JP2004087610A

JP2004087610A - 半導体装置の製造方法及びこれに用いられるマウント装置

Info

Publication number: JP2004087610A
Application number: JP2002244016A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Otani; 大谷　和巳; Naotake Watanabe; 渡邉　尚威; Yasunari Ukita; 浮田　康成
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】この発明は、半導体素子を短い時間で確実にマウントできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】半導体素子Ｅをツール１４で保持する保持工程と、保持した半導体素子Ｅを上記ツールとともに下降させる下降工程と、この下降工程の途中で上記ツールに超音波を印加し、保持した半導体素子Ｅを超音波振動させる超音波付与加工程と、上記半導体素子Ｅを超音波振動させながらワークＦ又は半導体素子裏面に供給された溶融した半田Ｈを押圧する押圧工程とを有するマウント工程を備えた。
【選択図】　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークに半導体素子をマウントするマウント工程を有する半導体装置の製造方法、及びこれに用いられるマウント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造過程においては、完成した半導体素子をパッケージに収納するために、リードフレームのアイランド部や基板などに上記半導体素子を搭載するマウント工程がある。このマウント工程では、半導体素子を搬送および接合するためにマウント装置が使用される。
【０００３】
このマウント装置は基部を有する。この基部の所定位置には水平面内の一方向Ｘ、およびＸ方向に対して直交する方向Ｙに移動可能なＸＹテーブルが設けられている。ＸＹテーブルの上面には箱状のマウントヘッドが設けられ、ＸＹテーブルとともにＸ及びＹ方向に移動可能となっている。
【０００４】
マウントヘッドはほぼ垂直に配置されたボールねじを備えている。このボールねじにはアームの長手方向の一端部がほぼ水平に支持されており、ボールねじを回転させることによって、アームを上下方向に駆動できるようになっている。
【０００５】
アームの長手方向の他端部には超音波ホーンの一端部がほぼ水平に支持されている。超音波ホーンは、他端側にゆくにつれて縮径するテーパ形状に形成され、その最小径である先端部には棒状体からなるツールの上端部がほぼ垂直に支持されている。ツールの下端には吸引ブロックが設けられ、その下面側には吸引力と摩擦力とによって半導体素子を保持できるようになっている。
【０００６】
上記基部には、上記ツールと対応位置してワークとしてのリードフレームを支持するワーク支持部が設けられている。ワーク支持部の内部にはヒータが設けられ、このヒータによってワーク支持部上面に支持されたリードフレームは約３６０［℃］〜３７０［℃］に加熱されている。そのため、リードフレーム上に供給された半田はヒータの加熱によって溶融状態となっている。
【０００７】
リードフレームに半導体素子をマウントする場合、吸引ブロックの下面側に半導体素子を吸引保持するとともに、ＸＹテーブルを駆動して保持した半導体素子をリードフレーム上に位置決めする。そして、ツールを下降し、吸引ブロックに保持された半導体素子をリードフレーム上の半田に押し当てる。それによって、リードフレームに半導体素子を接合する。
【０００８】
しかしながら、溶融した半田の表面には酸化膜が形成されており、半導体素子を押し当てただけでは、半導体素子のリードフレームとの接合面側に半田が十分に濡れ広がらず、リードフレームに半導体素子がしっかりと接合されないことがあった。
【０００９】
そこで、リードフレームに半導体素子を確実に接合する方法として、図６（ａ）と（ｂ）に示すように、半導体素子が半田に接触した後、半導体素子に所定時間だけ超音波振動を印加し、この超音波振動によって半田を半導体素子の接合面側に濡れ広がらせるというものがある。
