JP3902037B2

JP3902037B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3902037B2
Application number: JP2002077891A
Authority: JP
Inventors: 彰牛島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003282605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等の電子部品を、回路基板にマウントする吸着保持ツールを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板に実装される電子部品は、回路基板に形成された電極パッドに電子部品のはんだバンプがはんだ付けされることで実装が行われる。このようなはんだ付けにはパルスヒート方式の加熱装置が設けられた吸着保持ツールであるマウントツールが使用され、回路基板に電子部品を固着するボンディングを行う場合は、マウントツールによって電子部品を保持し、回路基板の所定の箇所に位置決めし、マウントツールの加熱によってはんだバンプを溶融させ、はんだバンプによって電子部品の端子を回路基板の電極パッドに固着させることが行われている。
【０００３】
図６は、従来の回路基板への電子部品の実装の模式図である。先端に半導体チップ等の電子部品４１を吸着する吸着ヘッド４２が加熱へッド４３に接続して形成されたマウントツール４４が保持部材４５を介して昇降機構（不図示）によって矢印Ｚ方向に昇降自在に設けられている。マウントツール４４の対向側には回路基板４６を載置してＸ−Ｙ方向に移動自在なＸＹテーブル４７が配置している。マウントツール４４は、ドライバ回路４８を介してパルス電源４９に接続され、吸着ヘッド４２の先端部が所定の温度にパルスヒート加熱されるように制御されている。また、吸着ヘッド４２にはエアの吸引により、先端部での電子部品４１の吸着が行われるように真空吸着孔４９が形成されて行われる。
【０００４】
回路基板４５に電子部品４１を実装するに際しては、先ず、真空吸着孔４９のエアの吸引によって吸着ヘッド４２に電子部品４１を吸着させ、ＸＹテーブル４７の移動によって回路基板４６を移動させて、電子部品４１を実装すべき所定箇所に位置決めし、次に、昇降機構の降下によって電子部品４１のはんだバンプ５１を回路基板４６の電極パッド５２に当接させる。加熱ヘッド４３にパルス電源４９からの電力の供給によって加熱を行い吸着ヘッド４２を加熱して、吸着ヘッド４２に吸着している電子部品４１のはんだバンプ５１を溶融さて回路基板４６の電極パッド５２と接合する。その後、吸着ヘッド４２のエアの吸引を停止させることでマウントツール４４を上昇させて電子部品４１と分離し、電子部品４１を回路基板４６にマウントしている。
【０００５】
なお、このようにマウントツールに吸着保持された電子部品（半導体チップ）を回路基板上に位置決めした後に、マウントツールに電圧を印加してマウントツールをパルスヒートにより加熱させて、電子部品に形成されているはんだバンプを溶融させ、回路基板に実装する技術は、例えば特開平５−３０４３５８号公報や特開平９−１５３５２２号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにはんだバンプを電極パッドに当接させた後にマウントツールにパルスヒートツールを用いて加熱している方法では、加熱源であるパルスヒートや、それを温度制御する制御系が非常に高価になり、装置のコストアップ要因になると共に、実装に要する時間も長くなる。
【０００７】
また、マウントツールが大型化するために、マウントツールの高速駆動や低荷重加圧が困難になり、小型で高速駆動の装置には不向きであった。
【０００８】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、コストが低価格で、小型で高速駆動が可能な吸着保持ツールを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸着孔が設けられている吸着面において所定の電気部品を吸着することにより、前記電気部品の一部を一壁面として、外部と前記吸着孔とを連通する流通路が形成されるよう設けられた気体流通溝を有する電気部品の吸着保持ツールによってはんだバンプが設けられた半導体部品を吸着して搬送し、この電気部品と他の電極パッドとを前記はんだバンプにて電気的に接続する実装工程を有する半導体装置の製造方法において、前記はんだバンプを形成するはんだの融点以上に加熱された前記吸着保持ツールによって、前記半導体部品を吸着保持して搬送し、前記はんだバンプと前記電極パッドとを当接させる工程と、前記はんだバンプを前記電極パッドに当接させた後に前記吸着を停止することにより前記はんだバンプの温度を前記はんだバンプを構成するはんだの融点以上に上昇させ、前記はんだバンプと前記電極パッドとを接合させる工程とを具備する半導体装置の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の吸着保持ツールであるマウントツールの実施形態を示す模式図である。先端に半導体チップ等の電子部品１を吸着する吸着ヘッド２が加熱ヘッド３に固定されたマウントツール４が、保持部材５を介して昇降機構（不図示）によって矢印Ａで示したＺ方向に昇降自在に設けられている。吸着ヘッド２の真空吸着孔６ａは加熱ヘッド３内の真空吸着孔６ｂに連通し、真空吸着孔６ｂは配管７によりエア制御部８を介して真空ポンプ９に接続されている。また、加熱ヘッド３の内部にはヒータ１１と温度センサ１２が離間して内蔵されている。このヒータ１１と温度センサ１２は、いずれも温度制御部１３に接続されており、温度制御部１３は電源１４に接続している。したがって、吸着ヘッド２の先端部は、電子部品１の吸着が行われるように形成されていると共に、所定の温度に加熱されるように制御されている。
