(57)【要約】【課題】本発明はダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法に関し、スループット向上に適したダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を提供する事を目的とする。【解決手段】  半導体チップを保持してその位置決めを行うコレットと、前述の半導体チップを搭載するステムと、前述のステムに接し前述のステムに熱供給するヒートブロックと、前述の半導体チップの一端を接触させて前述の半導体チップの角度合わせを行う当て付け爪とを有し、前述の当て付け爪は、前述のステムと接する事無く、前述の当て付け爪と前述のステムとの相対位置を固定する場所に接する事を特徴とする。【選択図】図１
2008282962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを保持してその位置決めを行うコレットと、
前記半導体チップを搭載するステムと、
前記ステムに接し前記ステムに熱供給するヒートブロックと、
前記半導体チップの一端を接触させて前記半導体チップの角度合わせを行う当て付け爪とを有し、
前記当て付け爪は、
前記ステムと接する事無く、前記当て付け爪と前記ステムとの相対位置を固定する場所に接する事を特徴とするダイボンド装置。
【請求項２】
半導体チップを搭載するヒートシンクと、
前記半導体チップ又は前記ヒートシンクを保持してそれぞれの位置決めを行うコレットと、
前記ヒートシンクを搭載するステムと、
前記ステムに接し前記ステムに熱供給するヒートブロックと、
前記半導体チップの一端及び前記ヒートシンクの一端を接触させて前記半導体チップ及び前記ヒートシンクの角度合わせを行う当て付け爪とを有し、
前記当て付け爪は、
前記ステムと接する事無く、前記当て付け爪と前記ステムとの相対位置を固定する場所に接する事を特徴とするダイボンド装置。
【請求項３】
前記当て付け爪は、前記ヒートブロックと接する事を特徴とする請求項１又は２に記載のダイボンド装置。
【請求項４】
前記コレットはセラミック系材料で形成される事を特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のダイボンド装置。
【請求項５】
ヒートブロックをステムに接触させるヒートブロック接触工程と、
当て付け爪を前記ステムに接触させることなく前記ヒートブロックに接触させる当て付け爪接触工程と、
前記ヒートブロック接触工程と前記当て付け爪接触工程の後に、前記当て付け爪の一面を利用して前記ステムに搭載されるべき前記半導体チップの角度合わせを行う角度合わせ工程と、
前記半導体チップの搭載位置を決める位置決め工程と、
前記ヒートブロック接触工程後に前記ヒートブロックで前記ステムを加熱するステム加熱工程と、
を有する事を特徴とするダイボンディング方法。
【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装置及びそのダイボンディング方法に係り、スループット向上に適したダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイボンディングとは半導体チップを所定の位置に実装する事である。一般に光半導体チップのダイボンディングは、光半導体チップをステムと呼ばれる金属部材に搭載させる事により行われる。実際に光半導体チップをステムに実装するためには前述のステムに付着されたはんだを溶融し、そこへ半導体チップを押し当て冷却する事により行われる事が多い。ダイボンディングを行う装置はダイボンディング装置と呼ばれる。
【０００３】
上述したようなはんだを用いたダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法は特許文献１に記載されている。特許文献１に開示されるダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法は、アライメント冶具を用いる方式を採用している。この方式はレーザー装置認識装置を用いて位置補正する工程を含む。また、ステム等に搭載するべきレーザー素子を実際に発光させることにより搭載位置の補正を行う工程を有している。アライメント冶具を用いる方式は、このように、処理工程がやや複雑ではあるが高精度で半導体チップをダイボンディングできるという利点を有する。
【特許文献１】特開平６−２８３８１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３１３９号公報
【特許文献３】特開昭６２−１９０８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
DVD用光半導体素子等においては、製造の低コスト化のために歩留まりを低下させる事なくダイボンディングのスループットを向上させる事が要求される。しかしながら特許文献１に開示されるダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法では、処理が複雑であるし処理工程も多いことからスループットを高める事が困難である。そのため十分なスループットを実現でき無いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ダイボンディングに要する時間を短縮できるダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるダイボンディング装置は、半導体チップを保持してその位置決めを行うコレットと、前述の半導体チップを搭載するステムと、前述のステムに接し前述のステムに熱供給するヒートブロックと、前述の半導体チップの一端を接触させて前述の半導体チップの角度合わせを行う当て付け爪とを有し、前述の当て付け爪は、前述のステムと接する事無く、前述の当て付け爪と前述のステムとの相対位置を固定する場所に接する事を第一の特徴とする。
