JP2007201259A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の実装装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は複数の素子を効率良く基板に実装することを課題とする。
【解決手段】半導体装置の実装装置60では、複数の発光素子40を一括して搬送するように構成された真空吸着部70を有する。この真空吸着部70は、複数の発光素子40を吸着するための複数の空気吸引孔72が所定間隔で設けられている。真空吸着部70を基板20の上方に移動させる。そして、真空吸着部70と基板20との相対位置のアライメントを行なう。そして、制御部80からの制御信号により電磁式三方弁76をa−cポート連通状態に切替える。これにより、電磁式三方弁76からの大気が複数の空気吸引孔72に導入され、発光素子40に対する真空吸着を解除する。その後、基板20上に載置された各発光素子40の下面に形成された各バンプ50と各配線パターン30とを接合する。
【選択図】図2A

Description

本発明は半導体装置の製造方法及び半導体装置の実装装置に係り、特に基板に複数の素子を実装する半導体装置の製造方法及び半導体装置の実装装置の改良に関する。
近年、発光素子(LED:light emitting diode)を光源とする照明装置や表示装置等の開発が進められており、それに伴って複数の発光素子を高密度に実装することが要望されている。特に発光素子は、半導体チップと同様に微細加工技術を駆使して製造された微小なチップであり、例えば、数ミリの中に複数の発光素子を実装することで発光時の光強度を高めている。この種の半導体装置の製造方法では、基板上に複数の凹部を形成し、コレットなどの真空吸着部により発光素子を搬送して各凹部に挿入することが自動的に行なわれている(例えば、特許文献1参照)。
また、粘着シートに貼着された複数の発光素子を粘着シート毎搬送して複数の発光素子を基板の複数の凹部に挿入する方法もある(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−58924号公報 特開2003−243720号公報
しかしながら、上記特許文献1の製造方法では、発光素子を1個ずつ基板上に搬送し、アライメントを行なってから所定位置に実装するため、複数の発光素子を全て基板上に実装するのにかなりの時間がかかり、生産効率を高めることが難しいという問題を有する。
また、上記特許文献2の製造方法では、粘着シートに貼着された状態の複数の発光素子を基板の上方に搬送し、基板の下方から挿入された真空ノズルを用いて発光素子を粘着シートから剥がす工程が必要となっていた。そのため、基板の凹部には、下面側に貫通する貫通孔を設ける工程も必要であった。このように、上記特許文献2の製造方法の場合も工程数が増加して生産効率高めることが難しいという問題を有する。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した半導体装置の製造方法及び半導体装置の実装装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
本発明は、基板に複数の素子を実装する半導体装置の製造方法において、空気を吸引する複数の吸引孔を有する真空吸着部に前記複数の素子を吸着させる工程と、前記真空吸着部を移動させて前記複数の素子を前記基板上の所定位置に載置する工程と、前記複数の素子を前記基板の複数の所定位置に載置して前記真空吸着部による前記複数の素子に対する吸着を解除する工程と、前記基板の配線パターンに前記複数の素子の端子を接合する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記基板に前記素子を囲む壁部を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする。
また、本発明は、前記複数の壁部の上端を透過性のカバーにより封止する工程をさらに有することを特徴とする。
前記壁部は、前記素子の上方に向けて広がるように傾斜された傾斜面を有することを特徴とする。
前記壁部は、前記素子から発光された光を反射させる反射面を有することを特徴とする。
前記真空吸着部は、前記基板の各素子取付位置に対応する間隔で配置された複数の吸着孔を有することを特徴とする。
前記複数の素子は、粘着テープに貼着されており、前記粘着テープから離間させると共に前記空気吸引孔に吸着されることを特徴とする。
また、本発明は、基板に複数の素子を実装する半導体装置の実装装置において、空気を吸引する複数の空気吸引孔により前記複数の素子を吸着する真空吸着部と、前記複数の空気吸引孔より空気を吸引する真空発生装置と、前記真空発生装置と前記複数の空気吸引孔との間に配された切替弁と、前記複数の素子を前記基板上の所定位置に搬送するまで前記切替弁を前記真空発生装置と前記複数の空気吸引孔とを連通して前記複数の素子を吸着し、前記複数の素子を前記基板上の所定位置に載置した後、前記切替弁を切替えて前記複数の素子に対する吸着を解除する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、空気を吸引する複数の吸引孔を有する真空吸着部に複数の素子を吸着させる工程と、真空吸着部を移動させて複数の素子を基板上の所定位置に搬送する工程と、を有するため、複数の素子を一括して基板上に搬送し、複数の素子を一括してアライメントを行なうことが可能になり、生産効率を高めることができる。さらに、複数の素子を基板の複数の所定位置に載置して真空吸着部による複数の素子に対する吸着を解除する工程と、基板の配線パターンに複数の素子の端子を接合する工程とを有するため、空気の吸引により複数の素子を同時に吸着解除できるので、短時間で複数の素子を基板上に載置することが可能になると共に、粘着テープを用いる場合のように素子を剥がすための機構を設けないで済むので、工程数を削減することが可能になる。
