JPH04370945A - フェースダウンボンディング方法及び装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はフェースダウンボンデ
ィングに関し、特にボンディング状態の監視ができるフ
ェースダウンボンディングの方法と装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】半導体素子を含む電子部品の高密度実装化
、多機能化、小型化が要求されているところから、該電
子部品、特にリードを形成しない状態の半導体チップの
電極に金属バンプを形成し、プリント配線板、あるいは
他の半導体素子にフェースダウンボンディングする技術
が開発され、実用化されている。

【０００３】図３は従来のフェースダウンボンディグ装
置の概念図を示すものであり、例えば、一方の電子部品
としての光電変換素子４と該光電変換素子４より得られ
る信号を処理する他方の電子部品としての信号処理回路
３をフェースダウンボンディグによって接続する場合を
例示している。半導体のウエハーに形成された信号処理
回路３の各素子の電極にはバンプ５ａが形成され、この
信号処理回路３は上記バンプ５ａを上にして加熱手段６
上に載置される。この加熱手段６は更にアライメントス
テージ８に載置されており、該アライメントステージ８
によって信号処理回路３のＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向及び傾斜
角度が調整できるようになっている。

【０００４】一方、上記信号処理回路３に実装される光
電変換素子４が上記信号処理回路３の上方にボンディン
グツールの真空吸着ホルダ（図外）によって配置される
。上記信号処理回路３、光電変換素子４の間にはプリズ
ム７が配置され、信号処理回路３及び光電変換素子４に
それぞれ設けられている位置合わせマークの像が可視光
のビデオカメラ２に取り込まれる。そして、信号処理回
路３の位置合わせマークと光電変換素子４の位置合わせ
マークが同じ位置に来るように、信号処理回路３を上記
アライメントステージ８によって調整する。

【０００５】その後、プリズム７が外され、上記アライ
メントステージ８によって信号処理回路３のバンプ５ａ
を光電変換素子４の対応するバンプ５ｂに当接させる。 そして、加熱手段６で半導体素子４を例えば６０℃程度
（インジウムのバンプ５ａ，５ｂの表面が僅かに融解す
る温度）に加熱させ、更に、適当な圧力（例えば５ｋｇ
／ｃｍ２　以下）で、両バンプ５ａ，５ｂを圧着させる
ようになっている。

【０００６】このようなフェースボンディングの手順で
は、位置合わせを目で直接確認できないところから、例
えば特開昭６３−１４８６５０号には赤外線が半導体素
子を透過することを利用して上下のバンプが重なってい
るか否かを上の半導体素子の上方に配置した赤外線カメ
ラで確認した後、上の半導体素子を下の半導体素子に加
圧してフェースボンディングをする方法が開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなフェース
ボンディングにおいて電子部品３，４のバンプ５ａ，５
ｂの形状は一様ではなく、例えば各バンプ５ａ，５ｂで
高さが異なることがある。また、高さを確保する目的で
バンプ形成時に２層のフォトレジストでパターニングさ
れるリフトオフ法が用いられるが、このときに１層目と
２層目のパターニングが部品全体に、あるいは部分的に
ずれが生じて電極に対して直角にバンプが盛り上がらな
いで、例えば左右に傾斜した状態の盛り上がりが生じる
ことがある。このような場合、上記のように基準マーク
での位置合わせが正確に行われたとしても、実際にはバ
ンプ５ａ，５ｂ相互に位置ずれが生じることがあり、接
続不良となることがある。

【０００８】更に、バンプ５ａ，５ｂの大きさは、例え
ば径２０μｍ程度、ピッチ４０μｍ程度と極めて微細で
あり、このようなバンプ５ａ，５ｂに対してボンディン
グ時に過大な圧力をかけると隣接するバンプ５ａ，５ｂ
が短絡することがあり、また、圧力が不足すると接着が
充分でなく、断線の原因となる。このような圧力過多あ
るいは圧力不足による不都合は上記形状不良が相乗的に
作用することになる。

