(57)【要約】【課題】  接着剤の流れ出しに起因する悪影響を阻止する半導体製造方法を提供すること【解決手段】  パッケージに接着剤２０を塗布する。接着剤２０を塗布した場所に半導体素子を乗せる。接着剤２０を硬化させて、前記半導体素子を前記パッケージに固定させる。接着剤２０を硬化させた後に、前記半導体素子と接続するワイヤーの付着強度を向上させるために、更に接着剤２０を硬化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージに接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤を塗布した場所に半導体素子を乗せる工程と、
前記半導体素子を前記パッケージに固定させるのに前記接着剤を硬化させる第１の硬化工程と、
前記第１の硬化工程後に前記半導体素子と接続するワイヤーの付着強度を向上させる第２の硬化工程と、
を有する半導体製造方法。
【請求項２】
前記第１の硬化工程は、前記第２の硬化工程と同じ温度である請求項１記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記第１の硬化工程は、前記第２の硬化工程よりも短い時間である請求項１又は２記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記接着剤は有機系接着剤である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子とアルミニウム線のワイヤーを用いて接続する請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の属する技術分野は、有機性の接着剤を用いてパッケージの中に素子を固定する半導体製造の後工程に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の後工程に於いて、素子をパッケージに固定する作業は、一般的にダイアッタチ工程と呼ばれており、その多くは導電性のあるペースト状の接着剤、例えば銀ペーストを用いて固定する。また、水晶の様な絶縁体の上に生成されている素子に於いては、通常の半導体素子と異なり、水晶自体の絶縁性が高い為にフリップチップの様な表面実装方法を取らない場合は素子の裏面を有機性の接着剤で接着して、基板に固定する方法が一般的である。
【０００３】
この場合、素子のパターンが上面に来る為、素子間の配線はワイヤーボンダーに依る配線が一般的である。配線用の線材には金又はアルミ線が用いられる。金線によるワイヤーボンディングは多方面で使われており、金線ボンディングが素子間の配線に占める割合は非常に高い。一方、アルミ線によるボンディングも、一部特殊な場合に用いられている。
【０００４】
素子をパッケージにダイアッタチする場合は、先ず接着剤を適量、その素子が置かれる地点に塗布し、次にウエハより良品素子を見つけ、その素子を素子のパッケージに対する向きや角度を合わせ、接着剤の上に押し込む様にして置く。次に、素子の向きや角度の確認を行い、接着剤の硬化処理を行ってダイアッタチが完成する。硬化処理には、通常は温度を上げて硬化させる方法が一般的であり、窒素雰囲気の中で処理を行う方法が定着している。
【０００５】
接着剤としては、熱硬化性樹脂組成物と有機樹脂粒子とを含む絶縁性半導体用樹脂ペーストが使用され、このペーストに温度を与えて硬化させる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４７３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水晶基板の様に絶縁性の高い基板の上に配線された素子を複数、単体のセラミック製パッケージに実装するときの課題である。使用する接着剤は有機系の接着剤である。複数の素子を単体のパッケージに乗せる場合は、接着剤塗布、良品素子探査、良品素子取り出し、素子の位置決め、素子の乗せの作業を繰り返す事となる。
【０００７】
機械による部品乗せの場合は通常、キャリアテープに乗せられたパッケージに、同じ種類の素子をキャリアテープに乗せられているパッケージ全部に乗せてから、次の素子を乗せる方法が、一般的に取られている。キャリアテープ全体のパッケージに素子を乗せ終わる時間は、ウエハ内の歩留まりや素子一個を乗せる時間等が変化する為、一定ではない。例えば、キャリアテープ内に４０個のパッケージがある場合、一個のパッケージに乗せる素子の数を６個とし、良品素子を探して乗せる迄の卑近時間を５秒とすると、キャリアテープ１枚の素子乗せが完了するまでの所要時間は１２００秒、つまり２０分掛かることになる。更に、ダイアッタチ装置に自動供給装置が付いている場合は、最初の素子が乗せられてから、素子乗せが全て完了する迄に長い時間を要する。
【０００８】
