JP2017123423A - 半導体実装装置および半導体実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して実装するに際して、良好な実装品質が得られる半導体実装装置および半導体実装方法を提供すること。【解決手段】 基板を保持する基板ステージと、熱伝導制御部材を供給し、半導体チップを覆う位置に配置するとともに、前記熱伝導制御部材の面方向に対して垂直方向に移動可能な熱伝導制御部材供給機構と、前記熱伝導制御部材の半導体チップと接触する面と反対側の面に接触可能なアタッチメントツールを有し、前記熱伝導制御部材を介して前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドと、前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドを制御する制御部とを備え、前記制御部は、接触判定部と、前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールが接触状態にある時間を計測するカウンタを有している半導体実装装置および半導体実装方法を提供する。【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体実装装置および半導体実装方法に関する。詳しくは、バンプを有する半導体チップを、電極を有する基板に、接着剤を介した状態で熱圧着してバンプと電極を接合させるとともに接着剤を硬化させる、半導体実装装置および半導体実装方法に関する。

半導体実装分野において、バンプを有する半導体チップを基板に実装するフリップチップ実装が高密度実装に適した手法として知られている。フリップチップ実装において、半導体チップのバンプを基板に接合した状態で、接合部周辺を封止剤で封止して接合の信頼性を向上させている。

従来、接合部周辺の封止に際して、フリップチップ実装を行った後に液状の封止剤（未硬化の熱硬化性樹が主成分）を半導体チップと基板の間に浸透させた後に加熱硬化させる方法が用いられてきた。しかし、半導体の集積度向上に伴う、バンプの微細化や狭ピッチが進んだことに伴い、封止剤を必要な箇所に空隙なく充填することが困難なケースが生じてきた。

この対策の一つとして、半導体チップを基板に実装する前に、半導体チップと基板の間に熱硬化性を有する接着剤を配置してから、半導体チップを加熱圧着をするプロセスへの感心が高まっている。特に、半導体チップのバンプ側にフィルム状の接着剤を配置する方法は、半導体チップの多段実装にも適することから注目されている。

このプロセスは、図１２に示す一般的なフリップチップ実装装置１００を用いても実施可能である。フリップチップ実装装置１００では、ボンディングヘッド１０７先端部のアタッチメントツール１０９が吸着保持した半導体チップＣを、基板ステージ１０４が保持する基板Ｓの所定の箇所に画像認識装置１１０を用いて位置合わせした後に、ボンディングユニット１０６によってボンディングヘッド１０７を降下させるとともにヒータ１０８による昇温により、加熱圧着するものである。

図１３では、バンプＢ側にフィルム状の接着剤Ｒが配置された半導体チップＣを、基板Ｓに実装する様子を示す。図１３（ａ）では画像認識装置１１０で、半導体チップＣと基板Ｓの位置を認識し、基板ステージ１０４の移動により両者の位置合わせを行う状態を示しており、図１３（ｂ）ではボンディングヘッド１０７を下降させた状態を示している。図１３（ｃ）ではヒータ１０８による加熱を伴うボンディングヒータ１０８による加圧によりバンプＢが溶融して基板側の電極ＥＳと接合するとともに接着剤Ｒが（軟化した後に）熱硬化した状態を示している。更に図１３（ｄ）では、半導体チップＣの接合が完了後、アタッチメントツール１０９による吸着保持を解除してボンディングヘッド１０７が上昇した状態を示している。ところで、図１３（ｄ）で半導体チップＣの吸着を解除した状態で、ヒータ１０８による加熱は停止しているが、アタッチメントツール１０９は高温状態である。このため、次に実装する半導体チップＣを吸着保持する前に、アタッチメントツール１０９を接着剤Ｒの熱硬化開始温度以下に冷却する必要がある。このため、図１２に示すフリップチップ実装装置１００を用いた場合、１つの半導体チップＣを実装するのに、バンプＢの溶融と接着剤Ｒの硬化に要する時間に加えて、実装完了後にアタッチメントツール１０９の温度が接着剤Ｒの熱硬化開始温度以下に冷却されるまでの時間が必要なり、加熱・冷却が占める時間的な比率が大きくなる。
このため、図１２に示すフリップチップ実装装置１００を、半導体チップＣを基板Ｓ上に仮配置するために用い、加熱圧着には図１４に示すような本圧着装置１を用いる方法が提案されている（例えば特許文献１）。このような仮配置と本圧着を行う方式では、高温加熱を要しない仮配置で半導体チップ１つに要するタクトタイムを短縮している。

