JP4491321B2 - 超音波実装方法およびこれに用いる超音波実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップを基板に接合する超音波実装方法およびこれに用いる超音波実装装置に関する。

近年、半導体パッケージ等の半導体装置を製造するにあたって半導体チップを配線基板にフリップチップ接合して搭載する際、半導体チップのバンプ等の電極端子と配線基板のパッド等の電極端子とを当接させ、半導体チップに超音波振動を印加することで、半導体チップと配線基板との電極端子同士を接合（ボンディング）する方法が用いられている。

特許文献１には、超音波振動を用いた従来のフリップチップの接続方法が記載されている。
特許文献１記載のフリップチップの接続方法においては、マウントヘッドに吸着保持させたフリップチップ（半導体チップ）のバンプ（金バンプ）を、基板の被接続端子（金もしくはアルミニウム端子）に接触させて荷重を加え、マウントヘッドに内蔵された超音波振動子を超音波振動させることで、マウントヘッドを介してフリップチップを超音波振動させる（特許文献１ 段落００１６−００１８，第１−２図）。
これにより、被接続部の酸化層などを容易に除去でき、信頼性の高い電気的接続行うことができるものとしている（特許文献１ 段落００２２）
特開平１０−１２６６９号公報（段落００１６−００１８，００２２，第１−２図）

しかしながら、従来の超音波振動を用いた半導体チップの接合方法では、１つの超音波実装装置で１つづつの半導体チップの接合しか行えず、効率がよくないという課題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく成され、その目的とするところは、１つの超音波実装装置で同時に複数の半導体チップの接合が行え、実装効率を向上させることのできる超音波実装方法およびこれに用いる超音波実装装置を提供するにある。

本発明に係る超音波実装方法では、半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装方法において、伝播する超音波振動により生じる、超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に凸部を設けたホーンを有する超音波実装装置を用い、ステージ上に、前記ホーンの凸部に対応する配列で基板を配置し、該基板上に複数の半導体チップを配置し、該半導体チップに前記ホーンの凸部を互いに接触させて超音波振動を印加することによって、該基板に同時に複数の半導体チップを接合することを特徴とする。

また本発明に係る超音波実装装置では、超音波振動が伝播するホーンを有し、該ホーンを半導体チップに接触させ、超音波を印加することによって半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装装置において、前記ホーンに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、半導体チップに接触して超音波振動を印加し、前記基板に同時に複数の半導体チップを接合するための凸部を設けたことを特徴とする。

また本発明に係る超音波実装方法では、半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装方法において、伝播する超音波振動により生じる、超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に凸部を設けたステージを有する超音波実装装置を用い、該ステージの前記凸部上に基板を配置し、該基板上に複数の半導体チップを配置し、半導体チップをツールによって押圧保持しつつ、前記ステージに超音波振動を印加することによって、基板に複数の半導体チップを同時に接合することを特徴とする。

また本発明に係る超音波実装装置では、ステージ上に複数の基板を配置し、該基板上に半導体チップを配置し、半導体チップをツールにより押圧保持しつつステージに超音波振動を印加する超音波実装装置であって、前記ステージに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、前記基板に複数の半導体チップを同時に接合するための凸部を設けたことを特徴とする。

また本発明に係る超音波実装装置では、ステージ上に複数の基板を配置し、該基板上に半導体チップを配置し、半導体チップをツールにより押圧保持しつつステージに超音波振動を印加する超音波実装装置であって、前記ステージに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、前記基板を配置するための凸部を設け、前記ツールに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、半導体チップに接触して超音波振動を印加する凸部を有するホーンを用い、前記ステージおよび前記ホーンに超音波振動を印加して複数の半導体チップを基板に同時に接合することを特徴とする。

本発明に係る超音波実装方法および超音波実装装置では、１つの超音波実装装置により複数の半導体チップを基板に同時にフリップチップ接続することができ、実装効率を格段に向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は半導体チップの超音波実装方法および超音波実装装置の第１の実施例を示す説明図である。
超音波実装装置１０は、振動子１２と、この振動子１２から超音波振動が印加され、超音波振動が伝播するホーン１４と、発振制御装置（図示せず）を有している。
本実施例で特徴とするところは、ホーン１４に、超音波振動により生じる超音波振動の最大振幅点（複数の腹の各位置）に対応して、半導体チップ１８に接触して超音波振動を印加するための凸部１６を設けた点にある。

