JP2020119983A - 半導体素子接合装置、及び半導体素子接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子やワークの厚みにばらつきのある場合や、表面に凹凸がある場合であっても、接合材のはみ出しがなく、且つ、密着性が確保できる、半導体素子接合装置、及び半導体素子接合方法を提供する。【解決手段】接合材を介して上下に対向する位置にワークと半導体素子とを配置する配置手段と、前記ワーク又は前記半導体素子を上下方向に移動する移動手段と、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重を計測する荷重計測手段と、前記変位計測手段と、前記荷重計測手段の計測結果から弾性率を算出する弾性率算出手段とを備える、半導体素子接合装置。【選択図】図1
Description
本発明は、半導体素子接合装置、及び半導体素子接合方法に関する。
金属ナノ粒子を含むペースト状の接合材を用いて、基材と半導体素子とを接合する方法が知られている。当該接合方法の典型例として、基材上に接合材を塗布して塗膜とし、当該塗膜上に半導体素子を配置した後、接合材中の金属ナノ粒子を焼結することにより基材と半導体素子を接合する方法が挙げられる。
特許文献1には、絶縁基板上に、カプセル化材料でカプセル化されたナノ粒子を含む粉末材料の層を形成し、当該粉末材料の層に電圧を印加してカプセル化材料を溶解し、ナノ粒子を焼結させる焼結方法が開示されている。特許文献1には、粉末材料の層への電力供給が焼結に起因して所定水準へと増加すると、焼結が停止するように設計することが記載されている。
金属ナノ粒子のペーストを接合材として用いる場合、ワーク及び半導体素子と前記ペーストとが密着する必要がある。ワーク及び半導体素子の表面や、塗布されたペーストの表面には凹凸があるため、ペーストをつぶすことで密着性を確保する必要がある。
図13は半導体素子接合方法の関連技術の一例を示す断面図である。図13は、コレクタ電極91、接合材である銀ペースト92、半導体素子93、銀ペースト94、銅スペーサ95がこの順に積層する積層体を製造する例を示している。図13の例では、各層を積層した後、一定寸法の隙間を有する治具96を押し付けることにより銀ペースト92、94を押しつぶして密着性を確保することができる。
しかしながら実際には、半導体素子93、銅スペーサ95には各々厚みのばらつきが存在する。そのため、図13のように一定寸法でつぶした場合、各層が厚い場合には銀ペーストのはみ出しが生じる問題があった。はみ出しが生じると、意図しない部分に銀ペーストが広がって絶縁性が確保されない場合があった。一方、各層が薄い場合には密着性が確保できず、例えば放熱性能の低下等の原因となる場合があった。
図13は半導体素子接合方法の関連技術の一例を示す断面図である。図13は、コレクタ電極91、接合材である銀ペースト92、半導体素子93、銀ペースト94、銅スペーサ95がこの順に積層する積層体を製造する例を示している。図13の例では、各層を積層した後、一定寸法の隙間を有する治具96を押し付けることにより銀ペースト92、94を押しつぶして密着性を確保することができる。
しかしながら実際には、半導体素子93、銅スペーサ95には各々厚みのばらつきが存在する。そのため、図13のように一定寸法でつぶした場合、各層が厚い場合には銀ペーストのはみ出しが生じる問題があった。はみ出しが生じると、意図しない部分に銀ペーストが広がって絶縁性が確保されない場合があった。一方、各層が薄い場合には密着性が確保できず、例えば放熱性能の低下等の原因となる場合があった。
本発明はこのような問題を解決するものであり、半導体素子やワークの厚みにばらつきのある場合や、表面に凹凸がある場合であっても、接合材のはみ出しがなく、且つ、密着性が確保できる、半導体素子接合装置、及び半導体素子接合方法を提供する。
本発明の一態様に係る半導体素子接合装置は、
接合材を介して上下に対向する位置にワークと半導体素子とを配置する配置手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子を上下方向に移動する移動手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、
前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重を計測する荷重計測手段と、
前記変位計測手段と、前記荷重計測手段の計測結果から弾性率を算出する弾性率算出手段とを備える。
接合材を介して上下に対向する位置にワークと半導体素子とを配置する配置手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子を上下方向に移動する移動手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、
