(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着層を介して積層された複数の部材を含むワークを、第１加熱加圧部を有する上型と、上下動可能な第２加熱加圧部および上下方向に延在する支持部を有する下型とで挟み込んで各部材を接合する接合方法であって、
（ａ）前記第２加熱加圧部のクランプ面から突出した前記支持部で前記ワークを支持する工程と、
（ｂ）前記第２加熱加圧部を上動させて、突出している前記支持部を相対的に前記第２加熱加圧部のクランプ面から退避させて前記支持部から前記第２加熱加圧部のクランプ面に前記ワークを載置する工程と、
（ｃ）さらに前記第２加熱加圧部を上動させて、載置されている前記ワークを前記第１加熱加圧部のクランプ面に押し当ててクランプする工程と、
（ｄ）前記第１加熱加圧部と第２加熱加圧部とで前記ワークをクランプしたまま加熱加圧する工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法において、
前記（ｂ）工程では、前記第２加熱加圧部と共に前記支持部も、前記ワークが前記第１加熱加圧部に接する手前まで上動することを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の接合方法において、
前記上型は、前記第１加熱加圧部より下側に設けられ、前記ワークを冷却する冷却機能を有する上下動可能なスペーサ部を有し、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記第２加熱加圧部を下動させて退避している前記支持部を突出させて、前記ワークを前記第２加熱加圧部から前記支持部で支持させると共に、前記ワークに接したまま前記スペーサ部を下動させて前記第１加熱加圧部から前記ワークを離間させる工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記スペーサ部と接して前記支持部で支持された前記ワークを、前記冷却機能により冷却する工程と、
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項３記載の接合方法において、
（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記スペーサ部を上動させて冷却された前記ワークと離間させると共に、前記冷却機能を停止した後、前記スペーサ部が有する加熱機能より前記スペーサ部を加熱させながら前記第１加熱加圧部に押し当てる工程、
を含むことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合装置および接合方法に関し、特に、基板に複数の電子部品を一括で接合する接合装置および接合方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−１００８３７号公報（特許文献１）には、複数の半導体素子（半導体チップ）を一連のリードフレームに実装する装置において、リードフレームに半導体素子を順次に仮熱圧着し、仮熱圧着された半導体素子を一括して本熱圧着する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１００８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品（例えば半導体チップ）を基板（例えば配線基板）に実装する場合、電子部品の接続端子（例えば接続バンプ）と基板の接続端子（例えば接続パッド）は、確実に電気的に接続されている必要がある。また、接続端子間を保護し、電気的に分離するために、電子部品と配線基板との間には絶縁樹脂を設けて接続信頼性を確保する必要がある。なお、接続バンプとしては、例えば、はんだバンプ、金バンプなどの金属バンプが用いられ、また、接続パッドとしては、例えば、銅またはその合金などの金属パッドが用いられる。また、絶縁樹脂としては、例えば、ＮＣＦ（Non Conductive Film）やＮＣＰ（Non Conductive Paste）の接着層が用いられる。
【０００５】
例えば、接着層を介して基板上に電子部品が仮接合されたワークに対して、基板と電子部品とを本接合する場合、基板の金属パッドと電気的に接続される電子部品の金属バンプを溶融するまで加熱した後、加圧する必要がある。
【０００６】
しかしながら、金属バンプが溶融するまでの時間と、接着層が硬化するまでの時間によっては、金属バンプと金属パッドとが電気的に接合（接続）される前に接着層が硬化してしまい、接続不良を起こす恐れもある。また、加熱時間が長くなると、接着層によっては予め混入している微細な空気が加熱により膨張あるいは発泡して、接続不良を引き起こすことも想定される。
【０００７】
本発明の目的は、接着層を介した各部材の接続信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における接合方法は、接着層を介して積層された複数の部材を含むワークを、第１加熱加圧部を有する上型と、上下動可能な第２加熱加圧部および上下方向に延在する支持部を有する下型とで挟み込んで各部材を接合する接合方法であって、（ａ）前記第２加熱加圧部のクランプ面から突出した前記支持部で前記ワークを支持する工程と、（ｂ）前記第２加熱加圧部を上動させて、突出している前記支持部を相対的に前記第２加熱加圧部のクランプ面から退避させて前記支持部から前記第２加熱加圧部のクランプ面に前記ワークを載置する工程と、（ｃ）さらに前記第２加熱加圧部を上動させて、載置されている前記ワークを前記第１加熱加圧部のクランプ面に押し当ててクランプする工程と、（ｄ）前記第１加熱加圧部と第２加熱加圧部とで前記ワークをクランプしたまま加熱加圧する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。