KR100239286B1 - 반도체장치 및 그실장방법 - Google Patents

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요시히코 야기
카즈시 히가시
노리히토 츠카하라
코이치 쿠마가야
타카히로 요네자와
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 회로기판의 각 전극의 두께에 불균일이 있어도, 회로기판에 휘어짐이나 맥놀이가 있어도, 반도체장치의 복수의 범프를 회로기판상의 복수의 전극에, 신뢰성좋게, 일괄접속하는 반도체장치의 실장방법의 제공을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 반도체장치(1)의 각 전극(2)에 범프(3)를 형성하고, 이들 범프(3)를, 전기회로가 형성된 회로기판(8)의 각 전극(9)에 접속하는 반도체장치의 실장방법에 있어서, 반도체칩(1)의 전극(2)상에 범프(3)를 형성한 후, 이 반도체칩(1)의 상기 범프(3)를 실장해야 할 회로기판(8)의 대응하는 전극(9)상에 위치결정하고, 가압해서, 상기 반도체칩(1)의 각 범프(3)의 선단부의 형상을 변형하고, 상기 각 범프(3)의 높이를 상기 회로기판(8)의 각 전극(9)의 높이의 실태에 정합시킨 것을 특징으로 한 것이다.

Description

반도체장치 및 그실장방법
제1도는 반도체장치의 범프의 측면도.
제2도는 회로기판의 전극의 측면도.
제3도는 본 발명의 제 1실시예의 반도체장치의 범프와 회로기판의 전극과의 높이의 정합동작의 측면도.
제4도는 본 발명의 제 1실시예의 반도체장치의 범프의 높이의 정합상태의 측면도.
제5도는 본 발명의 제 2실시예의 반도체장치의 범프와 회로기판의 전극과의 높이의 정합동작의 측면도.
제6도는 본 발명의 제 2실시예의 동전성접착제의 전사동작의 측면도.
제7도는 본 발명의 제 2실시예의 실장상태의 측면도.
제8도는 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 레벨링처리의 공정을 표시한 도면.
제9도는 본 발명의 제 4실시예에 있어서의 레벨링처리의 공정을 표시한 도면.
제10도는 본 발명의 제 5실시예에 있어서의 레벨링처리장치의 측면도.
제11도는 본 발명의 제 6실시예에 있어서의 레벨링처리장치의 측면도.
제12도는 본 발명의 제 7실시예의 반도체장치의 범프주변에 있어서의 평면도.
제13도는 본 발명의 제 7실시예의 반도체장치의 범프주변에 있어서의 일부파단측면도.
제14도는 본 발명의 제 8실시예에 있어서의 범프형성공정의 일부파단측면도.
제15도는 본 발명의 제 9실시예에 있어서의 범프형성공정의 사시도.
제16도는 본 발명의 제 10실시예에 있어서의 캐필러리와 토치전극과의 상관을 표시한 도면.
제17도는 종래예의 반도체장치의 범프의 측면도.
제18도는 종래예의 반도체장치의 범프의 높이의 평탄화동작의 측면도.
제19도는 종래예의 도전성접착제의 전사동작의 측면도.
제20도는 종래예의 실장상태의 측면도.
제21도는 종래의 레벨링처리장치의 측면도.
제22도는 종래의 범프형성공정의 설명도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
(1)(12)(24) : 반도체칩 (2)(9)(17) : 전극
(3)(11)(28) : 범프 (6) : 평탄면
(7) : 도전성접착제 또는 크림땜납 (8) : 회로기판
(15) : 반도체유지구 (16) : 레벨링스테이지
(17a)(17b) : 전기접점 (18) : 검사기
(19) : 가열히터 (21) : 캐필러리
(22) : 금선 (23) : 토치전극
(25) : 전극단자 (28a) : 돌출단부
본 발명은, 각종전자기기의 제조공정에 있어서 반도체장치의 전극을 회로기판상의 전극에 전기적으로 접속하는 반도체장치 및 그 실장방법에 관한 것이다.
각종전자기기의 제조공정에 있어서, 반도체장치의 복수전극을, 회로기판상의 복수의 전극에 전기적으로 일괄해서 접속하는 반도체장치의 실장방법의 종래예를 제 17도~제 20도에 의거해서 설명한다.
제 17도에 표시한 바와 같이, 반도체칩(1)의 각 전극(2)위에, 금와이어, 땜납와이어 등에 의해서, 볼본딩법을 사용해서 범프(3)를 형성한다. 이 경우, 형성된 범프(3)는 이들 높이를 균일하게 하는 것은 곤란하여, 높이의 불균일은 피할 수 없다.
