JPH11274204A - 半田バンプの形成方法 - Google Patents

半田バンプの形成方法

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JPH11274204A
JPH11274204A JP7892798A JP7892798A JPH11274204A JP H11274204 A JPH11274204 A JP H11274204A JP 7892798 A JP7892798 A JP 7892798A JP 7892798 A JP7892798 A JP 7892798A JP H11274204 A JPH11274204 A JP H11274204A
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JP
Japan
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opening
solder
molten solder
molten
tank
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JP7892798A
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English (en)
Inventor
Takashi Togasaki
隆 栂嵜
Kazuki Tateyama
和樹 舘山
Hiroshi Yamada
浩 山田
Takeshi Miyagi
武史 宮城
Miki Mori
三樹 森
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/741Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L24/742Apparatus for manufacturing bump connectors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイシングされた半導体チップ上に半田バンプ
を形成するにあたり、高さと組成が高精度に制御された
半田バンプを高スループットで容易に形成することを目
的とする。 【解決手段】溶融半田槽と開口部とを備えた半田吐出装
置と、電子部品上に形成された電極パッドとを対向して
密着させ、溶融半田槽内部を真空引きして開口部内を減
圧し、さらに溶融半田槽内部の圧力を大気圧に戻して開
口部内に溶融半田を充填させ、半田吐出装置を電子部品
から引き離して開口部内の溶融半田を電子部品上の電極
パッド上に転写する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品のパッド上
に半田バンプを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品を回路基板上に高密度に実装
し、かつ多数の入出力電極を有する電子部品に対しても
実装外形が大型化することなしに回路基板上に実装可能
な方法として、フェースダウン実装方式が知られてい
る。フェースダウン実装方式は、電子部品と回路基板と
を向かい合わせ、バンプ電極によってこれらを接続する
方法である。フェースダウン実装方式は、予め電子部品
の接続パッド上に半田バンプを形成する必要が有る。電
子部品の接続パッド上に半田バンプを形成する方法は、
電子部品としてウェハーの状態の半導体素子に対して半
田を真空蒸着する方法や、電解メッキする方法が一般的
であった。しかしながら、半導体チップはダイシングし
てチップに分割された状態で購入されるのが通常であ
り、上記二つの方法ではチップに分割された状態ではバ
ンプを形成できないという問題がある。ダイシングされ
た半導体チップ上に半田バンプを形成する方法としては
ソルダーインジェクション法(例えば”プリント回路学
会第8回学術講演大会講演論文集pp149-150 ”)により
メタルマスクの開口部から溶融半田を吐出することによ
り半田バンプを形成する方法や、電界メッキによってダ
ミー基板上に形成したハンダバンプを、ダイシングした
半導体チップ上に転写する方法が提案されている。しか
しながらソルダーインジェクション法では、溶融半田槽
内部の圧力を外圧より高めて、溶融半田を半導体チップ
上のパッド上に、溶融半田を供給するので、半田量の制
御が困難であり、半田バンプの高さのばらつきが大きい
という問題点があった。また電解メッキにより形成した
半田バンプを、ダイシングした半導体チップ上に転写す
る方法では、メッキ膜の膜厚制御及び組成制御が困難で
あるという問題点と、3種類以上の元素からなるような
多元系の半田メッキは非常に困難であるとの問題点があ
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記したソルダーイン
ジェクション法により半田バンプを形成する方法は半田
バンプの高さばらつきが大きいという問題点があった。
また上記した電解メッキにより形成した半田バンプを転
写する方法はバンプの高さ制御及び組成制御が困難であ
るという問題点と、多元系の半田メッキが不可能である
という問題点があった。本発明は上記問題点を解決し、
ダイシングした半導体チップ上に高スループットで、高
さと組成の精度が高いバンプを容易に形成する方法を提
供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第1の開口部と、この第1の開口部と導通
し、前記第1の開口部の径よりも大きい径を有する第2
の開口部とを底部に備えた溶融半田槽中に溶融半田を入
れる工程と、前記第2の開口部を、電子部品上に形成さ
れた電極パッド上に対向させ位置合わせする工程と、前
記溶融半田槽と前記電子部品を密着させる工程と、 前記
溶融半田槽と前記電子部品を密着させた後、前記溶融半
田槽内部を減圧し、前記第2の開口部にある大気を前記
第1の開口部を通して減圧する工程と、前記第2の開口
