JP2005353720A - ベアチップのマウント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボイドの発生を抑制した上で、ベアチップの位置決め精度を向上させるとともに、ベアチップ保持具を不要にすることができるベアチップのマウント方法を提供すること。
【解決手段】 水素還元ダイボンド法により基板上にベアチップをはんだ接合するベアチップのマウント方法において、ベアチップ１１を基板１０上に固定テープ１８で支持・固定することにより、基板１０とベアチップ１１との間に隙間を形成して、この隙間の近傍から基板１０上にはんだ１６を供給して基板１０上ではんだ１６を溶融させ、毛細管現象およびはんだの濡れ作用を利用して溶融はんだ１６ａを基板１０とベアチップ１１との隙間に侵入させて、ベアチップ１１を基板１０の規定位置上にはんだ接合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板上にベアチップをはんだ接合するベアチップのマウント方法に関する。さらに詳細には、水素還元ダイボンド法によりはんだ接合を行うベアチップのマウント方法に関するものである。

従来から、例えばパワートランジスタ等の電子部品の接合には、水素還元雰囲気中ではんだ付けを行う水素還元ダイボンド法が用いられている。この水素還元ダイボンド法では、図３に示すように、水素還元雰囲気中において、まず、基板１００の表面の酸化物を除去する。次いで、基板１００が加熱プレート上に搬送して基板１００を加熱する。次に、その加熱された基板１００上にはんだ１０６を供給する。そして、はんだ１０６が供給された所へ素子１０１をセットした後にスクラブ動作を行う。その後、基板１００と素子１０１とをはんだ接合するために、冷却プレート上に基板１００を搬送して、そこで冷却するようになっている。

ところが、上記した方法では、供給されるはんだ１０６の表面に形成されている酸化物を除去することができない。このため、スクラブ動作を行うことにより、酸化物を粉砕してボイドの発生を抑制している。しかしながら、スクラブ動作によっても酸化物を完全に除去することはできない。そのため、ある程度（５〜１０％程度）のボイドの発生を容認しなければならなかった。

そこで、本出願人は上記した問題点を解決すべく、特願２００２−２４８１０６号（特開２００４−８７８８１号）にて、ボイドの発生を防止するとともにベアチップ（素子）下面へ確実にはんだを供給し、また、ベアチップ側面へのはんだ付着を防止することができるベアチップのマウント方法を提案した。

この方法では、図４に示すように、開口部が形成されたベアチップ保持治具１１２を用いてベアチップ１０１を吸着保持した状態で、ベアチップ保持治具１１２を基板１００に載置することにより、基板１００とベアチップ１０１との間に隙間を形成し、隙間の側方であってかつ開口部の近傍から基板１００上にはんだを供給して基板１００上ではんだを溶融させ、開口部から基板１００上で溶融させたはんだ１１６を隙間に侵入させることにより、基板１００とベアチップ１０１とをはんだ接合するようになっている。このようして、ベアチップ下面に酸化物を侵入させないようにし、ボイドの発生を防止することができるようになっている。

特開２００４−８７８８１号公報（第４〜５頁、第２図、第３図）

ベアチップ１０１を基板１００上にマウントする場合、基板１００とベアチップ１０１との間にはんだを浸透させた後、溶融したはんだ１１６を硬化させるために基板１００を冷却する。このため、基板１００を加熱プレート２８から冷却プレート２９に搬送する必要がある。

