JPH10107081A - 半導体チップの接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップと配線基板の接続部分の信頼性
を向上させる。 【解決手段】 キャピラリ32から所定長さ突出している
ワイヤ34の先端部((A)参照) を所定温度に加熱した作業
台20に押圧し、先端部を押し広げ底面を平らに整形する
((B)参照) 。次に整形したワイヤ34の先端部を半導体チ
ップ16の電極18に熱圧着により取付け((C)参照) 、ワイ
ヤ34を切断して電極18上にバンプ40を形成する((D)参
照) 。次に所定温度に加熱したバンプ整形ツール36をバ
ンプ40の先端部に押圧し、バンプ40の先端部を押し広
げ、中間部が括れた鼓型にバンプ40を整形する((E)参
照) 。上記処理を繰り返して半導体チップ16の全ての電
極上に鼓型のバンプ40を形成し((F)参照) た後に、該バ
ンプ40を配線基板42の電極に熱圧着によって取付ける
((G)参照) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップの接続
方法に係り、特に、フリップチップ接続によって半導体
チップを配線基板に接続するための半導体チップの接続
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、配線基板上の実装密度の向上を目
的として、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体チップ
を、合成樹脂等から成るパッケージに包まず、所謂ベア
チップとして配線基板に直接実装する実装方法が広く普
及してきている。この実装方法において、ベアチップ上
に形成された電極と配線基板上に形成された電極との接
続は、ベアチップの電極形成面が上側（配線基板側と反
対側）を向くようにベアチップを配置し、ベアチップ上
の電極と配線基板上の電極を金（Ａｕ）やアルミニウム
（Ａｌ）等のリード線を介して接続するワイヤボンディ
ング法を適用して行うことが一般的であった。

【０００３】しかし最近では、更に実装密度の高い接続
方法として、ベアチップ上の電極のピッチと同ピッチで
配線基板上に電極を形成し、ベアチップの電極形成面が
下側（配線基板側）を向き配線基板上の電極形成部分と
対向するようにベアチップを配置し、ベアチップ上の電
極と配線基板上の電極を直接接続するフリップチップ法
が注目されてきている。このフリップチップ法では、ベ
アチップ上の電極及び配線基板上の電極の何れか一方に
Ａｕや半田等のバンプ（突起）を形成した後に配線基板
上にベアチップを配置し、バンプと他方の電極とを半田
によって接続する（所謂リフロー処理）ことが一般的で
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベアチ
ップと配線基板は熱膨張係数が大きく異なっているの
で、周囲温度が変化するとベアチップと配線基板を接続
している接続部には大きな応力が加わる。これに対し、
上記のようにリフロー処理を行ってベアチップの電極と
配線基板の電極を接続した場合、バンプを含む接続部の
形状は、電極と接合している部分よりも中間部の方が太
い、所謂太鼓型となることが一般的である。接続部が太
鼓型の場合、応力が加わっても接続部自体が変形しにく
く、電極と接続部が接合している部分に応力が集中する
ので、接合部分で接触不良等が生ずる可能性もあり、信
頼性が低いという問題があった。

【０００５】また、上記の方法ではリフロー処理を行う
ためにフラックスを用いるため、リフロー処理後にフラ
ックスを配線基板上から除去するための洗浄処理が必要
となり、処理が煩雑であるという問題もあった。

【０００６】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、半導体チップと配線基板の接続部分の信頼性を向上
させることができる半導体チップの接続方法を得ること
が目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明に係る半導体チップの接続方法
は、半導体チップの電極及び配線基板の電極の何れか一
方に、該電極に接している側の端部から電極に接してい
る側と反対側の端部に向かう方向に沿った中間部が括れ
た形状のバンプを形成し、前記バンプを取付けていない
他方の電極に前記バンプの前記反対側の端部を熱圧着に
より取付ける。

