KR102497661B1 - 실장 장치 및 실장 방법 - Google Patents

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KR102497661B1
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thermocompression head
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가츠미 데라다
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토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 열경화성의 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착할 때에, 아웃 가스에 의한 폐해도 없고, 접합 품질도 확보한 실장 장치 및 실장 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 구체적으로는, 반도체 칩을 보유 지지한 상태에서 가열하고, 피접합물에 압착하는 기능을 갖는 열 압착 헤드를 구비하고, 상기 열 압착 헤드는, 상기 반도체 칩을 보유 지지하는 면에 흡착 구멍을 갖고, 상기 흡착 구멍과 연통하고, 흡착 구멍 내부를 감압하는 감압 기구를 구비하고, 상기 반도체 칩과 상기 열 압착 헤드 사이에 수지 시트를 공급하는, 수지 시트 공급 기구를 더 구비하고, 상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키고 나서 열 압착하는 것을 특징으로 하는 실장 장치 및 실장 방법을 제공한다.

Description

실장 장치 및 실장 방법{MOUNTING DEVICE AND MOUNTING METHOD}
본 발명은 실장 장치 및 실장 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착하는 실장 장치 및 실장 방법에 관한 것이다.
반도체 칩을 기판에 실장하는 방법으로서, 플립 칩 공법이 알려져 있다. 플립 칩 공법에서는, 도 11에 도시하는 바와 같은 플립 칩 본더(50)를 사용하여, 반도체 칩의 범프 전극과 기판의 전극을 열 압착하여 접합시키고 있다. 도 11의 플립 칩 본더(50)에서는, 도 12와 같은 구조로 이루어지는 열 압착 헤드(57)를 갖고, 어태치먼트(59)의 흡착 구멍(590) 내를 감압함으로써 흡착 보유 지지한 반도체 칩(C)을 히터(58)로 가열하면서, 기판(S0)에 열 압착하는 기능을 갖고 있다.
플립 칩 공법에서는, 접합부의 신뢰성을 확보하기 위해서, 반도체 칩과 기판의 간극을 수지로 밀봉하고 있다. 수지 밀봉의 방법으로서, 종래에는 접합 후에 액상 수지를 간극에 주입하여 열경화하는 방법이 일반적이었지만, 반도체 칩과 기판 사이에 접착성을 갖는 수지를 미경화 상태에서 배치한 상태에서 열 압착을 행하는 공법도 많이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1).
반도체 칩과 기판 사이에 접착제로서의 미경화 수지를 배치한 상태에서 행하는 플립 칩 공법은, 전극끼리의 접합과 수지 밀봉을 동시에 행할 수 있다. 이 때문에, 관통 전극과 같은 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을 적층하는 3차원 실장에도 적합한 공법이기도 하다.
일본 특허 공개 제2004-315688호 공보
관통 전극과 같은 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩은, 일반적인 반도체 칩과 달리, 도 13에 도시하는 바와 같이 반도체 칩(C) 상면에도 전극(ET)에 의한 돌기가 있다. 이 때문에, 플립 칩 본더(50)의 열 압착 헤드(57)로 흡착 보유 지지하는 경우, 열 압착 헤드(57)의 어태치먼트(59)와 반도체 칩(C) 상면에 간극이 발생한다. 이 간극은 얼마 안되므로, 어태치먼트에 상하 양면에 전극(ET, EB)을 갖는 반도체 칩(C)을 보유 지지하는 것은 가능하다. 그러나, 감압 상태의 흡착 구멍(590) 내부에는, 반도체 칩(C) 주변의 공기가 계속하여 들어가게 된다(도 14).
이 때문에, 미경화 수지(R)를 개재시켜, 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩(C)을 피접합물(S)(배선 기판 또는 배선 기판 상에 상하 양면에 전극을 갖는 반도체를 적층한 것)에 열 압착하는 경우에는, 가열에 의해 수지로부터 아웃 가스(G)가 발생하고, 흡착 구멍 내부(590)에 흡인되게 된다. 이 아웃 가스(G) 중에는 유기 성분 등이 포함되어 있고, 흡착 구멍(590) 내부로 들어가는 과정에 있어서, 어태치먼트(59)의 흡착면이나 흡착 구멍(590) 내부에 아웃 가스 성분이 부착된다. 이 어태치먼트(59)의 흡착면이나 흡착 구멍(590) 내부에 대한 아웃 가스 성분의 부착은, 열 압착을 반복함으로써 서서히 축적되어, 어태치먼트(59)의 흡착면을 오염시키거나, 흡착 구멍(590)을 막히게 하여 흡착 불량에 이르는 경우도 있다.
또한, 가열을 반복함으로써, 부착된 아웃 가스 성분이 탄화물이 되고, 이 탄화물이 흡착 구멍으로부터 반도체 칩(C) 상에 낙하하여 품질 불량을 야기할 우려도 있다.
