JP3942738B2 - バンプ接合装置及び方法、並びに半導体部品製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極にバンプが設けられている電子部品を回路基板上の電極部へ上記バンプを接合させるバンプ接合装置及び方法、並びに上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を回路基板上へ電気的に接続しかつ固定する方法として、電子部品の電極にバンプを形成した電子部品の上記バンプを回路基板上の電極部へ接合する方法がある。このようなバンプ接合方法を実行する装置として、図11に示す半導体部品製造装置1が存在する。該半導体部品製造装置1は、大別して、部品供給装置2、ボンディングステージ3、部品反転装置4、バンプ接合装置5、及び回路基板搬送装置6を備える。
上記部品供給装置2は、上記電子部品の一例である半導体チップを供給する装置であり、上記回路基板搬送装置6は当該半導体部品製造装置1へ回路基板を搬入、搬出する装置である。上記ボンディングステージ3は、上記回路基板搬送装置6にて搬入された上記回路基板を載置して上記バンプ接合を行うためのステージであり、Y軸ロボット7にてY方向へ可動であり、又、バンプ接合ため上記回路基板の加熱を行う。上記部品反転装置4は、上記部品供給装置2から上記半導体チップを保持し該半導体チップの電極に形成されているバンプが上記ボンディングステージ3に載置されている上記回路基板に対向するように、保持した半導体チップを反転する装置である。上記バンプ接合装置5は、上記半導体チップを保持する保持装置と、保持した半導体チップをその厚み方向へ移動させるZ方向駆動装置51と、詳細後述する超音波振動発生装置9とを備える。該バンプ接合装置5は、X軸ロボット8に取り付けられ該X軸ロボット8にてX方向へ可動であり、上記部品反転装置4から上記半導体チップを受け取り上記ボンディングステージ3へ搬送した後、上記ボンディングステージ3に載置されている上記回路基板の所定位置へ保持している半導体チップを上記Z方向駆動装置51を駆動させることで押圧して上記バンプの接合を行う装置である。尚、上記回路基板上へ接合すべき上記半導体チップの位置合わせは、上記X軸ロボット8及び上記Y軸ロボット7にて行われる。
【0003】
又、上記バンプの接合を行うとき、上記バンプを上記Y方向又はX方向へ振動させて上記バンプと回路基板側の電極との間に摩擦熱を発生させて、上記ボンディングステージ3の加熱温度の低減を図りかつ上記バンプの接合を強固なものにするため、上記バンプ接合装置5には上記バンプを振動させるための超音波振動発生装置9を備えている。該超音波振動発生装置9は、図12に示すように、圧電素子91と該圧電素子91が一端部に接続される超音波ホーン92とを備え、圧電素子91を複数積層してこれらの圧電素子91に電圧を印加することで発生する例えば上記Y方向への振動を超音波ホーン92にて増幅する。超音波ホーン92の他端部には、上記半導体チップを保持するノズル93が固定されており、圧電素子91の振動により、ノズル93、即ちノズル93に保持されている半導体チップが上記Y方向へ超音波振動する。尚、圧電素子91は例えば上記Y方向へ振動するが、発生した振動が上記半導体チップへ伝導する過程にて種々の方向への振動が生じ、上記半導体チップでは主たる振動方向は上記Y方向であるが実際には種々の方向へ振動している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような構成を有する従来の半導体部品製造装置1では以下のようにバンプ接合が行われる。
上記回路基板搬送装置6にて搬入された上記回路基板は、上記ボンディングステージ3上に載置され加熱される。一方、部品供給装置2から部品反転装置4にて保持された上記半導体チップは、バンプ接合装置5にてボンディングステージ3上における装着位置まで搬送される。尚、上記バンプの接合が行われる前において、バンプ11は、一例として図13に示すような形状にてなる。即ち、直径寸法Iは、約100μmであり、土台部分11aの高さ寸法IIIは約30〜35μmであり、全高寸法IIは約70〜75μmである。
このようなバンプ11は、上記Z方向駆動装置51の動作により上記回路基板上の電極部へ押圧され、図14に示すようにつぶされ、かつ接合が行われる。尚、図14に示すつぶれた状態におけるバンプ11の高さ寸法IVは、上記土台部分11aの高さ寸法IIIにほぼ等しい。
従来の半導体部品製造装置1では、図14に示すようにバンプ11をつぶした後(以後、つぶれたバンプ11に対して符号「12」を付す)、上記超音波振動発生装置9を作動させてバンプ12を超音波振動させ、つぶれたバンプ12と回路基板の電極との接合を行う。
【0005】
このように従来では、図14に示すようにバンプ11をつぶした後にバンプ12を超音波振動させることから、バンプ12と回路基板20の電極部21との接触面積が大きく、バンプ12と電極部21とが十分に擦れ合わない場合が生じる。よって、バンプ12と電極部21との間で、接合に必要な十分な摩擦熱が発生しない場合が生じる。したがってバンプ12と電極部21とが完全に接合しない場合が生じ、両者の接合強度が弱くなるという問題がある。
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、バンプと回路基板の電極部とが完全に接合し従来に比べて高い接合強度が得られるバンプ接合装置及びバンプ接合方法、並びに上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造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】