また、本発明によれば、複数の素子を前記基板上の所定位置に搬送するまで切替弁を真空発生装置と複数の空気吸引孔とを連通して複数の素子を吸着し、複数の素子を基板上の所定位置に載置した後、切替弁を切替えて前記複数の素子に対する吸着を解除するため、複数の素子を一括して基板上に搬送し、複数の素子を一括してアライメントを行なえるので、素子の実装工程における生産効率を高めることができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は本発明による半導体装置の製造方法の実施例1により作成された半導体装置を示す図である。図1に示されるように、半導体装置10は、Siなどからなる基板20の上面にCuからなる複数の配線パターン30を形成し、複数の配線パターン30の夫々に複数の発光素子(LED)40の各端子を下面側のAuよりなるバンプ(Auスタッドバンプ)50を介して電気的に接続されるように構成されている。また、半導体装置10は、複数の発光素子40をできるだけ近接させるように配置した状態で基板20に実装された高密度実装構造になっている。
複数の発光素子40は、夫々各端子に電圧が印加されると、上面側中央で発光し、所定の発光色を有する光が放射される。このように、複数の発光素子40が密集した状態に実装されることで、見かけ上発光面積を増大させることができるので、半導体装置10から発光される光強度が高められている。
次に、上記の半導体装置10を製造する製造方法の一例について、図2A〜図2Iに基づき、手順を追って説明する。尚、以下の図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
まず、図2Aに示す工程において、半導体装置の実装装置60では、複数の発光素子40を一括して搬送するように構成された真空吸着部70を有する。この真空吸着部70は、複数の発光素子40を吸着するための複数の空気吸引孔72が所定間隔で設けられている。尚、複数の空気吸引孔72の間隔は、発光素子40を実装する基板20に形成された配線パターン30の間隔と同一となるように設定されている。
また、複数の空気吸引孔72の夫々には、空気管路74が連通されており、空気管路74の下流には、電磁式三方弁(切替弁)76及び空気を吸引する真空発生装置(真空ポンプ)78が設けられている。電磁式三方弁76は、空気管路74に連通されたaポートと、真空発生装置78に連通されたbポートと、大気に連通された大気導入用のcポートとを有する。そして、電磁式三方弁76は、制御部80からの制御信号によってa−bポート連通状態とa−cポート連通状態との何れかに切替えられる。すなわち、a−bポート連通状態のときは、真空吸着部70により生成された負圧により複数の空気吸引孔72から空気を吸引し発光素子40を吸着する。また、a−cポート連通状態のときは大気が複数の空気吸引孔72に供給され、発光素子40に対する真空吸着を解除する。
電磁式三方弁76及び真空発生装置78は、制御部80からの制御信号によって制御されており、真空発生装置78を駆動した状態で電磁弁76を開弁させると、複数の空気吸引孔72に負圧が生じて空気を吸引する。
また、真空吸着部70の下方には、粘着テープ82に所定間隔で貼着された発光素子40の供給ラインが形成されている。粘着テープ82は、X方向に所定速度で巻き取られており、発光素子40を連続して供給するように装架されている。
次に、図2Bに示す工程において、粘着テープ82の下面をコレット84が上昇して上方に押圧することで粘着テープ82の上面に貼着された発光素子40を空気吸引孔72に押し付ける。このとき、電磁式三方弁76は、a−bポート連通状態になっており、複数の空気吸引孔72から空気を吸引している。
そして、コレット84が降下することで粘着テープ82に対する押圧力が解除されるため、粘着テープ82が巻取りテンションの作用により発光素子40の下面から剥がされて装架位置に復帰する。これにより、発光素子40は、粘着テープ82から離間すると共に、空気吸引孔72の負圧によって吸着された状態に保持される。
次に、図2Cに示す工程において、粘着テープ82を巻き取り動作に連動して上記コレット84が各空気吸引孔72に対向する位置へ水平移動して昇降動作を繰り返すことで各空気吸引孔72の夫々の下端に発光素子40を吸着させる。
次に、図2Dに示す工程において、複数の発光素子40を吸着した真空吸着部70をバンプ形成装置等に移動させて発光素子40の下面にAuよりなるバンプ50を形成させる。
次に、図2Eに示す工程において、真空吸着部70を基板20の上方に移動させる。あるいは、基板20をクランプしたテーブル90を真空吸着部70の下方に移動させても良い。そして、真空吸着部70と基板20との相対位置のアライメントを行なう。本実施例では、真空吸着部70の下面に吸着された複数の発光素子40の間隔が基板20の上面に形成された配線パターン30の間隔と一致するように設定されているので、各発光素子40を個別に位置調整せずとも全ての発光素子40のアライメントを一括して行なうことができるので、アライメント工程の時間を短縮して生産効率を高められる。
