TW201836081A - 半導體晶片的安裝裝置及安裝方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供可進一步提高半導體晶片的安裝品質的安裝裝置。安裝裝置包括：接合頭14，將半導體晶片100按壓並接合於基板110或其他半導體晶片100之上；以及加熱機構16，在執行所述接合時自側方加熱所述半導體晶片100。所述接合頭14在將兩個以上的半導體晶片100暫時壓接且積層後，對所獲得的積層體的上表面進行加熱及加壓，藉此一次性地對所述兩個以上的半導體晶片100進行正式壓接，所述加熱機構16在所述正式壓接時自側方加熱所述積層體。

Description

半導體晶片的安裝裝置及安裝方法

本申請案是有關於一種將半導體晶片接合（bonding）而安裝於基板或其他半導體晶片之上的安裝裝置及安裝方法。

以前，將半導體晶片接合而安裝於基板的上表面或其他半導體晶片的上表面（以下統稱為「安裝面」）的安裝裝置已廣為人知。在半導體晶片的底面設置著包含熱硬化性樹脂的黏接劑、或用以確保電性連接的被稱作凸塊（bump）的導電性金屬。藉由將該黏接劑加熱而使其硬化或使凸塊熔接於安裝面的電極，而將半導體晶片接合於安裝面。

安裝裝置中，為了接合半導體晶片而設置著將半導體晶片自上表面加壓並加熱的接合頭（bonding head）。利用該接合頭對半導體晶片的上表面進行加熱加壓，藉此熱硬化性的黏接劑硬化，且凸塊熔接於電極。

[發明所欲解決之課題] 然而，現有的安裝裝置中，半導體晶片主要自上表面受到加熱。該情況下，根據安裝的態樣或半導體晶片的種類，存在如下情況：接合時產生溫度的不均，進而，產生安裝品質的不均。例如，已知在一部分，將多個半導體晶片於厚度方向上積層而以多段堆疊（stack）的形式安裝的技術。該情況下，接合晶片在將多個半導體晶片逐個地依序暫時壓接並積層後，對所獲得的積層體的上表面加熱加壓，藉此一次性地對多個半導體晶片進行正式壓接。正式壓接時，理想的是全部的半導體晶片被加熱至黏接劑的硬化溫度以上且凸塊的熔融溫度以上。然而，現有的安裝裝置中，正式壓接時，因利用接合頭對積層體的上表面進行加熱加壓，故越靠近積層體的下側（越靠近下層的半導體晶片），溫度越容易下降。換言之，現有的安裝裝置中，在執行多段堆疊的情況下，積層方向上會產生溫度梯度。此種溫度梯度會引起黏接劑的硬化或凸塊的熔融的進行程度之差，進而，引起安裝品質之差。

而且，即便在將半導體晶片僅接合一段的情況下，在其尺寸相對較大時，亦容易產生該半導體晶片內的溫度差。亦即，在利用接合頭將大尺寸的半導體晶片自上表面加熱加壓的情況下，半導體晶片的周緣附近較之中央部容易變得低溫。結果，一個半導體晶片內會產生溫度梯度，而導致安裝品質的降低。

因此，本申請案中揭示了一種可進一步提高半導體晶片的安裝品質的安裝裝置。 [解決課題之手段]

本申請案中揭示的安裝裝置包括：接合頭，將半導體晶片按壓並接合於基板或其他半導體晶片；以及加熱機構，在執行所述接合時自側方加熱所述半導體晶片。

藉由設為該構成，亦可自側方加熱半導體晶片，從而可減少接合對象的半導體晶片的溫度的不均。結果，可進一步提高半導體晶片的安裝品質。

所述加熱機構亦可自所述半導體晶片的整個周圍加熱。

藉由設為該構成，可進一步減少接合對象的半導體晶片的溫度的不均，可進一步提高半導體晶片的安裝品質。

而且，所述接合頭亦可在將兩個以上的半導體晶片暫時壓接並積層後，對所獲得的積層體的上表面進行加熱及加壓，藉此一次性地將所述兩個以上的半導體晶片正式壓接，所述加熱機構亦可在所述正式壓接時自側方加熱所述積層體。

