(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属材料を充填して前記半導体チップ間の接続をなす半導体装置を、半田を介して外部基板に設置した後、前記コンタクトホールに充填された前記金属材料を加熱し、当該金属材料から前記半田への伝熱作用により前記金属材料に密着する前記半田を溶融させて前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項２】
外部基板に半田と、コンタクトホールを有し当該コンタクトホールに金属材料が充填された半導体チップとを交互に積み重ねた後、前記コンタクトホールに充填された前記金属材料を加熱し、当該金属材料から前記半田への伝熱作用により前記金属材料に密着する前記半田を溶融させ、前記半導体チップ間の接続を行うとともに前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項３】
半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属膜を形成し、前記半導体チップ間の接続をなす半導体装置を外部基板に設置した後、前記コンタクトホールに加熱手段を挿入して前記金属膜に密着する半田を溶融し、前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項４】
前記加熱手段は、レーザ光であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の実装方法。
【請求項５】
前記加熱手段は、その先端からレーザ光を照射可能な光ファイバであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の実装方法。
【請求項６】
前記加熱手段は、その先端が発熱可能な熱プローブであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の実装方法に係り、特に半導体装置を外部基板に実装するための半導体装置の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置を外部基板に実装するには、一般的にリフロー炉が用いられている。
【０００３】
図４は、従来の半導体装置の実装手順を示す工程説明図である。同図に示すように半導体装置の実装用設備１は、コンベア装置２と当該コンベア装置２の途中に設置されたリフロー炉３とから構成されている。そして当該リフロー炉３に設けられたヒータ４にてコンベア装置２の搬送面５を加熱できるようにしている。
【０００４】
ここで半導体装置６は、その底面に半田ボール７が取り付けられており、外部基板８の接続用ランド（図示せず）の上に設置された形態となっている。
【０００５】
このように外部基板８に実装された半導体装置６を、コンベア装置２の搬送面５に搭載し、リフロー炉３に投入させると、当該リフロー炉３に設置されたヒータ４にて半導体装置６および外部基板８の加熱がなされ、両者の間に介在する半田ボール７が溶融する。そして前記半田ボール７が溶融した後に、外部基板８に実装された半導体装置６をコンベア装置２の搬送によりリフロー炉３から排出させると、半田ボール７が冷却され固まることで外部基板８に半導体装置６が実装される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した半導体装置の実装方法では、下記に示すような問題点があった。
【０００７】
すなわちリフロー炉に半導体装置および外部基板を投入させると、ヒータによってその全体が加熱される。このため半導体装置に設けられた素子も同時に加熱されることになり、この加熱によって前記素子が破壊されるおそれがあった。
【０００８】
またリフロー炉においては半導体装置および外部基板の全体を加熱させるのでヒータに高出力が求められ、消費電力が大きくなるという問題点もあった。さらに半導体装置および外部基板の全体を加熱させるのでリフロー炉が大型になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、局所加熱を行うことで半導体装置の素子への加熱を防止するとともに実装用設備の小型化と省エネルギ化を図ることのできる半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の実装方法は、半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属材料を充填して前記半導体チップ間の接続をなす半導体装置を、半田を介して外部基板に設置した後、前記コンタクトホールに充填された前記金属材料を加熱し、当該金属材料から前記半田への伝熱作用により前記金属材料に密着する前記半田を溶融させて前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、金属材料に加熱源を密着させれば、金属材料から半田へと熱が伝わり、当該半田を溶融させることができ、半導体装置を外部基板に実装させることができる。
