JP3493326B2 - バンプ形成方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を配線
基板にフリップチップ実装するときに必要となるバンプ
を半導体素子の電極上に形成するバンプ形成装置、及び
該バンプ形成装置にて実行されるバンプ形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ（半導体集積回路）の高周波
化に伴ってその耐ノイズ性を高めるため、ＩＣを回路基
板へ実装する際には、上記ＩＣ上に形成されている内部
電極と上記回路基板上に形成されている外部電極との接
続距離を短縮することができるフリップチップボンディ
ングが行われている。このフリップチップボンディング
が行われるＩＣの上記内部電極には、当該内部電極と上
記外部電極とを接続するためのバンプ、すなわち突起電
極が形成されている。このようなバンプを形成するバン
プ形成装置としては、図１０に示すように、所定位置に
セットされた半導体素子３に対して、昇降自在な押圧用
キャピラリとしてのバンプ形成部材４６に保持されたワ
イヤ４４の先端に形成したボール４５を上記半導体素子
３の電極４７に押圧するものがある。即ち、先端にボー
ル４５が形成されたワイヤ４４を保持しているバンプ形
成部材４６を、図１１のIに示すように、高さＨから速
度Ｖ０にて高さｈ１まで下降させる。次に、図１１のII
に示すように、上記高さｈ１から図１０の（ｂ）に示す
状態まで上記速度ｖ０より遅い速度ｖ１にてさらにバン
プ形成部材４６を下降させる。そして図１１のIIIに示
すように、半導体素子３の電極４７にボール４５を時間
Ｔにわたり押圧力Ｗと超音波Ｕを印加し接合する。この
とき上記押圧力Ｗは、図１１のIII−１に示すようにボ
ール４５が電極４７に接触した直後にて最大押圧力Ｗｍ
ａｘとし、以後上記最大押圧力Ｗｍａｘのほぼ半分の押
圧力とする。又、超音波Ｕについては図１１のIII−２
に示すように時間Ｔにわたりほぼ一定の周波数の超音波
が印加される。その後、図１０の（ｃ）及び図１１のIV
に示すように、高さｈ２に配置されるクランパ５０でワ
イヤ４４をはさみながらバンプ形成部材４６を上昇させ
ることにより、ワイヤ４４が切断され、上記電極４７に
バンプ４８が形成される。その後、図１０の（ｄ）及び
図１１のVに示すように、上記高さＨまでバンプ形成部
材４６を上昇した後、ワイヤ４４の先端部とワイヤ溶融
装置４９との間に高電圧を印加して放電させ、この際の
放電の熱で上記先端部に再びボール４５を形成し、再度
図１０の（ａ）〜（ｄ）と同様の工程を繰り返して、半
導体素子３におけるそれぞれの電極４７にバンプ４８を
順次形成していく。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなバンプ形
成装置にて形成されるバンプ４８は、図１２に示すよう
にその台座４８ａの直径Ｄが７０μｍ、台座４８ａの高
さｈが２０μｍという寸法にて成形される必要がある
が、衝撃的な振動を与えずバンプ４８をつぶし過ぎない
ようにするにはボール４５が電極４７に当たる速度ｖ１
を遅くしなければならない。しかしながら上記速度ｖ１
が２ｍｍ／Ｓ、上記高さｈ１が０．１ｍｍの場合、高さ
ｈ１の距離を下降するのに０．０５ｓｅｃを要してしま
う。よって、１個のバンプ４８を形成するタクトは０．
１ｓｅｃ以上となり、多数のバンプ４８を形成するため
には、タクトを速める必要がある。尚、図１１に示す期
間VIが上記０．１ｓｅｃ以上に対応する。本発明はこの
ような問題点を解決するためになされたもので、バンプ
形成タクトが従来よりも速く、かつつぶれ過ぎない形状
のバンプを形成可能なバンプ形成装置、及びバンプ形成
方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下のような構成を採る。本発明の第１
態様のバンプ形成方法は、金属ワイヤの先端部を溶融し
てボールを形成した後、動作開始位置（α）から半導体
素子の電極形成面における電極に上記ボールを移動して
上記電極に押圧し、上記ボールを成形して当該電極上に
バンプを形成するバンプ形成方法であって、上記動作開
始位置から上記ボールが上記電極に接触する直前の位置
である直前位置（β）まで上記ボールを第１速度にて下
降させ、上記直前位置から上記ボールが上記電極に接触
する位置である接触位置（γ）まで上記第１速度よりも
遅い第２速度にて上記ボールを下降させ、上記接触位置
から上記ボールを成形する位置である押圧位置（δ）ま
で上記ボールを押圧、変形して上記バンプを形成すると
き、上記ボールを上記電極に押圧するときには、上記ボ
ールが上記電極に押圧されたときの衝撃により生じる振
動と逆位相で上記衝撃による生じる振動を相殺する振動
を上記ボールに与えることを特徴とする。