제 18도에 표시한 바와 같이, 실장전에 상기한 범프(3)의 높이의 불균일을 수정하기 위하여, 가압노즐(5)을 사용해서 가압하고, 반도체칩(1)의 복수의 범프(3)를, 평탄면(4)의 위에 압압해서, 범프(3)의 선단부를 변형시키고, 복수의 범프(3)의 높이를 균일하게 해서 평탄화시킨다.
제 19도에 표시한 바와 같이, 도전성접착제(7)가 규정두께로 도포된 전사용 평탄면(6)위에, 반도체칩(1)의 평탄화한 복수의 범프(3)의 선단부를 맞추어서, 도전성접착제(7)를 상기 복수의 범프(3)의 선단부에 전사한다.
제 20도에 표시한 바와 같이, 회로기판(8)의 복수의 전극(9)의 위에 상기한 도전성접착제(7)를 전사한 복수의 범프(3)의 선단부를 위치결정해서 실장한다.
그러나, 상기한 종래예의 구성에서는, 범프(3)의 높이의 불균일을 수정하기 위하여, 범프(3)의 높이를 평탄화하고 있고, 또한, 범프(3)의 선단부에서의 전사후의 도전성접착제(7)의 두께가 10㎛정도이므로, 이 10㎛정도의 전사후의 도전성접착제(7)의 두께에 의해서, 실장해야 할 회로기판(8)의 전극(9)의 두께의 불균일을 흡수하지 않으면 안되고, 10㎛이상의 휘어짐이 있는 회로기판이나, 기판전극의 두께의 불균일이 10㎛이상있는 회로기판에는, 실장할 수 없다는 문제점이 있다.
또, 제 20도에 표시한 바와 같이, 반도체칩(1)의 범프(3)의 선단부와, 회로기판(8)의 전극(9)과의 거리가 불균일하므로, 접합강도가 부족한 점이나, 접속저항치가, 예를들면, 표준치인 30mΩ/범프인 것도 있는가하면, 100mΩ/범프가 되는 것도 있는 것과 같이 불균일이라는 문제점이 있다.
한편, 플립칩방식의 반도체장치의 제조에 있어서는, 반도체칩의 표면위에 배설한 복수의 범프의 높이를 균일하게 하기 위한 레벨링처리를 필요로 하고, 이 처리에 높은 정밀도가 요구된다.
종래의 레벨링처리공정의 일예를 표시한 제 21도를 참조하면, 복수의 범프(11), (11)…를 표면위에 배설해서 이루어진 반도체칩(12)이, 평탄한 레벨링스테이지(13)위에, 표면을 상향으로 해서 재치되어 있다. 이 상태에서 가압플레이트(14)가 하강하고, 가압플레이트(14)의 평활한 하면에서 복수의 범프(11), (11)…를 압압하므로, 복수의 범프(11), (11)…의 주로 머리부가 변형하고, 각각의 높이가 균일하게 된다.
이와 같이 복수의 범프(11), (11)…는 레벨링처리중에 변형하나, 변형량은 전체범프(11), (11)…에 일정하지 않고, 개체차가 생긴다. 따라서, 레벨링처리의 과부족이나, 단락등의 장해발생의 유무를 이 단계에서 검사해두는 것이 필요하게 된다. 그러나, 육안에 의존하는 방법으로는, 정확하고 효율이 좋은 검사를 바랄 수 없다는 과제가 있었다.
또, 반도체칩의 대형화에 따라서, 필요로 하는 범프수가 증가하므로, 레벨링처리에 필요한 압압하중이 커진다. 그 때문에, 고리의 대형프레스를 도입하지 않으면 안되는 과제도 있었다.
일반적으로 플립칩방식의 반도체장치의 제조에 있어서는, 제 22 도에 표시한 바와 같은 요령으로 범프가 형성된다. 즉, 본딩공구의 캐필러리(24)를 통해서 지급된 금선(22)과, 통치전극(23)과의 사이에 고전압을 부여해서 금선(22)의 선단부를 녹이고, 이 선단부에 구상의 금볼(22a)을 만든다. 그리고, 반도체칩(24)의 표면위에 배열된 4각형의 전극단자(25)위에 금볼(22a)을 열압착 또는 초음파접합해서 범프(26)를 형성한다.
