(57)【要約】 【課題】  超音波振動をバンプの接合部へ効率的に伝達することによって、バンプの変形量を抑制し、かつ良好な接合強度が得られる超音波フリップチップ接合方法を提供する。【解決手段】  まず超音波振動を印加することなくバンプに応力を負荷し、バンプのバルク材としての降伏点よりも小さい第１平均バンプ応力Ｐ１に達したとき、振幅Ａ１を有する超音波振動を印加開始し、やはり前記バンプのバルク材としての降伏点よりも小さい第２平均バンプ応力Ｐ２に達した後、その応力Ｐ２に保持して振幅Ａ１を有する超音波振動を予め定める時間印加する。次いで、バンプに対する負荷応力のさらなる増加を開始すると同時に、振幅Ａ２を有する超音波振動の印加を開始し、前記バンプのバルク材としての降伏点以上の第３平均バンプ応力Ｐ３に達した後、その応力Ｐ３に保持して振幅Ａ２を有する超音波振動を予め定める時間印加する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに形成される電極と、回路基板に形成される電極とを、前記両電極間にバンプを介在させた状態で超音波振動を印加することによって、接合する超音波フリップチップ接合方法において、
半導体チップに設けられるバンプを、回路基板に形成される電極に当接させ、半導体チップに加える荷重を増加させることによって、バンプに負荷される平均バンプ応力を増加させる第１ステップと、
平均バンプ応力が、予め定める第１平均バンプ応力Ｐ１に達したときから、バンプの降伏点未満の予め定める第２平均バンプ応力Ｐ２に達するときまで、予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動をバンプに印加する第２ステップと、
平均バンプ応力を第２平均バンプ応力Ｐ２に保持した状態で、予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動をバンプに印加する第３ステップと、
平均バンプ応力をバンプの降伏点以上の予め定める第３平均バンプ応力Ｐ３に保持した状態で、予め定める第２振幅Ａ２を有する超音波振動をバンプに印加する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合方法。
【請求項２】
前記第２振幅Ａ２の前記第１振幅Ａ１に対する振幅比（Ａ２／Ａ１）は、
１．０未満であることを特徴とする請求項１記載の超音波フリップチップ接合方法。
【請求項３】
前記振幅比（Ａ２／Ａ１）が、
０．８０以下であることを特徴とする請求項２記載の超音波フリップチップ接合方法。
【請求項４】
前記第１振幅Ａ１を有する超音波振動を印加する前記第２ステップの時間と前記第３ステップの時間との和が、
０．３秒以上、０．９秒以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波フリップチップ接合方法。
【請求項５】
前記第１振幅Ａ１は、
５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波フリップチップ接合方法。
【請求項６】
前記バンプは、
金（Ａｕ）を主成分とする素材からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波フリップチップ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波フリップチップ接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば半導体チップを回路基板またはパッケージに実装する手法には、半導体チップの電極と回路基板の電極またはパッケージとに、極細ワイヤの両端をそれぞれボンディングして電気的接続を得るワイヤボンディング接合方法が用いられていたけれども、近年では、より生産効率の高いフリップチップ接合方法が用いられるに至っている。
【０００３】
フリップチップ接合方法は、半導体チップの電極と、回路基板などの電極とを、導電性を有する接続部材であるバンプによって接合する実装方法である。フリップチップ接合方法は、バンプを介して複数の接合箇所を一括して接合することができるので、基本的に接続箇所を１箇所ずつ順番に極細ワイヤでボンディングするワイヤボンディング接合方法に比べて生産効率が高いという利点を有している。またフリップチップ接合方法では、接合端子である電極の配置が半導体チップの周辺に限定されないので、接合端子の数を大幅に増大することができるとともに、半導体チップの実装面積を小さくすることができ、また回路の配線長さも短くすることができる。したがって、フリップチップ接合方法は、高密度実装や高速度半導体チップの実装などに適している。
【０００４】
このフリップチップ接合方法の具体的手法としては、導電性ペーストのような中間材を介してバンプと回路基板の電極とを接合する手法、また熱圧着または超音波併用熱圧着によって直接接合する手法などがある。後者の直接接合する手法は、中間材を省くことができ、工程数が少なく、さらに超音波を併用する手法では接合時間を短縮することができるという利点があるので、多用されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、超音波を併用した熱圧着、すなわち超音波フリップチップ接合方法では、バンプに定荷重を負荷した状態で、まず弱い超音波振動を印加してバンプの平坦化を行い、その後バンプの平坦化に用いた超音波振動よりも強い超音波振動を印加して、バンプと回路基板の電極などとの接合が行われるけれども、接合強度が充分ではなく、電気的接続信頼性に乏しいという問題がある。なお、バンプの平坦化とは、半導体チップの電極と回路基板の電極との間に設けられる複数バンプの寸法が、微視的にはそれぞれ異なるので、荷重を負荷した状態で超音波振動を印加することによって、若干の塑性変形を与えて複数のバンプの寸法を揃える操作をいう。
【０００６】
前述のような問題を解決する従来技術に、バンプに負荷する荷重と、印加する超音波の出力とを段階的大きくして、バンプと接続端子とを接合するものがある（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１０２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１５は、従来技術の超音波フリップチップ接合方法においてバンプに負荷される荷重とバンプに印加される超音波出力との関係を示す図である。図１５（ａ）は、バンプに負荷される荷重を示し、図１５（ｂ）は、バンプに印加される超音波の出力を示し、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の横軸に示す時間は、互いに対応して示される。図１５に示す従来の接合方法では、バンプに対する荷重の負荷と超音波の印加とを同時に開始し、負荷の段階的増加に対応するように、印加する超音波の出力を段階的に増大させながら接合する。
