JPH0845994A - フリップチップの基板へのボンディング方法 - Google Patents
フリップチップの基板へのボンディング方法Info
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- JPH0845994A JPH0845994A JP7107624A JP10762495A JPH0845994A JP H0845994 A JPH0845994 A JP H0845994A JP 7107624 A JP7107624 A JP 7107624A JP 10762495 A JP10762495 A JP 10762495A JP H0845994 A JPH0845994 A JP H0845994A
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- bonding
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
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- H10W72/252—Materials comprising solid metals or solid metalloids, e.g. PbSn, Ag or Cu
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 フリップチップを基板上に高精度に位置決め
して、正確にボンディングする方法を提供する。 【構成】 フリップチップ20を基板22の上方に配置
する。フリップチップ20は導電性バンプを備えたアク
ティブ面を有し、アクティブ面を基板22の方に向け
る。バンプが基板22上のボンディングパターンの位置
に合うようにして、フリップチップ20を基板22上に
置く。超音波ホーン30を下げて、その平らな面をフリ
ップチップ20の背面に載せる。超音波ホーン30を介
してフリップチップ20の背面に力を加える。この力は
基板22に垂直に加えて、フリップチップ20と基板2
2間の横方向の変位が最小になるようにする。それから
力を加えている間に超音波ホーン30を作動させ、超音
波エネルギーをフリップチップ20から基板22へ等温
的に伝達せしめ、両者間に拡散ボンディングを起こさせ
る。
して、正確にボンディングする方法を提供する。 【構成】 フリップチップ20を基板22の上方に配置
する。フリップチップ20は導電性バンプを備えたアク
ティブ面を有し、アクティブ面を基板22の方に向け
る。バンプが基板22上のボンディングパターンの位置
に合うようにして、フリップチップ20を基板22上に
置く。超音波ホーン30を下げて、その平らな面をフリ
ップチップ20の背面に載せる。超音波ホーン30を介
してフリップチップ20の背面に力を加える。この力は
基板22に垂直に加えて、フリップチップ20と基板2
2間の横方向の変位が最小になるようにする。それから
力を加えている間に超音波ホーン30を作動させ、超音
波エネルギーをフリップチップ20から基板22へ等温
的に伝達せしめ、両者間に拡散ボンディングを起こさせ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回路基板のような基板上
にフリップチップ装置をボンディングするための改良さ
れた装置と方法に関するものである。特に本発明はフリ
ップチップを基板上に高精度に位置決めして正確にボン
ディングすることができる半自動システムに関するもの
である。
にフリップチップ装置をボンディングするための改良さ
れた装置と方法に関するものである。特に本発明はフリ
ップチップを基板上に高精度に位置決めして正確にボン
ディングすることができる半自動システムに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】フリップチップボンディングは電子部品
の包装に関する急成長技術のひとつとして登場してき
た。この技術は高実装密度下で高速で動作する回路の需
要に応じて発展してきた。性能基準を満たすには、基
板、相互接続機構、フリップチップの設計およびボンデ
ィング媒体を適当に選択するしかない(信頼できるマル
チチップモジュールを製造する)。
の包装に関する急成長技術のひとつとして登場してき
た。この技術は高実装密度下で高速で動作する回路の需
要に応じて発展してきた。性能基準を満たすには、基
板、相互接続機構、フリップチップの設計およびボンデ
ィング媒体を適当に選択するしかない(信頼できるマル
