(57)【要約】【課題】チップを破損させたり、接合材の十分な展開を阻害したりすることなく、チップ搭載プロセスに必要な時間を短縮することができるダイボンディング方法及び装置を提供する。【解決手段】ディスペンサから供給されたシリンジ１内の接合材２は、ヒータユニット３により加熱される。接合材２は、温度が高くなると、粘度が低下するので、接合材２をシリンジ１内で加熱することにより、接合材２の粘度を低下させ、接合材２の流動性を高める。これにより、接合材２は、シリンジ１からノズル１ｂを介して吐出されるときから、粘性が低く、高速で吐出することができると共に、リードフレーム１１上に供給された接合材２は、接合部１４上で半導体チップ１３の低荷重での押圧により容易に広がり、展開される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、シリンジ内の接合材をシリンジ内への加圧流体の供給によりシリンジから吐出させて前記基材上に塗布し、半導体チップをヘッドに支持させて前記接合材を介して前記基材に押し付けることにより前記半導体チップを前記基材に接合するダイボンディング方法において、前記シリンジ内の前記接合材を固化温度未満の温度に加熱することを特徴とするダイボンディング方法。
【請求項２】
前記半導体チップを前記基材上に搭載した後、前記接合材を加熱することを特徴とする請求項１に記載のダイボンディング方法。
【請求項３】
内部に接合材を貯留し前記内部への加圧流体の供給により前記接合材を吐出するシリンジと、半導体チップを支持しこの半導体チップを基材上に塗布された接合材の上に押圧する搭載ヘッドと、前記シリンジ内の接合材を固化温度未満の温度に加熱する加熱部とを有することを特徴とするダイボンディング装置。
【請求項４】
前記基材が固定されて前記半導体チップを前記基材に押圧するときの基板となるプレートを有し、前記チップ搭載ヘッド及び／又はプレートを加熱するチップ搭載ヘッド加熱部及び／又はプレート加熱部を有することを特徴とする請求項３に記載のダイボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをリードフレーム等の基材上に搭載する際に、その搭載に必要な時間を短縮できるダイボンディング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップをリードフレーム上に搭載する際の搭載工程の時間短縮化については、従来、搭載ステージの高速化が一般的な手段であった。しかし、この搭載ステージの高速化の技術は、搭載工程の時間短縮に寄与したものの、ある程度のレベルまで搭載ステージの高速化が進行すると、それ以上の搭載工程の時間短縮には限界がある。
【０００３】
即ち、搭載ステージの高速化がある程度まで進行すると、搭載工程で必要な時間において、搬送時間よりも搭載プロセスに必要な時間が支配的となり、搭載ステージを高速化しても、その効果は小さいもものになってしまう。
【０００４】
このため、更に一層チップ搭載工程の時間短縮を図るためには、搭載プロセス自体を改善して搭載プロセスに必要な時間を短縮する必要がある。
【０００５】
接合材を用いたダイボンディングプロセスでは、半導体チップを搭載すべきリードフレーム上に、シリンジから、ペースト状又はクリーム状の半田接合材を吐出させて、リードフレームの搭載部上に一定のパターンになるように半田を塗布する。その後、チップ搭載ヘッドに支持されたチップを半田の上からリードフレーム上に押し付け、搭載ヘッドを介してチップに加圧力を付与し、リードフレームとチップとの間の隙間全体に接合材を均一に展開させた状態で、搭載完了となる。
【０００６】
このようなダイボンディング方法が下記特許文献１乃至５に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２８４４３８号公報
【特許文献２】特開平８−１１１４２７号公報
【特許文献３】特開平８−１３１８１３号公報
【特許文献４】特開２００４−８７７０５号公報
【特許文献５】特開２００５−３５３８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このリードフレームとチップとの間の隙間に、接合材を均一に展開させるために、搭載ヘッドを介してチップに所定の時間加圧力を付与しておく必要があり、この接合材を展開するための加圧時間をどれだけ短くできるかが、搭載プロセスの時間短縮に大きく影響を及ぼす。
【０００９】
しかしながら、従来のダイボンディング方法においては、加圧力を大きくして、接合材の展開に必要な加圧時間を短くしようとしても、無理に接合材に応力を付与することになり、接合材が十分に展開されなかったり、チップを破損してしまうという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、チップを破損させたり、接合材の十分な展開を阻害したりすることなく、チップ搭載プロセスに必要な時間を短縮することができるダイボンディング方法及び装置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】
