JP2003258037A - レーザ光を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド - Google Patents
レーザ光を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合ヘッドの重量の増加がほとんどなく、か
つ装置全体が複雑にならない簡単な構造で、半導体チッ
プ側を効果的に加熱することができる接合ヘッドを提供
し、より信頼性の高い超音波フリップチップ実装を実現
する。 【解決手段】 レーザ光１４Ｌを、接合ヘッド１０の外
部から光ファイバ１４により接合ヘッド１０内部のレー
ザ光吸収体１７に照射することにより加熱し、この熱を
熱伝導プレート１８を介して接合ヘッド１０外部に吸着
した半導体チップ１９に伝えることにより加熱する。
つ装置全体が複雑にならない簡単な構造で、半導体チッ
プ側を効果的に加熱することができる接合ヘッドを提供
し、より信頼性の高い超音波フリップチップ実装を実現
する。 【解決手段】 レーザ光１４Ｌを、接合ヘッド１０の外
部から光ファイバ１４により接合ヘッド１０内部のレー
ザ光吸収体１７に照射することにより加熱し、この熱を
熱伝導プレート１８を介して接合ヘッド１０外部に吸着
した半導体チップ１９に伝えることにより加熱する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを回
路基板に超音波フリップチップ接合する装置に係り、特
に半導体チップの加熱に関するものである。
路基板に超音波フリップチップ接合する装置に係り、特
に半導体チップの加熱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化や高性能化のために
は、電子部品を回路基板に実装するにあたり高密度に実
装する必要がある。そこで半導体チップの高密度実装に
フリップチップ実装が多く用いられるようになってき
た。フリップチップ実装は、半導体チップの電極にバン
プを形成し、このバンプと回路基板の電極パッドとを接
合するが、この接合方法としては、はんだリフローによ
る接合、アンダーフィル樹脂による接合、異方性導電フ
ィルムによる接合、熱圧着による接合、超音波接合など
がある。
は、電子部品を回路基板に実装するにあたり高密度に実
装する必要がある。そこで半導体チップの高密度実装に
フリップチップ実装が多く用いられるようになってき
た。フリップチップ実装は、半導体チップの電極にバン
プを形成し、このバンプと回路基板の電極パッドとを接
合するが、この接合方法としては、はんだリフローによ
る接合、アンダーフィル樹脂による接合、異方性導電フ
ィルムによる接合、熱圧着による接合、超音波接合など
がある。
【０００３】中でも超音波接合による実装方法は接続信
頼性が高く、特に高電力用や高信頼性機器に適した実装
方法として重要視されている。この超音波接合にあたっ
ては、接合部分への超音波振動の印加と加熱とを併用す
ることで、より接合強度を高め、安定した接合が得られ
ることが知られている。
頼性が高く、特に高電力用や高信頼性機器に適した実装
方法として重要視されている。この超音波接合にあたっ
ては、接合部分への超音波振動の印加と加熱とを併用す
ることで、より接合強度を高め、安定した接合が得られ
ることが知られている。
【０００４】接合部分を加熱するには、回路基板の底部
をホットプレートに密着させて加熱する方式が最も簡便
である。この方式は回路基板がセラミック基板であれば
大きな問題はないが、有機基板の場合には一般的に半導
体チップよりも熱膨張係数が大きいため、接合後の冷却
で回路基板が収縮し、接合部に応力がかかってしまうと
いう問題がある。
をホットプレートに密着させて加熱する方式が最も簡便
である。この方式は回路基板がセラミック基板であれば
大きな問題はないが、有機基板の場合には一般的に半導
体チップよりも熱膨張係数が大きいため、接合後の冷却
で回路基板が収縮し、接合部に応力がかかってしまうと
いう問題がある。
【０００５】上記の回路基板側を加熱する方式に対し、
半導体チップ側を加熱する方式が、特許第３０７８２３
１号により接合ヘッド全体を加熱する方式として開示さ
れている。また、回路基板側と半導体チップ側の両方を
加熱する方式が、各々の熱膨張係数に合わせて両方が略
同じ熱膨張するように加熱する方式として、特願２００
１−０５１６４４号で出願されている。
半導体チップ側を加熱する方式が、特許第３０７８２３
１号により接合ヘッド全体を加熱する方式として開示さ
れている。また、回路基板側と半導体チップ側の両方を
加熱する方式が、各々の熱膨張係数に合わせて両方が略
同じ熱膨張するように加熱する方式として、特願２００
１−０５１６４４号で出願されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記接
合ヘッド全体を加熱する方式は、半導体チップに比べ熱
容量が非常に大きい接合ヘッド全体を加熱するために大
がかりな加熱部分が必要となり、接合ヘッドにこの加熱
部分の重量が増し、接合に重要な荷重の制御を高精度に
行うためには装置が大規模になってしまうという問題が
ある。さらに熱容量の大きな接合ヘッド全体を加熱する
ために、急加熱つまりパルスヒート加熱が困難となるた
め、パルスヒート加熱に比べて半導体チップを長時間高