ところが、本出願人が特願２００２−２４８１０６号で提案したベアチップのマウント方法においては、図５に示すように、基板１００を加熱プレート２８から冷却プレート２９へ搬送する際に、ベアチップ保持治具１１２によるベアチップ１０１の保持を止める必要があった。そして、ベアチップ保持治具１１２によってベアチップ１０１が保持されなくなると、はんだ１１６は溶融状態であるため、ベアチップ１０１は非常に不安定な状態になる。このような状態で、加熱プレート２８から冷却プレート２９へ搬送されると、そのときの衝撃力などにより、図６に示すように、ベアチップ１０１が規定位置から移動してしまう（位置がずれる）おそれがあった。
また、このベアチップのマウント方法では、基板１００との間に隙間を形成した状態でベアチップ１０１を保持するために、ベアチップ保持治具１１２および真空源が必要であった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ボイドの発生を抑制した上で、ベアチップの位置決め精度を向上させるとともに、ベアチップ保持具を不要にすることができるベアチップのマウント方法を提供することを課題とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明に係るベアチップのマウント方法は、水素還元ダイボンド法により基板上にベアチップをはんだ接合するベアチップのマウント方法において、前記ベアチップを前記基板上に固定部材で支持して固定することにより前記基板と前記ベアチップとの間に隙間を形成し、前記隙間の近傍で前記基板上にはんだを供給して前記基板上ではんだを溶融させ、前記基板上で溶融させたはんだを前記隙間に浸透させることにより、前記基板と前記ベアチップとをはんだ接合することを特徴とする。

このベアチップのマウント方法では、まず、固定部材により、ベアチップが基板上に支持されて固定される。これにより、基板とベアチップとの間に隙間が形成される。そして、基板とベアチップとの間に形成された隙間の近傍で基板上にはんだを供給して基板上ではんだを溶融させる。基板上で溶融したはんだには、元々、はんだに形成されていた酸化物も含まれているが、比重差により酸化物は表面に浮かんでくる。つまり、未酸化の溶融はんだが酸化物に被覆されたような状態となる。

そして、はんだが供給され続けると溶融はんだの量が増えていき、基板上に溶融はんだが広がりベアチップ下面に到達する。そうすると、溶融はんだの表面に形成された酸化膜が破れ、未酸化状態の溶融はんだが毛細管現象と濡れ作用により、基板とベアチップとの間の隙間に浸透していく。このとき、ベアチップに対して下向きの力が発生するが、ベアチップと基板との間に固定部材が介在し、この固定部材によりベアチップはしっかりと支持・固定されている。このため、ベアチップが急激に下降したり、ばたついてしまうことが防止される。したがって、はんだの流れが乱れることなく、未酸化状態の溶融はんだが基板とベアチップとの間の隙間全体に充填される。これにより、ボイドの発生を防止することができる。なお、溶融はんだの上方に浮かんでいた酸化物は、基板とベアチップとの隙間の近傍で基板上に残留するので、ベアチップ下面に酸化物が侵入することはない。

その後、はんだが溶融した状態で、基板およびベアチップが冷却プレート上に搬送される。このときに、ベアチップに衝撃力が加わったとしても、ベアチップは固定部材により基板上にしっかりと支持・固定されている。このため、ベアチップの位置がずれることがない。したがって、ベアチップの位置決め精度を向上させることができる。

また、ベアチップは、固定部材によって、所定の隙間を形成した状態でしっかりと基板上に保持されている。このため、基板とベアチップとの間に所定の隙間を形成した状態でベアチップを保持するために、ベアチップ保持治具および真空源を設ける必要がない。

ここで、固定部材の高さは、毛細管現象が発生しやすい高さにベアチップを支持・固定することができるように設定すればよい。具体的には、基板とベアチップとの隙間が５０〜２００μｍ程度、望ましく５０μｍ程度になるように固定部材の高さを設定するのがよい。つまり、固定部材の高さは５０μｍ程度とするのがよい。なぜなら、基板とベアチップとの隙間が５０μｍ以下となるようにすると、固定部材の製品誤差によって、基板とベアチップとの間に隙間が確保されないおそれがあるからである。一方、基板とベアチップとの隙間が２００μｍ以上であると、はんだの供給が追いつかずにベアチップ下面に空気が入り込んでしまい、ボイドが発生するおそれがあるからである。

