JP6680699B2 - 実装装置および実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、実装装置および実装方法に関する。詳しくは、上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、接着剤を介した状態で熱圧着する実装装置および実装方法に関する。
半導体チップを基板に実装する方法として、フリップチップ工法が知られている。フリップチップ工法では、図１１示す様なフリップチップボンダー５０を用いて、半導体チップのバンプ電極と基板の電極を熱圧着して接合させている。図１１フリップチップボンダー５０では、図１２ような構造からなる熱圧着ヘッド５７を有し、アタッチメント５９の吸着穴５９０内を減圧することにより吸着保持した半導体チップCをヒーター５８で加熱しながら、基板Ｓ０に熱圧着する機能を有している。
フリップチップ工法では、接合部の信頼性を確保するために、半導体チップと基板の隙間を樹脂で封止している。樹脂封止の方法として、従来は接合後に液状樹脂を隙間に注入して熱硬化する方法が一般的であったが、半導体チップと基板の間に接着性を有する樹脂を未硬化状態で配置した状態で熱圧着を行う工法も多く提案されている（例えば特許文献１）。
半導体チップと基板の間に接着剤としての未硬化樹脂を配した状態で行うフリップチップ工法は、電極同士の接合と樹脂封止を同時に行うことが出来る。このため、貫通電極のような上下両面に電極を有する半導体チップを積層する３次元実装にも適した工法でもある。
特開２００４−３１５６８８号公報
貫通電極のような上下両面に電極を有する半導体チップは、一般的な半導体チップと異なり、図１３示すように半導体チップC上面にも電極ＥＴによる突起がある。このため、フリップチップボンダー５０の熱圧着ヘッド５７で吸着保持する場合、熱圧着ヘッド５７のアタッチメント５９と半導体チップC上面に隙間が生じる。この隙間は僅かであるので、アタッチメントに上下両面に電極（ＥＴ、ＥＢ）を有する半導体チップCを保持することは可能である。しかし、減圧状態の吸着穴５９０内部には、半導体チップC周辺の空気が入り込み続けることになる（図１４）。
このため、未硬化樹脂Ｒを介して、上下両面に電極を有する半導体チップCを被接合物Ｓ（配線基板または配線基板上に上下両面に電極を有する半導体を積層したもの）に熱圧着する場合では、加熱により樹脂からアウトガスＧが発生し、吸着穴内部５９０に吸引されることになる。このアウトガスＧの中には有機成分等が含まれており、吸着穴５９０内部に入り込む過程において、アタッチメント５９の吸着面や吸着穴５９０内部にアウトガス成分が付着する。このアタッチメント５９の吸着面や吸着穴５９０内部へのアウトガス成分の付着は、熱圧着を繰り返すことにより徐々に蓄積され、アタッチメント５９の吸着面を汚染したり、吸着穴５９０を詰まらせて吸着不良に至ることもある。
また、加熱を繰り返すことで、付着したアウトガス成分が炭化物となり、この炭化物が吸着穴から半導体チップＣ上に落下して品質不良を引き起こす懸念もある。
そこで、図１５ように、半導体チップC上面とアタッチメント５９の吸着面との間の隙間をなくすために、アタッチメント５９の吸着面に、半導体チップC上面の電極ＥＴを収納するような凹部５９２を設けることが考えられる。
ところが、半導体チップC上面の電極ＥＴを収納するような凹部５９２を設けようとすると、凹部５９２は電極ＥＴより容積的に大きくなるので、凹部５９２と電極ＥＴの間に隙間が生じる。このような隙間が生じると、この凹部５９２においてアタッチメント５９から半導体チップCへの伝熱が阻害され、半導体チップCの加熱が不十分となる。特に、上下両面の電極に貫通電極を用いた半導体チップでは、下面の電極への加熱が不十分となってしまい、接合不良の原因となる。また、圧力が大きい場合は、凹部５９２の周辺で剪断応力ＴＡ（図１６が生じて半導体チップにダメージを与えることにもなるので好ましくない。
一方、アタッチメント５９の吸着面が平坦であれば、半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴにしか熱と加重が加わらないため、半導体チップＣ下側の未硬化樹脂Ｒの流動性が低くなり、半導体チップＣと被接合物Ｓの電極間に樹脂が噛み込んだりボイドが発生して接合不良の原因になる。
