JPH11102933A - Bonding method - Google Patents
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- JPH11102933A JPH11102933A JP26044197A JP26044197A JPH11102933A JP H11102933 A JPH11102933 A JP H11102933A JP 26044197 A JP26044197 A JP 26044197A JP 26044197 A JP26044197 A JP 26044197A JP H11102933 A JPH11102933 A JP H11102933A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波素子や半
導体素子等の電子部品を基板に搭載した電子装置の製造
方法に関し、特にチップ型電子部品をフリップチップ方
式により基板上に実装する電子装置の製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device in which electronic components such as surface acoustic wave devices and semiconductor devices are mounted on a substrate, and more particularly to an electronic device in which chip-type electronic components are mounted on a substrate by a flip-chip method. And a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子をはじめとする各種チップ形
状の電子部品を基板、パッケージなどに実装する手法の
1つにフリップチップ方式がある。これは、電子部品に
配設された接続端子と、基板などに配設された接続端子
とを導電性バンプにより接続する実装方法である。2. Description of the Related Art A flip-chip method is one of the techniques for mounting electronic components having various chip shapes such as semiconductor elements on a substrate, a package, or the like. This is a mounting method in which connection terminals provided on an electronic component and connection terminals provided on a substrate or the like are connected by conductive bumps.
【0003】弾性表面波フィルタ、弾性表面波共振子な
どの弾性表面波装置(SAWデバイス)のような電子部
品の実装は、従来ワイヤボンディング方式が主流であっ
たが、近年では超音波、加熱、押圧を併用したフリップ
チップ方式が導入されている。 例えば「フリップチッ
プ型GHz帯SAWフィルタ」(信学技報、1995年
5月7日、社団法人電子情報通信学会発行)には、フェ
−スダウンボンディングを用いたフリップチップ型SA
Wデバイスに関する技術が記載されている。ここには、
フェースダウンボンディングを行う際の超音波、荷重の
効果的な条件が記載されている。これによれば、1チッ
プに対して2回のフェースダウンボンディングを行う手
法を用いており、1回目は定荷重で弱い超音波を併用し
て、バンプ平坦化(レベル合わせ)を行い、2回目では
1回目と同じ定荷重で、1回目よりも強い超音波を併用
し、バンプと接続端子との接合を行う手法である。この
手法によれば、40gf/バンプ程度のシェア強度のフ
ェ−スダウンボンディングが可能であるという記載があ
る。Conventionally, electronic components such as surface acoustic wave devices (SAW devices) such as surface acoustic wave filters and surface acoustic wave resonators have been mainly mounted by wire bonding. A flip-chip method using pressing has been introduced. For example, a “flip-chip type SAW filter in the GHz band” (IEICE Technical Report, published on May 7, 1995 by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers) includes a flip-chip type SA using face-down bonding.
A technique relating to W devices is described. here,
It describes effective conditions of ultrasonic waves and loads when performing face-down bonding. According to this method, a method of performing face-down bonding twice for one chip is used, and the first time, flattening of bumps (level adjustment) using weak ultrasonic waves with a constant load is performed, and the second time. In this method, the bumps and the connection terminals are joined by using the same constant load as the first time and using ultrasonic waves stronger than the first time. According to this method, face down bonding with a shear strength of about 40 gf / bump is possible.
【0004】バンプ接続のシェア強度は、半導体素子
や、弾性表面波装置を搭載した電子装置の用途、使用条
件等により様々に異なっている。前述の手法により得ら
れる接合強度は、十分な接合強度を必要とせず、かつ十
分な接合信頼性を必要としない場合には十分なシェア強
度であると考えられる。[0004] The shear strength of the bump connection varies in various ways depending on the application and use conditions of the semiconductor device and the electronic device equipped with the surface acoustic wave device. The bonding strength obtained by the above-described method is considered to be a sufficient shear strength when sufficient bonding strength is not required and sufficient bonding reliability is not required.
【0005】しかしながら、使用条件が厳しかったり、
高度の信頼性が要求される場合には、より大きな接合強
度を確保することが必要となる。例えば半導体素子や弾
性表面波素子などのチップと、このチップを搭載する基
板の熱膨張率の差が大きい場合には、製造工程や、実際
の使用環境により印加される熱的な負荷などに起因し
て、バンプ剥離等の接続不良が発生するおそれが大き
い。また、基板上にフェースダウンボンディングされた
チップをモールド樹脂などで樹脂封止するような場合、
すなわち、封止用樹脂の硬化収縮応力や熱膨張応力が直
接チップに働くような場合にも上述のシェア強度では不
十分である。However, the use conditions are severe,
When a high degree of reliability is required, it is necessary to secure a larger bonding strength. For example, when the difference between the coefficient of thermal expansion of a chip such as a semiconductor element or a surface acoustic wave element and the substrate on which the chip is mounted is large, the difference may be caused by a manufacturing process or a thermal load applied by an actual use environment. As a result, there is a high possibility that a connection failure such as bump peeling will occur. Also, when a chip that is face-down bonded on a substrate is sealed with a resin such as a mold resin,
That is, even when the curing shrinkage stress or the thermal expansion stress of the sealing resin directly acts on the chip, the above-mentioned shear strength is insufficient.
