JP5138634B2 - Semiconductor device manufacturing apparatus and manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置および製造方法、ならびに半導体装置に関する。   The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by flip-chip mounting a semiconductor chip on a package carrier base material, and a semiconductor device.

半導体装置の製造時には、一般に、半導体チップとパッケージキャリアとを電気的に接続させる。そのための接続方法の一例として、フリップチップ実装が良く用いられる。本実装では、半導体チップの電気信号入出力端子部をパッケージキャリアのリードフレーム端子部に直接接続する。パッケージキャリアとしては、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等の有機基板、セラミックス、ガラス、およびシリコン等の種々の材料が用いられる。   In manufacturing a semiconductor device, generally, a semiconductor chip and a package carrier are electrically connected. As an example of a connection method for that purpose, flip chip mounting is often used. In this mounting, the electrical signal input / output terminal portion of the semiconductor chip is directly connected to the lead frame terminal portion of the package carrier. As the package carrier, various materials such as an organic substrate such as a flexible substrate (FPC), ceramics, glass, and silicon are used.

フリップチップ実装を採用すれば、ワイヤーボンディングに比べて、実装時間を短縮でき、さらに実装領域を僅かに済ませられる。したがって、パッケージキャリア容積を小さくできる等の利点が得られる。   If flip-chip mounting is adopted, mounting time can be shortened compared to wire bonding, and the mounting area can be reduced slightly. Therefore, advantages such as a reduction in package carrier volume can be obtained.

一般的なフリップチップ実装の詳細を図１０および図１１に示す。図１０は、フリップチップ実装をリール・トゥ・リール方式によって行う半導体製造装置１００の全体の概略を示す図である。図１１は、フリップチップ実装において、半導体チップ端子とパッケージキャリア端子とを電気的に接続する機構部分を拡大して示す図である。   Details of general flip chip mounting are shown in FIGS. FIG. 10 is a diagram showing an outline of the entire semiconductor manufacturing apparatus 100 that performs flip-chip mounting by a reel-to-reel method. FIG. 11 is an enlarged view showing a mechanism portion for electrically connecting a semiconductor chip terminal and a package carrier terminal in flip chip mounting.

フリップチップ実装の中の一つに、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）がある。液晶駆動用ドライバー半導体チップの実装の際、ＴＣＰが用いられる。従来ＴＣＰでは、金バンプが形成された半導体チップ端子と、錫メッキが形成されたパッケージキャリア端子との接合に、金−錫共晶接合法を採用している。この接合法では、約５００℃に印加したボンディング用ツール９をパッケージキャリア端子２および半導体チップ端子８に押し付ける。これによって、端子同士の接合面に金−錫共晶層を形成し、強固な接合を達成している。   One of flip chip mounting is TCP (Tape Carrier Package). TCP is used for mounting the liquid crystal driving driver semiconductor chip. Conventionally, TCP employs a gold-tin eutectic bonding method for bonding a semiconductor chip terminal on which gold bumps are formed and a package carrier terminal on which tin plating is formed. In this bonding method, a bonding tool 9 applied at about 500 ° C. is pressed against the package carrier terminal 2 and the semiconductor chip terminal 8. As a result, a gold-tin eutectic layer is formed on the bonding surface between the terminals, thereby achieving strong bonding.

ＴＣＰの詳細を図１２および図１３に示す。図１２は、一般的にＴＣＰで用いるパッケージキャリアの概略を示す図である。図１２に示すように、ＴＣＰではパッケージキャリアにデバイスホール４が開口している。パッケージキャリア端子２は、このデバイスホール４に突き出た形となっており、パッケージキャリア基材１がない構造となっている。図１３は、従来のＴＣＰにおける接合部の断面を示す図である。   Details of TCP are shown in FIGS. FIG. 12 is a diagram showing an outline of a package carrier generally used in TCP. As shown in FIG. 12, in TCP, a device hole 4 is opened in a package carrier. The package carrier terminal 2 protrudes into the device hole 4 and has a structure without the package carrier substrate 1. FIG. 13 is a view showing a cross section of a joint in a conventional TCP.

ＴＣＰにおいて、一般的にポリイミド樹脂がパッケージキャリア基材１として用いられる。ポリイミド樹脂のガラス転移温度は３２０℃であり、ボンディング用ツールを印加した温度（約５００℃）よりも低い。そのため、共晶接合の際、パッケージキャリア基材１が溶融してしまう可能性がある。しかし、端子同士の共晶接合時間が約２秒と短時間であること、またポリイミド樹脂が耐熱性を有することから、共晶接合が可能となる。   In TCP, a polyimide resin is generally used as the package carrier substrate 1. The glass transition temperature of the polyimide resin is 320 ° C., which is lower than the temperature at which the bonding tool is applied (about 500 ° C.). Therefore, there is a possibility that the package carrier substrate 1 is melted during eutectic bonding. However, the eutectic bonding time between the terminals is as short as about 2 seconds, and the polyimide resin has heat resistance, so that eutectic bonding is possible.

より信頼性の高い接合を行うために、更なる接合方法の工夫が行われている。特許文献１では、金−錫の共晶組成比を変更することによって、共晶接合温度（２５０℃）を下げる方法が開示されている。これによってポリイミド樹脂の耐熱性のマージンを稼ぐことができ、接合の信頼性を高めることが可能である。   In order to perform bonding with higher reliability, further improvements in the bonding method have been made. Patent Document 1 discloses a method of lowering the eutectic bonding temperature (250 ° C.) by changing the eutectic composition ratio of gold-tin. As a result, a heat-resisting margin of the polyimide resin can be obtained, and the bonding reliability can be improved.

強固な金−錫共晶接合のため、ボンディング用ツールを３００℃程度の印加温度に上げる必要がある。このボンディング用ツールの熱の影響によって、テープ基材と半導体チップの線膨張係数の差による応力が生じる。この応力によって、接合面が剥離してしまう場合がある。これを防止するために、共晶接合部を冷却する装置が特許文献２で開示されている。
本文献の技術では、パッケージキャリアとボンディング用ツール接触面に高圧エアーを吹き付けることによって、接合部を冷却している。これによって、パッケージキャリアの熱膨張を抑制でき、高い信頼性の接合が得られる。また、ボンディング用ツールとパッケージキャリアの接触面積を小さくすることによっても、パッケージキャリアの熱膨張を抑制している。さらに、本文献の技術はパッケージキャリア端子と半導体チップ端子との共晶形成時間の短縮を図る方法として開示されたものである。 For strong gold-tin eutectic bonding, it is necessary to raise the bonding tool to an applied temperature of about 300 ° C. Under the influence of the heat of the bonding tool, stress is generated due to the difference in linear expansion coefficient between the tape base material and the semiconductor chip. Due to this stress, the joint surface may be peeled off. In order to prevent this, an apparatus for cooling the eutectic joint is disclosed in Patent Document 2.
In the technique of this document, the joint is cooled by blowing high-pressure air to the package carrier and the bonding tool contact surface. As a result, thermal expansion of the package carrier can be suppressed, and highly reliable bonding can be obtained. Further, the thermal expansion of the package carrier is also suppressed by reducing the contact area between the bonding tool and the package carrier. Furthermore, the technique of this document is disclosed as a method for shortening the eutectic formation time between the package carrier terminal and the semiconductor chip terminal.