【０００７】
また、この発明によるダイボンディング装置は、半導体チップを搭載するヒートシンクと、前述の半導体チップ又は前述のヒートシンクを保持してそれぞれの位置決めを行うコレットと、前述のヒートシンクを搭載するステムと、前述のステムに接し前述のステムに熱供給するヒートブロックと、前述の半導体チップの一端及び前述のヒートシンクの一端を接触させて前述の半導体チップ及び前述のヒートシンクの角度合わせを行う当て付け爪とを有し、前述の当て付け爪は、前述のステムと接する事無く、前述の当て付け爪と前述のステムとの相対位置を固定する場所に接する事を第二の特徴とする。
【０００８】
また、この発明によるダイボンディングの方法は、ヒートブロックをステムに接触させるヒートブロック接触工程と、当て付け爪を前述のステムに接触させることなく前述のヒートブロックに接触させる当て付け爪接触工程と、前述のヒートブロック接触工程と前述の当て付け爪接触工程の後に、前述の当て付け爪の一面を利用して前述のステムに搭載されるべき前述の半導体チップの角度合わせ行う角度合わせ工程と、前述の半導体チップの搭載位置を決める位置決め工程と、前述のヒートブロック接触工程後に前述のヒートブロックで前述のステムを加熱するステム加熱工程と、を有する事を第三の特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によりダイボンディングを高速で行う事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１
図１は本実施形態の構成を説明するための図である。図１は正面図である。図２は図１のＡ−Ａ矢示図である。本実施形態の構成要素は半導体チップを搭載すべき半導体素子とダイボンディング装置とを備える。以下に半導体素子とダイボンディング装置の構成をそれぞれ説明する。
【００１１】
前述の半導体素子はステムベース１０を有する。ステムベース１０は金属部材であり平板状であれば良いが、本実施形態のステムベース１０は円形平板状の形状である。半導体素子はさらにステムブロック１２を有する。ステムブロック１２も金属部材である。ステムブロック１２は少なくともその一面がステムベース１０と固定されている。ステムブロック１２ははんだが塗布された面を有する。このはんだが塗布された面は、ダイボンディング工程において半導体チップ１８が搭載される面である。ステムブロック１２の形状としてはステムベース１０との固定部分と、はんだが塗布された、半導体チップ１８が搭載されるべき平面を有していれば良い。また、ステムベース１０とステムブロック１２は最初から一体となっているものもある。本実施形態では説明の便宜上ステムベース１０とステムブロック１２を総称してステムと呼ぶ事がある。ステムはNi/Auメッキされた放熱性の良い金属で形成されている。ステムに用いられる金属としてはCuやFeなどが用いられる事が多いが、放熱性が良好である限り限定されない。
【００１２】
半導体素子はさらに金属リード１４を有する。金属リード１４はガラス封止によりステムに接続されている。そしてリード１４はAuワイア等により所定の場所と配線接続されている。
【００１３】
一方、ダイボンボンディング装置の構成は以下の通りである。本実施形態のダイボンディング装置はセラミック系材料からなるコレット１６を有する。コレット１６は半導体チップを保持するための道具である。コレット１６の形状は任意であるが本実施形態では先端が尖った細長い円柱状の形状を有する。また、コレット１６はその先端に半導体チップ１８を吸着するための吸着穴を有する。コレット１６はこの吸着穴を半導体チップ１８の一面に当てて真空吸着する事により半導体チップ１８を保持する事ができる。コレット１８は半導体チップ１８を保持した状態で任意の場所に移動することができる。
【００１４】
ダイボンディング装置はさらにヒートブロック２２を有する。ヒートブロック２２は温冷機能を有する。ヒートブロック２２はダイボンディングの際ステムベース１０と接触しステムベース１０に熱供給する。そのため、ヒートブロック２２の形状はステムベース１０と接触しやすいように形成されている。ヒートブロック２２の昇温の能力は、少なくともステムブロック１２に塗布されたはんだを溶融できる程度以上である。図２から分かるように本実施形態のステムブロック２２はステムベース１０と３箇所で接触する構成としている。前述した３箇所はそれぞれがステムベース１０の外周及び平面と接触するようになっている。ステムブロック２２がステムベース１０と接する箇所や面積は適宜決められる。また、ヒートブロック２２はステムを加熱するために設置されるため、ステムのどの部分と接していても良い。
【００１５】
ダイボンディング装置はさらに当て付け爪２０を有する。当て付け爪２０は半導体チップ１８のステムへの搭載角度を定めるための部材である。すなわち当て付け爪２０はステムと半導体チップ１８との角度合わせに用いられる。当て付け爪２０は、少なくとも半導体チップ１８の側面を突き当ててその角度合わせを行うための面（以後、角度確定面と称する）と、ヒートブロック２２に接触する面（以後、ヒートブロック接触面と称する）とを有している。前述のヒートブロック接触面をヒートブロック２２に接触させると、前述の角度確定面の位置が確定する。そして位置の確定した角度確定面に半導体チップ１８の側面を突き当てることにより、半導体チップのステムとの角度合わせが行われる。また、当て付け爪２０はステムと接触することが無いように構成されている。ここで、当て付け爪２０の材料は特に限定されないが本実施形態ではFeにより構成されている。
