半導体装置の接合装置及び接合方法
【課題】基板の昇温を効率的に行なうことで半導体装置をフリップチップ接続する際の位置ずれや接続不良の発生を低減した半導体装置の接合装置を提供する。
【解決手段】上型ブロック１０は、基板保持プレート４に支持された基板１にクランプ面１０ａを近接させて輻射熱により基板１及び半導体装置３を予備加熱し、当該基板１が基板保持プレート４に支持されままクランプ面１０ａを半導体装置３に押し当てて絶縁性接着剤２を硬化させると共に半導体装置３のバンプ３ａを基板端子部１ａと接合させる。
【解決手段】上型ブロック１０は、基板保持プレート４に支持された基板１にクランプ面１０ａを近接させて輻射熱により基板１及び半導体装置３を予備加熱し、当該基板１が基板保持プレート４に支持されままクランプ面１０ａを半導体装置３に押し当てて絶縁性接着剤２を硬化させると共に半導体装置３のバンプ３ａを基板端子部１ａと接合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２（Ａ）において、配線パターンが形成された配線基板５１の基板端子部５１ａに、絶縁性接着剤５２（例えばＮＣＦ（Non Conductive Film）,ＮＣＰ（Non Conductive Paste））を塗布若しくは貼付けして、半導体装置５３（フリップチップ）を接着する。この状態では、半導体装置５３の金属バンプ５４（はんだバンプ、金パンプ等）と基板端子部５１ａとは電気的に接続されていない。
この配線基板５１を例えば下型５５に載置して上型５６との間でクランプしながら金属バンプ５４の融点温度まで加熱加圧することにより半導体装置５３と基板端子部５１ａが電気的に接続すると共に絶縁性接着剤５２が硬化してアンダーフィルが行なわれる。
【０００３】
尚、配線基板ではないが、半導体素子を１個ずつリードフレームに仮圧着した後で一括して本熱圧着する実装装置はすでに提案されている（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１００８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱膨張係数の大きな配線基板５１に対して、半導体装置５３を一括でフリップチップ接続する場合、リフロー炉等に搬入して金属バンプ５４の融点温度（例えばはんだ融点若しくは接着剤の硬化温度）まで昇温すると、図１２（Ｂ）に示すように熱膨張により配線基板５１に伸びが発生してしまう。この状態で半導体装置５３を基板に圧着しようとすると金属バンプ５４と基板端子部５１ａとの間に位置ずれを生じて接合不良を起こすおそれがある。
【０００６】
また、配線基板５１及び半導体装置５３を金型によりクランプして加熱加圧する場合には、上型５６に設けられたヒータによる熱が配線基板５１及び半導体装置５３を通じて下型５５側に吸熱されて半導体装置５３及び配線基板５１を加熱する際の熱容量が大きくなるため、金属バンプ５４の融点温度（例えばはんだ融点若しくは接着剤の硬化温度）まで昇温するまでの加熱時間が長くなり、はんだによって電気的に接続される前に接着剤５２の硬化が進んで接続不良を起こすおそれもある。
更には、加熱時間が長くなると、接着剤５２によっては予め混入した微細な空気が加熱により膨張したり発泡したりして、半導体装置５３の接着性を妨げる場合も想定される。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、基板の昇温を効率的に行なうことで半導体装置をフリップチップ接続する際の位置ずれや接続不良の発生を低減した半導体装置の接合装置及び接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
即ち、複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置であって、前記半導体装置が接着された基板を支持する基板支持手段と、熱源を内蔵し前記基板を基板支持手段に支持されたままクランプ面を押し当てることにより加熱加圧可能な加熱加圧手段と、を具備し、前記加熱加圧手段は、前記基板支持手段に支持された基板にクランプ面を近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を予備加熱し、当該基板が基板支持手段に支持されままクランプ面を前記半導体装置に押し当てて前記絶縁性接着剤を硬化させると共に半導体装置のバンプを基板端子部と接合させることを特徴とする。ここでいう接合は、バンプと基板端子部をつなぎ合わせて電気的に接続をとることをいうが、導電性接着剤を介したつなぎ合わせや加熱加圧によりバンプが溶融して圧着する場合も含まれる。