그러나, 이와 같은 범프형성방법을 적용하면 전극단자(25)에 금볼(22a)을 압착한 직후에 떨어진 금선(22)의 선단부가, 일점쇄선(22b)으로 표시한 바와 같이 범프(26)쪽으로 만곡한다. 이 만곡의 방향은 캐필러리(21)의 이동방향에 의존해서 결정되나, 토치전극(23)에 대한 방향은 일정하지 않고, 이어서 형성하는 범프의 위치나 방향에 따라서 변화한다. 이 때문에, 금선(22)의 선단부와 토치전극(23)과의 스파크간격이 일정하지 않고, 스파크전류에 변화를 가져오고, 복수의 범프를 소정위치에 불균일없이 형성하는 것이 곤란하게 된다. 또, 범프(26)가 전극단자(25)의 영역으로부터 비어져나오면, 전극간단락이나 접속불량을 일으키기 쉽게 된다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하고, 반도체장치의 복수의 범프를 회로기판상의 복수의 전극에, 신뢰성좋게, 일괄접속하는 반도체장치의 실장방법을 제공하는 것을 제 1목적으로 한다.
또 본 발명의 제 2목적은, 레벨링처리에서 변형한 범프의 기계적 및 전기적특성을 적확 또한 효율좋게 장악할 수 있는 반도체장치의 실장방법을 제공하는 데 있다. 또, 본 발명의 제 3목적은, 범프를 높은 정밀도에서 변형시킬 수 있을뿐만 아니라, 다수의 범프를 구비한 반도체칩에 대한 레벨링처리도 용이하게 달성할 수 있는 반도체장치의 실장방법을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 제 4목적은, 범프간의 단락을 경감시킬 수 있는 반도체장치 및 범프의 소재인 금선의 선단부에 만곡을 발생해도, 범프를 불균일없이 형성할 수 있는 반도체장치의 실장방법을 제공하는 데 있다.
본원 제 1발명의 반도체장치의 실장방법은, 상기한 목적을 달성하기 위하여 반도체칩의 각 전극에 범프를 형성하고, 이들 범프를, 전기회로가 형성된 회로기판의 각 전극에 접속하는 반도체장치의 실장방법에 있어서, 반도체칩의 전극상에 범프를 형성한 후, 이 반도체칩의 상기 범프를 실장해야할 회로기판의 대응하는 전극상에 위치결정하고, 가압해서, 상기 반도체칩의 각범프의 선단부의 형상을 변형하고, 상기 각 범프의 높이를, 상기 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시키는 것을 특징으로 한다.
본원 제 2발명의 반도체장치의 실장방법은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본원 제 1발명에 있어서 가압에 가열을 수반시키는 것을 특징으로 한다.
본원 제 3발명의 반도체장치의 실장방법은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본원 제 1, 제 2발명에 있어서, 반도체칩의 각 범프의 높이를, 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시킨 후, 평탄면위에 도공된 도전성접착제, 또는 크림땜납의 면에, 상기 반도체칩의 각 범프를 맞추어서, 상기 반도체칩의 각 범프에 상기 도전성접착체, 또는 크림땜납을 전사하고, 상기 도전성접착제, 또는 크램댐납을 전사한 상기 반도체칩의 각 범프를, 실장해야할 회로기판의 각 전극에 위치결정하고, 실장하는 것을 특징으로 한다.
본원 제 4발명의 반도체장치의 실장방법은 상기한 목적을 달성하기 위하여 복수의 범프를 표면상에 배설해서 이루어진 반도체칩을, 그 이면쪽으로부터 반도체유지구에 의해서 유지하고, 상기 복수의 범프를 전면적 또는 부분적으로 레벨링스테이지에 압압해서, 이들 범프의 높이를 균일하게 일치시키는 동시에, 이들 범프의 도통테스트를 행하는 것을 특징으로 한다. 또, 레벨링스테이지의 범프당접예정위치에, 도통테스트용전극을 형성해둘 수 있다. 또, 도통테스트용 전극이 1개의 범프에 대하여 서로 인접한 2개의 전기접점으로 이루어진 구성으로 할 수 있다. 또, 반도체유지구 및 레벨링스테이지의 적어도 한쪽을 가열할 수 있다.
본원 제 5발명의 반도체장치는 상기한 목적을 달성하기 위하여 반도체칩의 표면위에 형성된 전극단자가 4각형의 평면형상을 가지고, 상기 전극단자위에 설치된 범프가, 그 돌출단부를 당해 전극단자의 코너부에 향하게 하는 것을 특징으로 한다.
또 본원 제 6발명의 반도체장치의 실장방법은, 상기한 목적을 달성하기 위하여 반도체칩의 표면위에 형성된 전극단자가 4각형의 평면형상을 가지고, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로해서 상기 전극단자위에 범프를 형성할때, 상기 금선의 선단부를 녹여서 얻은 금볼을 상기 전극단자에 압착하고, 그런 다음, 상기 캐필러리를 당해 전극단자의 대각선방향으로 이동시켜서 잔여금선을 잘라내는 것을 특징으로 한다.
