(57)【要約】【課題】  半導体チップを基板上にマウントする際に、半導体チップの接合不良が発生しないチップマウント方法及び装置を提供すること。【解決手段】  弾性材からなる加圧部１５をコレット１４の下部に設け、かつ、加圧部１５の加圧面１５ａの一部を突出形成した。コレット１４によって半導体チップ２を台座部１２に載置された基板１上へ搬送したのち、コレット１４の加圧力を高めると、加圧部１５の加圧面１５ａが弾性変形して、その加圧面１５ａの一部から平らになっていく。これにより半導体チップ２に対するコレット１４の加圧範囲が徐々に広がり、半導体チップ２は、その一部から基板１に対して徐々に圧着されていく。これと同時に、半導体チップ２に取り込まれた空気Ｇは、半導体チップ２の外部へ排出され、ボイドが発生しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層した半導体装置を製造するに際し、コレットによって半導体チップの基板上への搬送と加圧を行ない、半導体チップを基板上にマウントするチップマウント方法において、
前記半導体チップの加圧を、半導体チップの一部から徐々に広げて行うチップマウント方法。
【請求項２】
前記半導体チップの加圧を、半導体チップの中央部から外側に向かって徐々に広げて行う請求項１に記載のチップマウント方法。
【請求項３】
基板を載置する台座部と、前記台座部に載置された基板上への半導体チップの搬送及び加圧を行うコレットとを備え、前記基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層するチップマウント装置において、
前記コレットの下部に弾性材からなる加圧部を設け、かつ、前記加圧部の加圧面の一部を突出形成したチップマウント装置。
【請求項４】
基板を載置する台座部と、前記台座部に載置された基板上への半導体チップの搬送及び加圧を行うコレットとを備え、前記基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層するチップマウント装置において、
前記コレットの加圧面を平らに形成し、かつ、前記台座部の基板上のマウント位置に対応する部位に弾性材からなる加圧部を設けると共に前記加圧部の加圧面の一部を突出形成したチップマウント装置。
【請求項５】
前記加圧部の加圧面の中央部を突出形成し、当該加圧面の中央部から外側に向かって傾斜させた請求項３又は４に記載のチップマウント装置。
【請求項６】
前記加圧部の加圧面を球面状、円錐状又は角錐状に形成した請求項３〜５のいずれかに記載のチップマウント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板にマウントして半導体装置を製造するためのチップマウント方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、基板１の複数箇所に半導体チップ２，２，…を接合材３を介して積層したスタック型半導体装置４を例示している。従来、この種の半導体装置４を製造するに際しては、図７及び図８に示すチップマウント装置１１を使用して、基板１上に半導体チップ２をマウントしていた。このチップマウント装置１１は、基板１を載置する台座部１２と、台座部１２に内蔵された加熱手段１３（図８参照）と、所定寸法にダイシングされた半導体チップ２をピックアップポジションＰで吸着して台座部１２に載置された基板１上に搬送すると共に半導体チップ２を加圧して基板１上に圧着するコレット１４とを備えている。半導体チップ２は、厚さ４００μｍ以下でかつ大きさ５〜２５ｍｍ角程度に形成され、裏面に接合材としてエポキシ樹脂系やポリイミド樹脂系の熱圧着フィルム３を貼着してある。コレット１４は、図８の如く、半導体チップ２とほぼ同じ大きさでかつ平らな加圧面１４ａを有し、この加圧面１４ａに複数の吸引孔１４ｂ，１４ｂ，…を設けたものが代表的である。
【０００３】