また、図１４に示す本圧着装置１は、基板Ｓ上に仮配置された半導体チップＣを複数個単位で一括して加熱圧着するものであり、アタッチメントツール９の温度が常に一定になるように本圧着用ヒータ８を制御すればよい。このため、複数個一括による生産性向上に加えて、冷却待ちの時間的なロスも省ける。

図１４に示す本圧着装置１を用いた場合、画像認識装置１０で、アタッチメントツール９と熱圧着対象となる（複数の）半導体チップＣの位置合わせを実施した（図１５（ａ））後に、アタッチメントツール９を（複数の）半導体チップＣに密着させた状態で加熱圧着する（図１５（ｂ））が、加熱圧着に際して一旦軟化した接着剤Ｒが半導体チップＣの外側にはみ出た後にアタッチメントツール９に付着することがある。仮に、アタッチメントツール９に接着剤Ｒが付着すると、このアタッチメントツール９の加圧面が平坦でなくなるため、以後の本圧着の接合品質に悪影響を及ぼすため、アタッチメントツール９の交換が不可避となり好ましくない。このため、本圧着を行うのに際して、アタッチメントツール９に接着剤Ｒが付着するのを防ぐために、図１６（ａ）のようにアタッチメントツール９と半導体チップＣの間に、柔軟性と耐熱性を有する熱伝導制御部材Ｆを介して行う方式が知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１０−０３４４２３号公報 特開２００６−２２５６４２号公報

図１６に示すように、アタッチメントツール９と半導体チップＣの間に熱伝導制御部材Ｆを介して本圧着を行う場合、熱伝導制御部材Ｆの伝熱性が高ければ、図１５（ｃ）に示したような熱伝導制御部材Ｆがない場合と同様に半導体チップＣを加熱圧着して、同様の実装形態とすることが可能である（図１６（ｂ））。しかし、前述のとおり熱伝導制御部材Ｆには柔軟性と耐熱性が求められるが、そのような特性を備えたものは一般的に伝熱性が低い。このため、熱伝導制御部材Ｆを介して本圧着を行おうとすると、半導体チップＣの温度上昇が緩やかになり、半導体チップＣが基板Ｓに接近する途上において、接着剤Ｒの硬化が先行する現象も生じる。このような現象が生じることは、半導体チップＣを基板Ｓに実装するのに際して大きな問題であり、その状況を図１７を用いて説明する。
半導体チップＣの基板Ｓへの実装では、図１７（ａ）のように、バンプＢが溶融することにより、基板Ｓの電極ＥＳと半導体チップＣの電極ＥＣが電気的にも機械的にも接合され、その周囲を接着剤Ｒが硬化して封止される。これに対して、接着剤Ｒの硬化が先行した場合には、図１７（b）のように、バンプＢが溶融する温度に達しても、バンプＢは流動することが出来ず、さらにバンプＢが基板Ｓの電極ＥＳに接触することすら妨げられることがあり、半導体チップＣと基板Ｓとの電気的な接合が不完全となり、実装後の半導体装置が動作不良となる。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して実装するのに際して、アタッチメントツールへの樹脂付着を防ぐとともに、良好な実装品質が得られる半導体実装装置および半導体実装方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板上に仮配置された半導体チップを、熱伝導制御部材を介して加熱圧着する半導体実装装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、前記熱伝導制御部材を供給し、前記半導体チップを覆う位置に配置するとともに、前記熱伝導制御部材の面方向に対して垂直方向に移動可能な熱伝導制御部材供給機構と、前記熱伝導制御部材の半導体チップと接触する面と反対側の面に接触可能なアタッチメントツールを有し、前記熱伝導制御部材を介して前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドと、前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、接触判定部と、前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールが接触状態にある時間を計測するカウンタを有している半導体実装装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体実装装置であって、
前記接触判定部は、前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドの相対位置から前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールの接触有無を判定することを特徴とする半導体実装装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体実装装置であって、
前記制御部は、前記熱伝導制御部材が前記半導体チップから離れている状態で、前記熱伝導制御部材供給機構に対して前記ボンディングヘッドを相対移動させることで、前記アタッチメントツールを前記熱伝導制御部材に接触させる機能と、前記接触後の時間が所定値に達してから、前記ボンディングヘッドにより、前記アタッチメントツールが接触した状態の前記熱伝導制御部材を前記半導体チップに接触させ、前記熱伝導制御部材を介して半導体チップを加熱圧着する機能を有している半導体実装装置である。