【０００５】又、上記接触位置から上記押圧位置までの
上記バンプ形成は、上記第２速度よりも速い第３速度に
て上記ボールを下降させて形成することもできる。

【０００６】又、上記直前位置から上記接触位置までの
上記第２速度での上記ボールの下降は、位置決め制御に
より行われ、上記接触位置からの上記バンプ形成は、上
記ボールの上記電極への押圧力を変化させる押圧力制御
にて形成することもできる。

【０００７】 本発明の第２態様のバンプ形成装置は、
金属ワイヤを保持し半導体素子の厚み方向に移動自在な
バンプ形成部材と、ボールを形成するため上記先端部を
溶融する溶融装置とを備え、動作開始位置（α）に上記
バンプ形成部材を配置し上記溶融装置にて上記ボールを
形成した後、上記動作開始位置から上記バンプ形成部材
を下降することで上記ボールを上記半導体素子の電極に
移動し、上記バンプ形成部材にて上記ボールを上記電極
に押圧して成形することで当該電極上にバンプを形成す
るバンプ形成装置であって、上記動作開始位置から上記
ボールが上記電極に接触する直前の位置である直前位置
（β）まで上記バンプ形成部材を第１速度にて下降さ
せ、上記直前位置から上記ボールが上記電極に接触する
位置である接触位置（γ）まで上記第１速度よりも遅い
第２速度にて上記ボールを下降させ、上記接触位置から
上記ボールを成形する位置である押圧位置（δ）まで上
記ボールを押圧、変形して上記バンプを形成させる制御
装置を備え、上記ボールを上記電極に押圧するとき、上
記ボールが上記電極に押圧されたときの衝撃により生じ
る振動と逆位相で上記衝撃による生じる振動を相殺する
振動を、上記制御装置は、上記バンプ形成部材に生じさ
せることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態におけるバンプ
形成装置、及び該バンプ形成装置にて実行されるバンプ
形成方法について、図を参照しながら以下に説明する。
尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付
している。又、上述の「課題を解決するための手段」に
記載する、「動作開始位置」の機能を果たす一例が本実
施形態では「高さα」に相当し、「直前位置」の機能を
果たす一例が本実施形態では「高さβ」に相当し、「接
触位置」の機能を果たす一例が本実施形態では「高さ
γ」に相当し、「押圧位置」の機能を果たす一例が本実
施形態では「高さδ」に相当する。

【０００９】図６に示す上記バンプ形成装置１０１は、
大別して、搬出装置１と、搬入装置２と、半導体素子移
送装置５と、バンプ形成ヘッド１１０と、制御装置５０
１とを備える。尚、制御装置５０１を除いた構成は、公
知のバンプ形成装置における構成と変わるところはな
い。搬入装置２は、バンプを形成するための半導体素子
３がトレイ４ａに収められた状態でトレイ４ａを当該バ
ンプ形成装置１０１へ搬入する装置である。搬出装置１
は、バンプが形成された半導体素子３を収納するトレイ
４ｂを当該バンプ形成装置１０１の外部へ搬出する装置
である。半導体素子移送装置５は、平面上で互いに直交
するＸ，Ｙ方向へ移動してトレイ４ａ及びトレイ４ｂ
（総称して「トレイ４」と記す場合もある）と、バンプ
形成ステージ６との間で半導体素子３を移送する。バン
プ形成ヘッド１１０は、図７に示すように、上記Ｘ，Ｙ
方向に移動可能なＸ，Ｙステージ１１５上に設置された
フレーム１１６に取り付けられた超音波ホーン１１２
と、上記フレーム１１６に取り付けられ該フレーム１１
６における支点１１７を回転中心として超音波ホーン１
１２を矢印VI方向に揺動させるアクチュエータ１１８
と、上記超音波ホーン１１２に超音波を発生させる超音
波発生器１１９と、ワイヤ処理装置１２０と、上記Ｘ，
Ｙステージ１１５に設けられ半導体素子３上に形成され
ている電極４７の位置を認識するための認識カメラ１１
４とを備える。上記超音波ホーン１１２の先端部１１２
ａには、該先端部１１２ａに取り付けられ上記ワイヤ４
４を保持し上記超音波ホーン１１２の揺動とともに半導
体素子３の厚み方向に移動可能なバンプ形成部材４６が
設けられている。上記ワイヤ処理装置１２０は、上記バ
ンプ形成部材４６へのワイヤ４４の供給を行うワイヤ供
給装置と、バンプ形成部材４６に保持されるワイヤ４４
の先端との間で高電圧を印加し放電させその熱で上記先
端を溶融しボール４５を形成するワイヤ溶融装置４９
と、バンプ形成後、バンプからワイヤ４４を引きちぎる
ためにワイヤ４４を挟持するクランパ５０とを備える。

