JP2011018937A - 半導体チップの取り付け - Google Patents

Abstract

【課題】基板上への半導体チップの取り付けを行うチップキャリア部材を提供する。
【解決手段】チップキャリア部材は、点を中心として回転可能なチップ受容部と、上記回転可能なチップ受容部の表面に接続された支持部と、上記回転可能なチップ受容部の底面に接続された第１の末端と、上記支持部の表面に接続された第２の末端とを有する真空吸引チャネルと、加熱部とを備えており、上記支持部は、上記支持部と上記回転可能なチップ受容部との間の隙間内に設けられた振動板４６’とを備えており、上記振動板４６’は、上記支持部の溝４５’内に配置された突起部４７’を備えている。
【選択図】図５

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、基板上への半導体チップの取り付けに関する。

〔背景〕
半導体チップは、一般的には、動作可能な半導体チップ（operational semiconductor chip）から放熱するために、基板上に取り付けられる。半導体チップは、複数の電気回路と、これらの電気回路に接続された複数のコンタクトパッドとを備えている。これらのコンタクトパッドは、電気ワイヤによって、基板上の外部コンタクトパッドに取り付けられている場合もある。

〔概要〕
チップキャリア部材は、回転可能なチップ受容部を備えている。当該回転可能なチップ受容部は、基本的には点を中心として回転可能である。また、チップキャリア部材は、上記回転可能なチップ受容部の表面に接続された支持部と、上記回転可能なチップ受容部の底面に接続された第１の末端と、上記支持部の表面に接続された第２の末端とを有する真空吸引チャネルと、加熱部とを備えており、上記支持部は、上記支持部と上記回転可能なチップ受容部との間の隙間内に設けられた振動板とを備えており、上記振動板は、上記支持部の溝内に配置された突起部を備えている。

基板上に半導体チップを取り付ける方法は、基板を設ける工程と、当該基板上に、接着剤層を介して半導体チップを設ける工程とを有している。当該接着剤層は、当該接着剤層またははんだに隣接している。上記方法はさらに、回転可能なチップ受容部を上記半導体チップ上に設ける工程と、上記半導体チップを上記回転可能なチップ受容部上に取り付けるために、上記回転可能なチップ受容部内の真空吸引を行う工程と、上記半導体チップが基本的に並進運動することなく、基本的に点を中心として回転できるように、上記半導体チップの表面に、上記回転可能なチップ受容部を介して力を与える工程と、或る一定の時間、上記回転可能なチップ受容部内に熱を生成する工程とを含んでいる。

〔図面の簡単な説明〕
以下の図面および説明を参照することによって、本発明をよりよく理解することができるであろう。図面に示されている部品は、必ずしも互いに相対的な縮尺とはなっておらず、代わりに、本発明の原理が示されている部分は強調して示されている。さらにこれら図面においては、同様の参照符号は同様の部分を示している。図面は以下の通りである：
図１は、点を中心として回転させるためのボールおよびソケット型の接合部を備えたピックアップアームの断面図である。

図２は、通路を有するピックアップアームの断面図である。

図３は、通路を有する別のピックアップアームの断面図である。

図４は、溝および振動板を有するピックアップアームの断面図である。

図５は、加熱板を有するピックアップアームの断面図である。

図６は、追加的なコイル状の加熱部を有するピックアップアームの断面図である。

図７は、バネを有するピックアップアームの断面図である。

図８は、通路と、点を中心として回転させるためのボールおよびソケット型の接合部とを備えた別のピックアップアームの断面図である。

〔詳細な説明〕
図１は、ピックアップアーム１０の一実施例の断面図を示している。ピックアップアーム１０は、接着剤層１２または軟質はんだによって基板１３に接着される半導体チップ１１を有している。上記接着剤層１２または軟質はんだは、半導体チップ１１が基板上に配置される前に、半導体チップ１１または基板１３上に塗布されてもよい。具体的には、軟質はんだは、拡散はんだ付け（diffusion soldering）によって塗布することができる。軟質はんだも使用可能であるが、以下では、説明を簡素にするために接着剤を用いた場合のみについて説明する。基板１３上には接着剤層１２が配置されており、接着剤層１２上には半導体チップ１１が設けられている。半導体チップ１１上には、ピックアップアーム１０が配置されている。接着剤層１２は、基板１３と半導体チップ１１との両方に隣接しており、ピックアップアーム１０は半導体チップ１１のみに隣接している。