請求項４に記載の発明は、
基板上に仮配置された半導体チップを、熱伝導制御部材を介して加熱圧着する半導体実装装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、前記熱伝導制御部材を供給し、前記半導体チップを覆う位置に配置するとともに、前記熱伝導制御部材の面方向に対して垂直方向に移動可能な熱伝導制御部材供給機構と、前記熱伝導制御部材の半導体チップと接触する面と反対側の面に接触可能なアタッチメントツールを有し、前記熱伝導制御部材を介して前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドと、前記熱伝導制御部材の、前記半導体チップ側の面の温度を測定する温度測定手段と、前記フィルム供給機構と前記ボンディングヘッドを制御するとともに、前記温度測定手段の測定値を入力する機能を有している制御部とを備え、
前記制御部は、前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールの接触有無を判定する接触判定部を有している半導体実装装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の半導体実装装置であって、
前記制御部は、前記熱伝導制御部材が前記半導体チップから離れている状態で、前記熱伝導制御部材供給機構に対して前記ボンディングヘッドを相対移動させることで、前記アタッチメントツールを前記熱伝導制御部材に接触させる機能と、前記温度測定手段の測定値が所定の値以上になったら、前記ボンディングヘッドにより、前記アタッチメントツールが接触した状態の前記熱伝導制御部材を前記半導体チップに接触させ、前記熱伝導制御部材を介して半導体チップを加熱圧着する機能を有している半導体実装装置である。

請求項６に記載の発明は、基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して、前記基板の電極パッドと前記半導体チップを接合させるとともに前記接着剤を硬化させる、半導体実装方法であって、
前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドを前記半導体チップに向けて移動させる工程において、前記ボンディングツールの先端部にあるアタッチメントツールを、前記接着剤が前記アタッチメントツールに付着することを防止する熱伝導制御部材に接触させ、前記アタッチメントツールが前記熱伝導制御部材に接触後の経過時間が所定値に達してから、前記ボンディングヘッドが、前記熱伝導制御部材を介して、前記半導体チップを加熱圧着する半導体実装方法である。

請求項７に記載の発明は、
基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して、前記基板の電極パッドと前記半導体チップを接合させるとともに前記接着剤を硬化させる、半導体実装方法であって、
前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドを前記半導体チップに向けて移動させる工程において、前記ボンディングツールの先端部にあるアタッチメントツールを、前記接着剤が前記アタッチメントツールに付着することを防止する熱伝導制御部材に接触させ、前記熱伝導制御部材の、前記半導体側の面の温度が所定の値以上になってから、
前記ボンディングヘッドが、前記熱伝導制御部材を介して、前記半導体チップを加熱圧着する半導体実装方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の半導体実装方法であって、
前記半導体チップのバンプがはんだからなり、前記所定の値が前記はんだの溶融温度であることを特徴とする半導体実装方法である。

本発明により、基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して実装するのに際して、アタッチメントツールへの樹脂付着を防ぐとともに、良好な実装品質を得ることができる。

本発明の実施形態に係る主要部分の構成を示す図である。 本発明の実施形態の制御構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装プロセスを説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装プロセスを説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装プロセスを説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装プロセスを説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装プロセスを説明する図である。 本発明の実施形態変形例の制御構成を示す図である。 本発明の別の実施形態を説明する図である。 本発明の別の実施形態制御構成を示す図である。 実施形態とは異なる熱伝導制御部材供給機構において（ａ）熱伝導制御部材を供給する工程、（ｂ）熱伝導制御部材を保持する工程を説明する図である。 フリップチップ実装装置の一例を示す図である。 接着剤を介したフリップ実装装置を用いた実装プロセスで（ａ）位置合わせ、（ｂ）実装初期、（ｃ）加熱圧着、（ｄ）接合完了後、を説明する図である。 本圧着装置の一例を示す図である。 本圧着装置を用いた実装プロセスで（ａ）位置合わせ、（ｂ）加熱圧着、（ｃ）加熱圧着で接着剤がアタッチメントツールに付着する状態、を説明する図である。 熱伝導制御部材を用いる本圧着実装プロセスで、（ａ）位置合わせ、（ｂ）加熱圧着、（ｃ）加熱圧着時の加熱が不充分な状態、を説明する図である。 接着剤を介してフリップ実装を行い、（ａ）良好な実装状態、（ｂ）加熱不足の実装状態、を説明する図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明に係る半導体実装装置は、図１４に示した本圧着装置１を基本構成とするが、この構成に、図１に示した熱伝導制御部材供給機構２を更に備えたものである。

