JP3599003B2 - ボンディングダメージの計測方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどのバンプ付きチップのボンディングにおいてバンプ付きチップに生じるダメージを計測するボンディングダメージの計測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
フリップチップなどのバンプ付きチップの基板への実装においては、フリップチップボンディングなどの超音波接合が多用されている。この超音波接合は、バンプを被接合対象である電極に対して押圧するとともに接合物に超音波振動を付与するものである。これにより、バンプの金属成分が電極表面の金属中に拡散し、接合界面が形成される。
【0003】
この超音波接合においては、接合対象となるフリップチップに対して荷重と超音波振動という機械的負荷が作用するため、荷重や超音波出力などの接合条件が適正でない場合には、クラックなどのダメージを発生させるおそれがある。このため、ボンディングに際しては、個々の半導体チップについて適切な接合条件を設定する必要がある。従来よりこの接合条件の設定は、超音波接合を実際に行った後に剥離試験などによって接合部の評価を行い、試行錯誤的に適正条件を求める条件出し作業によって行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合後の評価のみに依存する従来の条件出し作業では、接合条件と発生したダメージとの対応関係を知ることができるものの、接合部のクラックなどのダメージの発生メカニズムを具体的に特定するための定量的なデータを得ることができず、適切な接合条件の設定やダメージ防止対策の立案のための有効なデータ入手が困難であるという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、接合部に発生するダメージの要因についてのデータを定量的に計測することができるボンディングダメージの計測方法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】
請求項1記載のボンディングダメージの計測方法は、ボンディングによってバンプ付きチップに生じるダメージを歪みゲージにより計測するボンディングダメージの計測方法であって、第1の電極に形成された第1のバンプと、この第1のバンプを上方に向けた状態において前記第1の電極の下方に形成された歪みゲージと、前記歪みゲージの信号線が接続された少なくとも1つの第2の電極と、この第2の電極に形成された第2のバンプとを備えた計測用バンプ付きチップを準備する工程と、前記第1のバンプと第2のバンプがそれぞれ接合される第1の接合電極と第2の接合電極とを備えた基板を準備する工程と、前記バンプ付きチップの第1のバンプと第2のバンプをそれぞれ前記基板の第1の接合電極と第2の接合電極にボンディングするとともにボンディング時の前記歪みゲージの電気的変化を計測手段によって計測する工程とを含み、前記電気的変化を計測する工程において、前記歪みゲージが前記信号線と前記第2の電極と前記第2のバンプと前記第2の接合電
極とを順次介して計測手段に接続される。
【0007】
本発明によれば、ボンディングダメージの計測用バンプ付きチップを、歪みゲージが形成された第1の電極と、この第1の電極に形成された第1のバンプと、歪みゲージの信号線が接続された第2の電極と、この第2の電極に形成された第2のバンプとで構成し、第1のバンプと第2のバンプがそれぞれ接合される第1の接合電極と第2の接合電極とを備えた基板に計測用バンプ付きチップをボンディングしてボンディング時のバンプ付きチップに発生する歪みを計測することにより、バンプ付きチップに歪みゲージを計測手段に接続するための計測線を結線することなく、ボンディングにおいてバンプ付きチップに発生するダメージの要因についてのデータを定量的に計測することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の側面図、図2は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用バンプ付きチップの斜視図、図3(a)は本発明の一実施の形態のボンディングダメージのバンプ付きチップの平面図、図3(b)は本発明の一実施の形態のボンディングダメージのバンプ付きチップの側断面図、図4(a)は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の基板ユニットの平面図、図4(b)は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の基板ユニットの側面図、図5は本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測方法の説明図である。
【0009】
まず図1を参照してボンディングダメージの計測装置の構成について説明する。ボンディングダメージの計測装置は、基板にフリップチップなどのバンプ付きチップをボンディングする際にバンプ付きチップに生じるダメージを計測するものである。計測には後述するように、歪みゲージを内蔵した専用の計測用バンプ付きチップが用いられる。ダメージの計測においては、この計測用バンプ付きチップを基板にボンディングしたときの歪みゲージの電気的変化を計測手段で計測する。これにより、ボンディング過程においてバンプ付きチップに生じる歪みの経時的変化が求められる。