ピックアップアーム１０は、コレット１５、ボール１６、およびロッド１７を有している。ロッド１７は、その下方に配置されたボール１６に接続されている。ボール１６は、その下方に設けられたコレット１５に接続されている。コレット１５は、鋼鉄、真鍮、プラスチック、あるいはその他の材料から形成することができる。半導体チップ１１は、能動面２０と、当該能動面２０と向かい合う受動面２１とを有している。半導体チップ１１の能動面２０は、コレット１５の底面に隣接している。基板１３は上面２５を有しており、上面２５上には半導体チップ１１が配置されている。図１に示されている実施例では、ピックアップアーム１０は、垂直方向（ｚ）に形成されている。基板１３は、半導体チップ１１に対してわずかな傾斜Δｘを有している。

図１に示されているピックアップアーム１０は、チップキャリア部材を形成している。当該チップキャリア部材は、コレット１５として形成された、回転可能なチップ受容部材を有している。ロッド１７は、支持部として機能する。このように、上記チップキャリア部材は、基板１３の方向に向かって、半導体チップ１１上に均一な力を与える。上記チップキャリア部材は、基本的には、半導体チップ１１に力を供給している間に回転運動をする。基板１３は、半導体チップ１１を固定するための土台（platform）として、および動作可能な半導体チップ１１によって生成された熱を放熱する手段として機能する。接着剤層１２は、半導体チップ１１を基板１３上に接着し、また、半導体チップ１１によって生成された熱を基板１３内へ移動させるための通路としての機能を果たす。ピックアップアーム１０は、半導体チップ１１を切断されたウェハ（sawn wafer）から基板１３上へと自動的に移動させ、また半導体チップ１１を基板１３上に配置するための、チップ取り付け装置の一部をなしている。上記切断されたウェハは、互いに分離しているタイプの半導体チップ１１からなる複数の半導体チップを有している。

コレット１５は、半導体チップ１１と係合し、またロッド１７によってチップ取り付け装置の別の部分（図示せず）に接続されている。ボール１６およびコレット１５は、点を中心に回転するためのボールおよびソケット型の接合部を形成している。当該ボールおよびソケット型の接合部は、点を中心に回転するスイベル型の接合部として形成されている。また、当該スイベル型の接合部は、互いに直角に接続されたヒンジを有する、カルダン型の接合部して形成されている。点を中心に回転する形状は、直線を中心とした回転をさらに含んでいる。ヒンジ型の接合部は、直線を中心とした回転の一実施例である。

図１に示されているピックアップアーム１０を用いて基板１３上に半導体チップ１１を取り付ける典型的な方法は、基板１３を設ける工程と、基板１３の上面２５に接着剤層１２を配置する工程とを含んでいる。次に、ピックアップアーム１０は、半導体チップ１１を、上記切断されたウェハから接着剤層１２上に移動させる。接着剤層１２は、半導体チップ１１の受動面２１を湿らせる。続いて、第１のピックアップアーム１０は、基板１３の方向に向かって、半導体チップ１１上に力を与える。ピックアップアーム１０によって半導体チップ１１上に供給される力は、半導体チップ１１の表面全体に均一に与えられる。

上記の力によって、ピックアップアーム１０のコレット１５が、基本的には点を中心として回転し、これによって半導体チップ１１と基板１３との間の傾斜を補償することができる。この基本的な回転運動は、コレット１５が点を中心としてボール１６の周囲を回転運動し、さらに直線を中心として並進運動するように行われる。この直線を中心とした並進運動は、半導体チップ１１上に力が与えられた際に、ピックアップアーム１０の一部（例えばボール１６）が弾力的に変形することによって行われる。