また、アウトガスＧが発生する温度に到達する前に吸着を止めて、アウトガス成分の吸着穴５９０内への流入を防いでから加熱する方法も考えられるが、吸着穴５９０の内部と外部の差圧から半導体チップＣに向かって気流が逆流するため、加熱時の樹脂の流動により半導体チップＣが位置ズレする懸念がある。さらに、加熱開始を遅らせるとタクトタイムが長くなって生産性が低下する。
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、接着剤を介した状態で熱圧着するのに際して、アウトガスによる弊害もなく、接合品質も確保した実装装置および実装方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、熱硬化性の接着剤を介した状態で熱圧着する実装装置であって、
前記半導体チップを保持した状態で加熱し、前記被接合物に圧着する機能を有する熱圧着ヘッドを備え、
前記熱圧着ヘッドは、前記半導体チップを保持する面に、吸着穴を有し、
前記吸着穴と連通し、吸着穴内部を減圧する減圧機構を備え、
前記半導体チップと前記熱圧着ヘッドの間に樹脂シートを供給する、樹脂シート供給機構を備え、
前記熱圧着ヘッドの加熱温度を設定する機能を有した制御部を更に備え、
前記減圧機構は前記吸着穴内部の圧力を測定し、測定値を前記制御部に出力する圧力計を有し、
前記制御部が、前記圧力計の測定値に応じて前記熱圧着ヘッドの加熱温度の設定値を変更する機能を有し、
前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させてから熱圧着することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記樹脂シート供給機構は、前記吸着穴に対応する位置の樹脂シートに貫通穴を形成する、穴開け機能を有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の実装装置であって、
前記熱圧着後に、前記熱圧着ヘッド表面に前記樹脂シートを密着させた状態で、前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させる機能を有している。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の実装装置であって、
前記熱圧着ヘッドと前記樹脂シートを離間させる移動手段を備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、
上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、熱硬化性の接着剤を介した状態で熱圧着する実装方法であって、
前記半導体チップを、熱圧着ヘッドで、熱圧着ヘッドの吸着穴と対応する位置に貫通穴が形成された樹脂シートを介して吸着保持する工程と、
前記熱圧着ヘッドを所定の温度以下にした状態で、前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させる工程と、
前記熱圧着ヘッドの設定温度を上げて、前記半導体チップ下面の電極と被接合物上面の電極を接合するとともに、前記接着剤を熱硬化させる工程とを備え、
前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させる工程において、前記吸着穴内の圧力を監視し、前記圧力が所定の値以下になった後に、前記熱圧着ヘッドの設定温度を、前記半導体チップ下面の電極と被接合物上面の電極を接合するとともに、前記接着剤を熱硬化させる温度に上げることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の実装方法であって、
前記熱圧着後に、前記熱圧着ヘッド表面に前記樹脂シートを密着させた状態で、前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６の何れかに記載の実装方法であって、
