JP3498285B2 - 半導体チップの接合方法及び接合装置 - Google Patents
半導体チップの接合方法及び接合装置Info
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- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に樹脂を供
給して半導体チップを接合する半導体チップの接合方法
及びその装置に関するもので、詳しくは半導体パッケー
ジを組み立てる工程において、樹脂供給後、超音波振動
を利用して、基板上の配線電極の半導体接合部に半導体
チップを接合する半導体チップの接合方法及びその装置
である。
給して半導体チップを接合する半導体チップの接合方法
及びその装置に関するもので、詳しくは半導体パッケー
ジを組み立てる工程において、樹脂供給後、超音波振動
を利用して、基板上の配線電極の半導体接合部に半導体
チップを接合する半導体チップの接合方法及びその装置
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板等に半導体チップを接合する
場合、加圧と加熱を同時に行っていた。この時、接合部
となる電極に酸化被膜等が存在する場合には、皮膜除去
のためフラックス等を接合部位に付着させていた。しか
し、加熱により損傷する危険性のあるような半導体チッ
プの場合には、加熱に変えて超音波振動を与えることも
考えられていた。
場合、加圧と加熱を同時に行っていた。この時、接合部
となる電極に酸化被膜等が存在する場合には、皮膜除去
のためフラックス等を接合部位に付着させていた。しか
し、加熱により損傷する危険性のあるような半導体チッ
プの場合には、加熱に変えて超音波振動を与えることも
考えられていた。
【０００３】一方、従来の半導体チップの接合方法や装
置では、接合が終了してから半導体チップを樹脂で覆っ
ているが、接合後に樹脂を供給すると半導体チップと基
板の間に樹脂が入り込まない可能性がある。その樹脂が
入り込まないところは、電気的に不良が発生しやすいの
で各種方法で樹脂を入り込ませていた。
置では、接合が終了してから半導体チップを樹脂で覆っ
ているが、接合後に樹脂を供給すると半導体チップと基
板の間に樹脂が入り込まない可能性がある。その樹脂が
入り込まないところは、電気的に不良が発生しやすいの
で各種方法で樹脂を入り込ませていた。
【０００４】この対策として、接合前に樹脂を供給し、
樹脂の上から加熱、加圧及び超音波振動を与えて接合す
る製造方法や装置が提案されている。しかし、この方法
や装置では１つの接合ヘッドに加熱機構や加圧機構と超
音波振動付与機構を設けるため、加熱機構による超音波
振動付与機構の劣化が激しく実用的でなく、更に、テー
プ基板等では熱によるゆがみの危険性もあった。
樹脂の上から加熱、加圧及び超音波振動を与えて接合す
る製造方法や装置が提案されている。しかし、この方法
や装置では１つの接合ヘッドに加熱機構や加圧機構と超
音波振動付与機構を設けるため、加熱機構による超音波
振動付与機構の劣化が激しく実用的でなく、更に、テー
プ基板等では熱によるゆがみの危険性もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、接合前に樹
脂を供給することにより、半導体チップと基板の間に完
全に樹脂が入り込むようにし、樹脂の上から加熱機構を
用いずに超音波振動を与えながら基板等と半導体チップ
を接合するものとして、テープ基板等熱に弱い基板への
接合も安心して行うことのできる半導体チップの接合方
法及び接合装置を提供することを目的とする。
脂を供給することにより、半導体チップと基板の間に完
全に樹脂が入り込むようにし、樹脂の上から加熱機構を
用いずに超音波振動を与えながら基板等と半導体チップ
を接合するものとして、テープ基板等熱に弱い基板への
接合も安心して行うことのできる半導体チップの接合方
法及び接合装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、基板上の配線電極の半導体接合部に少なく