【０００８】請求項１記載の発明では、バンプの形状
を、各々電極に取付けられる一方の端部から他方の端部
に向かう方向に沿った中間部が括れた形状、すなわち中
間部が弾性変形し易い形状としている。これにより、例
えば周囲温度が変化し、半導体チップの熱膨張率と配線
基板の熱膨張率の相違によってバンプに応力が加わった
としても、バンプの中間部が弾性変形することによって
応力が分散・吸収されるので、バンプの端部と半導体チ
ップの電極又は配線基板の電極との接合部分で接触不良
等の不具合が生ずることを防止できる。従って、半導体
チップと配線基板の接続部分の信頼性を向上させること
ができる。

【０００９】また請求項１の発明では、一方の電極にバ
ンプを形成した後に、該バンプを熱圧着によって他方の
電極に取付けるので、リフロー処理を行う必要はなく、
半導体チップを配線基板に接続した後に、フラックスを
除去するための洗浄処理等の煩雑な処理を行う必要もな
い。

【００１０】請求項２記載の発明に係る半導体チップの
接続方法は、線状導体の先端部を、線状導体の長手方向
に略直交する方向に沿った大きさが大きくなるように整
形し、半導体チップの電極及び配線基板の電極の何れか
一方に前記線状導体の先端部を取付け、前記線状導体の
後端部を、線状導体の長手方向に略直交する方向に沿っ
た大きさが大きくなるように整形し、半導体チップの電
極と配線基板の電極とが対向するように半導体チップ及
び配線基板を配置し、前記線状導体が取付けられていな
い他方の電極に前記線状導体の後端部を取付ける。

【００１１】請求項２記載の発明では、線状導体の先端
部及び後端部を、線状導体の長手方向に略直交する方向
に沿った大きさが大きくなるように各々整形しており、
線状導体は、長手方向に略直交する方向に沿った中間部
の大きさ（整形前の線状導体の長手方向に略直交する方
向に沿った大きさ）が、長手方向に略直交する方向に沿
った先端部及び後端部の大きさよりも小さい、すなわち
請求項１の発明のバンプと同様に中間部が括れた形状に
整形される。また、線状導体の先端部及び後端部は、半
導体チップの電極又は配線基板の電極に各々取付けさ
れ、半導体チップの電極と配線基板の電極とが電気的に
導通される。

【００１２】これにより、半導体チップと配線基板の接
続部に応力が加わったとしても、請求項１の発明と同様
に、線状導体の中間部が弾性変形することによって応力
が分散・吸収されるので、線状導体の端部と半導体チッ
プの電極又は配線基板の電極との接合部分で接触不良等
の不具合が生ずることを防止できる。従って、半導体チ
ップと配線基板の接続部分の信頼性を向上させることが
できる。

【００１３】また請求項２の発明では、線状導体の先端
部又は後端部を半導体チップ又は配線基板の電極に取付
けるためにリフロー処理を行う必要はなく、請求項５に
も記載したように熱圧着によって取付けできるので、半
導体チップを配線基板に接続した後に、フラックスを除
去するための洗浄処理等の煩雑な処理を行う必要もな
い。

【００１４】ところで、請求項２の発明において、半導
体チップと配線基板との接続に用いる線状導体は、半導
体チップを配線基板に取付けた状態での半導体チップと
配線基板の間隔よりも十分に長くされたワイヤ状の線状
導体を所定長さに切断して用いるが、線状導体の端部を
整形する前に線状導体の切断を行った場合、端部を整形
すべき線状導体の長さが非常に短いので、端部を整形す
るために前記線状導体を一定位置に保持することが困難
となり、線状導体の端部の整形が困難となることも考え
られる。

【００１５】これを考慮すると、請求項３に記載したよ
うに、線状導体は、半導体チップを配線基板に取付けた
状態での半導体チップと配線基板の間隔よりも十分に長
くされており、線状導体の先端部を整形して半導体チッ
プの電極及び配線基板の電極の何れか一方に取付けた後
に、線状導体が電極から所定長さ突出するように線状導
体を切断することが好ましい。

