(57)【要約】【課題】基板と半導体装置との位置合わせを高精度に行うことが可能な半導体装置の実装方法を提供すること。【解決手段】半導体装置１１の一部に形成された位置合わせ用マーク１４ａ，１４ｂを半導体装置１１の能動面１１ａと反対の面１１ｂ側から認識し、ボンディングツールに対して半導体装置１１の位置合わせを行う工程と、ボンディングツールに半導体装置１１の反対の面１１ｂを吸着させる工程と、基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、ボンディングツールに対して基板の位置合わせを行った後、基板に半導体装置１１を実装する工程とを有することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部を有する基板上に、複数の接続端子を有する半導体装置を接着材を用いて、フリップチップ実装する半導体装置の実装方法であって、
前記半導体装置の一部に形成された位置合わせ用マークを前記半導体装置の能動面と反対の面側から認識し、ボンディングツールに対して前記半導体装置の位置合わせを行う工程と、
前記ボンディングツールに前記半導体装置の前記反対の面を吸着させる工程と、
前記基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記ボンディングツールに対して前記基板の位置合わせを行った後、前記基板に前記半導体装置を実装する工程とを有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項２】
前記ボンディングツールに対して前記半導体装置の位置合わせを行った後、
前記ボンディングツールの前記半導体装置を吸着する側の面に形成された位置合わせ用マーク及び前記基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記ボンディングツールと前記基板との位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装方法。
【請求項３】
前記半導体装置の能動面に形成された位置合わせ用マークを赤外光を用いて認識し、前記半導体装置の位置合わせを行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の実装方法。
【請求項４】
前記半導体装置の能動面と反対の面に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記半導体装置の位置合わせを行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末をはじめ、各種の携帯型電子機器の普及が著しい。このような電子機器においては、携帯性の向上や小型化、軽量化、薄型化が強く求められる技術傾向にあることから、電子機器の回路基板に実装される半導体装置においても、一層の高密度化、小型化、薄型化が要望されている。これにより、半導体装置と回路基板との直接実装が可能なフリップチップ実装が有効となっている。このフリップチップ実装を行う場合、半導体装置と回路基板との高精度な実装が求められる。
そこで、半導体装置及び回路基板にアライメントマーク（位置合わせに用いられるマーク）を形成し、これらアライメントマークにより半導体装置と回路基板との位置合わせを行い、回路基板に半導体装置を実装する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この特許文献１に記載の半導体装置の実装方法は、ボンディングツールにより、半導体装置を吸着した後、半導体装置の能動面及び回路基板の実装面のそれぞれに形成された２箇所のアライメントマークを認識する。具体的には、半導体装置及び回路基板のアライメントマークをボンディングツールと回路基板を保持するステージとの間に配置されたカメラで撮像する。この撮像された画像に基づいてボンディングツールの位置を調整する。このようにして、位置合わせが完了した後、ボンディングツールを下降し、回路基板に半導体装置をフリップチップ実装する。そして、半導体装置を実装した後、半導体装置の能動面と反対の面から赤外線顕微鏡を用いて、半導体装置と回路基板との位置ズレを検出し、この位置ズレを２回目以降のフリップチップ実装にフィードバックさせている。このようにして、半導体装置と回路基板との正確な位置合わせを行っている。
【特許文献１】特許第３５３０５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の半導体装置の実装方法では、回路基板に半導体装置を実装する前に、半導体装置の能動面に、接着材として例えば封止樹脂を設ける必要がある。この場合、半導体装置の能動面からアライメントマークを認識するのは困難である。すなわち、この方法では、封止樹脂越しにアライメントマークを認識することになるが、封止樹脂に混入している導電粒子や、樹脂そのものがアライメントマークの認識の妨げになる。その結果、半導体装置の能動面のアライメントマークの認識性が低下する。このため、半導体装置と回路基板とを正確にアライメントすることが困難になっている。