部内部を減圧した後、前記溶融半田槽内部の圧力を大気
圧に戻して前記第2の開口部内に溶融半田を充填させる
工程と、前記電子部品から前記溶融半田槽を引き離すこ
とにより、前記第2の開口部内の溶融半田を前記電子部
品上の前記電極パッド上に転写する工程とを具備するこ
とを特徴とする半田バンプの形成方法を提供する。
【0005】また本発明は、前記第2の開口部内に溶融
半田を充填した後、前記溶融半田槽内部を再び減圧し、
前記溶融半田槽を前記電子部品から引き離すことを特徴
とする半田バンプの形成方法を提供する。
【0006】また本発明は、前記第1の開口部の径が前
記第2の開口部の径の1/2以下であり、 前記第2の開
口部の厚さが前記第2の開口部の径の2/3以下である
ことを特徴とする半田バンプの形成方法を提供する。本
発明は、溶融半田槽と開口部とを備えた半田吐出装置
と、電子部品上に形成された電極パッドとを対向して密
着させ、溶融半田槽内部を真空引きして開口部内を減圧
し、さらに溶融半田槽内部の圧力を大気圧に戻して開口
部内に溶融半田を充填させ、半田吐出装置を電子部品か
ら引き離して開口部内の溶融半田を電子部品上の電極パ
ッド上に転写することにより、バンプ体積は開口部の体
積に等しくなるように制御され、高さ精度の高い半田バ
ンプを形成することが可能となる。さらに本発明は、開
口部内に充填する溶融半田の組成を制御することによ
り、組成精度の高い半田バンプを形成することが可能と
なる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。先ず本発明に用いる溶融半田吐出
装置の構成について説明する。図1は本発明に用いる溶
融半田吐出装置の断面図である。図1に示すように、半
田吐出装置11の底部には開口径の小さい第1の開口部
13とこれと導通して形成された開口径が第1の開口部
13よりも大きい第2の開口部12が形成されている。
この半田吐出装置11内には溶融半田23が入れられて
おり、側壁部に内蔵された加熱ヒータ18で一定温度に
保温されている。溶融半田23は半田インゴットを半田
槽に入れてから、加熱して溶融させてもいい。具体的に
は本実施例では、この半田吐出装置11は、半田に濡れ
ない例えばステンレス製とした。半田吐出装置11の第
1の開口部13と第2の開口部12は導通しており、溶
融半田槽から底部表面に貫通している。第1の開口部1
3の径を60μm、長さを300 μmとし、第2の開口部1
2の径を140 μm、長さを90μmとした。溶融半田2
3は、錫/鉛(60%/40% 重量比)を用いた。溶融半田2
3は、半田吐出装置11の側壁に内蔵された加熱ヒータ
18により溶融半田槽内の温度を230 ℃から250 ℃に加
熱している。また半田吐出装置11の底面には厚さ15μ
mのシリコーンゴムの被覆層16が形成し、半導体チッ
プ21との密着性を高めた。また溶融半田槽の内部15
を窒素で満し、その圧力は大気圧に保つようにした。こ
こでこの状態でこの半田吐出装置11が半田に濡れない
材料であるステンレスにより形成されていることから、
溶融半田23は表面張力により凝集するため、第1の開
口部13から外部に流出しない点について説明する。半
田吐出装置11が半田に濡れない材料で形成されている
ので、溶融半田23の第1の開口部13入口での半田の
凝集力は次式で表される。 F=2πrN/πr2=2N/r F: 凝集力、r: 第1の開口部半径、N: 半田表面張力 第1の開口部13から溶融半田23が流出する条件は、
溶融半田槽の内部15の圧力から外部の圧力を引いた圧
力Pと半田の自重を合わせた力が、第1の開口部13入
り口での半田の凝集力より大きい場合である。本実施例
の半田吐出装置11では、溶融半田23が第1の開口部
13より外部に出る条件は、圧力Pが0気圧の場合は、
溶融半田23の深さが33cm以上の場合である。また溶融
半田の重量を無視して溶融半田の深さを0cmと仮定し
た場合は、圧力Pが0.27気圧の場合に溶融半田23が第
1の開口部13より外部に流出する。本実施例では溶融
半田槽内部15の圧力を大気圧程度とし、溶融半田23
の深さは数mmから数十mmとしているので、溶融半田が開
口部から外部に流出することはない。但しこの状態で溶
融半田槽内部15を大気圧より多少減圧することで、よ
り流れ出ないようにすることもできる。本実施例に用い
る電子部品21は外形寸法が5.0mm ×5.2mm ×0.30mmの
シリコン半導体素子21とした。この半導体チップ21
の表面にはチタン(80nm)とニッケル(500nm )と金
(60nm)が順次積層され、直径が100 μmの円形の電極
パッド22が250 μmピッチで形成されている。次に、
半導体チップ21上に半田バンプを形成する方法につい
て工程を追って説明する。先ず、図1に示すように、半
田吐出装置11の第2の開口部12とダイシングされた
半導体チップ21上に形成された電極パッド22とを対
向させ位置合わせする。
【0008】次に、図2に示すように、半田吐出装置1
1と半導体チップ21を密着させる。半田吐出装置21
の底部に設けられた被覆層16が容易に弾性変形するた
め、半田吐出装置21と半導体チップ21は隙間なく完
全に密着する。このとき第2の開口部12の内部の圧力
は大気圧となっている。次に、図3に示すように、溶融
半田槽内部15を真空引きして、第2の開口部12内部
に有る大気を減圧する。このときの溶融半田槽内部15
の圧力は2Pa から200Pa となるように制御する。こうす
ることで溶融半田槽内部15の圧力低下に伴い、第2の
開口部12の内部に存在していた空気は膨張して溶融半
田槽内部15に排気され、第2の開口部12の内部の圧
力も溶融半田槽内部15の圧力とほぼ同等となる。次
に、図4に示すように、溶融半田槽内部15の圧力を大
気圧に戻して開口部内に溶融半田を充填させる。本工程
により、溶融半田槽内部15の圧力を大気圧に戻す過程
で第1の開口部13の両端に約1気圧の圧力差(第1の
開口部13の入り口の溶融半田の凝集力より大きい)が
加わり、溶融半田15が第2の開口部12内に流入す