この一実施形態によれば、接着層を介した各部材の接続信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の接合装置の変形例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態における動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図７に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態における動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】図９に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０に続く動作中の接合装置を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１２に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１３に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態における接合技術の効果を説明するための図である。
【図１６】図１５に示す効果と比較説明するための図である。
【図１７】本発明の一実施形態における接合技術の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１２】
（実施形態１）
本実施形態における接合装置は、接着層を介して積層された複数の部材を含むワークを、上型と下型とで挟み込んで各部材を接合するものである。図１２および図１４にそれぞれクランプ前およびクランプ後のワークＷを示す。図１２に示すワークＷは、絶縁層８から露出する複数の接続パッド５（例えば銅パッド）と対応する複数の接続バンプ６（例えばはんだバンプ）とが位置合わせされて、配線基板２上に接着層４（例えばＮＣＦまたはＮＣＰ）を介して電子部品３が仮接合されている。図１４に示すワークＷは、配線基板２の複数の接続パッド５と対応する電子部品３の複数の接続バンプ６とが電気的に接続されて、配線基板２上に接着層４を介して電子部品３が接合（フリップチップ接合）されている。
【００１３】
図１などを参照して本実施形態における接合装置１Ａを説明する。接合装置１Ａは、配線基板２に複数の電子部品３が実装（電気的に接続）された半導体装置７（図１４参照）を製造する半導体製造装置でもある。
【００１４】
接合装置１Ａは、上下方向に対向して配置され、ワークＷを挟み込む上型１１および下型１２を含んで構成されている。本実施形態では、上型１１が図示しない可動プラテンの中央部に固定して組み付けられ、下型１２が図示しない固定プラテンの中央部に固定して組み付けられている。固定プラテンおよび可動プラテンは、それぞれの外周部で複数のタイバーによって接続されており、固定プラテンがタイバーに固定され、可動プラテンがタイバーで摺動されるように構成されたものである。なお、可動プラテンは、公知の昇降機構（電動モータやボールねじなどで構成された機構）により昇降可能（上下動可能）となっている。
【００１５】
この固定プラテンと可動プラテンにより、上型１１および下型１２が離間して型開きした状態で、ワークＷが下型１２上に供給（搬入）される（図１参照）。また、上型１１および下型１２が近接して型締めした状態では、密閉空間３１（チャンバ）が形成され（図２参照）、ワークＷが挟み込まれる（図３参照）。なお、上型１１を固定プラテン、下型１２を可動プラテンに固定して組み付け、上型１１に対して下型１２を昇降するようにしても良い。
【００１６】
このような接合装置１Ａは、上型１１および下型１２の間に供給されたワークＷをフローティング支持する支持機構１０と、ワークＷを加熱加圧する加熱加圧機構１３と、クランプされたワークＷを内包する空間をシールするシール機構１４と、シールされた密閉空間を圧縮するチャンバ圧調整機構１５とを備えている。支持機構１０、加熱加圧機構１３およびシール機構１４は、上型１１、下型１２で構成され、チャンバ圧調整機構１５は、上型１１および下型１２の外部に構成されている。
【００１７】
まず、接合装置１Ａの加熱加圧機構１３について具体的に説明する。図１に示すように、上型１１は、下型１２側に設けられ、ワークＷを加熱加圧する上加熱加圧部１６（第１加熱加圧部）を有している。また、下型１２は、上型１１側に設けられ、ワークＷを加熱加圧する上下動可能な下加熱加圧部１７（第２加熱加圧部）を有している。すなわち、加熱加圧機構１３は、それぞれが熱を発する上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とが近接して、加熱加圧する機構である。
【００１８】
上加熱加圧部１６は、例えば合金工具鋼からなるブロックであり、ヒータ１８（熱源）を内部に有している。下加熱加圧部１７は、例えば合金工具鋼からなるブロックであり、ヒータ１９（熱源）を内部に有している。ヒータ１８により熱を帯びた上加熱加圧部１６と、ヒータ１９により熱を帯びた下加熱加圧部１７とによりクランプされたワークＷが加熱される。また、上加熱加圧部１６に対して下加熱加圧部１７が近接して、上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７との間に供給されたワークＷがクランプされて加圧される（図３参照）。
【００１９】
ヒータ１８、１９は、加熱能力を向上するために、上加熱加圧部１６、下加熱加圧部１７の内部にそれぞれ設けられると共に、図１の紙面垂直（奥行き）方向に延在するように設けられている。ヒータ１８、１９の加熱能力は、上加熱加圧部１６、下加熱加圧部１７などの部材が有する熱容量を考慮し、電子部品３の接続バンプ６（はんだ）を溶融する温度であって、かつ、接着層４（ＮＣＦまたはＮＣＰ）を加熱硬化する温度を、クランプされたワークＷに加えられることが必要である。例えば、はんだの融点は２５０〜２６０℃程度であり、またＮＣＦやＮＣＰは２００℃〜２６０℃程度で所定時間が加わることで硬化する。
【００２０】
また、上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７は、ワークＷを挟み込んでクランプする（加圧する）のでクランパ部（加圧手段）でもある。このため、上加熱加圧部１６の下型１２側の面がクランプ面１６ａとなり、下加熱加圧部１７の上型１１側の面がクランプ面１７ａとなって形成されている。