チチップモジュールを製造する)。
【0003】フリップチップやダイを基板に取付けるに
はいくつかの方法が使われる。はんだはシリコン、窒化
アルミニウム、アルミナ、またはフレキシブル基板にし
ばしば用いられる。金と金の熱圧縮または超音波ボンデ
ィングは主に高電力で寸法の小さい装置に使われてい
る。標準的な導電性エポキシもまたフリップチップボン
ディングに使われることがある。
はいくつかの方法が使われる。はんだはシリコン、窒化
アルミニウム、アルミナ、またはフレキシブル基板にし
ばしば用いられる。金と金の熱圧縮または超音波ボンデ
ィングは主に高電力で寸法の小さい装置に使われてい
る。標準的な導電性エポキシもまたフリップチップボン
ディングに使われることがある。
【0004】自動フリップチップボンディング機構を設
計するときに考慮する必要がある項目は、位置合せ精
度、フリップチップと基板の種類、フリップチップのピ
ックアップと配置、基板のピックアップと配置、スルー
プットおよび価格である。
計するときに考慮する必要がある項目は、位置合せ精
度、フリップチップと基板の種類、フリップチップのピ
ックアップと配置、基板のピックアップと配置、スルー
プットおよび価格である。
【0005】従来のやり方の例を挙げると、U.S.特
許第3,938,722号には、超音波エネルギーを利
用して基板上の接続用導電性面にフリップチップ装置を
ボンディングする装置が開示されている。ボンディング
ツールが球形のボンディング面を有していて、それがピ
ボット機構により複雑な振動の中でボンディングがなさ
れる。しかしながらこのやり方ではフリップチップと基
板間に相対的な横運動が起きて、位置合せが狂うことが
ある。
許第3,938,722号には、超音波エネルギーを利
用して基板上の接続用導電性面にフリップチップ装置を
ボンディングする装置が開示されている。ボンディング
ツールが球形のボンディング面を有していて、それがピ
ボット機構により複雑な振動の中でボンディングがなさ
れる。しかしながらこのやり方ではフリップチップと基
板間に相対的な横運動が起きて、位置合せが狂うことが
ある。
【0006】U.S.特許第4,842,662号に
は、フリップチップの接続プロセスに先立って、金の小
球すなわちバンプを全く使わないボンディング方法が開
示されている。この金のバンプは通常フリップチップの
端子パッドと、フリップチップに接続されるワイヤの下
側とに配置される。しかしながらこの特許はテープ自動
ボンディング(TAB)用テープと共に使われる一点ボ
ンディングプロセスに関するものである。
は、フリップチップの接続プロセスに先立って、金の小
球すなわちバンプを全く使わないボンディング方法が開
示されている。この金のバンプは通常フリップチップの
端子パッドと、フリップチップに接続されるワイヤの下
側とに配置される。しかしながらこの特許はテープ自動
ボンディング(TAB)用テープと共に使われる一点ボ
ンディングプロセスに関するものである。
【0007】
【発明の要約】本発明はフリップチップを基板にボンデ
ィングするための方法と装置とを開示する。この方法は
以下のステップを含む。 1. アクティブ面に導電性バンプを有するフリップチッ
プを、そのアクティブ面を基板に向けて、基板の上方に
配置するステップと、 2. バンプが基板上のボンディングパターンの位置に合
うようにして、基板上にフリップチップを置くステップ
と、 3. 平らな面を有する超音波ホーンを下げて、フリップ
チップの背面に接触させるステップと、 4. フリップチップと基板間の横方向の変位を最小にす
べく基板に垂直な力が加わるようにして、超音波ホーン
を介してフリップチップの背面に力を加えるステップ
と、 5. 力を加えている間に超音波ホーンを作動させ、超音
波エネルギーをフリップチップから基板へ等温的に伝達
させて、両者間に拡散ボンディングを起こさせるステッ
プ。 本発明は蒸気プロセスを実施するための装置を製造する
ことも含む。
ィングするための方法と装置とを開示する。この方法は
以下のステップを含む。 1. アクティブ面に導電性バンプを有するフリップチッ
プを、そのアクティブ面を基板に向けて、基板の上方に
配置するステップと、 2. バンプが基板上のボンディングパターンの位置に合
うようにして、基板上にフリップチップを置くステップ
と、 3. 平らな面を有する超音波ホーンを下げて、フリップ
チップの背面に接触させるステップと、 4. フリップチップと基板間の横方向の変位を最小にす
べく基板に垂直な力が加わるようにして、超音波ホーン
を介してフリップチップの背面に力を加えるステップ
