JP3520410B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents
電子部品の実装方法Info
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- ultrasonic vibration
- electronic component
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品を基板上に
バンプを介して実装する方法、特にフリップチップボン
ディング方法を用いた実装方法に関するものである。
バンプを介して実装する方法、特にフリップチップボン
ディング方法を用いた実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体チップの電極部に形成され
たバンプと、加熱ステージ上に配置された基板の配線パ
ターンとを位置合わせし、チップの裏面にツールを介し
て圧力と超音波とを付加し、バンプと基板の配線パター
ンとを接合するフリップチップボンディング方法が提案
されている（特開昭６３−２８８０３１号公報）。この
場合、はんだペーストやフラックスを使用せずに接合で
き、簡略な工程で、低コストかつ高精度な実装方法を実
現できる利点がある。
たバンプと、加熱ステージ上に配置された基板の配線パ
ターンとを位置合わせし、チップの裏面にツールを介し
て圧力と超音波とを付加し、バンプと基板の配線パター
ンとを接合するフリップチップボンディング方法が提案
されている（特開昭６３−２８８０３１号公報）。この
場合、はんだペーストやフラックスを使用せずに接合で
き、簡略な工程で、低コストかつ高精度な実装方法を実
現できる利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、チップの電
極部に形成されたバンプと基板の配線パターンとを一括
して接合する関係で、どうしても超音波振動の方向に対
して直交する配線と平行な配線とが生じてしまう。特
に、硬度の低い樹脂基板を使用した場合、直交する配線
では超音波振動により配線のよじれが生じ、平行な配線
と比較して接合が不完全になるという欠点があった。こ
の場合、直交する配線のバンプ接合部は接合信頼性が乏
しく、オープン不良になりやすい。
極部に形成されたバンプと基板の配線パターンとを一括
して接合する関係で、どうしても超音波振動の方向に対
して直交する配線と平行な配線とが生じてしまう。特
に、硬度の低い樹脂基板を使用した場合、直交する配線
では超音波振動により配線のよじれが生じ、平行な配線
と比較して接合が不完全になるという欠点があった。こ
の場合、直交する配線のバンプ接合部は接合信頼性が乏
しく、オープン不良になりやすい。
【０００４】一方、直交する配線の接合強度を高めるた
め、超音波エネルギーを上げる（振動の振幅を増す）方
法が考えられるが、直交する配線に比べて平行な配線の
方が超音波が効率よく伝達されるので、平行な配線にお
いては配線のバンプ部分に著しい応力集中が生じ、配線
にクラックが生じてしまう。そのため、超音波エネルギ
ーを上げることができない。このように樹脂基板を用い
た場合には、平行な配線が接合できる条件では直交する
配線でオープン不良が生じ、直交する配線が接合できる
程の高出力超音波の条件では、平行な配線でクラックが
生じるという二律背反する問題が生じていた。
め、超音波エネルギーを上げる（振動の振幅を増す）方
法が考えられるが、直交する配線に比べて平行な配線の
方が超音波が効率よく伝達されるので、平行な配線にお
いては配線のバンプ部分に著しい応力集中が生じ、配線
にクラックが生じてしまう。そのため、超音波エネルギ
ーを上げることができない。このように樹脂基板を用い
た場合には、平行な配線が接合できる条件では直交する
配線でオープン不良が生じ、直交する配線が接合できる
程の高出力超音波の条件では、平行な配線でクラックが
生じるという二律背反する問題が生じていた。
【０００５】そこで、本発明の目的は、超音波振動によ
る配線のよじれを抑えて、すべての配線において均等に
かつ効率よく超音波エネルギーを与えることができ、す
べての配線で均等な接合状態を得ることができる電子部
品の実装方法を提供することにある。
る配線のよじれを抑えて、すべての配線において均等に
かつ効率よく超音波エネルギーを与えることができ、す
べての配線で均等な接合状態を得ることができる電子部
品の実装方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、直交方向に設けられた樹
脂基板の配線と電子部品の電極とをバンプを介して超音
波振動を併用した熱圧着接合により接続する実装方法に
