JP3275396B2 - IC chip bonding method and bonding head - Google Patents
IC chip bonding method and bonding headInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はＩＣチップのボンディ
ング方法および該方法で使用するボンディングヘッドに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for bonding an IC chip and a bonding head used in the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＩＣチップの組立技術の１つとして、フ
リップチップボンディング方法が知られている。このボ
ンディング方法は、例えば図７に示すように、ＩＣチッ
プ１の下面に設けられた電極２を、該電極２の下面に予
め設けられた半田バンプ３を介して、配線基板４の上面
に設けられた配線パターン５の接続パッド６に接続する
方法である。2. Description of the Related Art A flip chip bonding method is known as one of the techniques for assembling an IC chip. In this bonding method, for example, as shown in FIG. 7, an electrode 2 provided on the lower surface of an IC chip 1 is provided on an upper surface of This is a method of connecting to the connection pad 6 of the wiring pattern 5 provided.
【０００３】このボンディング方法についてさらに詳述
すると、まず、図４に示すように、配線基板４はテーブ
ル７の上面に位置決めされて載置されている。一方、Ｉ
Ｃチップ１は、図示しない真空ポンプに接続された搭載
ヘッド８の下端面に吸着され、搭載ヘッド８の水平方向
への移動により、アライメントされた状態で配線基板４
の上方に位置させられる。この場合、ＩＣチップ１の電
極２の下面に設けられた半田バンプ３の下面には予めフ
ラックス９が塗布されている。そして、搭載ヘッド８が
下降し、ＩＣチップ１に対する吸着を解除した後上昇し
さらに水平方向に移動すると、図５に示すように、ＩＣ
チップ１が配線基板４上の所定位置に載置される。この
状態では、フラックス９が接続パッド６に付着すること
により、ＩＣチップ１が配線基板４上に仮固定される。The bonding method will be described in more detail. First, as shown in FIG. 4, the wiring board 4 is positioned and mounted on the upper surface of a table 7. On the other hand, I
The C chip 1 is attracted to the lower end surface of the mounting head 8 connected to a vacuum pump (not shown), and is moved by the mounting head 8 in the horizontal direction so that the wiring board 4 is aligned.
Is located above. In this case, the flux 9 is applied in advance to the lower surface of the solder bump 3 provided on the lower surface of the electrode 2 of the IC chip 1. Then, when the mounting head 8 descends, releases the suction to the IC chip 1 and then moves upward and further horizontally, as shown in FIG.
The chip 1 is placed at a predetermined position on the wiring board 4. In this state, the IC chip 1 is temporarily fixed on the wiring board 4 by the flux 9 adhering to the connection pads 6.
【０００４】次に、図６に示すように、電圧を印加する
ことにより所定温度に加熱されたボンディングヘッド１
０が下降し、その下端面がＩＣチップ１の上面に圧接さ
れると、半田バンプ３が加熱されて溶融する。この場
合、銅等の金属からなる接続パッド６の表面の酸化膜か
ら酸素をフラックス９が取り込むことにより、接続パッ
ド６の表面が還元され、これにより溶融した半田バンプ
３と接続パッド６の表面との密着性が向上する。次い
で、ボンディングヘッド１０への電圧の印加を停止する
と、ボンディングヘッド１０およびＩＣチップ１の温度
が放熱により低下し、これにより半田バンプ３が温度低
下により固化し、この結果電極２が半田バンプ３を介し
て接続パッド６に固着（接続）される。この後、ボンデ
ィングヘッド１０を上昇させる。次に、塩素系溶剤やフ
ッ素系溶剤等の溶剤により洗浄してフラックス９を除去
すると、図７に示すようになる。フラックス９を除去す
る理由は、フラックス９を残存させておくと、フラック
ス９が空気中の水分を経時的に吸収して導電性を持ち、
この導電性を持ったフラックス９を介してＩＣチップ１
の隣接する電極２間でショートが発生することがあるの
で、これを未然に防止するためである。[0006] Next, as shown in FIG. 6, the bonding head 1 heated to a predetermined temperature by applying a voltage.
When 0 is lowered and its lower end surface is pressed against the upper surface of the IC chip 1, the solder bump 3 is heated and melted. In this case, the flux 9 takes in oxygen from the oxide film on the surface of the connection pad 6 made of a metal such as copper, so that the surface of the connection pad 6 is reduced, thereby melting the solder bump 3 and the surface of the connection pad 6. Adhesion is improved. Next, when the application of the voltage to the bonding head 10 is stopped, the temperatures of the bonding head 10 and the IC chip 1 decrease due to heat radiation, whereby the solder bumps 3 solidify due to the temperature decrease. Is fixed (connected) to the connection pad 6 through the connection pad. Thereafter, the bonding head 10 is raised. Next, the flux 9 is removed by washing with a solvent such as a chlorine-based solvent or a fluorine-based solvent, as shown in FIG. The reason for removing the flux 9 is that if the flux 9 is left, the flux 9 absorbs moisture in the air with time and has conductivity,
The IC chip 1 is connected via the conductive flux 9.