前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させた後に、前記熱圧着ヘッドから前記樹脂シートを離間することを特徴とする。
本発明により、上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、接着剤を介した状態で熱圧着するのに際して、半導体チップ上面に突出した電極によって生じる隙間を樹脂シートによって塞げるので、アウトガスが半導体チップ上面側に接触することが防げ、アウトガスによる弊害もなく、接合品質も確保した実装が行える。
本発明の一実施形態に係る実装装置の全体構成を示す図である。 本発明で対象とする半導体チップと被接合物について説明する図である。 本発明の一実施形態に係る実装装置の熱圧着ヘッドの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る実装装置の制御構成を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係るアタッチメントに対して樹脂シートが離れた状態を示す図である（ｂ）同アタッチメント表面に樹脂シートが密着した状態を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る穿孔装置の針部がアタッチメントの吸着穴と位置合わせを行った状態を示す図である（ｂ）同穿孔装置が樹脂シートに開口部を形成する過程を示す図である（ｃ）同穿孔装置が樹脂シートに開口部を形成する過程が進んだ状態を示す図である（ｄ）同穿孔装置により樹脂シートへの開口部が形成された状態を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る実装装置の熱圧着ヘッド先端部のアタッチメントが樹脂シートを介して半導体チップを吸着している状態を説明する図である（ｂ）同アタッチメントに樹脂シートを介して吸着している半導体チップ上面に突出した電極が樹脂シートに埋没した状態を示す図である。 （ａ）半導体チップの電極が樹脂シートに埋没したイメージ図である（ｂ）半導体チップの電極が樹脂シートに埋没する一例を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る実装装置により半導体チップを被接合物に接近させる過程を示す図である（ｂ）同過程において半導体チップ上面に突出した電極が樹脂シートに埋没した状態を示す図である（ｃ）同過程の後の熱圧着工程により半導体チップが被接合物に実装された状態を示す図である（ｄ）熱圧着工程の後に半導体チップから樹脂シートが剥離された状態を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る熱圧着工程の後に熱圧着ヘッド先端部のアタッチメントに樹脂シートが密着した状態を示す図である（ｂ）同アタッチメントから樹脂シートを離した状態を示す図である（ｃ）同アタッチメント直下の樹脂シートを更新している状態を示す図である。 従来のフリップチップボンダーの構成を示す図である。 下面のみに電極を有する半導体チップを従来のフリップチップボンダーの熱圧着ヘッドが保持している状態を示す図である。 上下両面に電極を有する半導体チップを従来のフリップチップボンダーの熱圧着ヘッドが保持している状態を示す図である。 上下両面に電極を有する半導体チップを従来のフリップチップボンダーで熱圧着する際に発生するアウトガスについて説明する図である。 従来のフリップチップボンダーで熱圧着ヘッドのアタッチメントに凹部を設けて上下両面に電極を有する半導体チップを保持する状態を示す図である。 従来のフリップチップボンダー熱圧着ヘッドのアタッチメントに凹部を設けて上下両面に電極を有する半導体チップを熱圧着する際に生じる問題点を説明する図である。
本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態である実装装置１である。