그래서, 도 15와 같이, 반도체 칩(C) 상면과 어태치먼트(59)의 흡착면 사이의 간극을 없애기 위해서, 어태치먼트(59)의 흡착면에, 반도체 칩(C) 상면의 전극(ET)을 수납하는 오목부(592)를 마련하는 것을 생각할 수 있다.
그런데, 반도체 칩(C) 상면의 전극(ET)을 수납하는 오목부(592)를 마련하려고 하면, 오목부(592)는 전극(ET)보다 용적적으로 커지므로, 오목부(592)와 전극(ET) 사이에 간극이 발생한다. 이러한 간극이 발생하면, 이 오목부(592)에 있어서 어태치먼트(59)로부터 반도체 칩(C)으로의 전열이 저해되어, 반도체 칩(C)의 가열이 불충분해진다. 특히, 상하 양면의 전극에 관통 전극을 사용한 반도체 칩에서는, 하면의 전극으로의 가열이 불충분해지게 되어, 접합 불량의 원인이 된다. 또한, 압력이 큰 경우에는, 오목부(592)의 주변에서 전단 응력 TA(도 16)가 발생하여 반도체 칩에 대미지를 끼치게 되기도 하므로 바람직하지 않다.
한편, 어태치먼트(59)의 흡착면이 평탄하면, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)에만 열과 가중이 가해지기 때문에, 반도체 칩(C) 하측의 미경화 수지(R)의 유동성이 낮아져, 반도체 칩(C)과 피접합물(S)의 전극 사이에 수지가 물려들어가거나 보이드가 발생하여 접합 불량의 원인이 된다.
또한, 아웃 가스(G)가 발생하는 온도에 도달하기 전에 흡착을 멈추고, 아웃 가스 성분의 흡착 구멍(590) 내에의 유입을 방지하고 나서 가열하는 방법도 생각할 수 있지만, 흡착 구멍(590)의 내부와 외부의 차압으로부터 반도체 칩(C)을 향하여 기류가 역류하기 때문에, 가열 시의 수지의 유동에 의해 반도체 칩(C)이 위치 어긋날 우려가 있다. 또한, 가열 개시를 늦추면 택트 타임이 길어져서 생산성이 저하된다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이뤄진 것이며, 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착할 때에, 아웃 가스에 의한 폐해도 없고, 접합 품질도 확보한 실장 장치 및 실장 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은,
상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 열경화성의 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착하는 실장 장치이며,
상기 반도체 칩을 보유 지지한 상태에서 가열하고, 상기 피접합물에 압착하는 기능을 갖는 열 압착 헤드를 구비하고,
상기 열 압착 헤드는, 상기 반도체 칩을 보유 지지하는 면에 흡착 구멍을 갖고,
상기 흡착 구멍과 연통하고, 흡착 구멍 내부를 감압하는 감압 기구를 구비하고,
상기 반도체 칩과 상기 열 압착 헤드 사이에 수지 시트를 공급하는, 수지 시트 공급 기구를 더 구비하고,
상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키고 나서 열 압착하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 실장 장치이며,
상기 열 압착 헤드의 가열 온도를 설정하는 기능을 가진 제어부를 더 구비하고,
상기 감압 기구는 상기 흡착 구멍 내부의 압력을 측정하고, 측정값을 상기 제어부로 출력하는 압력계를 갖고,
상기 제어부가, 상기 압력계의 측정값에 따라서 상기 열 압착 헤드의 가열 온도의 설정값을 변경하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 실장 장치이며,
상기 수지 시트 공급 기구는, 상기 흡착 구멍에 대응하는 위치의 수지 시트에 관통 구멍을 형성하는, 구멍 형성 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 것에 기재된 실장 장치이며,
상기 열 압착 후에, 상기 열 압착 헤드 표면에 상기 수지 시트를 밀착시킨 상태에서, 상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시키는 기능을 갖고 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 실장 장치이며,
상기 본 압착 헤드와 상기 수지 시트를 이격시키는 이동 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은,
상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 열경화성의 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착하는 실장 방법이며,
상기 반도체 칩을, 열 압착 헤드로, 열 압착 헤드의 흡착 구멍과 대응하는 위치에 관통 구멍이 형성된 수지 시트를 개재시켜 흡착 보유 지지하는 공정과,
상기 열 압착 헤드를 소정의 온도 이하로 한 상태에서, 상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키는 공정과,
상기 열 압착 헤드의 설정 온도를 높이고, 상기 반도체 칩 하면의 전극과 피접합물 상면의 전극을 접합함과 함께, 상기 접착제를 열경화시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 6에 기재된 실장 방법이며,
상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키는 공정에 있어서, 상기 흡착 구멍 내의 압력을 감시하고, 상기 압력이 소정의 값 이하로 된 후에, 상기 열 압착 헤드의 설정 온도를, 상기 반도체 칩 하면의 전극과 피접합물 상면의 전극을 접합함과 함께, 상기 접착제를 열경화시키는 온도로 높이는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 6 또는 청구항 7에 기재된 실장 방법이며,
상기 열 압착 후에, 상기 열 압착 헤드 표면에 상기 수지 시트를 밀착시킨 상태에서, 상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 것에 기재된 실장 방법이며,