前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重を計測する荷重計測手段と、
前記変位計測手段と、前記荷重計測手段の計測結果から弾性率を算出する弾性率算出手段とを備える。
上記本発明の一態様に係る半導体素子接合装置は、弾性率を指標として密着性を判断するため、ワークや半導体素子の形状によらず密着性を判断することができる。
上記半導体素子接合装置は、前記弾性率が所定値のときに前記移動手段の移動を停止する制御手段を更に備えていてもよい。
制御手段を備えることにより、接合材をつぶしすぎることなく、ワーク及び半導体素子と接合材とが適切に密着した状態でつぶしの工程を停止できる。
制御手段を備えることにより、接合材をつぶしすぎることなく、ワーク及び半導体素子と接合材とが適切に密着した状態でつぶしの工程を停止できる。
上記半導体素子接合装置は、前記ワーク又は前記半導体素子に接合材を塗布する塗布手段を更に備えていてもよい。
塗布手段を備えることにより、接合材の塗布から接合までの一連の製造工程を行うことができる。
塗布手段を備えることにより、接合材の塗布から接合までの一連の製造工程を行うことができる。
また、上記半導体接合装置は、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段を更に備えていてもよい。
電気抵抗計測手段を備えることにより、接合材と半導体素子との接触を確実に検知できる。
電気抵抗計測手段を備えることにより、接合材と半導体素子との接触を確実に検知できる。
本発明の一態様に係る半導体素子接合方法は、
接合材が塗布されたワーク又は半導体素子を準備する工程と、
前記接合材を介して上下に対向する位置に、ワークと、半導体素子とを配置する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触を検知する工程と、
接触を検知したときの変位(z0)を記録する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位(zn)と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重(fn)を所定の間隔で計測する工程と、
接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))と、変位差Δz(=zn−z(n−1))から弾性率Δf/Δzを算出する工程と、
前記弾性率が所定の範囲内にあるときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程と、を有する。
接合材が塗布されたワーク又は半導体素子を準備する工程と、
前記接合材を介して上下に対向する位置に、ワークと、半導体素子とを配置する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触を検知する工程と、
接触を検知したときの変位(z0)を記録する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位(zn)と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重(fn)を所定の間隔で計測する工程と、
接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))と、変位差Δz(=zn−z(n−1))から弾性率Δf/Δzを算出する工程と、
前記弾性率が所定の範囲内にあるときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程と、を有する。
上記本発明の一態様に係る半導体素子接合方法は、弾性率を指標として密着性を判断するため、ワークや半導体素子の形状によらず密着性を判断することができる。
上記半導体素子接合方法は、
前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値未満の場合には、前記弾性率が所定の範囲内であっても前記ワーク又は前記半導体素子の移動を続行し、前記つぶし量が所定の範囲内にあるときに前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する構成としてもよい。
上記構成によれば、弾性率のみならず、接触検知後のつぶし量を指標とするため、より正確に密着性を判断することができる。
前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値未満の場合には、前記弾性率が所定の範囲内であっても前記ワーク又は前記半導体素子の移動を続行し、前記つぶし量が所定の範囲内にあるときに前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する構成としてもよい。
上記構成によれば、弾性率のみならず、接触検知後のつぶし量を指標とするため、より正確に密着性を判断することができる。
