JP2002118125A - 半導体チップを装着する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップを均一な接着剤層を介して基板
に装着するための方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 接着剤部分５を有する基板４上に半導体
チップ１を装着する際、接着用ヘッド３を支持台６上方
の所定高さＨにまで下降させる。このときピックアップ
ツール２は接着用ヘッド３内で上限位置に固定されてい
る。接着用ヘッド３が高さＨに到達したら直ちにピック
アップツール２の固定を解除し、こうしてピックアップ
ツール２を上限位置から下降させ、ピックアップツール
２によって半導体チップ１が接着剤５に押し付けられる
ようにする。ピックアップツール２の固定を解除してか
ら所定時間後、接着用ヘッド３を上昇移動させて除去す
る。本方法に特に適した装置では、ピックアップツール
２は接着用ヘッド３が有する圧力調整可能なチャンバ内
に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１のプレア
ンブルに記載のタイプの半導体チップを装着するための
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の装着工程において、基板は、工
程内の搬送装置によって、まず接着剤が付与される配給
ステーションに供給され、次いで、次の半導体チップを
載置するボンディングステーションへと送られる。電子
構造物の微小化に伴い、ある用途のための半導体チップ
もまた非常に小さくなっている。最小の半導体チップ
は、既に0.2mm×0.2mmの大きさに到達している。基板と
半導体チップとの間の接着層が導電性接着剤で形成され
ている場合、接着剤硬化後に、基板と半導体チップとの
間の接着層が均一で、例えばわずか±5μmという厳しい
公差内に収まるように小さい半導体チップを装着する必
要がある。このような方法によってのみ、装着された半
導体チップの高品質な電気特性が実現可能である。さら
に、異なる製造元からの基板を使用したいという要望も
あり、このことは、処理される基板の厚さが、60〜70μ
m程度ばらつくことを意味する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】今日、基板の厚さのば
らつきに対処するためには、一般的に“オーバートラベ
ル法”呼ばれる方法が用いられている。ダイボンダと称
される自動組立装置は、半導体チップを把持するための
ピックアップツールを含む接着用ヘッドを備えている。
接着用ヘッドは、基板上方の所定高さにまで下降させら
れる。この所定高さは、基板の実際の厚さにかかわら
ず、いかなる場合にでも半導体チップが接着剤部分に突
き当てられるように設定される。このような移動によ
り、接着剤が圧縮される一方で、ピックアップツールは
接着用ヘッドに対して傾く。こうして得られた接着剤層
の厚さは、大きなばらつきを有することになる。

【０００４】本発明の課題は、上記のような要求を満足
できる半導体チップの装着方法及び装着装置を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１の
特徴部分により規定される本発明に従って解決される。

【０００６】上記課題の解決は、コントロールされた状
態で接着剤部分に半導体チップを載置する方法によって
実現される。接着剤層の厚さのばらつきを無視できる程
度に抑えるために最も重要なことは、接着剤部分に対す
る半導体チップの突き当てを、従来手法より弱めること
である。これは、接着剤に突き当てられるものを半導体
チップ及び接着用ヘッド全体とするのではなく、半導体
チップ及び接着用ヘッドの一部のみ、すなわち先端に半
導体チップを保持するピックアップツールとすることに
より実現される。

【０００７】接着剤部分を有する基板上に半導体チップ
を装着するために、基板を保持している支持台上方の所
定高さＨにまで接着用ヘッドを下降させる。この所定高
さは、半導体チップがまだ接着剤に接触しない高さ、あ
るいは、半導体チップが接着剤にわずかに触れて接着剤
の一部が無視できる程度に変形する高さである。同時
に、ピックアップツールを接着用ヘッド上における上限
位置に固定する。接着用ヘッドが高さＨに到達したら直
ちにピックアップツールの固定を解除し、こうしてピッ
クアップツールを上限位置から下降させ、ピックアップ
ツールによって半導体チップが接着剤に押し付けられる
ようにする。ピックアップツールの固定を解除してから
所定時間後、接着用ヘッドを上昇移動させて除去する。

【０００８】本発明の方法に特に適した接着用ヘッドで
は、ピックアップツール及び接着用ヘッドはチャンバを
介して接続される。このチャンバに圧縮空気及び／また
は負圧を付与することにより、ピックアップツールの移
動を広い範囲にわたってコントロールすることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明による方法、及び本発明の方法の実施に適した装
置の実施形態について、より詳細に説明する。

