JP2007149897A - ダイボンディング装置 - Google Patents

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孝典 明田
Shigenari Takami
茂成 高見
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一功 葛原
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Abstract

【課題】接着部材を有する半導体装置をダイボンドする場合に、当該半導体装置の接着部材の溶融温度以上の温度で溶融するダイボンディング材料を用いることができるダイボンディング装置を提供する。
【解決手段】ダイボンディング装置1は、実装基板4を保持するステージ5と、ステージ5と対向する位置に配置され半導体装置2に当接した状態で半導体装置2を保持する金属製のコレット6とを備える。半導体装置2と実装基板4との接合時に共晶半田3が半導体装置2の接着部材8の溶融温度以上に加熱されても、半導体装置2の温度が当該半導体装置2の接着部材8の溶融温度を超えにくいように、コレット6には、コレット6に保持された半導体装置2の接着部材8の溶融温度よりも低温を発生する冷却手段11が付設される。
【選択図】図1

Description

本発明は、ダイボンディング材料を用いて半導体装置を被実装体にダイボンドするダイボンディング装置に関するものである。
従来から、この種のダイボンディング装置として、被実装体を保持するステージと、半導体装置を吸着保持するコレットとを備え、半導体装置と被実装体との間にSn−Ag−Cu半田などからなるダイボンディング材料を介在させ、ダイボンディング材料を加熱して溶融させた状態で半導体装置を被実装体に押し付けるようにコレットを加圧することにより半導体装置と被実装体とを接合するものが知られている(たとえば特許文献1参照)。なお、ダイボンディング材料としては加熱する必要のない銀ペーストを用いることもある。
さらに、ダイボンディング材料としてはAu−Sn共晶半田を用いることもあり、ダイボンディング材料にSn−Ag−Cu半田や銀ペーストを用いるよりも、Au−Sn共晶半田を用いるほうが半導体装置と被実装体との接合強度は高くなることが知られている。したがって、接合強度の点からはダイボンディング材料としてAu−Sn共晶半田を用いることが望ましいと考えられる。ただし、ダイボンディング材料としてAu−Sn共晶半田を用いる場合には、半導体装置と被実装体との接合時にダイボンディング材料を溶融させるために、上述のSn−Ag−Cu半田を用いる場合に比べて高い温度(例えば300℃)にダイボンディング材料を加熱する必要があり、これに伴って半導体装置および被実装体も高温になる。
特開平7−176549号公報(第2頁)
ところで、半導体装置としては、加熱されることにより溶融する接着部材(たとえばAu−Sn共晶半田)を用いて半導体素子と別部材とを接合して成るものがある。この種の半導体装置をダイボンドする場合には、上述のように半導体装置が高温になると、半導体装置自体の温度が接着部材の溶融温度を超えることにより、半導体装置内の接着部材が溶融するおそれがある。万一、接着部材が溶融すると、半導体素子と別部材との接合強度が低下し半導体素子と別部材との間に位置ずれが生じることがある。したがって、接着部材を有する半導体装置をダイボンドする場合には、ダイボンディング材料として、結合強度の点からAu−Sn共晶半田を用いたくても、半導体装置の接着部材の溶融温度よりも低温で溶融可能なSn−Ag−Cu半田、あるいは銀ペーストなどを用いざるを得ない。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、接着部材を有する半導体装置をダイボンドする場合に、当該半導体装置の接着部材の溶融温度以上の温度で溶融するダイボンディング材料を用いることができるダイボンディング装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、加熱されることにより溶融する接着部材を用いて半導体素子と別部材とを接合した半導体装置を、前記接着部材の溶融温度以上の温度に加熱されることにより溶融するダイボンディング材料を用いて被実装体にダイボンドするダイボンディング装置であって、被実装体を保持するステージと、ステージと対向する位置に配置され半導体装置に当接した状態で半導体装置を保持する金属製のコレットとを有し、コレットには、コレットに保持された半導体装置の接着部材の溶融温度よりも低温を発生する冷却手段が付設されていることを特徴とする。
この構成によれば、コレットに保持された半導体装置の接着部材の溶融温度よりも低温を発生する冷却手段がコレットに付設されているので、半導体装置と被実装体との接合時に、ダイボンディング材料を半導体装置の接着部材の溶融温度以上に加熱しても、コレットが半導体装置を冷却することにより半導体装置の温度上昇は抑制され、半導体装置の温度は当該半導体装置の接着部材の溶融温度を超えにくくなる。したがって、接着部材を有する半導体装置をダイボンドする場合でも、当該半導体装置の接着部材の溶融温度以上の温度で溶融するダイボンディング材料を用いることができる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記冷却手段が、前記コレットの内部に冷却媒体が流れる流路を備えることを特徴とする。
この構成によれば、コレットの内部を通して冷却媒体を流すことができるから、冷却媒体がコレットの内部を通らない場合に比べて、冷却媒体とコレットとの接触面積が大きく冷却媒体とコレットとの間で熱交換が行われやすい。したがって、冷却手段によるコレットの冷却効率を高めることができる。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記冷却媒体が、液体であることを特徴とする。
この構成によれば、冷却媒体の流量や冷却媒体自体の温度によって冷却装置が発生する温度を容易に調節することができる。
請求項4の発明は、請求項2の発明において、前記冷却媒体が、気体であることを特徴とする。
この構成によれば、冷却媒体の流量や冷却媒体自体の温度によって冷却装置が発生する温度を容易に調節することができる。
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかの発明において、前記コレットが、前記ステージとの対向面に前記半導体装置が嵌り込む凹部を備えることを特徴とする。
この構成によれば、半導体装置が凹部に嵌り込むから、半導体装置を被実装体に接合する際に、コレットに対する半導体装置の位置ずれが生じることはなく、被実装体に対する半導体装置の位置合わせの精度が高くなる。しかも、凹部が設けられていない場合に比べて、半導体装置とコレットとの接触面積が大きく半導体装置とコレットとの間で熱交換が行われやすいので、冷却手段でコレットを冷却することによる半導体装置の冷却効率が向上する。
