技术领域
[0001] 本
发明涉及一种对
半导体晶粒进行加热并安装于
基板或其他半导体晶粒上的电子零件安装装置的结构。
背景技术
[0002] 大多情况下使用利用加热工具将
真空吸附于附件上的半导体晶粒加热,并按压于涂布了热硬化性
树脂的基板上而将半导体晶粒安装于基板的方法。热硬化性树脂在进行加热时挥发成分进行
气化,经气化的挥发成分在冷却时
凝结而成为液体或者发生
凝固而成为固体。因此,存在如下情况:通过加热而气化的热硬化性树脂的挥发成分自加热工具与附件之间的微小间隙或附件与半导体晶粒之间的微小间隙被吸入至真空流路内,在切换
阀内部凝结或发生凝固而引起真空抽吸的动作不良,或在加热工具与附件的间隙发生凝固而导致半导体晶粒的加热不良。因此,提出了如下方法:利用罩
覆盖加热工具与附件的周围,防止自所述罩喷出空气而经气化的挥发成分被吸入至加热工具与附件之间的微小间隙或真空抽吸孔中(例如,参照
专利文献1)。
[0003] 另外,关于在玻璃基板上载置
导电性接着剂,按压吸附于
热压接头的半导体晶粒,使导电性接着剂熔融而将半导体晶粒搭载于玻璃基板上的半导体晶粒的热压接,有时由于使导电性接着剂加热熔融时产生的蒸气导致垃圾等异物附着于热压接头上。为了防止所述情况,提出了如下方法:使抽吸蒸气的
喷嘴朝热压接头的下侧突出,并抽吸在使导电性接着剂加热熔融时产生的蒸气(例如,参照专利文献2)。
[0004] 另外,在利用
焊料将半导体晶粒安装于基板时,为了防止熔剂(焊料膏)发生
热分解而污损半导体晶粒的表面或封装的表面,提出了如下方法:在对半导体晶粒进行抽吸的夹套的侧面配置吸气管,自吸气管抽吸进行了热分解的熔剂(例如,参照专利文献3)。
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本专利特表2012-165313号
公报[0008] 专利文献2:日本专利特开平7-161742号公报
[0009] 专利文献3:日本专利特开昭55-121655号公报
发明内容
[0010] 发明所要解决的问题
[0011] 然而,近年来大多情况下进行将多段在两面配置有突出
电极的半导体晶粒层叠接合的堆叠安装。关于所述堆叠安装,在接合侧的突出
电极形成焊料
凸块,在其表面上张贴非导电性膜(non-conductive film,NCF)后,使半导体晶粒反转并使相反侧的面吸附于接合工具。之后,利用接合工具将
半导体芯片的凸块按压于其他半导体晶粒的电极,同时使接合工具的
温度上升至焊料的熔融温度(250℃左右)时,非导电性膜(NCF)成为低
粘度,并填充半导体芯片的间隙。之后,焊料发生熔融,同时树脂硬化得以进行。然后,使接合工具上升时,焊料的温度降低并
固化,从而半导体芯片的堆叠安装结束。
[0012] 进行堆叠安装的半导体晶粒在吸附于接合工具的面上也形成突出电极,因此使半导体晶粒真空吸附于接合工具的前端时,在接合工具的表面与半导体晶粒的表面之间形成相当于突出电极的高度的间隙。非导电性膜(NCF)在加热至200℃以上时,由于
丙烯酸单体等分子量小的成分发生气化,故使接合工具的温度上升至焊料的熔融温度(250℃左右)时,非导电性膜(NCF)的经气化的成分自所述间隙被吸入至接合工具内部的真空吸附孔中。
[0013] 另外,关于所述堆叠安装,在拾取半导体晶粒时需要将接合工具的温度冷却至例如100℃左右为止,以不使非导电性膜(NCF)成为低粘度。另外,在吸附半导体晶粒时,真空吸附孔的压
力为真空,但在半导体晶粒的接合后,为了自接合工具上卸除半导体晶粒,必须停止真空。因此,吸附半导体晶粒并接合电极时,将接合工具加热至250℃左右为止时,非导电性膜(NCF)的气
