專利名稱：配備凸塊的電子元件的安裝方法及其安裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種配備凸塊(bump)的電子元件(electronic component)的安裝方法及帶有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件的安裝結構，用于將帶有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件安裝到基底上。
背景技術：
作為一項在基底上安裝配備凸塊的電子元件的技術，電子元件例如是配置有作為用于連接的電極的金屬凸塊的半導體器件，采用了超聲焊接(如JP-A-10-335373和JP-A-2001-298146)。在此安裝技術中，通過利用超聲波振蕩將配備凸塊的電子元件壓到襯底上，對配備凸塊的電子元件釋放熱量和施壓，經超聲焊接將金屬凸塊金屬焊接(metallic-bond)到襯底上的電極，以致于金屬凸塊電連接到電極。
同時，形成于配備凸塊的電子元件上的金屬凸塊的大小上存在變化。在上述超聲焊接中，凸塊金屬焊接到電極上，以便較大尺寸的凸塊與相應的電極形成接觸。在焊接過程中，金屬凸塊被壓力輕微地擠壓，使得所有金屬凸塊金屬焊接到相應的電極上，由此完成超聲焊接。
但是，在對配備凸塊的電子元件的超聲焊接中，因為凸塊大小的不同，對每個金屬凸塊的超聲焊接的進行程度不同。因此，先前已經啟動金屬焊接的金屬凸塊在其下端已經金屬焊接到電極的情況下繼續經歷超聲波振蕩。由于凸塊基部的振蕩位移，過度經受超聲波振蕩的金屬凸塊受到過度的應力。這引發在完成超聲焊接的狀態下凸塊的基部產生諸如斷裂的損壞這樣的問題。
發明內容
鑒于上述情況，本發明的目的在于提供一種安裝配備凸塊的電子元件的方法，可以防止超聲焊接過程中損壞的發生，并涉及一種配備凸塊的電子元件的安裝結構。
根據本發明的配備凸塊的電子元件的安裝方法用于把具有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件安裝到具有多個電極的襯底上，包括步驟將多個金屬凸塊與多個電極對齊，其中熱固樹脂夾置在電子元件與襯底之間；在把超聲波振蕩、熱量和壓力施加到配備凸塊的電子元件上的同時，把電子元件壓向襯底；和使所有的多個金屬凸塊與多個的電極接觸，使得彼此之間電連接，還在多個金屬凸塊中的一些金屬焊接到多個電極時，基本停止超聲波振蕩。
根據本發明的配備凸塊的電子元件的安裝結構是一種配備凸塊的電子元件的安裝結構，通過把帶有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件壓到帶有多個電極的襯底上，同時將超聲波振蕩、熱量和施加的壓力作用在電子元件上，使金屬凸塊與多個電極接觸，以致于彼此之間電連接，并且襯底和電子元件通過熱固樹脂彼此粘結，其特征在于，多個金屬凸塊中的一些經金屬焊接連接到電極，而剩余的金屬凸塊通過其間的接觸電連接到多個電極。
根據本發明，在對配備凸塊的電子元件實施超聲波振蕩、熱量和施壓的同時把配備凸塊的金屬組件壓到襯底上的過程中，所有的金屬凸塊與電極接觸，以致于彼此之間電連接，并當一些金屬凸塊金屬焊接到電極時，超聲波振蕩基本上停止。因而，可以防止由于在先前已經啟動了金屬焊接的金屬凸塊上過度的超聲波振蕩而發生的損壞。
