 1 is connected to the circuit board 3 on which the bump 31 is formed. The case will be described. In FIG. 2, 31a is a pedestal portion, 31b is a chamfer portion, and 31c is a hard spire portion.
[0049]
First, as shown in FIG. 1 to FIG. 3A, the semiconductor chip 1 is attracted to the tip of the horn 2 with the electrode forming surface 11 facing downward, while the chip mounting surface is facing upward on the bonding stage 4. The circuit board 3 is sucked.
[0050]
Next, as shown in FIG. 3B, the positions of the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 are recognized by the image recognition camera 9 and the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 and the circuit are driven while driving the stage servomotor. The alignment with the bumps on the substrate 3 is performed.
[0051]
Next, as shown in FIG. 3 (c), the horn 2 is lowered by driving the servo motor 51 of the lifting mechanism 5 to bring the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 into contact. Is detected, ultrasonic vibration is applied to the semiconductor chip 1 by the ultrasonic oscillator 8, and the scrub function unit 6 is driven to impart a scrub action for finely moving the bonding stage 4 in the X, Y, and θ directions. The semiconductor chip 1 and the circuit board 3 are joined via the bumps 31. The gist of the present invention lies in the relationship between the timing for driving the ultrasonic oscillator 8 and the timing for driving the scrub function unit 6.
[0052]
That is, in the present embodiment, the scrub function unit 6 is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillator 8, and the drive of the scrub function unit 6 is continued until after the ultrasonic oscillation period ends. I have to.
[0053]
For this purpose, the timing for starting the scrub operation is set as follows, independently of the scrub function unit 6 from other bonding parameters.
[0054]
As shown in FIG. 4, the horn 2 moves down to bring the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 close to each other, but the scrub function section 6 is moved from the middle of the proximity operation immediately before the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 come into contact with each other. The bonding stage 4 is driven to perform a scrub operation, and the bonding stage 4 is finely moved in a direction orthogonal to the pressing direction, that is, in the X, Y, and θ directions (scrub operation 1).
[0055]
Then, in a region where the pressing force is still low, the amplitude and the number of times are slightly increased by the scrub function unit 6 before the ultrasonic vibration is applied, and the horn 2 and the bonding stage 4 are relatively slightly moved (scrub operation 2).
[0056]
In this way, when the extremely hard spire 31c contacts the electrode pad 12 of the semiconductor chip 1 in the metal recrystallization region formed on the top of the bump 31, the electrode pad 12 contacts the chamfer 31b of the bump 31. During this time, the spire 31c can be effectively crushed by the series of scrub operations, whereby damage to the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 can be reduced as much as possible, and long-term reliability can be increased.
[0057]
Moreover, by performing the scrub operation during the proximity operation between the semiconductor chip 1 and the circuit board 3, it is possible to reduce the impact when the spire 31 c of the bump 31 is crushed and the damage to the circuit board 3 as much as possible. is there.
[0058]
Next, when the pressure reaches a predetermined pressure, the lowering operation of the horn 2 is stopped, and in this state, the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 are heated to a predetermined temperature by the heater (not shown). Ultrasonic vibration is added under a pressurized state, and the scrub operation is continued during the ultrasonic vibration period (scrub operation 3).
[0059]
In this way, by applying scrub energy simultaneously with the ultrasonic energy, the bumps 31 on the circuit board 3 whose spire portions 31c have been crushed are rubbed against the surface of the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 and the surface of the electrode pads is oxidized. The metal bond obtained between the bump 31 and the electrode pad 12 by breaking the film becomes more reliable and stronger.
[0060]
Further, the scrub operation is continued until after the ultrasonic oscillation period ends, and the driving of the scrub function unit 6 is terminated at a predetermined timing (scrub operation 4).
[0061]
As described above, by applying the scrubbing action even after the application of the ultrasonic vibration, the bumps 31 are surely crushed and the contact area for metal bonding is increased, so that the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 are more firmly bonded. It is possible.
[0062]
It is conceivable that the ultrasonic oscillation timing is started earlier instead of the scrubbing operations 1 and 2. However, since the ultrasonic vibration energy is higher than the vibration energy by the scrubbing operation, the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 are not used. And the spire portion 31c of the bump 31 are metal-bonded, and eventually, the energy of the apex of the spire portion 31c is concentrated on one electrode pad of the semiconductor chip 1, and the electrode pad 12 is damaged. Absent.
[0063]
As described above, in the present embodiment, the device configuration may be an existing device and does not require a new device or the like. Therefore, it is possible to reduce damage to the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 at low cost. The effect that the long-term reliability can be increased while reducing as much as possible can be easily obtained.
