JP2004153055A - フリップチップ実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フリップチップ実装方法において、金と異なる材料をコアとした金めっきバンプを使用して金属間接合による実装を可能とする。
【解決手段】微小金ボール８を仮付けステージ９上に敷き詰め、チップ１のバンプ３を微小金ボール８に押圧する。さらに押圧に加えて熱又は超音波振動あるいはこれらを合わせて付与することで、微小金ボール８をバンプ３の接合面に仮付けする。微小金ボール８が仮付けされた状態のチップ１をコレット４で保持し、一方でワークステージ５上に回路基板６を載置して位置ずれしないように保持する。ここでバンプ３と電極７とを位置合わせし、コレット４を矢印アの方向に移動させる。バンプ３上に仮付けされた微小金ボール８が電極７に当接した後さらに熱圧着又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着でフリップチップ実装する。
【選択図】 図１
【解決手段】微小金ボール８を仮付けステージ９上に敷き詰め、チップ１のバンプ３を微小金ボール８に押圧する。さらに押圧に加えて熱又は超音波振動あるいはこれらを合わせて付与することで、微小金ボール８をバンプ３の接合面に仮付けする。微小金ボール８が仮付けされた状態のチップ１をコレット４で保持し、一方でワークステージ５上に回路基板６を載置して位置ずれしないように保持する。ここでバンプ３と電極７とを位置合わせし、コレット４を矢印アの方向に移動させる。バンプ３上に仮付けされた微小金ボール８が電極７に当接した後さらに熱圧着又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着でフリップチップ実装する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＩＣチップ等のベアチップを回路基板に実装する場合に、チップの電極あるいは回路基板の電極に形成したバンプを介してチップと回路基板をフェイスダウン状態で挟持し、前記両電極を電気的および機械的に接合するフリップチップ実装方法に関するものである。
【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、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。このフリップチップ実装は伝送経路の短縮によるディレイの減少と耐ノイズ性の強化、さらには高密度接続や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】
ここで従来のフリップチップ実装方法を説明する。まず第１の従来技術として超音波を利用したフリップチップ実装方法がある。これは特許文献１でも開示されているように、チップを回路基板に実装するときに、チップに形成したバンプと回路基板の電極との接合面に押圧力と超音波を付与してフェイスダウン接合を実現するものである。
【０００４】
この第１の従来技術を図３に基づいて詳細に説明する。まず図３（ａ）で示すように、チップ５１にある電極５２に金を主成分とするバンプ５３を形成し、このチップ５１の背面をコレット５４により保持する一方ワークステージ５５上に回路基板５６を載置する。
【０００５】
次にバンプ５３と回路基板５６の電極５７とを位置合わせしたのち図３（ｂ）に示すように、コレット５４によりチップ５１を超音波振動カを加えながら押圧する。
【０００６】
これによりバンプ５３がつぶれ、その塑性変形と超音波振動により接合界面の酸化皮膜や汚れの中から新生面が現れる。更にこの界面に超音波振動カと押圧力キとを加えることで界面が強固に金属間接合する。
【０００７】
ここで紹介したバンプ５３は、金ワイヤのボールボンディング法を利用して金ボールをチップの電極に形成したのちワイヤを引きちぎるスタッドバンプや、めっき法でバンプを析出するめっきバンプがあるが、何れも十数μｍから数十μｍのバンプ高さが必要となる。
【０００８】
またこれらのバンプは金を主成分とした（純金に近い）材料で形成するのが一般的であり、さらに最近の傾向として狭ピッチ配列による多ピン化、エリア配列による多ピン化が著しく、大量生産においては貴金属で膨大な数量のバンプを形成するのに材料コストの問題を無視することができなくなってきた。
【０００９】
このことからバンプ表層を金で形成し、内部はニッケルや銅、又は樹脂など安価な材料とすることが考えられるが、前述したようなバンプの塑性変形を得ることが非常に困難となる。
【００１０】
そこで従来より採用されているＡＣＦ工法（ＡＣＦは異方性導電フィルムの略称）で実装することが考えられる。これを第２の従来技術として図４に基づいて説明する。
【００１１】
まず図４（ａ）で示すようにチップ６１の電極６２にバンプ６３を形成し、このチップ６１の背面をコレット６４により保持する一方ワークステージ６５上に回路基板６６を載置する。ここでバンプ６３は表層６３Ａが金、コア６３Ｂがニッケルあるいは銅等の異種金属で構成されている。
【００１２】
次に図４（ｂ）で示すようにＡＣＦ６８を接合面に介在させ、コレット６４を矢印サの方向に移動させる。そして加熱すると同時に押圧力を加えることによりＡＣＦ６８中の接着剤６８Ａが溶融しながらチップ６１と回路基板６６との間を満たし、チップ６１と回路基板６６とを接着させる。
