(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置において、複数のチップを金属パッケージに接合する際の、金属パッケージ内のチップ間の位置、傾きのバラツキを抑える方法を提供する。【解決手段】複数のチップ２を所望するグループにグループ２−１，２−２分けする。各グループごとに２点の位置決め基準点を金属パッケージ１に設定し、所定加熱温度におけるグループ内のチップ間の相対的位置と各チップの傾きを、２点の位置決め基準点を結ぶ直線を基準に補正して金属パッケージ１にロウ付け接合する。【選択図】図１
2006332103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチップが金属パッケージに接合された半導体装置の実装方法であって、
複数のチップをグループ分けするステップと、
前記グループ分けされた各グループごとに各２つの位置決め基準点を前記金属パッケージに設定するステップと、
前記各２つの位置決め基準点により所定加熱温度における前記金属パッケージと前記各グループ内のチップとの位置補正を行なうステップと、
前記位置補正された前記チップを前記金属パッケージに接合するステップとを有する実装方法。
【請求項２】
前記各２つの位置決め基準点を結ぶ直線は前記半導体装置の外部入出力信号線の方向に関連付けられた直線であることを特徴とする請求項１における実装方法。
【請求項３】
前記位置補正は前記所定加熱温度における前記各２つの位置決め基準点を結ぶ線分と所定温度における前記各２つの位置決め基準点を結ぶ線分との比較により行なうことを特徴とする請求項１および請求項２における実装方法。
【請求項４】
前記半導体装置はマイクロ波デバイスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３における実装方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の実装方法を用いて製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、殊にマイクロ波デバイスの実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波デバイスにおいては、複数のチップを金属パッケージにロウ付けし、チップ同士の配線、チップと入出力信号パターン等との接続を行なった後、パッケージを封止する方法で製造されている種類のものがある。マイクロ波デバイスの扱う周波数、チップの実装密度がますます高くなり、またデバイスの小型化が要求されている。このようなデバイスにおいては、チップの発熱およびチップ間の実装配置間隔のバラツキがデバイスの特性を左右する。
チップの発熱に対しては、金属パッケージを用い、金属パッケージの表面およびチップの接合面にはＡｕメッキを施し、所定の温度に加熱して例えばＡｕＳｎロウ材を用いて接合し、放熱効果を高めるといった方法がとられている。
しかし、接合時の温度とデバイス使用時の温度差のため、例えばデバイス使用時の温度で両者の相対位置を精度よく保持し、所定温度に加熱してから接合後に再びデバイス使用時の温度になると両者の相対位置がずれたものとなってしまう。このため、チップ相互間にも位置のバラツキが出てデバイスの性能に違いが出てしまう要因となる。
より高い周波数の信号を扱うデバイスにおいては、チップ相互間の位置許容精度は厳しくなり、パッケージ内におけるチップの位置精度を許容精度内に保っておくことが必要となる。
【０００３】
チップの金属パッケージへのロウ付け実装における相対位置の確認は、例えば、金属パッケージとチップの位置をパターン計測装置にて画像処理することにより行いながら金属パッケージの所定の位置へロボットでチップをロウ付けする。チップの実装位置は金属パッケージの１点を基準として２次元座標の位置で表され、画像処理で認識したパッケージの基準位置をもとにチップを実装していく。チップのロウ付けは金属パッケージをロウ材の融点以上の温度に加熱して行うため、金属パッケージは熱膨張による変形を伴いパッケージにおける１点を基準としてチップを実装すると、金属パッケージを室温に戻した時にはチップの配置に位置ずれが生じてしまう。
【０００４】
公知例として、特開平６−２３２５４３号公報には、プリント基板の部品実装方法として、はんだ付けのための加熱処理工程によってたとえプリント基板が熱変形しても、部品をパターン上の適正位置に実装できるように、加熱工程後、部品の組込工程前にプリント基板のパターンの位置を計測して、得られた値からパターンの位置ずれ量を計測し、その位置ずれ量に従って接着剤の塗布位置と部品の組込位置とを補正する技術が開示されている。
【０００５】
また、特開昭６２−１５５６００号公報には、熱収縮後のプリント基板上の認識マ−ク位置を視覚認識ユニットで算出し、その値から算出した収縮率に応じて、実装プログラムを修正することにより、実装位置を修正しながら正しい位置に実装できるようにする技術が開示されている。
