JP2010245195A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の温度を得るための熱効率を向上することができ、また基板を冷却する際の冷却能力の低下を防止することができ、さらに１枚の基板に複数個の半導体素子を実装することができるようにする。
【解決手段】配線基板２に半導体素子１を実装する半導体装置の製造装置において、配線基板２を支持するステージ４と、半導体素子１側より加熱する加熱ユニット１５とを具備し、ステージ４に配線基板２を吸着固定する第１の流路７と、第１の流路７と独立し、配線基板２の半導体素子１が実装される領域と接し、ステージ４の断熱と配線基板２の冷却を行う第２の流路９とが具備されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に係り、詳しくは、反りの発生を防止するフリップチップ方式の実装構造を有する半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の小型化に対応するパッケージ構造として、フリップチップ実装方式を用いた構造が適用され量産化されている。このようなフリップチップ方式の実装構造を有する半導体装置は、図８に示すように、電極形成面が下向きとなるように配置された半導体素子（半導体チップ）が、図９に示すような、関連技術に係る半導体装置の製造装置を用いて製造される。以下、図８及び図９を参照して、この半導体装置の製造方法を工程順に説明する。

まず、図８に示すように、電極上にハンダバンプ１０３が形成されている半導体素子１０１と、ハンダバンプ１０３と相対する位置に電極が形成された配線基板１０２とを、搭載機を用いて双方の電極が一致するように位置合せを行い、半導体素子１０１を配線基板１０２上にフラックスによって仮固定する。次に、図９に示すように、半導体素子１０１が仮固定された配線基板１０２を、搬送ユニット１１９に乗せてリフロー炉１１８内へ投入する。ここで、リフロー炉１１８は、加熱ユニット１１５によって１２０℃から１８０℃程度に加熱された予備加熱雰囲気ゾーンＡと、ハンダの融点以上に加熱された本加熱雰囲気ゾーンＢと、冷却ユニット１２０によってハンダの融点以下に冷却された冷却雰囲気ゾーンＣとが、配線基板１０２の搬送方向から順に並んでいる。

この各加熱雰囲気ゾーンＡ、Ｂ内に配線基板１０２が到達した際、半導体素子１０１、配線基板１０２及びハンダバンプ１０３は各雰囲気とほぼ同等の温度に加熱される。また、本加熱雰囲気ゾーンＡ、Ｂに到達したとき、ハンダバンプ１０３は溶融して配線基板１０２の電極と金属反応する。そして、ハンダの融点以下に冷却された冷却雰囲気ゾーンＣ内に配線基板１０２が到達した際、半導体素子１０１、配線基板１０２及びハンダバンプ１０３はハンダの融点以下まで冷却される。最後に、配線基板１０２がリフロー炉１１８内より搬送ユニット１１９によって搬出され、半導体素子１０１はハンダバンプ１０３を介し配線基板１０２と電気的に接続された状態が得られる。以上の工程により、フリップチップ実装構造を有する半導体装置が製造される。

しかしながら、上述の関連技術に係る半導体装置の製造方法には幾つかの問題がある。最も大きな問題は、冷却雰囲気ゾーンＣにおいてハンダ融点以下まで冷却した後に半導体素子１０１と配線基板１０２に反りが発生するということである。この原因は、各雰囲気中で加熱及び冷却処理を行っているため、半導体素子１０１と配線基板１０２とが同じ温度になってしまうことに起因する。半導体素子１０１と配線基板１０２とは線膨張係数が異なることから、同じ温度でも膨張量に差が生じる。加熱後に常温まで冷却を行った場合、ハンダの融点付近の温度でハンダバンプ１０３が凝固し半導体素子１０１と配線基板１０２とは固定される。さらに冷却が進むと、半導体素子１０１と配線基板１０２との収縮量は異なっていることから反りが発生してしまうことになる。

例えば、シリコンをベースとした半導体素子１０１の線膨張係数は約３．５ｐｐｍ(シリコンの線膨張係数)、ガラスエポキシを使用した配線基板１０２の線膨張係数は約１５ｐｐｍである。従って、リフロー炉１１８を用いて各雰囲気中で加熱及び冷却を行った場合、各温度における半導体素子１０１と配線基板１０２との膨張量の比は約１：４(半導体素子：ガラスエポキシ配線基板)となる。この状態で加熱後の冷却を行うと、一般に広く用いられるSn/Ag系の鉛フリーハンダを使用した場合では、ハンダ凝固点である２２０℃から２３０℃付近でハンダバンプ１０３が凝固して半導体素子１０１と配線基板１０２とが固定されてしまい、さらに常温まで冷却が進むとハンダ凝固点付近から常温までの半導体素子１０１と配線基板１０２との収縮量の差が反りとして発生してしまう。