このアライメント工程では、基板20に対して真空吸着部70を水平移動させて位置合わせを行なっても良いし、あるいは真空吸着部70に対して基板20をクランプしたテーブル90を水平移動させる方法を用いても良い。
次に、図2Fに示す工程において、真空吸着部70を降下させて発光素子40の下面に形成されたバンプ50を基板20の配線パターン30に押圧した状態に移行する。あるいは、基板20をクランプしたテーブル90を上方に移動させて基板20上の配線パターン30を発光素子40のバンプ50に押圧するようにしても良い。
次に、図2Gに示す工程において、制御部80からの制御信号により電磁式三方弁76をa−cポート連通状態に切替える。これにより、電磁式三方弁76からの大気が複数の空気吸引孔72に導入され、発光素子40に対する真空吸着を解除する。これにより、発光素子40は、真空吸着部70から分離可能となる。
そして、吸着解除後、真空吸着部70を上昇、あるいは基板20をクランプしたテーブル90を降下させて発光素子40を真空吸着部70から離間させる。
次に、図2Hに示す工程において、超音波接合用ボンダ装置(図示せず)のホーン92を各発光素子40の上面に当接させて加圧した状態とし、振動子94で発生した超音波による振動を各発光素子40に伝播させる。これにより、各発光素子40の下面に形成された各バンプ50と各配線パターン30との間で接触している金属同士が接合される。
次に、図2Iに示す工程において、ホーン92を上昇、あるいは基板20をクランプしたテーブル90を降下させて発光素子40をホーン92から離間させる。これで、図1に示す半導体装置10が得られる。
このように、実施例1では、複数の発光素子40を同一の基板20上に高密度実装する場合の製造工程において、複数の発光素子40を同時に搬送して基板20の所定位置に位置合わせすることができ、しかも電磁式三方弁76の切替えにより複数の発光素子40に対する吸着を一括して解除できるので、各発光素子40を個別に吸着して搬送する場合よりも大幅な時間短縮と生産効率の向上を図ることが可能になる。従って、発光素子40が微小なチップである場合でも、複数の発光素子40を微小間隔で精密に高密度実装することが可能になると共に、生産効率の向上により生産コストも安価に抑えることが可能になる。
図3は実施例2の半導体装置100を示す図である。図3に示されるように、半導体装置100は、シリコン基板(以下「基板」という)120と、基板120上に形成された凹部122と、凹部122に実装された発光素子124と、ガラス板140とを有し、凹部122を囲む壁部126の上面とガラス板140とを接合して凹部122を封止した構成である。そして、壁部126の上面とガラス板140の下面との接触部分が接合層102となる。
壁部126は、例えば、シリコンにより形成されており、上方に向けて広がる方向に傾斜した傾斜面128を有する。この傾斜面128は、発光素子124の発光面より上方に形成されており、発光素子124から発光された光を上方に反射させる反射面として作用すると共に、発光素子124を凹部122に挿入する際のガイド面として機能するものである。尚、傾斜面128は壁部126に設ける構成としても良いし、あるいは、壁部126の内面に傾斜したミラーを配置する構成としても良い。
また、発光素子124は、例えばAuよりなるバンプ(Auスタッドバンプ)106上に設置され、発光素子124は、当該バンプ106を介して基板120の底面を貫通するように形成されるビアプラグ(貫通配線)107と電気的に接続されている。
ビアプラグ107の、発光素子124が接続される側の反対側には、例えばNi/Auメッキ層よりなる接続層108Aが形成され、さらに当該接続層108Aに半田バンプ108が形成されている。
また、基板20の表面は、酸化膜(シリコン酸化膜)104が形成され、例えば当該基板120と、ビアプラグ107との間や、バンプ106との間は絶縁されている。
次に、上記の半導体装置100を製造する製造方法の一例について、図4A〜図4Kに基づき、手順を追って説明する。ただし以下の図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する場合がある。
まず、図4Aに示す工程において、基板120をエッチングしてパターニングし、発光素子124を設置するための複数の凹部122、傾斜面128と、ビアプラグ107を形成するための、基板120を貫通する複数のビアホール107Aを形成する。
次に、図4Bに示す工程において、凹部122、傾斜面128の内壁面やビアホール107Aの内壁面を含むシリコン基板120の表面に、例えば熱CVD(Chemical vaper deposition)法などにより、酸化膜(シリコン酸化膜、または熱酸化膜とよぶ場合もある)104を形成する。
次に、図4Cに示す工程において、例えばCuのメッキ法(例えばセミアディティブ法)により、ビアホール107Aに、それぞれビアプラグ107を形成する。
次に、図4Dに示す工程において、例えばメッキ法により、例えばNi/Auよりなる接続層106A,108Aを形成する。この場合、接続層106Aは、ビアプラグ107の凹部22の側に、接続層108Aは、ビアプラグ107の凹部122の反対側に形成される。
次に、図4Eに示す工程において、接続層106A上に、それぞれバンプ(Auスタッドバンプ)106を形成する。なお、本図以降では、接続層106Aの図示を省略している。
次に、図4Fに示す工程において、凹部122の周囲の壁部126の表面の酸化膜104を、例えばマスクエッチングにより剥離する。本工程によって酸化膜が剥離された部分には後の工程においてガラス板140が接合される。
