(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを積層して実装する実装装置であって、
前記基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを仮圧着状態で積層した仮積層体を形成する仮圧着ヘッドと、
前記複数箇所に形成された前記仮積層体を順番に本圧着してチップ積層体を形成する本圧着ヘッドと、
を備え、前記本圧着ヘッドは、
対象の仮積層体の上面を加熱しながら加圧することで、当該仮積層体を構成する２以上の半導体チップを一括で本圧着する圧着ツールと、
前記対象の仮積層体の周辺に位置する他の積層体の上面に接触することで前記他の積層体を放熱する放熱体を有する１以上の放熱ツールと、
を備えることを特徴とする実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の実装装置であって、
前記本圧着ヘッドは、さらに、前記圧着ツール、および、前記放熱ツールが取り付けられる基部を備え、
前記基部が昇降することで、前記圧着ツールおよび放熱ツールが連動して昇降する、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の実装装置であって、
前記放熱ツールは、弾性体を介して前記基部に取り付けられており、前記弾性体の弾性変形量の範囲内で前記基部に対して昇降できる、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項４】
請求項３に記載の実装装置であって、
無負荷状態における前記放熱ツールの底面高さは、前記圧着ツールの底面高さより低い、ことを特徴とする実装装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記放熱体は、冷媒により冷却される、ことを特徴とする実装装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記本圧着ヘッドは、１つの前記圧着ツールと、８つの前記放熱ツールと、を有しており、
前記圧着ツールと前記放熱ツールは、前記圧着ツールを中心として、３行３列に配設されている、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項７】
請求項５項に記載の実装装置であって、
前記本圧着ヘッドは、１つの前記圧着ツールと、８つの前記放熱ツールと、を有しており、
前記圧着ツールと前記放熱ツールは、前記圧着ツールを中心として、３行３列に配設されている、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項８】
基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを積層して実装する実装システムであって、
前記基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを仮圧着状態で積層した仮積層体を形成する仮圧着装置と、
前記仮圧着装置によって前記複数箇所に形成された前記仮積層体を順番に本圧着してチップ積層体を形成する本圧着装置と、
を備え、前記本圧着装置は、
対象の仮積層体の上面を加熱しながら加圧することで、当該仮積層体を構成する２以上の半導体チップを一括で本圧着する圧着ツールと、
前記対象の仮積層体の周辺に位置する他の積層体の上面に接触することで前記他の積層体を放熱する放熱体を有する１以上の放熱ツールと、
を備えることを特徴とする実装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを積層して実装する実装装置および実装システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の更なる高機能化、小型化が求められている。そこで、一部では、複数の半導体チップを積層して実装することが提案されている。通常、半導体チップの片面には、バンプと、当該バンプを覆う非導電性フィルム（以下「ＮＣＦ」という）が設けられている。ＮＣＦは、熱硬化性樹脂からなり、所定の硬化開始温度未満では、温度上昇に伴い可逆的に軟化するが、硬化開始温度を超えると、温度上昇に伴い不可逆的に硬化する。かかる半導体チップを積層実装するために、複数の半導体チップを仮圧着しながら積層し、その後、この仮圧着状態の積層体を加熱加圧して本圧着することが提案されている。なお、以下では、仮圧着状態の積層体を「仮積層体」、本圧着後の積層体を「チップ積層体」と呼ぶ。また、仮積層体およびチップ積層体で区別する必要が無い場合は、単に「積層体」とのみ呼ぶ。こうした技術によれば、小さな面積で、より多数の半導体チップを実装できるため、更なる高機能化、小型化が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Noboru Asahi、他１名、  "Heat Transfer Analysis in the Thermal compression Bonding for CoW Process"、  ICEP  ２０１６  Proceedings、p.640-643