熱にさらさなければならず、半導体チップの熱によるダ
メージが大きくなってしまうという問題もある。また、
回路基板側と半導体チップ側の両方を加熱する方式は、
加熱時に各々の温度を正確に制御する必要があり、この
ために装置全体が複雑になってしまうという問題があ
る。
合ヘッド全体を加熱する方式は、半導体チップに比べ熱
容量が非常に大きい接合ヘッド全体を加熱するために大
がかりな加熱部分が必要となり、接合ヘッドにこの加熱
部分の重量が増し、接合に重要な荷重の制御を高精度に
行うためには装置が大規模になってしまうという問題が
ある。さらに熱容量の大きな接合ヘッド全体を加熱する
ために、急加熱つまりパルスヒート加熱が困難となるた
め、パルスヒート加熱に比べて半導体チップを長時間高
熱にさらさなければならず、半導体チップの熱によるダ
メージが大きくなってしまうという問題もある。また、
回路基板側と半導体チップ側の両方を加熱する方式は、
加熱時に各々の温度を正確に制御する必要があり、この
ために装置全体が複雑になってしまうという問題があ
る。
【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、接合ヘッドの重量の増加がほとんどなく、か
つ装置全体が複雑にならない簡単な構造で、半導体チッ
プ側をパルスヒート加熱することができる接合ヘッドを
提供し、もって、より信頼性の高い超音波フリップチッ
プ実装を実現することを目的とする。
たもので、接合ヘッドの重量の増加がほとんどなく、か
つ装置全体が複雑にならない簡単な構造で、半導体チッ
プ側をパルスヒート加熱することができる接合ヘッドを
提供し、もって、より信頼性の高い超音波フリップチッ
プ実装を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のレーザ光
を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ
実装用接合ヘッドは、レーザ光により励起されて発熱す
る活性イオンを含む媒質からなるレーザ光吸収体と、前
記レーザ光吸収体にレーザ光を導く光ファイバと、レー
ザ光によってレーザ光吸収体が発生した熱を半導体チッ
プに伝えると共に半導体チップを真空吸着するための吸
着用貫通孔を設けた熱伝導プレートを有し、前記接合ヘ
ッド底部に半導体チップの吸着面として前記熱伝導プレ
ートを取り付けたことを特徴としている。
を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ
実装用接合ヘッドは、レーザ光により励起されて発熱す
る活性イオンを含む媒質からなるレーザ光吸収体と、前
記レーザ光吸収体にレーザ光を導く光ファイバと、レー
ザ光によってレーザ光吸収体が発生した熱を半導体チッ
プに伝えると共に半導体チップを真空吸着するための吸
着用貫通孔を設けた熱伝導プレートを有し、前記接合ヘ
ッド底部に半導体チップの吸着面として前記熱伝導プレ
ートを取り付けたことを特徴としている。
【０００９】請求項２記載のレーザ光を用いて半導体チ
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記熱伝導プ
レート上面に前記レーザ光吸収体を取り付け、レーザ光
を前記接合ヘッド外部から前記光ファイバにより前記接
合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド内部に導光し、
前記レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱
し、この熱を前記熱伝導プレートを介して熱伝導プレー
ト下面に吸着した半導体チップに伝えることにより半導
体チップを加熱してフリップチップ接合することを特徴
としている。
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記熱伝導プ
レート上面に前記レーザ光吸収体を取り付け、レーザ光
を前記接合ヘッド外部から前記光ファイバにより前記接
合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド内部に導光し、
前記レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱
し、この熱を前記熱伝導プレートを介して熱伝導プレー
ト下面に吸着した半導体チップに伝えることにより半導
体チップを加熱してフリップチップ接合することを特徴
としている。
【００１０】請求項３記載のレーザ光を用いて半導体チ
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記熱伝導プ
レート上面に前記レーザ光吸収体を取り付け、また前記
接合ヘッド内部にミラーを設け、レーザ光を前記接合ヘ
ッド外部から前記光ファイバにより前記接合ヘッドの中
心軸の方向以外の方向から接合ヘッド内部に導光し、こ
のレーザ光を前記接合ヘッド内部で前記ミラーにより接
合ヘッドの中心軸上に光路変換して、前記レーザ光吸収
体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、この熱を前記熱
伝導プレートを介して熱伝導プレート下面に吸着した半
導体チップに伝えることにより半導体チップを加熱して
フリップチップ接合することを特徴としている。