このため、半導体チップ１１の受動面２１と、基板１３の上面２５との間に配置されている接着剤層１２の厚さは、基本的には均一である。しかし、半導体チップ１１の表面の輪郭線は、わずかに不均一である場合がある。これは、上記表面上に電気回路が形成されることによって、接着剤層１２の厚さがわずかに不均一となることに起因する。接着剤層１２の厚さは、約１０μｍ（マイクロメートル）以下である。次に、基板１３に取り付けられた半導体チップ１１に対して、半導体パッケージアッセンブリの次の工程が施される。

図１の方法は、接着剤層１２の厚さが均一となるように配置し、当該接着剤層１２を介して半導体チップ１１を基板１３上に取り付けるための簡素な方法を提供するものである。厚さを基本的に均一とすることによって、動作可能な半導体チップ１１の表面全体の熱を均一に放熱することができる。放熱が不均一であると、基板１３からの半導体チップ１１の剥離が助長される。接着剤層１２の厚さを基本的に均一とすることは、接着剤層１２の厚さが薄い場合ほど特に重要である。

図２は、ピックアップアーム３０の別の実施例の断面図を示している。図２に示されている実施例は、図１に示されている実施例と同様である。ピックアップアーム３０も同様に、コレット１５'、ボール１６'、およびロッド１７'を有している。ロッド１７'は、その下方に配置されたボール１６'に接続されている。ボール１６'は、その下方に設けられたコレット１５'に接続されている。コレット１５'の内部には、通路３１が設けられている。通路３１の第１の末端は、コレット１５'の底面に位置しており、通路３１の第２の末端は、コレット１５'の側面に位置している。通路３１の第２の末端には、チューブ３２が接続されている。図２の実施例において用いられている通路３１は、真空吸引チャネルである。図２に示されているピックアップアーム３０は、図１に示されている実施例とは異なり、チューブ３２として形成されたチャネルを有しており、また通路３１は、真空吸引装置を、コレット１５'の下方に配置された半導体チップに接続している。

図１に示されているピックアップアーム３０を用いて基板上に半導体チップを取り付ける典型的な方法は、基板を設ける工程と、基板上に接着剤層を配置する工程とを含んでいる。次に、切断されたウェハの半導体チップ上に、ピックアップアーム３０が配置される。コレット１５'の底面は、半導体チップの表面に接触している。次に、真空吸引装置によって、通路３１内に真空が生成される。これによって、半導体チップがコレット１５'上に取り付けられる。

次にピックアップアーム３０は、切断されたウェハから半導体チップを移動させ、接着剤層上に配置する。ピックアップアーム３０は、基板に向かって、半導体チップ上に均一な力を与える。この時点において、上記真空吸引装置は、通路３１内における真空の生成を停止する。半導体チップは、第２のピックアップアーム３０が半導体チップ上に力を供給している間は移動しない。ピックアップアーム３０は、半導体チップ上への力の供給を停止し、半導体チップから離れる。本方法は、先に説明した方法とは異なり、半導体チップをコレット１５'上に取り付けるために真空吸引を利用する。

図３は、ピックアップアーム３５の別の実施例の断面図を示している。ピックアップアーム３５は、コレット１５''、ボール１６''、およびロッド１７''を有している。通路３１''は、コレット１５''の内部、ボール１６''の内部、およびロッド１７'の'内部に伸びている。通路３１''は、第１の末端および第２の末端を有している。第１の末端は、コレット１５''の底面上に位置しており、第２の末端は、ロッド１７''の側面に位置している。通路３１''の第２の末端には、チューブ３２''が接続されている。図３に示されている実施例は、図２に示されている実施例とは異なるチャネルを有している。本実施例におけるチャネルもまた、真空装置と半導体チップとの間に位置する通路３１''の一部であるチューブ３２''である。チューブ３２''は、コレット１５''に接続されていないため、その重みによってコレット１５''上に傾斜力（tilting force）を与えることはない。コレット１５''に接続されたチューブは、その重みによってコレット１５''上に傾斜力を与える場合がある。この傾斜力によって、基板上への半導体チップの取り付け時に、半導体チップと基板との間に配置された接着剤の厚さが変化する場合がある。