【0006】また、このような電子部品の実装は大量に
行われることが多いため、実装に要するコスト、タクト
タイムを如何に低減するかが、生産性を高める上で大き
な課題となる。このように、十分な接合強度を確保しつ
つ高い生産性で電子部品を実装する技術の確立が求めら
れている。[0006] In addition, since such electronic components are often mounted in a large amount, how to reduce the cost and the tact time required for mounting is a major issue in improving productivity. Thus, there is a need to establish a technique for mounting electronic components with high productivity while securing sufficient bonding strength.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決するためになされたものである。すなわち本発
明はバンプ接続のシェア強度を向上でき、信頼性の高い
電子装置の製造方法を提供することを目的とする。また
本発明は、接続信頼性を向上するとともに生産性を向上
することができる電子装置の製造方法を提供することを
目的とする。また本発明は電子部品と基板との接合強度
を向上するとともに、接触抵抗を低減することができる
電子装置の製造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly reliable electronic device which can increase the shear strength of bump connection. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an electronic device that can improve connection reliability and improve productivity. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electronic device capable of improving the bonding strength between an electronic component and a substrate and reducing the contact resistance.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため本発明は以下のような構成を採用している。In order to solve such a problem, the present invention employs the following configuration.
【0009】本発明はの接合方法は、第1の電極上に配
設されたバンプと第2の電極とを接合する接合方法にお
いて、前記第1の電極と前記第2の電極とを前記バンプ
の高さのレベリングに要する第1の荷重よりも大きな第
2の荷重で押圧するとともに、第1の出力で超音波を印
加して前記バンプと前記第2の電極とを接合することを
特徴とする。前記第1の出力と前記第2の荷重との比
は、前記バンプ1個あたり約0.001W/gfよりも
大きくなるように調節するようにしてもよい。The present invention relates to a bonding method for bonding a bump provided on a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode and the second electrode are connected to the bump. Pressing with a second load greater than the first load required for leveling at a height, and applying ultrasonic waves at a first output to join the bump and the second electrode. I do. The ratio between the first output and the second load may be adjusted to be greater than about 0.001 W / gf per bump.
【0010】また本発明の接合方法は、第1の電極上に
配設されたバンプと第2の電極とを接合する接合方法に
おいて、前記第1の電極と前記第2の電極とを前記バン
プの高さのレベリングに要する第1の荷重よりも大きな
第2の荷重で押圧するとともに、第1の出力で超音波を
印加して前記バンプと前記第2の電極とを接合する第1
の接合工程と、前記第1の電極と前記第2の電極とを前
記第2の荷重よりも大きい第3の荷重で押圧するととも
に、前記第1の出力よりも大きい第2の出力で前記超音
波を印加して前記導電性バンプと前記第2の接続端子と
を接合する第2の接続工程とを有することを特徴とす
る。In a bonding method according to the present invention, in the bonding method for bonding a bump disposed on a first electrode and a second electrode, the first electrode and the second electrode may be bonded to the bump. And a second load larger than the first load required for leveling at the same height, and applying an ultrasonic wave at a first output to join the bump and the second electrode.
And pressing the first electrode and the second electrode with a third load greater than the second load, and pressing the first electrode and the second electrode with a second output greater than the first output. A second connection step of applying a sound wave to join the conductive bump and the second connection terminal.
【0011】前記1の出力と前記第2の荷重との比およ
び前記第2の出力と前記第3の荷重との比は、前記バン
プ1個あたり約0.001W/gfよりも大きくなるよ
うに調節するようにしてもよい。また、前記第2の接合
工程は前記第2の出力および前記第3の荷重を増加させ
ながら多段階にわたって行うようにしてもよい。The ratio between the first output and the second load and the ratio between the second output and the third load are set to be greater than about 0.001 W / gf per bump. It may be adjusted. Further, the second joining step may be performed in multiple stages while increasing the second output and the third load.
【0012】すなわち本発明の接合方法は、いわゆるフ
ェースダウンボンディングにより弾性表面波素子、半導
体素子などの電子部品をパッケージの基板、母基板など
のホスト側(単に基板という)に搭載する際に、加熱、
押圧、超音波印加を組み合わせた複数段階のボンディン
グによりバンプと電極(接続端子)との固相拡散接続を
行うものである。そして、1段階目からレベル合わせに
要する荷重よりも大きな、実質的にバンプと電極との固
相拡散接続に寄与する荷重を印加しながら超音波を印加
するものである。このような接合を行うことにより、従
来よりも大きな接合強度が得られ、接続信頼性を向上す
ることができる。また本発明によれば接合強度を向上す
ることができるだけでなく、接合に要する時間を大幅に
短縮することができる。したがって、電子部品の実装工
程の生産性を大きく向上することができ、製品コストを
低減することができる。That is, according to the bonding method of the present invention, when electronic components such as surface acoustic wave devices and semiconductor devices are mounted on a host side (simply called a substrate) such as a package substrate and a mother substrate by so-called face-down bonding, the heating is performed. ,
The solid-phase diffusion connection between the bump and the electrode (connection terminal) is performed by bonding in a plurality of stages in which pressing and application of ultrasonic waves are combined. Ultrasonic waves are applied from the first stage while applying a load larger than the load required for level adjustment and substantially contributing to the solid phase diffusion connection between the bump and the electrode. By performing such bonding, higher bonding strength than before can be obtained, and connection reliability can be improved. Further, according to the present invention, not only the joining strength can be improved, but also the time required for joining can be greatly reduced. Therefore, the productivity of the electronic component mounting process can be greatly improved, and the product cost can be reduced.