本発明の第1態様におけるバンプ接合装置は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して、上記つぶれにより上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化する押圧動作制御を行い、上記振動発生装置に対して、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置と、を備え、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記接触面積の変化率を一定とする押圧動作制御である、
ことを特徴とする。
又、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して、上記つぶれにより上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化する押圧動作制御を行い、上記振動発生装置に対して、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置と、を備え、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記接触面積が上記初期接触面積から上記接合完了接触面積まで変化する間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定とする押圧動作制御である、
ことを特徴とする。
【0007】
本発明の第2態様におけるバンプ接合方法は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合方法であって、
上記バンプと上記電極部とを対向させて、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、上記バンプと上記電極部とを相対的に押圧して上記バンプをつぶしながら、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させて上記バンプと上記電極部との接合を行い、
上記バンプと上記電極部との上記押圧動作は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記接触面積の変化率が一定となるように上記バンプと上記電極部との接合を行う、
ことを特徴とする。
又、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合方法であって、
上記バンプと上記電極部とを対向させて、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、上記バンプと上記電極部とを相対的に押圧して上記バンプをつぶしながら、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させて上記バンプと上記電極部との接合を行い、
上記バンプと上記電極部との上記押圧動作は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記押圧に要する荷重の変化率が一定となるように上記バンプと上記電極部との接合を行う、
ことを特徴とする。
【0008】
本発明の第3態様における半導体部品製造装置は、上記第1態様におけるバンプ接合装置を備えたことを特徴とする。
【0009】
又、本発明の第4態様におけるバンプ接合装置は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記振動発生装置に対して、上記バンプが上記電極部に接触する前から上記振動を発生させ、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が接合完了時における接合完了接触面積に達するまで上記振動を発生させる振動制御を行う制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
又、本発明の第5態様におけるバンプ接合方法は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合方法であって、
上記バンプと上記電極部とを対向させて、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積を通り該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、上記バンプと上記電極部とを相対的に押圧して上記バンプをつぶしていくとき、上記バンプが上記電極部に接触する前から上記接触面積が上記初期接触面積に達するまで、上記バンプが接合されるべき電極部に対して上記バンプと上記電極部とが位置ずれを起こさない初期振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させ、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで上記初期振動を超える一定の振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させ上記バンプと上記電極部との接合を行う、
ことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態及び実施例】
