(57)【要約】【課題】  十分に信頼性の高い理想的な接合状態を得るのに最適な半田バンプを有する半導体部品の実装方法および実装装置を提供することを目的とする。【解決手段】  半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６および半田バンプ４２ａを有する基板４２を加熱し、半田バンプ２６ａ、４２ａの一端部を凹凸を有するステージに押圧して塑性変形させ、十分な面積の新生面を形成する。前記新生面にフラックス塗膜３２を転写して塗布する。半導体部品２６の半田バンプ26ａを基板４２の半田バンプ４２ａの上に載置して、半導体部品２６を基板４２に搭載する。半導体部品２６および基板４２を加熱して半田バンプ２６ａ、４２ａを溶融接合する。【選択図】  図２
2006032446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田バンプを有する半導体部品を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、
前記半導体部品の半田バンプにフラックスを転写して塗布する工程と、
半田バンプを有する基板を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、
前記基板の半田バンプにフラックスを転写して塗布する工程と、
前記半導体部品の半田バンプを前記基板の半田バンプの上に載置して、前記半導体部品を前記基板に搭載する工程と、
前記半導体部品および前記基板を加熱して前記半導体部品の半田バンプと前記基板の半田バンプとを溶融接合する工程と
を有することを特徴とする半導体部品の実装方法。
【請求項２】
半田バンプを有する半導体部品を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、
半田バンプを有する基板を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、
前記基板の半田バンプに樹脂を塗布する工程と、
前記半導体部品の半田バンプを前記基板の半田バンプの上に載置して、前記半導体部品を前記基板に搭載する工程と、
前記半導体部品および前記基板を加熱して前記半導体部品の半田バンプと前記基板の半田バンプとを溶融接合する工程と
を有することを特徴とする半導体部品の実装方法。
【請求項３】
前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程は、前記半田バンプの高さを揃えるフラットニング工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の半導体部品の実装方法。
【請求項４】
半田バンプを有する半導体部品を半田バンプを有する基板に実装する装置であって、
前記半導体部品または前記基板を搬送部に供給する部品供給部と、
部品供給部から取り出された前記半導体部品または前記基板を保持するための真空チャックと加熱するためのヒータとを有する移載ヘッドと、
前記移載ヘッドと対向して配置され、凹凸を有するステージと、
前記半導体部品または前記基板を保持した前記移載ヘッドを下降させて前記凹凸を有するステージに押圧し、前記半田バンプに新生面を形成するためのバンプ押圧部と、
前記移載ヘッドと対向して配置され、前記新生面が形成された半田バンプを有する基板を保持するための真空チャックと加熱するためのヒータとを有するステージと、
前記半導体部品を保持した前記移載ヘッドを下降させて前記半導体部品の半田バンプを、前記真空チャックとヒータとを有するステージ上に保持された前記基板の半田バンプの上に載置し、前記半導体部品を前記基板に搭載する半導体部品搭載部と
を具備することを特徴とする半導体部品の実装装置。
【請求項５】
前記新生面が形成された半田バンプにフラックスを転写により塗布するフラックス塗布部、または前記新生面が形成された半田バンプを有する基板に樹脂を塗布する樹脂塗布部を更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体部品の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田バンプを有する半導体部品を基板に実装する方法および実装する装置に係り、特に十分に信頼性の高い理想的な接合状態を得るのに最適な半田バンプを有する半導体部品の実装方法および実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半田バンプを有する半導体部品、例えばフリップチップの基板への実装において、半田バンプの下面の高さをそろえるフラットニングを行いながら半田バンプの下端部の酸化膜を除去して新生面を形成し、新生面で接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示された半田バンプを有する半導体部品の基板への実装方法について、図を用いて説明する。図７は半田バンプを有する半導体部品の実装方法を工程順に示す断面図である。
