(57)【要約】【課題】脆性材料であり、さらに破壊強度の低いＬＥＤのような化合物半導体で、ダイシェア強度試験を実施する場合において、素子破壊の発生頻度を低減する。【解決手段】シェアツールを軸線中心に回転可能とするように回転軸支持部材を介してシェアツール取付け部と一体化することによって、常にシェアルールのテスト面がＬＥＤチップ側面に対して面と面で当接するようになり、ＬＥＤチップに対し局部的にせん断力が加わることによって生じる素子破棄を防ぐことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイシェア強度測定結合部試験装置であって、
シェアツールと、前記シェアツールを保持するシェアツール取付け部との固定構造において、
前記シェアツールが該シェアツールの長手方向軸線を中心として回転可能とする回転軸支持部材を介して前記シェアツール取付け部に一体化されていることを特徴とするダイシェア強度測定結合部試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイボンディングされた半導体チップのダイシュア強度試験装置に関し、特に半導体チップに対するシェアツールの押し当て機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤチップ実装におけるダイボンド接合部は、素子の種類、電極構造、用途に応じて種々のダイアタッチ剤が用いられている。従来は高分子導電性接着材として導電銀粒子をエポキシバインダーに混合した銀ペーストが標準的に使用されてきたが、ＬＥＤの用途拡大とともに、高出力化の実現や高信頼性の確保のために、前記高分子導電性接着材のバインダー樹脂を熱および光に対して長期安定性のあるシリコーンとしたものや、熱特性改善のために金バンプを用いた金―金フリップチップ接合や、フラックスを用いた金錫共晶接合などが採用されるようになってきた。
【０００３】
これら接合技術は、接合部の性能改善を目的としているが、プロセスの制御が十分でない場合、実装上の不具合、すなわち接合欠陥を招く場合もある。例えば、上記例でいえば、シリコーンバインダーによる接着力低下や、金―金フリップチップ接合における超音波および荷重条件による金属拡散接合未達や、金錫共晶接合におけるボイドの発生などである。  
従って、これらの接合を安定的に行うためには、接合信頼性の評価を行いながら、プロセスにおいて常に最適な接合条件を維持することが必要とされる。
【０００４】
一般的に半導体チップのダイボンディングによる接合強度は、せん断剥離強度にて評価されている。図６および図７に、ダイシュア強度試験の様子を示す。図６は、金属製でテスト面が平面のシェアツール１の基板３からの先端高さ（シェア高さ）を、ダイアタッチ剤４を避けるように、基板３の表面からダイアタッチ剤４の厚みｔを超える高さに設定しながら、ダイボンディングされたチップ２の側面に押し当てる様子を示すものであり、図７（ａ）は、図６の状況をチップ２上方から眺めたもので、シェアツール１のテスト面はチップ２側面に平行に保たれ、一定した速度（シェア速度）で押し当てられる。図７（ｂ）はシェアツール１のテスト面がチップ２側面に押し当てられた状態を示すもので、シェアツール１によってチップ２のせん断方向に力Ｑが加わり、シェアツール１はチップ２より水平反力Ｈを受ける。シェアツール１は一定速度でせん断方向に移動させているので、水平反力Ｈは徐々に大きくなり、基板３の表面のチップ接合面からチップが剥がされる直前に最大となり、この時の値をダイシェア強度として測定する。
【０００５】
ＬＥＤの場合、接合面の寸法が非常に小さいので、接合強度を試験するために用いられるシェアツールは、非常に小さな力及び撓みを正確に測定する必要がある。普通、前記シェア高さやシェア速度は入力値に応じて精度高く設定しながら試験を実施する装置として、半自動操作のダイシェア強度試験装置が使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤチップのウェハーから切り出しは、スクライバによるスクライビングを施した後のブレーキング処理、ダイサによるダイシング等の方法で行われるが、これらの方法は、チップ外形に微小な変形を伴い易いものである。例えば、ダイヤモンド・スクライバによるスクライビングとブレーキングによりチップ化されたＬＥＤチップではスクライビング位置にエッジが形成されることがある。また、フルダイシングされたＬＥＤチップはチッピングや裏面の欠け、切断ブレードの変形による側面のソリが生じる場合もある。従って、現実的にはＬＥＤチップの側面は凹凸を含むものとなっており、前述のダイシュア強度試験においてシェアツール１のテスト面はチップ側面と十分な面接触がなされているとは言い難い。