【００１０】図１Ａ，１Ｂは、本発明による方法の連続
する段階を示している。２つの図には、半導体チップ
１、ピックアップツール２、接着用ヘッド３、基板４、
接着剤部分５、基板４のための支持台６を示している。
ピックアップツール２は接着用ヘッド３の一部分であ
る。ピックアップツール２は鉛直方向７に沿って、上限
位置と下限位置との間で移動可能とされている。上限位
置及び下限位置は、例えばピックアップツール２上のカ
ム１０と係止面８，９との組合せによって規定される。
ピックアップツール２は自在に移動可能である。つま
り、ピックアップツール２の動きはスプリングの作用を
受けていない。

【００１１】半導体チップ１を装着する際、第１段階で
は、接着用ヘッド３を支持台６上方の所定高さＨにまで
下降させる。このときピックアップツール２は上限位置
に固定されている。この状態は図１Ａに示している。高
さＨは、基板４の予想される最大厚さ及び接着剤５の最
大高さＨ₁を考慮して、ピックアップツール２の先端部
に保持された半導体チップ１がこの段階ではまだ接着剤
５に接触しなように、あるいは、半導体チップが接着剤
にわずかに触れて接着剤の一部が無視できる程度に変形
するように予め定められる。

【００１２】接着用ヘッド３を高さＨに保持する。第２
段階では、ピックアップツール２が重力の作用で下降す
るように、接着用ヘッド３に対するピックアップツール
２の固定を解除する。半導体チップ１は接着剤５に突き
当たり、接着剤５を押しつぶして行く。すなわち、接着
剤層の厚さは徐々に減少して行く。接着剤５はそれ自体
の変形に対してある程度の抵抗を示し、従って半導体チ
ップ１の沈み込みにある程度抗するが、ピックアップツ
ール２の自重を支えることはできない。半導体チップ１
の沈み込みを止めるためには、接着用ヘッド３を除去し
なければならない。ピックアップツール２を解除してか
ら所定の時間τ後に接着用ヘッド３の除去を行うのは、
そのためである。

【００１３】接着用ヘッド３を除去する直前の状態を図
１Ｂに示している。ピックアップツール２を接着用ヘッ
ド３から解除した時点から接着剤５に最初に接触する時
点までのピックアップツール２の落下時間は、時間τと
比較すると短時間である。このようにして、接着剤５の
層の厚さは、基板４の実際の厚さとはほぼ無関係に決ま
る。ピックアップツール２が接着用ヘッド３に対して摩
擦のない状態でガイドされている場合、接着剤５に対す
る半導体チップ１の押し付け力は、半導体チップ１及び
ピックアップツール２の重量に比例する。従って、先に
引用した“オーバートラベル法”の場合の押し付け力よ
りかなり小さい。さらに、ピックアップツール２の重量
を軽減すれば、接着剤５に接触してからの半導体チップ
１の下降速度が減少する。

【００１４】図２において、実線は支持台６上における
接着用ヘッド３の高さｈの時刻ｔに対する変化を示し、
破線は支持台６上におけるピックアップツール２の高さ
ｈの時刻ｔに対する変化を示している。時刻ｔ₁で接着
用ヘッド３は高さＨに到達し、時間τの間、高さＨを維
持し、時刻ｔ２で半導体チップを伴わずに除去される。
接着用ヘッド３が高さＨに到達するまでの間、ピックア
ップツール２は接着用ヘッド３内で最大高さに固定され
ている。接着用ヘッド３から解除された後、ピックアッ
プツール２は接着剤５に接触するまで比較的速く落下
し、その後は比較的ゆっくり接着剤５に沈み込む。

【００１５】図３は、本発明による方法を実施するため
の第１の装置の詳細を示している。この装置では、ピッ
クアップツール２は連続的な長手方向ドリル穴１１を有
しており、この穴の上端部を負圧部分に接続して半導体
チップ１を把持することができる。半導体チップ１を把
持しているとき、長手方向ドリル穴１１はその下端部で
封止される。この際、長手方向ドリル穴１１の下端部と
上端部との間の圧力差により、ピックアップツール２を
上限位置に押し付けるのに十分な上向きの力が発生す
る。こうして、ピックアップツール２は、接着用ヘッド
３内において上限位置に固定される。

【００１６】接着用ヘッド３が図１Ａに示す位置をとっ
た後、長手方向ドリル穴１１の上端部の負圧接続を遮断
する。ピックアップツール２に作用していた上向きの力
は、連続的な負圧の減少に伴って連続的に減少して行
く。ピックアップツール２は下方に落下し、半導体チッ
プ１が接着剤５に突き当たり、時間τ後に接着用ヘッド
３が持ち上げられて除去されるまでの間、接着剤５を圧
縮する。負圧を完全に断ち切らない限り、半導体チップ
１はピックアップツール２に取付けられたままである。
従って、接着剤５に対する半導体チップ１の位置決め
は、ピックアップツール２のガイドのもとにコントロー
ルされた状態で行われる。時間τ経過後、負圧も十分に
遮断される。従って、接着用ヘッド３は持ち上げられた
際に、接着剤５上に半導体チップ１を残すことになる。

