JP2005235856A

JP2005235856A - フリップチップ実装方法及びその装置

Info

Publication number: JP2005235856A
Application number: JP2004040333A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Azuma; 和司東; Shinji Ishitani; 伸治石谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】電極間隔が狭いＩＣチップを加熱による劣化を生じさせることなく基板に接合するフリップチップ実装方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ＩＣチップ１及び基板３を洗浄槽５に収容してエネルギー波によりバンプ電極２及び基板電極４の表面を洗浄した後、接合ツール８によりＩＣチップ１を保持して接合ステージ１０上に搬送された基板３に装着し、加熱及び加圧してバンプ電極２を基板電極４に接合する。洗浄後に実装終了するまで３分以内とすることが望ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＣチップを基板にフリップチップ実装技術により実装するフリップチップ実装方法及びその装置に関するものである。

フリップチップ実装技術によりＩＣチップを基板に実装するフリップチップ実装技術として、以下に示す半導体装置が知られている（特許文献１参照）。

上記半導体装置は、図３に示すように、ＩＣチップ１００に形成されたバンプ電極１０１を基板１０３に形成された基板電極１０２に接合してＩＣチップ１００を基板１０３に実装するに先立って、基板電極１０２の表面を原子又はイオンの照射により清浄化し、バンプ電極１０１を基板電極１０２に当接させて加熱圧着させる。

前記バンプ電極１０１は金属細線を電極に接合して一部を残して引き切ることにより酸化膜や異物のない金属素地が露呈した状態となり、外気から遮断して保存され、基板電極１０２は原子又はイオンの照射によりエッチングされて清浄化されるので、加熱及び加圧によりバンプ電極１０１は基板電極１０２に重合して接合される。
特許第３２５２７４５号（第２〜３頁、図１）

しかしながら、上記従来技術においてＩＣチップ１００に形成されたバンプ電極１０１は金（Ａｕ）スタッドバンプとして形成されており、その直径サイズは最小で４０μｍ程度であるが、ディスプレイドライバなどとして使用されるＩＣチップのように電極間ピッチが４０μｍのものではバンプ電極の形成が不可能であり、バンプ電極の直径サイズを２０μｍ程度に形成することが要求される。

これを実現するためには、従来のバンプ電極の形成方法であるＡｕ線をスパーク印加によりＡｕボールを形成し、ボンディングツールでＩＣチップの出ｍｍ極に超音波接合する方法では、１０μｍ以下のＡｕ線を用いて±２μｍ以下に接合精度に求める必要があり、これを多数のバンプ電極について高い歩留まりで形成することは極めて困難である。

また、バンプ電極及び基板電極が微細になると接合面積が小さくなるため、接合時の加熱による影響が大きくなり、接合強度の低下や剥がれが生じやすく、フリップチップ実装の信頼性を低下させることになる。上記従来技術においてはバンプ電極を１５０〜３００℃に加熱して基板電極に接合するため、バンプ電極が微細になると加熱温度が高いことによる弊害が大きくなる。

本発明が目的とするところは、微小サイズに形成されたバンプ電極及び基板電極を用いたフリップチップ実装を可能にするフリップチップ実装方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本願第１発明に係るフリップチップ実装方法は、ＩＣチップに形成されたバンプ電極と、基板に形成された基板電極の表面とをエネルギー波で洗浄し、前記基板電極に対するバンプ電極の位置決めを行った後、バンプ電極と基板電極との間を加圧及び加熱により接合して基板にＩＣチップを実装することを特徴とするもので、バンプ電極及び基板電極の表面はエネルギー波による洗浄により清浄化されるので、洗浄後速やかに加圧及び加熱を与えて両者を接合することができる。

上記フリップチップ実装方法において、バンプ電極及び基板電極の表面は、Ａｕ、Ｃｕ又は半田系の金属により形成するのが好適であり、バンプ電極はメッキ法、スパッタ法又は蒸着法により形成するのが好適である。

また、エネルギー波は、プラズマ、エキシマＵＶ、紫外線エキシマレーザ又は原子ビームが酸化膜や異物の除去に効果的であり、このエネルギー波による洗浄後３分以内に実装終了することにより清浄化された状態を維持して接合がなされるので、接合のための加熱温度を低く設定することができる。この接合温度は１５０℃以下とすることにより、ＩＣチップや基板を劣化させることが抑制される。

また、本願第２発明に係るフリップチップ実装装置は、バンプ電極が形成されたＩＣチップ及び基板電極が形成された基板を収容してエネルギー波の照射によりバンプ電極及び基板電極の表面を洗浄する洗浄槽と、前記基板を位置決め保持する接合ステージと、前記ＩＣチップを保持して任意方向に移動制御され、ＩＣチップを基板に装着して加圧及び加熱する接合ツールと、前記洗浄槽により洗浄された基板を接合ステージ上に搬送し、ＩＣチップを接合ツールに搬送する搬送手段と、接合ステージ上に保持された基板の基板電極と接合ツールに保持されたＩＣチップのバンプ電極との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えてなることを特徴とする。実装対象とする基板とＩＣチップは洗浄槽に収容されてエネルギー波によりバンプ電極及び基板電極の表面が洗浄されるので、洗浄された基板を接合ステージ上に搬送し、接合ツールによりＩＣチップを保持し、位置ずれ検出手段により検出されたバンプ電極と基板電極との位置ずれ量に応じて接合ツールを移動制御すると接合位置の位置決めがなされるので、接合ツールによりＩＣチップを基板に装着して加熱及び加圧すると、バンプ電極は基板電極に接合されてＩＣチップは基板に実装される。