【００１１】
本発明に係るダイボンディング方法は、基材上に、シリンジ内の接合材をシリンジ内への加圧流体の供給によりシリンジから吐出させて前記基材上に塗布し、半導体チップをヘッドに支持させて前記接合材を介して前記基材に押し付けることにより前記半導体チップを前記基材に接合するダイボンディング方法において、前記シリンジ内の前記接合材を固化温度未満の温度に加熱することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るダイボンディング装置は、内部に接合材を貯留し前記内部への加圧流体の供給により前記接合材を吐出するシリンジと、半導体チップを支持しこの半導体チップを基材上に塗布された接合材の上に押圧する搭載ヘッドと、前記シリンジ内の接合材を固化温度未満の温度に加熱する加熱部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エポキシ樹脂又はＡｇペーストなどの接合材を使用して半導体チップをリードフレーム上に接合するダイボンディング方法において、シリンジ内の接合材を加熱することにより、チップ搭載時に接合材を加熱し、接合材の粘度が低くなった状態で半導体チップを搭載するので、チップ加圧プロセスにおいて、接合材は常温での搭載時よりも速やかに接合部上で展開するため、搭載プロセス時間を短縮することが可能となる。このため、本発明により、加圧時の圧力上昇を抑えつつ、チップを破損させることなく搭載プロセス時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
先ず、本発明の概要について説明する。本発明においては、接合材の粘度が温度に依存して変化することを利用し、接合材をヒータにて固化温度未満の適切な温度に加熱することにより、接合材の粘度を低下させ、粘度が低くなった接合材をシリンジから基材上に吐出する。これにより、ヘッドに支持された半導体チップを、基材上の接合材に押圧すると、接合材の粘度が低いため、接合材は基材の接合部上で速やかに展開され、搭載プロセスに必要な時間を短縮することができる。
【００１５】
接合材の加熱方法は、塗布前に加熱する方式と塗布後に加熱する方式とがあるが、本発明においては、接合材を充填したシリンジを加熱することにより、塗布前に加熱する。本発明においては、搭載工程の迅速化のために、シリンジ内の接合材を加熱し、接合材の塗布前に、接合材を加熱する。
【００１６】
しかし、この塗布前の接合材の加熱に加えて、塗布後においても、接合材を加熱できるようにすることが好ましい。これにより、接合材の塗布後における接合材の温度低下を防止して、接合材を均一に粘度が低い温度に維持することができる。なお、塗布後に加熱する場合はリードフレームを固定するプレート内にヒータを埋め込む方法、又は半導体チップを吸引固定して搬送するために搭載ヘッドの先端を加熱しておき、搭載加圧時にチップを介して接合材を加熱する方法も有効である。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１及び図２は本実施形態の半導体チップ搭載方法を示す図であり、夫々（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図３は本実施形態で接着材を吐出するために使用するシリンジ１を示す断面図である。図２に示すように、このシリンジ１の頭部は、パイプ１ａにより接合材を収容したディスペンサ（図示せず）に連結されており、シリンジ１内には、ディスペンサから圧力をかけることにより、ペースト状又はクリーム状のエポキシ樹脂又はＡｇペーストなどの接合材２が供給されて収納されている。シリンジ１は、適宜の支持装置（図示せず）により、上昇及び下降でき、更に水平方向に移動できるようになっている。このシリンジ１の下端にはノズル１ｂが設置されており、このノズル１ｂから、シリンジ１内の接合材２が基材上に滴下されるようになっている。また、シリンジ１の容器外周を取り囲むようにしてヒータユニット３が設置されており、このヒータユニット３によりシリンジ１内の接合材が加熱されるようになっている。ヒータユニット３はブロックにヒータを埋め込んだ方式、シート状のヒータを埋め込んだ方式等があるが、シリンジ１内の接合材２を加熱する機能を有するものであればよく、その加熱方法は問わない。また、ヒータユニット３は温度調整機能を有しており、周囲の温度変化などに影響されずに接合材２を一定の温度に保つことができる。なお、温度調整に精度を必要としない場合は、温度調整機能を持たなくても良い。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンジ１からの接合材２は、リードフレーム１１上に所定の接合部１４上にて、シリンジ１を水平方向に移動させることにより、例えば、ダブルクロス状に（大クロスと小クロスとを４５°ずらせてその中心を一致させて形成）パターン形成される。
