JP4334128B2

JP4334128B2 - 半導体実装方法および半導体実装装置

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Publication number: JP4334128B2
Application number: JP2000327884A
Authority: JP
Inventors: 良典酒井; 一博登; 真北畠
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JP2002134561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体を回路基板にフリップチップ実装する半導体実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の製造方法が著しく進化し、それに伴い、半導体の回路基板への実装技術も種々開発が進んでいる。
【０００３】
従来の半導体実装方法としては、図１０に示すような方法で半導体の回路基板への実装が行われている。以下図面を参照しながら、従来の実装方法の一例について説明する。
【０００４】
図１０（ａ）は従来の半導体実装方法により半導体を実装した回路基板の断面を概略的に示したものである。半導体１と、この半導体１が実装される回路基板２とには、互いに相対する位置にそれぞれ位置確認マーク１ａ，２ａが設けられ、これらの位置確認マーク１ａ，２ａが合致するように回路基板２と半導体１とを位置させた後、接合して実装を行う。なお、通常、各位置確認マーク１ａ、２ａは２箇所以上設ける。
【０００５】
この実装時に位置が合っていることの確認動作は、コンピュータ７に接続された、互いに移動起点としての原点を同じとするカメラ３，４を用いて行う。カメラ３は半導体１の位置確認マーク１ａを読み取り、またカメラ４は回路基板２の位置確認マーク２ａを読み取り、これらの画像データをコンピュータ７で照合処理し、これらの位置確認マーク１ａ，２ａが合致するように半導体１（または回路基板２）を実装機で移動させる。
【０００６】
なお、位置照合は位置確認マーク１ａ，２ａの中心合致でも外周合致でもよいが、確認のために画像で視認することを考えて位置確認マーク１ａ，２ａの大きさを変えて視認し易くしている。一般的には、半導体１および回路基板２の両方に製造時の加工誤差があり、計算上の位置と実際上の位置とに誤差が発生するので、初期設定として視認により補正し、コンピュータ７に記憶させて運用する。
【０００７】
図１０（ｂ）、（ｃ）は位置確認マーク１ａ，２ａを両方のカメラ３，４で読みとり、これらの画像データを視認できるように組み合せて映像として表したもので、図１０（ｂ）は位置確認マーク１ａ，２ａがずれている状態を示し、図１０（ｃ）は位置確認マーク１ａ，２ａが合っている状態を示す。位置確認マーク１ａ，２ａがずれている場合には、例えば半導体１を矢示方向に移動させて、互いの中心または周辺の重なり状態より判断して、図１０（ｃ）に示すように合った状態となるように位置合わせを行う。なお、ここでは、１箇所の位置確認マーク１ａ，２ａで行った場合を説明しているが、複数の位置確認マーク１ａ，２ａで行う場合も同様であり、半導体１または回路基板２を微少回転させて、回転方向の修正を図ることもある。このように位置確認マーク１ａ，２ａの合致を確認した後、図１０（ｄ）に示すように、回路基板２に半導体１を装着して接合する。なお、接合材料としては、図示していないが半田や導電性接着剤を用いる。また、接合時の良否の判定は電気的確認を用いたり、接合部が周辺にある場合には側面外周部より視認やＸ線透過により位置ずれ、短絡の確認を行ったりする。
【０００８】
なお、本説明においてはカメラ３，４を２つ使用しているが、１つのカメラを上下に回転させて半導体１側、回路基板２側の位置確認マーク１ａ，２ａを２回に分けて読みとり、データをコンピュータ処理する方法や、カメラは一方向のみ撮像するように配置し、半導体１または回路基板２の位置確認マーク１ａ，２ａを同一面で２回に分けて読みとってデータをコンピュータ処理し、その後、半導体１または回路基板２のどちらかを回転させて対面させて実装する方法を採用してもよい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の半導体実装方法では、半導体１の材質はシリコンで不透明であるため、半導体１と回路基板２との接合部の位置合わせに高価な基材と時間とを要し、また実装後の接合状態の確認は、電気的確認は時間がかかり、また、平面視しても接合部の状態を視認することができないため、側面からの視認を行わざるを得ないが、この側面からの視認は接合部の周囲のみを見るににとどまるため、接合部内部の様子が確認できない、また、Ｘ線を用いる方法は画像が黒い影の濃淡であるため解像度が低いとぼやけて判別が困難であるという問題があった。さらに、接合部に短絡があっても修正が難しいか、できないと言う問題点があった。