상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시킨 후에, 상기 열 압착 헤드로부터 상기 수지 시트를 이격하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착할 때에, 반도체 칩 상면에 돌출된 전극에 의해 발생하는 간극을 수지 시트에 의해 막을 수 있으므로, 아웃 가스가 반도체 칩 상면측에 접촉하는 것을 막을 수 있어, 아웃 가스에 의한 폐해도 없고, 접합 품질도 확보된 실장을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 실장 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 대상으로 하는 반도체 칩과 피접합물에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 실장 장치의 열 압착 헤드의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 실장 장치의 제어 구성을 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 어태치먼트에 대하여 수지 시트가 이격된 상태를 도시하는 도면이며, (b)는 동 어태치먼트 표면에 수지 시트가 밀착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 천공 장치의 바늘부가 어태치먼트의 흡착 구멍과 위치 정렬을 행한 상태를 도시하는 도면이며, (b)는 동 천공 장치가 수지 시트에 개구부를 형성하는 과정을 도시하는 도면이며, (c)는 동 천공 장치가 수지 시트에 개구부를 형성하는 과정이 진행한 상태를 도시하는 도면이며, (d)는 동 천공 장치에 의해 수지 시트에의 개구부가 형성된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 실장 장치의 열 압착 헤드 선단부의 어태치먼트가 수지 시트를 개재시켜 반도체 칩을 흡착하고 있는 상태를 설명하는 도면이며, (b)는 동 어태치먼트에 수지 시트를 개재시켜 흡착되어 있는 반도체 칩 상면에 돌출된 전극이 수지 시트에 매몰된 상태를 도시하는 도면이다.
도 8의 (a)는 반도체 칩의 전극이 수지 시트에 매몰된 이미지도이며, (b)는 반도체 칩의 전극이 수지 시트에 매몰되는 일례를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 실장 장치에 의해 반도체 칩을 피접합물에 접근시키는 과정을 도시하는 도면이며, (b)는 동 과정에 있어서 반도체 칩 상면에 돌출된 전극이 수지 시트에 매몰된 상태를 도시하는 도면이며, (c)는 동 과정 후의 열 압착 공정에 의해 반도체 칩이 피접합물에 실장된 상태를 도시하는 도면이며, (d)는 열 압착 공정 후에 반도체 칩으로부터 수지 시트가 박리된 상태를 도시하는 도면이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열 압착 공정 후에 열 압착 헤드 선단부의 어태치먼트에 수지 시트가 밀착된 상태를 도시하는 도면이며, (b)는 동 어태치먼트로부터 수지 시트를 이격한 상태를 도시하는 도면이며, (c)는 동 어태치먼트 바로 아래의 수지 시트를 갱신하고 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 11은 종래의 플립 칩 본더의 구성을 도시하는 도면이다.
도 12는 하면에만 전극을 갖는 반도체 칩을 종래의 플립 칩 본더의 열 압착 헤드가 보유 지지하고 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을 종래의 플립 칩 본더의 열 압착 헤드가 보유 지지하고 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 14는 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을 종래의 플립 칩 본더로 열 압착할 때에 발생하는 아웃 가스에 대하여 설명하는 도면이다.
도 15는 종래의 플립 칩 본더로 열 압착 헤드의 어태치먼트에 오목부를 형성하여 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을 보유 지지하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 16은 종래의 플립 칩 본더 열 압착 헤드의 어태치먼트에 오목부를 형성하여 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을 열 압착할 때에 발생하는 문제점을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 사용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 형태인 실장 장치(1)이다.
실장 장치(1)에서 실장하는 반도체 칩(C)은, 도 2와 같이 관통 전극에 의해 상하 양면에 전극을 갖고 있으며, 하면의 전극(EB)은 선단부에 땜납(BS)을 갖는 땜납 범프로 되어 있고, 상면의 전극(ET)도 상면으로부터 수㎛ 정도 돌출되어 있다. 피접합물(S)은, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같은 기판(S0), 또는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같은 배선 기판(S0)에 반도체 칩(C)이 적층된 것이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 반도체 칩(C)과 피접합물(S)을 접착하는 접착제로서, 열경화성 수지를 주성분으로 하는 비도전성 필름(이하 「NCF」라고 기재한다)을 사용하고 있다. NCF는 피접합물(S)의 표면에 부착되어 있는 것으로 하지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 반도체 칩(C)의 하면에 부착되어 있어도 된다. 또한, 접착제로서 열경화성 수지를 주성분으로 하는 비도전성 페이스트(이하 「NCP」라고 기재한다)를 사용해도 된다.