本発明の実施形態における、バンプ接合装置、該バンプ接合装置にて実行されるバンプ接合方法、及び上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造装置について、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、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「電子部品」の一例として本実施形態では、シリコンウエハ等の半導体基盤上に集積回路を形成し該集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の上記集積回路部分に切り分けられた半導体チップを例に採る。しかしながら上記電子部品は上記半導体チップに限定されるものではなく、例えば上記半導体チップが樹脂封止された半導体部品であってその電極にバンプが形成されたような半導体部品等であっても良い。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「振動発生装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではバンプ接合装置105に備わり圧電素子91を有する超音波振動発生装置9が相当するが、これに限定されるものではない。
さらに振動について、上記バンプと回路基板の電極部との間に摩擦熱が発生しボンディングステージによる上記回路基板の加熱温度を低下させることができるような振動であれば良く、上記超音波振動に限定されるものではない。半導体チップの大きさやバンプ数等の条件により変化するが、例えば振幅で、約0.5μm程度の振動であっても良い。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「押圧装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではバンプ接合装置105に備わるボイスコイルモータ121が相当するが、これに限定されるものではない。
【0012】
図1に示すように、上記実施形態の半導体部品製造装置101の構造は、基本的に上述した半導体部品製造装置1の構造と変わるところはないが、半導体部品製造装置101では詳細後述するバンプ接合方法を実行させる制御装置110を備えた点が特徴となる。即ち、半導体部品製造装置101は、大別して、部品供給装置102、ボンディングステージ103、部品反転装置104、バンプ接合装置105、回路基板搬送装置106、及び制御装置110を備える。ここで、上記部品供給装置102は上述した従来の部品供給装置2に相当し、上記ボンディングステージ103は上述した従来のボンディングステージ3に相当し、上記部品反転装置104は上述した従来の部品反転装置4に相当し、上記バンプ接合装置105は上述した従来のバンプ接合装置5に相当し、上記回路基板搬送装置106は上述した従来の回路基板搬送装置6に相当する。よって、部品供給装置102、ボンディングステージ103、部品反転装置104、バンプ接合装置105、及び回路基板搬送装置106について、以下に示すように補足説明を加えるものを除き、ここでの詳しい説明は省略する。
【0013】
上記部品供給装置102には、上述のように半導体ウエハに形成された集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の集積回路部分にスクライブされた状態のウエハ112がマガジンリフタ111から供給される。部品供給装置102は、ウエハ112のいわゆる引き延ばしを行い個々の上記半導体チップに分割する。又、部品供給装置102に供給されたウエハ112及び個々の上記半導体チップの状態は、部品供給装置102の上方に設置されたウエハ認識装置113にて撮像され、その撮像情報は制御装置110に供給される。尚、上述のように本実施形態では、電子部品として上記半導体チップを例に採っているので、このような形態の部品供給装置102を備えるが、処理する電子部品の形態が異なればそれに対応して当然に部品供給装置の形態も変更されることになる。
尚。上記ウエハ112では、当然に、上記バンプを有する回路形成部分が上を向いている。そして、分割された上記半導体チップのそれぞれは、部品供給装置102に備わる突き上げ装置120にて上記半導体チップの厚み方向に突き上げられた後、部品反転装置104にて一つずつ保持され、上記バンプが回路基板20の電極部21に対向するように反転される。
尚、本実施形態において、上記ウエハ112は、強誘電体と呼ばれる、基盤がLiTaO3やLiNbO3等にてなるもので、上記バンプの材料は金である。
【0014】
上記ボンディングステージ103は、図3に示すように、いわゆるボールねじ構造にてなり駆動部としてのモータ114を有するY軸ロボット107にてY方向へ滑動する。又、ボンディングステージ103には、回路基板搬送装置106から供給される回路基板20の大きさに応じて供給される回路基板20をボンディングステージ103上に載置するため、上記回路基板20のY方向に沿った周縁部分を保持しX方向に可動な基板規正部115と、上記回路基板20のX方向に沿った周縁部分を保持しY方向に可動な基板規正部116とを備える。又、上記ボンディングステージ103には、上記回路基板20を吸着保持するための吸入用通路が形成されており上記吸入用通路は吸引装置117に連通している。又、バンプ接合のために上記回路基板20を約150℃に加熱する加熱装置118が備わる。
【0015】
