JPH05226342A - ボールバンプ形成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電極パッドおよびその周辺部分に損傷を与える
ことなく正確にボールバンプを電極パッドに接合できる
ボールバンプ形成方法およびその装置を提供することで
ある。 【構成】予めチップ２１に分割されたダイシング済みウ
ェーハ２ｂの中からチップ２１を吸着保持し、ステージ
１ｂに載置してから、金属細線を溶融してその先端に球
状体を形成し、この球状体をチップ２１の電極パッドに
押し付け接合してボールバンプを形成する。このように
従来のボールバンプ形成におけるウェーハの状態で行な
うのではなく、予めウェーハを分割して小さいチップに
し、そのチップ２１にボールバンプを形成させることで
ボンディングヘッド９ｂの移動範囲を小さくせ、ホーン
３ｂの長さを短くすることによって、熱膨張によるホー
ン３ｂの寸法の狂いによる位置精度不良やホーンの自重
を軽量化することにより極パッドへの過加重による損傷
を無くしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属細線の一端を溶融
し球状体を形成し、表面に集積回路が形成されるチップ
の電極パッドに前記球状体を接合するボールバンプ形成
方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置においては、回路の集
積度が生産技術の向上に伴ない益々高まり、その用途も
多様化されるようになった。このため、パッケージから
突出する入出力端子であるピン数も増加し、スーパーコ
ンピュータに使用される半導体装置などは実に４００本
を越えるものまで製作されるに至った。この多ピン化傾
向が今後も続き、近い将来には１０００本のものも実現
することが考えられる。

【０００３】このような多ピンの半導体装置の多くはＴ
ＡＢ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｒ Ｐーａｃｋａｇｅ）型
である。このＴＡＢ型半導体装置は、カメラに使用され
るフイルムのような絶縁テープに集積回路が形成された
半導体チップを貼り付け、チップにある電極パッドと絶
縁テープのリードとを接続したものである。そして、こ
の接続には電極パッドに予じめウェーハの状態で球状の
バンプを形成してからチップに分割し、このチップにお
けるバンプとリードとを接続する方法が採られてきた。
また、この種の半導体装置のパッケージ形態は、チップ
が搭載されたテープを一面側に多数のピンが突出した絶
縁ケース内に入れてリードとピンとを接続して組立てた
ものである。

【０００４】このような多ピンの半導体装置のチップに
ある多数のバンプを形成するには、従来、二つの方法が
ある。その一つは電極パッドにめっきを施し球状に盛つ
けるめっきによる方法であり、他は金属細線の一端を球
状にし、この球状体を電極パッドに接合する法である。
また、めっきによる方法は高価な設備が必要とすること
から、従来、このバンプを形成するのに後者の方法であ
るボールバンプの形成方法が採られていた。

【０００５】図４および図５は従来のボールバンプ形成
方法の一例を説明するためのボールバンプ形成装置の主
要部における概略を示す図である。従来、この種のボー
ルバンプ形成方法は、例えば、特開昭６０ー１９４５４
３４号報に開示されている。このボールバンプ形成方法
は、まず、図４に示すように、半導体基板であるウェー
ハ２ａを搬し、装置のステージ１ａに載置する。次に、
ウェーハ２ａの向きを一邸にし真空吸着により保持され
る。次に、ステージ１ａを移動し、ウェーハ２ａの一つ
の集積回路領域をＣＣＤカメラの直下に位置決めする。
次に、ＣＣＤカメラによりキャピラリィ４ａの位置と前
記集積回路領域の電極パッドとの位置を認識する。次
に、図５（ａ）に示すように、キャピラリィ４ａより突
出する金線５ａとトーチ６ａとの間に高電圧を印加し放
電させ金線５ａを溶融することによって、図５（ｂ）に
示す金球５ｂを形成する。次に、図５（ｃ）に示すよう
に、キャプラリィ５ａをホーン３ａとともに下降し、金
球を押すとともに超音波振動を与える。このことにより
金球は球状体５ｃに変形され、電極パッド７ａに接合さ
れる。次に、矢印の方向にキャピラリィ５ａを揺動さ
せ、金線５ａを切断する。このことによりボールバンプ
５ｄが形成される。