도 1의 실장 장치(1)는 피접합물(S)과 반도체 칩(C) 사이에 NCF를 개재시킨 상태에서, 반도체 칩(C) 하면의 전극(EB)과 피접합물(S) 상면의 전극(ES)을 땜납(BS)의 용착에 의해 접합하여, 반도체 칩(C)을 피접합물(S) 상에 실장하는 것이다. 실장 장치(1)는 베이스(3), 스테이지(4), 지지 프레임(5), 열 압착 유닛(6), 열 압착 헤드(7), 히터(8), 어태치먼트(9), 수지 시트 공급 기구(2), 화상 인식 장치(10) 및 제어부(11)를 구비하고 있다. 또한, 수지 시트 공급 기구(2)는 수지 시트 권출부(2S) 및 수지 시트 권취부(2R)를 구성 요소로서 포함하고 있다.
이하의 설명에서는, 수지 시트 권출부(2S)로부터 수지 시트 권취부(2R)에 수지 시트(P)를 반송하는 방향을 X축 방향, 이것에 직교하는 Y축 방향, 열 압착 헤드(7)의 피접합물(S)에 수직한 이동 방향을 Z축 방향, Z축을 중심으로 하여 회전하는 방향을 θ 방향으로서 설명한다.
베이스(3)는 실장 장치(1)를 구성하는 주된 구조체이다. 베이스(3)는 충분한 강성을 가지도록 구성되어 있다. 베이스(3)는 스테이지(4)와 지지 프레임(5)을 지지하고 있다.
스테이지(4)는 피접합물(S)을 보유 지지하면서, 임의의 위치로 이동시키는 것이다. 스테이지(4)는 구동 유닛(4a)에 피접합물(S)을 흡착 보유 지지할 수 있는 흡착 테이블(4b)이 설치되어 구성되어 있다. 스테이지(4)는 베이스(3)에 설치되고, 구동 유닛(4a)에 의해 흡착 테이블(4b)을 X축 방향, Y축 방향 및 θ 방향으로 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 스테이지(4)는 베이스(3) 상에 있어서 흡착 테이블(4b)에 흡착된 피접합물(S)을 X축 방향, Y축 방향, θ 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 스테이지(4)는 흡착에 의해 피접합물(S)을 보유 지지하고 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다.
지지 프레임(5)은 열 압착 유닛(6)을 지지하는 것이다. 지지 프레임(5)은 베이스(3)의 스테이지(4)의 근방에서 Z축 방향을 향하여 연장하도록 구성되어 있다.
가압 유닛인 열 압착 유닛(6)은 열 압착 헤드(7)를 이동시키는 것이다. 열 압착 유닛(6)은 도시하지 않은 서보 모터와 볼 나사로 구성된다. 열 압착 유닛(6)은 서보 모터에 의해 볼 나사를 회전시킴으로써 볼 나사의 축방향 구동력을 발생시키도록 구성되어 있다. 열 압착 유닛(6)은 볼 나사의 축방향이 피접합물(S)에 대하여 수직한 Z축 방향의 구동력(가압력)을 발생시키도록 구성되어 있다. 열 압착 유닛(6)은 서보 모터의 출력을 제어함으로써 Z축 방향의 가압력인 열압 하중 F를 임의로 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 열 압착 유닛(6)은 서보 모터와 볼 나사의 구성으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 공기 압력 액추에이터, 유압 액추에이터나 보이스 코일 모터로 구성해도 된다. 열 압착 유닛(6)의 가압력은, 반도체 칩(C)의 전극의 수나, 피접합물(S)과의 전극끼리의 접촉 면적에 따라서 가변할 수 있도록 제어된다.
열 압착 헤드(7)는 수지 시트(P)를 개재시켜 반도체 칩(C)을 흡착 보유 지지하고, 열 압착 유닛(6)의 구동력을 반도체 칩(C)에 전달하는 것이다. 열 압착 헤드(7)는 열 압착 유닛(6)을 구성하고 있는 도시하지 않은 볼 나사 너트에 설치되어 있다. 또한, 열 압착 유닛(6)은 스테이지(4)와 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 열 압착 헤드(7)는 열 압착 유닛(6)에 의해 Z 방향으로 이동됨으로써 스테이지(4)에 근접한다. 열 압착 헤드(7)의 구성은 도 3에 도시하는데, 열 압착 헤드(7)에는, 히터(8) 및 어태치먼트(9)가 설치되어 있다.
도 3에 도시하는 히터(8)는 반도체 칩(C)을 가열하기 위한 것이고, 카트리지 히터로 구성되어 있다. 단, 카트리지 히터에 한정되는 것은 아니며, 세라믹 히터, 러버 히터 등, 반도체 칩(C)을 소정의 온도까지 가열할 수 있는 것이면 된다. 또한, 히터(8)는 열 압착 헤드(7)에 내장되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 스테이지(4)에도 내장하고, 스테이지(4)측으로부터 피접합물(S)을 통하여 NCF를 가열하는 구성이어도 된다.