また、特許文献１に記載の半導体装置の実装方法では、回路基板に半導体装置を実装した後、赤外線顕微鏡を用いて、半導体装置と回路基板との位置ズレを検出しているため、工程数が増え、回路基板に半導体装置を精度良く実装するのに時間がかかってしまう。さらに、１回目の位置ズレを２回目以降の実装にフィードバックしているが、２回目以降の半導体装置及び回路基板のアライメントマークが、すべて同じ場所に形成されているとは限らない。すなわち、アライメントマークが誤差により、所定の位置よりズレていた場合は、回路基板に半導体装置がズレて実装されてしまう。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、基板と半導体装置との位置合わせを高精度に行うことが可能な半導体装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の半導体装置の実装方法は、導電部を有する基板上に、複数の接続端子を有する半導体装置を接着材を用いて、フリップチップ実装する半導体装置の実装方法であって、前記半導体装置の一部に形成された位置合わせ用マークを前記半導体装置の能動面と反対の面側から認識し、ボンディングツールに対して前記半導体装置の位置合わせを行う工程と、前記ボンディングツールに前記半導体装置の前記反対の面を吸着させる工程と、前記基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記ボンディングツールに対して前記基板の位置合わせを行った後、前記基板に前記半導体装置を実装する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の実装方法では、まず、半導体装置の能動面と反対の面側から半導体装置の一部に形成された位置合わせ用マークを認識する。そして、半導体装置とボンディングツールとの相対的な位置合わせを行う。その後、ボンディングツールに半導体装置の能動面と反対の面を吸着させる。そして、基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、ボンディングツールと基板との相対的な位置合わせを行った後、ボンディングツールに吸着されている半導体装置を基板に実装する。
【０００８】
このように、ボンディングツールに半導体装置を吸着させる前に、半導体装置の能動面と反対の面から半導体装置の位置合わせ用マークを認識して、半導体装置の位置合わせを行っているので、ボンディングツールに半導体装置が吸着された後に、半導体装置と基板との位置合わせを行う必要がない。すなわち、従来のように半導体装置の能動面に形成された位置合わせ用マークを能動面側から接着材越しに認識する必要がなくなるので、半導体装置と基板との位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置の実装方法では、前記ボンディングツールに対して前記半導体装置の位置合わせを行った後、前記ボンディングツールの前記半導体装置を吸着する側の面に形成された位置合わせ用マーク及び前記基板上に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記ボンディングツールと前記基板との位置合わせを行うことが好ましい。
【００１０】
本発明に係る半導体装置の実装方法では、ボンディングツールの半導体装置を吸着する吸着面側に形成された位置合わせ用マーク及び基板上に形成された位置合わせ用マークを認識することにより、さらに基板と半導体装置との位置合わせが精度良く行われる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置の実装方法では、前記半導体装置の能動面に形成された位置合わせ用マークを赤外光を用いて認識し、前記半導体装置の位置合わせを行うことが好ましい。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の実装方法では、赤外光により、非接触で半導体装置の能動面に形成された位置合わせ用マークを半導体装置の能動面と反対の面から検出し、半導体装置の位置合わせを行うので、半導体装置を破損させることや、塵埃等が付着することもない。したがって、半導体装置を良好な状態で基板に精度良く実装することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の実装方法では、前記半導体装置の能動面と反対の面に形成された位置合わせ用マークを認識し、前記半導体装置の位置合わせを行うことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の実装方法では、半導体装置の能動面と反対の面に形成された位置合わせ用マークを認識するため、従来のように半導体装置の能動面に形成された位置合わせ用マークを能動面側から接着材越しに認識する場合に比べ、位置合わせ用マークを認識し易くなる。したがって、半導体装置と基板との位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実装方法の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、発明の第１実施形態に係る半導体装置が基板に実装された状態を示す断面図であり、図２は、図１の半導体装置を示す平面図であり、図３は、図１の基板を示す平面図であり、図４から図７は、半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