藉由設為該構成，可減少以多段堆疊而安裝時成為問題的積層方向的溫度的不均，即便是多段堆疊亦可提高安裝品質。

而且，所述加熱機構亦可包括傳熱體，所述傳熱體安裝於所述接合頭的前端部而傳遞所述接合頭的熱，且自所述前端部的周緣附近向下方延伸。

而且，所述加熱機構亦可包括加熱體，所述加熱體藉由與所述接合頭聯動地或獨立地升降，在執行所述接合時，配置於所述半導體晶片的側方而由熱源加熱。

而且，所述加熱機構亦可包括向所述半導體晶片的側方吹送暖風的暖風噴射機構。

而且，所述加熱機構亦可包括線圈，所述線圈配置於所述半導體晶片的周圍，藉由被施加交流電流而對所述半導體晶片進行感應加熱。

而且，所述加熱機構亦可包括燈退火機構，所述燈退火機構藉由向所述半導體晶片的側方照射光而進行光加熱。

而且，本申請案中揭示的半導體晶片的安裝方法當藉由接合頭自上表面按壓半導體晶片而將該半導體晶片接合於基板或其他半導體晶片時，藉由加熱機構亦自側方加熱所述半導體晶片。

藉由設為該構成，亦可自側方加熱半導體晶片，從而可減少接合對象的半導體晶片的溫度的不均。結果，可進一步提高半導體晶片的安裝品質。 [發明之效果]

根據本申請案中揭示的安裝裝置及安裝方法，亦可自側方加熱半導體晶片，可減少接合對象的半導體晶片的溫度的不均。結果，可進一步提高半導體晶片的安裝品質。

以下，參照圖式對半導體晶片100的安裝裝置進行說明。圖1是表示使用安裝裝置安裝半導體晶片100的情況的概略圖。圖1中示出以積層著多個半導體晶片100的狀態，亦即，以多段堆疊而安裝的情況。其中，如後述般，本申請案中揭示的技術不限於以多段堆疊而安裝的情況，其他情況下亦可適用。

圖1的例中，在各半導體晶片100的底面形成著凸塊102，該凸塊102用於與位於下側的基板110的上表面或其他半導體晶片100的上表面（以下統稱為「安裝面」）中形成的電極電性連接。凸塊102包含導電性金屬，例如銅等，在規定的熔融溫度Tm以上可逆地軟化、熔融。

而且，在半導體晶片100的底面，以覆蓋該凸塊102的方式設置著非導電性膜（Non-conductive Film）104（以下稱作「NCF 104」）。NCF 104包含熱硬化性樹脂，若為規定的軟化溫度Ts以上，則可逆地軟化，若為高於軟化溫度的硬化溫度Th以上，則不可逆地硬化。

在將多個半導體晶片100以多段堆疊而安裝的情況下，通常，在基板110之上，將多個（圖示例中4個）半導體晶片100依序逐個地暫時壓接並積層而形成暫時積層體，然後，對該暫時積層體的上表面一邊加熱一邊加壓，從而一次性對多個半導體晶片100進行正式壓接。此處，暫時壓接時，一邊將半導體晶片100壓抵至安裝面，一邊以NCF 104的軟化溫度Ts以上、小於硬化溫度Th且小於凸塊102的熔融溫度Tm進行加熱。藉此，NCF 104軟化，無間隙地滲透至半導體晶片100與安裝面之間。而且，此時，藉由適度地加壓，凸塊102推開NCF 104而與安裝面的電極接觸。正式壓接時，一邊推壓暫時積層體，一邊將半導體晶片100加熱至NCF 104的硬化溫度Th以上，且凸塊102的熔融溫度Tm以上。藉此，凸塊102熔接於對應的電極，並且NCF 104硬化。

如圖1所示般，在安裝半導體晶片100的安裝裝置設置著接合載台12及接合頭14。接合載台12是供基板110載置的載台。接合載台12能夠相對於接合頭14在水平方向上移動。而且，接合載台12可內置加熱器（未圖示），亦可視需要加熱基板110。

接合頭14藉由將半導體晶片100一邊壓抵至安裝面一邊加熱，而將該半導體晶片100接合於安裝面。具體而言，接合頭14可在其前端部18抽吸保持半導體晶片100，而且，能夠進行繞鉛垂的軸Rb的旋轉及沿著鉛垂的軸Rb的升降。該接合頭14具有適當加熱前端部18的加熱器20。接合頭14對由未圖示的晶片供給裝置供給的半導體晶片100進行抽吸保持而載置於安裝面上。而且，接合頭14將載置於安裝面的半導體晶片100的上表面壓抵至安裝面並加熱。