また原因の一つとして、近年において携帯端末等に使用される半導体装置では、薄型化への要求が高く半導体素子１０１や配線基板１０２自体の厚みを薄くする方向であることがあげられる。半導体素子１０１や配線基板１０２自体の厚みが薄くなることによって、剛性がなくなり反りが発生し易い構造となってしまう。このような場合、リフロー炉１１８に搬送レールで配線基板１０２を支持し炉内を移動させる機構のものを用いると、加熱時に生じる反りによって搬送レールから配線基板が脱落し、炉内で基板が落下してしまう恐れがある。

このような観点から、雰囲気中で加熱及び冷却を行わないで、接触式の加熱方式を用いて、線膨張差を考慮し半導体素子と配線基板を独立して温度制御を行う実装技術が提供されている（特許文献１、特許文献２及び特許文献３）。一例として、特許文献１に開示されている半導体装置の製造装置２０１は、図１０に示すように、回路基板２０２を保持するステージ２０１と、半導体チップ２０７を保持する真空チャック２０６と、半導体チップ２０７を加熱するセラミックヒータ２０５と、回路基板２０２に対して半導体チップ２０７を圧接する圧接ツール２０４と、ステージ２０１に対してエアブローを吹き付ける冷却装置２０９とを備えている。これにより、半導体チップ２０７と回路基板２０２との電極同士を接続する際に、セラミックヒータ２０５から半導体チップ２０７を介して伝導した熱が、回路基板２０２から冷却されたステージ２０１へと速やかに拡散されるので、回路基板２０２の温度が半導体チップ２０７の温度よりも低く維持されて、反りが抑制されるとされている。

しかし、これらの特許文献においても幾つかの問題点が存在している。第１の問題は、加熱効率が低く生産性が低い点である。この原因は、加熱ユニット側からの加熱時にステージ側では加熱ユニット側より低い温度で制御を行い実装することに起因する。ステージ側が加熱ユニット側より低い温度で制御されているため、加熱ユニット側からの熱はステージ側へ逃げ易い。従って、高い設定温度で加熱ユニット側より加熱しなければ接続部で十分な熱量を得ることができない。また、昇温にも時間がかかるため、実装動作のサイクルタイムが長く生産性が低い。さらに、加熱ユニット側の加熱温度が高い場合、加熱によって半導体素子を壊してしまう恐れがある。

第２の問題として、複数個の半導体素子を一括で実装する場合、歩留まりが低下してしまう点である。この原因は、半導体素子の実装に接触式の加熱方式を適用していることに起因する。１枚の配線基板に複数個の半導体素子を実装する場合、複数個の半導体素子のハンダバンプ全てを配線基板に接触させ同じ温度で同時に加熱する必要がある。しかし、個々の半導体素子では素子の厚みバラツキ、バンプの高さバラツキが生じている。従って、複数個の半導体素子のハンダバンプ全てを配線基板に接触させることができないことから、各々の半導体素子で一様な接続状態が得られず安定した品質を確保することが難しい。

また、接触式の加熱方式により反りの小さいフリップチップを得るようにした他の実装技術が提供されている（特許文献４）。特許文献４に開示されている半導体装置の製造装置３２１は、図１１に示すように、加熱手段３０２を内蔵したチップ吸着フロック３０１と、基板吸着手段３２７及び基板冷却手段３２５を備えたステージ３２３とを具備し、加熱手段３２７及び基板冷却手段３２５が同時に動作するように構成されている。これにより、半導体装置を製造する場合は、ステージ３２３上に基板３２５を吸着保持し、チップ吸着ブロック３０１に吸着保持したフリップチップ３０３を加熱しながら基板３０５上に加圧し、同時に基板３０５をステージ３２３側から強制冷却する。

