WO2018092306A1 - 電子部品実装装置 - Google Patents

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island
electronic component
component mounting
mounting apparatus
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訓 永井
晋 高山
みどり 子林
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株式会社新川
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Definitions

  • the present invention relates to a structure of an electronic component mounting apparatus that heats a semiconductor die and mounts it on a substrate or another semiconductor die.
  • thermosetting resin A method in which a semiconductor die vacuum-adsorbed on an attachment is heated with a heat tool and pressed onto a substrate coated with a thermosetting resin to mount the semiconductor die on the substrate is often used.
  • the thermosetting resin When the thermosetting resin is heated, the volatile component is gasified, and when the gasified volatile component is cooled, it is condensed to be liquid or solidified to be a solid. For this reason, the volatile component of the thermosetting resin gasified by heating is sucked into the vacuum flow path from the slight gap between the heat tool and the attachment or the slight gap between the attachment and the semiconductor die, and inside the switching valve.
  • thermocompression bonding In addition, a semiconductor die on which a conductive die is placed on a glass substrate, a semiconductor die adsorbed on a thermocompression bonding head is pressed, the conductive adhesive is melted, and the semiconductor die is mounted on the glass substrate.
  • foreign matter such as dust may adhere to the thermocompression bonding head due to steam generated when the conductive adhesive is heated and melted.
  • a method of sucking steam generated when a conductive adhesive is heated and melted by protruding a nozzle that sucks steam under the thermocompression bonding head for example, a patent). Reference 2).
  • the semiconductor die mounted in a stack also has a protruding electrode formed on the surface attracted by the bonding tool, if the semiconductor die is vacuum-adsorbed to the tip of the bonding tool, the surface of the bonding tool and the surface of the semiconductor die There is a gap between the projecting electrodes.
  • the non-conductive film (NCF) is heated to 200 ° C. or higher, a component having a low molecular weight such as an acrylic monomer is gasified. Therefore, when the temperature of the bonding tool is increased to the melting temperature of the solder (about 250 ° C.), The gasified component of the non-conductive film (NCF) is sucked into the vacuum suction hole inside the bonding tool from this gap.
  • the bonding tool when picking up the semiconductor die, it is necessary to cool the bonding tool to, for example, about 100 ° C. so that the non-conductive film (NCF) does not become low viscosity. Further, when the semiconductor die is being sucked, the pressure of the vacuum suction hole is vacuum, but after the semiconductor die is bonded, it is necessary to stop the vacuum in order to remove the semiconductor die from the bonding tool. For this reason, when the bonding tool is heated to about 250 ° C. when adsorbing the semiconductor die and bonding the electrodes, the non-conductive film (NCF) is placed in the vacuum adsorption hole provided in the bonding tool.
  • NCF non-conductive film
  • the gasified component is sucked in the state of gas, and when the vacuum is stopped, the sucked gasified component stays in the vacuum suction hole.
  • the bonding tool is cooled to about 100 ° C., the gasified component stays inside.
  • the process of condensing the resulting components into a liquid is repeated. As a result, the gasified component condenses and becomes a liquid and accumulates in a slight gap inside the bonding tool, and eventually leaks out around the bonding tool to contaminate the bonding tool. It was.
  • the present invention provides an electronic component mounting apparatus for bonding a semiconductor die having protruding electrodes on both sides to a substrate or another semiconductor die, and sealing a gap between the semiconductor die and the substrate or another semiconductor die with a resin.
  • the purpose is to suppress the contamination of the bonding tool.
  • An electronic component mounting apparatus is disposed on a base side of a bonding tool, including a base, an island that protrudes from the base and vacuum-sucks a semiconductor die having projecting electrodes on both surfaces to the surface thereof, and a bonding tool.
  • an electronic component mounting apparatus that seals a gap between the surface of the semiconductor die opposite to the island and the surface of the substrate or another semiconductor die with a resin, and a plurality of devices mounted at positions adjacent to the outer peripheral surface of the base island The continuous vacuum suction hole is provided.
  • a plurality of types of bonding tools having different total areas of the continuous vacuum suction holes can be attached according to the height of the protruding electrode on the island-side surface of the semiconductor die. is there.
  • the continuous vacuum suction hole is higher than when the height of the protruding electrode on the island side surface of the semiconductor die is low. It is also preferable that a bonding tool having a large total area can be attached.
  • the diameter of the continuous vacuum suction hole is substantially the same as the height of the island.
  • the continuous vacuum suction hole is preferably rectangular, oval, or oval, and the shorter width is substantially the same as the island height.
  • the heater is provided with another continuous vacuum suction hole communicating with the continuous vacuum suction hole provided in the base, and the continuous vacuum suction hole is sucked into the other continuous vacuum suction hole. It is also preferable that a cooling pipe for condensing or solidifying by cooling the gas is connected, and a recovery container for storing a liquid or solid condensed or solidified in the cooling pipe is connected to the cooling pipe.
  • the present invention is an electronic component mounting apparatus that joins a semiconductor die having protruding electrodes on both sides to a substrate or another semiconductor die and seals a gap between the semiconductor die and the substrate or another semiconductor die with a resin. Bonding tool contamination can be suppressed.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a flip chip bonding apparatus in an embodiment of the present invention. It is a top view of the bonding tool used for the flip chip bonding apparatus in the embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the bonding tool used for the flip chip bonding apparatus in embodiment of this invention. It is a bottom view of the bonding tool used for the flip chip bonding apparatus in the embodiment of the present invention. It is a top view of the heater used for the flip chip bonding apparatus in embodiment of this invention. It is sectional drawing of the heater used for the flip chip bonding apparatus in embodiment of this invention. It is a bottom view of the heater used for the flip chip bonding apparatus in the embodiment of the present invention.
  • the flip-chip bonding apparatus 100 includes a bonding stage 50 for adsorbing and fixing a semiconductor die 80 or a substrate on the upper surface, and a contact / separation direction with respect to the bonding stage 50 by a driving device (not shown). 1), or a bonding head 60 driven in the horizontal direction.