化成分以气体的状态被抽吸至设置于接合工具内部的真空吸附孔中,之后,停止真空时,经抽吸的气化成分滞留在真空吸附孔中,接合工具被冷却至100℃左右时,滞留于内部的经气化的成分凝结而成为液体这一工艺会重复。由此,经气化的成分凝结而成为液体并蓄积于接合工具内部的微小间隙,最终有在接合工具的周围漏出而污损接合工具等问题。
[0014] 因此,本发明的目的在于在电子零件安装装置中抑制接合工具的污损,所述电子零件安装装置是将两面配置有突出电极的半导体晶粒接合于基板或其他半导体晶粒的同时,利用树脂密封半导体晶粒与基板或其他半导体晶粒的间隙。
[0015] 解决问题的技术手段
[0016] 本发明的电子零件安装装置为如下的电子零件安装装置,其包括:接合工具,包含基底、以及自基底突出并将两面配置有突出电极的半导体晶粒真空吸附于其表面的岛状物;以及加热器,配置于接合工具的基底侧,并对真空吸附于岛状物的半导体晶粒进行加热,对半导体晶粒进行加热而将半导体晶粒的与岛状物为相反侧的面的突出电极接合于基板或其他半导体晶粒的其他电极,同时利用树脂密封半导体晶粒的与岛状物为相反侧的面与基板或其他半导体晶粒的表面的间隙,在基底的邻接于岛状物的外周面的
位置设置有多个连续真空抽吸孔。
[0017] 关于本发明的电子零件安装装置,也优选为根据半导体晶粒的岛状物侧的面的突出电极的高度,可安装连续真空抽吸孔的合计面积不同的多种接合工具。
[0018] 关于本发明的电子零件安装装置,也优选为在半导体晶粒的岛状物侧的面的突出电极的高度高的情况下,较半导体晶粒的岛状物侧的面的突出电极的高度低的情况而言,可安装连续真空抽吸孔的合计面积大的接合工具。
[0019] 关于本发明的电子零件安装装置,也优选为连续真空抽吸孔的直径与岛状物的高度大致相同。
[0020] 关于本发明的电子零件安装装置,也优选为连续真空抽吸孔为长方形、长圆形、椭圆,其短边的宽度与岛状物的高度大致相同。
[0021] 关于本发明的电子零件安装装置,也优选为在加热器设置有与设于基底的连续真空抽吸孔连通的其他连续真空抽吸孔,在其他连续真空抽吸孔上连接有将连续真空抽吸孔抽吸的气体冷却使其凝结或凝固的冷却管,在冷却管上连接有对在冷却管内凝结或凝固的液体或固体加以储存的回收容器。
[0022] 发明的效果
[0023] 本发明在电子零件安装装置中可抑制接合工具的污损,所述电子零件安装装置是将两面配置有突出电极的半导体晶粒接合于基板或其他半导体晶粒的同时,利用树脂密封半导体晶粒与基板或其他半导体晶粒的间隙。
附图说明
[0024] 图1是表示本发明的实施方式的
倒装芯片接合装置的构成的系统图。
[0025] 图2A是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的接合工具的俯视图。
[0026] 图2B是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的接合工具的剖面图。
[0027] 图2C是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的接合工具的底面图。
[0028] 图3A是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的加热器的俯视图。
[0029] 图3B是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的加热器的剖面图。
[0030] 图3C是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的加热器的底面图。
[0031] 图4是表示使用本发明的实施方式的倒装芯片接合装置对两面配置有电极的半导体晶粒进行堆叠安装的步骤中使第二段的半导体晶粒吸附于接合工具的状态的说明图。
[0032] 图5是表示在图4所示的步骤之后,使接合工具下降而将第二段的半导体晶粒的电极按压于第一段的半导体晶粒的电极,同时利用加热器对第二段的半导体晶粒进行加热的状态的说明图。