[0064]
In the present embodiment, when the scrub operation is performed prior to the ultrasonic oscillation timing, the scrub operation including the scrub operation 1 for starting the driving of the scrub function unit 6 from the middle of the proximity operation between the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 is included. As described above, the scrub operation 1 does not necessarily have to be performed, and may be started from the above-described scrub operation 2. Even in such a case, it is possible to reduce the damage to the electrode pads 12 of the semiconductor chip 1 as compared with the conventional case where the scrub operation is performed simultaneously with the ultrasonic oscillation timing.
[0065]
Further, a method in which the scrub operation is performed simultaneously with the ultrasonic oscillation timing without applying the scrub operation prior to the ultrasonic oscillation timing and the scrub operation is continuously applied even after the ultrasonic vibration is applied, as in the related art Are also included in the present invention. Even in this case, as described above, the bumps 31 are surely crushed and the contact area for metal bonding is increased, so that the semiconductor chip 1 and the circuit board 3 can be more firmly bonded. Is done.
[0066]
Here, among the scrub operations described above, the fine movement in the θ direction will be described.
[0067]
As shown in FIG. 5A, if a scrub operation is simply performed with an amplitude r in the X and Y directions, the moving distance is 2r.
[0068]
On the other hand, performing the scrub operation in the θ direction becomes a locus that draws an arc as shown in FIG. 5B, so that the movement distance in the X and Y directions is small, but the substantial movement amount is large. As shown in c), there is an advantage that a desired substantial moving distance can be secured by moving in the θ direction even if the moving distance is not so much in the X and Y directions at a narrow pitch, for example. is there.
[0069]
By the way, the scrubbing operation in the θ direction or the scrubbing operation in the X and Y directions may be individually performed in any order, or may be performed simultaneously.
[0070]
Further, the chip bonding method and the chip bonding apparatus according to the present invention are not limited to the case where the semiconductor chip 1 is connected to the circuit board 3 provided with the bumps 31 as in the above-described embodiment. The same can be applied to the case where a semiconductor chip with bumps is connected to a circuit board.
[0071]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0072]
(1) According to the first aspect of the present invention, when the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, the step of bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other and the ultrasonic vibration of the joining surface A bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubber that relatively finely moves the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to a pressing direction. The scrub means is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the means. Therefore, the extremely hard spire portion can be crushed in the recrystallized metal region formed on the top of the bump, and damage to the electrode pads of the semiconductor chip can be reduced as much as possible, thereby improving long-term reliability.
[0073]
(2) According to the second aspect of the present invention, the scrub means is driven during the proximity operation for bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact. Therefore, it is possible to reduce the impact when the spire of the bump is crushed and the damage to the circuit board as much as possible.
[0074]
(3) According to the third aspect of the present invention, when the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, the step of pressing the semiconductor chip and the circuit board under pressure, and the ultrasonic vibration of the joining surface A bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubbing unit that relatively finely moves the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction. After that, the driving of the scrub means is ended. Therefore, the bumps are reliably crushed and the contact area for bonding is increased, so that the semiconductor chip and the circuit board can be bonded more firmly.
[0075]
(4) According to the fourth aspect of the present invention, when the semiconductor chip and the circuit board are joined via the bumps, the step of bringing the semiconductor chip and the circuit board into pressure contact with each other and the ultrasonic vibration of the joining surface A bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubber that relatively finely moves the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to a pressing direction. The scrub means is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the means, and the drive of the scrub means is continued until after the ultrasonic oscillation period is over. Therefore, while minimizing damage to the circuit board, the spire portion is crushed, the contact area of the bump on the crushed circuit board is increased, and the surface of the electrode pad of the semiconductor chip is rubbed, and The oxide film is destroyed, and a strong and reliable metal bond is obtained between the bump and the electrode pad.
[0076]
(5) According to the present invention, a chip holding means for holding a semiconductor chip, a substrate holding means for holding a circuit board, a semiconductor chip held by the chip holding means, and a circuit held by the substrate holding means Pressurizing means for pressurizing contact between the substrate and ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board; And a scrubbing means for finely moving the semiconductor chip and the circuit board via a bump, wherein the scrubbing means is driven prior to ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means. Controlled to. Therefore, without preparing a new special device, the extremely hard spire is crushed by the recrystallized metal region formed on the top of the bump, and the damage to the electrode pads of the semiconductor chip is reduced as much as possible for a long time. The effect that the reliability can be improved can be easily obtained.
[0077]
(6) According to the present invention, the chip holding means for holding the semiconductor chip, the substrate holding means for holding the circuit board, the semiconductor chip held by the chip holding means, and the circuit held by the substrate holding means Pressurizing means for pressurizing contact between the substrate and ultrasonic oscillating means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board; In a chip bonding apparatus comprising a scrub means for finely moving the semiconductor chip and the circuit board via bumps, the driving of the scrub means is terminated after the ultrasonic oscillation period is completed. Controlled. Therefore, the effect that the semiconductor chip and the circuit board can be more firmly joined by easily crushing the bumps and expanding the contact area for metal joining without preparing a new special device can be easily achieved. Obtainable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a chip bonding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a semiconductor chip and a circuit board sucked and held in a facing state;
FIG. 3 is an explanatory view showing a chip bonding step.
