はんだ供給装置および半導体装置の製造方法
【課題】はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップの接合面に一様に濡れる所望形状のはんだを、はんだの塗布と同時に形成できるようにする。
【解決手段】基板２の一面上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２に接合するときに、はんだ４を基板２の一面に配置するはんだ供給装置であって、はんだ４を溶融させる溶融部２０と、はんだ４を基板２の一面に配置したときの当該はんだ４の形状に対応する空間形状をなすキャビティ３１を有する型３０と、溶融部２０にて溶融したはんだ４を型３０のキャビティ３１へ充填するノズル４０とを備えており、型３０を基板２の一面に接触させた状態でキャビティ３１に溶融したはんだ４の充填を行うことにより、基板２の一面上にて、はんだ４を、キャビティ３１の空間形状に対応した形状に形成する。
【解決手段】基板２の一面上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２に接合するときに、はんだ４を基板２の一面に配置するはんだ供給装置であって、はんだ４を溶融させる溶融部２０と、はんだ４を基板２の一面に配置したときの当該はんだ４の形状に対応する空間形状をなすキャビティ３１を有する型３０と、溶融部２０にて溶融したはんだ４を型３０のキャビティ３１へ充填するノズル４０とを備えており、型３０を基板２の一面に接触させた状態でキャビティ３１に溶融したはんだ４の充填を行うことにより、基板２の一面上にて、はんだ４を、キャビティ３１の空間形状に対応した形状に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板に搭載し、はんだ付けするときに用いられるはんだ供給装置、および、半導体チップを基板にはんだ付けする半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の一般的なはんだ供給工程では、糸状のはんだを導出するノズルを備えたはんだ供給装置を用い、基板の一面上に、はんだを供給し、基板上で溶融させる。その後、チップ搭載工程では、その溶融したはんだの上に半導体チップを搭載し、溶融したはんだを押しつぶすことで、チップ全体にはんだを濡れ広げて、半導体チップを基板に接合し、半導体装置を完成させる。
【０００３】
ここで、図４は、従来の典型的なはんだ供給工程およびチップ搭載工程を示す工程図である。図４において、（ａ）ははんだ供給工程を示す概略断面図、（ｂ）ははんだ供給後のはんだ４を基板２の一面上からみたときの概略平面図、（ｃ）はチップ搭載工程を示す概略断面図、（ｄ）はチップ搭載後の接合構造体の概略断面図、（ｅ）は同構造体の概略平面図である。
【０００４】
図４（ａ）に示されるように、はんだ供給装置のノズルＪ１から、基板２の一面上、ここでは基板２の一面に設けられた導体３上に、糸状のはんだ４を供給する。このとき、固体のはんだ４を基板２上で溶かして塗布するために、図４（ｂ）に示されるように、塗布後のはんだ４の形状が円形になっていた。
【０００５】
その後、チップ搭載工程では、図４（ｃ）に示されるように、マウント装置１００で、その溶融したはんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、溶融したはんだ４を押しつぶすことで、チップ全体にはんだ４を濡れ広げるようにする。
【０００６】
この半導体チップ１を搭載したとき、図４（ｄ）、（ｅ）に示されるように、はんだ４は同心円状に広がり、チップ角部にてはんだ４が濡れないという問題が発生していた。この問題については、たとえば、半導体チップの接合面に、はんだの不濡れが発生することで、半導体チップ上のワイヤボンディングにおいて、接続信頼性の低下が懸念される。
【０００７】
そこで、これを回避するために、従来では、塗布したはんだを、別の治具を用いてチップ搭載の前に押しつぶして、半導体チップと同形状の濡れやすい形状まで押し広げるという別工程を必要としていた。
【０００８】
一方、従来では、特許文献１のように、はんだを溶融させ、溶融状態のはんだを基板上に塗布して供給する方法が提案されている。また、特許文献２では、固体はんだを加熱部で溶融させて所定量のはんだを得て、これを基板に塗布する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３２３４６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１、２のような方法では、溶融したはんだを、その状態のまま、基板上に塗布するために、はんだの形状は、やはり円形になり、はんだの濡れ性を向上させることはできない。また、溶融はんだの塗布時には、はんだが飛び散ったりするなどの不具合も想定される。
【００１１】
いずれにせよ、従来では、半導体チップの接合面に一様に濡れる所望形状のはんだを適切に形成できないという問題、たとえば塗布後のはんだ形状が円形でチップ角まではんだが濡れないという問題に対して、塗布したはんだを、後工程で別途押しつぶすことなく、はんだ塗布と同時に完成できるものはなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップの接合面に一様に濡れる所望形状のはんだを、はんだの塗布と同時に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、はんだ（４）を介して半導体チップ（１）を基板（２）に接合するときに、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置するはんだ供給装置であって、はんだ（４）を溶融させる溶融部（２０）と、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）と、溶融部（２０）にて溶融したはんだ（４）を型（３０）のキャビティ（３１）へ充填するノズル（４０）とを備えており、型（３０）を基板（２）の一面に接触させた状態でキャビティ（３１）に溶融したはんだ（４）の充填を行うことにより、基板（２）の一面上にて、はんだ（４）を、キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする。
【００１４】
それによれば、型（３０）のキャビティ（３１）を、はんだ（４）の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ（４）をそのまま型（３０）のキャビティ（３１）に充填して、キャビティ（３１）の空間形状をなすはんだ（４）を、基板（２）の一面上に形成できる。
【００１５】
そのため、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ（１）の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ（４）を、はんだ（４）の塗布と同時に形成することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のはんだ供給装置において、半導体チップ（１）は矩形板状をなすものであり、キャビティ（３１）は、半導体チップ（１）の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から半導体チップ（１）の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものであることを特徴としている。
【００１７】
それによれば、矩形板状の典型的な半導体チップ（１）に対して、適切な形状のはんだ（４）を形成できる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のはんだ供給装置において、溶融部（２０）、型（３０）、ノズル（４０）のうち溶融したはんだ（４）と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされていることを特徴としている。
【００１９】