【０００４】
まず、図７（ａ）に示すように、移載ヘッド１０１によりトレイ１０２から半田バンプを有する半導体部品１０３を取り出す。
【０００５】
次に、図７（ｂ）に示すように、半田バンプを有する電子部品１０３を保持した移載ヘッド１０１をフラックス供給部１０４の上方へ移動させた後、移載ヘッド１０１を下降し、半田バンプを有する半導体部品１０３をフラックス供給部１０４の平坦面１０５ａに対して下降させる。平坦面１０５ａには、予め所定膜厚のフラックス１０６の塗膜１０６ａが形成されている。
【０００６】
次に、図７（ｃ）に示すように、半田バンプを有する半導体部品１０３の半田バンプ１０３ａは平坦面１０５ａに当接する。この後、移載ヘッド１０１によって半田バンプを有する半導体部品１０３を所定の押圧荷重で平坦面１０５ａに対して押圧するとともに、移載ヘッド１０１に所定振幅で水平往復動を行わせる。この水平往復動によって半田バンプ１０３ａの下端部が平坦面１０５ａとの摺動によって研磨される。
【０００７】
次に、図７（ｄ）に示すように、移載ヘッド１０１をフラックス供給部１０４から再び上昇させることにより、半田バンプ１０３ａの下端部にはフラックス１０６が転写により塗布される。この状態において、研磨によって半田バンプ１０３ａの下端部には表面の酸化膜が除去された半田合金の新生面が形成され、フラックス１０６ａによって新生面の酸化が防止される。
【０００８】
次に、図７（ｅ）に示すように、移載ヘッド１０１は基板保持部１０７の上方へ移動する。そして基板１０８に形成された電極１０８ａに対して半田バンプ１０３ａを位置合わせし、移載ヘッド１０１を下降させることにより半田バンプを有する半導体部品１０３を基板１０８に搭載する。
【０００９】
次に、図７（ｆ）に示すように、半田バンプを有する半導体部品１０３が搭載された基板１０８はリフロー工程に送られ、ここで加熱されることにより半田バンプ１０３ａが溶融し、電極１０８ａに半田接合される。
【特許文献１】特開２００３−２３０３６号公報（３−４頁、図３−図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１に開示された半田バンプを有する半導体部品の実装方法では、半田バンプの研磨面はフラットになるので、十分な面積の新生面を形成することが難しいという問題がある。
【００１１】
そのため、特にバンプの数が多く、隣接するバンプ間の間隔が狭い半田バンプを有する半導体部品の実装においては、十分に信頼性の高い理想的な接合状態が得られない恐れがある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、十分に信頼性の高い理想的な接合状態を得るのに最適な半田バンプを有する半導体部品の実装方法および実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体部品の実装方法では、半田バンプを有する半導体部品を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、前記半導体部品の半田バンプにフラックスを転写して塗布する工程と、半田バンプを有する基板を加熱し、前記半田バンプを凹凸を有するステージに押圧する工程と、前記基板の半田バンプにフラックスを転写して塗布する工程と、前記半導体部品の半田バンプを前記基板の半田バンプの上に載置して、前記半導体部品を前記基板に搭載する工程と、前記半導体部品および前記基板を加熱して前記半導体部品の半田バンプと前記基板の半田バンプとを溶融接合する工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体部品の実装方法によれば、加熱により半田合金を軟化させてから半田バンプを凹凸を有するステージに押圧して塑性変形させているので、少ない押圧力で半田バンプに十分な面積の新生面を形成することができる。
【００１５】
半導体部品と基板をこの新生面で接合することにより、十分に信頼性の高い理想的な接合状態が得られる。従って、信頼性が高く、集積度の高い半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１７】
まず、本発明の実施例１に係る半導体部品の実装装置について、図１および図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る半導体部品の実装装置の構成を示すブロック図、図２はバンプ押圧部の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、実装装置１０は、基台（図示せず）の一方向に配設された搬送路１１と、搬送路１１の一側に配設された半導体部品供給部１２、基板供給部１３と、搬送路１１の他側に向かって配設された仮位置合せ部１４、バンプ押圧部１５、フラックス塗布部１６および半導体部品搭載部１７を有している。