バンプ接合装置105は、図12を参照して上述したように、下端部分に超音波振動発生装置9及び上記半導体チップ保持用のノズル93を備える。さらに、図12に示すように上記ノズル93には、上記半導体チップ150を吸着保持するための吸引用通路94がノズル93内をその軸方向に沿って形成させており、該吸引用通路94は吸引装置119に連通している。尚、半導体チップ150の保持は、上記ノズル93による吸引動作に限定されるものではなく、例えば機械的に保持するような構成を採っても良い。又、本実施形態では、上記バンプと上記回路基板20の電極部21とを接合するため、上記電極部21に対して上記バンプ11を対向させてバンプ11と上記電極部21とが互いに近接する方向(本実施形態では、Z方向)へ上記半導体チップ150を移動し、バンプ11と上記電極部21とを押圧するが、上記半導体チップ150を移動、押圧の駆動装置として本実施形態では、図2に示すように、公知のボイスコイルモータ(VCM)121を用いている。さらにバンプ接合装置105には、ノズル93をその軸周り方向へ回転させる軸回り用モータ122を備えている。
後述のようにバンプ形成装置105の動作制御は制御装置110にて行われる。
【0016】
このようなバンプ接合装置105をX軸方向へ移動させるX軸ロボット108は、本実施形態では図2に示すようにいわゆるボールねじ構造を有し、駆動部としてのモータ123を有する。
【0017】
上記制御装置110は、上述したそれぞれの装置、例えば部品供給装置102、ボンディングステージ103、部品反転装置104、ボイスコイルモータ121及び圧電素子91を含めたバンプ接合装置105、回路基板搬送装置106等と電気的に接続され、それぞれの動作制御を行う。尚、本実施形態では制御装置110は、半導体部品製造装置101の全体にて一つ設けられ、例えばバンプ接合動作の制御等を行うが、もちろん、例えばバンプ接合装置105用にバンプ接合動作の制御を行うように、それぞれの装置に対応して制御装置を設けることもできる。
以下には、本実施形態にて特徴的な制御動作であり制御装置110にて実行されるバンプ接合動作の制御について詳しく説明し、その他の装置に対する制御装置110の動作制御については従来と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【0018】
バンプ接合動作について、上述のように従来では図13に示すバンプ11を上記回路基板20の電極部21に押圧して図14に示すバンプ12のような形状まで潰した後、初めて超音波振動発生装置9を動作させて超音波振動をバンプ12に作用させていた。
これに対し本実施形態では、バンプ11が上記電極部21に押圧され図4に示す状態になった時点から上記バンプ12の形状になるまでの間、超音波振動発生装置9を動作させて超音波振動を上記バンプ11、12に作用する。このような制御を行うことで、上記電極部21に対するバンプ11の接触面積が変化するとともに超音波振動がバンプ11、12に作用するので、変化する上記接触面積のすべてに渡り超音波振動により発生する摩擦熱をも加わりバンプ11、12と上記電極部21とが均一に接合することになる。よって、バンプ12の全体において、従来に比べて強固にバンプ12と上記電極部21とを接合することができる。
【0019】
上記バンプ接合動作について、図6等を参照してより具体的に説明する。
尚、本実施形態にて用いる半導体チップ150には、金にてなるバンプ11が合計20個形成されており、又、該バンプ11が押圧される上記電極部21も金にてなる。又、上記ボイスコイルモータ121に電流を供給することで、上記ノズル93はその軸方向、つまり上記Z方向であり、該ノズル93に吸着保持されている半導体チップ150の厚み方向へ移動し、半導体チップ150のバンプ11が上記回路基板20の電極部21へ押圧されていく。又、制御装置110は、ボイスコイルモータ121へ供給される電流値と、該電流供給によりバンプが電極部21を押圧する押圧力との関係情報を予め有しており、ボイスコイルモータ121へ供給する電流値から上記押圧力の荷重値を求める。尚、該荷重値の求め方は、上記関係情報の形態、つまり例えば、いわゆるテーブル形式や、演算式等の形態に応じて周知の方法を採ることができる。
又、以下の説明にて使用する各具体的数値は、上述のように一つの半導体チップ150に20個の金バンプが形成されており、図13を参照して説明した形状及び寸法をそれぞれのバンプが有する場合に対する一例の値である。よって、これらの条件が変化したときには、上記具体的数値は変更することができる。
【0020】
図6のステップ(図では「S」にて示す)1にて、制御装置110は、上記X軸ロボット108及びY軸ロボット107の動作制御を行い、接合すべき上記電極部21に対向してバンプ11を配置した後、ステップ2にて、上記ボイスコイルモータ121を駆動してバンプ11と上記電極部21とを接触させ、ステップ3にて押圧していく。これにより上記電極部21に対するバンプ11の接触面積が変化し、図4に示すようにバンプ11の先端部11bがつぶれ、ステップ4にてバンプ11における上記電極部21との接触面積が初期接触面積となる。尚、本実施形態において、図4に示す高さ寸法Vは60〜65μmであり、上記初期接触面積をなす部分の直径寸法VIは5〜10μmである。
【0021】
バンプ11が上記電極部21に接触したこと、及びバンプ11の上記接触面積が上記初期接触面積になったことは、上記荷重を求めることで検出する。即ち、上述のように制御装置110は、ボイスコイルモータ121へ供給する電流値を検出し該電流値と上記関係情報とに基づき上記荷重を求める。本実施形態の場合、図5に示すように、上記20個のバンプで100gの荷重値になったとき、制御装置110は上記接触を認識し、15g/1バンプの割合で300gの荷重値になったとき上記初期接触面積に達したと判断する。尚、本実施形態では、±50gの許容範囲を設定しており、上記荷重値が300±50gの範囲に含まれたときに上記初期接触面積に達したと判断する。