【０００９】
前記基板周縁部を挟み込むチャックが設けられた基板保持プレートがクランプ面より離間するように支持されていることを特徴とする。
【００１０】
前記基板保持プレートには、平面視の外形が半導体装置の外形よりも小さい支持部が突設されていることを特徴とする。
【００１１】
前記基板保持プレートには、基板の半導体装置の実装面とは反対面を吸着保持する基板吸着機構が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記加熱加圧手段の基板当接面にはリリースフィルムが吸着保持されていることを特徴とする。
【００１３】
前記加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に前記基板が収容されかつ減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で前記半導体装置及び基板が加熱加圧されることを特徴とする。
【００１４】
前記加熱加圧手段は熱源を内蔵した第１の金型であり、前記基板支持手段は基板保持プレートをフローティング支持する第２の金型であり、前記第１の金型と第２の金型とをストッパブロックが突き当たる高さまで型閉じすることにより、前記基板保持プレートに保持された基板に実装された半導体装置が前記第１の金型のクランプ面に押し当てられ基板保持プレートが第２の金型のクランプ面にクランプされたまま加熱加圧されることを特徴とする。
【００１５】
また、基板の基板端子部に絶縁性接着剤を介して接着された複数の半導体装置を当該基板にフリップチップ接合する半導体装置の接合方法であって、前記半導体装置が接着された基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持する工程と、熱源を内蔵した加熱加圧手段のクランプ面を前記基板支持手段に支持された基板に近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を所定温度まで予備加熱する予備加熱工程と、前記加熱加圧手段のクランプ面を半導体装置に押し当てたままバンプ溶融温度まで昇温させて、前記絶縁性接着剤を硬化させると共に前記バンプを基板端子部と接合させる接合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記予備加熱工程前に、前記基板支持手段と加熱加圧手段により密閉空間を形成して当該密閉空間に前記基板を密閉空間に収容する工程と、前記密閉空間の空気を吸引して減圧空間を形成する工程若しくは前記密閉空間に圧縮空気を送り込んで加圧空間を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置の接合装置及び接合方法を用いれば、半導体装置及び基板を予備加熱して昇温させた後で半導体装置を一括して基板に接合するようにしたので、バンプと基板端子部との位置ずれは生じ難くなる。
また、半導体装置が接着された配線基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持することにより、基板の熱容量を下げて短時間で昇温させることができるので、絶縁性接着剤が早期に硬化することによる接続不良の発生を低減することができる。
また、接着剤の特性によっては、減圧空間を形成しながら加熱加圧したり、加圧空間を形成したりしながら加熱加圧することにより、絶縁性接着剤のボイドの影響を抑えて半導体装置の接着性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図２】実施例１に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図３】実施例１に係る接合工程による効果の説明図である。
【図４】実施例２に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図５】実施例２に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図６】実施例３に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図７】実施例３に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図８】実施例４に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図９】実施例４に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図１０】実施例５に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図１１】接合装置のレイアウト構成を示す平面図である。