【０００９】上記赤外線で位置確認を行う方法では、目
で位置確認をすることによって位置精度を上げることが
できたとしても、上記形状不良、圧力過多、圧力不足に
よって生じる不都合を解消することはできない。本発明
は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、圧
力過多や圧力不足によって生じた上記の不都合を解消し
、常に適正なボンディングが出来るフェースダウンボン
ディング方法と装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために以下の手段を採用している。すなわち、図
１に示すように電子部品あるいはプリント配線板（以下
単に電子部品という）３と他の電子部品４をバンプ５ａ
，５ｂを介してフェースダウンボンディングする方法に
おいて、一方の電子部品３と他方の電子部品４との間に
温度差を持たせ、両電子部品３，４のバンプ５ａ，５ｂ
をボンディングしたときの該ボンディングの状態を赤外
線カメラ１で確認するようにしたものである。

【００１１】

【作用】下側の電子部品３と上側の電子部品４との間に
温度差を持たせるように、例えば電子部品３を加熱した
状態で両電子部品３，４の対応するバンプ５ａ，５ｂを
当接させると、上側の電子部品４のバンプ５ｂに温度変
化が生じ、赤外線カメラ１でとらえられる上側のバンプ
５ｂの大きさに変化が生じる。

【００１２】ところが、バンプ５ａ，５ｂの形状不良、
高さ不足等の原因で上記当接が充分でない場合には、そ
の部分のバンプ５ｂには下側のバンプ５ａから充分な熱
が伝達されないので形状変化はなく、元のままである。 逆に、加圧時に圧力過多になると隣接するバンプ５ａ，
５ｂが短絡することがあるが、このときは短絡した状態
が高温になるので、赤外線カメラ１で異常に大きな像が
得られることになる。従って、上記バンプ５ｂの像に基
づいて対応するバンプ５ａ，５ｂ間の接続が良好に行わ
れたか否かの判断ができることになる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の原理図であり、図２は本発明
の一実施例を示すものである。図３に示したと同様、一
方の電子部品としての光電変換素子４が該光電変換素子
４より出力される画像信号を処理する他方の電子部品と
しての信号処理回路３に実装される場合を示している。

【００１４】従来と同様、下側の信号処理回路３のバン
プ５ｂ側が上向きにされてボンディングツールのアライ
メントステージ８の加熱手段６の上に載置される一方、
光電変換素子４がボンディングツールの真空吸着ホルダ
９によって吸着されて、バンプ５ｂが下向きにされて、
上記信号処理回路３の上方に配置される。この状態で下
側の信号処理回路３と上側の光電変換素子４との間にプ
リズム７が配置され、従来と同様、上下の信号処理回路
３あるいは光電変換素子４の位置合わせマークの像を可
視光のビデオカメラ２に入力し、アライメントステージ
８を使用して位置合わせがなされる。上記真空吸着ホル
ダ９の中央部には石英窓９ａが設けられており、上記の
ように吸着された光電変換素子４の上方には、更に、赤
外線カメラ１が配置され、光電変換素子４のバンプ５ｂ
を上記石英窓９ａ及び光電変換素子４自体を介して透視
するようになっている。

【００１５】上記のような構成において、上記位置合わ
せが終わった後、上記アライメントステージ８を上昇さ
せることによって下側の信号処理回路３と上側の光電変
換素子４をそれぞれ対応するバンプ５ａ，５ｂが当接す
るように予備加圧される。その後、加熱手段６がＯＮに
されて６０℃程度に加熱される。その後、更に、上記ア
ライメントステージ８を上昇させることによって、下側
の信号処理回路３が上側の光電変換素子４に強く加圧（
例えば数ｋｇ／ｃｍ２　以下の圧力で）される。これに
よって、加熱手段６で加熱されて柔らかくなったバンプ
５ａ，５ｂが相互に融着された状態となる。この融着状
態を上記赤外線カメラ１で確認した後、加熱手段６をＯ
ＦＦにして減圧する。