特開２０００―２６０８２７号公報 特開２００１−３５１９４９号公報 特開２００７−２０７９８０号公報 特開２００４―０４７６７０号公報

ところで、特許文献４に開示されている半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置には、以下のような問題がある。
第１の問題は、図１１に示したように、フリップチップ３０３を吸着保持したチップ吸着フロック３０１の加熱時にも、同時に基板３０５をステージ３２３側より強制冷却しているので、チップ吸着ブロック３０１側からの熱量がステージ３２３側に逃げ易くなるため、所望の温度を得るにはチップ吸着ブロック３０１側から大きな熱量を加えなければならず、熱効率が悪くなることである。
第２の問題は、基板３０５の冷却を基板冷却手段３２５により直接ではなく、ステージ３２３を介して行うので、ステージ３２３の材質の熱伝導率による冷却能力の低下を生じさせることである。
第３の問題は、加熱手段３０２を保持するチップ吸着ブロック３０１により接触式でフリップチップ３０３を加熱するので、前述したように、１枚の配線基板に複数個の半導体素子を実装する場合、複数個の半導体素子のハンダバンプ全てを配線基板に接触させ同じ温度で同時に加熱する必要があるが、個々の半導体素子では素子の厚みバラツキ、バンプの高さバラツキが生じているため、複数個の半導体素子のハンダバンプ全てを配線基板に接触させることができないことである。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、所望の温度を得るための熱効率を向上することができ、また基板を冷却する際の冷却能力の低下を防止することができ、さらに１枚の基板に複数個の半導体素子を実装することができる半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

この発明は、配線基板に半導体素子を実装する半導体装置の製造装置に係り、前記配線基板を支持するステージと、前記半導体素子側より加熱する加熱ユニットとを具備し、前記ステージに前記配線基板を吸着固定する第１の流路と、前記第１の流路と独立し、前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域と接し、前記ステージの断熱と前記配線基板の冷却を行う第２の流路とが具備されていることを最も主要な特徴とする。

この発明の半導体装置の製造装置によれば、ステージに第２の流路が具備されており、この第２の流路内の気体の動きを制御し、ステージの断熱と配線基板も含めた冷却を行うことができるので、配線基板上への半導体素子実装において効率的な加熱、冷却が可能となる。
また、この発明の半導体装置の製造装置では、第２の流路が半導体素子の実装領域直下で幾つもの経路に分岐した機構を有していることで、配線基板の半導体素子が実装される領域内に第２の流路の気体が斑なく接し、均一に加熱、冷却することができる。従って、温度分布起因によるハンダ濡れ性バラツキを抑制し、安定した接続状態を得ることが可能となる。さらに、上記構成の製造装置によれば、非接触加熱方式の加熱ユニットにより加熱を行うことで、半導体素子の厚みバラツキに影響されること無く複数個の半導体素子を同時に均一に加熱することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
また、上記構成の半導体装置の製造装置を用いた、半導体装置の製造方法によれば、配線基板上への半導体素子実装において、冷却時に第２の流路内の気体制御による冷却動作と加熱ユニットから半導体素子に与える熱量の制御を行い、ハンダバンプが凝固点に達した時点での半導体素子と配線基板の温度差を制御することで、線膨張差起因で生じる半導体装置の反りを制御することが可能である。

この発明の第１の実施形態である半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図である。 同半導体装置の製造装置の主要部の概略構成を示す平面図である。 図２の断面構造を示し、図３（ａ）はＡ―Ａ’矢視断面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視断面図、図３（ｃ）はＣ−Ｃ‘矢視断面図である。 この発明の第２の実施形態である半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図である。 同半導体装置の製造装置の主要部の概略構成を示す平面図である。 図５の断面構造を示し、図６（ａ）はＡ―Ａ’矢視断面図、図６（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視断面図、図６（ｃ）はＣ−Ｃ‘矢視断面図である。 この発明の第１又は第２の実施形態による半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図である。 関連技術の説明に供される半導体素子を示す断面図である。 同半導体素子を用いた、関連技術に係る半導体装置の製造装置による半導体装置の製造方法を示す断面図である。 関連技術に係る半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図である。 関連技術に係る半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図である。

配線基板２に半導体素子１を実装する半導体装置の製造装置において、配線基板２を支持するステージ４と、半導体素子１側より加熱する加熱ユニット１５とを具備し、ステージ４に配線基板２を吸着固定する第１の流路７と、第１の流路７と独立し、配線基板２の半導体素子１が実装される領域と接し、ステージ４の断熱と配線基板２の冷却を行う第２の流路９とが具備されている。