と、 5. 力を加えている間に超音波ホーンを作動させ、超音
波エネルギーをフリップチップから基板へ等温的に伝達
させて、両者間に拡散ボンディングを起こさせるステッ
プ。 本発明は蒸気プロセスを実施するための装置を製造する
ことも含む。
【0008】
【実施例】次に本発明について図面を参照しながら説明
する。本発明のプロセスと方法は基板にマルチチップを
ボンディングするシステムに関するものである。開示す
る装置は、基板上に定められたボンディングパターンに
関してフリップチップを位置決めするための精密なピッ
クアップまたは配置機構として使われる。
する。本発明のプロセスと方法は基板にマルチチップを
ボンディングするシステムに関するものである。開示す
る装置は、基板上に定められたボンディングパターンに
関してフリップチップを位置決めするための精密なピッ
クアップまたは配置機構として使われる。
【0009】本発明による装置とプロセスは、概して、
フリップチップやダイを基板と高精度に位置合せして確
実にボンディングすることが必要な、高密度実装用に使
われる。本装置は1個のピックアップヘッドと1個のボ
ンディングヘッドとを含む。第1のヘッドはワッフルパ
ックからフリップチップを拾い上げて、それを向き調整
装置上に置く。第2のヘッドは向き調整装置からダイを
拾い上げて、それを基板の上方に持っていく。ダイが基
板の上方にあるとき、最終位置合せ用に視覚装置を使
う。
フリップチップやダイを基板と高精度に位置合せして確
実にボンディングすることが必要な、高密度実装用に使
われる。本装置は1個のピックアップヘッドと1個のボ
ンディングヘッドとを含む。第1のヘッドはワッフルパ
ックからフリップチップを拾い上げて、それを向き調整
装置上に置く。第2のヘッドは向き調整装置からダイを
拾い上げて、それを基板の上方に持っていく。ダイが基
板の上方にあるとき、最終位置合せ用に視覚装置を使
う。
【0010】ここで用いる「超音波ホーン」という術語
は、フリップチップと基板とを一緒に加圧下に保ちなが
ら、高周波の振動エネルギーを局部的にそれらに加える
ことにより、フリップチップを基板にボンディングする
固体式プロセスを意味する。約2−3キロオングストロ
ームの厚さの拡散層が形成されると考えられている。開
示するプロセスは、基板上に配置された金、銀、プラチ
ナ、ニッケル、または銅の金属パターンにフリップチッ
プをボンディングするのに用いることができる。
は、フリップチップと基板とを一緒に加圧下に保ちなが
ら、高周波の振動エネルギーを局部的にそれらに加える
ことにより、フリップチップを基板にボンディングする
固体式プロセスを意味する。約2−3キロオングストロ
ームの厚さの拡散層が形成されると考えられている。開
示するプロセスは、基板上に配置された金、銀、プラチ
ナ、ニッケル、または銅の金属パターンにフリップチッ
プをボンディングするのに用いることができる。
【0011】図1は本発明のプロセスを実施するのに用
いる主なプロセスステップのフローチャートである。基
板の上方にフリップチップを配置する(10)。通常フ
リップチップは金の小球体すなわちバンプを備えたアク
ティブ面を有する。アクティブ面を基板の方に向けてお
く。次に、フリップチップを基板上に置く(12)ので
あるが、基板上に形成されているボンディングパターン
にバンプの位置を合わせる。次に超音波ホーンを下げる
(14)。その際、ホーンの平らな面がフリップチップ
の背面の頂上に触れるようにする。それから超音波ホー
ンを介してフリップチップの背面に力を加える(1
6)。力は基板に垂直に加わるようにする。このように
して基板に関してフリップチップの横方向の変位を最小
にする。最後に、力を加えている間に超音波ホーンを作
動させることにより(18)、超音波エネルギーがフリ
ップチップから基板に等温伝達されて、両者間に拡散ボ
ンディングがなされる。
いる主なプロセスステップのフローチャートである。基
板の上方にフリップチップを配置する(10)。通常フ
リップチップは金の小球体すなわちバンプを備えたアク
ティブ面を有する。アクティブ面を基板の方に向けてお
く。次に、フリップチップを基板上に置く(12)ので
あるが、基板上に形成されているボンディングパターン
にバンプの位置を合わせる。次に超音波ホーンを下げる
(14)。その際、ホーンの平らな面がフリップチップ
の背面の頂上に触れるようにする。それから超音波ホー
ンを介してフリップチップの背面に力を加える(1
6)。力は基板に垂直に加わるようにする。このように
して基板に関してフリップチップの横方向の変位を最小