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記熱伝導プ
レート上面に前記レーザ光吸収体を取り付け、また前記
接合ヘッド内部にミラーを設け、レーザ光を前記接合ヘ
ッド外部から前記光ファイバにより前記接合ヘッドの中
心軸の方向以外の方向から接合ヘッド内部に導光し、こ
のレーザ光を前記接合ヘッド内部で前記ミラーにより接
合ヘッドの中心軸上に光路変換して、前記レーザ光吸収
体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、この熱を前記熱
伝導プレートを介して熱伝導プレート下面に吸着した半
導体チップに伝えることにより半導体チップを加熱して
フリップチップ接合することを特徴としている。
【００１１】請求項４記載のレーザ光を用いて半導体チ
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記接合ヘッ
ド外部に前記レーザ光吸収体を取り付け、レーザ光を前
記接合ヘッド外部から前記光ファイバにより、前記レー
ザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、この熱
を前記接合ヘッド及び前記熱伝導プレートを介して熱伝
導プレート下面に吸着した半導体チップに伝えることに
より半導体チップを加熱してフリップチップ接合するこ
とを特徴としている。
ップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド
は、請求項１記載の接合ヘッドにおいて、前記接合ヘッ
ド外部に前記レーザ光吸収体を取り付け、レーザ光を前
記接合ヘッド外部から前記光ファイバにより、前記レー
ザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、この熱
を前記接合ヘッド及び前記熱伝導プレートを介して熱伝
導プレート下面に吸着した半導体チップに伝えることに
より半導体チップを加熱してフリップチップ接合するこ
とを特徴としている。
【００１２】請求項２乃至請求項４記載の超音波フリッ
プチップ実装用接合ヘッドによれば、超音波フリップチ
ップ実装するにあたって、レーザ光をレーザ光吸収体に
照射することによりレーザ光吸収体を加熱し、この熱を
熱伝導プレートを介して接合ヘッド外部に吸着した半導
体チップに伝えることで、一般的に回路基板よりも熱膨
張係数の小さい半導体チップ側を加熱することができる
ため、接合後の回路基板と半導体チップの間の応力の発
生が少なく、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実
装が可能となる。
プチップ実装用接合ヘッドによれば、超音波フリップチ
ップ実装するにあたって、レーザ光をレーザ光吸収体に
照射することによりレーザ光吸収体を加熱し、この熱を
熱伝導プレートを介して接合ヘッド外部に吸着した半導
体チップに伝えることで、一般的に回路基板よりも熱膨
張係数の小さい半導体チップ側を加熱することができる
ため、接合後の回路基板と半導体チップの間の応力の発
生が少なく、接続信頼性の高い超音波フリップチップ実
装が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、請求項１及
び請求項２に記載した、熱伝導プレート上面にレーザ光
吸収体を取り付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光フ
ァイバにより接合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド
内部に導光し、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収
体を加熱し、この熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プ
レート下面に吸着した半導体チップに伝えることにより
半導体チップを加熱してフリップチップ接合する超音波
フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図である。図２
は、請求項１及び請求項３に記載した、熱伝導プレート
上面にレーザ光吸収体を取り付け、また接合ヘッド内部
にミラーを設け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファ
イバにより接合ヘッドの中心軸の方向以外の方向から接
合ヘッド内部に導光し、このレーザ光を接合ヘッド内部
でミラーにより接合ヘッドの中心軸上に光路変換して、
レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、こ
の熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プレート下面に吸
着した半導体チップに伝えることにより半導体チップを
加熱してフリップチップ接合する超音波フリップチップ
実装用接合ヘッドの説明図である。図３は、請求項１及
び請求項４に記載した、接合ヘッド外部にレーザ光吸収
体を取り付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイ
