実装方法
【課題】実質的に実装精度を悪化させることなく、半田表面の酸化膜を効率よくかつ確実に除去して良好な接合を達成可能な実装方法を提供する。
【解決手段】基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする実装方法。
【解決手段】基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された基板とチップの実装方法に関し、とくに、半田の表層に存在する酸化膜を効率よく除去して良好な接合を達成できるようにした実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成されたフリップチップ接合においては、加熱接合前に、多かれ少なかれ半田の表層には酸化膜が形成されてしまう。この半田の酸化膜は濡れ性が悪いために接合界面を作ってしまい、その分接合強度を低下させるおそれがある。例えば、チップや基板のバンプや電極を半田をリフローして形成する際に、一次酸化により半田表面に酸化膜ができ、フリップチップ接合する際の半田溶融時には酸化膜は破壊されないため接合不良が発生するという問題があった。
【０００３】
このような酸化膜を除去するために、基板の電極（パッド）とチップのバンプを強く押しつけ、バンプにより酸化膜を破壊する方法が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、このような高い圧力による破壊では、バンプに大きな荷重が加わるので、溶融時にバンプクラッシュを起こしてしまうおそれがある。
【０００４】
また、基板を保持するステージを、Ｘ、Ｙ方向にモーターとボールネジを介して微振動させ、そのスクライブ動作により酸化膜を破壊する方法も考えられるが、微振動を与えるための高周波には限界があり、また、アライメント後に移動させることになるためアライメント精度が悪化するという問題がある。
【０００５】
一方、基板とチップの電極またはバンプの接合に、超音波を利用する技術が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。しかし、これら特許文献２、特許文献３に記載の技術はいずれも、超音波振動を与えて接合面に微小凹凸を形成したり、超音波を利用して接合面を加熱したりするものであり、上記のような酸化膜除去に関しては全く考慮されていない。これに対し、特許文献４には、超音波振動を与えて酸化膜を除去することが記載されている。しかしながら、この特許文献４に記載の発明では、単に一つの振動子により超音波振動を付与する方式であるので、超音波振動の方向が一方向に限定され、バンプの片側のみで酸化膜が除去される傾向にあり、酸化膜を十分に除去することができない。そのため、接合面の一部に酸化膜が残り、接合不良等が発生するおそれがある。
【特許文献１】特開平９−２７０４４３号公報
【特許文献２】特開平６−２８３５３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３４７３３６号公報
【特許文献４】特開２０００−１７４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、とくに超音波による微小な相対振動をより効果的に利用することにより、実質的に実装精度を悪化させることなく、半田表面の酸化膜を効率よくかつ確実に除去して良好な接合を達成可能な実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る実装方法は、基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
この実装方法においては、接合工程自体にて上記超音波振動を与えることにより、特に大きな効果が得られる。
【０００９】
上記超音波振動は少なくとも２方向に与えられ、複合振動を発生させて、半田の表層の酸化膜を破壊する。基板とチップの接合面間には、相対的な少なくとも２方向の方向性をもつ複合振動が与えられるので、少なくとも２方向の摩擦が発生し、前述の特許文献４に比べ、半田表層の酸化膜は、むらや偏りを生じることなく、所定の範囲全域にわたって極めて効率よく、しかも確実に破壊、除去されるようになる。この少なくとも２方向の超音波振動は、例えば、互いに直交する２方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）に与えるようにすればよい。もちろん、３方向以上に超音波振動を与えてもよい。
【００１０】
このような本発明に係る実装方法においては、例えば、基板を保持するステージ側に超音波により複合振動を与えて、チップのバンプと基板の電極間に相対的な複合振動を起こして摩擦により酸化膜を効率よくかつ確実に破壊させ、除去する。そして、酸化膜除去後、そのまま加熱して半田を溶融させ、接合する。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係る実装方法によれば、少なくとも２方向に超音波振動を与え電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させて半田の表層の酸化膜を破壊、除去するようにしたので、半田の表層の酸化膜が所定の範囲にわたって確実に除去されることになり、それによって濡れ性が大幅に改善され、半田溶融による優れた接合状態が現出される。また、この酸化膜の除去を接合工程内で行うことで、再酸化する前に加熱することができ、効率的よく優れた酸化膜除去状態を維持して、安定した品質にて接合することが可能となる。