おいて、上記樹脂基板の配線は、その最下層が２０μｍ
以上の厚みの銅層で構成されており、上記超音波振動を
その振動方向が配線の延びる方向に対して３０°〜６０
°の角度となるように、上記樹脂基板の表面と平行に印
加することを特徴とする電子部品の実装方法を提供す
る。
め、請求項１に記載の発明は、直交方向に設けられた樹
脂基板の配線と電子部品の電極とをバンプを介して超音
波振動を併用した熱圧着接合により接続する実装方法に
おいて、上記樹脂基板の配線は、その最下層が２０μｍ
以上の厚みの銅層で構成されており、上記超音波振動を
その振動方向が配線の延びる方向に対して３０°〜６０
°の角度となるように、上記樹脂基板の表面と平行に印
加することを特徴とする電子部品の実装方法を提供す
る。
【０００７】直交方向に延びる樹脂基板の配線上（また
は電子部品の電極上）にバンプを形成しておき、このバ
ンプを対面する電極（または配線）に対して超音波振動
を併用した熱圧着接合により接続する。このとき、超音
波振動による摩擦熱と、加熱による熱エネルギーとによ
り、電子部品の電極（または配線）とバンプとの間に原
子拡散が起こり、圧着力と相俟って強く接合される。特
に、超音波振動の方向が配線に対して３０°〜６０°の
角度に作用しているので、全ての配線に対して角度を持
ち、超音波振動方向に対して直交する配線や平行な配線
が生じない。つまり、原子拡散を全ての配線においてほ
ぼ均等に起こさせることができ、全ての配線においてほ
ぼ均等な接合状態を獲得することができる。また、電子
部品全体としても高い接合強度が得られる。また、基板
の配線の最下層が２０μｍ以上の厚みの銅層で構成され
ているので、配線に対する応力が低減され、かつ配線自
体の強度が向上するので、クラック発生率を低くでき
る。
は電子部品の電極上）にバンプを形成しておき、このバ
ンプを対面する電極（または配線）に対して超音波振動
を併用した熱圧着接合により接続する。このとき、超音
波振動による摩擦熱と、加熱による熱エネルギーとによ
り、電子部品の電極（または配線）とバンプとの間に原
子拡散が起こり、圧着力と相俟って強く接合される。特
に、超音波振動の方向が配線に対して３０°〜６０°の
角度に作用しているので、全ての配線に対して角度を持
ち、超音波振動方向に対して直交する配線や平行な配線
が生じない。つまり、原子拡散を全ての配線においてほ
ぼ均等に起こさせることができ、全ての配線においてほ
ぼ均等な接合状態を獲得することができる。また、電子
部品全体としても高い接合強度が得られる。また、基板
の配線の最下層が２０μｍ以上の厚みの銅層で構成され
ているので、配線に対する応力が低減され、かつ配線自
体の強度が向上するので、クラック発生率を低くでき
る。
【０００８】基板の配線に対する超音波振動の方向は、
直交および平行のいずれにも偏らない方向とするのが望
ましく、特に請求項２のように、約４５°とした場合に
は、全ての配線に対して超音波振動方向が同じ角度にな
り、確実に均等な接合強度が得られ、最も大きな効果が
得られる。
直交および平行のいずれにも偏らない方向とするのが望
ましく、特に請求項２のように、約４５°とした場合に
は、全ての配線に対して超音波振動方向が同じ角度にな
り、確実に均等な接合強度が得られ、最も大きな効果が
得られる。
【０００９】請求項３のように、超音波振動の振幅を
０．７μｍ以下とすると、配線に対する引っ張り応力が
小さくなり、配線クラックの発生を防止することができ
る。また、振幅が小さいので、低超音波エネルギーとな
り、省エネルギーで接合できる。
０．７μｍ以下とすると、配線に対する引っ張り応力が
小さくなり、配線クラックの発生を防止することができ
る。また、振幅が小さいので、低超音波エネルギーとな
り、省エネルギーで接合できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１，図２は本発明にかかる電子
部品の実装方法の一例を示す。１はエポキシ樹脂などの
耐熱性樹脂で構成された樹脂基板であり、この基板１上
には直交方向に延びる配線２，３が縦横にパターン形成
されている。配線２，３の内端部にはめっき法またはワ
イヤボンディング法を用いてバンプ４が形成されてい
る。このバンプ４は配線２，３の表層がＡｕで構成され
ている場合には、Ａｕを主成分とする金属バンプが望ま
しいが、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，はんだなどを用いてもよ
い。基板１は２０〜１５０℃に加熱されたステージ５
（図３参照）上に保持されている。この場合、真空吸着
のみで基板１を保持してもよいが、超音波振動が有効に
伝わるよう、機械的に押さえて完全に拘束するのが望ま
しい。
部品の実装方法の一例を示す。１はエポキシ樹脂などの