図１４の基本構成を示す本圧着装置１は、基板Ｓ上に仮配置された半導体チップCを複数個単位で熱圧着するものであり、図１７（ａ）に示すように、半導体チップＣの下面にあるバンプＢと基板Ｓ上面の電極ＥＳとを金属溶着により接合するとともに、半導体チップCと基板Ｓの間に介在する接着剤Ｒを硬化させるものである。ここで、バンプＢとしては一般的にCuピラー上にはんだが形成されたバンプが用いられる。電極ＥＳとしては、一般的にOSP(Organic Solderability Preservative)処理されたCuパッドやNiとAuめっき処理されたCuパッドが用いられるが、これに限定されるものではない。また、仮配置された半導体チップＣは縦方向に一枚のみから構成されているが、複数枚積層されたチップであってもよい。

本圧着装置１は、ボンディング基台３、基板ステージ４、支持フレーム５、ボンディングユニット６、ボンディングヘッ７、および画像認識装置１０を備えている。

ボンディング基台３は、本圧着装置１を構成する主な構造体である。ボンディング基台３は充分な剛性を有するように構成されている。ボンディング基台３は、基板ステージ４と支持フレーム５とを支持している。

基板ステージ４は、基板Ｓを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。基板ステージ４は、駆動ユニット４ａに基板Ｓを吸着保持できる吸着テーブル４ｂが取り付けられて構成されている。基板ステージ４は、ボンディング基台３に取り付けられ、駆動ユニット４ａによって吸着テーブル４ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、基板ステージ４は、ボンディング基台３上において吸着テーブル４ｂに吸着された基板ＳをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において、基板ステージ４は、吸着により基板Ｓを保持しているが、これに限定されるものではない。また、基板ステージのヒータはカートリッジヒータから構成されており、基板ステージ４に組み込まれている。本実施形態において、基板ステージのヒータはカートリッジヒータから構成されているが、これに限定されるものではなく、セラミックヒータ、ラバーヒータ等、半導体チップCを所定の温度まで加熱することができるものであればよい。これらのなかでも、温度均一性の観点からカートリッジヒータが好ましい。

支持フレーム５は、ボンディングユニット６を支持するものである。支持フレーム５は、ボンディング基台３の基板ステージ４の近傍からＺ軸方向に向かって延びるように構成されている。

加圧ユニットであるボンディングユニット６は、ボンディングヘッド７を移動させるものである。ボンディングユニット６は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。ボンディングユニット６は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。ボンディングユニット６は、ボールねじの軸方向が基板Ｓに対して垂直なＺ軸方向になるように支持フレーム５に取り付けられている。つまり、ボンディングユニット６は、Ｚ軸方向の駆動力（加圧力）を発生できるように構成されている。ボンディングユニット６は、サーボモータの出力を制御することによりＺ軸方向の加圧力である本圧荷重を任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、ボンディングユニット６は、サーボモータとボールねじとの構成としたが、これに限定されるものではなく、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータやボイスコイルモータから構成してもよい。ボンディングユニット６の加圧力は、半導体チップＣの電極の数や、基板Ｓとの電極同士の接触面積および一度に熱圧着する半導体チップの数に応じて可変できるよう制御される。

ボンディングヘッド７は、ボンディングユニット６の駆動力を半導体チップCに伝達するものである。ボンディングヘッド７は、ボンディングユニット６を構成しているボールねじナットに取り付けられている。つまり、ボンディングユニット６は、基板ステージ４と対向するように配置されている。つまり、ボンディングヘッド７は、ボンディングユニット６によってＺ軸方向に移動されることで、基板ステージ４に近接する。ボンディングヘッド７の構成を図１に示すが、ボンディングヘッド７には、本圧着用ヒータ８およびアタッチメントツール９が設けられている。