【００１０】
本発明は上記問題を解決するもので、半導体と回路基板との実装部（接合部）の位置合わせならびに実装後の接合状態の確認を、短時間で容易に行うことができる半導体実装方法および半導体実装装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明は、透明な半導体を吸着装置により吸着しながら回路基板へ実装する半導体実装方法であって、吸着装置の内部または近傍に光ファイバーケーブルを備え、前記半導体の実装時に、光ファイバーケーブルおよび前記半導体の基材を通して前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとを同時に視認して、これらの位置確認マークのずれ状態を見ることで前記半導体の実装時の位置ずれを検出することを特徴とする。
【００１２】
この方法により、半導体と回路基板との実装部の位置合わせや実装後の接合状態の確認を短時間で容易に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、透明な半導体を吸着装置により吸着しながら回路基板へ実装する半導体実装方法であって、吸着装置の内部または近傍に光ファイバーケーブルを備え、前記半導体の実装時に、光ファイバーケーブルおよび前記半導体の基材を通して前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとを同時に視認して、これらの位置確認マークのずれ状態を見ることで前記半導体の実装時の位置ずれを検出することを特徴とするものであり、半導体を吸着装置で吸着すると同時に位置確認しながら実装できると言う作用を有する。
また、請求項２記載の発明は、透明な半導体を吸着装置により吸着しながら回路基板へ実装する半導体実装装置であって、吸着装置の内部または近傍に配設された光ファイバーケーブルと、前記半導体の実装時に、光ファイバーケーブルおよび前記半導体の基材を通して前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとを同時に視認する視認手段と、前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとのずれ状態を見ることで前記半導体の実装時の位置ずれを検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来の半導体実装方法で用いていたものと同様のものには同符号を付す。
（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の断面図である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、本発明では、半導体６の基材として、炭化珪素からなる透明体を採用している。この半導体６には回路導体と一緒に位置確認マーク６ａを形成している。また、回路基板２にも回路導体と一緒に位置確認マーク２ａを形成しており、これらの位置確認マーク２ａ，６ａは実装した際に互いに相対する位置関係に設けられる。
【００２６】
実装する場合の半導体６と回路基板２との位置関係は設計上の理論値を用いてプログラムされている。そして、そのプログラムに基づき回路基板２の上に炭化珪素の半導体６を移動させ、図１（ａ）において矢印で示すように、カメラ３により透明な半導体６を通して位置確認マーク６ａと回路基板２の位置確認マーク２ａとを重ねて同時に認識させる方法が用いられる。
【００２７】
しかしながら、前記プログラムには半導体６や回路基板２の加工誤差は含まれていないために位置ずれが発生する。このときの回路基板２の位置確認マーク２ａと半導体６の位置確認マーク６ａとの関係の一例を図１（ｂ）に示す。半導体６の位置確認マーク６ａは回路基板２の位置確認マーク２ａに対して左上にずれているが、これは炭化珪素からなる半導体６が回路基板２に対して所定の位置より左上にずれていることを示すものである。この位置ずれをカメラ３で認識し、連動するコンピュータ、実装機を用いて補正して図１（ｃ）に示すように位置あわせした後、装着する。
【００２８】
ここで、補正時の位置確認マーク２ａ，６ａの認識方法は、それぞれの位置確認マーク２ａ，６ａの中心線を外形寸法より割り出して中心線をあわせて補正する方法と、外形寸法の差を読みとり周囲の寸法を一定にする方法とがあるが、どちらを選択するかは任意である。
【００２９】
このように、半導体６の基材として炭化珪素からなる透明体を採用することで、カメラ３などで半導体６を通してその位置確認マーク６ａと回路基板２の位置確認マーク２ａとを同時に視認することができ、これらの位置確認マーク２ａ，６ａのずれ状態を見ることで実装時の位置ずれを検出することができる。
（実施の形態２）