  • the bonding head 60 includes a main body 31 connected to a driving device (not shown), the heater 20 attached to the lower surface 35 of the main body 31, and the bonding tool 10 fixed to the lower surface 26 of the heater 20 by vacuum suction. Yes.
  • a semiconductor die 70 is vacuum-sucked on the surface 14 of the bonding tool 10.
  • the bonding tool 10 includes a square plate-like base 11 and an island 13 that protrudes from the lower surface 12 of the base 11 into a square pedestal shape and vacuum-adsorbs the semiconductor die 70 shown in FIG. I have.
  • a vacuum hole 16 for vacuum-sucking the semiconductor die 70 is provided so as to penetrate the base 11 and the island 13.
  • a plurality of continuous vacuum suction holes 15 are provided at positions adjacent to the outer peripheral surface of the island 13 of the base 11.
  • the diameter d1 of each continuous vacuum suction hole 15 is equal to the protrusion height H1 of the island 13 from the lower surface 12 of the base 11.
  • the continuous vacuum suction hole 15 communicates with an annular groove 17 provided on the upper surface 18 of the base 11 in contact with the lower surface 26 of the heater 20.
  • the ratio of the total area of the plurality of continuous vacuum suction holes 15 provided on the short side of the island 13 to the total area of the plurality of continuous vacuum suction holes 15 provided on the long side of the island 13 is the short side of the island 13 The number is determined so that the ratio is substantially the same as the ratio of the length of the long side. Thereby, air can be sucked from the periphery of the island 13 with a good balance.
  • the heater 20 is, for example, a square plate in which a heating resistor made of platinum or tungsten is embedded in a ceramic such as aluminum nitride, and the size thereof is substantially the same as that of the bonding tool 10.
  • a vacuum hole 22 communicating with the vacuum hole 16 of the bonding tool 10 is provided at the center.
  • a C-shaped groove 24 is provided in a region corresponding to the inside of the annular groove 17 on the upper surface 18 of the bonding tool 10, and a heater 20 is provided at one end of the groove 24.
  • a vacuum hole 23 penetrating in the thickness direction is provided.
  • vacuum holes 25 are provided at positions corresponding to the corners of the annular groove 17 on the upper surface 18 of the bonding tool 10. Each vacuum hole 22, 23, 25 penetrates to the upper surface 27 as shown in FIG. 3A.
  • the main body 31 is provided with vacuum holes 32, 33, 34 at positions corresponding to the vacuum holes 22, 23, 25 of the heater 20, and the vacuum holes 22, 23 of the heater 20. , 25 and the respective vacuum holes 32, 33, 34 of the main body 31 communicate with each other.
  • the channel 28 is closed by the inner peripheral plane of the groove 17 provided on the upper surface 18 of the bonding tool 10 and communicates with the vacuum hole 23.
  • the groove 17 provided on the upper surface 18 of the bonding tool 10 is closed by a plane on the outer peripheral side of the C-shaped groove 24 on the lower surface 26 of the heater 20, as shown in FIGS.
  • the channels 19 communicate with the vacuum holes 25 of the heater 20 and communicate with the plurality of continuous vacuum suction holes 15 formed in the base 11 of the bonding tool 10.
  • the vacuum hole 16 at the center of the bonding tool 10 communicates with the vacuum hole 25 of the heater 20.
  • the vacuum hole 33 of the main body 31 is connected to a vacuum pump 44 by a pipe 42.
  • the vacuum hole 32 is connected to a vacuum pump 44 by a pipe 41 in which an electromagnetic valve 43 is disposed in the middle.
  • the vacuum hole 34 is connected to a cooling pipe 46 by a pipe 45, and the cooling pipe 46 is connected to a sealed collection container 47.
  • the recovery container 47 and the vacuum pump 44 are connected by a pipe 48.
  • a recovery container 47 connected to the vacuum pump 44 by a pipe 48, a cooling pipe 46 connected to the recovery container 47, and a connection through the cooling pipe 46 and the pipe 45.
  • the channel 19 is evacuated, and the air around the island 13 is sucked from the plurality of continuous vacuum suction holes 15.
  • one side of the die body 71 is placed on the first stage semiconductor die 80 in which the protruding electrode 82 is formed on the upper surface of the die body 81 by the flip chip bonding apparatus 100 of the present embodiment.
  • the projecting electrode 72 is formed on the other surface
  • the projecting electrode 73 is formed on the other surface
  • a bump 74 is formed on the tip of the projecting electrode 73 with solder or the like
  • the non-conductive film is formed on the other surface where the projecting electrode 73 is provided.
  • a process of mounting the second-stage semiconductor die 70 to which (NCF) 75 is attached will be described.
  • the protruding electrodes 72 and 73 may be made of, for example, copper.
  • the first-stage semiconductor die 80 is vacuum-sucked on the upper surface of the bonding stage 50. Also, the vacuum pump 44 shown in FIG. Vacuum adsorption.
  • the bonding head 60 is moved onto the semiconductor die 70 placed on the reversal / delivery device (not shown) of the semiconductor die 70 so that the protruding electrode 72 is on the upper side. Then, the electromagnetic valve 43 is opened and the vacuum hole 32 of the main body 31, the vacuum hole 25 of the heater 20, and the vacuum hole 16 of the bonding tool 10 are evacuated to the surface 14 of the island 13 of the bonding tool 10. The surface on the protruding electrode 72 side is vacuum-sucked.
  • the state shown in FIG. Become.
  • the temperature of the bonding tool 10 is about 100 ° C.
  • the bump 74 is not in a molten state.
  • the non-conductive film (NCF) 75 is not in a low viscosity state.
  • the bonding head 60 is lowered by a driving device (not shown) as indicated by an open arrow 90 a in FIG. 5 and vacuum-adsorbed on the surface 14 of the bonding tool 10.
  • the bump 74 is pressed onto the protruding electrode 82 of the first-stage semiconductor die 80 vacuum-adsorbed on the bonding stage 50, and the second-stage semiconductor die 70 is heated to about 250 ° C. by the heater 20. 74 is melted.
