(57)【要約】【課題】基板の一面上に熱硬化性の接着剤を介して半導体チップを接合するようにした半導体装置の製造方法において、半導体チップの接触により発生する接着剤の硬化速度のばらつきを抑制する。【解決手段】基板１０の一面１１上に接着剤２０を配置する接着剤工程と、半導体チップ３０を保持しつつ半導体チップ３０を加熱するコレット１００を用いて、半導体チップ３０を接着剤２０に接触させて基板１０の一面１１上に搭載し、半導体チップ３０を加熱および加圧することにより基板１０に接合する接合工程と、を備え、接合工程では、温度検出素子２００によって半導体チップ３０の温度を検出し、検出された半導体チップ３０の温度に基づいてコレット１００の温度を制御することにより、半導体チップ３０の温度を所望の温度にした後に、半導体チップ３０を接着剤２０に接触させる。【選択図】図３
2014225563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０）と、
前記基板の一面（１１）上に熱硬化性の接着剤（２０）を介して接合された半導体チップ（３０）と、を備える半導体装置の製造方法であって、
前記基板および前記半導体チップを用意する用意工程と、
前記基板の一面上に前記接着剤を配置する接着剤工程と、
前記半導体チップを保持し前記半導体チップに伝熱して前記半導体チップを加熱するコレット（１００）を用いて、前記半導体チップを前記接着剤に接触させて前記基板の一面上に搭載し、前記半導体チップを加熱および加圧することにより前記基板に接合する接合工程と、を備え、
前記接合工程では、温度検出素子（２００）によって前記半導体チップの温度を検出し、この検出された前記半導体チップの温度に基づいて前記コレットの温度を制御することにより、前記半導体チップの温度を所望の温度にした後に、前記半導体チップを前記接着剤に接触させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記温度検出素子として、前記コレットと一体化されることにより前記コレットと同期して移動するものを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記接着剤はエポキシ樹脂よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の一面上に熱硬化性の接着剤を介して半導体チップを熱圧着により接合するようにした半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の半導体装置は、基板と、基板の一面上に熱硬化性の接着剤を介して接合された半導体チップと、を備える。そして、この半導体装置は、半導体チップを吸着により保持するコレットを用い、このコレットで、基板の一面上に接着剤を介して半導体チップを搭載し、熱圧着により接合することにより製造される。
【０００３】
ここで、コレットは、通電ヒータ等よりなる加熱ヘッドを一体に有するもので、コレット自身が加熱されて昇温し、このコレットからの伝熱により半導体チップを加熱するものである。そして、半導体チップを、たとえば接着剤の硬化温度以上まで加熱した状態で、接着剤に接触させ、加熱および加圧して接着剤を硬化させることで接合を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５２２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法では、コレットによる半導体チップの吸着状態が変動したり、コレットと半導体チップ間に異物が存在したりすることにより、１チップ毎に、コレットと半導体チップとの接触面積が変動する可能性がある。この接触面積の変動が起こると、コレットから半導体チップへの伝熱量がばらつき、半導体チップの温度もばらついてしまう。
【０００６】
そうすると、接着剤を半導体チップと接触させた状態で硬化するときに、当該接触前のチップ温度ばらつきによって、接着剤の硬化速度にばらつきが生じ、要求時間内に硬化できない場合が起こり得る。
【０００７】
具体的には、チップ温度が低すぎた場合には、ある半導体チップでは、接着剤の硬化完了までの時間が長くなったり、また、ある半導体チップでは、硬化完了に至らず未硬化のままで出荷されたりする等の不具合が生じやすくなる。つまり、複数個の半導体装置を生産するにあたって、半導体チップの接合の歩留まりや接合信頼性などに問題が生じる可能性がある。
【０００８】
特に、本発明者は、製造コストの低減等の観点から製造時間の短縮化を図るべく、速硬化性の接着剤を用いるようにしているため、このような半導体チップの接触による接着剤の硬化速度のばらつきが顕著になっていくものと考えられる。
【０００９】
仮に、半導体チップを接着剤に接触させた後に、チップ温度を一定に制御しながら熱圧着を行うようにしても、速硬化性の接着剤の場合は、半導体チップとの接触後の短時間で硬化するため、当該接触前のチップ温度ばらつきによる上記硬化速度のばらつきが発生する可能性が高い。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板の一面上に熱硬化性の接着剤を介して半導体チップを接合するようにした半導体装置の製造方法において、半導体チップの接触により発生する接着剤の硬化速度のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面（１１）上に熱硬化性の接着剤（２０）を介して接合された半導体チップ（３０）と、を備える半導体装置の製造方法であって、
