JP2000183079A - 素子接合装置 - Google Patents
素子接合装置Info
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- JP2000183079A JP2000183079A JP35978098A JP35978098A JP2000183079A JP 2000183079 A JP2000183079 A JP 2000183079A JP 35978098 A JP35978098 A JP 35978098A JP 35978098 A JP35978098 A JP 35978098A JP 2000183079 A JP2000183079 A JP 2000183079A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
- H01L24/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒータや超音波振動装置等を不要として構成
の簡略化，低コスト化を図りつつ、基盤上の素子に対す
る位置決めを容易にする。 【解決手段】 シリコン基盤１上に半導体ベアチップ３
ａ，３ｂ，３ｃを接合するに当たり、ＹＡＧレーザ４を
基盤１の部品実装面とは反対側に設置して、そのレーザ
パワーと発生時間との制御を行なう一方、焦点可変機構
７を設けてレーザのスポットサイズを調整可能とするこ
とにより、余計な部品を無くして簡略化，低コスト化を
図りつつ、部品接合時の位置決めを容易にする。
の簡略化，低コスト化を図りつつ、基盤上の素子に対す
る位置決めを容易にする。 【解決手段】 シリコン基盤１上に半導体ベアチップ３
ａ，３ｂ，３ｃを接合するに当たり、ＹＡＧレーザ４を
基盤１の部品実装面とは反対側に設置して、そのレーザ
パワーと発生時間との制御を行なう一方、焦点可変機構
７を設けてレーザのスポットサイズを調整可能とするこ
とにより、余計な部品を無くして簡略化，低コスト化を
図りつつ、部品接合時の位置決めを容易にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン基盤上
に半導体ベアチップ等を接合して高密度の機能素子を製
造するための、素子接合装置に関する。
に半導体ベアチップ等を接合して高密度の機能素子を製
造するための、素子接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基盤上に半導体等を接合して機能
素子を製造する方法として、基盤に錫，金等からなる半
田合金を付着させ、この上に部品を載せ部品面から赤外
線ランプ等によって部品および基盤全体を加熱し、半田
を溶かして接合する所謂リフロー式がある。しかし、こ
のリフロー式は部品面側から加熱するため、異種の部品
に対してもほぼ同じ温度となり、限界温度の最も低い部
品に合わせて接合する必要があり、最適な温度条件を出
すことが難しい。また、部品の位置を精度良く接合する
ために部品を外部機構で固定しようとしても、照射光を
妨げるなどの問題もある。
素子を製造する方法として、基盤に錫，金等からなる半
田合金を付着させ、この上に部品を載せ部品面から赤外
線ランプ等によって部品および基盤全体を加熱し、半田
を溶かして接合する所謂リフロー式がある。しかし、こ
のリフロー式は部品面側から加熱するため、異種の部品
に対してもほぼ同じ温度となり、限界温度の最も低い部
品に合わせて接合する必要があり、最適な温度条件を出
すことが難しい。また、部品の位置を精度良く接合する
ために部品を外部機構で固定しようとしても、照射光を
妨げるなどの問題もある。
【０００３】これに対し、図３のような方式もある。こ
れは、シリコン基盤１の光透過性を利用するもので、シ
リコン基盤１に対して部品（半導体素子）３の面の反対
方向からランプ光を集光して、基盤の広い範囲（加熱エ
リア参照）を加熱し半田２を溶かして接合する、所謂ラ
イトビーム方式と呼ばれるものである。このライトビー
ム方式では、光の拡散が大きい他、シリコンに対しても
光吸収が高く、加熱範囲を小さくしようとしてもΦ３〜
５ｍｍ程度の広い範囲が加熱される。このため、０．２
ｍｍ角程度の部品を０．１ｍｍ程度の間隔で接合しよう
としても全体が加熱されることから、高い位置決め精度
で接合できないという問題があり、高密度に微細な素子
を組み合わせてパターンを形成する上で大きな支障とも
なっている。
れは、シリコン基盤１の光透過性を利用するもので、シ
リコン基盤１に対して部品（半導体素子）３の面の反対
方向からランプ光を集光して、基盤の広い範囲（加熱エ
リア参照）を加熱し半田２を溶かして接合する、所謂ラ
イトビーム方式と呼ばれるものである。このライトビー
ム方式では、光の拡散が大きい他、シリコンに対しても
光吸収が高く、加熱範囲を小さくしようとしてもΦ３〜
５ｍｍ程度の広い範囲が加熱される。このため、０．２