【００１３】
またこのときＡＣＦ６８中に分散されている導電粒子６８Ｂがバンプ６３と回路基板６６上の電極６７との間に捕獲され、この導電粒子６８Ｂを介して電極間の電気的接続が得られる（図４（ｃ））。
【００１４】
ここでの接合はＡＣＦ６８の接着剤６８Ａが硬化収縮することで導電粒子６８Ｂはバンプ６３と電極６７の表面に食い込んで電気的接続を得る言わばメカニカル接合である。
【００１５】
この第２の従来技術の一例として特許文献２が開示している実装方法を図５に基づいて説明する。図５において７１はチップ、７２はチップ７１の電極、７６は回路基板、７７Ａは回路基板７６に形成された樹脂製の突起、７７は突起７７Ａの表層部に形成された電極、７８はＡＣＦである。
【００１６】
したがってこの接続構造は突起７７Ａと電極７７で構成された突起電極、換言すると樹脂コアのバンプを回路基板７６上に形成し、ＡＣＦ工法によりチップを実装する技術である。ここで突起７７Ａが樹脂でなくニッケルや銅等の金属であっても構わない。また、ＡＣＦ工法でなくＡＣＰ（異方性導電ペースト）工法、ＮＣＰ（無導電樹脂ペースト）工法であっても構わない。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１０７０７８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６９５０号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら第２の従来技術においてはバンプのコアを表面と異なる材料で形成でき、バンプの材料コストをコントロールすることが可能となるが、接合が接着剤の硬化収縮を利用したメカニカル接続に止まり、第１の従来技術で述べた強固な金属間接合が得られない。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ニッケルや銅等の安価な材料をコアとしたバンプを用いてバンプの材料コストを低減可能とし、接合にはＡＣＦ工法やＮＣＰ工法を適用せず、塑性変形困難なバンプに対しても超音波や熱圧着による信頼性の高い金属間接合を実現可能とすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の態様として、チップを回路基板の所定の位置に位置合わせし、前記チップの電極と前記回路基板の電極とを、金以外の金属を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプを介してフェイスダウン接合するフリップチップ実装方法であって、フェイスダウン接合の際事前に前記金めっきバンプの接合面に微小金ボールを仮付けしておくことを特徴とするフリップチップ実装方法を提供する。
【００２１】
また第２の態様として、前記フェイスダウン接合が、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合であることを特徴とする第１の態様として記載のフリップチップ実装方法を提供する。
【００２２】
さらに第３の態様として、前記金めっきバンプが、ニッケルあるいは銅を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプであることを特徴とする第１あるいは第２の態様として記載のフリップチップ実装方法を提供する。
【００２３】
加えて第４の態様として、前記微小金ボールの仮付けが、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合により行われる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フリップチップ実装方法を提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施形態を示すフリップチップ実装方法の工程図である。また図２は本発明の１実施形態を示す微小金ボールの仮付け方法の工程図である。図２において１はチップ、２はチップ１にある電極、３は電極２上に形成したニッケルコアの金めっきバンプ、８は微小金ボール、９は仮付けステージである。
【００２５】
まず、図２（ａ）で示すように微小金ボール８を仮付けステージ９上に敷き詰める。ここでは微小金ボール８の直径は５μｍ程度としている。微小金ボール８の最適直径は、バンプ３の大きさやバンプ３と回路基板の電極の表面粗さに影響されるが、本実施例ではバンプ３の接合面がφ５０μｍ、前記表面粗さがＲａで１μｍ以下の比較的滑らかな表面なのでこの直径とした。
【００２６】
微小金ボール８の直径は、バンプ３あるいは回路基板の電極の接合面にある凹凸に埋もれてしまわない程度に大きく、且つ前記接合面に安定して供給できる程度に小さいのが望ましい。前記接合面に対して微小金ボールが大きい場合、最後の１個が付着するかどうかで供給量のばらつきが大きくなるからである。
【００２７】
次にチップ１を矢印ウの方向に移動させバンプ３を微小金ボール８に押圧する。さらに押圧に加えて熱又は超音波振動あるいはこれらを合わせて付与することで、微小金ボール８をバンプ３の接合面に仮付けする（図２（Ｂ））。
【００２８】
図１において４はコレット、５はワークステージ、６は回路基板、７は回路基板６上に形成した金めっきの電極である。ここで符号１〜３、８は図２における符号と共通である。