基板および半導体チップを用意する用意工程と、基板の一面上に接着剤を配置する接着剤工程と、半導体チップを保持し半導体チップに伝熱して半導体チップを加熱するコレット（１００）を用いて、半導体チップを接着剤に接触させて基板の一面上に搭載し、半導体チップを加熱および加圧することにより基板に接合する接合工程と、を備え、
接合工程では、温度検出素子（２００）によって半導体チップの温度を検出し、この検出された半導体チップの温度に基づいてコレットの温度を制御することにより、半導体チップの温度を所望の温度にした後に、半導体チップを接着剤に接触させることを特徴としている。
【００１２】
それによれば、半導体チップの温度を検出してコレットの温度を制御することにより、半導体チップを接着剤に接触させる前に半導体チップを所望の温度とし、その後、半導体チップを接着剤に接触させるようにしているため、半導体チップの接触により発生する接着剤の硬化速度のばらつきを抑制することができる。
【００１３】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体装置の製造方法においては、温度検出素子として、コレットと一体化されることによりコレットと同期して移動するものを用いてもよい。
【００１４】
それによれば、半導体チップを保持しているコレットが動くときに、温度検出素子と半導体チップとの距離が変化せず一定にできるので、チップ温度の検出精度を確保しやすいという点で有利である。
【００１５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置の概略断面図である。
【図２】上記実施形態にかかる半導体装置の製造方法に用いられる製造装置の概略構成を示す図である。
【図３】上記実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
本発明の実施形態にかかる半導体装置について、図１を参照して述べる。この半導体装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
【００１９】
本実施形態の半導体装置は、基板１０と、基板１０の一面１１上に熱硬化性の接着剤２０を介して接合された半導体チップ３０と、を備えて構成されている。基板１０としては、たとえばプリント基板などの樹脂基板やセラミック基板等に代表される配線基板、リードフレーム、あるいは樹脂等よりなるケース等が挙げられる。
【００２０】
半導体チップ３０は、半導体プロセスにより製造されるシリコン半導体等よりなるもので、たとえば、マイコンなどのＩＣチップや、トランジスタなどのパワー素子や、その他の各種チップ部品等が挙げられる。
【００２１】
接着剤２０は、液状もしくはペースト状、あるいは、仮硬化されたシート状のものを熱により硬化させることにより接着力を発揮するものであり、たとえばエポキシ樹脂よりなるものである。なお、このエポキシ樹脂には、アルミナやシリカ等のフィラーが含有されたものであってもよい。
【００２２】
また、半導体チップ３０は、接着剤２０を介して基板１０上に接合されているが、必要に応じて、たとえば図示しないボンディングワイヤ等により、半導体チップ３０と基板１０とが接続されていてもよい。
【００２３】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図２、図３を参照して述べる。まず、通常の基板形成方法や半導体プロセスにより形成された基板１０および半導体チップ３０を用意する（用意工程）。
【００２４】
そして、基板１０の一面１１上に接着剤２０を配置する（接着剤工程）。この接着剤工程では、硬化前の状態の接着剤２０すなわち上記のような液状またはペースト状、あるいは、仮硬化されたシート状の接着剤２０を、基板１０の一面１１上に配置する。液状やペースト状の場合は、たとえば印刷法やディスペンス法、スプレー法等で塗布することにより、当該配置を行う。
【００２５】
次に、接合工程を行う。この接合工程では図２に示される製造装置を用いる。この製造装置は、半導体チップ３０を保持して基板１０上に搭載するコレット１００と、半導体チップ３０の温度（以下、チップ温度という）を検出する温度検出素子２００と、これらコレット１００および温度検出素子２００を制御するコンピュータよりなる制御ユニット３００と、を備えている。
【００２６】
コレット１００は、半導体チップ３０を吸着により脱着可能に保持して適所に移動させるとともに、さらにコレット１００自身の熱を半導体チップ３０に伝熱して半導体チップ３０を加熱するようになっている。
【００２７】
このコレット１００の作動機構は通常のものと同様である。具体的には、コレット１００の吸着や移動は図示しないポンプやアクチュエータ等により行われる。また、コレット１００には、通電により制御可能な図示しないヒータが一体化されており、このヒータによりコレット１００自身が加熱、昇温されることで、半導体チップ３０が加熱されるようになっている。
【００２８】
このコレット１００の吸着や移動の制御については、制御ユニット３００のヘッド制御部３１０が、上記コレット１００の作動機構に指令することで行われる。また、コレット１００の温度制御については、制御ユニット３００のヒータ制御部３２０が、コレット１００に一体化された上記ヒータに指令することにより行われる。
【００２９】