実施形態１

図１は、この発明の第１の実施形態である半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図、図２は同半導体装置の製造装置の主要部の概略構成を示す平面図、また、図３は図２の断面構造を示し、図３（ａ）はＡ―Ａ’矢視断面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視断面図、図３（ｃ）はＣ−Ｃ‘矢視断面図である。
第１の実施形態である半導体装置の製造装置２０は、図１〜図３に示すように、半導体素子１が仮固定された配線基板２を支持、固定するステージ４は、配線基板２を予備加熱する温調部６と配線基板２を吸着固する吸着プレート５とで構成されている。図示はしていないが、温度制御のために空冷、又は水冷機構が温調部６に具備されていても良い。また、ステージ４には、第１の流路７と第２の流路９が具備されている。第１の流路７は配線基板２をステージ４に吸着固定するための機構であり、第２の流路９は加熱ユニット１５からの加熱に対するステージ４の断熱と、配線基板２も含めた冷却を行うための機構である。

第１の流路７と第２の流路９の断面構造は、図３に示すように、各々独立した経路であり、第１の経路７は温調部６から吸着プレート５上の第１の溝８に繋がっている。また、温調部６の開口からは配管等で真空ポンプ１３に接続されている。ここで第１の溝８は、配線基板２の半導体素子１が実装される領域よりも外側の位置に配置されており、この箇所で配線基板２はステージ４に吸着固定される。第２の流路９は、吸着プレート５の側面から吸着プレート５内に埋め込まれた多孔質プレート１０を介して、対面に貫通した経路となっている。ここで多孔質プレート１０は配線基板２の半導体素子１を実装する領域と対応した位置に配置されており、吸着プレート５に固定されている。多孔質プレート１０の材質はアルミナ系材質や炭化珪素系材質を用いても良い。また、気孔率は４０％から６０％のものを用いることが望ましい。

第２の流路９において、吸着プレート５側面の一方の開口には配管を介し開閉動作可能な電磁弁１２が具備されており、他方の開口には同様に電磁弁１２と第２の流路９内の気体、例えばエア、窒素ガス等の冷媒を吸引する吸引ユニット１４が接続されている。第２の流路９では、配線基板２がステージ４に第１の流路７を通じて吸着固定された際に、この電磁弁１２の開閉動作と吸引ユニット１４の動作により、多孔質プレート１０内を含めた第２の流路９の気体の動きを制御することができる。双方の電磁弁１２を閉じ吸引ユニット１４からの吸引を行わない場合は、第２の流路９は密閉状態となる。加熱ユニット１５から配線基板２上の半導体素子１を加熱する際、第２の流路９の多孔質プレート１０内に閉じ込められた気体が断熱材として機能する。

ここで、気体が膨張し配線基板２を押し上げる力が生じた場合は、電磁弁１２を少量開放し第２の流路９内の気体をリークさせても良い。双方の電磁弁１２を開いた状態で吸引ユニット１４からの吸引を行った場合では、第２の流路９内で気体が流動している状態となる。ステージ４上に吸着固定した配線基板２を冷却する際、第２の流路９の多孔質プレート１０内に閉じ込められた気体を排出すると共に、配線基板２の半導体素子１の実装領域とその直下のステージ４の加熱領域は流動する気体によって直接冷却される。このとき、電磁弁１２の絞りと吸引ユニット１４の吸引力制御により、第２の流路９内の風速、流量を制御しても良い。さらに、図示はしていないが吸引ユニット１４に接続されていない方へ温調ユニットを接続し、任意の温度に制御した気体を第２の流路９内に投入できるようにしても良い。

半導体素子１側から加熱を行う加熱ユニット１５は、非接触方式による加熱機構で熱風加熱や赤外線加熱を適用することができる。熱風加熱方式の場合、流量、温度、ステージ４表面からの高さ及び加熱時間の制御ユニットが具備されており、加熱対象物に与える熱量が制御できる。また、配線基板２の半導体素子１の実装領域に該当する位置に任意の孔をあけたプレートを熱風発生源と配線基板２との間に設置し、半導体素子１のみに直接熱風を当て加熱する構造としても良い。赤外線加熱方式の場合では、光源に与える電力、ステージ４表面からの高さ及び加熱時間の制御ユニットが具備されており、加熱対象物に与える熱量を制御できる。また、配線基板２の半導体素子１の実装領域に該当する位置以外に赤外光を反射する機構が具備されたプレートを光源と配線基板２との間に設置し、半導体素子１のみに直接光を当て加熱する構造としても良い。