[0033] 图6是表示在图5所示的步骤之后,使接合工具上升的状态的说明图。
[0034] 图7A是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的另一接合工具的俯视图。
[0035] 图7B是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的另一接合工具的剖面图。
[0036] 图7C是本发明的实施方式的倒装芯片接合装置中所使用的另一接合工具的底面图。
具体实施方式
[0037] 以下,参照附图并对作为本发明的电子零件安装装置的实施方式的倒装芯片接合装置100进行说明。如图1所示,本实施方式的倒装芯片接合装置100包括:接合平台50,将半导体晶粒80或基板吸附固定于上表面;以及接合头60,在相对于接合平台50而接近离开的方向(图1所示的上下方向)或
水平方向上由未图示的驱动装置驱动。接合头60包含:与未图示的驱动装置连接的本体31、安装于本体31的下表面35上的加热器20、以及真空吸附固定于加热器20的下表面26的接合工具10。在接合工具10的表面14上真空吸附有半导体晶粒70。
[0038] 如图2B所示,接合工具10包括:四
角板状的基底11;以及岛状物13,自基底11的下表面12呈四角台座状突出并在表面14上真空吸附图1所示的半导体晶粒70。在接合工具10的中心,以贯穿基底11与岛状物13的方式设置有用以对半导体晶粒70进行真空吸附的真空孔16。如图2C所示,在基底11的邻接于岛状物13的外周面的位置设置有多个连续真空抽吸孔15。在本实施方式中,各连续真空抽吸孔15的直径d1与岛状物13的自基底11的下表面12起的突出高度H1相等。如图2A所示,所述连续真空抽吸孔15和与加热器20的下表面26相接的基底11的上表面18上设置的环状的槽17连通。以设置于岛状物13的短边侧的多个连续真空抽吸孔15的合计面积与设置于岛状物13的长边侧的多个连续真空抽吸孔15的合计面积的比率成为与岛状物13的短边和长边的长度的比率大致相同的比率的方式决定其个数。由此,可自岛状物13的周围平衡性良好地抽吸空气。
[0039] 加热器20例如是将包括铂或钨等的发热
电阻体嵌入至氮化
铝等的陶瓷的内部而成的四角板状者,其大小与接合工具10大致相同。如图3A~图3C所示,在中心设置有与接合工具10的真空孔16连通的真空孔22。另外,如图3C所示,在接合工具10的上表面18的环状的槽17的内侧所对应的区域设置有C字形的槽24,在槽24的一端设置有在厚度方向贯穿加热器20的真空孔23。另外,如图3C所示,在接合工具10的上表面18的环状的槽17的角所抵接的位置设置有真空孔25。各真空孔22、23、25如图3A所示,贯穿至上表面27。
[0040] 如图1所示,在本体31中,在与加热器20的各真空孔22、23、25对应的位置分别设置有真空孔32、33、34,加热器20的各真空孔22、23、25与本体31的各真空孔32、33、34分别连通。
[0041] 如图1所示,将接合工具10的上表面18与加热器20的下表面26对准时,图3C所示的设置于加热器20的下表面26的C字形的槽24如图1、图2A所示,被设置于接合工具10的上表面18上的槽17的内周侧的平面堵塞而成为与真空孔23连通的通道28。另外,如图2A所示的设置于接合工具10的上表面18上的槽17如图1、图3C所示,被加热器20的下表面26的C字形的槽24的外周侧的平面堵塞,成为与加热器20的真空孔25连通同时与在接合工具10的基底11上开设的多个连续真空抽吸孔15分别连通的通道19。进而,接合工具10的中心的真空孔
16与加热器20的真空孔25连通。
[0042] 本体31的真空孔33利用配管42而与真空
