JP6551268B2

JP6551268B2 - 半導体装置の検査方法

Info

Publication number: JP6551268B2
Application number: JP2016046696A
Authority: JP
Inventors: 晃行北野; 啓太身野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017163014A

Description

本発明は、半導体装置の検査方法に関する。

半導体素子を搭載した半導体装置は、基板と半導体素子とが接合部材によって接合されている。半導体装置の接合部材の強度試験（ダイシェア強度試験）は、せん断剥離強度を評価する方法が一般的である。この方法は、半導体素子の側面にシェアツールを当接させ、半導体素子のせん断方向（水平方向）に押し、半導体素子が基板から剥がれる際の水平反発力をダイシェア強度値として測定するものである（例えば、特許文献１）。また、垂直方向の接合強度を評価する方法としてスタッドプルテストが知られている。スタッドプルテストは、基板上に接合部材で接合された半導体素子の上面に、引っ張り治具を接着剤で接着し、引っ張り治具を上方に引っ張り、接着部材の強度を測定するものである。

特開平８−３０４２６９号公報

水平反発力で得られる接合強度は、垂直方向における接合強度ではなく、あくまで参考値である。また、スタッドプルテストは、引っ張り治具を接着する接着剤の強度によっては接合部材の強度を精度よく評価しにくい場合がある。

本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
基板と、半導体素子と、基板の上面と半導体素子の下面の一部とを接合する接合部材と、を備える半導体装置を準備する工程と、半導体素子の下面の下方に、側方からシェアツールを挿入する工程と、シェアツールを半導体素子の下面に当接して上方向に押す力を加える工程と、を備える半導体装置の検査方法。

以上により、半導体装置の検査を精度よく評価することができる。

図１は、実施形態１に係る半導体装置の検査方法を説明する模式図である。図２は、実施形態２に係る半導体装置の検査方法を説明する模式図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置の検査方法を例示するものであって、本発明は、半導体装置の検査方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１にかかる半導体装置の検査方法を説明する模式図である。図１（ａ）〜（ｃ）は半導体装置の検査方法を示す模式図である。

１−１．半導体装置を準備する工程
まず、半導体装置１０を準備する。半導体装置１０は、基板１１と、半導体素子１２と、基板１１の上面に半導体素子１２の下面の一部とを接合する接合部材１３と、を備えている。半導体素子１２は、フリップチップ実装が可能な半導体素子が好ましい。例えば、同一面側に正負一対の電極を備える構造を備えることが好ましい。半導体素子として、半導体発光素子や保護素子があげられる。

接合部材１３はそれぞれ離間するように複数個設けられている。このような接合部材としては、バンプなどの金属部材などが挙げられる。例えば、フリップチップ実装される半導体素子は、半導体素子の下面に正負一対の電極を備えている。そして、これら一対の電極と基板上面の一対の配線とが、金属部材などの導電性の接合部材によって接合される。つまり、各電極に接続される少なくとも２つのバンプの間において、半導体素子１２の下面１２ａと、基板１１の上面１１ａとの間に隙間が形成される。この隙間にシェアツールを挿入することができる。

フリップチップ実装される半導体素子の各電極は、２以上の複数の金属部材（バンプ）を備えていてもよい。例えば、上面視四角形の半導体素子１２の下面に、２つの隅部分を含む正電極と負電極と、を備え、４つの隅部分にそれぞれ１つの接合部材１３を設けることができる。つまり、１つの電極に２つの金属部材が接合される。このようにすることで、正負電極間の隙間以外にも、半導体素子の下面１２ａと基板の上面１１ａとの間に、隙間を形成することができる。このような隙間に、シェアツールを挿入することもできる。尚、図１等では１つの基板１１上に１つの半導体素子が配置されている例を示しているが、半導体装置１０は、１つの基板１１上に複数の半導体素子１２を配置することができる。

基板１１は、例えば、セラミックに配線を備えたセラミック基板等が挙げられる。接合部材１３は、例えば、バンプが挙げられる。半導体素子１２は、例えば、発光素子が挙げられる。発光素子を接合するための接合部材は、目的や用途によっては、光吸収性や光反射性なども考慮する必要があるため、それらも考慮して材料を選択する。そのため、本検査方法のために準備する半導体装置としては、接合部材を用いて接合した直後の半導体装置の他、各種の加速試験等を経た後の半導体装置を準備してもよい。