この実施形態の半導体装置の製造装置２０では、配線基板が第１の流路７によってステージ４上に吸着固定された状態で実装できることから、加熱時の配線基板２の反りを抑制することができ、接続安定性を確保することが可能となる。また、第２の流路９内の気体の動きを制御し、ステージ４の断熱と配線基板２も含めた冷却を行うことができるので、配線基板２上への半導体素子１の実装において効率的な加熱、冷却が可能となる。さらに、多孔質プレート１０を適用することにより、配線基板２の半導体素子１が実装される領域内に第２の流路９内の気体が斑なく接することができるので、均一に加熱、冷却することができる。従って、温度分布起因によるハンダ濡れ性バラツキを抑制し、安定した接続状態を得ることが可能となる。また、この実施形態による半導体装置の製造装置２０によれば、非接触加熱方式の加熱ユニット１５により加熱を行うことで、半導体素子１の厚みバラツキに影響されること無く複数個の半導体素子１を同時に均一に加熱することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。

次に、この実施形態による半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法について、図７を参照して工程順に説明する。なお、各工程においては、加熱ユニット１５の動作及びステージ４の動作の概要を示している。
Ａ．配線基板吸着工程
初めに、電極にハンダバンプ３が形成された半導体素子１が仮固定された配線基板２をステージ４上に搬送、設置し、真空ポンプ１３にて吸引することで第１の流路７により吸着固定する。ここで、ステージ４の温調部６によって任意の温度と時間で配線基板２を予備加熱しても良い。予備加熱温度は８０℃から１５０℃の範囲が好ましい。また、配線基板２上への仮固定は、関連技術の製造方法と同様にフラックス等を用いて行う。

Ｂ．半導体素子加熱工程
次に、ステージ４が加熱位置に移動し、加熱ユニット１５より非接触で半導体素子１をハンダバンプ３の温度がハンダ融点以上の任意の温度になるまで昇温させる(加熱制御Ａ)。この時、ステージ４の第２の流路９を密閉状態に制御することで、断熱作用を持たせている。また、ステージ４の温調部６における制御は解除されている状態である。ハンダバンプ３の到達温度は２６０℃から３３０℃の範囲が好ましい。その後、この加熱状態を任意の時間保持し、ハンダバンプ３と配線基板２に設けられた電極の材料と十分に反応させる。ここで、加熱状態を保持する時間は１０secから６０secの範囲が好ましい。

Ｃ．配線基板冷却工程
次に、第２の流路９内を気体が流動する状態に制御することで、配線基板２の半導体素子１が実装された領域とその直下のステージ４の加熱された領域を直接冷却し、ハンダバンプ３がハンダ凝固点以下の任意の温度となるまで冷却する。この時、吸引ユニット１４の吸引力と必要に応じ第２の流路９に投入される気体の温度を制御し、また加熱ユニット１５側から半導体素子１に与える熱量の制御を行うことで(加熱制御Ｂ)、ハンダバンプ３が凝固点に達した時点での半導体素子１と配線基板２の温度差及び冷却勾配を制御する。冷却完了温度としては、８０℃から１５０℃の範囲が好ましい。

Ｄ．配線基板搬出工程
最後に、ステージ４が搬出位置に移動し吸引ユニット１４の吸引を解除した後、半導体素子１が実装された配線基板２の吸着固定を解除し、ステージ４より搬出することで完了する。以上の工程により、フリップチップ実装構造を有する半導体装置が製造される。

上述したようなこの発明の半導体装置の製造方法では、配線基板２上への半導体素子１の実装において、冷却時に第２の流路９内の気体制御による冷却動作と加熱ユニット１５から半導体素子１に与える熱量の制御を行い、ハンダバンプ３の凝固点における半導体素子１と配線基板２の温度差を制御することで、線膨張差起因で生じる半導体装置の反りを制御することが可能である。

実施形態２

図４は、この発明の第２の実施形態である半導体装置の製造装置の概略構成を示す断面図、図５は同半導体装置の製造装置の主要部の概略構成を示す平面図、また、図６は図５の断面構造を示し、図６（ａ）はＡ―Ａ’矢視断面図、図６（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視断面図、図６（ｃ）はＣ−Ｃ‘矢視断面図である。第２の実施形態による半導体装置の製造装置の構成が、上述の第１の実施形態のそれと大きく異なるところは、多孔質プレートに代えて格子状の溝を具備するようにした点である。
この実施形態による半導体装置の製造装置２１は、図４〜図５に示すように、ステージ４の吸着プレート５上において配線基板２の半導体素子１が実装される領域と対応する位置に、第２の流路と繋がった格子状の第２の溝１１が具備されている。ここで、第２の溝１１の面積は半導体素子１の実装領域の面積に対し略４０％以上であることが好ましい。これ以外は、上述した第１の実施形態と略同様である。それゆえ、図４〜図６において、図１〜図３の構成部分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省略する。

