JPH01256153A - 半導体素子とその製造装置並びにその実装装置 - Google Patents

半導体素子とその製造装置並びにその実装装置

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JPH01256153A
JPH01256153A JP63083169A JP8316988A JPH01256153A JP H01256153 A JPH01256153 A JP H01256153A JP 63083169 A JP63083169 A JP 63083169A JP 8316988 A JP8316988 A JP 8316988A JP H01256153 A JPH01256153 A JP H01256153A
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JP
Japan
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semiconductor
bonding
semiconductor element
chip
tray
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JP63083169A
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English (en)
Inventor
Yoshiro Nishimura
芳郎 西村
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01256153A publication Critical patent/JPH01256153A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、バンプ電極を備えた半導体素子及びその製
造装置並びにその実装装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、半導体チップを実装する際の、半導体チップと基
板の配線パターンとを電気的に接続する手段としては、
ワイヤボンディングの他にワイヤレスボンディングがあ
り、その一つとしてバンプ電極を用いて基板の配線パタ
ーン面に直接接続させる方式がある。そしてかかるバン
プ電極の形成手段としては、STI、やCCBと称され
る方法が知られている。
STL方法は、第7図に示すすうに、¥−導体チツブ1
01 のAl電極パッド102上に、Cr −Cu−八
りの多層金属からなる下地電極層103を蒸着などによ
り形成し、該下地電極層103上にNiとAuのメツキ
したCuボール104をハンダ105で溶着してバンプ
電極を形成するものである。なお106は電極バッド1
02以外の半導体チップ101の表面に形成されている
ガラス等からなるパソンベーション膜である。またCC
B方法は、第8図に示すように5T17法におけるCu
ボールに代えて、ハンダを用いて半球状のバンプ電極を
形成するもので、半導体チップ101のt8iパフド1
02上に形成した下地電極層103にハンダを蒸着した
のち、リフローすることによりハンダの表面張力で半球
状のハンダバンプ107を形成するものであるや またバンプ電極を形成する手段としては、例えば特開昭
51−6668号には、金属ボールとほぼ等しい径の小
孔と該小孔を結ぶ溝を形成した治具を用いて、金属ボー
ルをハンダ電極パッド上に落下させ、加熱炉で溶着させ
るようにしたものが示されており、また特開昭52〜1
15176号公報には、ハンダボールより小径の孔を形
成したマスクを用い、ハンダボールを押さえて固定し、
溶融接合させるようにした手段が開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで従来の半導体素子へのバンプ1穫形成手段にお
いては、STL方法や上記公開公報開示の手段では、C
uボールやハンダボールをハンダで溶着するための下地
電極層を形成するために、半導体ウェハ表面にマスクを
作成する工程と、多層金属層を蒸着又はメツキ等で形成
する工程と、必要部分だけに金r%層を残すエツチング
工程などを必要とし、またCCB方法においては蒸着に
よりハンダ層を形成するなどの工程を必要とし、製造装
置や工程が複雑であり、生産性も悪く製品がコスト高に
なるという問題点がある。
本発明は、ハンダ層を用いて金属ボールを溶着したりあ
るいはハンダバンプを形成したりする従来のバンプia
iを備えた半導体素子における上記問題点を解消するた
めになされたもので、ハンダ層を用いない直接接合によ