【0013】さらに、各段のボンディング工程で印加す
る荷重と超音波出力との比を最適化することにより全体
のタクトタイムを長くすることなく、接合不良の発生率
を大幅に低減することができる。Furthermore, by optimizing the ratio between the load applied in each bonding step and the ultrasonic output, the incidence of defective bonding can be greatly reduced without increasing the overall tact time. .
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下に本発明についてさらに詳細
に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
【0015】(実施形態1)図1は本発明における超音
波熱圧着方法におけるボンディング条件の例を示すタイ
ムチャートである。比較のため従来の超音波熱圧着方法
におけるボンディング条件を示すタイムチャートの例を
図2に示した。図2に示すように、従来の超音波熱圧着
方式では、バンプ高さをそろえるためにために必要な荷
重をかけながら、弱い超音波出力を印加して1段目のボ
ンディングを行い、ついでバンプと電極とを超音波熱圧
着するために、1段目と同じ荷重を加えながら、1段目
よりも強い超音波出力を印加して2段目のボンディング
を行っている。つまり、実質的に同じ負荷の荷重を与え
ながら超音波出力を変化させて2段のボンディングを行
っている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a time chart showing an example of bonding conditions in the ultrasonic thermocompression bonding method according to the present invention. For comparison, an example of a time chart showing bonding conditions in the conventional ultrasonic thermocompression bonding method is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the conventional ultrasonic thermocompression bonding method, the first stage bonding is performed by applying a weak ultrasonic output while applying a load necessary to make the bump height uniform. In order to perform ultrasonic thermocompression bonding of the electrodes and the electrodes, the second stage bonding is performed by applying an ultrasonic output stronger than the first stage while applying the same load as the first stage. In other words, two-stage bonding is performed by changing the ultrasonic output while applying substantially the same load.
【0016】これに対して本発明の接合方法は、印加す
る荷重と、超音波出力とをどちらも多段階的に大きくし
ながら複数段のボンディングを行うものである。また1
段目のボンディングの際に与える荷重は単にバンプ高さ
のレベリングに必要な荷重よりも大きな、バンプと電極
との固相拡散接続に寄与する荷重を与えている。On the other hand, the bonding method according to the present invention performs bonding in a plurality of stages while increasing both the applied load and the ultrasonic output in multiple steps. Also one
The load applied at the time of the step of bonding is larger than the load required for leveling the bump height, but is a load that contributes to the solid-phase diffusion connection between the bump and the electrode.
【0017】このようなボンディングを行うことによ
り、従来の接合方法よりも大きな接合強度を得ることが
でき、電子装置の信頼性を向上することができる。By performing such bonding, a higher bonding strength can be obtained than in the conventional bonding method, and the reliability of the electronic device can be improved.
【0018】図3は本発明によりフリップチップボンデ
ィングを行う際の接合部の様子を説明するための図であ
る。荷重と超音波出力とを多段階的に増加しながらボン
ディングを行うことにより、図3に示すように、弾性表
面波素子上の接続端子11aとバンプ14との接触部1
1x、ならびにバンプ14と基板11上に配設された接
続端子11aとの接触部12xとの接合強度が、図3
(a)、図3(b)、図3(c)、図3(d)の順にほ
ぼ連続的に大きくなることがわかる。このため、接合強
度が向上するだけでなく、より低い超音波出力でも強固
な接合を得ることができる。したがって、全体として接
合後の接合強度を安定・向上することができる。FIG. 3 is a view for explaining a state of a bonding portion when performing flip chip bonding according to the present invention. By performing the bonding while increasing the load and the ultrasonic output in multiple stages, as shown in FIG. 3, the contact portion 1 between the connection terminal 11a on the surface acoustic wave element and the bump 14 is formed.
1x, and the bonding strength between the bump 14 and the contact portion 12x with the connection terminal 11a disposed on the substrate 11 is shown in FIG.
(A), FIG. 3 (b), FIG. 3 (c), and FIG. Therefore, not only the joining strength is improved, but also a strong joining can be obtained with a lower ultrasonic output. Therefore, the bonding strength after bonding can be stabilized and improved as a whole.