  • the non-conductive film (NCF) 75 attached to the projecting electrode 73 side of the second-stage semiconductor die 70 has a reduced viscosity, and the die body 81 of the first-stage semiconductor die 80 and the second-stage semiconductor die 70.
  • the gap with the die body 71 is filled. Thereafter, the projecting electrode 82 of the first-stage semiconductor die 80 and the projecting electrode 73 of the second-stage semiconductor die 70 are metal-bonded by the melted bump 74, and a gap between the die body 71 of the semiconductor die 70 is formed.
  • the filled resin is thermoset to become a thermoset resin 75a.
  • the gasification component of the non-conductive film (NCF) 75 becomes the gas 75b and stays around the semiconductor die 70.
  • the retained gas 75b flows into the channel 19 from a plurality of continuous vacuum suction holes 15 arranged around the island 13 as indicated by arrows 91 and 94, passes through the channel 19 as indicated by an arrow 95, and passes through the arrow 93.
  • the air flows into the cooling pipe 46 through the vacuum hole 25 of the heater 20, the vacuum hole 34 of the main body 31, and the pipe 45.
  • the gas 75b is cooled from a temperature of about 250 ° C. to a room temperature.
  • the gas 75 b condenses and becomes a liquid or solidifies to become a solid, and accumulates at the bottom of the recovery container 47.
  • air components that do not condense and solidify enter the recovery container 47 from the cooling pipe 46, and are then sucked into the vacuum pump 44 through the pipe 48 and discharged to the outside.
  • the air around the island 13 and the semiconductor die 70 is sucked from the plurality of continuous vacuum suction holes 15, the air near the side surface of the semiconductor die 70 is almost in the center of the bonding tool 10. It is not sucked into the arranged vacuum hole 16. For this reason, the gas 75 b generated around the semiconductor die 70 hardly enters the vacuum hole 16, the vacuum hole 22 of the heater 20, and the vacuum hole 32 of the main body 31.
  • the electromagnetic valve 43 shown in FIG. 1 is closed to stop the vacuum in the vacuum hole 16, and then the bonding head 60 is raised as shown by a white arrow 90b by a driving device (not shown).
  • the first-stage semiconductor die 80 and the second-stage semiconductor die 70 bonded to the first-stage semiconductor die 80 remain.
  • the temperature is lowered, the melted bump 74 is solidified to become the bonding metal 74b, and the thermosetting resin 75a is cured, and the upper surface of the die body 81 of the first-stage semiconductor die 80 and the second-stage semiconductor die.
  • the filling resin 75 c fills the gap between the lower surface of the die body 71 of 70.
  • the plurality of continuous vacuum suction holes 15 are located around the island 13 of the bonding tool 10. Continue to breathe in the air. Therefore, the gas 75b remaining around the island 13 after the mounting of the second-stage semiconductor die 70 is continuously sucked and cooled by the cooling pipe 46, and the condensed and solidified components are collected in the recovery container 47. To be recovered. Further, since air is continuously sucked from the plurality of continuous vacuum suction holes 15, the gas 75 b stays in the vacuum hole 34 of the main body 31, the vacuum hole 25 of the heater 20, and the channel 19 of the bonding tool 10. There is nothing to do.
  • the temperature of the bonding tool 10 and the heater 20 when it is lowered toward the next mounting process, it stays in the vacuum hole 34 of the main body 31, the vacuum hole 25 of the heater 20, and the channel 19 of the bonding tool 10.
  • the gas 75b condenses into a liquid and does not contaminate the inner and outer surfaces of the bonding tool 10. Further, as described above, since the gas 75b hardly enters the vacuum hole 16 of the bonding tool 10, the vacuum hole 22 of the heater 20, and the vacuum hole 32 of the main body 31, the temperature of the bonding tool 10 and the heater 20 is set to the following. It is possible to prevent the gas 75b from condensing inside each of the vacuum holes 16, 22, and 32 to become a liquid and soiling the inner and outer surfaces of the bonding tool 10 when it is lowered toward the mounting process.
  • FIGS. 7A to 7C Another bonding tool 110 used in the flip chip bonding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7C.
  • the same parts as those described with reference to FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • a gap having a height of the protruding electrode 72 is formed between the surface of the die body 71 of the second-stage semiconductor die 70 and the surface 14 of the bonding tool 10.
  • the air around the semiconductor die 70 tends to be sucked from this gap, but by sucking the air around the semiconductor die 70 through the continuous vacuum suction holes 15 arranged around the island 13, Air is suppressed from being sucked into the vacuum hole 16 of the bonding tool 10.
  • the size of the gap between the die body 71 of the semiconductor die 70 and the surface 14 of the bonding tool 10 increases as the height of the protruding electrode 72 increases, and the force for sucking air around the semiconductor die 70 increases.
  • the opening area of the continuous vacuum suction hole 15 is correspondingly increased, the amount of air sucked from the periphery of the island 13 is increased, and the air around the semiconductor die 70 is increased. It is necessary to suppress suction into the vacuum hole 16 of the bonding tool 10.
  • a plurality of oval continuous vacuum suction holes 115 are arranged in the base 11 around the island 13, and the total area of the continuous vacuum suction holes 115 is shown in FIG.
  • the continuous vacuum suction hole 115 of the bonding tool 110 of the present embodiment has an oval shape in which the short side width W1 is the same length as the protrusion height H1 of the island 13 from the lower surface 12 of the base 11.
  • a continuous vacuum provided on the short side of the island 13 so that air can be sucked from the periphery of the island 13 in a balanced manner.
  • the ratio of the total area of the suction holes 15 and the total area of the continuous vacuum suction holes 15 provided on the long side of the island 13 is substantially the same as the ratio of the short side and the long side of the island 13. The number is determined.
  • the outer dimensions of the bonding tool 110 and the size of the island 13 of the present embodiment are the same as the outer dimensions of the bonding tool 10 described with reference to FIGS. 2A to 2C and the size of the island 13.
