JP2699583B2 - Semiconductor device manufacturing method and device - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and device

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JP2699583B2
JP2699583B2 JP1259098A JP25909889A JP2699583B2 JP 2699583 B2 JP2699583 B2 JP 2699583B2 JP 1259098 A JP1259098 A JP 1259098A JP 25909889 A JP25909889 A JP 25909889A JP 2699583 B2 JP2699583 B2 JP 2699583B2
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    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
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    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置の製造におけるフリップ・チップ・ボンデ
ィングの方法及びその装置に関し、 バンプが金系のように所要加熱温度の高いものである
場合に、チップを劣化させないようにチップがヒート・
ツールに接触する際の相互間の温度差が過大にならない
ようにし、然も、ヒート・ツールを具えるマウント・ヘ
ッドの重量が過大にならないようにすることを目的と
し、 方法においては、先端面がフリップ・チップの裏面に
面接触可能でほぼ一定の温度に加熱されたヒート・ツー
ルを用い、該チップの裏面と該ツールの先端面との間に
ギャップをおいて該ツールからの輻射熱により該チップ
を予備加熱する工程と、予備加熱された該チップの裏面
に該ツールの先端面を当接させて該チップを介し該チッ
プ表面のバンプを所定の温度に加熱する工程と、該ツー
ルの先端面で該チップの裏面を押圧して該バンプに所要
押圧力を与える工程とを有して、フリップ・チップ・ボ
ンディングを行うように構成し、装置においては、マウ
ント・ヘッドを有し、該マウント・ヘッドは、先端面が
フリップ・チップの裏面に面接触可能でほぼ一定の温度
に加熱されるヒート・ツールと、フリップ・チップの対
向側面を挟んで該チップを該ツールの先端面の前方で該
先端面に平行に支持する支持機構とを具え、且つ、該ツ
ールまたは該支持機構が、該チップと該ツールとの間の
ギャップ寸法を変化させる方向に移動可能であるように
構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method and an apparatus for flip-chip bonding in the manufacture of a semiconductor device, and does not deteriorate the chip when the required heating temperature is high, such as a gold-based bump. The chip heats up
The purpose of the method is to ensure that the temperature difference between the two when contacting the tool is not too great and that the mounting head with the heating tool does not become too heavy. Uses a heat tool that can be brought into surface contact with the back surface of the flip chip and is heated to a substantially constant temperature, and a gap is provided between the back surface of the chip and the front end surface of the tool so that the heat is radiated from the tool. Preheating the chip, heating the bumps on the chip surface to a predetermined temperature via the chip by contacting the tip surface of the tool with the backside of the preheated chip, And pressing the back surface of the chip with a surface to apply a required pressing force to the bump, so that flip chip bonding is performed. The mounting head includes a heat tool whose tip surface is capable of making surface contact with the back surface of the flip chip and is heated to a substantially constant temperature; A support mechanism for supporting the front surface in parallel with the tip surface, and wherein the tool or the support mechanism is movable in a direction that changes a gap dimension between the tip and the tool. Configure.
〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]
本発明は、半導体装置の製造方法及びその装置に係
り、特に、フリップ・チップ・ボンディングを行う方法
及びその装置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method and an apparatus for performing flip chip bonding.
高性能の電子計算器などに使用されて高信頼度を要求
される半導体装置では、半導体チップからの導出端子数
が数百といったように多い場合、チップのマウントにTA
B(Tape Automated Bonding)方式が採用されている
が、その端子数が500程度を越えるようになると、TAB方
式で対応することが困難になり、フリップ・チップ・ボ
ンディング(Flip Chip Bonding)方式の採用が必要に
なる。
In semiconductor devices that are used in high-performance electronic calculators and require high reliability, if the number of terminals derived from the semiconductor chip is as large as several hundreds, TA
The B (Tape Automated Bonding) method is adopted, but if the number of terminals exceeds about 500, it becomes difficult to support the TAB method, and the flip chip bonding method is adopted. Is required.
フリップ・チップ・ボンディング方式は、チップの表
面に回路導出用のバンプを設けてフエース・ダウン・ボ
ンディングするものであり、そのバンプに半田を用いた
ものが賞用されている。そしてバンプをチップの全面に
レイアウトすることが可能であることから上記端子数の
増大に対応することが可能である。
The flip-chip bonding method is a method in which a bump for circuit derivation is provided on the surface of a chip to perform face-down bonding, and a method using solder for the bump has been awarded. Since the bumps can be laid out on the entire surface of the chip, it is possible to cope with the increase in the number of terminals.