耐熱性樹脂で構成された樹脂基板であり、この基板１上
には直交方向に延びる配線２，３が縦横にパターン形成
されている。配線２，３の内端部にはめっき法またはワ
イヤボンディング法を用いてバンプ４が形成されてい
る。このバンプ４は配線２，３の表層がＡｕで構成され
ている場合には、Ａｕを主成分とする金属バンプが望ま
しいが、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，はんだなどを用いてもよ
い。基板１は２０〜１５０℃に加熱されたステージ５
（図３参照）上に保持されている。この場合、真空吸着
のみで基板１を保持してもよいが、超音波振動が有効に
伝わるよう、機械的に押さえて完全に拘束するのが望ま
しい。
【００１１】１０は半導体チップなどの電子部品であ
り。その下面にはバンプ４に対応した位置に電極１１
（図３参照）が形成されている。電子部品１０の上面は
ボンディングツール（以下、ツールと呼ぶ）２０によっ
て吸着保持されており、ツール２０によって電子部品１
０をピックアップし、電極１１とバンプ４とを高精度
（例えば±５μｍ）に位置合わせする。
り。その下面にはバンプ４に対応した位置に電極１１
（図３参照）が形成されている。電子部品１０の上面は
ボンディングツール（以下、ツールと呼ぶ）２０によっ
て吸着保持されており、ツール２０によって電子部品１
０をピックアップし、電極１１とバンプ４とを高精度
（例えば±５μｍ）に位置合わせする。
【００１２】次に、電子部品１０の電極１１とバンプ４
とを接触させ、ツール２０を介して５０ｇ〜１００ｇ／
バンプの加圧と、配線２，３に対して３０°〜６０°の
振動方向となるように超音波振動とを与え、電極１１と
バンプ４とを短時間（例えば０．２〜１秒）で金属接合
する。特に、超音波振動の方向を配線２，３に対して４
５°とした場合には、最も効果的である。超音波振動は
基板１の表面と平行に印加される。上記のように接合し
た後、バンプ接合信頼性を確保するため、電子部品１０
と樹脂基板１の線膨張差を緩和し、かつ接合部を保護す
るための樹脂封止を、電子部品１０と基板１との隙間に
行うのが望ましい。
とを接触させ、ツール２０を介して５０ｇ〜１００ｇ／
バンプの加圧と、配線２，３に対して３０°〜６０°の
振動方向となるように超音波振動とを与え、電極１１と
バンプ４とを短時間（例えば０．２〜１秒）で金属接合
する。特に、超音波振動の方向を配線２，３に対して４
５°とした場合には、最も効果的である。超音波振動は
基板１の表面と平行に印加される。上記のように接合し
た後、バンプ接合信頼性を確保するため、電子部品１０
と樹脂基板１の線膨張差を緩和し、かつ接合部を保護す
るための樹脂封止を、電子部品１０と基板１との隙間に
行うのが望ましい。
【００１３】上記のように配線２，３に対して３０°〜
６０°の振動方向となるように超音波振動を与えること
により、振動方向に対して直交する配線がなくなり、配
線２，３のよじれを抑えることができる。そのため、加
熱された基板１の配線２，３上のバンプ４と電子部品１
０の電極１１との間に、全ての配線２，３において均等
に、かつ効率よく超音波エネルギーを与えることができ
る。この超音波振動による摩擦熱と、加熱による熱エネ
ルギーとにより、電極１１とバンプ４との間に十分な原
子拡散を起こさせることができ、全ての配線２、４にお
いてほぼ均等な接合状態を得ることができる。その結
果、電子部品１０全体として高い接合強度が得られる。
特に、超音波振動の方向を配線２，３に対して４５°と
した場合には、全ての配線２，３に対して超音波振動の
方向が同じ角度となり、均等な接合が得られるという特
徴がある。
６０°の振動方向となるように超音波振動を与えること
により、振動方向に対して直交する配線がなくなり、配
線２，３のよじれを抑えることができる。そのため、加
熱された基板１の配線２，３上のバンプ４と電子部品１
０の電極１１との間に、全ての配線２，３において均等
に、かつ効率よく超音波エネルギーを与えることができ
る。この超音波振動による摩擦熱と、加熱による熱エネ
ルギーとにより、電極１１とバンプ４との間に十分な原
子拡散を起こさせることができ、全ての配線２、４にお
いてほぼ均等な接合状態を得ることができる。その結
果、電子部品１０全体として高い接合強度が得られる。
特に、超音波振動の方向を配線２，３に対して４５°と
した場合には、全ての配線２，３に対して超音波振動の
方向が同じ角度となり、均等な接合が得られるという特
徴がある。
【００１４】図４は樹脂基板１上に形成された配線２，
３の断面図を示す。ここでは、２００〜８００μｍの厚
みの樹脂基板を使用し、配線２，３の最下層を厚み２０
〜４０μｍのＣｕ、中間層を厚み３〜１０μｍのＮｉ、
最上層を厚み０．３μｍ以上のＡｕで構成した。配線幅