それによれば、装置内における溶融したはんだ（４）の流れを良くすることができ、また、はんだ（４）からの型（３０）の取り外しが容易になる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、はんだ（４）を介して半導体チップ（１）を基板（２）に接合してなる半導体装置の製造方法において、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置するはんだ供給工程では、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）を用い、型（３０）を基板（２）の一面に接触させた状態で、キャビティ（３１）に溶融したはんだ（４）を充填することにより、基板（２）の一面上にて、はんだ（４）を、キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする。
【００２１】
それによれば、型（３０）のキャビティ（３１）を、はんだ（４）の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ（４）をそのまま型（３０）のキャビティ（３１）に充填して、キャビティ（３１）の空間形状をなすはんだ（４）を、基板（２）の一面上に形成できるため、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ（１）の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ（４）を、はんだ（４）の塗布と同時に形成することができる。
【００２２】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るはんだ供給装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るはんだ供給装置の概略断面図である。
【図４】従来の典型的なはんだ供給工程およびチップ搭載工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るはんだ供給装置Ｓ１の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ａ−Ａに沿った概略断面図、図１（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。
【００２６】
なお、図１（ａ）は、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ１により、基板２の一面の導体３上にはんだ４を供給している状態を示しており、同図中、固体状態のはんだ４には斜線ハッチング、溶融状態のはんだ４には点ハッチングを施している。
【００２７】
また、図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は、はんだ供給工程を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）における導体３上のはんだ４の平面図、（ｃ）はチップ搭載工程を示す概略断面図、（ｄ）は（ｃ）における導体３上のはんだ４の平面図、（ｅ）は半導体チップ１の搭載完了後の状態を示す概略断面図、（ｆ）は（ｅ）における導体３上のはんだ４の平面図である。
【００２８】
このはんだ供給装置Ｓ１は、図２に示されるように、基板２の一面の導体３上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２の導体３に接合してなる半導体装置を製造するときに、用いられる。具体的には、図２（ａ）に示される、はんだ４を基板２の一面の導体３上に配置するはんだ供給工程に用いられるものである。
【００２９】
ここで、半導体チップ１としては、一般的なシリコン半導体などよりなるＩＣチップなどが挙げられる。典型的には、上記した図４同様、本実施形態の半導体チップ１は矩形板状のものである。
【００３０】
また、基板２としては、特に限定されるものではないが、プリント基板やセラミック基板などが挙げられ、また、単層基板でも多層基板でもよい。さらには、基板２としてはリードフレームなどであってもよい。
【００３１】
基板２の一面上の導体３としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏなどの導体材料よりなる膜が挙げられる。このような導体３は、メッキやペーストの塗布・硬化などにより形成されるものである。
【００３２】
はんだ供給装置Ｓ１は、大きくは、固体のはんだ４が通る固体はんだ供給部１０、固体のはんだ４を溶融する溶融部２０、溶融したはんだ４を型３０に導くノズル４０、および溶融したはんだ４を所望の形状に形成する型３０を備えて構成されている。これら各部１０〜４０はステンレスなどの耐熱性の金属を用い、切削等の一般的な金属加工により形成されている。
【００３３】
固体はんだ供給部１０は、固体のはんだ４、ここでは糸はんだ４が通る孔１１を有する。具体的には、固体はんだ供給部１０は柱状をなし、孔１１は、その内部にて軸方向に延びて貫通する貫通孔とされている。そして、固体のはんだ４は、この孔１１を通って溶融部２０に送られるようになっている。
【００３４】
具体的には、図１において、固体はんだ供給部１０の上方に図示しないリールがあり、このリールに糸はんだが巻き取られている。そして、このリールが必要量回転することで、固体のはんだ４が溶融部２０に送られるようになっており、この固体のはんだ４の送り量により、溶融するはんだ４の量、すなわち、はんだ４の塗布量を必要量に制御することができるようになっている。
【００３５】
また、固体はんだ供給部１０の孔１１には、窒素や水素、または窒素と水素の混合ガス（Ｎ２＋Ｈ２）などの還元性ガスが流れており、固体のはんだ４の酸化を防止するようにしている。
【００３６】
具体的には、還元性ガスを孔１１内部に流通させるための図示しない出入り口が設けられており、還元性ガスのボンベなどからポンプによって送られる当該還元性ガスが、当該入口から孔１１を流れ当該出口から出ていく、というように流れる。なお、このガスは、溶融したはんだ４をその圧力によって、基板２上まで押し出す役割もする。
【００３７】
固体はんだ供給部１１の下端、すなわち固体はんだ供給部１１の基板２側の端部には、断熱材５０を介して、ノズル４０が取り付けられている。このノズル４０には溶融部２０が内蔵されている。ここで、ノズル４０は、図示しないが、締結や係止などの結合手段により、固体はんだ供給部１０に対して取り付け・取り外し可能に接続されている。
【００３８】
断熱材５０は、たとえばアルミナなどのセラミックよりなるものであり、ノズル４０と固体はんだ供給部１０との断熱を行うものである。それにより、ノズル４０に一体化された溶融部２０の熱によって固体はんだ供給部１０内の固体のはんだ４が溶融されない構造とされている。
【００３９】
ノズル４０は、柱状をなすものであり、ここでは円柱状をなす。ここで、ともに柱状をなすノズル４０と固体はんだ供給部１０とは互いの軸が一致する同軸の状態で接続されている。そして、固体のはんだ４を溶融させる溶融部２０は、このノズル４０の軸部分、つまり、ノズル４０内部の中心部に設けられている。
【００４０】
この溶融部２０は、ノズル４０の外部に設けられたヒータ２１に電気的に接続されており、このヒータ２１によって、はんだ４の溶融温度以上（たとえば２００〜２５０℃）に加熱されることで、固体はんだ供給部１０から送られてくる固体のはんだ４を溶融するものである。
【００４１】
具体的には、溶融部２０の上面は、固体はんだ供給部１０の孔１１の下端側開口部に臨んでおり、その開口部から送られてくる固体のはんだ４が、溶融部２０の上面に接触し、そこで溶けて、溶融状態のはんだ４とされるようになっている。ここで、ヒータ２１は、一般的な通電制御式のものであり、溶融部２０に電流を流して、これを発熱させるものである。
【００４２】
そして、ノズル４０は、溶融部２０にて溶融したはんだ４を、その下方にて基板２の導体３上に位置する型３０へ送り、型３０のキャビティ３１へ充填するものである。そのために、ノズル４０の内部において、溶融部２０の周囲には、溶融部２０の上面で溶けたはんだ４を型３０まで送るためのノズル孔４１が設けられている。
【００４３】
このノズル孔４１は、溶融部２０の上面にて、固体はんだ供給部１０の孔１１の下端側開口部に連通し、溶融部２０の下端部すなわちノズル４０の下端部にて、型３０のキャビティ３１に連通するもので、ノズル４０の軸方向を貫通する孔とされている。そして、溶融部２０の上面にて溶融したはんだ４は、ノズル孔４１をとおって型３０のキャビティ３１まで流れ落ちるようになっている。
【００４４】
