JP4056978B2 - ダイボンディング方法及びその装置 - Google Patents

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Description

本発明は、下面に熱圧着シートを有する熱圧着シート付ダイを基板又はダイ上に搭載するダイボンディング方法及びその装置に関する。
半導体装置として、複数個のダイを積層させて搭載することにより実装密度を高めているスタックドパッケージがある。このスタックドパッケージとして、下面（回路形成面と反対側の面）に熱圧着シートを有する熱圧着シート付ダイを基板上に搭載した後、前記ダイ上に更に下面に熱圧着シートを有する熱圧着シート付ダイを搭載するものとして特許文献１が挙げられる。近年、ダイの高集積化に伴い、２段以上のダイを積層したものとして特許文献２が挙げられる。
特開平１１−２０４７２０号公報 米国特許第５，３２３，０６０号公報
スタックドパッケージにおけるダイボンディング方法は、ヒートブロックにて絶縁基板を加熱してダイを搭載し、前記ヒートブロックで加熱された絶縁基板及び前記ダイ上に次のダイを搭載している。
特許文献１に開示されているように、ダイの積層数が２段と少ない場合には前記したヒートブロックによる加熱の影響は特に問題とはならない。しかし、特許文献２に開示されているように、ダイの積層数が多くなると、最上部のダイまで熱が伝達されずに熱圧着できなくなる。そこで、ヒートブロックのヒータ温度を上げると、絶縁基板や最下部のダイが高温になり過ぎて回路が破壊されるという問題がある。
本発明の課題は、ダイの積層数に関係なく、基板やダイの回路を破壊することがなく、半導体装置の生産性の向上が図れるダイボンディング方法及びその装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング方法において、前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱する工程と、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する工程とを有することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明の請求項２は、熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング方法において、前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱する工程と、前記赤外線レーザにより加熱された前記熱圧着シートの温度を赤外線温度センサーにより測定する工程と、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する工程とを有することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明の請求項３は、前記請求項１又は２において、前記赤外線レーザは、電圧又は電流制御回路によって制御され、前記熱圧着シートの温度が前記電圧又は電流制御回路の設定温度記憶部に記憶された設定温度になると、前記前記赤外線レーザによる加熱を停止することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明の請求項４は、熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング装置において、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する前に前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明の請求項５は、熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング装置において、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する前に前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザと、この赤外線レーザにより加熱された熱圧着シートの温度を測定する赤外線温度センサーとを有し、前記赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱することを特徴とする。
ダイに貼り付けられた熱圧着シートを基板又はダイに搭載する前に、下面側から非接触で熱圧着シートを直接加熱し、その後に基板又はダイ上に搭載するので、積層するダイの数に係わらず基板やダイの回路を破壊することがない。これにより、半導体装置の生産性が向上する。
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態、図３は本発明の第２の実施の形態、図４は本発明の第３の実施の形態をそれぞれ示す。なお、各実施の形態において、同じ部材には同一符号を付している。
まず、本発明の第１の実施の形態を図１及び図２により説明する。絶縁性の熱圧着シート１が下面に貼り付けられたダイ２は、個々に分離されてウェハ保持テープ３に貼り付けられている。ウェハ保持テープ３の外周はウェハリング４に接着されており、ウェハリング４は図示しないＸＹテーブルでＸＹ軸方向に駆動される。ウェハ保持テープ３の下方には、ダイ２を突き上げる突き上げピン５が配設されており、突き上げピン５は、図示しない上下駆動手段で上下動させられる。
一方、基板１０上には、絶縁性の熱圧着シート１１が裏面に貼り付けられたダイ１２が前記熱圧着シート１１を介して搭載されている。この基板１０上に搭載するダイ１２は、熱圧着シート１１を貼り付けしないで、ダイ１２の搭載前に基板１０上にエポキシ系樹脂等の絶縁性ペーストを塗布し、ダイ１２を搭載してもよい。基板１０の両側部は、一対の基板ガイドレール１３、１３にガイドされ、図示しない送り手段で紙面に垂直な方向に送られる。基板ガイドレール１３、１３間の下方には、基板１０を加熱するヒートブロック１４が配設されている。
突き上げピン５で突き上げられたダイ２を真空吸着保持するコレット２０は、コレットヘッド２１に上下動可能に設けられている。コレットヘッド２１は、突き上げピン５の上方から基板１０の上方にコレットガイドレール２２に沿って往復駆動される。
図１及び図２の第１の実施の形態においては、コレット２０がダイ２を真空吸着保持して搬送する搬送経路には、ダイ２に貼り付けられた熱圧着シート１を加熱する加熱手段としての赤外線ランプ３０が配設されている。図３及び図４のの第２及び第３の実施の形態においては、前記第１の実施の形態と加熱手段が異なるのみである。第２の実施の形態（図３）は加熱手段として温風ヒータ３１を用いた場合で、３２はニクロム線、３３はファンを示す。第３の実施の形態（図４）は加熱手段として赤外線レーザ３４を用いた場合を示す。ダイ２を吸着したコレット２０が加熱位置に位置すると、赤外線レーザ３４から照射された赤外線が反射ミラー３５より反射されて熱圧着シート１を加熱する。
赤外線ランプ３０（図１及び図２）、温風ヒータ３１（図３）、赤外線レーザ３４（図３）による加熱時における熱圧着シート１の温度を非接触で測定するために、赤外線温度センサー４０が配設されている。図５に示すように、赤外線ランプ３０、温風ヒータ３１又は赤外線レーザ３４等よりなる加熱手段３６は、電圧又は電流制御回路４１によって制御され、この電圧又は電流制御回路４１は設定温度記憶部４２に記憶された設定温度になると加熱手段３６の加熱を停止する。設定温度記憶部４２には、予め実験によって熱圧着シート１の適正加熱温度を調査し、この設定温度が記憶されている。そこで、赤外線温度センサー４０で測定した熱圧着シート１の温度が設定温度になると、電圧又は電流制御回路４１は加熱手段３６への加熱停止信号を出力する。
次に作用について説明する。図１（ａ）に示すように、コレット２０がピックアップするダイ２は、突き上げピン５の上方に移動する。次に図１（ｂ）に示すように、コレット２０が下降してダイ２を真空吸着保持し、コレット２０が上昇する時に突き上げピン５が上昇してダイ２をピックアップする。続いて図１（ｃ）に実線で示すように、コレット２０は赤外線ランプ３０の上方に移動し、熱圧着シート１が赤外線ランプ３０で加熱される。熱圧着シート１は、図３の場合には温風ヒータ３１によって加熱され、図４の場合には赤外線レーザ３４によって加熱される。
熱圧着シート１が赤外線ランプ３０、温風ヒータ３１、赤外線レーザ３４等の加熱手段３６によって加熱され、赤外線温度センサー４０によって測定した温度が設定温度記憶部４２に予め設定された温度に達すると、電圧又は電流制御回路４１は加熱手段３６への加熱停止信号を出力する。次に図１（ｃ）に２点鎖線で示すように、コレット２０はダイ１２の上方に移動する。
次に図２（ａ）示すように、コレット２０が下降してダイ１２上にダイ２を搭載する。これにより、ダイ１２上に熱圧着シート１を介してダイ２が接合される。図１（ｂ）に示すようにダイ２がピックアップされ、突き上げピン５が下降した後から図２（ａ）の間に、ウェハリング４が図示しないＸＹテーブルでＸＹ軸方向に駆動され、次にピックアップされるダイ２が突き上げピン５の上方に位置決めされる。
続いて図２（ｂ）に示すように、コレット２０の真空が切れ、該コレット２０は上昇する。その後、コレット２０は次にピックアップするダイ２の上方に移動する。また基板１０は１ピッチ送られ、次にボンディングされるダイ１２がボンディング位置に位置決めされる。
このように、ダイ２に貼り付けられた熱圧着シート１を直接加熱し、その後にダイ１２上に搭載するので、積層するダイの数に係わらず基板１０やダイ１２の回路を破壊することがない。これにより、半導体装置の生産性が向上する。
なお、上記実施の形態においては、基板１０上に予めダイ１２が搭載され、このダイ１２上にダイ２を２段に搭載する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイを３段以上の多段に搭載する場合にも適用でき、多段になるほどより効果的であることは言うまでもない。また基板１０にダイ１２を直接搭載する場合にも適用できることは勿論である。また加熱手段３６は、上記実施の形態に限定されなく、例えば電熱線又はセラミックヒータ等でもよい。
図４に示す第３の実施の形態においては、赤外線レーザ３４の赤外線を反射ミラー３５で反射させたが、反射ミラー３５に代えてプリズムを用いても良い。一般に、赤外線レーザ３４は他の加熱手段に比べ大型であり、コレット２０によるダイ２の搬送経路の下方に余裕がなくて配設できない場合が多いので、図４に示すように搬送経路の上方に配設した。しかし、コレット２０によるダイ２の搬送経路の下方に配設することができる場合には、反射ミラー３５又はプリズムを用いないで直接赤外線レーザ３４の赤外線を熱圧着シート１に照射してもよいことは言うまでもない。
本発明の第１の実施の形態のダイボンディング装置による製造工程図である。 図１（ｃ）の続きの製造工程図である。 本発明の第２の実施の形態のダイボンディング装置の説明図である。 本発明の第３の実施の形態のダイボンディング装置の説明図である。 熱圧着シートの加熱温度制御のブロック図である。
符号の説明
１ 熱圧着シート
２ ダイ
３ ウェハ保持テープ
１０ 基板
１１ 熱圧着シート
１２ ダイ
１４ ヒートブロック
２０ コレット
２１ コレットヘッド
３０ 赤外線ランプ
３１ 温風ヒータ
３４ 赤外線レーザ
３５ 反射ミラー
３６ 加熱手段
４０ 赤外線温度センサー
４１ 電圧又は電流制御回路
４２ 設定温度記憶部