る簡単な構成のバンプ電極を備えた半導体素子及びその
製造装置並びにその実装装置に関する。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、半導体チップの電極パッド部に
、金属ボールを接着剤層を介さずに熱圧着、超音波接合
等の直接接合により接続してバンプ電極を設けて半導体
素子を構成するものである。
またその製造装置は、電極パッド部を備えた半導体ウェ
ハ又はチップを固定するステージと、金属ボールを収納
するトレイと、トレイ中の金属ボールを保持してステー
ジ上に固定した半導体ウェハ又はチップの電極パッド部
の対応位置へ運搬する手段と、該運搬手段のトレイにお
ける位置及び半導体ウェハ又はチップ上における位置を
認識して所定位置に補正する手段と、半導体ウェハ又は
チップの電極パッド部へ運搬された金属ボールを電極パ
ッド部へ直接接合させてバンプ電極を形成する手段とで
構成するものである。
更にその実装装置は、金属ボールを電極パッド部に直接
接合してバンプ電極を形成した半導体素子を収納するト
レイと、実装基板を固定するステージと、トレイ中の半
導体素子を保持してステージ上に固定した実装基板上に
運搬するピックアンプ手段と、実装基板のボンディング
位置と半導体素子の位置とを認識して前記ピックアップ
手段を所定位置に補正する手段と、半導体素子を実装基
板へ熱圧着、超音波接合等の直接接合によりフェースダ
ウンボンディングする手段とで構成するものである。
上記のように半導体素子を構成することにより、金属ボ
ールの接合にハンダ層を用いないため下地電橋も不要と
なり、極めて簡単な構成のバンプ電極を備えた半導体素
子が得られる。
また上記のように構成した半導体素子の製造装置におい
ては、ステージに半導体ウェハ又はチップを固定し、運
搬手段でトレイに収納されている金属ボールを保持して
半導体ウェハ又はチップの電極パッド部へ運搬し、位置
補正手段により電極パッド部へ金属ボールを正も11に
位置せしめる。そして熱圧着法等の手段で金属ボールを
電極パッド部へ直接接合することにより、バンプ電極を
備えた半導体素子が得られる。
また上記のように構成した半導体素子の実装装置におい
ては、ステージに実装基板を固定し、金属ボールからな
るバンプ電極を備えた半導体素子をピックアップ手段で
保持して実装基板上へ運搬し、位置補正手段で半導体素
子を実装基板の所定部分に正確に位置させる。そして熱
圧着法等の手段で、半導体素子のバンプ電極を実装基板
に直接接合することにより、基板に実装した半導体素子
が得られる。
〔実施例〕
以下実施例について説明する。第1図は、本発明に係る
バンプ電極を備えた半導体素子の一実施例を示す断面図
である。図において、1は半導体チップで、2は該チッ
プ1に形成されているAl等からなる電極パッドである
。3はt極パッド2以外の半導体チップIの表面に形成
したガラス等からなるパッシベーション膜である。4は
バンプ電極を構成する金属ボールで、電極パッド2の表
面に熱圧着法、超音波法、超音波併用熱圧着法などによ
り、ハンダ層を介さず直接接合されている。
この金属ボール4は、Au、 Ag+ Cu+ AI又
はそれらの合金等で構成され、直径は50〜250μm
、好ましくは80〜150μm程度に形成されている。
次にこのような構成の半導体素子の製造装置について説
明するや第2図は製造装置の一実施例を示す概略図であ
る0図において、11は金属ボール12を収納した金属
ボール用トレイで、トレイ固定ステージ14上に固定さ
れるようになっている。14は加熱用ヒータエ5を備え
た半導体ウェハ又はチップ固定ステージで、該ステージ
14上には、電極パッド16を備えた半導体ウェハ又は
チップ(図示例ではチップ17を図示している)を固定
するものである。18は一端に金属ボール吸着用コレッ
ト19を備えた接続用アームで、金属ボール用トレイ固
定ステージ13及び半導体ウェハ又はチップ固定ステー
ジ14上において、上下及び左右方向に動き得るように
構成されており、コレット19は、この実施例において
は、真空を利用して金属ボールを吸着するようになって
いる。20は金属ボール用トレイ固定ステージ13の上
方及び半導体ウェハ又はチップ固定ステージ14の上方
に配置されている認識用テレビカメラで、該カメラ20
による認識に基づいて接続アーム19の位置を補正する
、図示しない手段を制御するようになっている。
このように構成された製造装置を用いて、バンプ電極を
備えた半導体素子を製造するには、まず金属ボール12
を収納したトレイ11をトレイ固定ステージ13上に固
定し、半導体アンプ17をステージ14上に固定する。
