JP2793766B2 - 導電ペースト転写方法 - Google Patents

導電ペースト転写方法

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JP2793766B2
JP2793766B2 JP5329448A JP32944893A JP2793766B2 JP 2793766 B2 JP2793766 B2 JP 2793766B2 JP 5329448 A JP5329448 A JP 5329448A JP 32944893 A JP32944893 A JP 32944893A JP 2793766 B2 JP2793766 B2 JP 2793766B2
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groove
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電ペースト転写方法
に関し、特に、フリップチップボンディングのために形
成されるバンプ電極への導電ペースト転写方法に関す
る。
【0002】フリップチップボンディングの際に、チッ
プ側のバンプ電極と実装基板側の(ボンディング)パッ
ドとの間の接続部の信頼性を高めるために、予めバンプ
電極側に導電ペーストを形成することが行なわれる。
【0003】
【従来の技術】図7は従来技術説明図であり、従来のフ
リップチップボンディングにおける導電(性)ペースト
(の層)の形成プロセスを示す。
【0004】図7(A)において、まず、トランジスタ
等を形成した(半導体)チップ101に金等からなるバ
ンプ電極102を形成する。バンプ電極102は、トラ
ンジスタ等の形成された回路面(主面)上に、ワイヤボ
ンディングを利用して形成される。このため、バンプ電
極102は、その略中央に突起部102Aを有する。
【0005】一方、(サブストレート)ステージ104
上に、平坦性の良いレベリング板103が用意される。
チップ101はレベリング板103に対向させられる。
次に、図7(B)に示す如く、チップ101がレベリン
グ板103に押し当てられる。これにより、突起部10
2Aが良好に平坦化された(解消された)バンプ電極1
05が得られる。
【0006】次に、図7(C)に示す如く、チップ10
1をレベリング板103から離した後、レベリング板1
03に代えて、導電ペースト107の塗布された他のレ
ベリング板106がステージ104上に載置される。導
電ペースト107は、平坦性の良い他のレベリング板1
06上の全面に、均一の厚さに塗布されている。
【0007】次に、図7(D)に示す如く、チップ10
1が導電ペースト107側へ押し当てられる。導電ペー
スト107は柔らかいので、バンプ電極105の平坦化
された上表面が他のレベリング板106の表面に当接す
る。
【0008】この状態で、チップ101を導電ペースト
107側から離すと、全くキュアされていない導電ペー
スト107は、バンプ電極102に付着し、図7(E)
に示す如く、その表面に略半球状の導電ペースト108
として残る。即ち、他のレベリング板106からチップ
101(のバンプ電極102)に転写される。
【0009】この後、導電ペースト108をプリキュア
して半硬化させた後、チップ101を(実装)基板にボ
ンディングする。即ち、バンプ電極105を基板上の
(ボンディング)パッドと接続する。導電ペースト10
8は、この接続の信頼性を高めるためのものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術によれ
ば、バンプ電極105への導電ペースト107(10
8)の転写のために、必ず、図7(B)に示すバンプ電
極105(102)のレベリング(平坦化)、図7
(C)に示す導電ペースト107の塗布された他のレベ
リング板106の供給(又は、レベリング板103への
導電ペースト107の塗布)、図7(D)に示す導電ペ
ースト107の転写という工程を行なう必要がある。従
って、このように、3工程を必要とするため、作業時間
が長くなってしまうという問題があった。更に、これら
の工程は、通常、フリップチップボンダを用いて行なわ
れるため、フリップチップボンダのスループットが低下
するという問題があった。
【0011】また、前述の従来技術によれば、導電ペー