  • the shape of the formed groove 17 is also the same. Therefore, in the flip chip bonding apparatus 100 of the present embodiment, when mounting the semiconductor die 70 with the protruding electrode 72 having a low height, the bonding tool 10 as described with reference to FIGS. 2A to 2C is used. When mounting the semiconductor die 70 with the protruding electrode 72 having a high height, the total area of the continuous vacuum suction holes 15 is larger than that of the bonding tool 10 described with reference to FIGS. 2A to 2C.
  • the bonding tool 110 described with reference can be used.
  • the shape of the continuous vacuum suction hole 115 has been described as an oval shape, but the shape of the continuous vacuum suction hole 115 is not limited to this, and may be, for example, a rectangular hole or an elliptical hole. Moreover, when it is set as such a shape, it is good also considering the width W 1 of a short side as the protrusion height H 1 from the lower surface 12 of the base 11 of the island 13.
  • the flip-chip bonding apparatus 100 joins the second-stage semiconductor die 70 having the protruding electrodes 72 and 73 disposed on both surfaces to the first-stage semiconductor die 80 and also the first-stage semiconductor die 80.
  • the gap between the semiconductor die 70 and the second-stage semiconductor die 80 is sealed with the non-conductive film (NCF) 75, the bonding tool 10 can be prevented from being damaged.
  • the non-conductive film (NCF) 75 is used to seal the gap between the first-stage semiconductor die 70 and the second-stage semiconductor die 80.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied when using a sealing resin.

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Abstract

ベース（１１）と、両面に突出電極（７２，７３）が配置された半導体ダイ（７０）をその表面（１４）に真空吸着するアイランド（１３）とを含むボンディングツール（１０）と、アイランド（１３）に真空吸着された半導体ダイ（７０）を加熱するヒータ（２０）と、を備え、半導体ダイ（７０）を加熱して、半導体ダイ（７０）の突出電極（７３）を半導体ダイ（８０）の突出電極（８２）に接合すると共に、半導体ダイ（７０）と半導体ダイ（８０）との隙間を非導電性フィルム（ＮＣＦ）（７５）で封止するフリップチップボンディング装置（１００）であって、ベース（１１）のアイランド（１３）の外周面に隣接する位置に複数の連続真空吸引孔（１５）を設ける。これにより、半導体ダイの間を樹脂で封止する電子部品実装装置において、ボンディングツールの汚損を抑制する。

Description

電子部品実装装置
　本発明は、半導体ダイを加熱して基板又は他の半導体ダイに実装する電子部品実装装置の構造に関する。
　アタッチメントに真空吸着した半導体ダイをヒートツールで加熱し、熱硬化性樹脂を塗布した基板の上に押圧して半導体ダイを基板に実装する方法が多く用いられている。熱硬化性樹脂は、加熱されると揮発成分がガス化し、ガス化した揮発成分は、冷却されると凝結して液体或いは凝固して固体となる。このため、加熱によりガス化した熱硬化性樹脂の揮発成分がヒートツールとアタッチメントの間の僅かな隙間やアタッチメントと半導体ダイの間の僅かな隙間から、真空流路内に吸い込まれ、切り替え弁内部で凝結或いは凝固して真空吸引の動作不良を引き起こしたり、ヒートツールとアタッチメントの隙間で凝固して半導体ダイの加熱不良を招いたりする場合がある。このため、ヒートツールとアタッチメントの周囲をカバーで覆い、このカバーから空気を噴き出してガス化した揮発成分がヒートツールとアタッチメントの間の僅かな隙間や真空吸引孔に吸い込まれることを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、ガラス基板の上に導電性接着剤を載置しておき、熱圧着ヘッドに吸着させた半導体ダイを押し付け、導電性接着剤を溶融させてガラス基板の上に半導体ダイを搭載する半導体ダイの熱圧着において、導電性接着剤を加熱溶融させた際に発生する蒸気によって熱圧着ヘッドにごみ等の異物が付着することがある。これを防止するために、熱圧着ヘッドの下側に蒸気を吸引するノズルを突出させて導電性接着剤を加熱溶融させた際に発生する蒸気を吸引する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　また、半導体ダイをはんだによって基板に実装する際に、フラックス（はんだペースト）が熱分解して半導体ダイの表面やパッケージの表面を汚損することを防止するために、半導体ダイを吸引するコレットの側面に吸気管を配置し、熱分解したフラックスを吸気管から吸引する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特表２０１２－１６５３１３号公報 特開平７－１６１７４２号公報 特開昭５５－１２１６５５号公報