しかしながら、高信頼度を要求される半導体装置でフ
リップ・チップ・ボンディング方式を採用する場合に
は、半田バンプを用いると信頼性を低下させる恐れがあ
るのでバンプを金系のものにすることが望まれる。その
場合は、ボンディングの際のバンプの加熱温度を半田の
場合よりも高くする必要があることから、ボンディング
方法に工夫が必要となる。
However, when a flip-chip bonding method is used in a semiconductor device that requires high reliability, the use of solder bumps may reduce the reliability. It is. In this case, it is necessary to set the heating temperature of the bumps at the time of bonding higher than that at the time of soldering.
〔従来の技術〕[Conventional technology]
第3図(a)〜(c)は従来例を説明する側面図、第
4図は従来例におけるチップの温度経過を示す温度特性
図、である。
3 (a) to 3 (c) are side views for explaining a conventional example, and FIG. 4 is a temperature characteristic diagram showing temperature progress of a chip in the conventional example.
第3図において、11はマウント・ヘッド、12はヒート
・ツール、13は真空吸着孔、14はヘッド基板、15はヘッ
ド駆動部、Cはフリップ・チップ、Bはバンプ、Pは基
板、である。
In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a mount head, 12 denotes a heat tool, 13 denotes a vacuum suction hole, 14 denotes a head substrate, 15 denotes a head driving unit, C denotes a flip chip, B denotes a bump, and P denotes a substrate. .
フリップ・チップCは、表面に回路導出用とする金系
のバンプBを有し、バンプBが基板P表面の接続用パッ
ドに接合されるようにしたフエース・ダウン・ボンディ
ング、即ちフリップ・チップ・ボンディングで、基板P
にマウントされるものである。
The flip chip C has on its surface a gold-based bump B for circuit derivation, and a face-down bonding in which the bump B is bonded to a connection pad on the surface of the substrate P, that is, a flip chip chip. By bonding, the substrate P
Is to be mounted on.
基板Pは、例えばPGA(Pin Grid Array)パッケージ
の本体である。
The substrate P is, for example, a main body of a PGA (Pin Grid Array) package.
上記フリップ・チップ・ボンディングを行う従来の方
法は、マウント・ヘッド11を有する装置を用いて行う。
The conventional method of performing the above-mentioned flip chip bonding is performed using an apparatus having a mount head 11.
マウント・ヘッド11は、真空吸着孔13を有するヒート
・ツール12をヘッド基部14の下側に具えたもので、ヘッ
ド基部14がヘッド駆動部15に係合しており、駆動部15の
駆動により上下及び水平方向に移動する。
The mount head 11 is provided with a heat tool 12 having a vacuum suction hole 13 below the head base 14, and the head base 14 is engaged with a head drive unit 15, and the drive unit 15 drives the drive unit 15. Move vertically and horizontally.
真空吸着孔13は、ヒート・ツール12の先端面中央部に
開口し、チップCの裏面をヒート・ツール12の先端面に
チャックされる。
The vacuum suction hole 13 is opened at the center of the front end surface of the heat tool 12, and the back surface of the chip C is chucked to the front end surface of the heat tool 12.
ヒート・ツール12は、内部に電気ヒータ(図示省略)
を具えて装置の稼働時にほぼ一定の温度に加熱されてお
り、チャックしたチップCの裏面に先端面が面接触して
チップCを介しバンプBを所定の温度に加熱する。
Heating tool 12 has an electric heater inside (not shown)
When the apparatus is in operation, it is heated to a substantially constant temperature, and the tip surface comes into surface contact with the back surface of the chucked chip C to heat the bump B to a predetermined temperature via the chip C.
ヘッド駆動部15は、マウント・ヘッド11の上記移動及
び真空吸着孔13の真空引きを制御し、ヒート・ツール12
がチャックしたチップCを下方に押圧する押圧力をも制
御することができる。また、ヒート・ツール12内の電気
ヒータに対する電源を具えている。
The head drive unit 15 controls the movement of the mount head 11 and the evacuation of the vacuum suction hole 13, and
Can also control the pressing force of pressing the chucked chip C downward. It also has a power supply for the electric heater in the heat tool 12.
ボンディングの方法は次のようである。なお、ここで
参照する第4図のチップ温度は、チップCの平均的な温
度を示してある。
The bonding method is as follows. The chip temperature in FIG. 4 referred to here indicates an average temperature of the chip C.