【００１０】制御装置５０１は、バンプ形成ヘッド１１
０における上記Ｘ，Ｙステージ１１５、アクチュエータ
１１８、超音波発生器１１９、ワイヤ処理装置１２０、
認識カメラ１１４に接続される他、上記搬入装置２、搬
出装置１、及び半導体素子移送装置５にも接続され、こ
れらの動作制御を行う。又、詳細後述するが、制御装置
５０１は、バンプ形成ヘッド１１０によるバンプ形成の
際に本実施形態にて特徴的なバンプ形成方法を実行する
ようにアクチュエータ１１８、超音波発生器１１９、及
びワイヤ処理装置１２０の動作制御を行う。

【００１１】このように構成されるバンプ形成装置１０
１における動作を以下に説明する。尚、上述のように当
該バンプ形成装置１０１の動作制御は、制御装置５０１
にて行われ、制御装置５０１には、予め、搬入装置２及
び搬出装置１の動作や、搬入装置２のトレイ４ａからバ
ンプ形成ステージ６へ移送される半導体素子３の移送順
や、バンプ形成にかかる基本的動作等のプログラムが格
納されている。又、搬入装置２及び搬出装置１における
動作や、バンプ形成にかかる基本的動作等は、従来のバ
ンプ形成装置にて実行される動作と同様であるので、こ
こでの説明は省略する。よって、以下には、本実施形態
にて特徴的な部分である、バンプ形成ヘッド１１０によ
るバンプ形成方法について説明する。尚、以下の説明に
おいて、前提として、ワイヤ溶融装置４９にて形成され
るボール４５の大きさは、各形成ごとに一定であるとす
る。

【００１２】図１に示すように、バンプ形成ステージ６
の半導体素子３の電極表面４７ａを基準として高さαの
位置にバンプ形成部材４６の先端４６ａが配置される動
作開始位置にて、バンプ形成部材４６の先端４６ａから
突出したワイヤ４４の先端部がワイヤ溶融装置４９にて
溶融されボール４５が形成される。尚、制御装置５０１
には、予め、上記電極表面４７ａを基準とした上記高さ
α、並びに後述の高さβ、高さγ、及び高さδの各値が
格納されており、これらの値に基づく制御装置５０１の
制御に従い、バンプ形成ヘッド１１０は動作制御され
る。尚、本実施形態では、上記高さαは、３ｍｍ、上記
高さβは０．１ｍｍ、上記高さγは０．０３〜０．０５
ｍｍ、及び上記高さδは０．０２ｍｍに設定されてい
る。

【００１３】次に、制御装置５０１は、該動作開始位置
から、上記電極表面４７ａより高さβの位置にバンプ形
成部材４６の先端４６ａが配置されるまで、上記バンプ
形成部材４６を、従来と同じ第１速度Ｖ₀、本実施形態
では５００〜６００ｍｍ／ｓであって立上りのときには
加速しながら、立下りのときには減速しながら下降させ
る。尚、該下降の実行中、制御装置５０１は、クランパ
５０によるワイヤ４４の挟持を解除しかつワイヤ４４を
バンプ形成部材４６内に若干量引き込ませる。よって、
上記ボール４５の球面がバンプ形成部材４６の先端４６
ａに接触するような位置にボール４５は配置されること
になる。又、上記第１速度Ｖ₀は上述の値に限定される
ものではなく、予め制御装置５０１に設定しておくこと
で、又は例えば半導体素子３の種類を変更する度に制御
装置５０１に入力して設定することで任意の値を採るこ
とができる。