【０００９】
図１５に示す接合方法によれば、荷重の負荷と超音波の印加とが同時に開始されるので、未だバンプの先端が充分に潰れていない状態で超音波が印加されることになる。すなわちバンプと回路基板の電極との接合がほとんど行われていない状態で超音波が印加されるので、超音波振動子からの超音波発振に伴い接合ツールと半導体チップとが滑ることによって、半導体チップが容易に移動し、半導体チップと回路基板との相対位置にずれを生じる。このような状態で、さらに負荷荷重を増加させるとともに超音波出力を増大させると、バンプと回路基板の電極との当接部が位置ずれを生じたまま接合されるという問題がある。
【００１０】
また荷重と超音波出力とを同時に段階的に増加させるので、これらが過大であると、半導体チップの電極にクラックの一種であるすり鉢状の破損いわゆるクレータリングを起こすことがある。さらに、段階的に増大された荷重と超音波出力とが過大であると、バンプが潰れ過ぎることにより、回路基板の電極が損傷を受けることがあり、また接合ツールと半導体チップとの滑りに伴い、半導体チップの接合ツールとの接触面に超音波振動に起因するすり傷が生じるなどの問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、超音波振動をバンプの接合部へ効率的に伝達することによって、バンプの変形量を抑制するとともに良好な接合強度を得ることのできる超音波フリップチップ接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体チップに形成される電極と、回路基板に形成される電極とを、前記両電極間にバンプを介在させた状態で超音波振動を印加することによって、接合する超音波フリップチップ接合方法において、
半導体チップに設けられるバンプを、回路基板に形成される電極に当接させ、半導体チップに加える荷重を増加させることによって、バンプに負荷される平均バンプ応力を増加させる第１ステップと、
平均バンプ応力が、予め定める第１平均バンプ応力Ｐ１に達したときから、バンプの降伏点未満の予め定める第２平均バンプ応力Ｐ２に達するときまで、予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動をバンプに印加する第２ステップと、
平均バンプ応力を第２平均バンプ応力Ｐ２に保持した状態で、予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動をバンプに印加する第３ステップと、
平均バンプ応力をバンプの降伏点以上の予め定める第３平均バンプ応力Ｐ３に保持した状態で、予め定める第２振幅Ａ２を有する超音波振動をバンプに印加する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波フリップチップ接合方法である。
【００１３】
また本発明は、前記第２振幅Ａ２の前記第１振幅Ａ１に対する振幅比（Ａ２／Ａ１）は、１．０未満であることを特徴とする。
また本発明は、前記振幅比（Ａ２／Ａ１）が、０．８０以下であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第１振幅Ａ１を有する超音波振動を印加する前記第２ステップの時間と前記第３ステップの時間との和が、０．３秒以上、０．９秒以下であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記第１振幅Ａ１は、５μｍ以下であることを特徴とする。
また本発明は、前記バンプは、金（Ａｕ）を主成分とする素材からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バンプに負荷される平均バンプ応力が、バンプのバルク材としての降伏点未満である第１平均バンプ応力Ｐ１〜第２平均バンプ応力Ｐ２の状態で、第１振幅Ａ１を有する超音波がバンプに印加され、その後バンプに負荷される平均バンプ応力が、バンプのバルク材としての降伏点以上である第３平均バンプ応力Ｐ３の状態で、第２振幅Ａ２を有する超音波がバンプに印加されて、半導体チップの電極と回路基板の電極とがバンプで接合される。
【００１７】
このような接合方法では、バンプに負荷される応力が、第１平均バンプ応力Ｐ１に達し、バンプがある程度潰れて回路基板の電極に対する接触面積を有するようになるまで、バンプに超音波が印加されないので、超音波の印加が開始されたとき、接合ツールと半導体チップとの滑りが起こり難く、バンプと回路基板の電極との接合位置ずれの発生を防止することができる。またバンプに対する負荷応力が、バンプのバルク材としての降伏点未満の応力である第１平均バンプ応力Ｐ１〜第２平均バンプ応力Ｐ２の状態で超音波が印加されるので、バンプが不要に潰れることがなく、超音波のエネルギが効率的にバンプと回路基板との接合部に伝達され、充分な新生面を生じさせることができる。さらに、充分な新生面を生じさせた状態で、バンプのバルク材としての降伏点以上の第３平均バンプ応力Ｐ３が負荷されるので、バンプが適度に変形して回路基板の電極に接合されて良好な接合強度を得ることができる。
【００１８】
また本発明によれば、第２振幅Ａ２の第１振幅Ａ１に対する振幅比（Ａ２／Ａ１）が、１．０未満好ましくは０．８０以下であり、バンプにその降伏点以上の応力が負荷されているときに印加される超音波の振幅Ａ２の方が、バンプのバルク材としての降伏点未満の応力が負荷されているときに印加される超音波の振幅Ａ１よりも、小さくなるように設定される。したがって、バンプが回路基板の電極に接合されるとき、不要に大きく潰れることがないので、回路基板の電極損傷の発生が防止される。
【００１９】
また本発明によれば、第１振幅Ａ１を有する超音波振動を印加する第２および第３ステップの時間和が、０．３〜０．９秒の範囲になるように設定されるので、バンプの充分な接合強度と、高い生産効率とを両立させることができる。
【００２０】
また本発明によれば、第１振幅Ａ１が５μｍ以下であり、バンプにバンプのバルク材としての降伏点未満の応力が負荷されているとき、好適な範囲の振幅を有する超音波が印加されるように設定されるので、バンプと回路基板の電極との接合部における位置ずれの発生を防止することができる。
【００２１】