先ず第3図(a)及び第4図を参照して、チップCの
置かれてある箇所にマウント・ヘッド11を移動し、ヒー
ト・ツール12でチップCをチャックする。即座にチップ
Cが昇温を開始する。
First, referring to FIGS. 3 (a) and 4, the mount head 11 is moved to a place where the chip C is placed, and the chip C is chucked by the heat tool 12. The temperature of the chip C immediately starts rising.
次いで第3図(b)を参照して、マウント・ヘッド11
を移動してチップCを基板P上に位置させ、周知の方法
で位置合わせしながらチップCのバンプBを基板Pに当
接させる。
Next, referring to FIG.
Is moved to position the chip C on the substrate P, and the bumps B of the chip C are brought into contact with the substrate P while being aligned by a known method.
次いで第3図(c)及び第4図を参照して、チップC
の温度上昇によりバンプBが所定の温度に達したところ
で、チップCを所定の押圧力で押圧する。これによりバ
ンプBは、所要の押圧力が与えられ基板Pに接合する。
その間に、ヒート・ツール12側のチップCに対する真空
吸着を開放する。
Next, referring to FIGS. 3 (c) and 4, the chip C
When the temperature of the bump B reaches a predetermined temperature due to the temperature rise, the chip C is pressed with a predetermined pressing force. As a result, the bump B is provided with a required pressing force and is bonded to the substrate P.
In the meantime, the vacuum suction for the chip C on the heat tool 12 side is released.
この後は、マウント・ヘッド11を上昇させてボンディ
ング作業を終了し、チップCは、第4図に示すように自
然冷却する。
Thereafter, the mounting operation is completed by raising the mount head 11, and the chip C is naturally cooled as shown in FIG.
〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]
しかしながらこの方法では、バンプBの加熱がチップ
Cの裏面から表面への熱伝導に依存しており、且つ、バ
ンプBが金系であることからその加熱温度が400℃程度
を必要とするので、ヒート・ツール12の温度をそれより
も高くしてある。
However, in this method, the heating of the bump B depends on the heat conduction from the back surface to the front surface of the chip C, and since the bump B is made of gold, the heating temperature needs to be about 400 ° C. The temperature of the heat tool 12 is higher than that.
従って、チップCがチャックされてヒート・ツール12
に接触した時の相互間の温度差が大きいために、チップ
C内に大きな熱応力が生じてチップCが劣化する問題が
ある。
Therefore, the chip C is chucked and the heat tool 12
Since there is a large temperature difference between the chips C when they come into contact with each other, there is a problem that a large thermal stress is generated in the chips C and the chips C are deteriorated.
この問題は、上記温度差が小さくなるようにすれば解
決される。
This problem can be solved by reducing the temperature difference.
その解決策として、TABに用いられているパルス・ヒ
ート方式の採用が考えられる。
As a solution, adoption of the pulse heating method used for TAB can be considered.
第5図は、TABのパルス・ヒート方式を説明する側面
図であり、21はボンディング・ヘッド、22はヒート・ツ
ール、24はヘッド基部、25はヘッド駆動部、である。
FIG. 5 is a side view for explaining the pulse heating method of the TAB, wherein 21 is a bonding head, 22 is a heating tool, 24 is a head base, and 25 is a head driving unit.
この方式を特徴とするところは、ヒート・ツール22が
先端面部を発熱領域にした抵抗体からなり、通電電流i
により先端面の温度を経時的に制御し得ることである。
The feature of this method is that the heat tool 22 is formed of a resistor having a heat-generating area at the tip end surface, and the current i
Thus, the temperature of the tip surface can be controlled with time.
しかしながらこの方式は、ヒート・ツール22によって
加熱するリードL及びバンプBの熱容量が小さいTABの
場合であっても、電流iの電源容量が大きくなり然も電
流iを可変にさせるために電源がヘッド基部24に配置さ
れるので、ボンディング・ヘッド21の重量が10〜数10Kg
と重いものになっている。
However, in this method, even in the case of TAB in which the heat capacity of the leads L and the bumps B heated by the heat tool 22 is small, the power supply capacity of the current i becomes large and the power Since it is arranged on the base 24, the weight of the bonding head 21 is 10 to several tens kg.
And it has become heavy.
そのために、ヒート・ツールによって加熱する対象の
熱容量がTABの場合よりもはるかに大きいフリップ・チ
ップ・ボンディングに対してパルス・ヒート方式を導入
することは、電源容量の増大からマウント・ヘッドが極
端に重くなってその移動の的確な制御を困難にさせるの
で、事実上極めて困難である。
Therefore, introducing the pulse heating method for flip chip bonding, in which the heat capacity of the object to be heated by the heat tool is much larger than that of TAB, requires the mounting head to be extremely It is practically very difficult because it becomes heavy and makes precise control of its movement difficult.