　ところで、近年、両面に突出電極を配置した半導体ダイを複数段積層接合するスタック実装が多く行われている。このスタック実装では、接合する側の突出電極にはんだバンプを形成し、その表面に非導電性フィルム（ＮＣＦ）を張り付けた後、半導体ダイを反転させ、反対側の面をボンディングツールに吸着させる。その後、ボンディングツールによって半導体チップのバンプを他の半導体ダイの電極に押し付けるとともに、ボンディングツールの温度をはんだの溶融温度（２５０℃程度）まで上昇させると、非導電性フィルム（ＮＣＦ）が低粘度化して半導体チップの隙間を充填する。その後はんだが溶融すると共に、樹脂硬化が進展する。そして、ボンディングツールを上昇させると、はんだの温度が低下して固化し、半導体チップのスタック実装が終了する。
　スタック実装される半導体ダイは、ボンディングツールに吸着される面にも突出電極が形成されているので、ボンディングツールの先端に半導体ダイを真空吸着させると、ボンディングツールの表面と半導体ダイの表面との間に突出電極の高さ分だけ隙間ができる。非導電性フィルム（ＮＣＦ）は、２００℃以上に加熱されるとアクリルモノマー等の分子量の小さい成分がガス化するので、ボンディングツールの温度をはんだの溶融温度（２５０℃程度）まで上昇させると、この隙間から非導電性フィルム（ＮＣＦ）のガス化した成分がボンディングツール内部の真空吸着孔の中に吸い込まれてしまう。
　また、上記のスタック実装において、半導体ダイをピックアップする際には非導電性フィルム（ＮＣＦ）が低粘度にならないよう、ボンディングツールの温度を、例えば、１００℃程度まで冷却する必要がある。また、半導体ダイを吸着している際には、真空吸着孔の圧力は真空であるが、半導体ダイの接合後は、ボンディングツールから半導体ダイを取り外すために真空を停止することが必要となる。このため、半導体ダイを吸着し、電極を接合する際に２５０℃程度までボンディングツールが加熱された際には、ボンディングツール内部に設けられた真空吸着孔の中に非導電性フィルム（ＮＣＦ）のガス化成分がガスの状態で吸引され、その後、真空が停止すると吸引されたガス化成分が真空吸着孔の中に滞留し、ボンディングツールが１００℃程度まで冷却されると内部に滞留したガス化した成分が凝結して液体になるというプロセスが繰り返される。これにより、ガス化した成分が凝結して液体となってボンディングツール内部の僅かな隙間に蓄積し、最終的にはボンディングツールの周囲に漏れ出してボンディングツール等を汚損してしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、両面に突出電極が配置された半導体ダイを基板或いは他の半導体ダイに接合すると共に、半導体ダイと基板或いは他の半導体ダイとの隙間を樹脂で封止する電子部品実装装置において、ボンディングツールの汚損を抑制することを目的とする。
　本発明の電子部品実装装置は、ベースと、ベースから突出し、両面に突出電極が配置された半導体ダイをその表面に真空吸着するアイランドと、を含むボンディングツールと、ボンディングツールのベース側に配置され、アイランドに真空吸着された半導体ダイを加熱するヒータと、を備え、半導体ダイを加熱して、半導体ダイのアイランドと反対側の面の突出電極を基板又は他の半導体ダイの他の電極に接合すると共に、半導体ダイのアイランドと反対側の面と基板又は他の半導体ダイの表面との隙間を樹脂で封止する電子部品実装装置であって、ベースのアイランドの外周面に隣接する位置に複数の連続真空吸引孔が設けられていること、を特徴とする。
　本発明の電子部品実装装置において、半導体ダイのアイランド側の面の突出電極の高さに応じて、連続真空吸引孔の合計面積の異なる複数種類のボンディングツールを取り付け可能であることとしても好適である。
　本発明の電子部品実装装置において、半導体ダイのアイランド側の面の突出電極の高さが高い場合には、半導体ダイのアイランド側の面の突出電極の高さが低い場合よりも連続真空吸引孔の合計面積が大きいボンディングツールを取り付け可能であること、としても好適である。
　本発明の電子部品実装装置において、連続真空吸引孔の直径は、アイランドの高さと略同一であること、としても好適である。
　本発明の電子部品実装装置において、連続真空吸引孔は、長方形、長円形、楕円であり、その短い方の幅がアイランドの高さと略同一であること、としても好適である。
　本発明の電子部品実装装置において、ヒータにはベースに設けられた連続真空吸引孔に連通する他の連続真空吸引孔が設けられ、他の連続真空吸引孔には、連続真空吸引孔が吸引した気体を冷却して凝結または凝固させる冷却パイプが接続され、冷却パイプには冷却パイプ内で凝結または凝固した液体または固体を貯留する回収容器が接続されていること、としても好適である。
　本発明は、両面に突出電極が配置された半導体ダイを基板或いは他の半導体ダイに接合すると共に、半導体ダイと基板或いは他の半導体ダイとの隙間を樹脂で封止する電子部品実装装置において、ボンディングツールの汚損を抑制することができる。
本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるボンディングツールの上面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるボンディングツールの断面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるボンディングツールの底面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるヒータの上面図ある。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるヒータの断面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンディング装置に用いられるヒータの底面図である。 本発明の実施形態のフリップチップボンディング装置を用いて両面に電極が配置された半導体ダイをスタック実装する工程の内、ボンディングツールに二段目の半導体ダイを吸着した状態を示す説明図である。 図４に示した工程の後、ボンディングツールを降下させて二段目の半導体ダイの電極を一段目の半導体ダイの電極に押圧すると共に、ヒータで二段目の半導体ダイを加熱している状態を示す説明図である。 図５に示した工程の後、ボンディングツールを上昇させた状態を示す説明図である。 本発明の実施形態のフリップチップボンディング装置に用いられる他のボンディングツールの上面図である。 本発明の実施形態のフリップチップボンディング装置に用いられる他のボンディングツールの断面図である。 本発明の実施形態のフリップチップボンディング装置に用いられる他のボンディングツールの底面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の電子部品実装装置の実施形態であるフリップチップボンディング装置１００について説明する。図１に示すように、本実施形態のフリップチップボンディング装置１００は、半導体ダイ８０或いは基板を上面に吸着固定するボンディングステージ５０と、図示しない駆動装置によってボンディングステージ５０に対して接離方向（図１に示す上下方向）或いは水平方向に駆動されるボンディングヘッド６０とを備えている。ボンディングヘッド６０は、図示しない駆動装置に接続される本体３１と、本体３１の下面３５に取り付けられているヒータ２０と、ヒータ２０の下面２６に真空吸着固定されているボンディングツール１０とを含んでいる。ボンディングツール１０の表面１４には半導体ダイ７０が真空吸着される。