【００１６】上記では、線状導体を切断する前に線状導
体の先端部を整形するので、線状導体の先端部の整形す
る際に、線状導体を一定位置に容易に保持することがで
き、線状導体の先端部を容易に整形することができる。
また線状導体の後端部の整形は、請求項２にも記載した
ように、線状導体の先端部を半導体チップ又は配線基板
の電極に取付けた後に行うので、線状導体の後端部を整
形する際にも、電極に線状導体の先端部を取付けた半導
体チップ又は配線基板を一定位置に保持することによっ
て、線状導体を一定位置に容易に保持することができ
る。

【００１７】また、線状導体の先端部又は後端部の整形
は、具体的には請求項４に記載したように、線状導体の
先端部又は後端部を加熱すると共に、線状導体の先端部
又は後端部を、線状導体の長手方向が整形用平面に対し
て略垂直となるように前記整形用平面に押圧することに
より実現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の一例を詳細に説明する。図１には、本発明に係
る半導体チップの接続方法を適用可能なワイヤボンディ
ング装置１０が示されている。ワイヤボンディング装置
１０は、ワイヤボンディング機構１２及び基板ステージ
１４を含んで構成されており、外部がケーシング１０Ａ
によって覆われている。

【００１９】基板ステージ１４は、半導体チップ（ベア
チップ）を載置するための載置台であり、図１にも示す
ように、半導体チップ１６は、半導体チップ１６の電極
（図１では半導体チップ１６上に形成された複数の電極
を、例として符号１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを付して示し
ている）が形成されている面が上を向くように基板ステ
ージ１４上に載置される。また、基板ステージ１４上に
は、ワイヤ（後述）の先端を加工整形するための作業台
２０も設けられている。作業台２０は、作業台２０の上
面（作業面）を加熱するための図示しないヒータを内蔵
している。

【００２０】ワイヤボンディング機構１２は、一端部に
は各種ツールが着脱可能とされ他端部が回動可能に軸支
されたアーム２２と、アーム２２の他端部を中心として
アーム２２を回動させるモータ２４と、モータ２４の回
転軸に取付けられ回転軸の回転角度（すなわちアーム２
２の回動角度）を検出するロータリーエンコーダ２６
と、アーム２２を水平方向に沿って２次元に移動させる
ことによりアーム２２の先端に装着されたツールを水平
方向に沿って２次元に移動可能なＸＹテーブル２８と、
ワイヤボンディング機構１２全体の動作を制御する制御
部３０と、を含んで構成されている。

【００２１】アーム２２の一端部に着脱可能なツールと
しては、キャピラリ３２（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）及
びバンプ整形ツール３６（図３（Ｅ）参照）が用意され
ている。キャピラリ３２は略円柱状で、図３（Ａ）に示
すように、ワイヤ３４を挿通するための孔３２Ａがキャ
ピラリ３２の軸線に沿って設けられている。なお、ワイ
ヤ３４は請求項２に記載の線状導体に対応しており、半
田（Ａｇ等の金属でもよい）から成る線材が用いられ
る。またキャピラリ３２には、キャピラリ３２からワイ
ヤ３４を送出するための図示しない送出装置が取付けら
れており、キャピラリ３２の先端部における孔３２Ａの
縁は、断面が円弧状となるように面取りされている。ま
た、バンプ整形ツール３６は図３（Ｅ）にも示すように
略平板状で、図示しないヒータを内蔵している。