本発明によれば、バンプ電極及び基板電極は接合に先立ってエネルギー波によってされるので、接合表面に酸化膜や異物が存在せず、比較的低い温度の加熱と加圧によりバンプ電極を基板電極に接合することができ、微細な電極サイズ及び電極間隔であっても劣化を生じさせないフリップチップ実装が可能となる。

図１は、本実施形態に係るフリップチップ実装方法によりＩＣチップ１に形成された複数のバンプ電極２を基板３上に形成された複数の基板電極４に接合してＩＣチップ１を基板３に実装した状態を示すものである。前記バンプ電極２はメッキ法によって形成され、電極間隔が４０μｍであるとき、電極幅は２０μｍ、電極間が２０μｍ、電極高さが１０〜１５μｍになるように形成される。バンプ電極２をスパッタ法や蒸着法によって形成する場合には、電極高さは１〜２μｍに形成される。

上記フリップチップ実装は、図２に示すフリップチップ実装装置１１を用いてなされる。図３は、前記フリップチップ実装装置１１の要部構成を示すもので、バンプ電極２が形成されたＩＣチップ１及び基板電極４が形成された基板３は洗浄槽５を通過させることにより、バンプ電極２及び基板電極４の表面が洗浄される。バンプ電極２は金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）又は半田系の金属により形成され、基板電極４はその表面が金又は銅又は半田系の金属で形成され、洗浄により酸化膜や異物が除去される。洗浄手段として、プラズマ、エキシマＵＶ、紫外線エキシマレーザ、原子ビームの照射が好適である。

洗浄槽５を出た基板３は搬送ツール６によって接合ステージ１０に送られて所定位置に位置決めされる。また、洗浄槽５を出たＩＣチップ１はバンプ電極２が上向きの状態にあるので、反転コレット７により上下反転された後、接合ツール８に保持されて接合ステージ１０上に保持された基板３上に移動する。接合ステージ１０の上方に配設されたアライメントカメラ９は、バンプ電極２と基板電極４との相対位置を計測するので、計測された位置ずれ量に応じて接合ツールが水平方向に移動し、垂直軸回りに回動することによりバンプ電極２と基板電極４とは精密に位置合わせがなされる。位置決めがなされると接合ツール８が下降動作してバンプ電極２を基板電極４に当接させ、加圧と加熱が加えられることによりバンプ電極２は基板電極４に接合される。

前記洗浄槽５を出てから接合されるまでの所要時間が３分以内となるように各部の動作を設定することにより、バンプ電極２及び基板電極４の表面は正常な状態が維持されているので、接合温度を１５０℃以下の低温で実施することが可能となる。低温による接合により、基板３やＩＣチップ１の劣化を抑制することができ、信頼性の高いフリップチップ実装が可能となる。

本発明は、電子機器の小型化、高機能化に伴って小型化され、電極間が狭ピッチ化されるＩＣチップを信頼性よく実装することができるフリップチップ実装方法及び実装装置を提供することができる。

実施形態に係るフリップチップ実装によりＩＣチップを基板に接合した状態を示す側面図。同上実装を実施するフリップチップ実装装置の構成を示す斜視図。同上装置の要部構成を示す模式図。従来技術に係るフリップチップ実装を示す模式図。

符号の説明

１ＩＣチップ
２バンプ電極
３基板
４基板電極
５洗浄槽
６搬送ツール
７反転コレット
８接合ツール
９アライメントカメラ
１０接合ステージ
１１フリップチップ実装装置

Claims

ＩＣチップに形成されたバンプ電極と、基板に形成された基板電極の表面とをエネルギー波で洗浄し、前記基板電極に対するバンプ電極の位置決めを行った後、バンプ電極と基板電極との間を加圧及び加熱により接合して基板にＩＣチップを実装することを特徴とするフリップチップ実装方法。
バンプ電極が、Ａｕ、Ｃｕ又は半田系の金属である請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
基板電極の表面が、Ａｕ、Ｃｕ又は半田系の金属である請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
バンプ電極が、メッキ法、スパッタ法又は蒸着法により形成される請求項１又は２に記載のフリップチップ実装方法。
エネルギー波が、プラズマ、エキシマＵＶ、紫外線エキシマレーザ又は原子ビームである請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
接合温度が、１５０℃以下である請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
エネルギー波による洗浄後３分以内に実装終了する請求項１、５、６いずれか一項に記載のフリップチップ実装方法。
バンプ電極が形成されたＩＣチップ及び基板電極が形成された基板を収容してエネルギー波の照射によりバンプ電極及び基板電極の表面を洗浄する洗浄槽と、前記基板を位置決め保持する接合ステージと、前記ＩＣチップを保持して任意方向に移動制御され、ＩＣチップを基板に装着して加圧及び加熱する接合ツールと、前記洗浄槽により洗浄された基板を接合ステージ上に搬送し、ＩＣチップを接合ツールに搬送する搬送手段と、接合ステージ上に保持された基板の基板電極と接合ツールに保持されたＩＣチップのバンプ電極との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えてなることを特徴とするフリップチップ実装装置。