JP2013098264A - フリップチップボンダー用アタッチメント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】突起状電極を有する半導体チップを保持して、前記半導体チップに熱及び圧力を伝え、封止樹脂を介して前記半導体チップを対向基板に接合させるためのフリップチップボンダーに用いられるアタッチメントであって、前記半導体チップから投影される部分の周辺部よりも内部のほうが、熱伝導率が低いフリップチップボンダー用アタッチメント。
【選択図】なし
Description
近年、半導体チップの小型化が進行するとともに突起状電極間のピッチも狭くなっており、また、これらに伴って半導体チップ同士又は半導体チップと対向基板との間のギャップも狭くなっている。そのため、封止樹脂の充填時に空気が巻き込まれてボイドが発生することを防ぐために、電極接合後に封止樹脂を充填するのではなく、予め封止樹脂を半導体チップ又は対向基板上に設けておく方法が検討されている。
また、本発明は、突起状電極を有する半導体チップを保持して、前記半導体チップに熱及び圧力を伝え、封止樹脂を介して前記半導体チップを対向基板に接合させるためのフリップチップボンダーに用いられるステージであって、前記半導体チップから投影される部分の周辺部のほうが、内部よりも熱伝導率が低いフリップチップボンダー用ステージである。
以下、本発明を詳述する。
すなわち、本発明者は、アタッチメントにおいて、半導体チップから投影される部分の周辺部よりも内部の熱伝導率を低くすることにより、半導体チップの内部よりも周辺部に熱を効率的に流し、半導体チップの周辺部における突起状電極の接合不良を抑制できるアタッチメントが得られることを見出した。また、本発明者は、ステージにおいては、半導体チップから投影される部分の周辺部の熱伝導率を内部よりも低くすることにより、半導体チップの周辺部よりも内部に熱を効率的に流し、半導体チップの周辺部における突起状電極の接合不良を抑制できるステージが得られることを見出した。
このようなフリップチップボンダー用アタッチメント及びステージによれば、フリップチップボンダーのヒーターから伝わる熱の設定温度を必要以上に高くする必要がないため、ボイドを抑えるとともに封止樹脂の材料設計の自由度を高めることもできる。
以下、本発明を実施の態様に即して説明する。
本発明のフリップチップボンダー用アタッチメントにおいては、このように熱伝導率に差が設けられることにより、アタッチメント中央部では熱伝導のパスが小さくなり、半導体チップの周辺部と内部との温度差を小さくすることができる。これにより、半導体チップ及び封止樹脂に均一に熱を伝えることができ、半導体チップの周辺部における突起状電極の接合不良を抑制し、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、フリップチップボンダー用アタッチメントから伝わる熱の設定温度を必要以上に高くする必要がないため、ボイドを抑えるとともに封止樹脂の材料設計の自由度を高めることもできる。
このような場合の本発明のフリップチップボンダー用アタッチメントの一例の断面図を、図4〜6に模式的に示す。図4〜6に示すフリップチップボンダー用アタッチメント1は、熱伝導率の低い材料からなる部分9を有する。
上記熱伝導率の低い材料からなる部分の形状は特に限定されないが、半導体チップの形状を考慮すると、上面図において四角形であることが好ましい。また、長方形であってもよいし、正方形であってもよい。また、上記熱伝導率の低い材料からなる部分のエッジは、半導体チップに投影される部分よりも0.5〜2mm内側にあることが好ましい。上記熱伝導率の低い材料からなる部分の大きさ(面積)が上記範囲を外れると、熱伝導率に差を設ける効果が充分に得られないことがある。
このような場合の本発明のフリップチップボンダー用アタッチメントの一例の上面図及び断面図を、図1に模式的に示す。図1に示すフリップチップボンダー用アタッチメント1は、半導体チップに接触するアイランド部2と、アイランド部2とは逆側の面に形成された凹部3とを有する。図1に示すフリップチップボンダー用アタッチメント1は、例えば、図2に示すようにして用いられる。即ち、図2において、フリップチップボンダー用アタッチメント1は、突起状電極4aを有する半導体チップ4を保持して、半導体チップ4に熱及び圧力を加え、封止樹脂5を介して半導体チップ4を対向基板6に接合させている。
上記アイランド部の大きさ(面積)が上記範囲より小さいと、チップ周辺にある突起状電極の接合性が悪くなることがあり、上記範囲より大きいと、ボンディング時のフィレットの這い上がりによって、工程が中断してしまうことがある。上記アイランド部の大きさ(面積)は、チップのエッジから全周において30〜180μm小さいことが好ましい。