【０００７】
加えて、上述の半自動操作のダイシェア強度試験装置を用いても、ＬＥＤチップの側面をシェアツール１のテスト面に平行となるように配置する作業は、Ｘ方向、Ｙ方向、θ回転角に駆動可能とした試料ステージ上に、ＬＥＤチップが基板上にダイボンディングされた状態の試料を設置し、双眼実体顕微鏡を覗きながら配置調整の入力作業する目視調整で行っているので、図１（ａ）に示すように、テスト実施中においてはシェアツール１のテスト面に足して、チップ側面が十分平行に保たれずに、微小な１〜２°程度の傾き角ψが生じる場合がある。（傾き角が２°を超える場合は、作業者が傾きを容易に識別できるため、更に傾きが大きくなることはない。）
【０００８】
その場合、図１（ｂ）のようにシェアツールのテスト面はＬＥＤチップ側面の一端で接触し、その部分に局所的にせん断力Ｑが加わるように働く。この場合、ＬＥＤに用いられる材料によっては、破壊強度の低い脆性材料となっているため、図１（ｃ）のように、ダイシェア強度試験における破壊モードは接合面剥離ではなくチップ破壊のモードとなってしまう。
【０００９】
ダイシェア強度試験において、チップ破壊モード発生すると、本来の目的である接合部の接合強度や接合の安定性を正確に評価していることにはならず、プロセスにおいて常に最適な接合条件を維持することが困難となってしまう。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、強度の低い脆性材料であるＬＥＤチップのダイシェア強度試験において、チップ破壊のモード発生を軽減し、剥離強度を正確に測定することができるダイシェア強度試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明によれば、
シェアツールと、前記シェアツールを保持するシェアツール取付け部との固定構造において、 前記シェアツールが該シェアツールの長手方向軸線（以下単に軸線と表記する）を中心として回転可能とする回転軸支持部材を介して前記シェアツール取付け部に一体化されていることを特徴とするダイシェア強度測定結合部試験装置とすることにより、
常にシェアルールのテスト面がＬＥＤチップ側面に対して面と面で当接するようになり、ＬＥＤチップに対し局部的にせん断力が加わることによって生じる素子破棄を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、チップ破壊のモード発生が軽減され、とび値の発生が抑制され安定した正確な評価が可能なダイシェア強度試験装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はＬＥＤのダイシェア強度試験においてチップ破壊のモードが発生する様子を示すもので、図１（ａ）はシェアツールのテスト面に足して、チップ側面が平行に保たれない状況を示し、図１（ｂ）はシェアツールのテスト面がチップ側面に局部的に接触する様子を示し、図１（ｃ）はチップに局部的なせん断力が加わりチップ破壊に至った様子を示している。
【図２】図２は本発明の要部機構であるシェアツール保持機構を含むダイシェア強度試験装置の可動部を模式的に示す図である。
【図３】図３は本発明によるダイシェア強度試験装置を用いて剥離強度測定を行った場合のシェアツールのテスト面の挙動を示す図で、  図３（ａ）はシェアツールのテスト面がチップ側面に局部的に接触した状態を示し、図３（ｂ）はシェアツールの軸線中心に回転力Ｎが発生し、シェアツールのテスト面はＬＥＤチップの側面に当接する様子を示す。
【図４】図４はマルチチップＬＥＤの一例を示す図である。
【図５】図５は従来の装置におけるシェアツールの保持機構を示す図である。
