(57)【要約】【課題】セラミック基板の導体上に半導体チップをはんだ付けしてなる半導体チップの実装方法において、セラミック基板の導体をガラス成分の組成の異なる２層構造とすることなく、当該導体におけるはんだ濡れ性を確保する。【解決手段】セラミック基板２０に設けられた導体２１の上に、はんだ３０を供給し、はんだ３０介して半導体チップ１０を搭載することにより、導体２１と半導体チップ１０とを接合してなる半導体チップの実装方法において、導体２１の上にはんだ３０を供給する前に、ジェットスクラブなどによって導体２１の表面を研磨することにより、導体２１の表面に存在するガラス成分を除去する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板（２０）に設けられた導体（２１）の上に、はんだ（３０）を供給し、前記はんだ（３０）を介して半導体チップ（１０）を搭載することにより、前記導体（２１）と前記半導体チップ（１０）とを接合してなる半導体チップの実装方法において、
前記導体（２１）の上に前記はんだ（３０）を供給する前に、前記導体（２１）の表面に存在するガラス成分を除去する工程を備えることを特徴とする半導体チップの実装方法。
【請求項２】
前記ガラス成分の除去工程は、前記ガラス成分を化学的に分解する分解物質を、前記導体（２１）の表面に供給することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項３】
前記ガラス成分の除去工程は、前記導体（２１）の表面を研磨することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項４】
前記ガラス成分の除去工程から前記導体（２１）の上に前記はんだ（３０）を供給する工程へのワーク（Ｗ）の移送は、非酸化性ガスの雰囲気にて行うことを特徴とする請求項１ないし３に記載の半導体チップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板の導体上に半導体チップをはんだ付けしてなる半導体チップの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の一般的な実装方法は、セラミック基板に設けられた導体の上に、はんだを供給し、はんだを介して半導体チップを搭載することにより行われる。ここで、はんだによる接合は、溶融している状態で供給されたはんだの上に半導体チップを載せた後、はんだを固化させる方法や、印刷などで供給されたはんだの上に半導体チップを載せた後、はんだをリフロー・固化させる方法がある。
【０００３】
ここで、セラミック基板上に形成される導体は、Ａｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔなどのペーストを塗布・焼成してなる厚膜導体であり、その中にはセラミック基板との接合強度を確保するためガラス成分が入っている。具体的に、このガラス成分は、ＳｉＯ２にホウ素などを含むホウケイ酸ガラスや、鉛を含む鉛ガラスなどである。しかし、このガラス成分が導体の表面に析出して、はんだ濡れ性を阻害するという問題があった。
【０００４】
そこで、従来では、セラミック基板の導体として、下層にガラス成分が多い層を形成し、上層にガラス成分を少なくした層を形成することで、基板との接合強度とはんだ濡れ性とのを両立を図ったものが提案されている。
【特許文献１】特開平３−２４６９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したように、セラミック基板の導体をガラス成分の組成の異なる２層構造とした場合、基板コストが高くなるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、セラミック基板の導体上に半導体チップをはんだ付けしてなる半導体チップの実装方法において、セラミック基板の導体をガラス成分の組成の異なる２層構造とすることなく、当該導体におけるはんだ濡れ性を確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、セラミック基板（２０）に設けられた導体（２１）の表面に存在するガラス成分を除去する工程を行った後に、導体（２１）の上にはんだ（３０）を供給し、続いて、はんだ（３０）を介して半導体チップ（１０）を搭載し、導体（２１）と半導体チップ（１０）とを接合してなることを特徴とする。
【０００８】
それによれば、導体（２１）の上にはんだ（３０）を供給する前に、導体（２１）の表面に存在するガラス成分を除去することで、導体（２１）の表面が露出するため、セラミック基板（２０）の導体（２１）をガラス成分の組成の異なる２層構造とすることなく、当該導体（２１）におけるはんだ濡れ性を確保することができる。
【０００９】
ここで、ガラス成分の除去工程は、ガラス成分を化学的に分解する分解物質を、導体（２１）の表面に供給することにより行うものにできる。それによれば、導体（２１）の表面に存在するガラス成分が、分解物質によって化学的に分解されて除去される。