は７０〜１５０μｍとした。
３の断面図を示す。ここでは、２００〜８００μｍの厚
みの樹脂基板を使用し、配線２，３の最下層を厚み２０
〜４０μｍのＣｕ、中間層を厚み３〜１０μｍのＮｉ、
最上層を厚み０．３μｍ以上のＡｕで構成した。配線幅
は７０〜１５０μｍとした。
【００１５】図５は図４のような構造の配線に作用する
超音波振動による、その応力と配線厚みとの関係を超音
波振動の振幅（１μｍ〜３μｍ）をパラメータとしてシ
ミュレーションにより求めたものである。図５から明ら
かなように、配線厚みが厚いほど配線に作用する応力が
低減されていることがわかる。また、超音波振動の振幅
にほぼ比例して、応力が大きくなることがわかる。した
がって、超音波振動の振幅を小さくする方が配線に対す
るダメージが小さい。
超音波振動による、その応力と配線厚みとの関係を超音
波振動の振幅（１μｍ〜３μｍ）をパラメータとしてシ
ミュレーションにより求めたものである。図５から明ら
かなように、配線厚みが厚いほど配線に作用する応力が
低減されていることがわかる。また、超音波振動の振幅
にほぼ比例して、応力が大きくなることがわかる。した
がって、超音波振動の振幅を小さくする方が配線に対す
るダメージが小さい。
【００１６】
【表１】
表１はＣｕの厚みを変化させて配線クラックの発生率を
実験的に評価したものである。この場合、使用した超音
波の周波数は６０ｋＨｚ、振幅は０．６μｍである。表
１の実験結果から、Ｃｕ厚みが大きい程、配線クラック
発生率が低下しており、約２０μｍ以上になると配線ク
ラックが発生しなくなることがわかる。また、Ｃｕ厚み
が厚いほど、配線自体の強度も上がる。上記結果から、
Ｃｕ厚みは約２０μｍ以上とするのが望ましい。
実験的に評価したものである。この場合、使用した超音
波の周波数は６０ｋＨｚ、振幅は０．６μｍである。表
１の実験結果から、Ｃｕ厚みが大きい程、配線クラック
発生率が低下しており、約２０μｍ以上になると配線ク
ラックが発生しなくなることがわかる。また、Ｃｕ厚み
が厚いほど、配線自体の強度も上がる。上記結果から、
Ｃｕ厚みは約２０μｍ以上とするのが望ましい。
【００１７】図６は、樹脂基板１の配線に生じる最大引
張応力に及ぼす超音波振動の振幅の影響を示す。図６に
はそれぞれの振幅における配線クラック発生率を併記し
てある。図６に示す最大引張応力−振幅直線は、有限要
素法を用いた応力解析により導出した。また、振幅の実
測値は、レーザドップラー振動計により定量化した。な
お、配線は厚み２０μｍのＣｕを用いた。図６から明ら
かなように、厚み２０μｍのＣｕ配線の場合、超音波振
動の振幅を０．７μｍ以下にすると、配線に作用する応
力は５００ＭＰａ以下となり、配線クラックを防止でき
ることがわかる。
張応力に及ぼす超音波振動の振幅の影響を示す。図６に
はそれぞれの振幅における配線クラック発生率を併記し
てある。図６に示す最大引張応力−振幅直線は、有限要
素法を用いた応力解析により導出した。また、振幅の実
測値は、レーザドップラー振動計により定量化した。な
お、配線は厚み２０μｍのＣｕを用いた。図６から明ら
かなように、厚み２０μｍのＣｕ配線の場合、超音波振
動の振幅を０．７μｍ以下にすると、配線に作用する応
力は５００ＭＰａ以下となり、配線クラックを防止でき
ることがわかる。
【００１８】本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。上記実施例では、樹脂基板の配線にバンプを形成
しておき、このバンプに対して電子部品の電極を超音波
振動を併用した熱圧着により接合したが、バンプを電子
部品の電極に形成しておき、このバンプを基板の配線に
対して超音波振動を併用した熱圧着により接合しても、
同様の結果となる。また、本発明の実装方法は、半導体
チップに限らず、抵抗素子、コンデンサ、圧電部品など
如何なるチップ部品のフェースダウン実装にも適用可能
である。
ない。上記実施例では、樹脂基板の配線にバンプを形成
しておき、このバンプに対して電子部品の電極を超音波
振動を併用した熱圧着により接合したが、バンプを電子
部品の電極に形成しておき、このバンプを基板の配線に
対して超音波振動を併用した熱圧着により接合しても、
同様の結果となる。また、本発明の実装方法は、半導体
チップに限らず、抵抗素子、コンデンサ、圧電部品など
如何なるチップ部品のフェースダウン実装にも適用可能
である。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、超音波振動を併用した熱圧着接
合によりバンプと樹脂基板の配線または電子部品の電極
とを接続する際、超音波振動の方向を配線に対して３０
°〜６０°の角度としたので、超音波振動による配線の