通常、フリップチップボンダー用アタッチメントには、吸着により半導体チップを保持するために吸着穴が設けられている。本発明のフリップチップボンダー用アタッチメントにおいては、吸着穴が、上記凹部の内側かつ前記凹部の対向する辺の中心を結ぶ線上に複数個設けられている、即ち、コーナー部を避けるように吸着穴の位置が配置されているので、半導体チップの各コーナー部にもより一層熱が伝わりやすくなり、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
本発明のフリップチップボンダー用ステージにおいては、このように熱伝導率に差が設けられることにより、ステージ中央部では熱伝導のパスが大きくなり、半導体チップの周辺部と内部との温度差を小さくすることができる。これにより、半導体チップ及び封止樹脂に均一に熱を伝えることができ、半導体チップの周辺部における突起状電極の接合不良を抑制し、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
このような場合の本発明のフリップチップボンダー用ステージの一例の断面図を、図7に模式的に示す。図7に示すフリップチップボンダー用ステージ7は、熱伝導率の低い材料からなる部分10を有する。
上記封止樹脂を半導体チップ又は対向基板上に設ける方法は特に限定されないが、精密ノズルを取り付けたシリンジ等とディスペンサ等とを組み合わせて、上記封止樹脂を対向基板に塗布する方法、シート状の封止樹脂を対向基板上に貼付する方法が挙げられる。また、例えば、予めウエハにシート又は溶液を塗布又は印刷して塗膜を形成し、半導体チップに個片化してもよい。
このとき、上記半導体チップに対して押圧し、上記半導体チップの突起状電極と上記対向基板上の電極とを接触させることが好ましい。上記半導体チップの突起状電極と上記対向基板上の電極とを接触させる際の圧力は特に限定されないが、突起状電極当たり0.05〜10Nであることが好ましい。圧力が0.05N未満であると、半導体チップの突起状電極と対向基板上の電極とが接触しないことがある。圧力が10Nを超えると、半導体チップの突起状電極がつぶれすぎて隣の突起状電極と接触し、ショートすることがある。
このとき、例えば、上記半導体チップの突起状電極がハンダからなる場合には、ハンダの溶融温度以上に加熱してハンダを溶融し、上記半導体チップの突起状電極と上記対向基板上の電極とを接合させることが好ましい。上記半導体チップのハンダからなる突起状電極と上記対向基板上の電極とを接合させる際の圧力は特に限定されないが、突起状電極当たり0.001〜1Nであることが好ましい。圧力が0.001N未満であると、適切な対向基板と半導体チップとの距離を形成できないことがある。圧力が1Nを超えると、溶融したハンダが流れて隣の突起状電極と接触し、ショートすることがある。
上記ヒーターもまた、アタッチメントと同様に、半導体チップから投影される部分の周辺部よりも内部のほうが、熱伝導率が低いことが好ましい。
(1)封止樹脂の製造
表1に示す組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料(重量部)を攪拌混合し、封止樹脂を調製した。
(エポキシ樹脂)
ビスフェノール型エポキシ樹脂(EXA−830−CRP、DIC社製)
NBR変性エポキシ樹脂(EPR−4033、ADEKA社製)
(エポキシ樹脂と反応可能な官能基を有する高分子化合物)
エポキシ基含有アクリル樹脂(ブレンマーCP−30、日油社製)
(硬化剤)
YH−306(酸無水物系硬化剤、JER社製)
(硬化促進剤)
2MA−OK(四国化成工業社製)
(表面処理されたシリカフィラー)
球状シリカ(SE−4050−SPE、アドマテックス社製)
(その他)
シランカップリング剤(SP−1000、日鉱マテリアル社製)
チキソトロピー付与剤(QS−40、トクヤマ社製)
ハンダからなる突起状電極を有し、厚みが100μm、大きさ(面積)が7.3mm□(53.29mm2)の半導体チップ(WALTS−TEG MB50−0101JY、突起状電極の数544個、ウォルツ社製)を使用した。
また、アイランド部(大きさ7.1mm□、厚み0.5mm)(台座の大きさは22mm□、厚みは1mm)と、アイランド部とは逆側の面に形成された凹部(大きさ6.1mm□、深さ0.8mm)とを有し、凹部のエッジが、凹部の全周においてアイランド部の半導体チップ接触面のエッジよりも0.5mm内側にあるフリップチップボンダー用アタッチメントを使用した。このフリップチップボンダー用アタッチメントは、凹部の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個、他の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個(合計4個)、凹部のエッジから2mm内側に入ったところに、直径0.5mmφの吸着穴を有していた。このアタッチメントはAlNでできていた。このアタッチメントントを固定させるヒーターの表面材質はAlNでできていた。またステージはSUS製であり、基板の吸着穴は2mmφであり、吸着穴の中心が基板の中心にくるように配置した。
