JP2020053457A

JP2020053457A - ピックアップツール、および半導体モジュールの製造方法

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Publication number: JP2020053457A
Application number: JP2018178519A
Authority: JP
Inventors: 智朝桐; Satoshi Asagiri; 栂嵜　隆; Takashi Togasaki; 隆栂嵜
Original assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: JP7173808B2

Abstract

【課題】半導体チップが静電気により破壊されるのを抑制することができるピックアップツール、および半導体モジュールの製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係るピックアップツールは、半導体チップを吸着可能なピックアップツールである。ピックアップツールは、一方の端面に開口する孔と、前記端面に設けられた複数の凸部と、を有している。前記端面の面積をＳ１、前記複数の凸部の頂部の総面積をＳ２とした場合に、以下の式を満足する。０．１％≦（Ｓ２／Ｓ１）×１００≦１．０％【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ピックアップツール、および半導体モジュールの製造方法に関する。

半導体モジュールの製造工程には、複数の半導体チップを基板に接合させる工程がある。近年においては、半導体モジュールの多機能化、高付加価値化などにより、一枚の基板に複数の半導体チップを密集させて接合させることが望まれている。
ここで、半導体チップをピックアップツールで吸着し、基板に接合させる際に、静電気が発生する場合がある。発生した静電気の急激な放電が生じると、半導体チップが破損するおそれがある。半導体モジュールには複数の半導体チップが接合されるが、静電気により、そのうちの１つでも破損すると、半導体モジュールが不良となったり、半導体モジュールの修理が必要となったりするおそれがある。
そこで、半導体チップが静電気により破壊されるのを抑制することができる技術の開発が望まれていた。

特開２００４−８７６７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、半導体チップが静電気により破壊されるのを抑制することができるピックアップツール、および半導体モジュールの製造方法を提供することである。

実施形態に係るピックアップツールは、半導体チップを吸着可能なピックアップツールである。ピックアップツールは、一方の端面に開口する孔と、前記端面に設けられた複数の凸部と、を有している。前記端面の面積をＳ１、前記複数の凸部の頂部の総面積をＳ２とした場合に、以下の式を満足する。
０．１％≦（Ｓ２／Ｓ１）×１００≦１．０％

（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を例示するための模式工程図である。（ａ）、（ｂ）は、ピックアップツールを例示するための模式斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る半導体モジュール１０の製造方法を例示するための模式工程図である。
まず、図１（ａ）に示すように、収納トレー２００に収納されている半導体チップ１００を取り出す。

例えば、収納トレー２００は、複数の凹部２００ａを有したものとすることができる。この場合、半導体チップ１００は、複数の凹部２００ａのそれぞれに収納することができる。複数の凹部２００ａは、一列、あるいは複数列に並べて設けることもできるし、マトリクス状に並べて設けることもできる。凹部２００ａの平面寸法は、半導体チップ１００の平面寸法よりも大きくすることができる。すなわち、凹部２００ａの内壁と半導体チップ１００の側面との間には隙間を設けることができる。

収納トレー２００は、導電性を有する材料から形成することができる。この場合、体積抵抗率は、１ Ω・ｃｍ以上、１０^１３ Ω・ｃｍ以下、好ましくは、１０^１０ Ω・ｃｍ以上、１０^１１ Ω・ｃｍ以下とすることが好ましい。この様な体積抵抗率を有する収納トレー２００とすれば、半導体チップ１００が帯電したとしても、徐々に放電させることが可能となる。そのため、静電気の急激な放電により、半導体チップ１００が破損するのを抑制することができる。収納トレー２００は、例えば、導電性を有する樹脂から形成することができる。

なお、複数の半導体チップ１００が収納トレー２００に収納される場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、複数の半導体チップ１００がテープの上やシートの上に付着していてもよい。例えば、複数の半導体チップ１００がダイシングテープの上に付着しているようにすることもできる。すなわち、複数の半導体チップ１００を密集した状態で保管できるものを適宜選択することができる。

図１（ａ）に示すように、半導体チップ１００は、ピックアップツール１を用いて取り出すことができる。
ピックアップツール１は、半導体チップ１００を吸着することで、半導体チップ１００を保持する。

また、ピックアップツール１は、少なくとも２軸方向に移動可能な移動装置に設けることができる。例えば、移動装置は、ピックアップツール１を、半導体チップ１００の厚み方向、および、半導体チップ１００の厚み方向に交差する方向に移動可能となっている。移動装置は、例えば、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボット、ダイボンダやチップマウンタなどに設けられたアームなどとすることができる。ただし、移動装置は例示をしたものに限定されるわけではなく、半導体チップ１００の大きさや接合対象（基板やリードフレームなど）に応じて適宜変更することができる。
なお、ピックアップツール１に関する詳細は後述する。