また、半導体チップ（半導体装置）１１は、図１に示すように、基板２０上に、異方性導電フィルム（接着材）１５を介して実装される。
【００１６】
まず、本実施形態で用いられる半導体装置について説明する。
半導体チップ（半導体装置）１１は、Ｓｉ（シリコン）基板からなり、図２に示すように、能動面１１ａ側に、トランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路１１ｃ、複数の接続端子１２が形成されている。なお、本実施形態では、図１に示す半導体チップ１１の裏面（能動面と反対の面）１１ｂにはこれらの電子回路は形成されていない。
【００１７】
さらに、半導体チップ１１の能動面１１ａには、角部１３ａにアライメントマーク（位置合わせ用マーク）１４ａが形成され、また、角部１３ａの対角に位置する角部１３ｂにはアライメントマーク（位置合わせ用マーク）１４ｂが形成されている。
このアライメントマーク１４ａ，１４ｂは、半導体チップ１１と基板２０との相対的な位置合わせを行うものである。また、アライメントマーク１４ａ，１４ｂは、接続端子１２と同一材料かつ同一工程で形成されているため、接続端子１２の相対位置精度を容易に維持することができる。
【００１８】
半導体チップ１１には、図１に示すように、基板２０と接着する接着材として異方性導電フィルム１５が設けられている。この異方性導電フィルム１５は、半導体チップ１１の外形とほぼ同じ大きさで、接続端子１２の高さとほぼ同じ厚みとなっている。
また、異方性導電フィルム１５は、その中に微細な導電性粒子が分散された熱硬化性または熱可塑性の樹脂フィルムである。この異方性導電フィルム１５の材料としては、例えば、感光性でかつ熱可塑性のポリイミド樹脂を挙げることができ、異方性導電フィルム１５の形成方法としては、ポリイミド樹脂に添加材を加えて、所定形状のフィルム状に成形することにより形成される。
【００１９】
次に、半導体チップ１１が実装される基板２０について説明する。
基板２０は、材料としては特に限定されるものではなく、有機系（例えば、エポキシ基板）、無機系（例えば、セラミック基板，ガラス基板）、または、これらの複合構造（例えば、ガラスエポキシ基板）からなるものであれば良く、本実施形態では、ガラスエポキシ基板を用いる。また、基板２０には、図３に示すように、半導体チップ１１の複数の接続端子１２に対応した位置に配線パターン（導電部）２０ａが形成されている。
さらに、基板２０の端部２１ａには、半導体チップ１１のアライメントマーク１４ａに対応した位置に、アライメントマーク（位置合わせ用マーク）２２ａが形成され、また、角部２１ａの対角に位置する端部２１ｂには、半導体チップ１１のアライメントマーク１４ｂに対応した位置に、アライメントマーク（位置合わせ用マーク）２２ｂが形成されている。
このアライメントマーク２２ａ，２２ｂは、半導体チップ１１と基板２０との相対的な位置合わせを行うものである。また、アライメントマーク２２ａ，２２ｂは、配線パターン２０ａと同一材料かつ同一工程で形成されているため、配線パターン２０ａの相対位置精度を容易に維持することができる。
【００２０】
次に、以上の構成からなる本実施形態の半導体チップ１１の実装方法について説明する。
まず、図４に示すように、トレイ１０内に、図１に示す半導体チップ１１の裏面１１ｂをトレイの底面１０ａに接触させ、能動面１１ａを吸着ツール３０に対向（フェイスアップ）させて複数配置する。そして、吸着ツール３０により、半導体チップ１１の異方性導電フィルム１５が設けられた面を吸着する。
次に、図５に示すように、半導体チップ１１を吸着した吸着ツール３０を１８０度回転させる。そして、赤外線カメラ３５を用いて、半導体チップ１１の裏面１１ｂから半導体チップ１１の能動面１１ａに形成されたアライメントマーク１４ａ，１４ｂを認識する。すなわち、赤外光を用いて、アライメントマーク１４ａ，１４ｂを撮像し、撮像したアライメントマーク１４ａ，１４ｂのデータを画像処理する。そして、このデータに基づいて、図５に示すように、吸着ツール３０をｘ方向（半導体チップの短辺方向）、ｙ方向（半導体チップの長辺方向）及びｘｙ平面内の回転方向に移動させる。このようにして、半導体チップ１１とボンディングツール３１との相対的な位置合わせを行う。
【００２１】