此處，如所述般，在將多個半導體晶片100以多段堆疊而安裝時，將多個半導體晶片100逐個地依序暫時壓接並積層後，對所獲得的積層體一邊自上表面加熱一邊加壓，藉此一次性地對多個半導體晶片100進行正式壓接。該正式壓接時，需要將全部的半導體晶片100的NCF 104加熱至硬化溫度Th以上，而且，將凸塊102加熱至熔融溫度Tm以上。然而，接合頭14因僅自上表面加熱積層體的關係，而多個半導體晶片100中的上層的半導體晶片100容易變得高溫，下層的半導體晶片100容易變得低溫。亦即，一個積層體中產生越靠近下方越低溫的溫度梯度。此種溫度梯度會引起NCF 104的硬化或凸塊102的熔融的進行程度之差異，從而引起半導體晶片100間的安裝狀態的不均，進而安裝品質的不均。

本申請案揭示的安裝裝置中，為了抑制此種半導體晶片100間或半導體晶片100內的溫度梯度的發生，而設置自側方加熱半導體晶片100的加熱機構16。加熱機構16的具體構成例將在以後進行詳細說明，該加熱機構16只要可自側方加熱半導體晶片100，則其構成不作特別限定。其中，加熱機構16為了不會成為接合處理的障礙，理想的是可與接合頭14聯動地或與接合頭14獨立地升降。

而且，加熱機構16只要可加熱半導體晶片100，則可以是將其他發熱體（例如接合頭14等）的熱傳遞至半導體晶片100的構成，亦可具有自發熱的發熱體。而且，加熱機構16亦可以是藉由電磁作用或光加熱作用使半導體晶片100自身發熱的構成。而且，加熱機構16理想的是對半導體晶片100的整個周圍進行加熱，但亦可以是僅加熱一部分的構成。因此，例如，加熱機構16可以是僅設置於半導體晶片100的左側且僅自該左側加熱的構成。

總之，執行正式壓接時，利用加熱機構16自側方加熱半導體晶片100的積層體，藉此位於下層的半導體晶片100亦可適當地加熱。結果，可抑制積層體內的溫度梯度的發生，可使多個半導體晶片100間的安裝品質均勻化。

另外，此種加熱機構16不限於設置於以多段堆疊而安裝的安裝裝置，亦可設置於其他安裝裝置。例如，如圖2所示，亦可在不積層半導體晶片100而於以一段安裝（正式壓接）於基板110的安裝裝置設置加熱機構16。尤其在對相對大尺寸（例如10 mm見方以上）的半導體晶片10進行處理的安裝裝置的情況下，理想的是設置自側方加熱的加熱機構16。

在對大尺寸的半導體晶片10進行處理的情況下，對該半導體晶片10加熱加壓的接合頭14的前端部18當然亦為大尺寸。此種大尺寸的前端部18容易因各場所產生溫度的不均。尤其前端部18中的周緣附近離開熱源（加熱器20）且產生朝向外部空間的散熱等，因此較中心部附近更容易變得低溫。若利用該前端部18對半導體晶片10加熱加壓，則會因半導體晶片10的場所而產生溫度的不均，進而安裝品質產生不均。

因此，該情況下，理想的是設置加熱機構16且自側方加熱半導體晶片10。藉由設為該構成，可減少一個半導體晶片10內的溫度的不均，可使安裝品質穩定化。

而且，加熱機構16亦可設置於將多個半導體晶片100以NAND堆疊的形式安裝的安裝裝置。亦即，NAND堆疊中，如圖3所示，將多個半導體晶片100錯開其端部地積層，將設置於各半導體晶片100的端部附近的電極彼此利用打線接合（wire bonding）而電性連接。此處，為了形成NAND堆疊，使用接合頭14積層多個半導體晶片100。在半導體晶片100的底面設置著熱硬化性的黏接劑，加熱該黏接劑而使其不可逆地硬化，藉此半導體晶片100得以接合（固定）。執行該接合時，不僅自設置於接合載台12的下部的（未圖示的）下部加熱器加熱半導體晶片100，亦可利用加熱機構16自側方進行加熱。