また本発明によれば、バンプには、Ａｕを主成分とする素材が用いられるので、バンプに応力を負荷する接合ツールの容量を小さくすることができ、また電気的接続信頼性の高い接合部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜図４は、本発明の実施の一態様である超音波フリップチップ接合方法の概要を示す図である。
【００２３】
図１では、半導体チップ１と、半導体チップ１の電極上に設けられるバンプ２と、半導体チップ１のバンプ２が設けられる面６と反対側の面７に当接するように配置される接合ツール３と、電極４の形成されている回路基板５とが準備される。
【００２４】
半導体チップ１は、集積回路の形成されたもしくは集積回路の形成される半導体であり、たとえばシリコン（Ｓｉ）などからなり、その寸法を例示すると１０ｍｍ角で、厚みが０．１ｍｍである。半導体チップ１に形成される電極は、図示を省くけれども、半導体チップ１の面６上にたとえばアルミニウム（Ａｌ）−Ｓｉからなる導電層がスパッタリングなどによって形成されたものである。半導体チップ１に形成される電極の寸法を例示すると、たとえば６５μｍ角で、厚みが１μｍである。
【００２５】
バンプ２は、半導体チップ１に形成される電極上にＡｕを電解めっきして設けられ、その寸法を例示すると、７０μｍ角で、高さ２０μｍである。なおバンプ２は、複数が電解めっきによって同時に設けられるけれども、通常その個々の寸法には若干のばらつきを伴う。
【００２６】
接合ツール３は、超音波を発振することのできる振動子を備える超音波ヘッドを内蔵するとともに、その半導体チップ１に接合する面には、複数の孔が形成され、図示を省く吸引手段に接続されて孔から大気を吸引することができ、このことによって半導体チップ１を吸着保持することができるように構成される。また接合ツール３には、図示を省くけれども、回路基板５に対して近接離反する方向（図１の紙面では上下方向）に移動することができるように駆動手段が設けられる。
【００２７】
回路基板５は、たとえばガラス布エポキシ樹脂、アラミド繊維不織布エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂などの絶縁材料から構成される有機基板であり、その寸法を例示すると、１５ｍｍ角で、厚みが０．１ｍｍである。回路基板５上に形成される電極４は、回路基板５上に形成される銅（Ｃｕ）配線上に、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｕを順次めっきすることによって形成される。なお電極４の最表層のＡｕめっきは、たとえば無電解めっき法で０．５μｍ厚に施されている。この回路基板５は、図示を省くステージ上に載置される。
【００２８】
半導体チップ１が接合ツール３に保持された状態で、ステージ上に載置される回路基板５の電極４と、半導体チップ１に設けられるバンプ２とが、対応するように位置決めし、次いで駆動手段を動作させて半導体チップ１を回路基板５に近接する方向へ移動、すなわち下降させる。
【００２９】
図２では、バンプ２と、回路基板５の電極４とを当接させ、バンプ２に負荷される応力が、第１平均バンプ応力Ｐ１に達するまで、駆動手段によって半導体チップ１をさらに下降させる。バンプ２に負荷される応力が、予め定める第１平均バンプ応力Ｐ１に達したとき、超音波振動子を動作させて予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動を、半導体チップ１を介してバンプ２に印加する。
【００３０】
ここで、平均バンプ応力とは、バンプ２に負荷される見かけの応力であり、以下のように定義される。図５は、平均バンプ応力を説明する図である。図５には、半導体チップ１に設けられるバンプ２の一つを取出して示す。前述したようにバンプ２の形状は、たとえば直方体であり、回路基板５の電極４に当接する面を便宜上底面８と呼ぶことにする。
【００３１】
半導体チップ１に設けられるバンプ２の数をＢとし、半導体チップ１を介し、駆動手段の設けられる接合ツール３によってバンプ２に加えられる荷重をＦとし、前述のバンプ底面８の面積をＳとすると、バンプ２に負荷される見かけの応力である平均バンプ応力Ｐは、式（１）によって与えられる。なお荷重Ｆは、接合ツール３に、たとえばロードセルを設けることによって検出することができる。
Ｐ＝Ｆ／（Ｓ×Ｂ）                                              …（１）
【００３２】
図３に戻って、図３では、バンプ２に負荷される応力を、第１平均バンプ応力Ｐ１から、第１平均バンプ応力Ｐ１よりも大きい応力である第２平均バンプ応力Ｐ２に達するまで増加させる間、また増加させて第２平均バンプ応力Ｐ２に保持されている間第１振幅Ａ１を有する超音波振動をバンプ２に印加し、その後バンプ２に負荷される応力を第２平均バンプ応力Ｐ２よりも大きい第３平均バンプ応力Ｐ３までさらに増加し、第３平均バンプ応力Ｐ３に保持して予め定める第２振幅Ａ２を有する超音波振動をバンプ２に印加する。
【００３３】
図４では、バンプ２に対する超音波振動の印加を停止するとともに、接合ツール３による半導体チップ１の吸引を停止し、接合ツール３を上昇させて半導体チップ１およびバンプ２に対する荷重を解放する。
【００３４】
図６は、本発明の超音波フリップチップ接合方法を説明するタイミングチャートである。図６を参照して超音波フリップチップ接合方法をさらに詳細に説明する。図６（ａ）は、バンプ２に負荷される平均バンプ応力Ｐを示すタイミングチャートである。図６（ｂ）は、バンプ２に印加される超音波振動の振幅を示すタイミングチャートである。図６（ｃ）は接合ツール３の回路基板５に対する相対位置の変化、すなわち上下動を示すタイミングチャートである。
【００３５】
前述の図１に示したように半導体チップ１を吸着保持する接合ツール３を下降させ、タイミングチャートの横軸である時間軸における時刻Ａの時点で、半導体チップ１に設けられるバンプ２が、回路基板５に形成される電極４に対する当接を開始する。時刻Ａでバンプ２と電極４とが当接を開始した後、接合ツール３の下降速度を低速にしてさらに下降を継続、すなわちバンプ２に負荷される平均バンプ応力Ｐを増加させる。時刻Ｂでは、応力が予め定める第１平均バンプ応力Ｐ１に達する。
【００３６】
バンプ２を電極４に当接させ、バンプ２に負荷される応力を第１平均バンプ応力Ｐ１に達するまで増加させる時刻Ａから時刻Ｂまでを、第１ステップと呼ぶ。第１ステップでは、未だバンプ２には超音波振動が印加されておらず、この超音波振動が印加されていない状態で、バンプ２の平坦化が行われる。
【００３７】