有機系接着剤の特性として、表面張力が低いものが多くあり、長い時間が経過すると塗布した場所に留まっておらずに流れ出すものや、接着剤の中に含まれている揮発性成分を放出し、回りの素子やパターンを汚すことも起こりうる。接着剤が流れ出すと、基板上に走る配線を薄い皮膜で覆い、ワイヤーが着きにくくなる、という不良が発生する問題がある。同様に、接着剤が流れ出すことにより、本来保持すべき素子を保持する接着剤の量が低下し、素子を充分保持できにくくする状態となる。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする課題は、接着剤の流れ出しに起因する悪影響を阻止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体製造方法は、パッケージに接着剤を塗布する工程と、前記接着剤を塗布した場所に半導体素子を乗せる工程と、前記半導体素子を前記パッケージに固定させるのに前記接着剤を硬化させる第１の硬化工程と、前記第１の硬化工程後に前記半導体素子と接続するワイヤーの付着強度を向上させる第２の硬化工程と、を有する。
【００１１】
前記第１の硬化工程は、前記第２の硬化工程と同じ温度であるようにしても良いし、前記第１の硬化工程は、前記第２の硬化工程よりも短い時間であるようにしても良い。前記接着剤は、有機系接着剤であってもよい。
【００１２】
本発明の半導体製造方法は、前記半導体素子とアルミニウム線のワイヤーを用いて接続する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果は、他段階で効果処理を行う為に、最初の接着剤を塗布してから効果処理を終了する迄の時間に縛られなく、部品乗せ作業を遂行できることである。具体的には、ウエハ内の素子歩留まりが低く、素子乗せに多大な時間を費やした場合とか、作業者が休憩や休暇で作業が中断した場合でも、不良を出すことなく時間が経過してから作業を継続できる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の発明を実施するための最良の形態では、素子として水晶基板上に配線された素子を５種類用意した。そのうち、２種類が表面弾性波素子（SAW）であり、１素子がシリコン基板上に形成された集積回路である。パッケージは、通称個片パッケージと呼ばれる基板を使用した。接着剤は有機系の接着剤で、その硬化条件は１５０度Ｃに於いて１０分のものを使用した。また、素子間を繋ぐ配線はアルミ線を用い、アルミ・ウエッジ・ボンダーで配線を行った。
【００１５】
素子乗せは、１台のダイアッタチ装置で全ての素子を乗せるのではなく、ダイアッタチ装置を２台に分け、第１のダイアッタチ装置ではＳＡＷを２種類、第２のダイアッタチ装置では残りの４素子を乗せる方法を取った。接着剤の硬化処理には、窒素置換が可能な真空オーブンを用いた。このオーブンの最大到達温度は２００度Ｃの装置である。
【００１６】
また、作業を行った環境は気温摂氏１５度Ｃ、湿度６０％のクリーンルーム内である。
【００１７】
本実施の形態では接着剤の特性を把握することから、接着剤の硬化特性を比較する事について説明する。
【００１８】
この発明で使用した接着剤Ａは、硬化しても完全に固化することが無いため、ある一定の弾力を保持する。表面弾性波素子を固定する場合に、その弾性が素子上を移動する物理波に与える影響を少なくする為に選択された。この接着剤Ａは表面張力が低く、一点に塗布した後、１時間以上経過したときに塗布した半径の約２倍まで流れ出す。これは目視で確認できる範囲であり、ワイヤーボンドを行ってみると、接着剤の流れ出しが確認できた範囲以遠でも、ワイヤーの着きが悪くなっており、接着剤の影響が及んでいると考えられる。
【００１９】
図１は、接着剤の形状が経時変化する様子を表した模式図である。実装用セラミック基板１０に接着剤２０を塗布した直後の状態を図１（Ａ）に示す。塗布後１時間を経過したとき、接着剤２０が実装用セラミック基板１０の上を流れ出し、接着剤２０が透明皮膜３０を実装用セラミック基板１０の上面に形成する。この状態を図１（Ｂ）に示す。
【００２０】
本実施の形態では、パッケージ毎に接着剤２０を塗布した後に部品を乗せる方法で４部品を実装し、恒温層を用いて処理時間を変えながら硬化処理を行った。その結果、硬化時間に付いては摂氏１５０度、保持時間１０分ではダイシアー試験による充分な接着強度が得られず、満足できる接着強度が得られる硬化条件としては、摂氏１５０度、保持時間１時間と言う結果が得られた。摂氏１５０度に於ける保持時間１０分の硬化時間では、硬化処理後の接着剤の流れ出しは無いことが確認された。硬化時間を更に５分追加する実験を行った結果、つまり硬化時間を１５分にしたところ、硬化時間を１時間行ったのとほぼ同じダイシアー値を得ることができた。
【００２１】
図２は、硬化時間１５分及び１時間行った時の４種類の素子に係わるダイシアー値平均値を示している。ダイシアー値は素子の種類、特に、素子の大きさに因って異なるが、どの素子についても硬化時間が１５分のダイシアー値が、硬化時間１時間のダイシアー値のものと比べて、若干低い値を示していることがわかる。
【００２２】