ｍｍ角程度の部品を０．１ｍｍ程度の間隔で接合しよう
としても全体が加熱されることから、高い位置決め精度
で接合できないという問題があり、高密度に微細な素子
を組み合わせてパターンを形成する上で大きな支障とも
なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、特開平１０−
１９０２０９号公報のように、素子実装面の反対側から
のレーザ光による照射と、素子実装面上方からの熱また
は超音波振動の印加とを組み合わせたものが提案されて
いる。しかしながら、この方式は熱または超音波振動の
いずれかを与えるためにヒータまたは超音波振動装置を
必要とするだけでなく、これらが素子実装面上方に設置
されるため位置決めの際の妨げとなり、高精度な位置決
めが困難になるなどの問題がある。したがって、この発
明の課題は、ヒータや超音波振動装置を不要として構成
の簡素化，低コスト化を図りつつ、高精度な位置決めを
容易にすることにある。
１９０２０９号公報のように、素子実装面の反対側から
のレーザ光による照射と、素子実装面上方からの熱また
は超音波振動の印加とを組み合わせたものが提案されて
いる。しかしながら、この方式は熱または超音波振動の
いずれかを与えるためにヒータまたは超音波振動装置を
必要とするだけでなく、これらが素子実装面上方に設置
されるため位置決めの際の妨げとなり、高精度な位置決
めが困難になるなどの問題がある。したがって、この発
明の課題は、ヒータや超音波振動装置を不要として構成
の簡素化，低コスト化を図りつつ、高精度な位置決めを
容易にすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、この請求項１の発明では、導電性を有する物質を
蒸着またはメッキした基盤上に、前記蒸着またはメッキ
層と接する面に導電性を有する物質の半田層を蒸着また
はメッキした半導体素子を接合する素子接合装置におい
て、 前記基盤の素子実装面とは反対側に設けられ、前
記半田を溶融する熱源として用いられるレーザ発生源
と、このレーザ発生源からのレーザ光のスポットサイズ
を調整する焦点可変機構とを設け、前記レーザ発生源か
らのレーザパワーと照射時間とを制御しながら各接合面
を照射ようにしている。
べく、この請求項１の発明では、導電性を有する物質を
蒸着またはメッキした基盤上に、前記蒸着またはメッキ
層と接する面に導電性を有する物質の半田層を蒸着また
はメッキした半導体素子を接合する素子接合装置におい
て、 前記基盤の素子実装面とは反対側に設けられ、前
記半田を溶融する熱源として用いられるレーザ発生源
と、このレーザ発生源からのレーザ光のスポットサイズ
を調整する焦点可変機構とを設け、前記レーザ発生源か
らのレーザパワーと照射時間とを制御しながら各接合面
を照射ようにしている。
【０００６】上記請求項１の発明においては、前記基盤
をシリコン基盤とし、レーザ発生源をＹＡＧレーザとす
ることができる（請求項２の発明）。また、上記請求項
１または２の発明においては、前記レーザパワーを段階
的に制御することができる。さらに、上記請求項２また
は３の発明においては、前記ＹＡＧレーザは、各素子当
たりの照射時間を１５〜６０秒間連続照射とし、ＹＡＧ
レーザのパワー密度をシリコン基盤の表面で５０Ｗ／ｍ
ｍ2 以下とすることができる（請求項４の発明）。
をシリコン基盤とし、レーザ発生源をＹＡＧレーザとす
ることができる（請求項２の発明）。また、上記請求項
１または２の発明においては、前記レーザパワーを段階
的に制御することができる。さらに、上記請求項２また
は３の発明においては、前記ＹＡＧレーザは、各素子当
たりの照射時間を１５〜６０秒間連続照射とし、ＹＡＧ
レーザのパワー密度をシリコン基盤の表面で５０Ｗ／ｍ
ｍ2 以下とすることができる（請求項４の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す断面構造図である。シリコン基盤１には導電性物質と
して錫，金等からなる半田２ａ，２ｂ，２ｃを介して
０．２ｍｍ角程度の半導体ベアチップ３ａ，３ｂ，３ｃ
が配置される。なお、ここでは図示を省略しているが、
シリコン基盤１と半田２ａ，２ｂ，２ｃの間には、導電
性物質として金を含む合金がシリコン基盤１にメッキさ
れており、また、半導体ベアチップ３ａ，３ｂ，３ｃの
下部にも導電性物質として金を含む合金がメッキされて
いる。ここで、シリコン基盤１にメッキされる導電性物
質は、半田２ａ，２ｂ，２ｃにメッキされる導電性物質
より融点が高い。これらのベアチップ部品は、位置決め
用の顕微鏡９およびハンドリング８等により、概略的な
位置決めが予めなされている。なお、この位置決めにつ
いては従来と同様なので、説明は省略する。
す断面構造図である。シリコン基盤１には導電性物質と
して錫，金等からなる半田２ａ，２ｂ，２ｃを介して
０．２ｍｍ角程度の半導体ベアチップ３ａ，３ｂ，３ｃ
