DE69826062T2 - Montierungsverfahren für eine Halbleiteranordnung - Google Patents

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Hidehiko Kawasaki-shi Kanagawa Kira
Shunji Kawasaki-shi Kanagawa Baba
Akira Kawasaki-shi Kanagawa Fujii
Toshihiro Kawasaki-shi Kanagawa Kusagaya
Kenji Kawasaki-shi Kanagawa Kobae
Norio Kawasaki-shi Kanagawa Kainuma
Naoki Kawasaki-shi Kanagawa Ishikawa
Satoshi Kawasaki-shi Kanagawa Emoto
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • (1) Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Montageverfahren einer Halbleitereinrichtung, und insbesondere ein Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung auf einer Leiterplatte gemäß einem COB (Chip On Board) -Verfahren.
  • (2) Beschreibung des relevanten Standes der Technik
  • verschiedene Verfahren sind als COB (Chip On Board)-Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung auf einer Leiterplatte vorgeschlagen worden, basierend auf Zweck und Verwendung der Halbleitereinrichtung. Ein Flip-Chip-Montageverfahren ist eines der Verfahren, die als COB-Verfahren vorgeschlagen wurden. Bei diesen Montageverfahren wird eine Halbleitereinrichtung (ein Halbleiterchip) direkt auf einer Leiterplatte montiert, ohne dass Drähte die Halbleitereinrichtung mit der Leiterplatte verbinden. Das Flip-Chip-Montageverfahren wird auch als Drahtlos-Bondmontageverfahren (englisch: wireless bonding mounting method) bezeichnet.
  • Es wird jetzt eine Beschreibung des Flip-Chip-Montageverfahrens mit Bezug auf die 1A bis 1F vorgelegt.
  • Pads 2, welche Elektroden darstellen, sind an einem auf einer Leiterplatte 3 zu montierenden Chip 1 (der Halbleitereinrichtung) ausgebildet. Pads 4, welche Teile von leitenden Verdrahtungsmustern darstellen, sind an der Leiterplatte 3 ausgebildet, auf die der Chip 1 montiert werden soll.
  • Zuerst werden, wie in 1A gezeigt ist, Höcker gebildet. Es wird auf die 1A Bezug genommen; ein Endabschnitt eines Golddrahtes 5 wird auf ein Pad 2 des Chip 1 gedrückt und mittels eines Bond-Werkzeuges erhitzt, so dass er mit dem Pad 2 verbunden wird. In diesem Zustand wird sodann der Golddraht 5 wieder entfernt. Als Ergebnis wird ein tränenförmiger Höcker 6 auf dem Pad 2 gebildet. Auf allen Pads 2 des Chip 1 werden tränenförmige Höcker 6 in der gleichen Weise, wie oben beschrieben wurde, gebildet.
  • Als nächstes werden die tränenförmigen Höcker 6 abgeflacht, wie in 1B gezeigt. Es wird auf die 1B Bezug genommen. Die tränenförmigen Höcker 6 werden so auf eine flache Platte 7 gedrückt, dass nur ein Endpunktbereich eines jeden der tränenförmigen Höcker 6 der plastischen Verformung unterworfen wird. Als Ergebnis werden die tränenförmigen Höcker 6 in Höcker 6 mit im wesentlichen der gleichen Höhe umgeformt.
  • Sodann wird eine leitfähige Paste auf die Oberfläche eines jeden der Höcker 6 aufgebracht, wie in den 1C und 1D gezeigt ist. D.h., die Endabschnitte der Höcker 6 werden in eine Schicht einer leitfähigen Paste 8 getaucht, wie in 1C gezeigt ist, und sodann aus dieser nach oben gezogen, wie in 1D gezeigt ist. Als Ergebnis dessen haftet ein Tropfen der leitfähigen Paste 8 an dem Endabschnitt eines jeden der Höcker 6. Die leitfähige Paste 8 ist beispielsweise aus einem Epoxidharz hergestellt, in welchem eine große Menge eines Silberfüllmaterials verteilt ist. Wegen des Tropfens der leitfähigen Paste 8 kann eine positive elektrische Leitfähigkeit zwischen jedem der Höcker 6 des Chip 1 und einem entsprechenden der Pads 4 der Leiterplatte 3 erreicht werden, wenn der Chip 1 auf der Leiterplatte 3 montiert wird.
  • Als nächstes wird ein Kleber 9 auf die Leiterplatte 3 aufgebracht oder aufgedruckt, so dass die Pads 4 mit dem Kleber 9 überdeckt werden, wie in 1E gezeigt ist. Ein wär meaushärtender isolierender Kleber aus einem Material, welches ein Epoxidharz als Hauptbestandteil enthält, wird als auf die Leiterplatte 3 aufzubringender Kleber 9 verwendet. In einem Zustand, in welchem der Chip 1 auf der Leiterplatte 3 montiert wird, ist der Raum zwischen dem Chip 1 und der Leiterplatte mit dem Kleber 9 ausgefüllt. Als Ergebnis werden der Chip 1 und die Leiterplatte 3 fest miteinander verbunden. Zusätzlich ist ein Verbindungsbereich, in welchem ein jeder der Höcker 6 mit einem diesem entsprechenden der Pads 4 verbunden ist, mit dem Kleber 9 überdeckt, so dass durch den Kleber 9 verhindert wird, dass Feuchtigkeit in den Verbindungsbereich eindringt.
