JP3265389B2 - 転写用バンプ保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路素子を
モジュール基板などの構造体に実装するバンプボールを
半導体集積回路素子の電極に転写するために使用する転
写用バンプ保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路素子（以下、単に
ＬＳＩチップという）などをマルチチップモジュール化
することによってシステムを低コスト化、小型化する開
発が進められている。このため、ＬＳＩチップをモジュ
ール基板に実装する技術は多くの研究開発がなされてい
る。

【０００３】従来では、ＬＳＩチップ上面の周辺部分に
形成された電極とモジュール基板の配線パターンとをワ
イヤを介して接続する手法が主流であった。しかし、こ
の手法では、ワイヤどうしの干渉を避けなければならな
いことからワイヤ本数に制約があるため、電極数を増や
して多ピン化を図ることができないという不具合があっ
た。

【０００４】この不具合を解消できる実装手法として、
ＬＳＩチップ上のランダムな位置に電極を配設できるエ
リアバンプ法が提案されるようになってきた。このエリ
アバンプ法では、ＬＳＩチップの電極上にボール状のバ
ンプを設け、このバンプをモジュール基板の配線パター
ンに接続することによりＬＳＩチップをモジュール基板
に表面実装していた。このエリアバンプ法は、ワイヤを
ＬＳＩチップから引き出す手法に較べ、電極数を増やせ
ることや電気抵抗を低減できるなどの利点がある。

【０００５】前記バンプをＬＳＩチップの電極上に形成
する手法としては、スタッドバンプ法、リフトオフ法、
転写バンプ法などがある。前記スタッドバンプ法とは、
ワイヤをＬＳＩチップ上のパッドパターンの所定パッド
位置に接続し、その後切断してボール状に形成する手法
である。この手法は、バンプを所定パッド位置毎に形成
するために一括処理ではないので、電極数の増加に伴い
スループットが低下してしまう。その上、ワイヤを接続
する関係からＬＳＩチップに大きな荷重が加わってしま
うという欠点もあった。

【０００６】前記リフトオフ法とは、レジストマスクあ
るいはマスク板などを用いて所望のパッド位置にバンプ
を蒸着あるいは電解めっきなどにより形成する手法であ
る。この手法は、レジスト塗布、露光、現像、半田蒸着
あるいはめっき、リフローなどの工程があるために工程
が複雑になることと、形成されるバンプの歩留りが不安
定であることなどから信頼性が低いという欠点がある。

【０００７】前記転写バンプ法とは、バンプを予めＬＳ
Ｉチップとは別の保持板に保持させ、この保持板をＬＳ
Ｉチップに重ねるようにしてこの保持板からＬＳＩチッ
プに転写させる手法である。バンプを保持板に保持させ
るには次の二つの手法がある。 （１）バンプを保持板にリフトオフ法など何らかの加工
を施すことにより形成する。このとき、バンプをＬＳＩ
チップの個々のパッドと対応する位置に形成しておく。
そして、このバンプがＬＳＩチップのパッドに接触する
ようにして保持板をＬＳＩチップ上に重ね、その後、リ
フローなどにより加熱してバンプをＬＳＩチップに転写
する。 （２）保持板表面におけるＬＳＩチップのパッドと対応
する位置にバンプボール保持用凹部を形成し、この凹部
に空気吸引装置の空気吸込口を連通させる。そして、予
めボール状に形成されたバンプボールを前記バンプボー
ル保持用凹部に吸引により保持させる。その後、前記
（１）の手法と同様にしてバンプボールをＬＳＩチップ
に転写する。

【０００８】すなわち、このような転写バンプ法を採用
することによって、多数のバンプを一度にＬＳＩチップ
に設けることができる。その上、ＬＳＩチップに過大な
荷重が加わることがなく、（２）の手法を採れば、リフ
トオフ法によりレジストマスクを使用することに起因し
て生じる工程数増大および歩留り低下などの不具合をも
解消することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、バンプボー
ルを吸引により保持板に保持させる前記（２）の手法を
採る場合でも以下のような問題があった。すなわち、保
持板は転写時に加えられる熱に耐え、しかも加熱された
としてもバンプボールが接合されないような材料、例え
ば石英によって形成しなければならず材料費が高くな
る。その上、この保持板に、空気吸引装置に連通される
構造のバンプボール保持用凹部を多数形成するために特
殊な加工を施さなければならない。このため、保持板の
製造コストが高くなるとともに、製造に要する時間が長
くなってしまう。