特開平１１−３３０１４９（１９９９年１１月３０日公開）JP-A-11-330149 (published on November 30, 1999) 特開２００４−７１６０８（２００４年３月４日公開）JP2004-71608 (published March 4, 2004)

特許文献１および特許文献２の技術は、耐熱性の高いポリイミド樹脂に対しては有効であると考えられる。しかし、それでもテープ基材と半導体チップとの接合面に応力差が残留している状態において共晶接合していると推測できる。そのため、少しの熱衝撃、機械的衝撃または振動衝撃を受けることによって接合面が剥離してしまう危険性を持っている。   The techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 are considered effective for a polyimide resin having high heat resistance. However, it can be presumed that eutectic bonding is still performed in a state where a stress difference remains on the bonding surface between the tape base material and the semiconductor chip. Therefore, there is a risk that the joint surface is peeled off by receiving a slight thermal shock, mechanical shock or vibration shock.

ポリイミド樹脂以外にフレキシブルに富む樹脂基材として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂基材が挙げられる。これらはポリイミド樹脂よりも耐熱性がはるかに劣る。そのため、これらをパッケージキャリア基材として用いる場合、前述した２件の特許文献の接合方法を用いたとしても、ツールを押下した瞬間にテープ基材が溶融してしまう。したがって、外観上一目で不良品と判別できるほど信頼性に劣る接合となってしまう。   Resin substrates such as PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate) can be cited as examples of resin substrates that are rich in flexibility other than polyimide resins. These are much less heat resistant than polyimide resins. Therefore, when these are used as the package carrier base material, the tape base material is melted at the moment the tool is pressed, even if the joining methods of the two patent documents described above are used. Therefore, the bonding is inferior in reliability so that it can be determined as a defective product at a glance in appearance.

以上より、前述した２件の特許文献の技術では、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材が金−錫共晶接合温度に耐えることができない。したがって、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材を用いる半導体製造装置並びに製造方法として、不十分であると言わざるを得ない。ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材は、ポリイミド樹脂に比べて廉価であり、汎用性も高く、多方面で使われている。しかしながら、前述の理由からＴＣＰでは使用するのが困難な現状である。   From the above, in the techniques of the two patent documents described above, resin base materials such as PET and PEN cannot withstand the gold-tin eutectic bonding temperature. Therefore, it must be said that it is insufficient as a semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method using a resin base material such as PET and PEN. Resin base materials such as PET and PEN are cheaper than polyimide resins, have high versatility, and are used in many fields. However, it is difficult to use with TCP for the above reasons.

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の耐熱性に劣るものの、実用性に富むプラスチック基材を用いることが可能な半導体製造装置の製造装置および製造方法、ならびに半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to manufacture a semiconductor manufacturing apparatus that can use a plastic base material that is highly practical although it is inferior in heat resistance such as PET and PEN. An object is to provide an apparatus, a manufacturing method, and a semiconductor device.

本発明に係る半導体装置の製造装置は、上記の課題を解決するために、
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち、少なくとも前記下側クランパーの外部に冷却機構が接触する形で備えられており、
前記下側クランパーにおいて、前記パッケージキャリア基材と接触しない面に前記冷却機構が設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention provides:
In a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by flip-chip mounting a semiconductor chip on a package carrier substrate,
Among the upper clamper and the lower clamper sandwiching the package carrier base material , at least the lower clamper is provided with a cooling mechanism in contact with the outside,
The lower clamper is characterized in that the cooling mechanism is provided on a surface that does not contact the package carrier substrate .

上記の構成によれば、本発明に係る半導体装置の製造装置は、フリップチップ実装を用いて半導体装置を製造する。具体的には、約５００℃に印加したボンディング用ツールをパッケージキャリア端子および半導体チップ端子に押し付けることによって、端子同士を共晶接合する。この際、半導体チップとパッケージキャリア端子とを精度良く位置合わせするために、上側クランパーおよび下側クランパーによってパッケージキャリア基材を上下から挟み込んで押さえる。   According to said structure, the manufacturing apparatus of the semiconductor device which concerns on this invention manufactures a semiconductor device using flip chip mounting. Specifically, the bonding tool applied at about 500 ° C. is pressed against the package carrier terminal and the semiconductor chip terminal, thereby eutectic bonding between the terminals. At this time, in order to accurately align the semiconductor chip and the package carrier terminal, the package carrier base material is sandwiched and pressed by the upper clamper and the lower clamper from above and below.

本製造装置では、上側クランパーおよび下側クランパーの少なくともいずれかに、冷却機構が備えられている。これにより、両クランパーによって挟まれたパッケージキャリア基材を、端子同士を共晶接合する際に、ガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却することができる。結果、ボンディング用ツールの熱によるパッケージキャリア基材の変形、溶融もしくは焼失を防止することができる。また、パッケージキャリア基材は冷却機構によって十分に冷却されるので、ポリイミド基材に比べて耐熱性に劣るプラスチックを材料としたパッケージキャリア基材を、本製造装置では何ら問題なく用いることができる。   In this manufacturing apparatus, at least one of the upper clamper and the lower clamper is provided with a cooling mechanism. Thus, the package carrier substrate sandwiched between both clampers can be cooled to a glass transition temperature (Tg) or lower when the terminals are eutectic bonded to each other. As a result, deformation, melting, or burning of the package carrier substrate due to the heat of the bonding tool can be prevented. In addition, since the package carrier base material is sufficiently cooled by the cooling mechanism, the package carrier base material made of plastic that is inferior in heat resistance as compared with the polyimide base material can be used without any problem in the present manufacturing apparatus.

以上のように、本発明に係る半導体装置の製造装置は、耐熱性に劣るものの実用性に富むプラスチック基材をパッケージキャリア基材として用いた場合でも、基材の変形、溶融もしくは焼失を防止でき、その結果、信頼性の高いフリップチップ実装を行うことができる。したがって、パッケージキャリア基材として、従来使用できなかった材質も使用できるようになり、使用可能な材質の種類の幅が広がる効果も得られる。   As described above, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention can prevent deformation, melting, or burning of the base material even when a plastic base material that is inferior in heat resistance but has high practicality is used as the package carrier base material. As a result, highly reliable flip chip mounting can be performed. Therefore, a material that could not be used conventionally can be used as the package carrier substrate, and the effect of widening the range of types of usable materials can be obtained.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造方法において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち、少なくとも前記下側クランパーの外部に冷却機構が接触する形で備えられており、
前記下側クランパーにおいて、前記パッケージキャリア基材と接触しない面に前記冷却機構が設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is as follows.
In a manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by flip-chip mounting a semiconductor chip on a package carrier substrate,
Among the upper clamper and the lower clamper sandwiching the package carrier base material , at least the lower clamper is provided with a cooling mechanism in contact with the outside,
The lower clamper is characterized in that the cooling mechanism is provided on a surface that does not contact the package carrier substrate .

