(57)【要約】【課題】  圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を防止することが可能な熱圧着装置を提供するとともに、電気的接続の信頼性に優れた半導体チップの実装方法を提供する。【解決手段】  熱圧着装置は、ステージ２および圧着ヘッド３を備えており、圧着ヘッド３の下面３ａには、減圧ポンプに接続された吸引孔６が設けられており、圧着ヘッドの側面３ｂには、コンプレッサに接続された気体噴出孔７が設けられている。気体噴出孔７からは、半導体チップ２０の回路基板１０への接合時において、圧着ヘッド３によって吸着保持された半導体チップ２０の端部周縁に向かって気体が吹き付けられる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基体上に形成された熱硬化性樹脂層を介して半導体チップの実装面を前記配線基体に対して押圧し、前記熱硬化性樹脂層を加熱して硬化させ、前記半導体チップを前記配線基体に接続する熱圧着装置であって、
前記半導体チップの前記実装面とは反対側に位置する主表面を保持する保持面を含む圧着ヘッドと、
前記圧着ヘッドによって保持された前記半導体チップの端部周縁に前記主表面側から前記実装面側に向けて気体を吹き付ける吹き付け手段とを備える、熱圧着装置。
【請求項２】
前記吹き付け手段は、前記半導体チップの前記主表面中央部寄りから前記半導体チップの前記端部周縁に向けて気体を吹き付ける、請求項１に記載の熱圧着装置。
【請求項３】
前記圧着ヘッドは、前記保持面を下面に有しており、
前記吹き付け手段は、前記圧着ヘッドの側面に設けられた気体噴出孔を介して前記半導体チップの前記端部周縁に向けて気体を吹き付ける、請求項１または２に記載の熱圧着装置。
【請求項４】
半導体チップの主表面を保持しつつ、配線基体上に形成された熱硬化性樹脂層を介して前記半導体チップの前記主表面とは反対側に位置する実装面を前記配線基体に対して押圧し、前記熱硬化性樹脂層を加熱して硬化させ、前記半導体チップを前記配線基体に接続する半導体チップの実装方法であって、
前記半導体チップの端部周縁に前記主表面側から前記実装面側に向けて気体を吹き付けつつ、前記半導体チップを前記配線基体に対して熱圧着することを特徴とする、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、半導体チップを回路基板等の配線基体に対して接続する熱圧着装置に関するものである。また、本発明は、熱圧着法を用いた半導体チップの実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップを回路基板等の配線基体に対して接続する方法として、熱圧着法が用いられている。熱圧着法は、予め配線基体の半導体チップを実装する部分に熱硬化性樹脂層を形成し、圧着ヘッドによって保持された半導体チップをこの熱硬化性樹脂層を介して配線基体に押圧し、熱を加えることによって熱硬化性樹脂層を硬化させ、半導体チップを実装するものである。すなわち、熱圧着法は、圧力および熱を利用して半導体チップを実装する実装方法であり、フリップチップ実装において用いられる実装方法である。なお、近年においては、上記圧力および熱に加え、超音波を印可して熱圧着を行なう超音波併用式の熱圧着法も利用されている。
【０００３】
熱圧着法にて半導体チップを実装する場合には、上述の圧着ヘッドを具備した熱圧着装置が用いられる。熱圧着装置は、主に配線基体が載置されるステージと、このステージに対して昇降自在に配設される圧着ヘッドとから構成される。この熱圧着装置においては、圧着ヘッドの下面に半導体チップを吸着保持するための吸引孔が設けられている。この種の熱圧着装置に関する文献として、たとえば特開２００２−１３４５６４号公報（特許文献１）がある。
【０００４】
従来の熱圧着装置においては、半導体チップの端面に形成される熱硬化性樹脂部材からなるフィレットの一部が剥離するという問題があった。これは、接合時にフィレットの上部が圧着ヘッドの吸着面に接触した場合に、フィレットがそのまま硬化し、吸着面にフィレットの一部が付着したまま圧着ヘッドが上昇することによって生じるものである。フィレットに剥離が生じた場合には、この部分から水分が浸入することにより、回路基板や半導体チップに腐食が生じ、これらの電気的接続の信頼性が低下してしまうことになる。
【０００５】
このため、上記特許文献１に開示の圧着ヘッドにあっては、圧着ヘッドの吸着面に、界面エネルギーが小さく、耐熱性、非粘着性ならびに耐溶剤性に優れたフッ素形樹脂による被膜を形成することにより、圧着ヘッドに熱硬化性樹脂部材が付着することを回避し、フィレットの剥離を防止している。