このように、この実施形態による半導体装置の製造装置２１によれば、第２の溝１１が格子状であることにより、第１の実施形態と同様に配線基板２の半導体素子１が実装される領域内に第２の流路９内の気体が斑なく接することができるので、均一に加熱、冷却することができる。従って、温度分布起因によるハンダ濡れ性バラツキを抑制し、安定した接続状態を得ることが可能となる。また、第２の溝は吸着プレートの一部を加工した一体構造であるため、製造装置を安価に組み立てることが可能である。

次に、この実施形態による半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法について、図７を参照して工程順に説明する。
Ａ．配線基板吸着工程
初めに電極にハンダバンプ３が形成された半導体素子１が仮固定された配線基板２をステージ４上に搬送、設置し、真空ポンプ１３にて吸引することで第１の流路７により吸着固定する。ここで、バンプ材質はSn-Ag-Cuハンダである。配線基板２は□１４mmの1個片が４個×９個のマトリックス状に配置されているもので、サイズは１５０mm×７５mmで厚さが０．３５mmである。また、半導体素子１のサイズは□９mmで厚さ０．１２mm、バンプ数は１０００で１５０μmピッチ千鳥の配列である。さらに、配線基板２上には上記の半導体素子１が３６個フラックスによって仮固定されている。仮固定方法は、関連技術の製造方法と同様である。第１の流路７による配線基板２の吸着固定位置は、□１４mmの周辺部である。

Ｂ．半導体素子加熱工程
次に、ステージ４の温調部６により１２０℃で３０sec間、配線基板２を予備加熱する。その後、ステージ４が加熱位置に移動し、加熱ユニット１５より熱風加熱で３６個の半導体素子１を一括加熱し、ハンダバンプ３の温度が３００℃になるまで昇温させる(加熱制御Ａ)。この時、ステージ４の第２の流路９を密閉状態に制御することで、断熱作用を持たせている。また、ステージ４の温調部６における制御は解除されている状態である。その後、この加熱状態を２０sec間保持し、ハンダバンプ３と配線基板２に設けられた電極の材料と十分に反応させる。

Ｃ．配線基板冷却工程
次に、第２の流路９内を気体が流動する状態に制御することで、配線基板２の３６個の半導体素子１が実装される各領域とその直下のステージ４の加熱された各領域を直接冷却し、ハンダバンプ３が凝固点以下の１２０℃になるまで冷却する。この時、吸引ユニット１４の吸引力は１６kPaで、第２の流路９に投入される気体の温度は常温で制御し、加熱ユニット１５はステージ４から上方向に退避させることで(加熱制御Ｂ)、ハンダバンプ３が凝固点に達した時点での半導体素子１と配線基板２の温度差及び冷却勾配を制御する。

Ｄ．配線基板搬出工程
最後に、ステージ４が搬出位置に移動し吸引ユニット１４の吸引を解除した後、３６個の半導体素子１が実装された配線基板２の吸着固定を解除し、ステージ４より搬出することで工程を完了する。以上の工程により、フリップチップ実装構造を有する半導体装置が製造される。

上述したようなこの発明の半導体装置の製造方法においても、配線基板２上への半導体素子１の実装において、冷却時に第２の流路９内の気体制御による冷却動作と加熱ユニット１５から半導体素子１に与える熱量の制御を行い、ハンダバンプ３の凝固点における半導体素子１と配線基板２の温度差を制御することで、線膨張差起因で生じる半導体装置の反りを制御することが可能である。

ステージ４の断熱と配線基板２の冷却を行う第２の流路９に繋がる構成部として、第２の実施形態では格子状の溝１１が用いる例で示したが、この例に限らず冷却媒体の流れ方向に平行方向に溝を設けた構造等を採ってもよい。

第１の部品と第２の部品とをハンダ付けにより一体化して所望の動作を行う機能を有する電子回路部品を製造する場合、いずれかの部品をステージに保持してこの部品の上に他の部品を実装するような部品製造技術に全て適用することができる。