【００１９】
半導体部品供給部１２は、マガジンに収納された半田バンプを有する半導体部品、例えばＣＰＵやメモリなどのチップをローダーにより仮位置合せ部１４に供給する。基板供給部１３は、同じくマガジンに収納された半田バンプを有する基板、例えばセラミックスパッケージをローダーにより仮位置合せ部１４に供給する。
【００２０】
仮位置合せ部１４は、供給された半導体部品および基板の向きを揃えてそれぞれトレイに収納する。トレイに収納された半導体部品および基板は移載ヘッドにより取り出され、移載ヘッドに保持されて搬送路１１に沿って搬送される。
【００２１】
バンプ押圧部１５は、移載ヘッドに保持された半導体部品および基板を加熱し、半田バンプを凹凸を有するステージに押圧して半田バンプの先端部を押し潰すことにより、半田バンプを塑性変形させて新生面を形成する。
【００２２】
フラックス塗布部１６は、移載ヘッドに保持された半導体部品および基板の半田バンプをフラックスが薄く塗布されたステージに当接させて、フラックスを半田バンプの新生面に転写して塗布する。
【００２３】
半導体部品搭載部１７は、半導体部品の半田バンプを基板の半田バンプの上に載置して、半導体部品を基板に搭載し、半導体部品と基板を仮止めする。仮止めされた半導体部品と基板は、実装装置１０とは別のリフロー装置の半田リフロー部１８に送られる。
【００２４】
次に、図２に示すように、バンプ押圧部１５は移載ヘッド２１と、凹凸を有する第１ステージ２２と、ガスノズル２３を有している。
【００２５】
移載ヘッド２１は、搬送路１１に対して水平移動と昇降可能に配設され、真空チャック２４と、真空チャック２４に内蔵されたヒータ２５を有している。半導体部品２６は真空チャック２４により保持され、ヒータ２５により半田バンプ２６ａが融解しない所定の温度に加熱される。
【００２６】
第１ステージ２２はヒータ２７を内蔵し、第１ステージ上面２２ａは凹凸、例えば突起２２ｂ状に加工されている。第１ステージ上面２２ａに真空チャック２４により保持された半導体部品２６の半田バンプ２６ａが当接し、移載ヘッド２１により押圧される。第１ステージ上面２２ａはヒータ２７により半田バンプ２６ａが融解しない所定の温度に加熱される。
【００２７】
ヒータ２５、２７は、半田バンプ２６ａが融解しない程度の温度に昇温できるものであれば特に限定されないが、真空チャック２４および第１ステージ２２に埋め込まれた薄膜ヒータなどが望ましい。
【００２８】
ガスノズル２３は、一端が不活性ガス、例えば窒素ガス供給ライン（図示せず）に接続され、他端が第１ステージ２２に近接して配置されている。ガス噴出し口２３ａから不活性ガスを第１ステージ上面２２ａに吹き付けることにより、第１ステージ上面２２ａの近傍を非酸化性雰囲気に制御している。
【００２９】
次に、半導体部品の実装装置１０により半導体部品を基板に実装する方法について詳しく説明する。図３乃至図５は、半導体部品を基板に実装する工程を順に示す断面図で、図３は半田バンプを押圧する工程を示す断面図、図４は半田バンプにフラックスを塗布する工程を示す断面図、図５は半導体部品を基板に搭載して半田バンプを接合する工程を示す断面図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、移載ヘッド２１により、半導体部品２６が仮位置合せ部１４のトレイ（図示せず）から半田バンプ２６ａを下向きにして真空チャック２４に保持され、第１ステージ２２の上部に移動される。
【００３１】
第１ステージ上面２２ａは、予めヒータ２７により半田バンプ２６ａが融解しない所定の温度、例えば１００℃〜２７０℃に加熱されている。また、第１ステージ上面２２ａとその近傍はガスノズル２３から噴出される窒素ガスにより非酸化性雰囲気に保たれている。この段階では、ヒータ２５はオフされている。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ヒータ２５をオンにしてから半導体部品２６を保持した移載ヘッド２１を下降すると、半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６は第１ステージ上面２２ａに当接する。この後、移載ヘッド２１によって半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６を所定の押圧荷重で第１ステージ上面２２ａに押圧する。
【００３３】
加熱により半田合金は軟化し、押圧により突起２２ｂが半田バンプ２６ａの酸化皮膜（図示せず）を突き破って半田バンプ２６ａに突き刺ささり、半田バンプ２６ａの下端部は押し潰されて塑性変形を起こす。その結果、少ない押圧力で十分な面積の新生面を形成することが可能である。