【０００６】このボールバンプを形成した後の工程は、
これらボールバンプが形成されたチップとフイルム状の
テープをホールバンプ接続装置のステージに載置し、テ
ープに形成されたリードとボールバンプを接続し、ＴＡ
Ｂ型半導体装置として組立ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
結晶技術の進歩とより製造コストの低減のためにウェー
ハの口径が大きくなる反面、チップに形成される電極パ
ッドの大きさおよびその間隔が多ピン化に伴なって益々
小さくなってきた。例えば、直径が８インチという大き
なウェーハが製作されたり、また、ウェーハより分割さ
れるチップにおいても、その表面に形成される電極パッ
ドの大きさが６０ミクロンメータ四方で、１００ミクロ
ンメータ以下の間隔で４００個といったファインピッチ
化が進んでいる。

【０００８】このようにウェーハが大口径化し、しかも
表面に形成される集積回路領域における電極パッドの微
小化およびファインピッチ化することにより、ボールバ
ンプを形成する際のボンディング精度の向上およびバン
プの小型化が必要となる。

【０００９】しかしながら、従来のボールバンプ形成装
置では、大口径のウェーハに伴ない装置のボンディング
ヘッドの移動範囲が大きくなり、キャピラリィを保持す
るホーンが長くなる一方である。このため、高温に加熱
されたステージからの熱でホーンが影響され、ホーンの
熱膨張によるカメラとツール間の距離がホーンの長さに
応じて狂い、キャピラリィの位置決め精度の低下を生じ
バンプを正確に圧着できないという問題がある。また、
ホーンを熱膨張の小さいアンバーなどで製作しても、こ
の問題を解消するまでに至らず、根本的な解決策になら
ない。

【００１０】さらに、このホーンの長さに伴ないその自
重も大きくなり、しばしば、バンプに荷重のかけ過ぎバ
ンプが必要以上つぶれたり、あるいはボールバンプの押
圧時に生ずる衝撃により電極パッド自体およびその周囲
部分が損傷したりする問題もある。

【００１１】本発明の目的は、かかる問題を鑑み、電極
パッドおよびその周辺部分に損傷を与えることなく正確
にボールバンプを電極パッドに接合できるボールバンプ
形成方法およびその装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のボールバンプ形
成方法は、複数の集積回路形成領域が形成される半導体
基板を切断し前記領域に分割分離する工程と、金属細線
の先端を溶融し球状体に成形する工程と、この球状体を
前記領域の電極パッドに圧着する工程と、圧着後に前記
球状体を前記金属細線から切離する工程とを含んで構成
される。

【００１３】本発明の第１のボールバンプ形成装置は、
前記領域毎に切断分離された前記半導体基板を載置する
第１の台と、前記領域であるチップを保持し前記第１の
台から移動させ所定の位置に位置決めする搬送機構と、
前記金属細線の先端を溶融する手段と、前記球状体を前
記電極パッドに押し付ける手段と、前記球状体を前記金
属細線より切離す手段とを備えている。

【００１４】本発明の第２のボールバンプ形成装置は、
第１のボールバンプ形成装置に加えて、複数のリードが
設けられるフイルム状のテープを載置する第２の台と、
前記球状体が圧着された電極パッドを有する前記チップ
を保持し前記第２の台より搬送するとともに前記テープ
に載置する第２の搬送機構と、前記リードと前記球状体
とを接合する手段とを備えている。

【００１５】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１は本発明のボールバンプ形成方法およ
びその装置の一実施例を説明するためのボールバンプ形
成装置の主要部を示す図である。このボールバンプ形成
装置は、図１に示すように、集積回路領域をもつチップ
２１毎に切断分離されたダイシング済みウェーハ２ｂを
載置する貼付けシートを保持するリング８ｂと、ボール
バンプを圧着するためにチップ２１を載置するステージ
１ｂと、金属細線の先端を溶融し球状体を形成するとと
もにチップ２１の電極パッドに前記球状体を押圧するキ
ャプラリィ４ｂおよび短めのホーン３ｂと、チップ２１
を保持する吸着コレット１１ｂを先端に取り付けるとと
もにリング８ｂとステージ１ｂ間を移動する搬送アーム
１０ｂと、キャピラリィ４ｂおよびホーンを保持すると
ともにＸＹ方向に移動するボンディングヘッド９ｂとを
備えている。