また、上記実施の形態において、半導体６に形成する位置確認マーク６ａは、図２（ａ）に示すように、できるだけ互いに離れた位置に２箇所以上設けることが望ましい。また、回路基板２にも位置確認マーク６ａに相対する位置に位置確認マーク２ａを設ける。このように位置確認マーク２ａ，６ａを複数箇所の離れた位置に設けることにより、それぞれの位置確認マーク２ａ，６ａを照合する同時に、離れた２箇所の位置関係を照合することができ、この結果、半導体６を実装するべき位置関係が正確に把握できる。このような位置ずれを補正する補正プログラムを実装機に備えて、それぞれの位置確認マーク２ａ，６ａの位置確認を行い、さらに２箇所間の比較で全体のずれを最も小さいずれに補正できるようにすることで、１箇所で補正しきれない微少なずれも検出可能となると共に、回転方向のずれの検出が容易となって、より正確な補正ができて、位置合わせを正確に行うことができる。
【００３０】
なお、位置確認マーク２ａ，６ａの数を増やすほど微少な補正が可能となるが、補正に要する時間が長くなりコストアップにつながるため、位置確認マーク２ａ，６ａの数は、求められる精度に応じて設定すればよい。通常は２〜３箇所で必要十分な補正が可能である。
（実施の形態３）
半導体６が透明体であっても、半導体６に形成される回路導体６ｂがグランド形成のように面全体に設けられると透明性が失われ、回路基板２の位置確認マーク２ａの確認が半導体６を通してできなくなる。このような問題を防止するため、この実施の形態においては、半導体６の位置確認マーク６ａの周囲に回路導体６ｂのない隙間６ｃを設けている。これにより、隙間６ｃを通して回路基板２上の位置確認マーク２ａが識別できて、位置合わせが容易にできる。ここで、隙間６ｃは、図２（ａ），（ｂ）において位置確認マーク６ａの周辺に均等の幅で設けているが、均等でなくても隙間６ｃがあればよい。
【００３１】
なお、通常形成される回路導体６ｂの間に位置確認マーク６ａがある場合は回路導体６ｂとの間に隙間があるために特に隙間６ｃを設ける必要はない。また、隙間６ｃを位置確認マーク６ａの周囲すべてに設けなくてもよく、一部分だけが回路導体６ｂと重複しても、位置確認マーク６ａとして認識できて、回路基板２の位置確認マーク２ａに対して判別できるものであればよい。
（実施の形態４）
また、図２（ａ）の一部（半導体６の左下角部や右上角部）や図３（ａ），（ｂ）に示すように、両方の位置確認マーク２ａ，６ａを共に中抜き１２の形状に形成してもよい。このように２ａ，６ａを中抜き１２の形状にすることにより、位置確認マーク２ａ，６ａが互いに重なっているときでも下側になる位置確認マーク２ａの大部分を見ることができ、そのために位置ずれがわかり易くなり、位置合わせにおいても有利となる。特に中抜き１２は半導体６のグランド層（回路導体６ｂ）に位置確認マーク６ａを設ける場合に有利である。
【００３２】
また、片方の位置確認マーク２ａ，６ａが塗りつぶし１３の場合は、図３（ｃ）に示すように、塗りつぶし１３の部分を中抜き１２より小さくすることで比較し易くなる。
（実施の形態５）
さらに、図４に示すように、両方の位置確認マーク２ａ，６ａが塗りつぶし１３である場合に、半導体６に形成される位置確認マーク６ａと回路基板２に形成される位置確認マーク２ａとの大きさが同じか、半導体６の位置確認マーク６ａが回路基板２の位置確認マーク２ａより大きいときには、半導体６側より見ると、その位置確認マーク６ａが邪魔になって回路基板２の位置確認マーク２ａを見ることができず、位置合わせができなくなる。したがって、このような場合には、両方の位置確認マーク２ａ，６ａを常に同時に視認するために、塗りつぶし１３で形成される半導体６の位置確認マーク６ａを回路基板２の位置確認マーク２ａより小さく形成している。これにより、位置確認マーク２ａ，６ａが重なった場合でも、半導体６の位置確認マーク６ａを容易に視認できて、２つの位置確認マーク２ａ，６ａの位置関係が判別し易い。
【００３３】
なお、これらの実施の形態１〜５においては、位置確認マーク２ａ，６ａの図示する形状は四角であるが特に四角にこだわるものではなく、比較や認識ができる任意の形状を用いればよい。
（実施の形態６）
図５に示すように、半導体６と回路基板２との両方がその回路形成面に単独の位置確認マークを形成できない場合は、両方の回路導体６ｂ，２ｂの一部を位置確認マークとして用いて位置合わせをすることができる。この場合、一般的には後から製作する回路基板２の回路導体２ｂを半導体６の回路導体６ｂの位置や形状に合わせることになる。実装時には予めプログラムされた内容により極めて近い位置まで互いを近づけることができるため、極く近い周辺に誤作動につながる形状がなければよい。これによれば、両方の回路導体６ｂ，２ｂの一部を位置確認マークとして用いて位置合わせをすることができるだけでなく、位置確認マークを設けた場合に比べて、位置確認マークを設ける場所分を節約できて、回路形成が行い易くなると利点もある。
【００３４】
なお、比較する回路導体６ｂ，２ｂの形状について、図５（ｂ）に示すように、Ｔ字形状全体とするか、Ｔ字の一部を用いるかは任意である。また、形状についてもＴ字にこだわるものではなく他の形状を用いることも任意である。