スト107は他のレベリング板106(又はレベリング
板103)上の全面に塗布される。従って、導電ペース
ト107は、バンプ電極105への転写に必要な面積よ
りも極めて広く塗布されており、極めて無駄が多いとい
う問題があった。導電ペースト107は、通常、銀ペー
ストからなるので高価であるため、その消費量は少ない
ことが望ましい。
【0012】本発明は、工程を省略して作業時間を短縮
した導電ペースト転写方法を提供することを目的とす
る。また、本発明は、導電ペーストの消費量を低減した
導電ペースト転写方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】チップの所定領域に形成
され突起部を有するバンプ電極に対して、導電ペースト
を転写するために、転写ツールが用意される。転写ツー
ルは、バンプ電極の形成された所定領域に対応して形成
された溝であって、所定の深さを有し、平坦な底面を有
するものを備え、かつ、溝内に導電ペーストを充填して
なる。
【0014】チップのバンプ電極と転写ツールの溝とが
対応するように、チップと転写ツール3とが対向させら
れる。次に、バンプ電極の突起部が溝の底面に当接する
ようにチップが転写ツールに押し当てられる。
【0015】
【作用】本発明によれば、前述の如く、チップが転写ツ
ールに押し当てられることによって、突起部の平坦化さ
れたバンプ電極が形成されると共に、これに溝内の導電
ペーストが転写される。
【0016】即ち、バンプ電極の当接する溝の底面は平
坦である。そこで、チップを転写ツールに適切な力で押
し当てることにより、金等の柔らかい金属からなるバン
プ電極の突起部は平坦化される(解消される)。
【0017】また、バンプ電極は溝内の導電ペーストと
十分に大きな面積で接触する。そこで、未だキュアされ
ていない導電ペーストは、その濡れ性によりバンプ電極
に付着する。そして、チップを転写ツールから離した際
にも、バンプ電極に付着したまま残る。即ち、バンプ電
極に転写される。
【0018】このように、本発明によれば、チップを転
写ツールに1回押し当てるだけで、バンプ電極の平坦化
と導電ペーストの転写とを行なうことができるので、こ
の分工程を省略して作業時間を短くできる。更に、これ
により、従来はレベリング板103と他のレベリング板
106の2枚を別々に供給していたものを、転写ツール
を1枚だけ供給するようにできるので、この分工程を省
略して作業時間を短くできる。
【0019】また、本発明によれば、導電ペーストは、
従来の如く他のレベリング板106上の全面にではな
く、転写ツールの溝内のみに供給するのみでよい。転写
ツールの溝はバンプ電極の形成領域に対応する領域であ
るので、導電ペーストの量は、極く少量でよく、かつ、
無駄が少ない。これにより、導電ペーストの消費量を低
減することができる。
【0020】
【実施例】図1乃至図3は実施例説明図であって、チッ
プ1の所定領域に形成され突起部2Aを有するバンプ電
極2に対して、転写ツール3から導電ペースト7を転写
する導電ペースト転写方法を示す。
【0021】図1(A)に示す如く、突起部2Aを有す
るバンプ電極2を有するチップ1が用意される。チップ
1は、例えばシリコン単結晶からなるLSIチップであ
って、その主面1Aにはトランジスタ等の素子が形成さ
れている。チップ1の主面1A上に、複数のバンプ電極
2が形成される。
【0022】バンプ電極2は次のようにして形成され
る。まず、チップ1上のボンディングパッド(図示せ
ず)にワイヤボンダを用いて金のボールボンディングを
行なう。次に、ワイヤボンダのキャピラリの例えば横方
向への移動により、再結晶化したボール部分と金線との
境界部に応力を加えて切断する。これにより、バンプ電
極2が形成される。ボール部分がバンプ電極2であり、
金線との境界部が突起部2Aとして残る。
【0023】チップ1上において、バンプ電極2は図3
(A)に示す如く形成される。図3(A)はチップ1の
平面図であって、その主面1Aを示す。バンプ電極2は
チップ1の主面1A上の所定の領域1Bに形成される。
領域1Bはチップ1の主面1Aの外周に沿う例えば20
0μm程度の微細な幅d1の一点鎖線で囲まれた領域で
ある。チップ1は例えば10mm×10mmの大きさであ
る。
【0024】領域1Bの形状は、チップ1上のバンプ電
極2の大きさに依存して定まる。円形のバンプ電極2の