【００１０】
また、ガラス成分の除去工程は、導体（２１）の表面を研磨することにより行うものにでき、それによれば、導体（２１）の表面に存在するガラス成分が、分解物質によって物理的に分解されて除去される。
【００１１】
また、ガラス成分の除去工程から導体（２１）の上にはんだ（３０）を供給する工程へのワークの移送を、非酸化性ガスの雰囲気にて行うようにしてもよい。
【００１２】
それによれば、はんだ供給の前において、ガラス成分を除去することで露出した導体（２１）の表面が、大気中の酸素に触れることが極力防止され、当該表面が酸化したり、当該表面に大気中のカーボン成分が付着したりすることがなくなり、これらによる当該表面のはんだ濡れ性の悪化を防止することができる。
【００１３】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体チップ１０のセラミック基板２０への実装構造の概略的な断面構成を示す図である。
【００１６】
半導体チップ１０は、この種の分野において一般的に採用される半導体チップである。限定するものではないが、たとえば、半導体チップ１０は、一般的なＩＣチップであり、シリコン半導体などよりなる矩形板状の半導体チップに、公知の半導体プロセスによって集積回路が形成されたものとして構成されている。
【００１７】
セラミック基板２０は、アルミナなどのグリーンシートを単層の状態もしくは複数の積層状態で焼成してなる配線基板である。このセラミック基板２０の一面には、半導体チップ１０をはんだ付けするための導体２１が設けられている。また、この導体２１は、セラミック基板２０における図示しない配線と電気的に接続されている。
【００１８】
この導体２１は、Ａｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔなどの導体成分を含む導体ペーストを、上記グリーンシートに塗布し、グリーンシートとともに焼成することにより形成された厚膜導体である。上述したが、この導体２１には、上記の導体成分以外にも、セラミック基板２０との接合強度を確保するため、ホウケイ酸ガラスや鉛ガラスなどのガラス成分が含まれている。
【００１９】
そして、半導体チップ１０は、セラミック基板２０の一面上に搭載され、はんだ３０を介して導体２１と接合されている。このはんだ３０としては、一般的な共晶はんだ、鉛フリーはんだなどが挙げられる。
【００２０】
そして、このはんだ３０を介して、半導体チップ１０とセラミック基板２０の導体２１とは、機械的・電気的に接続されている。具体的には、たとえば、半導体チップ１０は、そのはんだ付け面に図示しない電極を有したものであり、当該電極と導体２１とが、はんだ３０を介して接合されている。
【００２１】
次に、このような半導体チップ１０の実装構造を形成するための実装方法について述べる。図２は、本実施形態の実装方法に用いられるはんだダイボンド装置１の模式的な構成を示す図である。
【００２２】
このはんだダイボンド装置は一般的なものと同様の基本構成を有している。図２に示されるように、はんだダイボンド装置においては、ヒータ１００を囲むようにトンネル１１０が設けられ、トンネル１１０内にはベルトコンベアなどよりなる移送手段１２０が設けられている。
【００２３】
そして、この移送手段１２０により、図２中の左から右に向かって、ヒータ１００上をワークＷが移動していき、はんだ供給、ダイマウント、および冷却の各工程が、順次行われるようになっている。
【００２４】
トンネル１１０の中は、はんだ３０が酸化しないように、Ｎ２＋Ｈ２などの還元性ガスで満たされている。また、トンネル１１０には、この種の一般的なはんだダイボンド装置と同様に、はんだ供給用のはんだ供給手段１３０やダイマウント用のコレット１４０を配置するための図示しない窓が設けられ、この窓を介して、これら手段１３０、１４０がトンネル１１０内にて駆動できるようになっている。
【００２５】
本実施形態の実装方法では、このようなはんだダイボンド装置を用いて、はんだ供給、ダイマウント、および冷却の各工程が順次行われる。
【００２６】
最初に、はんだ供給工程では、ワークＷとしての加熱されたセラミック基板２０において、その導体２１上に、はんだ供給手段１３０によって、糸はんだの状態ではんだ３０を供給する。ここで、ヒータ１００によって、セラミック基板２０がはんだ３０の融点以上に加熱されることにより、このはんだ３０は溶融し、導体２１上に溶融状態のはんだ３０が配置されることとなる。
【００２７】
その後、ダイマウント工程では、溶融状態のはんだ３０を介して、セラミック基板２０の上に半導体チップ１０を搭載する。具体的には、コレット１４０によって、加熱された半導体チップ１０を溶融状態のはんだ３０の上に重ね合わせる。このとき、必要に応じてスクラブを加える。
【００２８】
その後、冷却工程では、ヒータ１００によるワークＷの加熱を停止し、溶融状態のはんだ３０を固化する。それにより、セラミック基板２０と半導体チップ１０とがはんだ３０を介して接合され、半導体チップ１０の実装が完了する。
【００２９】