とも接合される半導体チップの下面を覆う樹脂を供給
し、配線電極と接合される半導体チップとを位置決め
し、その後、樹脂の上から上記半導体チップを配線電極
の半導体接合部に近づけ、上記半導体チップが少なくと
も樹脂に実質的に接触する時点から、半導体チップと基
板の接合前の第１の超音波振動を半導体チップに与え、
半導体チップと基板が接触するとともに、接合を完結さ
せる第２の超音波信号に切り替え、上記半導体チップに
第２の超音波振動を与えながら上記半導体チップを基板
へ所定の圧力で押圧することを特徴とする半導体チップ
の接合方法及びその装置を提供しようとするものであ
る。
決するため、基板上の配線電極の半導体接合部に少なく
とも接合される半導体チップの下面を覆う樹脂を供給
し、配線電極と接合される半導体チップとを位置決め
し、その後、樹脂の上から上記半導体チップを配線電極
の半導体接合部に近づけ、上記半導体チップが少なくと
も樹脂に実質的に接触する時点から、半導体チップと基
板の接合前の第１の超音波振動を半導体チップに与え、
半導体チップと基板が接触するとともに、接合を完結さ
せる第２の超音波信号に切り替え、上記半導体チップに
第２の超音波振動を与えながら上記半導体チップを基板
へ所定の圧力で押圧することを特徴とする半導体チップ
の接合方法及びその装置を提供しようとするものであ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面に従って、実施例と共
に本発明の実施の形態について説明する。図１は、フリ
ップチップボンディング装置の一実施例を示す概略斜視
図であり、フリップチップボンディング装置は、基板１
１に樹脂１２を供給する樹脂供給ユニット１と、半導体
チップ１３を接合する接合ユニット２で構成される。こ
の二つのユニット１、２は一体でもよいが、実施例では
処理能力を高めるため別体で構成される。
に本発明の実施の形態について説明する。図１は、フリ
ップチップボンディング装置の一実施例を示す概略斜視
図であり、フリップチップボンディング装置は、基板１
１に樹脂１２を供給する樹脂供給ユニット１と、半導体
チップ１３を接合する接合ユニット２で構成される。こ
の二つのユニット１、２は一体でもよいが、実施例では
処理能力を高めるため別体で構成される。
【０００８】樹脂供給ユニット１は、基板ステージ３と
転写ヘッド４と樹脂供給部５とで構成される。樹脂供給
部５には、図示されていないスキージが設けられ、転写
ヘッド４の転写面への供給樹脂量を常に一定に保ってい
る。
転写ヘッド４と樹脂供給部５とで構成される。樹脂供給
部５には、図示されていないスキージが設けられ、転写
ヘッド４の転写面への供給樹脂量を常に一定に保ってい
る。
【０００９】この樹脂供給部５に転写ヘッド４を下降さ
せて接触させ、転写ヘッド４の下面に設けられた複数の
ピンに均一な量の樹脂１２を供給する。本実施例では
０．５ミリグラム程度の供給量となる。この量は、図４
乃至図６に示されるように半導体チップ１３の下面を完
全に覆う量、すなわち、半導体チップ１３の接合面と同
一の範囲を満たす量であり、かつ半導体チップ１３の接
合時にボンディングヘッド６に接触しない量であり、半
導体チップ１３のサイズと樹脂１２の粘度から求められ
る。尚、転写ピンと樹脂供給部５の代わりにディスペン
サを設けてもよい。
せて接触させ、転写ヘッド４の下面に設けられた複数の
ピンに均一な量の樹脂１２を供給する。本実施例では
０．５ミリグラム程度の供給量となる。この量は、図４
乃至図６に示されるように半導体チップ１３の下面を完
全に覆う量、すなわち、半導体チップ１３の接合面と同
一の範囲を満たす量であり、かつ半導体チップ１３の接
合時にボンディングヘッド６に接触しない量であり、半
導体チップ１３のサイズと樹脂１２の粘度から求められ
る。尚、転写ピンと樹脂供給部５の代わりにディスペン
サを設けてもよい。
【００１０】転写ヘッド４の横には、基板１１の位置決