バにより、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を
加熱し、この熱を接合ヘッド及び熱伝導プレートを介し
て熱伝導プレート下面に吸着した半導体チップに伝える
ことにより半導体チップを加熱してフリップチップ接合
する超音波フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図で
ある。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、請求項１及
び請求項２に記載した、熱伝導プレート上面にレーザ光
吸収体を取り付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光フ
ァイバにより接合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド
内部に導光し、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収
体を加熱し、この熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プ
レート下面に吸着した半導体チップに伝えることにより
半導体チップを加熱してフリップチップ接合する超音波
フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図である。図２
は、請求項１及び請求項３に記載した、熱伝導プレート
上面にレーザ光吸収体を取り付け、また接合ヘッド内部
にミラーを設け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファ
イバにより接合ヘッドの中心軸の方向以外の方向から接
合ヘッド内部に導光し、このレーザ光を接合ヘッド内部
でミラーにより接合ヘッドの中心軸上に光路変換して、
レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、こ
の熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プレート下面に吸
着した半導体チップに伝えることにより半導体チップを
加熱してフリップチップ接合する超音波フリップチップ
実装用接合ヘッドの説明図である。図３は、請求項１及
び請求項４に記載した、接合ヘッド外部にレーザ光吸収
体を取り付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイ
バにより、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を
加熱し、この熱を接合ヘッド及び熱伝導プレートを介し
て熱伝導プレート下面に吸着した半導体チップに伝える
ことにより半導体チップを加熱してフリップチップ接合
する超音波フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図で
ある。
【００１４】図１、図２及び図３において、１０は接合
ヘッド、１１は超音波振動子１１Ｕの振動を接合ヘッド
１０に伝達する超音波ホーン、１１Ｕは超音波振動子、
１２は接合ヘッド１０を加圧する加圧治具、１２Ｐは接
合ヘッド１０に加える圧力、１３は接合ヘッド１０の内
部を減圧し熱伝導プレート１８に半導体チップ１９を吸
着するための真空排気口、１４はレーザ光１４Ｌをレー
ザ光吸収体１７まで導く光ファイバ、１４Ｌはレーザ
光、１５はレーザ光１４Ｌの光路を変更するミラー、１
６は光ファイバ１４で導かれたレーザ光１４Ｌをムダな
くレーザ光吸収体１７に吸収させるためのレンズ、１７
はレーザ光１４Ｌにより発熱するレーザ光吸収体、１８
はレーザ光吸収体１７の熱を半導体チップ１９に伝える
熱伝導プレート、１８Ｋは熱伝導プレート１８に設けら
れた吸着用貫通孔、１９は半導体チップ、１９Ｂは半導
体チップ１９に形成したバンプ、２０は回路基板２１を
保持する接合ステージ、２１は回路基板、２１Ｄは回路
基板２１の電極パッドである。
ヘッド、１１は超音波振動子１１Ｕの振動を接合ヘッド
１０に伝達する超音波ホーン、１１Ｕは超音波振動子、
１２は接合ヘッド１０を加圧する加圧治具、１２Ｐは接
合ヘッド１０に加える圧力、１３は接合ヘッド１０の内
部を減圧し熱伝導プレート１８に半導体チップ１９を吸
着するための真空排気口、１４はレーザ光１４Ｌをレー
ザ光吸収体１７まで導く光ファイバ、１４Ｌはレーザ
光、１５はレーザ光１４Ｌの光路を変更するミラー、１
６は光ファイバ１４で導かれたレーザ光１４Ｌをムダな
くレーザ光吸収体１７に吸収させるためのレンズ、１７
はレーザ光１４Ｌにより発熱するレーザ光吸収体、１８
はレーザ光吸収体１７の熱を半導体チップ１９に伝える
熱伝導プレート、１８Ｋは熱伝導プレート１８に設けら
れた吸着用貫通孔、１９は半導体チップ、１９Ｂは半導
体チップ１９に形成したバンプ、２０は回路基板２１を
保持する接合ステージ、２１は回路基板、２１Ｄは回路
基板２１の電極パッドである。
【００１５】図１、図２及び図３で示す本実施の形態で
は、レーザ光１４Ｌは図示しない半導体レーザ発振器
（レーザダイオード）から発振する８０８．５ｎｍのレ
ーザ光を用いた。また、レーザ光吸収体１７はＹＡＧ結
晶（イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶、