This is to prevent a short circuit between adjacent electrodes 2 from occurring.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このようなＩＣチップのボンディング方法では、ＩＣチ
ップ１を仮固定するため、および接続パッド６の表面を
還元して半田バンプ３との密着性を向上するために、フ
ラックス９を使用し、かつこのフラックス９に起因する
ＩＣチップ１の隣接する電極２間でのショートの発生を
未然に防止するために、フラックス９を除去している関
係から、フラックス９を塗布する工程と、フラックス９
を除去する工程とが必要であり、したがってその分だけ
工程数が多く、コストアップになるという問題があっ
た。また、搭載ヘッド８によるＩＣチップ１の配線基板
４上への載置工程と、ボンディングヘッド１０による熱
圧着工程とが別々であるので、これまた工程数が多く、
さらにコストアップになるという問題があった。この発
明の目的は、工程数を少なくすることのできるＩＣチッ
プのボンディング方法および該方法で使用するボンディ
ングヘッドを提供することにある。However, in such a conventional bonding method of an IC chip, in order to temporarily fix the IC chip 1 and to reduce the surface of the connection pad 6 to improve the adhesion to the solder bump 3. Since the flux 9 is used in order to improve, and the flux 9 is removed in order to prevent a short circuit between the adjacent electrodes 2 of the IC chip 1 caused by the flux 9, Applying flux 9 and flux 9
Is required, and thus the number of steps is increased by that amount, resulting in an increase in cost. Further, since the mounting step of the IC chip 1 on the wiring board 4 by the mounting head 8 and the thermocompression bonding step by the bonding head 10 are separate, the number of steps is also large.
There was a problem that the cost was further increased. An object of the present invention is to provide an IC chip bonding method which can reduce the number of steps and a bonding head used in the method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ＩＣチップの電極を該電極に設けられた半田バンプを介
して配線基板の接続パッドに接続する際に、前記ＩＣチ
ップを吸着により平面方向に位置決めした状態で鉛直方
向に圧力を加えて前記配線基板上に圧接させておくとと
もに、不活性ガスと還元用ガスを前記半田バンプを溶融
させることのできる温度以上に加熱して吹き付けて前記
半田バンプを溶融させるようにしたものである。請求項
２記載の発明は、大きい管とその内部に配置された小さ
い管との間から加熱されたガスを射出し、前記小さい管
の内部によって真空吸引するようにしたものである。According to the first aspect of the present invention,
The electrodes of the IC chip to connect to the connection pads of the wiring board via the solder bumps provided on the electrodes, the IC Ji
With the tip positioned in the planar direction by suction
When pressure is applied on the wiring board by applying pressure in the
Moni, wherein by blowing heated above a temperature capable of melting the solder bumps inert gas and a reducing gas
It is those you so that to melt the solder bump. According to a second aspect of the present invention, a heated gas is injected between a large tube and a small tube disposed therein, and the inside of the small tube is evacuated.
【０００７】[0007]
【作用】請求項１記載の発明によれば、不活性ガスと還
元用ガスとの混合ガスを高温で吹き付けて半田バンプを
溶融する際、該混合ガス中の還元用ガスによって接続パ
ッドの表面を還元することができ、したがって接続パッ
ドの表面を還元するためのフラックスが不要となり、そ
の分だけ工程数を少なくすることができる。この場合、
請求項２記載の発明のように、ＩＣチップを吸着により
平面方向に位置決めした状態で鉛直方向に圧力を加えて
配線基板上に圧接させるようにすると、ＩＣチップを仮
固定するためのフラックスも不要となり、またＩＣチッ
プを配線基板上に載置した後直ちに熱圧着することがで
き、したがって工程数をより一層少なくすることができ
る。請求項３記載の発明によれば、小さい管によりＩＣ
チップを吸着して平面方向に位置決めした状態で鉛直方
向に圧力を加えて配線基板上に圧接させるようにする
と、ＩＣチップを仮固定するためのフラックスが不要と
なり、また大きい管と小さい管との間から不活性ガスと
還元用ガスとの混合ガスを高温で射出させて半田バンプ
を溶融させるようにすると、ＩＣチップを配線基板上に
載置した後直ちに熱圧着することができる上、接続パッ
ドの表面を還元するためのフラックスが不要となり、し
たがって工程数を少なくすることができる。According to the first aspect of the present invention, when a mixed gas of an inert gas and a reducing gas is sprayed at a high temperature to melt the solder bumps, the surface of the connection pad is reduced by the reducing gas in the mixed gas. Therefore, the flux for reducing the surface of the connection pad becomes unnecessary, and the number of steps can be reduced accordingly. in this case,
According to the second aspect of the present invention, when the IC chip is positioned in the planar direction by suction and pressure is applied to the wiring substrate by applying pressure in the vertical direction, a flux for temporarily fixing the IC chip is unnecessary. The thermocompression bonding can be performed immediately after the IC chip is mounted on the wiring board, so that the number of steps can be further reduced. According to the third aspect of the present invention, a small tube is used for the IC.