上記半導体素子接合方法は、
前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値を超えても前記弾性率が所定の範囲内に入らない場合、前記つぶし量が所定値を超えたときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する構成としてもよい。
上記構成によれば、弾性率が何らかの理由で所定値に達しなかった場合であっても、適切に装置を停止できる。
前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値を超えても前記弾性率が所定の範囲内に入らない場合、前記つぶし量が所定値を超えたときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する構成としてもよい。
上記構成によれば、弾性率が何らかの理由で所定値に達しなかった場合であっても、適切に装置を停止できる。
本発明によれば、半導体素子やワークの厚みにばらつきのある場合や、表面に凹凸がある場合であっても、接合材のはみ出しがなく、且つ、密着性が確保できる、半導体素子接合装置、及び半導体素子接合方法を提供することができる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。また、説明のため図面中の各部材は縮尺が大きく異なることがある。特に半導体素子と接合材の表面凹凸形状は極端に誇張している。
説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。また、説明のため図面中の各部材は縮尺が大きく異なることがある。特に半導体素子と接合材の表面凹凸形状は極端に誇張している。
(第1の実施形態)
まず、図1及び図2Aを参照して、第1の実施形態に係る半導体素子接合装置の構成を説明する。図1は第1の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図である。また、図2Aは、第1の実施形態において、接合材とワークとの接触前の状態を示す側面図である。
図1に示す第1の実施形態に係る半導体素子接合装置100では、可動式のアーム41に保持されている半導体素子保持部43と台45とが配置手段となり、接合材10を介して対向する位置にワーク30と半導体素子20(以下、単に素子ともいう)とが配置される。第1の実施形態において半導体素子保持部43は、半導体素子20を真空吸着する機構を備えている。
図1では、移動手段として可動式のアーム41が用いられ半導体素子20を上下方向(z軸方向とする)に移動することができる。半導体素子20の上下方向の変位を計測する変位計測手段は図1において不図示であるが、半導体素子20を直接観察して変位を計測する手段であってもよく、可動式のアーム41のz軸方向の座標を特定する手段などにより、間接的に計測する手段であってもよい。
図1において荷重計測手段42は、アーム41と半導体素子保持部43との間に配置されている。荷重計測手段42は、一例としてロードセルとすることができる。不図示の弾性率算出手段は、演算部、入力部、出力部、記憶部、及び制御部を備えていればよく、汎用コンピュータを用いてもよい。弾性率算出手段は、弾性率が所定値のときに前記移動手段移動を停止する制御手段の機能を兼ね備えていてもよい。
まず、図1及び図2Aを参照して、第1の実施形態に係る半導体素子接合装置の構成を説明する。図1は第1の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図である。また、図2Aは、第1の実施形態において、接合材とワークとの接触前の状態を示す側面図である。
図1に示す第1の実施形態に係る半導体素子接合装置100では、可動式のアーム41に保持されている半導体素子保持部43と台45とが配置手段となり、接合材10を介して対向する位置にワーク30と半導体素子20(以下、単に素子ともいう)とが配置される。第1の実施形態において半導体素子保持部43は、半導体素子20を真空吸着する機構を備えている。
図1では、移動手段として可動式のアーム41が用いられ半導体素子20を上下方向(z軸方向とする)に移動することができる。半導体素子20の上下方向の変位を計測する変位計測手段は図1において不図示であるが、半導体素子20を直接観察して変位を計測する手段であってもよく、可動式のアーム41のz軸方向の座標を特定する手段などにより、間接的に計測する手段であってもよい。
図1において荷重計測手段42は、アーム41と半導体素子保持部43との間に配置されている。荷重計測手段42は、一例としてロードセルとすることができる。不図示の弾性率算出手段は、演算部、入力部、出力部、記憶部、及び制御部を備えていればよく、汎用コンピュータを用いてもよい。弾性率算出手段は、弾性率が所定値のときに前記移動手段移動を停止する制御手段の機能を兼ね備えていてもよい。
