JPH02312240A - バンプ形成方法およびバンプ形成装置およびバンプ - Google Patents

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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JPH02312240A
JPH02312240A JP13305689A JP13305689A JPH02312240A JP H02312240 A JPH02312240 A JP H02312240A JP 13305689 A JP13305689 A JP 13305689A JP 13305689 A JP13305689 A JP 13305689A JP H02312240 A JPH02312240 A JP H02312240A
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JP
Japan
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metal piece
electrode
bump
semiconductor chip
ultrasonic waves
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JP13305689A
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English (en)
Inventor
Kazuyuki Iwata
和志 岩田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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) 本発明、は、LSIチップ等の半導体チップ若しくは半
導体チップを実装する配線基板に接続用の金属バンプを
形成するバンプ形成方法に関する。
(従来の技術) 従来、LSIチップ等の半導体チップをプリント配線基
板に実装する方法として、ワイヤボンディング、TAB
 (tape−automated bonding)
およびフリンブチップボンディングが知られている。
これらのうち、接続用の介在物を極力省いたフリップチ
ップボンディングは、実装密度の高密度化が可能で遅延
等も少ないことから、理想的な実装方法であるが、電極
パッド上にCr、Cu、Au等の多層の導体膜を形成し
てから半田バンプを形成するため、バンプ形成のための
工程数が多くなっていた。一方、半導体チップを実装す
るプリント配線基板についても、スパッタリング等によ
って多層の金属膜を形成してからバンプメンキを行うた
め、工程数が多くなっていた。
そこで、近時、バンプ形成の工程数を削減する方法とし
て、アルミニウムの電極バンドに直接半田バンプを形成
する試みがなされている(日経マイクロデバイス、 1
987年6月号第68頁から第70頁参照)。このバン
プ形成方法は、半田槽中の溶融半田に半導体チップを浸
漬した後、超音波によってアルミ電極パッド上の酸化膜
を破り、次いで、半導体チップを半田槽から引き上げる
という各工程からなり、半田槽からの引き上げの際に電
極バンド上に半田バンプが形成されるようにしている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来のバンプ形成方法にあっ
ては、半導体チップを溶融した半田に浸漬するため、半
導体チップの電極間でバンプを形成する半田の量が異な
ってバンプ形状がばらついてしまい、プリント配線基板
への接続をバランスよく行えないことから実装工程にお
ける歩留りや信頌性が低下してしまうという問題があっ
た。また、半導体チップ実装時に採用する各ボンディン
グの方式にを利なバンプ形状を実現できなかった。
(発明の目的) そこで本発明は、電極部材上に予め所定形状に形成した
バンプ用金属片を溶着することにより、少ない工程数で
厚膜状のバンプをばらつきなく、しかもボンディングに
好適な形状に形成することを目的としている。
(発明の構成) 本発明によるバンプ形成方法は、上記目的を達成するた
めに、 (1)所定形状の金属片および電極部材を準備し、金属
片を電極部材上に載置して該金属片に超音波又は超音波
および熱を加え、金属片を電極部材上に溶着させてバン
プを形成することを特徴とするもの、 (2)所定形状の金属片および半導体チップを準備し、
金属片を半導体チップの電極上に載置して金属片に超音
波又は超音波および熱を加え、金属片を電極上に溶着さ
せて半導体チップの電極上にバンプを形成することを特
徴とするもの、または、 (3)半田付は可能な所定形状の金属片および半導体チ