接下來，對加熱機構16的構成例進行說明。圖4是表示加熱機構16的一例的圖。加熱機構16如圖4所示，可以是安裝於接合頭14的前端部18而傳遞前端部18的熱的傳熱體22。該情況下，傳熱體22自前端部18的周緣向下方延伸，執行接合時，位於半導體晶片100的側方。而且，執行接合時，利用接合頭14的熱來加熱該傳熱體22，進而，利用該經加熱的傳熱體22自側方加熱半導體晶片100。

傳熱體22理想的是以覆蓋半導體晶片100的整個周圍的方式呈與半導體晶片100為大致同心的筒狀，但不必為筒狀。而且，傳熱體22的高度理想的是根據半導體晶片100(積層體)的高度而設定。具體而言，執行接合時，傳熱體22的下端理想的是位於處在最下層的半導體晶片100的下端(積層體的下端)附近。

此種傳熱體22包含傳熱性優異的材料，例如鋁氧石（aluminite）等。而且，傳熱體22中的至少與半導體晶片100的側面的對向面理想的是經過黑體處理。藉由進行黑體處理而發生輔射熱，可更有效率地加熱半導體晶片100。而且，亦可在傳熱體中的與外側面對面的面設置隔熱構件24。藉由設為該構成，抑制來自接合頭14的熱的釋放，可更有效率地加熱。

圖5是表示加熱機構16的另一例的圖。加熱機構16如圖5所示，也可以是具有成為熱源的加熱器28且作為與接合頭14分開的構件而設置的加熱體26。該情況下，加熱體26與接合頭14聯動地或獨立地升降。而且，加熱體26在下降時，只要位於半導體晶片100的側方則其形狀不作特別限定，但理想的是以覆蓋半導體晶片100的整個周圍的方式呈大致筒狀。

而且，加熱體26理想的是與所述傳熱體22同樣地包含傳熱性優異的材料，例如鋁氧石等。進而理想的是加熱體26的內表面受到黑體處理，外表面受到隔熱處理。

作為熱源的加熱器28與接合頭14的加熱器20分開設置，配置於加熱體26的內部或外部。該加熱器28將加熱體26加熱至規定的溫度。另外，圖5中，將加熱器28僅設置於加熱體26的高度方向大致中央，亦可代替該部位或者除此以外還在其他部位設置加熱器28。例如，在加熱體26的下端附近、中央、上端附近分別設置加熱器28，關於加熱體26的溫度，可越接近下端越高溫。亦即，自接合頭14賦予至積層體（半導體晶片100）的熱越靠近下層越小，因而抵消該熱梯度，自加熱體26賦予至積層體的熱亦可越靠近下層越大。

圖6是表示加熱機構16的另一例的圖。加熱機構16可以是利用暖風加熱半導體晶片100的構成。亦即，加熱機構16如圖6所示，亦可具有朝向半導體晶片100的側方且吹送暖風的暖風噴射機構30。暖風噴射機構30只要可噴射經充分加熱的氣體，則不作特別限定，例如，亦可為包括如下各部的構成，即，用以生成噴射氣流的風扇，驅動風扇的馬達，對由該風扇生成的噴射氣流進行加熱而形成暖風的加熱器，及將暖風導引至半導體晶片100的側方的配管。另外，圖6中，暖風向大致水平方向噴射，但暖風只要至少吹到半導體晶片100的側面，則其噴射方向不作特別限定，可為斜下方向或斜上方向。

圖7是表示加熱機構16的另一例的圖。加熱機構16亦可以是利用電磁的作用使半導體晶片100自身發熱的構成。亦即，加熱機構16如圖7所示，亦可具有配置於半導體晶片100的周圍且藉由被施加交流電流而將半導體晶片100感應加熱的線圈32。該情況下，線圈32呈螺旋狀繞鉛垂的軸Rb捲繞。而且，線圈32能夠升降，在執行接合時下降，使半導體晶片100位於該線圈32的內側。而且，線圈32連接著交流電源34。若執行接合時，交流電源34導通，線圈32中流動交流電流，則利用電磁的作用，半導體晶片100內的金屬（例如凸塊102等）中流動電流，利用此時發生的焦耳熱使半導體晶片100自身發熱。

