JP6018670B2 - ダイボンディング装置、および、ダイボンディング方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ダイボンディング装置、コレット、および、ダイボンディング方法に関する。

従来技術では、薄厚チップをダイボンディングする際、チップ中央部が凸状のコレットでチップを吸引吸着し、チップ中央部から外側に向かって加圧を徐々に広げて行う。これにより、ボイドなどによる接着不良を解決している。

しかし、上記形状のコレットでは、チップ端まで加圧して圧着するために高荷重が必要であり、荷重不足でチップ端まで加圧できないと接着不良が発生する懸念がある。

さらにチップサイズが大きくなるに伴いコレットサイズも大きくする場合は、より高荷重が必要となる。

一般的なダイボンディング装置の荷重の仕様は、最大１０〜３０Ｎである。したがって、チップの高容量化に伴うチップサイズの増大化により、前記一般装置では荷重が足りずに接着不良が発生する。

また、チップ端まで加圧するためには高荷重が必要である。しかし、荷重が大きくなるとチップ中央部の面圧が大きくなり、ダイボンディングするチップや基板、基板上に積層したチップにダメージを与える。さらに、ダイボンディングする基板を配置するステージ部の負荷が大きくなり、ステージの耐久性に支障を来す可能性がある。

昨今のチップの巨大化傾向に対応するためには、低荷重で接着性が良好なダイボンディング方法が必要である。

特開２００３−２０３９６４

可撓性基板と半導体素子とを固定する接着剤のボイドの発生および半導体素子に対するメージを抑制しつつ、可撓性基板上に半導体素子をダイボンディングすることが可能なダイボンディング装置、コレット、および、ダイボンディング方法を提供する。

実施例に従ったダイボンディング装置は、長方形の形状を有する第１の半導体素子を可撓性基板にダイボンディングするためのダイボンディング装置である。ダイボンディング装置は、前記基板を上面に載置するステージを備える。ダイボンディング装置は、前記ステージの上面に平行な長方形の断面を有し、長方形の前記断面の長辺に平行な線に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部を有し、前記第１の半導体素子の上面を前記凸部の表面に吸着するコレットを備える。ダイボンディング装置は、前記コレットの前記凸部が下方を向くように保持し、前記コレットを前記ステージ上の所定の位置で、前記コレットに対して所定の圧力を印加可能なホルダと、を備える。

前記第１の半導体素子の長辺方向が前記コレットの前記断面の長辺方向に平行になるよに、前記第１の半導体素子の上面を前記コレットの前記凸部の表面に吸着する。

前記ステージの上面に載置された前記基板の上面に、接着材を介して、前記第１の半導体素子の下面を対向させる。

前記第１の半導体素子の下面と前記基板の上面とが前記接着材を介して当接した状態で、前記コレットに対して前記ホルダにより上方から印加する圧力を徐々に増加して前記コレットの前記凸部を変形させることにより、前記第１の半導体素子の下面全体が前記接着材を介して前記基板の上面に接着する。

図１は、実施例１に係るダイボンディング装置１００の構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すダイボンディング装置１００を長辺方向Ｙから見た側面図である。 図３は、図１に示すダイボンディング装置１００のコレット２を凸部側から見た構成を示す平面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。 図５は、実施例１のダイボンディング装置１００によるダイボンディング方法の工程の一例を示す断面図である。 図６は、コレット２の凸部の段差の大きさ、荷重、および、ボイド発生状況の関係を測定した結果の一例を示す図である。 図７は、実施例２に係るコレット２を凸部側から見た構成を示す平面図である。 図８は、図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。 図９は、実施例３に係るコレット２を凸部側から見た構成を示す平面図である。 図１０は、図９のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。 図１１は、図９のＤ−Ｄ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。

以下、各実施例について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係るダイボンディング装置１００の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示すダイボンディング装置１００を長辺方向Ｙから見た側面図である。また、図３は、図１に示すダイボンディング装置１００のコレット２を凸部側から見た構成を示す平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。

図１および図２に示すように、ダイボンディング装置１００は、長方形の形状を有する第１の半導体素子５を基板４にダイボンディングするようになっている。

このダイボンディング装置１００は、ステージ１と、コレット２と、ホルダ３と、を備える。

ステージ１は、基板４を上面に載置するようになっている。このステージ１は、例えば、基板４を載置した状態で所定の位置に移動可能になっている。なお、この基板４は、例えば、上面に配線が形成された可撓性基板、または、第１の半導体素子５とは別の第２の半導体素子である。