【００２９】
図１（ａ）において微小金ボール８が仮付けされた状態のチップ１をコレット４で保持し、一方でワークステージ５上に回路基板６を載置して位置ずれしないように保持する。ここでバンプ３と電極７とを位置合わせし、コレット４を矢印アの方向に移動させる。
【００３０】
バンプ３上に仮付けされた微小金ボール８が電極７に当接した後さらに熱圧着又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着でフリップチップ実装する。熱圧着による場合は温度を３５０℃程度にして数秒間で接合可能であり、超音波接合の場合には温度を１５０℃程度、コレットの矢印イ方向の振動振幅（Ｐ−Ｐ）が０．５〜２μｍにして０．５秒間程度で良好な接合が得られる（図１（ｂ））。
【００３１】
このようにバンプ３のコアとしてニッケルのような硬い材料を採用しても、微小金ボール８がつぶれて塑性変形し接合に寄与するため信頼性の高い金属間接合を得ることができる。
【００３２】
ここでバンプ３のコア材料はニッケルではなく銅等別の金属あるいは樹脂であってもよい。また、バンプ３がチップ１の電極２上に形成されるのではなく回路基板６上に形成されてもよい。この場合はチップ１の電極２に金めっきを施し、回路基板６に形成したバンプに図２で示した方法で微小金ボール８を仮付けすればよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、高価な貴金属でバンプ全体を形成する必要がないので低コストで大量のバンプが製造可能となり、フリップチップ実装の需要の増大と多ピン化に対応することが容易となる。
【００３４】
また、バンプのコア部分が接合時に塑性変形し難い材料であっても金属間接合させることができるので、短時間で信頼性の高い接合が実現できる。したがって歩留まりがよく大量生産に向いたフリップチップ実装方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示すフリップチップ実装方法の工程図
【図２】本発明の１実施形態を示す微小金ボールの仮付け方法の工程図
【図３】第１の従来技術を示すフリップチップ実装方法の断面図
【図４】第２の従来技術を示すフリップチップ実装方法の断面図
【図５】第２の従来技術の一実施形態を示すフリップチップ実装構造の断面図
【符号の説明】
１ チップ
２ 電極
３ バンプ
４ コレット
５ ワークステージ
６ 回路基板
７ 電極
８ 微小金ボール
９ 仮付けステージ
【発明の属する技術分野】
ＩＣチップ等のベアチップを回路基板に実装する場合に、チップの電極あるいは回路基板の電極に形成したバンプを介してチップと回路基板をフェイスダウン状態で挟持し、前記両電極を電気的および機械的に接合するフリップチップ実装方法に関するものである。
【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、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。このフリップチップ実装は伝送経路の短縮によるディレイの減少と耐ノイズ性の強化、さらには高密度接続や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】
ここで従来のフリップチップ実装方法を説明する。まず第１の従来技術として超音波を利用したフリップチップ実装方法がある。これは特許文献１でも開示されているように、チップを回路基板に実装するときに、チップに形成したバンプと回路基板の電極との接合面に押圧力と超音波を付与してフェイスダウン接合を実現するものである。
【０００４】
この第１の従来技術を図３に基づいて詳細に説明する。まず図３（ａ）で示すように、チップ５１にある電極５２に金を主成分とするバンプ５３を形成し、このチップ５１の背面をコレット５４により保持する一方ワークステージ５５上に回路基板５６を載置する。
【０００５】
次にバンプ５３と回路基板５６の電極５７とを位置合わせしたのち図３（ｂ）に示すように、コレット５４によりチップ５１を超音波振動カを加えながら押圧する。
【０００６】
これによりバンプ５３がつぶれ、その塑性変形と超音波振動により接合界面の酸化皮膜や汚れの中から新生面が現れる。更にこの界面に超音波振動カと押圧力キとを加えることで界面が強固に金属間接合する。
【０００７】
ここで紹介したバンプ５３は、金ワイヤのボールボンディング法を利用して金ボールをチップの電極に形成したのちワイヤを引きちぎるスタッドバンプや、めっき法でバンプを析出するめっきバンプがあるが、何れも十数μｍから数十μｍのバンプ高さが必要となる。
【０００８】
またこれらのバンプは金を主成分とした（純金に近い）材料で形成するのが一般的であり、さらに最近の傾向として狭ピッチ配列による多ピン化、エリア配列による多ピン化が著しく、大量生産においては貴金属で膨大な数量のバンプを形成するのに材料コストの問題を無視することができなくなってきた。
【０００９】
このことからバンプ表層を金で形成し、内部はニッケルや銅、又は樹脂など安価な材料とすることが考えられるが、前述したようなバンプの塑性変形を得ることが非常に困難となる。
【００１０】
そこで従来より採用されているＡＣＦ工法（ＡＣＦは異方性導電フィルムの略称）で実装することが考えられる。これを第２の従来技術として図４に基づいて説明する。