【0019】図4は本発明を適用して製造した電子装置
の構造の例を概略的に示す図である。この電子装置は、
基板11上に半導体素子12をフェースダウン型に搭載
し、さらにモールド樹脂13により封止した半導体パッ
ケージである。半導体素子12の基板11に対向する面
には例えばAlなどからなる接続端子12aが配設され
ている。一方基板11の半導体素子12搭載面には例え
ばAu、Ni、Cr、Cuまたはこれらの合金などから
なる接続端子11aが配設されている。そして半導体素
子12と基板11とは、半導体素子12の接続端子12
aと、基板11の接続端子11aとに挟持された例えば
Auなどからなるバンプ14により固相拡散接続して接
合されている。バンプ14は半導体素子12に配設して
おくようにしてもよいし、基板11に配設しておくよう
にしてもよい。このようなバンプ14は例えばAuのボ
ンディングワイヤをボンディングツールで接続端子上に
接触させ、電圧を印加することにより形成するようにし
てもよい。本発明の接合方法によれば、従来の接合方法
による場合よりも接合強度を向上することができるの。
したがって、例えばモールド樹脂13が硬化収縮する場
合に基板11と半導体素子12との熱膨張係数の差異に
起因して、基板11と半導体素子12との間に作用する
応力や、このような半導体パッケージ等の電子部品を実
際に使用にサイクリックに印加される熱的負荷により、
基板11と半導体素子12との間に応力に対抗するのに
十分な強度で接合することができ、接合状態を安定して
保持することができる。したがって、本発明を適用する
ことにより信頼性の高い電子装置を提供することができ
る (実施形態2)次に、本発明の接合方法の効果を確認す
るために行った実験の結果について説明する。半導体素
子、弾性表面波素子などの主としてAlからなる接続端
子上に、例えばボンディングツールなどによりAuバン
プを形成した。一方、この素子を搭載する配線基板上に
はAuからなる接続端子を形成した。そして、配線基板
の接続端子と、素子のバンプとが対向するように配置
し、全体を約200℃程度に加熱しながら、ボンディン
グヘッドで素子の背面を押圧するとともに、超音波を印
加してバンプと接続端子とを固相拡散接続させた。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the structure of an electronic device manufactured by applying the present invention. This electronic device
This is a semiconductor package in which a semiconductor element 12 is mounted face-down on a substrate 11 and further sealed with a mold resin 13. A connection terminal 12a made of, for example, Al is provided on a surface of the semiconductor element 12 facing the substrate 11. On the other hand, a connection terminal 11a made of, for example, Au, Ni, Cr, Cu, or an alloy thereof is provided on a surface of the substrate 11 on which the semiconductor element 12 is mounted. The semiconductor element 12 and the substrate 11 are connected to the connection terminals 12 of the semiconductor element 12.
and a bump 14 made of, for example, Au, sandwiched between a. The bumps 14 may be provided on the semiconductor element 12 or on the substrate 11. Such a bump 14 may be formed, for example, by bringing an Au bonding wire into contact with a connection terminal with a bonding tool and applying a voltage. According to the bonding method of the present invention, the bonding strength can be improved as compared with the conventional bonding method.
Therefore, for example, when the mold resin 13 cures and contracts, the stress acting between the substrate 11 and the semiconductor element 12 due to the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate 11 and the semiconductor element 12 or the semiconductor package Due to the thermal load applied cyclically to the actual use of electronic components such as
The bonding between the substrate 11 and the semiconductor element 12 can be performed with sufficient strength to resist stress, and the bonding state can be stably maintained. Therefore, a highly reliable electronic device can be provided by applying the present invention. (Embodiment 2) Next, the results of experiments performed to confirm the effects of the bonding method of the present invention will be described. Au bumps were formed on connection terminals mainly made of Al, such as semiconductor elements and surface acoustic wave elements, using, for example, a bonding tool. On the other hand, connection terminals made of Au were formed on a wiring board on which this element was mounted. Then, the connection terminals of the wiring board and the bumps of the element are arranged so as to face each other, and while the whole is heated to about 200 ° C., the back surface of the element is pressed by a bonding head, and ultrasonic waves are applied to the bumps. And the connection terminal were connected by solid phase diffusion.
【0020】この例では1段目のボンディングを、荷重
約150gf/バンプ、超音波出力約0.07W/バン
プで行い、2段目のボンディングを荷重約250gf/
バンプ、超音波出力約0.29W/バンプに設定して行
った。この結果、従来の接合方法により得られる接合強
度の約3倍以上に相当する約150gf/バンプ程度の
シェア強度を得ることができた。In this example, the first-stage bonding is performed with a load of about 150 gf / bump and the ultrasonic output of about 0.07 W / bump, and the second-stage bonding is performed with a load of about 250 gf / bump.
Bump and ultrasonic output were set at about 0.29 W / bump. As a result, a shear strength of about 150 gf / bump corresponding to about three times or more of the bonding strength obtained by the conventional bonding method could be obtained.