【００１７】図４は、本発明による方法を実施するため
の第２の装置の詳細を示している。この装置では、“コ
ンポーネント（半導体チップ）を保持する”機能と“ピ
ックアップツール２を落下させる”機能とが分離されて
いる。接着用ヘッド３はチャンバ１２を備え、ここに圧
縮空気または負圧が付与される。ピックアップツール２
の上端部は、気密ベアリングの形態で摺動する。チャン
バ１２を負圧にした場合、ピックアップツール２はその
上限位置に押し上げられる。チャンバ１２に圧縮空気を
供給した場合、ピックアップツール２はその下限位置に
押し下げられる。加えて、ピックアップツール２は、真
空源に接続可能な長手方向ドリル穴１１を有している。

【００１８】半導体チップ１を把持するためには、チャ
ンバ１２に圧縮空気を供給し、チャンバ１２内の圧力を
所定値ｐ₁にコントロールする。半導体チップ１を把持
する際には、半導体チップ１とピックアップツール２と
の間に生じた力がピックアップツール２をその下限位置
からずらすように、接着用ヘッド３を十分に下降させ
る。この力Ｆ₁は、ずれ量には依存しない。力Ｆ₁は、チ
ャンバ１２内の圧力ｐ₁がピックアップツール２に作用
する断面積Ａにより、Ｆ₁＝ｐ₁×Ａとして定まる。ここ
で、長手方向ドリル穴１１に負圧を作用させて半導体チ
ップ１をピックアップツール２に吸着させ、把持するこ
とができる。

【００１９】半導体チップ１が把持された後、チャンバ
１２に負圧を作用させてピックアップツール２を、その
上限位置に移動させる。第１の実施形態と同様に、接着
用ヘッド３を基板４（図１Ａ）に向けて移動させ、第１
段階として支持台６上の所定高さＨにまで下降させる。
接着用ヘッド３を高さＨに保持した状態で、チャンバ１
２内の負圧を解除し、接着用ヘッド３に対してピックア
ップツール２を下降させる。接着用ヘッド３は時間τの
間、高さＨに保持する。時間τは、負圧を解除した時点
で始まり、接着用ヘッド３を持ち上げて除去する時点で
終わる。高さＨに接着用ヘッド３を保持する保持時間τ
は、半導体チップ１が接着剤５を圧縮する時間、すなわ
ち接着剤の厚さを定める時間となる。接着された半導体
チップ１を伴わずに接着用ヘッド３を除去するために
は、保持時間τが終了する前に、長手方向ドリル穴１１
に作用している負圧を解除しなければならない。

【００２０】この第２実施形態は、時間τの間にチャン
バ１２内の負圧の程度を設定形態にコントロールして、
接着剤５に向けた半導体チップ１の下降速度を制御する
ことができるという利点を有している。特に、負圧を突
然解除する場合と比較すると、下降速度を遅くすること
ができる。

【００２１】さらに、第２実施形態は、比較的大きな半
導体チップを基板４上に装着する場合に適している。大
きな半導体チップの場合、半導体チップ１を所定の接合
力で基板に押し付けることが望ましい。接着用ヘッド３
を基板４に向けて移動させる際、チャンバ１２は所定の
過大圧ｐ₂とされる。過大圧ｐ₂及び接着用ヘッド３を下
降させる高さＨ₁は、接着用ヘッド３に対してピックア
ップツール２が鉛直方向７に沿って移動し、カム１０が
上部係止面８及び底部係止面９のいずれにも接触しない
ように選択される。次いで、半導体チップ１を所定の接
合力Ｆ₂＝ｐ₂×Ａで接着剤５に押し付ける。ここで、ピ
ックアップツール２が半導体チップ１に及ぼす接合力Ｆ
₂は、基板の厚さに依存しない。その結果得られる接着
剤５の層の厚さは、接着剤の量と圧力ｐ₂とに依存す
る。