直径が例えば約200μmであるとすると、チップ1の
各辺において、その辺に並ぶ複数のバンプ電極2に共通
する2本の接線を引くことができる。これにより、各辺
において、幅約200μmで長さ約9.5mmの領域が定ま
り、結果として、領域1Bが定まる。
【0025】次に、図1(B)に示す如く、導電ペース
ト7を溝4に充填した転写ツール3が用意される。転写
ツール3の溝4は、その主面3Aに、バンプ電極2の形
成された領域1Bに対応した形状に形成される。主面3
Aにおける溝4の平面形状を図3(B)に示す。溝4
は、領域1Bと同一形状とされ、約200μm程度の微
細な幅の正方形又は長方形の溝とされる。
【0026】なお、溝4は、領域1Bと相似形であっ
て、溝4より幅広の形状であってもよい。即ち、溝4の
幅を、領域1Bの両側の各々に合わせ余裕を取った値と
してもよい。
【0027】転写ツール3の図3(B)におけるX−X
切断線に沿う断面は、図3(C)に示す形状となる。こ
の形状は、図1(B)に示す形状と対応する。溝4の底
面4Aは、バンプ電極2の突起部2Aを平坦化するため
に、平坦な形状とされる。このため、溝4の底面4A
は、転写ツール3の主面3Aに平行な平面とされ、か
つ、水平とされる。また、底面4Aの平坦性(平坦度)
は良好なものとされる。この平坦性実現のため、転写ツ
ール3の材料としては例えば金属が用いられ、その加工
方法としては例えばアディティブ法が用いられる。これ
により、微細な溝4を精度よく加工でき、底面4Aの平
坦度も良好とすることができる。
【0028】溝4の深さd2は、予め定められた所定の
深さとされる。溝4の深さd2は、レベリング高さ保持
用治具(以下、高さ用治具という)5の厚さd3と共
に、平坦化後のバンプ電極8の高さを規定する。なお、
溝4の深さd2は、結果として、溝4の平面形状と共
に、導電ペースト7の消費量をも規定することとなる。
【0029】転写ツール3の主面3Aは、水平で平坦度
の良好なものとされる。主面3Aにおいて、図3(B)
に示す如く、溝4の形成された領域以外、特にその内側
に、高さ用治具5が載置される。高さ用治具5は、チッ
プ1が転写ツール3に押し当てられた場合にこれらの間
の距離を所定の値に保つためのものであり、その平面形
状が図3(B)に点線で示す如くされた直方体からな
る。
【0030】高さ用治具5の厚さd3は、前述の如く、
溝4の深さd2と共に、平坦化後のバンプ電極8の高さ
を規定する。このため、高さ用治具5は、チップ1の主
面1Aと接触する。この時、チップ1のファイナルパシ
ベーション膜を損傷しないように、高さ用治具5は、少
なくともチップ1と接触する面が、弾性体、例えばゴム
等によって構成される。高さ用治具5は、転写ツール3
に設けられたエアー穴6を通してエアーを吸引すること
により、主面3Aに吸着される。
【0031】溝4内への導電ペースト7の充填は、例え
ばフィラーゲージ等を用いたスキージ法により行なわれ
る。これにより、導電ペースト7は溝4内にのみ塗布さ
れる。即ち、導電ペースト7は、溝4の全体に満たさ
れ、その表面は、図1(B)に示す如く、転写ツール3
の主面3Aと同一平面とされる。
【0032】導電ペーストは例えば銀ペーストからな
り、金のバンプ電極2に対して濡れ性のよい材料が選択
される。銀ペーストの如き高価な導電ペースト7を用い
ても、導電ペースト7は溝4内のみに塗布されるので、
その消費量が少なくてすみ、コスト低減に有効である。
【0033】チップ1と転写ツール3とは、図1(B)
に示す如く、互いに対向させられた状態で用意される。
このために、図5に示すフリップチップボンダ20が用
いられる。フリップチップボンダ20は、本来図4に示
すフリップチップボンディングを行なうためのものであ
るが、本実施例では、バンプ電極2の平坦化及び導電ペ
ースト7の塗布工程を行なうためにも用いられる。
【0034】図5において、フリップチップボンダ20
は、サブストレートステージ24と、ワッフルパックス
テージ22と、ピックアップツールステージ26とを備
える。サブストレートステージ24及びワッフルパック
ステージ22は、各々、ベース21上にレール25及び
23を介して設けられ、Y方向(紙面に垂直な方向)に
移動可能とされる。ピックアップツールステージ26
は、レール28に取付けられてX方向(図の左右方向)
に移動可能とされると共に、Z方向(図の上下方向)及