が配置される。なお、ここでは図示を省略しているが、
シリコン基盤１と半田２ａ，２ｂ，２ｃの間には、導電
性物質として金を含む合金がシリコン基盤１にメッキさ
れており、また、半導体ベアチップ３ａ，３ｂ，３ｃの
下部にも導電性物質として金を含む合金がメッキされて
いる。ここで、シリコン基盤１にメッキされる導電性物
質は、半田２ａ，２ｂ，２ｃにメッキされる導電性物質
より融点が高い。これらのベアチップ部品は、位置決め
用の顕微鏡９およびハンドリング８等により、概略的な
位置決めが予めなされている。なお、この位置決めにつ
いては従来と同様なので、説明は省略する。
【０００８】一方、シリコン基盤１の下部には、ＹＡＧ
レーザ発振器４から集光用の凸レンズ５を介して、ＹＡ
Ｇレーザ収束光が所定の部品の下部に照射されるよう、
レーザビーム６の位置が決められる。また、レーザのス
ポットサイズを可変にするため、ここでは焦点可変機構
７を有している。この焦点可変機構としては、例えば歯
車機構を結合するなどして、凸レンズ５をレーザ光の光
軸方向に移動させるものが考えられるが、これに限らな
いことは勿論である。
レーザ発振器４から集光用の凸レンズ５を介して、ＹＡ
Ｇレーザ収束光が所定の部品の下部に照射されるよう、
レーザビーム６の位置が決められる。また、レーザのス
ポットサイズを可変にするため、ここでは焦点可変機構
７を有している。この焦点可変機構としては、例えば歯
車機構を結合するなどして、凸レンズ５をレーザ光の光
軸方向に移動させるものが考えられるが、これに限らな
いことは勿論である。
【０００９】基盤１の材料としては、シリコンの他にセ
ラミックスやガラスなどが挙げられるが、ＹＡＧレーザ
に対する透過性を考慮すれば、シリコンが透過性の点で
優れていると言える。すなわち、ＹＡＧレーザはシリコ
ンに対して８０％以上は透過する性質があり、光学レン
ズによってΦ０．１ｍｍ程度まで集光可能であることに
着目し、シリコン基盤の部品実装面とは反対方向から照
射することで、シリコン基盤１全体を加熱することなく
個々の部品の接合面を直接加熱できるようにしたもので
ある。
ラミックスやガラスなどが挙げられるが、ＹＡＧレーザ
に対する透過性を考慮すれば、シリコンが透過性の点で
優れていると言える。すなわち、ＹＡＧレーザはシリコ
ンに対して８０％以上は透過する性質があり、光学レン
ズによってΦ０．１ｍｍ程度まで集光可能であることに
着目し、シリコン基盤の部品実装面とは反対方向から照
射することで、シリコン基盤１全体を加熱することなく
個々の部品の接合面を直接加熱できるようにしたもので
ある。
【００１０】ＹＡＧレーザ発振器４は通常Ｋｒアークラ
ンプによって励起される。そこで、この発明では図示さ
れない電力または電流制御手段を用いて、上記ランプに
流す電流を制御することによりレーザパワー（またはパ
ワー密度）を制御し、結果的に基盤表面の温度の制御を
行なうようにしている。その場合の時間と温度（基盤表
面の温度）との関係例を、図２に示す。すなわち、横軸
は時間で、Ｔは各素子当たりの照射時間を示し、ここで
は大体１５〜６０秒とされる。また、温度を、ここでは
照射時間Ｔの前半では比較的低くなるように、後半では
比較的高くなるよう上記ランプに流す電流を２段階に分
けて制御している。これは、レーザパワーを強くして長
時間照射すると基盤まで傷めてしまうので、最初は少し
弱めにして仮接合し、その後温度を高くして本接合する
ためである。なお、仮接合または本接合による位置ずれ
を防ぐため、必要に応じて加圧等の手段が付与される。
ンプによって励起される。そこで、この発明では図示さ
れない電力または電流制御手段を用いて、上記ランプに
流す電流を制御することによりレーザパワー（またはパ
ワー密度）を制御し、結果的に基盤表面の温度の制御を
行なうようにしている。その場合の時間と温度（基盤表
面の温度）との関係例を、図２に示す。すなわち、横軸
は時間で、Ｔは各素子当たりの照射時間を示し、ここで
は大体１５〜６０秒とされる。また、温度を、ここでは
照射時間Ｔの前半では比較的低くなるように、後半では
比較的高くなるよう上記ランプに流す電流を２段階に分
けて制御している。これは、レーザパワーを強くして長
時間照射すると基盤まで傷めてしまうので、最初は少し
弱めにして仮接合し、その後温度を高くして本接合する
ためである。なお、仮接合または本接合による位置ずれ
を防ぐため、必要に応じて加圧等の手段が付与される。
【００１１】また、縦軸の温度を所定値にするための単
位面積当たりのパワー、つまりパワー密度としては５０
Ｗ／ｍｍ2 以下としている。これはこの値以上にする
と、シリコン基盤まで溶融してしまうだけでなく、半田
も酸化および蒸発してしまうためである。したがって、
上記ランプに流す電流の制御にもとづくパワー制御をし
ても、焦点可変機構７によるスポットサイズの制御にも
とづきパワー密度は変化するので、スポットサイズを最
小に絞った状態でも、そのパワー密度が５０Ｗ／ｍｍ2