（実施の形態７）
図６（ａ）における１４は、半導体６を吸着する吸着装置であり、この吸着装置１４の中心部には、真空ポンプで空気を吸い込んで半導体６を吸着する吸入口１４ａが設けられている。また、半導体６の吸着時にその位置確認マーク６ａの位置と概略一致する箇所に孔部１４ｂを形成し、この孔部１４ｂに光ファイバーケーブル１５を挿入して固定している。この光ファイバーケーブル１５は画像認識装置やコンピュータと接続される。
【００３５】
基材が透明な炭化珪素からなる半導体６は、実装されるために吸着装置１４により吸着された際に、光ファイバーケーブル１５を通して半導体６の位置確認マーク６ａを読みとることができる。次に、半導体６を吸着した状態で回路基板２の装着位置まで来ると、回路基板２に形成された位置確認マーク２ａを半導体６の位置確認マーク６ａと同時に視認することができる。そして、このようにして２つの位置確認マーク２ａ，６ａを認識することで、前述の位置合わせの要領で位置ずれを補正して位置を合致させて実装する。この方法を用いることにより、半導体６を吸着装置１４で吸着すると同時に位置確認しながら実装できる。
【００３６】
図６（ｂ）に示す吸着装置１６は、機能は図６（ａ）に示す吸着装置１４と同様であるが、光ファイバーケーブル１５の固定方法が異なるものである。この吸着装置１６は細い本体部分に固定具１７を用いて光ファイバーケーブル１５を固定したもので、図６（ａ）に示す吸着装置１４と同様に、半導体６の吸着時にその位置確認マーク６ａの位置と概略一致する箇所に光ファイバーケーブル１５を固定している。この吸着装置１６によれば、半導体６の種類や位置確認マーク６ａの位置が変わった場合でも、吸着装置１６はそのままで、固定具１７を変えることだけで対応可能となる。
【００３７】
なお、図６（ａ），（ｂ）においては、光ファイバーケーブル１５は吸入口１４ａに対して平行に設置した場合を図示しているが、光ファイバーケーブル１５における半導体６の近傍箇所が平行に保持されていればよく、他の部分は特に平行にこだわるものではない。
（実施の形態８）
従来は、半導体と回路基板との接合において、接合部の補強のために半導体と回路基板との間に加熱硬化型接着剤を用いて接着する方法が用いられており、この場合には、加熱具合によっては、加熱による熱損傷を半導体に与える場合がある。
【００３８】
これに対して、本実施の形態では、加熱硬化型接着剤を用いる代わりに、半導体６が透明であることを利用して、図７に示すように、回路基板２に基材が炭化珪素からなる透明な半導体６を装着接合した後に、紫外線硬化タイプの接着剤１８を回路基板２と半導体６との間に注入する。また、他の方法として、回路基板２および半導体６の少なくとも一方に紫外線硬化タイプの接着剤１８を付着させた後、互いを所定の方法で接合させる。
【００３９】
そして、接着剤１８の注入または接合が終わった時点で、透明な半導体６を通して紫外線１９を照射して接着剤１８を硬化させる。このとき、半導体６の回路導体６ｂが紫外線１９を遮断するが、回路導体６ｂの間や近傍から入った紫外線１９が内部で乱反射して紫外線１９を直接受けない部分も硬化させることができる。グランド層のように半導体全体が導体で覆われる場合は紫外線１９が通る導体のない部分を適宜形成すればよい。
【００４０】
この方法によれば、半導体６と回路基板２との接着を、紫外線１９のみによって硬化させることができるため、加熱による熱損傷を半導体６に与えるおそれがないとともに、硬化時間も短くて済むため作業能率も向上する。
（実施の形態９）
この実施の形態においては、図８（ａ）に示すように、半導体６の接合部となる周囲箇所に、回路導体６ｂのない連続または不連続の透光窓２０を設けている。そして、半導体６または回路基板２のどちらかの接合部に、紫外線硬化タイプの導電性接合剤２１を適量付着させる。付着させた後、半導体６を回路基板２に装着し、透光窓２０を通して紫外線１９を照射して導電性接合剤２１の硬化接合を完了させる（図８（ｂ）参照）。
【００４１】
なお、紫外線照射は、上記吸着装置１４，１６で半導体６を回路基板２に押しつけている状態でも、離してからすぐであってもどちらでもよいが、押しつけた状態で照射すると、導電性接合剤２１の粘性や、他の衝撃で位置ずれを生じるおそれがなくてよいため、好ましい。
（実施の形態１０）
この実施の形態１０においては、実施の形態９における導電性接合剤２１の代わりにクリームはんだ２１’を用いるもので、装着までの手順は同じである。
【００４２】
装着後、透光窓２０を通して局部加熱の可能なレーザ光２５をクリームはんだ２１’に照射し溶融硬化させて接合を完了する。なお、図８（ｂ）ははんだ接合後の拡大断面図である。
（実施の形態１１）