上記の構成によれば、本発明に係る製造装置と同様の作用効果を奏する。   According to said structure, there exists an effect similar to the manufacturing apparatus which concerns on this invention.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、前記上側クランパーの内部および前記下側クランパーの内部のうち少なくともいずれかに備えられていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The cooling mechanism is provided in at least one of the inside of the upper clamper and the inside of the lower clamper.

上記の構成によれば、クランパーの内部に冷却機構を備えることによって、クランパーがパッケージキャリア基材を直接冷却することができる。   According to said structure, a clamper can cool a package carrier base material directly by providing a cooling mechanism inside a clamper.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記上側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
In the upper clamper, a distance from an end of an opening provided to join the package carrier terminal and the semiconductor chip terminal to an end of the device hole of the package carrier base is set to 0.00 mm to 0.21 mm. It is characterized by having a structure.

上記の構成によれば、上側クランパーの開口端部からデバイスホールまでの距離が小さいほど、上側クランパーとパッケージキャリア基材が接触する面積が増大する。したがって、上側クランパーがパッケージキャリア基材を冷却する面積が大きくなる。これによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。   According to said structure, the area which an upper clamper and a package carrier base material contact increases, so that the distance from the opening edge part of an upper clamper to a device hole is small. Therefore, the area in which the upper clamper cools the package carrier substrate increases. Thereby, the effect of cooling the package carrier substrate can be further enhanced.

前記下側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴としている。   The lower clamper is configured such that a distance from an end of an opening provided to join a package carrier terminal and a semiconductor chip terminal to an end of a device hole of the package carrier base is 0.00 mm to 0.21 mm. It is characterized by having the structure.

上記の構成によれば、下側クランパーの開口端部からデバイスホールまでの距離が小さいほど、下側クランパーとパッケージキャリア基材が接触する面積が増大する。したがって、下側クランパーとパッケージキャリア基材を冷却する面積が大きくなる。これによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。   According to said structure, the area which a lower clamper and a package carrier base material contact increases, so that the distance from the opening edge part of a lower clamper to a device hole is small. Therefore, the area for cooling the lower clamper and the package carrier substrate is increased. Thereby, the effect of cooling the package carrier substrate can be further enhanced.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、冷却剤およびこれを保持する容器によって構成されていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The cooling mechanism includes a coolant and a container that holds the coolant.

上記の構成によれば、クランパー内部の容器に冷却剤を保持することによって、クランパーは冷却機構を備え、パッケージキャリア基材を冷却することができる。   According to said structure, by hold | maintaining a coolant to the container inside a clamper, a clamper is provided with a cooling mechanism and can cool a package carrier base material.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却剤は、前記容器の内部を循環することを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The coolant circulates inside the container.

上記の構成によれば、クランパー内部の容器において、冷却剤が循環することによって、クランパーは常に一定温度の冷却機構を備えることができる。したがって、パッケージキャリア基材を常に一定温度に冷却することができる。   According to said structure, a clamper can always be equipped with the cooling mechanism of constant temperature by circulating a coolant in the container inside a clamper. Therefore, the package carrier substrate can always be cooled to a constant temperature.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却剤は、蒸留水、純水、およびエチレングリコールのうち少なくともいずれかであることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The coolant is at least one of distilled water, pure water, and ethylene glycol.

上記の構成によれば、クランパーはパッケージキャリア基材に対する冷却効果を十分に保つことができる。   According to said structure, a clamper can fully maintain the cooling effect with respect to a package carrier base material.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、金属または金属合金の板であることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The cooling mechanism is a metal or metal alloy plate.

上記の構成によれば、クランパーが金属または金属合金の板によって冷却されることにより、パッケージキャリア基材を冷却することができる。   According to said structure, a package carrier base material can be cooled by a clamper being cooled with the board of a metal or a metal alloy.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、前記上側クランパーおよび前記下側クランパーの両方にそれぞれ備えられていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The cooling mechanism is provided in each of the upper clamper and the lower clamper.

上記の構成によれば、上側クランパーおよび下側クランパーの両方がそれぞれ冷却機構を備えることによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。   According to said structure, the effect which cools a package carrier base material can be heightened more by providing both an upper clamper and a lower clamper with a cooling mechanism, respectively.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記上側クランパーおよび前記下側クランパーのうち少なくともいずれかは、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅、および青銅鋳物のうちいずれかによって構成されていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
At least one of the upper clamper and the lower clamper is made of any of steel, stainless steel, aluminum, titanium, copper, red brass, brass, and bronze casting.

上記の構成によれば、クランパーはパッケージキャリア基材を保持し、なおかつ連続した接合にも耐える強度を持つことができる。   According to the above configuration, the clamper can hold the package carrier base material and can have a strength that can withstand continuous joining.

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリイミド樹脂のうち少なくともいずれかによって構成されていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The package carrier substrate is characterized by being composed of at least one of polyethylene resin, polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, polyamide resin, and polyimide resin.

上記の構成によれば、パッケージキャリア基材はプラスチック基材によって構成される。冷却機構を備えるクランパーによって、パッケージキャリア基材は冷却される。これによって、本発明に係る半導体装置の製造装置は、ガラス転移点温度（Ｔｇ）に依存せず、パッケージキャリア基材としてプラスチック基材を適用することができる。   According to said structure, a package carrier base material is comprised with the plastic base material. The package carrier substrate is cooled by a clamper having a cooling mechanism. Accordingly, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention can apply the plastic substrate as the package carrier substrate without depending on the glass transition temperature (Tg).

また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成されていることを特徴としている。 In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention,
The package carrier substrate is made of polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate.

上記の構成によれば、パッケージキャリア基材はポリイミド基材に比べて耐熱性に劣るポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成される。したがって、本発明に係る半導体装置の製造装置は、冷却機構を備えるクランパーによって、パッケージキャリア基材をポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートのガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却する。これによって、耐熱性に劣るが実用性に富むポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートをパッケージキャリア基材として使用することができる。   According to said structure, a package carrier base material is comprised with the polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate which is inferior to heat resistance compared with a polyimide base material. Therefore, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention cools the package carrier substrate to a glass transition temperature (Tg) or lower of polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate by a clamper having a cooling mechanism. Thereby, polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate which is inferior in heat resistance but rich in practicality can be used as a package carrier substrate.