このチップマウント装置１１では、次のような手順で半導体装置４を製造している。コレット１４によって、ピックアップポジションＰにある半導体チップ２を吸着する工程と、コレット１４によって吸着された半導体チップ２を基板１上のマウント位置に搬送する工程と、基板１及び基板１上に載置された半導体チップ２を加熱手段１３によって加熱して、半導体チップ２の裏面に貼着された熱圧着フィルム３を溶融しつつ、コレット１４によって半導体チップ２の上面全体を一気に加圧する工程とを経て、半導体チップ２を基板１に圧着する。さらに、上記の工程を繰り返して基板１上のマウント位置に複数個の半導体チップ２を積層すると共に、他のマウント位置に複数個の半導体チップ２を積層して、図６に示すスタック型半導体装置４を製造している。
【０００４】
また、特許第３０７５３９８号公報には、コレットの底面部を角錐状に窪ませてその中央部に吸着孔を開設したもの（上記公報の図７及び図８参照）や、コレットの底面部を窪ませてその中央部に吸着孔を開設したもの（上記公報の図８及び図９参照）、コレットの底面部を窪ませると共にその中央部に吸着孔を開設した平らな吸着面を下方へ向けて突出させたもの（上記公報の図１参照）などが開示されている。
【０００５】
従来のチップマウント方法及び装置１１によって製造された半導体装置４には、半導体チップ２が剥離するという不具合が稀に発生していた。しかし、半導体チップ２の剥離現象は、近年、半導体チップ２の薄膜大型化が進展するのに伴って増加傾向にあり、特に、５ｍｍ角以上の大きさで、かつ、厚さ５０μｍ以下の半導体チップ２に多く見受けられる。半導体チップ２が剥離する主たる原因は、半導体チップ２の接合不良である。
【０００６】
半導体チップ２の接合不良は、以下のようにして起こる。薄くて大きな半導体チップ２は、コレット１４で基板１上へ搬送する際に周縁部が撓む。また、上記公報に記載されたコレットでは、半導体チップ２の吸着部位が窪む。このように半導体チップ２が変形した状態で基板１上に載置されると、半導体チップ２に空気が取り込まれる。加圧面が平らなコレット１４や上記公報に記載されたコレットで半導体チップ２を加圧すると、エッジ効果によって半導体チップ２の中心部よりも周縁部に高面圧がかかる。このため、半導体チップ２の中心部よりも周縁部が先に基板１に圧着され、半導体チップ２に取り込まれた空気の逃げ場がなくなり、ボイド（気泡）が生じる。このように、半導体チップ２の接合不良は、コレット１４の加圧力が半導体チップ２に対して均一にかからないときに生じ易く、他の事例としては、ＢＴ基板等の表面に凹凸が多い基板１に半導体チップ２を接合するときや、接合材３の厚さが不均一であるときなどが挙げられる。
【０００７】
半導体チップ２の接合不良は、半導体チップ２の接合に、高流動性の接合材３を使用することで抑制できる。高流動性の接合材３としては、例えばポリイミド樹脂系の接合材が挙げられる。ポリイミド樹脂系の接合材３を使用すると、半導体チップ２の加圧時に、半導体チップ２に取り込まれた空気は、図６に示す半導体装置４を樹脂等でモールドする際に、ポリイミド樹脂の流動によって外側へ移動して外部へ排出される。しかし、ポリイミド系の接合材３は単価が高く、半導体装置４の製造コストを抑えるためには、廉価な接合材３を使用する必要がある。廉価な接合材３としては、例えばポリイミド樹脂系の接合材の数〜十数分の一の価格であるエポキシ樹脂系の接合材が挙げられる。エポキシ樹脂は、ポリイミド樹脂と比較して流動性が低く、その流動により空気を外側へ移動させ難い。このため、エポキシ樹脂系の接合材３を使用すると、半導体チップ２の接合不良が生じ易くなる。したがって、従来のチップマウント方法及び装置によって高品質の半導体装置４を製造するには、半導体チップ２の接合に、廉価なエポキシ樹脂系フィルム３を使用できないから、半導体装置４の製造コストが嵩むという問題がある。
【０００８】
なお、上記の従来例では、裏面に接合材３を一体に成形した半導体チップ２を挙げて説明したが、接合材３とは別体に成形した半導体チップ２（図示略）もある。接合材３を具備しない半導体チップ２の場合、そのマウント時に基板１上又は基板１に実装された既設の半導体チップ２上にペースト状又はフィルム状の接合材３を供給してから、コレット１４によって新設の半導体チップ２の搬送と加圧を行う。この場合であっても、従来のチップマウント方法及び装置では、半導体チップ２の接合不良が生じ易い。