Yttrium Aluminium Garnet, Y3Al5O12）にＮｄ（ネオジ
ウム、Neodymium）を１．０原子％ドーピング（拡散処
理）したものを用いた。尚、熱伝導プレート１８は熱伝
導率が高くかつ比較的硬度も高い銅合金等の素材を用い
るのが望ましい。
は、レーザ光１４Ｌは図示しない半導体レーザ発振器
（レーザダイオード）から発振する８０８．５ｎｍのレ
ーザ光を用いた。また、レーザ光吸収体１７はＹＡＧ結
晶（イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶、
Yttrium Aluminium Garnet, Y3Al5O12）にＮｄ（ネオジ
ウム、Neodymium）を１．０原子％ドーピング（拡散処
理）したものを用いた。尚、熱伝導プレート１８は熱伝
導率が高くかつ比較的硬度も高い銅合金等の素材を用い
るのが望ましい。
【００１６】まず、回路基板２１を接合ステージ２０に
固定し、半導体チップ１９を接合ヘッド１０の側面に設
けた真空排気口１３から接合ヘッド１０内の空気を排出
して、接合ヘッド１０内を減圧することで熱伝導プレー
ト１８に設けた吸着用貫通孔１８Ｋに吸着する。次いで
回路基板２１と半導体チップ１９を位置合わせする。
固定し、半導体チップ１９を接合ヘッド１０の側面に設
けた真空排気口１３から接合ヘッド１０内の空気を排出
して、接合ヘッド１０内を減圧することで熱伝導プレー
ト１８に設けた吸着用貫通孔１８Ｋに吸着する。次いで
回路基板２１と半導体チップ１９を位置合わせする。
【００１７】次に、フリップチップ実装の直前に、図示
しないレーザ発振器からレーザ光１４Ｌを発振し、光フ
ァイバ１４を経由して（図２の場合はさらにミラー１５
で反射して）レーザ光吸収体１７に照射する。このレー
ザ光１４Ｌの照射によりレーザ光吸収体１７を急加熱
し、この熱を熱伝導プレート１８を介して（図３の場合
は接合ヘッド１０及び熱伝導プレート１８を介して）熱
伝導プレート１８に吸着した半導体チップ１９を、例え
ば２００℃程度まで急加熱（パルスヒート加熱）する。
このパルスヒート加熱は半導体チップ１９が高温にさら
される時間が少なくてすみ、半導体チップ１９への熱に
よるダメージを小さくできる。
しないレーザ発振器からレーザ光１４Ｌを発振し、光フ
ァイバ１４を経由して（図２の場合はさらにミラー１５
で反射して）レーザ光吸収体１７に照射する。このレー
ザ光１４Ｌの照射によりレーザ光吸収体１７を急加熱
し、この熱を熱伝導プレート１８を介して（図３の場合
は接合ヘッド１０及び熱伝導プレート１８を介して）熱
伝導プレート１８に吸着した半導体チップ１９を、例え
ば２００℃程度まで急加熱（パルスヒート加熱）する。
このパルスヒート加熱は半導体チップ１９が高温にさら
される時間が少なくてすみ、半導体チップ１９への熱に
よるダメージを小さくできる。
【００１８】ここで、超音波接合時に回路基板２１や半
導体チップ１９に補助的に熱を加える場合の最適な温度
は、一般的には１００℃から２５０℃程度と言われてい
るが、レーザ光１４Ｌの照射タイミングや出力（光量）
は、接合ヘッド１０や熱伝導プレート１８の熱容量、半
導体チップ１９の耐熱性等により適宜調整するものとす
る。
導体チップ１９に補助的に熱を加える場合の最適な温度
は、一般的には１００℃から２５０℃程度と言われてい
るが、レーザ光１４Ｌの照射タイミングや出力（光量）
は、接合ヘッド１０や熱伝導プレート１８の熱容量、半
導体チップ１９の耐熱性等により適宜調整するものとす
る。
【００１９】また、半導体チップ１９の耐熱性等に問題
がなければ、パルスヒート加熱でなく、レーザ光１４Ｌ
の出力を落とし、かつレーザ光１４Ｌを長時間照射する
ことで熱伝導プレート１８を常時加熱するコンスタント
ヒートでもかまわないことは言うまでもない。
がなければ、パルスヒート加熱でなく、レーザ光１４Ｌ
の出力を落とし、かつレーザ光１４Ｌを長時間照射する
ことで熱伝導プレート１８を常時加熱するコンスタント
ヒートでもかまわないことは言うまでもない。
【００２０】上記の半導体チップ１９への加熱直後に、
接合ヘッド１０に対し、超音波振動子１１Ｕによる超音
波振動を超音波ホーン１１を介して加え、同時に加圧治
具１２を介して圧力１２Ｐを加えることにより、回路基
板２１の金の電極パッド２１Ｄと半導体チップ１９の金
バンプ１９Ｂが良好に超音波接合される。
接合ヘッド１０に対し、超音波振動子１１Ｕによる超音
波振動を超音波ホーン１１を介して加え、同時に加圧治
具１２を介して圧力１２Ｐを加えることにより、回路基
板２１の金の電極パッド２１Ｄと半導体チップ１９の金
バンプ１９Ｂが良好に超音波接合される。
【００２１】また、光ファイバ１４の導光路の断面積と
レーザ光吸収体１７のレーザ光１４Ｌが照射される面の
表面積が異なる場合に、光ファイバ１４の終端とレーザ
光吸収体１７の間にレンズ１６を設け、レンズ１６によ
り光ファイバ１４から照射されるレーザ光１４Ｌを集光
または拡散させて面積の違いを補正し、レーザ光吸収体
１７の表面全体に照射することで、レーザ光１４Ｌのエ
ネルギーを効率的に熱に変換することができる。
レーザ光吸収体１７のレーザ光１４Ｌが照射される面の
表面積が異なる場合に、光ファイバ１４の終端とレーザ
光吸収体１７の間にレンズ１６を設け、レンズ１６によ
り光ファイバ１４から照射されるレーザ光１４Ｌを集光