【図１２】従来の接合装置及びその課題を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る半導体装置の接合装置及び接合方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
【００２０】
［実施例１］
半導体装置の接合装置の一例について図１及び図２を参照しながら接合方法と共に説明する。
図１（Ａ）において、配線パターンが形成された配線基板１（以下、単に「基板１」という）の基板端子部１ａには、熱硬化性樹脂である絶縁性接着剤２（例えばＮＣＦ（Non Conductive Film）,ＮＣＰ（Non Conductive Paste））等を介して複数の半導体装置（例えば半導体チップ）３が接着されている。なお、半導体装置３が接着される基板１は、有機基板のみならずセラミックス基板のような無機基板等の他の種類の基板でもよく、リードフレームや半導体ウェハなどでもよい。基板１には公知のフリップチップボンダー（図示せず）を用いて半導体装置３が複数行複数列に整列（配列）して接着されている。
【００２１】
基板１は、チャック４ａにより基板周縁部が挟み込まれて基板保持プレート４に保持されている。基板保持プレート４は基板１を歪みなくフラットに保持すべくその下面が複数の支持ロッド５により支持されている。各支持ロッド５は、同図に示すように、半導体装置３が偏って支持（加圧）されるのを防ぐために複数の半導体装置３の直下を避けて配置されている。各支持ロッド５は下型６（基板支持手段）に設けられたコイルばね７を介して、上端が下型クランプ面６ａより離間した状態でフローティング支持されている。また、各支持ロッド５は、基板保持プレート４と上型８との間隔を均一にするため、通常状態で同じ突出長とするように構成されると共に基板保持プレート４が自重によって撓んで高さが不均一にならないように均等な間隔で配置されている。また、下型６は図示しない型閉じ機構により昇降動作が可能になっている。尚、セラミックス基板のように剛性が高く撓みが少ない基板１を用いた場合には、基板保持プレート４を省略して基板１が直接支持ロッド５に支持されるようにしてもよい。
【００２２】
これにより、後述する上型８に設けられた熱源（ヒータ１３）により加熱する際に、基板１直下の熱抵抗を増加させて熱が逃げ難くすることができる。換言すれば、基板１に接触させた部材の熱容量を下げて基板１を短時間で昇温させることができるので、絶縁性接着剤２が早期に硬化することによる接続不良の発生を低減することができる。
【００２３】
具体的には、図３（Ａ）に示すように、基板１の温度Ｔを素早く短時間で昇温させることができることにより、絶縁性接着剤２の粘度ηｎが低くなるタイミングとバンプ３ａが溶融して粘度ηｂが低くなるタイミングとを合わせることができる。尚、熱硬化性樹脂である絶縁性接着剤２は所定の熱量が加えられた時点で粘度ηｎが最も下がりその前後（同図で粘度ηｎが破線を下回る範囲）で溶融したバンプ３ａの接合が行える程度に粘度が下がった状態となる。これにより、バンプ３ａによって基板１と半導体装置３とを確実に電気的に接続することが可能となる。尚、図３（Ｂ）に示すように、基板１の温度Ｔを短時間で昇温させることができることができない場合、粘度ηｎの低くなるタイミングが粘度ηｂの低くなるタイミングよりも早くなってタイミングを合わせることができないため、バンプ３ａの電気的接続が確実に行われないおそれがある。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、上型８（加熱加圧手段）は、上型ベース９に上型ブロック１０がコイルばね１１を介して吊下げ支持されている。コイルばね１１のばね力はコイルばね７のばね力より大きいものとする。尚、コイルばね１１は省略されていてもよい。上型ブロック１０には、半導体装置３の対向位置にクーラ１２が、半導体装置３以外の基板１に対向する位置にヒータ１３（熱源）が交互に設けられている。上型ブロック１０は、半導体装置３が近接すると輻射熱により基板１及び各半導体装置３を予備加熱し、当該半導体装置３が押し当てられるとバンプ３ａ（はんだバンプ，金バンプなどの金属バンプ等）を基板端子部１ａとフリップチップ接合（以下、単に「接合」という）させる。
【００２５】