【００１７】次に、このボールバンプ形成装置の動作を
説明するとともにボールバンプ形成方法について説明す
る。まず、ダイシングでチップ２１に分割されたダイシ
ング済みウェーハ２ｂがシートに貼り付け、リング８ｂ
に固定する。次に、搬送アーム１０ｂを移動させ、吸着
コレット１１ｂよりダイシング済みウェーハ２ｂから一
つのチップ２１を拾い、搬送アーム１０ｂを旋回させ、
ステージ１ｂにチップ２１を載置する。次に、従来例で
説明したように、金属細線の先端を溶融し球状体を形成
する。次に、カメラで電極パッドの位置を確認し、キャ
ピラリィ４ｂを下降させ球状体を電極パッドに押し付け
圧着する。そして、ボンディングヘッド９ｂの移動とキ
ャピラリィ４ｂの押し付けを繰返して行なうことにより
チップにある全ての電極パッドに球状体を圧着すること
により一チップ２１のボールバンプの形成を終る。そし
てボールバンプが形成されたチップは再び吸着コレット
１１ｂより吸着保持され、搬送アーム１０ｂを旋回さ
せ、ダイシング済みウェーハ２ｂの所定の位置に戻され
る。このようにして全てのチップ２１のボールバンプを
形成する。

【００１８】このように、従来のボールバンプ形成をウ
ェーハの状態で行なっているのに対し、本発明では、予
め面積の小さいチップに分割し、一つのチップ毎に小さ
い範囲でホーンを移動させてボールバンプを形成するの
で、ホーンを短かくすることが出来、ホーン自身の熱膨
張による狂いがなくなり、また、短くすることにより自
重も軽くなり、小荷重で接合するので、ボールバンプの
変形あるいは衝撃による電極パッドおよびそ周囲部分の
損傷はなくなる。

【００１９】図２は図１のボールバンプ形成装置におけ
るチップ搬送機構の他の実施例を示す図である。このボ
ールバンプ形成装置は、上述したチップ搬送形態を変え
たものである。ダイシング済みのウェーハ２ｂを載置す
るリング８ｂとは別に、ボールバンプ形成されたチップ
２１を移載するシート付きのリング１４ｂと、ステージ
１ｂからこのリング１４ｂに搬送させる吸着コレット１
３ｂおよび収納アーム１２ｂとを設けたことである。そ
れ以外は前述の実施例と同じである。この装置は、二つ
のリングと吸着アームを設けることによって、ステージ
１ｂへのチップ２１の載置と拾いとが同時にできるので
チップの搬送時間をより短縮できる利点がある。また、
この実施例では、チップを載置する手段と搬送するアー
ムでチップ供給手段を述べたが、その他、例えば、レー
ル方式の供給手段でも良い。

【００２０】図３は本発明のボールバンプ形成装置の他
の実施例を示す図である。このボールバンプ形成装置
は、ボールバンプ形成するだけではなく、チップを載置
するテープのインナーリードとボールバンプとを接続さ
せる機能をもたせたことである。すなわち、図１で示し
た装置の本体を拡げ、ボールバンプを形成するステージ
１ｂよりバンプ形成済みのチップ２１を吸着して搬送す
る搬送アーム１５ｂと、この搬送アーム１５ｂにより搬
送されるチップ２１を載置するテープ１９ｂを位置決め
する載置部と、テープ１９ｂのインナーリード２１ｂと
ボールバンプとを接続するためのシングルポイントツー
ル１８ｂと、このシングルポイントツール１８ｂを保持
するボンディングホーン１７ｂと、このボンディングホ
ーン１７ｂを位置決めし上下動させるボンディングヘッ
ド１６ｂとを設けたことである。

