JPH06232185A - 半導体チップの仮固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】箔状のはんだを介して回路基板の所定位置に置
かれた半導体チップに位置ずれが生じることのない半導
体チップの仮固定方法の提供。 【構成】半導体チップ２３の外形寸法よりも若干大きな
寸法の穴部２７ａを有するガイド板２７を回路基板２１
のボンディングパッド２５に穴部２７ａを位置付ける状
態で回路基板２１上に取り付け、ガイド板２７上には穴
部２７ａを橋わたすようにして箔状のはんだ３１を載置
し、半導体チップ２３を箔状のはんだ３１の上から穴部
２７ａ内に押し込める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体チップを回路基板
に接合固定する工程の前に行われる半導体チップの仮固
定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パワーデバイスの半導体チップを回路基
板へ実装する際には耐熱性、オーミック性、熱放散性に
優れる、共晶接合法が最も一般的に用いられている。こ
の種の従来の半導体チップの実装方法を図７及び図８に
示す。

【０００３】加熱装置１は、図７に示す如く、ケース２
内に熱板３が設けられており、この熱板３を加熱ヒータ
５で加熱し、熱板３の温度をセンサ７で検出してその温
度を温度制御装置８で所定の温度に保つように制御する
構成とされており、また、ケース２に設けられたノズル
２ａより不活性ガスを供給して熱板３上の雰囲気を低酸
素濃度とする構成となっている。

【０００４】この加熱装置１による半導体チップの実装
を、図８により説明する。まず、セラミックで形成され
た回路基板１１を熱板３上におき加熱し、回路基板１１
に設けられたＡｕパターンによるボンディングパッド１
２の上に接合材料である箔状のはんだ（ＡｕＳｎはん
だ）１３を置き溶融する（図８(a) ，(b) ）。

【０００５】次に、半導体チップ１５をはんだ１３上に
乗せる（図８(c) ）。このとき、半導体チップ１５とは
んだ１３との間に気泡１７が生じることがある。また、
加熱装置１が大気に対し完全に分離されてない構造であ
り、ケース２内は数１００ｐｐｍ程度の低酸素濃度しか
実現できないので、若干の酸化物１８が生じることがあ
る。これらをそのまま放置すると、半導体チップ１５と
回路基板１１の間の熱抵抗が気泡１７や酸化物１８のた
めに増大し、実際の通電動作時に放熱量の不足のため半
導体チップ１５の性能の低下や条件によっては半導体チ
ップ１５の破損のおそれがある。そこで、この気泡１７
や酸化物１８を追い出すため、図８(d)に示す矢印のよ
うに、人手でピンセット等を使って、半導体チップ１５
を回路基板１１側に押し付けながら左右に揺すり気泡１
７や酸化物１８を追い出す作業（スクラビング作業）を
行っていた。

【０００６】上述のように、従来の実装方法では、各々
の半導体チップ１５について、スクラビング作業を行わ
ねばならないので、この作業が煩雑であった。また、各
々の半導体チップ１５を手作業でケース１内の回路基板
１１に取り付ける必要があるので、大量生産は困難であ
った。

【０００７】一方、気泡１７や酸化物１８を取り除くた
めのスクラビング作業をなくすため、加熱装置１の熱板
３上を真空にすることが考えられる。すなわち、はんだ
１３及び半導体チップ１５が重ねて置かれた回路基板１
１を真空炉内に入れて加熱すれば気泡や酸化物が発生す
ることはなく、従って、スクラビング作業を行わなくと
も半導体チップ１５を良好な状態で回路基板１１に接合
固定できる。

【０００８】しかし、はんだ１３及び半導体チップ１５
が重ねて置かれた回路基板１１を１個だけ真空炉内に入
れてポンプによる空気抜きを行っていたのでは、空気抜
きの時間に無駄が多く、量産性が非常に低下するという
問題が生じる。一方、はんだ１３及び半導体チップ１５
が重ねて置かれた回路基板１１を多数個一度に真空炉内
に入れたのでは、回路基板１１を真空炉内に入れるとき
や加熱中に半導体チップ１５に位置ずれが生じるおそれ
がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の半
導体チップの実装方法では、半導体チップと回路基板間
の気泡や酸化物を追い出すためのスクラビング作業を行
う必要があったので煩雑であった。

【００１０】また、スクラビング作業を不要とするた
め、真空炉内で加熱した場合は、回路基板を真空炉内に
入れるときや加熱中に半導体チップに位置ずれが生じる
おそれがあるので、大量の回路基板を真空炉内に入れる
ことができず、従って、量産性が非常に低下するという
問題が生じる。