次に、図１（ｂ）に示すように、基板２０１の面に半導体チップ１００を実装する。この場合、半導体チップ１００と半導体チップ１００との間には隙間が設けられるようにしてもよいし、半導体チップ１００と半導体チップ１００とが接触するようにしてもよい。

基板２０１は、板状を呈し、表面に配線パターンを有するものとすることができる。配線パターンには複数の実装パッドが設けられ、複数の実装パッドのそれぞれに、接合材が設けられるようにすることができる。

基板２０１の平面形状や厚みには特に限定がない。基板２０１の平面形状は、例えば、四角形とすることができる。基板２０１の材料には特に限定がない。基板２０１の材料は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックス、ガラスエポキシ樹脂などの有機材料、金属板の表面を絶縁膜で覆ったものなどとすることができる。

また、基板２０１の、半導体チップ１００が実装される側とは反対側の面には、コネクタ、電気部品、集積回路などの半導体装置などを実装することができる。電気部品は、例えば、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗などとすることができる。なお、基板に実装される部材の種類や数は例示をしたものに限定されるわけではなく、半導体モジュール１０の機能や用途に応じて適宜変更することができる。この場合、基板２０１の両面に設けられた配線パターは、例えば、基板２０１の厚み方向を貫通する導通ビアなどにより電気的に接続することができる。

また、基板２０１の、複数の半導体チップ１００が実装される側の面には、接合材を予め設けることができる。接合材は、導電性を有し、ペースト状のものとすることができる。接合材は、例えば、半田ペースト、銀ペーストなどとすることができる。なお、接合材は、半導体チップ１００の電極と電気的および機械的に接合可能なものであれば特に限定はない。

接合材は、例えば、スクリーン印刷法を用いて塗布することができる。例えば、スクリーン印刷法を用いて接合材を塗布する場合には、複数の孔を有するメタルマスクを、基板２０１の面に対峙させる。複数の孔それぞれが、基板２０１の面に設けられた配線パターンの実装パッドと対峙するようにすることができる。

続いて、メタルマスクの、基板２０１側とは反対側の面に接合材を供給する。続いて、スキージを、メタルマスクの面に平行に移動させて、接合材を孔から流出させる。孔から流出した接合材が、基板２０１の面に付着することで、基板２０１の面の所定の位置に接合材を設けることができる。

次に、本実施の形態に係るピックアップツール１についてさらに説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、ピックアップツール１を例示するための模式斜視図である。
なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ部の模式拡大図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ピックアップツール１には、基部２、および吸着部３が設けられている。基部２と吸着部３は、一体に形成することができる。

基部２は、柱状を呈するものとすることができる。基部２の形状には特に限定はないが、例えば、四角柱状や六角柱状などの角柱状、円柱状などとすることができる。なお、図２（ａ）、（ｂ）に例示をした基部２の形状は、四角柱状である。基部２は、ピックアップツール１を移動する移動装置に保持される。なお、基部２は必ずしも必要ではなく、半導体チップ１００の大きさに応じて適宜設けるようにすればよい。例えば、半導体チップ１００の平面寸法が大きい場合には、吸着部３の平面寸法を大きくすることができるので基部２を省略することができる。基部２が省略される場合には、吸着部３が移動装置に保持される。

吸着部３は、基部２の一方の端面２ａに設けられている。吸着部３は、例えば、端面２ａの中心に設けることができる。吸着部３は、基部２の端面２ａから突出している。吸着部３は、柱状を呈するものとすることができる。吸着部３の断面形状（ピックアップツール１の中心軸に直交する方向の断面形状）には特に限定はないが、半導体チップ１００の平面形状と同様とすることが好ましい。例えば、半導体チップ１００の平面形状が四角形である場合には、吸着部３の断面形状は四角形とすることが好ましい。なお、図２（ａ）、（ｂ）に例示をした吸着部３の断面形状は四角形である。

また、ピックアップツール１には、孔１ａが設けられている。孔１ａの一方の端部はピックアップツール１の端面１ｂ、すなわち、吸着部３の、基部２側とは反対側の端面に開口している。孔１ａの他方の端部側には、真空ポンプなどの排気装置を接続することができる。