【００１３】
なお前述した実装方法では金属材料だけを加熱し、熱は伝導性の高い金属材料（コンタクトホール）に沿って移動するので、半導体装置全体が加熱されることがない。このため半導体装置の素子への加熱度合いを最小限に抑えることができ、前記素子が加熱により破損するのを防止することができる。また配線への局所加熱なので加熱源の出力を大きくする必要もなく、さらに加熱源も低出力であるので小型化を達成することができる。
【００１４】
また金属材料を加熱する場合、半導体装置において金属材料に加熱源を密着させるだけでよいため、加熱源の寸法の制約を大きくすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の実装方法は、外部基板に半田と、コンタクトホールを有し当該コンタクトホールに金属材料が充填された半導体チップとを交互に積み重ねた後、前記コンタクトホールに充填された前記金属材料を加熱し、当該金属材料から前記半田への伝熱作用により前記金属材料に密着する前記半田を溶融させ、前記半導体チップ間の接続を行うとともに前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、本発明の半導体装置の実装方法の作用に加え、半導体装置を構成する半導体チップ間の接続も、外部基板への実装と同時に行うことができ、製造工程の短縮化などを図ることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の実装方法は、半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属膜を形成し、前記半導体チップ間の接続をなす半導体装置を外部基板に設置した後、前記コンタクトホールに加熱手段を挿入して前記金属膜に密着する半田を溶融し、前記半導体装置を前記外部基板に実装することを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、コンタクトホールに加熱手段を挿入することで、加熱手段を直に半田に作用させることができ、当該半田の溶融によって半導体装置を外部基板に実装させることができる。
【００１７】
すなわち加熱手段が直に半田だけを溶融させるので、半導体装置全体が加熱されることがない。このため半導体装置の素子への加熱度合いを最小限に抑えることができ、前記素子が加熱により破損するのを防止することができる。また配線への局所加熱なので加熱源の出力を大きくする必要もなく、さらに加熱源も低出力であるので小型化を達成することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置の実装方法は、前記加熱手段は、レーザ光であることを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、半導体装置の上部にレーザ照射装置を配置し、このレーザ照射装置からコンタクトホールを貫通するようなレーザ光を照射すれば、半田に前記レーザ光が直に照射され、半田および外部基板の一部のみを加熱することができる。
【００１９】
本発明の半導体装置の実装方法は、前記加熱手段は、その先端からレーザ光を照射可能な光ファイバであることを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、光ファイバの先端が半田に達した後、当該光ファイバの先端からレーザを照射すれば、半田に前記レーザ光が直に照射され、半田および外部基板の一部のみを加熱することができる。なおコンタクトホールの内壁に凹凸が存在し、半導体装置の上方から半田が見えなくても光ファイバをコンタクトホールに沿って送り込むことができるので、半田を確実に溶融させることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の実装方法は、前記加熱手段は、その先端が発熱可能な熱プローブであることを特徴としている。本発明の半導体装置の実装方法によれば、熱プローブの先端が半田に達した後、当該熱プローブの先端を発熱させれば、半田が直に熱せられ、半田および外部基板の一部のみを加熱することができる。
【００２１】
また、コンタクトホールの内壁に凹凸が存在し、半導体装置の上方から半田が見えなくても熱プローブをコンタクトホールに沿って送り込むことができるので、半田を確実に溶融させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る半導体装置の実装方法に好適な具体的実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置の実装方法の手順を示す工程説明図である。同図（１）に示すように第１の実施の形態に用いられる半導体装置１０は、複数の半導体チップ１２を積層させた形態（第１の実施の形態では４段）となっており、これら積層された半導体チップ１２には、配線となるコンタクトホール１３が形成されている。そして当該コンタクトホール１３の内部には、金属材料となる銅部材１６が充填されており、積層された半導体チップ１２間の電気的導通が図れるようになっている。なおコンタクトホール１３において半導体装置１０を構成する最下段の半導体チップ１２の底面側には、半田となる半田ボール１８が取り付けられている。そして半田ボール１８は、この状態では仮の取り付けであればよく、その取り付け方法は簡易な接着等であってもよい。