または拡散させて面積の違いを補正し、レーザ光吸収体
１７の表面全体に照射することで、レーザ光１４Ｌのエ
ネルギーを効率的に熱に変換することができる。
【００２２】上述の超音波接合はＡｕ−Ａｕ接合である
が、ＮｄをドープしたＹＡＧ結晶は８００℃以上の加熱
が可能なため、半導体チップ１９側の耐熱温度に問題が
なければ、電極パッド２１Ｄまたはバンプ１９Ｂの何れ
か片方をＳｎめっきし、半導体チップ１９側を３００℃
から３５０℃程度まで加熱することにより、Ａｕ−Ｓｎ
接合させてもよい。
が、ＮｄをドープしたＹＡＧ結晶は８００℃以上の加熱
が可能なため、半導体チップ１９側の耐熱温度に問題が
なければ、電極パッド２１Ｄまたはバンプ１９Ｂの何れ
か片方をＳｎめっきし、半導体チップ１９側を３００℃
から３５０℃程度まで加熱することにより、Ａｕ−Ｓｎ
接合させてもよい。
【００２３】このＡｕ−Ｓｎ接合の場合、半導体チップ
１９側の熱膨張が大きくなるため、特願２００１−０５
１６４４号で示されているように、接合ステージ２０側
を加熱し回路基板２１側も略同じ熱膨張するようにする
とよい。また、接合ステージ２０側を加熱し回路基板２
１側も略同じ熱膨張するようにすることは、Ａｕ−Ａｕ
接合においても効果的であることはいうまでもない。
１９側の熱膨張が大きくなるため、特願２００１−０５
１６４４号で示されているように、接合ステージ２０側
を加熱し回路基板２１側も略同じ熱膨張するようにする
とよい。また、接合ステージ２０側を加熱し回路基板２
１側も略同じ熱膨張するようにすることは、Ａｕ−Ａｕ
接合においても効果的であることはいうまでもない。
【００２４】図１または図２において、熱伝導プレート
１８全体をより均等に加熱したい場合や、レーザ光吸収
体１７の発熱量が小さい等の場合、複数の光ファイバ１
４を用いて複数のレーザ光吸収体１７にレーザ光を照射
し、熱伝導プレート１８を加熱すると良い。
１８全体をより均等に加熱したい場合や、レーザ光吸収
体１７の発熱量が小さい等の場合、複数の光ファイバ１
４を用いて複数のレーザ光吸収体１７にレーザ光を照射
し、熱伝導プレート１８を加熱すると良い。
【００２５】また、図３では光ファイバ１４とレンズ１
６及びレーザ光吸収体１７を２組用いているが、この数
は接合ヘッド１０の熱容量や超音波フリップチップ接合
装置全体のコスト等を考慮して決定すればよい。
６及びレーザ光吸収体１７を２組用いているが、この数
は接合ヘッド１０の熱容量や超音波フリップチップ接合
装置全体のコスト等を考慮して決定すればよい。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波フ
リップチップ実装用接合ヘッドによれば、接合ヘッドの
重量の増加がほとんどなく、かつ装置全体が複雑になら
ない簡単な構造で、一般的に回路基板よりも熱膨張係数
の小さい半導体チップ側を効果的に加熱することがで
き、これにより、より信頼性の高い超音波フリップチッ
プ実装を実現することができる。（請求項１乃至請求項
４記載の発明）
リップチップ実装用接合ヘッドによれば、接合ヘッドの
重量の増加がほとんどなく、かつ装置全体が複雑になら
ない簡単な構造で、一般的に回路基板よりも熱膨張係数
の小さい半導体チップ側を効果的に加熱することがで
き、これにより、より信頼性の高い超音波フリップチッ
プ実装を実現することができる。（請求項１乃至請求項
４記載の発明）
【００２７】また、光ファイバの導光路の断面積とレー
ザ光吸収体のレーザ光が照射される面の表面積が異なる
場合に、光ファイバのレーザ光の出射端とレーザ光吸収
体の間にレンズを設け、レンズにより光ファイバから照
射されるレーザ光を集光または拡散させて面積の違いを
補正し、レーザ光吸収体の表面全体に照射することで、
レーザ光のエネルギーを効率的に熱に変換することがで
きる。（請求項５記載の発明）
ザ光吸収体のレーザ光が照射される面の表面積が異なる
場合に、光ファイバのレーザ光の出射端とレーザ光吸収
体の間にレンズを設け、レンズにより光ファイバから照
射されるレーザ光を集光または拡散させて面積の違いを
補正し、レーザ光吸収体の表面全体に照射することで、
レーザ光のエネルギーを効率的に熱に変換することがで
きる。（請求項５記載の発明）
【００２８】また、前記半導体チップの加熱方法は、フ
リップチップ実装の直前にレーザ光をレーザ光吸収体に
照射してレーザ光吸収体を急加熱し、この熱を熱伝導プ
レートを介して半導体チップに伝えることで半導体チッ
プを急加熱するパルスヒート加熱のため、半導体チップ
が高温にさらされる時間が少なくてすみ、半導体チップ
への熱によるダメージを小さくできる。（請求項６記載
の発明）
リップチップ実装の直前にレーザ光をレーザ光吸収体に
照射してレーザ光吸収体を急加熱し、この熱を熱伝導プ
レートを介して半導体チップに伝えることで半導体チッ
プを急加熱するパルスヒート加熱のため、半導体チップ
が高温にさらされる時間が少なくてすみ、半導体チップ
への熱によるダメージを小さくできる。（請求項６記載
の発明）
【図１】 熱伝導プレート上面にレーザ光吸収体を取り
付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイバにより
接合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド内部に導光