【０００６】
前記２つの公知例においては、いずれもプリント基板が加熱される前の特定位置と加熱後の特定位置を測定して実装部品の取付位置を補正するものである。これらの方法にあっては、例えば、プリント基板１枚当たりに実装される部品の数や全体のプリント基板数によって、１つのサンプルプリント基板に対しての実測値を他のプリント基板に部品実装する際の位置補正データとして使うか、１つ１つのプリント基板に部品実装する際に個々に補正値を実測することになる。前者の場合には作業工数的には少なく済ませることができるが、各プリント基板毎のバラツキに問題が残り、後者の場合には作業工数が多くかかり、実用面における問題を含んでいる。
【特許文献１】特開平６−２３２５４３号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５５６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、特にマイクロ波デバイス等の金属パッケージを用いた半導体装置においては、ますます、より多くの、より小さなチップを実装して更に高い周波数帯域を扱うデバイスが必要とされるようになってきている。これと共に金属パッケージ内のチップ間における位置の微小な寸法のバラツキがチップ間において互いに干渉を生じ半導体装置の特性に大きく影響を与えるようになってきている。さらに、各チップと半導体装置の外部入出力信号線との相対的位置、傾きも半導体装置の特性に影響を与えるため実装のバラツキを抑えることが重要である。
【０００８】
本発明は、金属パッケージ内のチップ間の位置、傾き等のバラツキを抑えるための実質的な方法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】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数のチップが金属パッケージに接合された半導体装置の実装方法であって、複数のチップをグループ分けするステップと、前記グループ分けされた各グループごとに各２つの位置決め基準点を前記金属パッケージに設定するステップと、前記各２つの位置決め基準点により所定加熱温度における前記金属パッケージと前記各グループ内のチップとの位置補正を行なうステップと、前記位置補正された前記チップを前記金属パッケージに接合するステップとを有する実装方法である。
【００１０】
本発明によれば、金属パッケージに接合する複数のチップをグループ分けし、グループごとにグループ内のチップ間で位置関係を精度良く保つべくグループごとに各２つの位置決め基準点を金属パッケージに設定する。各２つの位置決め基準点を外部からパターン計測装置などで可視できる位置に設定し、室温において、予め決められた金属パッケージ表面の搭載基準点からの座標位置を知る。そして、金属パッケージおよび接合するチップを接合時の所定温度に加熱し、チップが属するグループの２つの位置決め基準点について加熱前の室温における座標位置と加熱された所定温度における座標位置とを比較する。２つの位置決め基準点の両端は温度の差により伸縮し、また、２つの位置決め基準点の両端を通る直線は傾く。加熱前の室温における２つの位置決め基準点を直線で結んだとき、温度の差により伸縮する２つの位置決め基準点間にある各部の移動を精密にトレースすれば、加熱された所定温度においては直線性が失われ曲線となってしまう。
【００１１】
そこで、本発明では、２つの位置決め基準点間にある各部の移動に注目するのではなく、２つの位置決め基準点間の伸縮と２つの位置決め基準点を通る直線の傾きの変化量を利用する。これにより位置補正と傾き補正を効率よく行う。
【００１２】
従来の方法、すなわち、金属パッケージ表面の搭載基準点と、これと最大限離れた１点の座標を選んで加熱前の室温における座標位置と加熱された所定温度における座標位置の変化量を用いて、中間にある任意の点における補正値を求めて補正する方法では、金属パッケージのチップ接合領域全体の変化量の平均値を用いることによる簡便な座標位置の補正はできても、チップの傾きの補正や、金属パッケージの場所による温度の不均一に起因するチップ接合領域内の各部の変化量の違い等による補正ができない。
【００１３】
また、逆に、金属パッケージ表面の搭載基準点に対して複数の点を選び、これら点の座標の中から接合する各チップが一番近い点の座標の変化量を基に補正をした場合には、選ばれた点の数にともなって位置測定と位置補正の手間が増えるが、依然として、傾き補正は難しい。本発明の方法により位置測定の手間と位置補正の手間を減らし、かつ、傾き補正を行う。
【００１４】