図３に示されているピックアップアーム３５を用いて基板上に半導体チップを取り付ける方法は、図１および図２に関連して説明した方法と同様である。従って、図１および図２に示されている実施例の特徴および利点は、本実施例にも該当する。

図４は、ピックアップアーム４０の断面図である。ピックアップアーム４０は、コレット４１、ボール４２、およびロッド４３を有している。ボール４２は、コレット４１内において、当該コレット４１に接触するように配置されており、またロッド４３に接続されている。ロッド４３は、溝４５と、突起部４７を有する振動板４６とを備えている。振動板４６は、コレット４１とロッド４３との間に位置する隙間内に設けられている。振動板４６の突起部４７は、ロッド４３の溝４５の内部に位置している。通路４８は、コレット４１の内部、ボール４２の内部、およびロッド４３の内部に伸びている。通路４８の第１の末端は、コレット４１の底面に位置しており、通路４８の第２の末端は、ロッド４３の側面に位置している。図４に示されている実施例では、コレット４１とロッド４３との間の隙間に対して、振動板４６として形成された密封手段が設けられている。振動板４６は、溝４５内に配置された突起部４７を有している。これらの突起部４７および溝４５が設けられていることによって、振動板４６による密封が維持されると同時に、点を中心としてボール４２を回転させることができる。

図４に示されているピックアップアーム３５を用いて基板上に半導体チップを取り付ける方法は、図３に関連して上述した方法と同様である。従って、図３に示されている実施例の特徴および利点は、本実施例にも該当する。

図５は、別の典型的なピックアップアーム５０の断面図を示している。ピックアップアーム５０は、コレット４１'、ボール４２'、およびロッド４３'を有している。ボール４２'は、コレット４１'内部に配置されており、またロッド４３'に取り付けられている。コレット４１'は加熱板５１を有しており、また、加熱板５１とコレット４１'周囲の外気との間における熱抵抗を低くするために、金属などの熱伝導性材料を含有している。ロッド４３'は、溝４５'と、突起部４７'を有する振動板４６'とを備えている。通路４８'は、コレット４１'の内部、ボール４２'の内部、およびロッド４３'の内部に伸びている。加熱板５１は、加熱部の一種であってよい。加熱板５１は、半導体チップと基板との間に配置された接着剤を加熱する。加熱板５１は、接着剤を加熱するために一般的に用いられる炉に加えて用いてもよく、あるいは炉の代わりに用いてもよい。

図５に示されているピックアップアーム５０を用いて基板上に半導体チップを取り付ける典型的な方法は、基板を設ける工程を含んでいる。この工程に続き、当該基板上に、融解接着剤層が配置される。この融解接着剤は、加熱されると硬化するタイプのものである。次にピックアップアーム５０は、切断されたウェハから半導体チップを取り、そして基板に向かって当該半導体チップ上に均一な力を加えながら、当該半導体チップを接着剤層上に配置する。続いて、電流を流すなどして、加熱板５１にエネルギーが加えられる。加熱板５１からの熱によって、上記接着剤が硬化する。次にピックアップアームは、半導体チップ上に加えていた力を解除し、半導体チップから離れる。

図６は、ピックアップアーム６０の断面図である。ピックアップアーム６０は、図５に示されているピックアップアーム５０と同様である。従って、図５に示されているピックアップアーム５０の特徴および利点は、本実施例にも該当する。しかし、図６に示されている構成は、半導体チップと基板との間に配置された接着剤を加熱するために、追加的な加熱部６１を有している。加熱部６１は、チューブ状の形状をしており、またコレット４１'周囲にコイル状に巻かれている。上記加熱部は、そのチューブ内に配置された抵抗器部に電流を流すことによって、あるいは、チューブ自体に加熱された液体を流すことによって、熱を生成する。従って、図６に示されているピックアップアーム６０を用いて基板上に半導体チップを取り付ける方法は、図５に示されているピックアップアーム５０を用いる方法と同様であるが、加熱部６１によって追加的な熱が生成される。