接触を検知する手段として、例えば、電気抵抗計測手段51を用いることができる。当該電気抵抗計測手段51は図2Aに示されるように、導線52、通電プローブ53等を介して、半導体素子20及びワーク30各々と電気的に接続され、接合材10を介したワーク30と前記半導体素子20との間の電気抵抗を計測する。
上記第1の実施形態に係る半導体素子接合装置は、弾性率を指標として密着性を判断するため、ワークや半導体素子の形状によらず密着性を判断することができる。このことについて、上記第1の実施形態に係る半導体素子接合装置を用いた半導体素子接合方法の詳細と共に説明する。
図5を参照して、第1の実施形態に係る半導体素子接合方法を概説する。図5は、第1の実施形態に係る半導体素子接合方法の概要を示すフローチャートである。第1の実施形態に係る半導体素子接合方法は、
半導体素子と、接合材が塗布されたワークとを準備する工程(準備工程:S10)、
前記接合材を介して上下に対向する位置に、ワークと、半導体素子とを配置する工程(配置工程:S20)、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触を検知する工程(接触検知工程:S30)、
接触を検知したときの変位(z0)を記録する工程(変位記録工程:S40)、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位(zn)と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重(fn)を所定の間隔で計測する工程(変位及び接触荷重計測工程:S50)、
接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))と、変位差Δz(=zn−z(n−1))から弾性率Δf/Δzを算出する工程(弾性率算出工程:S60)、
前記弾性率が所定の範囲内にあるときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程(移動停止工程:S70)、を有する。
半導体素子と、接合材が塗布されたワークとを準備する工程(準備工程:S10)、
前記接合材を介して上下に対向する位置に、ワークと、半導体素子とを配置する工程(配置工程:S20)、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触を検知する工程(接触検知工程:S30)、
接触を検知したときの変位(z0)を記録する工程(変位記録工程:S40)、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位(zn)と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重(fn)を所定の間隔で計測する工程(変位及び接触荷重計測工程:S50)、
接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))と、変位差Δz(=zn−z(n−1))から弾性率Δf/Δzを算出する工程(弾性率算出工程:S60)、
前記弾性率が所定の範囲内にあるときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程(移動停止工程:S70)、を有する。
第1の実施形態に係る半導体素子接合方法は、まず固定された接合材10に半導体素子20を近づけながら電気抵抗の低下を計測することで、接合材10と半導体素子20の接触を判定する。次いで、更に半導体素子20を接合材10方向に下降させることにより接合材10の凸部を押しつぶし、接合材10が平坦化されながら半導体素子20と密着させる。この平坦化の過程において弾性率が上昇するため、当該弾性率を指標として密着性を判断することができる。弾性率が所定範囲内であれば、密着性が十分であるため、半導体素子20の下降を停止する。得られた積層体を焼結処理することで、優れた密着性を有する半導体素子の接合体ができる。
以下各工程の詳細について説明する。
以下各工程の詳細について説明する。
準備工程(S10)では、半導体素子と、接合材が塗布されたワークを準備する。半導体素子は特に限定されず、製品の用途に応じて適宜選択される。ワークは半導体素子が実装されるものであり、一例として電極や放熱板が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
接合材は、金属ナノ粒子を含む公知の金属ペーストを用いることができる。金属ナノ粒子の金属種は特に限定されないが、一例として銀、銅などが挙げられ、ペースト内での分散性や酸化抑制のため有機保護膜を有してもよい。
接合材は、金属ナノ粒子を含む公知の金属ペーストを用いることができる。金属ナノ粒子の金属種は特に限定されないが、一例として銀、銅などが挙げられ、ペースト内での分散性や酸化抑制のため有機保護膜を有してもよい。