実施の形態９、実施の形態１０において接合された半導体６と回路基板２とは接合部において短絡部２２を発生することがある。短絡は電気的にでも、あるいは半導体６を通して画像としてでも確認できる。この実施の形態においては、図９（ａ）に示す短絡部２２に透光窓２０からレーザ光２５を照射して、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、炭化部２３や除去部２４を形成して短絡をなくす。
【００４３】
図９（ｂ）は、導電性接合剤２１を用いた場合で、レーザ光の熱で短絡部２２を炭化させることで導通抵抗値を大きくして短絡をなくす場合を示す。図９（ｃ）は、クリームはんだ２１’を用いた場合で、レーザ光２５の熱で短絡部２２を再加熱して溶融し、クリームはんだ２１’の溶融時に発生する表面張力によりそれぞれの接合部に分離させて短絡を解消した場合を示す。
【００４４】
この方法により、接合材（導電性接合剤２１やクリームはんだ２１’）による他の導体部分や接合部との短絡部２２を除去し、特性調整、機能検査後に不要部分除去等のためのトリミングができ、より完全な実装が可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、炭化珪素などの透明性を有する基材を用いた半導体を利用することにより、半導体の回路基板への実装の生産性向上、コストダウン、品質向上と共に生産設備の合理化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の断面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ半導体の位置がずれている場合と合っている場合との拡大平面図
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の平面断面図および側面断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の第４の実施の形態に係る位置確認マークを概略的に示した図
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の第５実施の形態に係る位置確認マークを概略的に示した図
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第６実施の形態に係る半導体を実装する際の回路基板の斜視図および部分平面図
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第７実施の形態に係る半導体を実装する際の回路基板の断面図
【図７】本発明の第８実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の断面図
【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第９実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の断面図
【図９】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の第１０実施および第１１実施の形態に係る半導体を実装した回路基板の断面図
【図１０】（ａ）は従来の半導体を実装した回路基板の位置ずれを測定している状態を概略的に示す図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ半導体の位置がずれている場合と合っている場合との拡大平面図、（ｄ）は従来の半導体を実装した回路基板の断面図
【符号の説明】
２回路基板
２ａ，６ａ位置確認マーク
２ｂ，６ｂ回路導体
６ｃ隙間
３カメラ
６半導体
１２中抜き
１３塗りつぶし
１４、１６吸着装置
１５光ファイバーケーブル
１８接着剤
１９紫外線
２０透光窓
２１導電性接合剤
２１’ クリームはんだ
２２短絡部
２３炭化部
２４除去部
２５レーザ光

Claims

透明な半導体を吸着装置により吸着しながら回路基板へ実装する半導体実装方法であって、吸着装置の内部または近傍に光ファイバーケーブルを備え、前記半導体の実装時に、光ファイバーケーブルおよび前記半導体の基材を通して前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとを同時に視認して、これらの位置確認マークのずれ状態を見ることで前記半導体の実装時の位置ずれを検出することを特徴とする半導体実装方法。
透明な半導体を吸着装置により吸着しながら回路基板へ実装する半導体実装装置であって、吸着装置の内部または近傍に配設された光ファイバーケーブルと、前記半導体の実装時に、前記光ファイバーケーブルおよび前記半導体の基材を通して前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとを同時に視認する視認手段と、前記半導体の位置確認マークと回路基板の位置確認マークとのずれ状態を見ることで前記半導体の実装時の位置ずれを検出する検出手段とを備えたことを特徴とする半導体実装装置。