この固定ステージI4は常温乃至は350℃程度に加熱
されるようになっている0次いで接続アーム18を操作
して、トレイ11において金属ボール吸着用コレット1
9に金属ボール12を吸着させる。そしてコレット19
に金属ボール12を吸着保持したまま、接続アーム18
を半導体チップ固定ステージ14に移動させる。そして
認識用テレビカメラ20による認識に基づく図示しない
補正手段により、コレット19に保持された金属ボール
12を半導体チップ17の所定の電機バッド16上に正
確に位置するように補正する。次いで接続アーム18を
降下させて、そのまま熱圧着により金属ボール12を電
極バッド161に接着させる。この動作を操り返すこと
により、第1図に示したバンプ電極を備えた半導体素子
を得ることができる。
なお上記実施例では、半導体ウェハ又はチップ固定ステ
ージ14上にチップ17を固定したものを示したが、ウ
ェハを固定して電極バッド上に金属ボールを接着したの
ち、1チツプずつに分割して半導体素子を得るようにし
てもよい、また上記実施例では、接続用アーム18に設
けたコレット19で金属ボール12を1個ずつ保持させ
るようにしたものを示したが、金属ボールを多数個同時
に保持させ、半導体ウェハ又はチップの多数の電極パッ
ド上に同時に金属ボールを接合させるように構成するこ
ともできる。また接続用アーム18を降下させて金属ボ
ール12を熱圧着法により固着させるようにしたものを
示したが、他の治具等を用いて、金属ボールを電極バッ
ドに熱圧着法あるいは超音波法などで固着するように構
成してもよい。
更に上記実施例では、ステージ14上に固定した16導
体ウェハ又はチップ17にマスクを用いずに直接電極バ
ッド16に金属ボール12を接合するようにしたものを
示したが、電極バッド部分に金属ボール挿入用の孔を形
成した金属又はプラスチック製のマスクを、半導体ウェ
ハ又はチップ上に配置して、金属ボールを接合するよう
にしてもよい、この場合は他の治具を用いて金属ボール
を電機バッドに固着する場合に好都合である。
次にこのようにして製作した半導体素子を実装する装置
の一実施例について説明する。この実装装置の基本構成
は、第2図に示した半導体素子の製造装置と同様である
ので、その要部のみを第3図に示す。この実装装置にお
いては、図示しないが、第1図に示すようなバンプ電極
を備えた半導体素子を収納したトレイを固定するトレイ
固定ステージを備えている。また第3図に示すように、
ヒータを内蔵した基板固定ステージ21を備えており、
該固定ステージ21には所定の配線パターン22を備え
た基板23が固定されるようになっている。
そして図示しないトレイ固定ステージ及び上記基板固定
ステージ21上には、トレイ中に収納されている半導体
素子24を保持するピンクアップ治具25を備えた接続
アーム(図示せず)が配置されており、該ピックアップ
治具25は真空吸着用の穴25aを備えていて、上下、
左右に移行できるように構成されている。更に両ステー
ジのと方には認識用テレビカメラ(図示せず)が配置さ
れていて、図示しないピックアップ治具の位置補正手段
を制御するようになっている。
このように構成した実装装置により、半導体素子24を
基板23に実装するには、まず基板23を基板固定ステ
ージ21上に固定し、トレイより半導体素子24をピッ
クアップ治具25で吸着保持させ、基板固定ステージ2
5上へ移行させる。認識用テレビカメラ及び位置補正手
段により、ピックアップ治具25の基板23に対する位
置を補正したのち、ピックアップ治具25を降下させ、
熱圧着法により半導体素子24のバンプ電極24aを、
基板23の所定配線パターン部分へ直接接着することに
よって、基板23に対して半導体素子24をフェースダ
ウンボンディングして実装したものが得られる。これに
第4図に示すように、樹脂26の封止を施すことによっ
て半導体装置27が得られる。
上記第1図には、金属ボール4を電極パッド2上に熱圧
着法等により直接接着して、バンプ電極を形成した半導
体素子を示したが、第5図に示すように、1を極パッド
2に接合した金属ボール4上に、更にハンダボール31
を溶着等により固着させて構成してもよいし、また第6
図に示すように、電機バッド2に接合した金属ボール4
の表面に、ハンダ層32を1着又はメツキにより付着さ
せて構成してもよい。この場合には、半導体素子をハン
ダ接合により実装基板に固着させることができる。
〔発明の効果〕
以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、7:IIJi+バッドへの金属ボールの接合にハンダ
層を用いないため下地電機等も不要となり、極めて簡単
な構成のバンプ電極を備えた半導体素子が得られる。