次に、図4Gに示す工程において、真空吸着部170により吸着された複数の発光素子124を複数の凹部122の夫々に挿入する。この真空吸着部170は、前述した実施例1の真空吸着部70と同様に、空気管路74を介して電磁式三方弁76及び真空発生装置78と接続されているが、その説明はここでは省略する。
また、真空吸着部170は、複数の発光素子124を吸着するための複数の空気吸引孔172と、複数の凹部122に挿入可能に突出する複数のノズル174とを有する。空気吸引孔172は、ノズル174の中央を貫通するように形成されており、且つノズル174の外周が傾斜面128に接触しないように発光素子124よりも小径に形成されている。そして、各ノズル174間には、壁部126に対応する逃げ部178が設けられている。また、本実施例では、複数のノズル174の間隔が複数の凹部122の間隔と同一に設定されている。そのため、真空吸着部170と基板120との相対位置をアライメントすることで、複数のノズル174の下端に吸着された複数の発光素子124と複数の凹部122との位置合わせが一括して行なえる。よって、本実施例では、アライメント工程の時間を短縮して生産効率を高められる。
また、アライメント工程では、基板120に対して真空吸着部170を水平移動させて位置合わせを行なっても良いし、あるいは真空吸着部170に対して基板120を水平移動させる方法を用いても良い。
尚、本実施例において、複数のノズル174の夫々に発光素子124を吸着させる工程は、前述した実施例1(図2B参照)と同様であるので、その説明は省略する。
そして、真空吸着部170を降下させて発光素子124の下面に形成されたバンプ106を基板120上のビアプラグ107に押圧する。
さらに、制御部80からの制御信号により電磁式三方弁76をa−cポート連通状態に切替える。これにより、電磁式三方弁76からの大気が複数の空気吸引孔172に供給され、発光素子124に対する真空吸着を解除する。これにより、複数の発光素子124は、真空吸着部170から分離可能となる。
そして、吸着解除後、真空吸着部170を上昇、あるいは基板120を降下させて発光素子124を真空吸着部170から離間させる。
次に、図4Hに示す工程において、超音波接合用ボンダ装置(図示せず)のホーン192を各発光素子124の上面に当接させて加圧した状態とし、振動子194で発生した超音波による振動を各発光素子124に伝播させる。これにより、各発光素子124の下面に形成された各バンプ106と各ビアプラグ107との間で接触している金属同士が接合される。
また、ホーン192は、複数の凹部122の間隔と同一間隔で下方に突出する複数の加圧部196を有する。各加圧部196は、外周が傾斜面128に接触しないように発光素子124よりも小径に形成されている。そして、各加圧部196間には、壁部126に対応する逃げ部198が設けられている。
次に、図4Iに示す工程において、ガラス板140をシリコン基板120上に載置する。
次に、図4Jに示す工程において、シリコン基板120を陽極接合装置200の陽極板230に載置し、陽極接合装置200の陰極板250をガラス板140の上面に接触させた状態で陽極板230と陰極板250との間に高電圧を印加する。
また、陽極板230の上面には、シリコン基板120の下面に突出する接続層108Aと接触しないように凹部232が形成されている。
ガラス板140に対する電圧印加は、陰極板250を介して行なわれるため、ガラス板40は加熱された状態になり、シリコン基板120の壁部126上面に接合される。よって、
上記の陽極接合が行われると、シリコン基板120を構成するSiと、ガラス板140中の酸素とが結合し、接合力が良好で安定した接合が行われる。また、陽極接合では、樹脂材料を用いた接合と異なり、発光素子124が封止される凹部122の内部空間を汚染するようなガス、不純物などが殆ど発生することがない。
次に、図4Kに示す工程において、接続層108Aにそれぞれ半田バンプ108を形成する。
このように、本実施例では、真空吸着部170により吸着された複数の発光素子124を基板120上に形成された複数の凹部122に一括して載置することが可能なため、複数の発光素子40を同時に搬送して基板120の複数の凹部122に一括して位置合わせすることができ、しかも前述した電磁式三方弁76の切替えにより複数の発光素子40に対する吸着を一括して解除できるので、各発光素子40を個別に吸着して搬送する場合よりも大幅な時間短縮と生産効率の向上を図ることが可能になる。従って、発光素子40が微小なチップである場合でも、複数の発光素子40を微小間隔で精密に高密度実装することが可能になると共に、生産効率の向上により生産コストも安価に抑えることが可能になる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
尚、上記実施例1では、粘着テープに貼着された発光素子40を真空吸着部70に吸着させる方法を一例として挙げたが、これに限らず、粘着テープ以外に例えば、予め空気吸引孔72の間隔で発光素子40が載置されたトレー等から複数の発光素子40を同時に吸着する方法を用いても良い。
また、上記実施例2では、基板120上の壁部126に傾斜面128を設けた構成を例に挙げたが、これに限らず、傾斜面128を設ける代わりに、反射ミラーを凹部122に配置する構成としても良い。