熱伝導制御部材Fはロールトゥロールで供給できるフィルム部材であることが好ましい。図１に示すように本発明に係る半導体実装装置は、熱伝導制御部材供給機構２を備えているが、熱伝導制御部材供給機構２は、熱伝導制御部材巻出部２Ｓおよび熱伝導制御部材巻取部２Ｒを有し、熱伝導制御部材巻出部２Ｓに巻かれた熱伝導制御部材Ｆをアタッチメントツール９と半導体チップＣの間に供給した後に熱伝導制御部材巻取部２Ｒで巻取るものである。図１では、図１４におけるＹ方向から見た図を示しているため熱伝導制御部材Ｆは線として示しているが、アタッチメントツール９の全幅を覆うだけの幅を（図１の奥行き方向に）有している。熱伝導制御部材供給機構２には、熱伝導制御部材巻出部２Ｓと熱伝導制御部材巻取部２Ｒ以外に、熱伝導制御部材Ｆを安定に搬送するためのニップ機構２Ｎ、複数のガイドロール２G、および張力計等があってもよく、ガイドロール２Ｇの一部が張力測定機能を有する張力測定ロール２Ｔであってもよい。また、熱伝導制御部材供給機構２は熱伝導制御部材Ｆを搬送する機能とともに、熱伝導制御部材Ｆの面方向に対して直角方向に移動する機能を有していることが望ましい。

熱伝導制御部材部材Ｆとしては、柔軟性を有しつつ、耐熱性に優れ、半導体チップに対する防着性にも優れている材料が好ましく、この特性を備えた材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂や、シロキサン結合による主骨格を持つシリコーン樹脂が好適である。また、厚みとしては、機械的強度を保持するために２０μｍ以上、熱伝導の観点から５０μｍ以下が好ましい。

本圧着用ヒータ８は、半導体チップCを加熱するためのものである。本圧着ヒータ８は、カートリッジヒータから構成され、ボンディングヘッド７に組み込まれている。本実施形態において、本圧着用ヒータ８はカートリッジヒータから構成されているが、これに限定されるものではなく、セラミックヒータ、ラバーヒータ等、半導体チップCを所定の温度まで加熱することができるものであればよい。これらのなかでも、温度均一性の観点からカートリッジヒータが好ましい。

アタッチメントツール９は、熱伝導制御部材Ｆを介して半導体チップCを加圧するものである。アタッチメントツール９は、ボンディングヘッド７に基板ステージ４と対面するように設けられている。さらに、アタッチメントツール９は、本圧着用ヒータ８によって加熱されるように構成されている。つまり、アタッチメントツール９は、半導体チップCを加圧すると同時に、本圧着用ヒータ８からの伝熱によって加熱できるように構成されている。このため、アタッチメントツールは、一度に熱圧着する半導体チップＣの形状および数に応じて適切な形状としている。

画像認識装置１０は、画像によって基板Ｓ上に仮配置された半導体チップCの位置情報を取得するものである。

また、本実施形態では、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の接触有無を検知する接触検知手段１４を備えている。接触検知手段１４が接触を検知する方式としては、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の画像を取得して検知する方式や、熱伝導制御部材Ｆに加わる張力の変化を検知する方式等がある。

熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の画像を取得して検知する方式においては、接触検知手段１４としてカメラ（図示せず）が用いられ、熱伝導制御部材Ｆの上面とアタッチメントツール９の下面を同時に観察して、熱伝導制御部材Ｆの上面とアタッチメントツール９の下面の距離が一定以下となったら接触したと判定する（後述の接触判定部１２が判定する）。

また、熱伝導制御部材Ｆに加わる張力の変化を検知する方式としては、接触検知手段１４として張力計（図１では張力測定ロール２Ｔ）が用いられ、熱伝導制御部材Ｆに加わる張力を張力計が測定し、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の接触する前後での張力変化を検知して接触有無を判定する（後述の接触判定部１２が判定する）。なお、熱伝導制御部材Ｆに加わる張力を測定する張力計を用いなくとも、熱伝導制御部材巻取部２Ｒが電動機により巻取張力を発生させている場合には、熱伝導制御部材Ｆに加わる張力の変化を電動機の電流値変化として検知することも可能である。すなわち、熱伝導制御部材巻取部２Ｒを駆動する電動機を接触検知手段１４とすることも可能である。

本実施形態の制御構成を図２に示すが、半導体実装装置は制御部１１を備えている。制御部１１は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御部１１には、制御部１１に接続した各種構成要素を制御するための種々のプログラムやデータが格納されている。

制御部１１は、ボンディングステージ４に接続され、ボンディングステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向の移動量をそれぞれ制御することができる。