びθ方向(Z軸を中心とする回転方向)に可動なボンデ
ィングヘッド27を備える。
【0035】チップ1は、ワッフルパックステージ22
上に(ワッフルパックに収納された状態で)、主面1A
即ちバンプ電極2を下側にして載置される。そして、ボ
ンディングヘッド27によりこの状態で吸着されて、サ
ブストレートステージ24上に搬送され、主面1Aが転
写ツール3と図1(B)の如くに対向させられる。
【0036】一方、転写ツール3は、本実施例では、フ
リップチップボンダ20の特にサブストレートステージ
24と一体に形成される。即ち、サブストレートステー
ジ24(の主面)が転写ツール3(の主面3A)として
用いられ、この主面3Aに予め溝4Aが設けられる。導
電ペースト7は、例えばチップ1がボンディングヘッド
27に吸着されてサブストレートステージ24上に達す
る以前に、前述の方法により溝4内のみに塗布される。
【0037】また、サブストレートステージ24上には
高さ用治具5が載置される。高さ用治具5は、本来図4
に示す如く基板10を吸着するためのエアー穴6を用い
て吸着される。従って、エアー穴6は、サブストレート
ステージ24の備えるものをそのまま用いることができ
る。高さ用治具5も、例えばチップ1がボンディングヘ
ッド27に吸着されてサブストレートステージ24上に
達する以前に、載置され吸着される。
【0038】サブストレートステージ24は、本来基板
10を載置するために、その主面(3A)の平坦度は優
れている。従って、これに対して溝4を前述の方法によ
り加工することにより、その底面4Aの平坦度も優れた
ものとすることができる。
【0039】また、サブストレートステージ24は、チ
ップ1と基板10とのフリップチップボンディングのた
めのハーフミラー等の位置合わせ手段(図示せず)を備
える。この位置合わせ手段を用いることにより、図1
(B)に示す如く、微細なバンプ電極2と溝4とを精密
に位置合わせすることができる。
【0040】次に、図2(A)に示す如く、チップ1が
転写ツール3であるサブストレートステージ24に押し
当てられる。即ち、先端にチップ1を吸着したボンディ
ングヘッド27がZ方向にゆっくりと下降する。これに
より、まず、バンプ電極2の突起部2Aが導電ペースト
7を通り溝4の底面4Aに当接する。更にボンディング
ヘッド27が下降すると、柔らかい金からなるバンプ電
極2の突起部2Aが押しつぶされ、底面4Aに従う平坦
な形状のバンプ電極8とされる。
【0041】ボンディングヘッド27即ちチップ1の下
降は、チップ1の主面1Aが高さ用治具5に当接した時
点で、停止する。従って、バンプ電極8の高さは、溝4
の深さd2と高さ用治具5の厚さd3との和となる。な
お、実際は、バンプ電極2の高さは必ずしもd2+d3
に一致しない。
【0042】バンプ電極8の高さは、値d2とd3とを
適切な値に設定することによって、所望の値に調整する
ことができる。ここで、値d3は、図2(A)から判る
ように、バンプ電極8のボール部分の高さに相当する値
とすることが望ましい。また、値d2は、図2(A)か
ら判るように、バンプ電極2の突起部2Aを押しつぶし
て形成した平坦部の高さに相当する値とすることが望ま
しい。
【0043】これらの値d2及びd3は、バンプ電極8
(2)の大きさから経験的に求めることができる。従っ
て、深さd2の溝4を予め形成することができ、また、
厚さd3の高さ用治具5を予め用意することができる。
【0044】なお、転写ツール3であるサブストレート
ステージ24に、その幅d1や深さd2の異なる複数の
溝を設けておき、種々のチップ1に対応しうるようにし
てもよい。また、厚さd3の異なる複数の高さ用治具5
を用意しておき、種々のチップ1に対応しうるようにし
てもよい。
【0045】次に、図2(B)に示す如く、ボンディン
グヘッド27がZ方向に上昇し、チップ1が転写ツール
3であるサブストレートステージ24から引き離され
る。この結果、チップ1側においては、平坦化されたバ
ンプ電極8に、導電ペースト7がその濡れ性により付着
する。付着した導電ペースト7は、未だキュアされてい
ないので、流動性を有している。そこで、付着した導電
ペースト7は、その流動性と自重とにより、図2(B)
に示す如く、略半球状の導電ペースト(の層)9とな
る。
【0046】以上により、バンプ電極8(2)の平坦化