【0010】
図1において、基板保持部1(保持手段)上には、基板ユニット2が保持されている。基板ユニット2は、外部接続用のサブ基板3上にボンディング用の基板4を載置して構成されている。基板保持部1の上方には、ツール駆動機構7によって駆動されるボンディングツール6を備えたフリップチップボンディング装置5が配設されており、ボンディングツール6には下面にバンプ12が形成されたボンディングダメージの計測用バンプ付きチップ10(以下、単に「チップ10」と略記する。)が保持されている。
【0011】
ボンディングツール6にチップ10を保持させた状態で、ボンディングツール6によってチップ10を基板4のボンディングパッド上に押しつけるとともに、超音波振動をバンプ付きチップ10に印加することにより、チップ10は基板4にボンディングされる。
【0012】
このフリップチップボンディングの過程においては、チップ10に内蔵された歪みゲージの電気的変化が、サブ基板3の端子3bに接続された計測手段9によって計測される。このとき歪みゲージは、後述するようにバンプ12及び基板4に形成されたボンディングパッドを介して、計測手段9と導通する。
【0013】
次に図2、図3を参照して、チップ10について説明する。図2はチップ10を反転した状態を示しており、チップ10の下面(図2において上面)には、複数の電極11が格子状に形成されており、さらに各電極11には金属の突出電極であるバンプ12が形成されている。なお、本明細書においてこれらの電極11またはバンプ12について記述する際には、個々の電極またはバンプを区別する必要がある場合には電極11a,11b・・、バンプ12a,12b・・のように添字を付して区別し、区別する必要のない場合には単に電極11、バンプ12と総称する。
【0014】
図3(b)に示すように、チップ10は、シリコンチップ10aの上面に絶縁層10bを形成した構成となっており、電極11は絶縁層10bの表面に形成されている。これらの電極11のうち、図3(a)に示すようにチップ10の中心部に位置する電極11gの下方(第1のバンプ12g(後述)を上に向けた状態において下方)には、細長形状の歪みゲージ13がシリコンチップ10a上面に形成されている。歪みゲージ13はピエゾ抵抗素子であり、2軸方向(水平方向、すなわちチップ10の表面に平行な方向、およびこの方向と直交する垂直方向)の微小歪みを計測することができる。
【0015】
歪みゲージ13は、1本の抵抗素子に複数の結線電極13aを等ピッチで形成することにより複数の歪みゲージを直列に連結した構成となっている。このような構成により、歪み計測の空間分解能を向上させるとともに、結線電極の総数を減少させて所要計測チャンネル数の低減が可能となっている。各結線電極13aには絶縁層10bに形成された信号線14が接続されている。これらの4本の信号線14は、電極11c,11d,11e,11fにそれぞれ接続されている。またチップ10の歪みゲージ13近傍には、熱電対等の温度検出部15が形成されており、温度検出部15は、2つの電極11a,11bに接続されている。
【0016】
すなわちチップ10は、歪みゲージ13が形成された第1の電極である電極11gと、この第1の電極に形成された第1のバンプであるバンプ12gと、歪みゲージ13の信号線14が接続された第2の電極である電極11c,11d,11e,11fと、これらの第2の電極に形成された第2のバンプであるバンプ12c,12d,12e,12fを備え、さらにチップ10の温度を検出する温度検出部15が接続された第3の電極である電極11a,11bと、この第3の電極に形成された第3のバンプであるバンプ12a,12bとを備えた構成となっている。
【0017】
次に図4を参照して、チップ10がボンディングされる基板4および基板ユニット2について説明する。図4に示すように、基板ユニット2は、基板4をサブ基板3に載置してして構成されている。基板4の上面には、チップ10のバンプ12の配置に対応した位置に、ボンディングパッド(接続電極)16が形成されている。
【0018】
基板4にチップ10をボンディングした状態では、バンプ12gがボンディングパッド16gに接合されるとともに、電極11a,11bはボンディングパッド16a,16bと、電極11c,11d,11e,11fはボンディングパッド16c,16d,16e,16fと、それぞれバンプ12を介して導通する。なお、ボンディングパッド16についても同様に、個別に区別する必要がある場合のみ、16a,16b・・のように添字を付して区別している。
【0019】
すなわち基板4は、第1のバンプであるバンプ12gと、第2のバンプであるバンプ12c,12d,12e,12fとがそれぞれ接合される第1の接合電極であるボンディングパッド16gと、第2の接合電極であるボンディングパッド16c,16d,16e,16fとを備えた構成となっている。
【0020】
サブ基板3の両側端部の上面には電極3aが設けられており、各電極3aは、基板4のボンディングパッド16a,16b,16c,16d,16e,16fとそれぞれワイヤボンディングによって接続されている。図4(b)に示すように、各電極3aはさらにサブ基板3の内部に形成された接続回路3cによって、サブ基板3の端面に設けられた端子3bに接続されており、端子3bはさらに図1に示すように計測手段9に接続されている。
【0021】