１−２．シェアツールを挿入する工程
シェアツールを備えるダイシェア強度試験装置（以下、単に「試験装置」とも称する）の作業台に、半導体装置１０を固定する。シェアツール２０は、水平方向及び垂直方向に移動可能なように試験装置内に取り付けられている。シェアツール２０は、支持部２１と、支持部２１の下方に備えられる延伸部２２と、延伸部２２から横方向に突出する先端部２３を備える。延伸部２２と先端部２３とは一体の金属部材又は別体の金属部材であり、材料としては、例えば、ＳＫＨ５１等の高速度工具鋼鋼材が挙げられる。る。また、延伸部を備えず、支持部から横方向に突出する先端部としてもよい。このシェアツールの先端部２３を、半導体素子の下面１２ａの下方に、側方から挿入する。

シェアツールの延伸部２２は、厚み１０００μｍ〜２０００μｍ程度の金属部材である。また、先端部２３の厚みは、接合部材１３の厚みよりも薄いことが必要であり、例えば、接合部材１３が２０μｍ〜３０μｍの場合は、先端部２３の厚みは１５μｍ〜２０μｍとすることが好ましい。先端部２３の突出長さ（横方向の長さ）は、測定する半導体素子の大きさによって適宜変更することができる。例えば、半導体素子の平面形状が縦１０００μｍ×横１０００μｍの四角形の場合、シェアツールの先端部２３は、３００μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。すなわち、半導体素子の半導体素子の中央に達する長さであり、かつ、半導体素子の下方に挿入されない部分が過分に長すぎないような長さである。好ましくは、半導体素子の側面と、シェアツールの延伸部とが接するまで先端部を挿入し、その際に半導体素子の中央にまで先端部が達している長さである。

また、シェアツールの先端部２３は、横方向、すなわち、基板の上面に対して平行な方向（水平方向）に突出することが好ましい。特に、先端部２３の上面２３ａが基板の上面及び半導体素子の下面１２ａと平行であることが好ましい。ただし、水平方向から上又は下に１度程度傾斜していてもよい。

１つのシェアツールには、１つの支持部を備え、その１つの支持部に１又は複数の延伸部を備えていてもよい。また、１つの延伸部に複数の先端部を備えていてもよい。金属部材の配置によっては、半導体素子の中心に先端部を挿入できない場合があり、そのような場合は、複数の先端部を用いることで、半導体素子の下面に、均等な力を付与し易くなる。

１−３．シェアツールで半導体素子を上方向に押す工程
半導体素子１２の下に挿入されたシェアツール２０の先端部２３の上面２３ａを、半導体素子１２の下面１２ａに当接させる。その後、シェアツール２０を上方向に移動し、半導体素子１２を上方向に押す力を加える。

シェアツール２０を、接合部材１３が破断するまで上方向に押すことで、接合部材１３の破断過重を測定することができる。特に、水平方向に押すダイシェア強度試験に比して、上下方向にかかる負荷をより正確に測定することができる。これにより、例えば、フリップチップ実装するための接合部材を選定するための試験として上記検査方法を有用に活用することができる。また、シェアツールの挿入位置等によって、同じ接合部材でも得られる数値は異なる。そのため、比較のためには、これらを統一して行うことは言うまでもない。

＜実施形態２＞
図２（ａ）、図２（ｂ）は、実施形態２にかかる半導体装置の検査方法を説明する模式図である。実施形態２では、半導体素子の下面と基板の上面との間の距離よりも、厚みの厚い先端部を備えたシェアツールを用いる検査方法について説明する。以下、実施形態１と異なる点について主に説明する。

２−１．半導体装置を準備する工程
実施形態２では、先端部の厚みが厚いシェアツールを用いる。そのため、準備する半導体装置１００は、基板上における半導体素子の位置、又は、接合部材の位置が実施形態１とは異なる。