【００１４】上記先端４６ａが上記高さβの位置に到達
した時点で、制御装置５０１は上記第１速度Ｖ０よりも
遅い第２速度にて、上記電極表面４７ａより高さγの位
置に上記先端４６ａが配置されるまでバンプ形成部材４
６を下降させる。尚、本実施形態において、上記第２速
度は、図２に示すように上記第１速度を徐々に下げてい
く、２次関数的に表される速度である。上記高さγは、
図１の（ｂ）に示すように、バンプ形成部材４６の先端
４６ａに接触して位置しているボール４５における球面
が半導体素子３の電極４７の表面４７ａに接触すること
でアクチュエータ１１８に流れる電流に変化が生じるこ
とから、該電流変化が検出された位置である。又、上記
高さβと上記高さγとの差を寸法ｈ０とする。又、上記
高さβの位置から上記高さγの位置までの移動における
制動制御は、制御装置５０１に予め格納している関数ｆ
（Ｖ）に従い実行され、上記先端４６ａが上記高さγの
位置に配置されるときにはバンプ形成部材４６の下降速
度はほぼ０、具体的には約１〜２ｍｍ／ｓに近づいてい
る。又、上記関数ｆ（Ｖ）は、時間の２次関数である。
又、上記第２速度を制御するゲインは、上記第１速度の
ゲインよりも下げたものであり、よってボール４５が電
極４７に接触するときの衝撃力を緩和させる。

【００１５】バンプ形成部材４６の先端４６ａが上記高
さγの位置に到達した時点で、制御装置５０１は、上記
第２速度を向上させた第３速度、例えば５〜１０ｍｍ／
ｓの速度にて、上記先端４６ａが高さδの位置に到達す
るまで、バンプ形成部材４６を下降させる。該下降動作
により、図１の（ｃ）に示すように、ボール４５はバン
プ形成部材４６によって上記電極４７上に押圧されバン
プに成形される。ここで高さδは、上述の図１２に示す
ように、バンプの台座４８ａの直径Ｄが７０μｍ、台座
４８ａの高さｈが２０μｍという寸法にてボール４５が
成形されるような高さである。又、上記高さγの位置と
上記高さδの位置との差を寸法ｈ１とする。尚、上述の
ように、ボール４５が電極４７の表面４７ａに接触した
後、上記第３速度でボール４５の加圧を行うが、加圧を
開始してからもボール４５からは反力を受けるためボー
ルは徐々に変形する。よって、押圧動作により、ボール
４５は図３に示す曲線のように徐々に成形されていく。
又、バンプ形成部材４６の先端４６ａが上記高さγの位
置から上記高さδの位置に到達するまでの速度は、上述
の速度に限定されるものではなく、制御装置５０１への
設定を任意に変化させることで種々の速度とすることが
できる。よってボール４５の押圧力を種々に変化させる
ことが可能である。

【００１６】図２及び図３において、ｔ１はバンプ形成
部材４６の先端４６ａが上記高さγの位置に到達した時
刻であり、ｔ２は上記先端４６ａが上記高さδの位置に
到達した時刻であり、ｔ３は上記先端４６ａが上記高さ
δの位置から離れる時刻であり、Ｔは上記時刻ｔ２と上
記時刻ｔ３との時間を示す。尚、上記時刻ｔ１から時刻
ｔ２までの時間、及び時間Ｔは、本実施形態ではそれぞ
れ５〜１０ｍｓである。さらに、上記押圧動作のとき、
即ち上記時刻ｔ１から上記時刻ｔ３までの間、図４に示
すように成形されるボール４５に対して超音波ホーン１
１２を介して超音波発生器１１９から超音波を印加し、
バンプの成形、及び成形されるバンプの上記電極４７へ
の固着を確実にする。

【００１７】又、バンプ形成部材４６の先端４６ａが上
記高さγの位置から上記高さδの位置まで移動すると
き、該移動による衝撃によりバンプ形成部材４６には、
微視的には図５の（ａ）に示すように、関数ｆ（ｈ）に
て表される振動が生じる。このような振動が生じること
で、上記高さδの位置が半導体素子３の厚み方向に振動
することになり成形されるバンプの寸法誤差が大きくな
ってしまう。そこで、上記先端４６ａが上記高さγの位
置から上記高さδの位置まで移動するときに、制御装置
５０１は、図５の（ｂ）に示すように、上記関数ｆ
（ｈ）にて示される振動と逆位相の振動をバンプ形成部
材４６に作用させるようにアクチュエータ１１８を制御
する。尚、上記逆位相の振動を表す関数が関数ｆ（ｗ）
である。このように関数ｆ（ｗ）の振動をボール４５に
作用させることで上記衝撃による上記振動を相殺し、バ
ンプ形成部材４６の先端４６ａを上記高さδの位置に一
定に配置する。したがって、成形されるバンプの寸法誤
差が大きくなることを防ぐことができる。上記関数ｆ
（ｈ）にて示される振動の周期と減衰カーブとを予め求
め制御装置５０１に入力しておくことで、制御装置５０
１は上記関数ｆ（ｗ）を求め、アクチュエータ１１８の
動作制御を行い、上記関数ｆ（ｗ）にて示される振動を
アクチュエータ１１８、即ちボール４５に発生させるこ
とができる。