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的には、一つの基板上に、複数のチップ積層体が実装される。複数のチップ積層体を実装する場合、仮積層体を複数形成した後に、この複数の仮積層体を順番に本圧着する技術が一部で提案されている。かかる技術によれば、一つの積層体の仮圧着および本圧着が完了してから次の積層体の仮圧着および本圧着を行う場合に比べて、仮圧着処理と本圧着処理との切り替え回数を低減できるため、実装工程の更なる簡易化、短縮化が可能となる。【０００５】
一方で、複数の仮積層体を形成した後に本圧着を行う技術の場合、本圧着のために、一つの仮積層体に付加された熱が、周辺の他の仮積層体にも伝達されることがある。特に、基板の熱伝導率が高い場合には、一つの仮積層体に付加された本圧着用の熱が、高効率で、周辺の他の仮積層体に伝達され、他の仮積層体の温度上昇を招く。この場合、他の仮積層体において、ＮＣＦの不可逆的な硬化が生じるおそれがある。本圧着に先だって、ＮＣＦの硬化が生じると、当該半導体チップと基板との適切な接合が阻害される。【０００６】
ここで、非特許文献１には、一つの半導体チップを本圧着する際、その周辺の他の半導体チップに冷却風を送ることで、当該他の半導体チップの温度上昇、ひいては、ＮＣＦの硬化を防止する技術が提案されている。しかしながら、冷却風による冷却の場合、冷却効率が悪いだけでなく、冷却範囲を制限することが難しいという問題もある。その結果、冷却風の一部が、冷却対象の他の半導体チップだけでなく、その近くにある本圧着している半導体チップにも当たってしまい、当該本圧着している半導体チップの温度が低下し、実装不良を招くおそれがあった。【０００７】
そこで、本発明では、仮のチップ積層体を複数形成した後に、これら仮のチップ積層体を順番に本圧着する場合において、各半導体チップをより適切に実装できる実装装置および実装システム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】
【０００８】
本発明の実装装置は、基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを積層して実装する実装装置であって、前記基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを仮圧着状態で積層した仮積層体を形成する仮圧着ヘッドと、前記複数箇所に形成された前記仮積層体を順番に本圧着してチップ積層体を形成する本圧着ヘッドと、を備え、前記本圧着ヘッドは、対象の仮積層体の上面を加熱しながら加圧することで、当該仮積層体を構成する２以上の半導体チップを一括で本圧着する圧着ツールと、前記対象の仮積層体の周辺に位置する他の積層体の上面に接触することで前記他の積層体を放熱する放熱体を有する１以上の放熱ツールと、を備えることを特徴とする。【０００９】
かかる構成によれば、本圧着する際、その周辺に位置する他の積層体をピンポイントで冷却できるため、本圧着される積層体の温度低下を防ぎつつ、本圧着前の積層体におけるＮＣＦの硬化を防止できる。【００１０】
また、前記本圧着ヘッドは、さらに、前記圧着ツール、および、前記放熱ツールが取り付けられる基部を備え、前記基部が昇降することで、前記圧着ツールおよび放熱ツールが連動して昇降してもよい。【００１１】
かかる構成によれば、圧着ツールと放熱ツールとの昇降を一体的に制御できるため、制御を簡易化できる。【００１２】
また、この場合、前記放熱ツールは、弾性体を介して前記基部に取り付けられており、前記弾性体の弾性変形量の範囲内で前記基部に対して昇降できてもよい。【００１３】
かかる構成とすれば、積層体の高さのバラツキを弾性体で吸収できるため、１以上の放熱ツールを積層体に確実に接触させることができる。【００１４】
また、この場合、無負荷状態における前記放熱ツールの底面高さは、前記圧着ツールの底面高さより低くてもよい。【００１５】
かかる構成とすれば、積層体の高さのバラツキを吸収できる放熱ツールを低くすることで、放熱ツールおよび圧着ツールの双方が、確実に、積層体に接触できる。【００１６】
また、前記放熱体は、冷媒により冷却されてもよい。【００１７】
かかる構成とすれば、周辺に位置する他の積層体をより効果的に冷却できる。【００１８】
また、前記本圧着ヘッドは、１つの前記圧着ツールと、８つの前記放熱ツールと、を有しており、前記圧着ツールと前記放熱ツールは、前記圧着ツールを中心として、３行３列に配設されてもよい。【００１９】
かかる構成とすることで、本圧着される積層体の周囲全ての積層体を冷却することができる。【００２０】