実装装置１で実装する半導体チップＣは、図２のように貫通電極により上下両面に電極を有しており、下面の電極ＥＢは先端部にはんだＢＳを有するはんだバンプとなっており、上面の電極ＥＴも上面から数μｍ程度突出している。被接合物Ｓは、図２（ａ）に示すような基板Ｓ０、または図２（ｂ）に示すような配線基板Ｓ０に半導体チップCが積層されたものである。また、本実施形態において、半導体チップCと被接合物Ｓとを接着する接着剤として、熱硬化性樹脂を主成分とする非導電性フィルム（以下「ＮＣＦ」と記す）を用いている。ＮＣＦは被接合物Ｓの表面に貼り付けられているものとするが、これに限定されるものではなく、半導体チップCの下面に貼り付けられていてもよい。さらに、接着剤として熱硬化性樹脂を主成分とする非導電性ペースト（以下「ＮＣＰ」と記す）を用いても良い。
図１の実装装置１は、被接合物Ｓと半導体チップＣの間にＮＣＦを介した状態で、半導体チップＣ下面の電極ＥＢと被接合物Ｓ上面の電極ＥＳとをはんだＢＳの溶着により接合し、半導体チップＣを被接合物Ｓの上に実装するものである。実装装置１は、基台３、ステージ４、支持フレーム５、熱圧着ユニット６、熱圧着ヘッド７、ヒータ８、アタッチメント９、樹脂シート供給機構２、画像認識装置１０および制御部１１とを備えている。また、樹脂シート供給機構２は、樹脂シート巻出部２Ｓおよび樹脂シート巻取部２Ｒを構成要素として含んでいる。
以下の説明では、樹脂シート巻出部２Ｓから樹脂シート巻取部２Ｒへ樹脂シートＰを搬送する方向をＸ軸方向、これに直交するＹ軸方向、熱圧着ヘッド７の被接合物Ｓに垂直な移動方向をＺ軸方向、Ｚ軸を中心として回転する方向をθ方向として説明する。
基台３は、実装装置１を構成する主な構造体である。基台３は充分な剛性を有するように構成されている。基台３は、ステージ４と支持フレーム５を支持している。
ステージ４は、被接合物Ｓを保持しつつ、任意の位置に移動させるものである。ステージ４は、駆動ユニット４ａに被接合物Ｓを吸着保持できる吸着テーブル４ｂが取り付けられ構成されている。ステージ４は、基台３に取り付けられ、駆動ユニット４ａによって吸着テーブル４ｂをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動できるように構成されている。すなわち、ステージ４は、基台３上において吸着テーブル４ｂに吸着された被接合物ＳをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に移動できるように構成されている。なお、本実施形態において、ステージ４は、吸着により被接合物Ｓを保持しているがこれに限定されるものではない。
支持フレーム５は、熱圧着ユニット６を支持するものである。支持フレーム５は、基台３のステージ４の近傍からＺ軸方向に向かって延びるように構成されている。
加圧ユニットである熱圧着ユニット６は、熱圧着ヘッド７を移動させるものである。熱圧着ユニット６は、図示しないサーボモータとボールねじから構成される。熱圧着ユニット６は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。熱圧着ユニット６は、ボールねじの軸方向が被接合物Ｓに対して垂直なＺ軸方向の駆動力（加圧力）を発生するように構成されている。熱圧着ユニット６は、サーボモーターの出力を制御することによりＺ軸方向の加圧力である熱圧荷重Ｆを任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、熱圧着ユニット６は、サーボモータとボールねじとの構成としたが、これに限定されるものではなく、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータやボイスコイルモータから構成してもよい。熱圧着ユニット６の加圧力は、半導体チップＣの電極の数や、被接合物Ｓとの電極同士の接触面積に応じて可変できるよう制御される。
熱圧着ヘッド７は、樹脂シートＰを介して半導体チップCを吸着保持して、熱圧着ユニット６の駆動力を半導体チップCに伝達するものである。熱圧着ヘッド７は、熱圧着ユニット６を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。また、熱圧着ユニット６は、ステージ４と対向するように配置されている。また、熱圧着ヘッド７は、熱圧着ユニット６によってＺ方向に移動されることでステージ４に近接する。熱圧着ヘッド７の構成は図３に示すが、熱圧着ヘッド７には、ヒータ８およびアタッチメント９が設けられている。