クーラ１２は、例えばバンプ３ａが溶融した状態で型開きすると基板端子部１ａ接合不良を起こすおそれがあることから、バンプ３ａと基板端子１ａの接合部を十分冷やして硬化（固化）させた状態で型開きを行なうために設けられる。冷却効率を考慮すると、下型６には、基板端子部１ａに対向する位置にクーラ６ｂが設けられていてもよい。半導体装置３の接合工程を繰り返すうちに下型６の温度が上がりすぎると絶縁性接着剤２の硬化が促進されてしまうからである。また、金型全体の加熱及び冷却を素早く行なうことができるため、スループットを向上させることができる。
【００２６】
なお、クーラ１２を省いて上型８を加熱専用として下型６を冷却専用としてもよい。さらに、下型６にもヒータを設けて、下型６及び上型８の両方から加熱する構成としてもよい。この場合でも、基板保持プレート４が支持ロッド５でフローティング支持されるため、上型８のみならず下型６からの熱が基板１に伝わるのを効果的に防止し、基板１の載置から加圧までの間における絶縁性接着剤２の硬化を遅らせることが可能となっている。
【００２７】
また、上型ブロック１０の半導体装置３のクランプ面（当接面）１０ａにはリリースフィルム１４が吸着保持されている。リリースフィルム１４は、ヒータ１３の加熱温度に耐えられる耐熱性を有するもので、金型面より容易に剥離するものであって、柔軟性、伸展性を有するもの、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰフィルム、フッ素含浸ガラスクロス、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニリジン等が好適に用いられる。
【００２８】
上記リリースフィルム１４を用いることで、半導体装置３の基板１からの高さのばらつきを吸収できるうえに、絶縁性接着剤２が加熱溶融した際に該接着剤２が半導体装置３の上面に這い上がって半導体装置３の上面及びクランプ面１０ａが汚れるのを防ぐことができる。
【００２９】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。ここで接合工程とは、基板１に載置（絶縁性接着剤２を介して接着される場合も含む）された半導体装置３を電気的に接続させる工程をいう。
先ず、図示しない公知のフリップチップボンダーにおいて、図１（Ａ）に示すように複数の半導体装置３を基板端子部１ａにバンプ３ａを位置合わせした状態で絶縁性接着剤２を介して基板１に接着する。なお、半導体装置３が正確な位置に位置決めされて搬送中にずれが発生しないのであれば、必ずしも接着されている必要はない。さらに、正確な位置に位置決めされるのであれば、絶縁性接着剤２を基板１の全面に塗布し半導体装置３を接着するような方法で配置してもよい。
【００３０】
続いて、図１（Ａ）において、この基板１を、ヒータ１３によって上型８を加熱し型開き状態にある下型６の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、基板周縁部をチャック４ａにより挟み込んで保持させる。この場合、１つの基板１を基板保持プレート４の中央に配置してもよいし、複数の基板１を基板保持プレート４上に対称に配置してもよい。基板保持プレート４は支持ロッド５により下型クランプ面よりフローティング支持されている。また、上型ブロック１０のクランプ面１０ａには、予めリリースフィルム１４を吸着保持させておく。尚、基板１の搬入後からヒータ１３による加熱を開始してもよい。
【００３１】
次に、図１（Ｂ）において下型６を上動させて、リリースフィルム１４を吸着保持した上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を近接させ、ヒータ１３により加熱されたクランプ面１０ａの輻射熱により基板保持プレート４上の基板１及び各半導体装置３を所定温度まで予備加熱して熱膨張（線膨張）させる。この所定温度は、バンプ３ａの溶融温度よりも数十℃程度（例えば１０〜３０℃）低い温度に設定するのが好ましい。一例として、バンプ３ａがはんだバンプの場合には溶融温度２６０℃より２０℃程度低い２４０℃程度まで加熱し、金バンプである場合には、溶融温度１８０℃より２０℃程度低い１６０℃まで加熱する。
【００３２】
このように、基板保持プレート４上の基板１を加熱することで、例えば冷却された下型６のブロック上で基板１を加熱する場合と比較して絶縁性接着剤２及びバンプ３ａを基板１と同様に素早く加熱することが可能となる。また、クランプ前に基板１を十分に熱膨張させることが可能となる。これに対して、例えば加熱された下型６のブロック上で基板１を加熱加圧（圧着）する場合には、バンプ３ａの溶融前に絶縁性接着剤２が硬化してしまうおそれがあるが、上述のような素早い加熱によってこのような問題も起こることがない。
【００３３】