圖1(a)-1(d)是根據本發明實施例的電子元件安裝方法的步驟流程圖；圖2是根據本發明實施例的電子元件安裝結構的截面圖；圖3是根據本發明實施例的電子元件安裝方法中壓載荷和超聲波輸出的時序圖。
具體實施例方式
現參見附圖解釋本發明實施例。圖1是用來解釋根據本發明實施例的電子元件安裝方法的步驟的流程圖。圖2是根據本發明實施例的電子元件安裝結構的截面圖。圖3是根據本發明實施例的電子元件安裝方法中壓載荷和超聲波輸出的時序圖。
參見圖1，將解釋電子元件安裝方法。電子元件安裝方法是用于把帶有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件安裝到帶有多個電極的襯底上。現假設金屬凸塊由金凸塊形成，電極由金層形成，且它的表面鍍金。
在圖1(a)中，在其上表面形成有電極3的襯底2被固定在襯底支撐部分1上。在襯底2的上表面上，通過利用分配器施加熱固樹脂4，如環氧樹脂。樹脂4可以以這種方式施加，即，成為片狀的樹脂片4粘結到襯底2的表面上。
接下來，如圖1(b)所示，使用于超聲擠壓的工具7固定配備凸塊的電子元件5(以下簡稱為電子元件5)，且金屬凸塊用作形成在下表面上的連接電極。即，電子元件5以通過吸附槽7a真空吸附的方式被吸附固定，且工具7的固定表面與后表面(與形成凸塊的表面相對的表面)保持接觸。
其上安裝有工具7的擠壓裝置(未示出)配置有振蕩施加裝置、加熱裝置和施壓機構。通過與電子元件5的后表面保持接觸的工具7，擠壓裝置可以通過工具7對電子元件5發出超聲波振蕩、熱量和壓力。振蕩施加裝置可以選擇地控制超聲波振蕩的開始/結束和輸出。加熱裝置也可以選擇地設置加熱溫度。施壓機構也可以選擇設置壓載荷。
固定電子元件5的工具7移動到襯底2上，且樹脂4已被事先施加到電極3上。通過夾置在電子元件5和襯底2之間的樹脂，多個的金屬凸塊6與多個的電極3對齊。接下來，參見圖1(c)，工具7以及電子元件5降低，以促使金屬凸塊6的下表面著陸到電極3的表面上，由此通過超聲波振蕩(箭頭a)、熱量(箭頭b)和施壓(箭頭c)把金屬凸塊6焊接到電極3。
參見圖3的時序圖來解釋這個焊接過程。圖3表示在金屬凸塊6開始著陸于電極3時的t1時刻之后，壓載荷和超聲波輸出隨時間的變化。此外，在圖3所示的時間中，加熱裝置處于ON態，以致于電子元件5被工具7連續地加熱。夾置在襯底2和電子元件5之間的樹脂4從t1蝕刻開始加熱并開始熱固化。
金屬凸塊6的大小略有不同。在t1時刻，多個金屬凸塊6中的一些具有較大尺寸的金屬凸塊6首先著陸在電極3的表面上。t1時刻之后，通過利用工具7向下壓電子元件5，隨著壓載荷的增加，首先與電極3接觸的金屬凸塊6被增大的載荷輕微地擠壓，以致于還未接觸的凸塊陸續與電極3接觸。
在t2時刻，如果壓載荷達到足以將金屬凸塊6一半超聲焊接的第一預定載荷W1，振蕩施加裝置啟動，開始以預定的輸出P1施加超聲波振蕩。在從t2時刻到t3時刻的間隔中，在該間隔中第一預定時間周期T1消逝，第一預定載荷W1被保持。
在此期間，壓載荷和超聲波振蕩施加在金屬凸塊6和電極3之間的接觸面上。因而，先前已經與電極3接觸的金屬凸塊6下端處的金被金屬焊接到電極3表面上的金層。通過繼續實施振蕩直到超聲波施加周期T2結束的t5時刻，金屬凸塊6以它們與電極3接觸的順序相繼金屬焊接到電極3的表面上。順便說，除了同類金屬如金與金之間的焊接外，本發明的金屬焊接還包括不同金屬之間的焊接。