にする。最後に、力を加えている間に超音波ホーンを作
動させることにより(18)、超音波エネルギーがフリ
ップチップから基板に等温伝達されて、両者間に拡散ボ
ンディングがなされる。
【0012】図2−4は装置とプロセスステップをより
詳細に示したものである。図2は本発明を実施するのに
用いる装置の主要部品を示す。図2においてフリップチ
ップ20がフリップチップピックアップテーブル24の
上に搭載されている。基板22はワークホルダ26の上
に置かれている。図3では、真空フリップチップピック
アップ機構28が真空を使ってフリップチップをピック
アップするために、腕を伸ばしている。
詳細に示したものである。図2は本発明を実施するのに
用いる装置の主要部品を示す。図2においてフリップチ
ップ20がフリップチップピックアップテーブル24の
上に搭載されている。基板22はワークホルダ26の上
に置かれている。図3では、真空フリップチップピック
アップ機構28が真空を使ってフリップチップをピック
アップするために、腕を伸ばしている。
【0013】図4は真空フリップチップピックアップ機
構28の腕が引っ込み、フリップチップ20をフリップ
チップピックアップテーブル24の上方に持上げている
様子を示す。図5において、真空フリップチップピック
アップ機構28と超音波ホーン30とを含むステージ3
8が移動して、フリップチップ20を持った真空フリッ
プチップピックアップアーム28を向き調整装置36の
位置に持って来る。
構28の腕が引っ込み、フリップチップ20をフリップ
チップピックアップテーブル24の上方に持上げている
様子を示す。図5において、真空フリップチップピック
アップ機構28と超音波ホーン30とを含むステージ3
8が移動して、フリップチップ20を持った真空フリッ
プチップピックアップアーム28を向き調整装置36の
位置に持って来る。
【0014】次に、図6に示すように、真空フリップチ
ップピックアップアーム28を伸ばして、向き調整装置
36の上にフリップチップを置く。それから図7に示す
ように、真空フリップチップピックアップアーム28を
引っ込め、向き調整装置36を作動させて、フリップチ
ップ20が基板22に関して正しい向きになるように、
向きを調整する。次に図8に示すように、ステージ38
を移動して、超音波ホーン30の位置を向き調整装置3
6の位置に合わせる。それから図9に示すように、超音
波ホーン30を伸ばして、真空を使って向き調整装置3
6からフリップチップ20を拾い上げる。負圧を供給す
るために超音波ホーン30の中を軸方向に通っている1
個以上の穴によって、真空が供給される。ここに示した
ホーンは各種の寸法のフリップチップに使える。
ップピックアップアーム28を伸ばして、向き調整装置
36の上にフリップチップを置く。それから図7に示す
ように、真空フリップチップピックアップアーム28を
引っ込め、向き調整装置36を作動させて、フリップチ
ップ20が基板22に関して正しい向きになるように、
向きを調整する。次に図8に示すように、ステージ38
を移動して、超音波ホーン30の位置を向き調整装置3
6の位置に合わせる。それから図9に示すように、超音
波ホーン30を伸ばして、真空を使って向き調整装置3
6からフリップチップ20を拾い上げる。負圧を供給す
るために超音波ホーン30の中を軸方向に通っている1
個以上の穴によって、真空が供給される。ここに示した
ホーンは各種の寸法のフリップチップに使える。
【0015】図10では、超音波ホーン30が引込ん
で、フリップチップ20を運んでいる。図11におい
て、ステージ38が移動し、超音波ホーン30とフリッ
プチップ20とが、基板22上に定められているボンデ
ィング位置40と対向している。
で、フリップチップ20を運んでいる。図11におい
て、ステージ38が移動し、超音波ホーン30とフリッ
プチップ20とが、基板22上に定められているボンデ
ィング位置40と対向している。
【0016】図12では、光学装置34のような位置合
せ用の装置を、フリップチップ20と基板22の間に移
動してきている。それから手動または自動装置により基
板20に対するフリップチップ20の位置合せを開始す
る。位置合せ用に光学装置を用いているが、分離プリズ
ムと赤外線技術のような他の位置合せ装置を用いてもよ
い。
せ用の装置を、フリップチップ20と基板22の間に移
動してきている。それから手動または自動装置により基
板20に対するフリップチップ20の位置合せを開始す
る。位置合せ用に光学装置を用いているが、分離プリズ
ムと赤外線技術のような他の位置合せ装置を用いてもよ
い。
【0017】図13は位置合せ装置34を中立位置に移