め用のＣＣＤカメラ７が設けられている。基板ステージ
３には、基板固定用の真空吸引穴８が設けられ、図示し
ない搬送装置で供給される基板１１を真空吸引で保持で
きるようになっている。また、位置決め用に、Ｘ−Ｙ軸
駆動機構と回転軸駆動機構が設けられている。
め用のＣＣＤカメラ７が設けられている。基板ステージ
３には、基板固定用の真空吸引穴８が設けられ、図示し
ない搬送装置で供給される基板１１を真空吸引で保持で
きるようになっている。また、位置決め用に、Ｘ−Ｙ軸
駆動機構と回転軸駆動機構が設けられている。
【００１１】接合ユニット２は、ボンディングヘッド
６、チップ供給部９、基板ステージ１０で構成される。
基板ステージ１０は、樹脂供給ユニット１の基板ステー
ジ３と同一の構成となっており、基板の配線電極と半導
体チップの位置決めをするためＸ−Ｙ軸駆動機構と回転
軸駆動機構が設けられている。尚、ボンディングヘッド
６の近傍に、基板１１の位置確認用のＣＣＤカメラ２５
が設けられている。
６、チップ供給部９、基板ステージ１０で構成される。
基板ステージ１０は、樹脂供給ユニット１の基板ステー
ジ３と同一の構成となっており、基板の配線電極と半導
体チップの位置決めをするためＸ−Ｙ軸駆動機構と回転
軸駆動機構が設けられている。尚、ボンディングヘッド
６の近傍に、基板１１の位置確認用のＣＣＤカメラ２５
が設けられている。
【００１２】チップ供給部９は、トレイ１６で供給され
るフェイスアップの半導体チップ１３を真空源で吸着し
反転するピックアップアーム２１と位置決めユニット２
２で構成される。本実施例では半導体チップ１３の収納
されたトレイ１６及び該チップ供給部９が、半導体チッ
プ１３の供給手段となる。ボンディングヘッド６には、
昇降軸２３と超音波振動付与手段としての超音波ホーン
２４が設けられている。昇降軸２３が半導体チップ１３
を基板１１の配線電極に加圧する手段となる。尚、超音
波振動及び加圧力は図示されていない制御機構により制
御される。
るフェイスアップの半導体チップ１３を真空源で吸着し
反転するピックアップアーム２１と位置決めユニット２
２で構成される。本実施例では半導体チップ１３の収納
されたトレイ１６及び該チップ供給部９が、半導体チッ
プ１３の供給手段となる。ボンディングヘッド６には、
昇降軸２３と超音波振動付与手段としての超音波ホーン
２４が設けられている。昇降軸２３が半導体チップ１３
を基板１１の配線電極に加圧する手段となる。尚、超音
波振動及び加圧力は図示されていない制御機構により制
御される。
【００１３】実施例での基板１１は、樹脂フィルムに、
配線１４を金メッキで形成したものを用いている。勿
論、配線１４は、銀ペーストやアルミラミネートで形成
したものでもよい。半導体チップ１３の接合面側には金
のバンプ１５を設けてある。実施例では半導体チップ１
３より配線１４の接合部の方が大きくなっており、位置
決めに多少のズレが生じても問題が生じないようにされ
ている。
配線１４を金メッキで形成したものを用いている。勿
論、配線１４は、銀ペーストやアルミラミネートで形成
したものでもよい。半導体チップ１３の接合面側には金
のバンプ１５を設けてある。実施例では半導体チップ１
３より配線１４の接合部の方が大きくなっており、位置
決めに多少のズレが生じても問題が生じないようにされ
ている。
【００１４】以下、本実施例による半導体チップ１３の
基板１１へのボンディング工程について説明する。先
ず、基板１１が樹脂供給ユニット１の基板ステージ３に
図示しない搬送装置により供給され、基板ステージ３の
真空吸引穴８により固定されると、ＣＣＤカメラ７にて
基板位置の確認を行う。
基板１１へのボンディング工程について説明する。先
ず、基板１１が樹脂供給ユニット１の基板ステージ３に
図示しない搬送装置により供給され、基板ステージ３の
真空吸引穴８により固定されると、ＣＣＤカメラ７にて
基板位置の確認を行う。
【００１５】このとき基板１１の配線パターンから、位
置決めを行う。この検出位置に合わせて基板ステージ３
は、Ｘ−Ｙ軸駆動機構と回転軸駆動機構の直行２軸と回