【００１６】
続いて、前述のダイボンディング装置により前述の半導体素子に半導体チップ１８が搭載されるプロセスについて説明する。まず、ヒートブロック２２をステムに接触させる。図１、図２に示す通りこの工程により、ヒートブロック２２はステムベース１０の外周の３箇所と接触する。次に当て付け爪２０のヒートブロック接触面がヒートブロック２２と接触される。当て付け爪２０のヒートブロック接触面がヒートブロックと接触すると、当て付け爪２０の角度確定面の場所が確定する。そして場所の確定した角度確定面に半導体チップ１８の側面が突き当てられる。半導体チップ１８はコレット１６により真空吸着されている。そして半導体チップ１８を真空吸着したコレット１６がX方向に移動することにより、半導体チップ１８の角度確定面への突き当てが行われる。
【００１７】
なお、本実施形態ではヒートブロック２２のステムへの接触後、当て付け爪２０のヒートブロック接触面がヒートブロック２２と接触されたが逆の順序でそれぞれの接触を行っても良い。
【００１８】
このようにして半導体素子へ搭載されるべき角度合わせが行われた半導体チップ１８は次に、コレット１６の移動により搭載位置が決められる。ここでコレット１６は半導体チップ１８を所定の位置に搭載するための位置決めを行う。そして角度合わせと位置決めの済んだ半導体チップ１８はステムブロック１２に搭載される。半導体チップ１８のステムブロック１２への搭載は、ステムブロック１２に塗布されたはんだを溶融し、そこへコレット１６で半導体チップ１８を押し付ける事により行われる。ステムブロック１２に塗布されたはんだの溶融は、ヒートブロック２２から供給される熱がステムブロック１２に伝導される事により行われる。そして半導体チップがステムブロック１２に強固に固定されるためには、ステムは出来るだけ熱損失なしに昇温される構成となっている事が望ましい。
【００１９】
半導体チップ１８は上述のように搭載角度と搭載位置が決定された後にステムブロック１２に搭載される。半導体チップ１８搭載後の半導体素子の正面図は図３に示されている。また、図４は図３のＢ−Ｂ矢示図である。
【００２０】
続いて、本発明の特徴を説明する前に、本発明の比較例として図５、図６で表されるダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法について説明する。図５は比較例の正面図である。図６は図５のＣ−Ｃ矢示図である。比較例の構成は、当て付け爪２４がヒートブロック接触面を有さずステムと接する面（以後、ステム接触面と称する）を有している点において図１図２で表される本実施形態の構成と異なる。そして、比較例のヒートブロック２２は４箇所でステムベースと接触し、当て付け爪２４のステム接触面がステムベース１０と接触する部分を確保するような構成となっている。前述の通り比較例においては、当て付け爪２４のステム接触面がステムと接触する事により、角度確定面の場所を確定している。さらに、本実施形態のコレット１６はセラミック系材料で構成されているところ、比較例のコレット３０は金属製である。当て付け爪２４における角度確定面の場所が確定した後のダイボンディング方法は図１、２で表される本実施形態の方法と同様である。
【００２１】
比較例で示される構成と方法によりダイボンディングを行うと、ヒートブロックによるステムの加熱が十分行われない事がある。これは、ステムを過熱する目的でヒートブロックからステムに供給された熱が、比較例の当て付け爪２４のステム接触面を経由して当て付け爪２４に逃げ出すからである。また比較例のコレットは金属製のため、半導体チップをステムに押し当てて溶着させる際にコレットを経由して熱が逃げ出す事があった。これにより半導体チップをステムに押し当てた後に追加の過熱を要する場合があった。
【００２２】
比較例においては、前述した熱損失の結果、ステムブロックに塗布されたはんだの溶融に時間がかかり、ダイボンディングに要する時間（以後、タクトタイムと称する）の短縮が困難となってしまう問題があった。同じくこの熱損失の結果として、はんだの溶融が不十分なために半導体チップのステムへの固定が脆弱になり、製品歩留まりの低下要因ともなっていた。一般にダイボンディングにおいては、高い水準の歩留まりを維持しながらタクトタイムを短縮した、高歩留まり高スループットが要求されている。しかしながら比較例のようなダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法では前述のような理由によりこの要求を満たす事が困難であった。
【００２３】
本実施形態のダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法によれば高歩留まり高スループットのダイボンディングを行う事ができる。本実施形態の当て付け爪２０はステムと接することなく角度確定面の場所を確定するため、比較例のような当て付け爪を経由した熱損失が抑制されている。故に本発明の構成におけるステムはヒートブロック２２からの加熱により速やかに温度上昇する。その結果、ステムブロック１２に塗布されたはんだの溶融が速やかかつ十分に行われる。また、本実施形態のコレット１６はセラミック系材料で構成されているため、半導体チップ１８をステムに押し当てる際にコレット１６を経由した熱損失を抑制できる。本実施形態の構成によれば、はんだが高速かつ十分に溶融した状態で半導体チップ１８をステムに搭載できるから高歩留まり、高スループットのダイボンディングが可能である。