在t3時刻，壓載荷從第一預定壓載荷W1增加。在從壓載荷達到足以將金屬凸塊6與電極3接觸的第二預定載荷W2的時刻t4到第二施加時間周期T3結束時刻t6的間隔中，保持第二預定載荷W2。因而，由金屬凸塊6的載荷所致的塑料變形程度增加，以致于所有的金屬凸塊6都與電極3接觸。之后，通過提升工具7，壓載荷在t7時刻變為零，由此完成焊接過程。
下面參見圖3，設置超聲波振蕩施加時間周期T2，使得時刻t5比時刻t6更早來臨以滿足下面的條件。具體地說，設置超聲波振蕩施加時間T2，使得超聲波振蕩的施加在所有金屬凸塊6的下表面處的金被金屬焊接到電極表面上的金層之前即停止，換言之，使得在只有與電極6接觸的金屬凸塊6中的一些被金屬焊接到電極3的狀態下停止超聲波振蕩的施加，而其它剩余的金屬凸塊6只與電極6接觸而非金屬焊接。根據目標襯底2和電子元件5的種類，分別設置此超聲波振蕩施加時間周期T2。時間周期T2主要根據改變如超聲波振蕩的上述第一載荷W1、第二載荷W2和預定輸出P1的條件為不同值的操作結果憑經驗確定。
在超聲波振蕩施加時間周期T2的后半段中，繼續由熱固所致的樹脂4的膠凝，使得經工具7傳導到電子元件5的金屬凸塊6中的超聲波振蕩能量中的一部分被金屬凸塊6周圍的樹脂4吸收。因此能夠防止電子元件5由于金屬凸塊6周圍施加過度的超聲波振蕩被損壞。
在從時刻t5到t6的間隔中，參見圖1(d)，因為繼續通過工具7對電子元件5施加熱量和載荷，所以樹脂4的熱固化也繼續，使得樹脂4收縮。這增大了仍未金屬焊接的金屬凸塊6與電極3之間的接觸面壓力，由此提高了其間的粘結性。
簡言之，上述電子元件安裝方法中將金屬凸塊6焊接到電極3的過程包括把電子元件5壓到襯底2上、同時對電子元件5施加超聲波振蕩、熱量和壓力的步驟，并且將電子元件5電連接到襯底2，同時所有的金屬凸塊6都與電極3接觸，并且還在一些金屬凸塊被金屬焊接時基本上停止超聲波振蕩的施加。
另外，還在基本上停止超聲波振蕩時，繼續對電子元件5施加熱量和壓力。此處，超聲波振蕩的基本停止意味著在金屬凸塊6可能被損壞的輸出水平處停止施加超聲波振蕩。因此，t5時刻之后，在不損壞電子元件的輸出水平上繼續超聲波振蕩的情形要求基本上停止超聲波振蕩。
因而，不會發生下面的那種情形，即在超過適當的超聲波焊接周期的時間周期內，對于在早期啟動超聲焊接的焊接過程中已經與電極接觸的金屬凸塊6發生過度地施加超聲波振蕩。結果，可以有效防止由于過度施加超聲波振蕩而發生損壞。
另外，在此電子元件安裝方法中，因為多個的金屬凸塊6中的一些被金屬焊接，所以甚至當安裝過程中樹脂的熱固化不足時，電子元件5也可以通過這些被金屬焊接的金屬凸塊5固定到襯底2。因此，防止安裝的間歇時間(tact time)由于為了充分固化樹脂4的目的而延長通過工具7施壓的時間周期而被拖延，由此實現有效的安裝操作。
圖2表示通過上述電子元件所獲得的安裝結構，即配備凸塊的電子元件的一部分安裝結構，其中通過把帶有多個金屬凸塊6的電子元件5壓到帶有多個電極3的襯底2上、同時對電子元件實施超聲波振蕩、熱量和施壓，使金屬凸塊6與多個電極3接觸，以致于彼此電連接，并且還通過熱固樹脂4使襯底2與電子元件5相互焊接。
在上述安裝結構中，用箭頭d表示的金屬凸塊6經金屬焊接層8連接到對應的電極3，而金屬焊接層8是作為每個金屬凸塊6的下端處的金被金屬焊接到每個電極3表面上的金層的結果而形成。除這些被如此金屬焊接的金屬凸塊6以外的金屬凸塊6以它們的下端與每個電極3的表面保持接觸的方式連接到對應的電極3。即，多個金屬凸塊6中的一些經金屬焊接連接到電極3，而其余的金屬凸塊經其間的接觸電連接到電極。