【００１１】本発明はこのような従来の欠点を解決する
べくなされたものであり、箔状の接合材料を介して回路
基板の所定位置に置かれた半導体チップに位置ずれが生
じることがなく、従って、多数の回路基板を真空炉内に
入れて接合固定を行える半導体チップの仮固定方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、回路基板の
所定位置に接合固定される半導体チップを前記回路基板
の所定位置に仮固定する半導体チップの仮固定方法にお
いて、前記半導体チップの外形寸法よりも若干大きい寸
法の穴部を有するガイド板を前記穴部が前記所定位置に
位置付けられる状態で前記回路基板上に取り付け、前記
ガイド板には前記穴部の相対向する縁部に両端が橋わた
される状態で箔状の接合材料を載置し、前記半導体チッ
プを前記箔状の接合材料の上から前記穴部内に押し込め
る構成となっている。

【００１３】

【作用】本発明では、穴部の相対向する縁部に両端が橋
わたされた状態でガイド板に載置された箔状の接合材料
を穴部内に押し込めるようにして半導体チップが穴部内
に挿入されるので、箔状の接合材料の端部は穴部の内壁
と半導体チップの端面とで挟持された状態となり、従っ
て、半導体チップは回路基板の所定位置に位置付けられ
た状態で穴部内に保持される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図６を参
照して詳述する。

【００１５】図１は半導体チップが回路基板に仮固定さ
れ、最終的にはんだにより接合固定されるまでの工程
図、図２は半導体チップの仮固定を説明する分解斜視図
である。

【００１６】図２に示す如く、セラミックで形成された
回路基板２１には各種回路パターン２２が形成されると
共に、半導体チップ２３がはんだにより接合固定される
ボンディングパッド２５がＡｕパターンにより形成され
ている。また、半導体チップ２３はＧａＡｓを材料とす
るＭＭＩＣであるので、従来例と同様、加熱装置（後述
４１）で行われるが、本例では、真空炉内において大量
の回路基板２１に半導体チップ２３をはんだ付けできる
ように、半導体チップ２３はガイド板２７を用いて仮固
定される。

【００１７】ガイド板２７は、回路基板２１と同寸法の
外形を有しており、回路基板２１と熱膨張率を合わせる
べく回路基板２１と同じ材質となっている。また、回路
基板２１のボンディングパッド２５と対応する位置に
は、半導体チップ２３の外形に対応させた角形の穴部２
７ａが形成されており、この穴部２７ａの寸法は半導体
チップ２３の外形寸法よりも若干大きくされている。次
に、上記ガイド板２７を用いた半導体チップ２３のはん
だ付け工程につき図１を用いて説明する。

【００１８】半導体チップ２３の回路基板２１への取り
付けに際しては、まず、図１(a) に示す如く、ボンディ
ングパッド２５に穴部２７ａを合わせるようにして、ガ
イド板２７を回路基板２１に重ね、ガイド板２７と回路
基板２１とをクランプ２９で固定する。

【００１９】ついで、穴部２７ａの横寸法よりも若干寸
法の長い箔状の接合材料であるはんだ（ＡｕＳｎはん
だ）３１を、穴部２７ａの相対向する縁部に両端部３１
ａ，３１ａが橋わたされる状態で、ガイド板２７に載置
する。

【００２０】そして、図１(b) に示す如く、半導体チッ
プ２３をはんだ２３を穴部２７ａ内に押し込めるように
して穴部２７ａ内に挿入する。これで、はんだ３１の端
部３１ａは穴部２７ａの内壁と半導体チップ２３の端面
とで挟持された状態となり、従って、半導体チップ２３
は、はんだ３１の弾性力により、ボンディングパッド２
５上の所定位置に位置付けられた状態で、穴部２７ａ内
に保持され、回路基板２１に対して仮固定される。

【００２１】そして、半導体チップ２３が仮固定された
回路基板２１が加熱装置４１内で加熱されてはんだ３１
が溶融し、図１(c) に示す如く、半導体チップ２３がボ
ンディングパッド２５にはんだ付けされる。この場合
に、半導体チップ２３は回路基板２１に仮固定されてい
るので、半導体チップ２３は位置ずれすることはなく、
従って、半導体チップ２３が仮固定された回路基板２１
を多数個真空炉内に入れても半導体チップ２３の位置ず
れは生じない。従って、例えば図３に示すように、回路
基板２１についてｍ×ｎ個の多面取り化を行い、半導体
チップ２３の仮固定を一度にまとめて行うことにより、
量産効率を向上させることができる。

【００２２】また、図４に示すように、半導体チップ２
３の仮固定作業を機械化することにより、回路基板２１
の多面取り化による量産効率をさらに向上させることが
できる。この工程は概略次のようになっている。まず、
図４(a) に示すように、供給ローラ３３により箔状のは
んだ３１を所定量送り出し、一方では保持具３４に半導
体チップ３１を保持させる。