よじれを抑え、全ての配線に対し均等かつ効率よく超音
波を伝達できる。そのため、全ての配線においてほぼ均
等な接合状態を得ることができ、接合不良を低減でき
る。また、比較的低い超音波エネルギー（低振幅）で接
合できるので、省エネルギーな実装方法となり、配線へ
のダメージが少なくなる。さらに、全ての配線において
ほぼ均等な接合状態を得ることができるので、電子部品
全体として高い接合信頼性が得られる。また、基板の配
線の最下層が２０μｍ以上の厚みの銅層で構成されてい
るので、配線に対する応力が低減され、かつ配線自体の
強度が向上するので、クラック発生率を低くできる。
に記載の発明によれば、超音波振動を併用した熱圧着接
合によりバンプと樹脂基板の配線または電子部品の電極
とを接続する際、超音波振動の方向を配線に対して３０
°〜６０°の角度としたので、超音波振動による配線の
よじれを抑え、全ての配線に対し均等かつ効率よく超音
波を伝達できる。そのため、全ての配線においてほぼ均
等な接合状態を得ることができ、接合不良を低減でき
る。また、比較的低い超音波エネルギー（低振幅）で接
合できるので、省エネルギーな実装方法となり、配線へ
のダメージが少なくなる。さらに、全ての配線において
ほぼ均等な接合状態を得ることができるので、電子部品
全体として高い接合信頼性が得られる。また、基板の配
線の最下層が２０μｍ以上の厚みの銅層で構成されてい
るので、配線に対する応力が低減され、かつ配線自体の
強度が向上するので、クラック発生率を低くできる。
【図１】本発明にかかる実装工程を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】基板上に電子部品を実装する状態を示す断面図
である。
である。
【図４】基板上に形成される配線の拡大断面図である。
【図５】配線の厚みと超音波振動による応力との関係を
示す図である。
示す図である。
【図６】配線に作用する応力と超音波振動の振幅との関
係を示す図である。
係を示す図である。
１ 樹脂基板
２，３ 配線
４ バンプ
１０ 電子部品
１１ 電極
２０ ツール
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60 311
H01L 21/52
H05K 3/32
Claims (3)
- 【請求項１】直交方向に設けられた樹脂基板の配線と電
子部品の電極とをバンプを介して超音波振動を併用した
熱圧着接合により接続する実装方法において、上記樹脂基板の配線は、その最下層が２０μｍ以上の厚
みの銅層で構成されており、 上記超音波振動をその振動方向が配線の延びる方向に対
して３０°〜６０°の角度となるように、上記樹脂基板
の表面と平行に印加することを特徴とする電子部品の実
装方法。 - 【請求項２】上記超音波振動の振動方向は配線の延びる
方向に対して約４５°であることを特徴とする請求項１
に記載の電子部品の実装方法。 - 【請求項３】上記超音波振動の振幅は０．７μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部
品の実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31462899A JP3520410B2 (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 電子部品の実装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31462899A JP3520410B2 (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 電子部品の実装方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135674A JP2001135674A (ja) | 2001-05-18 |
| JP3520410B2 true JP3520410B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=18055611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31462899A Expired - Fee Related JP3520410B2 (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 電子部品の実装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520410B2 (ja) |
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