在這些配備凸塊的電子元件的安裝結構中，電子元件5經熱固化的樹脂4固定到襯底2。在此狀態下，因為一些金屬凸塊6金屬焊接到電極，所以甚至在電子元件2因為安裝之后在使用狀態中的熱循環而與樹脂分開時，也很難發生金屬凸塊6和電極3之間的斷開。因此，可以實現高度可靠的安裝結構。
根據本發明的配備凸塊的電子元件的安裝方法以及配備凸塊的電子元件的安裝結構具有這樣的效果，即，它們可以防止由于對先前已經開始金屬焊接的金屬凸塊過度施加超聲波振蕩而發生損壞，并且可以用在配置多個金屬凸塊的電子元件安裝到襯底上的情況。
權利要求
1.一種配備凸塊的電子元件的安裝方法，用于把具有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件安裝到具有多個電極的襯底上，包括以下步驟將多個金屬凸塊與多個電極對齊，其中熱固樹脂夾置在電子元件與襯底之間；在把超聲波振蕩、熱量和壓力施加到配備凸塊的電子元件上的同時，將電子元件壓在襯底上；和使所有的多個金屬凸塊與多個的電極接觸，以致于彼此之間電連接，還在多個金屬凸塊中的一些金屬焊接到多個電極時，基本上停止超聲波振蕩。
2.如權利要求1所述的配備凸塊的電子元件安裝方法，其中，甚至在已經基本上停止了超聲波振蕩之后，還持續對配備凸塊的電子元件作用熱量和所施加的壓力。
3.如權利要求1所述的配備凸塊的電子元件安裝方法，其中，通過與配備凸塊的電子元件接觸的工具對配備凸塊的電子元件作用超聲波振蕩、熱量和所施加的壓力。
4.如權利要求1所述的配備凸塊的電子元件安裝方法，其中，多個的金屬凸塊為金凸塊。
5.如權利要求1所述的配備凸塊的電子元件安裝方法，其中，在樹脂已經被提供到襯底的多個電極上之后，將多個的金屬凸塊與被樹脂覆蓋的多個電極對齊。
6.一種配備凸塊的電子元件的安裝結構，其中，通過在對電子元件施加超聲波振蕩、熱量和壓力的同時把帶有多個金屬凸塊的配備凸塊的電子元件壓到帶有多個電極的襯底上，使金屬凸塊與多個電極接觸，以致于彼此之間電連接，并且襯底和電子元件通過熱固樹脂彼此粘結，其中，多個金屬凸塊中的一些經金屬焊接連接到電極，而剩余的金屬凸塊通過其間的接觸而電連接到電極上。
7.如權利要求6所述的配備凸塊的電子元件安裝結構，其中，金屬凸塊為金凸塊。
全文摘要
本發明公開了一種將帶有多個凸塊(6)的配備凸塊的電子元件(5)安裝到帶有多個電極(3)的襯底(2)上的安裝方法中，通過將金屬凸塊與電極(3)對齊且熱固樹脂(4)夾置在電子元件(5)和襯底(2)之間，并通過在對電子元件(5)實施超聲波振蕩、加熱和施壓的同時將電子元件(5)壓到襯底(2)上，而將金屬凸塊(6)連接到電極(3)的過程中，所有的金屬凸塊(6)與電極接觸，以致于彼此電連接，并當金屬凸塊中的一些金屬焊接到電極時，停止超聲波振蕩。因而可以防止由于對先前已經開始金屬焊接的金屬凸塊施加過度的超聲波振蕩而發生損壞。
文檔編號H01L21/60GK1627493SQ20041010022
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月13日 優先權日2003年12月12日
發明者石川隆稔, 岡崎誠, 境忠彥 申請人:松下電器產業株式會社