【００１０】これに加えて、保持板にはＬＳＩチップの
パッド位置に対応するようにバンプボール保持用凹部を
形成しなければならないので、パッド位置が異なる品種
のＬＳＩチップに対しては使用することができない。こ
のため、ＬＳＩチップの品種毎に保持板を用意する必要
があるため、より一層コストが高くなってしまう。特
に、近年多く使用されているゲートアレイ型のＬＳＩチ
ップにおいては、基準のパッドパターンの配列から所望
の品種に対応した接続パターンを選択しており、品種毎
に保持板を形成しなければならないので、低コスト化を
図ることが強く要請されていた。

【００１１】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、少量多品種のＬＳＩチップに対し、
バンプボールを保持板に吸引により保持させる転写バン
プ法によってバンプボールを転写させるに当たり、コス
トが高くなるのを抑えることができるようにすることを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る転写用
バンプ保持装置は、バンプボール保持用凹部が多数並設
された保持板本体と、半導体素子のバンプ転写位置と対
応する部位にバンプボール位置決め穴が開口されたマス
ク板と、これらの保持板本体とマスク板とを密接させて
支持する支持枠とから保持板を構成したものである。

【００１３】第２の発明に係る転写用バンプ保持装置
は、第１の発明に係る転写用バンプ保持装置において、
保持板本体に形成するバンプボール保持用凹部を、半導
体素子の全ての外部接続用電極と対応する位置に形成し
たものである。

【００１４】第３の発明に係る転写用バンプ保持装置
は、第１の発明または第２に発明に係る転写用バンプ保
持装置において、支持枠を、少なくともマスク板を出し
入れ自在な構造としたものである。

【００１５】

【作用】第１の発明によれば、保持板本体の多数のバン
プボール保持用凹部のうち半導体素子のバンプ転写位置
と対応する凹部はマスク板のバンプボール位置決め穴を
介して開放され、バンプ転写位置と対応しない凹部はマ
スク板によって閉塞されるから、マスク板のバンプボー
ル位置決め穴の位置によってバンプボール保持位置が決
定されることになる。このため、半導体素子の品種毎に
形成するのはマスク板のみでよい。マスク板は、バンプ
ボールを保持しないために石英などに較べて耐熱性、バ
ンプボールの非接合性および剛性が低い安価な材料によ
って形成することができる。

【００１６】第２の発明によれば、半導体素子のバンプ
転写位置が複数箇所にわたって連続しているときには、
マスク板のバンプボール位置決め穴は複数のバンプボー
ル保持用凹部が露出するように開口させればよい。

【００１７】第３の発明によれば、支持枠を自動転写装
置の移載機構部などに固定したとしても、半導体素子の
品種が変わったときには保持板本体を支持枠から外すこ
となくマスク板のみを交換することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図４に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係る転写用バン
プ保持装置の斜視図、図２は同じく断面図で、同図はマ
スク板着脱方向とは直交する方向に沿って破断した状態
で描いてある。図３は保持板本体およびＬＳＩチップの
平面図で、同図（ａ）が保持板本体を示し、同図（ｂ）
がＬＳＩチップを示している。なお、同図（ａ）に示し
た保持板本体は、ＬＳＩチップと対応する部分のみを描
いてある。図４はマスク板を保持板本体に重ねた状態で
の平面図である。

【００１９】これらの図において、１はこの実施例によ
る転写用バンプ保持装置である。この転写用バンプ保持
装置１は、平面視長方形の板状に形成した保持板本体２
と、この保持板本体２上に重ね合わせたマスク板３と、
これら保持板本体２およびマスク板３を両者が密接する
ように支持する支持枠４とから構成している。この支持
枠４は、金属によって形成されて前記保持板本体２およ
びマスク板３の三方を囲む構造になっており、保持板本
体２の下面を支承する支承板４ａを下部に突設するとと
もに、前記マスク板３の側部が摺動自在に嵌合するガイ
ド溝４ｂを形成している。すなわち、マスク板３は支持
枠４に対して出し入れ自在になっている。

【００２０】また、この支持枠４の下部には、図２に示
すようにカバー５が前記支承板４ａの下面に密着させて
固定してある。このカバー５は、前記保持板本体２の下
面との間に空気室Ａを形成する構造になっており、下部
に前記空気室Ａに連通する空気出口部５ａを設けてい
る。この空気出口部５ａに図示していない空気吸引装置
を接続することによって、前記空気室Ａ内の空気が図中
の矢印で示すように空気出口部５ａを介して排出される
ことになる。