Applying pressure in the vertical direction while holding the chip and positioning it in the planar direction to press it against the wiring board eliminates the need for flux for temporarily fixing the IC chip, and also reduces the size of large and small tubes. By injecting a mixed gas of an inert gas and a reducing gas at a high temperature from the middle to melt the solder bumps, the IC chip can be thermocompression-bonded immediately after being placed on the wiring board, and the connection pads No flux is required for reducing the surface of the substrate, so that the number of steps can be reduced.
【０００８】[0008]
【実施例】図１（Ａ）、（Ｂ）はこの発明の一実施例に
おけるボンディング装置の要部を示したものである。こ
れらの図において、図４と同一部分には同一の符号を付
し、その説明を適宜省略する。このボンディング装置に
おけるボンディングヘッド１１は、大きい管１２とその
内部中心に配置された小さい管１３とによって構成さ
れ、大きい管１２と小さい管１３との間から加熱された
ガスを射出し、小さい管１３の内部によって真空吸引す
るようになっている。このため、大きい管１２と小さい
管１３との間は、図示していないが、ガス加熱器および
ガス供給源に接続されている。小さい管１３の内部は、
これまた図示していないが、真空ポンプに接続されてい
る。なお、この実施例のＩＣチップ１の下面にはアルミ
ニウム等の金属からなる電極２が設けられ、電極２の下
面には必要に応じて半田との密着性の良い金属膜（図示
せず）を介して半田バンプ３が設けられ、また半田バン
プ３の下面にはフラックスが設けられていない。1A and 1B show a main part of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. In these drawings, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. The bonding head 11 in this bonding apparatus is constituted by a large pipe 12 and a small pipe 13 arranged at the center of the inside thereof. A vacuum is sucked by the inside of. For this reason, the space between the large tube 12 and the small tube 13 is connected to a gas heater and a gas supply source, not shown. The inside of the small tube 13
Although not shown, it is connected to a vacuum pump. An electrode 2 made of a metal such as aluminum is provided on the lower surface of the IC chip 1 of this embodiment, and a metal film (not shown) having good adhesion to solder is provided on the lower surface of the electrode 2 as necessary. The solder bumps 3 are provided via the solder bumps, and no flux is provided on the lower surface of the solder bumps 3.
【０００９】次に、このボンディング装置の動作につい
て説明する。まず、図１（Ａ）に示すように、セラミッ
クや樹脂等からなる配線基板４はテーブル７の上面に位
置決めされて載置されている。一方、ＩＣチップ１は、
ボンディングヘッド１１の小さい管１３の下端面に吸着
され、ボンディングヘッド１１の水平方向への移動によ
り、アライメントされた状態で配線基板４の上方に位置
させられる。そして、図２に示すように、ボンディング
ヘッド１１が下降すると、ＩＣチップ１が配線基板４上
の所定位置に載置される。この状態では、ＩＣチップ１
は、ボンディングヘッド１１の小さい管１３の下端面に
吸着されていることにより、平面方向に位置決めされた
状態で鉛直方向に圧力を加えられて配線基板４上に圧接
される。したがって、ＩＣチップ１を仮固定するための
フラックスは不要である。Next, the operation of the bonding apparatus will be described. First, as shown in FIG. 1A, a wiring board 4 made of ceramic, resin, or the like is positioned and placed on an upper surface of a table 7. On the other hand, the IC chip 1
The bonding head 11 is attracted to the lower end surface of the small tube 13, and is positioned above the wiring board 4 in an aligned state by the horizontal movement of the bonding head 11. Then, as shown in FIG. 2, when the bonding head 11 is lowered, the IC chip 1 is placed at a predetermined position on the wiring board 4. In this state, the IC chip 1
Is adsorbed on the lower end surface of the small tube 13 of the bonding head 11, and is pressed against the wiring substrate 4 by applying pressure in the vertical direction while being positioned in the planar direction. Therefore, a flux for temporarily fixing the IC chip 1 is unnecessary.