【００１２】
また、チップまたは基板を保持するステージに直接超音波振動を与えることができるので、アライメントテーブルはアライメント後の状態を保持したまま実装することが可能になり、その精度を悪化させずに接合できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る実装方法を示している。図１において、１は電極２を備えた基板を、３は半田バンプ４を備えたチップを示している。基板１は、例えば、基板吸着孔５を備えた基板ステージ６に保持されており、チップ３は、例えば、同様にチップ吸着孔７を備えているとともに加熱手段として急速加熱可能なセラミックヒータ８を内蔵したボンディングヘッド９に保持されている。接合工程では、基板１とチップ３の相対位置関係が所定の位置関係にアライメントされた後、基板１の電極２に、チップ３のバンプ４が接合される。
【００１４】
上記接合を行うに際し、基板１とチップ３のいずれか一方に超音波振動が与えられる。本実施態様では、図２にも示すように、基板ステージ６に超音波振動子１０ａ、１０ｂが付設されており、基板ステージ６に、互いに直交する方向（Ｘ、Ｙ方向）の超音波振動が与えられ、それを介して基板ステージ６に保持されている基板１に２方向の超音波振動が与えられる。すなわち、本実施態様では、超音波振動はＸ、Ｙ方向の複合振動として与えられる。この超音波振動により、基板１の電極２とチップ３のバンプ４との間には、微小な相対的複合振動が生じ、この相対的複合振動により摩擦が発生する。この摩擦により、電極２やバンプ４の表層に存在していた酸化膜が効率よくかつ確実に破壊され、除去される。
【００１５】
例えば図３に示すように、基板１の電極２とチップ３のバンプ４の表層に酸化膜１１ａ、１１ｂが存在していたとすると、上記超音波振動に伴う相対的な複合微振動による摩擦により、酸化膜１１ａ、１１ｂは所定の範囲にわたって効率よく互いに破壊し合って除去され、両表面には新生面が現れ、その状態で当接されることになる。
【００１６】
この複合振動としての超音波振動による酸化膜１１ａ、１１ｂの破壊、除去を、接合工程でアライメント後に行えば、アライメントテーブルはそのままで（つまり、アライメント精度を維持したまま）、加熱による接合に移行できるので、精度を悪化させることなくチップ３を基板１に実装できる。
【００１７】
酸化膜１１ａ、１１ｂを除去して新生面が現れ、そのまま加熱接合することにより、基板１の電極２やチップ３のバンプ４の表面が再酸化する（二次酸化する）前に、加熱溶融による接合を完了でき、溶融部に濡れ性が改善され、安定して優れた接合状態（接合強度、電気的接合）を達成することができる。
【００１８】
なお、本発明において、基板やチップは各種の形態を採り得る。すなわち、本発明において、基板とは、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、チップが実装される側の全てのものを含む。また、本発明において、チップとは、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、基板に実装される側の全てのものを含む。また、前記実施態様では、基板側に電極、チップ側にバンプを設けた例について説明したが、これら電極やバンプに限定されず、電気的な接続が可能なものであればいかなる形態のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る実装方法は、基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成されている場合の、あらゆる実装に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施態様に係る実装方法を実施するための実装装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の部分概略平面図である。
【図３】図１の装置による酸化膜除去の様子の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 基板
２ 電極
３ チップ
４ バンプ（半田バンプ）
５ 基板吸着孔
６ 基板ステージ
７ チップ吸着孔
８ 加熱手段としてのセラミックヒータ
９ ボンディングヘッド
１０ａ、１０ｂ 超音波振動子
１１ａ、１１ｂ 酸化膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された基板とチップの実装方法に関し、とくに、半田の表層に存在する酸化膜を効率よく除去して良好な接合を達成できるようにした実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成されたフリップチップ接合においては、加熱接合前に、多かれ少なかれ半田の表層には酸化膜が形成されてしまう。この半田の酸化膜は濡れ性が悪いために接合界面を作ってしまい、その分接合強度を低下させるおそれがある。例えば、チップや基板のバンプや電極を半田をリフローして形成する際に、一次酸化により半田表面に酸化膜ができ、フリップチップ接合する際の半田溶融時には酸化膜は破壊されないため接合不良が発生するという問題があった。