또 본원 제 7발명의 반도체장치의 실장방법은, 상기한 목적을 달성하기 위하여 반도체칩의 표면위에 형성된 제 1 및 제 2전극단자위에, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로 해서 펌프를 형성할때, 상기 금선의 선단부를 소정의 스파크조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 상기 캐필러리의 바로 아래에 위치하는 제 1전극단자에 압착해서 제 1범프를 형성하고, 그런 다음, 상기 반도체칩을 그 유지대와 함께 이동시켜서 제 2전극단자를 상기 캐필러리의 바로 아래에 위치시키고, 상기 금선의 선단부를 상기 스파크조건과 마찬가지의 조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 제 2전극단자에 압착해서 제 2범프를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또, 본원 제 8발명의 반도체장치의 실장방법은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 반도체칩의 표면위에 형성된 제 1및 제 2전극단자위에, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로 해서 범프를 형성할때, 토치전극을 사용한 소정의 스파크조건에서 상기 금선의 선단부를 녹이고, 얻어진 금볼을 상기 캐필러리의 바로아래에 위치하는 제 1전극단자에 압착해서 제 1범프를 형성하고, 그런다음, 상기 캐필러리를 중심으로 해서 상기 토치전극을 이동시키고, 상기 금선의 선단부를 상기 스파크조건과 마찬가지 조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 제 2전극단자에 압착해서 제 2범프를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본원 제 1발명의 반도체장치의 실장방법은, 반도체칩의 각 전극에 범프를 형성하고, 이들 범프를 전기회로가 형성된 회로기판의 각 전극에 접속하는 반도체장치의 실장 방법에 있어서, 반도체칩의 전극상에 범프를 형성한 후, 이 반도체칩의 상기 범프를 실장해야 할 회로기판의 대응하는 전극상에 위치결정하고, 가압해서, 상기 반도체칩의 각 범프의 선단부의 형상을 변형하고, 상기 각 범프의 높이를, 상기 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시키므로, 회로기판의 각 전극의 두께에 불균일이 있어도, 회로기판에 휘어짐이나, 맥놀이가 있어도, 매우 안정되고 정확하게, 반도체칩의 각 범프의 높이를, 상기 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시킬 수 있다.
본원 제 2발명의 반도체장치의 실장방법은, 가압에 가열을 수반시킴으로써, 본원 제 1방법에 비교해서, 가압력이 작아도 되고, 또한, 가압시간을 단축할 수 있다.
본원 제 3발명의 반도체장치의 실장방법은 반도체칩의 각 범프의 높이를, 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시킨 후, 평탄면위에 도공된 도전성접착제, 또는 크림땜납의 면에, 상기 반도체칩의 각 범프를 맞추어서, 상기 반도체칩의 각 범프에 상기 도전성접착제, 또는 크림땜납을 전사하고, 상기 도전성접착제, 또는 크림땜납을 전사한 상기 반도체칩의 각 범프를, 실장해야할 회로기판의 각 전극에 위치결정하고, 실장하므로, 본원 제 1, 제 2발명의 작용에 더하여, 반도체칩의 각 범프와 회로기판의 각 전극간의 접속의 개방불량이 없어지고, 접속강도가 향상하고, 접속저항치가 20~30mΩ로 안정되어, 매우 안정된 신뢰성이 높은 반도체장치의 실장이 가능하게 된다.
본원 제 4발명의 반도체장치의 실장방법은 복수의 범프를 레벨링스테이지에 압압해서 범프의 높이를 균일하게 하는 레벨링처리중에, 이들 범프의 도통테스트를 아울러 행하므로, 적확한 검사를 효율좋게 달성할 수 있을뿐만아니라, 도통테스트의 결과를 보면서, 레벨링처리의 과부족을 시정하는 것이 가능하게 된다.
또, 반도체유지구 및 레벨링스테이지의 적어도 한쪽을 가열하는 것에 의해서는 레벨링처리중의 범프를 연화시킬 수 있으므로 레벨링처리의 정밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 작은 압압하중에 의해서 한번에 다수의 범프를 레벨링처리할 수 있다.