次いで、図２（Ａ）において、予備加熱によって基板１を熱膨張させた後、下型６を更に上昇させて上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当て、そのままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させて加熱加圧する。これにより、バンプ３ａが溶融して基板端子部１ａと電気的に接続される。
このとき、基板１及び半導体装置３は、下型６に設けられたコイルばね７の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。
【００３４】
更に下型６を上昇させると図２（Ｂ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型６内に押し戻されて基板保持プレート４が下型６の下型クランプ面６ａに突き当たるまで移動させることで加熱加圧を続ける。このとき、基板１及び半導体装置３は、上型８に設けられたコイルばね１１の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。なお、下型６の上昇位置を図２（Ａ）の状態で停止させて、そのまま加熱加圧してもよい。
【００３５】
これにより、基板１を十分に熱膨張させてから絶縁性接着剤２を硬化させると共に金属バンプ３ａを基板端子部１ａに電気的に接続させるため、基板１と半導体装置３とを確実に接合させることができる。このとき、半導体装置３及び基板１に接触させた部材の熱容量が小さく効率的に予備加熱して基板１に伸びを発生させた状態でクランプし半導体装置３の金属バンプ３ａと基板端子部１ａとを接合するため、位置ずれが生ずることなく接合することができる。また、基板１をフローティング支持して熱容量を下げて短時間で昇温させることができるので、長時間加熱により絶縁性接着剤２が早期に硬化して接続不良が発生するのを低減することができる。
【００３６】
続いて、図２（Ｂ）の状態において、ヒータ１３による加熱を停止すると共にクーラ６ｂ，１２による冷却を開始しバンプ３ａと基板端子部１ａの接合部を冷却硬化させる。次いで、下型６を下降させて型開きし、基板１を搬出して図示しない収納部に収納してこの半導体装置３の接合工程が終了する。この場合、型開き時にバンプ３ａに対して引っ張り力が作用したとしても基板端子部１ａとの電気的接続は確実に維持されるので、接続信頼性が損なわれることがなく好ましい。
【００３７】
［実施例２］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について説明する。
本実施例では、基板保持プレート４の構造及びその上に載置する基板１の上下方向の向きが異なるように反転している点を除いて、その他の接合装置の概略構成及び接合方法の手順は実施例１と同様であるので同一部材については同一番号を付して説明を援用するものとし、以下では異なる構成を中心に説明する。
【００３８】
図４（Ａ）において、基板保持プレート４には、平面視の外形が半導体装置３の外形よりも若干小さい程度の支持部４ｂが突設されている。このため、基板保持プレート４には、支持部４ｂどうしの間には凹溝４ｃが形成される。また、半導体装置３の周縁部が支持部４ｂに支持されていないものの幅が狭いため加圧によって変形するようなことはない。支持部４ｂは、半導体装置３の配列と同程度の間隔で設けられている。基板１を基板保持プレート４上に搬入する際には、半導体装置３と支持部４ｂとの中心を合わせて各支持部４ｂに各半導体装置３が支持されるように基板１が載置される。また、基板保持プレート４には、基板１と熱膨張係数の近い材質を用いることが好ましい。例えば、基板１がセラミックス基板のときには、基板保持プレート４にはセラミックスやセラミックスに近い熱膨張係数の材質を用いることが望ましい。
【００３９】
図４（Ｂ）に示すように、予備加熱の際には、基板１の裏面を上型ブロック１０のクランプ面１０ａに近接させ、基板１の裏面からクランプ面１０ａの輻射熱により基板１、絶縁性接着剤２、半導体装置３及び基板保持プレート４を加熱する。これにより、熱膨張係数が同等な基板１と基板保持プレート４とがそれぞれ同程度ずつ熱膨張した状態となる。したがって、基板１の熱膨張による基板端子部１ａの位置の移動に半導体装置３を追従させることができるため、基板１に対する半導体装置３のずれが確実に防止される。
【００４０】