そこで本発明は、半導体装置の製造におけるフリップ
・チップ・ボンディングの方法及びその装置に関して、
バンプが金系のように所要加熱温度の高いものである場
合に、チップを劣化させないようにチップがヒート・ツ
ールに接触する際の相互間の温度差が過大にならないよ
うにし、然も、ヒート・ツールを具えるマウント・ヘッ
ドの重量が過大にならないようにすることを目的とす
る。
Accordingly, the present invention relates to a method and apparatus for flip chip bonding in the manufacture of semiconductor devices.
When the required heating temperature is high, such as in the case of bumps made of gold, the temperature difference between the chips when they come into contact with the heating tool is not excessive so that the chips are not deteriorated. The purpose is to prevent the weight of the mount head including the tool from becoming excessive.
〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]
上記目的は、先端面がフリップ・チップの裏面に面接
触可能でほぼ一定の温度に加熱されたヒート・ツールを
用い、該チップの裏面と該ツールの先端面との間にギャ
ップをおいて該ツールからの輻射熱により該チップを予
備加熱する工程と、予備加熱された該チップの裏面に該
ツールの先端面を当接させて該チップを介し該チップ表
面のバンプを所定の温度に加熱する工程と、該ツールの
先端面で該チップの裏面を押圧して該バンプに所要押圧
力を与える工程とを有して、フリップ・チップ・ボンデ
ィングを行う本発明の製造方法によって達成される。
The object is to use a heat tool whose front end surface can be brought into surface contact with the back surface of the flip chip and is heated to a substantially constant temperature, with a gap provided between the back surface of the chip and the front end surface of the tool. A step of preheating the chip by radiant heat from a tool, and a step of heating a bump on a surface of the chip to a predetermined temperature via the chip by bringing a tip end surface of the tool into contact with the backside of the preheated chip. And a step of pressing the back surface of the chip with the tip end surface of the tool to apply a required pressing force to the bumps, which is achieved by the manufacturing method of the present invention for performing flip chip bonding.
また、その製造方法を行う装置は、マウント・ヘッド
を有し、該マウント・ヘッドは、先端面がフリップ・チ
ップの裏面に面接触可能でほぼ一定の温度に加熱される
ヒート・ツールと、フリップ・チップの対向側面を挟ん
で該チップを該ツールの先端面の前方で該先端面に平行
に支持する支持機構とを具え、且つ、該ツールまたは該
支持機構が、該チップと該ツールとの間のギャップ寸法
を変化させる方向に移動可能である本発明の製造装置に
するのが望ましい。
Further, an apparatus for performing the manufacturing method has a mount head, the mount head being capable of contacting a front surface with the back surface of the flip chip and being heated to a substantially constant temperature; A support mechanism for supporting the chip in front of the tip surface of the tool in parallel with the tip surface across the opposing side surface of the tip, and wherein the tool or the support mechanism is provided between the tip and the tool. It is desirable that the manufacturing apparatus of the present invention be movable in a direction in which the gap dimension between them is changed.
〔作 用〕(Operation)
ボンディングされるフリップ・チップは、ヒート・ツ
ールに接触する前に予備加熱されるので、接触する時の
ヒート・ツールとの間の温度差が従来例の場合よりも小
さくなり、劣化が防止される。然も、ヒート・パルス方
式と異なりヒート・ツールが一定温度に加熱されるもの
であるので、そのヒート・ツールを具えるマウント・ヘ
ッドは重量が過大にならないようにすることができる。
The bonded flip chip is pre-heated before contacting the heat tool, so that the temperature difference between the chip and the heat tool at the time of contact is smaller than in the conventional case, and deterioration is prevented. . Naturally, unlike the heat pulse method, the heat tool is heated to a constant temperature, so that the mount head provided with the heat tool can be prevented from becoming excessively heavy.
また、そのヒート・ツールは従来例のヒート・ツール
12と異なってチップをチャックし得ないものであるが、
そのヒート・ツールを具えるマウント・ヘッドに前記支
持機構を具えることにより、従来例でマウント・ヘッド
11がヒート・ツール12でチャックしたチップCを搬送す
るように、このマウント・ヘッドもチップを搬送するこ
とができるようになる。然も、そのマウント・ヘッド
は、この支持機構を具えても後述のように、その重量が
過大にならないようにすることができる。
In addition, the heat tool is a conventional heat tool
Although it is not possible to chuck the chip unlike 12
By providing the mounting mechanism having the heat tool with the support mechanism, the mounting head in the conventional example is provided.