泵44连接。另外,真空孔32利用在中间配置有
电磁阀43的配管41而与
真空泵44连接。另外,真空孔34利用配管45而与冷却管46连接,冷却管46与密闭的回收容器47连接。而且,回收容器47与真空泵44利用配管48而连接。
[0043] 由于以所述方式构成,故对真空泵44进行驱动时,连接有配管42的真空孔33以及包括连通至真空孔33的加热器20的真空孔23与槽24及接合工具10的上表面18的通道28成为真空,接合工具10被真空吸附于加热器20的下表面26。另外,在电磁阀43打开的情况下,连接有配管41的本体31的真空孔32以及连通至真空孔32的加热器20的真空孔22、接合工具10的真空孔16成为真空,可将半导体晶粒70真空吸附于接合工具10的表面14。另外,对真空泵44进行驱动时,利用配管48而连接于真空泵44的回收容器47、与回收容器47连接的冷却管46、经由配管45而与冷却管46连接的本体31的真空孔34、包括连通至真空孔34的加热器
20的真空孔25与设置于接合工具10的上表面18的槽17及加热器20的下表面26的通道19成为真空,从而自多个连续真空抽吸孔15吸入岛状物13的周边的空气。
[0044] 其次,参照图4~6,对利用本实施方式的倒装芯片接合装置100,在晶粒本体81的上表面形成有突出电极82的第一段的半导体晶粒80上安装第二段的半导体晶粒70的步骤进行说明,所述第二段的半导体晶粒70在晶粒本体71的一面形成突出电极72,在另一面形成突出电极73,进而利用焊料等在突出电极73的前端形成凸块74,并在设置有突出电极73的另一面上张贴有非导电性膜(NCF)75。再者,突出电极72、73例如也可包括
铜等。
[0045] 首先,如图4所示,使第一段的半导体晶粒80真空吸附于接合平台50的上表面。另外,驱动图1所示的真空泵44,使本体31的真空孔33、加热器20的真空孔23、加热器20的通道19的内部成为真空,使接合工具10的上表面18真空吸附于加热器20的下表面26。其次,使接合头60移动至以突出电极72位于上侧的方式载置于未图示的半导体晶粒70的反转、交接装置上的半导体晶粒70上。然后,打开电磁阀43,使本体31的真空孔32、加热器20的真空孔25、接合工具10的真空孔16成为真空,使第二段的半导体晶粒70的突出电极72的一侧的面真空吸附于接合工具10的岛状物13的表面14。之后,以第二段的半导体晶粒70的位置与真空吸附于接合平台50上的第一段的半导体晶粒80的位置对准的方式使接合头60移动时,成为图
4所示般的状态。在所述状态下,接合工具10的温度为100℃左右,凸块74未成为熔融状态。
另外,非导电性膜(NCF)75也未成为低粘度状态。
[0046] 如图4所示,在接合工具10的表面14与半导体晶粒70的晶粒本体71之间空出仅为突出电极72的高度的间隙,在将半导体晶粒70真空吸附于接合工具10的表面14的状态下,如图4所示的箭头92般,使半导体晶粒70的周围的空气也自所述间隙进入真空孔16的内部。另一方面,如图4的箭头91、94所示,岛状物13的周围或半导体晶粒70的周围的空气自配置于岛状物13的周围的多个连续真空抽吸孔15被吸入至通道19。如此,由于岛状物13及半导体晶粒70的周围的空气是自多个连续真空抽吸孔15被吸入,故半导体晶粒70的侧面附近的空气几乎不被吸入至配置于接合工具10的中央的真空孔16。
[0047] 其次,如图5所示,利用未图示的驱动装置使接合头60如图5的空白箭头90a所示般下降,将真空吸附于接合工具10的表面14的第二段的半导体晶粒70的凸块74按压于真空吸附于接合平台50上的第一段的半导体晶粒80的突出电极82上,同时利用加热器20将第二段的半导体晶粒70加热至250℃左右,使凸块74熔融。由此,张贴于第二段的半导体晶粒70的突出电极73侧的非导电性膜(NCF)75成为低粘度,填充第一段的半导体晶粒80的晶粒本体81与第二段的半导体晶粒70的晶粒本体71之间的间隙。之后,利用熔融的凸块74,对第一段的半导体晶粒80的突出电极82与第二段的半导体晶粒70的突出电极73进行金属接合,填充与半导体晶粒70的晶粒本体71之间的间隙的树脂进行热硬化而成为热硬化树脂75a。