又、本実施形態では、制御装置110はバンプ11が上記電極部21に接触した時点から0.1秒にて上記接触面積が上記初期接触面積に達するように時間制御を行う。
【0022】
上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点で、ステップ5にて制御装置110は超音波振動発生装置9の圧電素子91へ電圧を印加してノズル93、つまり半導体チップ150のバンプ11に超音波振動を作用させるとともに、バンプ11をさらに押圧する。本実施形態において、発生する上記超音波の周波数は60KHzであり、これにてノズル93の半導体チップ保持部分において1〜2μmの振幅が得られる。又、バンプ11への超音波振動の作用は、後述のステップ7まで続けられ、この間、上述の周波数による一定の超音波振動が連続して作用する。
【0023】
又、バンプ11が上記電極部21へ接触した時点から超音波振動を作用させるのではなく、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から超音波振動を作用させる理由は、図13に示すようにバンプ11の先端部11bがとがった状態にて振動を作用された場合、バンプ11と電極部21との接触が点接触であることから、電極部21に対してバンプ11が踊ってしまい、バンプ11が接合されるべき電極部21に対して上記バンプ11と上記電極部21とが位置ずれを起こし接合位置が定まらない場合が生じるからである。具体的に説明すると、バンプ11の先端部11bがとがった状態のままにて上記1〜2μmの振幅にてなる振動を作用させた場合、電極部21に対してバンプ11が滑る。その結果、正規の接合位置に対して通常±15μmの精度にて接合が行われるのに対して、±50μm以上のずれが発生してしまう。
よって、上記初期接触面積とは、バンプ11と電極部21とが上記位置ずれを起こさない最小限の面積といえる。尚、上記初期接触面積と超音波振動の大きさとの関係において、一例として振幅1μmの振動の場合、上記初期接触面積はバンプ直径のほぼ30〜40%に相当する。
【0024】
ステップ6では、上記接触面積が上記初期接触面積を超える面積であって図14に示すような接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、ボイスコイルモータ121へ電流を供給してバンプ11へ荷重をかけていく。本実施形態では、このステップ6における荷重のかけ方は、図5に示すように荷重値の変化率が一定となるようにバンプ11に荷重をかけていく。上記接触面積が上記接合完了接触面積に達したときの上記荷重値は、100g/1バンプの割合で2000gである。又、制御装置110は、上記接触面積が上記初期接触面積に到達した時点から上記接合完了接触面積になるまでの時間が0.3秒となるように押圧動作を制御する。
そして、上記荷重値が2000gに達したとき、即ち、上記接触面積が上記接合完了接触面積に達したステップ7にて、制御装置110は、上記電極部21に対する上記バンプ12の押圧動作を終了するとともに、上記バンプ12への超音波振動の作用を終了する。
【0025】
本実施形態では上述のようにバンプ11に作用する荷重値の変化率がステップ6において一定になるように制御しているが、これに限定されるものではなく、例えば図7に示すように、符号140にて示すような2次曲線的に上記荷重値を変化させても良いし、符号141にて示すように段階的に上記荷重値を変化させても良い。
【0026】
さらに、本実施形態では上述のようにバンプ11に対する押圧力を荷重値にて検出したが、これに限定されるものではない。即ち、本発明の課題である、バンプと回路基板20の電極部21とを完全に接合させるという観点からすると、上記接触面積が増加していくすべての状態において確実に上記バンプと上記電極部21とを接合していくのが理想である。したがって、本実施形態ではバンプに作用させる超音波振動が上述のように一定であることから、上記接触面積の増加率が一定となるようにボイスコイルモータ121へ供給する電流値を制御するのが最も好ましい。このような制御を行うときには、制御装置110には、押圧力、つまりこの場合には電流値と上記接触面積との電流値−面積情報が予め供給されている必要がある。そして制御装置110はボイスコイルモータ121へ供給する電流値から上記接触面積を求め、該接触面積の変化率が一定となるように上記電流値を制御し上記押圧力を制御する。
【0027】
又、図4及び図14に示されるように、上記押圧動作によりバンプ11はつぶれ、上記ノズル93に保持された半導体チップ150の移動方向に沿ったバンプ11の高さ寸法が変化する。よって、該高さ寸法の増加率が一定となるようにボイスコイルモータ121へ供給する電流値を制御することもできる。このような制御を行うときには、制御装置110には、押圧力、つまりこの場合には電流値と上記高さ寸法との電流値−高さ情報が予め供給されている必要がある。そして制御装置110はボイスコイルモータ121へ供給する電流値から上記高さ寸法を求め、該高さ寸法の変化率が一定となるように上記電流値を制御し上記押圧力を制御する。
【0028】
又、本実施形態では半導体チップ150を移動させるための駆動装置として上述のようにボイスコイルモータ121を使用しているが、これに限定されるものではなく、図8に示すように、例えばいわゆるボールねじ構造130にて上記駆動装置を構成しモータ131にてノズル93を移動させてもよい。このとき、上記押圧力をロードセル132にて測定するようにしても良い。
【0029】
上述のように構成される半導体部品製造装置101における動作について以下に説明する。