【００２４】
このように構成された半導体装置１０を、実装対象となる外部基板２０の表面に搭載する。ここで外部基板２０の表面には、接続用ランド２４が複数設けられており、半導体装置１０の底面に配置された半田ボール１８と対面が可能になっている。
【００２５】
そして同図（２）に示すように半田ボール１８と接続用ランド２４との位置を合わせるよう半導体装置１０を外部基板２０に設置した後は、前記半導体装置１０の上部から、コンタクトホール１３の本数分だけの熱プローブ２２をコンタクトホール１３の開口部に、すなわちコンタクトホール１３の内部に充填された銅部材１６に接触させる。ここで熱プローブ２２とは、その先端にヒータを有し、当該ヒータの加熱によりプローブ先端を加熱できるものである。そしてプローブ先端の径はコンタクトホール１３の内径よりも小さく設定されており、銅部材１６に熱プローブ２２を押し当てた際、熱プローブ２２の先端がコンタクトホール１３より外側に接しないようになっている。
【００２６】
このように熱プローブ２２を半導体装置１０の上面に押し当てると、前記熱プローブ２２に発生した熱は、コンタクトホール１３に充填された熱伝導率の高い銅部材１６に沿って伝熱し、その熱は半田ボール１８へと達する。ここで熱プローブ２２のヒータの温度を半田ボール１８の溶融温度以上（鉛無しで２５０℃）にすると、半田ボール１８が溶融し始める。そして半田ボール１８が溶解状態になった後、熱プローブ２２を半導体装置１０の表面から離反させれば、銅部材１６を伝って半田ボール１８に加わる熱が無くなるので、半田ボール１８は溶融状態から固体状態へと変化する。このように半田ボール１８を溶融状態から固体状態にすることで銅部材１６と接続用ランド２４とを半田で接続することができ、もって両者間の電気的導通を図ることが可能になる。半導体装置１０を外部基板２０に実装した後の状態を同図（３）に示す。
【００２７】
このように銅部材１６が充填されたコンタクトホール１３の片側端面から加熱をし、コンタクトホール１３の他方端部に取り付けられた半田ボール１８を溶融させるようにすれば、熱プローブ２２から移動した熱は熱伝導率の違いからコンタクトホール１３の外部に殆ど拡散しないので、半導体装置１０に形成された図示しない素子を加熱によって破壊するのを防止することができる。
【００２８】
さらに半導体装置１０および外部基板２０の全体を加熱する必要がないため、リフロ炉などに比べ（熱プローブ２２に代表されるように）実装用装置の小型化と省エネルギ化とを達成することができる。
【００２９】
図２は、第１の実施の形態の応用例を示す要部拡大図である。なお同図は図１の応用例であるため共通の部材については同一の番号を用いて説明を行うこととする。
【００３０】
同図（１）に示すように本応用例では、半導体装置１０の底面だけでなく個々の半導体チップ１２の間に半田ボール１８が挟み込まれた形態となっている。このように構成された半導体装置１０であっても、当該半導体装置１０の上方から熱プローブ２２を銅部材１６に接触させれば、熱プローブ２２に生じた熱は銅部材１６および半田ボール１８を伝って徐々に下方に移動していくので、各半導体チップ１２および積層した半導体チップ１２からなる半導体装置１０を外部基板２０に実装させることができる。半田ボール１８を溶融させた後の実装状態を同図（２）に示す。
【００３１】
このように半導体装置１０を実装する前段階で半導体チップ１２同士が接続されていなくても、半導体チップ１２の上方から熱プローブ２２を接触することで半導体チップ１２同士の接続および半導体装置１０を外部基板２０に実装させることが可能になる。なお半導体チップ１２に形成された素子を保護する効果および実装用装置の小型化等に関しては図１で説明した第１の実施の形態と同様であることは言うまでもない。
【００３２】
図３は、第２の実施の形態を示す要部拡大図である。なお同図においても第１の実施の形態と共通の部材については同一の番号を用いて説明を行うこととする。
【００３３】
同図（１）に示すように第２の実施の形態に係る半導体装置１０も半導体チップ１２を複数積層させた形態となっている。そして積層された半導体チップ１２にはコンタクトホール１３が設けられており、当該コンタクトホール１３の内側には金属膜２６が形成され、積層された半導体チップ１２間の導通を行うようにしている。なおコンタクトホール１３の内側に金属膜２６を形成するには、まず前記コンタクトホール１３の内側に無電解メッキ（化学メッキ）によって銅を薄く形成させる。そして薄く形成された銅を電極として今度は銅の電解メッキを施し、無電解メッキにて形成された銅の上に厚肉の層を形成していけばよい。このようにコンタクトホール１３の内側に金属膜２６を形成しても、コンタクトホール１３の内部に銅部材１６を充填させた場合と同様に、積層された半導体チップ１２間の電気的導通を図ることができるのである。