また本発明の半導体素子の製造装置によれば、少量多品
種の生産にも容易に対応でき、バンプ電極を備えた半導
体素子を容易に製造することができる。更に半導体素子
の実装装置によれば、熱圧着法等の直接接合によりフェ
ースダウンボンディングを行うため、加熱炉等を必要と
せず、簡単な構成の装置でバンプ電極を備えた半導体素
子を容易に基板に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る半導体素子の一実施例を示す断
面図、第2図は、本発明に係る半導体素子の製造装置の
一実施例の概略構成図、第3図は、本発明に係る半導体
素子の実装装置の一実施例の要部を示す断面図、第4図
は、樹脂封止した半導体装置の一構成例を示す断面図、
第5図及び第6図は、第1図に示した半導体素子の変形
例を示す部分図、第7図及び第8図は、従来のバンプ電
極の構成例を示す断面図である。 図において、1は半導体チップ、2は電極パッド、4は
金属ボール、11は金属ボール用トレイ、13はトレイ
固定ステージ、14は半導体ウェハ又はチップ固定ステ
ージ、I7は半導体チップ、工8は接続用アーム、19
は金属ボール吸着用コレット、20は認識用テレビカメ
ラ、21は基板固定ステージ、23は基板、24は半導
体素子、25はピンクアップ治具を示す。 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社第1図 第5図 第6図 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体チップの電極パッド部に、金属ボールを接着
    剤層を介さずに熱圧着、超音波接合等の直接接合により
    接続してバンプ電極を形成したことを特徴とする半導体
    素子。 2、半導体チップの電極パッド部に、接着剤層を介さず
    に熱圧着、超音波接合等の直接接合により固着した金属
    ボールと、該金属ボール上に固着したハンダボールとで
    バンプ電極を形成したことを特徴とする半導体素子。 3、半導体チップの電極パッド部に、接着剤層を介さず
    に熱圧着、超音波接合等の直接接合により固着した金属
    ボールの表面にハンダ層を密着させてバンプ電極を形成
    したことを特徴とする半導体素子。 4、前記金属ボールは、Au、Ag、Cu、Al又はそ
    れらの合金で形成されていることを特徴とする請求項1
    〜3のいずれかに記載の半導体素子。 5、電極パッド部を備えた半導体ウェハ又はチップを固
    定するステージと、金属ボールを収納するトレイと、ト
    レイ中の金属ボールを保持してステージ上に固定した半
    導体ウェハ又はチップの電極パッド部の対応位置へ運搬
    する手段と、該運搬手段のトレイにおける位置及び半導
    体ウェハ又はチップ上における位置を認識して所定位置
    に補正する手段と、半導体ウェハ又はチップの電極パッ
    ド部へ運搬された金属ボールを電極パッド部へ直接接合
    させてバンプ電極を形成する手段とを備えていることを
    特徴とする半導体素子の製造装置。 6、金属ボールを電極パッド部に直接接合してバンプ電
    極を形成した半導体素子を収納するトレイと、実装基板
    を固定するステージと、トレイ中の半導体素子を保持し
    てステージ上に固定した実装基板上に運搬するピックア
    ップ手段と、実装基板のボンディング位置と半導体素子
    の位置とを認識して前記ピックアップ手段を所定位置に
    補正する手段と、半導体素子を実装基板へ熱圧着、超音
    波接合等の直接接合によりフェースダウンボンディング
    する手段とを備えていることを特徴とする半導体素子の
    実装装置。
JP63083169A 1988-04-06 1988-04-06 半導体素子とその製造装置並びにその実装装置 Pending JPH01256153A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02312240A (ja) * 1989-05-26 1990-12-27 Ricoh Co Ltd バンプ形成方法およびバンプ形成装置およびバンプ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02312240A (ja) * 1989-05-26 1990-12-27 Ricoh Co Ltd バンプ形成方法およびバンプ形成装置およびバンプ

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