　図２Ｂに示すように、ボンディングツール１０は、四角い板状のベース１１と、ベース１１の下面１２から四角い台座状に突出し、表面１４に図１に示す半導体ダイ７０を真空吸着するアイランド１３とを備えている。ボンディングツール１０の中心には、半導体ダイ７０を真空吸着するための真空孔１６がベース１１とアイランド１３とを貫通するように設けられている。図２Ｃに示すように、ベース１１のアイランド１３の外周面に隣接する位置には複数の連続真空吸引孔１５が設けられている。本実施形態では、各連続真空吸引孔１５の直径ｄ１は、アイランド１３のベース１１の下面１２からの突出高さＨ１と等しくなっている。図２Ａに示すように、この連続真空吸引孔１５は、ヒータ２０の下面２６に接するベース１１の上面１８に設けられた環状の溝１７に連通している。アイランド１３の短辺側に設けられた複数の連続真空吸引孔１５の合計面積とアイランド１３の長辺側に設けられた複数の連続真空吸引孔１５の合計面積の比率は、アイランド１３の短辺と長辺の長さの比率と略同様の比率となる様にその個数が決定されている。これにより、アイランド１３の周囲からバランスよく空気を吸引することができる。
　ヒータ２０は、例えば、窒化アルミなどのセラミックスの内部に白金あるいはタングステンなどにより構成された発熱抵抗体を埋め込んだ四角い板状のもので、その大きさはボンディングツール１０と略同様である。図３Ａ～図３Ｃに示すように、中心にはボンディングツール１０の真空孔１６に連通する真空孔２２が設けられている。また、図３Ｃに示すように、ボンディングツール１０の上面１８の環状の溝１７の内側に対応する領域にはＣ字型の溝２４が設けられており、溝２４の一端には、ヒータ２０を厚さ方向に貫通する真空孔２３が設けられている。また、図３Ｃに示すように、ボンディングツール１０の上面１８の環状の溝１７の角にあたる位置には、真空孔２５が設けられている。各真空孔２２、２３、２５は、図３Ａに示すように、上面２７まで貫通している。
　図１に示すように、本体３１にはヒータ２０の各真空孔２２，２３，２５に対応する位置にそれぞれ真空孔３２，３３，３４が設けられており、ヒータ２０の各真空孔２２，２３，２５と本体３１の各真空孔３２，３３，３４はそれぞれ連通している。
　図１に示すように、ボンディングツール１０の上面１８をヒータ２０の下面２６に合わせると、図３Ｃに示すヒータ２０の下面２６に設けられたＣ字型の溝２４が、図１、図２Ａに示すように、ボンディングツール１０の上面１８に設けられた溝１７の内周側の平面によって塞がれて真空孔２３に連通するチャネル２８となる。また、図２Ａに示す、ボンディングツール１０の上面１８に設けられた溝１７は、図１、図３Ｃに示すようにヒータ２０の下面２６のＣ字型の溝２４の外周側の平面によって塞がれて、ヒータ２０の真空孔２５に連通すると共に、ボンディングツール１０のベース１１に開けられた複数の連続真空吸引孔１５にそれぞれ連通するチャネル１９となる。更に、ボンディングツール１０の中心の真空孔１６は、ヒータ２０の真空孔２５に連通する。
　本体３１の真空孔３３は配管４２によって真空ポンプ４４に接続されている。また、真空孔３２は中間に電磁弁４３が配置された配管４１によって真空ポンプ４４に接続されている。また、真空孔３４は、配管４５によって冷却管４６に接続され、冷却管４６は、密閉された回収容器４７に接続されている。そして、回収容器４７と真空ポンプ４４とは配管４８によって接続されている。
　このように構成されているので、真空ポンプ４４を駆動すると配管４２が接続されている真空孔３３及び真空孔３３に連通しているヒータ２０の真空孔２３と溝２４とボンディングツール１０の上面１８とで構成されるチャネル２８が真空となり、ボンディングツール１０はヒータ２０の下面２６に真空吸着される。また、電磁弁４３が開の場合には、配管４１が接続されている本体３１の真空孔３２及び真空孔３２に連通しているヒータ２０の真空孔２２、ボンディングツール１０の真空孔１６が真空となり、ボンディングツール１０の表面１４に半導体ダイ７０を真空吸着することができる。また、真空ポンプ４４が駆動されると、真空ポンプ４４に配管４８で接続されている回収容器４７と、回収容器４７に接続されている冷却管４６と、冷却管４６と配管４５を介して接続されている本体３１の真空孔３４と、真空孔３４に連通しているヒータ２０の真空孔２５と、ボンディングツール１０の上面１８に設けられた溝１７とヒータ２０の下面２６とで構成されるチャネル１９が真空となり、アイランド１３の周辺の空気が複数の連続真空吸引孔１５から吸い込まれる。
　次に、図４～６を参照して、本実施形態のフリップチップボンディング装置１００によって、ダイ本体８１の上面に突出電極８２を形成した一段目の半導体ダイ８０の上に、ダイ本体７１の一方の面に突出電極７２、他方の面に突出電極７３を形成し、更に突出電極７３の先端にはんだ等でバンプ７４を形成し、突出電極７３の設けられている他方の面に非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５を張り付けた二段目の半導体ダイ７０を実装する工程について説明する。なお、突出電極７２，７３は、例えば、銅等によって構成されていてもよい。
　まず、図４に示すように、一段目の半導体ダイ８０をボンディングステージ５０の上面に真空吸着させる。また、図１に示す真空ポンプ４４を駆動し、本体３１の真空孔３３、ヒータ２０の真空孔２３、ヒータ２０のチャネル１９の内部を真空としてヒータ２０の下面２６にボンディングツール１０の上面１８を真空吸着させる。次に、図示しない半導体ダイ７０の反転、受け渡し装置上に突出電極７２が上側となる様に載置された半導体ダイ７０の上にボンディングヘッド６０を移動させる。そして、電磁弁４３を開として本体３１の真空孔３２、ヒータ２０の真空孔２５、ボンディングツール１０の真空孔１６を真空としてボンディングツール１０のアイランド１３の表面１４に二段目の半導体ダイ７０の突出電極７２の側の面を真空吸着させる。その後、二段目の半導体ダイ７０の位置とボンディングステージ５０の上に真空吸着した一段目の半導体ダイ８０の位置とが合うように、ボンディングヘッド６０を移動させると図４に示す様な状態となる。この状態では、ボンディングツール１０の温度は１００℃程度であり、バンプ７４は溶融状態となっていない。また、非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５も低粘度状態となっていない。