【００１５】
マウントツール４の対向側には回路基板１５を載置してＸ−Ｙ方向に移動自在なＸＹテーブル１６が配置している。このＸＹテーブル１６にはヒータ（不図示）が設けられ、載置された回路基板１５を所定の温度に加熱し、回路基板１５の全体を予熱させることが行われる。
【００１６】
吸着ヘッド２は、図２（ａ）に側部断面図を図２（ｂ）に下面図をそれぞれ示したように、中央部に電子部品１を吸着保持するための真空吸着孔６ａが設けられ、先端部に電子部品１の吸着面１７が形成されている。この吸着面１７には、外周部から真空吸着孔６ａに連通する切り欠き１８が形成されている。この切り欠き１８により、吸着ヘッド２の吸着面１７に電子部品１を吸着した際に、吸着した電子部品１の周囲の気体も同時に吸込み続けることが可能な構造になっている。なお、この切り欠き１８の形状は、図２（ｂ）に示したように９０度間隔の十文字状には限定されず、適宜、相互の間隔の角度や本数を設定することができる。また、真空吸着孔６と外周部を直線的に結ぶものでなくてもよく、図２（ｃ）に示すように、切り欠き１８は任意の曲線等により形成することもできる。また、切り欠き１８の断面形状は一定である必要が無く、断面形状が変化するものを用いることもできる。さらに、図２（ｄ）に示すように、吸着面１７の表面を適度に粗らして、気体が真空吸着孔６と外部との流通できる状態にしたものを用いることもできる。
【００１７】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）の工程模式図を参照して、マウントツールを用いた回路基板１５への電子部品７の実装について説明する。なお、図１および図２と同一機能部分には同一符号を付して個々の説明を省略する。
【００１８】
まず、図３（ａ）に示したように、マウントツール４の吸着ヘッド２は、加熱ヘッド３のヒータ１１よって一定温度に加熱され、その温度は、常に、はんだバンプに用いられているはんだの融点以上に保たれている。その状態で吸着面１７は真空ポンプ９の作動により真空吸着孔６で電子部品１を吸着保持している。その際に、吸着ヘッド２は吸着面１７に形成された切り欠き１８によって、吸着ヘッドの周辺の気体も同時に吸い込む。この吸い込みにより、電子部品１は冷却され、はんだバンプをはんだの融点以下の温度までしか上昇させない。その結果、電子部品１のはんだバンプ２１が溶融することはない。
【００１９】
次に、図３（ｂ）に示したように、ＸＹテーブル１６を所定位置に作動させて、電子部品１のはんだバンプ２１の位置と回路基板１５の電極パッド２２の位置のＸＹ方向を整合させて位置合せし、マウントツール４を下降させる。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示したように、電子部品１のはんだバンプ２１をマウントツール４を下降させることで、回路基板１５の電極パッド２２に当接させる。はんだバンプ２１と電極パッド２２の当接後に、エア制御部８からの信号により真空ポンプ９を停止させる。それにより、吸着ヘッド２の吸着面１７に形成されている欠き欠き１８から吸込んでいた吸着ヘッド２の周辺部からの気体の吸込みが停止し、もともとはんだの融点以上に熱せられていた吸着ヘッドから伝熱して電子部品１の温度がはんだの融点以上に上昇し、はんだバンプ２１を溶融させて、はんだバンプ２１と電極パッド２２が接合する。
【００２１】
次に、本発明の変形例について説明する。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の変形例を示す工程模式図である。なお、図１および図２と同一機能部分には同一符号を付して個々の説明を省略する。この実施例では、基本的な工程は上述の実施の形態と同じであるが、マウントツールに吸着ヘッド２と一定の位置関係を保って移動し、吸着ヘッド２で吸着されている電子部品１にガスを吹き付けて冷却する冷却用のガスノズル２３を設けている。なお、ガスノズル２３から供給するガスは、はんだの酸化を防止するために、不活性ガスを用いている。また、ガスノズル２３はクランパー２４により保持部材５に固定されており、ホース２５を介してガスボンベ（不図示）に接続されている。
【００２３】
まず、図４（ａ）に示したように、マウントツール４の吸着ヘッド２は、加熱ヘッド３のヒータ１１よって一定温度に加熱され、その温度は、常に、はんだの融点以上に保たれている。その状態で吸着面１７は真空ポンプ９の作動により真空吸着孔６で電子部品１を吸着保持している。その際に、吸着ヘッド２は吸着面１７に形成された切り欠き１８によって、ガスノズル２３から供給された不活性ガスを吸い込む。この吸い込みにより、電子部品１は冷却され、はんだの融点以下の温度までしか上昇させない。その結果、電子部品１のはんだバンプ２１が溶融することはない。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示したように、ＸＹテーブル１６を所定位置に作動させて、電子部品１のはんだバンプ２１の位置と回路基板１５の電極パッド２２の位置のＸＹ方向を整合させて位置合せし、マウントツール４を下降させる。