本発明に係る半導体装置は、上記の課題を解決するために、
半導体チップの端子部とパッケージキャリア基材の端子部とが共晶接合された構造の半導体装置において、前記パッケージキャリア基材が、前記共晶接合に必要な印加温度よりも低いガラス転移点温度を有するプラスチック材料によって構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention provides
In a semiconductor device having a structure in which a terminal portion of a semiconductor chip and a terminal portion of a package carrier substrate are eutectic bonded, the package carrier substrate has a glass transition point temperature lower than an applied temperature required for the eutectic bonding. It is comprised by the plastic material which has.

上記の構成によれば、耐熱性に劣るが実用性に富むプラスチック基材を用いた半導体装置を提供できる。   According to said structure, the semiconductor device using the plastic base material which is inferior to heat resistance, but is practical can be provided.

本発明に係る半導体装置の製造装置では、耐熱性に劣るものの実用性に富むプラスチック基材をパッケージキャリア基材として用いた場合でも、基材の変形、溶融もしくは焼失を防止でき、その結果、信頼性の高いフリップチップ実装を行うことができる。したがって、パッケージキャリア基材として、従来使用できなかった材質も使用できるようになり、使用可能な材質の種類の幅が広がった。   In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, even when a plastic base material that is inferior in heat resistance but is practical can be used as a package carrier base material, the base material can be prevented from being deformed, melted or burned out. High performance flip chip mounting can be performed. Accordingly, materials that could not be used conventionally can be used as the package carrier base material, and the range of usable material types has been expanded.

本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵または循環させる半導体製造装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor manufacturing apparatus which stores or circulates a coolant in the clamper which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却剤を接触させる半導体製造装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor manufacturing apparatus which makes a coolant contact the clamper exterior which concerns on one Embodiment of this invention. （ａ）は、従来の上側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を循環させる上側クランパーの断面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵させる上側クランパーの断面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパーの上面を示す図である。(A) is sectional drawing which shows the conventional upper clamper, (b) is a figure which shows the cross section of the upper clamper which circulates a coolant inside the clamper which concerns on one Embodiment of this invention, (c) FIG. 4 is a diagram showing a cross-section of an upper clamper that stores a coolant inside a clamper according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4D is a diagram illustrating circulating coolant 15 inside a clamper according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the upper surface of an upper clamper. （ａ）は、従来の下側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を循環させる下側クランパーの断面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵させる下側クランパーの断面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパーの上面を示す図である。(A) is sectional drawing which shows the conventional lower clamper, (b) is a figure which shows the cross section of the lower clamper which circulates a coolant inside the clamper which concerns on one Embodiment of this invention, ( (c) is a figure which shows the cross section of the lower clamper which stores a coolant inside the clamper which concerns on one Embodiment of this invention, (d) is the coolant 15 inside the clamper which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the upper surface of the lower clamper which circulates. （ａ）は、従来の上側クランパーの開口部を拡大して示す上面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る上側クランパーの開口部を拡大して示す上面図である。(A) is a top view which expands and shows the opening part of the conventional upper clamper, (b) is a top view which expands and shows the opening part of the upper clamper which concerns on one Embodiment of this invention. 上側クランパー開口端部からデバイスホールまでの距離によるパッケージキャリア基材の溶融度合いを示す図である。It is a figure which shows the melting degree of the package carrier base material by the distance from an upper clamper opening edge part to a device hole. 本発明の一実施形態に係る冷却水循環システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the cooling water circulation system which concerns on one Embodiment of this invention. （ａ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す上面図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｅ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す上面図である。(A) is sectional drawing which shows the upper clamper which makes a cooling plate contact the upper and lower surfaces of the clamper exterior which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is the upper surface of the clamper exterior which concerns on one Embodiment of this invention. FIG. 5C is a cross-sectional view showing an upper clamper that makes a cooling plate contact with the upper clamper, and FIG. 8C is a top view showing an upper clamper that makes the cooling plate contact with upper and lower surfaces outside the clamper according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an upper clamper that brings a cooling plate into contact with a lower surface outside the clamper according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a top view which shows the upper clamper which contacts. （ａ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却板を接触させる下側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却板を接触させる下側クランパーを示す上面図である。(A) is sectional drawing which shows the lower clamper which makes a cooling plate contact the clamper exterior which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is a cooling plate outside the clamper which concerns on one Embodiment of this invention. It is a top view which shows the lower clamper made to contact. 半導体製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows a semiconductor manufacturing apparatus. フリップチップ実装の機構部を拡大して示す斜面図である。It is a perspective view which expands and shows the mechanism part of flip chip mounting. パッケージキャリアの概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of a package carrier. 従来のＴＣＰにおける接合部の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the junction part in the conventional TCP.

以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（半導体装置の製造装置の構成）
一般的に、半導体チップとパッケージキャリアとを電気的に接続させる方法の一例として、フリップチップ実装が挙げられる。このフリップチップ実装の中の一つに、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）がある。ＴＣＰは液晶駆動用ドライバー半導体チップの実装の際に良く用いられる。本発明は前記ＴＣＰを改良したものである。 (Configuration of semiconductor device manufacturing equipment)
Generally, flip chip mounting is an example of a method for electrically connecting a semiconductor chip and a package carrier. One of the flip chip mounting methods is TCP (Tape Carrier Package). TCP is often used for mounting a liquid crystal driving driver semiconductor chip. The present invention is an improvement of the TCP.

本実施形態では、半導体チップ１０とパッケージキャリア基材１とをフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置および製造方法が提供される。まず、本発明の概略について、従来技術を開示した図１１を参照して説明する。   In this embodiment, a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a semiconductor device are provided by flip-chip mounting the semiconductor chip 10 and the package carrier substrate 1. First, an outline of the present invention will be described with reference to FIG.

図１１は、従来の半導体製造装置１００における、フリップチップ実装の機構部を拡大して示す図である。本発明は従来のＴＣＰと同様に、図１１に示すように、ボンディング用ステージ１１に載置されている半導体チップ１０とパッケージキャリア端子２の位置合わせを行い、半導体チップ端子８とパッケージキャリア端子２を共晶接合するものである。その際、半導体チップ１０とパッケージキャリア端子２の位置合わせを精度良く実施する必要がある。そのために上側クランパー６と下側クランパー７を用いるのが一般的となっている。このクランパーは、パッケージキャリア基材１を上下から挟み込み、押さえる役割を持つ。   FIG. 11 is an enlarged view showing a flip-chip mounting mechanism in the conventional semiconductor manufacturing apparatus 100. In the present invention, as in the conventional TCP, as shown in FIG. 11, the semiconductor chip 10 placed on the bonding stage 11 and the package carrier terminal 2 are aligned, and the semiconductor chip terminal 8 and the package carrier terminal 2 are aligned. Are eutectic bonded. At that time, it is necessary to accurately align the semiconductor chip 10 and the package carrier terminal 2. For this purpose, the upper clamper 6 and the lower clamper 7 are generally used. This clamper has a role of sandwiching and holding the package carrier substrate 1 from above and below.