【０００９】
【特許文献１】特許第３０７５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、コレットによって半導体チップを加圧して基板上にマウントする際に、流動性の低い接合材を使用しても半導体チップの接合不良が発生しないチップマウント方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るチップマウント方法は、基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層した半導体装置を製造するに際し、コレットによって半導体チップの基板上への搬送と加圧を行ない、半導体チップを基板上にマウントするチップマウント方法において、前記半導体チップの加圧を、半導体チップの一部から徐々に広げて行うことを特徴としている。
【００１２】
上記のチップマウント方法によれば、半導体チップの加圧を、半導体チップの一部から徐々に広げて行うのと同時に、半導体チップを基板上に載置した際に取り込まれた空気が半導体チップの一部から外側へ向かって押し出される。このように半導体チップに取り込まれた空気を排出しつつ半導体チップの加圧を行うと、半導体チップの剥離現象の原因となる接合不良が発生しない。
【００１３】
半導体チップの一部としては、半導体チップの中央部や一端部などが挙げられる。ここで、半導体チップの中央部は、半導体チップの前後方向及び左右方向の中央部である中心点又は該中心点を含む一部の閉領域や、前後方向又は左右方向の中央線又は該中央線を含む一部の閉領域である。また、半導体チップの一端部は、一辺部や一角部などが挙げられる。これらの場合、半導体チップは、中央部又は一端部から外側又は対向端部に向かって徐々に圧着され、これと同時に半導体チップを基板上に載置した際に取り込まれた空気が外部へ押し出されていく。特に、半導体チップの中央部から圧着を始める場合は、空気の排出経路が短くなるので、空気を排出し易くなる。
【００１４】
なお、半導体チップの一部がその中心点、中央線、一辺、一角などを含む領域である場合、この領域の広さは、半導体チップの接合に使用する接合材の流動性能によって適宜設定するものとし、接合材の流動により空気を領域外へ押し出せる広さとする。
【００１５】
本発明に係るチップマウント装置は、基板を載置する台座部と、前記台座部に載置された基板上への半導体チップの搬送及び加圧を行うコレットとを備え、前記基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層するチップマウント装置において、前記コレットの下部に弾性材からなる加圧部を設け、かつ、前記加圧部の加圧面の一部を突出形成したことを特徴としている。
【００１６】
上記のチップマウント装置によれば、コレットによって基板上の半導体チップを加圧すると、まず、コレットの加圧部の一部によって半導体チップが加圧される。さらにコレットの加圧力を高めていくと、コレットの加圧部の加圧面が弾性変形して平らになっていき、半導体チップに対するコレットの加圧範囲が広がる。これと同時に、半導体チップを基板上に載置した際に取り込まれた空気は、外部へ押し出され、半導体チップの圧着後に残らない。したがって、半導体チップの剥離現象の原因となる接合不良が発生しない。
【００１７】
また、本発明に係るチップマウント装置は、基板を載置する台座部と、前記台座部に載置された基板上への半導体チップの搬送及び加圧を行うコレットとを備え、前記基板上に複数個の半導体チップを接合材を介して積層するチップマウント装置において、前記コレットの加圧面を平らに形成し、かつ、前記台座部の基板上のマウント位置に対応する部位に弾性材からなる加圧部を設けると共に前記加圧部の加圧面の一部を突出形成したことを特徴としている。
【００１８】