【0021】従来の例でも超音波出力を2段階で大きく
した超音波熱圧着方法が採用されているが、1段目のボ
ンディング工程で印加する超音波出力はあくまでもバン
プの高さをそろえるレベリングのための工程であり、印
加される荷重に対し超音波が弱いために、バンプと電極
との接合面積を増やし、シェア強度を向上させる効果を
得ることはできない。これに対して、本発明では荷重に
対して最適化した出力で超音波を多段的に加えることに
より、格段に接合強度を向上し、信頼性の高い実装を行
うことができる。In the conventional example, an ultrasonic thermocompression bonding method in which the ultrasonic output is increased in two stages is adopted. However, the ultrasonic output applied in the first bonding step is only used for leveling in which the height of the bumps is adjusted. In this case, the ultrasonic waves are weak against the applied load, so that the effect of increasing the bonding area between the bump and the electrode and improving the shear strength cannot be obtained. On the other hand, in the present invention, by applying ultrasonic waves in multiple stages with an output optimized for the load, the bonding strength can be remarkably improved, and highly reliable mounting can be performed.
【0022】(実施形態3)実施形態2で説明した例の
とは異なる条件で超音波熱圧着方法によりボンディング
を行い、本発明の接合方法の効果を確認した。(Embodiment 3) Bonding was performed by an ultrasonic thermocompression bonding method under conditions different from those of the example described in Embodiment 2, and the effect of the bonding method of the present invention was confirmed.
【0023】この例では、1段目のボンディングを荷重
約50gf/バンプ、超音波出力約0.03W/バンプ
に設定し、2段目のボンディングを荷重約150gf/
バンプ、超音波出力約0.07W/バンプに設定し、3
段目のボンディングを荷重約250gf/バンプ、超音
波出力約0.29W/バンプに設定して電極とバンプと
の超音波熱圧着を行った。このような3段階の接合工程
により上述した2段階の接合工程と同等のシェア強度約
150gf/バンプが得られた。さらに超音波発振や荷
重印加に必要な処理時間を1段階のボンディングあたり
約1/2に短縮することができた。したがって従来の接
合方法や実施形態2の接合方法に比べても工程に必要な
時間を約2/3に短縮することができる。このように本
発明によれば、電極とバンプとの接合強度を向上するこ
とができるだけでなく、生産性も大きく向上することが
できる。In this example, the first-stage bonding is set to a load of about 50 gf / bump, the ultrasonic output is set to about 0.03 W / bump, and the second-stage bonding is set to a load of about 150 gf / bump.
Bump, ultrasonic output set to about 0.07W / bump, 3
Ultrasonic thermocompression bonding between the electrode and the bump was performed by setting the bonding at the stage to a load of about 250 gf / bump and an ultrasonic output of about 0.29 W / bump. By such a three-stage bonding process, a shear strength of about 150 gf / bump equivalent to the two-stage bonding process described above was obtained. Further, the processing time required for ultrasonic oscillation and load application can be reduced to about あ た り per one-stage bonding. Therefore, the time required for the process can be reduced to about / compared to the conventional bonding method and the bonding method of the second embodiment. As described above, according to the present invention, not only can the bonding strength between the electrode and the bump be improved, but also the productivity can be greatly improved.
【0024】(実施形態4)上述のように本発明の接合
方法は、荷重、超音波出力ともに多段階に大きくしなが
らボンディングを行うものであり、かつバンプのレベリ
ングに要する荷重よりも大きい荷重を最初から加えるも
のである。さらに、接合工程全体にわたって印加する荷
重に対する超音波出力の値を適正に調節することによ
り、常に拡散接合を進行させることができる。(Embodiment 4) As described above, the bonding method of the present invention performs bonding while increasing both the load and the ultrasonic output in multiple steps, and applies a load larger than the load required for leveling the bumps. It is added from the beginning. Furthermore, by appropriately adjusting the value of the ultrasonic output with respect to the load applied throughout the entire bonding process, the diffusion bonding can always proceed.
【0025】本発明者らは、各段のボンディングで電極
とバンプとに印加する荷重と超音波出力の値を、バンプ
1個あたり約0.001W/gfよりも大きくなるよう
に調節することにより、さらに良好な接合状態を得るこ
とができることを見出だした。 本発明の効果を確認す
るために行ったさらに別の実験結果について説明する。
まず1段のボンディング工程で接続した場合について
説明する。ボンディング時に印加する荷重を250gf
/バンプ、超音波出力を0.29Wに設定した。このと
きの(超音波出力/荷重)は約0.0012W/gfで
ある。従来の接合方法では、1段目で印加する超音波出
力はレベリングを目的としているためにこれよりもずっ
と微弱な出力であり、実質的な電極−バンプ間の固相拡
散接合の形成に寄与していない。また従来の接合方法で
は、1段目で印加する荷重は複数のバンプのレベリング
を目的としているため約40gf/バンプ程度である。
これに対し本発明では、1段目のボンディング工程から
電極−バンプ間の固相拡散接合の形成実質的に寄与する
ような荷重、超音波出力を印加している。このような本
発明の接合方法により、従来例の2段にわたるボンディ
ング工程で得られるシェア強度40gf/バンプに比べ
3倍以上に当たる150gf/バンプのシェア強度を得
ることができた。この実験の際のプロセス時間は0.5
秒であり、従来例の1.6秒と比べ1/3以下にまで短
縮することができた。しかしながら、サンプルの一部を
抜き取って行ったシェアテスト時の剥離箇所を調べたと
ころ、全体の約30%のバンプに接合不良が見られた。The present inventors adjusted the load applied to the electrode and the bump in each stage of bonding and the value of the ultrasonic output so as to be larger than about 0.001 W / gf per bump. It was found that a better bonding state could be obtained. Another experimental result performed to confirm the effect of the present invention will be described.