また、温度検出素子２００は、通常の温度測定に使用されるサーモグラフィや放射温度計等よりなる。この温度検出素子２００は、チップ温度が測定できる位置にあればよく、コレット１００に接合される等により一体化されていてもよいし、コレット１００とは別体であって別部位に配置されていてもよい。一体化されている場合には、温度検出素子２００は、コレット１００と同期して移動するものとなる。
【００３０】
温度検出素子２００にて検出されたチップ温度は、制御ユニット３００の温度検出部３３０へ送られる。そして、この温度検出部３３０からのチップ温度の情報に基づいて、ヘッド制御部３１０およびヒータ制御部３２０が、コレット１００の吸着、移動、温度を制御するようになっている。
【００３１】
このような製造装置を用いた本実施形態の接合工程では、図３（ａ）に示されるように、コレット１００が半導体チップ３０を保持するとともに、図中の波線矢印に示されるようにコレット１００からの伝熱により半導体チップ３０を加熱する。そして、チップ温度を、所望の温度、たとえば接着剤２０の硬化温度以上の温度とする。なお、所望の温度とは一定の温度に限らず、ある範囲内の温度であってもよい。
【００３２】
そして、図３（ｂ）に示されるように、コレット１００により、上記所望の温度とされた半導体チップ３０を、接着剤２０に接触させて基板１０の一面１１上に搭載し、半導体チップ３０を加熱、加圧することにより基板１０に接合する。なお、通常は、基板１０側も図示しないヒータ等により加熱されており、熱圧着時において接着剤２０が硬化可能な状態を確保しやすくしている。
【００３３】
ここで、本実施形態の接合工程では、半導体チップ３０の接着剤２０への接触前にコレット１００によりチップ温度を所望の温度に加熱するときに、温度検出素子２００によってチップ温度を検出する。そして、この検出されたチップ温度に基づいて制御ユニット３００がコレット１００の温度を制御することにより、チップ温度が所望の温度となるようにする。
【００３４】
具体的には、温度検出部３３０によってチップ温度が上記所望の温度未満であると判定された場合には、ヒータ制御部３２０によりコレット１００の温度を昇温させ、チップ温度を所望の温度まで昇温する。こうして、チップ温度を所望の温度とした後、図３（ｂ）に示されるように、半導体チップ３０を接着剤２０に接触させて基板１０の一面１１上に搭載する。
【００３５】
その後、接合工程では、コレット１００により、半導体チップ３０を加熱するとともに半導体チップ３０を接着剤２０に押しつけるように加圧しながら、接着剤２０を硬化させる。こうして、接着剤２０の硬化完了に伴い、コレット１００を半導体チップ３０から取り外す。こうして、半導体チップ３０と基板１０との接合がなされ、接合工程が完了し、本実施形態の半導体装置ができあがる。
【００３６】
ところで、本実施形態によれば、チップ温度を検出してコレット１００の温度を制御することにより、半導体チップ３０を接着剤２０に接触させる前に半導体チップ３０を所望の温度とし、その後、半導体チップ３０を接着剤２０に接触させるようにしている。そのため、従来では１チップ毎に生じやすかった半導体チップ３０の接触により発生する接着剤２０の硬化速度のばらつきを、本実施形態では、抑制することができる。
【００３７】
特にエポキシ樹脂等よりなる速硬化性の接着剤２０を用いた場合には、接着剤２０の硬化速度が温度に敏感であるので、半導体チップ３０が接着剤２０に接触した時点で、チップ温度にばらつきがあると、当該硬化速度がばらつきやすい。
【００３８】
その点、本実施形態によれば、接着剤２０への接触前にチップ温度が硬化に不十分な温度（たとえば硬化温度未満）になることがなく、硬化に十分な温度（たとえば硬化温度以上）にて当該接触がなされるので問題はない。
【００３９】
また、上記接合工程において、半導体チップ３０の接着剤２０との接触前に、仮にチップ温度が所望の温度よりも高いと判定された場合には、接合を停止すれば、半導体チップ３０への熱ダメージ等を防止できる。
【００４０】
また、本実施形態においては、温度検出素子２００として、コレット１００と一体化されることによりコレット１００と同期して移動するものを用いれば、チップ温度の検出精度を確保しやすいという点で望ましい。これは、半導体チップ３０を保持しているコレット１００が動くときに、温度検出素子２００と半導体チップ３０との距離が変化せず一定にできるためである。
【００４１】
（他の実施形態）
なお、熱硬化性の接着剤２０としては、上記したエポキシ樹脂以外にも、たとえばアクリル樹脂等であってもよい。
【００４２】
また、接着剤２０としては、接着剤２０の厚さを確保するためのスペーサとしてセラミック等よりなるビーズなどが含有されたものであってもよい。
【００４３】
また、温度検出素子がコレット１００と一体化される場合には、可能ならば非接触型の温度計ではなく、接触型の温度計を用いてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においても、半導体チップ３０と接着剤２０とを接触させた後、さらに温度検出素子２００でチップ温度を検出し、チップ温度を一定に制御しながら熱圧着を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０    基板
１１    基板の一面
２０    接着剤
３０    半導体チップ
１００  コレット
２００  温度検出素子
【図１】
2014225563.tif 000003
【図２】
2014225563.tif 000004
【図３】
2014225563.tif 000005