【００２１】
上型１１において、例えば合金工具鋼からなる上ベース２１は、図示しない可動プラテンに固定して組み付けられている。この上ベース２１下に、上加熱加圧部１６が固定して組み付けられている。この上加熱加圧部１６（クランプ面１６ａ）より下側に、例えば合金工具鋼からなる固定スペーサ部２２（スペーサ部）が固定して組み付けられている。この固定スペーサ部２２は、ワークＷを上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とでクランプするために、ワークＷの厚さに応じて調整して設けられるものであり、ワークＷの厚さによっては不要な場合もある。
【００２２】
下型１２において、例えば合金工具鋼からなる下ベース２３は、図示しない固定プラテンに固定して組み付けられている。この下ベース２３上に、例えば合金工具鋼からなるピン状の支持ピン２４（支持部）が起立して複数並んで組み付けられている。なお、支持ピン２４には、下型１２からの熱が支持ピン２４を介してワークＷに伝わるのを抑制するために熱伝導率が低い材質が好ましく、セラミックスや耐熱ガラスのような材質を用いることもできる。
【００２３】
また、下ベース２３上には、支持ピン２４が貫通する孔がワークに応じた任意の間隔で設けられると共に、一端側のピン頭で支持ピン２４を抜け止め（固定）する、例えば合金工具鋼からなる固定部２５が固定して組み付けられている。このように設けられた複数の支持ピン２４は長さが同じであり、それら他端側でワークＷが支持（載置）される。
【００２４】
また、下ベース２３の上方に、下加熱加圧部１７が下型１２内で上下動可能に組み付けられている。この下加熱加圧部１７には、厚さ方向に貫通するように固定部２５と同様の間隔で複数の貫通孔が形成されており、この複数の貫通孔のそれぞれに複数の支持ピン２４が挿入して設けられている。このため、下加熱加圧部１７が上下動する場合、下加熱加圧部１７は支持ピン２４で摺動する。下加熱加圧部１７と固定部２５とは、それぞれが熱膨張しても支持ピン２４の摺動が円滑に行えるように、熱膨張係数が同じ材質で構成されるのが好ましい。なお、上述した複数の貫通孔を支持ピン２４よりも十分に大きく成形しておけば、熱膨張係数が異なる材質を用いることもできる。
【００２５】
この下加熱加圧部１７は、例えば合金工具鋼からなるロッド状の支持ロッド２６の一端で固定して組み付けられて、複数の支持ロッド２６で支持される。互いに組み付けられた下ベース２３と固定部２５には、厚さ方向に貫通して連通するように所定間隔で複数の貫通孔が形成されており、この複数の貫通孔のそれぞれに複数の支持ロッド２６が挿入して設けられている。これら支持ロッド２６の他端は、断熱材２７を介して例えば合金工具鋼からなるロッド昇降部２８に固定して組み付けられている。このロッド昇降部２８は、図示しない上下方向に昇降可能な昇降機構と固定して組み付けられている。この昇降機構により下加熱加圧部１７を上下動する場合、支持ロッド２６は下ベース２３および固定部２５の貫通孔内で摺動する。
【００２６】
また、下加熱加圧部１７を複数の支持ロッド２６でフローティング支持することで、下加熱加圧部１７の熱を昇降機構側（ロッド昇降部２８側）へ放散させ難くしている。また、支持ロッド２６とロッド昇降部２８との間に断熱材２７を設けることで、より熱の放散をさせ難くしている。
【００２７】
次に、接合装置１Ａの支持機構１０について具体的に説明する。図１に示すように、下型１２は、下加熱加圧部１７を上下方向に貫通するように延在して設けられた支持ピン２４を複数有している。支持ピン２４は、下加熱加圧部１７が上動することで相対的にクランプ面１７ａから退避してこの面の下方に移動し（図３参照）、下加熱加圧部１７が下動することで相対的にクランプ面１７ａから突出する（図２参照）ものである。
【００２８】
複数の支持ピン２４は、下ベース２３上に、例えばマトリクス状に平面配置され、ワークＷが載置される支持プレート２９を支持する。すなわち、下型１２は、下加熱加圧部１７および支持ピン２４より上側に設けられたワークＷを支持する支持プレート２９を有している。ここで、各支持ピン２６は、支持プレート２９が自重によって撓んで高さが不均一にならないように均等な間隔で配置されている。この支持プレート２９を用いてワークＷを支持することで、クランプ時にワークＷを上加熱加圧部１６（固定スペーサ部２２）と平行に配置することができる。なお、支持プレート２９は、剛性が高く撓みが少ない基板（例えばセラミック基板）を配線基板２として用いた場合には省略することができる。
【００２９】
支持機構１０は、支持ピン２４が下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから突出した状態で、支持プレート２９を介してワークＷを支持する（図１、図２参照）。また、支持機構１０は、下加熱加圧部１７が上動して支持ピン２４を相対的にクランプ面１７ａから退避させて（引っ込めて）、支持ピン２４から下加熱加圧部１７へ支持プレート２９を介してワークＷを受け渡す（図３参照）。すなわち、下加熱加圧部１７へ受け渡されたワークＷは、支持プレート２９を介してクランプ面１７ａ上に載置されることとなる。
【００３０】
このような支持機構１０は、上型１１および下型１２の間に供給されたワークＷが支持ピン２４から下加熱加圧部１７へ受け渡されるまでは、ワークＷを支持ピン２４によってフローティング支持している。このため、上加熱加圧部１６や下加熱加圧部１７が熱を帯びていた場合であっても、ワークＷは、これらとは接せずにフローティング支持されているので、加熱されることが抑制される。すなわち、ワークＷの配線基板２と電子部品３とを接着（仮接合）している接着層４の硬化の進行を抑制することができる。このような支持ピン２４は、断熱用ピンであるともいえる。
【００３１】
加熱加圧機構１３では、図３に示すように、支持ピン２４がクランプ面１７ａから退避した状態で、下加熱加圧部１７が支持ピン２４から受け取ったワークＷを支持プレート２９を介してクランプ面１７ａで載置したままクランプ面１６ａに押し当ててクランプする。そして、上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７がワークＷをクランプしたまま加熱加圧する。すなわち、下加熱加圧部１７が、ワークＷをクランプした状態でさらに上動してワークＷを上加熱加圧部１６に強く押し付けることで、上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とで加熱加圧して、ワークＷの各部材（配線基板２、電子部品３）を接合する。