【００１１】
まず図４（ａ）で示すようにチップ６１の電極６２にバンプ６３を形成し、このチップ６１の背面をコレット６４により保持する一方ワークステージ６５上に回路基板６６を載置する。ここでバンプ６３は表層６３Ａが金、コア６３Ｂがニッケルあるいは銅等の異種金属で構成されている。
【００１２】
次に図４（ｂ）で示すようにＡＣＦ６８を接合面に介在させ、コレット６４を矢印サの方向に移動させる。そして加熱すると同時に押圧力を加えることによりＡＣＦ６８中の接着剤６８Ａが溶融しながらチップ６１と回路基板６６との間を満たし、チップ６１と回路基板６６とを接着させる。
【００１３】
またこのときＡＣＦ６８中に分散されている導電粒子６８Ｂがバンプ６３と回路基板６６上の電極６７との間に捕獲され、この導電粒子６８Ｂを介して電極間の電気的接続が得られる（図４（ｃ））。
【００１４】
ここでの接合はＡＣＦ６８の接着剤６８Ａが硬化収縮することで導電粒子６８Ｂはバンプ６３と電極６７の表面に食い込んで電気的接続を得る言わばメカニカル接合である。
【００１５】
この第２の従来技術の一例として特許文献２が開示している実装方法を図５に基づいて説明する。図５において７１はチップ、７２はチップ７１の電極、７６は回路基板、７７Ａは回路基板７６に形成された樹脂製の突起、７７は突起７７Ａの表層部に形成された電極、７８はＡＣＦである。
【００１６】
したがってこの接続構造は突起７７Ａと電極７７で構成された突起電極、換言すると樹脂コアのバンプを回路基板７６上に形成し、ＡＣＦ工法によりチップを実装する技術である。ここで突起７７Ａが樹脂でなくニッケルや銅等の金属であっても構わない。また、ＡＣＦ工法でなくＡＣＰ（異方性導電ペースト）工法、ＮＣＰ（無導電樹脂ペースト）工法であっても構わない。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１０７０７８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６９５０号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら第２の従来技術においてはバンプのコアを表面と異なる材料で形成でき、バンプの材料コストをコントロールすることが可能となるが、接合が接着剤の硬化収縮を利用したメカニカル接続に止まり、第１の従来技術で述べた強固な金属間接合が得られない。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ニッケルや銅等の安価な材料をコアとしたバンプを用いてバンプの材料コストを低減可能とし、接合にはＡＣＦ工法やＮＣＰ工法を適用せず、塑性変形困難なバンプに対しても超音波や熱圧着による信頼性の高い金属間接合を実現可能とすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の態様として、チップを回路基板の所定の位置に位置合わせし、前記チップの電極と前記回路基板の電極とを、金以外の金属を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプを介してフェイスダウン接合するフリップチップ実装方法であって、フェイスダウン接合の際事前に前記金めっきバンプの接合面に微小金ボールを仮付けしておくことを特徴とするフリップチップ実装方法を提供する。
【００２１】
また第２の態様として、前記フェイスダウン接合が、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合であることを特徴とする第１の態様として記載のフリップチップ実装方法を提供する。
【００２２】
さらに第３の態様として、前記金めっきバンプが、ニッケルあるいは銅を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプであることを特徴とする第１あるいは第２の態様として記載のフリップチップ実装方法を提供する。
【００２３】
加えて第４の態様として、前記微小金ボールの仮付けが、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合により行われる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フリップチップ実装方法を提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施形態を示すフリップチップ実装方法の工程図である。また図２は本発明の１実施形態を示す微小金ボールの仮付け方法の工程図である。図２において１はチップ、２はチップ１にある電極、３は電極２上に形成したニッケルコアの金めっきバンプ、８は微小金ボール、９は仮付けステージである。
【００２５】
まず、図２（ａ）で示すように微小金ボール８を仮付けステージ９上に敷き詰める。ここでは微小金ボール８の直径は５μｍ程度としている。微小金ボール８の最適直径は、バンプ３の大きさやバンプ３と回路基板の電極の表面粗さに影響されるが、本実施例ではバンプ３の接合面がφ５０μｍ、前記表面粗さがＲａで１μｍ以下の比較的滑らかな表面なのでこの直径とした。
【００２６】