ワークに接合材を塗布する塗布方法は特に限定されず、公知の印刷方法やディスペンサ塗布方法の中から、適宜選択することができる。なお、接合材は半導体素子が実装される所定の部分に塗布すればよく、この場合、印刷方法やディスペンサ塗布方法のいずれも好適に用いることができる。また、ワークの全面に接合材を塗布する場合は、ディスペンサ塗布が適している。なお、後述する半導体素子に接合材を塗布する場合も同様である。
接合材の塗布は、第1の実施形態に係る半導体素子接合装置内で行ってもよい。この場合、半導体素子接合装置は、上記印刷方法又はディスペンサ塗布方法に応じた塗布手段(不図示)を備える。
また、接合材が塗布されたワークは別の装置を用いて準備してもよく、また、接合材が塗布された基板などの市販品を用いて準備してもよい。
また、接合材が塗布されたワークは別の装置を用いて準備してもよく、また、接合材が塗布された基板などの市販品を用いて準備してもよい。
配置工程(S20)では、前記接合材10を介して上下に対向する位置に、ワーク30と、半導体素子20とを配置する。図1の例では、台45上に接合材10が塗布されたワーク30を載置し、接合材10の上面に半導体素子保持部43に保持された半導体素子20が配置されている。
次に、図2A〜図2C、図3、及び図6を参照して接触検知工程(S30)について説明する。第1の実施形態において接触検知工程は、電気抵抗計測手段51を用いて電気抵抗を計測することにより実施する。図2A〜図2Cは、第1の実施形態において、それぞれ、接合材とワークとの接触前の状態(図2A)、接触した状態(図2B)、及び、接合材を所定つぶし量までつぶした状態(図2C)を示す側面図である。図3は、図2A〜図2Cにおけるワークと半導体素子との間の電気抵抗の変化を示すグラフである。また図6は、接触検知工程(S30)から、変位記録工程(S40)までの一例を示すフローチャートである。
図6に示されるとおり、接触検知工程(S30)は、まず、素子20を下降して接合材に近づけ(S31)、電気抵抗Rを測定する(S32)。次いで当該電気抵抗Rが所定値以下であるかを判断する(S33)。図2Bのように素子20と接合材10とが接触すると電気抵抗Rが大幅に低下する(図3参照)。そのため、電気抵抗Rが所定値以下の場合には、素子20が接合材10に接触したと判断(接触検知)し、この時点の素子20のz軸方向の変位をz0として記録する(S40)。一方、電気抵抗Rが所定値を超過する場合、素子20と接合材10は接触していない。この場合、素子20と接合材10とが接触するまでS31〜S33を繰り返す。なお電気抵抗Rの所定値は、接合材10、半導体素子20、及びワーク30の材質等により異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
図6に示されるとおり、接触検知工程(S30)は、まず、素子20を下降して接合材に近づけ(S31)、電気抵抗Rを測定する(S32)。次いで当該電気抵抗Rが所定値以下であるかを判断する(S33)。図2Bのように素子20と接合材10とが接触すると電気抵抗Rが大幅に低下する(図3参照)。そのため、電気抵抗Rが所定値以下の場合には、素子20が接合材10に接触したと判断(接触検知)し、この時点の素子20のz軸方向の変位をz0として記録する(S40)。一方、電気抵抗Rが所定値を超過する場合、素子20と接合材10は接触していない。この場合、素子20と接合材10とが接触するまでS31〜S33を繰り返す。なお電気抵抗Rの所定値は、接合材10、半導体素子20、及びワーク30の材質等により異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
次に、図7を参照して、変位及び接触荷重計測工程(S50)、及び、弾性率算出工程(S60)について説明する。また図7は、第1の実施形態における、変位及び接触荷重計測工程(S50)から、半導体素子の移動停止工程(S70)までの一例を示すフローチャートである。
図7に示されるとおり、変位及び接触荷重計測工程(S50)では、まず、素子20を下降する(S51)。このとき接合材10は徐々に押しつぶされていく。素子20の変位を仮にz’とおき、変位差Δz=z’−z(n−1)が所定値以上であるかを判断する(S52)。Δzが所定値以上であればz’をznとして記録する(S53)。なおnは1以上の整数である。次いで荷重計測手段42によりznにおける接触荷重fnを計測する(S54)。得られた計測値から、接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))を求め、弾性率Δf/Δzを算出する(S60)。なおf0は0とする。次いで弾性率Δf/Δzが所定範囲内かどうかを判定する(S71)。弾性率が所定範囲内であれば、接合材の凸部が押しつぶされて平坦化し、密着性がよいものと判断できるため、素子の下降を停止(S74)する。一方、弾性率Δf/Δzが所定値の範囲外(通常、所定範囲の下限値未満)の場合には、変位及び接触荷重計測工程(S50)から弾性率の判定(S71)までを繰り返す。