図１（ａ）、（ｂ）に例示をしたように、ピックアップツール１は半導体チップ１００を吸着することで、半導体チップ１００を保持する。
ここで、半導体チップ１００を収納トレー２００から取り出したり、半導体チップ１００をダイシングテープなどから分離したりした際に静電気が発生する場合がある。静電気が発生すると、半導体チップ１００が破損するおそれがある。
本発明者らの得た知見によれば、ピックアップツール１と半導体チップ１００との接触面積を小さくすれば静電気の発生を抑制することができる。

そこで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るピックアップツール１の一方の端面１ｂ（吸着部３の、基部２側とは反対側の端面）には、複数の凸部１ｃが設けられている。複数の凸部１ｃの頂部（凸部１ｃの、端面１ｂ側とは反対側の端部）は、半導体チップ１００の厚み方向の端面と接触可能となっている。
複数の凸部１ｃを介して半導体チップ１００を保持すれば、ピックアップツール１と半導体チップ１００との接触面積を小さくすることができるので、静電気の発生を抑制することが容易となる。

複数の凸部１ｃの形状には特に限定はない。例えば、複数の凸部１ｃの形状は、円柱状、角柱状、円錐台状、角錐台状などとすることができる。また、複数の凸部１ｃの形状は、球の一部などであってもよい。
複数の凸部１ｃの数や配置には特に限定がなく、半導体チップ１００の大きさに応じて適宜変更することができる。

この場合、接触面積を大きくしすぎると静電気発生の抑制効果が低くなる。接触面積を小さくしすぎると、半導体チップ１００の姿勢が不安定となったり、ピックアップツール１と半導体チップ１００との接触が困難となったりするおそれがある。
本発明者らの得た知見によれば、ピックアップツール１の端面１ｂの面積をＳ１、複数の凸部１ｃの頂部の総面積をＳ２とした場合に、０．１％≦（Ｓ２／Ｓ１）×１００≦１．０％とすることが好ましい。

また、１つの凸部１ｃにおける接触面積を大きくしすぎると静電気発生の抑制効果が低くなる。
本発明者らの得た知見によれば、１つの凸部１ｃの頂部の面積は、０．０１ｍｍ^２以下とすることが好ましい。この様にすれば、静電気の発生を抑制することが容易となる。

また、凸部１ｃ同士の間の隙間には外気が流入する。そのため、凸部１ｃの高さを高くしすぎると、外気の流入量が多くなり過ぎて半導体チップ１００の保持が困難となるおそれがある。
本発明者らの得た知見によれば、凸部１ｃの高さを０．１ｍｍ以下とすれば、半導体チップ１００の安定した保持が可能となる。

また、ピックアップツール１が導電性を有していれば、半導体チップ１００に帯電した静電気をピックアップツール１を介して放電することができる。そのため、ピックアップツール１の体積抵抗率は、１ Ω・ｃｍ以上、１０^１３ Ω・ｃｍ以下とすることが好ましい。この場合、急激な放電が生じると半導体チップ１００が破損するおそれがある。そのため、ピックアップツール１の体積抵抗率は、１０^１０ Ω・ｃｍ以上、１０^１１ Ω・ｃｍ以下とすることがより好ましい。この様な体積抵抗率を有するピックアップツール１とすれば、半導体チップ１００が帯電したとしても、徐々に放電させることが可能となる。そのため、静電気の急激な放電により、半導体チップ１００が破損するのを抑制することができる。

ピックアップツール１の材料は、前述した体積抵抗率を有するものであれば特に限定はない。例えば、ピックアップツール１の材料は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ニトリルゴムなどとすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ピックアップツール、１ａ孔、１ｂ端面、１ｃ凸部、２基部、２ａ端面、３吸着部、１００半導体チップ、２０１基板

Claims

半導体チップを吸着可能なピックアップツールであって、
一方の端面に開口する孔と、
前記端面に設けられた複数の凸部と、
を有し、
前記端面の面積をＳ１、前記複数の凸部の頂部の総面積をＳ２とした場合に、以下の式を満足するピックアップツール。
０．１％≦（Ｓ２／Ｓ１）×１００≦１．０％
１つの前記凸部の前記頂部の面積は、０．０１ｍｍ^２以下である請求項１記載のピックアップツール。
前記凸部の高さは、０．１ｍｍ以下である請求項１または２に記載のピックアップツール。
前記ピックアップツールの体積抵抗率は、１ Ω・ｃｍ以上、１０^１３ Ω・ｃｍ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載のピックアップツール。
前記ピックアップツールは、ＳｉＣ、ＡｌＮ、およびニトリルゴムから選ばれた少なくとも１種を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載のピックアップツール。
請求項１〜５のいずれか１つに記載のピックアップツールを用いて、基板に複数の半導体チップを実装する工程を備えた半導体モジュールの製造方法。