【００１９】
そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、搭載ヘッド又はコレット（いずれも、図２に図示せず、図６参照、以下、総称して搭載ヘッドという）に真空吸着された半導体チップ１３は、搭載ヘッドにより、リードフレーム１１上の接合部１４の上方に搬送されてくる。そして、搭載ヘッドを下降させることにより、半導体チップ１３を接合材２上に押圧し、半導体チップ１３とリードフレーム１１との間で接合材２を展開することにより、接合材２を接合部１４上に均一に広がらせて供給する。そして、全体を加熱することにより、接合材２を固化させる。
【００２０】
次に、本実施形態の動作について説明する。ディスペンサから供給されたシリンジ１内の接合材２は、ヒータユニット３により加熱される。図４は横軸に温度をとり、縦軸に粘度をとって、接合材２の粘度と温度との関係を示す模式図である。この図４に示すように、接合材２は、温度が高くなると、粘度が低下する。そこで、本発明においては、接合材２をシリンジ１内で加熱することにより、接合材２の粘度を低下させ、接合材２の流動性を高めて、リードフレーム１１上に供給し、接合部１４上で半導体チップ１３の押圧により接合材２を展開する。
【００２１】
図４（ａ）、（ｂ）は夫々接合材の温度と粘度との関係及び温度と発熱量との関係を示すグラフ図である。図４（ａ）より、従来のチップ搭載温度である常温Ｔ１から温度が上昇していくと、粘度が低下する。更に、温度が上がりＴ２に達すると、接合材の固化が始まり、温度の上昇と共に粘度が上昇し始める。温度がＴ３に達すると、固化が完了する。図４（ｂ）からもわかるように、温度Ｔ２から温度Ｔ３までの温度域においては、固化の化学反応により発熱が生じている。温度Ｔ３より更に温度が上昇しても、既に固化の化学反応は完了しているため、粘度は変化しない。ここで、温度調整の精度及び接合材の特性のばらつき等を考慮した上で、従来のチップ搭載温度である常温をＴ１、接合材の硬化が起こらないような温度範囲の最高温度をＴ4とする。即ち、この固化開始温度Ｔ２以上に接合材を加熱すると、接合材の固化が生じる。そこで、例えば、チップ搭載時の温度をＴ１からＴ4に変更する。これにより、接合材はその粘度がＶ１からＶ４に大幅に低下し、リードフレーム１１上に供給されたときには、接合材２は粘度が低く、さらさらした状態にあり、半導体チップ１３を接合材２上に降下させて半導体チップ１３をリードフレーム１１に押圧したときに、比較的低い力で、接合材を接合部１４上で展開することができる。これにより、搭載工程に必要な時間を著しく短縮することができる。
【００２２】
なお、図４に示されているように、温度を余り高くしても、粘度低下の効果は小さい。また、Ｔ２を超えて加熱すると、接合材の硬化が促進され、かえって接合材の展開性を悪化させてしまう。また、接合材は図４における温度Ｔ２に達していなくても、ゆっくりと硬化が進むため、塗布から搭載までに長時間を要する場合等は、可能な限り低温を維持することが望ましい。このため、接合温度はＴ４まで達しなくても、粘度低下の効果があるＴ１〜Ｔ４の範囲内の任意の温度でよい。
【００２３】
上述の如く、本発明においては、シリンジ１内での加熱により粘度が低下した接合材をリードフレーム１１上に一定のパターンで供給し、搭載ヘッドに吸着された半導体チップ１３を下降させて接合材２を加圧し、接合材２を押しつぶすようにして広げる。これにより、接合材２がリードフレーム１１と半導体チップ１３との間の隙間に均一に広がり、この時点で、搭載プロセスが完了となる。
【００２４】
このとき、半導体チップ１３の強度などから加圧時の圧力はある一定の値を超えてはならない。搭載プロセスを高速化するために、搭載ヘッド（コレット）の下降速度を上げると、半導体チップ１３にかかる圧力が上がり、半導体チップ１３が破損してしまう。このため、従来の方式では、チップ搭載時の加圧時間を短縮することは困難である。
【００２５】
一方、半導体チップ１３搭載時のコレット下降速度は加圧時の圧力と接合材の粘度により決定される。圧力値は半導体チップ１３の強度により決定されるため、変更することができないが、接合材２の粘度を下げることができれば、プロセスの高速化を図ることが可能になる。本発明では、接合材を加熱することにより、接合材の粘度を低下させて加圧時の接合材の展開性を高め、搭載プロセスを短縮するものである。
【００２６】
なお、特許文献１乃至５の中には、接合材又はシリンジの針を加熱するものがある。しかし、これらの公知文献の接合材の加熱は、一つは、リードフレーム１１上に供給された接合材を加熱しようとするものであり、シリンジからリードフレーム上に供給するときの粘度は高く、また、接合材がリードフレーム上で加熱されて粘度が低下するまでに時間がかかる。また、シリンジの針を加熱する方法は、針を通過するときの接合材を加熱しても、十分な加熱にはならず、粘度の十分な低下が得られない。