他の本発明の実装システムは、基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを積層して実装する実装システムであって、前記基板上の複数箇所に、２以上の半導体チップを仮圧着状態で積層した仮積層体を形成する仮圧着装置と、前記仮圧着装置によって前記複数箇所に形成された前記仮積層体を順番に本圧着してチップ積層体を形成する本圧着装置と、を備え、前記本圧着装置は、対象の仮積層体の上面を加熱しながら加圧することで、当該仮積層体を構成する２以上の半導体チップを一括で本圧着する圧着ツールと、前記対象の仮積層体の周辺に位置する他の積層体の上面に接触することで前記他の積層体を放熱する放熱体を有する１以上の放熱ツールと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、本圧着する際、その周辺に位置する他の積層体をピンポイントで冷却できるため、本圧着される積層体の温度低下を防ぎつつ、本圧着前の積層体におけるＮＣＦの硬化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態である実装装置の構成を示す図である。
【図２】基板の一例を示す図である。
【図３】半導体チップの構成を示す図である。
【図４】半導体装置の構成を示す図である。
【図５】従来技術における本圧着の様子を示す図である。
【図６】第二実装ヘッドの構成を示す図である。
【図７】第二実装ヘッドを底面側から見た図である。
【図８】本実施形態における本圧着の様子を示す図である。
【図９】実験条件を示す図である。
【図１０】条件１、条件２における測定結果を示すグラフである。
【図１１】条件３、条件４における測定結果を示すグラフである。
【図１２】本圧着の進行順序の一例を示す図である。
【図１３】他の第二実装ヘッドの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である実装装置１００の概略構成図である。この実装装置１００は、基板３０の上に、半導体チップ１０を実装する装置である。この実装装置１００は、複数の半導体チップ１０を積層して実装する場合に特に好適な構成となっている。なお、以下の説明では、複数の半導体チップ１０を積層したものを「積層体ＳＴ」と呼び、さらに、この「積層体ＳＴ」のうち、複数の半導体チップ１０が仮圧着状態のものを「仮積層体ＳＴｔ」と呼び、複数の半導体チップ１０が本圧着状態のものを「チップ積層体ＳＴｃ」と呼び区別する。
【００２４】
実装装置１００は、チップ供給ユニット１０２、チップ搬送ユニット１０４、ボンディングユニット１０６、および、これらの駆動を制御する制御ユニット１２８と、を備える。チップ供給ユニット１０２は、チップ供給源から半導体チップ１０を取り出し、チップ搬送ユニット１０４に供給する部位である。このチップ供給ユニット１０２は、突上部１１０とダイピッカ１１４と移送ヘッド１１６と、を備えている。
【００２５】
チップ供給ユニット１０２において、複数の半導体チップ１０は、ダイシングテープＴＥ上に載置されている。このとき半導体チップ１０は、バンプ１８が上側を向いたフェイスアップ状態で載置されている。突上部１１０は、この複数の半導体チップ１０の中から一つの半導体チップ１０のみを、フェイスアップ状態のまま、上方に突き上げる。ダイピッカ１１４は、突上部１１０により突き上げられた半導体チップ１０を、その下端で吸引保持して受け取る。半導体チップ１０を受け取ったダイピッカ１１４は、当該半導体チップ１０のバンプ１８が下方を向くように、すなわち、半導体チップ１０がフェイスダウン状態になるように、その場で１８０度回転する。この状態になれば、移送ヘッド１１６が、ダイピッカ１１４から半導体チップ１０を受け取る。
【００２６】
移送ヘッド１１６は、上下および水平方向に移動可能であり、その下端で、半導体チップ１０を吸着保持できる。ダイピッカ１１４が１８０度回転して、半導体チップ１０がフェイスダウン状態となれば、移送ヘッド１１６は、その下端で、当該半導体チップ１０を吸着保持する。その後、移送ヘッド１１６は、水平および上下方向に移動して、チップ搬送ユニット１０４へと移動する。
【００２７】
チップ搬送ユニット１０４は、鉛直な回転軸Ｒａを中心として回転する回転台１１８を有している。移送ヘッド１１６は、回転台１１８の所定位置に、半導体チップ１０を載置する。半導体チップ１０が載置された回転台１１８が回転軸Ｒａを中心として回転することで、当該半導体チップ１０が、チップ供給ユニット１０２と反対側に位置するボンディングユニット１０６に搬送される。
【００２８】
ボンディングユニット１０６は、基板３０を支持するステージ１２０や半導体チップ１０を仮圧着する第一実装ヘッド１２４（仮圧着ヘッド）、半導体チップ１０を本圧着する第二実装ヘッド１２６（本圧着ヘッド）等を備えている。ステージ１２０は、水平方向に移動可能であり、載置されている基板３０と実装ヘッド１２４，１２６との相対位置関係を調整する。また、このステージ１２０には、ヒータが内蔵されており、半導体チップ１０を下側から加熱する。
【００２９】