る。このとき第2の開口部内が真空引きされているた
め、第2の開口部12内は溶融半田で完全に充填され
る。従って正確な半田量を電極パッド22上に供給する
ことが可能となる。また半導体チップ21上の電極パッ
ド22の表面は金で被覆されており、また溶融半田が開
口部内に流入する際に半田表面酸化膜が破れて半田の真
性面が露出しているため、半田付け用フラックスを用い
ることなく、電極パッド22表面は溶融半田と完全に濡
れる。次に、図5に示すように、半田吐出装置11を半
導体チップ21から引き離すことにより、第2の開口部
12内の溶融半田24を半導体チップ21上の電極パッ
ド22上に転写する。溶融半田24は電極パッド22表
面と完全に濡れ、また半田吐出装置11は半田に濡れな
いステンレス製なので、溶融半田24は第1 の開口部1
3と第2 の開口部12の境界部で分離し、電極パッド2
2上には溶融半田24が転写され、半田バンプ24が形
成される。なお、溶融半田24を第1の開口部13と第
2の開口部12の境界部で完全に分離させるため、第1
の開口部13の径を第2の開口部12の径の1/2以下
にすれば良いことが実験的に解っている。また、第2の
開口部12の長さが第2の開口部12の径の2/3以下
であるため、表面張力で丸くなった半田バンプ24の直
径は第2の開口部12の径より小さいくなり、第2の開
口部12内に溶融半田が残ることはない。以上に述べた
ように、本発明により形成された半田バンプ24はバン
プ体積が半田吐出装置11の第2の開口部12の体積に
完全に一致するため、凹部の寸法精度を高めることによ
り半田体積を高精度に制御することが可能となる。ま
た、本発明では、溶融半田23の半田組成を制御するこ
とにより半田バンプの組成を容易に制御することが可能
である。従って、本発明によりダイシングされた半導体
チップ21上に高さ精度および組成精度の高い半田バン
プ24を高スループットで容易に形成することが可能と
なる。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半田バン
プ形成方法によれば、ダイシングされた半導体チップ上
に高さ及び組成が均一な半田バンプを高スループットで
容易に形成することが可能となり、低コストで高性能な
半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半田バンプの形成方法を示す図
【図2】 本発明の半田バンプの形成方法を示す図
【図3】 本発明の半田バンプの形成方法を示す図
【図4】 本発明の半田バンプの形成方法を示す図
【図5】 本発明の半田バンプの形成方法を示す図
【符号の説明】
11 半田吐出装置 12 第2の開口部 13 第1の開口部 15 溶融半田槽内部 16 被覆層 18 加熱ヒータ 21 電子部品 22 電極パッド 23 溶融半田 24 半田バンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮城 武史 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 森 三樹 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の開口部と、この第1の開口部と導通
    し、前記第1の開口部の径よりも大きい径を有する第2
    の開口部とを底部に備えた溶融半田槽中に溶融半田を入
    れる工程と、前記第2の開口部を、電子部品上に形成さ
    れた電極パッド上に対向させ位置合わせする工程と、前
    記溶融半田槽と前記電子部品を密着させる工程と、前記
    溶融半田槽と前記電子部品を密着させた後、前記溶融半
    田槽内部を減圧し、前記第2の開口部にある大気を前記
    第1の開口部を通して減圧する工程と、前記第2の開口
    部内部を減圧した後、前記溶融半田槽内部の圧力を大気
    圧に戻して前記第2の開口部内に溶融半田を充填させる
    工程と、前記電子部品から前記溶融半田槽を引き離すこ
    とにより、前記第2の開口部内の溶融半田を前記電子部
    品上の前記電極パッド上に転写する工程とを具備するこ
    とを特徴とする半田バンプの形成方法。
  2. 【請求項2】前記第2の開口部内に溶融半田を充填した
    後、前記溶融半田槽内部を再び減圧し、前記溶融半田槽
    を前記電子部品から引き離すことを特徴とする請求項1
    記載の半田バンプの形成方法。
  3. 【請求項3】前記第1の開口部の径が前記第2の開口部
    の径の1/2以下であり、 前記第2の開口部の厚さが前
    記第2の開口部の径の2/3以下であることを特徴とす
    る請求項1あるいは請求項2に記載の半田バンプの形成
    方法。
JP7892798A 1998-03-26 1998-03-26 半田バンプの形成方法 Pending JPH11274204A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2838913A1 (fr) * 2002-04-19 2003-10-24 Applied Utech Procede de realisation de plots de contact electrique sur un substrat et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede
US6854671B2 (en) 2002-05-01 2005-02-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Nozzle for ejecting molten metal
CN103962677A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 苏州云远网络技术有限公司 一种电路板一次焊接装置

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