(57)【要約】【課題】上側半導体チップを実装するにあたって、実装ツールの先端に所定電位が誘電されたとしても、上側半導体チップの内部回路や下側半導体チップの内部回路の破壊を抑制することができる実装ノズルを提供する。【解決手段】上側半導体チップに所定の予熱温度を印加した状態で、下チップ側バンプと上チップ側バンプとが接触する様に上側半導体チップを配置した後に、上チップ側バンプを構成するはんだ材料の融点以上の温度を印加した状態で、上側半導体チップに荷重を印加する実装ノズル１であって、上側半導体チップの接触部であるツール４の先端に金メッキプレート５を取り付け、この金メッキプレートにグランド電位を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の突起電極が形成された第１の半導体チップに前記第１の突起電極を構成する導電材料の融点より低い所定の予熱温度を印加した状態で、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップ上に前記第１の突起電極と前記第２の突起電極を接触させて前記第１の半導体チップを配置すると共に、
前記第２の半導体チップ上に配置された前記第１の半導体チップに前記第１の突起電極を構成する導電材料の融点以上の温度を印加した状態で、前記第１の半導体チップに荷重を印加する半導体チップの実装治具であって、
前記第１の半導体チップとの接触部に所定の電位が印加された
半導体チップの実装治具。
【請求項２】
前記第１の半導体チップとの接触部はセラミックス材料から構成された
請求項１に記載の半導体チップの実装治具。
【請求項３】
前記所定の電位はグランド電位である
請求項１に記載の半導体チップの実装治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体チップの実装治具に関する。詳しくは、フリップチップ方式による半導体チップの実装に用いる実装治具に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、各種電化製品の小型化、高性能化に伴い、その内部に使用される半導体パッケージの高密度化が進み、高密度実装技術の１つとして、半導体チップ（上チップ）を半導体チップ（下チップ）に直接フェースダウンで電気的に接続するフリップチップ方式による実装技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図２はフリップチップ方式による実装に用いる従来の半導体チップの実装治具であり、ここで示す実装ノズル１０７（実装治具）は、ステンレス材料から成る水冷ジャケット１０７ｄと、セラミックス材料の一種であるＳｉＮ（約１０１４Ωｃｍ）から成るセラミックスヒータ１０７ａと、セラミックス材料の一種であるＳｉＣ（約１０６Ωｃｍ）から成るツール１０７ｂ（半導体チップとの接触部）とから概略構成されている。なお、セラミックスヒータ内には発熱パターン１０７ｃが設けられている。
【０００４】
以下、上記の様に構成された実装ノズルを用いて行うフリップチップ方式による半導体チップの実装方法について説明する。なお、図４は第１の半導体チップ（上チップ）を第２の半導体チップ（下チップ）に実装する際の実装ノズルの位置及び温度、並びに半導体チップに印加される荷重値の時間的変化を示したグラフである。
【０００５】
フリップチップ方式による実装方法では、先ず、図３（ａ）で示す様に、第１の半導体チップ１０１の電極１０２に、はんだを主成分とし、一般的にバンプと称される約１６μｍの高さを有する突起電極１０３（以下、第１のチップ側バンプと称する。）を形成する。
【０００６】
また、第１のチップ側バンプの形成とは別に、図３（ｂ）で示す様に、第１の半導体チップを実装する第２の半導体チップ１０４の電極１０５に、はんだを主成分とし、約１６μｍの高さを有する突起電極１０６（以下、第２のチップ側バンプと称する。）を形成する。
【０００７】
次に、セラミックスヒータにより第１のチップ側バンプを構成するはんだの融点より低い所定の予熱温度に加熱された実装ノズルによって、第１のチップ側バンプが形成された第１の半導体チップを反転して吸着固定を行い、第１の半導体チップを吸着固定した状態の実装ノズルをステージ１１０上に載置された第２の半導体チップの上方より下降させる（図３（ｃ）参照。）。なお、実装ノズルを第２の半導体チップの上方より下降させる動作は図４中符号ａで示す期間である。
【０００８】
ここで、第１の半導体チップに形成された第１のチップ側バンプと第２の半導体チップに形成された第２のチップ側バンプが接触した後も、実装ノズルの下降動作を停止せずに、実装ノズルにより第１の半導体チップに印加される荷重が設定値に達した際に実装ノズルの下降を停止する。なお、第１の半導体チップに形成された第１のチップ側バンプと第２の半導体チップに形成された第２のチップ側バンプが接触し、第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプとがつき合わせられた状態では、第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプが潰れていないと仮定すると、図中符号Ａで示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとのギャップは約３２μｍである。