第一実装ヘッド１２４は、その下端に半導体チップ１０を保持でき、また、鉛直な回転軸Ｒｂ回りの回転と、昇降と、が可能となっている。また、第一実装ヘッド１２４には、ヒータ（図示せず）が内蔵されており、規定の第一温度Ｔ１に加熱される。第一実装ヘッド１２４は、半導体チップ１０を基板または他の半導体チップ１０の上に仮圧着する仮圧着ヘッドとして機能する。
【００３０】
第二実装ヘッド１２６は、昇降が可能となっている。また、第二実装ヘッド１２６には、ヒータ（図示せず）が内蔵されており、第一温度Ｔ１よりも高い第二温度Ｔ２に加熱される。第二実装ヘッド１２６は、仮圧着された半導体チップ１０を第二温度Ｔ２で加熱しつつ加圧することで、これら半導体チップ１０を本圧着する本圧着ヘッドとして機能する。ここで、本実施形態の第二実装ヘッド１２６は、対象の半導体チップ１０（より正確には仮積層体ＳＴｔ）に接触して加圧・加圧する一つの圧着ツール１３０の他に、さらに、当該圧着ツール１３０の周囲に配された複数の放熱ツール１３２を有する。この圧着ツール１３０や放熱ツール１３２の具体的構成については、後に詳説する。
【００３１】
第一、第二実装ヘッド１２４，１２６の近傍には、カメラ（図示せず）が設けられている。基板３０および半導体チップ１０には、それぞれ、位置決めの基準となるアライメントマークが付されている。カメラは、このアライメントマークが映るように、基板３０および半導体チップ１０を撮像する。制御ユニット１２８は、この撮像により得られた画像データに基づいて、基板３０および半導体チップ１０の相対位置関係を把握、必要に応じて、第一実装ヘッド１２４の軸Ｒｂ回りの回転角度およびステージ１２０の水平位置を調整する。制御ユニット１２８は、各ユニットの駆動を制御するもので、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種データやプログラムを記憶する記憶部と、を備えている。
【００３２】
次に、この実装装置１００で製造する半導体装置について説明する。本実施形態では、基板３０として半導体ウェハを使用し、この半導体ウェハ（基板３０）の上に、複数の半導体チップ１０を積層実装する。したがって、本実施形態の実装プロセスは、半導体ウェハの回路形成面に半導体チップ１０を積層実装する「チップオンウェハプロセス」である。図２は、本実施形態で使用する基板３０（半導体ウェハ）の概略イメージ図である。半導体ウェハである基板３０は、主にシリコンからなり、樹脂やガラスからなる一般的な回路基板に比して、熱伝達係数が高い。図２に示すように、基板３０には、格子状に並ぶ複数の配置領域３４が設定されている。各配置領域３４には、複数の半導体チップ１０が積層実装される。配置領域３４は、所定の配置ピッチＰで配設されている。この配置ピッチＰの値は、実装対象の半導体チップ１０のサイズ等に応じて適宜、設定される。また、本実施形態では、配置領域３４を略正方形としているが、適宜、他の形状、例えば略長方形としてもよい。
【００３３】
次に、半導体チップ１０の構成について簡単に説明する。図３は、実装される半導体チップ１０の概略構成を示す図である。半導体チップ１０の上下面には、電極端子１４，１６が形成されている。また、半導体チップ１０の片面には、電極端子１４に連なってバンプ１８が形成されている。バンプ１８は、導電性金属からなり、所定の溶融温度Ｔｍで溶融する。
【００３４】
また、半導体チップ１０の片面には、バンプ１８を覆うように、非導電性フィルム（以下「ＮＣＦ」という）２０が貼り付けられている。ＮＣＦ２０は、半導体チップ１０と、基板３０または他の半導体チップ１０とを接着する接着剤として機能するもので、非導電性の熱硬化性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等からなる。このＮＣＦ２０の厚みは、バンプ１８の平均高さよりも大きく、バンプ１８は、このＮＣＦ２０によりほぼ完全に覆われている。ＮＣＦ２０は、常温下では、固体のフィルムであるが、所定の軟化開始温度Ｔｓを超えると、徐々に、可逆的に軟化して流動性を発揮し、所定の硬化開始温度Ｔｔを超えると、不可逆的に硬化し始める。
【００３５】
ここで、軟化開始温度Ｔｓは、バンプ１８の溶融温度Ｔｍおよび硬化開始温度Ｔｔよりも低い。仮圧着用の第一温度Ｔ１は、この軟化開始温度Ｔｓより高く、溶融温度Ｔｍおよび硬化開始温度Ｔｔよりも低い。また、本圧着用の第二温度Ｔ２は、溶融温度Ｔｍおよび硬化開始温度Ｔｔよりも高い。すなわち、Ｔｓ＜Ｔ１＜（Ｔｍ，Ｔｔ）＜Ｔ２となっている。
【００３６】
半導体チップ１０を基板３０または下側の半導体チップ１０（以下「下層のチップ等」と呼ぶ）に仮圧着する際には、第一実装ヘッド１２４を、第一温度Ｔ１に加熱したうえで半導体チップ１０を下層のチップ等に押し付け、加圧する。このとき、半導体チップ１０のＮＣＦ２０は、第一実装ヘッド１２４からの伝熱により、軟化開始温度Ｔｓ以上に加熱されることで、軟化し、流動性を持つ。そして、これにより、ＮＣＦ２０が、半導体チップ１０と下層のチップ等との隙間に流れ込み、当該隙間を確実に埋めることができる。
【００３７】