【００３４】
このようにコンタクトホール１３の内壁に金属膜２６を形成した場合では、半導体装置１０の底面側に半田ボール１８を取り付けた場合、半導体装置１０の上方からコンタクトホール１３を介して前記半田ボール１８を確認することができる。このため半導体装置１０の上方から加熱手段となる図示しないレーザ照射器を用いて、コンタクトホール１３内にレーザ光２８を照射すれば、当該レーザ光２８は直接半田ボール１８に当たるので、他部材からの熱伝達を行うことなしに前記半田ボール１８だけを溶融させることができ、半導体チップ１２における素子への熱影響もさらに少なくさせることができる。
【００３５】
そして半田ボール１８を十分に溶融させた後は、レーザ光２８の照射を停止させ溶融した半田ボール１８を固まらせることで、半導体装置１０を外部基板２０に実装させればよい。
【００３６】
また同図（２）に示すようにレーザ光を直接照射するのではなく光ファイバ３０を用い、当該光ファイバ３０の先端からレーザ光２８を照射するようにしてもよい。このように光ファイバ３０を用いることとすれば、たとえ金属膜２６に凹凸があり、コンタクトホール１３の上方から直接半田ボール１８が確認できなくても、前記光ファイバ３０をコンタクトホール１３内に挿入させることで、半田ボール１８にレーザ光を直接照射することができる。なお同図（２）では光ファイバ３０を用いることとしたが、この形態に限定されることもなく、例えば前記光ファイバ３０と同様の径を有した熱プローブを用いるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に記載の半導体装置の実装方法によれば、半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属材料を充填させ、半導体チップ間の接続をなす半導体装置を半田を介して外部基板に設置した後、コンタクトホールに充填された金属材料を加熱し、当該金属材料から半田への伝熱作用により金属材料に密着する半田を溶融させ半導体装置を外部基板に実装することから、半導体装置の素子への加熱を防止するとともに実装用設備の小型化と省エネルギ化を図ることが可能になる。
また、外部基板に半田と、コンタクトホールを有し当該コンタクトホールに金属材料が充填された半導体チップとを交互に積み重ねた後、前記コンタクトホールに充填された前記金属材料を加熱し、当該金属材料から前記半田への伝熱作用により前記金属材料に密着する前記半田を溶融させ、前記半導体チップ間の接続を行うとともに前記半導体装置を前記外部基板に実装することから、半導体装置の素子への加熱を防止するとともに実装用設備の小型化と省エネルギ化を図ることが可能になる。さらに、半導体チップを積み重ねるとともにこれら半導体チップを貫通するコンタクトホールに金属膜を形成し、前記半導体チップ間の接続をなす半導体装置を外部基板に設置した後、前記コンタクトホールに加熱手段を挿入させ前記金属膜に密着する半田を溶融させ前記半導体装置を前記外部基板に実装したりすることから、半導体装置の素子への加熱を防止するとともに実装用設備の小型化と省エネルギ化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の実装方法の手順を示す工程説明図である。
【図２】第１の実施の形態の応用例を示す要部拡大図である。
【図３】第２の実施の形態を示す要部拡大図である。
【図４】従来の半導体装置の実装手順を示す工程説明図である。
【符号の説明】
１            実装用設備
２            コンベア装置
３            リフロー炉
４            ヒータ
５            搬送面
６            半導体装置
７            半田ボール
８            外部基板
１０            半導体装置
１２            半導体チップ
１３            コンタクトホール
１６            銅
１８            半田ボール
２０            外部基板
２２            熱プローブ
２４            接続用ランド
２６            金属膜
２８            レーザ光
３０            光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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