なお、固定部材の数は少なくとも１つあればよい。これで、ベアチップの急激な下降やばたつきを十分に抑制することができる、つまり、ベアチップを十分に支持・固定することができるからである。

そして、前記固定部材としては、金属製テープまたは樹脂製テープを使用すればよい。具体的には、ベアチップの放熱性を重視する場合には金属製テープを使用すればよく、放熱性をあまり重視しない場合には樹脂製テープを使用すればよい。なお、上記したように、固定部材は１つあればよいので、樹脂製テープを使用しても、ベアチップとの接触面積（樹脂面）は小さいので、放熱性に悪影響を与えるようなことはない。

また、本発明に係るベアチップのマウント方法においては、前記固定部材で前記ベアチップの略中央部を支持して固定することが望ましい。

こうすることにより、ベアチップをバランスよく固定部材により支持・固定することができるので、はんだが基板とベアチップとの間に浸透する際に、ベアチップがばたついてしまうことを確実に防止することができるからである。

本発明に係るベアチップのマウント方法によれば、ベアチップを基板上に固定部材で支持して固定することにより基板とベアチップとの間に隙間を形成した状態で、その隙間に溶融したはんだを供給するので、ボイドの発生を抑制した上で、ベアチップの位置決め精度を向上させるとともに、ベアチップ保持具を不要にすることができる。

以下、本発明のベアチップのマウント方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、電子部品製造装置のボンディング行程に本発明を適用したものである。そこで、実施の形態に係るボンディング行程を実施するための電子部品製造装置の概略構成を図１に示す。図１は、電子部品製造装置の概略を示す平面図である。

この電子部品製造装置には、基板置き場２０から基板１０を搬送するための基板搬送ロボット２１と、ベアチップ置き場２２からベアチップ１１を搬送するためのベアチップ搬送ロボット２３と、水素還元雰囲気を作り出すための水素還元チャンバ２４と、基板１０にベアチップ１１をはんだ接合するためのボンディングヘッド２５と、基板１０にベアチップ１１がマウントされた完成品を完成品置き場２６へ搬送するための完成品搬送ロボット２７と、基板１０を加熱する加熱プレート２８と、基板１０を冷却する冷却プレート２９とが備わっている。

そして、この電子部品製造装置では、ボンディングヘッド２５からはんだが供給されて、水素還元チャンバ２４内において、加熱プレート２８により加熱された基板１０にはんだが供給される。その後、冷却プレート２９により基板１０が冷却されて、基板１０にベアチップ１１がはんだ接合され、完成品である電子部品が製造されるようになっている。

次に、上記の構成を有する電子部品製造装置におけるボンディング行程について、図２を参照しながら詳細に説明する。図２は、ボンディング行程の内容を説明するための図である。まず、ベアチップ搬送ロボット２３によって、ベアチップ１１がベアチップ置き場２２から水素還元チャンバ２４内に搬送される。このとき、基板搬送ロボット２１によって、基板１０が基板置き場２０から水素還元チャンバ２４内に搬送される。そして、ベアチップ１１が固定テープ１８によって基板１０上に支持・固定される（図２（ａ））。

このとき、固定テープ１８は、ベアチップ１１の略中央部を支持して固定する。これにより、ベアチップ１１をバランスよく支持・固定することができるので、はんだが基板１０とベアチップ１１との間に浸透する際に、ベアチップ１１がばたついてしまうことを確実に防止することができる。

ここで、固定テープ１８の高さは５０μｍ程度である。これにより、ベアチップ１１は基板１０に対して、固定テープ１８を介して５０μｍ程度の隙間を形成した状態で支持・固定される。その結果、溶融はんだの毛細管現象が生じやすくなる。また、固定テープ１８としては、金属製テープまたは樹脂製テープを使用すればよい。具体的には、ベアチップ１１の放熱性を重視する場合には金属製テープを使用すればよく、放熱性をあまり重視しない場合には樹脂製テープを使用すればよい。