制御部１１は、熱伝導制御部材供給機構２に接続され、アタッチメントツール９直下の熱伝導制御部材Ｆの搬送を制御するとともに、熱伝導制御部材供給機構２の移動を制御することができる。

制御部１１は、本圧着用ヒータ８に接続され、本圧着用ヒータ８との温度をそれぞれ制御することができる。特に、ボンディングヘッド７の加圧時における平均温度を接着剤の硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度からなる一定範囲内に維持することができる。

制御部１１は、ボンディングユニット６に接続され、ボンディングユニット６のＺ軸方向の加圧力をそれぞれ制御することができる。

制御部１１は、画像認識装置１０に接続され、画像認識装置１０を制御し、半導体チップCの位置情報を取得することができる。

制御部１１は、接触検知手段１４に接続され、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の接触情報に係る信号を取得することができる。

また、制御部１１は、接触検知手段１４から取得した信号に基づき、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９の接触有無を判定する接触判定部１２を有しているとともに、接触判定部１２が接触有と判定した後の時間を計測するカウンタ１３を有している。

なお、接触判定部１２は、接触検知手段１４の方式に応じて接触有無を判断する。例えば、接触検知手段１４としてカメラを用いた場合は、接触判定部１２は画像処理機能により、熱伝導制御部材Ｆの上面とアタッチメントツール９の下面の距離を算出し、この距離が所定の値以下になったら接触したと判断する。また、接触検知手段１４として張力計を用いた場合は、張力値の変化量が所定の値以上になった時点で接触したと判断する。

以下では、本発明に係る半導体実装装置による実装プロセスについて説明する。

まず、図１に示すように基板Ｓには半導体チップＣが仮配置されている。ここで、基板Ｓの面上に半導体チップＣが配置されている状態は図１４に示すとおりである。また、図１の半導体チップＣと基板Ｓの断面を拡大すると、半導体チップＣは図１５（ａ）に示すように未硬化の接着剤Ｒを介して仮配置されているが、未硬化の接着剤Ｒが有する粘着性により、基板Ｓを動かしても半導体チップＣが位置ズレすることはない。なお、図１５（ａ）の例では、接着剤Ｒは半導体チップＣ側に配置された状態となっているが、これに限定されるものではなく基板Ｓ側に配置されていても良い。また、接着剤Ｒの配置方法として、フィルム形状のものの貼付けてでも、ペースト状のものの塗布の何れでも良い。

図１では、熱圧着対象の半導体チップＣとアタッチメントツール９の位置合わせが実施された後の状態を示しているが、半導体チップＣとアタッチメントツール９の位置合わせでは図１４の画像認識装置１０が基板Ｓ側を観察し、熱圧着対象となる半導体チップＣがアタッチメントツールの直下となるように、制御部１１が基板ステージ４の位置を制御している。

図１の状態において、本圧着用ヒータ８は半導体チップＣを熱圧着するのに適した温度に維持されている。また、熱伝導制御部材供給機構２は動作により、アタッチメントツール９直下には、熱圧着に用いられていない熱伝導制御部材Ｆが配置されている。

この状態において、接触検知手段１４の信号より、制御部１１にある接触判定部１２は、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９は非接触と判定し、カウンタ１３は機能していない。

図１の状態の後、制御部１１はボンディングヘッド７と熱伝導制御部材供給機構２の相対移動により、アタッチメントツール９と熱伝導制御部材Ｆを近づけ、接触させる（図３）。図３では、アタッチメントツール９を熱伝導制御部材Ｆに接触させるためにボンディングヘッド７を下降させた状態を示しているが、熱伝導制御部材供給機構２を上昇させても良い。なお、アタッチメントツール９を熱伝導制御部材Ｆに接触した直後は、熱伝導制御部材Ｆの半導体チップ側の面の温度が低く、熱圧着には不適である。

アタッチメントツール９を熱伝導制御部材Ｆに接触すると、接触検知手段１４の信号により、制御部１１にある接触判定部１２は、熱伝導制御部材Ｆとアタッチメントツール９は接触したと判定し、カウンタ１３は時間測定を開始する。

カウンタ１３が時間測定を開始して、測定時間が予め定めた所定値に達したら、制御部１１は、熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ側の面の温度が熱圧着に適した温度に上昇したと判断し、アタッチメントツール９は熱伝導制御部材Ｆと接触した状態で下降し、熱伝導制御部材Ｆを介して、半導体チップＣを加熱圧着する（図４）。ここで、熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ側の面の温度が熱圧着に適した温度に上昇しているため、バンプＢを形成するハンダが溶融した後に接着剤Ｒが硬化して、良好な実装品質が得られる。接着剤Ｒが硬化した後は、ボンディングヘッド７を上昇させて加熱圧着を完了する。なお、予め定めた所定値は、熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ表面の温度のピーク値を実測して求めるのが望ましい。