次に、吸着ツール３０の位置合わせが終わった後、図６に示すように、吸着ツール３０に吸着された半導体チップ１１の裏面１１ｂをボンディングツール３１の吸着面３１ａに吸着させる。そして、図７に示すように、カメラ３６により、基板２０のアライメントマーク２２ａ，２２ｂを認識し、基板２０の位置を調整して、ボンディングツール３１と基板２０との相対的な位置合わせを行う。その後、ボンディングツール３１に吸着されている半導体チップ１１を加熱加圧し、基板２０に実装する。
これにより、図１に示すように、半導体チップ１１の接続端子１２と、基板２０の配線パターン２０ａとが電気的に接続される。
【００２２】
本実施形態に係る半導体チップ１１の実装方法では、ボンディングツール３１に半半導体チップ１１を吸着させる前に、半導体チップ１１の位置合わせを行っているので、半導体チップ１１のアライメントマーク１４ａ，１４ｂを精度良く認識することができる。すなわち、従来の方法では、半導体チップの能動面に形成されたアライメントマーク１４ａ，１４ｂを能動面１１ａ側から異方性導電フィルム１５越しに認識しているので、異方性導電フィルム１５内の導電粒子の反射や樹脂等により、導体チップ１１のアライメントマーク１４ａ，１４ｂを正確に認識することができなかった。しかしながら、本実施形態では、半導体チップ１１の能動面１１ａに形成されたアライメントマーク１４ａ，１４ｂを能動面１１ａ側から異方性導電フィルム１５越しに認識する必要がなくなるので、半導体チップ１１と基板２０との位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
【００２３】
なお、半導体チップ１１の接続端子１２の形状は、本実施形態では、図２に示すように、角柱状であるが、これに限らず、円柱状やボール状であっても良い。また、接続端子１２の材料としては、例えば、Ａｕバンプ、Ａｕ／Ｎｉバンプ、半田材等で被覆されたＣｕバンプ、Ｎｉバンプ、あるいは、半田ボール等を用いることが可能である。また、接続端子１２の形成方法としては、電界めっき法あるいは無電解めっき法、金ワイヤをボール状に加工するワイヤバンプや、半田で形成された半田バンプ等、周知の技術により形成されている。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る半導体チップ１１の実装方法と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る半導体チップ４０の実装方法では、半導体チップ４０の裏面４０ｂ（能動面と反対の面）に形成されたアライメントマーク４１ａ，４１ｂを認識する点において、第１実施形態と異なる。
【００２５】
半導体チップ４０の裏面４０ｂには、角部４２ａにアライメントマーク（位置合わせ用マーク）４１ａが形成され、また、角部４２ａの対角に位置する角部４２ｂにはアライメントマーク（位置合わせ用マーク）４１ｂが形成されている。その他の半導体チップ４０の構成は、第１実施形態の半導体チップ１１と同じである。
【００２６】
次に、以上の構成からなる本実施形態の半導体チップ４０の実装方法について説明する。
まず、第１実施形態と同様にして、半導体チップ４０を吸着ツール３０により吸着し、１８０度回転させる。そして、ＣＣＤカメラ４５を用いて、図９に示すように、半導体チップ４０の裏面４０ｂ側から半導体チップ４０の裏面４０ｂに形成されたアライメントマーク４１ａ，４１ｂを認識する。
次に、第1実施形態と同様に、吸着ツール３０を移動させ、半導体チップ４０とボンディングツール３１との相対的な位置合わせを行い、ボンディングツール３１に半導体チップ４０を吸着させて、半導体チップ４０を基板２０に実装する。
【００２７】
本実施形態に係る半導体チップ４０の実装方法では、第１実施形態と同様に、ボンディングツール３１に半導体チップ４０を吸着させる前に、半導体チップ４０の位置合わせを行っているので、半導体チップ４０のアライメントマーク４１ａ，４１ｂを精度良く認識することができる。すなわち、本実施形態では、半導体チップ４０の裏面４０ｂに形成されたアライメントマーク４１ａ，４１ｂを能動面４０ａ側から異方性導電フィルム１５越しに認識する必要がなくなるため、半導体チップ４０と基板２０との位置合わせを高精度に行うことが可能となる。
なお、ＣＣＤカメラ４５により、半導体チップ４０の裏面４０ｂに形成されたアライメントマーク４１ａ，４１ｂを認識したが、これに限ることはなく、アライメントマーク４１ａ，４１ｂを撮像可能なものであれば良い。
【００２８】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。
本実施形態に係る半導体チップ１１の実装方法では、ボンディングツール５０の半導体チップ１１を吸着する吸着面（吸着する側の面）５０ａに形成されたアライメントマーク５２ａ，５２ｂを認識する点において、第１実施形態と異なる。
【００２９】