得られた積層体は、本実施形態の半導体接合装置内、又は、別途加熱炉などにより加熱焼結することにより、ワークと半導体素子の接合体が得られる。
図7に示されるとおり、変位及び接触荷重計測工程(S50)では、まず、素子20を下降する(S51)。このとき接合材10は徐々に押しつぶされていく。素子20の変位を仮にz’とおき、変位差Δz=z’−z(n−1)が所定値以上であるかを判断する(S52)。Δzが所定値以上であればz’をznとして記録する(S53)。なおnは1以上の整数である。次いで荷重計測手段42によりznにおける接触荷重fnを計測する(S54)。得られた計測値から、接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))を求め、弾性率Δf/Δzを算出する(S60)。なおf0は0とする。次いで弾性率Δf/Δzが所定範囲内かどうかを判定する(S71)。弾性率が所定範囲内であれば、接合材の凸部が押しつぶされて平坦化し、密着性がよいものと判断できるため、素子の下降を停止(S74)する。一方、弾性率Δf/Δzが所定値の範囲外(通常、所定範囲の下限値未満)の場合には、変位及び接触荷重計測工程(S50)から弾性率の判定(S71)までを繰り返す。
得られた積層体は、本実施形態の半導体接合装置内、又は、別途加熱炉などにより加熱焼結することにより、ワークと半導体素子の接合体が得られる。
ここで図4を参照して弾性率の所定値について説明する。図4は、接触検知後の素子の移動に伴う接触荷重と弾性率の変化の一例を示すグラフである。図4に示されるように接触検知直後の領域においては、まず接合材表面の凸部が押しつぶされる。このとき凸部の接合材は凹部に移動するため接触荷重の増加は緩やかである。接合材の平坦化が進むにつれて接触荷重の増加量が増大するため弾性率が増大する。その後、接合材が平坦化すると接触加重の増加量が一定となるため、弾性率の変化が小さくなる。この領域における弾性率を所定値と設定することにより、はみ出しがなく密着性に優れた状態を判定することができる。
当該所定値は、接合材の粘性、塗布面の面積や凹凸の状態、半導体素子の凹凸などにより異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
当該所定値は、接合材の粘性、塗布面の面積や凹凸の状態、半導体素子の凹凸などにより異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
また、図10に、第1の実施形態に係る半導体素子接合装置の変形例を示す概略的な側面図を示す。図10の半導体素子接合装置は、図1の半導体素子接合装置と比較して、荷重計測手段42の配置が異なっている。このような構成であっても、前記第1の実施形態に係る半導体素子接合方法を実施できる。
上記第1の実施形態に係る半導体接合装置及び半導体素子接合方法によれば、弾性率を指標として密着性を判断するため、半導体素子やワークの厚みにばらつきのある場合や、表面に凹凸がある場合であっても、接合材のはみ出しがなく、且つ、密着性に優れた接合体を得ることができる。
以下、他の実施形態について説明するが、共通する部分については説明を省略する。
以下、他の実施形態について説明するが、共通する部分については説明を省略する。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る半導体素子接合方法は、半導体素子の移動停止工程(S70)における判断が、上記第1の実施形態と異なり、その他の工程や装置構成は上記第1の実施形態と共通する。図8を参照して説明する。図8は、第2の実施形態における、変位及び接触荷重計測工程(S50)から、半導体素子の移動停止工程(S70)までの一例を示すフローチャートである。図8のS51〜S60までは第1の実施形態と共通する。第2の実施形態では、弾性率とともに、つぶし量(Zn−Z0)を算出する(S61)。そして、弾性率が所定値の範囲内であっても、つぶし量が所定値の範囲内(通常、所定範囲の下限値未満)の場合には、素子の下降を継続する。つぶし量が所定値に達しない場合には全面密着が取れていない可能性があるため、弾性率とつぶし量とを組み合わせて判定することにより、より確実に密着性を判定できる。
なお、つぶし量の下限値は、接合材の塗布面や半導体素子の凹凸などにより異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
第2の実施形態に係る半導体素子接合方法は、半導体素子の移動停止工程(S70)における判断が、上記第1の実施形態と異なり、その他の工程や装置構成は上記第1の実施形態と共通する。図8を参照して説明する。図8は、第2の実施形態における、変位及び接触荷重計測工程(S50)から、半導体素子の移動停止工程(S70)までの一例を示すフローチャートである。図8のS51〜S60までは第1の実施形態と共通する。第2の実施形態では、弾性率とともに、つぶし量(Zn−Z0)を算出する(S61)。そして、弾性率が所定値の範囲内であっても、つぶし量が所定値の範囲内(通常、所定範囲の下限値未満)の場合には、素子の下降を継続する。つぶし量が所定値に達しない場合には全面密着が取れていない可能性があるため、弾性率とつぶし量とを組み合わせて判定することにより、より確実に密着性を判定できる。
