JPH0982718A - 微細金属バンプの製造方法および製造装置 - Google Patents

微細金属バンプの製造方法および製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップ、フィルムキャリアあるいは基
板等の電極からの接続接点（バンプ）の欠落の防止。半
導体チップに形成したバンプにインナーリードを接続す
る際のバンプからのリードの流れ落ちの防止。 【解決手段】 微細ボールを一括保持した後、半導体チ
ップ、フィルムキャリアあるいは基板等の電極上に一括
して仮固定し、しかる後、そのボールを一括押圧してボ
ールの押圧される面を平坦にすると同時に電極上に接合
してバンプを形成する微細金属バンプの製造方法および
半導体製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＩＣチップ等を実装
するための微細バンプの製造方法およびその装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】微細金属バンプを用いた半導体チップと
フィルムキャリアのインナーリードあるいは基板等の電
極の接合は、３００μｍ以下の狭接合ピッチの多ピンパ
ッケージやエリア実装パッケージに有利である。従来か
らバンプの形成法としては、メッキプロセスよりなるウ
ェハバンプ法やボールボンディングしたワイヤをネック
部で切断して形成するスタッドバンプ法がある。
【０００３】微細ボールバンプ法（特願平６−３７７６
７号明細書参照）は上記の方法に較べ、量産性および信
頼性に優れたバンプの製造方法である。微細ボールバン
プ法では半導体チップ、フィルムキャリアあるいは基板
等の電極に対応した吸着孔を持つ配列基板に微細金属ボ
ールを一括して吸引して保持し、しかる後、前記微細金
属ボールと前記電極の位置合わせを行い、しかる後、前
記微細金属ボールを押圧しながら前記電極上に一括接合
してバンプを形成する。この時、接合性を確保するため
に半導体チップ、フィルムキャリアあるいは基板等の温
度を上げても良いとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この微
細ボールバンプ法ではバンプの頭が球状なので、例えば
ＴＡＢ等のフィルムキャリアのインナーリードと半導体
チップに形成したバンプを押圧接合する際に、インナー
リードが流れてしまい接合不良が発生するという問題が
あった。さらに配列基板として吸着孔を持つものを使用
した場合、吸着孔に保持したボールを電極に押しつけて
接合する際に圧力をかけ過ぎると吸着孔にボールが食い
込んでしまうためバンプを電極上に形成できず欠落が発
生するという問題があった。食い込みを抑制するには低
圧で押圧する方法があるが、この場合は電極とボールの
十分な接合がとれずバンプを形成したチップ等を搬送す
る際にバンプが脱落してしまう。
【０００５】本発明はチップ、フィルムキャリアあるい
は基板等の電極に十分な接合を確保しつつその頭が平坦
でかつ吸着孔へのボールの食い込みを防止した微細金属
バンプの製造方法と半導体製造装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は微細金属ボール
を半導体チップ、フィルムキャリアあるいは基板等の電
極に対応させて配列基板に一括して保持し、前記配列基
板に保持した前記微細金属ボールと前記電極の位置合わ
せを行い、しかる後、前記微細金属ボールを前記電極に
一括して軽く押圧して仮固定し、その後、前記仮固定し
た微細金属ボールを押圧して、微細金属ボールの前記押
圧される面を平坦にすると同時に前記電極上に接合する
ことを特徴とする。
【０００７】また本発明は微細金属ボールを半導体チッ
プ、フィルムキャリアあるいは基板等の電極に対応させ
て配列基板に一括して保持する機構と、前記配列基板に
保持した前記微細金属ボールと前記電極の位置合わせを
行う機構と、前記微細金属ボールを前記電極に一括して
軽く押圧して仮固定する機構と、前記仮固定した微細金
属ボールを押圧接合する機構を有することを特徴とする
半導体製造装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では微細金属ボールを半導
体チップ、フィルムキャリアあるいは基板等の電極（こ
こで電極とはインナーリードを含むものとする）に対応
させて配列基板に一括して保持する。しかる後、配列基
板に保持した微細金属ボールと電極の位置合わせを行
い、しかる後、微細金属ボールを電極に一括して軽く押
圧して仮固定し、その後、仮固定した微細金属ボールを