【００２２】図示は省略するが、基板ステージ１４の上
方には基板ステージ１４上の状況を撮像するためのビデ
オカメラが設けられている。ビデオカメラによって撮像
された基板ステージ１４上の状況は、画像データとして
制御部３０に入力される。制御部３０は、ビデオカメラ
から入力された画像データに基づき、アーム２２の一端
部に装着されたツールが基板ステージ１４上の所望の位
置（例えば半導体チップ１６の特定の電極１８に対応す
る位置や、作業台２０に対応する位置）に位置決めされ
るようにＸＹテーブル２８を制御する。また制御部３０
は、ロータリーエンコーダ２６から出力される信号に基
づき、アーム２２の一端部に装着されたツールの先端部
が、所望の高さ位置に移動するようにモータ２４の駆動
を制御する。

【００２３】次に本実施形態の作用として、半導体チッ
プ１６の電極１８と配線基板上に形成された電極を接続
する工程について説明する。まず、ワイヤボンディング
装置１０によって半導体チップ１６の電極１８上にバン
プを形成する工程について、ワイヤボンディング装置１
０の制御部３０で実行される処理を示す図２のフローチ
ャートを参照して説明する。なお、この処理は、アーム
２２の一端部にキャピラリ３２が装着され、キャピラリ
３２の孔３２Ａにワイヤ３４が挿通された状態（図３
（Ａ）参照）で実行される。

【００２４】ステップ１００では作業台２０のヒータを
オンし、ステップ１０２では作業台２０の作業面が所定
温度に達する迄待機する。作業面が所定温度に達すると
ステップ１０４へ移行し、ワイヤ３４の先端がキャピラ
リ３２の先端より所定長さ突出するように、図示しない
送出装置によりワイヤ３４を送出する。ステップ１０６
では、キャピラリ３２が作業台２０の上方に位置決めさ
れるようにＸＹテーブル２８を制御する。

【００２５】そしてステップ１０８では、キャピラリ３
２が下降するようにモータ２４を駆動してアーム２２を
回動させ、キャピラリ３２から突出しているワイヤ３４
の先端部を作業台２０の作業面に押圧する。これによ
り、ワイヤ３４の先端部は加熱されると共に加圧され、
図３（Ｂ）に示すように幅寸法（ワイヤ３４の長手方向
に直交する方向に沿った大きさ）が大きくなるように押
し広げられ、底面が平らとなるように整形される。ま
た、孔３２Ａの縁は断面が円弧状に面取りされているの
で、押し広げられたワイヤ３４の先端部と、押し広げら
れていないワイヤ３４の基部との間は、円弧状部に倣っ
て幅寸法が徐々に大きくなるようにテーパ状に整形され
る。

【００２６】次のステップ１１０ではキャピラリ３２が
上昇するようにモータ２４を駆動してアーム２２を回動
させた後に、基板ステージ１４上に載置されている半導
体チップ１６の複数の電極１８のうち、バンプの形成を
行っていない電極１８の上方にキャピラリ３２が位置決
めされるようにＸＹテーブル２８を制御する。ステップ
１１２ではキャピラリ３２が下降するようにモータ２４
を駆動してアーム２２を回動させた後に、先のステップ
１０８で整形したワイヤ３４の先端部を電極１８に当接
させ（図３（Ｃ）参照）、ワイヤ３４の先端部と電極１
８とを熱圧着によって接続する。

【００２７】そしてステップ１１４では、キャピラリ３
２が上昇するようにモータ２４を駆動してアーム２２を
回動させると共に、キャピラリ３２が所定高さ迄上昇し
たときにワイヤ２４を切断する。これにより、図３
（Ｄ）に示すように、半導体チップ１６の電極１８上に
バンプ４０が形成されることになる。次のステップ１１
６では半導体チップ１６の全ての電極１８上にバンプ４
０を形成したか否か判定する。判定が否定された場合に
はステップ１０４に戻り、ステップ１１６の判定が肯定
される迄、ステップ１０４〜ステップ１１６を繰り返
す。