Claims (5)

  1. 熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング方法において、前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱する工程と、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する工程とを有することを特徴とするダイボンディング方法。
  2. 熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング方法において、前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱する工程と、前記赤外線レーザにより加熱された前記熱圧着シートの温度を赤外線温度センサーにより測定する工程と、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する工程とを有することを特徴とするダイボンディング方法。
  3. 前記赤外線レーザは、電圧又は電流制御回路によって制御され、前記熱圧着シートの温度が前記電圧又は電流制御回路の設定温度記憶部に記憶された設定温度になると、前記赤外線レーザによる加熱を停止することを特徴とする請求項１又は２記載のダイボンディング方法。
  4. 熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング装置において、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する前に前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザを有し、この赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱することを特徴とするダイボンディング装置。
  5. 熱圧着シートがダイ下面に貼り付けられている熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載するダイボンディング装置において、前記熱圧着シート付ダイを基板又は該基板上に搭載されたダイ上に搭載する前に前記熱圧着シートを下面側から非接触で加熱する赤外線レーザと、この赤外線レーザにより加熱された熱圧着シートの温度を測定する赤外線温度センサーとを有し、前記赤外線レーザのレーザー光路に配設した反射ミラー又はプリズムにより光路変更して前記熱圧着シートを加熱することを特徴とするダイボンディング装置。
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