ここで、溶融部２０の形状は、溶融したはんだ４が流れ落ちやすいように、中心部が高い凸形状になっている。具体的には、溶融部２０の上面は、その中央部が上に凸となり周辺部に向かって低くなっている形状、ここでは円錐形状とされている。これにより、溶融部２０の上面で溶融したはんだ４が、当該上面の周辺部へ流れやすくなる。
【００４５】
そして、溶融したはんだ４は、当該周辺部からノズル孔４１に流れ込んで、型３０のキャビティ３１へ導かれる。このとき、溶融部２０の熱により、ノズル４０がはんだ溶融温度以上に加熱されることで、ノズル孔４１を通る溶融したはんだ４が適切に流れるようになっている。
【００４６】
また、ノズル４０の下端、すなわちノズル４０の基板２側の端部には、型３０が取り付けられている。この型３０とノズル４０との接続は、溶接、接着などによる接合でもよいし、締結や係止などによる取り付け・取り外し可能な接続でもよい。
【００４７】
この型３０は、はんだ４が基板２の一面（ここでは導体３上）に配置されたときの当該はんだ４の形状に対応する空間形状をなすキャビティ３１を有する。つまり、キャビティ３１の空間形状は、半導体チップ１の接合面にてはんだ４の不濡れ部を防止する所望の形状とされている。そして、基板２の一面に配置されたときのはんだ４の量や形状が狙いのものとなるように、キャビティ３１の形状およびサイズが規定されている。
【００４８】
具体的に、キャビティ３１は、型３０をノズル４０側から基板２側へ貫通する貫通穴として構成されている。そして、このキャビティ３１に、ノズル４０のノズル孔４１から送られてくる溶融したはんだ４が充填され、溶融したはんだ４が導体３上にて所望形状とされるようになっている。
【００４９】
ここでは、図２に示される半導体チップ１は典型的な矩形板状をなすものであり、この典型的な半導体チップ１に対応して、キャビティ３１は平面十字形状のものとされている（図１（ｃ）参照）。
【００５０】
具体的には、キャビティ３１は、導体３上の半導体チップ１の搭載領域において半導体チップ１の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から半導体チップ１の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものとされている。つまり、ここでは、キャビティ３１の空間形状は、型３０の厚さをその厚さとし、その開口形状すなわち平面形状が十字形をなすものである。
【００５１】
また、型３０のサイズは、基本的に導体３のサイズに合わせてあり、型３０の厚さはたとえば１〜５ｍｍ程度とする。また、所望のはんだ量およびはんだ４の形状によって、キャビティ３１の形状やサイズは適宜変更するべきである。
【００５２】
なお、この場合、ノズル４０は、そのノズル孔４１がキャビティ３１に連通してキャビティ３１へ適切に溶融したはんだ４を流し込むことを必要とするものであるため、キャビティ３１つまり型３０を代えたときは、それに合わせたノズル４０を必要とする。
【００５３】
そこで、本実施形態では、上述したように、ノズル４０と固体はんだ供給部１０とを取り付け・取り外し可能とすることで、半導体チップ１の形状やサイズ等に応じて、ノズル４０および型３０を取りかえるようにする。
【００５４】
また、上述のように、本実施形態の溶融部２０は、固体のはんだ４に熱を与えることにより固体のはんだ４を溶融させることに加えて、ノズル４０をはんだ溶融温度以上に加熱してノズル孔４１を通る溶融したはんだ４の溶融状態を適切に確保するが、さらに、型３０もはんだ溶融温度以上に加熱することでキャビティ３１内のはんだ４の溶融状態を確保する機能も有するものである。
【００５５】
また、本実施形態のはんだ供給装置においては、溶融部２０、型３０、ノズル４０のうち溶融したはんだ４と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされている。このダイヤモンドコーティングは、当該部位の表面にダイヤモンド粒子をスパッタなどで付着させるものである。
【００５６】
具体的には、溶融部２０の表面、型３０におけるキャビティ３１の内面、ノズル４０におけるノズル孔４１の内面に、ダイヤモンドコーティングが施される。このようなコーティングは、はんだ４に濡れずに、はんだ４が付着しにくいものであり、溶融したはんだ４の流れを良好に確保したり、はんだ４からの型３０の取り外しを容易にするなどの効果が発揮される。
【００５７】
また、このはんだ供給装置Ｓ１においては、上記各部１０〜５０の全体が一般的なアクチュエータなどにより、図１（ａ）中の上下方向、すなわち、基板２の一面に垂直方向に沿って基板２に対して近づく、または遠ざかるように移動するようになっている。
【００５８】
次に、図２に示される本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。本実施形態の半導体装置は、基板２の一面の導体３上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２の導体３に接合してなるものである。
【００５９】
まず、本製造方法では、図２（ａ）に示されるように、はんだ供給工程として、型３０を基板２の一面の導体３に接触させた状態でキャビティ３１に溶融したはんだ４の充填を行う。
【００６０】
具体的には、型３０を基板２の一面の導体３に接触させることで、貫通穴としてのキャビティ３１における基板２側の開口部を、基板２の一面の導体３で閉塞する。それにより、キャビティ３１と当該導体３とで区画された空間は、ノズル４０のノズル孔４１のみに連通した状態となる。
【００６１】
そして、この状態で、具体的には、固体はんだ供給部１０から、所定長さの固体のはんだ４を溶融部２０に送り込み、溶融部２０にて溶融させる。溶融したはんだ４は、ノズル４０のノズル孔４１を通って、型３０のキャビティ３１に充填される。それにより、基板２の一面すなわち導体３上にて、はんだ４を、キャビティ３１の空間形状に対応した形状に形成することができる。
【００６２】
ここでは、図２（ｂ）に示されるように、導体３とキャビティ３１とで囲まれた空間に充填されたはんだ４は、導体３上にて、キャビティ３１の空間形状と同じく十字形状のものとなる。つまり、導体３上に配置されたはんだ４は、型３０の厚さをその厚さとする平面十字形をなす。
【００６３】
ここで、はんだ供給工程では、基板２は、基板２を支持する図示しない土台においてヒータ等によって加熱されている。なお、この基板２の加熱は必要に応じて行えばよく、基板２上にてキャビティ３１全体に、はんだ４が確実に拡がるならば、無くてもよい。
【００６４】
次に、この充填されたはんだ４から型３０を取り外す。具体的には、図２（ａ）の状態から、はんだ供給装置Ｓ１型を基板２の上方に移動させ、型３０を取り外す。なお、この型３０を取り外すときは、はんだ４は溶融状態でもよいし、固化状態でもよい。
【００６５】
いずれにせよ、キャビティ３１の内面がはんだ４に濡れない表面処理、ここではダイヤモンドコーティングされているので、どちらの状態でもはんだ４から型３０を容易に取り外すことができる。なお、固体状態のはんだ４から型３０を取り外した場合、その後、半導体チップ１をはんだ４上に搭載した状態で、はんだ４をリフローさせれば、はんだ付けが行える。
【００６６】
こうして、はんだ４を基板２の一面に配置するはんだ供給工程を行った後、図２（ｃ）に示されるように、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載するチップ搭載工程を行う。ここで、半導体チップ１を搭載するために用いるチップ搭載装置１００は、一般的な方法と同様に、真空吸着によって半導体チップ１を吸着するとともに、吸引を停止して半導体チップ１を離脱させるものである。
【００６７】
具体的には、チップ搭載装置１００の先端部に半導体チップ１を吸引して保持しつつ、半導体チップ１を基板２の一面の導体３に対向させ、導体３に向かって降下させることにより、半導体チップ１の搭載を行うものである。
【００６８】
また、チップ搭載装置１００は、一般のものと同様、半導体チップ１を加熱するために、たとえば図示しない通電式のヒータなどによりチップ搭載装置１００自身が加熱されるようになっている。
【００６９】
それにより、チップ搭載時に、半導体チップ１の接合面へのはんだ４の濡れ性を向上させるために、必要に応じて、チップ搭載装置１００におけるチップ吸着部である先端部も、はんだ溶融温度（たとえば２００℃）以上に加熱しておくとよい。
【００７０】
そして、チップ搭載工程にて、半導体チップ１の接合面をはんだ４に接触させ、半導体チップ１をはんだ４に押しつけていく。
【００７１】