以下となるような配慮が別途必要となる。
位面積当たりのパワー、つまりパワー密度としては５０
Ｗ／ｍｍ2 以下としている。これはこの値以上にする
と、シリコン基盤まで溶融してしまうだけでなく、半田
も酸化および蒸発してしまうためである。したがって、
上記ランプに流す電流の制御にもとづくパワー制御をし
ても、焦点可変機構７によるスポットサイズの制御にも
とづきパワー密度は変化するので、スポットサイズを最
小に絞った状態でも、そのパワー密度が５０Ｗ／ｍｍ2
以下となるような配慮が別途必要となる。
【００１２】以上のような構成において、例えば半導体
ベアチップ３ｂをシリコン基盤１に接合する場合、半導
体ベアチップ３ｂの大きさは予め分かっているので、こ
の大きさよりも若干大き目のレーザスポットが当該部品
の下部に照射されるよう、凸レンズ５と基盤１の間隔が
焦点可変機構７により調整される。レーザビーム６はシ
リコン基盤１を透過して半田２ｂに照射され、加熱され
るので、半導体ベアチップ３ｂがシリコン基盤１に接合
されることになる。このとき、位置決め用顕微鏡９およ
びハンドリング８によって位置を微調整する。なお、こ
の発明では、位置決め用顕微鏡９およびハンドリング８
を接合部品の真上に位置させることが可能なため、接合
部品の斜め方向から位置決めするよりも高精度な位置決
めが可能となる。次に、シリコン基盤１上の別なベアチ
ップ３ｃを接合する場合も、上記と同様にレーザビーム
６，焦点可変機構７，ハンドリング８および位置決め用
顕微鏡９を移動させて接合する。
ベアチップ３ｂをシリコン基盤１に接合する場合、半導
体ベアチップ３ｂの大きさは予め分かっているので、こ
の大きさよりも若干大き目のレーザスポットが当該部品
の下部に照射されるよう、凸レンズ５と基盤１の間隔が
焦点可変機構７により調整される。レーザビーム６はシ
リコン基盤１を透過して半田２ｂに照射され、加熱され
るので、半導体ベアチップ３ｂがシリコン基盤１に接合
されることになる。このとき、位置決め用顕微鏡９およ
びハンドリング８によって位置を微調整する。なお、こ
の発明では、位置決め用顕微鏡９およびハンドリング８
を接合部品の真上に位置させることが可能なため、接合
部品の斜め方向から位置決めするよりも高精度な位置決
めが可能となる。次に、シリコン基盤１上の別なベアチ
ップ３ｃを接合する場合も、上記と同様にレーザビーム
６，焦点可変機構７，ハンドリング８および位置決め用
顕微鏡９を移動させて接合する。
【００１３】
【発明の効果】この発明によれば、シリコン基盤の部品
実装面とは反対方向からＹＡＧレーザを適切なスポット
サイズにして照射することができ、シリコン基盤全体を
加熱することがないため、位置決め接合を終了した部品
を再加熱して位置を狂わすおそれもなく、したがって、
構成が簡単かつ安価となり、位置決めも容易になるとい
う利点が得られる。また、部品実装面とは反対方向から
の照射であるため、容易に顕微鏡，ハンドリングによる
位置決めができることから、高精度の位置決めが可能で
ある。
実装面とは反対方向からＹＡＧレーザを適切なスポット
サイズにして照射することができ、シリコン基盤全体を
加熱することがないため、位置決め接合を終了した部品
を再加熱して位置を狂わすおそれもなく、したがって、
構成が簡単かつ安価となり、位置決めも容易になるとい
う利点が得られる。また、部品実装面とは反対方向から
の照射であるため、容易に顕微鏡，ハンドリングによる
位置決めができることから、高精度の位置決めが可能で
ある。
【図１】この発明の実施の形態を示す構造断面図であ
る。
る。
【図２】レーザパワーの制御例を示す特性図である。
【図３】従来例を示す構造断面図である。
１…基盤（シリコン基盤）、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…半
田、３…部品（半導体素子）、３ａ，３ｂ，３ｃ…半導
体ベアチップ、４…レーザ発振器、５…凸レンズ、６…
レーザビーム、７…焦点可変機構、８…ハンドル、９…
位置決め用顕微鏡。
田、３…部品（半導体素子）、３ａ，３ｂ，３ｃ…半導
体ベアチップ、４…レーザ発振器、５…凸レンズ、６…
レーザビーム、７…焦点可変機構、８…ハンドル、９…
位置決め用顕微鏡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｃ
Claims (4)
- 【請求項１】 導電性を有する物質を蒸着またはメッキ
した基盤上に、前記蒸着またはメッキ層と接する面に導
電性を有する物質の半田層を蒸着またはメッキした半導
体素子を接合する素子接合装置において、 前記基盤の素子実装面とは反対側に設けられ、前記半田
を溶融する熱源として用いられるレーザ発生源と、この
レーザ発生源からのレーザ光のスポットサイズを調整す
る焦点可変機構とを設け、前記レーザ発生源からのレー
ザパワーと照射時間とを制御しながら各接合面を照射す