前述のとおり、クランパーはパッケージキャリア基材１を保持する役割を持つ。したがって、クランパーはパッケージキャリア基材１を保持し、なおかつ連続した接合にも耐える強度が必要である。これに加えて加工性の良さを考慮して、クランパーの材質にはスチール、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅または青銅鋳物を用いている。   As described above, the clamper has a role of holding the package carrier substrate 1. Therefore, the clamper needs to be strong enough to hold the package carrier substrate 1 and to withstand continuous joining. In addition, considering the good workability, the clamper is made of steel, stainless steel, aluminum, titanium, copper, red brass, brass or bronze casting.

パッケージキャリア基材１はスプロケットホール３を有しており、これによってパッケージキャリア基材１を一定方向に移動させる。また、パッケージキャリア基材１とパッケージキャリア端子２は接着剤１２によって接着されている。さらに、パッケージキャリア端子２が接着している側の表面はソルダーレジスト５に覆われている。   The package carrier substrate 1 has a sprocket hole 3, which moves the package carrier substrate 1 in a certain direction. Further, the package carrier substrate 1 and the package carrier terminal 2 are bonded by an adhesive 12. Furthermore, the surface on the side where the package carrier terminal 2 is bonded is covered with the solder resist 5.

本発明における従来技術からの改良点について、図１および図２を参照して以下に説明する。図１は、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の断面を示す図である。図２は、クランパー外部に冷却剤１５を接触させる半導体製造装置６０の断面を示す図である。   Improvements from the prior art in the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a view showing a cross section of a semiconductor manufacturing apparatus 50 that circulates a coolant 15 inside a clamper. FIG. 2 is a view showing a cross section of the semiconductor manufacturing apparatus 60 in which the coolant 15 is brought into contact with the outside of the clamper.

従来のＴＣＰでは、パッケージキャリア基材１としてポリイミド樹脂を使用している。ポリイミド樹脂は、使用温度が４００℃以上であり、耐熱性を有する。このため、３００℃程度の温度を端子部に印加したとしても、ポリイミド樹脂はその熱に耐えることができる。   In the conventional TCP, a polyimide resin is used as the package carrier substrate 1. The polyimide resin has a use temperature of 400 ° C. or higher and has heat resistance. For this reason, even if a temperature of about 300 ° C. is applied to the terminal portion, the polyimide resin can withstand the heat.

ポリイミド樹脂以外のプラスチックとして、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリアミド樹脂が挙げられる。特にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）は、ガラス転移点温度が２８０℃以下であり、ポリイミド樹脂と比較して耐熱性に劣る。これらをパッケージキャリア基材１として使用した場合、共晶接合時にボンディング用ツール９の熱がパッケージキャリア端子２に伝わることによって、基材が変形、溶融もしくは焼失してしまう。本発明はこれを防止することを目的に、冷却機構を有するクランパーを用いていることを特徴とする。   Examples of the plastic other than the polyimide resin include polyethylene resin, polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, and polyamide resin. In particular, PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate) have a glass transition temperature of 280 ° C. or lower, and are inferior in heat resistance as compared with polyimide resins. When these are used as the package carrier substrate 1, the heat of the bonding tool 9 is transmitted to the package carrier terminal 2 during eutectic bonding, so that the substrate is deformed, melted, or burned out. The present invention is characterized by using a clamper having a cooling mechanism for the purpose of preventing this.

冷却機構の装着例について、以下に説明する。図１の例では、冷却機構は、上側クランパー６’および下側クランパー７’内部に冷却剤１５を循環させる形をとる。図２の例では、上側クランパー６および下側クランパー７外部に冷却剤１５を接触させる形をとる。こうしてクランパーが冷却機構を持つことにより、両クランパーによって挟まれるパッケージキャリア基材１を、ガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却する。この結果、パッケージキャリア基材１の変形、溶融もしくは焼失を防止することができる。なお、冷却機構は上側クランパーおよび下側クランパーの少なくともいずれかに備えられていればよい。両方に備えられていれば、パッケージキャリア基材１の冷却効果をより高められるので好ましい。   An example of mounting the cooling mechanism will be described below. In the example of FIG. 1, the cooling mechanism takes the form of circulating the coolant 15 inside the upper clamper 6 'and the lower clamper 7'. In the example of FIG. 2, the coolant 15 is brought into contact with the outside of the upper clamper 6 and the lower clamper 7. The clamper thus has a cooling mechanism, whereby the package carrier substrate 1 sandwiched between the clampers is cooled to a glass transition temperature (Tg) or lower. As a result, deformation, melting, or burning of the package carrier substrate 1 can be prevented. The cooling mechanism may be provided in at least one of the upper clamper and the lower clamper. If it is provided in both, the cooling effect of the package carrier substrate 1 can be further enhanced, which is preferable.

（冷却剤を循環するクランパーの構成）
以下に、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の実施例について、図３および図４を参照して説明する。図３（ａ）は、従来の上側クランパー６断面を示す図である。図４（ａ）は、従来の下側クランパー７の断面を示す図である。図３（ｂ）は、内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’の断面を示す図である。図４（ｂ）は、内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパー７’の断面を示す図である。図３（ｄ）は、内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’の上面を示す図である。図４（ｄ）は、内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパー７’の上面を示す図である。 (Configuration of clamper circulating coolant)
Hereinafter, an embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus 50 for circulating the coolant 15 inside the clamper will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3A is a view showing a cross section of a conventional upper clamper 6. FIG. 4A is a view showing a cross section of a conventional lower clamper 7. FIG. 3B is a diagram showing a cross-section of the upper clamper 6 ′ that circulates the coolant 15 therein. FIG. 4B is a view showing a cross section of the lower clamper 7 ′ in which the coolant 15 is circulated. FIG. 3D is a diagram showing the upper surface of the upper clamper 6 ′ that circulates the coolant 15 therein. FIG. 4D is a view showing the upper surface of the lower clamper 7 ′ in which the coolant 15 is circulated.

図３（ｂ）に示すように、上側クランパー６’のクランプ部分の厚みを従来の上側クランパー６より薄くすることによって、内部に冷却剤１５を循環できるスペースを確保する。確保したスペースは、厚さ１００μｍ程度の金属板１６によって覆われており、冷却剤を保持する容器を成している。この金属板１６の材質は、熱伝導性の優れた銅、ステンレスまたはアルミ材を用いるのが良い。パッケージキャリア基材１を上から押さえ付けることに対する耐久性を考慮すると、鉄等も防錆処理を施せば十分使用できる。使用する環境および冷却剤に合わせて、腐食、耐久性を考慮して材質を選定することが望ましい。   As shown in FIG. 3 (b), the thickness of the clamp portion of the upper clamper 6 'is made thinner than that of the conventional upper clamper 6, thereby ensuring a space in which the coolant 15 can circulate. The secured space is covered with a metal plate 16 having a thickness of about 100 μm and forms a container for holding the coolant. The metal plate 16 is preferably made of copper, stainless steel or aluminum having excellent thermal conductivity. In consideration of durability against pressing the package carrier substrate 1 from above, iron or the like can be sufficiently used if it is subjected to rust prevention treatment. It is desirable to select materials in consideration of corrosion and durability according to the environment and coolant used.