超音波振動は、ホーン１４中を粗密波として伝播する。この場合に、ホーン１４の両端側に超音波振動の腹（最大振幅点）が生じ、ホーン１４の中間部に複数の最大振幅点と節ができる。
この超音波振動の最大振幅点は、当然ながら１／２波長ごとに生じる。ホーン１４の材質にもよるが、５０ｋＨｚ程度の振動数の場合、ほぼ２０ｃｍ程度の波長となる。したがって、半波長は１０ｃｍ程度となる。本実施の形態では、この超音波振動によってホーン１４に生じる複数の最大振幅点の位置に凸部１６を設けるのである。この最大振幅点の間隔は、用いる超音波の振動数によって変わる。

粗密波の最大振幅点の位置は、ホーン１４から半導体チップ１８に対して水平方向に最大の振動を与えることができる位置であり、超音波エネルギーを最大限伝達しうる位置であって、この位置に凸部１６を設けることで半導体チップ１８を効率よく超音波接合できる。
なお、凸部１６は、複数設けるのであるが、振動の伝播する方向に必ずしも連続して設ける必要はなく、ｎλ／２（ｎは整数）の適宜の最大振幅点の位置に設ければよい。

実施例１の超音波実装装置１０を用いて超音波実装をするには次のようにする。
すなわち、ステージ２０上に、前記ホーン１４の凸部１６に対応する配列で複数の基板２２を配置し、該基板２２に、基板２２の電極（金パッドあるいはアルミニウムパッド）と半導体チップ１８との電極（金バンプ）とを位置合わせして半導体チップ１８を配置する。半導体チップ１８は、超音波実装装置１０のホーン１４の凸部１６下面側に真空吸着し、この状態で対応する基板２２上に配置するようにするとよい。なお基板２２はステージ２０上に適宜接着剤等によって固定するとよい。

上記のようにセットした後、超音波をホーン１４の凸部１６を介して半導体チップ１８に超音波振動を印加することによって、複数の半導体チップ１８を基板２２上に同時にフリップチップ接続することができ、実装効率を向上させることができる。
なお、上記では１つの基板（計４個）に１つの半導体チップ（計４個）を実装したが、１つの基板２２上に複数の半導体チップ１８を実装する場合にも上記実装装置１０を用いることができる。本発明において基板に複数の半導体チップを実装するとは、この両者を含む概念である。

図２は第２の実施例に係る実装方法および実装装置３０を示す。
本実施例では、ステージ２０側を超音波実装装置３０に構成している。
すなわち、ステージ２０の両側に振動子１２を取り付け、この振動子１２を図示しない発振制御装置によって超音波振動させるのである。
そして、本実施例では、ステージ２０に、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点の位置に対応して、基板２２を配置するための凸部２４を設けた。

この場合にも、ステージ２０の両端側に超音波振動の腹（最大振幅点）が生じ、ステージ２０の中間部に複数の最大振幅点と節ができる。
この超音波振動の最大振幅点は、当然ながら１／２波長ごとに生じる。ステージ２０の材質にもよるが、５０ｋＨｚ程度の振動数の場合、ほぼ２０ｃｍ程度の波長となる。したがって、半波長は１０ｃｍ程度となる。本実施の形態では、この超音波振動によってステージ２０に生じる複数の最大振幅点の位置に凸部２４を設けるのである。この最大振幅点の間隔は、用いる超音波の振動数によって変わる。
なお、凸部２４は、複数設けるのであるが、振動の伝播する方向に必ずしも連続して設ける必要はなく、ｎλ／２（ｎは整数）の適宜の最大振幅点の位置に設ければよい。

実施例２の超音波実装装置３０を用いて半導体チップを超音波実装するには次のようにする。
すなわち、ステージ２０の凸部２４上に基板２２を配置し、該各基板２２上に半導体チップ１８を配置し、半導体チップ１８をツール２６によって基板２２側に押圧保持しつつ、ステージ２０に振動子１２から超音波振動を印加することによって、複数の基板２２に半導体チップ１８を同時にフリップチップ接続することができる。
基板２２は凸部２４上に適宜な接着剤によって固定するとよい。
また、半導体チップ１８は、ツール２６の対応位置に真空吸着して保持し、基板２２上に、基板２２の電極と半導体チップ１８との電極とを位置合わせして半導体チップ１８を配置するようにするとよい。
なお、上記では１つの基板（計４個）に１つの半導体チップ（計４個）を実装したが、１つの基板２２上に複数の半導体チップ１８を実装する場合にも上記実装装置１０を用いることができる。