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記凹部が、前記半導体素子と前記別部材との両方が嵌り込む形状に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、半導体素子と別部材との両方が凹部に嵌り込むので、半導体装置を被実装体に接合する際に、万一接着部材の接合強度が低下することがあっても、半導体素子と別部材との間に位置ずれが生じることはない。
本発明は、コレットに保持された半導体装置の接着部材の溶融温度よりも低温を発生する冷却手段がコレットに付設されているので、半導体装置と被実装体との接合時に、ダイボンディング材料を半導体装置の接着部材の溶融温度以上に加熱しても、コレットが半導体装置を冷却することにより半導体装置の温度上昇は抑制され、半導体装置の温度は当該半導体装置の接着部材の溶融温度を超えにくくなる。したがって、接着部材を有する半導体装置をダイボンドする場合でも、当該半導体装置の接着部材の溶融温度以上の温度で溶融するダイボンディング材料を用いることができるという利点がある。
本実施形態のダイボンディング装置1は、図2(a)に示すように、半導体装置2をダイボンディング材料としての共晶半田3(ここではAu−Sn共晶半田)を用いて実装基板4(被実装体)にダイボンドするものであって、実装基板4を保持するステージ5と半導体装置2を保持するコレット6とを互いに対向させて備えている。ここで用いる半導体装置2は、SiC(あるいはAlN)からなるサブマウント基板7(別部材)上に、共晶半田(ここではAu−Sn共晶半田)からなる接着部材8を用いてLED素子9(半導体素子)を接合することにより構成されたものである。
本実施形態では、ステージ5はコレット6との対向面である上面に実装基板4が載置された状態で実装基板4を保持し、コレット6はステージ5との対向面である下面に半導体装置2を真空吸着により吸着保持する。したがって、コレット6が半導体装置2を保持した状態でコレット6の下面は半導体装置2に当接することになる。コレット6には下面に通じる吸着孔10(図1(c)参照)が貫設されており、この吸着孔10に真空源(図示せず)が接続されることによりコレット6による半導体装置2の吸着保持が実現される。なお、コレット6は下方ほど外径を小さくするテーパ状に形成されている。
以下に、ダイボンディング装置1の基本動作について図2を参照して説明する。
まず、図2(a)に示すように、コレット6によりサブマウント基板7を実装基板4側に向けて半導体装置2を吸着保持する。このとき、ステージ5上に載置された実装基板4のうち、一表面上の半導体装置2を接合する部位には、板状に形成された共晶半田3が配置されており、コレット6は半導体装置2を共晶半田3に突き合わせる位置に配置される。
次に、図2(b)に示すように、ステージ5に内蔵されたヒータ(図示せず)によって共晶半田3を加熱し溶融させるとともに、コレット6を加圧することにより半導体装置2を実装基板4に押し付ける。このとき、ヒータは共晶半田3を高温(300℃以上)に加熱する。その後ヒータを停止し、共晶半田3の温度を低下させて共晶半田3を凝固させることによって、半導体装置2と実装基板4とが接合される。
ところで、本実施形態では、コレット6に付設する形でコレット6を冷却する冷却手段を設けてある。冷却手段は、コレット6に保持された半導体装置2の接着部材8の溶融温度よりも低温を発生するものであって、金属製であって熱伝導率がよいコレット6を冷却する。これにより、半導体装置2と実装基板4との接合時に共晶半田3の熱が半導体装置2に伝わっても、コレット6が半導体装置2を冷却することにより半導体装置2の温度上昇を抑制し、半導体装置2の温度が接着部材8の溶融温度以上となることを防止されることになる。すなわち、半導体装置2自体が高温になって半導体装置2内の接着部材8が溶融することを防止している。
図1には、冷却手段11の一例として、一部がコレット6の内部に埋設され冷却媒体の流路を形成するパイプ12を備えたものを例示する。パイプ12に流す冷却媒体には冷却水などの液体を用いるが、空気など種々の気体を冷却媒体として用いてもよい。図1のパイプ12は、コレット6の下端部に埋設され吸着孔10の周囲に螺旋状に引き回された埋設路13と、埋設路13の一端に連続し埋設路13へ冷却媒体を供給する供給路14と、埋設路13の他端に連続し埋設路13から冷却媒体を排出する排出路15とを有する。これにより、パイプ12には冷却媒体を連続的に流すことができ、埋設路13を通過する冷却媒体とコレット6との間で熱交換を行うことによりコレット6に当接している半導体装置2の温度上昇を抑制することができる。ここでは、排出路15から排出された冷却媒体を冷却し再び供給路14に供給することにより、冷却媒体を循環させている。なお、供給路14に流す冷却媒体の温度は、半導体装置2と実装基板4との接合時に埋設路13を流れる冷却媒体の温度を接着部材8の溶融温度以下に抑えることができるように設定される。
また、冷却手段11としては上述したようにコレット6が直接冷却される構成に限らず、例えば、図3に示すように、コレット6に保持された半導体装置2の接着部材8の溶融温度よりも低温を発生する冷却装置17に、熱伝導率のよい金属製の冷却バー16を介してコレット6が連結され、冷却バーを介してコレットが間接的に冷却される構成を採用してもよい。冷却バー16は、棒状であって一端部がコレット6に連結され他端部が冷却装置17に連結される。この構成であっても、コレット6を直接冷却する上述の冷却手段11と同様にコレット6を冷却することができるので、コレット6に当接している半導体装置2の温度上昇は抑制される。
また、図4に示すように、コレット6におけるステージ5との対向面(下面)に半導体装置2が嵌り込む凹部18を設けてもよい。この構成によれば、半導体装置2はコレット6におけるステージ5との対向面内においてコレット6に対して定位置に固定されることになるので、ダイボンド時に半導体装置2と実装基板4との間に位置ずれが生じることはなく、凹部18が設けられていない構成に比べて実装基板4と半導体装置2との位置合わせの精度が高くなる。さらに、凹部18を設けた構成では、図2に示すような半導体装置2とコレット6とが面同士で当接しているだけの構成に比べて、半導体装置2とコレット6との接触面積が大きくなり半導体装置2の熱がコレット6に伝達されやすくなるので、冷却手段11を設けたことによる半導体装置2の冷却効率が向上する。しかも、図4においては、サブマウント基板7とLED素子9との両方が嵌り込むように凹部18が半導体装置2の外形状に合わせて形成されているので、ダイボンド時に、万一接着部材8の接合強度が低下することがあっても、サブマウント基板7とLED素子9との間に位置ずれが生じることはない。
本発明の実施形態の構成を示し、(a)は正面図、(b)は要部の側面図、(c)は要部の断面図である。 同上の基本動作を示す説明図である。 同上の他の構成を示す正面図である。 同上のさらに他の構成を示し、(a)は要部の下面図、(b)は要部の断面図である。
符号の説明
1 ダイボンディング装置
2 半導体装置
3 共晶半田(ダイボンディング材料)
4 実装基板(被実装体)
5 ステージ
6 コレット
7 サブマウント基板(別部材)
8 接着部材
9 LED素子(半導体素子)
11 冷却手段
12 パイプ
18 凹部