一方、下側クランパー７’はパッケージキャリア基材１を保持する際、基材と接触する面積は上側クランパー６，６’と比べて大きい。なおかつ基材と接触する部分は、１００μｍ程度の薄い構造をしているため、冷却剤１５を循環するスペースを端子同士の接合部分の近傍に設けることが困難である。そのため、図４（ｂ）に示すように、冷却剤を循環するスペースを下側クランパー７’の厚みがある部分に形成している。こうすることで、熱伝導によりパッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却している。   On the other hand, when the lower clamper 7 'holds the package carrier substrate 1, the area in contact with the substrate is larger than that of the upper clampers 6 and 6'. In addition, since the portion in contact with the base material has a thin structure of about 100 μm, it is difficult to provide a space for circulating the coolant 15 in the vicinity of the joint portion between the terminals. Therefore, as shown in FIG. 4B, a space for circulating the coolant is formed in a portion where the lower clamper 7 'is thick. By doing so, the package carrier substrate 1 is cooled to a glass transition temperature (Tg) or lower by heat conduction.

次に、冷却剤１５を循環させるスペースを設けた上側クランパー６’の構造について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、従来の上側クランパー６の開口部を示す図である。図５（ｂ）は、本発明における上側クランパー６’の開口部を示す図である。図６は、上側クランパー開口端部１８からデバイスホール４までの距離によるパッケージキャリア基材１の溶融度合いについて説明する図である。これはボンディング用ツール温度が５２０℃、接合時間が０．８秒およびツール押下接合圧力が７３Ｎの条件下で共晶接合を行った場合である。図に示す２０は、本発明における上側クランパー６’を用いた場合を示し、２２は、従来の上側クランパー６を用いた場合を示す。   Next, the structure of the upper clamper 6 'provided with a space for circulating the coolant 15 will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a view showing an opening of a conventional upper clamper 6. FIG.5 (b) is a figure which shows the opening part of the upper clamper 6 'in this invention. FIG. 6 is a diagram for explaining the degree of melting of the package carrier substrate 1 depending on the distance from the upper clamper opening end 18 to the device hole 4. This is a case where eutectic bonding is performed under the conditions of a bonding tool temperature of 520 ° C., a bonding time of 0.8 seconds, and a tool pressing bonding pressure of 73 N. 20 shows the case where the upper clamper 6 'according to the present invention is used, and 22 shows the case where the conventional upper clamper 6 is used.

まず上側クランパー６’の開口サイズについて詳細に説明する。図５（ａ）に示すように、従来の上側クランパー６では、パッケージキャリア基材１のデバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が０．８９ｍｍである。図６に示すように、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が小さいほど、パッケージキャリア基材１の溶融度合いが低い。言いかえると、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が小さいほど、上側クランパー６’の冷却面積が増加し、パッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却しやすくなる。したがって、本発明における上側クランパー６’は、図５（ｂ）に示すようにその距離を０．２１ｍｍまで縮小している。なお、この距離は０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍの範囲にあればよい。   First, the opening size of the upper clamper 6 'will be described in detail. As shown in FIG. 5A, in the conventional upper clamper 6, the distance from the device hole 4 of the package carrier substrate 1 to the upper clamper opening end 18 is 0.89 mm. As shown in FIG. 6, the smaller the distance from the device hole 4 to the upper clamper opening end 18, the lower the degree of melting of the package carrier substrate 1. In other words, the smaller the distance from the device hole 4 to the upper clamper opening end 18, the larger the cooling area of the upper clamper 6 ′, and the easier it is to cool the package carrier substrate 1 to the glass transition temperature (Tg) or lower. Become. Therefore, the upper clamper 6 'according to the present invention has its distance reduced to 0.21 mm as shown in FIG. In addition, this distance should just exist in the range of 0.00mm-0.21mm.

続いて冷却剤１５の循環方法について図７を参照して説明する。図７は、冷却水循環システムの概略を示す図である。   Next, a method for circulating the coolant 15 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing an outline of the cooling water circulation system.

循環方法として循環配管内の窒素ガスの圧力差によるベンチュリ効果を利用して、冷却剤１５を循環させる方式をとる。冷却剤１５として冷却水２６を用いた例を以下に示す。図７に示すように、冷却水２６を容器２４に入れ、冷却水循環流量が１２５ｃｃ／分、冷却水温度が常温、および窒素ガス供給量が３０ｌ／分の循環条件の下では、十分な冷却効果を得ることができた。また、冷却剤循環用配管１３は冷却剤の導入、排出および循環用に最低２箇所以上の入排水口を有していることが望まれる。さらには、配管径は内径４ｍｍ以上とするのが望ましい。冷却剤１５の循環方法は、前述の窒素ガスの圧力差を利用する方法以外に、市販の恒温循環ポンプを利用することもできる。このように、クランパーの温度を一定に保持することが可能であれば、本発明に適用される循環システムはその循環方法に制約を持たない。また、循環する冷却剤１５は蒸留水および純水等の水に限らず、エチレングリコール等の不凍液も使用できる。   As a circulation method, a method is used in which the coolant 15 is circulated by utilizing the venturi effect due to the pressure difference of nitrogen gas in the circulation pipe. An example in which the cooling water 26 is used as the coolant 15 is shown below. As shown in FIG. 7, the cooling water 26 is put in the container 24, and the cooling effect is sufficient under the circulation conditions where the cooling water circulation flow rate is 125 cc / min, the cooling water temperature is normal temperature, and the nitrogen gas supply rate is 30 l / min. Could get. The coolant circulation pipe 13 is desirably provided with at least two inlet / outlet ports for introducing, discharging and circulating the coolant. Furthermore, the pipe diameter is desirably 4 mm or more. As a circulation method of the coolant 15, a commercially available constant temperature circulation pump can be used in addition to the above-described method using the pressure difference of the nitrogen gas. Thus, if it is possible to keep the temperature of the clamper constant, the circulation system applied to the present invention has no restriction on the circulation method. The circulating coolant 15 is not limited to water such as distilled water and pure water, and an antifreeze such as ethylene glycol can also be used.

（冷却剤を貯蔵させるクランパーの構成）
以上、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の実施例を示した。クランパーに冷却機構を持たせる目的であれば、クランパー内部に冷却剤１５を循環させず、貯蔵させる方法を採用しても良い。この例を、図３および図４に示す。図３（ｃ）は、内部に冷却剤１５を貯蔵させる上側クランパー６”の断面を示す図である。図４（ｃ）は、内部に冷却剤１５を貯蔵させる下側クランパー７”の断面を示す図である。 (Configuration of clamper for storing coolant)
The embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus 50 that circulates the coolant 15 inside the clamper has been described above. For the purpose of providing the clamper with a cooling mechanism, a method of storing the coolant 15 without circulating the coolant 15 inside the clamper may be employed. This example is shown in FIG. 3 and FIG. FIG. 3C is a view showing a cross section of the upper clamper 6 ″ for storing the coolant 15 therein. FIG. 4C is a cross section of the lower clamper 7 ″ for storing the coolant 15 therein. FIG.

冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’と同様に、図３（ｃ）に示すように、上側クランパー６”のクランプ部分の厚みを薄くすることによって、冷却剤１５を貯蔵するスペースを確保している。また、下側クランパー７”においても下側クランパー７’と同様に、図４（ｃ）に示すように、冷却剤を貯蔵するスペースを下側クランパー７”の厚みがある部分に形成している。また、上側クランパー６”の開口サイズは上側クランパー６’と同様に、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離を０．２１ｍｍとしている。   Similar to the upper clamper 6 ′ that circulates the coolant 15, as shown in FIG. 3C, a space for storing the coolant 15 is secured by reducing the thickness of the clamp portion of the upper clamper 6 ″. Also, in the lower clamper 7 ″, similarly to the lower clamper 7 ′, as shown in FIG. 4C, a space for storing the coolant is formed in a portion where the thickness of the lower clamper 7 ″ is present. In addition, the opening size of the upper clamper 6 ″ is 0.21 mm from the device hole 4 to the upper clamper opening end 18 similarly to the upper clamper 6 ′.

この際、使用する冷却剤１５は、前述のとおり蒸留水および純水等の水に限らず、エチレングリコール等の不凍液も使用できる。   At this time, the coolant 15 to be used is not limited to water such as distilled water and pure water as described above, and an antifreeze such as ethylene glycol can also be used.

また、上側クランパー６”に用いる金属板１６は、上側クランパー６’と同様に、熱伝導性の優れた銅、ステンレス、アルミ材または防錆処理を施した鉄等を用いる。前述したとおり、使用する環境および冷却剤に合わせて、腐食、耐久性を考慮して材質を選定することが望ましい。   Further, the metal plate 16 used for the upper clamper 6 ″ is made of copper, stainless steel, aluminum material having excellent thermal conductivity, iron subjected to rust prevention treatment, or the like, as with the upper clamper 6 ′. It is desirable to select materials in consideration of corrosion and durability according to the environment and coolant to be used.

（冷却剤を外部に装着するクランパーの構成）
次にクランパー外部に冷却剤１５を接触させる半導体製造装置６０の実施例を説明する。実施例として、冷却板をクランパー外部に接触させることで、クランパーを冷却する場合を図８および図９を参照して示す。図８（ａ）は、上側クランパー６のクランプ面に上側クランパー下面用冷却板１４’と、それに対して反対側の上面に上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｂ）は、上側クランパー６のクランプ面に対して反対側の上面のみに上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｃ）は、上側クランパー６のクランプ面に対して反対側の上面のみに上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの上面を示す図である。図８（ｄ）は、上側クランパー６のクランプ面のみに上側クランパー下面用冷却板１４’を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｅ）は、上側クランパー６のクランプ面のみに上側クランパー下面用冷却板１４’を装着した時のクランパーの上面を示す図である。図９（ａ）は、冷却板を装着した下側クランパー７の断面を示す図である。図９（ｂ）は、下側クランパー下面用冷却板１７を装着した下側クランパー７の上面を示す図である。 (Configuration of clamper to mount coolant externally)
Next, an embodiment of the semiconductor manufacturing apparatus 60 that contacts the coolant 15 outside the clamper will be described. As an embodiment, a case where the clamper is cooled by bringing the cooling plate into contact with the outside of the clamper will be described with reference to FIGS. FIG. 8A is a view showing a cross section of the clamper when the upper clamper lower surface cooling plate 14 ′ is mounted on the clamp surface of the upper clamper 6 and the upper clamper upper surface cooling plate 14 is mounted on the upper surface opposite to the upper clamper lower surface cooling plate 14 ′. It is. FIG. 8B is a view showing a cross section of the clamper when the upper clamper upper surface cooling plate 14 is attached only to the upper surface opposite to the clamp surface of the upper clamper 6. FIG. 8C is a diagram showing the upper surface of the clamper when the upper clamper upper surface cooling plate 14 is attached only to the upper surface opposite to the clamp surface of the upper clamper 6. FIG. 8D is a view showing a cross section of the clamper when the upper clamper lower surface cooling plate 14 ′ is attached only to the clamp surface of the upper clamper 6. FIG. 8E is a view showing the upper surface of the clamper when the upper clamper lower surface cooling plate 14 ′ is attached only to the clamp surface of the upper clamper 6. FIG. 9A is a view showing a cross section of the lower clamper 7 fitted with a cooling plate. FIG. 9B is a view showing the upper surface of the lower clamper 7 on which the lower clamper lower surface cooling plate 17 is mounted.

図８（ａ）、（ｂ）および（ｄ）に示したとおり、上側クランパー６において、冷却板をクランプ面とそれに対して反対側の上面の２面に装着した場合、クランプ面に対して反対側の上面のみに装着した場合、およびクランプ面のみに装着した場合とが可能である。この際、上側クランパー開口端部１８とボンディング用ツール９との接触マージンの確保のため、冷却板を上側クランパー開口端部１８の端まで被せない構造をしている。また、上側クランパー６の開口サイズは従来のクランパーと同様に、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離を０．８９ｍｍとしている。冷却板と上側クランパー開口端部１８の距離は、上側クランパー６の角度および冷却板の厚さにより調節しなければならない。クランプ面においては、連続フリップチップ実装による冷却板の表面凸凹または薄肉化等の変形が起こる可能性がある。このことから、平行度を保つために冷却板をクランプ部分の斜面部分にのみに装着している。この際、冷却板は平ネジによって装着している。   As shown in FIGS. 8 (a), (b) and (d), in the upper clamper 6, when the cooling plate is mounted on the clamp surface and the upper surface opposite to the clamp surface, it is opposite to the clamp surface. It is possible to attach only to the upper surface of the side and to attach only to the clamp surface. At this time, in order to secure a contact margin between the upper clamper opening end 18 and the bonding tool 9, the cooling plate is not covered to the end of the upper clamper opening end 18. Further, the opening size of the upper clamper 6 is set to 0.89 mm from the device hole 4 to the upper clamper opening end 18 similarly to the conventional clamper. The distance between the cooling plate and the upper clamper opening end 18 must be adjusted by the angle of the upper clamper 6 and the thickness of the cooling plate. On the clamp surface, there is a possibility that deformation such as surface unevenness or thinning of the cooling plate due to continuous flip chip mounting may occur. For this reason, in order to maintain parallelism, the cooling plate is attached only to the slope portion of the clamp portion. At this time, the cooling plate is attached with a flat screw.