  • Schließlich wird der Chip 1 auf der Leiterplatte 3 montiert, wie in 1F gezeigt ist. Es wird auf die 1F Bezug genommen; der Chip 1 wird so positioniert, dass jeder der Höcker 6 des Chip 1 einem der Pads 4 der Leiterplatte 3 zugeordnet ist. Ein Thermopresskopf drückt sodann den Chip 1 auf die Leiterplatte 3, sodass jeder der Höcker 6 auf ein zugeordnetes Pad 4 der Leiterplatte 3 gedrückt wird. Der Kleber 9 und die leitfähige Paste 8 werden durch die Wärme dabei gehärtet, sodass der Chip 1 auf der Leiterplatte 3 vollständig montiert ist.
  • Die Leiterplatte, auf die Halbleitereinrichtungen montiert werden, wird in eine Elektronikeinrichtung eingesetzt und in dieser verwendet, wie etwa in einem Personalcomputer. Infolge der Wärme, die durch die Halbleitereinrichtung auf der Leiterplatte erzeugt wird, ist das Innere einer solchen Elektronikeinrichtung auf einer hohen Temperatur. Insbesondere in einem Fall, in welchem ein mit hoher Frequenz betriebener Prozessor in der Halbleitereinrichtung angeordnet ist, wird eine große Wärmemenge erzeugt. Andererseits fällt in einem Fall, in welchem die Elektronikeinrichtung nicht verwendet wird, d.h. wenn die Stromzufuhr der Elektronikeinrichtung ausgeschaltet ist, die innere Temperatur der Elektronikeinrichtung auf die Raumtemperatur.
  • Die Schwankung der innere Temperatur der Elektronikeinrichtung beeinträchtigt den Verbindungsbereich, in welchem jede der Halbleitereinrichtungen und die Leiterplatte miteinander verbunden sind, wie folgt.
  • Wie in 2 gezeigt ist, wird infolge der Temperaturschwankung der Kleber 6 zwischen der Halbleitereinrichtung 1 (dem Chip) und der Leiterplatte 3 thermisch expandiert und kontrahiert, so dass das Volumen des Klebers 9 schwankt. Natürlich tritt eine thermische Expansion und Kontraktion in der Leiterplatte 3, der Halbleitereinrichtung 1 und den Höckern 6 auf. Allerdings ist der Grad der Expansion (Kontraktion) derselben geringer als derjenige der Expansion des Klebers 9. In einem Fall, in welchem die Temperatur sich erhöht, vergrößert sich demnach das Volumen des Klebers 9, und die Vergrößerung des Volumens des Klebers 9 wirkt als eine Kraft, welche den Abstand zwischen der Leiterplatte 3 und der Halbleitereinrichtung vergrößert. Als Ergebnis schwächt sich die Kontaktkraft von den Höckern 6 auf die Pads 4 der Leiterplatte 3 ab, so dass sich der elektrische Kontaktwiderstand zwischen einem jeden der Höcker 6 und einem zugeordneten Pad 4 erhöht.
  • Wenn ferner die Temperatur wiederholt erhöht und verringert wird, dann wird der elektrische Kontaktwiderstand nach und nach erhöht, und schließlich kann zwischen den Höckern 6 und den Pads 4 eine Kontakttrennung auftreten.
  • Die Druckschrift WO-A-96/05614 offenbart ein Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung mit Höckern auf einer Leiterplatte mit Pads derart, dass jeder der Höcker mit einem entsprechenden der Pads verbunden wird, wobei ein mit tels Wärme aushärtender isolierender Kleber zwischen der Halbleitereinrichtung und der Leiterplatte eingebracht wird, und das Verfahren gilt als eines, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Andrücken der Höcker der Halbleitereinrichtung auf die Pads der Leiterplatte; und (b) Aufheizen eines Bereiches, in welchem jeder der Höcker und ein entsprechendes der Pads in Kontakt miteinander sind, wobei der Druck der Höcker gegen die Pads eine vorgegebene Größe erreicht, bevor eine Temperatur des isolierenden Klebers, auf welchen im Schritt (b) Wärme aufgebracht wird, eine Temperatur erreicht, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird. Diese Druckschrift bezieht sich auf eine Flip-Chip-Technologie, bei der nichtleitende Kleber sowie Goldkugelhöcker oder -verbinder verwendet werden. Bloße Chips mit Goldkugelhöcker werden gleichzeitig an organischen Substrate befestigt und miteinander verbunden. Der Chip wird durch Kühlen des isolierenden Klebers fixiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demzufolge ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und brauchbares Montageverfahren für eine Halbleitereinrichtung zu schaffen, bei welchem die Nachteile des zuvor beschriebenen Standes der Technik beseitigt sind.
  • Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung auf einer Leiterplatte zu schaffen derart, dass auch dann, wenn das Volumen des Klebers zwischen der Halbleitereinrichtung und der Leiterplatte durch die Schwankung der Temperatur sich ändert, ein Anwachsen des elektrischen Kontaktwiderstandes von der Halbleitereinrichtung zu der Leiterplatte verhindert werden kann.
  • Ein Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung auf einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass:
    der Pressvorgang und der Heizvorgang durch einen Kopf (30; 30A) ausgeführt werden, welcher auf die Temperatur aufgeheizt wird, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird, und der Druck dieses Kopfes auf die Halbleitereinrichtung aufgehoben wird, nachdem der isolierende Kleber vollständig ausgehärtet ist; und der Prozess den Schritt umfasst, ein Element zwischen der Halbleitereinrichtung und dem Kopf vorzusehen, wobei dieses Element die thermische Eigenschaft hat, die Wärmeübertragung zu verzögern derart, dass die Übertragung der Wärme von dem Kopf auf den isolierenden Kleber durch dieses Element so verzögert wird, dass der Druck der Höcker auf die Pads den vorgegebenen Wert erreicht, bevor die Temperatur des isolierenden Klebers, auf den Wärme von dem Kopf übertragen wird, einen Temperaturwert erreicht, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird.
  • Da die Höcker mit einer Druckkraft mit einer vorgegebenen Größe auf die Pads gedrückt werden, bevor der Kleber vollständig ausgehärtet ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung die Höcker sicher mit den Pads verbunden werden, um so eine ausreichende Kontaktfläche zu bilden. So kann auch dann, wenn der ausgehärtete Kleber sich infolge der Schwankung der Temperatur ausdehnt und zusammenzieht, der elektrische Kontakt zwischen den Höckern und den Pads aufrechterhalten werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung klarer, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen zeigen:
  • 1A bis 1F Schemazeichnungen, welche ein Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung auf einer Leiterplatte darstellen;
  • 2 eine Querschnittsansicht, welche einen Verbindungsbereich zeigt, in welchem die Halbleitereinrichtung und die Leiterplatte miteinander verbunden sind;
  • 3 eine Schemazeichnung, welche eine Beziehung zwischen der Leiterplatte und der Halbleitereinrichtung darstellt, die von einem in einem Thermopressschritt verwendeten Kopf gehalten wird;
  • 4 ein Zeitverlaufsdiagramm, welches eine Veränderung des Kontaktdruckes eines Höcker auf ein Pad sowie eine Änderung der Hafttemperatur darstellt;
  • 5 ein Kennliniendiagramm, welches eine Änderung des Kontaktwiderstandes über einer Änderung des Kontaktdruckes zwischen Gold (Au) und Kupfer (Cu) darstellt;
  • 6 eine Schemazeichnung, welche ein Beispiel für eine Chip-Montagemaschine darstellt;
  • 7 eine Schemazeichnung, welche einen zwischen den Kopf und den Chip im Thermopressschritt eingelegten Polyimid-Film darstellt; und
  • 8 ein Diagramm, welches eine Veränderung einer Presskraft des Kopfes auf den Chip sowie eine Änderung der Temperatur des Klebers darstellt.
  • INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
  • Es wird jetzt mit Bezug auf die 3 bis 5 eine Beschreibung eines Montageverfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgelegt.
  • Es wird auf die 3 Bezug genommen; ein Chip 31 (die zu montierende Halbleitereinrichtung) wird von einem Thermopresskopf 30 gehalten. Der Chip 31 wird durch eine Operation des Thermopresskopfes 30 auf einer Leiterplatte 33 montiert.
  • Der Thermopresskopf 30 ist in Richtungen bewegbar, die in 3 durch Pfeile angegeben sind, und er ist mit einer Heizeinrichtung 301 und einem Vakuum-Hohlraum 302 ausgestattet. Die Heizeinrichtung 301 wird von einer Stromquelle mit einem elektrischen Strom versorgt. Die Heizeinrichtung 301 erzeugt eine Wärmemenge, die ausreicht, einen Kleber 39 (welcher später beschrieben wird) auf eine Temperatur zu erwärmen, die benötigt wird, den Kleber 39 zu härten. Der Vakuum-Hohlraum 302 ist mit einem (nicht gezeigten) Vakuumsystem verbunden, um so den Chip 31 durch eine Saugkraft des Vakuums zu halten.
  • Ein Höcker 36 aus Gold (Au) ist auf einem Pad 32 des Chip 31 ausgebildet. Der Höcker 36 hat einen topfförmigen Wurzelbereich und einen Endbereich.
  • Ein Ende eines Golddrahtes wird auf das Pad 32 gedrückt und durch ein Bond-Werkzeug erhitzt, so dass er mit dem Pad verbunden wird. Der Golddraht wird sodann wieder entfernt. Als Ergebnis wird der Höcker 36 mit einer Tränenform auf dem Chip 31 gebildet. Der spitze Endabschnitt des tränenförmigen Höcker 36 wird abgeflacht. Eine leitfähige Paste 38 wird sodann auf die Oberfläche des abgeflachten Endabschnittes des Höcker 36 aufgebracht oder aufgedruckt. Die leitfähige Paste 38 ist aus einem wärmeaushärtenden Harz hergestellt, wie etwa Epoxidharz, in welchem Silber (Ag)-Füllmaterial verteilt angeordnet ist. Die auf den abgeflachten Endabschnitt der Höcker 36 aufgebrachte leitfähige Paste 38 wird vorgewärmt, so dass sie sich in einem halbgehärteten Zustand befindet.