This mount head can also transport chips, just like 11 transports chips C chucked by the heat tool 12. Of course, the mounting head can be provided with the support mechanism so that its weight is not excessively increased as described later.
〔実施例〕〔Example〕
以下本発明の実施例について第1図及び第2図を用い
て説明する。第1図(a)〜(e)は実施例を説明する
側面図、第2図は実施例におけるチップの温度経過を示
す温度特性図、である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. 1 (a) to 1 (e) are side views for explaining an embodiment, and FIG. 2 is a temperature characteristic diagram showing a temperature course of a chip in the embodiment.
第1図において、1はマウント・ヘッド、1はヒート
・ツール、3は支持機構、4はヘッド基部、5はヘッド
駆動部、Cはフリップ・チップ、Bはバンプ、Pは基
板、である。
In FIG. 1, 1 is a mount head, 1 is a heat tool, 3 is a support mechanism, 4 is a head base, 5 is a head drive unit, C is a flip chip, B is a bump, and P is a substrate.
フリップ・チップ・ボンディングを行う実施例の方法
は、マウント・ヘッド1を有する装置実施例を用いて行
う。ボンディング対象のチップC及び基板Pは、従来例
と同様なものであり、バンプBはいうまでもなく金系の
ものである。
The embodiment method of performing flip chip bonding is performed using the apparatus embodiment having the mount head 1. The chip C and the substrate P to be bonded are the same as those in the conventional example, and the bumps B are of course gold-based.
マウント・ヘッド1は、上下動可能なヒート・ツール
2とチップCを支持する支持機構3とをヘッド基部4に
具えたもので、ヘッド基部4がヘッド駆動部5に係合し
ており、駆動部5の駆動により上下及び水平方向に移動
する。
The mount head 1 is provided with a heat tool 2 that can move up and down and a support mechanism 3 that supports a chip C on a head base 4. When the unit 5 is driven, it moves vertically and horizontally.
ヒート・ツール2は、先端面がチップCの裏面に対し
て面接触するように平面をなし、内部に電気ヒータ(図
示省略)を具えて装置の稼働時にほば一定の温度に加熱
されているもので、ヘッド基部4内に具える上下駆動機
構(図示省略)の作動によりヘッド基部4に対して上下
動する。この上下駆動機構は、例えばパルスモータと周
知の機械機構などで構成される。
The heat tool 2 has a flat surface such that the front end surface is in surface contact with the back surface of the chip C, and is provided with an electric heater (not shown) therein and is heated to a substantially constant temperature during operation of the apparatus. The head moves up and down with respect to the head base 4 by the operation of a vertical drive mechanism (not shown) provided in the head base 4. This vertical drive mechanism is composed of, for example, a pulse motor and a well-known mechanical mechanism.
支持機構3は、ヘッド基部4からヒート・ツール2の
側面に沿ってヒート・ツール2先端面よりも前方に延び
た対のアームを有するもので、ヘッド基部4内に配置さ
れた開閉機構部(図示省略)の作動によりそのアームが
開閉し、その先端の爪がチップCの対向側面を挟んでチ
ップCをヒート・ツール2先端面の前方で該先端面に平
行に支持(チャック)することができる。この開閉機構
部は、例えば周知のアクチエータとカム機構などで構成
される。またこのチャックは、チップCの厚さが0.4mm
程度以上あれば容易に可能である。
The support mechanism 3 has a pair of arms extending forward from the head base 4 along the side surface of the heat tool 2 to the front surface of the heat tool 2, and includes an opening / closing mechanism ( The arm is opened and closed by the operation (not shown), and the claw at the tip of the arm supports (chuck) the tip C in front of the tip face of the heat tool 2 in parallel with the tip face with the opposing side face of the tip C interposed therebetween. it can. The opening / closing mechanism is configured by, for example, a known actuator and a cam mechanism. This chuck has a chip C thickness of 0.4 mm.
It is easily possible if the degree is higher.
そしてボンディングの際は、チップCの裏面をヒート
・ツール2先端面に対向させてチップCを支持し、ヒー
ト・ツール2の上下動により、チップC裏面とヒート・
ツール2先端面との間のギャップ寸法を変化させ、両者
を面接触させることもできる。
During bonding, the chip C is supported with the back surface of the chip C facing the front end surface of the heat tool 2, and the back surface of the chip C is heated and moved by the vertical movement of the heat tool 2.