加熱圧着完了後、熱伝導制御部材供給機構２は半導体チップＣから熱伝導制御部材Ｆを離した状態で、熱伝導制御部材Ｆを搬送して、アタッチメントツール９の直下には加熱圧着に用いていない熱伝導制御部材Ｆを配置する。また、画像認識装置１０による基板Ｓ側の観察に伴い、制御部１１はアタッチメントツール９の直下に、次の熱圧着対象となる半導体チップＣが位置するように基板ステージ４を制御する。以上により、図１の状態に戻る。

以上のプロセスの説明で、図３から図４において、ボンディングヘッド７と熱伝導制御部材供給機構２を同時に降下しているが、図３と図５の関係のように、熱伝導制御部材供給機構２を固定した状態で熱伝導制御部材Ｆを巻き緩めながらボンディングヘッド７のみ下降させても良い。

また、アタッチメントツール９を熱伝導制御部材Ｆの接触判定後、ボンディングヘッド７と熱伝導制御部材供給機構２は図３に示す状態で停止し、カウンタ１３の測定時間が所定値に達した後に下降を開始しても良いが、熱伝導制御部材Ｆの接触判定後にアタッチメントツール９を熱伝導制御部材Ｆが半導体チップＣに接触しない範囲で下降して停止させてからカウンタ１３の測定時間が所定時間に達するのを待つ方式（図６、図７）としても良い。

なお、以上の実施形態と若干異なる変形例として、アタッチメントツール９と熱伝導制御部材Ｆの接触判定を行うのに際して、接触検知手段１４を用いない方法もある。その制御構成の例を図８に示す。図８では、図４と異なり、接触検知手段１４を不要としており、接触判定部１２は熱伝導制御部材供給機構２とボンディングヘッド７の相対位置情報から、アタッチメントツール９と熱伝導制御部材Ｆの接触有無を演算によって求める判定機能を有している。

上述の実施の形態において、熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ側の面の温度が熱圧着に適した温度に上昇したという判定に際して、アタッチメントツール９と熱伝導制御部材Ｆが接触した後の時間を根拠としているが、正確な判定には熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ側の面の温度を把握することが望ましい。そこで、本発明の別の実施形態として図９に示すように熱伝導制御部材Ｆの半導体チップＣ側の面の温度を測定する温度測定手段１５を備えていても良い。図９の図１との違いは、温度測定手段１５を備えていることである。ここで、温度測定手段１５としては赤外放射温度計のように非接触式のものが望ましいが、熱圧着段階で退避するならば接触式も可能である。温度測定手段１５を備えた実施形態の制御構成は図１０のようになり、接触判定部１２がアタッチメントツール９と熱伝導制御部材Ｆの接触有と判断した後に、温度測定手段１５が測定を開始し、制御部１１は温度測定手段の測定値が熱圧着に適した温度に達した段階で、ボンディングヘッド７を下降させて熱圧着を開始する。

ところで、ここまでの説明において熱伝導制御部材供給機構を、連続的な熱伝導制御部材Ｆを所謂ロールトゥーロールで供給する方式としているが、熱伝導制御部材供給機構２はこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように枚葉の熱伝導制御部材Ｆ０を、熱伝導制御部材供給機構２２で供給して、アタッチメントツール９が保持する方式であっても良い。

以上のように、本発明により、基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して実装するのに際して、アタッチメントツールへの接着剤の付着を防ぐとともに、適正な温度で加熱圧着が行えることから、半導体実装において良好な実装品質を得ることができる。

１ 本圧着装置
２ 熱伝導制御部材供給機構
４ 基板ステージ
６ ボンディングユニット
７ ボンディングヘッド
８ 本圧着用ヒータ
９ アタッチメントツール９
１０ 画像認識装置
１１ 制御部
１２ 接触判定部
１３ カウンタ
１４ 接触検知手段
Ｃ 半導体チップ
Ｆ 熱伝導制御部材
Ｒ 接着剤
Ｓ 基板

Claims (8)