図３に示すヒータ８は、半導体チップCを加熱するためのものであり、カートリッジヒータから構成されている。ただし、カートリッジヒータに限定されるものではなく、セラミックヒータ、ラバーヒータ等、半導体チップCを所定の温度まで加熱することが出来るものであればよい。また、ヒータ８は、熱圧着ヘッド７に組み込まれているが、これに限定されるものではなく、ステージ４にも組み込んで、ステージ４側から被接合物Ｓを介してＮＣＦを加熱する構成でも良い。
アタッチメント９は、樹脂シートＰを介して半導体チップCを保持するものである。アタッチメント９は、熱圧着ヘッド７にステージ４と対向するように設けられている。アタッチメント９は、半導体チップCを位置決めしながら吸着保持できるように構成されている。また、アタッチメント９は、ヒータ８によって加熱されるように構成されている。つまり、アタッチメント９は、半導体チップCを位置決め保持するとともに、ヒータ８からの伝熱によって半導体チップCを加熱できるように構成されている。なお、アタッチメント９には、半導体チップＣを吸着するための吸着穴９０が設けられており、吸着穴９０は真空ポンプ等からなる減圧機構９１に連通されている。減圧機構９１を稼働することにより、吸着穴９０内部は減圧され、アタッチメント９は、後述の開口部を有する樹脂シートＰを介して、半導体チップＣを吸着保持する。吸着穴９０内部の圧力を測定するための圧力計９３も設けられている。図３では、吸着穴９０は１箇所のみとなっているが、これに限定されるものではなく、複数であったもよく、吸着する半導体チップＣの大きさに応じて増やしてもよい。
樹脂シートＰにより、本圧着時に半導体チップＣからＮＣＦがはみ出してもアタッチメント９に付着することがないので、アタッチメント９は圧着面の外周サイズを半導体チップＣよりも大きくすることができる。そのため、半導体チップＣの周辺部まで全面に熱を伝えることができ、半導体チップＣ外周にはみだしたＮＣＦのフィレット形状を安定させ、接合強度を高めることができる。また、半導体チップＣを圧着する面の外周サイズを、実装のピッチサイズよりも小さくすることで、隣接半導体チップＣ間での干渉を抑えて本圧着を行うことができる。なお、アタッチメント９には、効率よく熱を伝えるために５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料を用いることが好ましい。
アタッチメント９は、ヒータ８と分離されていて脱着できる構成であれば、安価であり、交換することで複数品種に対応できて好ましいが、一体型の構造であってもよい。
樹脂シート供給機構２は、樹脂シート巻出部２Ｓおよび樹脂シート巻取部２Ｒを構成要素として、樹脂シート巻出部２Ｓに巻かれたテープ状の樹脂シートＰをアタッチメント９と半導体チップＣの間に供給した後に樹脂シート巻取部２Ｒで巻取るものである。樹脂シート供給機構２には、樹脂シート巻出部２Ｓと樹脂シート巻取部２Ｒ以外に、樹脂シートＰを安定に搬送するためのガイドロール等があっても良い。また、アタッチメント９は、樹脂シートＰを介して半導体チップＣを吸着保持するので、アタッチメント９の吸着穴９０に対応する位置の樹脂シートＰにも開口部Ｐ０を設ける必要がある。樹脂シートＰに開口部Ｐ０を設ける方法としては、後述のように、樹脂シート供給部２に穿孔機２Ｈ（図６参照）を用いて実施する。ただし、開口部Ｐ０を設ける方法はこれに限定されるものではなく、当初より開口部を有する樹脂シートＰを用いて、開口部を吸着穴９０に位置合わせする方法等であってもよい。ここで、樹脂シートＰとしては、柔軟性を有しつつ、耐熱性に優れ、半導体チップに対する防着性にも優れている材料が好ましく、この特性を備えた材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂が好適である。また、厚みとしては、機械的強度を保持しつつも半導体チップへの熱伝導性も考慮して２０〜５０μｍ程度が好ましい。