コレット２は、ステージ１の上面１ａに平行な長方形の断面を有する。この長方形の断面は、第１の方向（長辺方向）Ｙの長辺２ｙと、第２の方向（短辺方向）Ｚの短辺２ｚを有する。

そして、図１ないし図３に示すように、コレット２は、この長方形の断面の長辺２ｙに平行な線に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部２ｘを有する。

この凸部の段差ｄ（図４）は、例えば、後述のように、０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲に設定される。なお、この凸部２ｘの段差ｄは、凸部２ｘの端部と凸部２ｘの中央部（頂点）との間の高度差を意味する。

このコレット２は、例えば、ショアＡ硬さＨａ５０〜ショアＡ硬さＨａ１００の硬度を有する天然ゴム又は合成ゴムを主体とするゴム弾性体からなる。なお、このショアＡ硬さは、ＩＳＯ８６８に準拠する。

また、コレット２は、第１の半導体素子５の上面を凸部２ｘの表面２ａに吸着するようになっている。

例えば、コレット２には、コレット２の表面２ａから裏面に貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。そして、ホルダ３からこの貫通孔の空気を吸引することにより、表面２ａに当接された第１の半導体素子５を吸着することができるようになっている。

また、コレット２は、第１の半導体素子５の中心（重心）が凸部２ｘの表面の中心近傍に位置するように、第１の半導体素子５を吸着する。

なお、ダイボンディングされる第１の半導体素子５の厚みは、例えば、５０μｍ以下に設定される。また、第１の半導体素子５のサイズは、例えば、７ｍｍ×７ｍｍ以上である。第１の半導体素子５のこれらの条件では、後述の効果が特に顕著になる。

ホルダ３は、コレット２の凸部２ｘが下方を向くように保持し、コレット２をステージ１上の所定の位置で、コレット２に対して所定の圧力を印加可能になっている。また、既述のように、このホルダ３には、通気口３ａが設けられており、吸引手段（図示せず）により、この通気口３ａを介してコレット２の該貫通孔の空気を吸引するようになっている。

なお、コレット２を保持するホルダ３を搬送手段（図示せず）により搬送することにより、コレット２を所定の位置に移動させることができるようになっている。

次に、以上のような構成を有するダイボンディング装置１００によるダイボンディング方法の一例について説明する。

図５は、実施例１のダイボンディング装置１００によるダイボンディング方法の工程の一例を示す断面図である。

先ず、第１の半導体素子５の長辺方向がコレット２の該断面の長辺方向に平行になるように、第１の半導体素子５の上面をコレット２の凸部２ｘの表面２ａに吸着する。

次に、既述の図２に示すように、ステージ１の上面１ａに載置された基板４の上面４ａに、接着材（図示せず）を介して、第１の半導体素子５の下面５ａを対向させる。

最後に、図５に示すように、第１の半導体素子５の下面５ａと基板４の上面４ａとが接着材を介して当接した状態で、コレット２に対してホルダ３により上方から印加する圧力を徐々に増加してコレット２の凸部２ｘを変形させる。すなわち、凸部２ｘから第１の半導体素子５に徐々に加圧が広がる。

これにより、第１の半導体素子５の下面５ａ全体が接着材を介して基板４の上面４ａに接着される。

また、従来のコレットと比較すると、コレットの凸部からチップ端までの距離が短いため、本実施例のコレット２ではより小さい荷重で、チップ端まで加圧し圧着できる。

これにより、ボイドなどの接着不良が発生しない必要荷重の低圧化により、半導体素子の受けるダメージやステージの繰り返し負荷の低減の効果がある。

ここで、コレットの凸部の段差の大きさ、荷重、および、ボイド発生状況の関係について検討する。

図６は、コレット２の凸部２Ｘの段差の大きさ、荷重、および、ボイド発生状況の関係を測定した結果の一例を示す図である。なお、既述のように、コレット２の凸部２ｘの段差ｄは、凸部２ｘの端部と凸部２ｘの中央部（頂点）との間の高度差を意味する。

図６に示すように、荷重が２５Ｎ以上の場合、凸部２ｘの段差ｄが０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲で、ボイドが発生していない結果が得られた。

そこで、既述のように、凸部２ｘの段差ｄを０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲に設定することにより、ボイドの発生を抑制する効果がより顕著になるといえる。