어태치먼트(9)는 수지 시트(P)를 개재시켜 반도체 칩(C)을 보유 지지하는 것이다. 어태치먼트(9)는 열 압착 헤드(7)에 스테이지(4)와 대향하도록 설치되어 있다. 어태치먼트(9)는 반도체 칩(C)을 위치 결정하면서 흡착 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 어태치먼트(9)는 히터(8)에 의해 가열되도록 구성되어 있다. 즉, 어태치먼트(9)는 반도체 칩(C)을 위치 결정 보유 지지함과 함께, 히터(8)로부터의 전열에 의해 반도체 칩(C)을 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 어태치먼트(9)에는, 반도체 칩(C)을 흡착하기 위한 흡착 구멍(90)이 설치되어 있고, 흡착 구멍(90)은 진공 펌프 등으로 이루어지는 감압 기구(91)에 연통되어 있다. 감압 기구(91)를 가동함으로써, 흡착 구멍(90) 내부는 감압되어, 어태치먼트(9)는 후술하는 개구부를 갖는 수지 시트(P)를 개재시켜, 반도체 칩(C)을 흡착 보유 지지한다. 흡착 구멍(90) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력계(93)도 설치되어 있다. 도 3에서는, 흡착 구멍(90)은 1군데만으로 되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 복수여도 되며, 흡착하는 반도체 칩(C)의 크기에 따라서 증가시켜도 된다.
수지 시트(P)에 의해, 본 압착 시에 반도체 칩(C)으로부터 NCF가 비어져 나와도 어태치먼트(9)에 부착되는 경우가 없으므로, 어태치먼트(9)는 압착면의 외주 사이즈를 반도체 칩(C)보다도 크게 할 수 있다. 그 때문에, 반도체 칩(C)의 주변부까지 전체면에 열을 전할 수 있어, 반도체 칩(C) 외주로 비어져 나온 NCF의 필렛 형상을 안정시키고, 접합 강도를 높일 수 있다. 또한, 반도체 칩(C)을 압착하는 면의 외주 사이즈를, 실장의 피치 사이즈보다도 작게 함으로써, 인접 반도체 칩(C)간에서의 간섭을 억제하여 본 압착을 행할 수 있다. 또한, 어태치먼트(9)에는, 효율적으로 열을 전달하기 위해서 50W/mK 이상의 열전도율을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
어태치먼트(9)는 히터(8)와 분리되어 있어서 탈착할 수 있는 구성이라면, 저렴하며, 교환함으로써 복수 품종에 대응할 수 있어서 바람직하지만, 일체형의 구조여도 된다.
수지 시트 공급 기구(2)는 수지 시트 권출부(2S) 및 수지 시트 권취부(2R)를 구성 요소로 하고, 수지 시트 권출부(2S)에 감긴 테이프상의 수지 시트(P)를 어태치먼트(9)와 반도체 칩(C) 사이에 공급한 후에 수지 시트 권취부(2R)로 권취하는 것이다. 수지 시트 공급 기구(2)에는, 수지 시트 권출부(2S)와 수지 시트 권취부(2R) 이외에, 수지 시트(P)를 안정적으로 반송하기 위한 가이드 롤 등이 있어도 된다. 또한, 어태치먼트(9)는 수지 시트(P)를 개재시켜 반도체 칩(C)을 흡착 보유 지지하므로, 어태치먼트(9)의 흡착 구멍(90)에 대응하는 위치의 수지 시트(P)에도 개구부(P0)를 형성할 필요가 있다. 수지 시트(P)에 개구부(P0)를 형성하는 방법으로서는, 후술하는 바와 같이, 수지 시트 공급부(2)에 천공기(2H)(도 6 참조)를 사용하여 실시한다. 단, 개구부(P0)를 형성하는 방법은 이것에 한정되는 것은 아니며, 당초부터 개구부를 갖는 수지 시트(P)를 사용하여, 개구부를 흡착 구멍(90)에 위치 정렬하는 방법 등이어도 된다. 여기서, 수지 시트(P)로서는, 유연성을 가지면서, 내열성이 우수하고, 반도체 칩에 대한 부착 방지성도 우수한 재료가 바람직하고, 이 특성을 구비한 재료로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등의 불소 수지가 바람직하다. 또한, 두께로서는, 기계적 강도를 유지하면서도 반도체 칩에의 열전도성도 고려해서 20∼50㎛ 정도가 바람직하다.
화상 인식 장치(10)는 화상에 의해 반도체 칩(C)과 피접합물(S)의 위치 정보를 취득하는 것이다. 화상 인식 장치(10)는 스테이지(4)에 보유 지지되어 있는 피접합물(S) 상면의 위치 정렬 마크와, 어태치먼트(9)에 보유 지지되어 있는 반도체 칩(C) 하면의 위치 정렬 마크를 화상 인식하고, 피접합물(S)과 반도체 칩(C)의 위치 정보를 취득하도록 구성되어 있다. 또한, 피접합물(S)의 위치 정렬 마크란, 피접합물(S)이 배선 기판(S0)만인 경우에는 배선 기판(S0)에 기재된 위치 정렬 마크를 사용하고, 피접합물(S)이 배선 기판(S0) 상에 반도체 칩(C)이 적층된 것인 경우에는, 배선 기판(S0)에 기재된 위치 정렬 마크 또는 적층된 최상층의 반도체 칩(C)의 위치 정렬 마크를 사용한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(11)는 실장 장치(1)의 구성 요소를 제어하는 것이다. 제어부(11)는 구체적으로는, CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 접속되는 구성이어도 되고, 또는 원칩의 LSI 등으로 이루어지는 구성이어도 된다. 제어부(11)는 실장 장치(1)의 구성 요소를 제어하기 위한 여러가지 프로그램이나 데이터가 저장되어 있다.