画像認識装置１０は、画像によって半導体チップCと被接合物Ｓとの位置情報を取得するものである。画像認識装置１０は、ステージ４に保持されている被接合物Ｓ上面の位置合わせマークと、アタッチメント９に保持されている半導体チップC下面の位置合わせマークとを画像認識して、被接合物Ｓと半導体チップCとの位置情報を取得するように構成されている。なお、被接合物Ｓの位置合わせマークとは、被接合物Ｓが配線基板Ｓ０のみの場合は配線基板Ｓ０に記された位置合わせマークを用い、被接合物Ｓが配線基板Ｓ０上に半導体チップＣが積層されたものである場合は、配線基板Ｓ０に記された位置合わせマークまたは積層された最上層の半導体チップＣの位置合わせマークを用いる。
図４に示すように、制御部１１は、実装装置１の構成要素を制御するものである。制御部１１は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御部１１は、実装装置１の構成要素を制御するための種々のプログラムやデータが格納されている。
制御部１１は、ステージ４に接続され、ステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ軸方向の移動量をそれぞれ制御することができる。制御部１１は、ヒータ８に接続され、ヒータ８の温度を制御することが出来る。特に、制御部１１は、熱圧着ヘッド７の加圧時における平均温度をＮＣＦの硬化温度以上かつはんだの融点以上の温度からなる一定範囲内に維持することが出来る。制御部１１は、熱圧着ユニット６に接続され、熱圧着ユニット６のＺ軸方向の加圧力を制御することができる。制御部１１は、アタッチメント９の吸着穴９０に連通した減圧機構９１に接続され、アタッチメント９の吸着状態を制御することができる。制御部１１は、樹脂シート供給機構２に接続され、アタッチメント９直下の樹脂シートＰを搬送することができる。制御部１１は、画像認識装置１０に接続され、画像認識装置１０を制御し、半導体チップCと被接合物Ｓとの位置情報を取得することができる。
以下では、図５から図１０用いて、本発明に係る実装装置１による実装工程について説明する。
まず、図５に示すように、樹脂シートＰを、アタッチメント９の表面から離れた状態（図５（ａ））から、アタッチメント９表面に密着させる（図５（ｂ））。この操作は、アタッチメント９と樹脂シートＰの相対距離を縮めるのであれば、熱圧着ツール６により熱圧着ツール９を下降させても、樹脂シート供給機構２により樹脂シートＰを上昇させてもよい。
次に、アタッチメント９表面に樹脂シートＰが密着した状態で、アタッチメント９の吸着穴９０に対応する位置の樹脂シートに開口部Ｐ０を設ける過程を図６に示す。すなわち、穿孔機２Ｈの針部２ＨＮを吸着穴９０に位置合わせした状態（図６（ａ））から、穿孔機２Ｈを上昇させて（図６（ａ）〜図６（ｃ））、樹脂シートＰに貫通孔を形成してから穿孔機２Ｈを下降させる。こうすることで、アタッチメント９の吸着穴９０に対応する位置の樹脂シートＰに開口部Ｐ０が形成される（図６（ｄ））。
この状態で、図示しない半導体チップ受け渡し機構により、半導体チップＣはアタッチメントツール９直下に配置される。この段階で減圧機構９１を稼働することにより、半導体チップＣはアタッチメントツール９直下の樹脂シートＰに吸着する（図７（ａ））。
以上の、樹脂シートＰにアタッチメント９を密着させる過程から、樹脂シートＰに半導体チップを吸着する過程において、ヒータ８の温度は、ＮＣＦからアウトガスが発生しない温度に設定されている。なお、ＮＣＦからアウトガスが発生しない温度は、ＮＣＦの組成によって異なるが、１２０℃以下が望ましく、更に望ましくは１００℃以下である。
この後、図７（ｂ）のように、半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴが樹脂シートＰに埋没した状態になれば、ヒータ８の設定温度をＮＣＦからアウトガスが発生する温度以上にしてもよい。すなわち、ヒータ８の設定温度をＮＣＦからアウトガスが発生する温度としても、アウトガスがアタッチメント９表面や吸着穴９０内部に付着することはない。したがって、図７（ｂ）の状態になっていれば、ヒータ８の設定温度を、はんだＢＳの溶融かつＮＣＦの硬化が生じるような温度にして、半導体チップＣを被接合物Ｓに熱圧着して実装することが出来る。なお、図７（ｂ）のような状態になっているか否かは、吸着穴９０内部の圧力で知ることが出来る。図７（ｂ）の状態であれば、減圧機構９１の稼働により、吸着穴９０内部は密閉状態であるので圧力低下は大（高真空側）となるが、これに対し、半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴが樹脂シートＰに埋没した状態にならなければ吸着穴９０内部の圧力低下は小となる。このため、半導体チップＣが樹脂シートＰに密着した後の、吸着穴９０内部の圧力を圧力計９３で監視し、その測定値が所定の値以下になったら図７（ｂ）の状態になったと判断することが可能である。なお、圧力計９３のかわりに流量計を用いて、流力計の測定値が所定の値以下になったことで図７（ｂ）の状態になったと判断することも可能である。