【０００９】
また、実装ノズルの下降動作の停止と共に、セラミックスヒータにより第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプを構成するはんだの融点以上の温度への加熱処理を開始する。なお、セラミックスヒータによるはんだの融点以上の温度への加熱処理は図４中符号ｂで示す期間である。
【００１０】
次に、セラミックスヒータによる加熱処理によってバンプ（第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプ）が溶融し、第１の半導体チップに印加される荷重値が０となった後に、第１の半導体チップと第２の半導体チップとのギャップが約２５μｍとなるまで実装ノズルを下降させ、即ち、第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプを成すはんだを溶融させた状態で実装ノズルを約７μｍ下降させることによって第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプとを一体化し、第１の半導体チップと第２の半導体チップを電気的に接続するのである（図３（ｄ）参照。）。なお、実装ノズルを７μｍだけ下降させてバンプを一体化させる処理は図４中符号ｃで示す期間であり、その後、符号ｄで示す期間で実装ノズルの位置を固定して一体化したバンプを硬化させる。
【００１１】
以上の工程を経て、フリップチップ方式による半導体チップの実装が完了するのであるが、その後、第１の半導体チップと電気的に接続された第２の半導体チップを、上金型と下金型とから成るモールド成型金型（図示せず）に装填し、ガラスエポキシ樹脂から成るモールド樹脂１０８をモールド成型金型内に注入することによって、図３（ｅ）で示す様な半導体パッケージを得ることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−５０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、実装ノズルを予熱温度に加熱する際には、セラミックスヒータ内に設けられた発熱パターンに例えば商用周波数の交流電流が印加されるのであるが、セラミックスヒータ内の発熱パターンに交流電流が印加された場合には、発熱パターンを取り巻く様に磁場が生成され、所定の方向に図２中符合Ｘで示す磁力線が生じることとなる。この様にして磁力線が生じると、セラミックスヒータより低抵抗材料によって構成されているツールでは、こうした磁力を打ち消す方向に図２中符合Ｙで示す渦電流が発生することとなり、渦電流が発生すると、ツール先端が所定の電位を有することとなる。なお、「渦電流」とは、導体を貫く磁束が変化するとき、導体内部の磁束に対して直角な面に誘導起電力が生じるのであるが、この誘導起電力によって導体表面付近に流れる渦巻き状の電流のことである。
即ち、実装ノズルを予熱温度に加熱するためにセラミックスヒータ内に設けられた発熱パターンに交流電流が印加されることによって、ツールの先端に所定電位が誘導されることとなる。
【００１４】
ここで、ツールの先端に所定電位が誘導されたとしても、実装ツールはセラミックス材料から構成されているために、第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプが非接触の状態であれば、電流が流れることはなく、半導体チップが電気的ストレスを受けることはないのであるが、ツールの先端に所定電位が誘導された状態で、第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプとを接触させると、第
２の半導体チップを載置しているステージとの電位差に起因して電流が流れ、第１の半導体チップや第２の半導体チップに電気的ストレスを与えてしまい、その結果として第１の半導体チップの内部回路や第２の半導体チップの内部回路を破壊してしまう恐れがある。
【００１５】
なお、一般的に外部端子を介して外部に接続されることを前提とした内部回路には静電保護回路が備えられており、外部端子に高電圧が印加されたとしても内部回路に大電流が流れることを抑制して内部回路を保護する様な構成が一般に採られており、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップにこうした静電保護回路を設けることによって、ツール先端に誘導される電位に起因する電気回路の破壊を抑制することができるとも考えられる。