続いて、基板クランプ時には、図５（Ａ）に示すように、上型ブロック１０のクランプ面１０ａに基板１の裏面を押し当てることで更に昇温される。この場合、熱膨張係数が同等な基板１と基板保持プレート４とを用いているため、例えばクランプ後の基板１の熱膨張が大きくなったとしても、基板保持プレート４上に載置された半導体装置３を基板１に対してずらすことなくクランプしながら加熱加圧することが可能となっている。同様に、図５（Ｂ）に示すように、下型クランプ面６ａを基板保持プレート４に突き当ててより大きな力でクランプした状態であっても、同様に半導体装置３を基板１に対してずらすことなくクランプしながら加熱加圧することができる。これにより、半導体装置３を下に向けて基板保持プレート４上に載置する場合でも、バンプ３ａと基板端子部１ａとを確実に電気的に接続することができる。
【００４１】
このとき、加熱されて溶融した絶縁性接着剤２が基板１と半導体装置３との間から流下することが考えられる。例えば、支持部４ｂの突設されていないフラットな基板保持プレート４であれば、流出した絶縁性接着剤２が基板保持プレート４まで達すると半導体装置３と基板保持プレート４との隙間に毛細管現象により侵入することで、半導体装置３の上面にフラッシュばりが発生したり、基板保持プレート４が汚れて逐一クリーニングが必要になったりする不具合が生じるおそれがある。
【００４２】
これに対して、支持部４ｂがプレート面（凹溝４ｃ）より高さが高く半導体装置３よりも外形が小さいため、半導体装置３の側面の下端は基板保持プレート４から離間した状態となる。この場合、流出した絶縁性接着剤２は半導体装置３の側面の下端において表面張力によって留められる。したがって、絶縁性接着剤２が半導体装置３と基板保持プレート４との隙間に侵入せず半導体装置３の側面に留めてフィレットとすることができ、流出した絶縁性接着剤２による上述のような不具合を防止することができる。また、流出した余剰な絶縁性接着剤２が半導体装置３の側面に集められるため、フィレットの成形幅を小さくすることができ、半導体装置３の実装密度の向上が可能となる。さらに、半導体ウェハのように表面の汚れが問題になる基板１を用いるときには余剰な絶縁性接着剤２の流出による表面の汚れを確実に防止することができるため、一層有効である。
【００４３】
なお、汚れなどの防止のためにリリースフィルム１４を半導体装置３と支持部４ｂとの間に挟むように、基板１の載置前に基板保持プレート４上に供給してもよい。この場合、基板保持プレート４には、フラットな基板保持プレート４を用いることができる。また、エアで加圧しながら絶縁性接着剤２の流出を防ぐことができ、或いは絶縁性接着剤２の流出が生じない場合には、リリースフィルム１４を用いずにフラットな基板保持プレート４を用いることができるのは勿論である。
【００４４】
また、クランプしながら加熱加圧しても半導体装置３を基板１に対してずれることがないため、基板１の搬入後に予備加熱による所定温度までの加熱を待たずに加熱加圧を開始することができ、スループットを向上させることができる。
【００４５】
［実施例３］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図６及び図７を参照して説明する。
本実施例は加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に基板１が収容され、減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で半導体装置３が加熱加圧されるようになっている。以下、具体的に説明する。
【００４６】
図６（Ａ）に示すように、基板保持プレート１５には、エア吸引路１５ａやプレート面に連通する複数の吸引孔１５ｂが設けられている。エア吸引路１５ａには、下型ブロック１９に設けられた基板吸着機構１６のエアチューブ１６ａと連通している。エアチューブ１６ａの一部には可撓性を有する伸縮自在な螺旋状チューブ１６ｂが設けられている。螺旋状チューブ１６ｂは、基板保持プレート１５が上型８により押し戻された際にエアチューブ１６ａの余剰分を吸収するようになっている。基板吸着機構１６は、図示しない吸引ポンプに接続されている。基板１は、半導体装置３の接着面とは反対面を吸引孔１５ｂに吸引されて基板保持プレート４に吸着保持される。
【００４７】
下型１７は、下型ベース１８に下型ブロック１９が支持されており、下型ブロック１９には支持ロッド５がコイルばね７を介してフローティング支持されている。また、下型ブロック１９の周囲には可動クランパ２０がコイルばね２１を介して下型ベース１８に支持されている。また、下型ブロック１９及び下型ベース１８には、エア通路２２が形成されている。
【００４８】