図２（ａ）に示すように、半導体素子１２の１つの側面１２ｂは、基板１１０の１つの側面１１ｂよりも外側に位置する。すなわち、半導体素子１２の下面１２ａの一部は、その下方に基板１１０が位置しない。半導体素子１２をこのような位置に配置するには、あらかじめ基板１１０の側面１１ｂよりも、半導体素子１２の側面１２ｂが位置するように配置する。あるいは、図２（ａ）に示すように、半導体素子の側面１２ｂよりも基板１１０の側面１１ｂ’が外側に位置するように配置した後、一部の基板１１０’を除去することで、半導体素子の側面１２ｂを基板の側面１１ｂよりも外側に位置するようにしてもよい。

実施形態２では、接合部材１３は半導体素子の下面の一部と接合しており、１又は離間する２以上設けられる。接合部材が１つの場合、半導体素子の下面１２ａのうち、シェアツールを挿入して当接させる半導体素子の下面１２ａ以外の下面の略全面に接合部材１３が接合されていてもよい。また、接合部材を２以上設ける場合、それらの間隔は、シェアツールの幅よりも広くてもよいし、同じ、又は狭くてもよい。すなわち、実施形態２では、接合部材１３間にシェアツールの先端部を挿入しなくてもよい。

２−２．シェアツールを挿入する工程
実施形態１と同様に、試験装置の作業台に、半導体装置を固定する。シェアツール２００は、支持部２１と、支持部２１の下方に備えられる延伸部２２と、延伸部２２から横方向に突出する先端部２３０を備える。

シェアツールの先端部２３０の厚みは、延伸部２２と同様の厚みとすることができ、例えば、１０００μｍ〜２０００μｍとすることができる。先端部の２３０の突出長さ（横方向の長さ）は、測定する半導体素子の下面において、半導体素子の側面から接合部材１３と接合される部分までの距離に応じて、適宜変更することができる。例えば、半導体素子の平面形状が縦１０００μｍ×横１０００μｍの四角形の場合であって、接合部材１３が半導体素子の側面１２ｂまでの距離が５００μｍ程度の場合、シェアツールの先端部２３０の突出長さは、３００μｍ〜４００μｍ程度が好ましい。

２−３．シェアツールで半導体素子を上方向に押す工程
半導体素子１２の下に挿入されたシェアツール２００の先端部２３０の上面２３ａを、半導体素子１２の下面１２ａに当接させる。その後、シェアツール２０を上方向に移動し、半導体素子１２を上方向に押す力を加える。

シェアツール２００を、接合部材１３が破断するまで上方向に押すことで、接合部材１３の破断過重を測定することができる。実施形態２は、接合部材の厚みが薄い場合や、シェアツールの先端部が挿入しにくい場合の半導体装置の検査として有用である。また、シェアツールの先端部を、金属部材の厚み（すなわち、半導体素子の下面と基板の上面との間の隙間の距離）に関わらずに、比較的厚くすることができる。そのため、半導体素子を上方向に押す力によって先端部が変形することを抑制することができ、より精度よく接合強度を測定することができる。

本発明に係る半導体装置の検査方法は、基板上に接合された半導体素子の接合強度を測定することができる。得られた検査結果を用いて、接合部材の材料や、形成位置等を選択することができる。

１０、１００…半導体装置
１１、１１０、１１０’…基板
１１ａ…基板の上面
１１ｂ、１１ｂ’…基板の側面
１２…半導体素子
１２ａ…半導体素子の下面
１２ｂ…半導体素子の側面
１３…接合部材
２０、２００…シェアツール
２１…支持部
２２…延伸部
２３、２３０…先端部
２３ａ…先端部の上面

Claims

基板と、半導体素子と、前記基板の上面と半導体素子の下面の一部とを接合する接合部材と、を備える半導体装置を準備する工程と、
前記半導体素子の下面の下方に、側方からシェアツールを挿入する工程と、
前記シェアツールを前記半導体素子の下面に当接して上方向に押す力を加える工程と、
を備える半導体装置の検査方法。
前記シェアツールは、前記半導体素子の下面と、前記基板の上面との間に挿入する請求項１記載の半導体装置の検査方法。
前記半導体素子は、前記基板の側面よりも外側に位置する請求項１又は請求項２記載の半導体装置の検査方法。
前記半導体素子は、半導体発光素子である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の検査方法。
前記接合部材は、バンプである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の検査方法。