【００１０】
また、他の方法として、図５（ａ）と（ｃ）に示すように、半導体素子が半田に接触した後、ＸＹテーブルの駆動により、ツールに保持された半導体素子をＸ方向、及びＹ方向に微小距離だけ移動（スクラブ動作）させ、それによって、半田を半導体素子の接合面側に濡れ広がらせるというものもある。
【００１１】
なお、図５（ａ）は半導体素子を保持したツールの軌跡、（ｂ）はツールに超音波を印加するタイミングを示すタイミング図、（ｃ）は半導体素子をスクラブ動作させるタイミング図であり、図５（ａ）中の点Ｒは半導体素子が半田に接触する位置を示し、点Ｓは半導体素子が到達する最下点の位置を示している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５（ａ）と（ｂ）に示すように、半導体素子への超音波振動の付与は、半導体素子が半田表面に接触した後に開始されていた。しかしながら、半導体素子が半田に接触してから超音波振動を付与した場合、半田表面に形成された酸化膜を十分に破壊することができず、半田が半導体素子の接合面側で十分に濡れ広がらないことがあった。
【００１３】
また、半導体素子をスクラブ動作させるためには、ツールを保持した超音波ホーン、及び超音波ホーンを支持する上下駆動機構をＸＹテーブルとともに駆動する必要がある。しかしながら、ＸＹテーブルを駆動するには、数百ミリ秒程度の長い時間がかかるため、生産性の点で問題があった。
【００１４】
また、マウント時には、半導体素子が半田に接触することによって、半田の温度が低下することがある。そのため、この温度低下分を考慮して、半田を過加熱、すなわち接合に必要な温度よりも高い温度に加熱しておくことがある。しかしながら、半田は高温になるにつれて酸化し易くなるため、過加熱によって温度低下分を補償する場合、半田表面に酸化膜が厚く形成され、半田の接合力が一層低下することがある。
【００１５】
そこで、半導体素子が半田に接触しても半田の温度が低下しないように、予め半導体素子を加熱しておくということが考えられる。しかしながら、半導体素子を加熱する際、ツールに加熱機構を直接に搭載すると、印加された超音波の特性が損なわれて所望の超音波振幅が得られず、半田が半導体素子の接合面側に十分に濡れ広がらないことがあった。
【００１６】
この発明は、半導体素子を短い時間で確実にマウントできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、半導体素子をツールで保持する保持工程と、保持した半導体素子を上記ツールとともに下降させる下降工程と、この下降工程の途中で上記ツールに超音波を印加し、保持した半導体素子を超音波振動させる超音波付与加工程と、上記半導体素子を超音波振動させながらワーク又は半導体素子裏面に供給された溶融した半田を押圧する押圧工程とを具備することを特徴とするマウント工程を有する半導体装置の製造方法にある。
【００１８】
請求項２記載の発明は、上記超音波付与工程は、ツールに保持された半導体素子が最下点に到達するまで継続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法にある。
【００１９】
請求項３記載の発明は、上記超音波付与工程は、ツールに保持された半導体素子が最下点に到達した後も所定時間だけ継続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法にある。
【００２０】
請求項４記載の発明は、基部と、この基部に設けられ、ワークを支持するとともに、支持したワークを加熱するワーク支持部と、上記基部に上記ワーク支持部と対応位置して設けられ、半導体素子を保持するとともに、半導体素子を上記ワーク表面に供給された溶融した半田に押圧するツールと、このツールを介して半導体素子に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、上記ツールと一体的に駆動され、このツールを非接触で加熱する加熱手段とを有することを特徴とするマウント装置にある。