し、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱
し、この熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プレート下
面に吸着した半導体チップに伝えることにより半導体チ
ップを加熱してフリップチップ接合する超音波フリップ
チップ実装用接合ヘッドの説明図である。
付け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイバにより
接合ヘッドの中心軸の方向から接合ヘッド内部に導光
し、レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱
し、この熱を熱伝導プレートを介して熱伝導プレート下
面に吸着した半導体チップに伝えることにより半導体チ
ップを加熱してフリップチップ接合する超音波フリップ
チップ実装用接合ヘッドの説明図である。
【図２】 熱伝導プレート上面にレーザ光吸収体を取り
付け、また接合ヘッド内部にミラーを設け、レーザ光を
接合ヘッド外部から光ファイバにより接合ヘッドの中心
軸の方向以外の方向から接合ヘッド内部に導光し、この
レーザ光を接合ヘッド内部でミラーにより接合ヘッドの
中心軸上に光路変換して、レーザ光吸収体に照射してレ
ーザ光吸収体を加熱し、この熱を熱伝導プレートを介し
て熱伝導プレート下面に吸着した半導体チップに伝える
ことにより半導体チップを加熱してフリップチップ接合
する超音波フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図で
ある。
付け、また接合ヘッド内部にミラーを設け、レーザ光を
接合ヘッド外部から光ファイバにより接合ヘッドの中心
軸の方向以外の方向から接合ヘッド内部に導光し、この
レーザ光を接合ヘッド内部でミラーにより接合ヘッドの
中心軸上に光路変換して、レーザ光吸収体に照射してレ
ーザ光吸収体を加熱し、この熱を熱伝導プレートを介し
て熱伝導プレート下面に吸着した半導体チップに伝える
ことにより半導体チップを加熱してフリップチップ接合
する超音波フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図で
ある。
【図３】 接合ヘッド外部にレーザ光吸収体を取り付
け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイバにより、
レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、こ
の熱を接合ヘッド及び熱伝導プレートを介して熱伝導プ
レート下面に吸着した半導体チップに伝えることにより
半導体チップを加熱してフリップチップ接合する超音波
フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図である。
け、レーザ光を接合ヘッド外部から光ファイバにより、
レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収体を加熱し、こ
の熱を接合ヘッド及び熱伝導プレートを介して熱伝導プ
レート下面に吸着した半導体チップに伝えることにより
半導体チップを加熱してフリップチップ接合する超音波
フリップチップ実装用接合ヘッドの説明図である。
１０ …接合ヘッド
１１ …超音波ホーン
１１Ｕ…超音波振動子
１２ …加圧治具
１２Ｐ…圧力
１３ …真空排気口
１４ …光ファイバ
１４Ｌ…レーザ光
１５ …ミラー
１６ …レンズ
１７ …レーザ光吸収体
１８ …熱伝導プレート
１８Ｋ…吸着用貫通孔
１９ …半導体チップ
１９Ｂ…バンプ
２０ …接合ステージ
２１ …回路基板
２１Ｄ…電極パッド
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体チップを回路基板に接合する超音
波フリップチップ実装装置の接合ヘッドにおいて、 レーザ光により励起されて発熱する活性イオンを含む媒
質からなるレーザ光吸収体と、前記レーザ光吸収体にレ
ーザ光を導く光ファイバと、レーザ光によってレーザ光
吸収体が発生した熱を半導体チップに伝えると共に半導
体チップを真空吸着するための吸着用貫通孔を設けた熱
伝導プレートを有し、 前記接合ヘッド底部に半導体チップの吸着面として前記
熱伝導プレートを取り付けたことを特徴とする超音波フ
リップチップ実装用接合ヘッド。 - 【請求項２】 前記熱伝導プレート上面に前記レーザ光
吸収体を取り付け、レーザ光を前記接合ヘッド外部から
前記光ファイバにより前記接合ヘッドの中心軸の方向か
ら接合ヘッド内部に導光し、前記レーザ光吸収体に照射
してレーザ光吸収体を加熱し、この熱を前記熱伝導プレ
ートを介して熱伝導プレート下面に吸着した半導体チッ
プに伝えることにより半導体チップを加熱してフリップ
チップ接合することを特徴とする請求項１記載の超音波
フリップチップ実装用接合ヘッド。 - 【請求項３】 前記熱伝導プレート上面に前記レーザ光
吸収体を取り付け、また前記接合ヘッド内部にミラーを
設け、レーザ光を前記接合ヘッド外部から前記光ファイ
バにより前記接合ヘッドの中心軸の方向以外の方向から
接合ヘッド内部に導光し、このレーザ光を前記接合ヘッ
ド内部で前記ミラーにより接合ヘッドの中心軸上に光路