本発明による半導体装置の製造方法の実施例1により作成された半導体装置を示す図である。 実施例1の半導体装置の製造方法及び実装装置を示す図(その1)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その2)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その3)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その4)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その5)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その6)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その7)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その8)である。 実施例1の半導体装置の製造方法を示す図(その9)である。 実施例2の半導体装置を示す図である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その1)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その2)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その3)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その4)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その5)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その6)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その7)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その8)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その9)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その10)である。 実施例2の半導体装置の製造方法を示す図(その11)である。
符号の説明
10,100 半導体装置
20,120 基板
30 配線パターン
40,124 発光素子
60 半導体装置の実装装置
70,170 真空吸着部
72,172 空気吸引孔
76 電磁式三方弁
78 真空発生装置
80 制御部
122 凹部
126 壁部
128 傾斜面
140 ガラス板

Claims (8)

  1. 基板に複数の素子を実装する半導体装置の製造方法において、
    空気を吸引する複数の空気吸引孔を有する真空吸着部に前記複数の素子を吸着させる工程と、
    前記真空吸着部に吸着された前記複数の素子を前記基板上の所定位置に載置する工程と、
    前記複数の素子を前記基板の複数の所定位置に載置して前記真空吸着部による前記複数の素子に対する吸着を解除する工程と、
    前記複数の素子の端子を前記基板の配線パターンに同時に接合する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記基板に前記素子を囲む壁部を形成する工程と、
    をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記複数の壁部の上端を透過性のカバーにより封止する工程をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記壁部は、前記素子の上方に向けて広がるように傾斜された傾斜面を有することを特徴とする請求項2または3の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記壁部は、前記素子から発光された光を反射させる反射面を有することを特徴とする請求項2乃至4の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記複数の空気吸着孔は、前記基板の各素子取付位置に対応する間隔で配置されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記複数の素子は、粘着テープに貼着されており、前記真空吸着部に対して前記粘着テープから離間させると共に前記空気吸引孔に吸着されることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
  8. 基板に複数の素子を実装する半導体装置の実装装置において、
    空気を吸引する複数の空気吸引孔により前記複数の素子を吸着する真空吸着部と、
    前記複数の空気吸引孔より空気を吸引する真空発生装置と、
    前記真空発生装置と前記複数の空気吸引孔との間に配された切替弁と、
    前記複数の素子を前記基板上の所定位置に搬送するまで前記切替弁を前記真空発生装置と前記複数の空気吸引孔とを連通して前記複数の素子を吸着し、前記複数の素子を前記基板上の所定位置に載置した後、前記切替弁を切替えて前記複数の素子に対する吸着を解除する制御部と、
    を有することを特徴とする半導体装置の実装装置。
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