動し、超音波ホーン30を伸ばして、フリップチップ2
0を基板22と接触させたところを示す。あらかじめ定
めた1〜50ポンド(約453〜22,650g重)の
力と、60,000〜100,000Hzの範囲内の超音
波エネルギーを、約10秒までのあらかじめ定めた期間
だけ、フリップチップ20に加える。
動し、超音波ホーン30を伸ばして、フリップチップ2
0を基板22と接触させたところを示す。あらかじめ定
めた1〜50ポンド(約453〜22,650g重)の
力と、60,000〜100,000Hzの範囲内の超音
波エネルギーを、約10秒までのあらかじめ定めた期間
だけ、フリップチップ20に加える。
【0018】サイクルを終了するために、図14に示す
ように、超音波ホーン30を引込め、確実な拡散ボンデ
ィングにより基板22と結合したフリップチップ20を
置いていく。
ように、超音波ホーン30を引込め、確実な拡散ボンデ
ィングにより基板22と結合したフリップチップ20を
置いていく。
【0019】図15と図16は基板22の上方に浮かせ
たフリップチップのX線写真である。各々の図におい
て、長方形の黒い領域は基板22の背面である。位置が
合っている場合には(図15)、各点は金の小球バンプ
がフリップチップ20のアクティブ面上に位置している
ことを表わしている。金のバンプからボンディングパタ
ーンが伸びているが、これは基板22の表面に配置され
た金めっき線、すなわちリードである。
たフリップチップのX線写真である。各々の図におい
て、長方形の黒い領域は基板22の背面である。位置が
合っている場合には(図15)、各点は金の小球バンプ
がフリップチップ20のアクティブ面上に位置している
ことを表わしている。金のバンプからボンディングパタ
ーンが伸びているが、これは基板22の表面に配置され
た金めっき線、すなわちリードである。
【0020】図16では、金のバンプが基板22上に定
められたボンディングパターンから外れている。位置合
せは位置合せ装置により可能である。開示したプロセス
と装置を用いれば、フリップチップ上に設けられたすべ
てのバンプが、基板22上に定められたボンディング位
置に同時に拡散ボンディングされる。
められたボンディングパターンから外れている。位置合
せは位置合せ装置により可能である。開示したプロセス
と装置を用いれば、フリップチップ上に設けられたすべ
てのバンプが、基板22上に定められたボンディング位
置に同時に拡散ボンディングされる。
【0021】実際には、超音波ホーンを作動させると、
極めて小さい表面の汚れと酸化物が基板内のフリップチ
ップから追放されて、ボンディングに必要な原子レベル
でクリーンな表面ができる。好ましくは力をフリップチ
ップに加えるとき、ステージ内で加える。最初に、例え
ば5ポンド(約2,265g重)の初期力を加え、続い
て2番目の力として20〜50ポンド(906〜22,
650g重)まで上げる。このような力はフリップチッ
プと基板との接触領域に隣接した金のバンプを塑性変形
させやすいので、等温的な超音波エネルギーを加えるこ
とにより、両者の接触が密になり、金属間の原子結合が
形成される。実際に、もし1フリップチップ当り3個の
バンプがあれば、1〜2ポンド(約453〜906g
重)の力で十分である。もし250個のバンプであれ
ば、例えば25〜30ポンド(11,325〜13,5
90g重)の力を約10〜20秒まで加えれば十分であ
ろう。
極めて小さい表面の汚れと酸化物が基板内のフリップチ
ップから追放されて、ボンディングに必要な原子レベル
でクリーンな表面ができる。好ましくは力をフリップチ
ップに加えるとき、ステージ内で加える。最初に、例え
ば5ポンド(約2,265g重)の初期力を加え、続い
て2番目の力として20〜50ポンド(906〜22,
650g重)まで上げる。このような力はフリップチッ
プと基板との接触領域に隣接した金のバンプを塑性変形
させやすいので、等温的な超音波エネルギーを加えるこ
とにより、両者の接触が密になり、金属間の原子結合が
形成される。実際に、もし1フリップチップ当り3個の
バンプがあれば、1〜2ポンド(約453〜906g
重)の力で十分である。もし250個のバンプであれ
ば、例えば25〜30ポンド(11,325〜13,5
90g重)の力を約10〜20秒まで加えれば十分であ
ろう。
【0022】開示した装置の超音波プローブはいろんな
形式でつくることができる。好適な販売業者として例え
ばカリフォルニア州のザ・ユー・テクノロジー・オブミ
ルピタス(the U Technology of
Milpitas)社がある。開示したプローブは50