First, a description will be given of a case where connection is performed in a single-stage bonding process. Load applied at the time of bonding is 250 gf
/ Bump and ultrasonic power were set to 0.29W. At this time, (ultrasonic output / load) is about 0.0012 W / gf. In the conventional bonding method, the ultrasonic power applied in the first stage is much weaker than that for the purpose of leveling, and contributes to the formation of a solid-state diffusion bond between the electrode and the bump. Not. In the conventional bonding method, the load applied in the first stage is about 40 gf / bump because the purpose is to level a plurality of bumps.
On the other hand, in the present invention, a load and an ultrasonic output which substantially contribute to the formation of the solid-phase diffusion bonding between the electrode and the bump are applied from the first bonding step. According to such a bonding method of the present invention, a shear strength of 150 gf / bump, which is three times or more, compared to a shear strength of 40 gf / bump obtained in a bonding step of two steps in the conventional example, could be obtained. The process time for this experiment was 0.5
Seconds, which was reduced to 1/3 or less of 1.6 seconds in the conventional example. However, when a peeling portion was examined at the time of a shear test performed by extracting a part of the sample, a bonding failure was found in about 30% of the whole bumps.
【0026】(実施形態5)2段階のボンディングを行
った例について説明する。1段目のボンディング時に印
加する荷重を約121gf/バンプ、超音波出力を0.
14Wに設定し、2段目のボンディング時に印加する荷
重を約250gf/バンプ、超音波出力を約0.29W
に設定した。このときの(超音波出力W/荷重gf)の
値は1段目、2段目とも約0.0012W/gfであ
る。(Embodiment 5) An example in which two-stage bonding is performed will be described. The load applied at the time of the first-stage bonding was about 121 gf / bump, and the ultrasonic output was 0.1 gf.
14 W, the load to be applied at the time of the second stage bonding is about 250 gf / bump, and the ultrasonic output is about 0.29 W
Set to. At this time, the value of (ultrasonic output W / load gf) is about 0.0012 W / gf in both the first and second stages.
【0027】接合完了後サンプルの接合状態を調べたと
ころ、得られたシェア強度は1段階のボンディングによ
り得られる強度をと同等の約150gf/バンプであっ
たが、接合不良のバンプを全体の約10%にまで低減す
ることができた。このボンディングでのプロセス時間は
各段0.25秒とし、合計0.5秒で実施した。このよ
うに超音波出力Wと荷重gfとの比を約0.0012W
/gf以上に設定して各段のボンディングを行うことに
より接合強度を向上するとともに生産性を向上すること
ができる。When the bonding state of the sample was examined after the completion of the bonding, the obtained shear strength was about 150 gf / bump equivalent to the strength obtained by the one-stage bonding. It could be reduced to 10%. The process time in this bonding was 0.25 seconds for each stage, and the total was 0.5 seconds. As described above, the ratio between the ultrasonic output W and the load gf is set to about 0.0012 W.
By performing the bonding at each stage while setting the ratio to / gf or more, the bonding strength can be improved and the productivity can be improved.
【0028】(実施形態6)さらに、3段階のボンディ
ングを行った例について説明する。1段目のボンディン
グ時に印加する荷重を約64gf/バンプ、超音波出力
を0.07Wに設定し、2段目のボンディング時に印加
する荷重を約121gf/バンプ、超音波出力を0.1
4Wに設定し、3段目のボンディング時に印加する荷重
を約250gf/バンプ、超音波出力を0.29Wに設
定して連続的にボンディングを行った。このときの(超
音波出力W/荷重gf)の値は、1段目が約0.001
1W/gfであり、2段目が約0.0012W/gであ
り、3段目が約0.0012W/gfである。(Embodiment 6) An example in which three-stage bonding is performed will be described. The load applied during the first stage bonding was set to about 64 gf / bump and the ultrasonic output was set to 0.07 W. The load applied during the second stage bonding was set to about 121 gf / bump and the ultrasonic output was set to 0.1.
Bonding was performed continuously with the load set to 4 W, the load applied during the third stage bonding set to about 250 gf / bump, and the ultrasonic output set to 0.29 W. The value of (ultrasonic output W / load gf) at this time is about 0.001 in the first stage.