続いて、ボンディングヘッド２５からはんだ１６が基板１０上に供給される。より詳細に述べると、ベアチップ１１の側方に、はんだ１６が供給される。このとき、基板１０は加熱プレート２８によって加熱されているため、供給されたはんだ１６は基板１０上で溶融する。ここで、はんだ１６に形成されている酸化物１６ｂも溶融するが、溶融はんだ１６ａと酸化物１６ｂとの比重差により、酸化物１６ｂは溶融はんだ１６ａの表面に浮かんでくる。つまり、未酸化状態の溶融はんだ１６ａが酸化物１６ｂによる酸化膜で被覆された状態となる（図２（ｂ））。

その後、溶融はんだ１６ａの量が増加していき、溶融はんだ１６ａがベアチップ１１に到達すると、溶融はんだ１６ａ表面の酸化膜１６ｂが破られて未酸化状態の溶融はんだ１６ａが、毛細管現象およびはんだ濡れ作用によって、基板１０とベアチップ１１との隙間に浸透していく（図２（ｃ））。このとき、ベアチップ１１に対して下向きの力が発生するが、ベアチップ１１は固定テープ１８によって支持・固定されているため、ベアチップ１１が急激に下降したり、ばたついてしまうことがない。これにより、はんだ１６ａの流れが乱れることなく、未酸化状態のはんだ１６ａが基板１０とベアチップ１１との間の隙間全体に充填される。したがって、基板１０とベアチップ１１との隙間にはんだ１６ａが浸透していく際に、ボイドが発生することを確実に防止することができる。なお、はんだ濡れ性を良くするために、基板１０の表面にはニッケルメッキを施し、ベアチップ１１のはんだ付着面には金メッキあるいはニッケルメッキを施していることが望ましい。

そして、所定量のはんだ１６が供給されると、未酸化状態の溶融はんだ１６ａが基板１０とベアチップ１１との隙間全体に充填される（図２（ｄ））。一方、溶融はんだ１６ａの表面に浮かんでいた酸化物１６ｂは、基板１０とベアチップ１１との隙間の側方で基板１０上に残留する。つまり、基板１０とベアチップ１１との隙間には、未酸化状態の溶融はんだ１６ａのみが供給されるため、ボイドの発生が防止される。なお、基板１０上に残留した酸化物１６ｂは、はんだ接合が終了した後に除去される。

その後、溶融はんだ１６ａを硬化させて基板１０とベアチップ１１とをはんだ接合すべく基板１０を冷却するために、基板１０およびベアチップ１１が加熱プレート２８から冷却プレート２９へ搬送される（図２（ｅ））。この搬送時においては、はんだ１６ａは溶融状態であるが、ベアチップ１１は固定テープ１８によって基板１０上にしっかりと支持・固定されている。このため、ベアチップ１１に衝撃力が加わったとしても、ベアチップ１１は動かない。つまり、基板１０上の規定位置からベアチップ１１のマウント位置がずれることがない。よって、ベアチップ１１の位置決め精度を向上させることができる。

このように、ベアチップ１１は固定テープ１８によって所定の隙間を形成した状態でしっかりと基板上に保持されている。したがって、基板１０とベアチップ１１との間に所定の隙間を形成した状態でベアチップ１１を保持するために、従来技術のようにベアチップ保持治具や真空源を設ける必要もない。

以上、詳細に説明したように実施の形態に係るボンディング行程によれば、ベアチップ１１を基板１０上に固定テープ１８で支持・固定することにより、基板１０とベアチップ１１との間に隙間を形成する。これにより、ベアチップ保持治具や真空源が不要となる。そして、この隙間の近傍から基板１０上にはんだ１６を供給して基板１０上ではんだ１６を溶融させ、毛細管現象およびはんだの濡れ作用を利用して溶融はんだ１６ａを基板１０とベアチップ１１との隙間に侵入させる。このため、未酸化状態の溶融はんだ１６ａのみが基板１０とベアチップ１１との隙間に供給される一方、酸化物１６ｂはベアチップ保持治具１２の開口部１５の近傍に残留する。