上記のチップマウント装置によれば、台座部上に載置された基板は、台座部に設けた加圧部の一部によって支持される。この状態で、コレットによって基板上へ搬送した半導体チップを加圧すると、台座部の加圧部は、コレットの加圧力により弾性変形して加圧部の一部から徐々に平らになっていく。コレットの加圧力に対する台座部の加圧部の応力は、基板を介して半導体チップに作用し、半導体チップに対するコレットの加圧範囲が半導体チップの一部から徐々に広がっていく。これと同時に、半導体チップを基板上に載置した際に取り込まれた空気は、外部へ押し出され、半導体チップの圧着後に残らない。したがって、半導体チップの剥離現象の原因となる接合不良が発生しない。
【００１９】
コレット又は台座部に設けた加圧部の加圧面の一部としては、加圧面の中央部や一端部などが挙げられる。ここで、加圧面の中央部は、加圧面の中心点又は該中心点を含む一部の領域や、中央線又は該中央線を含む一部の領域である。また、加圧面の一端部は、一辺部や一角部が挙げられる。これらの場合、コレットの加圧力を高めていくと、加圧部の加圧面が中央部又は一端部から外側又は対向端部に向かって平らになっていく。これと同時に、半導体チップを基板上に載置した際に取り込まれた空気が外部へ押し出されていく。
【００２０】
また、前記加圧部の加圧面は、階段状に突出形成しても構わないが、球面状、円錐状又は角錐状に突出形成しておくと、加圧面の一部から外側に向かって連鎖的に弾性変形していくので、半導体チップに取り込まれた空気の押し出し作用が階段状の場合と比較してより一層有利に働く。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のチップマウント方法及び装置によれば、半導体チップの接合に低流動性でかつ廉価な接合材を使用しても、半導体チップに取り込まれた空気がコレットによる半導体チップの加圧時に外部へ押し出されるので、接合不良が発生しない。したがって、半導体チップの剥離現象が起こらない高品質の半導体装置を低コストで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、図７及び図８に示す従来のチップマウント装置と重複する部位には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２３】
図１に示す本発明の第１実施形態に係るチップマウント装置は、コレット１４の下部にフッ素樹脂等の耐熱性に優れた弾性材からなる加圧部１５を設けたものである。加圧部１５は、半導体チップ２に対する加圧面１５ａ（吸着面）を、半導体チップ２とほぼ同じ大きさでかつ球面状に突出形成すると共に加圧面１５ａの中心部にコレット１４の吸引孔１４ｂに連通する吸引孔１５ｂを穿設してある。なお、加圧部１５は、従前の装置１１と同程度の加圧力を加えることで、弾性的に変形して加圧面１５ａの全面が平らになるように、十分に大きな半径の球面状に形成してある。
【００２４】
以下、図２(Ａ)〜(Ｄ)及び図３(Ａ)〜(Ｃ)を参照してチップマウント装置を使用した本発明のチップマウント方法について説明する。
【００２５】
図２(Ａ)(Ｂ)の工程は、裏面にエポキシ樹脂系のフィルム状の接合材３が貼着された半導体チップ２をコレット１４によって吸着してピックアップポジションＰ（図７参照）から台座部１２に載置した基板１上へ搬送する工程である。半導体チップ２は、大きさ５ｍｍ角以上で、かつ、厚さ５０μｍ以下の薄膜状の部材とする。このように薄くて大きな半導体チップ２は、コレット１４による搬送中、図２(Ａ)の如く中心部が吸着されて周縁部が下方へ撓む。この状態で、半導体チップ２を基板１上へ搬送すると、半導体チップ２は、図２(Ｂ)及び図３(Ａ)の如く、周縁部から基板１上面に接触し、基板１との間に空気Ｇを取り込む。
【００２６】
図２(Ｃ)(Ｄ)の工程は、基板１上へ搬送された半導体チップ２をコレット１４によって加圧して圧着する工程である。半導体チップ２を基板１上に搬送したのち、加熱手段１３により基板１及び該基板１上の半導体チップ２を加熱して半導体チップ２の裏面に貼着したフィルム状の接合材３を溶融する。これと同時に、半導体チップ２に対するコレット１４の加圧力を徐々に高めていくと、加圧部１５の加圧面１５ａは、図２(Ｃ)の如く、基板１及び半導体チップ２を介して台座部１２の応力を受ける。これにより、加圧部１５の加圧面１５ａは、中心部が弾性変形して平らになる。図２(Ｃ)の工程により、半導体チップ２は、図３(Ｂ)の如く、加圧部１５による加圧範囲Ｒが中心点から外側へ向かって徐々に広がり、当該加圧範囲Ｒが基板１に圧着される。このとき、半導体チップ２に取り込まれた空気Ｇは、半導体チップ２の中心部から半導体チップ２の加圧範囲Ｒの外側へ移動する。