제어부(11)는 스테이지(4)에 접속되고, 스테이지(4)의 X축 방향, Y축 방향, θ축 방향의 이동량을 각각 제어할 수 있다. 제어부(11)는 히터(8)에 접속되고, 히터(8)의 온도를 제어할 수 있다. 특히, 제어부(11)는 열 압착 헤드(7)의 가압 시에 있어서의 평균 온도를 NCF의 경화 온도 이상 또한 땜납의 융점 이상의 온도로 이루어지는 일정 범위 내로 유지할 수 있다. 제어부(11)는 열 압착 유닛(6)에 접속되고, 열 압착 유닛(6)의 Z축 방향의 가압력을 제어할 수 있다. 제어부(11)는 어태치먼트(9)의 흡착 구멍(90)에 연통한 감압 기구(91)에 접속되고, 어태치먼트(9)의 흡착 상태를 제어할 수 있다. 제어부(11)는 수지 시트 공급 기구(2)에 접속되고, 어태치먼트(9) 바로 아래의 수지 시트(P)를 반송할 수 있다. 제어부(11)는 화상 인식 장치(10)에 접속되고, 화상 인식 장치(10)를 제어하여, 반도체 칩(C)과 피접합물(S)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
이하에서는, 도 5부터 도 10 사용하여, 본 발명에 따른 실장 장치(1)에 의한 실장 공정에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 수지 시트(P)를, 어태치먼트(9)의 표면으로부터 이격된 상태(도 5의 (a))로부터, 어태치먼트(9) 표면에 밀착시킨다(도 5의 (b)). 이 조작은, 어태치먼트(9)와 수지 시트(P)의 상대 거리를 단축하는 것이라면, 열 압착 툴(6)에 의해 열 압착 툴(9)을 하강시켜도 되고, 수지 시트 공급 기구(2)에 의해 수지 시트(P)를 상승시켜도 된다.
이어서, 어태치먼트(9) 표면에 수지 시트(P)가 밀착된 상태에서, 어태치먼트(9)의 흡착 구멍(90)에 대응하는 위치의 수지 시트에 개구부(P0)를 형성하는 과정을 도 6에 도시하였다. 즉, 천공기(2H)의 바늘부(2HN)를 흡착 구멍(90)에 위치 정렬한 상태(도 6의 (a))로부터, 천공기(2H)를 상승시켜서(도 6의 (a)∼도 6의 (c)), 수지 시트(P)에 관통 구멍을 형성하고 나서 천공기(2H)를 하강시킨다. 이렇게 함으로써, 어태치먼트(9)의 흡착 구멍(90)에 대응하는 위치의 수지 시트(P)에 개구부(P0)가 형성된다(도 6의 (d)).
이 상태에서, 도시하지 않은 반도체 칩 수수 기구에 의해, 반도체 칩(C)은 어태치먼트 툴(9) 바로 아래에 배치된다. 이 단계에서 감압 기구(91)를 가동함으로써, 반도체 칩(C)은 어태치먼트 툴(9) 바로 아래의 수지 시트(P)에 흡착된다(도 7의 (a)).
이상의, 수지 시트(P)에 어태치먼트(9)를 밀착시키는 과정으로부터, 수지 시트(P)에 반도체 칩을 흡착하는 과정에 있어서, 히터(8)의 온도는, NCF로부터 아웃 가스가 발생하지 않는 온도로 설정되어 있다. 또한, NCF로부터 아웃 가스가 발생하지 않는 온도는, NCF의 조성에 따라 상이한데, 120℃ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하이다.