及び導電ペースト9(7)のバンプ電極8への塗布(転
写)を1回の工程で行なうことができる。なお、転写ツ
ール3についても、サブストレートステージ24を転写
ツール3として用いることにより、従来のレベリング板
103や他のレベリング板106の供給を全く省略する
ことができ、導電ペースト7を溝4内に塗布するのみ
で、転写ツール3を用意できる。
【0047】一方、転写ツール3であるサブストレート
ステージ24側においては、溝4内にあった導電ペース
ト7のうち、バンプ電極8(2)に接した近傍の部分が
バンプ電極8に付着するため、その部分が欠落した状態
となる。即ち、当該部分がバンプ電極8に転写される。
【0048】この後、図4に示す如く、フリップチップ
ボンダ20を用いてチップ1が基板10にフリップチッ
プボンディングされる。まず、これに先立って、図2
(B)において転写ツール3であるサブストレートステ
ージ24上からこれに吸着されていた高さ用治具5を取
り除く。このために、エアー穴6からのエアーの吸引が
停止される。
【0049】また、チップ1において、バンプ電極8に
転写された導電ペースト9をプリキュアして、半硬化さ
せる。この状態で、まず、図4(A)に示す如く、サブ
ストレートステージ24上に基板10が供給され、エア
ー穴16からのエアーの吸引により吸着される。
【0050】基板10は例えばガラス繊維入りのエポキ
シ樹脂基板からなり、その主面10Aにパッド11が形
成されている。パッド11は例えば銅配線上に金メッキ
をしてなる。パッド11はバンプ電極8の各々に対応し
て設けられる。
【0051】基板10の主面10Aにおいて、パッド1
1の形成された領域(領域1Bに対応する)の内側に、
熱硬化性樹脂12が印刷により厚く塗布されている。熱
硬化性樹脂12は、例えばエポキシ樹脂からなり、チッ
プ1と基板10とを接着するためのものである。
【0052】次に、チップ1と基板10との間にハーフ
ミラーを挿入し、これに映るチップ1と基板10の像を
オプティカルプローブを介して取り出す。そして、これ
らの像により、ボンディングヘッド27等を移動させ
て、図4(A)の如く、チップ1と基板10とを位置合
わせする。
【0053】次に、図4(B)に示す如く、チップ1を
基板10にフリップチップ(フェイス(ダウン))ボン
ディングする。まず、ボンディングヘッド27をZ方向
に下降させ、バンプ電極8の平坦部がパッド11に当接
した時点で下降を停止する。これにより、半硬化した導
電ペースト9が、バンプ電極8とパッド11との間から
押し出され、バンプ電極8の平坦部の周囲のパッド11
上を囲むようにされる。即ち、導電ペースト9はバンプ
電極8とパッド11との接続部を囲むようにされる。
【0054】また、チップ1の下降により、基板10上
の熱硬化性樹脂12が押しつぶされてチップ1と基板と
の間の略全面に広がり熱硬化性樹脂14とされる。この
後、適当に加圧及び加熱を行なうことにより、バンプ電
極8とパッド11とを接続し、導電ペースト9をキュア
し、熱硬化性樹脂14を硬化させる。キュアされて硬化
した導電ペースト9により、バンプ電極8とパッド11
との接続部が、熱サイクルによる剪断等から保護され
る。また、硬化した熱硬化性樹脂14により、チップ1
と基板10とが接続される。
【0055】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明はその主旨に従い種々変形可能である。図6は本
発明の他の実施例を示し、転写ツール3をサブストレー
トステージ24とは別に形成すると共に、転写ツール3
と高さ用治具5とを一体に形成した例を示す。
【0056】この実施例では、転写ツール3は、サブス
トレートステージ24とは別に形成され、フリップチッ
プボンダ20のサブストレートステージ24上に載置さ
れ、エアー穴6からのエアーの吸引により吸着される。
なお、転写ツール3は、サブストレートステージ24と
同様の材料、例えば金属等からなる。
【0057】転写ツール3を独立に形成することによ
り、サブストレートステージ24に溝4を加工する必要
がなくなる。また、溝4の幅d1や深さd2を種々の値
に設定した転写ツール3を用意しておくことにより、転
写ツール3を交換するのみで種々のチップ1に対応でき
る。この場合、サブストレートステージ24への溝4の
加工には限度があるので、転写ツール3の種類を増し