1 W / gf, the second stage is about 0.0012 W / g, and the third stage is about 0.0012 W / gf.
【0029】3段階の接合を終えた抜き取って接合状態
を調べたところ、得られたシェア強度は1段階で接合し
た場合、および2段階で接合した場合と同等の約150
gf/バンプであったが、接合不良の発生率を全体のバ
ンプの約3%にまで低下することができた。この実験で
のプロセス時間は各段0.17秒とし、合計0.5秒で
実施した。After the three stages of joining, the samples were taken out and examined for the joining condition. The shear strength obtained was about 150%, which is equivalent to the case of joining in one stage and the case of joining in two stages.
gf / bump, but the incidence of bonding failure could be reduced to about 3% of the total bumps. The process time in this experiment was 0.17 seconds for each stage, and the total time was 0.5 seconds.
【0030】(実施形態7)さらに、4段階のボンディ
ングを行った例について説明する。1段目のボンディン
グ時に印加する荷重を約64gf/バンプ、超音波出力
を0.07Wに設定し、2段目のボンディング時に印加
する荷重を約121gf/バンプ、超音波出力を0.1
4Wに設定し、3段目のボンディング時に印加する荷重
を約188gf/バンプ、超音波出力を0.21Wに設
定し、4段目のボンディング時に印加する荷重を約25
0gf/バンプ、超音波出力を0.29Wに設定して連
続的にボンディングを行った。このときの(超音波出力
W/荷重gf)の値は、1段目が約0.0011W/g
fであり、2段目が約0.0012W/gであり、3段
目が約0.0011W/gfであり、4段目が約0.0
012W/gfである。(Embodiment 7) An example in which four-stage bonding is performed will be described. The load applied during the first stage bonding was set to about 64 gf / bump and the ultrasonic output was set to 0.07 W. The load applied during the second stage bonding was set to about 121 gf / bump and the ultrasonic output was set to 0.1.
4 W, the load applied during the third stage bonding was set to about 188 gf / bump, the ultrasonic output was set to 0.21 W, and the load applied during the fourth stage bonding was about 25.
Bonding was performed continuously at 0 gf / bump and an ultrasonic output of 0.29 W. At this time, the value of (ultrasonic output W / load gf) is about 0.0011 W / g in the first stage.
f, the second stage is about 0.0012 W / g, the third stage is about 0.0011 W / gf, and the fourth stage is about 0.012 W / g.
012 W / gf.
【0031】4段階の接合を終えた時の接合状態を調べ
たところ、得られたシェア強度は1段階で接合した場
合、2段階で接合した場合、および3段階で接合した場
合と同等の約150gf/バンプであったが、接合不良
の発生率を全バンプの1%にまで低減することができ
た。この実験でのプロセス時間は各段0.13秒とし、
合計0.5秒で実施した。When the joining state at the time of completion of the four-stage joining was examined, the obtained shear strength was about the same as when joining in one stage, joining in two stages, and joining in three stages. Although it was 150 gf / bump, the incidence of defective bonding could be reduced to 1% of all bumps. The process time in this experiment was 0.13 seconds for each stage,
This was performed for a total of 0.5 seconds.
【0032】以上の実験からも分かるように荷重と超音
波出力の適正化はシェア強度の大幅な改善に効果があ
る。さらに上記のように荷重と超音波出力を適正に調節
して多段階的なボンディングを行うことにより、プロセ
ス時間の延長を伴わうことなくバンプと電極の接合性を
飛躍的に改善することができる。なお、電極、バンプの
材質は上述の例以外にも本発明は適用することができ
た。As can be seen from the above experiments, optimization of the load and the ultrasonic output is effective in greatly improving the shear strength. Furthermore, by performing the multi-stage bonding by appropriately adjusting the load and the ultrasonic output as described above, it is possible to dramatically improve the bondability between the bump and the electrode without extending the process time. . In addition, the present invention could be applied to the materials of the electrodes and the bumps other than the above examples.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バンプと電極との接合強度を向上することができる。し
たがって弾性表面波素子、半導体素子等の電子部品を搭
載した電子装置の信頼性を大きく向上することができ
る。また本発明によれば接合強度を向上することができ
るだけでなく、接合に要する時間を大幅に短縮すること
ができる。したがって、電子部品の実装工程の生産性を
大きく向上することができ、製品コストを低減すること
ができる。As described above, according to the present invention,
The joining strength between the bump and the electrode can be improved. Therefore, the reliability of an electronic device on which electronic components such as a surface acoustic wave element and a semiconductor element are mounted can be greatly improved. Further, according to the present invention, not only the joining strength can be improved, but also the time required for joining can be greatly reduced. Therefore, the productivity of the electronic component mounting process can be greatly improved, and the product cost can be reduced.
【0034】さらに、各段のボンディング工程で印加す
る荷重と超音波出力との比を最適化することにより全体
のタクトタイムを長くすることなく、接合不良の発生率
を大幅に低減することができる。このように本発明によ
ればバンプと電極との接合強度を向上し、タクトタイム
を短縮し、歩留まりを向上することができる。Further, by optimizing the ratio between the load applied in each bonding step and the ultrasonic output, the incidence of defective bonding can be greatly reduced without increasing the overall tact time. . As described above, according to the present invention, the bonding strength between the bump and the electrode can be improved, the tact time can be reduced, and the yield can be improved.