【００３２】
このように、ワークＷを上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７で挟み込んでクランプすることで、接着層４を介して積層された配線基板２および電子部品３を含むワークＷを急速に加熱することができる。
【００３３】
このような接合装置１Ａでは、温度によって溶融する接続バンプ６と、加熱の総量に応じて溶融及び硬化する接着層４とが含まれるようなワークＷであっても、接着層４が熱により硬化する前に、短時間で接続バンプ６を溶融させて接続パッド５と接続バンプ６とを接合させ、その後、接着層４を硬化させることができるので、配線基板２と電子部品３との接続信頼性を向上することができる。以下では、図１５および図１６を参照して、接合装置１Ａによる効果について具体的に説明する。図１５および図１６において、横軸を時間ｔ、左縦軸を粘度η、右縦軸を温度Ｔとして、ワークＷの温度Ｔ、接着層４の粘度ηｎ、接続バンプ６の粘度ηｂを示している。
【００３４】
図１５に示すように、加熱された接着層４は、時間ｔに対して下に凸の放物線を描くように粘度ηｎが変化する。この接着層４においては、所定の熱量が加えられた時点で粘度ηｎが最も下がり、その前後で溶融した接続バンプ６の接合が行える程度に粘度が下がった状態となる。この状態を、図１５では粘度ηｎが破線を下回る範囲として示している。この破線を下回る範囲において、溶融させた電子部品３の接続バンプ６と配線基板２の接続パッド５とを接合することで、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００３５】
ところで、図１６に示すように、配線基板２の温度Ｔを短時間で昇温させることができない場合、接着層４の粘度ηｎの低くなるタイミングが、接続バンプ６の粘度ηｂの低くなるタイミングよりも早くなってタイミングを合わせることができない。具体的には、接着層４の粘度ηｎが破線を下回る範囲で接続バンプ６の粘度ηｂが低くなっていない。このような場合は、配線基板２の接続パッド５と電子部品３の接続バンプ６との電気的接続が確実に行われない恐れも生じる。しかしながら、接合装置１Ａによれば、ワークＷの温度Ｔを素早く短時間で昇温させることができる。これにより、接着層４の粘度ηｎが低くなるタイミングと、接続バンプ６が溶融して粘度ηｂが低くなるタイミングとを合わせることができる。
【００３６】
次に、接合装置１Ａのシール機構１４について具体的に説明する。図１に示すように、シール機構１４は、上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７の周囲に設けられ、ワークＷが内包される空間をシールする上シールブロック３２および下シールブロック３３を有している。
【００３７】
下シールブロック３３は、例えば合金工具鋼からなる筒状のブロックであり、下ベース２３上の外周部で固定して組み付けられている。下ベース２３および下シールブロック３３により、下型１２では上型１１側に開口する凹形状の箱部３７が形成される。この下型１２が有する箱部３７内で下加熱加圧部１７および支持ピン２４が収納される。また、下シールブロック３３の上シールブロック３２側の縁部には、シール部材３４（例えばＯリング）が設けられている。
【００３８】
また、上シールブロック３２は、例えば合金工具鋼からなる筒状のブロックであり、上ベース２１下の外周部で固定して組み付けられている。すなわち、上ベース２１および上シールブロック３２により、上型１１では下型１２側に開口する凹形状の箱部３６が形成される。この上型１１が有する箱部３６内で上加熱加圧部１６が収納される。また、上シールブロック３２の下シールブロック３３側の縁部は、シール部材３４と対向するように設けられている。
【００３９】
また、接合装置１Ａでは、下ベース２３の貫通孔２３ａにおいて、支持ロッド２６を摺動させるため、貫通孔２３ａと支持ロッド２６との僅かな隙間を設ける必要がある。このため、シール機構１４は、下ベース２３の貫通孔２３ａと支持ロッド２６との間をシールするシール部材３５（例えばＯリング）を有している。
【００４０】
上ベース２１および下ベース２３が近接することで、箱部３６の縁部と箱部３７の縁部とが接して内部に密閉空間３１が形成される（図２参照）。密閉空間３１でワークＷを内包することで、上加熱加圧部１６や下加熱加圧部１７でワークＷをより急速に加熱することができる。また、本実施形態では、下ベース２３および下シールブロック３３がその内部にヒータ３８（加熱部）を有している。これにより、密閉空間３１で内包されたワークＷをより急速に加熱することができる。
【００４１】
また、下型１２の下シールブロック３３は、下加熱加圧部１７の外周面に沿って設けられた内壁面３３ａを有している。この内壁面３３ａは下シールブロック３３に設けられたヒータ３８によって加熱される。したがって、ヒータ３８で加熱された内壁面３３ａで案内されて下加熱加圧部１７が上下動する。ここで、下加熱加圧部１７と下シールブロック３３及びこれを設けた下ベース２３は、同一部材（例えば合金工具鋼）で構成されているので、熱膨張係数が同じである。このため、下型１２内の各部が均一な温度状態とすることで下加熱加圧部１７と下シールブロック３３は同程度に膨脹するので、下加熱加圧部１７の上下動をスムーズに行うことができる。
【００４２】
次に、接合装置１Ａのチャンバ圧調整機構１５について具体的に説明する。図２に示すように、チャンバ圧調整機構１５は、上シールブロック３２に形成されたエア路３９を通じて、シールされた密閉空間３１に圧縮空気を導入する圧縮機４１（例えばコンプレッサ）を有している。
【００４３】