  • Die Oberfläche des Chip 31, die der Oberfläche abgewandt ist, auf welcher ein Schaltkreis ausgebildet ist, wird durch den Vakuum-Hohlraum 301 in seiner Position gehalten, so dass der Chip 31 durch den Thermopresskopf 30 gehalten wird.
  • Die Leiterplatte 33 wird auf einem Tisch 40 positioniert und fixiert. Ein Pad 34, welches mit dem Höcker 36 elektrisch verbunden werden soll, ist auf der Leiterplatte 33 ausgebildet. Das Pad 34 ist im allgemeinen aus Kupfer (Cu) gebildet.
  • Der Kleber 39 wird unter Einsatz einer Spendereinrichtung oder einer Drucktechnik auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht. Der Kleber 39 ist aus einem wärmeaushärtenden isolierenden Harz hergestellt, welches ein Epoxidharz als Hauptbestandteil umfasst. Der Kleber 39 hat eine Heizcharakteristik, bei der in einer anfänglichen Heizstufe ein Flüssigzustand der Klebers hergestellt wird und dieser sodann bei ansteigender Temperatur nach und nach gehärtet wird. Da zeitweilig ein Flüssigzustand des auf die gesamte Oberfläche der Leiterplatte 33 aufgebrachten Klebers 39 erzeugt wird, wenn der Chip durch den Thermopresskopf 30 auf die Leiterplatte 33 gedrückt wird, wird verhindert, dass der Kleber 39 zwischen den Höcker 36 des Chip 32 und das Pad 34 der Leiterplatte 33 fließt. Der Kleber 39 kann unter Einsatz der Drucktechnik auf die Oberfläche der Leiterplatte 33 mit Ausnahme des Pads 34 aufgebracht werden.
  • 4 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches eine zeitliche Änderung der Temperatur und des Druckes in einem Thermopressschritt angibt. In 4 zeigt die Abszissenachse die Zeit t, und die Ordinatenachse zeigt die Temperatur T und den Druck P an.
  • In einem Zustand, in welchem der Chip 32 in den Thermopresskopf 30 eingesetzt ist, beginnt der Thermopresskopf 30, sich nach unten auf den Tisch 40 zu zubewegen. Der Chip 32 wird durch den Thermopresskopf 30 auf die Leiterplatte 33 gedrückt. Während der Thermopresskopf 30 sich nach unten bewegt, wird der Kontaktdruck PP des Höcker 36 des Chip 32 auf das Pad 34 der Leiterplatte von einem Zeitpunkt t0 an allmählich erhöht.
  • Zusätzlich wird die Temperatur TT des Klebers 39 von der Raumtemperatur RT aus allmählich erhöht. Der Grund ist der, dass der Thermopresskopf 30 durch die Heizeinrichtung 301 auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die ausreicht, den Kleber 39 zu härten.
  • Während die Temperatur TT des Klebers 39 allmählich erhöht wird, wird zeitweilig ein Flüssigzustand des Klebers 39 erzeugt, d.h. die Viskosität des Klebers wird herabgesetzt. Auf diese Weise wird der auf die Oberfläche des Pad 34 aufgebrachte Kleber 39 durch den auf das Pad 34 gedrückten Höcker herausgedrückt. Als Ergebnis dessen wird zwischen dem Höcker 36 und dem Pad 34 kein Kleber 39 vorhanden sein.
  • Während der Thermopresskopf 30 sich weiter nach unten bewegt, werden der Kontaktdruck PP und die Temperatur TT des Klebers 39 erhöht. Der Thermopresskopf 30 beendet seine Bewegung zu einem Zeitpunkt t1 und wird in dieser Position gehalten. Zu diesem Zeitpunkt (t1) wird der Kontaktdruck PP des Höcker 36 auf das Pad 34 bei einem Wert PA gehalten, wie in 5 gezeigt ist.
  • 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kontaktdruck P und dem elektrischen Kontaktwiderstand R zwischen dem Gold (Au) und dem Kupfer (Cu). In einem Bereich, in welchem der Kontaktdruck P klein ist, ist der elektrische Kontaktwiderstand groß. Dieser Bereich bedeutet, dass die Verbindung zwischen dem Gold und dem Kupfer weniger gut ist. Wenn der Kontaktdruck P erhöht wird und einen Wert erreicht, der gleich oder größer als P1 ist, dann nimmt der elektrische Kontaktwiderstand rasch ab. Dieser Zustand bedeutet, dass die Verbindung zwischen dem Gold und dem Kupfer günstig ist.