次に、摂氏１５０度保持時間１５分で硬化させたものを、更に摂氏１５０度保持時間１時間で硬化させたものと、接着剤Ａを塗布後直ぐに摂氏１５０度で保持時間１時間したものとを比較してみた。比較方法としては接着強度が重要となる為、ダイシアー試験による接着強度を数値的に比較した。乗せた５種類の素子についての比較ではほぼ同じ値が、大きくても１５％程度の誤差に留まった。この結果から、接着剤２０に於いては摂氏１５０度に於いての短時間の硬化（以下、仮硬化と呼ぶ）の後に、摂氏１５０度で１時間の硬化（以下、本硬化と呼ぶ）を行っても、素子乗せから直接摂氏１５０度で本硬化に入れたものとでは差が見られなかった。
【００２３】
次に、キャリアテープの場所による変化を測定してみた。図３は、パッケージがキャリアテープのどの位置にあるかを示す模式図である。図４は、キャリアテープ４０を硬化温度１５０度で硬化時間１時間をもって硬化させた結果得られたダイシアー値である。熱硬化処理を行う際に、部品を乗せ終わったパッケージを入れたキャリアテープ４０を複数枚キャリアに入れて硬化処理をするのであるが、本実施の形態では、１枚のみをキャリアに入れて硬化処理を行った。図４に示す値は、繰り返し行った硬化実験を行った内の典型値である。なお、この結果から、キャリアテープ４０上の位置でダイシアー値が変化すると言うことは必ずしもいえない。
【００２４】
この結果をから、接着剤２０の浸み出しによる影響を押さえる為に、接着剤塗布、部品乗せ、硬化処理を複数回に分けることが可能と判った。従って、ダイアッタチ工程を第１のダイアッタチ装置で３素子を乗せた後に、摂氏１５０度で仮硬化を行い、更に第２のダイアッタチ装置で４素子を乗せ、本硬化を行なうという複数段によるダイアッタチ工程設定が可能となった。
【００２５】
実施の形態で実施した２段ダイアッタチ手法の優位性について実験を行ってみた。量産をシミュレーションする方法、つまり４０個のパッケージを搭載可能なキャリアテープ１０枚を１ロットとし、第１ロットはパッケージ毎に接着剤が塗布された場所に７部品を乗せ、４００個のパッケージについて全ての素子を乗せ終わった後に硬化温度１５０度、硬化時間１時間で硬化処理したものをワイヤーボンドしたものである。第２ロットはパッケージ毎に接着剤が塗布された場所に３素子を乗せ、４００個のパッケージの素子乗せが終わった時点で、硬化温度１５０度硬化時間１５分で仮硬化を行った後に、パッケージ毎残り４素子を接着剤が塗布された場所に乗せ、４００個のパッケージの素子乗せが終わった段階で硬化温度１５０度硬化時間１時間の本硬化処理を行ったものをワイヤーボンドしたものである。この二つのロットをワイヤー付着強度で比較してみた。アルミ線のワイヤーを超音波振動によって付着させるタイプのワイヤーボンド方式を用いた。
【００２６】
ワイヤープルと言う破壊検査方法を用いて、接着剤２０の塗布場所に近い位置にワイヤーボンドしたワイヤー５本を選び、ワイヤー強度を比較してみた。図５と図６は、各ロット３試料ずつ比較したものである。図５は、本実施の形態の第１ロットのワイヤー強度値である。本製品に於けるワイヤー付着強度の下限値は３グラムであるが、３グラムに辛うじて到達しているワイヤーが４本もあった。図６は、本実施の形態の第２ロットのワイヤー強度値である。第２ロットでは、最初にパッケージに乗せた３素子について、ワイヤープルを行った。第２ロットのワイヤー付着強度値と第１ロットのワイヤー付着強度値を比較すると、第２ロットのワイヤー付着強度が格段高いことが判る。
【００２７】
この結果から、本発明の複数段硬化方法の有効性が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は複数の素子を連続してマウントする装置、例えば半導体製造の後工程用装置や部品実装装置の分野において、乗せる部品の歩留まりに影響されずマウント装置の能力を最大限に引き出す事で、生産能力を高める技術として産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】接着剤の経時変化を示す模式図であり、図１（Ａ）は接着剤を塗布した直後の状態であり、図１（Ｂ）は接着剤を塗布してから１時間経過後の状態である。
【図２】硬化時間を変えた時の素子別ダイシアー値変化を示す図である。
【図３】キャリアテープと素子の位置を示す図である。
【図４】素子の位置とダイシアー値の関係を示す図である。
【図５】１段硬化方式（第１ロット）で行った場合におけるワイヤー付着強度を示す図である。
【図６】２段硬化方式（第２ロット）で行った場合におけるワイヤー付着強度を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  実装用セラミック基板
２０  接着剤
３０  透明皮膜
４０  キャリアテープ
【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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【図６】
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