転１軸で基板１１を転写ヘッド４の転写位置に合わせ
る。転写ヘッド４は前もって下面の転写ピンに樹脂１２
を付けており、転写ヘッド４を基板１１上に下降するこ
とにより、基板１１の接合部全てに樹脂１２を一括で転
写する。図２がその状態を示している。
置決めを行う。この検出位置に合わせて基板ステージ３
は、Ｘ−Ｙ軸駆動機構と回転軸駆動機構の直行２軸と回
転１軸で基板１１を転写ヘッド４の転写位置に合わせ
る。転写ヘッド４は前もって下面の転写ピンに樹脂１２
を付けており、転写ヘッド４を基板１１上に下降するこ
とにより、基板１１の接合部全てに樹脂１２を一括で転
写する。図２がその状態を示している。
【００１６】転写が終わった基板１１は図示しない搬送
装置にて、接合ユニット２へと搬送される。接合ユニッ
ト２でも、樹脂供給ユニット１と同様に基板１１の固
定、位置決めが実施される。同時に、ピックアップアー
ム２１が、半導体チップ１３をトレイ１６から取り出
し、位置決めした後、反転し、ボンディングヘッド６に
受け渡す。
装置にて、接合ユニット２へと搬送される。接合ユニッ
ト２でも、樹脂供給ユニット１と同様に基板１１の固
定、位置決めが実施される。同時に、ピックアップアー
ム２１が、半導体チップ１３をトレイ１６から取り出
し、位置決めした後、反転し、ボンディングヘッド６に
受け渡す。
【００１７】半導体チップ１３を受け渡されたボンディ
ングヘッド６は、急速に基板１１の接合部へ近づき、少
なくとも樹脂１２と接触する時点より、１ワットで第１
の超音波振動を開始する。実施例では、図３に示される
ように基板１１が樹脂１２に接触する直前に第１の超音
波振動が開始する。
ングヘッド６は、急速に基板１１の接合部へ近づき、少
なくとも樹脂１２と接触する時点より、１ワットで第１
の超音波振動を開始する。実施例では、図３に示される
ように基板１１が樹脂１２に接触する直前に第１の超音
波振動が開始する。
【００１８】この第１の超音波振動の開始ポイントは、
ボンディングヘッド６のＺ軸モータ２６による高さ位置
で検出する。この時の超音波周波数は、約６０キロヘル
ツである。図４に示すように、半導体チップ１３が樹脂
１２に接触すると、樹脂１２は超音波により流動性が向
上するので接合効率が上昇する。同時に、樹脂１２内の
気泡が抜けるという効果もある。
ボンディングヘッド６のＺ軸モータ２６による高さ位置
で検出する。この時の超音波周波数は、約６０キロヘル
ツである。図４に示すように、半導体チップ１３が樹脂
１２に接触すると、樹脂１２は超音波により流動性が向
上するので接合効率が上昇する。同時に、樹脂１２内の
気泡が抜けるという効果もある。
【００１９】更に、ボンディングヘッド６が下降する
と、図５に示すように半導体チップ１３と基板１１が接
触する。接触とともに、ボンディングヘッド６に加わる
荷重が急激に上昇するので、圧力をモニタリングするこ
とにより、接触を認識する。接触が検知された時点で、
第２の超音波振動を出力３ワットで与える。
と、図５に示すように半導体チップ１３と基板１１が接
触する。接触とともに、ボンディングヘッド６に加わる
荷重が急激に上昇するので、圧力をモニタリングするこ
とにより、接触を認識する。接触が検知された時点で、
第２の超音波振動を出力３ワットで与える。
【００２０】その後、ボンディングヘッド６の圧力が第
１圧力３０グラム／バンプ（１バンプあたり３０グラ
ム）まで上昇したら、ボンディングヘッド６の下降を一
旦停止し、一定時間保持する。実施例では、０．５秒で
ある。保持時間経過後、超音波出力を、第３の超音波振
動１０ワットに上昇し、検知圧力が、第２圧力９０グラ
ム／バンプになるまで加圧を再開する。９０グラム／バ
ンプまで圧力が上がった後、一定時間保持し、その後接
合終了となる。接合終了した基板１１は、加熱硬化炉で
樹脂硬化させる。
１圧力３０グラム／バンプ（１バンプあたり３０グラ
ム）まで上昇したら、ボンディングヘッド６の下降を一
旦停止し、一定時間保持する。実施例では、０．５秒で