【００２１】
請求項５記載の発明は、上記加熱手段は、挿通孔を備えた加熱ブロックと、この加熱ブロックを加熱する加熱源とを備え、上記ツールは、上記挿通孔に非接触を保って挿通されていることを特徴とする請求項４記載のマウント装置にある。
【００２２】
この発明によれば、半導体素子が半田と接触すると同時に、半田表面に形成された酸化膜を完全に破壊することができ、半導体素子の接合面全体に半田を行き渡らせることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【００２４】
図１に示すマウント装置は基部１を有する。この基部１の所定位置には、水平面内の一方向Ｘ、および方向Ｘに対して直交する方向Ｙに移動可能なＸＹテーブル２が設けられている。このＸＹテーブル２の上面には箱体からなるマウントヘッド３が設けられ、ＸＹテーブル２とともにＸ及びＹ方向に移動可能となっている。
【００２５】
マウントヘッド３はほぼ垂直に配置されたボールねじ５を備えている。このボールねじ５には、アーム４の長手方向の一端部がほぼ水平に支持されており、モータ６によりボールねじ５を回転させることで、アーム４を上下方向に駆動できるようになっている。
【００２６】
アーム４の長手方向の他端部には、断面ほぼＬ字状の取り付け部材７が設けられている。この取り付け部材７には、Ｌ字状のブラケット８を介して加熱手段としての矩形状の加熱ブロック９が支持されている。加熱ブロック９の内部には加熱源としてのカートリッジ式の加熱装置１０が着脱可能に設けられ、その側方には上下に連通する挿通孔１１が形成されている。
【００２７】
また、上記取り付け部材７には、超音波ホーン１３の一端部が部材１２を介してほぼ水平に支持されている。この超音波ホーン１３は、長手方向の他端部側にゆくにつれて縮径するテーパ形状に形成され、最小径を有する先端部には、内部に吸引孔１４ａ（図３にのみ図示）を備えたツール１４の上端部がほぼ垂直に支持されている。
【００２８】
すなわち、ツール１４と加熱ブロック９とはアーム４の動作に伴って、一体的に動くようになっている。
【００２９】
図１と図２に示すように、上記加熱ブロック９の挿通孔１１には、ツール１４が挿通孔１１の内周面に接触しないように挿入されている。このツール１４の下端部は加熱ブロック９の下面側に突出し、その突出した下端には保持部としてのほぼ矩形状の角錐コレット１５が設けられている。
【００３０】
図３に示すように、角錐コレット１５の下面には、ほぼ矩形状の凹部１６が形成され、凹部１６を構成する４つの内側壁１６ａは、それぞれ下方（図３では上方）にゆくにつれて広がる傾斜面となっている。
【００３１】
凹部１６の上面１６ｂ、すなわち凹部１６の開口部と対向する面には、上記吸引孔１４ａと連通する吸引口１６ｃが開口形成されている。また、ツール１４の吸引孔１４ａには吸引装置（図示しない）が接続されている。
【００３２】
それによって、角錐コレット１５の凹部１６に半導体素子Ｅを係合させるとともに、上記吸引装置を作動することで、角錐コレット１５の下面側に半導体素子Ｅを吸引保持できるようになっている。
【００３３】
図１に示すように、上記基部１の上面には、ツール１４と対応位置して搬送台１７が設けられている。この搬送台１７は基部１に対して移動自在となっていて、駆動装置（図示しない）によって所定方向に駆動されるようになっている。
【００３４】
搬送台１７の上面にはワークとしてのリードフレームＦが載置される。このリードフレームＦは、搬送台１７の上面に設けられた抑え板１８によって搬送台１７の上面に保持され、搬送台１７とともに所定方向に搬送されるようになっている。
【００３５】
また、搬送台１７は内部にヒータ１９を備え、このヒータ１９によって搬送台１７の上面に保持したリードフレームＦを加熱できるようになっている。
【００３６】
次に、図４を用いて上記構成のマウント装置を使用する際のマウント方法について説明する。
【００３７】
搬送台１７の上面にリードフレームＦを保持したならば、このリードフレームＦの所定位置に半田Ｈをスポット状に供給する。
【００３８】