【図６】図６は一般的なダイシェア強度試験をＬＥＤチップ横方向から眺めた様子を示す図である。
【図７】図７は図６をＬＥＤチップ上方から眺めた様子示す図で、図７（ａ）は、を示す図である。図７（ｂ）は、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（ダイシェア強度試験装置）
図２はダイシェア強度試験装置の可動部を表す図であり、特にシェアツール取付け部１６を半断面図として、本発明の要部機構であるシェアツール１１保持機構について模式的に示している。即ち本発明の構成は、シェアツール１１を軸線中心に回転可能とするように回転軸支持部材１５を介してシェアツール１１とシェアツール取付け部１６を一体化していることを特徴とする。尚、図２の例では回転軸支持部材１５として一般的な深溝玉軸受として示しているが、これに拘るものではなく、その他の転がり軸受、又は滑り軸受の分類より適宜選択して使用しても良い。
【００１５】
図５は図２との比較のための従来の装置におけるシェアツール１０１の保持機構を示すもので、それ以外の部分は図４と同一なので省略してある。図５に示すように。シェアツール１０１は固定ねじ１０９でツール取付け部１０６に固定してある。
【００１６】
尚、図２の可動部において、前述のシェアツール１１保持機構以外の部分は現行の一般的なダイシェア強度試験装置の場合を例として測定機構を説明するため示したものである。
まず、１８はセンサ部で、例えば、センサ部１８内部は開口を下方（シェアツール取付け部の方向）に向けた凹部（図示せず）が設けてあり、前記凹部の天面に、シェアツール取付け部１６から軸上に延長されたシェアツール取付け部支持アーム（以下支持アーム）１７の端部が片持ち状態で固定されており、前記支持アーム１７の側面に歪ゲージが配設されている。シェアツール１１に剥離強度測定時の反力が加わると支持アーム１７が撓み、歪ゲージにも歪が伝搬される。歪ゲージの物理的歪に伴う抵抗値変化をホイートストンブリッジ回路によって電圧値に変換し、剥離強度測定値として出力する。
１９は上下動ブロックで、前記シェアツール１１、シェアツール取付け部１６及びセンサ部１８の中心線が軸線上に揃うように配置するための基台となっている。上下動ブロック１９がモータ駆動により軸線方向を移動することで、シェア高さを調整可能となっている。
２０は試料ステージで、試料となるＬＥＤチップ２が接合された基板３が設置され、該
ＬＥＤチップの側面がシェアツール１１のテスト面に平行配置となるようにＸ方向、Ｙ方向、θ回転角をモータ駆動により調整可能となっている。
【００１７】
本発明によるダイシェア強度試験装置を用いて剥離強度測定を行った場合のシェアツール１１のテスト面の挙動を図３に示す。ＬＥＤチップ２の側面がシェアツール１１のテスト面に対して、角度ψの傾きがあるとき、測定開始とともにＬＥＤ試料ステージ２０がシェアツール１１のテスト面方向（Ｘ方向）に移動し、ＬＥＤチップ２の側面の一点Ｐで接触し（図３（ａ））、シェアツール１１の軸線（点Ｏで表示）中心に回転力Ｎが発生し、ＬＥＤ試料ステージ２０がさらに移動することによって、シェアツール１１のテスト面はＬＥＤチップ２の側面に当接する（図３（ｂ））。
尚、この段階で微視的にみれば、試料となるＬＥＤチップ２の側面の凹凸状態によっては、いわゆる表面粗さの平均で認識される平面に対して該テスト面が完全に平行になって接しているのではないということが重要で、該テスト面はＬＥＤチップ２の側面からの反力が該テスト面全体で均等になるよう自動調整されながら接するのである。
これにより該テスト面からのせん断力ＱがＬＥＤチップ２の側面に対して局所的に集中せず、常に広範に加えられるように自動調整されるため、本発明によるダイシェア強度試験装置を用いた剥離強度測定では前述の剥離強度測定におけるチップ破壊モードの発生を抑制できるのである。
【００１８】
上記傾き角度ψによって、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２がシェアツール１１のテスト面から受けるせん断力Ｑの作用線は傾きが生じ、シェアツール１１のテスト面（ＬＥＤチップ２の側面）に対して垂直方向の力Ｑｃｏｓψ、シェアツール１１のテスト面上の滑り方向の力Ｑｓｉｎψに分解されるが、前述のとおり傾き角度ψは大きくとても２度程度と考えられるので、前記作用線は傾きによる影響は軽微なものと考えることができる（Ｑｃｏｓ２°＝０．９９９）。つまり通常にダイシェア強度試験を行った場合の剥離強度測定値が少なくとも２割程度のばらつきをもって観測されることを考えると、誤差範囲と言える。