【００２８】ステップ１１６の判定が肯定されるとステ
ップ１１８へ移行し、作業台２０のヒータをオフする。
次のステップ１２０では、キャピラリ３２に代えてバン
プ整形ツール３６をアーム２２の一端部に取付ける。な
お、バンプ整形ツール３６の取付けをオペレータが手動
で行う場合、ステップ１２０において、バンプ整形ツー
ル３６の取付けを要請するためにディスプレイにメッセ
ージを表示したりブザーを鳴動させ、バンプ整形用ツー
ル３６の取付けが完了したか否かを判定し、判定が肯定
される迄待機する、という一連の処理を行うことによ
り、バンプ整形ツール３６のアーム２２への取付けを行
うことができる。

【００２９】ステップ１２２では、アーム２２の一端部
に取付けられたバンプ整形用ツール３６のヒータをオン
し、次のステップ１２４ではバンプ整形ツール３６の表
面温度が所定温度に達したか否か判定し、判定が肯定さ
れる迄待機する。バンプ整形ツール３６の表面温度が所
定温度に達するとステップ１２６へ移行し、基板ステー
ジ１４上に載置されている半導体チップ１６の複数の電
極１８のうち、バンプを整形を行っていない電極１８の
上方にバンプ整形ツール３６が位置決めされるようにＸ
Ｙテーブル２８を制御する。

【００３０】次のステップ１２８では、バンプ整形ツー
ル３６が下降するようにモータ２４を駆動してアーム２
２を回動させ、半導体チップ１６の電極１８から突出し
ているバンプ４０の先端部をバンプ整形ツール３６によ
って押圧する。これにより、バンプ４０の先端部（本発
明における線状導体の後端部に相当）は加熱されると共
に加圧され、図３（Ｅ）に示すように幅寸法が大きくな
るように押し広げられ、底面が平らとなるように整形さ
れる。そしてバンプ４０は、中間部が括れた形状でかつ
断面が略円形の鼓型に整形されることになる。

【００３１】次のステップ１３０では、半導体チップ１
６の複数の電極１８に各々形成されたバンプ４０の先端
部を全て整形したか否か判定する。判定が否定された場
合にはステップ１２６に戻り、ステップ１３０の判定が
肯定される迄ステップ１２６〜ステップ１３０を繰り返
す。これにより、例として図３（Ｆ）に示すように、全
てのバンプ４０が整形されることになる。ステップ１３
０の判定が肯定されるとステップ１３２へ移行し、バン
プ整形ツール３６のヒータをオフして処理を終了する。

【００３２】上記のようにして、半導体チップ１６の全
ての電極１８に鼓型のバンプ４０を形成すると、続いて
配線基板への半導体チップ１６の実装を行う。すなわ
ち、図３（Ｇ）に示すように、半導体チップ１６を実装
するための配線基板４２には、半導体チップ１６の電極
１８と同じピッチで電極４４が形成されている。配線基
板４２の電極４４が形成されている部分に、半導体チッ
プ１６の電極形成面が配線基板４２の電極形成面と対向
するように（半導体チップ１６の電極形成面が下を向く
ように）半導体チップ１６を載置し、半導体チップ１６
の各電極１８上に形成されているバンプ４０が、配線基
板４２の対応する電極４４と当接するように半導体チッ
プ１６を位置決めする。そして、バンプ４０と配線基板
４２の電極４４とを熱圧着によって接続する。

【００３３】これにより、半導体チップ１６の電極１８
と配線基板４２の電極４４とが電気的に接続される。そ
して、半導体チップ１６やバンプ４０の保護のために、
図４に示すように半導体チップ１６と配線基板４２との
間に樹脂４６を充填し、半導体チップ１６と配線基板４
２との隙間を樹脂によって封止することにより、配線基
板４２への半導体チップ１６の実装が完了する。

【００３４】上記では、バンプ４０を、中間部が括れた
鼓型に整形しているので、周囲温度の変化によりバンプ
４０に応力が加わったとしても、バンプ４０の中間部が
弾性変形することにより応力が分散・吸収され、バンプ
４０と電極１８、４４との接合部で接触不良等が生ずる
ことはなく、接合部の信頼性が向上する。