【特許文献１】特開２００２−１３４５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示の熱圧着装置においても、接合時において加熱が不十分であり、フィレット部分の熱硬化性樹脂部材が完全には硬化していない状態のまま圧着ヘッドを上昇させた場合には、液状の熱硬化性樹脂部材が圧着ヘッドの吸着面に形成されたフッ素系樹脂被膜に付着し、フィレットの一部が剥離してしまうという問題があった。また、フッ素系樹脂被膜は傷付き易く、圧着ヘッドの取扱いを慎重に行なう必要があり、作業性が悪くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を防止することが可能で、かつ取扱性に優れた熱圧着装置を提供することを目的とする。また、本発明は、電気的接続の信頼性に優れた半導体チップの実装方法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】
本発明に基づく熱圧着装置は、配線基体上に形成された熱硬化性樹脂層を介して半導体チップの実装面を上記配線基体に対して押圧し、上記熱硬化性樹脂層を加熱して硬化させ、上記半導体チップを上記配線基体に接続する装置であって、上記半導体チップの上記実装面とは反対側に位置する主表面を保持する保持面を含む圧着ヘッドと、上記圧着ヘッドによって保持された上記半導体チップの端部周縁に上記主表面側から上記実装面側に向けて気体を吹き付ける吹き付け手段とを備える。
【０００９】
本発明に基づく半導体チップの実装方法は、半導体チップの主表面を保持しつつ、配線基体上に形成された熱硬化性樹脂層を介して上記半導体チップの上記主表面とは反対側に位置する実装面を上記配線基体に対して押圧し、上記熱硬化性樹脂層を加熱して硬化させ、上記半導体チップを上記配線基体に接続する実装方法であって、上記半導体チップの端部周縁に上記主表面側から上記実装面側に向けて気体を吹き付けつつ、上記半導体チップを上記配線基体に対して熱圧着することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を防止することが可能で、かつ熱圧着装置とすることができる。このため、フィレットに剥離が生じることがなくなるため、電気的接続の信頼性に優れた電子機器の提供が可能になる。また、本発明によれば、電気的接続の信頼性に優れた半導体チップの実装方法を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１２】
（熱圧着装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態における熱圧着装置の構成を示す模式断面図である。図１に示すように、本実施の形態における熱圧着装置１は、配線基体である回路基板が載置されるステージ２と、ステージ２に対向配置された圧着ヘッド３と、圧着ヘッド３に接続された減圧ポンプ４およびコンプレッサ５とを主に備える。なお、減圧ポンプ４およびコンプレッサ５は、図示しない圧力制御装置によってその出力が制御される。
【００１３】
圧着ヘッド３は、半導体チップを吸着保持する吸引孔６が設けられた保持面である下面３ａと、気体を噴出する気体噴出孔７が設けられた側面３ｂとを含んでいる。圧着ヘッド３は、図示しない昇降装置によって上下方向（図１中において矢印Ａで示す方向）に昇降自在に支持されている。なお、圧着ヘッド３の内部には、圧着ヘッド３を加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されており、ステージ２の内部にもステージ２を加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００１４】
減圧ポンプ４は、圧着ヘッド３に設けられた吸引孔６に接続されている。したがって、減圧ポンプ４を駆動した状態において圧着ヘッド３の下面３ａに半導体チップの主表面を接触させることにより、半導体チップを圧着ヘッド３にて吸着保持することが可能である。
【００１５】
コンプレッサ５は、圧着ヘッド３に設けられた気体噴出孔７に接続されている。したがって、コンプレッサ５を駆動することにより、圧着ヘッド３の側面３ｂから外側に向けて気体を噴出することが可能である。
【００１６】
（半導体チップの実装方法および熱圧着装置の動作）
図２および図３は、本実施の形態における半導体チップの実装方法および熱圧着装置の動作を説明するための模式断面図であり、図４は、図３に示す領域ＩＶの拡大断面図である。また図５は、本実施の形態における熱圧着装置および半導体チップの実装方法を用いて半導体チップが実装された回路基板の断面図である。以下、これらの図を参照して、図１に示した熱圧着装置を用いた半導体チップの実装方法および熱圧着装置の動作について説明する。
【００１７】
まず、実装面２１ａ上に位置するパッド電極（図示せず）上にワイヤボンディング法やめっき法等によりバンプ電極２２が形成された半導体チップ２０を準備する。これと並行して、半導体チップ２０が実装される部分の回路基板１０上に熱硬化性樹脂層３０を形成する。この熱硬化性樹脂層３０は、回路基板１０上にフィルム状の熱硬化性樹脂部材を載置することによって形成してもよいし、液状の熱硬化性樹脂部材を回路基板１０上に塗布することによって形成してもよい。これにより、半導体チップ２０の実装面２１ａに形成されたバンプ電極２２に接合される回路基板１０のランド電極１２が、熱硬化性樹脂層３０によって覆われることになる。