【００２２】図５は、接着用ヘッド３が有するチャンバ
１２内の圧力を制御する装置を示している。この装置
は、圧縮空気源１３及び負圧源１４を備え、これらはプ
ロポーショニングバルブ１５で接続されている。負圧源
１４は、負圧リザーバ１６を介してプロポーショニング
バルブ１５に接続することが好ましい。プロポーショニ
ングバルブ１５の吐出部は圧力チャンバ１７に接続され
ている。圧力チャンバ１７の容積は、ピックアップツー
ル２がその下限位置に配置された際のチャンバ１２の容
積の少なくとも１０倍とされる。圧力チャンバ１７内に
は、その内部の圧力ｐを測定する圧力センサ１８が設け
られている。圧力センサ１８の信号は制御装置１９に送
られる。制御装置１９は、圧力チャンバ１７内の圧力ｐ
が所定値となるようにプロポーショニングバルブ１５を
制御する。圧力チャンバ１７は接着用ヘッド３が有する
チャンバ１２に連通しているので、圧力チャンバ１７の
圧力と同じ圧力がチャンバ１２に設定される。ピックア
ップツール２の長手方向ドリル穴１１は、半導体チップ
１を把持したり解放したりするために、図示しない切換
バルブを介し、独立して負圧源１４に接続することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 本発明による方法の一段階を示す図であ
る。

【図１Ｂ】 本発明による方法の別の段階を示す図であ
る。

【図２】 接着用ヘッドの移動行程（実線）とピックア
ップツールの移動行程（破線）とを示すグラフである。

【図３】 本発明による方法の実施に適した装置の詳細
図である。

【図４】 本発明による方法の実施に適した装置の詳細
図である。

【図５】 図４に示す装置の周辺装置を示す図である。

【符号の説明】 １ 半導体チップ ２ ピックアップツール ３ 接着用ヘッド ４ 基板 ５ 接着剤 ６ 支持台 １１ 長手方向ドリル穴 １２ チャンバ １４ 負圧源 １５ プロポーショニングバルブ １７ 圧力チャンバ １８ 圧力センサ １９ 制御装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接着剤部分（５）を有する基板（４）上
   に半導体チップ（１）を装着するための方法であって、 ａ）接着剤部分（５）を有する前記基板（４）を支持台
   （６）上に配置する段階と； ｂ）接着用ヘッド（３）上において上限位置と下限位置
   との間で鉛直方向に移動可能とされたピックアップツー
   ル（２）によって前記半導体チップ（１）を把持する段
   階と； ｃ）前記接着用ヘッド（３）を前記支持台（６）上方の
   所定高さに下降させかつ前記ピックアップツール（２）
   を接着用ヘッド（３）上の上限位置に固定する段階と； ｄ）前記ピックアップツール（２）の固定を解除してピ
   ックアップツール（２）を上限位置から下限位置に向け
   て移動させ、前記半導体チップ（１）を前記接着剤
   （５）に押し付ける段階と； ｅ）前記ピックアップツール（２）の固定を解除してか
   ら所定時間後に、前記接着用ヘッド（３）を上昇移動さ
   せる段階と；を含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記接着用ヘッド（３）に対する前記ピ
   ックアップツール（２）の固定は、負圧を利用して行わ
   れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ピックアップツール（２）は前記接
   着用ヘッド（３）が有するチャンバ（１２）内に配設さ
   れ、前記チャンバ（１２）には負圧を作用させることが
   可能とされ、その負圧の程度は、上限位置から下限位置
   に向かう前記ピックアップツール（２）の動きをコント
   ロールするために定められた所定形態に従って制御され
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 接着剤部分（５）を有する基板（４）上
   に半導体チップ（１）を装着するために用いられ、ピッ
   クアップツール（２）を含む接着用ヘッド（３）を備え
   た装置であって、 前記ピックアップツール（２）は、上限位置と下限位置
   との間で鉛直方向に自在に移動可能とされ、かつ、前記
   ピックアップツール（２）は前記上限位置で固定可能と
   されていることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 前記ピックアップツール（２）の固定
   は、負圧を利用して行われることを特徴とする請求項４
   に記載の装置。
6. 【請求項６】 接着剤部分（５）を有する基板（４）上
   に半導体チップ（１）を装着するために用いられ、ピッ
   クアップツール（２）を含む接着用ヘッド（３）を備え
   た装置であって、 前記接着用ヘッド（３）は、圧縮空気及び／または負圧
   を付与することが可能なチャンバ（１２）を含み、前記
   ピックアップツール（２）の上端部は前記チャンバ（１
   ２）内において気密ベアリング形態で摺動し、前記ピッ
   クアップツール（２）は、上限位置と下限位置との間で
   鉛直方向に移動可能とされ、かつ、前記ピックアップツ
   ール（２）の先端部は負圧源に接続可能とされているこ
   とを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 前記ピックアップツール（２）は、前記
   上限位置で固定可能とされていることを特徴とする請求
   項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記チャンバ（１２）は圧力チャンバ
   （１７）に接続され、該圧力チャンバの容積は、前記チ
   ャンバ（１２）の容積の少なくとも１０倍とされている
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の装置。