図７はバンプ高さにばらつきが存在する状態を示す図であり、図８は第１ステップにおける個々のバンプ２の応力値変化を示す図である。前述のようにめっきによって形成されるバンプ２は、通常個々の高さＨに若干のばらつきが生じる。図７では高さＨが異なる４つのバンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについて例示し、これらの平坦化挙動について説明する。ここで、バンプ２ａの高さＨａと、バンプ２ｂの高さＨｂと、バンプ２ｃの高さＨｃとは、互いに異なるものとし、バンプ２ｄの高さＨｄは、バンプ２ａの高さＨａに等しいものとする。したがって、バンプ２ｄの挙動は、同一高さを有するバンプ２ａで代表する。
【００３８】
前述の図８は、個々のバンプ２ａ，２ｂ，２ｃの電極４に当接する表面近傍における応力値の変化を示し、○を結ぶ一点鎖線のライン１１がバンプ２ａの応力値変化を表し、□を結ぶ破線のライン１２がバンプ２ｂの応力値変化を表し、△を結ぶ実線のライン１３がバンプ２ｃの応力値変化を表す。
【００３９】
第１ステップにおけるバンプ２と電極４との当接は、高さが最も高いバンプ２ｃによって開始される。バンプ２ｃが電極４に当接したとき、他のバンプ２ｂ，２ｃ，２ｄは、電極４に当接していないので、接合ツール３によって加えられる全荷重をバンプ２ｃのみで負担するので、図８中のライン１３に示すように、バンプ２ｃのバンプ応力値は、荷重の増加すなわち接合ツール３の下降に伴って降伏点を超え、バンプ２ｃが塑性変形する。
【００４０】
塑性変形したバンプ２ｃは、高さＨｃが減ずるので、さらなる接合ツール３の下降に伴って、バンプ２ｃの次に高さの高いバンプ２ｂが電極４に当接する。バンプ２ｂも電極４と当接することによって、接合ツール３によって加えられる荷重をバンプ２ｃとバンプ２ｂとで負担するようになるので、バンプ２ｃのバンプ応力値が一旦減少する。その後、接合ツール３によって加えられる荷重が増加するのに伴って、バンプ２ｃ，２ｂのバンプ応力値がいずれも増加し、バンプ２ｂにおいても、先のバンプ２ｃと同様に、バンプ応力値がバンプ２のバルク材としての降伏点を超えると塑性変形して高さが減ずる。さらなる接合ツール３の下降に伴って、高さの低いバンプ２ａ，２ｄが電極４と当接し、そのバンプ応力値は、先のバンプ２ｃ，２ｂの場合と同様に挙動する。
【００４１】
このように、バンプ２のうち高さの高いバンプ２が塑性変形して潰れることによって、バンプ２全体の高さがほぼ均一化される。このとき、高さの高いバンプ２ｃ，２ｂでは、バンプ応力値がバンプ２のバルク材としての降伏点を超えているけれども、高さの高いバンプ２ｃ，２ｂが潰れることによって、電極４と当接するようになった高さの低い数多くのバンプ２ａ，２ｄでは、バンプ２のバルク材としての降伏点に満たないバンプ応力値を負担するにすぎないので、時刻Ｂにおけるバンプ全体の見かけの応力値は、バンプ２のバルク材としての降伏点未満の第１平均バンプ応力Ｐ１として得られる。
【００４２】
第１ステップでは、バンプ２に未だ超音波振動が印加されていない状態で、バンプ２に塑性変形を生じてバンプ２と電極４との間にある程度の接触面積が得られるので、次のステップにおいて超音波振動が印加されるとき、バンプ２と電極４との間に生じる相応の摩擦力が抵抗となって、バンプ２と電極４との位置ずれが防止される。
【００４３】
図６に戻って、時刻Ｂでは、半導体チップ１を介して、接合ツール３によって、バンプ２に対して予め定める第１振幅Ａ１を有する超音波振動の印加が開始される。第１振幅Ａ１を有する超音波振動の印加が開始された以降、すなわち時刻Ｂ以降も、平均バンプ応力Ｐが、バンプ２のバルク材としての降伏点未満の予め定める第２平均バンプ応力Ｐ２に達するまで、接合ツール３を徐々に下降させる。このとき第１振幅Ａ１を有する超音波振動の印加は継続される。
【００４４】
平均バンプ応力Ｐが、第２平均バンプ応力Ｐ２に達する時刻をＣとし、バンプ２に負荷される応力が第１平均バンプ応力Ｐ１から第２平均バンプ応力Ｐ２まで増加し、第１振幅Ａ１を有する超音波振動が印加される時刻Ｂから時刻Ｃまでを、第２ステップと呼ぶ。
【００４５】
時刻Ｃから時刻Ｄまでは、接合ツール３の下降動作を制御することによって、バンプ２に負荷される応力が、第２平均バンプ応力Ｐ２に一定に保持され、バンプ２には、第２ステップと同様に第１振幅Ａ１を有する超音波振動が印加される。この時刻Ｃから時刻Ｄまでを第３ステップと呼ぶ。
【００４６】
第３ステップでは、大半のバンプ２にバンプ２のバルク材としての降伏点未満の応力が負荷されている状態で、超音波振動が印加されるので、印加された超音波のエネルギがバンプ２の塑性変形によって分散されることなく、効率的にバンプ２と電極４との当接面に伝達される。したがって、接合されるべきバンプ２と電極４との界面に、新生面を生じさせることが可能になる。
【００４７】
また第２ステップと第３ステップとを通じて、バンプ２に負荷される応力と、印加される超音波振動とによって、バンプ２と電極４との互いの当接面における汚染層が除去されるとともに、新生面での凝着が進行して接合面が形成される。
【００４８】
第２ステップと第３ステップとを通じてバンプ２に印加される超音波振動の第１振幅Ａ１は、５μｍ以下に設定されることが好ましい。図９は、超音波振動の第１振幅Ａ１がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。図９中に示すライン１４にて示すデータは、前述の超音波フリップチップ接合方法の第２および第３ステップにおいて、バンプ２に印加する超音波振動の第１振幅Ａ１の大きさを変化させて接合し、接合後の実装部品をせん断引張試験して、バンプ１個あたりのせん断強度を求めるとともに、せん断引張試験後の破断面を観察して位置ずれの有無を求めた結果を表す。図９に示すように、第１振幅Ａ１が５μｍを超えると、せん断強度は高いけれども位置ずれが発生するようになり、接合精度が劣るようになる。したがって、第１振幅Ａ１を５μｍ以下に設定した。
【００４９】
また第２ステップの時刻Ｂから時刻Ｃまでの時間ｔ１と、第３ステップの時刻Ｃから時刻Ｄまでの時間ｔ２との時間和Ｔ１（＝ｔ１＋ｔ２）は、０．３秒以上、０．９秒以下であることが好ましい。図１０は、第２および第３ステップの時間和Ｔ１がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。図１０中に示すライン１５にて示すデータは、前述の超音波フリップチップ接合方法の第２および第３ステップにおいて、その時間和Ｔ１の長さを変化させて接合し、接合後の実装部品をせん断引張試験して、バンプ１個あたりのせん断強度を求めた結果を表す。図１０に示すように、時間和Ｔ１が０．３秒未満では、せん断強度が低い。一方時間和Ｔ１が０．９秒を超えると充分なせん断強度が得られるけれども、時間を長くしてもせん断強度が飽和状態にあり、長時間化による生産効率低下の原因になる。したがって、時間和Ｔ１を、０．３〜０．９秒に設定した。