しかし、第２の半導体チップに第１の半導体チップを実装後に熱硬化樹脂を注入し、半導体パッケージを構成するといった場合においては、第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプは半導体パッケージの外部端子としては機能しておらず、即ち、第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプは外部（半導体パッケージの外部）との接触を前提としておらず、第１のチップ側バンプと第２のチップバンプが一体化した後は、いわば内部配線の如く機能するものであり、第１の半導体チップと第２の半導体チップ間の電気信号（情報）の迅速な授受が求められる。
そして、第１の半導体チップや第２の半導体チップに静電保護回路を設けた場合には、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間の抵抗値が増加してしまって、第１の半導体チップと第２の半導体チップ間の電気信号の迅速な授受が困難となる。
従って、第１の半導体チップや第２の半導体チップに静電保護回路を設けることによる対策は必ずしも充分であるとは言い難い。
【００１６】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、半導体チップを実装するにあたって、実装ツールの先端に所定電位が誘導されたとしても、第１の半導体チップ（上チップ）の内部回路や第２の半導体チップ（下チップ）の内部回路の破壊を抑制することができる半導体チップの実装治具を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体チップの実装治具は、第１の突起電極が形成された第１の半導体チップに前記第１の突起電極を構成する導電材料の融点より低い所定の予熱温度を印加した状態で、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップ上に前記第１の突起電極と前記第２の突起電極を接触させて前記第１の半導体チップを配置すると共に、前記第２の半導体チップ上に配置された前記第１の半導体チップに前記第１の突起電極を構成する導電材料の融点以上の温度を印加した状態で、前記第１の半導体チップに荷重を印加する半導体チップの実装治具であって、前記第１の半導体チップとの接触部に所定の電位が印加されている。
【００１８】
ここで、第１の半導体チップとの接触部に所定の電位が印加されたことによって、所定の予熱温度を印加したことに起因して第１の半導体チップとの接触部に所定電位が誘導されたとしても、第１の半導体チップとの接触部の電位は所定の電位を保つことができる。なお、ここでの「所定の電位」とは、第１の突起電極と第２の突起電極が接触したとしても、第１の半導体チップや第２の半導体チップの内部回路が破壊しない程度の電位である。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の半導体チップの実装治具では、第１の半導体チップの接触部の電位を所定の電位に保つことができるために、第１の突起電極と第２の突起電極が接触した際の第１の半導体チップや第２の半導体チップの内部回路が破壊されることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用した半導体チップの実装治具の一例であるフリップチップ方式による半導体チップの実装に用いる実装ノズルであり、ここで示す実装ノズル１は、ステンレス材料から成る水冷ジャケット２と、セラミックス材料の一種であるＳｉＮ（約１０１４Ωｃｍ）から成るヒータ３と、セラミックス材料の一種であるＳｉＣ（約１０６Ωｃｍ）から成るツール４（半導体チップとの接触部）とから概略構成されている。
また、ツールの先端には金メッキプレート５が取り付けられており、水冷ジャケットと金メッキプレートとは金属ワイヤー６によって接続され、水冷ジャケットにはグランド電位（接地電位）が印加されている。即ち、ツールの先端に取り付けられた金メッキプレートにはグランド電位が印加されている。更に、セラミックスヒータ内には発熱パターン７が設けられている。
【００２１】
ここで、グランド電位が印加された水冷ジャケットとツールの先端に取り付けられた金メッキプレートとが金属ワイヤーで接続されているのは、ツールの先端に取り付けられた金メッキプレートにグランド電位を印加することによって、ツールの先端に誘導される所定電位をグランド電位に逃がすためである。そして、このことを考慮すると、ヒータ及びツールを金属材料で構成することによって水冷ジャケットに印加されたグランド電位をツールに印加するという構成の実装ツールをも考えることができる。
しかし、金属材料はセラミックス材料と比べると、熱による変形量（熱膨張量や熱収縮量）が大きいために、第２の半導体チップと第１の半導体チップとの間隙（ギャップ）を高精度に制御すべく熱による変形量の少ないセラミックス材料から成るヒータ及びツールが一般に利用されている。従って、セラミックス材料から成るヒータ及びツールから構成される実装ツールにおいては、ツールの先端に誘導される所定電位をグランド電位に逃がすために、ツールの先端に金メッキプレートを取り付け、この金メッキプレートとグランド電位が印加された水冷ジャケットとを金属ワイヤーで接続しているのである。