By changing the gap size between the tool 2 and the front end surface, the two can be brought into surface contact.
ヘッド駆動部5は、マウント・ヘッド1の上記移動、
ヒート・ツール2の上下動及び支持機構3の作動を制御
し、ヒート・ツール2がそれに接触しているチップCを
下方に押圧する押圧力をも制御することができる。ま
た、ヒート・ツール2内の電気ヒータに対する電源を具
えている。
The head driving unit 5 performs the movement of the mount head 1,
The vertical movement of the heat tool 2 and the operation of the support mechanism 3 are controlled, and the pressing force of the heat tool 2 pressing the chip C in contact therewith downward can also be controlled. It also has a power supply for the electric heater in the heat tool 2.
この電源は、容量がヒート・ツール2を所定の温度に
保持する大きさまたはそれより多少大きめであれば良
く、然も電流を変化させることが殆どないので、先に述
べたパルス・ヒート方式と異なりヘッド駆動部5に具え
ることが可能である。このことは、マウント・ヘッド1
を重くさせないことに寄与する。
This power source may have a capacity large enough to hold the heat tool 2 at a predetermined temperature or slightly larger than that, and it hardly changes the current. Differently, it can be provided in the head drive unit 5. This means that the mount head 1
Contributes not to make the weight heavy.
このようなことから、チップCの大きさを10〜15mm角
程度とした際に、マウント・ヘッド1の重量を5Kg程度
に収めることができる。そしてこの程度の重量は、マウ
ント・ヘッド1の移動の的確な制御を阻害させない。
Thus, when the size of the chip C is about 10 to 15 mm square, the weight of the mount head 1 can be reduced to about 5 kg. Such a weight does not hinder accurate control of the movement of the mount head 1.
ボンディングの方法は次のようである。ヒート・ツー
ル2は事前に一定の温度(約450℃)に加熱しておき、
この温度は作業終了まで保持される。なお、ここで参照
する第2図のチップ温度は、チップCの平均的な温度を
示してある。
The bonding method is as follows. Heat tool 2 is heated to a certain temperature (about 450 ° C) in advance,
This temperature is maintained until the end of the operation. The chip temperature in FIG. 2 referred to here indicates an average temperature of the chip C.
先ず第1図(a)及び第2図を参照して、チップCの
置かれてある箇所にマウント・ヘッド1を移動し、支持
機構3でチップCをチャックする。その際、ここでのチ
ップC裏面とヒート・ツール2先端面との間のギャップ
寸法をH1とし、H1を約5mmにする。チップCは、ヒート
・ツール2からの輻射熱により約200℃になるように予
備加熱される。
First, referring to FIGS. 1 (a) and 2, the mount head 1 is moved to a place where the chip C is placed, and the support mechanism 3 chucks the chip C. At that time, the gap dimension between the chip C back surface and a heat tool 2 tip surface here as H 1, the H 1 to about 5 mm. Chip C is preheated to about 200 ° C. by radiant heat from heat tool 2.
次いで第1図(b)を参照して、マウント・ヘッド1
を移動してチップCを基板P上に位置させ、周知の方法
で位置合わせしながらチップCのバンプBを基板Pに当
接させる。
Next, referring to FIG.
Is moved to position the chip C on the substrate P, and the bumps B of the chip C are brought into contact with the substrate P while being aligned by a known method.
次いで第1図(c)及び第2図を参照して、ヒート・
ツール2を下降させてギャップ寸法H1をH2に縮小させ
る。H2は約1mmであり、チップCは、ヒート・ツール2
からの輻射熱の増大により約350℃になるように予備加
熱される。
Next, referring to FIG. 1 (c) and FIG.
The tool 2 is lowered to reduce the gap dimension H 1 to H 2. H 2 is about 1 mm, and chip C is a heat tool 2
Is preheated to about 350 ° C by increasing radiant heat from
次いで第1図(d)及び第2図を参照して、ヒート・
ツール2を更に下降させてヒート・ツール2先端面をチ
ップC裏面に当接させる。チップCは、従来例の場合と
同様にヒート・ツール2から直接的に加熱されるように
なる。しかしながら、チップCが予備加熱されているた
めにヒート・ツール2がチップCに接触する際の両者間
の温度差が100℃程度と小さいので、従来例の場合と異
なって、チップC内に大きな熱応力を生ずることがな
く、チップCが劣化する恐れがない。
Next, referring to FIG. 1 (d) and FIG.