半導体チップ１０を、本圧着する際には、第二実装ヘッド１２６を、第二温度Ｔ２に加熱したうえで、半導体チップ１０を加圧する。このとき、半導体チップ１０のバンプ１８およびＮＣＦ２０は、第二実装ヘッド１２６からの伝熱により、硬化開始温度Ｔｔおよび溶融温度Ｔｍ以上に加熱される。これにより、バンプ１８は、溶融し、対向する下層のチップ等に溶着できる。また、この加熱により、ＮＣＦ２０が、半導体チップ１０と下層のチップ等との隙間を埋めた状態で硬化するため、半導体チップ１０と下層とが強固に固定される。
【００３８】
図４は、基板３０に複数の半導体チップ１０を積層実装した半導体装置の構成を示す図である。半導体装置は、複数の配置領域３４（図示例では、領域Ａ〜領域Ｃ）それぞれに、目標積層数の半導体チップ１０を積層実装したチップ積層体ＳＴｃが配置されている。本実施形態では、目標積層数を、「４」としており、一つの配置領域３４には、４つの半導体チップ１０を含むチップ積層体ＳＴｃが実装されている。
【００３９】
こうした半導体装置は、次の手順で製造される。まず、第一実装ヘッド１２４を用いて、半導体チップ１０を仮圧着しながら積層した仮積層体ＳＴｔを、複数、形成する。図４の例では、領域Ａにおいて、仮積層体ＳＴｔを形成できれば、続いて、領域Ｂにおいて、仮積層体ＳＴｔを形成し、さらに、その後、領域Ｃにおいて仮積層体ＳＴｔを形成する。
【００４０】
全ての配置領域３４において仮積層体ＳＴｔが形成できれば、次に、この仮積層体ＳＴｔを順番に、本圧着していく。すなわち、第二温度Ｔ２に加熱された第二実装ヘッド１２６を用いて、対象の仮積層体ＳＴｔの上面を加熱しつつ加圧し、当該対象の仮積層体ＳＴｔを構成する複数（本例では４つ）の半導体チップ１０を一括で本圧着する。これにより、仮積層体ＳＴｔは、それを構成する半導体チップ１０が本圧着されたチップ積層体ＳＴｃに変化する。一つの仮積層体ＳＴｔが本圧着できれば（チップ積層体ＳＴｃになれば）、続いて、次の仮積層体ＳＴｔを本圧着する。そして、全ての仮積層体ＳＴｔを本圧着できれば、製造プロセスは、終了となる。
【００４１】
このように、複数の仮積層体ＳＴｔを形成した後に本圧着を行う方法の場合、一つの仮積層体ＳＴｔを形成してから本圧着する方法に比べて、実装ヘッドの切り替え回数等を低減できるため、実装処理全体の処理時間を低減できる。その一方で、複数の仮積層体ＳＴｔを形成した後に本圧着を行う方法の場合、本圧着の対象となる仮積層体ＳＴｔ以外の仮積層体ＳＴｔにおいて、ＮＣＦ２０が不可逆的に硬化するという問題があった。これについて図５を参照して説明する。図５は、従来技術における本圧着の様子を示すイメージ図である。
【００４２】
既述した通り、一つの仮積層体ＳＴｔを本圧着してチップ積層体ＳＴｃに変化させる場合には、当該仮積層体ＳＴｔの上面を、本圧着用の実装ヘッドで、加熱しつつ加圧する。従来の実装装置では、図５に示す通り、本圧着用の実装ヘッドは、仮積層体ＳＴｔを加熱しつつ加圧する圧着ツール１３０のみを有しており、周辺の仮積層体ＳＴｔを放熱する放熱ツール１３２は、有していない。
【００４３】
こうした従来の実装装置を用いて、領域Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、仮積層体ＳＴｔを形成した後、真ん中の領域Ｂの仮積層体ＳＴｔを本圧着する場合について考える。この場合、圧着ツール１３０を用いて、領域Ｂの仮積層体ＳＴｔを加熱しつつ加圧する。このとき、圧着ツール１３０の温度である第二温度Ｔ２は、最下層の半導体チップ１０が、ＮＣＦ２０の硬化開始温度Ｔｔおよびバンプ１８の溶融温度Ｔｍよりも高くなるように設定されている。そして、この第二温度Ｔ２で加熱されることで、対象の仮積層体ＳＴｔ（図５における領域Ｂの仮積層体ＳＴｔ）のバンプ１８が溶融し、また、ＮＣＦ２０が不可逆的に硬化し始める。
【００４４】
ここで、圧着ツール１３０から付与された熱は、図５において太線矢印で示すように、本圧着対象である領域Ｂの仮積層体ＳＴｔだけでなく、基板３０を介して、隣接する領域Ａや領域Ｃの仮積層体ＳＴｔにも伝達される。特に、基板３０が半導体ウェハのように、熱伝導性が高い場合、隣接する仮積層体ＳＴｔには、高効率で熱が伝達される。その結果、本圧着対象でない、隣接する仮積層体ＳＴｔも、ＮＣＦ２０の硬化開始温度Ｔｔ以上に加熱されてしまい、本圧着前に、これら領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔのＮＣＦ２０が不可逆的に硬化してしまうおそれがあった。本圧着前にＮＣＦ２０が硬化すると、半導体チップ１０の実装不良を招く。また、硬化開始温度Ｔｔ以上に加熱されない場合においても、ＮＣＦ２０に含まれる硬化剤の反応が開始することも十分に考えられ、その場合、ＮＣＦ２０本来の特性を得ることが困難となる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔ以外の、他の仮積層体ＳＴｔのＮＣＦ２０の硬化を防止するために、第二実装ヘッド１２６に、圧着ツール１３０だけでなく、放熱ツール１３２も設けている。これについて、図６、図７を参照して説明する。図６は、第二実装ヘッド１２６の概略構成を示す図である。また、図７は、第二実装ヘッド１２６を底側から見た図である。