て、より多くの種類のチップに対応できる。
【0058】また、この実施例では、転写ツール3は高
さ用治具5と一体に形成される。即ち、転写ツール3
は、その略中央に形成された凸部からなる高さ用治具5
を有する。
【0059】これにより、溝4の深さd2と高さ用治具
5の厚さd3とを一体に管理でき、バンプ電極8の高さ
を一元的に決定できる。また、厚さd3を種々の値に設
定した転写ツール3を用意しておくことにより、転写ツ
ール3を交換するのみで種々のチップ1に対応すること
ができる。なお、サブストレートステージ24上に転写
ツール3を供給する工程が必要となるが、高さ用治具5
を供給する工程が不要となるので、工程増はない。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フリップチップボンディングにおけるバンプ電極への導
電ペーストの転写において、底面が平坦な溝内に導電ペ
ーストを充填した転写ツールを用いることにより、1回
の工程でチップ上のバンプ電極の突起部の平坦化とバン
プ電極への導電ペーストの転写を行なうことができるの
で、工程数を低減して作業時間を短縮することができ、
また、導電ペーストが溝内のみに塗布されるので、その
消費量を低減して、コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例説明図である。
【図2】実施例説明図である。
【図3】実施例説明図である。
【図4】実施例説明図である。
【図5】フリップチップボンダ説明図である。
【図6】他の実施例説明図である。
【図7】従来技術説明図である。
【符号の説明】
1 チップ 2 バンプ電極 3 転写ツール 4 溝 5 レベリング高さ保持用治具 6 エアー穴 7 導電ペースト 8 バンプ電極 9 導電ペースト 10 基板 11 パッド 12 熱硬化性樹脂 13 導電ペースト 14 熱硬化性樹脂
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60 311 H01L 21/92 604

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チップ(1)の所定領域に形成され突起
    部(2A)を有するバンプ電極(2)に対して、転写ツ
    ール(3)から導電ペースト(7)を転写する導電ペー
    スト転写方法であって、 前記転写ツール(3)は、前記バンプ電極(2)の形成
    された所定領域に対応して形成された溝(4)であっ
    て、所定の深さを有し、平坦な底面(4A)を有するも
    のを備え、かつ、前記溝(4)内に前記導電ペースト
    (7)を充填してなり、 前記チップ(1)のバンプ電極(2)と前記転写ツール
    (3)の溝(4)とが対応するように前記チップ(1)
    と転写ツール(3)とを対向させ、 前記バンプ電極(2)の突起部(2A)が前記溝(4)
    の底面(4A)に当接するように前記チップ(1)を前
    記転写ツール(3)に押し当て、前記突起部(2A)の
    平坦化されたバンプ電極(8)を形成すると共に、これ
    に前記溝(4)内の導電ペースト(7)を転写すること
    を特徴とする導電ペースト転写方法。
  2. 【請求項2】 前記転写ツール(3)は、前記溝(4)
    の形成された領域以外の領域に設けられ、前記チップ
    (1)を当該転写ツール(3)に押し当てる場合にこれ
    らの間の距離を所定の値に保つためのレベリング高さ保
    持用治具(5)を備えることを特徴とする請求項1に記
    載の導電ペースト転写方法。
  3. 【請求項3】 前記転写ツール(3)は前記レベリング
    高さ保持用治具(5)と一体に形成され、フリップチッ
    プボンダ(20)の所定のステージ(24)上に載置さ
    れることを特徴とする請求項2に記載の導電ペースト転
    写方法。
  4. 【請求項4】 前記転写ツール(3)は、フリップチッ
    プボンダ(20)の所定のステージ(24)と一体に形
    成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の導電ペースト転写方法。
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