押圧して、微細金属ボールの押圧される面を平坦にする
と同時に電極上に接合する。
【０００９】仮固定した微細金属ボールを押圧する際に
は、配列基板を利用しても良い。例えば微細金属ボール
を保持する方法として電極に対応した吸着孔を持つ配列
基板に背面より吸引して一括保持させた場合、仮固定し
た後に配列基板の開孔部をずらし同じ配列基板で押圧し
て接合しても良い。このようにして形成された微細バン
プは電極材に強固に固定されており搬送中に脱落が生じ
ることがない。さらにバンプの頭（押圧される面）が平
坦なのでＴＡＢのインナーリードと接合する際にもリー
ドの位置ずれを起こさずに固定できる。形成したバンプ
の形状は微細金属ボールの押圧される面が平坦であれば
良い。例えば断面積が楕円形であったり、図２に示すよ
うに側面が膨らみ樽状になったりしても良い。
【００１０】仮固定した微細金属ボールを押圧して接合
するために、押圧専用基板を使用することもできる。こ
の場合、押圧専用基板としては平坦面を持つものや図３
に示すような凹部３５を持つものが使用できる。凹部を
持つ押圧基板を使用した場合、微細金属ボールは押圧専
用基板３４に形成した凹部３５構造にしたがって、電極
からの位置ずれなしに変形されつつ電極と接合される。
図４には凹部３５を持つ加圧専用基板３４とそれを使用
して形成したバンプの例を示す。凹部の形状は電極上に
形成されるバンプの押圧専用基板で押圧される面が平坦
になるものであれば良く、図４の円錐台状なものに関わ
らず任意の形状をとれるし、所望のバンプの大きさや形
状に合わせて設計することもできる。
【００１１】微細金属ボールを軽く押圧して仮固定する
際には、その荷重をボール１ケ当たり１〜３０ｇに設定
する。この時、微細金属ボールはわずかに変形して電極
と弱く接合することで電極への仮固定が可能となる。し
かる後、押圧して電極に強固に接合する際には、その荷
重をボール１ケ当たり１０〜１００ｇに設定する。軽く
押圧する際、あるいは押圧する際に電極の形成された半
導体チップ、フィルムキャリア、あるいは基板の温度を
１００〜５００℃に加熱しておくと、より低圧での接合
が可能となり生産性が向上する。加熱方法は半導体チッ
プ、フィルムキャリアあるいは基板を加熱しても良い
し、配列基板や押圧専用基板で加熱しても良い。さらに
軽く押圧する際、あるいは押圧する際に、加熱に併用し
て超音波等の振動を印加すると、加熱温度や押圧時の圧
力を低くしつつ十分な接合を確保することができる。
【００１２】従来の技術でも述べたように、工業的な生
産性を考慮すると微細金属ボールバンプ法による接合は
０．３mm以下の電極ピッチで有利である。この時、微細
金属ボールとしては直径１００μｍ以下のものを使用す
る。このようなボールを押圧して押圧される面を平坦に
すると、例えば、断面積は１５０μｍ以下、高さは１０
０μｍ以下の円柱状の形状となる。微細金属ボールとし
ては直径のばらつきがほとんどないものを使用するた
め、ボールを配列した時点でボールの高さは一様に揃っ
ている。従来の技術で述べたワイヤを切断するスタッド
バンプ法では、ワイヤを切断して電極上にバンプを形成
した後、バンプの高さを一様にする目的でその頭を加圧
成形するが、本発明によるバンプの製造方法はボールの
高さを揃えることを目的としたものではない。
【００１３】微細金属ボールの成分としては、適度な電
気伝導性を持ち電気接続接点として使用できれば良い。
例えば、ＡｕあるいはＰｔ等の貴金属を主成分としたも
の、ＣｕやＡｌを主成分としたもの、あるいは半田等の
低融点金属や合金等を使用できる。
【００１４】配列基板あるいは押圧専用基板には例え
ば、セラミックス（ガラス、アルミナ等、チッ化硼素、
チッ化珪素等、炭化珪素等）、耐熱性プラスチック、金
属（ステンレス等）が使用できる。バンプを形成する電
極を持つ基板としてはガラスエポキシ、ガラス、セラミ
ックス等よりなるプリント基板あるいはポリイミド等よ
りなるフレキシブル基板等のいずれでも使用できる。
【００１５】本発明による半導体製造装置は上記の製造
方法を実現するために以下の機構を基本として構成され
る。 １．微細金属ボールを搭載容器から、吸引力、静電気
力、あるいは磁気力等により配列基板の電極に対応した
位置に一括して保持する機構。 ２．画像処理等によって配列基板に保持した微細金属ボ
ールと電極の各々の位置を認識し、両者を一致させる機
構。 ３．支持台上に設置した半導体チップ、フィルムキャリ
ア、あるいは基板の電極に、配列基板に保持した微細金
属ボールを、配列基板で微細金属ボールを軽く押圧し一
括して仮固定する機構。 ４．仮固定した微細金属ボールを配列基板あるいは押圧