　図４に示すように、ボンディングツール１０の表面１４と半導体ダイ７０のダイ本体７１との間には、突出電極７２の高さだけの隙間があいており、半導体ダイ７０をボンディングツール１０の表面１４に真空吸着した状態でも、図４に示す矢印９２のように、上記隙間から半導体ダイ７０の周囲の空気が真空孔１６の内部に入りこもうとする。一方、アイランド１３の周囲や半導体ダイ７０の周囲の空気は、図４の矢印９１、９４に示すように、アイランド１３の周囲に配置された複数の連続真空吸引孔１５からチャネル１９に吸い込まれる。このように、アイランド１３及び半導体ダイ７０の周囲の空気が複数の連続真空吸引孔１５から吸い込まれているので、半導体ダイ７０の側面近傍の空気は、ほとんどボンディングツール１０の中央に配置されている真空孔１６には吸い込まれない。
　次に、図５に示すように、ボンディングヘッド６０を図示しない駆動装置によって図５の白抜き矢印９０ａに示すように降下させ、ボンディングツール１０の表面１４に真空吸着した二段目の半導体ダイ７０のバンプ７４をボンディングステージ５０の上に真空吸着された一段目の半導体ダイ８０の突出電極８２の上に押圧すると共に、ヒータ２０によって二段目の半導体ダイ７０を２５０℃程度まで加熱してバンプ７４を溶融させる。すると、二段目の半導体ダイ７０の突出電極７３の側に張り付けられた非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５が低粘度化し、一段目の半導体ダイ８０のダイ本体８１と二段目の半導体ダイ７０のダイ本体７１との間の隙間を充填する。この後、溶融したバンプ７４により、一段目の半導体ダイ８０の突出電極８２と二段目の半導体ダイ７０の突出電極７３とが金属接合され、半導体ダイ７０のダイ本体７１との間の隙間を充填した樹脂は熱硬化して熱硬化樹脂７５ａとなる。
　この際、図５に示すように、非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５のガス化成分がガス７５ｂとなって、半導体ダイ７０の周囲に滞留する。この滞留したガス７５ｂは、矢印９１，９４に示すように、アイランド１３の周囲に配置された複数の連続真空吸引孔１５からチャネル１９に流れ込み、矢印９５に示すようにチャネル１９を通り、矢印９３に示すようにヒータ２０の真空孔２５、本体３１の真空孔３４、配管４５を通って冷却管４６の中に流出する。冷却管４６の中でガス７５ｂは、２５０℃程度の温度から常温程度まで冷却される。すると、ガス７５ｂは凝結して液体或いは凝固して固体となり、回収容器４７の底部に溜まる。一方、凝結、凝固しない空気の成分は、冷却管４６から回収容器４７の中に入った後、配管４８を通って真空ポンプ４４に吸引され、外部に排出される。先に、説明したように、アイランド１３及び半導体ダイ７０の周囲の空気が複数の連続真空吸引孔１５から吸い込まれているので、半導体ダイ７０の側面近傍の空気は、ほとんどボンディングツール１０の中央に配置されている真空孔１６には吸い込まれない。このため、半導体ダイ７０の周囲に発生するガス７５ｂも、ほとんど真空孔１６、ヒータ２０の真空孔２２、本体３１の真空孔３２の中には入り込まない。
　次に、図６に示すように、図１に示す電磁弁４３を閉として、真空孔１６の真空を停止した後、図示しない駆動装置によって白抜き矢印９０ｂに示すようにボンディングヘッド６０を上昇させると、ボンディングステージ５０の上には一段目の半導体ダイ８０と、一段目の半導体ダイ８０に接合された二段目の半導体ダイ７０とが残る。そして、温度が低下してくると、溶融したバンプ７４が凝固して接合金属７４ｂとなり、熱硬化樹脂７５ａは硬化して一段目の半導体ダイ８０のダイ本体８１の上面と二段目の半導体ダイ７０のダイ本体７１の下面との隙間を充填する充填樹脂７５ｃとなる。
　図６に示すように、二段目の半導体ダイ７０を一段目の半導体ダイ８０に実装し、ボンディングヘッド６０を上昇した状態でも、複数の連続真空吸引孔１５はボンディングツール１０のアイランド１３の周辺の空気を吸い込み続けている。このため、二段目の半導体ダイ７０の実装が終了した後にアイランド１３の周囲に残留しているガス７５ｂは、連続して吸引されて冷却管４６で冷却され、凝結、凝固成分が回収容器４７に回収される。また、複数の連続真空吸引孔１５から連続して空気の吸引を継続しているので、本体３１の真空孔３４、ヒータ２０の真空孔２５、ボンディングツール１０のチャネル１９に内部にガス７５ｂが滞留することが無い。このため、ボンディングツール１０、ヒータ２０の温度を次の実装工程に向けて低下させた際に、本体３１の真空孔３４、ヒータ２０の真空孔２５、ボンディングツール１０のチャネル１９に内部に滞留したガス７５ｂが凝結して液体となって、ボンディングツール１０の内外面を汚損することもない。更に、先に述べたように、ボンディングツール１０の真空孔１６、ヒータ２０の真空孔２２、本体３１の真空孔３２にはガス７５ｂがほとんど入り込まないので、ボンディングツール１０、ヒータ２０の温度を次の実装工程に向けて低下させた際に、各真空孔１６，２２，３２の内部でガス７５ｂが凝結して液体となってボンディングツール１０の内外面を汚損することを防止することができる。
　次に図７Ａ～図７Ｃを参照して本発明の実施形態のフリップチップボンディング装置１００に用いられる他のボンディングツール１１０について説明する。先に、図１～図６を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
　先に図４を参照して説明したように、二段目の半導体ダイ７０のダイ本体７１の表面とボンディングツール１０の表面１４との間には、突出電極７２の高さの隙間ができ、この隙間から半導体ダイ７０の周囲の空気が吸い込まれようとするが、アイランド１３の周囲に配置した連続真空吸引孔１５によって半導体ダイ７０の周囲の空気を吸引することにより、半導体ダイ７０の周囲の空気がボンディングツール１０の真空孔１６に吸い込まれることを抑制している。一方、半導体ダイ７０のダイ本体７１とボンディングツール１０の表面１４との隙間の大きさは、突出電極７２の高さが高い程大きくなり、半導体ダイ７０の周囲の空気を吸い込む力が大きくなる。そこで、突出電極７２の高さが大きくなると、それに対応して連続真空吸引孔１５の開口面積を大きくして、アイランド１３の周囲から吸い込む空気の量を多くし、半導体ダイ７０の周囲の空気がボンディングツール１０の真空孔１６に吸い込まれることを抑制することが必要となる。