以上のように、本実施例１に係るダイボンディング装置によれば、可撓性基板と半導体素子とを固定する接着剤のボイドの発生および半導体素子に対するダメージを抑制しつつ、可撓性基板上に半導体素子をダイボンディングすることができる。

既述の実施例１では、コレットの凸部が長辺に平行な線に沿って延在する構成の一例について、説明した。

本実施例２においては、コレットの凸部が長方形の断面の対角を結ぶ線分に沿って延在する構成の一例について、説明する。

なお、本実施例２が適用されるダイボンディング装置の全体的な構成は、図１、図２に示すダイボンディング装置１００と同様である。

図７は、実施例２に係るコレット２を凸部２Ｘ側から見た構成を示す平面図である。また、図８は、図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。

図７および図８に示すように、コレット２は、実施例１と同様に、ステージ１の上面１ａに平行な長方形の断面を有する。この長方形の断面は、第１の方向（長辺方向）Ｙの長辺２ｙと、第２の方向（短辺方向）Ｚの短辺２ｚを有する。そして、図７および図８に示すように、コレット２は、この長方形の断面の対角２ｓ、２ｔを結ぶ線分に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部２ｘを有する。該線分は、図７に示すように、ステージ１側から見て直線状になっている。

また、この凸部の段差ｄ（図８）は、例えば、実施例１と同様に、０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲に設定される。なお、この凸部２ｘの段差ｄは、凸部２ｘの端部と凸部２ｘの中央部（頂点）との間の高度差を意味する。

また、コレット２は、実施例１と同様に、第１の半導体素子５の上面を凸部２ｘの表面２ａに吸着するようになっている。

また、実施例１と同様に、コレット２には、コレット２の表面２ａから裏面に貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。そして、ホルダ３からこの貫通孔の空気を吸引することにより、表面２ａに当接された第１の半導体素子５を吸着することができるようになっている。

また、実施例１と同様に、コレット２は、第１の半導体素子５の中心（重心）が凸部２ｘの表面の中心近傍に位置するように、第１の半導体素子５を吸着する。

なお、実施例２に係るダイボンディング装置のその他の構成は、図１、図２に示す実施例１と同様である。

以上のような構成を有する実施例２に係るダイボンディング装置によるダイボンディング方法は、実施例１と同様である。

すなわち、先ず、第１の半導体素子５の長辺方向がコレット２の該断面の長辺方向に平行になるように、第１の半導体素子５の上面をコレット２の凸部２ｘの表面２ａに吸着する。

次に、既述の図２に示すように、ステージ１の上面１ａに載置された基板４の上面４ａに、接着材（図示せず）を介して、第１の半導体素子５の下面５ａを対向させる。

最後に、図５に示すように、第１の半導体素子５の下面５ａと基板４の上面４ａとが接着材を介して当接した状態で、コレット２に対してホルダ３により上方から印加する圧力を徐々に増加してコレット２の凸部２ｘを変形させる。すなわち、凸部２ｘの対角２ｓ、２ｔを結ぶ線分の領域から第１の半導体素子５に徐々に加圧が広がる。

これにより、第１の半導体素子５の下面５ａ全体が接着材を介して基板４の上面４ａに接着される。

また、従来のコレットと比較すると、コレットの凸部からチップ端までの距離が短いため、本実施例のコレット２ではより小さい荷重で、チップ端まで加圧し圧着できる。

これにより、ボイドなどの接着不良が発生しない必要荷重の低圧化により、半導体素子の受けるダメージやステージの繰り返し負荷の低減の効果がある。

以上のように、本実施例２に係るダイボンディング装置によれば、実施例１と同様に、可撓性基板と半導体素子とを固定する接着剤のボイドの発生および半導体素子に対するダメージを抑制しつつ、可撓性基板上に半導体素子をダイボンディングすることができる。

本実施例３においては、コレットの凸部が長方形の断面の対角を結ぶ線分に沿って延在する構成の他の例について、説明する。

なお、本実施例３が適用されるダイボンディング装置の全体的な構成は、図１、図２に示すダイボンディング装置１００と同様である。

図９は、実施例３に係るコレット２を凸部側から見た構成を示す平面図である。また、図１０は、図９のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。また、図１１は、図９のＤ−Ｄ線に沿ったコレット２の断面の一例を示す断面図である。