【００３４】
突起２２ｂのサイズは特に限定されないが、例えば半田バンプのサイズが１００μｍの場合、高さ１０μｍ程度、底辺長さ１０μｍ程度が適当である。これによれば、半田バンプの下端面に１００個程度の凹凸が形成できるので、平坦な面に較べて約２倍の面積を有する新生面を形成することができる。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、ヒータ２５をオフにしてから半導体部品２６を保持した移載ヘッド２１を再び上昇させる。半導体部品２６は、大気暴露により半田バンプ２６ａが急速に酸化しない程度に温度が低下するまで非酸化性雰囲気中に保持しておく。
【００３６】
これにより、下面に突起２２ｂと同形の突起２６ｂを有し、十分な面積の新生面が形成された半田バンプ２６ａが得られる。
【００３７】
次に、図４（ａ）に示すように、半導体部品２６を保持した移載ヘッド２１をフラックス塗布部１６の第２ステージ３１の上に移動させた後、移載ヘッド２１を下降し、半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６を第２ステージ３１の第２ステージ上面３１ａに対して下降させる。第２ステージ上面３１ａには、予め所定膜厚のフラックスの塗膜３２が形成されている。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体部品２６の半田バンプ２６ａは第２ステージ上面３１ａに当接することにより、半田バンプ２６ａがフラックス塗膜３２に浸潤する。
【００３９】
次に、図４（ｃ）に示すように、移載ヘッド２１を第２ステージ３１から再び上昇させることにより、半田バンプ２６ａの下端部にはフラックス塗膜３２が転写により塗布される。これにより、半田バンプ２６ａの下面に形成された新生面はフラックス皮膜３２ａで保護され、酸化が防止される。
【００４０】
次に、基板の半田バンプに新生面を形成し、フラックスの塗布をおこなう。その工程は上述した半導体部品と同様であり、その説明は省略する。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、半導体部品２６を保持した移載ヘッド２１を半導体部品搭載部１７の第３ステージ４１の上に移動させた後、移載ヘッド２１を下降し、第３ステージ４１の第３ステージ上面４１ａに対して下降させる。第３ステージ上面４１ａには、新生面が形成され、フラックスが塗布された半田バンプ４２ａを有する基板４２が載置されている。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板４２の半田バンプ４２ａに対して半導体部品２６の半田バンプ２６ａを位置合せし、移載ヘッド２１を下降させることにより半導体部品２６の半田バンプ２６ａを基板４２の半田バンプ４２ａに載置し、半導体部品２６を基板４２に搭載する。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６が搭載された半田バンプ４２ａを有する基板４２はリフロー部１８に送られ、ここで加熱されることにより半田バンプ２６ａ、４２ａが融解して一体化し、半田バンプ接合部４３が形成される。これにより半導体装置４４が完成する。
【００４４】
これにより、半田バンプ２６ａを有する半導体部品２６を、半田バンプ４２ａを有する基板４２に実装することが可能である。
【００４５】
以上説明したように、実施例１の半導体部品の実装方法では、加熱により半田合金を軟化させてから半田バンプを凹凸を有するステージに押圧して塑性変形させているので、少ない押圧力で半田バンプに十分な面積の新生面を形成することができる。
【００４６】
半導体部品と基板をこの新生面で接合することにより、十分に信頼性の高い理想的な接合状態が得られる。従って、信頼性が高く、集積度の高い半導体装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は本発明の実施例２に係る半導体部品の実装工程を示す図で、半導体部品の実装装置１０により半導体部品をＮｏ Ｆｌｏｗ Ｕｎｄｅｒ Ｆｉｌｌ接続方式にて基板に実装する工程を順に示す断面図である。
【００４８】
Ｎｏ Ｆｌｏｗ Ｕｎｄｅｒ Ｆｉｌｌ接続方式とは、半田バンプの接合と接合部を気密化するための樹脂シールとを同時におこなう方法である。
【００４９】
本実施例において上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
本実施例が実施例１と異なる点は、基板４２に樹脂を半田バンプ４２ａが埋没する厚さに塗布した後、基板４２に半導体部品２６を搭載するようにしたことにある。
【００５１】