ここで、金属パッケージ表面の意味は、例えば金属パッケージの材料として熱伝導率の優れた銅合金を用い、この銅合金の表面、あるいはチップとの接合を向上させるためにこの銅合金の表面にさらにメッキやスパタリング等により金の層を施した表面をも含むものとする。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記各２つの位置決め基準点を結ぶ直線は前記半導体装置の外部入出力信号線の方向に関連付けられた直線であることを特徴とする請求項１における実装方法である。
【００１６】
本発明によれば、各チップと半導体装置の外部入出力信号線との相対的位置や傾きをも補正し、半導体装置の特性に影響を与える実装のバラツキを抑えるようになっている。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記位置補正は前記所定加熱温度における前記各２つの位置決め基準点を結ぶ線分と所定温度における前記各２つの位置決め基準点を結ぶ線分との比較により行なうことを特徴とする請求項１および請求項２における実装方法である。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記半導体装置はマイクロ波デバイスであることを特徴とする請求項１乃至請求項３における実装方法である。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４記載の実装方法を用いて製造された半導体装置である。
【発明の効果】
【００２０】
金属パッケージの熱変形量に応じてグループごとにグループ内のチップ間の搭載位置、傾きを効率よく補正することが可能になり、意味付けされたグループに注目してグループ内のチップ間の実装精度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明によるチップ取付後の実装図例を示す。
【００２２】
金属パッケージ１表面にチップ２を実装するが、チップ２を本実施例ではチップグループ２−１とチップグループ２−２にグループ分けをしている。
【００２３】
銅合金でつくられた金属パッケージ１表面において、外部からＸＹ座標測定器やパターン計測装置などで可視できる位置に１点の搭載基準３を設定する。搭載基準３は金属パッケージ１表面に取り付けられたマークであっても構わない。搭載基準３は金属パッケージ１表面における基準点であって、各部のＸＹ座標の認識基準でもある。外部信号端子４と外部信号端子５は通常は対で半導体装置の外部と信号のやりとりを行なう。そして、外部信号端子４と外部信号端子５は、例えばセラミック系の絶縁層６によって金属パッケージ１と電気的に絶縁されている。
【００２４】
また、図中のＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ外部からＸＹ座標測定器やパターン計測装置などで可視できる金属パッケージ１表面に付けられた位置決め基準点である。Ｐ０とＰ１は外部信号端子５の中心線上に位置し、Ｐ２とＰ３は外部信号端子４の中心線上に位置している。チップグループ２−１はＰ２とＰ３を結ぶ直線をチップグループの２つの位置決め基準点とし、チップグループ２−２はＰ０とＰ１を結ぶ直線をチップグループの２つの位置決め基準点としている。
【００２５】
また、図中のＳ、Ｔはそれぞれチップグループ２−１、チップグループ２−２に属するチップの外観を例示したものである。
【００２６】
図２は、チップ取付前の金属パッケージ斜視図例（部分）を示す。図１で説明した金属パッケージ１、外部信号端子４、絶縁層６に加え、金属パッケージ１の表面に絶縁層６を介してチップ間の電気的接続を行なうための接続用端子７、同じく金属パッケージ１の表面に絶縁層６を介して半導体装置内のチップ２や半導体装置外との信号をやりとりする外部信号端子４との接続を行なうためのパターン配線８が設けられている。接続柱９は、金属パッケージ１のチップを実装する面と反対側の面に埋め込まれた外部信号端子４に沿って必要な箇所に設けられた、外部信号端子４と接続用端子７やパターン配線８とを電気的に接続するための、例えば円柱状の電気導体である。チップ接合面１０は、金属パッケージ１の表面に金メッキが施され、接合するチップの接合面にも金メッキが施されている。チップ接合域１１は、チップ接合面１０内にあって、チップが接合される領域を示す。図２中のＬ１−Ｌ２部の断面図を図６のＬ１−Ｌ２断面図に示す。図６において、金属パッケージ１に対し外部信号端子４は絶縁層６に包まれて図の紙面と垂直方向に金属パッケージ１の両端から突き出た構造になっている。また、図２中のＬ３１−Ｌ４部の断面図を図７のＬ３−Ｌ４断面図に示す。チップ接合面１０、チップ接合域１１、および配線パターン８との関係、そして外部信号端子４との関係を示している。チップ接合域１１には図２に断面で示されている接続柱９は設けられておらず、接続柱９は、チップ２が接合する領域を避けて設けられている。
【００２７】
ここでは、半導体装置への供給電源回路の図示が省略されている。
【００２８】