【００２１】前記保持板本体２は、本実施例では石英に
よって形成し、マスク板３側となる上面に図２および図
３（ａ）に示すように平面視円形のバンプボール保持用
凹部６を多数形成している。この凹部６は、図３（ｂ）
に示すＬＳＩチップ７の外部接続用電極としてのパッド
７ａと対応する位置毎に形成しており、図２に示すよう
に、保持板本体２を上下に貫通する空気穴８を介して各
々前記空気室Ａに連通する構造になっている。また、こ
の凹部６は、石英材製保持板本体２に機械加工を施すこ
とによって開口径が約１００μｍとなりかつ断面が矩形
となるように形成している。なお、保持板本体２の厚み
は約２mmである。

【００２２】前記ＬＳＩチップ７はゲートアレイ型のも
のであり、多数形成されたパッド７ａの接続パターンに
応じてその品種が決定される構造になっている。すなわ
ち、一つのＬＳＩチップ７であっても、異なるパッド７
ａをモジュール基板（図示せず）に接続することによっ
て品種が異なるようになる。なお、このＬＳＩチップ７
は長手方向の寸法Ｌが１５mm以下のものである。

【００２３】前記マスク板３は、本実施例ではプラスチ
ックによって形成しており、前記ＬＳＩチップ７の多数
のパッド７ａのうちモジュール基板に接続するパッド７
ａと対応する部位、換言すればバンプ転写位置と対応す
る部位に、図１に示すようにバンプボール位置決め穴９
を開口させている。なお、このマスク板３の材料となる
プラスチックとしては、１００℃〜２００℃の温度に耐
えることができるような熱可塑性プラスチックなど安価
なものを採用した。前記バンプボール位置決め穴９は、
本実施例では開口形状を平面視正方形としている。ま
た、このバンプボール位置決め穴９をマスク板３に開口
させるに当たっては、本実施例ではレーザー加工によっ
て行った。さらに、バンプボール位置決め穴９の開口形
状は、本実施例の正方形に限らず円形など適宜変更でき
る。

【００２４】なお、図２においてバンプボール位置決め
穴９内に位置する符号１０で示すものはバンプボール
で、このバンプボール１０は、従来の転写バンプ法で用
いるものと同等のものである。

【００２５】次に、上述したように構成した転写用バン
プ保持装置１を用いてバンプボール１０をＬＳＩチップ
７のパッド７ａに転写する手法について説明する。先
ず、図１に示すように支持枠４に保持板本体２および予
めバンプボール位置決め穴９が開口されたマスク板３を
装着する。このとき、保持板本体２を支持枠４の支承板
４ａに支承させるとともに、マスク板３を支持枠４のガ
イド溝４ｂに嵌合させ、保持板本体２の上面にマスク板
３の下面を密接させる。なお、保持板本体２は、凹部６
の開口側がマスク板３側となるように装着する。

【００２６】このように保持板本体２の上面にマスク板
３を重ねると、図２に示すように、保持板本体２の多数
の凹部６のうちマスク板３のバンプボール位置決め穴９
と対応する位置にある凹部６はマスク板３を介して上方
に向けて開放し、バンプボール位置決め穴９が開口され
ていない位置にある凹部６はマスク板３によって開口部
が閉塞される。

【００２７】すなわち、図４に示すように、保持板本体
２の上面にマスク板３を重ねた状態で上方から見ると、
バンプボール位置決め穴９の下方に凹部６が露出する。
なお、図４に示したマスク板３は、図１に示したマスク
板３とは適合するＬＳＩチップの品種が異なるものであ
り、バンプボール位置決め穴９の開口位置および数量が
異なっている。

【００２８】その後、空気吸引装置を始動させる。空気
吸引装置が始動すると、マスク板３の上方の空気がバン
プボール位置決め穴９→凹部６内→空気穴８→空気室Ａ
→接続部５ａという空気吸引系によって空気吸引装置に
吸入される。この状態でマスク板３上にバンプボール１
０を散在させると、図２に示すようにバンプボール１０
がバンプボール位置決め穴９と対応する凹部６に吸着さ
れる。このとき、バンプボール１０は上半部がマスク板
３より上方に突出する。言い換えれば、凹部６の深さ寸
法およびマスク板３の厚みは、上述したようにバンプボ
ール１０を吸着させた状態でバンプボール１０の上半部
がマスク板３上に突出するような寸法に設定している。