変換して、前記レーザ光吸収体に照射してレーザ光吸収
体を加熱し、この熱を前記熱伝導プレートを介して熱伝
導プレート下面に吸着した半導体チップに伝えることに
より半導体チップを加熱してフリップチップ接合するこ
とを特徴とする請求項１記載の超音波フリップチップ実
装用接合ヘッド。 - 【請求項４】 前記接合ヘッド外部に前記レーザ光吸収
体を取り付け、レーザ光を前記接合ヘッド外部から前記
光ファイバにより、前記レーザ光吸収体に照射してレー
ザ光吸収体を加熱し、この熱を前記接合ヘッド及び前記
熱伝導プレートを介して熱伝導プレート下面に吸着した
半導体チップに伝えることにより半導体チップを加熱し
てフリップチップ接合することを特徴とする請求項１記
載の超音波フリップチップ実装用接合ヘッド。 - 【請求項５】 前記光ファイバの導光路の断面積と、前
記レーザ光吸収体のレーザ光が照射される面の表面積の
違いを、前記光ファイバのレーザ光の出射端と前記レー
ザ光吸収体の間にレンズを設け、前記レンズにより光フ
ァイバから出射されるレーザ光を集光または拡散させて
前記面積の違いを補正し、レーザ光吸収体の表面全体に
照射することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の
超音波フリップチップ実装用接合ヘッド。 - 【請求項６】 前記半導体チップの加熱方法は、フリッ
プチップ実装の接合直前から接合完了迄もしくは接合完
了直前迄の間、レーザ光を前記レーザ光吸収体に照射し
てレーザ光吸収体を急加熱し、この熱を前記熱伝導プレ
ートを介して半導体チップに伝えることで半導体チップ
を急加熱するパルスヒート加熱であることを特徴とする
請求項１乃至請求項５記載の超音波フリップチップ実装
用接合ヘッド。 - 【請求項７】 前記レーザ光吸収体がＮｄをドープした
ＹＡＧ結晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項
６記載の超音波フリップチップ実装用接合ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050887A JP2003258037A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | レーザ光を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002050887A JP2003258037A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | レーザ光を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258037A true JP2003258037A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28663001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002050887A Pending JP2003258037A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | レーザ光を用いて半導体チップを加熱する超音波フリップチップ実装用接合ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258037A (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009182162A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Shibuya Kogyo Co Ltd | ボンディング装置 |
| JP2010129890A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Shibuya Kogyo Co Ltd | ボンディングヘッド |
| JP2010278424A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-12-09 | Adwelds:Kk | 実装装置およびアライメント方法 |
| US7980444B2 (en) | 2006-05-09 | 2011-07-19 | Panasonic Corporation | Electronic component mounting head, and apparatus and method for mounting electronic component |
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| KR101143838B1 (ko) | 2007-01-25 | 2012-05-04 | 삼성테크윈 주식회사 | 플립 칩 본딩 방법 |
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-
2002
- 2002-02-27 JP JP2002050887A patent/JP2003258037A/ja active Pending
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