密閉空間３１では、上加熱加圧部１６や下加熱加圧部１７からの輻射熱によって接着層４（図１２参照）が加熱されて、場合によっては接着層４内でボイドが発生して接着層４が膨脹し、電子部品３を配線基板２から引き離すおそれが生じる場合がある。そこで、密閉空間３１を圧縮空間とすることでボイドの発生を抑制することができる。また、接合装置１Ａは、圧縮空間において配線基板２に複数の電子部品３を一括して接合する構成であるため、ボイドの発生を抑制して一様の圧力を加えながら加熱を行うことができる。したがって、配線基板２上に接着層４を介した複数の電子部品３の接続信頼性を向上することができる。
【００４４】
なお、チャンバ圧調整機構１５は、圧縮機４１の代わりに、シールされた密閉空間３１を減圧する減圧機（例えば真空ポンプ）が接続されても良い。減圧することで、接着層４内の微細な空気を除去することができるからである。また、密閉空間３１内に浮遊する微細な埃などの異物や接着層４の硬化反応や処理に影響を及ぼす酸化物などを積極的に除去することもできる。また、チャンバ圧調整機構１５は、たとえば減圧して接着層４内の空気を排除した後に圧縮空間とするように減圧機と圧縮機４１を併用することで、相乗的効果を得ることができ、配線基板２上に接着層４を介した複数の電子部品３の接続信頼性をより向上することができる。
【００４５】
次に、本実施形態における接合装置１Ａを用いて、配線基板２上に複数の電子部品３を一括で接合する接合方法と共に、これにより製造される半導体装置７の製造方法について図１〜図３および図１２〜図１４を参照して説明する。図１などは、動作中の接合装置１Ａを模式的に示す断面図であり、図１２などは、動作中の接合装置１ＡにおけるワークＷを明確にするために、図１などに示すワークＷの要部を拡大して示している。
【００４６】
本実施形態の接合方法は、概略すると、接着層４を介して積層された配線基板２および電子部品３を含むワークＷを、上加熱加圧部１６を有する上型１１と、上下動可能な下加熱加圧部１７および上下方向に延在する支持ピン２４を有する下型１２とで挟み込んで各部材を接合する工程を含んでいる。
【００４７】
まず、図１２に示すように、配線基板２の複数の接続パッド５と対応する各電子部品３の複数の接続バンプ６とを対向して位置合わせして、配線基板２上に接着層４を介して積層された複数の電子部品３を含んでなるワークＷを準備する。また、接合装置１Ａで説明した、上加熱加圧部１６を有する上型１１と、下加熱加圧部１７および支持ピン２４を有する下型１２とを準備する。
【００４８】
ワークＷは、接着層４が接着された配線基板２に対して、公知のフリップチップボンダを用いて、接着層４側から複数の電子部品３がマトリクス状に位置合わせされて、仮接合（仮圧着）されている。配線基板２は、例えばガラスエポキシ基板であり、その内部に配線パターンが形成されており、また絶縁層８から露出する接続パッド５が形成されている。また、電子部品３は、例えば半導体チップやチップコンデンサであり、接続バンプ６としてはんだバンプが用いられている。なお、本実施形態では、接続バンプ６（はんだバンプ）を溶融して、接続パッド５と接合する。
【００４９】
続いて、図１に示すように、上型１１と下型１２とが離間した状態で、図示しない搬送装置によって下型１２にワークＷを載置する。具体的には、下型１２において、下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから突出した支持ピン２４でワークＷを支持する。
【００５０】
続いて、図２に示すように、上型１１と下型１２とを近接させることで、箱部３６の縁部（上シールブロック３２の縁部）と箱部３７の縁部（下シールブロック３３の縁部）とがシール部材３４を介して接して密閉空間３１を形成する。その後、圧縮機構１５によりシールされた密閉空間３１に圧縮空気を導入して圧縮空間を形成する。圧縮空間は、例えば密閉空間３１のシールが解除されるまでの間形成しておくことができる。ただし、密閉空間３１は空気の発泡防止や積極的な空気の排出のため、少なくとも接着層４が硬化されるまで形成されるのが好ましい。
【００５１】
なお、密閉空間３１を形成後、圧縮空間が形成される前に、エア路３９を通じて減圧機（例えば真空ポンプ）でシールされた密閉空間３１を減圧しても良い。減圧することで、接着層４内の微細な空気や、ワークＷが内包される密閉空間３１内の異物（浮遊物）を除去することができる。これにより、配線基板２および電子部品３を含む半導体装置７に異物などの混入を防止することができる。
【００５２】
続いて、図３に示すように、図２に示した状態から下加熱加圧部１７を上動させて、突出している支持ピン２４を相対的に下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから退避させて支持ピン２４からクランプ面１７ａにワークＷを受け渡して載置する。次いで、さらに下加熱加圧部１７を上動させて、載置されているワークＷを上加熱加圧部１６のクランプ面１６ａに押し当ててクランプする。次いで、上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とでワークＷをクランプしたまま加熱加圧する。
【００５３】
上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７は予め加熱されているため、下加熱加圧部１７は支持ピン２４からワークＷを受けたときから、また上加熱加圧部１６は下加熱加圧部１７によりワークＷを当てられたときから、ワークＷを直接的に加熱し始める。上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７で両側から挟まれて加熱されたワークＷは、急速に加熱され始める。なお、予め加熱された上加熱加圧部１６や下加熱加圧部１７からの輻射熱によって、密閉空間３１内の温度は上昇しているため、間接的にワークＷは加熱されていることとなる。
【００５４】
図１５で示したように、ワークＷの温度Ｔが急速に上昇すると、急速に接続バンプ６が溶融する。すなわち、接続バンプ６の粘度ηｂが急速に低下する。接着層４の粘度ηｎが、図１５で示した破線を下回る範囲であれば、接着層４は溶融状態であるため、溶融させた接続バンプ６と接続パッド５とを押し当てて確実に接合することができる。すなわち、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００５５】