【００１９】
上述の如く破壊強度の低い脆性材料であるＬＥＤチップのダイシェア強度試験においては、チップ破壊のモードが発生し易くなるのは、シェアツール１０１が固定されているため、チップ破壊のモード発生が発生しやすく、測定品質の低下を来たすことがあったが、本発明によるダイシェア強度試験装置を用いることで、チップ破壊のモード発生が軽減され、とび値の発生が抑制され安定した正確な評価が可能となる。
（マルチチップＬＥＤにおける試験方法）
【００２０】
本発明によるダイシェア強度試験装置を用いることにより、一部の特殊なＬＥＤ光学装置においてはダイシェア強度試験に要する労力を削減することが可能となる。この場合の具体的事例について以下説明を行う。
【００２１】
図４は当業者間でマルチチップＬＥＤと呼称される1つのパッケージ内に複数のＬＥＤ素子を用いた発光装置（以下マルチチップＬＥＤ）の一例で、マルチチップＬＥＤ２００でパケージに複数（１２個）のＬＥＤチップ２０２がダイボンディングされた状態を示すものである。
例えば今日、高光出力型のＬＥＤ照明用として青色ＬＥＤと黄色や赤色の蛍光体を用いて混焼で白色を得る構成のものや、RGB各色の発光を行い、それらの混色で白色を得る構成のものなどがある。パケージの基材はセラミックベースに配線を施したものやアルミ板の表面に絶縁処理した後に配線を施したものなどが使用される。
【００２２】
ところで、ダイボンディング工程で品質を作り込むための日常のプロセス管理において、設備の状態あるいは製品の出来栄えの確認および日常点検として接合強度の測定が行なわれている。
図４の様なマルチチップＬＥＤ２００においてダイシェア強度試験を行う場合、従来最も労力を要していたのは、各ＬＥＤチップで角度ずれ（図４におけるα、β、γ）があり、チップ毎にＬＥＤチップの側面をシェアツール１のテスト面に平行となるようにθ回転角を駆動し配置調整を強いられることであった。
【００２３】
本発明によるダイシェア強度試験装置を用いることで、マルチチップＬＥＤ２００のようなＬＥＤ発光装置において、個々のＬＥＤチップに合わせた角度調整を省略し、ＬＥＤ配置のピッチに合わせて試料ステージのＸ、Ｙ駆動操作による送りのみで配置調整を済ませ、強度測定を行うという簡易測定が可能である。
角度ずれが大きく搭載されてしまったＬＥＤチップがある場合については以下の二通りの処理が考えられる。第一の考え方として意図して角度ずれの少ないＬＥＤチップを選択して測定を実施することである。普通、日常点検での測定で実施されるサンプル数は少量であるため（破壊検査となるため）上記対応で十分である。第二の考え方として、予めＬＥＤチップの角度ずれに余裕を持たせたサンプルにて強度測定を行い、そのサンプルデータに基づいて日々の点検に適用される下方管理限界を設定して行うようにしても良い。
前述のとおり、本発明によるダイシェア強度試験装置は測定要因によるとび値の発生頻度が少ない試験装置であるため測定値が安定し、上記簡易測定でも、統計的工程管理のために有効に機能させることが可能で、日常点検に要する労力や時間を大幅に削減できる。
【００２４】
本発明は、上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の応用および変形が考えられる。
【符号の説明】
【００２５】
１，１１，１０１    シェアツール    
２    ＬＥＤチップ
３    基板
４    ダイアタッチ剤（接合部）
１５  回転軸支持部材
１６，１０６    シェアツール取付け部
１７，１０７    シェアツール取付け部支持アーム
１８，１０８    センサ部
１９    上下動ブロック
２０    試料ステージ
１２１    固定ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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