このとき、溶融したはんだ４は、キャビティ３１の上記平面十字形状に一致した形状とされているので、当該はんだ４上に半導体チップ１を搭載したときに、はんだ４は半導体チップ４の接合面の四隅部すなわち全ての角部に濡れ、且つ、当該接合面の中央部から各辺部に向かって濡れ拡がる（図２（ｄ）参照）。
【００７２】
そして、最終的には、図２（ｆ）に示されるように、はんだ４は半導体チップ１の接合面全体に濡れ拡がる。そして、この状態で、はんだ４を固化してやれば、図２（ｅ）、（ｆ）に示されるように、はんだ４を介して、半導体チップ１が基板２に接合され、本半導体装置のはんだ付け構成ができあがる。
【００７３】
ところで、本実施形態によれば、型３０のキャビティ３１を、はんだ４の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ４をそのまま型３０のキャビティ３１に充填して、キャビティ３１の空間形状をなすはんだ４を、基板２の一面上に形成できる。
【００７４】
そのため、本実施形態によれば、はんだ４の塗布後にはんだ４を押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ１の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ４を、はんだ４の塗布と同時に形成することができる。
【００７５】
なお、上記図示例では、矩形の接合面である半導体チップ１に対して上記平面十字形の開口部を有するキャビティ３１としたが、キャビティ３１の開口形状を半導体チップ１と同一形状に合わせてもよい。つまりキャビティ３１を半導体チップ１と同じ平面矩形の開口形状としてもよい。
【００７６】
しかし、チップ中央部およびチップ角部が確実に接合されれば、基本的には半導体チップ１の接合信頼性は確保されるので、それを考慮すると、本実施形態の上記十字形状のキャビティ３１は、極力少ないはんだ４の量で、接続信頼性の確保を達成できる好ましい形状である。
【００７７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るはんだ供給装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、溶融部２０の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
【００７８】
上記第１実施形態では、ノズル４０に溶融部２０が内蔵されていたが、図３に示されるように、本実施形態では、固体はんだ供給部１０の一部すなわち下端側が溶融部２０とされている。具体的には、固体はんだ供給部１０の下端側の外側に、通電により発熱するニクロム線などよりなる熱線２２が巻き付けられている。
【００７９】
そして、この熱線２２は、図示しない通電手段により発熱し、その内側の部分である固体はんだ供給部１０の下端側、すなわち溶融部２０を熱する。すると、この溶融部２０の熱により、溶融部２０内の孔１１に位置する固体のはんだ４が溶けて、溶融状態となり、溶融したはんだ４とされる。
【００８０】
そして、溶融部２０にて溶融したはんだ４は、上記同様に溶融状態のまま、ノズル４０のノズル孔４１を通り、型３０のキャビティ３１に充填される。なお、図示しないが、上記熱線２２は、ノズル４０の外側にも巻き付けられており、それによりノズル４０および型３０がはんだ溶融温度以上に加熱され、ノズル４０内の溶融したはんだ４の流れを良好に確保するようにしている。
【００８１】
このように、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ２およびそれを用いた半導体装置の製造方法によっても、上記第１実施形態と同様に、はんだ４の塗布後にはんだ４を押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ１の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ４を、はんだ４の塗布と同時に形成することができる。
【００８２】
なお、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ２においては、ノズル４０と固体はんだ供給装置１０の下端側の溶融部２０とが、上記同様、取り付け・取り外し可能に接続されることにより、半導体チップ１の形状やサイズに見合ったノズル４０および型３０を選択して使用することが可能とされている。
【００８３】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、基板２の一面の導体３上にはんだ４を供給するものであったが、基板２の一面に、はんだ４を供給するものであれば上記各実施形態は採用することができ、上記導体３はなくてもよい。たとえば、基板２がリードフレームなどの場合には、そのリードフレームの面に直にはんだ４を供給することが行われる。
【００８４】
また、固体状態のはんだ４としては、上記した糸状のもの、すなわち糸はんだに限定するものではなく、はんだボールを使用することも可能である。この場合、たとえば、はんだボールを、パチンコ玉の如く、固体はんだ供給部１０の孔１１に順次送りこむようにすればよい。
【００８５】
また、上記した通り、型３０のキャビティ３１の形状は、搭載する半導体チップ１のサイズや形状によって変更されるものであり、上記図示例に限定されるものではないことはもちろんである。さらに、ノズル４０のノズル孔４１の配置形態も、キャビティ３１の形状に対応して変更されるものであり、これも上記図示例に限定されるものではないことはもちろんである。
【００８６】
また、上記したチップ搭載装置１００は、上記はんだ供給装置Ｓ１、Ｓ２と一体化されたものであってもよい。なお、このような一体型の場合には、はんだ供給工程の前に半導体チップ１をチップ搭載装置に吸着しておく必要がある。
【００８７】
このような一体型の場合、具体的には、はんだ供給装置とチップ搭載装置とを、図示しない電気式のアクチュエータなどに保持し、当該アクチュエータによって、同方向への一体的な移動と、各装置毎の独立した移動とを可能とすればよく、このようなことは、たとえば種々のアクチュエータを組み合わせることで容易に実現される。
【符号の説明】
【００８８】
１ 半導体チップ
２ 基板
３ 導体
４ はんだ
１０ 固体はんだ供給部
１１ 固体はんだ供給部の孔
２０ 溶融部
２１ ヒータ
２２ 熱線
３０ 型
３１ キャビティ
４０ ノズル
４１ ノズル孔
５０ 断熱材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板に搭載し、はんだ付けするときに用いられるはんだ供給装置、および、半導体チップを基板にはんだ付けする半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の一般的なはんだ供給工程では、糸状のはんだを導出するノズルを備えたはんだ供給装置を用い、基板の一面上に、はんだを供給し、基板上で溶融させる。その後、チップ搭載工程では、その溶融したはんだの上に半導体チップを搭載し、溶融したはんだを押しつぶすことで、チップ全体にはんだを濡れ広げて、半導体チップを基板に接合し、半導体装置を完成させる。
【０００３】
ここで、図４は、従来の典型的なはんだ供給工程およびチップ搭載工程を示す工程図である。図４において、（ａ）ははんだ供給工程を示す概略断面図、（ｂ）ははんだ供給後のはんだ４を基板２の一面上からみたときの概略平面図、（ｃ）はチップ搭載工程を示す概略断面図、（ｄ）はチップ搭載後の接合構造体の概略断面図、（ｅ）は同構造体の概略平面図である。
【０００４】
図４（ａ）に示されるように、はんだ供給装置のノズルＪ１から、基板２の一面上、ここでは基板２の一面に設けられた導体３上に、糸状のはんだ４を供給する。このとき、固体のはんだ４を基板２上で溶かして塗布するために、図４（ｂ）に示されるように、塗布後のはんだ４の形状が円形になっていた。
【０００５】
その後、チップ搭載工程では、図４（ｃ）に示されるように、マウント装置１００で、その溶融したはんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、溶融したはんだ４を押しつぶすことで、チップ全体にはんだ４を濡れ広げるようにする。
【０００６】
この半導体チップ１を搭載したとき、図４（ｄ）、（ｅ）に示されるように、はんだ４は同心円状に広がり、チップ角部にてはんだ４が濡れないという問題が発生していた。この問題については、たとえば、半導体チップの接合面に、はんだの不濡れが発生することで、半導体チップ上のワイヤボンディングにおいて、接続信頼性の低下が懸念される。