図９ないし図１１に示すように、コレット２は、実施例１と同様に、ステージ１の上面１ａに平行な長方形の断面を有する。この長方形の断面は、第１の方向（長辺方向）Ｙの長辺２ｙと、第２の方向（短辺方向）Ｚの短辺２ｚを有する。そして、図９ないし図１１に示すように、コレット２は、この長方形の断面の対角２ｓ、２ｔを結ぶ線分に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部２ｘを有する。該線分は、図に示すように、ステージ１側から見て略Ｓ字状になっている。

また、この凸部の段差ｄ（図８）は、例えば、実施例１と同様に、０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲に設定される。なお、この凸部２ｘの段差ｄは、凸部２ｘの端部と凸部２ｘの中央部（頂点）との間の高度差を意味する。

また、コレット２は、実施例１と同様に、第１の半導体素子５の上面を凸部２ｘの表面２ａに吸着するようになっている。

また、実施例１と同様に、コレット２には、コレット２の表面２ａから裏面に貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。そして、ホルダ３からこの貫通孔の空気を吸引することにより、表面２ａに当接された第１の半導体素子５を吸着することができるようになっている。

また、実施例１と同様に、コレット２は、第１の半導体素子５の中心（重心）が凸部２ｘの表面の中心近傍に位置するように、第１の半導体素子５を吸着する。

なお、実施例３に係るダイボンディング装置のその他の構成は、図１、図２に示す実施例１と同様である。

以上のような構成を有する実施例３に係るダイボンディング装置によるダイボンディング方法は、実施例１と同様である。

すなわち、先ず、第１の半導体素子５の長辺方向がコレット２の該断面の長辺方向に平行になるように、第１の半導体素子５の上面をコレット２の凸部２ｘの表面２ａに吸着する。

次に、既述の図２に示すように、ステージ１の上面１ａに載置された基板４の上面４ａに、接着材（図示せず）を介して、第１の半導体素子５の下面５ａを対向させる。

最後に、図５に示すように、第１の半導体素子５の下面５ａと基板４の上面４ａとが接着材を介して当接した状態で、コレット２に対してホルダ３により上方から印加する圧力を徐々に増加してコレット２の凸部２ｘを変形させる。すなわち、凸部２ｘの対角２ｓ、２ｔを結ぶ線分の領域から第１の半導体素子５に徐々に加圧が広がる。

これにより、第１の半導体素子５の下面５ａ全体が接着材を介して基板４の上面４ａに接着される。

また、従来のコレットと比較すると、コレットの凸部からチップ端までの距離が短いため、本実施例のコレット２ではより小さい荷重で、チップ端まで加圧し圧着できる。

これにより、ボイドなどの接着不良が発生しない必要荷重の低圧化により、半導体素子の受けるダメージやステージの繰り返し負荷の低減の効果がある。

以上のように、本実施例３に係るダイボンディング装置によれば、実施例１と同様に、可撓性基板と半導体素子とを固定する接着剤のボイドの発生および半導体素子に対するダメージを抑制しつつ、可撓性基板上に半導体素子をダイボンディングすることができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１ ステージ
２ コレット
３ ホルダ
４ 基板
５ 第１の半導体素子
１００ ダイボンディング装置

Claims (6)