【００１０】次に、図３に示すように、ボンディングヘ
ッド１１の大きい管１２と小さい管１３との間から、ア
ルゴンやヘリウム等の不活性ガスに１〜５％程度の割合
で水素ガス等からなる還元用ガスが混合されてなる混合
ガスを２４０〜３００℃程度の高温で射出させ、ＩＣチ
ップ１等に吹き付ける。すると、高温の混合ガス中の還
元用ガスによって銅等の金属からなる接続パッド６の表
面の酸化膜が次の反応式により還元される（ここでは還
元ガスとして水素ガスを用いた。）。 ＭＯ＋Ｈ2→Ｍ＋Ｈ2Ｏ （Ｍ：金属） この場合、発生したＨ2Ｏは蒸発する。したがって、接
続パッド６の表面を還元するためのフラックスは不要で
ある。Next, as shown in FIG. 3, an inert gas such as argon or helium is supplied from an area between the large tube 12 and the small tube 13 of the bonding head 11 with hydrogen gas or the like at a rate of about 1 to 5%. A mixed gas obtained by mixing the reducing gas is injected at a high temperature of about 240 to 300 ° C. and sprayed on the IC chip 1 or the like. Then, the oxide film on the surface of the connection pad 6 made of a metal such as copper is reduced by the reducing gas in the high-temperature mixed gas by the following reaction formula (here, hydrogen gas was used as the reducing gas). MO + H 2 → M + H 2 O (M: metal) In this case, the generated H 2 O evaporates. Therefore, a flux for reducing the surface of the connection pad 6 is unnecessary.
【００１１】また、同時に、２４０〜３００℃程度の混
合ガスによりＩＣチップ１が加熱され、これにより半田
バンプ３が溶融される。ここで、この実施例で用いられ
ている半田はスズと鉛の混合比が６対４である共晶半田
であり、その融点は１８３℃であるので、２４０〜３０
０℃程度の混合ガスでＩＣチップ１を加熱することによ
り、半田バンプ３を十分に溶融させることができる。次
いで、混合ガスの射出を停止すると、ボンディングヘッ
ド１１およびＩＣチップ１の温度が放熱により低下し、
これにより半田バンプ３が温度低下により固化し、この
結果電極２が半田バンプ３を介して接続パッド６に固着
（接続）される。この後、ＩＣチップ１の吸着を解除す
るとともにボンディングヘッド１１を上昇させる。この
ように、特殊な構造のボンディングヘッド１１のみを用
いて、ＩＣチップ１を配線基板４上に載置した後直ちに
熱圧着することができる。At the same time, the IC chip 1 is heated by the mixed gas at about 240 to 300 ° C., whereby the solder bumps 3 are melted. Here, the solder used in this embodiment is a eutectic solder in which the mixing ratio of tin and lead is 6: 4 and its melting point is 183 ° C.
By heating the IC chip 1 with a mixed gas of about 0 ° C., the solder bumps 3 can be sufficiently melted. Next, when the injection of the mixed gas is stopped, the temperatures of the bonding head 11 and the IC chip 1 decrease due to heat radiation,
As a result, the solder bumps 3 are solidified due to a decrease in temperature, and as a result, the electrodes 2 are fixed (connected) to the connection pads 6 via the solder bumps 3. Thereafter, the suction of the IC chip 1 is released and the bonding head 11 is raised. Thus, the IC chip 1 can be thermocompression-bonded immediately after placing the IC chip 1 on the wiring board 4 using only the bonding head 11 having a special structure.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ＩＣチップを吸着により平面方向に位置決
めした状態で鉛直方向に圧力を加えて配線基板上に圧接
させておくことにより、ＩＣチップを仮固定するための
フラックスが不要となり、また不活性ガスと還元用ガス
を高温で吹き付けて半田バンプを溶融する際、該混合ガ
ス中の還元用ガスによって接続パッドの表面を還元する
ことができるので、接続パッドの表面を還元するための
フラックスが不要となるとともに、ＩＣチップを配線基
板上に載置した後直ちに熱圧着することができて、その
分だけ工程数が少なくなり、コストダウンを図ることが
できる。請求項３記載の発明によれば、小さい管により
ＩＣチップを吸着して平面方向に位置決めした状態で鉛
直方向に圧力を加えて配線基板上に圧接させるようにす
ると、ＩＣチップを仮固定するためのフラックスが不要
となり、また大きい管と小さい管との間から不活性ガス
と還元用ガスとの混合ガスを高温で射出させて半田バン
プを溶融させるようにすると、ＩＣチップを配線基板上
に載置した後直ちに熱圧着することができる上、接続パ
ッドの表面を還元するためのフラックスが不要となり、
したがって工程数を少なくすることができ、コストダウ
ンを図ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the IC chip is positioned in the plane by suction.