본원 제 5발명의 반도체장치에서는 사각형의 평면형상을 가진 전극단자위에 설치된 범프가, 그 돌출단부를 당해전극단자의 코너부에 향하게 하므로, 범프의 위치어긋남허용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 범프에 부여되는 부지는 당해전극단자의 4각형의 표면으로 결정되고, 그 중심으로부터 반경방향으로의 거리가 가장 긴 대각선상에 4개의 코너부가 존재하고, 이 부분에 돌출단부를 향해서 범프가 형성되는 것이므로, 범프가 전극단자의 중심으로부터 다소위치어긋나도, 또, 다소 과대하게 형성되어도, 인접전극단자에 접촉하는 위험은 적어진다.
또, 본원 제 6발명의 반도체장치의 실장방법에 있어서, 금볼압착후의 캐필러리를 당해전극 단자의 대각선방향으로 이동시키면, 범프로부터의 금선의 분리가 상기 대각선을 따라 행해지므로, 형성된 범프의 돌출단부를 당해 전극단자의 코너부에 향하게 할 수 있다.
또, 본원 제 7발명의 반도체장치의 실장방법에 의하면, 제 1범프를 형성한 후에 반도체칩을 그 유지대와 함께 이동시키는 방법을 취할때에는, 금선의 선단부가 일방향으로 만곡해도, 그것을 감안한 후에 금선과 토치전극과의 스파크간격을 일정하게 고정해두고, 반도체칩쪽을 이동시켜서 그 전극단자의 방향이나 위치를 바꿀 수 있으므로, 제 2범프의 형성에 필요한 금볼을, 제 1범프의 형성시에 있어서와 마찬가지의 스파크조건에서 형성할 수 있고, 복수의 범프를 불균일없이 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 본원 제 8발명의 반도체장치의 실장방법에 의하면 제 1범프를 형성한 후에, 캐필러리를 중심으로 해서 토치전극을 이동시키는 방법을 취할때에는, 금선의 선단부가 일방향으로 만곡해도, 만곡한 방향으로 토치전극을 추수이동시킬 수 있으므로, 스파크전류를 일정하게 해서 복수의 범프를 불균일없이 형성할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1실시예를 제 1도~제 4도에 의거해서 설명한다.
제 1도에 표시한 바와 같이, 반도체칩(1)의 각 전극(2)위에, 금와이어, 땜납와이어 등에 의해서, 볼본딩법을 사용해서 범프(3)를 형성한다. 이 경우, 형성된 범프(3)는 이들 높이를 균일하게 하는 것은 곤란하여, 높이의 불균일은 피할 수 없다.
제 2도에 표시한 바와 같이, 반도체칩(1)를 실장해야할 회로기판(8)의 복수의 전극(9)의 두께가 불균일한 경우가 있다. 이와 같은 회로기판(8)의 전극(9)의 두께의 불균일이나, 회로기판(8)의 휘어짐이나 맥놀이에 의해서, 상기 회로기판(8)의 전극(9)의 높이에 불균일이 있어도 반도체칩(1)의 범프(3)의 선단부를 변형시켜서, 반도체칩(1)의 범프(3)의 선단부의 높이를, 회로기판(8)의 전극(9)의 높이의 불균일에 정합시키면, 신뢰성좋게 전극간의 접속을 할 수 있다.
이 때문에, 종래예에 있어서의 평탄면(4)에 의한 평탄화를 행하는 레벨링스테이지를 형성하는 일없이, 제 3도에 표시한 바와 같이, 실장공정에서 도시하지 않은 반도체장치흡착노즐에 흡착한 반도체칩(1)의 범프(3)를, 위치결정완료한 실장해야할 회로기판(8)의 실제로 접속하는 전극(9)에 위치결정하고, AC서보모터, 또는 에어실린더를 사용해서, 약 50g/범프의 하중을 1초전후 가해서, 상기 범프(3)를 변형시키고, 상기 범프(3)의 높이를, 회로기판(8)의 전극(9)의 높이에 정합시킨다. 물론, 가압력과 시간은 전극의 형상, 크기, 범프의 재질, 형상, 크기에 맞추어서 변경하면 된다.
이와 같이 하면, 제 4도에 표시한 바와 같이, 회로기판(8)의 실장해야 할 전극(9)의 높이의 불균일에 정합해서 높이가 조정된 반도체장치(1)가 얻어진다.
이 경우, 동시에 가열을 추가해도 된다. 300℃정도로 가열하면, 하중은 1/2정도가 되고, 가압시간도 짧아진다. 물론, 온도는, 전극의 형상, 크기, 범프의 재질, 형상, 크기에 맞추어서 변경하면 된다.
본 발명의 제 2 실시예를 제 5도∼제 7도에 의거해서 설명한다.