図７は、コレット７１およびロッド７３を備えたピックアップアーム７０の断面図である。ピックアップアーム７０は、図５に示されているピックアップアーム５０と同様であるが、図５のコレット４１'はコレット７１に置き換えられており、また図５のロッド４３'はロッド７３に置き換えられている。ロッド７３は、半球状のフランジ７２、溝７４、突起部７６を有する振動板７５、および中空のチャネル７７を備えている。半球状のフランジ７２はロッド７３に隣接しており、また下方に面した平坦な底面を有している。振動板７５は、ロッド７３とコレット７１との間の隙間内部に配置されている。図５の溝４５'は溝７４に置き換えられており、図５の振動板４６'は振動板７５に置き換えられており、図５の突起部４７'は突起部７６に置き換えられている。バネ７８は、第１の末端を有しており、第２の末端は、中空のチャネル７７内に位置している。バネ７８の第１の末端は、ロッド７３の最上部に取り付けられており、バネ７８の第２の末端は、半球状のフランジ７２に取り付けられている。

このように、図７に示されている構成は、半球状のフランジ７２として形成された、回転可能なチップ受容部を備えている。当該半球状のフランジ７２は、その底面に隣接する点を中心として回転する。上記底面は、半導体チップと電気的に接続するためのものである。回転によって、半導体上に転位力（shifting force）が生成されることはない。これは、回転によって半導体チップ上に転位力が生成される、半球状のフランジ７２の底面の外側に位置する点を中心とした回転とは異なっている。半球状のフランジ７２は、半導体チップと係合するようになっている。半球状のフランジ７２の平坦面は、半導体チップと係合する。バネ７８は、半球状のフランジ７２がロッド７３に取り付けられた状態を保持するためのものである。図７に示されているピックアップアーム７０を用いて基板上に半導体チップを取り付ける方法は、図６に示されているピックアップアーム６０を用いた場合の方法と同様である。

図８は、コレット８５と、ロッド８７と、ロッド８７に取り付けられたボール８４とを有する別のピックアップアーム８０の断面図である。通路８２は、ロッド８７およびコレット８５の内部に伸びているが、ボール８４内部には伸びていない。その代わり、通路８２は、コレット８５の溝８３内に配置されたボール８４周囲の空気を通す。通路８２は、コレット８５の底面に位置する第１の末端と、ロッド８７の側面に位置する第２の末端とを有している。通路８２は、真空装置（図示せず）を半導体チップ８１に接続している。コレット８５とロッド８７とを接続するために、ロッド８７の下方の末端とコレット８５の上方の末端との間に、振動板８６が配置および接続されている。

本発明の様々な実施例について、本明細書において詳細に説明してきた。しかしこれは、本発明を例証するためのものであって、必ずしも本発明を限定するものとして考えられるべきではないことについて留意されたい。また、当業者であれば、本出願において請求されている発明の実施にあたり、多くの変更および変化を加えることができることについて理解されたい。

図１は、点を中心として回転させるためのボールおよびソケット型の接合部を備えたピックアップアームの断面図である。 通路を有するピックアップアームの断面図である。 通路を有する別のピックアップアームの断面図である。 溝および振動板を有するピックアップアームの断面図である。 加熱板を有するピックアップアームの断面図である。 追加的なコイル状の加熱部を有するピックアップアームの断面図である。 バネを有するピックアップアームの断面図である。 通路と、点を中心として回転させるためのボールおよびソケット型の接合部とを備えた別のピックアップアームの断面図である。

１０、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０ ピックアップアーム
１１、８１ 半導体チップ
１２ 接着剤層
１３ 基板
１５、１５''、４１、４１'、７１、８５ コレット
１６、１６''、４２、４２'、８４ ボール
１７、１７''、４３、４３'、７３、８７ ロッド
２０ 能動面
２１ 受動面
２５ 上面
３１、３１''、４８、４８'、８２ 通路
３２、３２'' チューブ
４５、４５'、７４、８３ 溝
４６、４６'、７５、８６ 振動板
４７、４７'、７６ 突起部
５１ 加熱板
６１ 加熱部
７２ フランジ
７７ チャネル
７８ バネ