圖8是表示加熱機構16的另一例的圖。加熱機構16可以是利用光加熱來加熱半導體晶片100的構成。亦即，加熱機構16如圖8所示，亦可包含藉由向半導體晶片100的側方照射光而進行光加熱的燈退火機構36。燈退火機構36具有照射光的光源38。作為該光源38，可使用鹵素燈或氙氣燈、紅外線燈等。而且，光源38可以連續地點燈，亦可以是瞬間地點燈的閃光型。光源38如圖8所示，配置於半導體晶片100的側方，來自光源38的光可直接照到半導體晶片100的側面。而且，作為另一形態，光源38配置於與半導體晶片100隔開的位置，使用各種光學構件（透鏡或反射鏡等）將來自光源38的光向半導體晶片100的側面導引。任一情況下，自光源38照射的高能量的光照到半導體晶片100的側面，藉此加熱半導體晶片100的側面。

另外，至此所說明的構成均為一例，只要具有在利用接合頭14接合半導體晶片100時自側方加熱該半導體晶片100的加熱機構16，則其他構成可適當變更。例如，至此的說明中，僅設一個接合頭14，但接合頭14亦可為多個。因此，例如，亦可設置暫時壓接用的接合頭14與正式壓接用的接合頭14這兩種。而且，所述說明中，僅例示了只與一個半導體晶片100的上表面接觸的接合頭14，但接合頭14亦可設為將面方向上鄰接排列的兩個以上的半導體晶片同時加熱加壓的構成。該情況下，加熱機構16理想的是分別自側方對同時加熱加壓的兩個以上的半導體晶片進行加熱。而且，以上已參照圖4～圖8對加熱機構16的一例進行了說明，但加熱機構16的構成只要可自側方加熱半導體晶片100，則亦可為其他構成。

10、100‧‧‧半導體晶片

12‧‧‧接合載台

14‧‧‧接合頭

16‧‧‧加熱機構

18‧‧‧前端部

20、28‧‧‧加熱器

22‧‧‧傳熱體

24‧‧‧隔熱構件

26‧‧‧加熱體

30‧‧‧暖風噴射機構

32‧‧‧線圈

34‧‧‧交流電源

36‧‧‧燈退火機構

38‧‧‧光源

102‧‧‧凸塊

104‧‧‧非導電性膜（NCF）

110‧‧‧基板

圖1是表示利用安裝裝置將多個半導體晶片以多段堆疊的形式安裝的情況的圖。 圖2是表示利用安裝裝置未將半導體晶片積層便安裝的情況的圖。 圖3是表示利用安裝裝置將多個半導體晶片以反及（NAND）堆疊的形式而安裝的情況的圖。 圖4是表示加熱機構的構成的一例的圖。 圖5是表示加熱機構的構成的另一例的圖。 圖6是表示加熱機構的構成的另一例的圖。 圖7是表示加熱機構的構成的另一例的圖。 圖8是表示加熱機構的構成的另一例的圖。

Claims (9)

1. 一種半導體晶片的安裝裝置，其特徵在於包括： 接合頭，將半導體晶片按壓並接合於基板或其他半導體晶片；以及 加熱機構，在執行所述接合時自側方加熱所述半導體晶片。
2. 如申請專利範圍第1項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構自所述半導體晶片的整個周圍加熱。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的安裝裝置，其中 所述接合頭在將兩個以上的半導體晶片暫時壓接並積層後，對所獲得的積層體的上表面進行加熱及加壓，藉此一次性地將所述兩個以上的半導體晶片正式壓接， 所述加熱機構在所述正式壓接時自側方加熱所述積層體。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構包括傳熱體，所述傳熱體安裝於所述接合頭的前端部而傳遞所述接合頭的熱，且自所述前端部的周緣附近向下方延伸。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構包括加熱體，所述加熱體藉由與所述接合頭聯動地或獨立地升降，在執行所述接合時，配置於所述半導體晶片的側方而由熱源加熱。
6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構包括向所述半導體晶片的側方吹送暖風的暖風噴射機構。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構包括線圈，所述線圈配置於所述半導體晶片的周圍，藉由被施加交流電流而對所述半導體晶片進行感應加熱。
8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的安裝裝置，其中 所述加熱機構包括燈退火機構，所述燈退火機構藉由向所述半導體晶片的側方照射光而進行光加熱。
9. 一種半導體晶片的安裝方法，其特徵在於： 當藉由接合頭自上表面按壓半導體晶片而將所述半導體晶片接合於基板或其他半導體晶片時，藉由加熱機構自側方加熱所述半導體晶片。