【００４６】
第二実装ヘッド１２６は、基部１４０と、当該基部１４０に取り付けられた圧着ツール１３０および放熱ツール１３２と、を備えている。基部１４０は、図示しない昇降機構に取り付けられており、制御ユニット１２８からの指示に従い、昇降する。
【００４７】
圧着ツール１３０は、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔの上面に押し当てられ、これにより、当該仮積層体ＳＴｔを加圧しつつ加熱する。この圧着ツール１３０は、内部にヒータ１３１が設けられており、規定の第二温度Ｔ２に加熱される。圧着ツール１３０の上端は、基部１４０に固着されており、圧着ツール１３０の基部１４０に対する位置は不変となっている。
【００４８】
圧着ツール１３０を中心として、その周囲八方向には、放熱ツール１３２が設けられている。図７では、白抜きの四角が放熱ツール１３２を、網掛けを施した四角が圧着ツール１３０を示している。この図７に示す通り、第二実装ヘッド１２６は、一つの圧着ツール１３０と、八つの放熱ツール１３２と、を有しており、これらが、一つの圧着ツール１３０を中心として、３行３列で配列されている。圧着ツール１３０および放熱ツール１３２の配置ピッチＱは、積層体ＳＴの配置ピッチＰと同じとなっている。したがって、圧着ツール１３０が一つの積層体ＳＴに接触する際には、当該圧着ツール１３０に隣接する放熱ツール１３２は、一つの積層体ＳＴに隣接する他の積層体ＳＴに接触する。
【００４９】
放熱ツール１３２は、本圧着対象以外の他の積層体ＳＴを放熱して冷却させる。この放熱ツール１３２の下端には、放熱体１３４が設けられている。放熱体１３４は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅や、アルミニウム等を含むブロック状部材である。この放熱体１３４は、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔの周囲にある他の積層体ＳＴの上面に接触して、当該他の積層体ＳＴの熱を放熱するヒートシンクとして機能する。他の積層体ＳＴから放熱体１３４に伝達された熱は、外気や、後述する柱体１３６等へと放出される。
【００５０】
なお、図６では、放熱体１３４を単純な直方体形状としているが、放熱体１３４の形状は、適宜、変更されてもよい。例えば、放熱体１３４の放熱効率を高めるために、当該放熱体１３４の上面や側面に、複数のフィンや、リブ、突起を設けてもよい。また、放熱体１３４による冷却性能を高めるために、当該放熱体１３４を冷媒を用いて冷却してもよい。すなわち、放熱体１３４の内外に連通する冷媒路を設け、当該冷媒路に液体または気体の冷媒を循環させるようにしてもよい。また、別の形態として、ヒートパイプ等を用いて放熱体１３４の熱を、放熱体の外部に移送するようにしてもよい。また、別の形態として、放熱体１３４を、ペルチェ素子等を用いて冷却してもよい。いずれにしても、放熱体１３４の底面、すなわち、積層体ＳＴとの接触面は、積層体ＳＴの上面全体に接触できるように、平坦面であることが望ましい。なお、圧着ツール１３０の温度低下を防止するために、圧着ツール１３０と放熱ツール１３２との間には、何らかの断熱部材（図示せず）を設けることが望ましい。
【００５１】
放熱体１３４は、弾性体１３８を介して基部１４０に取り付けられており、当該弾性体１３８の弾性変形量の範囲内で、基部１４０に対して昇降できるようになっている。この弾性体１３８を介した取り付け方法としては、種々考えられるが、本実施形態では、図６に示すように、基部１４０を貫通する貫通孔に、柱体１３６を挿通するとともに、当該柱体１３６のうち、基部１４０を挟んで両側に、貫通孔より大径のフランジ１３９ｕ，１３９ｄを設けている。そして、基部１４０の底面と、下側のフランジ１３９ｄとの間に、弾性体１３８である圧縮バネを配している。圧縮バネは、無負荷状態では、下側のフランジ１３９ｄ、ひいては、放熱体１３４を下方へと付勢する。一方、放熱体１３４が、積層体ＳＴを押した際の反力として、当該放熱体１３４が上向きの力を受けた場合には、圧縮バネが圧縮変形することで、放熱体１３４は、基部１４０に近づく方向に変位する。
【００５２】
このように、放熱ツール１３２が、弾性体１３８を介して基部１４０に取り付けられることで、積層体ＳＴごとの高さの差を吸収することができ、八つの放熱体１３４が全て、対応する積層体ＳＴの上面に密着することができる。なお、放熱体１３４を、対応する積層体ＳＴに確実に密着させるために、無負荷状態（弾性体の変形していない状態）における放熱体１３４の底面高さは、圧着ツール１３０の底面高さより低くする（基部１４０から離す）ことが望ましい。また、弾性体１３８は、仮圧着用の荷重である第一荷重Ｆ１以下で弾性変形できるように、そのバネ定数が調整されていることが望ましい。
【００５３】