ボンディングツール５０の吸着面５０ａには、図１０に示すように、半導体チップ１１の角部１３ａに対応する角部５１ａにアライメントマーク（位置合わせ用マーク）５２ａが形成され、また、半導体チップ１１の角部１３ｂに対応する位置に角部５１ａの対角に位置する角部５１ｂにはアライメントマーク（位置合わせ用マーク）５２ｂが形成されている。
【００３０】
次に、以上の構成からなる本実施形態の半導体チップ１１の実装方法について説明する。
まず、第１実施形態と同様に、吸着ツール３０の位置合わせを行い、半導体チップ１１の裏面１１ｂをボンディングツール３１の吸着面３１ａに吸着させる。そして、カメラ３６により、図１１に示すように、ボンディングツール５０の吸着面５０ａに形成されたアライメントマーク５２ａ及び基板２０のアライメントマーク２２ａを認識し、基板２０の位置の調整を行う。さらに、ボンディングツール５０の吸着面５０ａのアライメントマーク５２ｂ及び基板２０のアライメントマーク２２ｂを認識し、基板２０の位置を調整して、ボンディングツール５０と基板２０との相対的な位置合わせを行う。その後、ボンディングツール５０に吸着されている半導体チップ１１を基板２０に実装する。
【００３１】
本実施形態に係る半導体チップ１１の実装方法では、ボンディングツール５０の吸着面５０ａに形成されたアライメントマーク５２ａ，５２ｂ及び基板２０上に形成されたアライメントマーク２２ａ，２２ｂを認識することにより、さらに基板２０と半導体チップ１１との位置合わせが精度良く行われる。したがって、より高精度に基板２０に半導体チップ１１を実装することが可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、第１実施形態の半導体チップ１１を用いた実装方法を説明したが、第２実施形態の半導体チップ４０を用いても良い。
また、ボンディングツール５０の吸着面５０ａに形成されたアライメントマーク５２ａ，５２ｂを認識したが、図１２に示すように、吸着面５０ａの大きさが半導体チップ１１の外形と同じ場合は、吸着面５０ａを有する吸着部５３を固定する固定部５４に形成されたアライメントマーク５５ａ，５５ｂを認識しても良い。
【００３３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記半導体装置の実装方法は、半田バンプを用いてフリップチップ実装する場合にも好適である。すなわち、半田バンプを用いて実装する場合は、ボンディングツールにより吸着された後、半導体チップの能動面にフラックス（接着材）を付けて実装している。このとき、従来では、フラックス越しにアライメントマークを認識する必要が生じるが、上記第１〜第３実施形態の実装方法を用いることにより、半田バンプにアライメントマークを隠すくらいにフラックスが付いていたとしても、フラックス越しにアライメントマークを認識する必要がなくなるため、基板に半導体チップが精度良く実装される。
【００３４】
また、吸着ツール３０によりトレイ１０内に配置された半導体チップ１１を吸着したが、ウエハ状の基板を個片化した状態の半導体チップ１１を吸着しても良い。
また、異方性導電フィルム１５に代えて、ＮＣＦ（Non Conductive Film：非導電性フィルム）を用いても良い。
また、異方性導電フィルム１５は、接着性を有する樹脂であれば良く、例えば、熱可塑性を有するエポキシ樹脂，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン），アクリル樹脂等、他の公知の樹脂でも良い。さらに、耐熱性を向上させるために熱硬化性樹脂もしくはその一部成分が含まれていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置が基板に実装された状態を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す平面図である。
【図３】図１の基板を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装方法に用いられるボンディングツールを示す平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装方法を示す要部断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装方法の他の方法を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１，４０…半導体チップ（半導体装置）、１１ａ…半導体チップの能動面、１１ｂ…半導体チップの裏面、１２…接続端子、１５…異方性導電フィルム（接着材）、２０…配線、２０ａ…配線パターン（導電部）、１４ａ，１４ｂ…位置合わせ用マーク（アライメントマーク）、３１…ボンディングツール
【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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