次いで、図示しないゲージング台上に位置決めされた半導体素子Ｅを角錐コレット１７で吸引保持するとともに、ＸＹテーブル２を駆動して、保持した半導体素子Ｅを半田Ｈに対応位置させる。このときの半導体素子Ｅの位置を、図４（ａ）に第１の位置Ｐで示す。
【００３９】
次いで、モータ６を駆動して半導体素子Ｅをツール１４とともに第１の位置Ｐから下降させる。そして、半導体素子Ｅが同図に示す予め設定された第２の位置Ｑに到達したら、超音波ホーン１３によってツール１４に超音波を印加する。ツール１４に印加された超音波はツール１４を長手方向に伝播し、角錐コレット１５に保持された半導体素子Ｅを超音波振動させる。
【００４０】
次いで、半導体素子Ｅをさらに下降させ、超音波振動する半導体素子ＥをリードフレームＦ上に供給された半田Ｈに接触させる。このときの半導体素子Ｅの位置を、図４に第３の位置Ｒで示す。
【００４１】
このとき、リードフレームＦは、搬送台１７に設けられたヒータ１９によって約３６０［℃］〜３７０［℃］に加熱されている。そのため、リードフレームＦに供給された半田Ｈは溶融状態となっている。
【００４２】
半導体素子Ｅが半田Ｈに接触すると、半導体素子Ｅに付与された超音波振動によって、半田Ｈの表面に形成された酸化膜が破壊され、酸化膜内部の溶融した半田Ｈが半導体素子の接合面側で濡れ広がる。そして、半導体素子Ｅをさらに下降させることによって、半田Ｈを半導体素子Ｅの接合面側で押し広げながら、接合面全体に行きわたらせることになる。
【００４３】
半導体素子Ｅが、最下点である第４の位置Ｓに到達したら、超音波の印加を停止するとともに、図４（ａ）に（イ）で示す実線に沿ってツール１４を上昇させ、次の工程に移行する。以上で、半導体素子ＥをリードフレームＦにマウントする工程は終了する。
【００４４】
上述した半導体装置の製造方法及びマウント装置によれば、半導体素子Ｅが半田Ｈに接触する前から、この半導体素子Ｅに超音波振動を付与するようにした。
【００４５】
そのため、半導体素子Ｅが半田Ｈに接触したときには、半導体素子Ｅが所望の振幅を得ているから、半田Ｈ表面に形成された酸化膜を完全に破壊することができる。その結果、半田Ｈが半導体素子Ｅの接合面全体にわたって濡れ広がるため、半導体素子ＥとリードフレームＦとの接合性を向上させることができる。
【００４６】
しかも、半導体素子Ｅが半田Ｈと接触すると同時に半田Ｈ表面の酸化膜が破壊されるから、酸化膜の破壊に要する時間が短縮され、生産性、歩留まりが向上する。
【００４７】
また、加熱手段を用いて角錐コレット１５を半田Ｈの融点以上に加熱するようにした。
【００４８】
そのため、半導体素子ＥをリードフレームＦにマウントする際、溶融した半田Ｈが角錐コレット１５に接触しても、角錐コレット１５上に凝固付着することがないから、常に所定のマウント精度を維持することができる。
【００４９】
しかも、加熱ブロック９の挿通孔１１にツール１４を非接触で挿入し、このツール１４を挿通孔１１内周壁との間の空気を介して加熱するようにした。
【００５０】
そのため、超音波ホーン１３からの超音波振動を半導体素子Ｅに効率よく伝えることができる。
【００５１】
また、角錐コレット１５の下面に半導体素子Ｅを収容するための凹部１６を形成した。
【００５２】
そのため、半導体素子Ｅは角錐コレット１５の下面側にしっかりと保持されるから、半導体素子Ｅに大きな振幅の超音波振動を印加しても、半導体素子Ｅの位置がずれないようになっている。
【００５３】
しかも、凹部１６の内側壁１６ａを角錐コレット１５の下面側に向って広がる傾斜面とし、これら内側壁１６ａに半導体素子Ｅの周縁部を係合させるようにした。
【００５４】
そのため、従来のように半導体素子Ｅを保持する際に、半導体素子Ｅの表面と角錐コレット１５との間の摩擦力を利用しないので、半導体素子Ｅの表面部分が超音波振動によって破損し難くなっている。
【００５５】
さらに、半導体素子Ｅに超音波振動を付与すると、半導体素子Ｅと角錐コレット１５の凹部１６との間のはめあいが向上し、半導体素子Ｅの姿勢がリードフレームＦに対してほぼ平行となるように修正されるから、半田Ｈの接合厚さを均一化することができる。
【００５６】