【００５０】
第３ステップを終え、時刻Ｄ以降では、バンプ２に負荷される応力をさらに増加させる。このとき、応力の増加を開始すると同時に、バンプ２に印加する超音波振動の振幅を、予め定める第２振幅Ａ２になるように減少させる。この第２振幅Ａ２の第１振幅Ａ１に対する振幅比（Ａ２／Ａ１）が、１．０未満、好ましくは０．８０以下になるように設定される。
【００５１】
振幅比（Ａ２／Ａ１）が、１．０以上では、バンプ２に負荷される応力が大きい状態で、大きな振幅の超音波振動を印加することになるので、バンプ２が過度に塑性変形すなわち潰れすぎ、バンプ自体の割れまたは回路基板５の電極４に損傷を発生させるなどの弊害を生じる。したがって、振幅比（Ａ２／Ａ１）を、１．０未満とした。
【００５２】
時刻Ｅでは、バンプ２に負荷される応力が、バンプ２の降伏点以上であって予め定める第３平均バンプ応力Ｐ３に達する。バンプ２に負荷される応力が、第３平均バンプ応力Ｐ３に達すると、再び接合ツール３の下降動作を制御することによって、第３平均バンプ応力Ｐ３に一定に保持し、バンプ２に対する第２振幅Ａ２を有する超音波振動の印加を継続する。
【００５３】
この時刻Ｅから時刻Ｆまでの、バンプ２に負荷する応力を第３平均バンプ応力Ｐ３に保持した状態で、第２振幅Ａ２を有する超音波振動を印加するステップが、本発明の本質的な第４ステップであるけれども、本実施の形態では、第２振幅Ａ２を有する超音波振動を印加しつつ、バンプ２に負荷する応力を第２平均バンプ応力Ｐ２から第３平均バンプ応力Ｐ３まで増加させる時刻Ｄから時刻Ｅまでの予備ステップをも第４ステップに含めるものとする。
【００５４】
したがって、第４ステップの態様としては、時刻Ｄの時点において、バンプ２に負荷する応力を、第２平均バンプ応力Ｐ２から、いきなり第３平均バンプ応力Ｐ３に増加させるようなタイミングチャートであってもよい。
【００５５】
第４ステップでは、第３ステップまでにおいて接合が不充分な部分の固着が行われる。この第４ステップは、超音波振動の印加とともに、バンプ２のバルク材としての降伏点以上の応力を負荷することによって、バンプ２を変形、すなわちバンプ２と電極４との界面に伸び変形を生じさせて凝着し、金属面同士を凝着させ、さらなる接合強度の向上を図るステップである。
【００５６】
図１１は、超音波振動の第２振幅Ａ２がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。図１１中に示すライン１６にて示すデータは、前述の図９と同様に、超音波フリップチップ接合方法の第４ステップにおいて、バンプ２に印加する超音波振動の第２振幅Ａ２の大きさを変化させて接合し、接合後の実装部品をせん断引張試験して、バンプ１個あたりのせん断強度を求めるとともに、せん断試験後の破断面と半導体チップ１とを観察して傷やクレータリングの有無を求めた結果を表す。
【００５７】
図１１に示すように第２振幅Ａ２の変動によるせん断強度の変化はほとんど認められない。これは、バンプ２のバルク材としての降伏点以上の塑性変形域において、ある程度以上の大きさの振幅を有する超音波振動を印加しても、接合ツール３と半導体チップ１との当接面において滑りが生じるので、この滑りによって超音波振動の振幅が減衰されているものと考えられる。
【００５８】
接合ツール３と半導体チップ１との当接面において滑りが発生するにも関らず、５μｍ以上の大きい振幅を有する超音波振動を印加すると、半導体チップ１の前記当接面にすり傷が発生し、また半導体チップ１の電極面にはクレータリングが発生する。したがって、前述したように第２振幅Ａ２の適正な大きさを、第１振幅Ａ１に対する振幅比（Ａ２／Ａ１）で表すと、１．０未満であることが好ましく、すり傷およびクレータリングの発生を完全に防止するという観点からは、振幅比が０．８０以下であることがさらに好ましい。
【００５９】
また予備ステップの時刻Ｄから時刻Ｅまでの時間ｔ３と、本ステップの時刻Ｅから時刻Ｆまでの時間ｔ４との時間和Ｔ２（＝ｔ３＋ｔ４）、すなわち第４ステップの時間Ｔ２は、０．３秒以上、０．７秒以下であることが好ましい。図１２は、第４ステップの時間Ｔ２がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。図１２中に示すライン１７にて示すデータは、前述の図１０と同様にしてせん断強度を求めた結果を表す。図１２に示すように、時間和Ｔ２が０．３秒未満では、せん断強度が低い。一方時間Ｔ２が０．７秒を超えると、せん断強度が低下する傾向を示す。したがって、時間Ｔ２を、０．３〜０．７秒に設定した。
【００６０】
時刻Ｆでは、バンプ２に対する超音波振動の印加を停止し、接合ツール３による半導体チップ１の吸引を停止し、さらに接合ツール３の急速上昇を開始して、接合動作を終了する。
【００６１】
図１３は、個々のバンプ２の応力値変化を示す図である。先の図８では、第１ステップにおける個々のバンプ２の応力値変化を示したけれども、図１３では、第４ステップまでの個々のバンプ２の応力値変化を示す。なお図１３では、応力値の変化を強調するために、その時間軸を図６の時間軸に対して変形させて示している。
【００６２】
第１ステップについては先に説明したので省略する。第２ステップである時刻Ｂから時刻Ｃまでは、高さの高いバンプ２ｂ，２ｃが降伏点以上のバンプ応力値であるけれども、大半のバンプである高さの低いバンプ２ａ，２ｄのバンプ応力値が、常にバンプ２のバルク材としての降伏点未満のバンプ応力値であり、降伏点未満の第１平均バンプ応力Ｐ１から、同じくバンプ２のバルク材としての降伏点未満の第２平均バンプ応力Ｐ２までの増加は、ほとんどバンプ２ａ，２ｄのバンプ応力値の増加によって現れる。
【００６３】
第３ステップである時刻Ｃから時刻Ｄまでは、第２平均バンプ応力Ｐ２一定に保持されている状態であるので、個々のバンプ応力値もほとんど変動がない。
【００６４】
第４ステップのうち予備ステップである時刻Ｄから時刻Ｅまでは、平均バンプ応力Ｐを、降伏点未満の第２平均バンプ応力Ｐ２から、バンプ２のバルク材としての降伏点以上の第３平均バンプ応力Ｐ３まで増加させるので、個々のバンプ応力値、特にバンプ２のバルク材としての降伏点未満であった高さの低いバンプ２ａ，２ｄのバンプ応力値が増加し、若干の変動を生じながらすべてのバンプの応力値がバンプ２のバルク材としての降伏点以上の状態になる。第４ステップのうち本ステップである時刻Ｅから時刻Ｆまでは、第３平均バンプ応力Ｐ３一定に保持されている状態であるので、個々のバンプ応力値もほとんど変動がない。