微小金ボール８の直径は、バンプ３あるいは回路基板の電極の接合面にある凹凸に埋もれてしまわない程度に大きく、且つ前記接合面に安定して供給できる程度に小さいのが望ましい。前記接合面に対して微小金ボールが大きい場合、最後の１個が付着するかどうかで供給量のばらつきが大きくなるからである。
【００２７】
次にチップ１を矢印ウの方向に移動させバンプ３を微小金ボール８に押圧する。さらに押圧に加えて熱又は超音波振動あるいはこれらを合わせて付与することで、微小金ボール８をバンプ３の接合面に仮付けする（図２（Ｂ））。
【００２８】
図１において４はコレット、５はワークステージ、６は回路基板、７は回路基板６上に形成した金めっきの電極である。ここで符号１〜３、８は図２における符号と共通である。
【００２９】
図１（ａ）において微小金ボール８が仮付けされた状態のチップ１をコレット４で保持し、一方でワークステージ５上に回路基板６を載置して位置ずれしないように保持する。ここでバンプ３と電極７とを位置合わせし、コレット４を矢印アの方向に移動させる。
【００３０】
バンプ３上に仮付けされた微小金ボール８が電極７に当接した後さらに熱圧着又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着でフリップチップ実装する。熱圧着による場合は温度を３５０℃程度にして数秒間で接合可能であり、超音波接合の場合には温度を１５０℃程度、コレットの矢印イ方向の振動振幅（Ｐ−Ｐ）が０．５〜２μｍにして０．５秒間程度で良好な接合が得られる（図１（ｂ））。
【００３１】
このようにバンプ３のコアとしてニッケルのような硬い材料を採用しても、微小金ボール８がつぶれて塑性変形し接合に寄与するため信頼性の高い金属間接合を得ることができる。
【００３２】
ここでバンプ３のコア材料はニッケルではなく銅等別の金属あるいは樹脂であってもよい。また、バンプ３がチップ１の電極２上に形成されるのではなく回路基板６上に形成されてもよい。この場合はチップ１の電極２に金めっきを施し、回路基板６に形成したバンプに図２で示した方法で微小金ボール８を仮付けすればよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、高価な貴金属でバンプ全体を形成する必要がないので低コストで大量のバンプが製造可能となり、フリップチップ実装の需要の増大と多ピン化に対応することが容易となる。
【００３４】
また、バンプのコア部分が接合時に塑性変形し難い材料であっても金属間接合させることができるので、短時間で信頼性の高い接合が実現できる。したがって歩留まりがよく大量生産に向いたフリップチップ実装方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示すフリップチップ実装方法の工程図
【図２】本発明の１実施形態を示す微小金ボールの仮付け方法の工程図
【図３】第１の従来技術を示すフリップチップ実装方法の断面図
【図４】第２の従来技術を示すフリップチップ実装方法の断面図
【図５】第２の従来技術の一実施形態を示すフリップチップ実装構造の断面図
【符号の説明】
１ チップ
２ 電極
３ バンプ
４ コレット
５ ワークステージ
６ 回路基板
７ 電極
８ 微小金ボール
９ 仮付けステージ
Claims (4)
- チップを回路基板の所定の位置に位置合わせし、前記チップの電極と前記回路基板の電極とを、金以外の金属を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプを介してフェイスダウン接合するフリップチップ実装方法であって、フェイスダウン接合の際事前に前記金めっきバンプの接合面に微小金ボールを仮付けしておくことを特徴とするフリップチップ実装方法。
- 前記フェイスダウン接合が、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
- 前記金めっきバンプが、ニッケルあるいは銅を主成分とする金属をコアとした金めっきバンプであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のフリップチップ実装方法。
- 前記微小金ボールの仮付けが、熱圧着接合又は超音波接合あるいは超音波併用熱圧着接合により行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフリップチップ実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002317277A JP2004153055A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | フリップチップ実装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006004751A3 (en) * | 2004-06-28 | 2006-12-14 | Honeywell Int Inc | Methods and apparatus for attaching a die to a substrate |
-
2002
- 2002-10-31 JP JP2002317277A patent/JP2004153055A/ja active Pending
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