【００１８】
次に、図２に示すように、半導体チップ２０に対して圧着ヘッド３を位置決めし、減圧ポンプ４を駆動させた状態にて半導体チップ２０の主表面２１ｂに圧着ヘッド３の下面３ａを接触させ、半導体チップ２０を圧着ヘッド３によって吸着保持する。これと並行して、回路基板１０をステージ２上に位置決めして載置する。なお、上記作業を行なう際には、予め圧着ヘッド３およびステージ２に内蔵されたヒータを駆動させておき、圧着ヘッド３およびステージ２の温度を所定の温度にまで昇温させておく。
【００１９】
次に、図３に示すように、コンプレッサ５を駆動させ、気体噴出孔７から気体を噴出させた状態とし、この状態を維持したまま圧着ヘッド３を下降させ、圧着ヘッド３によって吸着保持した半導体チップ２０のバンプ電極２２と、ステージ２に載置された回路基板１０のランド電極１２とを接触させる。つづいて、気体噴出孔７から気体を噴出させた状態を維持しつつ、圧着ヘッド３により、半導体チップ２０に対して所定の荷重を加えるとともに、速やかに圧着ヘッド３を所定温度にまで昇温する。この状態を一定時間保ち、熱硬化性樹脂部材を硬化させる。
【００２０】
図４に示すように、この熱硬化性樹脂部材の硬化工程においては、硬化前の液状の熱硬化性樹脂部材が半導体チップ２０によって押しのけられることにより、外側に向かって流動する。この際、その一部が半導体チップ２０の端面をつたって半導体チップ２０の主表面２１ｂに這い上がろうとする。しかしながら、本実施の形態における熱圧着装置１においては、上述のとおり、圧着ヘッド３の側面３ｂに設けられた気体噴出孔７から気体が半導体チップ２０の端部周縁に向かって（図中矢印Ｂで示す方向）吹き付けられているため、この熱硬化性樹脂部材の流動（図中矢印Ｃ方向に向かう流動）が阻害され、液状の熱硬化性樹脂部材が半導体チップ２０の主表面２１ｂにまで達することはない。したがって、圧着ヘッド３に熱硬化性樹脂部材が付着するおそれはなく、フィレットの一部が剥離する心配がない。
【００２１】
なお、本実施の形態における熱圧着装置１においては、実装する半導体チップ２０の外形よりも圧着ヘッド３の外形が小さく構成されており、かつ圧着ヘッド３の側面３ｂに気体噴出孔７が形成されている。このため、気体噴出孔７を介してコンプレッサ５から送出される気体は、半導体チップ２０の主表面２１ｂの中央部寄りから半導体チップ２０の端部周縁に向かって吹き付けられる。したがって、確実に熱硬化性樹脂部材の這い上がりを防止することが可能である。
【００２２】
熱硬化性樹脂部材の硬化後においては、圧着ヘッド３を上昇させることにより、半導体チップ２０のフリップチップ実装が完了する（図５参照）。
【００２３】
（効果）
以上において説明した熱圧着装置および半導体チップの実装方法を用いて半導体チップを回路基板に実装することにより、圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を防止することが可能になるため、電気的接続の信頼性に優れた電子機器の提供が可能になる。また、圧着ヘッドの取扱い性も優れたものとなり、作業効率が向上する。したがって、信頼性の高い電子機器を廉価に提供することが可能になる。
【００２４】
（実施例）
以下においては、上述の本実施の形態における熱圧着装置を用いて実際に半導体チップを実装した実施例について説明する。本実施例においては、厚さ１５０μｍ、外形５ｍｍ角のシリコンチップを準備し、このシリコンチップの実装面に合計９６個の金製のバンプ電極をワイヤボンディング法により形成した。このシリコンチップを厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシ基板の表面に形成したランド電極に熱圧着法により接続した。なお、接続に用いた熱硬化性樹脂部材は、エポキシ樹脂とシリカ充填剤を主成分とする樹脂部材である。
【００２５】
熱圧着装置の圧着ヘッドの下面の外形は、４．６ｍｍ角とした。圧着ヘッドの側面に設けられた気体噴出孔から噴出される気体の圧力は、０．２ＭＰａとした。また、シリコンチップをガラスエポキシ基板に対して押圧する荷重は、シリコンチップ１個当たり１０ｋｇとした。なお、接合前の圧着ヘッドの温度は１５０℃とし、ステージの温度は１００℃とした。熱硬化性樹脂部材の硬化時の圧着ヘッドの温度は最大２４０℃とし、この２４０℃による熱硬化性樹脂部材の加熱時間は１５秒とした。
【００２６】
以上の条件にて、シリコンチップをガラスエポキシ基板のランド電極に接続することにより、圧着ヘッドに熱硬化性樹脂部材が付着することなく、かつシリコンチップの端面に良好な形状のフィレットが形成されることが確認された。なお、熱硬化性樹脂部材が圧着ヘッドに付着することがないため、フィレットに剥離等は一切生じていない。
【００２７】
（最適な接合条件）
上述の実施の形態における熱圧着装置および半導体チップの実装方法を採用する場合には、各種の条件を最適化することが必要である。以下においては、発明者によって確認された最適な接合条件について説明する。