[0048] 此时,如图5所示,非导电性膜(NCF)75的气化成分成为气体75b,滞留于半导体晶粒70的周围。所述滞留的气体75b如箭头91、94所示,自配置于岛状物13的周围的多个连续真空抽吸孔15流入通道19中,如箭头95所示,通过通道19,如箭头93所示,通过加热器20的真空孔25、本体31的真空孔34、配管45而流出至冷却管46中。在冷却管46中,气体75b自250℃左右的温度被冷却至常温左右。由此,气体75b凝结而成为液体或发生凝固而成为固体,并积存于回收容器47的底部。另一方面,未凝结、凝固的空气成分自冷却管46进入回收容器47中后,通过配管48被抽吸至真空泵44而被排出至外部。如之前说明般,由于岛状物13及半导体晶粒70的周围的空气自多个连续真空抽吸孔15被吸入,故半导体晶粒70的侧面附近的空气几乎不被吸入至配置于接合工具10的中央的真空孔16。因此,在半导体晶粒70的周围产生的气体75b也几乎不会进入真空孔16、加热器20的真空孔22、本体31的真空孔32中。
[0049] 其次,如图6所示,将图1所示的电磁阀43关闭,停止真空孔16的真空后,利用未图示的驱动装置如空白箭头90b所示般使接合头60上升时,第一段的半导体晶粒80和与第一段的半导体晶粒80接合的第二段的半导体晶粒70残留于接合平台50上。然后,温度降低时,熔融的凸块74凝固而成为接
合金属74b,热硬化树脂75a进行硬化而成为填充第一段的半导体晶粒80的晶粒本体81的上表面与第二段的半导体晶粒70的晶粒本体71的下表面的间隙的填充树脂75c。
[0050] 如图6所示,将第二段的半导体晶粒70安装至第一段的半导体晶粒80,使接合头60上升的状态下,多个连续真空抽吸孔15也持续吸入接合工具10的岛状物13的周边的空气。因此,在第二段的半导体晶粒70的安装结束后,残留在岛状物13的周围的气体75b被连续抽吸并利用冷却管46进行冷却,凝结、凝固成分被回收至回收容器47。另外,由于自多个连续真空抽吸孔15连续持续抽吸空气,故气体75b不会在内部滞留于本体31的真空孔34、加热器
20的真空孔25、接合工具10的通道19中。因此,在使接合工具10、加热器20的温度针对下一安装步骤而降低时,不会发生在内部滞留于本体31的真空孔34、加热器20的真空孔25、接合工具10的通道19中的气体75b凝结成为液体,而污损接合工具10的内外表面的情况。进而,如之前所述般,由于气体75b几乎未进入接合工具10的真空孔16、加热器20的真空孔22、本体31的真空孔32中,故在使接合工具10、加热器20的温度针对下一安装步骤而降低时,可防止气体75b在各真空孔16、22、32的内部凝结而成为液体,而污损接合工具10的内外表面。
[0051] 其次,参照图7A~图7C对本发明的实施方式的倒装芯片接合装置100中所使用的另一接合工具110进行说明。对于与之前参照图1~图6所说明相同的部分标注相同的符号,并省略说明。
[0052] 如之前参照图4所说明般,在第二段的半导体晶粒70的晶粒本体71的表面与接合工具10的表面14之间形成突出电极72的高度的间隙,半导体晶粒70的周围的空气会自所述间隙吸入,但通过利用配置于岛状物13的周围的连续真空抽吸孔15抽吸半导体晶粒70的周围的空气,抑制半导体晶粒70的周围的空气被吸入至接合工具10的真空孔16。另一方面,突出电极72的高度越高,半导体晶粒70的晶粒本体71与接合工具10的表面14的间隙的大小越大,吸入半导体晶粒70的周围的空气的力越大。因此,突出电极72的高度变大时,需要与其对应,增大连续真空抽吸孔15的开口面积,增加自岛状物13的周围吸入的空气的量,抑制半导体晶粒70的周围的空气被吸入接合工具10的真空孔16中。