１ 半導体素子
２ 配線基板
３ ハンダバンプ
４ ステージ
５ 吸着プレート
６ 温調部
７ 第１の流路
８ 第１の溝
９ 第２の流路
１０ 多孔質プレート
１１ 第２の溝
１２ 電磁弁
１３ 真空ポンプ
１４ 吸引ユニット
１５ 加熱ユニット
１６ ヒータ
２０、２１ 半導体装置の製造装置

Claims (19)

1. 配線基板に半導体素子を実装する半導体装置の製造装置であって、
   前記配線基板を支持するステージと、前記半導体素子側より加熱する加熱ユニットとを具備し、
   前記ステージに前記配線基板を吸着固定する第１の流路と、前記第１の流路と独立し、前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域と接し、前記ステージの断熱と前記配線基板の冷却を行う第２の流路とが具備されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 前記第２の流路は、前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域直下において複数の経路に分岐した構造を有してい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装置。
3. 前記複数の経路に分岐した構造は、多孔質プレートから構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
4. 前記多孔質プレートは、気孔率が４０％から６０％であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
5. 前記複数の経路に分岐した構造は、前記配線基板が吸着固定される面に格子状の溝を具備する構造から構成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
6. 前記格子状の溝を具備する構造は、溝の面積が前記半導体素子の実装される領域のそれに対し、略４０％以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
7. 前記加熱ユニットは、非接触式の加熱方式であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の半導体装置の製造装置。
8. 前記加熱ユニットは、熱風加熱方式の加熱方式であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の半導体装置の製造装置。
9. 前記加熱ユニットは、赤外線加熱方式の加熱方式であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の半導体装置の製造装置。
10. 半導体素子上の電極と配線基板上の電極とをハンダバンプを介して電気的に接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体素子を前記配線基板に仮固定する工程と、
    前記配線基板を支持するステージに具備された第１の流路により前記配線基板を吸引し前記ステージに固定する工程と、
    前記ステージから前記半導体素子及び前記配線基板を予備加熱する工程と、
    前記ステージに具備された第２の流路を密閉状態に制御し、加熱ユニットより前記ハンダバンプが融点以上に達するまで前記半導体素子を加熱する工程と、
    前記ハンダバンプが融点以上に達した状態で加熱保持する工程と、
    前記第２の流路を開放状態にすると共に前記第２の流路内の気体を吸引し、前記ステージの加熱された領域と前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域を前記ハンダバンプの凝固点以下まで冷却する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 前記第２の流路を開放状態に制御すると共に前記第２の流路内の気体を吸引し、前記ステージの加熱された領域と前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域を前記ハンダバンプの凝固点以下まで冷却する工程は、前記ハンダバンプの凝固点において、前記半導体素子と前記配線基板との温度差の制御を行う工程、を含むこと特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記第２の流路を開放状態に制御すると共に前記第２の流路内の気体を吸引し、前記ステージの加熱された領域と前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域を前記ハンダバンプの凝固点以下まで冷却する工程は、前記加熱ユニットから前記半導体素子に与える熱量と、前記第２の流路内の気体を吸引する吸引力の制御によって行うこと、を特徴とする請求項１０、１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記第２の流路を開放状態に制御すると共に前記第２の流路内の気体を吸引し、前記ステージの加熱された領域と前記配線基板の前記半導体素子が実装される領域を前記ハンダバンプの凝固点以下まで冷却する工程は、前記加熱ユニットから前記半導体素子に与える熱量と、前記第２の流路内の気体を吸引する吸引力の制御と、前記第２の流路内に投入される気体の温度制御よって行うこと、を特徴とする請求項１０、１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記ステージに具備された第２の流路を密閉状態に制御し、加熱ユニットより前記ハンダバンプが融点以上に達するまで前記半導体素子を加熱する工程は、非接触式の加熱方式で行うことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記非接触式の加熱方式は、熱風加熱方式であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記熱風加熱方式は、流量と、流速と、ヒータ温度と、前記ステージから前記加熱ユニットまでの高さとで前記半導体素子に与える熱量の制御を行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記非接触式の加熱方式は、赤外線加熱方式であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記赤外線加熱方式は、光源に与える電力と、前記ステージから前記加熱ユニットまでの高さとで前記半導体素子に与える熱量の制御を行うことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
19. 前記半導体素子を前記配線基板に仮固定する工程は、固定手段としてフラックスを用いることを特徴とする請求項１０乃至１８のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。

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