ある。保持時間経過後、超音波出力を、第３の超音波振
動１０ワットに上昇し、検知圧力が、第２圧力９０グラ
ム／バンプになるまで加圧を再開する。９０グラム／バ
ンプまで圧力が上がった後、一定時間保持し、その後接
合終了となる。接合終了した基板１１は、加熱硬化炉で
樹脂硬化させる。
【００２１】超音波振動の出力は、第１と第２が同一で
もよい。また、第２が第３と同一でもよい。第２超音波
に切り替えるタイミングは、位置情報により制御して
も、圧力検知後すぐに切り替えてもよい。
もよい。また、第２が第３と同一でもよい。第２超音波
に切り替えるタイミングは、位置情報により制御して
も、圧力検知後すぐに切り替えてもよい。
【００２２】上記実施例は、フェイスアップ状態での半
導体チップの供給の場合について述べたが、フェイスダ
ウンで供給された場合には、ボンディングヘッド６で直
接半導体チップ１３を吸着し、位置決め後接合すればよ
く、ピックアップアーム２１が不要となる。
導体チップの供給の場合について述べたが、フェイスダ
ウンで供給された場合には、ボンディングヘッド６で直
接半導体チップ１３を吸着し、位置決め後接合すればよ
く、ピックアップアーム２１が不要となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、如上のように構成されるた
め、次のような効果を発揮する。第１に、本発明は、加
熱手段を利用せず、振動のみで基板と半導体チップを接
合するものであるので、テープ基板のように熱に弱い基
板にも利用できるものとなった。更に、加熱機構を利用
しないため、ボンディング装置を簡素化することができ
た。
め、次のような効果を発揮する。第１に、本発明は、加
熱手段を利用せず、振動のみで基板と半導体チップを接
合するものであるので、テープ基板のように熱に弱い基
板にも利用できるものとなった。更に、加熱機構を利用
しないため、ボンディング装置を簡素化することができ
た。
【００２４】第２に、接合前に基板上の配線電極の半導
体接合部に少なくとも接合される半導体チップの下面を
覆う樹脂を供給するものであるので、半導体チップと基
板の間に樹脂が完全に入り込み、不良が発生しにくい方
法及び装置になった。
体接合部に少なくとも接合される半導体チップの下面を
覆う樹脂を供給するものであるので、半導体チップと基
板の間に樹脂が完全に入り込み、不良が発生しにくい方
法及び装置になった。
【００２５】第３に、半導体チップが少なくとも樹脂に
実質的に接触する時点から、半導体チップに超音波振動
を与えながら上記半導体チップを基板へ所定の圧力で押
圧するものであるので、接合前に超音波により樹脂の流
動性が向上し、接合効率が上昇し、樹脂内の気泡が抜け
るという効果もある。
実質的に接触する時点から、半導体チップに超音波振動
を与えながら上記半導体チップを基板へ所定の圧力で押
圧するものであるので、接合前に超音波により樹脂の流
動性が向上し、接合効率が上昇し、樹脂内の気泡が抜け
るという効果もある。
【００２６】 第４に、超音波振動の出力を、半導体チ
ップと基板の接合前の第１の超音波振動の出力と、接合
を完結させる第２の超音波振動の出力との少なくとも２
段階に切り替えることにより、樹脂の流動性の向上と完
全な半導体チップと基板の接合に適した超音波振動を与
えることができる。
ップと基板の接合前の第１の超音波振動の出力と、接合
を完結させる第２の超音波振動の出力との少なくとも２
段階に切り替えることにより、樹脂の流動性の向上と完
全な半導体チップと基板の接合に適した超音波振動を与
えることができる。
【図１】フリップチップボンディング装置の一実施例を
示す概略斜視図
示す概略斜視図
【図２】樹脂供給時を示す説明図
【図３】第１超音波付与開始時点を示す説明図
【図４】第１超音波付与継続下降時点を示す説明図
【図５】チップ接合加圧時を示す説明図
【図６】接合終了時を示す説明図
１．．．．．．．．樹脂供給ユニット
２．．．．．．．．接合ユニット
３、１０．．．．．基板ステージ
４．．．．．．．．転写ヘッド
５．．．．．．．．樹脂供給部