図３は実装方法の第３の実施例を示す説明図である。
本実施例では、実施例２（図２）における実装装置において、ツール２６の代わりに図１に示す実装装置を用いたものである。図１と、図２のものと同一の部材は同一の符号で示し、説明を省略する。
この実施例３で半導体チップ１８を基板２２上に超音波実装するには次のようにする。
すなわち、ステージ２０の前記各凸部２４上に基板２２を配置し、該各基板２２上に半導体チップ１８を配置し、各半導体チップ１８にホーン１４の凸部１６を当接させ、ステージ２０およびホーン１４に超音波振動を印加して複数の半導体チップ１８を基板２２に同時にフリップチップ接続するのである。

基板２２は凸部２４上に適宜な接着剤によって固定するとよい。
また、半導体チップ１８は、ホーン１４の凸部１６に真空吸着して保持し、基板２２上に、基板２２の電極と半導体チップ１８との電極とを位置合わせして半導体チップ１８を配置するようにするとよい。
なお、上記では１つの基板（計４個）に１つの半導体チップ（計４個）を実装したが、１つの基板２２上に複数の半導体チップ１８を実装する場合にも上記実装装置１０を用いることができる。

なお、上記第１〜第３の実施例において、凸部１６、２４を一直線上に配置した例を示したが、これに限られず、たとえばマトリクス状に配置することもできる。この場合にも、超音波振動の最大振幅点がこの凸部位置に略生じるようにするのである。

本発明に係る半導体チップの超音波実装方法および実装装置の第１の実施例を示した説明図である。 本発明に係る半導体チップの超音波実装方法および実装装置の第２の実施例を示した説明図である。 本発明に係る半導体チップの超音波実装方法の第３の実施例を示した説明図である。

符号の説明

１０ 超音波実装装置
１２ 振動子
１４ ホーン
１６ 凸部
１８ 半導体チップ
２０ ステージ
２２ 基板
２４ 凸部
２６ ツール
３０ 超音波実装装置

Claims (5)

1. 半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装方法において、
   伝播する超音波振動により生じる、超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に凸部を設けたホーンを有する超音波実装装置を用い、ステージ上に、前記ホーンの凸部に対応する配列で基板を配置し、該基板上に複数の半導体チップを配置し、該半導体チップに前記ホーンの凸部を互いに接触させて超音波振動を印加することによって、該基板に同時に複数の半導体チップを接合することを特徴とする超音波実装方法。
2. 超音波振動が伝播するホーンを有し、該ホーンを半導体チップに接触させ、超音波を印加することによって半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装装置において、
   前記ホーンに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、半導体チップに接触して超音波振動を印加し、前記基板に同時に複数の半導体チップを接合するための凸部を設けたことを特徴とする超音波実装装置。
3. 半導体チップを基板に超音波接合する超音波実装方法において、
   伝播する超音波振動により生じる、超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に凸部を設けたステージを有する超音波実装装置を用い、該ステージの前記凸部上に基板を配置し、該基板上に複数の半導体チップを配置し、半導体チップをツールによって押圧保持しつつ、前記ステージに超音波振動を印加することによって、基板に複数の半導体チップを同時に接合することを特徴とする超音波実装方法。
4. ステージ上に複数の基板を配置し、該基板上に半導体チップを配置し、半導体チップをツールにより押圧保持しつつステージに超音波振動を印加する超音波実装装置であって、
   前記ステージに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、前記基板に複数の半導体チップを同時に接合するための凸部を設けたことを特徴とする超音波実装装置。
5. ステージ上に複数の基板を配置し、該基板上に半導体チップを配置し、半導体チップをツールにより押圧保持しつつステージに超音波振動を印加する超音波実装装置であって、
   前記ステージに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、前記基板を配置するための凸部を設け、
   前記ツールに、超音波振動により生じる超音波振動の複数の最大振幅点に対応する位置にそれぞれ別個に、半導体チップに接触して超音波振動を印加する凸部を有するホーンを用い、前記ステージおよび前記ホーンに超音波振動を印加して複数の半導体チップを基板に同時に接合することを特徴とする超音波実装装置。

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