得られた封止樹脂を10mLシリンジ(岩下エンジニアリング社製)に充填し、シリンジ先端に精密ノズル(岩下エンジニアリング社製、ノズル先端径0.3mm)を取り付け、ディスペンサ装置(SHOT MASTER300、武蔵エンジニアリング社製)を用いて、吐出圧0.4MPa、対向基板とニードルとのギャップ200μm、塗布量3.3μLにて対向基板(WALTS−KIT MB50−0101JY、ウォルツ社製)上に塗布した。
半導体チップに、フリップチップボンダー(FC3000S、東レエンジニアリング社製)に備えられた上記のフリップチップボンダー用アタッチメントを接触させ、塗布した封止樹脂を介して、半導体チップの突起状電極と対向基板の電極とを位置合わせして、温度120℃、荷重40N(突起状電極1個当たり0.07N)で2秒間押圧することにより、突起状電極と対向基板の電極とを接触させた。その後、フリップチップボンダーにて、温度を120℃から280℃に3秒間で上昇させながら、荷重を40Nから1Nとし、この状態で280℃3秒間、突起状電極と対向基板上の電極との接合を行った。その後、170℃30分加熱し、半硬化状態の封止樹脂を完全に硬化させて、半導体装置を得た。
フリップチップボンダー用アタッチメントとして、アイランド部(大きさ7.1mm□、厚み0.5mm)(台座の大きさは22mm□、厚みは1mm)と、アイランド部とは逆側の面に形成された凹部(大きさ2.1mm□、深さ0.8mm)とを有し、凹部のエッジが、凹部の全周においてアイランド部の半導体チップ接触面のエッジよりも2.5mm内側にあるフリップチップボンダー用アタッチメントを使用した。このフリップチップボンダー用アタッチメントは、凹部の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個、他の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個(合計4個)、凹部のエッジから2mm内側に入ったところに、直径0.5mmφの吸着穴を有していた。このアタッチメントはAlNでできていた。このフリップチップボンダーのアタッチメントを固定させるヒーターの表面材質はAlNでできていた。またステージはSUS製であった。
上記記載の他は実施例1と同じにして、半導体装置を得た。
フリップチップボンダー用アタッチメントとして、アイランド部(大きさ7.1mm□、厚み0.5mm)(台座の大きさは22mm□、厚みは1mm)を有するフリップチップボンダー用アタッチメントを使用した。このフリップチップボンダー用アタッチメントは、アイランド部の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個、他の対向する辺の中心を結ぶ線上に2個(合計4個)、アイランド部のエッジから2.5mm内側に入ったところに直径0.5mmφの吸着穴を有していた。このアタッチメントはアイランド部の周辺部がAlN(熱伝導率:200W/m・K)でできており、アイランドサイズよりエッジから0.5mm小さいサイズでSUS(熱伝導率:20W/m・k)を用いてできていた(SUSでできている材質のサイズ6.1mm□)。このフリップチップボンダーのアタッチメントを固定させるヒーターの表面材質はAlNでできていた。またステージはSUS製であり、基板の吸着穴は2mmφであり、吸着穴の中心が基板の中心にくるように配置した。
上記記載の他は実施例1と同じにして、半導体装置を得た。
フリップチップボンダー用アタッチメントとして、実施例1記載のアタッチメントにおいて、凹部のみがなく、吸着穴は同じ大きさ及び位置であるアタッチメントを用いた。ステージの材質においてベースがSUS製であり、チップサイズよりも1mm小さい6.3mm□の部分のみAlN製である部分をステージ中に作製した。この中心部分に2mmφの吸着穴を作製し、吸着穴の中心が基板の中心にくるように配置した。
上記記載の他は実施例1と同じにして、半導体装置を得た。
フリップチップボンダー用アタッチメントとして、実施例4記載のアタッチメントと同じアタッチメントを使用した。ステージの材質としてSUSを使用し、ステージ表面にチップの大きさに対応する四角い吸着溝を作製した(吸着溝の中心を結んで、チップと同じサイズになるように7.3mm□)。このとき吸着溝の幅は2mmであり、チップのエッジから1mmの幅で吸着溝が重なるように配置した。
上記記載の他は実施例1と同じにして、半導体装置を得た。
アタッチメントは実施例4で用いた凹部のないアタッチメントを使用し、ステージは実施例1で用いたSUS製のステージを用い、他は実施例1と同じにして、半導体装置を得た。