そして、溶融はんだ１６ａが基板１０とベアチップ１１との隙間に浸透した際、ベアチップ１１に対して下向きの力が発生するが、ベアチップ１１は固定テープ１８によってしっかりと基板１０上に保持・固定されている。このため、ベアチップ１１が急激に下降したり、ばたついてしまうことがない。これにより、はんだ１６ａの流れが乱れることなく、未酸化状態のはんだ１６ａが基板１０とベアチップ１１との間の隙間全体に充填させることができる。したがって、ボイドの発生を抑制することができる。

また、溶融はんだ１６ａを硬化させて基板１０とベアチップ１１とをはんだ接合すべく基板１０を冷却するために、基板１０およびベアチップ１１を加熱プレート２８から冷却プレート２９へ搬送する際も、ベアチップ１１は固定テープ１８によって基板１０上にしっかりと支持・固定されている。このため、搬送時にベアチップ１１に衝撃力が加わったとしても、ベアチップ１１は動かないため、基板１０上の規定位置からベアチップ１１のマウント位置がずれることはない。したがって、ベアチップ１１の位置決め精度が向上する。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、固定テープ１８に金属製のものを使用しているが、ベアチップ１１の放熱性を重視しない場合には、樹脂製（ポリイミド樹脂など）のものを使用することもできる。

また、図１に示す電子部品製造装置においては、搬送される基板１０上に水素還元チャンバ２４内でベアチップ搬送ロボット２３によりベアチップ１１を固定テープ１８を介して載置する形態を説明した。
しかし、これに限らず、予め水素還元チャンバ２４の前工程にて基板１０上に固定テープ１８を介してベアチップ１１を載置固定した状態とし、この状態で水素還元チャンバ２４に搬送してボンディングヘッド２５により固定テープ１８でつくられた基板１０とベアチップ１１との隙間にはんだを供給する形態としてもよい。

電子部品製造装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態に係るボンディング行程の内容を説明するための図であり、（ａ）は固定テープによりベアチップを基板上に支持・固定した状態を示し、（ｂ）は供給されたはんだが溶融し始めた状態を示し、（ｃ）は溶融はんだがベアチップ下面に侵入し始めた状態を示し、（ｄ）は溶融はんだがベアチップ下面に充填された状態を示し、（ｅ）は加熱プレートから冷却プレートに搬送されたときの状態を示している。 水素還元ダイボンド法の原理を説明するための説明図である。 従来のベアチップ保持治具を使用するマウント方法を説明するための説明図である。 ベアチップ保持治具によるベアチップの保持を止めた状態を示す図である。 加熱プレートから冷却プレートに搬送したときの状態を示す図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ ベアチップ
１６ はんだ
１６ａ 溶融はんだ
１６ｂ 酸化物
１８ 固定テープ
２８ 加熱プレート
２９ 冷却プレート

Claims (3)

1. 水素還元ダイボンド法により基板上にベアチップをはんだ接合するベアチップのマウント方法において、
   前記ベアチップを前記基板上に固定部材で支持して固定することにより前記基板と前記ベアチップとの間に隙間を形成し、
   前記隙間の近傍で前記基板上にはんだを供給して前記基板上ではんだを溶融させ、
   前記基板上で溶融させたはんだを前記隙間に浸透させることにより、前記基板と前記ベアチップとをはんだ接合することを特徴とするベアチップのマウント方法。
2. 請求項１に記載するベアチップのマウント方法において、
   前記固定部材に、金属製テープまたは樹脂製テープを使用することを特徴とするベアチップのマウント方法。
3. 請求項１または請求項２に記載するベアチップのマウント方法において、
   前記固定部材で前記ベアチップの略中央部を支持して固定することを特徴とするベアチップのマウント方法。

Images