1. 基板上に仮配置された半導体チップを、熱伝導制御部材を介して加熱圧着する半導体実装装置であって、
   前記基板を保持する基板ステージと、
   前記熱伝導制御部材を供給し、前記半導体チップを覆う位置に配置するとともに、前記熱伝導制御部材の面方向に対して垂直方向に移動可能な熱伝導制御部材供給機構と、
   前記熱伝導制御部材の半導体チップと接触する面と反対側の面に接触可能なアタッチメントツールを有し、前記熱伝導制御部材を介して前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドと、
   前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールの接触時間を計測するカウンタを有している半導体実装装置。
2. 請求項１に記載の半導体実装装置であって、
   前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールの接触有無を判定する接触判定部を有し、前記接触判定部は、前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドの相対位置から前記熱伝導制御部材と前記アタッチメントツールの接触有無を判定することを特徴とする半導体実装装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体実装装置であって、
   前記制御部は、
   前記熱伝導制御部材が前記半導体チップから離れている状態で、前記熱伝導制御部材供給機構に対して前記ボンディングヘッドを相対移動させることで、前記アタッチメントツールを前記熱伝導制御部材に接触させる機能と、
   前記接触後の時間が所定値に達してから、前記ボンディングヘッドにより、前記アタッチメントツールが接触した状態の前記熱伝導制御部材を前記半導体チップに接触させ、前記熱伝導制御部材を介して半導体チップを加熱圧着する機能を有している半導体実装装置。
4. 基板上に仮配置された半導体チップを、熱伝導制御部材を介して加熱圧着する半導体実装装置であって、
   前記基板を保持する基板ステージと、
   前記熱伝導制御部材を供給し、前記半導体チップを覆う位置に配置するとともに、前記熱伝導制御部材の面方向に対して垂直方向に移動可能な熱伝導制御部材供給機構と、
   前記熱伝導制御部材の半導体チップと接触する面と反対側の面に接触可能なアタッチメントツールを有し、前記熱伝導制御部材を介して前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドと、
   前記熱伝導制御部材の、前記半導体チップ側の面の温度を測定する温度測定手段と、
   前記熱伝導制御部材供給機構と前記ボンディングヘッドを制御するとともに、前記温度測定手段の測定値を入力する機能を有している制御部とを備え、
   ている半導体実装装置。
5. 請求項４に記載の半導体実装装置であって、
   前記制御部は、
   前記熱伝導制御部材が前記半導体チップから離れている状態で、前記熱伝導制御部材供給機構に対して前記ボンディングヘッドを相対移動させることで、前記アタッチメントツールを前記熱伝導制御部材に接触させる機能と、
   前記温度測定手段の測定値が所定の値以上になったら、前記ボンディングヘッドにより、前記アタッチメントツールが接触した状態の前記熱伝導制御部材を前記半導体チップに接触させ、前記熱伝導制御部材を介して半導体チップを加熱圧着する機能を有している半導体実装装置。
6. 基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して、前記基板の電極パッドと前記半導体チップを接合させるとともに前記接着剤を硬化させる、半導体実装方法であって、
   前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドを前記半導体チップに向けて移動させる工程において、
   前記ボンディングツールの先端部にあるアタッチメントツールを、前記接着剤が前記アタッチメントツールに付着することを防止する熱伝導制御部材に接触させ、
   前記アタッチメントツールが前記熱伝導制御部材に接触後の経過時間が所定値に達してから、
   前記ボンディングヘッドが、前記熱伝導制御部材を介して、前記半導体チップを加熱圧着する半導体実装方法。
7. 基板上に未硬化の接着剤を介して仮配置された半導体チップを加熱圧着して、前記基板の電極パッドと前記半導体チップを接合させるとともに前記接着剤を硬化させる、半導体実装方法であって、
   前記半導体チップを加熱圧着するボンディングヘッドを前記半導体チップに向けて移動させる工程において、
   前記ボンディングツールの先端部にあるアタッチメントツールを、前記接着剤が前記アタッチメントツールに付着することを防止する熱伝導制御部材に接触させ、
   前記熱伝導制御部材の、前記半導体側の面の温度が所定の値以上になってから、
   前記ボンディングヘッドが、前記熱伝導制御部材を介して、前記半導体チップを加熱圧着する半導体実装方法。
8. 請求項７に記載の半導体実装方法であって、
   前記半導体チップもしくは基板のバンプにはんだを有し、前記所定の値が前記はんだの溶融温度であることを特徴とする半導体実装方法。

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