ワットの発電機と一緒に使う。
形式でつくることができる。好適な販売業者として例え
ばカリフォルニア州のザ・ユー・テクノロジー・オブミ
ルピタス(the U Technology of
Milpitas)社がある。開示したプローブは50
ワットの発電機と一緒に使う。
【0023】フリップチップアタッチメント装置の一例
はニュージャージ州のアールディー・オートメーション
・オブ・ピスキャッタウェイ(R D Automat
ion of Piscataway)社により製造さ
れている(モデルAFC−101−AP)。機械の位置
合せ精度は±5ミリクロンより良い。スループットはプ
ロセスパラメータにより1時間当り350〜500フリ
ップチップに達する。あるシステム(M−8フリップチ
ップボンダ)では、薄い光学プローブをフリップチップ
と基板との間に挿入して、両方のボンディング面を同時
に撮し出す。フリップチップと基板とを別々に見るため
に、2台のビデオカメラと反射鏡とを用いる。両方のビ
デオシステムの出力を1個のスクリーンに重ね合わせて
(図15と図16)、静止しているフリップチップに対
して基板を動かすことにより、位置合せを行う。フリッ
プチップがその最終位置に極めて接近したときに最終位
置合せを行って、その後はX,Y方向、すなわちθ方向
には動かさない。この後動かす軸は垂直方向(Z方向)
のみである。
はニュージャージ州のアールディー・オートメーション
・オブ・ピスキャッタウェイ(R D Automat
ion of Piscataway)社により製造さ
れている(モデルAFC−101−AP)。機械の位置
合せ精度は±5ミリクロンより良い。スループットはプ
ロセスパラメータにより1時間当り350〜500フリ
ップチップに達する。あるシステム(M−8フリップチ
ップボンダ)では、薄い光学プローブをフリップチップ
と基板との間に挿入して、両方のボンディング面を同時
に撮し出す。フリップチップと基板とを別々に見るため
に、2台のビデオカメラと反射鏡とを用いる。両方のビ
デオシステムの出力を1個のスクリーンに重ね合わせて
(図15と図16)、静止しているフリップチップに対
して基板を動かすことにより、位置合せを行う。フリッ
プチップがその最終位置に極めて接近したときに最終位
置合せを行って、その後はX,Y方向、すなわちθ方向
には動かさない。この後動かす軸は垂直方向(Z方向)
のみである。
【0024】基板ホールダ26はみかげ石でつくるのが
良い。開示した装置が熱もはんだを必要としないので速
いことは明白であろう。熱がいらないから、本装置とプ
ロセスは熱に敏感な基板フリップチップボンディング媒
体に対して使うことができるのであり、熱圧縮ボンディ
ングやはんだリフローに比べてフリップチップに与える
損傷も少い。接続数とは無関係にフリップチップ全体を
基板にボンディングすることができるので、スループッ
トが上がる。最後に、すべての力が垂直(Z)方向に作
用するから、フリップチップと基板間に相対的な水平移
動がない。
良い。開示した装置が熱もはんだを必要としないので速
いことは明白であろう。熱がいらないから、本装置とプ
ロセスは熱に敏感な基板フリップチップボンディング媒
体に対して使うことができるのであり、熱圧縮ボンディ
ングやはんだリフローに比べてフリップチップに与える
損傷も少い。接続数とは無関係にフリップチップ全体を
基板にボンディングすることができるので、スループッ
トが上がる。最後に、すべての力が垂直(Z)方向に作
用するから、フリップチップと基板間に相対的な水平移
動がない。
【0025】実際には、開示した装置の中に約14イン
チ(約355.6mm)平方までの基板を収納することが
できる。フリップチップは0.05インチ(約1.27
mm)平方という小さいものを扱うことができる。開示し
たプロセスにより1インチ(約25.4mm)平方のフリ
ップチップを用いるのも効果的であろう。
チ(約355.6mm)平方までの基板を収納することが
できる。フリップチップは0.05インチ(約1.27
mm)平方という小さいものを扱うことができる。開示し
たプロセスにより1インチ(約25.4mm)平方のフリ
ップチップを用いるのも効果的であろう。
【0026】開示した発明では、ピックアップツールは
またボンディングツールでもあるから、ボンディングの
精度が改良されるだけでなく、スループットも上がる。
このためツールを付けたり外したりして、フリップチッ
プをホーンにはめ込む必要がない。開示した装置は、フ
リップチップと基板とを高精度に位置合せして正確にボ
ンディングすることが必要な、高密度実装に応用できる