1. 長方形の形状を有する第１の半導体素子を基板にダイボンディングするためのダイボンディング装置であって、
   前記基板を上面に載置するステージと、
   前記ステージの上面に平行な長方形の断面を有し、前記断面の長辺に平行な線に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部を有し、前記第１の半導体素子の上面を前記凸部の表面に吸着するコレットと、
   前記コレットの前記凸部が下方を向くように保持し、前記コレットを前記ステージ上の所定の位置で、前記コレットに対して所定の圧力を印加可能なホルダと、を備え、
   前記第１の半導体素子の長辺方向が前記コレットの前記断面の長辺方向に平行になるように、前記第１の半導体素子の上面を前記コレットの前記凸部の表面に吸着し、
   前記ステージの上面に載置された前記基板の上面に、接着材を介して、前記第１の半導体素子の下面を対向させ、
   前記第１の半導体素子の下面と前記基板の上面とが前記接着材を介して当接した状態で、前記コレットに対して前記ホルダにより上方から印加する圧力を徐々に増加して前記コレットの前記凸部を変形させることにより、前記第１の半導体素子の下面全体が前記接着材を介して前記基板の上面に接着し、
   前記凸部は、Ｈａ５０〜Ｈａ１００の硬度を有する
   ことを特徴とするダイボンディング装置。
2. 長方形の形状を有する第１の半導体素子を基板にダイボンディングするためのダイボンディング装置であって、
   前記基板を上面に載置するステージと、
   前記ステージの上面に平行な長方形の断面を有し、前記断面の対角を結ぶ線分に沿って延在し且つ弾性的に変形可能な凸部を有し、前記第１の半導体素子の上面を前記凸部の表面に吸着するコレットと、
   前記コレットの前記凸部が下方を向くように保持し、前記コレットを前記ステージ上の所定の位置で、前記コレットに対して所定の圧力を印加可能なホルダと、を備え、
   前記第１の半導体素子の長辺方向が前記コレットの前記断面の長辺方向に平行になるように、前記第１の半導体素子の上面を前記コレットの前記凸部の表面に吸着し、
   前記ステージの上面に載置された前記基板の上面に、接着材を介して、前記第１の半導体素子の下面を対向させ、
   前記第１の半導体素子の下面と前記基板の上面とが前記接着材を介して当接した状態で、前記コレットに対して前記ホルダにより上方から印加する圧力を徐々に増加して前記コレットの前記凸部を変形させることにより、前記第１の半導体素子の下面全体が前記接着材を介して前記基板の上面に接着し、
   前記凸部は、Ｈａ５０〜Ｈａ１００の硬度を有する
   ことを特徴とするダイボンディング装置。
3. 前記凸部の段差は、０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲であり、
   前記ホルダに圧力を印加するときのダイボンディング荷重が２５Ｎ〜４０Ｎの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイボンディング装置。
4. 基板を上面に載置するステージと、前記ステージの上面に平行な長方形の断面を有し、長方形の前記断面の長辺に平行な線に沿って延在する凸部を有し、長方形の形状を有する第１の半導体素子を前記凸部の表面に吸着し且つ少なくとも前記凸部が弾性的に変形可能なコレットと、前記コレットの前記凸部が下方を向くように保持し、前記コレットを前記ステージ上の所定の位置で、前記コレットに対して所定の圧力を印加可能なホルダと、を備え、前記凸部は、Ｈａ５０〜Ｈａ１００の硬度を有するダイボンディング装置を用いたダイボンディング方法であって、
   前記第１の半導体素子の長辺方向が前記コレットの前記断面の長辺方向に平行になるように、前記第１の半導体素子の上面を前記コレットの前記凸部の表面に吸着し、
   前記ステージの上面に載置された前記基板の表面に、接着材を介して、前記第１の半導体素子の下面を対向させ、
   前記第１の半導体素子の下面と前記基板の上面とが前記接着材を介して当接した状態で、前記コレットに対して前記ホルダにより上方から徐々に印加する圧力を増加して前記コレットの前記凸部を変形させることにより、前記第１の半導体素子の下面全体が前記接着材を介して前記基板の上面に接着する
   ことを特徴とするダイボンディング方法。
5. 基板を上面に載置するステージと、前記ステージの上面に平行な長方形の断面を有し、長方形の前記断面の対角を結ぶ線分に沿って延在する凸部を有し、長方形の形状を有する第１の半導体素子を前記凸部の表面に吸着し且つ少なくとも前記凸部が弾性的に変形可能なコレットと、前記コレットの前記凸部が下方を向くように保持し、前記コレットを前記ステージ上の所定の位置で、前記コレットに対して所定の圧力を印加可能なホルダと、を備え、前記凸部は、Ｈａ５０〜Ｈａ１００の硬度を有するダイボンディング装置を用いたダイボンディング方法であって、
   前記第１の半導体素子の長辺方向が前記コレットの前記断面の長辺方向に平行になるように、前記第１の半導体素子の上面を前記コレットの前記凸部の表面に吸着し、
   前記ステージの上面に載置された前記基板の表面に、接着材を介して、前記第１の半導体素子の下面を対向させ、
   前記第１の半導体素子の下面と前記基板の上面とが前記接着材を介して当接した状態で、前記コレットに対して前記ホルダにより上方から徐々に印加する圧力を増加して前記コレットの前記凸部を変形させることにより、前記第１の半導体素子の下面全体が前記接着材を介して前記基板の上面に接着する
   ことを特徴とするダイボンディング方法。
6. 前記凸部の段差は、０．０２０ｍｍ〜０．３００ｍｍの範囲であり、
   前記ホルダに圧力を印加するときのダイボンディング荷重が２５Ｎ〜４０Ｎの範囲であることを特徴とする請求項４または５に記載のダイボンディング方法。

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