回路基板搬送装置106にて回路基板20がボンディングステージ103に供給され、ボンディングステージ103上に吸着されながら加熱される。一方、マガジンリフタ装置111から部品供給装置102へ上記ウエハ112が移載され、部品供給装置102にてウエハ112の引き延ばしが行われる。そして、部品反転装置104が一つずつ半導体チップ150を部品供給装置102から保持し、反転する。次に、X軸ロボット108を駆動してバンプ接合装置105を部品反転装置104に対応する場所まで移動して、バンプ接合装置105のノズル93にて上記反転された半導体チップ150を保持する。保持後、再びX軸ロボット108が駆動され、バンプ接合装置105はボンディングステージ103の上方まで移動する。次に、X軸ロボット108及びY軸ロボット107を駆動して、ボンディングステージ103に保持されている回路基板20上で、半導体チップ150を接合すべき箇所にて、半導体チップ150のバンプ11と上記電極部21とが対応するように配置される。以後、上述した接合動作が行われ、上記バンプ11と上記電極部21とが接合される。
回路基板20上に接合すべきすべての半導体チップ150の接合が終了した後、ボンディングステージ103は回路基板搬送装置106へ移動され、回路基板搬送装置106はボンディングステージ103から回路基板20を次工程へ搬送する。
【0030】
以上説明したように本実施形態のバンプ接合装置及びバンプ接合方法によれば、バンプ11が回路基板20の電極部21へ押圧されるとき、上記電極部21に対するバンプ11の接触面積が変化するとともに超音波振動がバンプ11、12に作用するので、変化する上記接触面積のすべてに渡り、ボンディングステージ103による加熱とともに上記超音波振動により発生する摩擦熱をも加わりバンプ11、12と上記電極部21とが均一に接合されることになる。よって、バンプ12と上記電極部21との接触面積の全体において、従来に比べて強固にバンプ12と上記電極部21とを接合することができる。
【0031】
上述の実施形態では、バンプ11と上記電極部21との押圧のためバンプ接合装置105を回路基板20へ移動させたが、これに限定されるものではない。例えば図9に示すように、バンプ接合時においてバンプ接合装置205を固定しておき上記回路基板20を載置したボンディングステージ203をバンプ接合装置205へ移動させてもよい。その移動用の駆動装置としては、例えば上述したようなボイスコイルモータ221を使用し、上述のように該ボイスコイルモータ221へ供給する電流値にて移動量を制御しても良い。要するにバンプ接合時においてバンプ接合装置と上記回路基板20を載置したボンディングステージとを相対的に移動させれば良い。尚、図9において、符号207はY軸ロボットを示し、符号208はX軸ロボットを示す。
【0032】
又、超音波振動をノズル93に作用させたが、これに限定されるものではなく、回路基板20側を超音波振動発生装置209にて超音波振動させてもよい。要するに、バンプ11と回路基板20とを相対的に振動させれば良い。
【0033】
又、上述の実施形態では、バンプ接合装置105にて上記初期接触面積までバンプ11を押圧したが、これに限定されるものではない。即ち、バンプ11の先端部11bが予め上記初期接触面積に成形された半導体チップ150等の電子部品が当該半導体部品製造装置101若しくはバンプ接合装置105へ供給されてもよい。この場合、バンプ11と電極部21とが接触した時点から押圧動作及び超音波振動動作が実行されることになる。
【0034】
又、上述の実施形態では、半導体チップ150に形成されているバンプ11は、図13に示すような形状にてなる場合を例に採るが、このようなバンプ11に限定されるものではなく、例えば図10に示すような頂点部分250が複数存在するようなバンプにも適用可能である。
【0035】
又、上述の実施形態では、図5を参照して説明したように、上記電極部21とバンプ11との接触面積が上記接合完了接触面積に達すると同時に、上記電極部21に対するバンプ12の押圧動作を終了しかつ上記バンプ12への超音波振動の作用を終了するようにした。その理由は、接合完了後、長時間にわたり超音波振動をバンプ12へ作用し続けた場合には、接合部分が破壊する場合があるからである。よって、上記接触面積が上記接合完了接触面積に達した後、本実施形態では約0.3秒以内に超音波振動の作用を停止している。
【0036】
又、上述した実施形態では、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から超音波振動を作用させたがこれに限定されるものではない。
即ち、上述の実施形態ではノズル93における振幅が上述のように1〜2μmという比較的強い振動を作用させている。よって、バンプ11を予め上記初期接触面積までつぶすことで、上述のようにバンプ11と電極部21との位置ずれの発生を防止した後、バンプ11に超音波振動を作用させた。一方、上記位置ずれが発生しない場合、例えば0.5μm程度の比較的弱い振動を作用させるようなときには、バンプ11と電極部21とが接触する前から上記バンプ11と上記電極部21とを相対的に振動させてもよい。尚、上述の例えば0.5μm程度の振動であっても上記摩擦熱が発生しバンプ11、12と電極部21とは良好に接合可能である。
【0037】
このようにバンプ11と電極部21とが接触する前から振動を作用させることで以下のような効果を奏する。即ち、半導体チップ150に形成されているバンプ11について図13にIIにて示す高さ寸法に例えば高、中、低の3種類があるような場合において、上記「低」の高さ寸法を有するバンプが上記初期接触面積につぶれるまで半導体チップ150を押圧した後、超音波振動を作用させたとする。このような場合、上記「中」及び上記「高」の高さ寸法を有するバンプについては、上記初期接触面積以上の面積にて電極部21と接触していることになる。よって、この状態から超音波振動を作用させた場合、上記「中」及び上記「高」の高さ寸法を有するバンプは、上記「低」の高さ寸法を有するバンプに比べて振動しにくいことから、超音波振動の作用開始時点にて十分な接合が行われない可能性がある。一方、バンプ11と電極部21とが接触する前から振動を作用させることで、上記「低」、「中」、「高」のいずれのバンプについても良好な接合を行うことができる。