【００２５】
次に、図４（ｃ）に示したように、電子部品１のはんだバンプ２１をマウントツール１を下降させることで、回路基板１５の電極パッド２２に当接させる。はんだバンプ２１と電極パッド２２の当接後に、エア制御部８からの信号により真空ポンプ９を停止させる。また、ガスノズル２３からの不活性ガスの供給を停止する。それにより、吸着ヘッド２の吸着面１７に形成されている切り欠き１８からの気体の吸込みが停止し、電子部品１の温度がはんだの融点以上に上昇し、はんだバンプ２１を溶融させてはんだバンプ２１と電極パッド２２が接合する。
【００２６】
次に、図４（ｄ）に示したように、ガスノズル２３からの不活性ガスの供給を再開して、電子部品１を冷却してはんだバンプ２１のはんだを固着させる。
【００２７】
なお、切り欠き１８の本数や配置により冷却ガスによる冷却手段として、上記した二つの方法を併用することもできる。
【００２８】
次に、上述のマウントツールによる電子部品１の回路基板１５へのマウント方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００２９】
図５は、シリコン基板に形成されたロジック回路上にレーザダイオードをマウントした状態を示す斜視図である。
【００３０】
シリコン基板２５には、一般に行われている半導体プロセスを用いてドライバ回路等のロジック回路が複数個が配列して形成されている。このロジック回路の所定位置にはそれぞれ電極パッド２２が形成されている。このシリコン基板２５を上述の図１で示したＸＹテーブル１６の上に載置する。一方、マウントツールは吸着ヘッド２で電子部品２であるレーザダイオード２ａを吸着し、上述のマウント方法により、順次、シリコン基板２５のロジック回路上にマウントする。
【００３１】
この場合、順次、シリコン基板２５に実装するレーザダイオード２ａは、すでにレーザダイオード２ａが実装された隣に実装していくので、実装の際に熱の影響が、すでに実装されたレーザダイオード２ａに影響を及ぼすことなく、実装しようとするレーザダイオード２ａのみに関与する局所加熱である必要がある。この局所加熱の手段として上述のマウント方法は好適である。
【００３２】
シリコン基板２５上へのレーザダイオード２ａのマウントが全て終えて、はんだ接合が終了した後に、シリコン基板２５をダイシングによりロジック回路ごと切り分けて、半導体装置としてロジック回路に実装されたレーザダイオード２ａを完成する。それにより生産効率のよい半導体装置の生産が可能になった。
【００３３】
以上に説明したように、上述の実施の形態によるマウントツールおよびマウント方法により、小形で軽量なマウントヘッドを形成でき、より低荷重な加圧制御も可能となる。安価な設備を提供できる。制御系も簡素化できる。
【００３４】
また、マウントツールが小形化するため、ツール冷却時間が短縮できて、１チップマウントする時間も短くなり、生産性が向上する。
【００３５】
また、局所加熱を行うことができるので、回路基板上に電子部品を隣接して実装することができる。
【００３６】
なお、上記した実施の形態では、チップマウンタに用いられるマウントツールを例に示したが、吸着保持ツールによりチップを搬送し、このチップを基板にはんだ付けするための装置であれば、例えば、ボンディング装置等にも適用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、高速な実装を可能にする吸着保持ツールを用いることにより生産効率のよい半導体装置の生産ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のマウントツールの模式図。
【図２】（ａ）本発明の実施形態のマウントツールの吸着ヘッドの側面図、（ｂ）〜（ｄ）はその下面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）本発明の工程模式図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の工程の変形例の工程模式図。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法の説明図。
【図６】従来の吸着保持ツールの模式図。
【符号の説明】
１…電子部品、２…吸着ヘッド、３…加熱ヘッド、４…マウントツール、６ａ、６ｂ…真空吸着孔、７…吸着面、１８…切り欠き、２１…はんだバンプ、２２…電極パッド

Claims

吸着孔が設けられている吸着面において所定の電気部品を吸着することにより、前記電気部品の一部を一壁面として、外部と前記吸着孔とを連通する流通路が形成されるよう設けられた気体流通溝を有する電気部品の吸着保持ツールによってはんだバンプが設けられた半導体部品を吸着して搬送し、この電気部品と他の電極パッドとを前記はんだバンプにて電気的に接続する実装工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記はんだバンプを形成するはんだの融点以上に加熱された前記吸着保持ツールによって、前記半導体部品を吸着保持して搬送し、前記はんだバンプと前記電極パッドとを当接させる工程と、前記はんだバンプを前記電極パッドに当接させた後に前記吸着を停止することにより前記はんだバンプの温度を前記はんだバンプを構成するはんだの融点以上に上昇させ、前記はんだバンプと前記電極パッドとを接合させる工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。