Pressure on the wiring board by applying pressure in the vertical direction
By temporarily fixing the IC chip.
No flux is required, and when the inert gas and the reducing gas are blown at a high temperature to melt the solder bumps, the surface of the connection pad can be reduced by the reducing gas in the mixed gas. unnecessary flux for reducing the Do Rutotomoni, the IC chip wiring base
Immediately after being placed on the board, thermocompression bonding can be performed, and the number of steps can be reduced by that much, and cost can be reduced. According to the third aspect of the present invention, when the IC chip is sucked by the small tube and positioned in the planar direction and pressure is applied in the vertical direction to press the IC chip onto the wiring board, the IC chip is temporarily fixed. In addition, if a flux of inert gas and a reducing gas is injected at a high temperature between the large and small tubes to melt the solder bumps, the IC chip is mounted on the wiring board. It can be thermocompression-bonded immediately after being placed, and no flux is required to reduce the surface of the connection pad.
Therefore, the number of steps can be reduced, and the cost can be reduced.
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例におけるボンディ
ング装置においてボンディングヘッドで吸着したＩＣチ
ップを配線基板の上方に位置させた状態の縦断面図、
（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う横断面図。FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a state in which an IC chip sucked by a bonding head is positioned above a wiring board in a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention;
(B) is a cross-sectional view along the line BB.
【図２】このボンディング装置においてＩＣチップを配
線基板上に載置した状態の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which an IC chip is mounted on a wiring board in the bonding apparatus.
【図３】このボンディング装置において半田バンプを溶
融した状態の縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state where solder bumps are melted in the bonding apparatus.
【図４】従来のボンディング装置において搭載ヘッドで
吸着したＩＣチップを配線基板の上方に位置させた状態
の縦断面図。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a state in which an IC chip sucked by a mounting head is positioned above a wiring board in a conventional bonding apparatus.
【図５】従来のボンディング装置においてＩＣチップを
配線基板上に載置した状態の縦断面図。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state in which an IC chip is mounted on a wiring board in a conventional bonding apparatus.
【図６】従来のボンディング装置においてボンディング
ヘッドの下端面をＩＣチップの上面に圧接させた状態の
縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a conventional bonding apparatus in which a lower end surface of a bonding head is pressed against an upper surface of an IC chip.
【図７】従来のボンディング装置においてＩＣチップを
配線基板上に熱圧着した状態の縦断面図。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a state in which an IC chip is thermocompression-bonded on a wiring board in a conventional bonding apparatus.
１ ＩＣチップ ２ 電極 ３ 半田バンプ ４ 配線基板 ６ 接続パッド １１ ボンディングヘッド １２ 大きい管 １３ 小さい管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 IC chip 2 Electrode 3 Solder bump 4 Wiring board 6 Connection pad 11 Bonding head 12 Large tube 13 Small tube
Claims (2)
半田バンプを介して配線基板の接続パッドに接続する際
に、前記ＩＣチップを吸着により平面方向に位置決めした状
態で鉛直方向に圧力を加えて前記配線基板上に圧接させ
ておくとともに、 不活性ガスと還元用ガスを前記半田バ
ンプを溶融させることのできる温度以上に加熱して吹き
付けて前記半田バンプを溶融させることを特徴とするＩ
Ｃチップのボンディング方法。When connecting an electrode of an IC chip to a connection pad of a wiring board via a solder bump provided on the electrode, the IC chip is positioned in a planar direction by suction.
Pressure in the vertical direction and press-contact on the wiring board
With previously, I, wherein isosamples blowing heated to melt the solder bump the reducing gas and inert gas to more than a temperature capable of melting the solder bumps
C chip bonding method.
管との間から加熱されたガスを射出し、前記小さい管の
内部によって真空吸引するようにしたことを特徴とする
ボンディングヘッド。 2. A large tube and a small tube disposed therein.
Inject heated gas from between the tube and the small tube
It is characterized by vacuum suction by the inside
Bonding head.
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|---|---|
| JPH06124980A (en) | 1994-05-06 |
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