ップを準備し、金属片の外表部に半田膜を形成した後、
該金属片を半導体チップのアルミニウム電極上に載置し
て金属片に超音波又は超音波および熱を加え、アルミニ
ウム電極上の酸化膜を破りつつ金属片をアルミニウム電
極上に半田付けして該アルミニウム電極上にバンプを形
成することを特徴とするものである。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
第1〜3図は本発明の一実施例を示す図である。
第1.2図において、1はトレイであり、トレイ1には
複数の凹部2が形成されている。各凹部2にはバンプ形
成用のボール状の金属片3が収納されており、金属片3
は例えば半田付は可能な金属(銅、ニッケル等)である
銅ボール3aの外表部に半田(Pb−3n)メッキによ
る半田M3bを形成したもので、その直径が数十ミクロ
ンである。この金属片3の銅ボール3aは粉末冶金学に
おいて粉末製造法として知られた方法(例えば、ボール
ミル法、グレーユング法、凝縮法、還元法、電解法)に
よって形成できる。4はアルミナ又はサファイヤから形
成されて図示しない移送アームに支持されたキャピラリ
ーツールであり、キャピラリーツール4は図外の負圧源
に接続された吸引孔4aおよび金属片3に当接するテー
バ状の当接面4bを有している。キャピラリーツール4
の吸引孔4aの孔径は金属片3の直径より小さくなって
おり、キャピラリーツール4は前記負圧源からの負圧に
より吸引孔4aを通して空気を吸い上げ、金属片3を当
接面4bに当接させて吸引、保持することができる。こ
のキャピラリーツール4は公知の超音波加振ユニ7ト(
図示せず)と共に前記移送アームによって移動され、金
属片3を所定の電極部材である電極パッド5上に移送し
、載置するようになっている。電極パッド5は半導体装
置プロであるLSIチップの電極を構成しており、例え
ばアルミニウムよりなる。半導体チップ6はシリコン基
板7上に電極バッド5を蒸着したフリップチップ方式の
ものであり、電極バッド5の周囲にスパッタガラス(S
tow)膜等のパッシベーション膜8を有している。な
お、本実施例においては、半導体チップ6は予め加熱源
であるヒータプレート9上に載置され、ヒータプレート
9により所定温度に加熱される。
一方、電極バッド5上に載置された金属片3は、前記超
音波加振ユニットにより電極パッド5の面方向である水
平方向に超音波振動を加えられ、電極バンド5の表面上
にある酸化膜を摩擦により破りつつ表面部を形成する半
田メッキを溶融させて電極バッド5に溶着(熱圧着)す
る。すなわち、本実施例においては、半田付は可能な銅
ボール3aおよび半導体チップ6を準備し、銅ボールに
半田膜3bを形成してボール状の金属片3を形成した後
、金属片3を半導体チップ6の電極バッド5上に載置し
て金属片3に超音波および熱を加え、電極バッド5上の
酸化膜を破りつつ金属片3を電極バッド5上に半田付け
するようにしている。そして、電極バッド5上に半田付
け(溶着)された金属片3により所定形状の厚膜状のバ
ンプが形成される。
次に、作用を説明する。
まず、予め準備工程として、金属片3を構成する銅ボー
ル3aが形成された後、該銅ボール3aに半田メッキが
なされてボール状の金属片3が形成され、一方、シリコ
ン基板7上に蒸着により電極バッド5が形成された後、
パッシベーション膜が形成され、該パッシベーション膜
にエツチングにより電極取出しのための孔が形成されて
パッシベーション膜8となり、半導体チシブ6が形成さ
れる。そして、金属片3はトレイ1の凹部2に収納され
、パッシベーション膜8は必要数だけヒータプレート9
上に載置される。次いで、キャピラリーツール4がトレ
イ1上に配置されるとともにキャピラリーツール4に負
圧源からの負圧が導入され、金属片3がキャピラリーツ
ール4に吸引、保持される。次いで、前記移送アームに
よりキャピラリーツール4が移動されると、キャピラリ
ーツール4が金属片3を電極バッド5上に移送し、キャ
ピラリーツール4は移送アームによって電極バッド5上
の所定位置に高精度に位置決めされ、金属片3を電極バ
ッド5上に載置する。
次いで、ヒータプレート9による半導体チンプロの加熱
が促され、前記超音波加振ユニットによってキャピラリ
ーツール4に電極バッド5の表面に沿う方向(水平方向
)の超音波振動が加えられる。このとき、金属片3はキ
ャピラリーツール4のテーバ状の当接面4bによって電
極バッド5側に付勢され、金属片3は電極バッド5との
摩擦によって電極バッド5の表面の酸化膜を破りつつ表
面部の半田膜を電極バッド5に融合させる。また、キャ
ピラリーツール4に導入されていた負圧は所定値に維持
される。次いで、ヒータプレート9による加熱とキャピ
ラリーツール4の超音波加振が停止されると、溶融して