【００２２】
また、ツールの先端に取り付けられた金メッキプレートに印加される電位は、即ち、水冷ジャケットに印加される電位は、第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプとが接触した際に、第１の半導体チップ（上チップ）や第２の半導体チップ（下チップ）の内部回路が破壊しない程度の電位となる様にツールの先端に誘電される電位を逃がすことができれば充分であり、必ずしもグランド電位である必要は無い。
【００２３】
以下、上記の様に構成された実装ノズルを用いて行なうフリップチップ方式による半導体チップの実装方法について説明する。なお、以下では第１の半導体チップ（上チップ）と第２の半導体チップ（下チップ）とのギャップが２５μｍとなる様に第２の半導体チップに第１の半導体チップを実装する場合を例に挙げて説明を行う。
【００２４】
本発明を適用した実装ノズルを用いた半導体チップの実装方法では、上記した半導体チップの実装方法と同様に、先ず、第１の半導体チップの電極に、はんだを主成分とする約１６μｍの高さを有する第１のチップ側バンプを形成すると共に（図３（ａ）参照。）、第１の半導体チップを実装する第２の半導体チップの電極に、はんだを主成分とする約１６μｍの高さを有する第２のチップ側バンプを形成する（図３（ｂ）参照。）。
【００２５】
次に、セラミックスヒータ内に設けられた発熱パターンに商用周波数の交流電流を印加することで、セラミックスヒータにより第１のチップ側バンプを構成するはんだの融点より低い所定の予熱温度に加熱された実装ノズルによって、第１のチップ側バンプが形成された第１の半導体チップを反転して吸着固定を行い、第１の半導体チップを吸着固定した状態の実装ノズルを第２の半導体チップの上方より下降させる（図３（ｃ）参照。）。
【００２６】
ここで、セラミックスヒータ内に設けられた発熱パターンに商用周波数の交流電流を印加することで、ツールの先端に所定電位が誘導されることとなるが、ツールの先端に取り付けられた金メッキプレートは金属ワイヤーを介してグランド電位と接続されているために、ツールの先端に誘導された所定電位はグランド電位側に逃げることができ、ツールの先端に取り付けられた金メッキプレートの電位はグランド電位のままの状態が保たれることとなる。
【００２７】
なお、第１の半導体チップに形成された第１のチップ側バンプと第２の半導体チップに形成された第２のチップ側バンプが接触した後も実装ノズルの下降動作を停止させずに、実装ノズルにより第１の半導体チップに印加される荷重値が設定値に達した際に実装ノズルの下降を停止する。また、実装ノズルの下降動作の停止と共に、発熱パターンに印加する交流電流を増加して実装ノズルの温度を上昇させて第１の半導体チップの加熱処理を開始する。
【００２８】
続いて、第１の半導体チップの加熱処理によってバンプ（第１のチップ側バンプ及び第２のチップ側バンプ）が溶融し、第１の半導体チップに印加される荷重値が０となった後に、実装ノズルを所定の距離（第１の半導体チップと第２の半導体チップとのギャップが２５μｍとなるのに必要な距離）だけ下降させてバンプを一体化することで第１の半導体チップと第２の半導体チップを電気的に接続する。
【００２９】
次に、一体化したバンプを凝固させるべく、発熱パターンへの交流電流の印加を停止して冷却処理を行う。
【００３０】
なお、第１の半導体チップを第２の半導体チップに実装した後に、ニードルにてチップ間に熱可塑性樹脂を注入することで半導体パッケージを得ることができる。
【００３１】
本発明を適用した実装ノズルでは、セラミックスヒータでの加熱に起因してツールの先端に誘電される所定の電位をグランド電位側に逃がすことができるために、第１のチップ側バンプと第２のチップ側バンプとを接触させた際に、電気的ストレスによる第１の半導体チップの内部回路や第２の半導体チップの内部回路の破壊を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した実装ノズルの一例を説明するための模式図である。
【図２】従来の実装ノズルを説明するための模式図である。
【図３】半導体パッケージの製造方法を説明するための模式図である。
【図４】上側半導体チップを下側半導体チップに実装する際の実装ノズルの位置及び温度、並びに上側半導体チップに印加される荷重値の時間的変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    実装ノズル
２    水冷ジャケット
３    ヒータ
４    ツール
５    金メッキプレート
６    金属ワイヤ
７    発熱パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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