【００１６】上記赤外線カメラ１による融着状態の確認
は、例えば以下のようになる。すなわち、バンプ５ａ（
５ｂ）の高さが充分でなく、バンプ５ａとバンプ５ｂが
適切な面積で当接していない場合には、バンプ５ａから
バンプ５ｂに充分に熱が伝達されない。従って、この部
分のバンプ５ｂの形状は適正な融着状態のバンプ５ｂよ
り小さくなる。逆にバンプ５ａ（５ｂ）が傾斜して形成
されており、上記加圧によって隣接するバンプ５ａ（５
ｂ）と短絡したような場合には、適正な融着状態のバン
プ５ｂより当然広い面積にわたって高温になり、赤外線
カメラ１から得られる像も異常に大きくなる。従って、
赤外線カメラ１より得られるバンプ像を監視しながら、
該像の大きさが適正になるようにアライメントステージ
８による圧力を調整することができる。

【００１７】以上の手順において赤外線による確認作業
までに、あるいは確認作業に長時間を費やすと、接続不
良部も他の部分と同じ温度になって接続の良否が判定で
きないことになる。従って、確認作業は加熱手段６がＯ
Ｎされてからすみやかに実施される。上記実施例では位
置確認用の可視光のビデオカメラ２と、融着確認用の赤
外線ビデオカメラ１とを用いているが、電子部品が赤外
光に対する透過性を有しているときには、上下のバンプ
５ａ，５ｂを赤外線カメラ１で透視できるので、該赤外
線カメラ１で位置合わせを行うことも可能である。

【００１８】上記例では加熱手段６を用いているが、逆
に冷却手段を用いることも可能である。この場合、融着
面積が大きくなるほどバンプ５ａ，５ｂの形状が小さい
像で得られることになる。以上、半導体素子相互のバン
プを融着する場合についてのみ記述したが、この発明は
半導体を含む電子部品相互、あるいは電子部品とプリン
ト配線板をバンプを介して融着する場合にも適用できる
ことはもちろんである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、一方の
電子部品あるいはプリント配線板と、他方の電子部品あ
るいはプリント配線板とをフェースダウンボンディング
するに際して、両電子部品あるいはプリント配線板に温
度差を持たせ、ボンディング時のバンプ像の大きさによ
ってボンディングの状態を確認することができるので、
ボンディング圧を調整しながら適正なボンディングを行
うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の装置の一実施例の概念図である。

【図３】従来例の概念図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　赤外線カメラ ３，４　　　　　　電子部品 ５ａ，５ｂ　　バンプ ６　　　　　　　　　　加熱手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子部品あるいはプリント配線板（以
   下単に電子部品という）（３）　と他の電子部品（４）
   　をバンプ（５ａ），（５ｂ）　を介してフェースダウ
   ンボンディングする方法において、一方の電子部品（３
   ）　と他方の電子部品（４）　との間に温度差を持たせ
   、両電子部品（３），（４）　のバンプ（５ａ），（５
   ｂ）　をボンディングしたときの該ボンディングの状態
   を赤外線カメラ（１）　で確認することを特徴とするフ
   ェースダウンボンディング方法。
2. 【請求項２】　　電子部品あるいはプリント配線板（以
   下単に電子部品という）（３）　と他の電子部品（４）
   　をバンプ（５ａ），（５ｂ）　を介してフェースダウ
   ンボンディングする装置において、一方の電子部品（３
   ）　を加熱する加熱手段（６）　と、他方の電子部品（
   ４）　の側から、両電子部品（３），（４）　のバンプ
   （５ａ），（５ｂ）　がフェースダウンボンディングさ
   れたときの該ボンディングの状態を確認する赤外線カメ
   ラ（１）　とを備えたフェースダウンボンディング装置
   。