半自動システムである。
またボンディングツールでもあるから、ボンディングの
精度が改良されるだけでなく、スループットも上がる。
このためツールを付けたり外したりして、フリップチッ
プをホーンにはめ込む必要がない。開示した装置は、フ
リップチップと基板とを高精度に位置合せして正確にボ
ンディングすることが必要な、高密度実装に応用できる
半自動システムである。
【0027】本発明の超音波プローブに含まれるツール
チップは約1/4インチ(約6.35mm)平方の大きさ
である。寸法の異なるフリップチップ用のツールに自動
的に替えることができよう。プローブは100kgまでの
力を出すことができる。開示した基板はセラミック、エ
ポキシ積層板、またはフレキシブル回路でもよい。
チップは約1/4インチ(約6.35mm)平方の大きさ
である。寸法の異なるフリップチップ用のツールに自動
的に替えることができよう。プローブは100kgまでの
力を出すことができる。開示した基板はセラミック、エ
ポキシ積層板、またはフレキシブル回路でもよい。
【図1】本発明の主なプロセスステップのフローチャー
ト。
ト。
【図2】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図3】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図4】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図5】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図6】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図7】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図8】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図9】本発明によりフリップチップを基板にボンディ
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
ングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセスス
テップにおいて示したもの。
【図10】本発明によりフリップチップを基板にボンデ
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
【図11】本発明によりフリップチップを基板にボンデ
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
【図12】本発明によりフリップチップを基板にボンデ
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
【図13】本発明によりフリップチップを基板にボンデ
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
【図14】本発明によりフリップチップを基板にボンデ
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
ィングする際に使う装置の構造の側面図を、各プロセス
ステップにおいて示したもの。
【図15】フリップチップが基板と正確に位置合せされ
た場合の、基板のフリップチップのX線写真。
た場合の、基板のフリップチップのX線写真。
【図16】フリップチップが基板と正確に位置合せされ
てない場合の、基板上のフリップチップのX線写真。
てない場合の、基板上のフリップチップのX線写真。
20 フリップチップ 22 基板 24 テーブル 26 ワークホルダ 28 真空ピックアップ 30 超音波ホーン 32 超音波ホーンの先端部 34 光学装置 36 向き調整装置 38 ステージ 40 ボンディング領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベサニー ジョイ ウオールズ アメリカ合衆国ミシガン州オークランド カウンティ,バーミンガム,ピアース 1492
Claims (10)
- 【請求項1】 アクティブ面に導電性バンプを有するフ
リップチップを、そのアクティブ面を基板に向けて、基
板の上方に配置するステップと、 バンプが基板上のボンディングパターンの位置に合うよ
うにして、基板上にフリップチップを置くステップと、 平らな面を有する超音波ホーンを下げて、フリップチッ