このように接合装置１Ａを用いて、配線基板２上で接着された複数の電子部品３を含むワークＷに対してクランプして、各部材を一括で接合することができる。また、配線基板２に電子部品３が実装された半導体装置７が製造される。
【００５６】
本実施形態のように、加熱と同時に加圧を行うことで、接続パッド５および接続バンプ６の接合時には接続バンプ６は溶融しているので、接続パッド５および接続バンプ６を容易に接合（圧着）することができる。また、配線基板２に電子部品３を実装するまで圧縮空間を維持しておくことで、接着層４に微細な空気が含まれていたとしても、微細な空気を圧縮して微小化させることで、配線基板２と電子部品３との間を接着層４で高品質にアンダーフィルすることができる。これにより、ワークＷに設けられた接続パッド５と接続バンプ６との接続不良を低減させると共に、配線基板２と電子部品３の接続信頼性を向上することができる。
【００５７】
次いで、ワークＷの接合が完了した後に圧縮機構１５による加圧を停止し、下加熱加圧部１７を下動させて、載置されているワークＷを上加熱加圧部１６のクランプ面１６ａから離す。続いて、図２に示すように、図３に示した状態から下加熱加圧部１７を下動させて、下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから支持ピン２４を突出させてワークＷを支持ピン２４へ受け渡す。次いで、図１に示すように、上型１１と下型１２とを離間させることで上下の箱部３６、３７で構成された密閉空間３１を開き、図示しない搬送装置によって下型１２からワークＷを搬出することで１個のワークＷの接合のための動作が終了する。この場合、支持ピン２４でワークＷを支持させた後で所定時間維持することで接続バンプ６の温度を下げて硬化させてから搬出してもよい。
【００５８】
なお、支持ロッド２６がロッド昇降部２８に固定される構成に限られず、複数の支持ロッド２６を個別に昇降動作させてもよい。例えば、下加熱加圧部１７の下面内でバランス良く支持する、少なくとも３本以上の各支持ロッド２６に対して、図４に示すように、個別に昇降駆動可能な駆動部２８ａを設けることもできる。この場合、各駆動部２８ａの駆動量や各支持ロッド２６直上位置におけるクランプ面１７ａの高さなどに基づいて、クランプ面１６ａに対するクランプ面１７ａの姿勢を制御することができる。これにより、ワークＷのクランプを開始する際の両クランプ面１６ａ、１７ａの隙間を極めて正確に均一な状態にすることができる。このため、ワークＷを均一にクランプすることができるため、電子部品３に対して横方向への力が加えられずに良好な接合を行うことができる。また、ワークＷが大型化しても全体を均一な圧力でクランプすることができるので、大型のワークＷであっても良好な接合を行うことができる。
【００５９】
（実施形態２）
図５などを参照して本実施形態における接合装置１Ｂを説明する。前記実施形態１では、支持部として、下ベース２３に固定した支持ピン２４を用いたが、本実施形態では、固定せずに上下動可能な可動支持ピン４１およびその関連部材を用いている点のみが相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。
【００６０】
接合装置１Ｂの下型１２において、下ベース２３の上方では、下加熱加圧部１７が上下動可能に組み付けられている。この下加熱加圧部１７には、厚さ方向に貫通するように所定間隔で複数の貫通孔が形成されており、この複数の貫通孔のそれぞれに複数の可動支持ピン４１が挿入して設けられている。
【００６１】
複数の可動支持ピン４１は、下ベース２３の厚さ方向に所定間隔で形成された複数の貫通孔２３ｂにそれぞれ挿入して設けられている。これら可動支持ピン４１の一端は、下加熱加圧部１７から突き出て、ワークＷを載置することができる。これら可動支持ピン４１の他端は、例えば合金工具鋼からなるピン昇降部４２に固定して組み付けられている。このピン昇降部４２は、図示しない上下方向に昇降可能な昇降機構と固定して組み付けられている。この昇降機構により可動支持ピン４１を上下動する場合、可動支持ピン４１が下ベース２３および下加熱加圧部１７で摺動する。
【００６２】
このように、本実施形態では、ワークＷを上加熱加圧部１６へ押し付ける下加熱加圧部１７と同様に上下動可能な可動支持ピン４１を設けて、その可動範囲を下加熱加圧部１７より狭い範囲としている。これにより、上加熱加圧部１６に接する手前まで下加熱加圧部１７によらずワークＷを近接させることができるので、接着層４の硬化の進行を直前まで抑制することができる。上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とでワークＷが加熱加圧し始めの状態では、接着層４は完全に硬化する前であるため、加熱により溶融させた接続バンプ６と接続パッド５とを押し当てて確実に接合することができる。すなわち、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００６３】
ところで、可動支持ピン４１が摺動するため、下ベース２３の貫通孔２３ｂとの僅かな隙間でエア路が形成される場合もある。このため、シール機構１４は、下ベース２３の貫通孔２３ｂと可動支持ピン４１との間をシールするシール部材４３（例えばＯリング）を有している。これにより、密閉空間３１が形成でき（図６参照）、密閉空間３１で内包されたワークＷを急速に加熱することができる。
【００６４】
次に、本実施形態における接合装置１Ｂを用いて、配線基板２上に複数の電子部品３を一括で接合する接合方法と共に、これにより製造される半導体装置７の製造方法について図５〜図８を参照して説明する。
【００６５】
まず、図５に示すように、上加熱加圧部１６を有する上型１１と、下加熱加圧部１７および可動支持ピン４１を有する下型１２とを準備する。次いで、上型１１と下型１２とが離間した状態で、図示しない搬送装置によって下型１２にワークＷ（図１２参照）を載置する。具体的には、下型１２において、下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから突出した可動支持ピン４１でワークＷを支持する。