【００２８】
まず、上述のように、圧着ヘッドの側面に気体噴出孔を設けて圧着ヘッドに対する熱硬化性樹脂部材の付着を防止する構成とした場合には、圧着ヘッドの保持面の外形を、半導体チップの外形よりも小さくする必要がある。圧着ヘッドの保持面の外形は、半導体チップの外形よりも０．１〜０．８ｍｍ程度小さくすることが好ましい。これは、外形差を０．１ｍｍよりも小さくした場合には、半導体チップの中心を圧着ヘッドによって正しく保持できなかった場合に、圧着ヘッドに熱硬化性樹脂部材が付着するためであり、外形差を０．８ｍｍよりも大きくした場合には、半導体チップの全体にわたって均一に加圧および加熱することが困難になり、電気的接続の信頼性が低下するためである。
【００２９】
気体噴出孔から噴出される気体の圧力は、０．０２ＭＰａ〜０．５ＭＰａとすることが好ましい。これは、０．０２ＭＰａよりも気体の圧力を小さくした場合には、熱硬化性樹脂部材の半導体チップ端面での這い上がりを防止するのに噴出する気体の圧力が不十分となるためであり、０．５ＭＰａよりも気体の圧力を大きくした場合には、フィレット部分の熱硬化性樹脂部材が飛散し、回路基板を汚染してしまうおそれがあるためである。
【００３０】
また、噴出孔は、圧着ヘッドの側面近傍において、保持面と平行な方向に向かって延びているか、あるいは保持面側に向かって出口が傾斜するように構成されることが好ましい。このように構成することにより、半導体チップの端部周縁に向けて正確に気体を吹き付けることが可能になり、圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を確実に防止することが可能になる。
【００３１】
また、半導体チップの厚みが５０μｍ〜３００μｍ程度である場合に、本発明の適用が特に有効であることが分かっている。半導体チップの厚みが３００μｍよりも大きい場合にも上記接合条件をさらに厳密に最適化することにより、圧着ヘッドへの熱硬化性樹脂部材の付着を防止することが可能ではある。しかしながら、半導体チップの厚みが５０μｍよりも小さい場合には、半導体チップに強度不足が生じ、圧着ヘッドによって印加される荷重に耐えきれず、半導体チップが破損してしまうおそれがある。したがって、半導体チップの厚みが５０μｍ〜３００μｍ程度である場合には、本発明の適用が非常に効果的となる。
【００３２】
なお、上述の実施の形態においては、配線基材として回路基板を採用した場合を例示して説明を行なったが、特にこれに限定されるものではなく、本発明は、たとえば半導体チップ上に半導体チップを積層する場合や、フレキシブル配線基板に半導体チップを実装する場合などにも当然に適用可能である。
【００３３】
また、上述の実施の形態においては、気体を噴出する気体噴出孔を圧着ヘッドの側面に設けた場合を例示して説明を行なったが、特にこのような構成に限定されるものではない。たとえば、圧着ヘッドとは別体のノズル等を半導体チップの端部周縁に向けて設置する構成としてもよい。ただし、この場合においても、ノズルから吹き付けられる気体が半導体チップの主面側から実装面側に向かって流れるように構成することが必要である。
【００３４】
なお、上述の実施の形態においては、熱圧着法により接合を行う場合を例示して説明を行ったが、超音波を併用する超音波併用式の熱圧着法においても、本発明を当然に適用することが可能である。
【００３５】
このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態における熱圧着装置の構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体チップの実装方法および熱圧着装置の動作を説明するための模式断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体チップの実装方法および熱圧着装置の動作を説明するための模式断面図である。
【図４】図３に示す領域ＩＶの拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における熱圧着装置および半導体チップの実装方法を用いて半導体チップが実装された回路基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  熱圧着装置、２  ステージ、３  圧着ヘッド、３ａ  下面（吸着面）、３ｂ  側面、４  減圧ポンプ、５  コンプレッサ、６  吸引孔、７  気体噴出孔、１０  回路基板、１２  ランド電極、２０  半導体チップ、２１ａ  実装面、２１ｂ  主表面、２２  バンプ電極、３０  熱硬化性樹脂層。
【図１】
2005136180.tif 000003
【図２】
2005136180.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005136180.tif 000006
【図５】
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