【０００７】
そこで、これを回避するために、従来では、塗布したはんだを、別の治具を用いてチップ搭載の前に押しつぶして、半導体チップと同形状の濡れやすい形状まで押し広げるという別工程を必要としていた。
【０００８】
一方、従来では、特許文献１のように、はんだを溶融させ、溶融状態のはんだを基板上に塗布して供給する方法が提案されている。また、特許文献２では、固体はんだを加熱部で溶融させて所定量のはんだを得て、これを基板に塗布する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３２３４６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１、２のような方法では、溶融したはんだを、その状態のまま、基板上に塗布するために、はんだの形状は、やはり円形になり、はんだの濡れ性を向上させることはできない。また、溶融はんだの塗布時には、はんだが飛び散ったりするなどの不具合も想定される。
【００１１】
いずれにせよ、従来では、半導体チップの接合面に一様に濡れる所望形状のはんだを適切に形成できないという問題、たとえば塗布後のはんだ形状が円形でチップ角まではんだが濡れないという問題に対して、塗布したはんだを、後工程で別途押しつぶすことなく、はんだ塗布と同時に完成できるものはなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップの接合面に一様に濡れる所望形状のはんだを、はんだの塗布と同時に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、はんだ（４）を介して半導体チップ（１）を基板（２）に接合するときに、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置するはんだ供給装置であって、はんだ（４）を溶融させる溶融部（２０）と、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）と、溶融部（２０）にて溶融したはんだ（４）を型（３０）のキャビティ（３１）へ充填するノズル（４０）とを備えており、型（３０）を基板（２）の一面に接触させた状態でキャビティ（３１）に溶融したはんだ（４）の充填を行うことにより、基板（２）の一面上にて、はんだ（４）を、キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする。
【００１４】
それによれば、型（３０）のキャビティ（３１）を、はんだ（４）の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ（４）をそのまま型（３０）のキャビティ（３１）に充填して、キャビティ（３１）の空間形状をなすはんだ（４）を、基板（２）の一面上に形成できる。
【００１５】
そのため、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ（１）の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ（４）を、はんだ（４）の塗布と同時に形成することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のはんだ供給装置において、半導体チップ（１）は矩形板状をなすものであり、キャビティ（３１）は、半導体チップ（１）の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から半導体チップ（１）の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものであることを特徴としている。
【００１７】
それによれば、矩形板状の典型的な半導体チップ（１）に対して、適切な形状のはんだ（４）を形成できる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のはんだ供給装置において、溶融部（２０）、型（３０）、ノズル（４０）のうち溶融したはんだ（４）と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされていることを特徴としている。
【００１９】
それによれば、装置内における溶融したはんだ（４）の流れを良くすることができ、また、はんだ（４）からの型（３０）の取り外しが容易になる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、はんだ（４）を介して半導体チップ（１）を基板（２）に接合してなる半導体装置の製造方法において、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置するはんだ供給工程では、はんだ（４）を基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）を用い、型（３０）を基板（２）の一面に接触させた状態で、キャビティ（３１）に溶融したはんだ（４）を充填することにより、基板（２）の一面上にて、はんだ（４）を、キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする。
【００２１】
それによれば、型（３０）のキャビティ（３１）を、はんだ（４）の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ（４）をそのまま型（３０）のキャビティ（３１）に充填して、キャビティ（３１）の空間形状をなすはんだ（４）を、基板（２）の一面上に形成できるため、はんだの塗布後にはんだを押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ（１）の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ（４）を、はんだ（４）の塗布と同時に形成することができる。
【００２２】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るはんだ供給装置の概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るはんだ供給装置の概略断面図である。
【図４】従来の典型的なはんだ供給工程およびチップ搭載工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るはんだ供給装置Ｓ１の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ａ−Ａに沿った概略断面図、図１（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。
【００２６】
なお、図１（ａ）は、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ１により、基板２の一面の導体３上にはんだ４を供給している状態を示しており、同図中、固体状態のはんだ４には斜線ハッチング、溶融状態のはんだ４には点ハッチングを施している。
【００２７】
また、図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は、はんだ供給工程を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）における導体３上のはんだ４の平面図、（ｃ）はチップ搭載工程を示す概略断面図、（ｄ）は（ｃ）における導体３上のはんだ４の平面図、（ｅ）は半導体チップ１の搭載完了後の状態を示す概略断面図、（ｆ）は（ｅ）における導体３上のはんだ４の平面図である。
【００２８】
このはんだ供給装置Ｓ１は、図２に示されるように、基板２の一面の導体３上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２の導体３に接合してなる半導体装置を製造するときに、用いられる。具体的には、図２（ａ）に示される、はんだ４を基板２の一面の導体３上に配置するはんだ供給工程に用いられるものである。
【００２９】
ここで、半導体チップ１としては、一般的なシリコン半導体などよりなるＩＣチップなどが挙げられる。典型的には、上記した図４同様、本実施形態の半導体チップ１は矩形板状のものである。
【００３０】