제 5도에 표시한 바와 같이, 실장공정에서, 도시하지 않은 반도체장치흡착노즐에 흡착한 반도체칩(1)의 각 범프(3)를 위치결정완료한 실장해야할 회로기판(8)의 접속해야할 각 전극(9)에 위치결정하고, AC서보모터, 또는, 에어실린더를 사용해서, 약 50g/범프에서, 2초전후의 하중을 가해서, 상기 범프(3)를 변형시키고, 그 높이를 회로기판(8)의 전극(9)의 높이의 불균일에 정합시킨다.
제 6도에 표시한 바와 같이 상기한 회로기판(8)의 전극(9)의 높이의 불균일에 정합시킨 반도체칩(1)의 복수의 범프(3)의 선단부를, 평탄면(6)위에 도포된 도전성접착제(7), 또는 크림땜납의 평탄한 면위에 맞추어서, 도전성접착제(7), 또는 크림땜납을 상기 복수의 범프(3)의 선단부에 전사한다.
제 7도에 표시한 바와 같이 도전성접착제(7), 또는 크림땜납이, 상기 복수의 범프(3)의 선단부에 전사된 반도체칩(1)를, 회로기판(8)의 복수의 전극(9)의 위에, 위치결정해서 실장하고 필요시간 가열해서 임시경화시킨다. 임시경화후, 다음공정에 보내지고, 가열로에서 가열되어서 실장이 완료한다.
상기 실시예와 같이해서, 실장해야할 회로기판의 전극의 위에, 반도체칩의 범프를 압압해서, 양자의 전극과 범프와의 맞댐상태를 정합하고 나서 실장함으로써, 반도체칩의 범프와 회로기판의 전극을 밀접시킬 수 있고, 접합강도가 향상하는 동시에, 접속저항치도 20∼30mΩ 정도의 작은 값으로 안정시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 3실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.
제 8도 (a)에 표시한 바와 같이, 복수의 범프(11), (11)…를 표면위에 배열해서 이루어진 반도체칩(12)이 흡착노즐로 이루어진 반도체유지구(15)에 의해서 이면쪽으로부터 흡착유지된다. 각 범프(11), (11)…는 Au등으로 이루어지고, 구면상의 머리부를 가지고 있다. 그리고, 반도체유지구(15)의, 아래쪽에 설치된 레벨링스테이지(16)는, 범프(11), (11)…의 당접예정위치에 복수의 전극(17)(17)…을 가지고, 각 전극(17)(17)…은 검사기(18)에 접속되어 있다.
반도체유지구(15)가 제 8도(a)에 표시한 바와 같이 하강하면, 범프(11)(11)…가 각각에 대한 전극(17)(17)…에 압압당접되고, 레벨링처리된다. 그와 동시에, 반도체칩(12)의 내부회로가 전극(17)(17)…을 개재해서 검사기(18)와 도통하고, 검사기(18)는, 그 부하쪽의 개방·단락상태 및 동작상태를 검사하고, 검사결과를 표시기상에 표시한다. 그 때문에, 레벨링처리의 과부족이나 범프의 결손등을 레벨링처리중에 순간에 장악하는 것이 가능하게 된다.
상기한 제 3실시예에서는, 도통테스트용 전극(17)(17)…을 레벨링스테이지(
16)의 꼭대기면에 형성했으나, 반도체유지구(15)의 하면에 형성해도 된다. 이 경우, 반도체칩(12)은 그 표면을 상향으로 해서, 레벨링스테이지(16)위에 재치된다.
복수의 도통테스트용전극(17)(17)…을 각각 2분할할 수 있다. 제 9a, b 도에 표시한 제 4실시예에서는, 범프당접예정위치의 각각에, 즉 1개의 범프에 대해서, 서로 인접하는 2개의 전기접점(17a)(17b)을 도통테스트용전극으로서 형성하고 있다. 이 경우, 1쌍의 전기접점(17a)(17b)간에서 도통테스트할 수 있으므로, 소정의 범프가 존재하는지 아닌지를 보다 확실히 검사할 수 있다.
또, 1쌍의 전기접점(17a)(17b)의 간격을 예를들면 40㎛로 설정해두면, 범프의 머리부폭이 40㎛이상으로 변형하고 있는지 아닌지를 검사할 수 있다.