専用基板で微細金属ボールを押圧して電極に強固に接合
する機構。
【００１６】扱う微細金属ボールが小さくなると、静電
気等で転写すべきボール以外の余分なボールが配列基板
やそれに保持されたボールに付着する場合がある。この
傾向はボール径が３００μｍ以下になると現れやすく、
特にその径が１５０μｍ以下で著しくなる。このような
場合は本半導体製造装置の配列基板を保持する配列ヘッ
ドに、特開平７−２２６４２５号公報に開示されている
ような超音波振動による余分ボール除去機構を加えるこ
とによって、余分ボールを回避することができる。
【００１７】ここで、圧力発生機構を持つ軽く押圧して
仮固定する機構は、押圧して強固に接合する機構を兼ね
ても良いし独立であっても良い。両者を独立に稼働させ
た場合、装置のスループットが向上して生産性が上が
る。この他に、バンプを形成する際の加熱機構や超音波
印加機構等を付設しても良いし、半導体チップ、フィル
ムキャリア、あるいは基板の搬送入機構を付設しても良
い。以上説明したように、本発明によって微細金属バン
プを形成すれば電極からのバンプの脱落やバンプからの
インナーリードの流れ落ちがない。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕図１に本発明による微細金属バンプの製造
方法を示してある。以下に図面を参照しながら詳細に説
明する。 （ａ）直径４５μｍの微細なＡｕを主成分とするボール
１１を配列基板３１で一括保持する。配列基板にはボー
ル径よりも小さな３０μｍ径の孔３２が開けてあり、ボ
ール１１は配列基板背面より吸引によってこの孔に保持
されている。 （ｂ）配列基板３１を半導体チップ２１の上に移動し、
ボール１１との電極２２の位置を合わせる。 （ｃ）保持したボール１１を支持台３３の上に置かれた
チップ電極２１に向かって下降させ、ボール１ケ当たり
１０ｇの荷重で押圧する。 （ｄ）ボール１１を一括して仮固定し、配列基板を上昇
させる。 （ｅ）配列基板３１の開孔部をずらす。 （ｆ）配列基板３１を仮固定したボール１２に向かって
下降させ、開孔部とは異なる平坦な部分で仮固定したボ
ール１２を１ケ当たり３０ｇの荷重で押圧する。 （ｇ）ボールの押圧された面が平坦なバンプ１３を形成
し、配列基板３１を退避させる。
【００１９】支持台３３に設置した半導体チップ２１は
３５０℃に加熱してある。形成した微細金属バンプの断
面図を図２に示す。バンプの断面直径は５５μｍで高さ
は２０μｍの樽状の形状であった。バンプは電極材のＡ
ｌとＡｌ−Ａｕ系合金を形成し強固に接合し欠落はな
い。このようなバンプ付きチップを搬送してもバンプの
脱落はなかった。さらにこのチップをフィルムキャリア
のインナーリードに接合したところリードの流れ落ちは
皆無であった。
【００２０】〔実施例２〕図３に本発明による微細金属
バンプの他の製造方法を示してある。以下に図面を参照
しながら詳細に説明する。 （ｈ）直径５０μｍの微細なＰｔを主成分とするボール
１１を配列基板３１で一括保持する。配列基板３１には
ボール径よりも小さな３５μｍ径の孔３２が開けてあり
ボールは基板背面よりの吸引でこの孔３２に保持されて
いる。 （ｉ）配列基板３１を半導体チップ２１上に移動し、ボ
ール１１との電極２２の位置を合わせる。 （ｊ）保持したボール１１を支持台３３の上に置かれた
チップ電極２１に向かって下降させ、保持したボール１
１を電極２２にボール１ケ当たり１５ｇの荷重で押圧す
る。 （ｋ）ボール１１を電極２２に一括して仮固定し、配列
基板３１を退避させる。 （ｌ）凹部３５を持つ押圧専用基板３４を仮固定したボ
ール１２上に移動する。 （ｍ）押圧専用基板３４の凹部３５と仮止固定したボー
ル１２の位置を合わせる。 （ｎ）押圧専用基板を下降させ、ボール１ケ当たり５０
ｇの荷重で押圧する。 （ｏ）円錐台状のバンプ１４を形成し、押圧専用基板３
４を退避させる。
【００２１】支持台３３に設置した半導体チップは４５
０℃に加熱してある。本発明によるチップの電極２２の
上に、押圧専用基板３４で形成した円錐台状のバンプの
断面図を図４に示す。バンプは電極材と強固に接合し欠
落はない。このような上面が平坦な円錐台状バンプ付き
チップを搬送してもバンプの脱落はなかった。さらにこ
のチップをフィルムキャリアのインナーリードに接合し
たところリードの流れ落ちは皆無であった。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば半
導体チップ、フィルムキャリア、あるいは基板の電極
に、その電極と強固に接合されかつ頭（押圧される面）
の平坦な微細金属バンプを形成できる。このようなバン