また、基板２としては、特に限定されるものではないが、プリント基板やセラミック基板などが挙げられ、また、単層基板でも多層基板でもよい。さらには、基板２としてはリードフレームなどであってもよい。
【００３１】
基板２の一面上の導体３としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏなどの導体材料よりなる膜が挙げられる。このような導体３は、メッキやペーストの塗布・硬化などにより形成されるものである。
【００３２】
はんだ供給装置Ｓ１は、大きくは、固体のはんだ４が通る固体はんだ供給部１０、固体のはんだ４を溶融する溶融部２０、溶融したはんだ４を型３０に導くノズル４０、および溶融したはんだ４を所望の形状に形成する型３０を備えて構成されている。これら各部１０〜４０はステンレスなどの耐熱性の金属を用い、切削等の一般的な金属加工により形成されている。
【００３３】
固体はんだ供給部１０は、固体のはんだ４、ここでは糸はんだ４が通る孔１１を有する。具体的には、固体はんだ供給部１０は柱状をなし、孔１１は、その内部にて軸方向に延びて貫通する貫通孔とされている。そして、固体のはんだ４は、この孔１１を通って溶融部２０に送られるようになっている。
【００３４】
具体的には、図１において、固体はんだ供給部１０の上方に図示しないリールがあり、このリールに糸はんだが巻き取られている。そして、このリールが必要量回転することで、固体のはんだ４が溶融部２０に送られるようになっており、この固体のはんだ４の送り量により、溶融するはんだ４の量、すなわち、はんだ４の塗布量を必要量に制御することができるようになっている。
【００３５】
また、固体はんだ供給部１０の孔１１には、窒素や水素、または窒素と水素の混合ガス（Ｎ２＋Ｈ２）などの還元性ガスが流れており、固体のはんだ４の酸化を防止するようにしている。
【００３６】
具体的には、還元性ガスを孔１１内部に流通させるための図示しない出入り口が設けられており、還元性ガスのボンベなどからポンプによって送られる当該還元性ガスが、当該入口から孔１１を流れ当該出口から出ていく、というように流れる。なお、このガスは、溶融したはんだ４をその圧力によって、基板２上まで押し出す役割もする。
【００３７】
固体はんだ供給部１１の下端、すなわち固体はんだ供給部１１の基板２側の端部には、断熱材５０を介して、ノズル４０が取り付けられている。このノズル４０には溶融部２０が内蔵されている。ここで、ノズル４０は、図示しないが、締結や係止などの結合手段により、固体はんだ供給部１０に対して取り付け・取り外し可能に接続されている。
【００３８】
断熱材５０は、たとえばアルミナなどのセラミックよりなるものであり、ノズル４０と固体はんだ供給部１０との断熱を行うものである。それにより、ノズル４０に一体化された溶融部２０の熱によって固体はんだ供給部１０内の固体のはんだ４が溶融されない構造とされている。
【００３９】
ノズル４０は、柱状をなすものであり、ここでは円柱状をなす。ここで、ともに柱状をなすノズル４０と固体はんだ供給部１０とは互いの軸が一致する同軸の状態で接続されている。そして、固体のはんだ４を溶融させる溶融部２０は、このノズル４０の軸部分、つまり、ノズル４０内部の中心部に設けられている。
【００４０】
この溶融部２０は、ノズル４０の外部に設けられたヒータ２１に電気的に接続されており、このヒータ２１によって、はんだ４の溶融温度以上（たとえば２００〜２５０℃）に加熱されることで、固体はんだ供給部１０から送られてくる固体のはんだ４を溶融するものである。
【００４１】
具体的には、溶融部２０の上面は、固体はんだ供給部１０の孔１１の下端側開口部に臨んでおり、その開口部から送られてくる固体のはんだ４が、溶融部２０の上面に接触し、そこで溶けて、溶融状態のはんだ４とされるようになっている。ここで、ヒータ２１は、一般的な通電制御式のものであり、溶融部２０に電流を流して、これを発熱させるものである。
【００４２】
そして、ノズル４０は、溶融部２０にて溶融したはんだ４を、その下方にて基板２の導体３上に位置する型３０へ送り、型３０のキャビティ３１へ充填するものである。そのために、ノズル４０の内部において、溶融部２０の周囲には、溶融部２０の上面で溶けたはんだ４を型３０まで送るためのノズル孔４１が設けられている。
【００４３】
このノズル孔４１は、溶融部２０の上面にて、固体はんだ供給部１０の孔１１の下端側開口部に連通し、溶融部２０の下端部すなわちノズル４０の下端部にて、型３０のキャビティ３１に連通するもので、ノズル４０の軸方向を貫通する孔とされている。そして、溶融部２０の上面にて溶融したはんだ４は、ノズル孔４１をとおって型３０のキャビティ３１まで流れ落ちるようになっている。
【００４４】
ここで、溶融部２０の形状は、溶融したはんだ４が流れ落ちやすいように、中心部が高い凸形状になっている。具体的には、溶融部２０の上面は、その中央部が上に凸となり周辺部に向かって低くなっている形状、ここでは円錐形状とされている。これにより、溶融部２０の上面で溶融したはんだ４が、当該上面の周辺部へ流れやすくなる。
【００４５】
そして、溶融したはんだ４は、当該周辺部からノズル孔４１に流れ込んで、型３０のキャビティ３１へ導かれる。このとき、溶融部２０の熱により、ノズル４０がはんだ溶融温度以上に加熱されることで、ノズル孔４１を通る溶融したはんだ４が適切に流れるようになっている。
【００４６】
また、ノズル４０の下端、すなわちノズル４０の基板２側の端部には、型３０が取り付けられている。この型３０とノズル４０との接続は、溶接、接着などによる接合でもよいし、締結や係止などによる取り付け・取り外し可能な接続でもよい。
【００４７】
この型３０は、はんだ４が基板２の一面（ここでは導体３上）に配置されたときの当該はんだ４の形状に対応する空間形状をなすキャビティ３１を有する。つまり、キャビティ３１の空間形状は、半導体チップ１の接合面にてはんだ４の不濡れ部を防止する所望の形状とされている。そして、基板２の一面に配置されたときのはんだ４の量や形状が狙いのものとなるように、キャビティ３１の形状およびサイズが規定されている。
【００４８】
具体的に、キャビティ３１は、型３０をノズル４０側から基板２側へ貫通する貫通穴として構成されている。そして、このキャビティ３１に、ノズル４０のノズル孔４１から送られてくる溶融したはんだ４が充填され、溶融したはんだ４が導体３上にて所望形状とされるようになっている。
【００４９】
ここでは、図２に示される半導体チップ１は典型的な矩形板状をなすものであり、この典型的な半導体チップ１に対応して、キャビティ３１は平面十字形状のものとされている（図１（ｃ）参照）。
【００５０】
具体的には、キャビティ３１は、導体３上の半導体チップ１の搭載領域において半導体チップ１の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から半導体チップ１の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものとされている。つまり、ここでは、キャビティ３１の空間形状は、型３０の厚さをその厚さとし、その開口形状すなわち平面形状が十字形をなすものである。
【００５１】
また、型３０のサイズは、基本的に導体３のサイズに合わせてあり、型３０の厚さはたとえば１〜５ｍｍ程度とする。また、所望のはんだ量およびはんだ４の形状によって、キャビティ３１の形状やサイズは適宜変更するべきである。
【００５２】
なお、この場合、ノズル４０は、そのノズル孔４１がキャビティ３１に連通してキャビティ３１へ適切に溶融したはんだ４を流し込むことを必要とするものであるため、キャビティ３１つまり型３０を代えたときは、それに合わせたノズル４０を必要とする。
【００５３】
そこで、本実施形態では、上述したように、ノズル４０と固体はんだ供給部１０とを取り付け・取り外し可能とすることで、半導体チップ１の形状やサイズ等に応じて、ノズル４０および型３０を取りかえるようにする。
【００５４】
また、上述のように、本実施形態の溶融部２０は、固体のはんだ４に熱を与えることにより固体のはんだ４を溶融させることに加えて、ノズル４０をはんだ溶融温度以上に加熱してノズル孔４１を通る溶融したはんだ４の溶融状態を適切に確保するが、さらに、型３０もはんだ溶融温度以上に加熱することでキャビティ３１内のはんだ４の溶融状態を確保する機能も有するものである。
【００５５】