実施例及び比較例で得られた半導体装置について、下記の評価を行った。結果を表1に示した。
(半導体チップのセンター部とコーナー部の温度差測定)
実施例で使用したチップと基板と樹脂と同じものを使用し、チップのセンター部とコーナー部(チップのコーナー部からセンター部にかけて0.1mm内側の部分)に熱電対のセンサー部がくるようにして、実際の温度を測定した。このジグを用い、フリップチップボンダーのステージを70℃、ヒーターを350℃にして、センター部とコーナー部の実際の温度差を測定した(表中の単位は℃)。
超音波探査映像装置(C−SAM D9500日本バーンズ社製)を用いて、得られた半導体装置のボイドを観察し、下記の基準で評価した。
○ ボイドがほとんど観察されなかった。
△ ボイドがわずかに観察された。
× ボイドによる目立った剥離が観察された。
突起状電極と対向電極の接合性を評価するために、接合後のサンプルの断面観察を行った。
チップ側の半田と基板側の銅電極の濡れ性によって評価した。観察箇所としては、辺の中央部及びコーナー部である。
○ 半田と銅電極が完全に濡れている。
△ 一部濡れていない部分がある。
× 全く濡れていない。
2 アイランド部
3 凹部
4 突起状電極を有する半導体チップ
4a 突起状電極
5 封止樹脂
6 対向基板
7 ステージ
8 吸着穴
9 熱伝導率の低い材料からなる部分
10 熱伝導率の低い材料からなる部分
11 ヒーター
12 台座
Claims (11)
- 突起状電極を有する半導体チップを保持して、前記半導体チップに熱及び圧力を伝え、封止樹脂を介して前記半導体チップを対向基板に接合させるためのフリップチップボンダーに用いられるアタッチメントであって、
前記半導体チップから投影される部分の周辺部よりも内部のほうが、熱伝導率が低い
ことを特徴とするフリップチップボンダー用アタッチメント。 - 半導体チップから投影される部分の周辺部よりも内部のほうが、熱伝導率の低い材料からなることを特徴とする請求項1記載のフリップチップボンダー用アタッチメント。
- 半導体チップに接触するアイランド部と、前記アイランド部とは逆側の面に形成された凹部とを有し、
前記凹部のエッジが、前記凹部の全周において前記アイランド部の半導体チップ接触面のエッジよりも内側にある
ことを特徴とする請求項1記載のフリップチップボンダー用アタッチメント。 - 凹部のエッジが、前記凹部の全周においてアイランド部の半導体チップ接触面のエッジよりも0.1〜2mm内側にあることを特徴とする請求項3記載のフリップチップボンダー用アタッチメント。
- 凹部の内側かつ前記凹部の対向する辺の中心を結ぶ線上に、複数個の、半導体チップを保持するための吸着穴を有することを特徴とする請求項3又は4記載のフリップチップボンダー用アタッチメント。
- 請求項1、2、3、4又は5記載のフリップチップボンダー用アタッチメントと、フリップチップボンダーに用いられるヒーターとを有することを特徴とするアタッチメント−ヒーター複合体。
- 請求項1、2、3、4又は5記載のフリップチップボンダー用アタッチメントによって半導体チップを対向基板に接合させる方法であって、
封止樹脂を半導体チップ又は対向基板上に設ける工程と、
前記半導体チップを請求項1、2、3、4又は5記載のフリップチップボンダー用アタッチメントに保持して、ステージ上に配置した前記対向基板に向けて位置合わせする工程と、
請求項1、2、3、4又は5記載のフリップチップボンダー用アタッチメントから前記半導体チップに熱及び圧力を伝えることで、前記半導体チップの突起状電極と前記対向基板上の電極との接合を行う工程とを有する
ことを特徴とする半導体チップを対向基板に接合させる方法。 - 請求項7記載の半導体チップを対向基板に接合させる方法であって、対向基板を吸着させるためのステージの吸着穴又は吸着溝の位置を、半導体チップを対向基板に投影した部分のエッジ周辺部に対応した位置に配置することを特徴とする半導体チップを対向基板に接合させる方法。
- 突起状電極を有する半導体チップを保持して、前記半導体チップに熱及び圧力を伝え、封止樹脂を介して前記半導体チップを対向基板に接合させるためのフリップチップボンダーに用いられるステージであって、
前記半導体チップから投影される部分の周辺部のほうが、内部よりも熱伝導率が低い
ことを特徴とするフリップチップボンダー用ステージ。 - 半導体チップから投影される部分の周辺部のほうが、内部よりも熱伝導率の低い材料からなることを特徴とする請求項9記載のフリップチップボンダー用ステージ。
- 請求項6記載のアタッチメント−ヒーター複合体、又は、請求項9若しくは10記載のフリップチップボンダー用ステージを備えることを特徴とするフリップチップボンダー。
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