【００２４】
また比較例においては、ステムベース１０に、当て付け爪２４のステム接触面が接触するためのスペースが必須である。このスペースの要求は半導体素子の小型化を妨げるものである。本実施形態の構成によれば、当て付け爪２０はステム接触面に代えてヒートブロック接触面を有しステムと接する事は無いので、前述のスペースを要さない。従って半導体素子の小型化が可能である。
【００２５】
本実施形態の当て付け爪２０はヒートブロック接触面を有するが本発明では必須の構成要件ではない。すなわち、当て付け爪をステムに接しない構成とすれば本発明の効果は得られるから、角度確定面を固定できる限りにおいてはヒートブロック接触面に代えて他のステムに接しない接触面を用いてもよい。
【００２６】
実施の形態２
本実施形態は高歩留まり高スループットかつダイボンディングの容易性を高めたダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法に関する。図７図８は本実施形態のダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を説明するための図である。図７は正面図である。図８は図７のＤ−Ｄ矢示図である。本実施形態の半導体素子及びダイボンディング装置の構成で実施形態１と異なる点は、本実施形態の半導体素子がヒートシンク２６を備えている点である。ヒートシンク２６は放熱性の良い金属材料で形成されている。本実施形態ではヒートシンク２６はAlN又はSiCにより構成されている。ヒートシンク２６の表面はTi、Pt、Auのいずれかからなる金属電極を備える。またステムブロック３２にはんだが塗布されていない点も実施形態１のステムブロック１２と異なる。
【００２７】
ヒートシンク２６は少なくともステムブロック３２と接する面と、半導体チップ１８を搭載するべき面を有する形状となっている。ヒートシンク２６が有するステムブロック３２と接する面と、半導体チップ１８を搭載するべき面にははんだが塗布されている。ヒートシンク２６の他の部分の形状は製造容易性等により適宜定めれば良い。本実施形態のヒートシンク２６の形状は直方体である。
【００２８】
次に本実施形態のダイボンディングの方法について説明する。当て付け爪２０のヒートブロック接触面をヒートブロック２２と接触させる。これにより、角度確定面の場所が決まる。そして角度確定面に、コレット１６に保持されたヒートシンク２６の一端が押し当てられ、ヒートシンク２６の角度合わせが行われる。次いで、ヒートシンク２６はコレットによって搭載位置が決めされる。搭載角度と搭載位置が決定されたヒートシンクはステムブロック３２の所定位置に搭載される。その後、半導体チップ１８もヒートシンクと同様にコレット１６に保持されたまま搭載角度と搭載位置が決定される。搭載角度と搭載位置が決定された半導体チップ１８はヒートシンク２６の半導体チップ１８を搭載すべき面に搭載される。ヒートシンク２６のステムへの搭載と、半導体チップ１８のヒートシンク２６への搭載は、前述したヒートシンク２６に塗布されたはんだの溶融により行われる。本実施形態のダイボンディングの方法は、本実施形態がヒートシンク２６を有しているため、上述のような点において実施形態１と異なるが、他の点においては実施形態１と同様である。
【００２９】
本実施形態のようにヒートシンク２６を備える構成によれば、ステムブロックに直接はんだを塗布する工数を省略できる。この工程省略によりヒートブロックの設置を要するが、ステムブロックに直接はんだを塗布する工程と比較して作業が簡易になる。
故に本実施形態の構成によれば、ダイボンディングの容易化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１のダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を説明するための図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢示図。
【図３】実施形態１のダイボンディング後の半導体素子を説明する図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢示図。
【図５】比較例のダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を説明するための図。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢示図。
【図７】実施形態２のダイボンディング装置及びそのダイボンディング方法を説明するための図。
【図８】図７のＤ−Ｄ矢示図。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ステムベース  
１２  ステムブロック
１６  コレット
１８  半導体チップ
２０  当て付け爪
２２  ヒートブロック
２６  ヒートシンク
【図１】
2008282962.tif 000003
【図２】
2008282962.tif 000004
【図３】
2008282962.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008282962.tif 000008
【図７】
2008282962.tif 000009
【図８】
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