【００２３】次に、図４(b) に示すように、保持具３４
を下降させて半導体チップ３１をガイド板２７の穴部２
７ａに押し込む。また、この行程の途中において、保持
具３４が下降すると、保持具３４の突出部３４ａがカッ
タ３５の押圧部３６を押圧し押圧部３６も下降する。こ
れにより、押圧スプリング３７を介して押圧部３６に設
けられたカッタ３５も下降する。そして、半導体チップ
２３がガイド板２７の穴部２７ａに達する直前まで保持
具３４が下降すると、カッタ３５の先端が箔状のはんだ
３１を押さえ、さらに保持具３４が下降するのに伴い、
押圧スプリング３７の応力によりカッタ３５がはんだ３
１を切断し、半導体チップ２３と切断されたはんだ３１
ａが穴部２７ａに押し込まれる。

【００２４】また、半導体チップ２３の穴部２７ａの押
込み入が完了すると、保持具３４及びカッタ３５は上昇
し、以降、同じ作業が回路基板（又は保持具３４等の機
械側）を移動させながら順次行われ、全ての回路基板２
１に半導体チップ２３が実装される。そして、全ての回
路基板２１に半導体チップ２３が実装された後に、この
多面取りの基板は真空炉へ入れられ、ｍ×ｎ個の回路基
板２１上の半導体チップ２３は同時にはんだ付けされ
る。図５は、上記半導体チップ２３のはんだ付けに用い
られる加熱装置である真空炉を示すものである。

【００２５】真空炉４１は、密閉可能とされたケース４
２内に、熱板４３が設けられており、この熱板４３を加
熱ヒータ４５で加熱し、熱板４３の温度をセンサ４７で
検出してその温度を温度制御装置４８で所定の温度に保
つように制御する構成となっている。また、ケース４２
には電磁弁４９を有するノズル５０が設けられており、
コントローラ５１の制御によりポンプ５２が作動し、
又、電磁弁４９が開閉してケース４２内が所定の真空度
に保たれ、又、ケース４２が所定の真空度となるとその
信号が温度制御装置４８へ伝達され加熱ヒータ４５が作
動する。

【００２６】図６は、真空炉内の温度−時間曲線を示し
たものである。半導体チップ２３が実装された回路基板
２１がケース４２内に収納され所定の真空度とされてか
ら加熱ヒータ４５が作動すると、４分程度ではんだ溶融
温度となり、その温度を３０秒程度保った後、冷却され
る。

【００２７】このように、真空炉により加熱する場合に
は、ケース４２内を真空にするための時間の他に６分程
度の加熱時間を必要とするので、回路基板２１を一個ず
つ加熱したのでは半導体チップ２３のはんだ付けに多量
の時間が必要となる。しかし、上記の多面取りの基板を
用い、ｍ×ｎ個の回路基板２１上に半導体チップ２３を
同時にはんだ付けする構成とすることにより、一個あた
りの加熱時間を格段と短くできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば回路
基板上に設けられる箔状の接合材料と半導体チップとを
回路基板の所定位置に仮固定できる。従って、回路基板
を真空炉に入れるときや加熱中に半導体チップが位置ず
れすることがないので、一度に多数の回路基板を真空炉
内に入れて半導体チップの接合固定を行える。

【００２９】また、確実な仮固定ができるので、回路基
板の多面取り化や半導体チップの実装の機械化も可能と
なり、半導体チップの接合固定工程の効率を飛躍的に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の仮固定の作業手順を説明する図。

【図２】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図３】本発明の一実施例に係る回路基板を多面取り化
した場合の斜視図。

【図４】半導体チップの仮固定を機械化した場合の作業
手順を説明する図。

【図５】真空炉の構造図。

【図６】真空炉の温度−時間曲線を示す図。

【図７】従来の半導体チップのはんだ付けに用いられる
加熱装置の構造図。

【図８】従来の半導体チップのはんだ付け工程図。

【符号の説明】

２１ 回路基板 ２３ 半導体チップ ２７ ガイド板 ２７ａ 穴部 ３１ はんだ（接合材料）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板の所定位置に接合固定される半
   導体チップを前記回路基板の所定位置に仮固定する半導
   体チップの仮固定方法において、前記半導体チップの外
   形寸法よりも若干大きい寸法の穴部を有するガイド板を
   前記穴部が前記所定位置に位置付けられる状態で前記回
   路基板上に取り付け、前記ガイド板には前記穴部の相対
   向する縁部に両端が橋わたされる状態で箔状の接合材料
   を載置し、前記半導体チップを前記箔状の接合材料の上
   から前記穴部内に押し込めることを特徴とする半導体チ
   ップの仮固定方法。