【００６５】
以下本実施の形態において設定される第１〜第３平均バンプ応力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３について説明する。第１〜第３平均バンプ応力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、バンプ２の降伏点を基準として設定され、バンプ２のバルク材としての降伏点をσｙとすると、その大小関係は、Ｐ３≧σｙ＞Ｐ２＞Ｐ１である。したがって、平均バンプ応力の絶対値は、バンプ２を構成する素材、特にそのバンプ２のバルク材としての降伏点σｙに従って異なる値に設定されるけれども、本実施の形態におけるＡｕをバンプ２素材として用いる場合について、第１〜第３平均バンプ応力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を例示すると次のようである。第１平均バンプ応力Ｐ１は、１５〜２０ＭＰａが好適であり、第２平均バンプ応力Ｐ２は、４０〜７０ＭＰａ、特に６０ＭＰａが好適であり、第３平均バンプ応力Ｐ３は、８０〜１２０ＭＰａ、特に９０ＭＰａが好適である。
【００６６】
第１平均バンプ応力Ｐ１が、前記好適値よりも小さい値、たとえば１０ＭＰａであると、一部の高さが高いバンプ２ｃが回路基板５の電極４に当接して塑性変形するのみであり、その他のバンプ２ｂを回路基板５の電極４に当接させて塑性変形させることができず、バンプ高さを平坦化するに至らないので、第２ステップで第１振幅Ａ１を有する超音波振動を印加したとき、位置ずれが発生し歩留が低下する。
【００６７】
逆に、第１平均バンプ応力Ｐ１が、前記好適値よりも大きい値、たとえば５０ＭＰａであると、すべてのバンプ２が回路基板５の電極４に当接して塑性変形すなわち潰れてしまい、第２ステップで第１振幅Ａ１を有する超音波振動を印加したとき、超音波振動の効果が充分に発揮されず、接合が不充分となり接合強度が低下する。
【００６８】
第２平均バンプ応力Ｐ２が、前記好適値よりも小さい値、たとえば３５ＭＰａであると、一応すべてのバンプ２を回路基板５の電極４に当接させることができるけれども、特に高さの低いバンプ２ａ，２ｄの表面を平滑にする程度まで塑性変形させることができないので、超音波振動を印加して接合した場合においても、充分な接合面積を得ることができず接合強度が低下する。逆に、第２平均バンプ応力Ｐ２が、前記好適値よりも大きい値、たとえば降伏点を超える８５ＭＰａであると、すべてのバンプ２を必要以上に潰し、潰れたバンプ２に対して必要以上の超音波振動を印加することになるので、半導体チップ１へのダメージなどの接合歩留の低下を招く。
【００６９】
第３平均バンプ応力Ｐ３が、前記好適値よりも小さい値、たとえばバンプ２のバルク材としての降伏点よりも小さい７０ＭＰａであると、充分な接合強度が得られない。逆に、第３平均バンプ応力Ｐ３が、前記好適値よりも大きい値、たとえばバンプ２のバルク材としての降伏点を大きく超える１４０ＭＰａであると、すべてのバンプ２が大きく変形し、バンプ２の引張強さ以上の破断域では、それ以上の変形が困難となる。このような大きい平均バンプ応力が負荷された状態で、超音波振動を印加すると、バンプ２と半導体チップ１側の電極との接合性が低下し、電気的接続信頼性が低下する。すなわち、大きな荷重のために半導体チップ１を吸着保持している接合ツール３に過度の負担がかかるので、超音波振動印加方向の動きを束縛され、その結果半導体チップ１の電極がダメージを受ける。
【００７０】
しかしながら、バンプ２のバルク材としての降伏点以上の平均バンプ応力を負荷した状態で超音波振動を印加するという第４ステップは、バンプ２と電極４との当接面における酸化膜や不純物層をさらに除去するとともに、バンプ２の変形を促進させて接合面積を広くし、充分な接合強度を得るために必須の工程である。このようなバンプ２のバルク材としての降伏点以上の平均バンプ応力負荷を必要とする条件下で、印加する超音波振動の第２振幅Ａ２を、前述のように第２および第３ステップにおいて印加される超音波振動の第１振幅Ａ１よりも小さくなるように設定することによって、半導体チップ１のダメージ回避を実現している。
【００７１】
図１４は、接合前後のバンプ２形状を示す概略断面図である。図１４（ａ）では、接合前の変形していない状態を示し、図１４（ｂ）では、応力と超音波振動とを受けた変形後、すなわち接合後の状態を示す。図１４を参照し、本発明の超音波フリップチップ接合方法におけるバンプ２の変形挙動について説明する。
【００７２】
図１４に示すような、半導体チップ１のバンプ２が設けられる面に直交する方向の断面で、バンプ２の変形を考察する場合、バンプ２の変形領域は、３つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに大別される。領域Ｉは、半導体チップ１の電極との当接面、また回路基板５の電極４との当接面において最も広く、バンプ２の厚み方向中央部に向かって狭まるように形成される領域であり、半導体チップ１の電極との接触、また回路基板５の電極４との接触による摩擦によって変形を抑止されている領域である。領域ＩＩは、略長方形状のバンプ２断面の対角を結ぶ略Ｘ字状に形成される大きなせん断ひずみを受ける主変形領域である。領域ＩＩＩは、半導体チップ１の電極および回路基板５の電極４とも当接しない自由側面において最も広く、バンプ２の幅方向中央部に向かって狭まるように形成される領域であり、ひずみは余り大きくなく、ほぼ一様に変形する領域である。
【００７３】
接合ツール３の移動によってバンプ２に応力が負荷されるとき、前述のように領域Ｉは、電極面との摩擦によって変形を抑止され、応力が集中する前記対角部分では斜めに滑りが発生進行し領域ＩＩが形成される。領域ＩＩでは、滑り変形によってバンプ２のバルク材としての降伏が進行する一方、領域Ｉでは変形が抑止されるので、領域ＩＩでは大きなせん断ひずみを受けて大きな滑り変形が生じ、バンプ２は全体として樽形に変形する。
【００７４】
超音波フリップチップ接合方法では、接合ツール３で負荷する荷重によってバンプ２を前述のように変形させ、さらに超音波振動を印加することによって、バンプ２の変形領域Ｉに対してせん断力を与えてすべりを発生させ、このすべり変形によってバンプ２に新生面を生じさせてバンプ２と回路基板５の電極４とを凝着させる。
【実施例】
【００７５】