ここで、上述したように、従来では、セラミック基板２０の導体２１に含まれるガラス成分が、導体２１の表面に析出して、はんだ濡れ性を阻害するという問題があった。このガラス成分は、シリカ、アルミナなどの金属酸化物を含んでいるガラス成分である。そこで、本実施形態の実装方法では、このガラス成分を除去するために、次のような工夫を加えている。
【００３０】
すなわち、本実施形態の実装方法では、上記した実装方法において、さらに、セラミック基板２０の導体２１の上にはんだ３０を供給する前、つまり上記はんだ供給工程の前に、導体２１の表面に存在する上記ガラス成分を除去し、導体２１を露出させるというガラス成分の除去工程を行う。
【００３１】
この導体表面のガラス成分の除去工程は、はんだ供給前のセラミック基板２０すなわちワークＷを上記はんだダイボンド装置に投入する前に、当該ワークＷに対して行う。ここで、当該ガラス成分を除去する方法としては、大きく分けて化学的な方法と機械的な方法とが挙げられる。
【００３２】
まず、化学的な方法としては、導体２１の分解を極力抑えつつガラス成分を化学的に分解する分解物質を導体２１の表面に供給し、当該分解物質により、導体２１の表面に存在するガラス成分を分解して除去する方法が挙げられる。ここで、化学的な分解とは、具体的には、ガラス成分の分解物質との化学反応による分解、および、ガラス成分の分解物質への溶解を意味する。
【００３３】
そして、分解物質としては、本発明者の検討によれば、トリエチレングリコールなどが挙げられ、このトリエチレングリコールによれば、上記ガラス成分を少し溶解することができることが確認された。
【００３４】
また、このような分解物質の導体２１への供給は、上記分解物質を噴射可能なノズルや滴下可能なディスペンサを用い、これらを介して当該分解物質をセラミック基板２０上の導体２１の表面に吹き付けたり、滴下したりすることで実現できる。また、容器などに上記分解物質を入れておき、セラミック基板２０の導体２１側の表面を分解物質に浸漬させる方法、いわゆるディップなどによっても上記分解物質の供給が可能である。
【００３５】
また、機械的な方法としては、ガラス成分自身を導体２１の表面から物理的に除去するものであり、たとえば、一般的なＡｒ（アルゴン）プラズマ照射が挙げられる。このＡｒプラズマ照射は、Ａｒガスを用いたＤＣプラズマにより行うことができ、導体２１の表面にＡｒプラズマを叩きつけることで上記ガラス成分を物理的に除去できる。
【００３６】
さらに、機械的な方法としては、研磨やジェットスクラブによってガラス成分を取り除く方法が挙げられる。研磨としては、砥石、サンドペーパーなどを用いて導体２１の表面を擦るという一般的な研磨を採用できる。
【００３７】
また、図３は、ジェットスクラブ装置２の概要を示す図であり、このジェットスクラブ装置２は一般的なものと同様である。図３に示されるように、ジェットスクラブとは、ワークＷとしてのセラミック基板２０を図示しない容器中にセットし、アルミナ粒子などよりなる研磨粉と水とを混ぜた混合物のシャワー２１０を、セラミック基板２０に吹き付ける方法である。
【００３８】
なお、セラミック基板２０は、このジェットスクラブ装置２における移送手段としてのローラ２００に搭載され、図３中の矢印方向に移送されながら、処理されていく。このジェットスクラブによっても、導体２１の表面からガラス成分を物理的に取り除くことができる。
【００３９】
ここで、図４（ａ）は、上記した各種のガラス成分の除去方法による導体２１表面のはんだ濡れ性向上の結果をまとめた図表であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるジェットスクラブの処理条件を示す図表である。
【００４０】
図４（ａ）に示されるように、導体２１表面の処理方法として、トリエチレングリコールへの５分間の浸漬、Ａｒガスによる５分間のプラズマ処理、研磨、ジェットスクラブを行った。ジェットスクラブは、図４（ｂ）に示されるように、サイズが４００メッシュのアルミナを研磨粉とし、移動速度：１．０ｍ／分、圧力：０．１Ｐａにて行った。また、比較例として導体２１の表面を処理しない未処理のものについても評価した。
【００４１】
この場合、はんだ濡れ性の評価は、導体２１上に、φ１ｍｍ以下のはんだボールを置き、Ｎ２雰囲気中で２６０℃まで昇温したときのはんだの広がり面積で表した。そして、上記比較例としての未処理の場合の面積を基準とした。
【００４２】
そして、図４（ａ）に示されるように、上記はんだの広がり面積が１と規格化された未処理の場合に対して、トリエチレングリコール浸漬では２、プラズマ処理では１．５、研磨では５、ジェットスクラブでは１０、というように、いずれも、はんだ濡れ性の向上が見られた。
【００４３】
このように、本実施形態の実装方法は、ワークＷに対して上記した各方法のいずれかによってガラス成分の除去工程を行った後、当該ワークＷをはんだダイボンド装置にセットし、はんだ供給工程、ダイマウント工程、冷却工程を順次行っていくものである。
【００４４】