FIG. 4 is a timing chart showing ultrasonic oscillation timing and scrub timing.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a scrub operation in the θ direction.
FIG. 6 is an explanatory view showing a bump structure.
[Explanation of symbols]
A Chip bonding equipment
1 semiconductor chip
2 Horn (chip holding means; bonding tool)
3 circuit board
4 Bonding stage (substrate holding means)
5 Elevating mechanism (pressurizing means)
6 scrub function department (scrub means)
8 Ultrasonic oscillator (ultrasonic oscillation means)
31 Bump

Claims (6)

半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、
接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、
前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動することを特徴とするチップボンディング方法。When joining the semiconductor chip and the circuit board via the bump, a step of pressing the semiconductor chip and the circuit board under pressure,
A chip bonding method comprising the steps of: using an ultrasonic oscillator that ultrasonically vibrates a bonding surface; and a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubber that relatively finely moves in a direction orthogonal to a pressing direction. At
A chip bonding method, wherein the scrub means is driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means. 半導体チップと回路基板とを加圧接触させるための近接動作中途から前記スクラブ手段を駆動することを特徴とする請求項１記載のチップボンディング方法。2. The chip bonding method according to claim 1, wherein the scrubbing means is driven during a proximity operation for bringing the semiconductor chip into contact with the circuit board under pressure. 半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、
接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、
超音波発振期間を終えた後にスクラブ手段の駆動を終了させることを特徴とするチップボンディング方法。When joining the semiconductor chip and the circuit board via the bump, a step of pressing the semiconductor chip and the circuit board under pressure,
A chip bonding method comprising the steps of: using an ultrasonic oscillator that ultrasonically vibrates a bonding surface; and a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubber that relatively finely moves in a direction orthogonal to a pressing direction. At
A chip bonding method, wherein the driving of the scrub means is terminated after an ultrasonic oscillation period has ended. 半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合するに際し、前記半導体チップと回路基板とを加圧接触させる工程と、
接合面を超音波振動させる超音波発振手段と、前記半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを用いて接合させる接合工程とを有するチップボンディング方法において、
前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って前記スクラブ手段を駆動するとともに、超音波発振期間を終えた後まで前記スクラブ手段の駆動を継続することを特徴とするチップボンディング方法。When joining the semiconductor chip and the circuit board via the bump, a step of pressing the semiconductor chip and the circuit board under pressure,
A chip bonding method comprising the steps of: using an ultrasonic oscillator that ultrasonically vibrates a bonding surface; and a bonding step of bonding the semiconductor chip and the circuit board using a scrubber that relatively finely moves in a direction orthogonal to a pressing direction. At
A chip bonding method, comprising: driving the scrub means prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means, and continuing to drive the scrub means until after an ultrasonic oscillation period has ended. 半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、
前記スクラブ手段を、前記超音波発振手段による超音波発振タイミングに先立って駆動するように制御したことを特徴とするチップボンディング装置。A chip holding unit for holding a semiconductor chip, a substrate holding unit for holding a circuit board, a pressing unit for pressing the semiconductor chip held by the chip holding unit and the circuit board held by the substrate holding unit, and a semiconductor chip Ultrasonic oscillation means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, and a scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, In a chip bonding apparatus that can be connected to a circuit board via bumps,
A chip bonding apparatus wherein the scrub means is controlled to be driven prior to the ultrasonic oscillation timing by the ultrasonic oscillation means. 半導体チップを保持するチップ保持手段と、回路基板を保持する基板保持手段と、チップ保持手段で保持した半導体チップと基板保持手段で保持した回路基板とを加圧接触させる加圧手段と、半導体チップと回路基板との接合面に超音波振動を付与する超音波発振手段と、半導体チップと回路基板とを加圧方向と直交する方向に相対的に微動させるスクラブ手段とを具備し、半導体チップと回路基板とをバンプを介して接合可能としたチップボンディング装置において、
前記スクラブ手段を、超音波発振期間を終えた後に駆動が終了するように制御したことを特徴とするチップボンディング装置。A chip holding unit for holding a semiconductor chip, a substrate holding unit for holding a circuit board, a pressing unit for pressing the semiconductor chip held by the chip holding unit and the circuit board held by the substrate holding unit, and a semiconductor chip Ultrasonic oscillation means for applying ultrasonic vibration to the joint surface between the semiconductor chip and the circuit board, and a scrub means for relatively finely moving the semiconductor chip and the circuit board in a direction orthogonal to the pressing direction, In a chip bonding apparatus that can be connected to a circuit board via bumps,
2. A chip bonding apparatus according to claim 1, wherein said scrub means is controlled so that driving is completed after an ultrasonic oscillation period is completed.
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