なお、図７（ｂ）において、電極ＥＴが樹脂シートＰに埋没する状態を、図８（ａ）のようなイメージ図で示しているが、実際には図８（ｂ）に一例を示すように電極ＥＴの周囲には隙間ＰＶが形成されている。ただし、隙間ＰＶの周囲で樹脂シートＰは半導体チップＣの上面に密着しているので、吸着穴９０内部の圧力は低下する。
図７（ａ）のような状態から、吸着穴９０内部を減圧するのみで、半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴが樹脂シートＰに埋没して図７（ｂ）のような状態になることもあるが、電極ＥＴが樹脂シートＰに僅かにめり込む程度の場合もある。このような状態であることは、吸着穴９０内部の圧力が所定の値以下になっていないことで判断することが出来る。このような場合、半導体チップＣ周辺の気体は、アタッチメント９表面や吸着穴９０内部に吸収される。このため、この段階で、ヒータ８の設定温度はＮＣＦからアウトガスが発生しない温度にしておく必要がある。
吸着穴９０内部を減圧するのみで、半導体チップＣ上面の電極ＥＴが樹脂シートＰを埋め込んだ状態にならない場合、半導体チップＣと被接合物の位置合わせを行った後、ヒータ８の設定温度をＮＣＦからアウトガスが発生しない温度にした状態で、半導体チップＣを熱圧着ユニット６によって技接合物Ｓに向かってＺ軸方向に移動させる。こうすることにより、半導体チップＣ下面の電極ＥＢはＮＣＦに接触し（図９（ａ））、さらにＺ軸下方向に圧力を加えると半導体チップＣは上下両面からの力を受ける。この上下両面からの力により、半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴは徐々に樹脂シートＰにめり込み、樹脂シートＰに埋没した状態に至る（図９（ｂ））。ここでも、吸着穴９０内部の圧力を圧力計９３で監視していれば、その測定値が所定の値以下になったことで、半導体チップＣ上面に突出した電極が樹脂シートＰに埋没したと判定できる。この段階で、ヒータ８の設定温度をＮＣＦからアウトガスが発生する温度としてもアウトガスがアタッチメント９表面や吸着穴９０内部に付着することはないので、ヒータ８の設定温度を、はんだＢＳの溶融かつＮＣＦの硬化が生じるような温度にして、半導体チップＣを被接合物Ｓに熱圧着して実装することが出来る（図９（ｃ））。半導体チップＣの被接合物Ｓへの実装が完了したら、ヒータ８による加熱を止めてアタッチメント９を降温するとともに、熱圧着ユニット６および樹脂シート供給機構２をＺ軸方向で被接合物Ｓとは反対方向に移動させ、半導体チップＣから樹脂シートＰを剥離する（図９（ｄ））。ここで、樹脂シートＰは熱圧着後は半導体チップＣ上面に突出した電極ＥＴが埋没した状態なので、アタッチメント９のみを上昇させると、樹脂シートＰが冷却され、収縮により電極ＥＴから離間できない状態になるので、アタッチメント９を密着した状態で上昇させるのが望ましい。
この後、熱圧着ユニット６と樹脂シート供給機構２の相対移動により、樹脂シートＰをアタッチメント９表面から離す（図１０（ａ）、図１０（ｂ））。この段階で、アタッチメント９直下の樹脂シートＰは、高温プロセスを経ていることから、物性的に熱劣化したり変形や汚れが生じている可能性がある。そこで、樹脂シート供給機構２を稼働させて（図１０（ｃ））、高温プロセスを経ていない樹脂シートＰをアタッチメント９直下に配置する。
以後は、アタッチメント９の温度が、ＮＣＦからアウトガスが発生する温度未満まで下がったら、実装工程を完了させるか、図５（ｂ）のように樹脂シート供給機構２を稼働させ、樹脂シートＰをアタッチメント９表面に密着させてから、次の半導体チップＣの実装工程を進める。