なお、つぶし量の下限値は、接合材の塗布面や半導体素子の凹凸などにより異なるため、実施する構成と同様の構成で予め試験を行って設定する。
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る半導体素子接合方法は、半導体素子の移動停止工程(S70)における判断が、上記第1及び第2の実施形態と異なり、その他の工程や装置構成は上記第1及び第2の実施形態と共通する。図9を参照して説明する。図9は、第3の実施形態における、変位及び接触荷重計測工程(S50)から、半導体素子の移動停止工程(S70)までの一例を示すフローチャートである。図9はS73を除き第2の実施形態と共通する。第2の実施形態では、弾性率が所定値の範囲外のとき、素子の下降を継続する前につぶし量の判定をする(S73)。当該判定により、何らかの理由により弾性率が所定値に達しない場合にも、接合材を押しつぶし続けることなく素子を停止できる。これにより、装置にかかる負荷を軽減できる。
なお、つぶし量の上限値は、接合材の厚みよりも小さい範囲で適宜設定できる。
第3の実施形態に係る半導体素子接合方法は、半導体素子の移動停止工程(S70)における判断が、上記第1及び第2の実施形態と異なり、その他の工程や装置構成は上記第1及び第2の実施形態と共通する。図9を参照して説明する。図9は、第3の実施形態における、変位及び接触荷重計測工程(S50)から、半導体素子の移動停止工程(S70)までの一例を示すフローチャートである。図9はS73を除き第2の実施形態と共通する。第2の実施形態では、弾性率が所定値の範囲外のとき、素子の下降を継続する前につぶし量の判定をする(S73)。当該判定により、何らかの理由により弾性率が所定値に達しない場合にも、接合材を押しつぶし続けることなく素子を停止できる。これにより、装置にかかる負荷を軽減できる。
なお、つぶし量の上限値は、接合材の厚みよりも小さい範囲で適宜設定できる。
(第4の実施形態)
図11に第4の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図を示す。第4の実施形態は半導体素子20上に接合材10が塗布されている点で、第1の実施形態と異なっている。第4の実施形態では、電気抵抗計測工程(S30)における接触検知が、接合材10とワーク30との接触を検知するものとなるが、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法をそのまま適用できる。
図11に第4の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図を示す。第4の実施形態は半導体素子20上に接合材10が塗布されている点で、第1の実施形態と異なっている。第4の実施形態では、電気抵抗計測工程(S30)における接触検知が、接合材10とワーク30との接触を検知するものとなるが、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法をそのまま適用できる。
(第5の実施形態)
図12に第5の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図を示す。第5の実施形態は半導体素子20上に接合材10が塗布されている点、及び、アーム41が固定され、台45が上下方向に移動する点が、第1の実施形態と異なっている。第5の実施形態では、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法において、「素子の下降」(S51)を「ワークの上昇」に、「素子の変位」を「ワークの変位」に置き換えることで、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法を適用することができる。
なお不図示であるが、第4及び第5の半導体素子接合装置の変形例として、前記第1の半導体素子接合装置の変形例と同様に、荷重計測手段42をワーク側に配置してもよい。
図12に第5の実施形態に係る半導体素子接合装置の概略的な側面図を示す。第5の実施形態は半導体素子20上に接合材10が塗布されている点、及び、アーム41が固定され、台45が上下方向に移動する点が、第1の実施形態と異なっている。第5の実施形態では、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法において、「素子の下降」(S51)を「ワークの上昇」に、「素子の変位」を「ワークの変位」に置き換えることで、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法を適用することができる。