【００２１】次に、このボールバンプ形成装置の動作に
ついて説明する。まず、前述の実施例と同様にステージ
１ｂでボールバンプが形成されたチップ２１は、搬送ア
ーム１５ｂにより吸着保持され、矢印に示す方向に搬送
アーム１５ｂが旋回し、チップ２１をテープ１９ｂに移
載する。次に、ボンディングヘッド１６ｂの移動により
シグルポイントツール１７ｂとインナーリード２０ｂと
が位置決めされ、シングルポイントツール１８ｂが下降
し、チップ２１のボールバンプにインナーリード２０ｂ
に押し付け接合する。次に、ボンディングヘッド１６ｂ
が移動し、他のインナーリードとシングルポイントツー
ル１８ｂとを位置決めし、インナーリード２０ｂとボー
ルバンプとを接続する。このような動作を繰返してチッ
プの全てのボールバンプとインナーリードの接続を完了
する。

【００２２】このように予めダイシングされて分離され
たチップにボールバンプを形成するようにしたので、イ
ンナーリードを接続する設備を直接付加することが出来
るので、ダイシング設備にウェーハを搬送したり、逆に
ダイシング設備からインナーリード設備に搬送したりす
る設備が不要になり、設備コストの低減が図れるばかり
か、設備の占める面積が小さく済み、ケース封入までの
ラインの自動化が容易にできるという利点がある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ボールバ
ンプ形成に際し、ウェーハの状態でなく個々に分割され
たチップの状態で行なうとによって、ボンディングヘッ
ドの移動範囲が小さくて済み、ホーンを短くし、高精度
の位置決めが安定して出来る。従って、チップ上の電極
パッドのファインピッチ化にも対応出来、必要以上に荷
重をかけて電極悪パッドやおの周辺部を損傷することな
く正確にボールバンプを電極パッド上に形成できるボー
ルバンプ形成方法およびその装置が得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールバンプ形成方法およびその装置
の一実施例を説明するためのボールバンプ形成装置の主
要部を示す図である。

【図２】図１のボールバンプ形成装置におけるチップ搬
送機構の他の実施例を示す図である。

【図３】本発明のボールバンプ形成装置の他の実施例を
示す図である。

【図４】従来のボールバンプ形成方法の一例を説明する
ためのボールバンプ形成装置の主要部における概略を示
す図である。

【図５】従来のボールバンプ形成方法の一例を説明する
ためのボールバンプ形成装置の主要部における概略を示
す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ ステージ ２ａ、２ｂ ウェーハ ３ａ、３ｂ、１７ｂ ホーン ４ａ、４ｂ キャピラリィ ５ａ 金線 ５ｂ 金球 ５ｃ 球状体 ５ｄ ボールバンプ ６ａ トーチ ７ａ 電極パッド ８ｂ、１４ｂ リング ９ｂ、１６ｂ ボンディングヘッド １０ｂ、１５ｂ 搬送アーム １１ｂ、１３ｂ 吸着コレット １２ｂ 収納アーム １８ｂ シングルポイントツール １９ｂ テープ ２０ｂ インナーリード ２１ チップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の集積回路形成領域が形成される半
   導体基板を切断し前記領域に分割分離する工程と、金属
   細線の先端を溶融し球状体に成形する工程と、この球状
   体を前記領域の電極パッドに圧着する工程と、圧着後に
   前記球状体を前記金属細線から切離する工程とを含んで
   いることを特徴とするボールバンプ形成方法。
2. 【請求項２】 前記領域毎に切断分離された前記半導体
   基板を載置する第１の台と、前記領域であるチップを保
   持し前記第１の台から移動させ所定の位置に位置決めす
   る搬送機構と、前記金属細線の先端を溶融する手段と、
   前記球状体を前記電極パッドに押し付ける手段と、前記
   球状体を前記金属細線より切離す手段とを備えることを
   特徴とするボールバンプ形成装置。
3. 【請求項３】 複数のリードが設けられるフイルム状の
   テープを載置する第２の台と、前記球状体が圧着された
   電極パッドを有する前記チップを保持し前記第２の台よ
   り搬送するとともに前記テープに載置する第２の搬送機
   構と、前記リードと前記球状体とを接合する手段とを備
   えることを特徴とする請求項２記載のボールバンプ形成
   装置。