【００３５】また、リフロー処理を行うことなく配線基
板４２に半導体チップ１６を実装することができるの
で、フラックスを除去するために洗浄等の煩雑な処理を
行う必要もなくなる。

【００３６】なお、上記では半導体チップ１６の電極１
８にバンプ４０を形成した後に、該バンプ４０と配線基
板４２の電極４４とを接続するようにしていたが、これ
に限定されるものではなく、配線基板４２の電極４４に
バンプ４０を形成した後に、形成したバンプ４０と半導
体チップ１６の電極１８とを接続するようにしてもよ
い。

【００３７】また、上記ではバンプ４０の形状を、中間
部が括れた形状でかつ断面が略円形の鼓型に整形してい
たが、応力の分散・吸収を考慮すると少なくとも中間部
が括れた形状であればよく、断面形状としてはｎ角形
（ｎ≧３）や楕円形等の種々の形状を適用できる。

【００３８】また、上記では電極１８上へのバンプの形
成をワイヤボンディング装置１０によって行う例を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述
した電極１８にバンプを形成する各工程の少なくとも何
れかを人手で行うようにしてもよい。本発明は上記のよ
うな態様も含んでいることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、中間部が
括れた形状のバンプによって半導体チップの電極と配線
基板の電極とを接続するので、半導体チップと配線基板
の接続部分の信頼性を向上させることができる、という
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るワイヤボンディング装置の概
略構成図である。

【図２】ワイヤボンディング装置の制御部で実行される
処理を示すフローチャートである。

【図３】（Ａ）乃至（Ｇ）は、半導体チップの電極と配
線基板の電極とを接続する処理の概略を時系列的に示す
概略図である。

【図４】半導体チップが配線基板に実装された状態を示
す側面図である。

【符号の説明】

１６ 半導体チップ １８ 電極 ４０ バンプ ４２ 配線基板 ４４ 電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの電極及び配線基板の電極
   の何れか一方に、該電極に接している側の端部から電極
   に接している側と反対側の端部に向かう方向に沿った中
   間部が括れた形状のバンプを形成し、 前記バンプを取付けていない他方の電極に前記バンプの
   前記反対側の端部を熱圧着により取付ける半導体チップ
   の接続方法。
2. 【請求項２】 線状導体の先端部を、線状導体の長手方
   向に略直交する方向に沿った大きさが大きくなるように
   整形し、 半導体チップの電極及び配線基板の電極の何れか一方に
   前記線状導体の先端部を取付け、 前記線状導体の後端部を、線状導体の長手方向に略直交
   する方向に沿った大きさが大きくなるように整形し、 半導体チップの電極と配線基板の電極とが対向するよう
   に半導体チップ及び配線基板を配置し、 前記線状導体が取付けられていない他方の電極に前記線
   状導体の後端部を取付ける半導体チップの接続方法。
3. 【請求項３】 前記線状導体は、半導体チップを配線基
   板に取付けた状態での半導体チップと配線基板の間隔よ
   りも十分に長くされており、 前記線状導体の先端部を整形して半導体チップの電極及
   び配線基板の電極の何れか一方に取付けた後に、前記線
   状導体が前記電極から所定長さ突出するように前記線状
   導体を切断することを特徴とする請求項２記載の半導体
   チップの接続方法。
4. 【請求項４】 線状導体の先端部又は後端部を加熱する
   と共に、線状導体の先端部又は後端部を、線状導体の長
   手方向が整形用平面に対して略垂直となるように前記整
   形用平面に押圧することにより、線状導体の先端部又は
   後端部を整形することを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の半導体チップの接続方法。
5. 【請求項５】 前記線状導体の先端部及び後端部を、熱
   圧着によって電極に取り付けることを特徴とする請求項
   ２乃至請求項４の何れか１項記載の半導体チップの接続
   方法。