そして、本実装方法によれば、導体２１の上にはんだ３０を供給する前に、導体２１の表面に存在するガラス成分を除去するため、導体２１の表面が露出した状態で、当該導体２１の上にはんだ３０が供給される。そのため、セラミック基板２０の導体２１をガラス成分の組成の異なる２層構造とすることなく、ガラス成分によるはんだ濡れ性の低下を回避し、当該導体２１におけるはんだ濡れ性の確保が容易となる。
【００４５】
また、本発明者の検討によれば、上記したガラス成分の除去工程からはんだ供給工程での間に、大気中でワークＷを１日間放置すると、導体２１のはんだ濡れ性が悪くなってしまうことがわかった。これは、大気中の酸素による導体２１の酸化や、導体２１表面への大気中のカーボン成分の付着などによると思われる。
【００４６】
そこで、このような問題を回避するためには、ガラス成分の除去工程から導体２１の上にはんだ３０を供給するはんだ供給工程へのワークＷの移送を、非酸化性ガスの雰囲気にて行うことが望ましい。ここで、非酸化性ガスとは、導体２１を酸化させないガスであり、具体的には、Ｎ２、Ａｒなどの不活性ガスやＨ２などの還元性ガスである。
【００４７】
図５は、このようなワークＷの移送を行うための装置構成の概要を示す図である。具体的には、図５に示されるように、ジェットスクラブ装置２とはんだ付け装置としての上記はんだダイボンド装置１とが、パイプ３を介して連結されている。
【００４８】
具体的には、たとえば、パイプ３によって、ジェットスクラブ装置２の容器とはんだダイボンド装置１のトンネル１１０とが気密に接続されており、各装置１、２およびパイプ３の内部は上記した非酸化性ガス雰囲気とされている。
【００４９】
また、パイプ３内には、たとえばこれら両装置１、２の移送手段１２０、２００をつなぐ移送手段が設けられることによって、ワークＷは、非酸化性ガス雰囲気を維持したまま、ジェットスクラブ装置２からパイプ３を介して、はんだダイボンド装置１のトンネル１１０内に移送されるようになっている。
【００５０】
つまり、ガラス成分の除去工程を終えたワークＷは、非酸化性ガス雰囲気の中を、大気に極力触れることなく移送され、連続して、はんだ供給、ダイボンド、冷却の各工程に供され、実装構造の完成へと至るようになっている。
【００５１】
そのため、この図５に示される装置を用いた実装方法によれば、はんだ供給の前において、ガラス成分を除去することで露出した導体２１の表面が、極力酸素に触れることがなくなるため、当該表面のはんだ濡れ性の悪化を防止することができる。
【００５２】
（他の実施形態）
なお、上記図５において、はんだ付け装置としては、上記したはんだダイボンド装置１でなくてもよく、たとえば、リフロー装置でもよい。ただし、リフロー装置の場合には、ジェットスクラブ装置２の後に、はんだ印刷装置、チップマウント装置が入る。そして、この場合、各装置間を上記パイプで同様に連結し、ワークＷと酸素との接触を極力回避するようにすればよい。
【００５３】
また、ガラス成分の除去工程からはんだ供給工程へのワークＷの移送を非酸化性ガスの雰囲気にて行うことは、ガラス成分の除去工程が上記したジェットスクラブによるものに限定されるものではない。
【００５４】
たとえば、上記分解物質を導体２１へ供給する方法において、当該分解物質の供給を、非酸化性ガス雰囲気の容器もしくは部屋などにて行った後、当該容器や部屋とはんだ付け装置とを連結するパイプなどを介して、ワークをはんだ付け装置に移送すれば、当該両工程間におけるワークと酸素との接触を極力回避できる。
【００５５】
また、上記した導体２１の表面に存在するガラス成分を除去する工程を行うにあたり、その除去方法としては、上記した各種の化学的方法および機械的方法に限定されるものではなく、それ以外にも、当該ガラス成分が除去可能な導体表面の処理であればよい。
【００５６】
また、半導体チップの実装構造としては、１個のセラミック基板２０に対して、複数個の半導体チップ１０がはんだ３０を介して接合されたものであってもよい。さらには、１個の半導体チップ１０が、１個のセラミック基板２０上の複数の導体２１に対して、はんだ接合されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体チップの実装構造の概略断面図である。
【図２】上記実施形態の実装方法に用いられるはんだダイボンド装置の模式的な構成を示す図である。
【図３】ジェットスクラブ装置の概要を示す図である。
【図４】（ａ）は、上記実施形態における各種のガラス成分の除去方法による導体表面のはんだ濡れ性向上の結果をまとめた図表であり、（ｂ）は、（ａ）におけるジェットスクラブの処理条件を示す図表である。
【図５】ジェットスクラブ装置とはんだダイボンド装置とを連結した装置構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…半導体チップ、２０…セラミック基板、２１…セラミック基板の導体、
３０…はんだ、Ｗ…ワーク。
【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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