【0038】
尚、バンプ11と電極部21とが接触する前から振動を作用させた場合、ノズル93から半導体チップ150が外れる可能性もあるので、例えば、半導体チップ150の吸着力を強くする、半導体チップ150とノズル93との接触面における摩擦を大きくする、等の配慮が必要になる場合がある。
【0039】
さらには、バンプ11と電極部21とが接触する前から上記接触面積が上記初期接触面積に達するまでは、上記位置ずれを起こさない初期振動を作用させ、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで、上記初期振動を超える振動であって一定の振動、例えば振幅が上述の1〜2μmの振動を作用させるようにしても良い。尚、上記初期振動であっても上記摩擦熱が発生しバンプ11、12と電極部21とは良好に接合可能である。このような振動動作制御を行うことで、上記位置ずれの発生がなく、かつ上記初期接触面積への設定動作に要する時間の節約からタクトの短縮を図ることができ、かつ完全な接合を行うことができる。又、上記初期振動が小さいことから、上述した、バンプ11と電極部21との接触前から振動を作用させたときのノズル93から半導体チップ150が外れる恐れを低減することもできる。
【0040】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第1態様のバンプ接合装置及び第2態様のバンプ接合方法によれば、振動発生装置、押圧装置、及び制御装置を備え、回路基板の電極部とバンプとの押圧によりバンプが初期接触面積に達した時点から接合完了接触面積まで変化する間、上記電極部とバンプとを相対的に振動させることから、上記接合完了接触面積に達した時点から上記振動を作用させる従来の場合に比べて上記バンプと上記電極部との接触面積が小さい時点から上記振動が作用して摩擦熱が発生する。よって、上記バンプの接触面積の増加分がその都度上記電極部に接合していくので、上記接触面積が上記接合完了接触面積に達した時点では上記接合完了接触面積のすべてにおいてバンプは電極部に完全に接合していることになり、従来に比べて高い接合強度を得ることができる。
【0041】
又、本発明の第3態様の半導体部品製造装置によれば、上述の第1態様及び第2態様のバンプ接合装置及び方法を備えることで、電子部品と回路基板との接合が従来に比べて高い強度にてなる半導体部品を製造することができる。
【0042】
又、本発明の第4態様のバンプ接合装置によれば、バンプと電極部とが接触する前からこれらに対して相対的に振動を作用させているので、例えばバンプの高さが不均一であるような場合であってもバンプと電極部との接触時点から確実にバンプを電極部へ接合していくことができる。又、上述の初期接触面積への設定動作に要する時間を節約できタクトの短縮を図ることができる。
【0043】
又、本発明の第5態様のバンプ接合方法によれば、バンプと電極部とに対して相対的に作用させる振動を2段階に変化させるようにしたことから、上述の第4態様のバンプ接合装置が奏する効果と同一の効果を奏することができる。さらに初期振動は、初期接触面積から接合完了接触面積までの期間における振動よりも小さいことから、バンプと電極部との接触前において電子部品の保持が外れる可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態における半導体製造装置の一例を示す斜視図である。
【図2】 図1に示すバンプ接合装置部分を拡大した斜視図である。
【図3】 図1に示すボンディングステージ部分を拡大した斜視図である。
【図4】 図1に示すバンプ接合装置にて押しつぶされるバンプが初期接触面積に達した状態を示す図である。
【図5】 図1に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合動作の一制御例を示すグラフである。
【図6】 図1に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合方法における動作を示すフローチャートである。
【図7】 図1に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合動作の他の制御例を示すグラフである。
【図8】 図1に示すバンプ接合装置の他の装置構成例を示す図である。
【図9】 図1に示す半導体製造装置の他の装置構成例であってバンプ接合装置周り及びボンディングステージ周りを示す図である。
【図10】 バンプ形状の他の例を示す図である。
【図11】 従来の半導体製造装置の一例を示す斜視図である。
【図12】 バンプ接合装置において半導体チップの保持部分及び振動発生装置部分を示す図である。
【図13】 電子部品に形成されているバンプの形状を示す図である。
【図14】 押しつぶされたバンプが接合完了接触面積に達した状態を示す図である。
【符号の説明】
9…超音波振動発生装置、11…バンプ、93…ノズル、
101…半導体部品製造装置、105…バンプ接合装置、
110…制御装置、121…ボイスコイルモータ。
Claims (7)