このボンディングダメージの計測装置は上記のように構成されており、以下ボンディングダメージの計測について説明する。この計測は、基板のボンディングパッドにチップ10をフリップチップボンディングする際の、歪みゲージ13の抵抗値の変化を計測手段9によって計測することにより、バンプ位置におけるチップ10の歪みを求めるものである。そしてこの歪みにより、チップ10に生じる応力を知ることができ、ボンディングによるチップ10のダメージを計測することができる。
【0022】
まず前記構成の計測用のチップ10を準備して、ボンディングツール6に保持させる。これとともに、ボンディングに用いられる上記構成の基板4を準備してサブ基板3に載置し、各電極3aと、基板4のボンディングパッド16a,16b,16c,16d,16e,16fとをそれぞれワイヤボンディングによって接続し、計測用の基板ユニット2を準備する。この後、基板ユニット2を基板保持部1に保持させるとともに、端子3bと計測手段9とを接続する。
【0023】
次いで、ボンディングツール6によってチップ10を基板4にボンディングする。すなわち図5に示すように、チップ10のバンプ12を基板4のボンディングパッド16に対して押圧するとともに、ボンディングツール6を介してバンプ12には超音波振動が印加される。これにより、バンプ12は、ボンディングパッド16にボンディングされる。そして、このボンディング過程における歪みゲージ13の電気的変化が計測手段9によって計測される。
【0024】
この電気的変化を計測する工程において、図5に示すように歪みゲージ13は、まずチップ10内部の信号線14を介して電極11に接続され、さらに電極11上のバンプ12(第2のバンプ・・・図3に示すバンプ12c,12d,12e,12f参照)を介してボンディングパッド16(第2の接続電極・・・図4に示すボンディングパッド16c,16d,16e,16f参照)に導通する。そしてさらにワイヤによってボンディングパッド16に接続された電極3a、接続回路3c、端子3bを順次介して、計測手段9に接続される。
【0025】
したがって、ボンディングツール6によって昇降するチップ10に、歪みゲージ13を計測手段9に接続するための計測線を結線する必要がなく、昇降動作や超音波振動などに起因する接続不良などの不具合のない安定した信号取り出しを行うことができる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングダメージの計測用バンプ付きチップを、歪みゲージが形成された第1の電極と、この第1の電極に形成された第1のバンプと、歪みゲージの信号線が接続された第2の電極と、この第2の電極に形成された第2のバンプとで構成し、第1のバンプと第2のバンプがそれぞれ接合される第1の接合電極と第2の接合電極とを備えた基板に計測用バンプ付きチップをボンディングしてボンディング時のバンプ付きチップに発生する歪みを計測するようにしたので、バンプ付きチップに歪みゲージを計測手段に接続するための計測線を結線することなく、ボンディングにおいてバンプ付きチップに発生するダメージの要因についてのデータを定量的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の側面図
【図2】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測用バンプ付きチップの斜視図
【図3】(a)本発明の一実施の形態のボンディングダメージのバンプ付きチップの平面図
(b)本発明の一実施の形態のボンディングダメージのバンプ付きチップの側断面図
【図4】(a)本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の基板ユニットの平面図
(b)本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測装置の基板ユニットの側面図
【図5】本発明の一実施の形態のボンディングダメージの計測方法の説明図
【符号の説明】
1 基板保持部
4 基板
5 フリップチップボンディング装置
6 ボンディングツール
9 計測手段
10 チップ
11 電極
12 バンプ
13 歪みゲージ
14 信号線
15 温度検出部
16 ボンディングパッド
Claims (1)
- ボンディングによってバンプ付きチップに生じるダメージを歪みゲージにより計測するボンディングダメージの計測方法であって、第1の電極に形成された第1のバンプと、この第1のバンプを上方に向けた状態において前記第1の電極の下方に形成された歪みゲージと、前記歪みゲージの信号線が接続された少なくとも1つの第2の電極と、この第2の電極に形成された第2のバンプとを備えた計測用バンプ付きチップを準備する工程と、前記第1のバンプと第2のバンプがそれぞれ接合される第1の接合電極と第2の接合電極とを備えた基板を準備する工程と、前記バンプ付きチップの第1のバンプと第2のバンプをそれぞれ前記基板の第1の接合電極と第2の接合電極にボンディングするとともにボンディング時の前記歪みゲージの電気的変化を計測手段によって計測する工程とを含み、前記電気的変化を計測する工程において、前記歪みゲージが前記信号線と前記第2の電極と前記第2のバンプと前記第2の接合電極とを順次介して計測手段に接続されることを特徴とするボンディングダメージの計測方法。
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