いた金属片3の半田膜が硬化し、金属片3が電極バッド
5に半田付けされて、金属片3(銅ボール3a)の初期
形状に対応する球面を含む突起状(厚膜状)のバンプが
形成される。さらに、上述のようなバンプ形成工程が各
電極バンド5に対して実施される。
このように、本実施例においては、予め所定形状に形成
した金属片3を電極バッド5上に直接溶着させてバンプ
が形成される。したがって、金属片3の初期形状に対応
するばらつきの少ない所望の半田バンプを形成すること
ができる二なお、本実施例においては、電極バッド5が
半導体チップ6の電極部材となっているが、電極バッド
5に代えてプリント配線基板上の電極部材を用い、例え
ば第3図に示すような金よりなる直径10μ〜90μの
金ボール11を金属片として、マスクレスでプリント配
線基板上に金バンプを形成することもできる。また、本
実施例におけるヒータプレート9は必ずしも必要でなく
、他の加熱方法(例えばキャピラリーツール4を埋込み
式のヒータにより半田膜の溶融温度より低い温度に予熱
しておく、あるいは溶着部位に赤外線等を照射する)を
用いても、加熱を行わずに超音波溶着のみを実施しても
バンプ形成が可能である。さらに、金属片の初期形状は
、半導体チップ上のバンプを形成する場合において球状
が好ましいが、バンプをどのような接続方式に対応させ
るかによって適宜具なる形状を設定できる。例えば、金
属同士を熱圧着させるような接続方式には平坦が好まし
いし、くさびのような圧入による接合方式であれば凹凸
形状が必要となる。いずれにしても、本発明によるバン
プ形成方法はポンディングに際して有利な形状を自由に
設定できる点において格段に優れたバンプ形成方法であ
り、超音波溶着による接合を行うから従前のような多層
の金属膜形成等が不必要であり、工程数が少ない。
(効果) 請求項1記載の発明によれば、所定形状に形成した金属
片を電極部材上に載置し、該金属片を電極部材上に超音
波溶着又は超音波加熱溶着してバンプを形成するので、
少ない工程数で厚膜状のバンプをばらつきなく、しかも
ボンディングに好適な形状で形成することができる。
請求項2記載の発明によれば、所定形状に形成した金属
片を半導体チップの電極上に載置し、該金属片を超音波
溶着又は超音波加熱溶着によって半導体チップの電極上
に厚膜上のバンプを形成するので、フリップチップポン
ディングに好適な複数のバンプをばらつきなく、少ない
工程数で形成することができる。
請求項3記載の発明によれば、半田付は可能な所定形状
の金属片の外表部に半田膜を被覆形成した後、該金属片
を半導体チップのアルミニウム電極上に載置して超音波
又は超音波および熱を加え、アルミニウム電極上の酸化
膜を破りつつ金属片をアルミニウム電極上に半田付けす
るので、所望形状に形成した金属片を容易にアルミニウ
ム電極に半田付けすることができ、フリップデツプボン
ディングに好適な複数のバンプを少ない工程数でばらつ
きなく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明に係るバンプ形成方法を実施する装
置の一実施例を示す図であり、第1図はその金属片を収
納したトレイと移載用のツールを示す断面構成図、第2
図はその電極部材上に載置した金属片に超音波および熱
を加える工程の説明図、第3図はその金属片の別の態様
を示す断面図である。 3.11・・・・・・金属片、 3b・・・・・・半田膜、 5・・・・・・電極パッド(電極部材、アルミニウム電
極)、 6・・・・・・LSIチップ(半導体チップ)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定形状の金属片および電極部材を準備し、金属
    片を電極部材上に載置して該金属片に超音波又は超音波
    および熱を加え、金属片を電極部材上に溶着させてバン
    プを形成することを特徴とするバンプ形成方法。
  2. (2)所定形状の金属片および半導体チップを準備し、
    金属片を半導体チップの電極上に載置して金属片に超音
    波又は超音波および熱を加え、金属片を電極上に溶着さ
    せて半導体チップの電極上にバンプを形成することを特
    徴とするバンプ形成方法。
  3. (3)半田付け可能な所定形状の金属片および半導体チ
    ップを準備し、金属片の外表部に半田膜を形成した後、
    該金属片を半導体チップのアルミニウム電極上に載置し
    て金属片に超音波又は超音波および熱を加え、アルミニ
    ウム電極上の酸化膜を破りつつ金属片をアルミニウム電
    極上に半田付けして該アルミニウム電極上にバンプを形
    成することを特徴とするバンプ形成方法。
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