제 10도에 표시한 제 5실시예에서는, 반도체유지구(15)에 가열히터(19)를 설치하고 있다. 또, 제 11도에 표시한 제 6실시예에서는, 레벨링스테이지(16)에 가열히터(19)를 설치하고 있다. 이와 같이 구성하면, 레벨링처리중의 범프(11)(11)…를 가열해서 연화시킬 수 있으므로, 범프(11)(11)…를 높은 정밀도로 변형시킬 수 있을 뿐만 아니라, 레벨링처리에 필요한 압압하중을 저감시킬 수 있다. 범프(11)(11)…의 가열온도를 150℃로 설정하면, 상온시에 비해서 약 1/3의 압압하중으로 충분하고, 300℃로 설정하면, 상온시에 비해서 약 1/2의 압압하중으로 충분하다. 이 때문에, 프레스기의 출력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 반도체칩(12)에 크랙을 발생시킬 위험을 줄일 수 있다.
제 12도 및 제 13도에 표시한 제 7실시예에서는, 반도체칩(24)의 표면절연층(27)으로부터 복수의 전극단자(25)(25)가 노출되고 있고, 각 전극단자(25)는 4각형의 평면형상을 가지고 있다.
그리고, 각 전극단자(25)위에 설치된 범프(28)는, 그 돌출단부(28a)를 당해 전극단자(25)의 코너부(25a)에 향하고 있다. 전극단자(25)의 중심으로부터 반경방향으로의 거리는, 코너부를 통과하는 대각선a, b상에서 가장길기 때문에, 범프(28)가 차지하는 위치나 형상에 다소의 불균일이 있어도, 당해 전극단자(25)로부터 비어져 나오는 일은 거의 없고, 그때문에, 인접하는 전극단자(25)나 범프(28)에 접촉할 위험은 적다.
범프(28)는 제 14도에 표시한 제 8실시예와 같이, 금선(22)을 소재로 해서 형성된다. 즉, 본딩공구의 캐필러리(21)를 통해서 지급된 금선(22)과 토치전극(23)과의 사이에 스파크전압을 인가해서 금선(22)의 선단부를 녹이고, 이 부분에 생긴 금볼을 전극단자(25)에 열압착 또는 초음파접합한다. 그리고, 그 직후에 캐필러리(21)를 당해 전극단자(25)의 대각선방향a로 이동시켜서 잔여금선(22)을 분리하므로, 전극단자(25)위에 형성된 범프(28)는, 그 돌출단부(28a)를 코너부(25a)에 향한 것이 된다.
제 15도에 표시한 제 9실시예에서는 캐필러리(21)를 통해서 지급된 금선(22)의 선단부와, 토치전극(23)의 선단부가 소정의 스파크간격C로 유지되고 있고, 반도체칩(24)이 그 유지대(29)에 의해서 X방향, Y방향 및 회전방향e로 이동할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 반도체칩(24)의 1변을 따라서 배열된 전극단자(제 1전극단자)(25)에 대하여 범프(28)를 형성한 후, 반도체칩(24)자체를 회전·이동시키고, 이어서, 다른 변에 위치하는 전극단자(제 2전극단자)(25)에 대하여 범프(28)를 형성하게 되나, 금선(22)의 만곡방향이나 만곡량을 감안한 후에 스파크간격C를 일정하게 유지할 수 있고 이에 의해서 금볼생성시에 있어서의 스파크조건이나, 얻어지는 범프(28)의 형상·방향성을 일치시킬 수 있다.
제 16도에 표시한 제 10실시예에서는, 캐필러리(21)를 중심으로해서, 토치전극(23)을 주회 이동시킬 수 있도록 구성하고 있다. 이 경우, 캐필러리(21)를 통해서 지급된 금선(22)의 선단부의 만곡방향으로 뒤쫓아서 토치전극(23)을 이동시키므로, 반도체칩을 이동시키는 일없이 스파크간격·스파크조건을 일치시킬 수 있다.
또한 형성되는 범프(28)는 스태드범프에 한정되지 않고, 볼범프여도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본원 제 1발명의 반도체장치의 실장방법은, 회로기판의 각 전극의 두께에 불균일이 있어도, 회로기판에 휘어짐이나, 맥놀이가 있어도, 매우 안정되고 정확하게, 반도체칩의 각 범프의 높이를, 상기 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.
또, 본원 제 2발명의 반도체장치의 실장방법은, 가압에 가열을 수반시킴으로써, 본원 제 1방법에 비교해서, 가압력이 작아도 되고, 또한, 가압시간을 단축할 수 있다는 효과를 나타낸다.
본원 제 3발명의 반도체장치의 실장방법은, 본원 제 1, 제 2발명의 효과에 더하여, 반도체 칩의 각범프와 회로기판의 각 전극간의 접속의 개방불량이 없어지고, 접속강도가 향상하고, 접속저항치가 작은 값으로 안정되어, 매우 안정된 신뢰성이 높은 반도체장치의 실장이 가능하게 된다는 효과를 나타낸다.