可動クランパ２０と下型ブロック１９の側面にはシール材２３ａ（例えばＯリング）が設けられており、可動クランパ２０のクランプ面（上端面）２０ａにもシール材２３ｂ（例えばＯリング）が設けられている。上型ブロック１０のクランプ面１０ａにはリリースフィルム１４が吸着保持されている。図６（Ｂ）に示すように、下型１７を上昇させた際に、可動クランパ２０のクランプ面２０ａが上型ブロック１０のクランプ面１０ａにリリースフィルム１４を介して当接すると、上型８と下型１７との間に密閉空間Ｋ（図６（ｂ）参照）が形成されるようになっている。
【００４９】
また、図６（Ａ）に示すように、基板保持プレート１５は、クランプ前の通常状態で基板１の載置時に半導体装置３の上面が可動クランパ２０のクランプ面よりも低くなる位置に支持ロッド５で支持されている。このため、密閉空間Ｋの形成時点では上型ブロック１０のクランプ面１０ａと半導体装置３とが離間した状態となり、密閉空間Ｋでの予備加熱が可能となっている。図示しないコンプレッサによりエア通路２２を通してエアを吸引若しくは圧縮空気を送り込むことで、密閉空間Ｋに減圧空間若しくは加圧空間を形成できるようになっている。なお、同図では、上述実施例とは異なりクーラ６ｂ，１２を省いた構成となっているが、クーラ６ｂ，１２を設ける構成としてもよい。
【００５０】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。
図６（Ａ）において、ヒータ１３によって上型ブロック１０を加熱し上型ブロック１０のクランプ面１０ａにリリースフィルム１４を吸着保持した状態で、基板１を、基板保持プレート１５上に搬入する。この際に、基板１を、型開き状態にある下型１７の支持ロッド５に支持された基板保持プレート１５上に載置し、基板吸着機構１６により吸引孔１５ｂよりエア吸引されたプレート面に吸着保持させる。これにより、基板１が当初から歪んでいたり偏って加熱されることで歪みが生じたとしても、基板１を基板保持プレート１５に確実に張り付けることができ、ばたついたり傾いたりすることなくフラットに吸着することができる。このため、基板１全面に亘ってクランプ面１０ａに平行に保つことができ、加熱及び加圧を均一に行なうことができる。
【００５１】
次に、図６（Ｂ）において下型１７を上動させて、可動クランパ２０を上型ブロック１０に当接させ密閉空間Ｋを形成し、エア通路２２を通じてエア吸引することにより密閉空間Ｋを減圧する。この際に、リリースフィルム１４を吸着保持した上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を近接させ、密閉空間Ｋで輻射熱により基板１及び半導体装置３を所定温度まで予備加熱する。
【００５２】
次いで、図７（Ａ）において、下型１７を更に上昇させて上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当て、そのままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させ密閉空間Ｋで加熱加圧する。
このとき、基板１は、下型６に設けられたコイルばね７の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。また、可動クランパ２０は、上型ブロック１０に当接したままコイルばね２１が縮むように押し戻される。
【００５３】
更に下型１７を上昇させ、図７（Ｂ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型ブロック１９内に押し戻されて基板保持プレート１５が下型ブロック１９の下型クランプ面１９ａに突き当たるまで移動させることで加熱加圧を続ける。このとき、基板１は、上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされる。
【００５４】
この際に、減圧空間で加熱加圧が行なわれるため、絶縁性接着剤２にボイドが含まれていたとしても、これを絶縁性接着剤２外に排出してより高品質にアンダーフィルすることが可能となる。また、上述の実施例と同様に、基板１を予め熱膨張（線膨張）させてからクランプするため基板１の熱膨張による位置ずれが防止できると共に、基板１をフローティング支持して短時間で昇温させることができるので、上述のような接続不良が発生するのを低減することができる。続いて、図７（Ｂ）の状態において、密閉空間Ｋの減圧を解除すると共に型閉じとは逆に動作させて型開きする。次いで、基板吸着機構１６による吸着保持を解除し、基板１を搬出して収納しこの半導体装置３の接合工程が終了する。
【００５５】
このような構成によって、絶縁性接着剤２の特性によっては、減圧空間を形成しながら加熱することにより、ボイドの影響を抑えて半導体装置３の接着性を維持することができる。
【００５６】