次に、こうした第二実装ヘッド１２６を用いての本圧着について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態の第二実装ヘッド１２６を用いて本圧着する様子を示すイメージ図である。図８の例では、領域Ａ〜Ｃに仮積層体ＳＴｔを形成した後、真ん中の領域Ｂの仮積層体ＳＴｔを本圧着している。この場合、圧着ツール１３０を、下降させて、本圧着対象である領域Ｂの仮積層体ＳＴｔの上面に押し付ける。これにより、領域Ｂの仮積層体ＳＴｔが、加熱されつつ加圧される。圧着ツール１３０を下降させるために、基部１４０を下降させると、当然ながら、当該基部１４０に取り付けられた放熱ツール１３２も、基部１４０および圧着ツール１３０と連動して下降する。そして、これにより、放熱ツール１３２は、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔに隣接する領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔの上面に接触する。
【００５４】
ここで、通常、複数の仮積層体ＳＴｔには、若干の高さのバラツキが生じている。例えば、図８の例では、領域Ａの仮積層体ＳＴｔは、他の仮積層体ＳＴｔよりも高くなっている。この場合において、放熱ツール１３２の基部１４０に対する位置が不変の場合、すなわち、弾性体１３８が設けられていない場合、領域Ａにおいて、放熱ツール１３２が仮積層体ＳＴｔに接触した後、領域Ｂ，Ｃにおいて、圧着ツール１３０、放熱ツール１３２が対応する仮積層体ＳＴｔに接触できないという問題が生じる。本実施形態では、各放熱ツール１３２は、弾性体１３８を介して基部１４０に取り付けられており、基部１４０に対して変位可能となっている。したがって、一つの放熱ツール１３２が仮積層体ＳＴｔに接触した後も、基部１４０を下降させ続ければ、当該一つの放熱ツール１３２の弾性体１３８が変形し、他の放熱ツール１３２、圧着ツール１３０の更なる下降が許容される。その結果、放熱ツール１３２および複数の圧着ツール１３０が確実に、対応する積層体ＳＴに接触できる。なお、このとき、弾性体１３８のバネ定数が大きいと、弾性体１３８の変形に際して領域Ａの仮積層体ＳＴｔに過大な力がかかることになる。そこで、弾性体１３８のバネ定数は、その変形のために必要な荷重が、仮圧着のための荷重Ｆ１以下になるように、調整されている。
【００５５】
このように、本実施形態では、領域Ｂの仮積層体ＳＴｔを本圧着する際に、当該領域Ｂに隣接する領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔに放熱ツール１３２を接触させている。この場合、圧着ツール１３０の熱は、図８において太線矢印で示すように、領域Ｂの仮積層体ＳＴｔおよび基板３０を介して、領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔに伝わる。しかし、本実施形態では、この領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔの上面に、伝熱性に優れた放熱体１３４が接触している。領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔに伝わった熱は、この放熱体１３４に放出された後、外部へと放出される。その結果、本圧着の対象でない、領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔの温度上昇が効果的に抑制される。そして、これにより、領域Ａ，Ｃの仮積層体ＳＴｔのＮＣＦ２０が、本圧着前に硬化することが防止され、半導体チップ１０の実装不良を効果的に防止できる。
【００５６】
ここで、積層体ＳＴの冷却方法としては、本実施形態のように、高伝熱性の固体（放熱体１３４）を接触させる方法の他に、冷風や液体等の流体を積層体ＳＴに直接、かける方法も考えられる。しかし、このような流体は、その適用範囲を制限することが難しく、本来、冷却したくない本圧着対象の仮積層体ＳＴｔまで冷却してしまうおそれがある。本圧着対象の仮積層体ＳＴｔが冷却されると、ＮＣＦ２０が硬化不十分になったり、バンプ１８が溶融不十分になったりし、やはり、実装不良を招くおそれがある。一方、放熱体１３４を接触させて放熱する本実施形態の技術によれば、冷却したい積層体ＳＴだけを確実に冷却でき、加熱したい仮積層体ＳＴｔの温度低下は抑制できる。結果として、本実施形態によれば、温度不足による実装不良や、本圧着前のＮＣＦ２０硬化による実装不良を効果的に防止できる。
【００５７】