一方、下側クランパー７において、冷却板を下側クランパー７とパッケージキャリア基材１との接触面に装着すると、接触面の平坦性やクランパーの保持精度が落ちてしまう。このため、図９（ａ）に示すように、下側クランパー７はパッケージキャリア基材１との非接触面に冷却板１７を装着させる構造を成す。この際、熱伝導によってパッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却している。冷却板は、上側クランパー６と同様に、平ネジによって装着している。   On the other hand, in the lower clamper 7, if the cooling plate is mounted on the contact surface between the lower clamper 7 and the package carrier substrate 1, the flatness of the contact surface and the holding accuracy of the clamper are lowered. For this reason, as shown in FIG. 9A, the lower clamper 7 has a structure in which the cooling plate 17 is mounted on the non-contact surface with the package carrier substrate 1. At this time, the package carrier substrate 1 is cooled to a glass transition temperature (Tg) or lower by heat conduction. Similar to the upper clamper 6, the cooling plate is attached with a flat screw.

冷却板の冷却方法としては、冷却板から直接引き回されて延長した冷却板の一端を冷却（放熱）する。この際、一定の温度に保たれた水、液体窒素に浸液もしくはドライエアーを吹き付けて冷却（放熱）させる構造をとる。あるいは、特に冷却機構を持たせずに、冷却板の熱伝導によって冷却（放熱）する方法を採用しても良い。いずれもクランパー本体を熱伝導によって冷却することを目的としている。このため、冷却板は高い熱伝導性が求められる。よって、材質には銅などの金属またはＳＵＳなどの金属合金を用いればよい。   As a cooling method of the cooling plate, one end of the cooling plate extended directly by being drawn from the cooling plate is cooled (heat radiation). At this time, a structure is adopted in which immersion or dry air is sprayed on water or liquid nitrogen kept at a constant temperature to cool (heat radiation). Or you may employ | adopt the method of cooling (heat radiation) by the heat conduction of a cooling plate, without having especially a cooling mechanism. Both are intended to cool the clamper body by heat conduction. For this reason, the cooling plate is required to have high thermal conductivity. Therefore, the material may be a metal such as copper or a metal alloy such as SUS.

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment (example), the invention is not limited to the embodiment (example), and departs from the gist thereof. It goes without saying that various changes can be made within the range not to be performed.

本発明に係る半導体装置の製造装置は、例えばＴＣＰを採用する半導体製造装置として利用できる。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention can be used as a semiconductor manufacturing apparatus employing TCP, for example.

１ パッケージキャリア基材
２ パッケージキャリア端子
３ スプロケットホール
４ デバイスホール
５ ソルダーレジスト
６ 上側クランパー
６’ 循環型冷却機構付の上側クランパー
６” 貯蔵型冷却機構付の上側クランパー
７ 下側クランパー
７’ 循環型冷却機構付の下側クランパー
７” 貯蔵型冷却機構付の下側クランパー
８ 半導体チップ端子
９ ボンディング用ツール
１０ 半導体チップ
１１ ボンディング用ステージ
１２ 接着剤
１３ 冷却剤循環用配管（冷却機構）
１４ 上側クランパー上面用の冷却板
１４’ 上側クランパー下面用の冷却板
１５ 冷却剤（冷却機構）
１６ 金属板（冷却機構）
１７ 下側クランパー下面用の冷却板（冷却機構）
１８ 上側クランパー開口端部
５０ 半導体製造装置（製造装置）
６０ 半導体製造装置（製造装置）
１００ 従来の半導体製造装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Package carrier base material 2 Package carrier terminal 3 Sprocket hole 4 Device hole 5 Solder resist 6 Upper clamper 6 'Upper clamper 6' with circulation type cooling mechanism Upper clamper 7 with storage type cooling mechanism Lower clamper 7 'Circulation type cooling Lower clamper 7 ”with mechanism Lower clamper 8 with storage cooling mechanism Semiconductor chip terminal 9 Bonding tool 10 Semiconductor chip 11 Bonding stage 12 Adhesive 13 Coolant circulation pipe (cooling mechanism)
14 Cooling plate 14 'for upper clamper upper surface Cooling plate 15 for upper clamper lower surface Coolant (cooling mechanism)
16 Metal plate (cooling mechanism)
17 Cooling plate for lower clamper bottom surface (cooling mechanism)
18 Upper clamper opening end 50 Semiconductor manufacturing equipment (manufacturing equipment)
60 Semiconductor manufacturing equipment (manufacturing equipment)
100 Conventional semiconductor manufacturing equipment

Claims (9)

半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち、少なくとも前記下側クランパーの外部に冷却機構が接触する形で備えられており、
前記下側クランパーにおいて、前記パッケージキャリア基材と接触しない面に前記冷却機構が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 In a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by flip-chip mounting a semiconductor chip on a package carrier substrate,
Among the upper clamper and the lower clamper sandwiching the package carrier base material , at least the lower clamper is provided with a cooling mechanism in contact with the outside,
The apparatus for manufacturing a semiconductor device , wherein the cooling mechanism is provided on a surface of the lower clamper that does not contact the package carrier substrate . 前記上側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。 In the upper clamper, a distance from an end of an opening provided to join the package carrier terminal and the semiconductor chip terminal to an end of the device hole of the package carrier base is set to 0.00 mm to 0.21 mm. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the apparatus has a structure. 前記下側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。 The lower clamper is configured such that a distance from an end of an opening provided to join a package carrier terminal and a semiconductor chip terminal to an end of a device hole of the package carrier base is 0.00 mm to 0.21 mm. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the semiconductor device manufacturing apparatus has a structure as described above. 前記冷却機構は、金属または金属合金の板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。 2. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the cooling mechanism is a metal or metal alloy plate. 前記冷却機構は、前記上側クランパーおよび前記下側クランパーの両方にそれぞれ備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。 The cooling mechanism, apparatus for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that provided respectively on both of the upper clamper and the lower clamper. 前記上側クランパーおよび前記下側クランパーのうち少なくともいずれかは、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅、および青銅鋳物のうちいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。 The at least one of the upper clamper and the lower clamper is made of any one of steel, stainless steel, aluminum, titanium, copper, red brass, brass, and bronze casting. apparatus for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1-5. 前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリイミド樹脂のうち少なくともいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。 The said package carrier base material is comprised by at least any one among polyethylene resin, polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, polyamide resin, and polyimide resin, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The manufacturing apparatus of the semiconductor device as described in 2. above. 前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装置。 8. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , wherein the package carrier substrate is made of polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate. 半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造方法において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち、少なくとも前記下側クランパーの外部に冷却機構が接触する形で備えられており、
前記下側クランパーにおいて、前記パッケージキャリア基材と接触しない面に前記冷却機構が設けられていることを特徴とする製造方法。
In a manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by flip-chip mounting a semiconductor chip on a package carrier substrate,
Among the upper clamper and the lower clamper sandwiching the package carrier base material , at least the lower clamper is provided with a cooling mechanism in contact with the outside,
In the lower clamper, the cooling mechanism is provided on a surface that does not come into contact with the package carrier base material .
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