  • Der Wert PA, auf den der Kontaktdruck PP des Höcker 36 auf das Pad 34 eingeregelt werden sollte, ist so gewählt, dass er größer als der Wert P1 ist. Es wird beispielsweise bevorzugt, dass der Wert PA auf 30 Gramm eingestellt wird. Der Wert PA des Kontaktdruckes PP ist ein Wert, der ausreicht, eine plastische Verformung nicht nur des Endabschnittes des Höckers 36 sondern auch des Wurzelabschnittes des Höckers 36 zu bewirken. Zusätzlich wird infolge des Kontaktdruckes PP beim Wert PA das Pad 34 der Leiterplatte 33 einer plastischen Verformung durch den Höcker 36 unterworfen.
  • Zum Zeitpunkt t1 erreicht die Temperatur TT des Klebers 39 eine Aushärtetemperatur HT, bei der der Kleber 39 ausgehärtet werden sollte, nicht. Zu einem Zeitpunkt t3 wird begonnen, den Kleber 39 auf die Aushärtetemperatur HT zu erwärmen. Bis zum Zeitpunkt t3 wird der Kleber 39 nach und nach gehärtet. Vom Zeitpunkt t3 an wird der Kleber 39 auf die Aushärtetemperatur HT erwärmt, so dass er rasch ausgehärtet wird. Eine Zeitspanne, die nötig ist, um den Kleber 39 vollständig auszuhärten, hängt von den Bestandteilen des Klebers 39 ab und liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 15 Sekunden und 20 Sekunden.
  • Bis der Kleber 39 vollständig ausgehärtet ist, hält der Thermopresskopf 30 den Höcker 36 in einem Zustand fest, in welchem er mit einem Kontaktdruck PP mit dem Wert PA auf das Pad 34 gedrückt wird. Zu einem Zeitpunkt t4, nachdem der Kleber 39 vollständig ausgehärtet ist, wird der Vakuum-Hohlraum 302 des Thermopresskopfes 30 auf einen Atmosphärendruck zurückgeführt, so dass der Halt des Chip 32 durch den Thermopresskopf 30 gelöst wird. Der Thermopresskopf 30 beginnt dann, sich aufwärts zu bewegen. Da der Kleber 39 nicht länger durch den Thermopresskopf 30 beheizt wird, wird die Temperatur des Klebers 39 nach und nach auf die Raumtemperatur RT abgesenkt.
  • Mit der Abnahme der Temperatur nimmt das Volumen des Klebers 39 ab, d.h. der Kleber 39 zieht sich zusammen. Man kann also erwarten, dass der Kontaktdruck unmittelbar nachdem der Kopf 30 sich nach oben bewegt und von dem Chip 31 getrennt wird, zeitweilig verringert wird. Infolge der auf der Temperaturabnahme beruhenden Zusammenziehung des Klebers wird zwischen dem Chip 31 und der Leiterplatte 33 eine Zugkraft erzeugt. Als Ergebnis dessen geht die Druckkraft des Höcker auf das Pad 34 auf den Anfangswert PA zurück und kann auf diesem gehalten werden.
  • In einem Zustand, in welchem der Chip 31 innerhalb einer elektronischen Ausrüstung eingesetzt wird, kann demnach auch dann, wenn der Kleber 39 sich infolge der Schwankung der Temperatur ausdehnt und zusammenzieht, eine Abnahme des Kontaktdruckes des Höckers 36 auf das Pad 34 auf einen. Minimalwert begrenzt werden. Als Ergebnis dessen kann die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung des Chip 1 mit der Leiterplatte 33 aufrechterhalten werden.
  • Der Thermopresskopf 30, von welchem der Chip 32 getrennt worden ist, wird auf der Aushärtetemperatur des Klebers ge halten. Bei dem Herstellungsprozess wird sodann der nächste Chip durch die Vakuum-Saugkraft an dem Thermopresskopf 30 festgehalten.
  • ABWANDLUNGEN DER AUSGESTALTUNG
  • In der oben beschriebenen Ausgestaltung ist die leitfähige Paste 38, die die Oberfläche des Höckers 36 bedeckt, aus einem Harz hergestellt, in welchem ein Silberfüllmaterial verteilt angeordnet ist. Die leitfähige Paste 38 kann jedoch auch aus einem anisotropen leitfähigen Kleber hergestellt sein, in welchem Kapseln verteilt angeordnet sind, wobei jede der Kapseln dadurch gebildet ist, dass Silberpartikel mit Harz überdeckt sind. In diesem Fall wird die Überdeckung einer jeden der Kapseln aufgebrochen, wenn der Höcker auf das Pad gedrückt wird. Dabei werden die Silberpartikel zwischen dem Höcker und dem Pad positioniert.
  • Zusätzlich hängt die elektrische Verbindung zwischen dem Höcker 36 und dem Pad hauptsächlich von dem direkten Kontakt des Höcker 36 mit dem Pad ab. Die leitfähige Paste 38 wird zusätzlich für die elektrische Verbindung zwischen dem Höcker 36 und dem Pad verwendet. Die leitfähige Paste 38 wird nicht notwendigerweise gebraucht.