【図1】本発明の接合方法における荷重と超音波出力の
印加条件を示すタイムチャート。FIG. 1 is a time chart showing conditions for applying a load and an ultrasonic output in a bonding method of the present invention.
【図2】従来の接合方法における荷重と超音波出力の印
加条件を示すタイムチャート。FIG. 2 is a time chart showing conditions for applying a load and an ultrasonic output in a conventional joining method.
【図3】本発明の接合作用を説明するための図であり、
接合部の構造を模式的に示す図。FIG. 3 is a view for explaining a joining operation of the present invention;
The figure which shows the structure of a joining part typically.
【図4】本発明により実装した半導体パッケージの構造
の例を概略的に示す図。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the structure of a semiconductor package mounted according to the present invention.
11…………電子部品 11a………接続端子(第1の電極) 12…………基板 12a………接続端子(第2の電極) 13…………モールド樹脂 14…………バンプ 11 Electronic component 11a Connection terminal (first electrode) 12 Substrate 12a Connection terminal (second electrode) 13 Mold resin 14 Bump
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正 神奈川県川崎市川崎区日進町7番地1 東 芝電子エンジニアリング株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Tadashi Watanabe 7-1 Nisshincho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Electronic Engineering Co., Ltd.
Claims (5)
の電極とを接合する接合方法において、 前記第1の電極と前記第2の電極とを前記バンプの高さ
のレベリングに要する第1の荷重よりも大きな第2の荷
重で押圧するとともに、第1の出力で超音波を印加して
前記バンプと前記第2の電極とを接合することを特徴と
する接合方法。A first electrode disposed on the first electrode and a second electrode disposed on the first electrode;
In the bonding method for bonding the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode are pressed with a second load larger than a first load required for leveling the height of the bump, and Bonding the bump and the second electrode by applying an ultrasonic wave with the output of (1).
は、前記バンプ1個あたり約0.001W/gfよりも
大きくなるように調節することを特徴とする請求項1に
記載の接合方法。2. The method of claim 1, wherein the ratio of the first output to the second load is adjusted to be greater than about 0.001 W / gf per bump. Joining method.
の電極とを接合する接合方法において、 前記第1の電極と前記第2の電極とを前記バンプの高さ
のレベリングに要する第1の荷重よりも大きな第2の荷
重で押圧するとともに、第1の出力で超音波を印加して
前記バンプと前記第2の電極とを接合する第1の接合工
程と、 前記第1の電極と前記第2の電極とを前記第2の荷重よ
りも大きい第3の荷重で押圧するとともに、前記第1の
出力よりも大きい第2の出力で前記超音波を印加して前
記導電性バンプと前記第2の接続端子とを接合する第2
の接続工程とを有することを特徴とする接合方法。3. The method according to claim 1, wherein the bump disposed on the first electrode and the second
In the bonding method for bonding the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode are pressed with a second load larger than a first load required for leveling the height of the bump, and A first bonding step of bonding the bump and the second electrode by applying an ultrasonic wave at the output of the first step; and setting the first electrode and the second electrode to be larger than the second load. And a second output for applying the ultrasonic wave at a second output larger than the first output to join the conductive bump and the second connection terminal.
And a connecting step.
よび前記第2の出力と前記第3の荷重との比は、前記バ
ンプ1個あたり約0.001W/gfよりも大きくなる
ように調節することを特徴とする請求項3に記載の接合
方法。4. The ratio of the first output to the second load and the ratio of the second output to the third load are greater than about 0.001 W / gf per bump. The joining method according to claim 3, wherein the adjustment is performed in such a manner.
よび前記第3の荷重を増加させながら多段階にわたって
行うことを特徴とする請求項3乃至請求項4のいずれか
に記載の接合方法。5. The bonding according to claim 3, wherein the second bonding step is performed in multiple stages while increasing the second output and the third load. Method.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26044197A JP3795644B2 (en) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | Joining method |
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JP26044197A JP3795644B2 (en) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | Joining method |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11102933A true JPH11102933A (en) | 1999-04-13 |
JP3795644B2 JP3795644B2 (en) | 2006-07-12 |
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ID=17347989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP26044197A Expired - Lifetime JP3795644B2 (en) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | Joining method |
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JP (1) | JP3795644B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1128423A3 (en) * | 2000-02-25 | 2004-03-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Flip-Chip mounted electronic device with multi-layer electrodes |
US7523775B2 (en) | 2004-07-01 | 2009-04-28 | Fujitsu Limited | Bonding apparatus and method of bonding for a semiconductor chip |
-
1997
- 1997-09-25 JP JP26044197A patent/JP3795644B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1128423A3 (en) * | 2000-02-25 | 2004-03-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Flip-Chip mounted electronic device with multi-layer electrodes |
US7523775B2 (en) | 2004-07-01 | 2009-04-28 | Fujitsu Limited | Bonding apparatus and method of bonding for a semiconductor chip |
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