【００１８】上述のようなバンプ形成後における当該バ
ンプ形成装置１０１の動作は、上述した従来のバンプ形
成装置の動作と同じである。即ち、図１の（ｄ）に示す
ように、図２の高さｈ２に配置されるクランパ５０でワ
イヤ４４をはさみながらバンプ形成部材４６を上昇させ
ることにより、ワイヤ４４が切断され、上記電極４７に
バンプ４８が形成される。その後、図１の（ｅ）及び図
２に示すように、上記高さαの位置までバンプ形成部材
４６を上昇した後、ワイヤ４４の先端部とワイヤ溶融装
置４９との間に高電圧を印加して放電させ、上記先端部
に再びボール４５を形成する。そして、再度図１の
（ａ）〜（ｅ）に示す工程と同様の工程を繰り返して、
半導体素子３におけるそれぞれの電極４７にバンプ４８
を順次形成していく。

【００１９】以上説明したように本実施形態によれば、
バンプ形成部材４６の先端４６ａが上記高さβの位置に
到達した時点から上記高さγの位置に到達するまで上記
第１速度Ｖ０を徐々に下げていき、上記先端４６ａが上
記高さγの位置に到達した時点で上記高さδの位置まで
再び速度を向上させた上記第３速度にてバンプ形成部材
４６を移動させるように制御した。よって、上記先端４
６ａが上記高さγの位置に到達するまで上記第１速度Ｖ
０にてバンプ形成部材４６を移動させ上記高さγの位置
から上記高さδの位置まで上記第１速度Ｖ０よりも遅い
速度にて等速でバンプ形成部材４６を移動させるとい
う、図２に点線で示す従来の制御方法に比べて、図２に
実線で示すように、衝撃的な振動が発生しないため、一
つのバンプ４８を形成するタクトを短縮することができ
る。尚、本実施形態のタクトは、０．０５ｓである。

【００２０】さらに、従来にあっては、バンプ形成部材
４６の先端４６ａが上記高さγの位置に到達するとき、
即ちボール４５が電極４７に接触するときのバンプ形成
部材４６の速度は、本実施形態の第１速度Ｖ０と同じ速
度である。一方、本実施形態では、上述のように上記先
端４６ａが上記高さγの位置に到達する直前の上記高さ
βの位置に到達した時点から上記第１速度Ｖ０を下げ、
上記先端４６ａが上記高さγの位置に到達した時点、即
ちボール４５が電極４７に接触した時点では速度はほぼ
１〜２ｍｍ／ｓまで低下している。よって、本実施形態
では、ボール４５をつぶし過ぎるという問題は発生しな
い。

【００２１】上述のように上記実施形態では、上記先端
４６ａが上記高さγの位置に到達した時点つまり時刻ｔ
１から上記高さδの位置に到達する時点つまり時刻ｔ２
までは、上記第２速度を向上させた上記第３速度にてバ
ンプ形成部材４６を移動させるように制御した。又、上
記先端４６ａが上記高さδの位置に到達した時刻ｔ２か
ら、先端４６ａが上記高さδの位置から離れる時刻ｔ３
まで、ボール４５に対する押圧力に対しては特別な制御
を施していない。このような動作に対して以下のような
変形例としの制御を行うこともできる。つまり、上記先
端４６ａが上記高さγの位置に到達するまでは、バンプ
形成部材４６の位置を検知することで、制御装置５０１
に予め設定した位置制御データに基づいてバンプ形成部
材４６の下降速度が制御される。図８に示すように、上
記先端４６ａが上記高さγの位置に到達した時刻ｔ１か
ら、制御装置５０１に格納している関数ｆ（Ｐ）に従っ
てアクチュエータ１１８に供給する電流値を制御するこ
とで、バンプ形成部材４６の下降量を制御して電極４７
に対するボール４５の押圧力を制御する。このような押
圧力による制御を行うことで、上述の速度による制御に
比べて、形成されるバンプの高さのばらつきが小さくな
りほぼ一定の変形量にてなるバンプを形成することがで
きる。