また、本実施形態のはんだ供給装置においては、溶融部２０、型３０、ノズル４０のうち溶融したはんだ４と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされている。このダイヤモンドコーティングは、当該部位の表面にダイヤモンド粒子をスパッタなどで付着させるものである。
【００５６】
具体的には、溶融部２０の表面、型３０におけるキャビティ３１の内面、ノズル４０におけるノズル孔４１の内面に、ダイヤモンドコーティングが施される。このようなコーティングは、はんだ４に濡れずに、はんだ４が付着しにくいものであり、溶融したはんだ４の流れを良好に確保したり、はんだ４からの型３０の取り外しを容易にするなどの効果が発揮される。
【００５７】
また、このはんだ供給装置Ｓ１においては、上記各部１０〜５０の全体が一般的なアクチュエータなどにより、図１（ａ）中の上下方向、すなわち、基板２の一面に垂直方向に沿って基板２に対して近づく、または遠ざかるように移動するようになっている。
【００５８】
次に、図２に示される本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。本実施形態の半導体装置は、基板２の一面の導体３上に、はんだ４を配置し、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載し、はんだ４を介して半導体チップ１を基板２の導体３に接合してなるものである。
【００５９】
まず、本製造方法では、図２（ａ）に示されるように、はんだ供給工程として、型３０を基板２の一面の導体３に接触させた状態でキャビティ３１に溶融したはんだ４の充填を行う。
【００６０】
具体的には、型３０を基板２の一面の導体３に接触させることで、貫通穴としてのキャビティ３１における基板２側の開口部を、基板２の一面の導体３で閉塞する。それにより、キャビティ３１と当該導体３とで区画された空間は、ノズル４０のノズル孔４１のみに連通した状態となる。
【００６１】
そして、この状態で、具体的には、固体はんだ供給部１０から、所定長さの固体のはんだ４を溶融部２０に送り込み、溶融部２０にて溶融させる。溶融したはんだ４は、ノズル４０のノズル孔４１を通って、型３０のキャビティ３１に充填される。それにより、基板２の一面すなわち導体３上にて、はんだ４を、キャビティ３１の空間形状に対応した形状に形成することができる。
【００６２】
ここでは、図２（ｂ）に示されるように、導体３とキャビティ３１とで囲まれた空間に充填されたはんだ４は、導体３上にて、キャビティ３１の空間形状と同じく十字形状のものとなる。つまり、導体３上に配置されたはんだ４は、型３０の厚さをその厚さとする平面十字形をなす。
【００６３】
ここで、はんだ供給工程では、基板２は、基板２を支持する図示しない土台においてヒータ等によって加熱されている。なお、この基板２の加熱は必要に応じて行えばよく、基板２上にてキャビティ３１全体に、はんだ４が確実に拡がるならば、無くてもよい。
【００６４】
次に、この充填されたはんだ４から型３０を取り外す。具体的には、図２（ａ）の状態から、はんだ供給装置Ｓ１型を基板２の上方に移動させ、型３０を取り外す。なお、この型３０を取り外すときは、はんだ４は溶融状態でもよいし、固化状態でもよい。
【００６５】
いずれにせよ、キャビティ３１の内面がはんだ４に濡れない表面処理、ここではダイヤモンドコーティングされているので、どちらの状態でもはんだ４から型３０を容易に取り外すことができる。なお、固体状態のはんだ４から型３０を取り外した場合、その後、半導体チップ１をはんだ４上に搭載した状態で、はんだ４をリフローさせれば、はんだ付けが行える。
【００６６】
こうして、はんだ４を基板２の一面に配置するはんだ供給工程を行った後、図２（ｃ）に示されるように、はんだ４の上に半導体チップ１を搭載するチップ搭載工程を行う。ここで、半導体チップ１を搭載するために用いるチップ搭載装置１００は、一般的な方法と同様に、真空吸着によって半導体チップ１を吸着するとともに、吸引を停止して半導体チップ１を離脱させるものである。
【００６７】
具体的には、チップ搭載装置１００の先端部に半導体チップ１を吸引して保持しつつ、半導体チップ１を基板２の一面の導体３に対向させ、導体３に向かって降下させることにより、半導体チップ１の搭載を行うものである。
【００６８】
また、チップ搭載装置１００は、一般のものと同様、半導体チップ１を加熱するために、たとえば図示しない通電式のヒータなどによりチップ搭載装置１００自身が加熱されるようになっている。
【００６９】
それにより、チップ搭載時に、半導体チップ１の接合面へのはんだ４の濡れ性を向上させるために、必要に応じて、チップ搭載装置１００におけるチップ吸着部である先端部も、はんだ溶融温度（たとえば２００℃）以上に加熱しておくとよい。
【００７０】
そして、チップ搭載工程にて、半導体チップ１の接合面をはんだ４に接触させ、半導体チップ１をはんだ４に押しつけていく。
【００７１】
このとき、溶融したはんだ４は、キャビティ３１の上記平面十字形状に一致した形状とされているので、当該はんだ４上に半導体チップ１を搭載したときに、はんだ４は半導体チップ４の接合面の四隅部すなわち全ての角部に濡れ、且つ、当該接合面の中央部から各辺部に向かって濡れ拡がる（図２（ｄ）参照）。
【００７２】
そして、最終的には、図２（ｆ）に示されるように、はんだ４は半導体チップ１の接合面全体に濡れ拡がる。そして、この状態で、はんだ４を固化してやれば、図２（ｅ）、（ｆ）に示されるように、はんだ４を介して、半導体チップ１が基板２に接合され、本半導体装置のはんだ付け構成ができあがる。
【００７３】
ところで、本実施形態によれば、型３０のキャビティ３１を、はんだ４の狙いの配置形状に対応する空間形状をなすものとし、溶融したはんだ４をそのまま型３０のキャビティ３１に充填して、キャビティ３１の空間形状をなすはんだ４を、基板２の一面上に形成できる。
【００７４】
そのため、本実施形態によれば、はんだ４の塗布後にはんだ４を押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ１の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ４を、はんだ４の塗布と同時に形成することができる。
【００７５】
なお、上記図示例では、矩形の接合面である半導体チップ１に対して上記平面十字形の開口部を有するキャビティ３１としたが、キャビティ３１の開口形状を半導体チップ１と同一形状に合わせてもよい。つまりキャビティ３１を半導体チップ１と同じ平面矩形の開口形状としてもよい。
【００７６】
しかし、チップ中央部およびチップ角部が確実に接合されれば、基本的には半導体チップ１の接合信頼性は確保されるので、それを考慮すると、本実施形態の上記十字形状のキャビティ３１は、極力少ないはんだ４の量で、接続信頼性の確保を達成できる好ましい形状である。
【００７７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るはんだ供給装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態に比べて、溶融部２０の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
【００７８】
上記第１実施形態では、ノズル４０に溶融部２０が内蔵されていたが、図３に示されるように、本実施形態では、固体はんだ供給部１０の一部すなわち下端側が溶融部２０とされている。具体的には、固体はんだ供給部１０の下端側の外側に、通電により発熱するニクロム線などよりなる熱線２２が巻き付けられている。
【００７９】
そして、この熱線２２は、図示しない通電手段により発熱し、その内側の部分である固体はんだ供給部１０の下端側、すなわち溶融部２０を熱する。すると、この溶融部２０の熱により、溶融部２０内の孔１１に位置する固体のはんだ４が溶けて、溶融状態となり、溶融したはんだ４とされる。
【００８０】
そして、溶融部２０にて溶融したはんだ４は、上記同様に溶融状態のまま、ノズル４０のノズル孔４１を通り、型３０のキャビティ３１に充填される。なお、図示しないが、上記熱線２２は、ノズル４０の外側にも巻き付けられており、それによりノズル４０および型３０がはんだ溶融温度以上に加熱され、ノズル４０内の溶融したはんだ４の流れを良好に確保するようにしている。
【００８１】
このように、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ２およびそれを用いた半導体装置の製造方法によっても、上記第１実施形態と同様に、はんだ４の塗布後にはんだ４を押しつぶす別工程を行うことなく、半導体チップ１の接合面に一様に濡れる所望形状のはんだ４を、はんだ４の塗布と同時に形成することができる。