이 후, 도 7의 (b)와 같이, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)이 수지 시트(P)에 매몰된 상태로 되면, 히터(8)의 설정 온도를 NCF로부터 아웃 가스가 발생하는 온도 이상으로 해도 된다. 즉, 히터(8)의 설정 온도를 NCF로부터 아웃 가스가 발생하는 온도로 해도, 아웃 가스가 어태치먼트(9) 표면이나 흡착 구멍(90) 내부에 부착될 일은 없다. 따라서, 도 7의 (b)의 상태로 되어 있으면, 히터(8)의 설정 온도를, 땜납(BS)의 용융 또한 NCF의 경화가 발생하는 온도로 하고, 반도체 칩(C)을 피접합물(S)에 열 압착하여 실장할 수 있다. 또한, 도 7의 (b)와 같은 상태로 되어 있는지 여부는, 흡착 구멍(90) 내부의 압력으로 알 수 있다. 도 7의 (b)의 상태라면, 감압 기구(91)의 가동에 의해, 흡착 구멍(90) 내부는 밀폐 상태이므로 압력 저하는 대(고진공측)로 되지만, 이에 비해, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)이 수지 시트(P)에 매몰된 상태로 되지 않는다면 흡착 구멍(90) 내부의 압력 저하는 소로 된다. 이 때문에, 반도체 칩(C)이 수지 시트(P)에 밀착된 후의, 흡착 구멍(90) 내부의 압력을 압력계(93)로 감시하고, 그 측정값이 소정의 값 이하로 되면 도 7의 (b)의 상태로 되었다고 판단하는 것이 가능하다. 또한, 압력계(93)의 대신에 유량계를 사용하여, 유량계의 측정값이 소정의 값 이하로 된 것으로부터 도 7의 (b)의 상태로 되었다고 판단하는 것도 가능하다.
또한, 도 7의 (b)에 있어서, 전극(ET)이 수지 시트(P)에 매몰되는 상태를, 도 8의 (a)와 같은 이미지도로 나타내고 있지만, 실제로는 도 8의 (b)에 일례를 나타내는 바와 같이 전극(ET)의 주위에는 간극 PV가 형성되어 있다. 단, 간극 PV의 주위에서 수지 시트(P)는 반도체 칩(C)의 상면에 밀착되어 있으므로, 흡착 구멍(90) 내부의 압력은 저하된다.
도 7의 (a)와 같은 상태로부터, 흡착 구멍(90) 내부를 감압하는 것만으로도, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)이 수지 시트(P)에 매몰되어 도 7의 (b)와 같은 상태로 되는 경우도 있지만, 전극(ET)이 수지 시트(P)에 약간 깊이 박힐 정도의 경우도 있다. 이러한 상태인 것은, 흡착 구멍(90) 내부의 압력이 소정의 값 이하로 되어 있지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이러한 경우, 반도체 칩(C) 주변의 기체는, 어태치먼트(9) 표면이나 흡착 구멍(90) 내부에 흡수된다. 이 때문에, 이 단계에서, 히터(8)의 설정 온도는 NCF로부터 아웃 가스가 발생하지 않는 온도로 해둘 필요가 있다.
흡착 구멍(90) 내부를 감압하는 것만으로, 반도체 칩(C) 상면의 전극(ET)이 수지 시트(P)를 매립한 상태로 되지 않는 경우, 반도체 칩(C)과 피접합물의 위치 정렬을 행한 후, 히터(8)의 설정 온도를 NCF로부터 아웃 가스가 발생하지 않는 온도로 한 상태에서, 반도체 칩(C)을 열 압착 유닛(6)에 의해 피접합물(S)을 향하여 Z축 방향으로 이동시킨다. 이와 같이 함으로써, 반도체 칩(C) 하면의 전극(EB)은 NCF에 접촉하고(도 9의 (a)), 또한 Z축 하측 방향으로 압력을 가하면 반도체 칩(C)은 상하 양면의 힘을 받는다. 이 상하 양면의 힘에 의해, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)은 서서히 수지 시트(P)에 깊이 박혀서, 수지 시트(P)에 매몰된 상태에 이른다(도 9의 (b)). 여기에서도, 흡착 구멍(90) 내부의 압력을 압력계(93)로 감시하고 있으면, 그 측정값이 소정의 값 이하로 된 것으로, 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극이 수지 시트(P)에 매몰되었다고 판정할 수 있다. 이 단계에서, 히터(8)의 설정 온도를 NCF로부터 아웃 가스가 발생하는 온도로 해도 아웃 가스가 어태치먼트(9) 표면이나 흡착 구멍(90) 내부에 부착되는 경우는 없으므로, 히터(8)의 설정 온도를, 땜납(BS)의 용융 또한 NCF의 경화가 발생하는 온도로 하고, 반도체 칩(C)을 피접합물(S)에 열 압착하여 실장할 수 있다(도 9의 (c)). 반도체 칩(C)의 피접합물(S)에의 실장이 완료되면, 히터(8)에 의한 가열을 멈추어서 어태치먼트(9)를 강온함과 함께, 열 압착 유닛(6) 및 수지 시트 공급 기구(2)를 Z축 방향에서 피접합물(S)과는 반대 방향으로 이동시키고, 반도체 칩(C)으로부터 수지 시트(P)를 박리한다(도 9의 (d)). 여기서, 수지 시트(P)는 열 압착 후에는 반도체 칩(C) 상면에 돌출된 전극(ET)이 매몰된 상태이므로, 어태치먼트(9)만을 상승시키면, 수지 시트(P)가 냉각되어, 수축에 의해 전극(ET)으로부터 이격할 수 없는 상태로 되므로, 어태치먼트(9)를 밀착한 상태에서 상승시키는 것이 바람직하다.