또, 본원 제 4발명에 의하면 레벨링처리중에 범프의 도통테스트를 아울러 행하므로, 적확한 검사를 효율좋게 달성할 수 있다. 또, 도통테스트의 결과를 보면서 레벨링처리의 과부족을 시정할 수 있다. 또, 반도체유지구 및 레벨링스테이지의 적어도 한쪽을 가열하는 것에 의해서는, 레벨링처리중의 범프를 연화시킬 수 있으므로, 레벨링처리의 정밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비교적 작은 압압하중에 의해서 한번에 다수의 범프를 레벨링처리할 수 있다.
본원 제 5∼제 8발명에 의하면, 범프의 위치나 형상의 다소의 불균일이 생겨도, 범프간의 단락을 경감시킬 수 있다. 또, 범프의 소재인 금선의 선단부에 만곡을 발생해도, 범프의 불균일없이 형성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반도체칩의 각 전극에 범프를 형성하고, 이들 범프를 전기회로가 형성된 회로기판의 각 전극에 접속하는 반도체장치의 실장방법에 있어서, 반도체칩의 전극상에 돌기전극을 형성한 후, 이 반도체칩의 상기 범프를 실장해야 할 회로기판의 대응하는 전극상에 위치결정하고, 가압해서, 상기 반도체칩의 각 범프의 선단부의 형상을 변형하고, 상기 각 돌기전극의 높이를, 상기 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  2. 제1항에 있어서, 가압에 가열을 수반시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반도체칩의 각 범프의 높이를, 회로기판의 각 전극의 높이의 실태에 정합시킨 후, 평탄면위에 도공된 도전성접착제, 또는 크림땜납의 면에, 상기 반도체칩의 각 범프를 맞추어서, 상기 반도체칩의 각 범프에 상기 도전성접착제, 또는 크림땜납을 전사하고, 상기 도전성접착제, 또는 크림땜납을 전사한 상기 반도체칩의 각 범프를 실장해야할 회로기판의 각 전극에 위치결정하고, 실장하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  4. 복수의 범프를 표면상에 배설해서 이루어진 반도체칩을, 그 이면쪽으로 부터 반도체유지구에 의해서 유지하고, 상기 복수의 범프를 전면적 또는 부분적으로 레벨링스테이지에 압압해서, 이들 범프의 높이를 균일하게 일치시키는 동시에, 이들 범프의 도통테스트를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  5. 제4항에 있어서, 레벨링스테이지의 범프당접예정위치에, 도통테스트용 전극을 형성해두는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  6. 제5항에 있어서, 도통테스트용 전극이 1개의 범프에 대하여, 서로 인접한 2개의 전기접점으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  7. 제4항에 있어서, 반도체유지구 및 레벨링스테이지의 적어도 한쪽을 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  8. 반도체칩의 표면위에 형성된 전극단자가 4각형의 평면형상을 가지고, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로 해서 상기 전극단자위에 범프를 형성할때, 상기 금선의 선단부를 녹여서 얻은 금볼을 상기 전극단자에 압착하고, 그런다음, 상기 캐필러리를 당해 전극단자의 대각선방향으로 이동시켜서 잔여금선을 잘라내는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  9. 반도체칩의 표면위에 형성된 제 1및 제 2전극단자위에, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로 해서 범프를 형성할 때, 상기 금선의 선단부를 소정의 스파크조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 상기 캐필러리의 바로 아래에 위치하는 제 1전극단자에 압착해서 제 1범프를 형성하고, 그런 다음, 상기 반도체칩을 그 유지대와 함께 이동시켜서 제 2전극단자를 상기 캐필러리의 바로 아래에 위치시키고, 상기 금선의 선단부를 상기 스파크조건과 마찬가지의 조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 제 2전극단자에 압착해서 제 2범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
  10. 반도체칩의 표면위에 형성된 제 1및 제 2전극단자위에, 캐필러리를 통해서 지급된 금선을 소재로 해서 범프를 형성할 때, 토치전극을 사용한 소정의 스파크조건에서 상기 금선의 선단부를 녹이고, 얻어진 금볼을 상기 캐필러리의 바로 아래에 위치하는 제 1전극단자에 압착해서 제 1범프를 형성하고 그런 다음, 상기 캐필러리를 중심으로 해서 상기 토치전극을 이동시키고, 상기 금선의 선단부를 상기 스파크조건과 마찬가지 조건에서 녹이고, 얻어진 금볼을 제 2전극단자에 압착해서 제 2범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 실장방법.
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