図３に、加熱時の実装図例を示す。点線で示された金属パッケージ１は加熱前の室温におけるチップ接合面の外形を示す。図１に示される加熱前の室温におけるチップグループ２−１の２つの位置決め基準点Ｐ２、Ｐ３は外部信号端子４の中心線上にあり、チップグループ２−２の２つの位置決め基準点Ｐ０、Ｐ１は外部信号端子５の中心線上にあり、加熱時に位置決め基準点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれＰ０’、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’であったとする。ここで、Ｐ０は搭載基準３に一致させており、ＸＹ座標測定器やパターン計測装置などによる認識基準、つまり、XY座標の原点でもあり、Ｐ０’はＰ０に一致させている。
【００２９】
図４は加熱前のチップの位置を示す。本図においては位置決め基準点をＰ２、Ｐ３とする１つのチップＫの、位置決め基準点Ｐ２から計測基準点Ｑまでの方向と長さを表している。チップＫの計測基準点は、例えばチップＶの外形を基準とする中心点とする。
【００３０】
チップＫが金属パッケージ１と共に接合のための所定の加熱温度に加熱されると、
図５の加熱時のチップの位置を示す図にあるように、点線で示されたチップＫの室温における位置から実線で示されるチップＫの位置に、また、位置決め基準点Ｐ２、Ｐ３はそれぞれＰ２’、Ｐ３’へと、図５には図示されていない金属パッケージ１表面に付されている認識基準である搭載基準３を基準点としてＸＹ座標が計測される。そして、
Ｐ２、Ｐ３を通る直線とＰ２’、Ｐ３’を通る直線とのなす角度をθとする。図５においては線分Ｐ２Ｐ３は加熱されることにより線分２’Ｐ３’へと熱膨張により伸びている例が示されている。
【００３１】
また、所定の加熱温度に加熱されたときの熱チップＫの計測基準点は、室温における位置決め基準点Ｐ２からの計測基準点Ｑが、所定の加熱温度に加熱されたときの位置決め基準点Ｐ２’からの計測基準点Ｑ’に変化しており、
【００３２】
【数１】
2006332103.tif 000003
【００３３】
で表される。
ここで、係数γは加熱によるパッケージの変形量をパッケージの加熱前後における２点を通る直線の寸法差をもとに求める。室温における位置決め基準点をＰ２、Ｐ３、所定の加熱温度における位置決め基準点をＰ２’、Ｐ３’とし、前記２つの温度における２点間の長さの差から求める。
【００３４】
【数２】
2006332103.tif 000004
【００３５】
さらに、線分Ｐ２Ｐ３と線分２’Ｐ３’とのなす傾きθは、
【００３６】
【数３】
2006332103.tif 000005
【００３７】
で求められる。
θとγを求め、θとγとを位置決め基準点をＰ２、Ｐ３とするチップのグループ内において共通に用いてＱ’を求め、グループ内の各チップに対して基準点Ｐ２’、Ｐ３’を両端にもつ線分を基準として、加熱温度においてチップの計測基準点のＸＹ座標の補正とθを回転角とした補整を行ない、ＡｕＳｎロウ材を用いて接合する。
【００３８】
以上のように、所定の加熱温度における１つのグループ内の位置決め基準点Ｐ２’、Ｐ３’を結ぶ直線に対してグループ内の各チップの搭載位置の補正を行なうため、所望のグループ内で各チップ間の位置づれを適正な位置に補正することができ、かつ、各チップを所望の位置決め基準点を結ぶ直線に対して補正できる。このようにすることにより、グループ内の各チップの位置と傾きの補正が画一的に、しかも、工数的にも有利に行なえる。
【００３９】
その後、チップ相互間および金属パッケージの外部信号端子との間を、例えば、ワイヤボンディングによる接続を行ない、最後にパッケージ開口部に金属部品を取り付け密閉封止する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】チップ取付後の実装図例
【図２】チップ取付前の金属パッケージ斜視図例（部分）
【図３】加熱時の実装図例
【図４】加熱前のチップの位置
【図５】加熱時のチップの位置
【図６】Ｌ１−Ｌ２断面図
【図７】Ｌ３−Ｌ４断面図
【符号の説明】
【００４１】
１      金属パッケージ
２      チップ
２−１  チップグループ
２−２  チップグループ
３      搭載基準
４      外部信号端子
５      外部信号端子
６      絶縁層
７      接続用端子
８      パターン配線
９      接続柱
１０    チップ接合面
１１    チップ接合域
【図１】
2006332103.tif 000006
【図２】
2006332103.tif 000007
【図３】
2006332103.tif 000008
【図４】
2006332103.tif 000009
【図５】
2006332103.tif 000010
【図６】
2006332103.tif 000011
【図７】
2006332103.tif 000012