이 후, 열 압착 유닛(6)과 수지 시트 공급 기구(2)의 상대 이동에 의해, 수지 시트(P)를 어태치먼트(9) 표면으로부터 이격한다(도 10의 (a), 도 10의 (b)). 이 단계에서, 어태치먼트(9) 바로 아래의 수지 시트(P)는, 고온 프로세스를 거치고 있기 때문에, 물성적으로 열 열화되거나 변형이나 오염이 발생할 가능성이 있다. 그래서, 수지 시트 공급 기구(2)를 가동시켜서(도 10의 (c)), 고온 프로세스를 거치지 않은 수지 시트(P)를 어태치먼트(9) 바로 아래에 배치한다.
이후에는, 어태치먼트(9)의 온도가, NCF로부터 아웃 가스가 발생하는 온도 미만까지 낮아지면, 실장 공정을 완료시키거나, 도 5의 (b)와 같이 수지 시트 공급 기구(2)를 가동시켜, 수지 시트(P)를 어태치먼트(9) 표면에 밀착시키고 나서, 다음 반도체 칩(C)의 실장 공정을 진행시킨다.
1: 실장 장치
2: 수지 시트 공급 기구
2S: 수지 시트 권출부
2R: 수지 시트 권취부
2H: 천공기
2HN: 바늘부
3: 베이스
4: 스테이지
5: 지지 프레임
6: 열 압착 유닛
7: 열 압착 헤드
8: 히터
9: 어태치먼트
10: 화상 인식 장치
11: 제어부
90: 흡착 구멍
91: 감압 기구
93: 압력계
C: 반도체 칩
P: 수지 시트
S: 피접합물
EB: 반도체 칩 하면의 전극
ET: 반도체 칩 상면의 전극
ES: 피접합물 상면의 전극
NCF: 비도전성 필름(접착제)

Claims (7)

  1. 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 열경화성의 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착하는 실장 장치이며,
    상기 반도체 칩을 보유 지지한 상태에서 가열하고, 상기 피접합물에 압착하는 기능을 갖는 열 압착 헤드를 구비하고,
    상기 열 압착 헤드는, 상기 반도체 칩을 보유 지지하는 면에 흡착 구멍을 갖고,
    상기 열 압착 헤드의 가열 온도를 설정하는 기능을 가진 제어부를 더 구비하고,
    상기 흡착 구멍과 연통하고, 흡착 구멍 내부를 감압하는 감압 기구를 구비하고,
    상기 감압 기구는 상기 흡착 구멍 내부의 압력을 측정하고, 측정값을 상기 제어부로 출력하는 압력계를 갖고,
    상기 제어부가, 상기 압력계의 측정값에 따라서 상기 열 압착 헤드의 가열 온도의 설정값을 변경하는 기능을 갖고,
    상기 반도체 칩과 상기 열 압착 헤드 사이에 수지 시트를 공급하는, 수지 시트 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키고 나서 열 압착하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지 시트 공급 기구는, 상기 흡착 구멍에 대응하는 위치의 수지 시트에 관통 구멍을 형성하는, 구멍 형성 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 압착 후에, 상기 열 압착 헤드 표면에 상기 수지 시트를 밀착시킨 상태에서, 상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시키는 기능을 갖고 있는 실장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열 압착 헤드와 상기 수지 시트를 이격시키는 이동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 실장 장치.
  5. 상하 양면에 전극을 갖는 반도체 칩을, 상기 반도체 칩의 하측에 배치되고, 상면에 전극을 갖는 피접합물에, 열경화성의 접착제를 개재시킨 상태에서 열 압착하는 실장 방법이며,
    상기 반도체 칩을, 열 압착 헤드로, 열 압착 헤드의 흡착 구멍과 대응하는 위치에 관통 구멍이 형성된 수지 시트를 개재시켜 흡착 보유 지지하는 공정과,
    상기 열 압착 헤드를 소정의 온도 이하로 한 상태에서, 상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키는 공정과,
    상기 열 압착 헤드의 설정 온도를 높이고, 상기 반도체 칩 하면의 전극과 피접합물 상면의 전극을 접합함과 함께, 상기 접착제를 열경화시키는 공정을 갖고,
    상기 반도체 칩 상면에 돌출된 전극을 상기 수지 시트에 매몰시키는 공정에 있어서, 상기 흡착 구멍 내의 압력을 감시하고, 상기 압력이 소정의 값 이하로 된 후에, 상기 열 압착 헤드의 설정 온도를, 상기 반도체 칩 하면의 전극과 피접합물 상면의 전극을 접합함과 함께, 상기 접착제를 열경화시키는 온도로 높이는 것을 특징으로 하는 실장 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열 압착 후에, 상기 열 압착 헤드 표면에 상기 수지 시트를 밀착시킨 상태에서, 상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시키는 것을 특징으로 하는 실장 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 수지 시트를 상기 반도체 칩으로부터 이격시킨 후에, 상기 열 압착 헤드로부터 상기 수지 시트를 이격하는 것을 특징으로 하는 실장 방법.
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