１ 実装装置
２ 樹脂シート供給機構
２Ｓ 樹脂シート巻出部
２Ｒ 樹脂シート巻取部
２Ｈ 穿孔機
２ＨＮ 針部
３ 基台
４ ステージ
５ 支持フレーム
６ 熱圧着ユニット
７ 熱圧着ヘッド
８ ヒータ
９ アタッチメント
１０ 画像認識装置
１１ 制御部
９０ 吸着穴
９１ 減圧機構
９３ 圧力計
Ｃ 半導体チップ
Ｐ 樹脂シート
Ｓ 被接合物
ＥＢ 半導体チップ下面の電極
ＥＴ 半導体チップ上面の電極
ＥＳ 被接合物上面の電極
ＮＣＦ 非導電性フィルム（接着剤）

Claims (7)

  1. 上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、熱硬化性の接着剤を介した状態で熱圧着する実装装置であって、
    前記半導体チップを保持した状態で加熱し、前記被接合物に圧着する機能を有する熱圧着ヘッドを備え、
    前記熱圧着ヘッドは、前記半導体チップを保持する面に、吸着穴を有し、
    前記吸着穴と連通し、吸着穴内部を減圧する減圧機構を備え、
    前記半導体チップと前記熱圧着ヘッドの間に樹脂シートを供給する、樹脂シート供給機構を備え、
    前記熱圧着ヘッドの加熱温度を設定する機能を有した制御部を更に備え、
    前記減圧機構は前記吸着穴内部の圧力を測定し、測定値を前記制御部に出力する圧力計を有し、
    前記制御部が、前記圧力計の測定値に応じて前記熱圧着ヘッドの加熱温度の設定値を変更する機能を有し、
    前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させてから熱圧着することを特徴とする実装装置。
  2. 請求項１に記載の実装装置であって、
    前記樹脂シート供給機構は、前記吸着穴に対応する位置の樹脂シートに貫通穴を形成する、穴開け機能を有することを特徴とする実装装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の実装装置であって、
    前記熱圧着後に、前記熱圧着ヘッド表面に前記樹脂シートを密着させた状態で、前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させる機能を有している実装装置。
  4. 請求項３に記載の実装装置であって、
    前記熱圧着ヘッドと前記樹脂シートを離間させる移動手段を備えたことを特徴とする実装装置。
  5. 上下両面に電極を有する半導体チップを、前記半導体チップの下側に配置され、上面に電極を有する被接合物に、熱硬化性の接着剤を介した状態で熱圧着する実装方法であって、
    前記半導体チップを、熱圧着ヘッドで、熱圧着ヘッドの吸着穴と対応する位置に貫通穴が形成された樹脂シートを介して吸着保持する工程と、
    前記熱圧着ヘッドを所定の温度以下にした状態で、前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させる工程と、
    前記熱圧着ヘッドの設定温度を上げて、前記半導体チップ下面の電極と被接合物上面の電極を接合するとともに、前記接着剤を熱硬化させる工程とを備え、
    前記半導体チップ上面に突出した電極を前記樹脂シートに埋没させる工程において、前記吸着穴内の圧力を監視し、前記圧力が所定の値以下になった後に、前記熱圧着ヘッドの設定温度を、前記半導体チップ下面の電極と被接合物上面の電極を接合するとともに、前記接着剤を熱硬化させる温度に上げることを特徴とする実装方法。
  6. 請求項５に記載の実装方法であって、
    前記熱圧着後に、前記熱圧着ヘッド表面に前記樹脂シートを密着させた状態で、前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させることを特徴とする実装方法。
  7. 請求項５または請求項６の何れかに記載の実装方法であって、
    前記樹脂シートを前記半導体チップから離間させた後に、前記熱圧着ヘッドから前記樹脂シートを離間することを特徴とする実装方法。
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