プの背面に接触させるステップと、 フリップチップと基板間の横方向の変位を最小にすべく
基板に垂直な力が加わるようにして、超音波ホーンを介
してフリップチップの背面に力を加えるステップと、 力を加えている間に超音波ホーンを作動させ、超音波エ
ネルギーをフリップチップから基板へ等温的に伝達させ
て、両者間に拡散ボンディングを起こさせるステップ
と、を含むことを特徴とする、フリップチップの基板へ
のボンディング方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の方法において、超音波ホ
ーンの作動ステップでは、60,000〜100,00
0Hzの範囲の超音波エネルギーを供給することを特徴と
する、ボンディング方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の方法において、更に、フ
リップチップと基板とから極小の表面汚れと酸化物とを
追放して、原子レベルで清浄なボンディング用表面をつ
くるステップを含むことを特徴とする、ボンディング方
法。 - 【請求項4】 請求項3記載の方法において、更に、フ
リップチップと基板間の接触領域に隣接したバンプを塑
性変形させ、フリップチップと基板間の接触を密にして
金属間原子結合を形成させるステップを含むことを特徴
とする、ボンディング方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の方法において、基板上に
フリップチップを置くステップでは、超音波ホーンを下
げて力を加えるステップの前に、フリップチップと基板
との位置関係を見て、バンプが基板上のボンディングパ
ターンと位置が合うようにして、フリップチップを基板
上のボンディングパターンと位置合せすることを特徴と
する、ボンディング方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の方法において、フリップ
チップに力を加えるステップでは、約50ポンド(約2
2,650g重)の力を加えることを特徴とする、ボン
ディング方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の方法において、フリップ
チップに力を加えるステップでは、20秒まで力を加え
ることを特徴とする、ボンディング方法。 - 【請求項8】 請求項1記載の方法において、導電性バ
ンプは金で形成されていることを特徴とする、ボンディ
ング方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の方法において、導電性バ
ンプはインジウムで形成されていることを特徴とする、
ボンディング方法。 - 【請求項10】 請求項1記載の方法において、更に、
フリップチップを基板の上方に配置するステップの前
に、フリップチップをピックアップするステップを含む
ことを特徴とする、ボンディング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US239106 | 1988-08-31 | ||
| US08/239,106 US5427301A (en) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | Ultrasonic flip chip process and apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845994A true JPH0845994A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=22900644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7107624A Pending JPH0845994A (ja) | 1994-05-06 | 1995-05-01 | フリップチップの基板へのボンディング方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5427301A (ja) |
| EP (1) | EP0680803B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0845994A (ja) |
| DE (1) | DE69511609T2 (ja) |
| ES (1) | ES2135009T3 (ja) |
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