  • Der Höcker 36 kann eine Form haben (beispielsweise eine zylindrische Form), die anders als eine Form mit einem topfförmigen Wurzelbereich und dem Endbereich ist, wie oben beschrieben wurde.
  • Der Kleber 39 kann durch eine in der Nähe des Tisches vorgesehene Heizeinrichtung als Ersatz für die Heizeinrichtung 301 beheizt werden, die in dem Thermopresskopf montiert ist.
  • Der Kleber 39 wird zuvor auf die Leiterplatte 33 aufgebracht. Nachdem der Höcker 36 auf das Pad gedrückt worden ist, kann der Kleber 39 in den Zwischenraum zwischen dem Chip und der Leiterplatte eingebracht werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass der Kleber 39 zuvor auf die Leiterplatte 33 aufgebracht wird, bevor der Höcker 36 auf das Pad gedrückt wird, wie in der oben genannten Ausgestaltung beschrieben ist.
  • Es wird jetzt eine Beschreibung des Montageverfahrens der Halbleitereinrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgelegt.
  • In dieser Ausgestaltung wird eine Chip-Montagemaschine 50, wie in 6 gezeigt, eingesetzt, um einen Chip auf einer Leiterplatten zu montieren. Die Chip-Montagemaschine 50 hat einen Kopf 30A, einen Hebe- und Absenkmechanismus 52, einen Tisch 40, einen Transfermechanismus 53 und einen Kopfhaltemechanismus 54. Der Hebe- und Absenkmechanismus 52 ist an einem torförmigen Block 51 montiert, und er veranlasst den Kopf 30A, sich wiederholt auf und ab zu bewegen. Der Kopfhaltemechanismus 54 hält den Kopf 30A.
  • Eine Heizeinrichtung 61 und ein thermoelektrisches Element 62 sind in einem Kopfgehäuse 60 des Kopfes 30A montiert. Der Kopf 30A wird auf 170°C aufgeheizt, was die Aushärtetemperatur des Klebers 39 darstellt.
  • Der Transfermechanismus 53 hat Trommellagerblöcke 70 und 71, die an den beiden Seiten des torförmigen Blockes 71 angeordnet sind, ferner Trommeln 72 und 73, die in den Trommellagerblöcken 70 und 71 drehbar gelagert sind, Motoren 74 und 75, welche die Trommeln 73 und 74 drehantreiben, und ein Polyimid-Filmband 76. Das Polyimid-Filmband 76 ist beidseitig auf die Trommeln 72 bzw. 73 aufgewickelt, so dass es quer durch den torförmigen Block 51 hindurch verläuft. Eine Platte 80 aus rostfreiem Stahl, die als Spannvorrichtung verwendet wird, wird durch eine Fördereinrichtung überführt und auf dem Tisch 40A gespannt. Das Polyimid-Filmband 76 ist in einer Position (H1) geringfügig höher als die Platte 80 aus rostfreiem Stahl angeordnet, die auf den Tisch 40A aufgesetzt ist. Das Polyimid-Filmband 76 wird in einer Richtung A durch Drehen einer jeden der Trommeln 72 und 73 weiter befördert, die jeweils durch die Motoren 74 bzw. 75 angetrieben werden.
  • Das Polyimid-Filmband 76 hat eine relativ niedrige thermische Leitfähigkeit, nämlich etwa 12°C/cm. Die Dicke des Polyimid-Filmbandes 76 ist 25 μm. Eine Heizeinrichtung 95 ist in dem Tisch 40A so montiert, dass der Tisch 40A auf 80°C aufgeheizt wird.
  • Der Hebe- und Absenkmechanismus 52 bewirkt, dass ein Führungselement 55 eines Kopfhaltemechanismus 54 sich auf und ab bewegt (vertikale Hin- und Herbewegung).
  • Es wird jetzt eine Beschreibung des Chip-Montageverfahrens unter Verwendung der Chip-Montagemaschine 50 mit der Struktur, die oben beschrieben wurde, vorgelegt.
  • Als erstes wird der Chip 10 unter Verwendung einer den Chip provisorisch montierenden Maschine (nicht gezeigt) auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte 81 provisorisch montiert, die auf der Platte 80 aus rostfreiem Stahl fixiert ist. Im Ergebnis wird ein Halbfertigprodukt 90 gebildet, bei welchem der Chip 10 provisorisch montiert ist. Als nächstes wird das Halbfertigprodukt 90 durch die Fördereinrichtung zu der Chip-Montagemaschine 50 überführt und in dieser gespannt. Der Kopf 30A drückt den Chip 10 unter Erwärmug auf die flexible gedruckte Leiterplatte 81, so dass der Chip 10 auf der flexiblen gedruckten Leiterplatte 81 fertigmontiert wird.
  • 6 zeigt einen Zustand, bei welchem das in die Chip-Montagemaschine 50 überführte Halbfertigprodukt 90 auf dem Tisch 40A positioniert gespannt ist. Das Polyimid-Filmband 76 befindet sich geringfügig oberhalb des Chip 10.