【００２９】このようにバンプボール１０を吸着させた
後、支持枠４を傾斜させることなどによって、マスク板
３上に吸着されずに散在している残りのバンプボール１
０を排除する。これにより必要なバンプボール１０のみ
がこの保持装置１に保持される。しかる後、この保持装
置１を、予め保持台（図示せず）などに保持固定された
ＬＳＩチップ７のパッド形成面にマスク板３の上面を対
向させるようにしてバンプボール１０をＬＳＩチップ７
のパッド７ａに対接させる。この重ね工程では、転写用
バンプ保持装置１の目標ＬＳＩチップ位置（図１および
図４中に二点鎖線で示す）をＬＳＩチップ７に対して正
確に位置決めした状態で行う。なお、この重ね工程で
は、自動転写装置の移載機構部に転写用バンプ保持装置
１を装着し、自動で行うこともできる。

【００３０】しかる後、従来と同様の手法によりＬＳＩ
チップ７を例えばホットプレート式加熱装置などに載置
させることによってバンプボール１０を加熱し、ＬＳＩ
チップ７のパッド７ａに接合する。接合後、空気吸引装
置を停止させ、転写用バンプ保持装置１をＬＳＩチップ
７から離間させる。これによりバンプボール１０を転写
する全工程が終了する。

【００３１】ＬＳＩチップ７の品種が変わったときに
は、マスク板３を支持枠４からガイド溝４ｂに沿って摺
動させて引き出し、ＬＳＩチップ７の品種に適合する別
のマスク板３を支持枠４に装着する。これによって、品
種の異なるＬＳＩチップにも一種類の保持板本体２を使
用してバンプボール１０を転写することができる。な
お、このときに支持枠４が自動転写装置の移載機構部な
どに固定したあったとしても、支持枠４はマスク板３を
出し入れ自在な構造であるから、保持板本体２を支持枠
４から外すことなくマスク板３のみを交換することがで
きる。

【００３２】したがって、本実施例で示した転写用バン
プ保持装置１によれば、保持板本体２の多数の凹部６の
うちＬＳＩチップ７のバンプ転写位置と対応する凹部６
はマスク板３のバンプボール位置決め穴９を介して開放
され、バンプ転写位置と対応しない凹部６はマスク板３
によって閉塞されるから、マスク板３のバンプボール位
置決め穴９の位置によってバンプボール保持位置が決定
されることになる。このため、バンプボール１０を一括
に保持して転写するに当たって、ＬＳＩチップ７の品種
毎に形成するのはマスク板３のみでよい。

【００３３】なお、前記実施例ではＬＳＩチップ７のバ
ンプ転写位置毎（保持板本体２の凹部６毎）にバンプボ
ール位置決め穴９を開口させた例を示したが、ＬＳＩチ
ップ７のバンプ転写位置が複数箇所にわたって連続して
いる場合には、このバンプボール位置決め穴９は図５に
示すように形成することもできる。図５はバンプボール
位置決め穴の形状を変えたマスク板の他の実施例を示す
図で、同図は前記図４と同様に保持板本体にマスク板を
重ねた状態で描いてある。同図に示したマスク板３のバ
ンプボール位置決め穴９は、複数の凹部６が露出するよ
うに前記実施例に較べて大きく開口させている。

【００３４】このようにバンプボール位置決め穴９を大
きく開口させてもバンプボールを所望の位置に保持でき
るのは、保持板本体２の凹部６をＬＳＩチップ７の個々
のパッド７ａと対応する位置に形成しているからであ
る。

【００３５】また、上述した実施例では保持板本体２の
凹部６を機械加工によって形成した例を示したが、この
凹部６はＬＳＩのパターニング手法を応用してリソグラ
フィ技術を用いて形成することもできる。すなわち、こ
の場合には、レジストマスクを保持板本体２の母材上に
形成し、フッ酸により前記母材をエッチングすることに
よって凹部６を形成する。

【００３６】このようにリソグラフィ技術を用いると微
細加工が可能になるので、凹部６の開口径を約１０μｍ
程度まで狭めることができる。これにより、前記実施例
で用いたバンプボールより小径のバンプボールを使用で
きるようになるから、ＬＳＩチップに形成するパッドの
数量をさらに増やし実装密度をより一層高めることがで
きる。