以下本発明の実施例について説明する。前述した図１〜図４に示す接合ツール３、半導体チップ１、バンプ２および電極４の形成された回路基板５を準備した。すなわち、半導体チップ１には、寸法が１０ｍｍ角で、厚み０．１ｍｍのＳｉチップを準備し、その一方の面上には、寸法が６５μｍ角で、厚み１μｍのＡｌ−Ｓｉからなる電極を形成した。バンプ２は、半導体チップ１の電極上に、Ａｕを寸法が７０μｍ角で、高さ２０μｍになるように電解めっきして設けた。回路基板５は、寸法が１５ｍｍ角で、厚み０．１ｍｍのガラス布エポキシ樹脂基板を準備し、その一方の面上に、Ｃｕ配線上に、Ｎｉ、Ａｕを順次めっきして電極を形成した。
【００７６】
（実施例１）
実施例１では、第２ステップが開始されるところのバンプ２に対する負荷応力の到達値である第１平均バンプ応力Ｐ１の適正値について検討した。バンプ２に対して応力の負荷を開始し、第１平均バンプ応力Ｐ１が、１０，２０および５０ＭＰａのそれぞれに達したとき、第１振幅Ａ１＝５μｍを有する超音波振動をバンプ２に対して印加開始し、その後バンプ２に対する負荷応力が第２平均バンプ応力Ｐ２に達したとき、バンプ２に対する超音波振動の印加を停止するとともに、接合ツール３を上昇させて負荷応力を解放した。なお実施例１では、第２平均バンプ応力Ｐ２は、６０ＭＰａ一定とした。したがって、第２ステップの時間ｔ１は、第１平均バンプ応力Ｐ１として選択した応力水準毎に異なる値であったけれども、評価の主体を位置ずれにおいたので、時間ｔ１の相違が位置ずれに及ぼす影響は小さいと判断し、無視することにした。
【００７７】
このようにして作製したバンプ２を介在する半導体チップ１と回路基板５との接合試験片をせん断引張試験に供し、せん断引張試験後の破断面を目視観察し、バンプ２と電極との接合部分における位置ずれ発生の有無によって品質を評価した。
【００７８】
結果を表１に示す。第１平均バンプ応力Ｐ１が、１０ＭＰａでは、位置ずれの発生が確認され、２０ＭＰａでは位置ずれの発生が無く良好な品質であり、５０ＭＰａではバンプ２が潰れ過ぎて接合状態としては不良であった。したがって、第１平均バンプ応力Ｐ１としては、２０ＭＰａが適当であることが判る。
【００７９】
【表１】
2005101199.tif 000003
【００８０】
（実施例２）
実施例２では、第３ステップにおいてバンプ２に負荷される第２平均バンプ応力Ｐ２の適正値について検討した。準備した接合ツール３、半導体チップ１、バンプ２および電極４の形成された回路基板５は、実施例１と同一である。実施例２において用いた第１平均バンプ応力Ｐ１は、実施例１の結果に基づいて２０ＭＰａとした。
【００８１】
バンプ２に対して応力の負荷を開始し、第１平均バンプ応力Ｐ１である２０ＭＰａに達したとき、第１振幅Ａ１＝５μｍを有する超音波振動をバンプ２に対して印加開始し、その後バンプ２に対する負荷応力が達する第２平均バンプ応力Ｐ２の水準を、３５，６０，８５ＭＰａの３種類に変化させた。３つの水準それぞれの第２平均バンプ応力Ｐ２一定に保持した状態で、前記振幅の超音波振動の印加を所定時間ｔ２継続し、その後バンプ２に対する超音波振動の印加を停止するとともに、接合ツール３を上昇させて負荷応力を解放した。
【００８２】
このとき、第１平均バンプ応力Ｐ１＝２０ＭＰａで超音波振動の印加を開始して、前述の３水準の第２平均バンプ応力Ｐ２に達するまでの第２ステップの時間ｔ１と、３水準それぞれの第２平均バンプ応力Ｐ２に保持して超音波振動を印加した第３ステップの時間ｔ２との時間和Ｔ１（＝ｔ１＋ｔ２）が、各水準の第２平均バンプ応力Ｐ２いずれの場合においても、０．６秒になるように調整した。
【００８３】
このようにして作製したバンプ２を介在する半導体チップ１と回路基板５との接合試験片をせん断引張試験に供し、せん断強度すなわち接合強度と、接合部の破壊形態と、クレータリング発生の有無とによって品質評価した。
【００８４】
接合部の破壊形態の評価は、せん断引張試験後の破断面をたとえば実体顕微鏡で観察し、回路基板５の電極４表面上に残存しているバンプ２の残存率（％）、すなわち電極４の表面積に対するバンプ２が電極４に付着している部分の面積の百分率で評価した。たとえば、残存率１００％とは、半導体チップ１の電極とバンプ２との間で破断した場合またはバンプ２そのもので破断した場合など、回路基板５の電極４表面がすべてバンプ２で覆われている状態である。したがって、残存率が大きい程、バンプ２と回路基板５の電極４との接合強度が優れていることを表す。ただし、半導体チップ１の電極とバンプ２との間で破断した場合には、半導体チップ１の電極とバンプ２との間に何らかのダメージが存在した可能性を含んでいる。
【００８５】
クレータリングの発生は、第２および第３ステップを施した後、せん断引張試験を行うことなく王水に常温で１時間浸漬し、バンプ２であるＡｕを溶解させて、半導体チップ１の電極を剥出しの状態にし、該電極の表面を走査型電子顕微鏡にて観察し、クラック存在の有無により評価した。言うまでもなくクラックの発生した場合が品質不良である。
【００８６】
結果を表２に示す。第２平均バンプ応力Ｐ２が３５ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．３４Ｎと小さく、また残存率も５０％未満であり、充分に接合強度を得ることができない。第２平均バンプ応力Ｐ２が６０ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．５２Ｎ、残存率が７０％であり、良好な接合強度が実現されている。ただし、一部バンプ２と回路基板５の電極４との界面における剥離が認められた。このような界面剥離は、前述したように、第４ステップを導入することによって改善される。
【００８７】
第２平均バンプ応力Ｐ２が８５ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．４８Ｎと、まずまずの強度であるけれども、先の６０ＭＰａに比べると若干低かった。また残存率は９０％と高く良好であるけれども、クレータリングが認められ半導体チップ１にダメージが発生した。したがって、第２平均バンプ応力Ｐ２としては、６０ＭＰａが適当であることが判る。
【００８８】
【表２】
2005101199.tif 000004
【００８９】
（実施例３）
実施例３では、第４ステップにおいてバンプ２に負荷される第３平均バンプ応力Ｐ３の適正値について検討した。準備した接合ツール３、半導体チップ１、バンプ２および電極４の形成された回路基板５は、実施例１と同一である。実施例３において用いた第１平均バンプ応力Ｐ１は、実施例１の結果に基づいて２０ＭＰａとし、第２平均バンプ応力Ｐ２は、実施例２の結果に基づいて６０ＭＰａとした。
【００９０】