Claims (6)

  1. 加熱されることにより溶融する接着部材を用いて半導体素子と別部材とを接合した半導体装置を、前記接着部材の溶融温度以上の温度に加熱されることにより溶融するダイボンディング材料を用いて被実装体にダイボンドするダイボンディング装置であって、被実装体を保持するステージと、ステージと対向する位置に配置され半導体装置に当接した状態で半導体装置を保持する金属製のコレットとを有し、コレットには、コレットに保持された半導体装置の接着部材の溶融温度よりも低温を発生する冷却手段が付設されていることを特徴とするダイボンディング装置。
  2. 前記冷却手段は、前記コレットの内部に冷却媒体が流れる流路を備えることを特徴とする請求項1記載のダイボンディング装置。
  3. 前記冷却媒体は、液体であることを特徴とする請求項2記載のダイボンディング装置。
  4. 前記冷却媒体は、気体であることを特徴とする請求項2記載のダイボンディング装置。
  5. 前記コレットは、前記ステージとの対向面に前記半導体装置が嵌り込む凹部を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のダイボンディング装置。
  6. 前記凹部は、前記半導体素子と前記別部材との両方が嵌り込む形状に形成されていることを特徴とする請求項5記載のダイボンディング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015233138A (ja) * 2014-06-10 2015-12-24 セメス株式会社Semes Co., Ltd. ボンディングヘッド及びこれを含むダイボンディング装置

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