【００６６】
続いて、図６に示すように、上型１１と下型１２とを近接させることで、箱部３６の縁部（上シールブロック３２の縁部）と箱部３７の縁部（下シールブロック３３の縁部）とがシール部材３４を介して接して密閉空間３１を形成する。その後、圧縮機構１５によりシールされた密閉空間３１に圧縮空気を導入して圧縮空間を形成する。
【００６７】
続いて、図７に示すように、ワークＷが上加熱加圧部１６に接する手前まで下加熱加圧部１７と共に可動支持ピン４１を上動させる。上加熱加圧部１６に接する手前まで下加熱加圧部１７によらずワークＷを近接させることができるので、接着層４の硬化の進行を直前まで抑制することができる。
【００６８】
続いて、図８に示すように、図７に示した状態から下加熱加圧部１７を上動させて可動支持ピン４１を相対的に退避させて、可動支持ピン４１から下加熱加圧部１７へワークＷを受け渡す。その後、さらに下加熱加圧部１７を上動させてワークＷを上加熱加圧部１６に押し当てると共に、上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とで加熱しながら、ワークＷの各部材を接合する。上加熱加圧部１６と下加熱加圧部１７とでワークＷが加熱加圧し始めの状態では、接着層４は完全に硬化する前であるため、加熱により溶融させた接続バンプ６と接続パッド５とを押し当てて確実に接合することができる。すなわち、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００６９】
このように接合装置１Ｂを用いて、配線基板２上で接着された複数の電子部品３を含むワークＷに対してクランプして、各部材を一括で接合することができる。また、配線基板２に電子部品３が実装された半導体装置７が製造される。
【００７０】
（実施形態３）
図９などを参照して本実施形態における接合装置１Ｃを説明する。前記実施形態１、２では、スペーサ部として、上ベース２１に固定した固定スペーサ部２２を用いたが、本実施形態では、固定せずに上下動可能な可動スペーサ部４４およびその関連部材を用いている点のみが相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。
【００７１】
本実施形態における上型１１は、上加熱加圧部１６より下側に設けられる上下動可能な可動スペーサ部４４を有している。すなわち、可動スペーサ部４４は、上ベース２１の下方において、上下動可能に組み付けられている。
【００７２】
可動スペーサ部４４は、例えば合金工具鋼からなるブロックであり、ワークＷと当接する面（図１０参照）に沿って等間隔に配置された複数の冷却管路４７が内部に形成されている。この冷却管路４７は、外部に設けられた図示しない冷却源で冷却された液体または気体の冷媒をその内部に通過させることで可動スペーサ部４４を冷却可能となっている。すなわち、可動スペーサ部４４は、冷却機能を有している。また、可動スペーサ部４４は、ワークＷと当接する面（図１０参照）に沿って等間隔に配置された複数のヒータ４８（熱源）を有している。すなわち、可動スペーサ部４４は、加熱機能を有している。
【００７３】
なお、可動スペーサ部４４では、冷却機能と加熱機能は同時に使用するものではないため、冷却管路４７およびヒータ４８を交互に配置して、当接したワークＷに対してそれぞれの機能が十分に発揮し、プレートを薄くして熱容量を減少し温度の昇降速度を向上させることができるようにしている。しかしながら、可動スペーサ部４４の下面における温度を均一化するためにプレート内において冷却管路とヒータを上下に並べる構成を採用することもできる。例えば、クランプ面に近い位置に冷却管路を並べその上方にヒータを並べる構成を採用することもできる。
【００７４】
この可動スペーサ部４４は、例えば合金工具鋼からなるロッド状の支持ロッド４５の一端で固定して組み付けられて、複数の支持ロッド４５で支持される。互いに組み付けられた上ベース２１と上加熱加圧部１６には、厚さ方向に貫通して連通するように所定間隔で複数の貫通孔が形成されており、この複数の貫通孔のそれぞれに複数の支持ロッド４５が挿入して設けられている。
【００７５】
これら支持ロッド４５の他端は、例えば合金工具鋼からなるロッド昇降部４６に固定して組み付けられている。このロッド昇降部４６は、図示しない上下方向に昇降可能な昇降機構と固定して組み付けられている。この昇降機構により可動スペーサ部４４を上下動する場合、支持ロッド４５は上ベース２１および上加熱加圧部１６で摺動する。なお、上ベース２１とロッド昇降部４６との間に伸びバネを追加して、可動スペーサ部４４の昇降の調整を行うこともできる。
【００７６】
本実施形態では、可動スペーサ部４４は、ワークＷを冷却するために、冷却管路４７による冷却機能を有し、上加熱加圧部１６と接した状態で冷却機能が停止し、上加熱加圧部１６から離間した状態で、支持ピン２４で支持されているワークＷを冷却する。すなわち、上加熱加圧部１６および下加熱加圧部１７からワークＷを離間させたときに、加熱されているワークＷを可動スペーサ部４４で冷却することができる。これにより、例えば、強制的にワークＷを冷却することができ、図１７に示すように、接続バンプ６を素早く凝固させることができる。
【００７７】
可動スペーサ部４４の冷却機能により、短時間で接着層４を完全に硬化させると共に、接続パッド５や接続バンプ６の接合箇所も冷却させることで、接合箇所およびその周辺の緊密化を図ることができる。すなわち、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。具体的には、ワークＷをクランプしたままで、接着層４及び接続バンプ６の温度を下げることで、接続パッド５に接続された接続バンプ６の凝固（硬化）を促進すると共に、接着層４の温度をガラス転移点よりも低くすることができる。これにより、電気的な接続をより確実に行うことができ、接着層４のシュリンクに起因するワークＷの反りを防止することができる。また、ワークＷの冷却に要する時間を短縮することができ、装置の処理速度を向上することもできる。
【００７８】