バンプ２に対して応力の負荷を開始し、第１平均バンプ応力Ｐ１である２０ＭＰａに達したとき、第１振幅Ａ１＝５μｍを有する超音波振動をバンプ２に対して印加開始し、さらに応力を増加させて第２平均バンプ応力Ｐ２である６０ＭＰａに達したとき、第２平均バンプ応力Ｐ２＝６０ＭＰａ一定に保持した状態で、前記振幅の超音波振動の印加を所定時間継続した。これらの第２および第３ステップの時間和Ｔ１が０．６秒になるように調整した。
【００９１】
第３ステップを終了後、さらにバンプ２に対する負荷応力を増加させ、負荷応力の増加開始と同時に、第２振幅Ａ２＝４μｍを有する超音波振動の印加を開始した。超音波振動を印加した状態で負荷応力を増加させ、その到達する第３平均バンプ応力Ｐ３の水準を、７０，９０，１１０ＭＰａの３種類に変化させた。ここで、７０ＭＰａは、バンプ２の素材であるＡｕの降伏点＝８０ＭＰａ未満であり、９０および１１０ＭＰａは、前記降伏点以上である。３つの水準それぞれの第３平均バンプ応力Ｐ３を一定に保持した状態で、前記振幅の超音波振動の印加を所定時間ｔ４継続し、その後バンプ２に対する超音波振動の印加を停止するとともに、接合ツール３を上昇させて負荷応力を解放した。
【００９２】
このとき、第２平均バンプ応力Ｐ２＝２０ＭＰａで超音波振動の印加を開始して、前述の３水準の第３平均バンプ応力Ｐ３に達するまでの予備ステップの時間ｔ３と、３水準それぞれの第３平均バンプ応力Ｐ３に保持して超音波振動を印加した本ステップの時間ｔ４との時間和である第４ステップの時間Ｔ２（＝ｔ３＋ｔ４）が、各水準の第３平均バンプ応力Ｐ３いずれの場合においても、０．５秒になるように調整した。
【００９３】
このようにして作製したバンプ２を介在する半導体チップ１と回路基板５との接合試験片を、実施例２と同様に、せん断引張試験に供し、接合強度と、接合部の破壊形態と、クレータリング発生の有無とによって品質評価した。
【００９４】
結果を表３に示す。第３平均バンプ応力Ｐ３が７０ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．５３Ｎであり、また残存率も７０％であり、充分な接合強度を有するけれども、前述したバンプ２と回路基板５の電極４との界面剥離が解消されておらず、電気的接続信頼性が充分ではない。
【００９５】
第３平均バンプ応力Ｐ３が９０ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．６０Ｎであり、また残存率が８０％であり、良好な接合強度が実現されている。さらに、破断がバンプ２そのものにおいて生じており、回路基板５の電極４および半導体チップ１の電極との界面剥離がなく、クレータリングも認められなかった。このことから、第３平均バンプ応力Ｐ３が９０ＭＰａの場合に、良好な接合強度を有し、電気的接続の信頼性に優れる実装部品が得られた。
【００９６】
第３平均バンプ応力Ｐ３が１１０ＭＰａでは、バンプ１つ当たりの接合強度が０．６３Ｎであり、また残存率も１００％と良好な接合強度が実現されているけれども、クレータリングの発生が認められ半導体チップ１にダメージが発生した。したがって、第３平均バンプ応力Ｐ３としては、９０ＭＰａが適当であることが判る。
【００９７】
【表３】
2005101199.tif 000005
【００９８】
以上に述べたように、本実施の形態では、めっきによって形成する直方体状のバンプであるけれども、これに限定されることなく、たとえばボールバンプなどを用いてもよい。また回路基板は、ガラス布エポキシ樹脂基板などの有機基板について述べたけれども、これに限定されることなく、たとえばセラミック基板などの無機基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の一態様である超音波フリップチップ接合方法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の一態様である超音波フリップチップ接合方法の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の一態様である超音波フリップチップ接合方法の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施の一態様である超音波フリップチップ接合方法の概要を示す図である。
【図５】平均バンプ応力を説明する図である。
【図６】本発明の超音波フリップチップ接合方法を説明するタイミングチャートである。
【図７】バンプ高さにばらつきが存在する状態を示す図である。
【図８】第１ステップにおける個々のバンプ２の応力値変化を示す図である。
【図９】超音波振動の第１振幅Ａ１がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。
【図１０】第２よび第３ステップの時間和Ｔ１がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。
【図１１】超音波振動の第２振幅Ａ２がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。
【図１２】第４ステップの時間Ｔ２がバンプ２の接合強度に及ぼす影響を示す図である。
【図１３】個々のバンプ２の応力値変化を示す図である。
【図１４】接合前後のバンプ２形状を示す概略断面図である。
【図１５】従来技術の超音波フリップチップ接合方法においてバンプに負荷される荷重とバンプに印加される超音波出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  半導体チップ
２  バンプ
３  接合ツール
４  電極
５  回路基板
【図１】
2005101199.tif 000006
【図２】
2005101199.tif 000007
【図３】
2005101199.tif 000008
【図４】
2005101199.tif 000009
【図５】
2005101199.tif 000010
【図６】
2005101199.tif 000011
【図７】
2005101199.tif 000012
【図８】
2005101199.tif 000013
【図９】
2005101199.tif 000014
【図１０】
2005101199.tif 000015
【図１１】
2005101199.tif 000016
【図１２】
2005101199.tif 000017
【図１３】
2005101199.tif 000018
【図１４】
2005101199.tif 000019
【図１５】
2005101199.tif 000020