【０００３】
このような酸化膜を除去するために、基板の電極（パッド）とチップのバンプを強く押しつけ、バンプにより酸化膜を破壊する方法が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、このような高い圧力による破壊では、バンプに大きな荷重が加わるので、溶融時にバンプクラッシュを起こしてしまうおそれがある。
【０００４】
また、基板を保持するステージを、Ｘ、Ｙ方向にモーターとボールネジを介して微振動させ、そのスクライブ動作により酸化膜を破壊する方法も考えられるが、微振動を与えるための高周波には限界があり、また、アライメント後に移動させることになるためアライメント精度が悪化するという問題がある。
【０００５】
一方、基板とチップの電極またはバンプの接合に、超音波を利用する技術が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。しかし、これら特許文献２、特許文献３に記載の技術はいずれも、超音波振動を与えて接合面に微小凹凸を形成したり、超音波を利用して接合面を加熱したりするものであり、上記のような酸化膜除去に関しては全く考慮されていない。これに対し、特許文献４には、超音波振動を与えて酸化膜を除去することが記載されている。しかしながら、この特許文献４に記載の発明では、単に一つの振動子により超音波振動を付与する方式であるので、超音波振動の方向が一方向に限定され、バンプの片側のみで酸化膜が除去される傾向にあり、酸化膜を十分に除去することができない。そのため、接合面の一部に酸化膜が残り、接合不良等が発生するおそれがある。
【特許文献１】特開平９−２７０４４３号公報
【特許文献２】特開平６−２８３５３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３４７３３６号公報
【特許文献４】特開２０００−１７４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、とくに超音波による微小な相対振動をより効果的に利用することにより、実質的に実装精度を悪化させることなく、半田表面の酸化膜を効率よくかつ確実に除去して良好な接合を達成可能な実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る実装方法は、基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
この実装方法においては、接合工程自体にて上記超音波振動を与えることにより、特に大きな効果が得られる。
【０００９】
上記超音波振動は少なくとも２方向に与えられ、複合振動を発生させて、半田の表層の酸化膜を破壊する。基板とチップの接合面間には、相対的な少なくとも２方向の方向性をもつ複合振動が与えられるので、少なくとも２方向の摩擦が発生し、前述の特許文献４に比べ、半田表層の酸化膜は、むらや偏りを生じることなく、所定の範囲全域にわたって極めて効率よく、しかも確実に破壊、除去されるようになる。この少なくとも２方向の超音波振動は、例えば、互いに直交する２方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）に与えるようにすればよい。もちろん、３方向以上に超音波振動を与えてもよい。
【００１０】
このような本発明に係る実装方法においては、例えば、基板を保持するステージ側に超音波により複合振動を与えて、チップのバンプと基板の電極間に相対的な複合振動を起こして摩擦により酸化膜を効率よくかつ確実に破壊させ、除去する。そして、酸化膜除去後、そのまま加熱して半田を溶融させ、接合する。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係る実装方法によれば、少なくとも２方向に超音波振動を与え電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させて半田の表層の酸化膜を破壊、除去するようにしたので、半田の表層の酸化膜が所定の範囲にわたって確実に除去されることになり、それによって濡れ性が大幅に改善され、半田溶融による優れた接合状態が現出される。また、この酸化膜の除去を接合工程内で行うことで、再酸化する前に加熱することができ、効率的よく優れた酸化膜除去状態を維持して、安定した品質にて接合することが可能となる。
【００１２】
また、チップまたは基板を保持するステージに直接超音波振動を与えることができるので、アライメントテーブルはアライメント後の状態を保持したまま実装することが可能になり、その精度を悪化させずに接合できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る実装方法を示している。図１において、１は電極２を備えた基板を、３は半田バンプ４を備えたチップを示している。基板１は、例えば、基板吸着孔５を備えた基板ステージ６に保持されており、チップ３は、例えば、同様にチップ吸着孔７を備えているとともに加熱手段として急速加熱可能なセラミックヒータ８を内蔵したボンディングヘッド９に保持されている。接合工程では、基板１とチップ３の相対位置関係が所定の位置関係にアライメントされた後、基板１の電極２に、チップ３のバンプ４が接合される。