【００３７】さらに、上述した実施例では保持板本体２
の凹部６を個々のパッド７ａと対応するように形成した
が、本発明はこのような限定にとらわれることなく、凹
部６はパッド７ａより多く形成することもでき、形成範
囲もＬＳＩチップ７の外形と対応する範囲より拡げるこ
とができる。このようにすることにより、ゲートアレイ
型ＬＳＩチップとは別の種類のＬＳＩチップにもバンプ
ボールを転写することができるようになる。しかも、凹
部６の断面形状も前記実施例で示した矩形状に限らず、
下方に向けて次第に細くなる円錐型など、バンプボール
１０を保持できかつ保持板本体２の下面側から吸引する
ことができる形状であれば、どのような形状に形成して
も同等の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係る転
写用バンプ保持装置は、バンプボール保持用凹部が多数
並設された保持板本体と、半導体素子のバンプ転写位置
と対応する部位にバンプボール位置決め穴が開口された
マスク板と、これらの保持板本体とマスク板とを密接さ
せて支持する支持枠とから保持板を構成したため、保持
板本体の多数のバンプボール保持用凹部のうち半導体素
子のバンプ転写位置と対応する凹部はマスク板のバンプ
ボール位置決め穴を介して開放され、バンプ転写位置と
対応しない凹部はマスク板によって閉塞されるから、マ
スク板のバンプボール位置決め穴の位置によってバンプ
ボール保持位置が決定されることになる。

【００３９】このため、半導体素子の品種毎に形成する
のはマスク板のみでよい。なお、マスク板は、バンプボ
ールを保持しないために石英などに較べて耐熱性、バン
プボールの非接合性および剛性が低い安価な材料によっ
て形成することができる。したがって、少量多品種の半
導体素子にバンプを転写するに当たり、耐熱性およびバ
ンプボールの非接合性の高い材料からなりバンプボール
保持用凹部が多数形成されて高価になる保持板本体を１
種類のみ形成するだけでよいから、コストダウンを図る
ことができる。その上、品種毎に形成するマスク板は加
工性が高いので短時間に製造できるから、半導体素子の
品種が増えたとしても高いスループットでバンプボール
を転写できるという効果もある。

【００４０】第２の発明に係る転写用バンプ保持装置
は、第１の発明に係る転写用バンプ保持装置において、
保持板本体に形成するバンプボール保持用凹部を、半導
体素子の全ての外部接続用電極と対応する位置に形成し
たため、半導体素子のバンプ転写位置が複数箇所にわた
って連続しているときには、マスク板のバンプボール位
置決め穴は複数のバンプボール保持用凹部が露出するよ
うに開口させればよい。このため、この場合にはマスク
板に形成するバンプボール位置決め穴の数が少なくなる
ので、マスク板の加工が容易になる。

【００４１】第３の発明に係る転写用バンプ保持装置
は、第１の発明または第２に発明に係る転写用バンプ保
持装置において、支持枠を、少なくともマスク板を出し
入れ自在な構造としたため、支持枠を自動転写装置の移
載機構部などに固定したとしても、半導体素子の品種が
変わったときには保持板本体を支持枠から外すことなく
マスク板のみを交換することができる。このため、半導
体素子の品種変えに伴なう段取り替え作業が簡単であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る転写用バンプ保持装置の斜視図
である。

【図２】 本発明に係る転写用バンプ保持装置の断面図
で、同図はマスク板着脱方向とは直交する方向に沿って
破断した状態で描いてある。

【図３】 保持板本体およびＬＳＩチップの平面図で、
同図（ａ）が保持板本体を示し、同図（ｂ）がＬＳＩチ
ップを示している。

【図４】 マスク板を保持板本体に重ねた状態での平面
図である。

【図５】 バンプボール位置決め穴の形状を変えたマス
ク板の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…転写用バンプ保持装置、２…保持板本体、３…マス
ク板、４…支持枠、６…凹部、７…ＬＳＩチップ、８…
空気穴、９…バンプボール位置決め穴、１０…バンプボ
ール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−25435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73625（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65130（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18209（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バンプボールを保持板表面の多数のバン
   プボール保持用凹部に吸引により保持し、この保持板を
   半導体素子に重ねるようにして前記バンプボールを半導
   体素子に一括して転写する転写用バンプ保持装置におい
   て、前記保持板を、バンプボール保持用凹部が多数並設
   された保持板本体と、半導体素子のバンプ転写位置と対
   応する部位にバンプボール位置決め穴が開口され前記保
   持板本体のバンプボール保持用凹部側に重ねられるマス
   ク板と、これらの保持板本体とマスク板とを密接させて
   支持する支持枠とから構成したことを特徴とする転写用
   バンプ保持装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の転写用バンプ保持装置に
   おいて、保持板本体に形成するバンプボール保持用凹部
   を、半導体素子の全ての外部接続用電極と対応する位置
   に形成したことを特徴とする転写用バンプ保持装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の転写用バ
   ンプ保持装置において、支持枠を、少なくともマスク板
   を出し入れ自在な構造としたことを特徴とする転写用バ
   ンプ保持装置。