即ち、図６（ａ）に示すように、第３ステージ４１の第３ステージ上面４１ａには、十分な面積の新生面が形成され、樹脂５１を半田バンプ４２ａが埋没する厚さ、例えば１００〜１５０μｍ程度に塗布された基板４２が載置されている。
【００５２】
基板４２の半田バンプ４２ａに対して半導体部品２６の半田バンプ２６ａを位置合せし、移載ヘッド２１を下降させることにより半導体部品２６を基板４２に搭載する。
【００５３】
樹脂５１は半田の溶融温度に耐熱性があり半田と密着性の良い樹脂、例えばシリコン樹脂が適している。また、樹脂５１はデイスペンサー（図示せず）により基板４２に塗布される。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、半導体部品２６が搭載された基板４２はリフロー部１８に送られ、ここで加熱されることにより半田バンプ２６ａ、４２ａが融解して一体化し、半田バンプ接合部５２が形成され、半導体装置５３が完成する。
【００５５】
このように、Ｎｏ Ｆｌｏｗ Ｕｎｄｅｒ Ｆｉｌｌ接続方式によりフラックスを用いずに半田バンプ２６ａ、４２ａの接合と半導体部品２６と基板４２の間隙への樹脂充填とを同時におこなっても、十分な面積の新生面を形成しているので、半導体部品２６を基板４２に十分に信頼性の高い理想的な接合状態で実装することが可能である。
【００５６】
以上説明したように、実施例２の半導体部品の実装方法では、十分な面積の新生面を形成しているので、フラックスを用いないＮｏ Ｆｌｏｗ Ｕｎｄｅｒ Ｆｉｌｌ接続方式でも十分に信頼性の高い理想的な接合状態が得られる。
【００５７】
これにより、少ない工程で十分に信頼性の高い理想的な接合状態を有する半導体装置が得られる。従って、信頼性が高く集積度の高い半導体装置を提供することができる。
【００５８】
上述した実施例においては、半導体部品および基板の両方の半田バンプに新生面を形成して接合する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、目的の接合強度が得られる範囲内であればどちらか一方だけに形成しても構わない。
【００５９】
更に、第１ステージ上面２２ａが突起２２ｂ状に加工されている場合について説明したが、平坦な第１ステージ上面２２ａに突起を有するシート等を介在させても構わない。半導体部品を基板に搭載してから、半田バンプを加熱して溶融接合させる場合について説明したが、搭載と同時に加熱して溶融接合させても構わない。
【００６０】
また、非酸化性雰囲気として不活性ガスを用いた場合について説明したが、還元性雰囲気であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１に係る半田バンプを有する半導体部品の実装装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１に係るバンプ押圧部の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る半田バンプを有する半導体部品の実装工程を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る半田バンプを有する半導体部品の実装工程を示す断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る半田バンプを有する半導体部品の実装工程を示す断面図。
【図６】本発明の実施例２に係る半田バンプを有する半導体部品の実装工程を示す断面図。
【図７】従来の半田バンプを有する半導体部品の実装工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１０  実装装置
１１  搬送路
１２  半導体部品供給部
１３  基板供給部
１４  仮位置合せ部
１５  バンプ押圧部
１６  フラックス塗布部
１７  半導体部品搭載部
１８  リフロー部
２１  移載ヘッド
２２  第1ステージ
２２ａ  第１ステージ上面
２２ｂ、２６ｂ  突起
２３  ガスノズル
２３ａ  ガス噴出し口
２４  真空チャック
２５、２７  ヒータ
２６  半導体部品
２６ａ  半田バンプ
３１  第２ステージ
３１ａ  第２ステージ上面
３２  フラックス塗膜
３２ａ  フラックス皮膜
４１  第３ステージ
４１ａ  第３ステージ上面
４２  基板
４２ａ  半田バンプ
４３、５２  半田バンプ接合部
４４、５３  半導体装置
５１  樹脂
【図１】
2006032446.tif 000003
【図２】
2006032446.tif 000004
【図３】
2006032446.tif 000005
【図４】
2006032446.tif 000006
【図５】
2006032446.tif 000007
【図６】
2006032446.tif 000008
【図７】
2006032446.tif 000009