[0053] 因此,在图7A~图7C所示的接合工具110中,在岛状物13的周围的基底11上配置多个长圆形状的连续真空抽吸孔115,使连续真空抽吸孔115的合计面积较参照图2A~图2C所说明的接合工具10的连续真空抽吸孔15的合计面积而更大,增加自岛状物13的周围吸入的空气的量,将突出电极72的高度高的半导体晶粒70真空吸附于表面14的情况下,也可抑制半导体晶粒70的周围的空气被吸入接合工具10的真空孔16中。本实施方式的接合工具110的连续真空抽吸孔115成为短边的宽度W1与岛状物13的自基底11的下表面12起的突出高度H1相同的长度的长圆形状。另外,与之前参照图2A~图2C所说明的接合工具10相同,为了自岛状物13的周围平衡性良好地抽吸空气,以设置于岛状物13的短边侧的连续真空抽吸孔15的合计面积与设置于岛状物13的长边侧的连续真空抽吸孔15的合计面积的比率成为与岛状物13的短边和长边的长度的比率大致相同的比率的方式决定其个数。
[0054] 本实施方式的接合工具110的外形尺寸、岛状物13的大小分别与参照图2A~图2C所说明的接合工具10的外形尺寸、岛状物13的大小相同,形成于上表面18的槽17的形状也相同。因而,利用本实施方式的倒装芯片接合装置100在安装突出电极72的高度低的半导体晶粒70的情况下,可使用参照图2A~图2C所说明的接合工具10,在安装突出电极72的高度高的半导体晶粒70的情况下,可使用较参照图2A~图2C所说明的接合工具10而言连续真空抽吸孔15的合计面积更大的参照图7A~图7C所说明的接合工具110。
[0055] 在本实施方式中,将连续真空抽吸孔115的形状作为长圆形状进行了说明,但连续真空抽吸孔115的形状并不限于此,例如也可为长方形孔、椭圆孔。另外,在设为此种形状的情况下,可使短边的宽度W1与岛状物13的自基底11的下表面12起的突出高度H1相同。
[0056] 如以上说明般,本实施方式的倒装芯片接合装置100在将两面配置有突出电极72、73的第二段的半导体晶粒70接合于第一段的半导体晶粒80的同时,利用非导电性膜(NCF)
75密封第一段的半导体晶粒70与第二段的半导体晶粒80的间隙时,可抑制接合工具10的污损。
[0057] 以上的说明中,在第一段的半导体晶粒70与第二段的半导体晶粒80的间隙的密封时使用非导电性膜(NCF)75而进行了说明,但并不限于此,也可适用于使用其他种类的密封用树脂的情况。
[0058] 符号的说明
[0059] 10、110:接合工具
[0060] 11:基底
[0061] 12、26、35:下表面
[0062] 13:岛状物
[0063] 14:表面
[0064] 15、115:连续真空抽吸孔
[0065] 16、22、23、25、32、33、34:真空孔
[0066] 17、24:槽
[0067] 18、27:上表面
[0068] 19、28:通道
[0069] 20:加热器
[0070] 31:本体
[0071] 41、42、45、48:配管
[0072] 43:电磁阀
[0073] 44:真空泵
[0074] 46:冷却管
[0075] 47:回收容器
[0076] 50:接合平台
[0077] 60:接合头
[0078] 70、80:半导体晶粒
[0079] 71、81:晶粒本体
[0080] 72、73、82:突出电极
[0081] 74:凸块
[0082] 74b:接合金属
[0083] 75:非导电性膜(NCF)
[0084] 75a:热硬化树脂
[0085] 75b:气体
[0086] 75c:填充树脂
[0087] 100:倒装芯片接合装置