プを使用すれば電極部からの欠落を防ぎ、フィルムキャ
リアと接合する際にバンプからのリードの流れ落ちも発
生しない。本発明によれば、面積の極めて小さな電子部
品を高い信頼性と生産性で実装できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明のバンプの製造工程を
模式的に示す図。
【図２】本発明の押圧された面が平坦なバンプを模式的
に示す図。
【図３】（ｈ）〜（ｏ）は本発明のバンプの製造工程を
模式的に示す図。
【図４】本発明の円錐台状バンプを模式的に示す図。
【符号の説明】
１１ 微細金属ボール １２ 仮固定されたボール １３ 押圧された面が平坦なバンプ １４ 円錐台状バンプ ２１ 半導体チップ ２２ 電極 ３１ 配列基板 ３２ 吸着孔 ３３ 支持台 ３４ 押圧専用基板 ３５ 押圧基板の凹部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微細金属ボールを半導体チップ、フィル
    ムキャリアあるいは基板等の電極に対応させて配列基板
    に一括して保持し、しかる後、前記配列基板に保持した
    前記微細金属ボールと前記電極の位置合わせを行い、そ
    の後、前記微細金属ボールを前記電極に一括して軽く押
    圧して仮固定し、しかる後、前記仮固定した微細金属ボ
    ールを押圧して、微細金属ボールの前記押圧される面を
    平坦にすると同時に前記電極上に接合することを特徴と
    する微細金属バンプの製造方法。
  2. 【請求項２】 微細金属ボールを、半導体チップ、フィ
    ルムキャリアあるいは基板等の電極に対応した吸引孔を
    持つ配列基板で吸引して一括保持し、しかる後、前記配
    列基板に保持した前記微細金属ボールと前記電極の位置
    合わせを行い、その後、前記微細金属ボールを前記電極
    に一括して軽く押圧して仮固定し、しかる後、前記仮固
    定した微細金属ボールを、前記配列基板の開孔部とは異
    なる平坦な部分で押圧して、微細金属ボールの前記押圧
    される面を平坦にすると同時に前記電極上に接合するこ
    とを特徴とする請求項１記載の微細金属バンプの製造方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項１において、微細金属ボールを仮
    固定した後、押圧して電極上に接合する際に、配列基板
    とは異なる凹部を持つ押圧専用基板で押圧して前記電極
    上に接合することを特徴とする微細金属バンプの製造方
    法。
  4. 【請求項４】 微細金属ボールを半導体チップ、フィル
    ムキャリアあるいは基板等の電極に対応させて配列基板
    に一括して保持する機構と、前記配列基板に保持した前
    記微細金属ボールと前記電極の位置合わせを行う機構
    と、前記微細金属ボールを前記電極に一括して軽く押圧
    して仮固定する機構と、前記仮固定した微細金属ボール
    を押圧して、微細金属ボールの前記押圧される面を平坦
    にすると同時に前記電極上に接合する機構を有すること
    を特徴とする微細金属バンプの製造装置。
  5. 【請求項５】 微細金属ボールを半導体チップ、フィル
    ムキャリアあるいは基板等の電極に対応した吸引孔を持
    つ配列基板で吸引して一括保持する機構と、前記配列基
    板に保持した前記微細金属ボールと前記電極の位置合わ
    せを行う機構と、前記微細金属ボールを前記電極に一括
    して軽く押圧して仮固定する機構と、前記仮固定した微
    細金属ボールを前記配列基板の開孔部とは異なる平坦な
    部分で押圧して、微細金属ボールの前記押圧される面を
    平坦にすると同時に前記電極上に接合する機構を有する
    有することを特徴とする微細金属バンプの製造装置。
  6. 【請求項６】 微細金属ボールを半導体チップ、フィル
    ムキャリアあるいは基板等の電極に対応させて配列基板
    に一括して保持する機構と、前記配列基板に保持した前
    記微細金属ボールと前記電極の位置合わせを行う機構
    と、前記微細金属ボールを前記電極に一括して軽く押圧
    して仮固定する機構と、前記仮固定した微細金属ボール
    を前記配列基板とは異なる凹部を持つ押圧専用基板を用
    いて押圧して前記電極上に接合する機構を有することを
    特徴とする微細金属バンプの製造装置。
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