Claims (16)

1. チップキャリア部材であって、
   点を中心として回転可能なチップ受容部と、
   上記回転可能なチップ受容部の表面に接続された支持部と、
   上記回転可能なチップ受容部の底面に接続された第１の末端と、上記支持部の表面に接続された第２の末端とを有する真空吸引チャネルと、
   加熱部とを備えており、
   上記支持部は、上記支持部と上記回転可能なチップ受容部との間の隙間内に設けられた振動板とを備えており、
   上記振動板は、上記支持部の溝内に配置された突起部を備えていることを特徴とするチップキャリア部材。
2. 上記真空吸引チャネルは、上記支持部と上記回転可能なチップ受容部との間に形成された接合部を通って伸びている、請求項１に記載のチップキャリア部材。
3. 上記接合部はカルダン型である、請求項２に記載のチップキャリア部材。
4. 上記接合部はスイベル型である、請求項２に記載のチップキャリア部材。
5. 上記接合部はボールおよびソケット型である、請求項２に記載のチップキャリア部材。
6. 基本的に点を中心とした上記回転は、直線を中心とした回転を含んでいる、請求項２に記載のチップキャリア部材。
7. 上記接合部はヒンジ型である、請求項６に記載のチップキャリア部材。
8. 上記加熱部は加熱板である、請求項１に記載のチップキャリア部材。
9. 上記加熱部は加熱コイルである、請求項１に記載のチップキャリア部材。
10. 上記回転可能なチップ受容部が回転する際に中心となる上記点は、上記回転可能なチップ受容部の、半導体チップの表面に接触している底面の外側にある、請求項１に記載のチップキャリア部材。
11. 上記回転可能なチップ受容部が回転する際に中心となる上記点は、上記回転可能なチップ受容部の、半導体チップの表面に接触している底面に隣接している、請求項１に記載のチップキャリア部材。
12. 上記回転可能なチップ受容部は、半球形のフランジを有しており、当該半球形のフランジの平坦な底面は、上記半導体チップの上記表面に接触している、請求項１１に記載のチップキャリア部材。
13. 上記半球形のフランジに接触しているバネをさらに有している、請求項１２に記載のチップキャリア部材。
14. チップキャリア部材を備えたチップ取り付け装置であって、
    上記チップキャリア部材は、
    点を中心として回転可能なチップ受容部と、
    上記回転可能なチップ受容部の表面に接続された支持部と、
    上記回転可能なチップ受容部の底面に接続された第１の末端と、上記支持部の表面に接続された第２の末端とを有する真空吸引チャネルと、
    加熱部とを備えており、
    上記支持部は、上記支持部と上記回転可能なチップ受容部との間の隙間内に設けられた振動板とを備えており、
    上記振動板は、上記支持部の溝内に配置された突起部を備えていることを特徴とするチップ取り付け装置。
15. 上記回転可能なチップ受容部が回転する際に中心となる上記点は、上記回転可能なチップ受容部の、半導体チップの表面に接触している底面に隣接している、請求項１４に記載のチップ取り付け装置。
16. 基板上に半導体チップを取り付ける方法であって、
    基板を設ける工程と、
    上記基板上に、接着剤層またははんだを介して、半導体チップを配置する工程と、
    上記半導体チップ上に、回転可能なチップ受容部を配置する工程と、
    上記半導体チップを上記回転可能なチップ受容部上に取り付けるために、上記回転可能なチップ受容部内の真空吸引を行う工程と、
    基本的に点を中心として回転する上記半導体チップの表面上に、上記回転可能なチップ受容部を介して力を与える工程と、
    或る一定の時間、上記回転可能なチップ受容部内に熱を生成する工程とを含んでいる、方法。

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