- 電子部品に形成されたバンプ(11)と回路基板上の電極部(21)とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置(9)と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置(121)と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して、上記つぶれにより上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化する押圧動作制御を行い、上記振動発生装置に対して、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置(110)と、を備え、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記接触面積の変化率を一定とする押圧動作制御である、
ことを特徴とするバンプ接合装置。 - 上記制御装置は、上記押圧装置で生じた押圧力と上記接触面積との関係を示す押圧力−面積情報に基づいて上記接触面積の上記変化率が一定となる押圧動作制御を行う、請求項1記載のバンプ接合装置。
- 電子部品に形成されたバンプ(11)と回路基板上の電極部(21)とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置(9)と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置(121)と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して、上記つぶれにより上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化する押圧動作制御を行い、上記振動発生装置に対して、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置(110)と、を備え、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記接触面積が上記初期接触面積から上記接合完了接触面積まで変化する間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定とする押圧動作制御である、
ことを特徴とするバンプ接合装置。 - 電子部品に形成されたバンプ(11)と回路基板上の電極部(21)とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置(9)と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置(121)と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して、上記つぶれにより上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化する押圧動作制御を行い、上記振動発生装置に対して、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置(110)と、を備え、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記接触面積が上記初期接触面積から上記接合完了接触面積まで変化する間、上記保持部材と上記回路基板との移動方向に沿った上記バンプの高さの変化率を一定とする押圧動作制御で、さらに
上記制御装置は、上記押圧装置で生じた押圧力と上記高さ値との関係を示す押圧力−高さ情報に基づいて上記高さの上記変化率が一定となる押圧動作制御を行う、
ことを特徴とするバンプ接合装置。 - 請求項1、3、4のいずれかに記載のバンプ接合装置を備えたことを特徴とする半導体部品製造装置。
- 電子部品に形成されたバンプ(11)と回路基板上の電極部(21)とを接合させるバンプ接合方法であって、
上記バンプと上記電極部とを対向させて、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、上記バンプと上記電極部とを相対的に押圧して上記バンプをつぶしながら、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させて上記バンプと上記電極部との接合を行い、
上記バンプと上記電極部との上記押圧動作は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記接触面積の変化率が一定となるように上記バンプと上記電極部との接合を行う、
ことを特徴とするバンプ接合方法。 - 電子部品に形成されたバンプ(11)と回路基板上の電極部(21)とを接合させるバンプ接合方法であって、
上記バンプと上記電極部とを対向させて、上記バンプにおける上記電極部との接触面積が初期接触面積から該初期接触面積を超える面積であって上記接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、上記バンプと上記電極部とを相対的に押圧して上記バンプをつぶしながら、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで一定の振動を上記バンプと上記電極部との間で相対的に作用させて上記バンプと上記電極部との接合を行い、
上記バンプと上記電極部との上記押圧動作は、上記初期接触面積から上記接合完了接触面積までの上記押圧に要する荷重の変化率が一定となるように上記バンプと上記電極部との接合を行う、
ことを特徴とするバンプ接合方法。
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