次に、放熱体１３４による冷却効果についての実験結果について説明する。図９は、実験条件を示す図である。また、図１０、図１１は、実験結果を示すグラフである。実験では、圧着ツール１３０を用いて一つの半導体チップ１０を加熱加圧する。そして、そのときの半導体チップ１０の底面の温度ＴＣ１と、当該一つの半導体チップ１０に隣接して設けられた積層体ＳＴの最下層の底面温度ＴＣ２および最上層の底面温度ＴＣ３と、を測定する。条件１および条件２は、基板３０として樹脂基板を用いる点で共通しているものの、条件１では、放熱ツール１３２を用いないのに対し、条件２では、放熱ツール１３２を用いて積層体ＳＴを冷却する点で相違する。条件３および条件４は、基板３０としてガラス基板を用いる点で共通しているものの、条件３では、放熱ツール１３２を用いないのに対し、条件４では、放熱ツール１３２を用いて積層体ＳＴを冷却する点で相違する。
【００５８】
図１０における白抜きバーは、条件１における、墨塗りバーは、条件２における各測定温度ＴＣ１〜ＴＣ３を示している。また、図１１における白抜きバーは、条件３における、墨塗りバーは、条件４における各測定温度ＴＣ１〜ＴＣ３を示している。図１０、図１１から明らかな通り、圧着ツール１３０で加熱している半導体チップ１０の温度ＴＣ１は、条件１，３（白抜きバー）および条件２，４（墨塗りバー）で大きな差はなく、放熱ツール１３２があっても、本圧着への悪影響が少ないことが分かる。一方で、放熱ツール１３２を用いる条件２，４（墨塗りバー）では、放熱ツール１３２を用いない条件１，３（白抜きバー）に比べて、隣接する積層体ＳＴの温度ＴＣ２，ＴＣ３が低下している。つまり、放熱ツール１３２を用いる本実施形態によれば、本圧着対象の積層体ＳＴに隣接する積層体ＳＴの温度上昇を抑制でき、当該隣接する積層体ＳＴが本圧着前であっても、ＮＣＦ２０の硬化等を効果的に防止できることが分かる。一方で、放熱ツール１３２を用いたとしても、本圧着対象の半導体チップ１０の温度低下は防止されるため、各半導体チップ１０を確実に本圧着できる。
【００５９】
なお、これまで説明した構成は、一例であり、本圧着用の実装ヘッド（第二実装ヘッド１２６）が、仮積層体ＳＴｔを加熱加圧する圧着ツール１３０と、当該仮積層体ＳＴｔに隣接する他の積層体ＳＴを放熱する放熱ツール１３２と、を備えているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、圧着ツール１３０と放熱ツール１３２とが一体的に昇降する構成としているが、圧着ツール１３０と放熱ツール１３２は、互いに独立して昇降してもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、放熱ツール１３２を、圧着ツール１３０の周囲八方向に設けているが、必ずしも八方向に設ける必要はない。例えば、仮積層体ＳＴｔの本圧着を、図１２の矢印Ａで示すように、右方向に順番に進める工程と、左方向に順番に進める工程とを、各行ごとに交互にくり返す場合を考える。この場合、本圧着している仮積層体ＳＴｔより図面下側には、積層体ＳＴが無い、あるいは、積層体ＳＴがあったとしても、本圧着済みであることになる。この場合、圧着ツール１３０より図面下側には、放熱ツール１３２は不要となる。したがって、この場合には、図１３に示すように、圧着ツール１３０の左右両側、および、図面上側の三箇所の合計五カ所にのみ放熱ツール１３２を設けるようにしてもよい。
【００６１】
また、圧着ツール１３０と放熱ツール１３２との配設間隔は、配置領域の配置ピッチＰに応じて、適宜、変更できるようにしてもよい。また、本実施形態では、仮圧着用の実装ヘッド（第一実装ヘッド１２４）と、本圧着用の実装ヘッド（第二実装ヘッド１２６）とを別々に設けたが、一つの実装ヘッドで、仮圧着および本圧着を行うようにしてもよい。すなわち、第一実装ヘッド１２４を無くして、第二実装ヘッド１２６で仮圧着と本圧着を行うようにしてもよい。ここで、仮圧着の際には、放熱ツール１３２は、必ずしも必要でいため、仮圧着実行時には、第二実装ヘッド１２６から放熱ツール１３２を取り外せるようにしてもよい。
【００６２】
また、これまでの説明では、単一の装置内に、仮圧着用の実装ヘッド（第一実装ヘッド１２４）と、本圧着用の実装ヘッド（第二実装ヘッド１２６）とを設けたが、これらは、それぞれ、別の装置に設けられてもよい。すなわち、本願で開示した技術は、仮圧着用の実装ヘッドを備えた仮圧着装置と、本圧着用の実装ヘッドを備えた本圧着装置と、を備えた実装システムに適用されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０  半導体チップ、１４，１６  電極端子、１８  バンプ、３０  基板、３４  配置領域、１００  実装装置、１０２  チップ供給ユニット、１０４  チップ搬送ユニット、１０６  ボンディングユニット、１１０  突上部、１１４  ダイピッカ、１１６  移送ヘッド、１１８  回転台、１２０  ステージ、１２４  第一実装ヘッド、１２６  第二実装ヘッド、１２８  制御ユニット、１３０  圧着ツール、１３１  ヒータ、１３２  放熱ツール、１３４  放熱体、１３６  柱体、１３８  弾性体、１３９ｄ，１３９ｕ  フランジ、１４０  基部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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