【００２２】具体的に上記関数ｆ（Ｐ）による制御動作
を説明する。上記時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を、
「Ｉ」と符号した、時刻ｔ２から時刻ｔ２１まで、「I
I」と符号した、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで、「II
I」と符号した、時刻ｔ２２から時刻ｔ３までの３つに
分けたとき、上記関数ｆ（Ｐ）は、上記先端４６ａが上
記高さγの位置に到達した時刻ｔ１から時刻ｔ２を経て
時刻ｔ２１までについては、押圧力は徐々に増加させる
がその増加率は例えば指数関数的に低下させていき、上
記時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までについては一定の押圧
力を維持し、上記時刻ｔ２２から時刻ｔ３までについて
は一定に押圧力を低下させるような関数である。又、該
押圧力は、後述するような、ボール４５と電極４７とに
おける金属拡散割合に基づいて制御することができる。

【００２３】時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Ｔに対し
て、上記時刻ｔ２から時刻ｔ２１までの時間は約２割程
度であり、上記時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの時間は
約５割程度であり、上記時刻ｔ２２から時刻ｔ３までの
時間は約３割程度である。又、上記時刻ｔ２から時刻ｔ
２１までの時間は、上記超音波振動によりボール４５が
電極４７の表面４７ａの酸化膜を破り金属の新生面を露
出させる時間である。上記時刻ｔ２１から時刻ｔ２２ま
での時間は、ボール４５と電極４７との接合面における
金属拡散が急激に進行する時間である。上記時刻ｔ２２
から時刻ｔ３までの時間は、ボール４５と電極４７との
接合面における金属拡散が緩やかに進行する時間であ
る。又、制御装置５０１は、上記押圧力の増加を止める
とき、オーバーシュートによる押圧力の振動発生を防ぐ
ため、押圧力停止の直前の数ｍｓ間、バンプ形成部材４
６の移動を停止する。

【００２４】さらに又、上述の実施形態では、上記時刻
ｔ１から上記時刻ｔ３までの間、ボール４５に対して超
音波を印加しているが、該超音波の作用動作について制
御装置５０１にて、例えば以下のような制御を行うこと
ができる。図９に示すように、上記時刻ｔ２からボール
４５に対する超音波振動の作用を開始し、該開始後、上
記時刻ｔ２から上記時刻２１までの間は、振動を徐々に
大きくしていく。この間の超音波振動の作用により、ボ
ール４５と電極４７との接触部分における両者の表面酸
化膜が破壊する。又、上記時刻ｔ１から時刻ｔ２までの
間ではボール４５と電極４７との接触面積が増加してい
く。次に、上記時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までは一定の
超音波振動、例えば超音波発生器１１９の出力値に数ｍ
Ｗを加えた値での振動や、例えば振幅０．３μｍ程度の
振動を維持する。この間の超音波振動の作用により、ボ
ール４５と電極４７との金属拡散が急激に広がる。次
に、上記時刻ｔ２２から時刻ｔ３までは超音波振動を徐
々に小さくしていき、時刻ｔ３にて超音波振動の作用を
停止する。この間の超音波振動の作用では、ボール４５
と電極４７との金属拡散が緩やかに進行する。上記時刻
ｔ２から上記時刻２１までの時間、及び上記時刻ｔ２１
から時刻ｔ２２までの時間は、それぞれ５ｍｓ以下の時
間である。このように上記超音波振動の作用に関する制
御について、制御装置５０１は、ボール４５と電極４７
とにおける金属拡散割合に基づいて制御することができ
る。尚、図９に示す「Ｉ」〜「III」は、図８に示され
上述した「Ｉ」〜「III」の説明と同一の値、機能を有
する。

【００２５】又、上記超音波振動の振幅変化の例とし
て、上記酸化膜が厚い場合は、上記時刻ｔ２から上記時
刻２１までの間に作用させる超音波振動の振幅を、例え
ば数十％、例えば振幅０．２μｍを０．３μｍ程度まで
大きくする。又、電極４７上へのボール４５のバンプ形
成時において半導体素子３の温度を十分に加熱できない
ようなときには、上記時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの
超音波振動の振幅を、例えば数十％、例えば振幅０．３
μｍを０．４μｍ程度まで大きくし、上記時刻ｔ２２か
ら時刻ｔ３までは超音波振動の振幅を他の場合に比べて
小さくし、一方作用時間を長くする、例えば１０ｍｓと
するような制御がある。尚、上記酸化膜が厚い場合に
は、上記時刻ｔ２から上記時刻２１までの間に作用させ
る上記押圧力を大きくしてもよい。