【００８２】
なお、本実施形態のはんだ供給装置Ｓ２においては、ノズル４０と固体はんだ供給装置１０の下端側の溶融部２０とが、上記同様、取り付け・取り外し可能に接続されることにより、半導体チップ１の形状やサイズに見合ったノズル４０および型３０を選択して使用することが可能とされている。
【００８３】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、基板２の一面の導体３上にはんだ４を供給するものであったが、基板２の一面に、はんだ４を供給するものであれば上記各実施形態は採用することができ、上記導体３はなくてもよい。たとえば、基板２がリードフレームなどの場合には、そのリードフレームの面に直にはんだ４を供給することが行われる。
【００８４】
また、固体状態のはんだ４としては、上記した糸状のもの、すなわち糸はんだに限定するものではなく、はんだボールを使用することも可能である。この場合、たとえば、はんだボールを、パチンコ玉の如く、固体はんだ供給部１０の孔１１に順次送りこむようにすればよい。
【００８５】
また、上記した通り、型３０のキャビティ３１の形状は、搭載する半導体チップ１のサイズや形状によって変更されるものであり、上記図示例に限定されるものではないことはもちろんである。さらに、ノズル４０のノズル孔４１の配置形態も、キャビティ３１の形状に対応して変更されるものであり、これも上記図示例に限定されるものではないことはもちろんである。
【００８６】
また、上記したチップ搭載装置１００は、上記はんだ供給装置Ｓ１、Ｓ２と一体化されたものであってもよい。なお、このような一体型の場合には、はんだ供給工程の前に半導体チップ１をチップ搭載装置に吸着しておく必要がある。
【００８７】
このような一体型の場合、具体的には、はんだ供給装置とチップ搭載装置とを、図示しない電気式のアクチュエータなどに保持し、当該アクチュエータによって、同方向への一体的な移動と、各装置毎の独立した移動とを可能とすればよく、このようなことは、たとえば種々のアクチュエータを組み合わせることで容易に実現される。
【符号の説明】
【００８８】
１ 半導体チップ
２ 基板
３ 導体
４ はんだ
１０ 固体はんだ供給部
１１ 固体はんだ供給部の孔
２０ 溶融部
２１ ヒータ
２２ 熱線
３０ 型
３１ キャビティ
４０ ノズル
４１ ノズル孔
５０ 断熱材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、前記はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、前記はんだ（４）を介して前記半導体チップ（１）を前記基板（２）に接合するときに、前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置するはんだ供給装置であって、
前記はんだ（４）を溶融させる溶融部（２０）と、
前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）と、
前記溶融部（２０）にて溶融した前記はんだ（４）を前記型（３０）の前記キャビティ（３１）へ充填するノズル（４０）とを備えており、
前記型（３０）を前記基板（２）の一面に接触させた状態で前記キャビティ（３１）に前記溶融した前記はんだ（４）の充填を行うことにより、前記基板（２）の一面上にて、前記はんだ（４）を、前記キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とするはんだ供給装置。
【請求項２】
前記半導体チップ（１）は矩形板状をなすものであり、
前記キャビティ（３１）は、前記半導体チップ（１）の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から前記半導体チップ（１）の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものであることを特徴とする請求項１に記載のはんだ供給装置。
【請求項３】
前記溶融部（２０）、前記型（３０）、前記ノズル（４０）のうち前記溶融した前記はんだ（４）と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだ供給装置。
【請求項４】
基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、前記はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、前記はんだ（４）を介して前記半導体チップ（１）を前記基板（２）に接合してなる半導体装置の製造方法において、
前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置するはんだ供給工程では、前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）を用い、
前記型（３０）を前記基板（２）の一面に接触させた状態で、前記キャビティ（３１）に溶融した前記はんだ（４）を充填することにより、前記基板（２）の一面上にて、前記はんだ（４）を、前記キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、前記はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、前記はんだ（４）を介して前記半導体チップ（１）を前記基板（２）に接合するときに、前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置するはんだ供給装置であって、
前記はんだ（４）を溶融させる溶融部（２０）と、
前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）と、
前記溶融部（２０）にて溶融した前記はんだ（４）を前記型（３０）の前記キャビティ（３１）へ充填するノズル（４０）とを備えており、
前記型（３０）を前記基板（２）の一面に接触させた状態で前記キャビティ（３１）に前記溶融した前記はんだ（４）の充填を行うことにより、前記基板（２）の一面上にて、前記はんだ（４）を、前記キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とするはんだ供給装置。
【請求項２】
前記半導体チップ（１）は矩形板状をなすものであり、
前記キャビティ（３１）は、前記半導体チップ（１）の中心部に相当する部位に交差部を有し、この交差部から前記半導体チップ（１）の四隅に相当する部位に向かって延びる部分を有する平面十字形状のものであることを特徴とする請求項１に記載のはんだ供給装置。
【請求項３】
前記溶融部（２０）、前記型（３０）、前記ノズル（４０）のうち前記溶融した前記はんだ（４）と接触する部位は、ダイヤモンドコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだ供給装置。
【請求項４】
基板（２）の一面上に、はんだ（４）を配置し、前記はんだ（４）の上に半導体チップ（１）を搭載し、前記はんだ（４）を介して前記半導体チップ（１）を前記基板（２）に接合してなる半導体装置の製造方法において、
前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置するはんだ供給工程では、前記はんだ（４）を前記基板（２）の一面に配置したときの当該はんだ（４）の形状に対応する空間形状をなすキャビティ（３１）を有する型（３０）を用い、
前記型（３０）を前記基板（２）の一面に接触させた状態で、前記キャビティ（３１）に溶融した前記はんだ（４）を充填することにより、前記基板（２）の一面上にて、前記はんだ（４）を、前記キャビティ（３１）の空間形状に対応した形状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２３８６４７（Ｐ２０１１−２３８６４７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６２７４（Ｐ２０１０−１０６２７４）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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