ることを特徴とする素子接合装置。 - 【請求項２】 前記基盤をシリコン基盤とし、レーザ発
生源をＹＡＧレーザとすることを特徴とする請求項１に
記載の素子接合装置。 - 【請求項３】 前記レーザパワーを段階的に制御するこ
とを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の素
子接合装置。 - 【請求項４】 前記ＹＡＧレーザは、各素子当たりの照
射時間を１５〜６０秒間連続照射とし、ＹＡＧレーザの
パワー密度をシリコン基盤の表面で５０Ｗ／ｍｍ2 以下
とすることを特徴とする請求項２または３のいずれかに
記載の素子接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35978098A JP2000183079A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 素子接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35978098A JP2000183079A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 素子接合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183079A true JP2000183079A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18466257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35978098A Pending JP2000183079A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 素子接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000183079A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009522113A (ja) * | 2006-01-10 | 2009-06-11 | バレオ・エチユード・エレクトロニク | 少なくとも２個の積層部材を互いにろう付けする方法 |
| WO2013065861A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 日清紡メカトロニクス株式会社 | 電子部品の製造装置、電子部品の製造方法、およびｌｅｄ照明の製造方法 |
| CN105479025A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-04-13 | 长沙理工大学 | 一种超声辅助激光钎焊金刚石工具的方法 |
| JP2020040089A (ja) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | オー・エム・シー株式会社 | レーザー式はんだ付け方法とその装置 |
-
1998
- 1998-12-17 JP JP35978098A patent/JP2000183079A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009522113A (ja) * | 2006-01-10 | 2009-06-11 | バレオ・エチユード・エレクトロニク | 少なくとも２個の積層部材を互いにろう付けする方法 |
| US8723079B2 (en) | 2006-01-10 | 2014-05-13 | Valeo Etudes Electroniques | Laser soldering using thermal characteristics |
| WO2013065861A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 日清紡メカトロニクス株式会社 | 電子部品の製造装置、電子部品の製造方法、およびｌｅｄ照明の製造方法 |
| CN105479025A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-04-13 | 长沙理工大学 | 一种超声辅助激光钎焊金刚石工具的方法 |
| JP2020040089A (ja) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | オー・エム・シー株式会社 | レーザー式はんだ付け方法とその装置 |
| JP7255837B2 (ja) | 2018-09-10 | 2023-04-11 | オー・エム・シー株式会社 | レーザー式はんだ付け方法とその装置 |
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