【００２６】このように、上記押圧力や超音波振動の強
さを、ボール４５と電極４７との金属拡散の進行段階に
応じて変化させることにより、電極４７に対するボール
４５の固着時間を長くしなくても、固着不良の発生を防
止することができる。尚、本実施形態は、バンプ形成方
法及び装置として説明したが、バンプ形成の他、フリッ
プチップ接合など、超音波熱圧着にて接合を行う方法及
び装置として用いることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の第１態様の
バンプ形成方法、及び第２態様のバンプ形成装置によれ
ば、制御装置を備え、該制御装置にて、溶融し形成した
ボールが半導体素子の電極に接触する直前位置まで上記
ボールを第１速度にて下降させ、上記直前位置から上記
ボールが上記電極に接触する接触位置まで第２速度にて
上記ボールを下降させるようにしたことから、上記ボー
ルが上記電極に接触する時点における上記ボールの速度
は従来に比べて遅く、よって形成されるバンプがつぶれ
過ぎることを防止することができる。

【００２８】又、さらに、上記接触位置から上記ボール
を成形する押圧位置まで上記第２速度を向上させた第３
速度にて上記ボールを移動させて押圧して上記バンプを
形成することで、バンプ１個当たりのタクトを従来に比
べて速くすることができる。このように本実施形態によ
れば、高速でつぶれの少ないバンプを形成することがで
きる。

【００２９】さらに、又、上記接触位置から上記押圧位
置まで、及び上記押圧位置において、上記電極に対する
上記ボールの押圧力又は上記ボールに作用させる超音波
振動を、上記電極と上記ボールとの間における金属拡散
の進行に応じて変化させることで、従来に比べて短時間
でバンプを上記電極上に固着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のバンプ形成装置にて実行
されるバンプ形成方法における各動作を示す図である。

【図２】 図１に示すバンプ形成部材において半導体素
子の厚み方向への移動距離と時間との関係を示すグラフ
である。

【図３】 図１及び図２に示すバンプ形成方法におい
て、ボールを押圧したときのボールの変形の程度を時間
経過とともに描いたグラフである。

【図４】 図１及び図２に示すバンプ形成方法におい
て、ボールの押圧時に作用させる高周波の周期を示す図
である。

【図５】 図１及び図２に示すバンプ形成方法におい
て、ボールの押圧時に作用させる高周波の振動に逆位相
となる振動を作用させることを説明するための図であ
る。

【図６】 本発明の実施形態のバンプ形成装置の全体図
である。

【図７】 図６に示すバンプ形成ヘッドの構造を示す図
である。

【図８】 図１及び図２に示すバンプ形成方法におい
て、ボールを電極に押圧するときの押圧力の変化を時間
経過とともに描いたグラフである。

【図９】 図１及び図２に示すバンプ形成方法におい
て、ボールを電極に押圧するときに作用させる超音波振
動の変化を時間経過とともに描いたグラフである。

【図１０】 従来のバンプ形成方法における各動作を示
す図である。

【図１１】 図１０において半導体素子の厚み方向への
バンプ形成部材の移動距離と時間との関係を示すグラ
フ、並びにボールの押圧動作時における押圧状態及びボ
ールに作用させる超音波の周期を示すグラフである。