ところで、支持ロッド４５が摺動するため、上ベース２１の貫通孔２１ａとの僅かな隙間でエア路が形成される場合もある。このため、シール機構１４は、上ベース２１の貫通孔２１ａと支持ロッド４５との間をシールするシール部材４９（例えばＯリング）を有している。これにより、密閉空間３１が形成でき（図１０参照）、密閉空間３１で内包されたワークＷを急速に加熱することができる。
【００７９】
次に、本実施形態における接合装置１Ｃを用いて、配線基板２上に複数の電子部品３を一括で接合する接合方法と共に、これにより製造される半導体装置７の製造方法について図９〜図１１を参照して説明する。
【００８０】
まず、図９に示すように、上加熱加圧部１６および可動スペーサ部４４を有する上型１１と、下加熱加圧部１７および可動支持ピン４１を有する下型１２とを準備する。次いで、上型１１と下型１２とが離間した状態で、図示しない搬送装置によって下型１２にワークＷ（図１２参照）を載置する。具体的には、下型１２において、下加熱加圧部１７のクランプ面１７ａから突出した可動支持ピン４１でワークＷを支持する。
【００８１】
次いで、上型１１と下型１２とを近接させることで、箱部３６の縁部と箱部３７の縁部とがシール部材３４を介して接して密閉空間３１を形成した後、圧縮機構１５によりシールされた密閉空間３１に圧縮空気を導入して圧縮空間を形成する（図６参照）。次いで、ワークＷが上加熱加圧部１６に接する手前まで下加熱加圧部１７と共に可動支持ピン４１を上動させる（図７参照）。
【００８２】
続いて、図１０に示すように、下加熱加圧部１７を上動させて可動支持ピン４１を相対的に退避させて、可動支持ピン４１から下加熱加圧部１７へワークＷを受け渡す。次いで、冷却機能を停止した可動スペーサ部４４が上加熱加圧部１６に接した状態で、下加熱加圧部１７をさらに上動させてワークＷを可動スペーサ部４４に押し当ててクランプする。次いで、上加熱加圧部１６と可動スペーサ部４４を介した下加熱加圧部１７とでワークＷをクランプしたまま加熱加圧して、各部材（配線基板２および電子部品３）を接合する。
【００８３】
続いて、図１１に示すように、下加熱加圧部１７を下動させて退避している支持ピン４１を突出させて、ワークＷを下加熱加圧部１７から受け渡して支持ピン４１で支持させると共に、ワークＷに接したまま可動スペーサ部４４を下動させて上加熱加圧部１６からワークＷを離間させる。次いで、可動スペーサ部４４と接して支持ピン４１で支持されたワークＷを、冷却機能により冷却する。
【００８４】
可動支持ピン４１でフローティング支持されたワークＷを冷却するので、短時間で接着層４を完全に硬化させると共に、接続パッド５や接続バンプ６の接合箇所も冷却させることができ、接合箇所およびその周辺の緊密化を図ることができる。すなわち、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００８５】
このように接合装置１Ｃを用いて、配線基板２上で接着された複数の電子部品３を含むワークＷに対してクランプして、各部材を一括で接合することができる。また、配線基板２に電子部品３が実装された半導体装置７が製造される。
【００８６】
また、可動スペーサ部４４を上動させて冷却されたワークＷと離間させると共に、冷却機能を停止した後、可動スペーサ部４４が有する加熱機能より可動スペーサ部４４を加熱させながら上加熱加圧部１６に押し当てることもできる。これにより、上加熱加圧部１６の加熱温度の低下を抑制した状態で、次のワークＷを受け入れることができるので、ワークＷを急速に加熱することができ、前述したように、接着層４を介した配線基板２および電子部品３同士の接続信頼性を向上することができる。
【００８７】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８８】
例えば、前記実施形態１〜３では、接着層を介して積層された第１および第２部材として、それぞれ配線基板および半導体チップを含むワークについて説明したが、さらに第３、第４、・・・の部材が積層されたワークに対しても適用することができる。例えば、第１部材として配線基板、第２および第３部材としてそれぞれ半導体チップが接着層を介して積層されたワークに対しても適用することができる。
【００８９】
また、例えば、前記実施形態１〜３では、配線基板２（第１部材）の接続パッド５と電子部品３（第２部材）の接続バンプ６とが接していない状態のワークＷ（図１２参照）を準備し、このワークＷをクランプして配線基板２に複数の電子部品３を一括で接合して半導体装置７（図１４参照）を製造する場合する場合について説明した。これに限らず、配線基板２の接続パッド５と電子部品３の接続バンプ６とが接した状態のワークＷ（図１３参照）を準備し、このワークＷをクランプして配線基板２に複数の電子部品３を一括で接合して半導体装置７（図１４参照）を製造しても良い。
【００９０】
また、例えば、前記実施形態１〜３では、加熱により電子部品３の接続バンプ６が溶融する場合について説明した。これに限らず、配線基板２の接続パッド５を溶融させても、また、配線基板２の接続パッド５と電子部品３の接続バンプ６とも溶融させても、配線基板２と電子部品３とを接合することができる。
【００９１】
また、例えば、前記実施形態１〜３では、ワークＷを下型１２に載置する場合について説明した。これに限らず、上型１１においてワークＷを吸着や爪による把持で支持する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  接合装置
２  配線基板
３  電子部品
４  接着層
１１  上型
１２  下型
１６  上加熱加圧部（第１加熱加圧部）
１６ａ  クランプ面
１７  下加熱加圧部（第２加熱加圧部）
１７ａ  クランプ面
２４  支持ピン（支持部）
Ｗ  ワーク
【図１】
0005892682.tif 000002
【図２】
0005892682.tif 000003
【図３】
0005892682.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005892682.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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