なお不図示であるが、第4及び第5の半導体素子接合装置の変形例として、前記第1の半導体素子接合装置の変形例と同様に、荷重計測手段42をワーク側に配置してもよい。
(その他の実施形態)
また不図示であるが、接合材が塗布されたワークを上昇させて半導体素子に近づける構成とすることもできる。この場合も、上記第5の実施形態と同様の置き換えをすることで、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法を適用できる。
また不図示であるが、接合材が塗布されたワークを上昇させて半導体素子に近づける構成とすることもできる。この場合も、上記第5の実施形態と同様の置き換えをすることで、前記第1〜第3の実施形態に係る半導体素子接合方法を適用できる。
10 接合材
20 半導体素子
30 ワーク
41 アーム
42 荷重計測手段
43 半導体素子保持部
44 支柱
45 台
51 電気抵抗計測手段
52 導線
53 通電プローブ
91 コレクタ電極
92、94 銀ペースト
93 半導体素子
95 銅スペーサ
96 治具
100 半導体素子接合装置
20 半導体素子
30 ワーク
41 アーム
42 荷重計測手段
43 半導体素子保持部
44 支柱
45 台
51 電気抵抗計測手段
52 導線
53 通電プローブ
91 コレクタ電極
92、94 銀ペースト
93 半導体素子
95 銅スペーサ
96 治具
100 半導体素子接合装置
Claims (7)
- 接合材を介して上下に対向する位置にワークと半導体素子とを配置する配置手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子を上下方向に移動する移動手段と、
前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位を計測する変位計測手段と、
前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重を計測する荷重計測手段と、
前記変位計測手段と、前記荷重計測手段の計測結果から弾性率を算出する弾性率算出手段とを備える、
半導体素子接合装置。 - 前記弾性率が所定値のときに、前記移動手段の移動を停止する制御手段を更に備える、
請求項1に記載の半導体素子接合装置。 - 前記ワーク又は前記半導体素子に前記接合材を塗布する塗布手段を更に備える、
請求項1又は2に記載の半導体素子接合装置。 - 前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の電気抵抗を計測する電気抵抗計測手段を更に備える、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体素子接合装置。 - 接合材が塗布されたワーク又は半導体素子を準備する工程と、
前記接合材を介して上下に対向する位置に、ワークと、半導体素子とを配置する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触を検知する工程と、
接触を検知したときの変位(z0)を記録する工程と、
前記ワークと前記半導体素子とを近づけながら、前記ワーク又は前記半導体素子の上下方向の変位(zn)と、前記接合材を介した前記ワークと前記半導体素子との間の接触荷重(fn)を所定の間隔で計測する工程と、
接触荷重の変化Δf(=fn−f(n−1))と、変位差Δz(=zn−z(n−1))から弾性率Δf/Δzを算出する工程と、
前記弾性率が所定の範囲内にあるときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程と、を有する、
半導体素子接合方法。 - 前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値未満の場合には、前記弾性率が所定の範囲内であっても前記ワーク又は前記半導体素子の移動を続行し、前記つぶし量が所定の範囲内にあるときに前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する、
請求項5に記載の半導体素子接合方法。 - 前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する工程において、
つぶし量(zn−z0)が所定値を超えても前記弾性率が所定の範囲内に入らない場合、前記つぶし量が所定値を超えたときに、前記ワーク又は前記半導体素子の移動を停止する、
請求項5又は6に記載の半導体素子接合方法。
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- 2020-01-02 US US16/732,745 patent/US11037901B2/en active Active
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