  • Nachdem festgestellt worden ist, dass das Halbfertigprodukt 90 auf dem Tisch 40A positioniert und gespannt worden ist, wird der Hebe- und Absenkmechanismus 52 betätigt, so dass der Kopf 30A sich nach unten bewegt. Wie vergrößert in 7 dargestellt ist, drückt der Kopf 30A den Chip 10 unter gleichzeitiger Anwendung von Wärme auf die flexible Leiterplatte 81. Zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 ist das Polyimid-Filmband 76 angeordnet. Nachdem eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist, wird der Kopf 30A veranlasst, sich nach oben zu bewegen und sich von dem Chip 10 zu trennen.
  • Wenn der Hebe- und Fallmechanismus 50 betätigt wird, so dass sich der Kopfhaltemechanismus 54 nach unten bewegt und der Kopf 30A in Kontakt mit dem Chip 10 gebracht wird, dann beginnt eine Zusammendrückung einer Feder 56. Danach wird der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 erhöht, indem man das Zusammendrückungsmaß der Feder 56 erhöht. Der Hebe- und Absenkmechanismus 50 wird betätigt, bis das Zusammendrückungsmaß der Feder 56 einen vorgegebenen Wert erreicht. Ein Anfangs-Zusammendrückungsmaß der Feder 56 wird durch eine Schraube 57 eingestellt.
  • Die Presskennlinie des den Chip 10 pressenden Kopfes 30A ist durch eine Linie I in 8 gekennzeichnet. D.h., der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 wird nach und nach erhöht, ausgehend von einem Zeitpunkt t10, wie durch eine Linie Ia angegeben ist, und er erreicht einen Wert PAa zu einem Zeitpunkt t12. Danach wird der Druck beim Wert PAa beibehalten, wie durch eine Linie Ib angegeben ist, und er wird nach und nach abgesenkt, ausgehend von einem Zeitpunkt t14, wie durch eine Linie Ic angegeben ist. Der Zeitpunkt t14 ist ein Zeitpunkt, bei welchem eine Zeitperiode T1, die benötigt wird, um den Kleber 39 vollständig auszuhärten, abläuft, ausgehend von einem Zeitpunkt t13, bei welchem die Temperatur des Klebers 39 die Aushärtetemperatur von 170°C erreicht.
  • Zusätzlich wird, ausgehend von einem Zeitpunkt, bei welchem der Kopf 30A in Kontakt mit dem Chip 10 gebracht wird, der Kleber 39 über den Chip 10 aufgeheizt, bis die Temperatur des Klebers 39 die Aushärtetemperatur von 170°C erreicht. Die Temperatur des Klebers 39 schwankt, wie durch eine Linie II in 8 angegeben ist.
  • Wenn das Polyimid-Filmband 76 nicht zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 angeordnet ist, so dass der Kopf 30A in direktem Kontakt mit dem Chip 10 ist, dann wird die Temperatur des Klebers 39 rasch erhöht, wie durch eine Linie IIa in 8 angegeben ist. Eine Zeitperiode T2 zwischen dem Zeitpunkt t10, bei welchem der Kopf 30A in Kontakt mit dem Chip 10 gebracht wird, und einem Zeitpunkt t11, bei welchem die Temperatur des Klebers 39 die Aushärtetemperatur von 170°C erreicht, ist relativ kurz. Als Ergebnis dessen liegt der Zeitpunkt t12, bei welchem der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 den vorgegebenen Wert PAa erreicht, nach dem Zeitpunkt t11. D.h., bevor der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 den vorgegebenen Wert PAa erreicht, beginnt der Kleber auszuhärten. Deshalb könnten einige der Höcker 36 unvollständig mit den Pads verbunden sein.
  • Da entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Polyimid-Filmband 76 zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 angeordnet ist, wird jedoch andererseits die Wärme durch das Polyimid-Filmband 76, welches eine niedrige thermische Leitfähigkeit hat, auf den Kleber 39 übertragen. Als Ergebnis dessen wird die Temperatur des Klebers 39, ausgehend von dem Zeitpunkt t10, bei welchem der Kopf 30A beginnt, auf den Chip zu drücken, auf die Aushärtetemperatur von 170°C erhöht, wie durch eine Linie IIb angegeben ist. Die Linie IIb ist flacher geneigt als die Linie IIa. Eine Zeitperiode T3 zwischen dem Zeitpunkt t10, bei welchem der Kopf 30A beginnt, auf den Chip 10 zu drücken, und dem Zeitpunkt t13, bei welchem die Temperatur des Klebers 39 die Aushärtetemperatur von 170°C erreicht, ist um T4 größer als die oben beschriebene Zeitperiode T2.
  • Der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 erreicht demnach den vorgegebenen Wert PAa im Zeitpunkt t12, vor dem Zeitpunkt t13. D.h., bevor der Kleber 39 beginnt, auszuhärten, erreicht der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 den vorgegebenen Wert PAa. Nachdem der Druck den vorgegebenen Wert erreicht, beginnt der Kleber 39 auszuhärten. Als Ergebnis dessen wird der Höcker 36 in geeigneter Weise auf das Pad gedrückt, um so sicher mit dem Pad verbunden zu werden. Der Chip 10 kann so mit einer hohen Zuverlässigkeit auf der Leiterplatte montiert werden.