　そこで、図７Ａ～図７Ｃに示すボンディングツール１１０では、アイランド１３の周囲のベース１１に複数の長円形状の連続真空吸引孔１１５を配置し、連続真空吸引孔１１５の合計面積を、図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したボンディングツール１０の連続真空吸引孔１５の合計面積よりも大きくしてアイランド１３の周囲から吸い込む空気の量を多くし、突出電極７２の高さが高い半導体ダイ７０を表面１４に真空吸着した場合でも、半導体ダイ７０の周囲の空気がボンディングツール１０の真空孔１６に吸い込まれることを抑制することができるようにしている。本実施形態のボンディングツール１１０の連続真空吸引孔１１５は、短辺の幅Ｗ１がアイランド１３のベース１１の下面１２からの突出高さＨ１と同様の長さの長円形状となっている。また、先に図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したボンディングツール１０と同様、アイランド１３の周囲からバランスよく空気を吸引することができるように、アイランド１３の短辺側に設けられた連続真空吸引孔１５の合計面積とアイランド１３の長辺側に設けられた連続真空吸引孔１５の合計面積の比率は、アイランド１３の短辺と長辺の長さの比率と略同様の比率となる様にその個数が決定されている。
　本実施形態のボンディングツール１１０の外形寸法、アイランド１３の大きさは、図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したボンディングツール１０の外形寸法、アイランド１３の大きさはそれぞれ同一であり、上面１８に形成されている溝１７の形状も同一である。したがって、本実施形態のフリップチップボンディング装置１００で、突出電極７２の高さが低い半導体ダイ７０を実装する場合には、図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したようなボンディングツール１０を用い、突出電極７２の高さが高い半導体ダイ７０を実装する場合には、連続真空吸引孔１５の合計面積が図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したボンディングツール１０よりも大きい図７Ａ～図７Ｃを参照して説明したボンディングツール１１０を用いるようにすることができる。
　本実施形態では連続真空吸引孔１１５の形状は長円形状として説明したが、連続真空吸引孔１１５の形状は、これに限らず、例えば、長方形孔、楕円孔であってもよい。また、このような形状とした場合、短辺の幅Ｗ１をアイランド１３のベース１１の下面１２からの突出高さＨ１と同様としてもよい。
　以上説明したように、本実施形態のフリップチップボンディング装置１００は、両面に突出電極７２，７３が配置された二段目の半導体ダイ７０を一段目の半導体ダイ８０に接合すると共に、一段目の半導体ダイ７０と二段目の半導体ダイ８０との隙間を非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５で封止する際に、ボンディングツール１０の汚損を抑制することができる。
　以上の説明では、一段目の半導体ダイ７０と二段目の半導体ダイ８０との隙間の封止に非導電性フィルム（ＮＣＦ）７５を用いることとして説明したが、これに限らず、他の種類の封止用樹脂を用いる場合にも適用することができる。
　１０，１１０　ボンディングツール、１１　ベース、１２，２６，３５　下面、１３　アイランド、１４　表面、１５，１１５　連続真空吸引孔、１６，２２，２３，２５，３２，３３，３４　真空孔、１７，２４　溝、１８，２７　上面、１９，２８　チャネル、２０　ヒータ、３１　本体、４１，４２，４５，４８　配管、４３　電磁弁、４４　真空ポンプ、４６　冷却管、４７　回収容器、５０　ボンディングステージ、６０　ボンディングヘッド、７０，８０　半導体ダイ、７１，８１　ダイ本体、７２，７３，８２　突出電極、７４　バンプ、７４ｂ　接合金属、７５　非導電性フィルム（ＮＣＦ）、７５ａ　熱硬化樹脂、７５ｂ　ガス、７５ｃ　充填樹脂、１００　フリップチップボンディング装置。

Claims (6)

  1. 　ベースと、前記ベースから突出し、両面に突出電極が配置された半導体ダイをその表面に真空吸着するアイランドと、を含むボンディングツールと、
    　前記ボンディングツールのベース側に配置され、前記アイランドに真空吸着された前記半導体ダイを加熱するヒータと、を備え、
    　前記半導体ダイを加熱して、前記半導体ダイの前記アイランドと反対側の面の突出電極を基板又は他の半導体ダイの他の電極に接合すると共に、前記半導体ダイの前記アイランドと反対側の面と前記基板又は前記他の半導体ダイの表面との隙間を樹脂で封止する電子部品実装装置であって、
    　前記ベースの前記アイランドの外周面に隣接する位置に複数の連続真空吸引孔が設けられていること、
    　を特徴とする電子部品実装装置。
  2. 　請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    　前記半導体ダイのアイランド側の面の前記突出電極の高さに応じて、前記連続真空吸引孔の合計面積の異なる複数種類のボンディングツールを取り付け可能である電子部品実装装置。
  3. 　請求項２に記載の電子部品実装装置であって、
    　前記半導体ダイの前記アイランド側の面の前記突出電極の高さが高い場合には、前記半導体ダイの前記アイランド側の面の前記突出電極の高さが低い場合よりも前記連続真空吸引孔の合計面積が大きいボンディングツールを取り付け可能であること、
    　を特徴とする電子部品実装装置。
  4. 　請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    　前記連続真空吸引孔の直径は、前記アイランドの高さと略同一であること、
    　を特徴とする電子部品実装装置。
  5. 　請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    　前記連続真空吸引孔は、長方形、長円形、楕円であり、その短い方の幅が前記アイランドの高さと略同一であること、
    　を特徴とする電子部品実装装置。
  6. 　請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
    　前記ヒータには前記ベースに設けられた前記連続真空吸引孔に連通する他の連続真空吸引孔が設けられ、前記他の連続真空吸引孔には、前記連続真空吸引孔が吸引した気体を冷却して凝結または凝固させる冷却パイプが接続され、前記冷却パイプには前記冷却パイプ内で凝結または凝固した液体または固体を貯留する回収容器が接続されていること、
    　を特徴とする電子部品実装装置。
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