The tool 2 is further lowered to bring the tip surface of the heat tool 2 into contact with the back surface of the chip C. The chip C is directly heated from the heat tool 2 as in the case of the conventional example. However, since the temperature difference between the heat tool 2 and the chip C when the heat tool 2 comes into contact with the chip C is as small as about 100 ° C. because the chip C is pre-heated, a large difference No thermal stress is generated, and there is no risk of the chip C being deteriorated.
次いで第1図(e)及び第2図を参照して、チップC
の温度上昇によりバンプBが所定の温度(約400℃)に
達したところで、チップCを所定の押圧力で押圧する。
これによりバンプBは、所要の押圧力が与えられる基板
Pに接合する。その間に、支持機構3のチップCに対す
るチャックを開放する。バンプBに与える所要の押圧力
は、例えばバンプBの直径が300μm程度の場合200gf程
度であり、チップCに対する押圧力はそのバンプB個数
倍である。また、チップCを押圧している時間は、5秒
程度以上あれば十分である。
Next, referring to FIG. 1 (e) and FIG.
When the temperature of the bump B reaches a predetermined temperature (about 400 ° C.) due to the temperature rise, the chip C is pressed with a predetermined pressing force.
Thereby, the bump B is bonded to the substrate P to which a required pressing force is applied. Meanwhile, the chuck for the chip C of the support mechanism 3 is released. The required pressing force to be applied to the bump B is, for example, about 200 gf when the diameter of the bump B is about 300 μm, and the pressing force to the chip C is times the number of the bumps B. It is sufficient that the time for pressing the chip C is about 5 seconds or more.
この後は、マウント・ヘッド1を上昇させてボンディ
ング作業を終了し、チップCは、第2図に示すように自
然冷却する。
Thereafter, the mounting operation is completed by raising the mount head 1 and the chip C is naturally cooled as shown in FIG.
かくして、金系のバンプBを用いながらチップCを劣
化させないフリップ・チップ・ボンディングを行うこと
ができる。然も従来例の真空吸引孔13を有しないので、
チップCの加熱が従来例の場合よりも全面に対してより
均一である。
Thus, flip-chip bonding that does not deteriorate the chip C can be performed while using the gold-based bump B. Of course, because it does not have the vacuum suction hole 13 of the conventional example,
The heating of the chip C is more uniform over the entire surface than in the conventional example.
この実施例では、H1またはH2で示されるギャップ寸法
を変化させるのに、ヒート・ツール2を移動させたが、
その代わりに支持機構3を移動させても良い。その場合
は、支持機構3の移動分をマウント・ヘッド1の移動で
補償する必要がある。
In this embodiment, for varying the gap dimension indicated by H 1 or H 2, but moves the heat tool 2,
Instead, the support mechanism 3 may be moved. In that case, it is necessary to compensate for the movement of the support mechanism 3 by the movement of the mount head 1.
また、このようなボンディングは、マウント・ヘッド
1に支持機構3を具えなくともヒート・ツール2の作動
を上記と同様にすることにより可能である。その場合
は、マウント・ヘッド1の重量が軽くなる利点がある
が、支持機構3を具えてチップCを搬送し基板P上でチ
ップCの横ずれを防止するマウント・ヘッド1の代わり
として、チップCに対する搬送と横ずれ防止を行う別途
の機構が必要である。
Such bonding can be performed by operating the heat tool 2 in the same manner as described above without providing the mounting mechanism 1 with the support mechanism 3. In that case, there is an advantage that the weight of the mount head 1 is reduced. However, instead of the mount head 1 which includes the support mechanism 3 to transport the chip C and prevent the chip C from laterally displacing on the substrate P, the chip C A separate mechanism for transporting and preventing lateral displacement is required.
なお、上述から容易に理解できるようにこの方法にお
いては、バンプBが金系のものに限定されるものではな
く、また、ヒート・ツールの温度、H1またはH2で示され
るギャップ寸法、予備加熱のステップ数などが実施例に
限定されるものではない。
Incidentally, in this process so that it can be easily understood from the above, and not bump B is limited to the gold-based, also, the gap dimension which the temperature, represented by H 1 or H 2 of the heat tool, preliminary The number of heating steps is not limited to the embodiment.