【００２７】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、塗布前の接合材の加熱だけではなく、塗布後にも接合材を加熱するものである。本実施形態のように、塗布前の接合材の加熱だけに限定せず、塗布後に接合材を加熱しても良い。この場合、塗布前の加熱と同様に、塗布後の加熱により接合材の粘度を低くする効果が得られると同時に、搭載直前まで加熱が可能なため、接合材の温度低下を回避することができる。
【００２８】
図５は、リードフレーム１１をヒータユニット２１上におき、ヒータユニット２１によりリードフレーム１１を加熱しつつ、リードフレーム１１上に供給された接合材２を半導体チップの押圧により展開するものである。このとき、リードフレーム１１がヒータユニット２１により加熱されているので、接合材２はリードフレーム１１を介して加熱され、温度の低下が防止される。
【００２９】
図６は、搭載ヘッド２４にヒータを設け、半導体チップ１３を真空吸着するときに、半導体チップ１３に接触することにより、半導体チップを加熱し、更に、半導体チップ１３が接合材２に押圧された時に、接合材２を半導体チップ１３を介して加熱するものである。
【００３０】
なお、接合材の加熱方式は、高周波誘導加熱方式、遠赤外線ランプ方式等、非接触にてエポキシ樹脂又はＡｇペーストなどの接合材を加熱できるものであれば、どのような方法も使用できる。
【００３１】
また、図３、図５及び図６に示す接合材の加熱方法は、夫々単独で使用しても効果が得られるが、組み合わせて使用することにより更に高い効果を得ることができる。例えば、リードフレーム上の全搭載位置に接合材を塗布した後に、半導体チップの搭載を行う等、接合材塗布から搭載までの間に時間がかかってしまう場合、図３に示すように、シリンジのみをヒータで加熱するだけでは塗布後の接合材の温度が下がってしまうため、半導体チップの搭載までの間、接合材を低粘度に維持することができない。このような場合、図３及び図５の加熱方法を併用することにより、塗布完了後も接合材の温度を適切な温度に維持することができ、低粘度での搭載が可能となる。
【００３２】
また、図３及び図６の加熱方法を併用すれば、塗布後に温度が下がり、粘度が上がった状態の接合材を、半導体チップの搭載時に再加熱することができ、低粘度での搭載が可能となる。接合材は図４における温度Ｔ２に達していなくても、ゆっくりと硬化が進むため、特に塗布から搭載までに長時間を要する場合は可能な限り低温を維持することが望ましい。このような場合、この方法で搭載直前に接合材を再加熱すると、接合材の硬化を防止しつつ低粘度での半導体チップ搭載が可能となる。
【００３３】
しかし、上記の図３及び図６の加熱方法を併用する方法では、短時間で接合材を再加熱しなければならないため、半導体チップが大きくて接合材を多量に使用する場合又は再加熱する温度差が大きい場合等には、十分な効果を得ることができない。このような場合は、図３の方法で加熱した接合材を塗布した後、図５の方法で硬化の進行を極力抑え、かつ短時間で再加熱が可能な温度まで予備加熱を行っておき（図４の温度Ｔ５）、図６の方法で搭載直前に図４の温度Ｔ４まで再加熱して半導体チップの搭載を行うことが好ましい。ここで、図４に示す温度Ｔ５は搭載ヘッドによる加熱により短時間でＴ４まで温度を上昇させることが可能な温度範囲の最低温度とする。この方法で、図３及び図６のみ併用した場合の問題点を解消することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、搭載時間の短縮により半導体チップの高速搭載技術、及び低荷重の加圧プロセルによる薄い半導体チップの搭載技術への応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る半導体チップの搭載工程を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は同じく接合材の加圧工程を示す図である。
【図３】本発明の実施形態において使用するシリンジを示す断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は夫々接合材の温度と粘度との関係及び温度と発熱量との関係を示すグラフ図である。
【図５】接合材の塗布後に接合材を加熱する方法を示す図である。
【図６】同じく、接合材の塗布後に接合材を加熱する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    シリンジ
１ａ    パイプ
１ｂ    ノズル
２    接合材
３    ヒータユニット
１１    リードフレーム
１３    半導体チップ
１４    接合部
２１    ヒータユニット
２４    ヒータ付搭載ヘッド
【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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