【００２７】
さらに、図２(Ｄ)の如く、加圧部１５の加圧面１５ａ全体が平らになるまでコレット１４の加圧力を高める。図２(Ｄ)の工程により、半導体チップ２は、図３(Ｃ)の如く、加圧部１５による加圧範囲Ｒがその全体に広がる。また、半導体チップ２に取り込まれた空気Ｇは、半導体チップ２と基板１との間から外部へ完全に排出される。
【００２８】
以上の工程を繰り返して基板１上のマウント位置に複数の半導体チップ２を積層し、さらに、基板１上の他のマウント位置についても複数の半導体チップ２を積層することで、図６に示すスタック型半導体装置４が製造される。
【００２９】
上記のチップマウント方法及び装置によれば、半導体チップ２の加圧を、その中心部から放射状に広げて行うようにしたから、廉価でかつ低流動性のエポキシ樹脂系の接合材３を使用しても、半導体チップ２を基板１上に載置した際に取り込まれた空気が、コレット１４による半導体チップ２の加圧時に外部へ排出され、半導体チップ２の接合不良が生じない。また、この作用は、ＢＴ基板等の凹凸の多い軟質の基板１に半導体チップ２を接合するとき、或いはフィルム状の接合材３の厚さが不均一であるときでも得られる。
【００３０】
次に、図４(Ａ)〜(Ｄ)を参照して、本発明の第２実施形態に係るチップマウント装置について説明する。このチップマウント装置は、図４(Ａ)〜(Ｄ)の如く、コレット１４の下部に設けた加圧部１５の加圧面１５ａ全域に渡って複数の吸引孔１５ｂ，１５ｂ，…を配設してある点で、第１実施形態に係るチップマウント装置と相違している。他の点については、第１実施形態と同じであるから、同一部位には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３１】
このチップマウント装置は、コレット１４でピックアップポジションＰにある半導体チップ２を吸着して持ち上げると、半導体チップ２が、図４(Ａ)の如く、加圧部１５の加圧面１５ａとほぼ同じ形状、即ち中心部が突出した球面状に変形する。この状態で、半導体チップ２を基板１上へ搬送すると、半導体チップ２は、図４(Ｂ)の如く、中心部が基板１上面に接触する。他方、半導体チップ２の周縁部は、基板１の上面から浮いた状態で保持される。次に、加熱手段１３により半導体チップ２に貼着したエポキシ樹脂系のフィルム状の接合材３を溶融するのと同時に、図４(Ｃ)の如く、基板１上へ搬送された半導体チップ２に対するコレット１４の加圧力を徐々に高めていくと、加圧部１５の加圧面１５ａの弾性変形に伴って半導体チップ２の基板１に対する接触範囲が徐々に広がっていく。さらに、コレット１４の加圧力を高めると、図４(Ｄ)の如く、加圧部１５の加圧面１５ａ全体が平らになり、半導体チップ２の全体が基板１に圧着される。この第２実施形態のチップマウント装置によれば、半導体チップ２を基板１上に載置したときに空気を取り込み難く、さらに、半導体チップ２のマウント時にも空気が残らないように加圧部１５による加圧範囲Ｒを半導体チップ２の中心部から外側へ向けて徐々に広げているので、半導体チップ２の接合不良が発生せず、剥離現象が生じない高品質の半導体装置４を製造できる。
【００３２】
次に、図５(Ａ)〜(Ｄ)を参照しつつ本発明の第３実施形態に係るチップマウント装置について説明する。このチップマウント装置は、半導体チップ２よりも軟質のＢＴ基板１に半導体チップ２を積層する場合に好適なものであって、コレット１４の底面部を平らに形成し、かつ、コレット１４を硬質で変形しない素材（例えば金属製）で構成した点と、基板１上のマウント位置に対応して台座部１２の上面にラバーヒータからなる加圧部１５を設け、この加圧部１５を加熱手段と兼用するようにした点で、上記の第１及び第２実施形態と相違している。他の点については、第１及び第２実施形態と同じであるから、同一部位には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３３】