  • Zusätzlich zeigt eine Linie IIc in 8 eine Anstiegscharakteristik der Temperatur des Klebers 39 an, wenn das Halbfertigprodukt 90 auf dem Tisch 40 gespannt ist und durch diesen erwärmt wird.
  • Da das Polyimid-Filmband 76 eine Wärmewiderstandseigenschaft hat, klebt das Polyimid-Filmband 76 nicht an dem Kopf 30A und dem Chip 10 an. Das Polyimid-Filmband 76 ist flexibel, so dass die Oberfläche des Chip 10 nicht beschädigt wird.
  • Nachdem der Kopf 30A sich aufwärts bewegt und von dem Chip 10 getrennt wird, werden die Motoren 73 und 74 angetrie ben, so dass das Polyimid-Filmband 76 um einen Schritt weiterbewegt wird. Als Ergebnis dessen wird ein Teil des Polyimid-Filmbandes 76, welcher zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 angeordnet war, nach außerhalb des torförmigen Blockes 51 bewegt, und ein neuer Teil des Polyimid-Filmbandes 76, welcher noch nicht benutzt worden ist, wird in einen Zwischenraum in dem torförmigen Block 51 gefördert. Der neue Teil des Polyimid-Filmbandes 76 wird für das nächste Halbfertigprodukt 90 verwendet und demnach zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 angeordnet.
  • Ein Polyester-Filmband oder ein Silikon-Filmband kann als Ersatz für das Polyimid-Filmband 76 verwendet werden.
  • Anstatt ein Material mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit, wie etwa das Polyimid-Filmband 76, zwischen dem Kopf 30A und dem Chip 10 anzuordnen, kann der Kopf 30A unmittelbar bevor der Kopf 30A in Kontakt mit dem Chip 10 gebracht wird, zeitweilig gekühlt werden.
  • Wenn die Heizeinrichtung in dem Kopf 30A eingeschaltet wird, nachdem der Kopf 30 auf den Chip 10 drückt, dann kann ohne das Polyimid-Filmband 76 der Kleber 39 beginnen, auszuhärten, nachdem der Druck des Kopfes 30A auf den Chip 10 den vorgegebenen Wert PAa erreicht. Allerdings wird gemäß diesem Verfahren eine Zeitperiode, die zum Montieren des Chip erforderlich ist, verlängert, so dass die Produktivität schlechter wird. von einem Gesichtspunkt der Produktivität ist das Verfahren gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zu bevorzugen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausgestaltungen beschränkt; vielmehr können andere Varianten und Abwandlungen ausgeführt werden, ohne dass man den Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, verlässt.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Montieren einer Halbleitereinrichtung (31, 32; 10) mit Höckern (36) auf einer Leiterplatte (33; 81) mit Pads (34) derart, dass jeder der Höcker mit einem entsprechenden der Pads verbunden wird, wobei ein isolierender Kleber (39), welcher durch Wärme gehärtet wird, zwischen der Halbleitereinrichtung und der Leiterplatte abgeordnet ist, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Pressen der Höcker der Halbleitereinrichtung auf die Pads der Leiterplatte; und (b) Aufheizen eines Bereiches, in welchem jeder der Höcker und ein entsprechendes der Pads in Kontakt miteinander sind, wobei ein Druck (PP) der Höcker auf die Pads einen vorgegebenen Wert (PA) erreicht, bevor eine Temperatur (TT) des isolierenden Klebers, auf den im Schritt (b) Wärme übertragen wird, eine Temperatur (HT) erreicht, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass: der Pressvorgang und der Heizvorgang durch einen Kopf (30; 30A) ausgeführt werden, welcher auf die Temperatur aufgeheizt wird, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird, und der Druck des Kopfes auf die Halbleitereinrichtung aufgehoben wird, nachdem der isolierende Kleber vollständig ausgehärtet ist; und der Prozess ferner die folgenden Schritte umfasst: (c) Vorsehen eines Elementes (76) zwischen der Halbleitereinrichtung und dem Kopf, wobei dieses Element eine thermische Eigenschaft hat, die Übertragung von Wärme zu verzögern derart, dass die Übertragung der Wärme von dem Kopf auf den isolierenden Kleber durch dieses Element so verzögert wird, dass der Druck der Höcker auf die Pads den vorgegebenen Wert erreicht, bevor eine Temperatur des isolierenden Klebers, auf den Wärme von diesem Kopf übertragen wird, eine Temperatur erreicht, bei der der isolierende Kleber gehärtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Element ein Band ist, und ferner umfassend einen Schritt des Bewegens dieses Bandes um einen Schritt, nachdem der Druck des Kopfes auf die Halbleitereinrichtung aufgehoben worden ist, so dass ein neuer Teil dieses Bandes, welcher noch nicht benutzt worden ist, in einen Zwischenraum zwischen der Halbleitereinrichtung und dem Kopf gefördert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche ein Polyimid-Filmband, ein Polyester-Filmband und ein Silikon-Filmband umfasst.
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