６．．．．．．．．ボンディングヘッド
７、２５．．．．．ＣＣＤカメラ
８．．．．．．．．真空吸引穴
９．．．．．．．．チップ供給部
１１．．．．．．．基板
１２．．．．．．．樹脂
１３．．．．．．．半導体チップ
１４．．．．．．．配線
１５．．．．．．．バンプ
１６．．．．．．．トレイ
２１．．．．．．．ピックアップアーム
２２．．．．．．．位置決めユニット
２３．．．．．．．昇降軸
２４．．．．．．．超音波ホーン
２６．．．．．．．Ｚ軸モータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−26511（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−107078（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−335606（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−260961（ＪＰ，Ａ)
特開2001−156110（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60 311
H01L 21/52
H01L 21/56
Claims (4)
- 【請求項１】基板上の配線電極の半導体接合部に少なく
とも接合される半導体チップの下面を覆う樹脂を供給
し、配線電極と接合される半導体チップとを位置決め
し、その後、樹脂の上から上記半導体チップを配線電極
の半導体接合部に近づけ、上記半導体チップが少なくと
も樹脂に実質的に接触する時点から、半導体チップと基
板の接合前の第１の超音波振動を半導体チップに与え、
半導体チップと基板が接触するとともに、接合を完結さ
せる第２の超音波信号に切り替え、上記半導体チップに
第２の超音波振動を与えながら上記半導体チップを基板
へ所定の圧力で押圧することを特徴とする半導体チップ
の接合方法。 - 【請求項２】基板が樹脂フィルムで構成される請求項１
記載の半導体チップの接合方法。 - 【請求項３】半導体チップ供給手段と、半導体チップを
接合する配線電極を有する基板を供給する手段と、基板
の少なくとも半導体チップの接合面と同一範囲に樹脂を
供給する手段と、基板の配線電極と半導体チップの位置
決めをする手段と、半導体チップを基板の配線電極に加
圧する手段と、半導体チップに超音波振動を与える手段
と、超音波振動及び加圧力を制御する手段とを具備し、
半導体チップが少なくとも樹脂に実質的に接触する時点
から、半導体チップと基板の接合前の第１の超音波振動
を半導体チップに与え、半導体チップと基板が接触する
とともに、接合を完結させる第２の超音波信号に切り替
え、半導体チップに第２の超音波振動与えながら半導体
チップを基板へ所定の圧力で押圧することを特徴とする
半導体チップ接合装置。 - 【請求項４】基板が樹脂フィルムで構成される請求項３
記載の半導体チップ接合装置。
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| JP36061799A JP3498285B2 (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 半導体チップの接合方法及び接合装置 |
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| JP36061799A JP3498285B2 (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 半導体チップの接合方法及び接合装置 |
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| JP2001176929A JP2001176929A (ja) | 2001-06-29 |
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