【図１２】 形成されるバンプ形状を示す図である。

【符号の説明】

３…半導体素子、４４…ワイヤ、４５…ボール、４６…
バンプ形成部材、４７…電極、４８…バンプ、４９…溶
融装置、１０１…バンプ形成装置、１１９…超音波発生
装置、５０１…制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 章二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 左近 英雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 中尾 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 廣谷 耕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 清村 浩之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 金山 真司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−273139（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−326650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210644（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−69129（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−89928（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−114541（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ワイヤの先端部を溶融してボールを
   形成した後、動作開始位置（α）から半導体素子の電極
   形成面における電極に上記ボールを移動して上記電極に
   押圧し、上記ボールを成形して当該電極上にバンプを形
   成するバンプ形成方法であって、 上記動作開始位置から上記ボールが上記電極に接触する
   直前の位置である直前位置（β）まで上記ボールを第１
   速度にて下降させ、上記直前位置から上記ボールが上記
   電極に接触する位置である接触位置（γ）まで上記第１
   速度よりも遅い第２速度にて上記ボールを下降させ、上
   記接触位置から上記ボールを成形する位置である押圧位
   置（δ）まで上記ボールを押圧、変形して上記バンプを
   形成するとき、 上記ボールを上記電極に押圧するときには、上記ボール
   が上記電極に押圧されたときの衝撃により生じる振動と
   逆位相で上記衝撃による生じる振動を相殺する振動を上
   記ボールに与えることを特徴とするバンプ形成方法。
2. 【請求項２】 上記接触位置から上記押圧位置までの上
   記バンプ形成は、上記第２速度よりも速い第３速度にて
   上記ボールを下降させて形成される、請求項１記載のバ
   ンプ形成方法。
3. 【請求項３】 上記直前位置から上記接触位置までの上
   記第２速度での上記ボールの下降は、位置決め制御によ
   り行われ、上記接触位置からの上記バンプ形成は、上記
   ボールの上記電極への押圧力を変化させる押圧力制御に
   て形成する、請求項１記載のバンプ形成方法。
4. 【請求項４】 上記第２速度は、時間経過とともに上記
   第１速度を減速しつつ得られる速度である、請求項１な
   いし３のいずれかに記載のバンプ形成方法。
5. 【請求項５】 上記押圧力制御は、経過時間と押圧力と
   の関係を示す関数であって、時間経過とともに押圧力の
   増加、一定維持、減少を示す関数に基づいて実行され
   る、請求項３記載のバンプ形成方法。
6. 【請求項６】 上記ボールを上記電極に押圧するとき、
   上記ボールに超音波振動を印加する、請求項１ないし５
   のいずれかに記載のバンプ形成方法。
7. 【請求項７】 上記押圧を行うときの時間経過に応じて
   上記ボールに超音波振動を印加する、請求項６記載のバ
   ンプ形成方法。
8. 【請求項８】 金属ワイヤを保持し半導体素子の厚み方
   向に移動自在なバンプ形成部材と、ボールを形成するた
   め上記先端部を溶融する溶融装置とを備え、動作開始位
   置（α）に上記バンプ形成部材を配置し上記溶融装置に
   て上記ボールを形成した後、上記動作開始位置から上記
   バンプ形成部材を下降することで上記ボールを上記半導
   体素子の電極に移動し、上記バンプ形成部材にて上記ボ
   ールを上記電極に押圧して成形することで当該電極上に
   バンプを形成するバンプ形成装置であって、 上記動作開始位置から上記ボールが上記電極に接触する
   直前の位置である直前位置（β）まで上記バンプ形成部
   材を第１速度にて下降させ、上記直前位置から上記ボー
   ルが上記電極に接触する位置である接触位置（γ）まで
   上記第１速度よりも遅い第２速度にて上記ボールを下降
   させ、上記接触位置から上記ボールを成形する位置であ
   る押圧位置（δ）まで上記ボールを押圧、変形して上記
   バンプを形成させる制御装置を備え、 上記ボールを上記電極に押圧するとき、上記ボールが上
   記電極に押圧されたときの衝撃により生じる振動と逆位
   相で上記衝撃による生じる振動を相殺する振動を、上記
   制御装置は、上記バンプ形成部材に生じさせることを特
   徴とするバンプ形成装置。
9. 【請求項９】 上記接触位置から上記押圧位置までの上
   記バンプ形成は、上記制御装置により、上記第２速度よ
   りも速い第３速度にて上記ボールを下降させて形成され
   る、請求項８記載のバンプ形成装置。
10. 【請求項１０】 上記直前位置から上記接触位置までの
    上記第２速度での上記ボールの下降は、上記制御装置に
    より位置決め制御により行われ、上記接触位置からの上
    記バンプ形成は、上記制御装置により上記ボールの上記
    電極への押圧力を変化させる押圧力制御にて形成する、
    請求項８記載のバンプ形成装置。
11. 【請求項１１】 上記制御装置は、上記第２速度を、時
    間経過とともに上記第１速度を減速することで生成す
    る、請求項８ないし１０のいずれかに記載のバンプ形成
    装置。
12. 【請求項１２】 上記押圧力制御は、上記制御装置に格
    納されている、経過時間と押圧力との関係を示す関数で
    あって、時間経過とともに押圧力の増加、一定維持、減
    少を示す関数に基づいて実行される、請求項１０記載の
    バンプ形成装置。
13. 【請求項１３】 上記ボールを上記電極に押圧すると
    き、上記ボールに超音波振動を印加する超音波装置をさ
    らに備えた、請求項８ないし１２のいずれかに記載のバ
    ンプ形成装置。
14. 【請求項１４】 上記制御装置は、上記超音波装置に対
    して、上記押圧を行うときの時間経過に応じて上記超音
    波振動を制御させる、請求項１３記載のバンプ形成方
    法。