【００１４】
上記接合を行うに際し、基板１とチップ３のいずれか一方に超音波振動が与えられる。本実施態様では、図２にも示すように、基板ステージ６に超音波振動子１０ａ、１０ｂが付設されており、基板ステージ６に、互いに直交する方向（Ｘ、Ｙ方向）の超音波振動が与えられ、それを介して基板ステージ６に保持されている基板１に２方向の超音波振動が与えられる。すなわち、本実施態様では、超音波振動はＸ、Ｙ方向の複合振動として与えられる。この超音波振動により、基板１の電極２とチップ３のバンプ４との間には、微小な相対的複合振動が生じ、この相対的複合振動により摩擦が発生する。この摩擦により、電極２やバンプ４の表層に存在していた酸化膜が効率よくかつ確実に破壊され、除去される。
【００１５】
例えば図３に示すように、基板１の電極２とチップ３のバンプ４の表層に酸化膜１１ａ、１１ｂが存在していたとすると、上記超音波振動に伴う相対的な複合微振動による摩擦により、酸化膜１１ａ、１１ｂは所定の範囲にわたって効率よく互いに破壊し合って除去され、両表面には新生面が現れ、その状態で当接されることになる。
【００１６】
この複合振動としての超音波振動による酸化膜１１ａ、１１ｂの破壊、除去を、接合工程でアライメント後に行えば、アライメントテーブルはそのままで（つまり、アライメント精度を維持したまま）、加熱による接合に移行できるので、精度を悪化させることなくチップ３を基板１に実装できる。
【００１７】
酸化膜１１ａ、１１ｂを除去して新生面が現れ、そのまま加熱接合することにより、基板１の電極２やチップ３のバンプ４の表面が再酸化する（二次酸化する）前に、加熱溶融による接合を完了でき、溶融部に濡れ性が改善され、安定して優れた接合状態（接合強度、電気的接合）を達成することができる。
【００１８】
なお、本発明において、基板やチップは各種の形態を採り得る。すなわち、本発明において、基板とは、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板、チップ、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、チップが実装される側の全てのものを含む。また、本発明において、チップとは、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハーなど、種類や大きさに関係なく、基板に実装される側の全てのものを含む。また、前記実施態様では、基板側に電極、チップ側にバンプを設けた例について説明したが、これら電極やバンプに限定されず、電気的な接続が可能なものであればいかなる形態のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る実装方法は、基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成されている場合の、あらゆる実装に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施態様に係る実装方法を実施するための実装装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の部分概略平面図である。
【図３】図１の装置による酸化膜除去の様子の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 基板
２ 電極
３ チップ
４ バンプ（半田バンプ）
５ 基板吸着孔
６ 基板ステージ
７ チップ吸着孔
８ 加熱手段としてのセラミックヒータ
９ ボンディングヘッド
１０ａ、１０ｂ 超音波振動子
１１ａ、１１ｂ 酸化膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする実装方法。
【請求項２】
接合工程にて超音波振動を与える、請求項１の実装方法。
【請求項３】
互いに直交する２方向に超音波振動を与える、請求項１または２の実装方法。
【請求項１】
基板とチップの電極またはバンプの少なくとも一方が半田で形成された、基板とチップを接合するに際し、基板とチップのいずれか一方に少なくとも２方向に超音波振動を与えて電極とバンプ間に相対的な複合振動による摩擦を発生させ、該摩擦により半田の表層の酸化膜を破壊し除去した後、加熱により半田を溶融させて接合することを特徴とする実装方法。
【請求項２】
接合工程にて超音波振動を与える、請求項１の実装方法。
【請求項３】
互いに直交する２方向に超音波振動を与える、請求項１または２の実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２８６７９６（Ｐ２００６−２８６７９６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２７４７（Ｐ２００５−１０２７４７）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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