なお、この発明は上記一実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上記実施の形態のように、リードフレームＦ表面に半田を付与する代わりに、裏面に予め半田が付与されている半導体素子Ｅを用い、この半田を介してリードフレームＦに半導体素子Ｅを接合するようにしてもよい。この場合も、上述した接合性、生産性、歩留まりの向上などの効果が得られるのは言うまでもない。
【００５７】
一方、ツール１４を非接触で加熱できるのであれば、ツール１４を加熱する加熱手段として、図５に示すように、上記ブラケット８に例えばドライヤ２１などを設け、このドライヤ２１からツール１４に向けてホットエアーを供給してもよい。また、高周波加熱などを用いてツール１４を加熱してもよい。
【００５８】
また、さらなる接合安定化を図るために、ツール１４が第４の位置Ｓ（最下点）に到達した後、図４（ａ）中の点線（ロ）に示すように、所定時間だけその高さを維持するとともに、図４（ｃ）に示すように、ツール１４が第５の位置Ｔにおいて上昇を開始するまで、半導体素子Ｅに超音波振動を付与し続けてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体素子とワークとが円滑に接合されるから、接合に係る時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係るマウント装置の構成図。
【図２】この発明の一実施の形態に係る加熱手段の斜視図。
【図３】この発明の一実施の形態に係る角錐コレットの斜視図。
【図４】この発明の一実施の形態に係るマウント工程を示し、（ａ）はツールに保持された半導体素子の軌跡を示す図、（ｂ）はツールに超音波を印加するタイミングを示すタイミング図、（ｃ）はツールに超音波を印加するタイミングの変形例を示すタイミング図。
【図５】この発明の一実施の形態に係る加熱手段の変形例を示す斜視図。
【図６】従来におけるマウント工程を示し、（ａ）はツールに保持された半導体素子の軌跡を示す図、（ｂ）はツールに超音波を印加するタイミングを示すタイミング図、（ｃ）はスクラブ動作のタイミングを示すタイミング図。
【符号の説明】
１４…ツール
Ｅ…半導体素子
Ｆ…リードフレーム（ワーク）
Ｈ…半田
Ｓ…第４の位置（最下点）
１…基部
１７…ワーク支持部
９…加熱ブロック（加熱手段）
１１…挿通孔
１０…加熱装置（加熱源）
１６…凹部
１６ａ…内側壁

Claims

半導体素子をツールで保持する保持工程と、
保持した半導体素子を上記ツールとともに下降させる下降工程と、
この下降工程の途中で上記ツールに超音波を印加し、保持した半導体素子を超音波振動させる超音波付与加工程と、
上記半導体素子を超音波振動させながらワーク又は半導体素子裏面に供給された溶融した半田を押圧する押圧工程と
を具備することを特徴とするマウント工程を有する半導体装置の製造方法。
上記超音波付与工程は、ツールに保持された半導体素子が最下点に到達するまで継続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記超音波付与工程は、ツールに保持された半導体素子が最下点に到達した後も所定時間だけ継続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
基部と、
この基部に設けられ、ワークを支持するとともに、支持したワークを加熱するワーク支持部と、
上記基部に上記ワーク支持部と対応位置して設けられ、半導体素子を保持するとともに、半導体素子を上記ワーク表面に供給された溶融した半田に押圧するツールと、
このツールを介して半導体素子に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
上記ツールと一体的に駆動され、ツールを非接触で加熱する加熱手段と
を有することを特徴とするマウント装置。
上記加熱手段は、
挿通孔を備えた加熱ブロックと、
この加熱ブロックを加熱する加熱源と
を備え、
上記ツールは、上記挿通孔に非接触を保って挿通されていることを特徴とする請求項４記載のマウント装置。