〔発明の効果〕〔The invention's effect〕
以上説明したように本発明の構成によれば、半導体装
置の製造におけるフリップ・チップ・ボンディングの方
法及びその装置に関して、バンプが所要加熱温度の高い
ものである場合に、チップを劣化させないようにチップ
がヒート・ツールに接触する際の相互間の温度差が過大
にならないようにし、然も、ヒート・ツールを具えるマ
ウント・ヘッドの重量が過大にならないようにすること
ができて、金系バンプの採用に応えながら的確なボンデ
ィングの実施を可能にさせる効果がある。
As described above, according to the configuration of the present invention, a method and apparatus for flip chip bonding in the manufacture of a semiconductor device are designed to prevent the chip from deteriorating when the bump has a high required heating temperature. The temperature difference between them when they come into contact with the heating tool is not excessive, and the weight of the mounting head with the heating tool is not excessive; Has the effect of enabling accurate bonding to be performed while responding to the adoption of.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
第1図(a)〜(e)は実施例を説明する側面図、 第2図は実施例におけるチップの温度経過を示す温度特
性図、 第3図(a)〜(c)は従来例を説明する側面図、 第4図は従来例におけるチップの温度経過を示す温度特
性図、 第5図はTABのパルス・ヒート方式を説明する側面図、 である。 図において、 1、11はマウント・ヘッド、 21はボンディング・ヘッド、 2、12、22はヒート・ツール、 3は支持機構、 13は真空吸着孔、 4、14、24はヘッド基部、 5、15、25はヘッド駆動部、 Cはフリップ・チップ、 Bはバンプ、 Pは基板、 Lはリード、 H1、H2はギャップ寸法、 である。
1 (a) to 1 (e) are side views for explaining an embodiment, FIG. 2 is a temperature characteristic diagram showing temperature progress of a chip in the embodiment, and FIGS. 3 (a) to 3 (c) are conventional examples. FIG. 4 is a temperature characteristic diagram showing temperature progress of a chip in a conventional example, and FIG. 5 is a side view explaining a pulse heating method of TAB. In the figure, 1, 11 is a mount head, 21 is a bonding head, 2, 12, 22 is a heat tool, 3 is a support mechanism, 13 is a vacuum suction hole, 4, 14, 24 is a head base, 5, 15 , 25 is a head driving unit, C is a flip chip, B is a bump, P is a substrate, L is a lead, and H 1 and H 2 are gap dimensions.

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】半導体装置の製造におけるフリップ・チッ
    プ・ボンディングを行うに際して、 先端面がフリップ・チップの裏面に面接触可能でほぼ一
    定の温度に加熱されたヒート・ツールを用い、 該チップの裏面と該ツールの先端面との間にギャップを
    おいて該ツールからの輻射熱により該チップを予熱加熱
    する工程と、 予備加熱された該チップの裏面に該ツールの先端面を当
    接させて該チップを介し該チップ表面のバンプを所定の
    温度に加熱する工程と、 該ツールの先端面で該チップの裏面を押圧して該バンプ
    に所要押圧力を与える工程とを有して、 前記ボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
    When performing flip chip bonding in the manufacture of a semiconductor device, using a heat tool heated to a substantially constant temperature so that the front end surface can make surface contact with the back surface of the flip chip, Preheating the tip by radiant heat from the tool with a gap between the tip and the tip end face of the tool; and contacting the tip end face of the tool with the backside of the preheated tip to insert the tip. The step of heating the bumps on the chip surface to a predetermined temperature through a step of pressing the back surface of the chip with the tip end surface of the tool to apply a required pressing force to the bumps, thereby performing the bonding. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
  2. 【請求項2】フリップ・チップ・ボンディングを行う装
    置であって、 マウント・ヘッドを有し、該マウント・ヘッドは、 先端面がフリップ・チップの裏面に面接触可能でほぼ一
    定の温度に加熱されるヒート・ツールと、フリップ・チ
    ップの対向側面を挟んで該チップを該ツールの先端面の
    前方で該先端面に平行に支持する支持機構とを具え、 且つ、該ツールまたは該支持機構が、該チップと該ツー
    ルとの間のギャップ寸法を変化させる方向に移動可能で
    あることを特徴とする半導体装置の製造装置。
    2. An apparatus for performing flip chip bonding, comprising a mount head, wherein the mount head is heated to a substantially constant temperature so that a front end surface can make surface contact with a back surface of the flip chip. A heat tool, and a support mechanism for supporting the chip in front of the front end face of the tool in parallel with the front end face across the opposite side face of the flip chip, and wherein the tool or the support mechanism comprises: An apparatus for manufacturing a semiconductor device, which is movable in a direction in which a gap dimension between the chip and the tool is changed.
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