このチップマウント装置は、図５（Ａ）の如く、ＢＴ基板１を台座部１２に載置すると、台座部１２の上面に設けた加圧部１５によってＢＴ基板１が変形する。ＢＴ基板１は、半導体チップ２のマウント位置が山状に突出する。コレット１４でピックアップポジションＰ（図７参照）にある半導体チップ２を吸着して持ち上げると、半導体チップ２は、図５(Ａ)の如く、ほぼ平らな状態に維持される。この状態でＢＴ基板１上へ搬送された半導体チップ２は、図５(Ｂ)の如く、その裏面の中心部がＢＴ基板１の上面に接触する。次に、ラバーヒータからなる加圧部１５により半導体チップ２に貼着したエポキシ樹脂系のフィルム状の接合材３を溶融するのと同時に、図５(Ｃ)の如く、ＢＴ基板１上へ搬送された半導体チップ２に対するコレット１４の加圧力を徐々に高めていくと、台座部１２の加圧部１５の加圧面１５ａが弾性変形してその中心部から徐々に平らになっていく。これに伴って半導体チップ２は、その中心部から外側に向かって基板１に圧着される。さらに、コレット１４の加圧力を高めると、図５(Ｄ)の如く、加圧部１５の加圧面１５ａ全体が平らになり、半導体チップ２の全体がＢＴ基板１に圧着される。
【００３４】
本発明のチップマウント方法及び装置は、上記の第１〜第３実施形態の如く、半導体チップ２の一部から加圧範囲Ｒを徐々に広げてＢＴ基板１に圧着するようにしたので、半導体チップ２に取り込まれた空気を半導体チップ２のマウントと同時に排出でき、半導体チップ２の剥離現象を引き起こす接合不良が発生しない。
【００３５】
なお、第３実施形態では、加圧部１５として加熱手段と兼用のラバーヒータを使用した場合について説明したが、第１及び第２実施形態の如く熱伝導性の低いフッ素樹脂で加圧部１５を構成しても構わない。この場合、図５(Ａ)〜(Ｄ)の想像線で示す加熱手段１３としては、超音波加熱機や電磁誘導加熱機その他非接触式の加熱機を使用する。
【００３６】
また、上記の第１〜第３実施形態では、裏面に接合材３を具備する半導体チップ２をマウントする場合について説明したが、本発明は接合材３とは別体に成形した半導体チップ２をマウントする場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るチップマウント装置を示す縦断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明のチップマウント方法を例示するフロー図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体チップの圧着過程を示すフロー図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施形態に係るチップマウント装置及びそのチップマウント方法を示すフロー図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係るチップマウント装置及びそのチップマウント方法を示すフロー図である。
【図６】半導体装置を例示する斜視図である。
【図７】従来のチップマウント装置及び該装置によるチップマウント方法を説明するための斜視図である。
【図８】従来のチップマウント装置を例示する縦断面である。
【符号の説明】
【００３８】
１     基板
２，２，…    半導体チップ
３     接合材
４     半導体装置
１２   台座部
１３   加熱手段
１４   コレット
１５   加圧部
１５ａ 加圧面
【図１】
2005150311.tif 000003
【図２】
2005150311.tif 000004
【図３】
2005150311.tif 000005
【図４】
2005150311.tif 000006
【図５】
2005150311.tif 000007
【図６】
2005150311.tif 000008
【図７】
2005150311.tif 000009
【図８】
2005150311.tif 000010