また、密閉空間Ｋに加圧空間を形成し、当該加圧空間で予備加熱及び加熱加圧することで絶縁性接着剤２を加圧しながら硬化させることもできる。この場合、絶縁性接着剤２にボイドが含まれていたとしても、ボイドを圧縮して微小化させることで、高品質にアンダーフィルすることが可能となる。また、密閉空間Ｋを加圧空間と減圧空間とに切り替えるように制御しながら予備加熱及び加熱加圧することもできる。
【００５７】
［実施例４］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図８及び図９を参照して説明する。
本実施例は加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間Ｋ内に基板１が収容され、減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で半導体装置３が加熱加圧されるようになっている点は実施例３と同様である。また、下型ブロック１９の周囲には可動クランパ２０がコイルばね２１を介して下型ベース１８に支持されている点は実施例３と同様である。さらに、基板保持プレート４は下型１７に設けられた支持ロッド５によりコイルばね７を介してフローティング支持されている点も実施例１と同様である。
但し、半導体装置３毎に密閉空間Ｋが仕切られると共に個別のキャビティ駒で加熱加圧可能になっている点が異なっている。以下、具体的に説明する。
【００５８】
図８（Ａ）において、上型２４は、上型ブロック２５の下端には上型凹部２５ａが形成されている。この上型凹部２５ａには、クランパ２７が吊下げ支持されている。クランパ２７は、その上端に取り付けられたガイドロッド２７ａがコイルばね２６ａにより上型ブロック２５に吊り下げ支持されている。ガイドロッド２７ａは、上型ブロック２５に設けられたガイド孔２５ｂに案内されて吊り下げられている。このクランパ２７は支持ロッド５の上方に配置され、支持ロッド５と共に基板１をクランプ可能に設けられている。また、クランパ２７は、半導体装置３の配列に対応して平面視形状が格子状の仕切り壁２７ｂが設けられている。これにより、仕切り壁２７は、支持ロッド５と共に基板１の外周及び半導体装置３の間をクランプする。また、密閉空間Ｋはクランパ２７の仕切り壁２７ｂに仕切られることにより半導体装置３を個別に収容可能なキャビティ孔２７ｃに仕切られている。各キャビティ孔２７ｃ内に配置されたキャビティ駒２８は、その上端に取り付けられたガイドロッド２８ａがコイルばね２６ｂにより上型ブロック２５に吊り下げ支持されている。ガイドロッド２８ａは、上型ブロック２５に設けられたガイド孔２５ｃに案内されて吊り下げられている。
【００５９】
キャビティ駒２８は、毛細管現象による絶縁性接着剤２の侵入防止のため、各半導体装置３の平面視の外形よりも小さな押圧面を有し、キャビティ駒２８は上型ブロック２５に設けられたヒータ（図示せず）から加熱されている。また、キャビティ駒２８は、図８（Ａ）に示すようにクランプ前の通常状態において、押圧面がクランパ２７の下端面（クランプ面）よりも所定の高さだけ高い位置となるように支持されている。この場合、この所定の高さとしては、絶縁性接着剤２の厚み及び半導体装置３の厚みを足し合わせた高さよりも大きく設定される。また、コイルばね２６ａ，２６ｂは、コイルばね７よりばね力が大きいものが用いられる。このため、下型クランプ面６ａとクランパ２７とで基板１をクランプするまでは、半導体装置３とキャビティ駒２８の押圧面とが離間した状態となって予備加熱することが可能となる。
【００６０】
また、キャビティ駒２８は、上型ブロック２５に鉛直に設けられたガイド孔２５ｃにガイドロッド２８ａが案内されて、押圧面をクランパ２７のクランプ面と平行に保ちながら移動可能に構成されている。これにより、各キャビティ駒２８が対応する各半導体装置３を基板１に均一な圧力で押圧することができ、各半導体装置３のそれぞれについて全面において均一な高さに接合可能となっている。
【００６１】
また、上型ブロック２５の上型凹部２５ａの側壁には図示しないコンプレッサ等に接続されたエア通路２５ｄが設けられている。また、クランパ２７と上型凹部２５ａとの間には密閉空間Ｋを形成するためのシール材２９（例えばＯリング）が設けられている。このため、図８（Ｂ）に示すようなクランプ時には、基板１と上型凹部２５ａとクランパ２７とシール材２９とによって密閉空間Ｋが形成されて、減圧可能となっている。
【００６２】
また、基板保持プレート４には基板１の外縁部に対応する位置に位置決めピン４ｄが突設されている。基板１に設けられた基板孔（貫通孔）１ｄに位置決めピン４ｄを貫通させて基板１が位置決められて基板保持プレート４に保持される。この場合、基板１に設けられた基板孔１ｄは、基板１の中心を通過する線分に沿って長孔に複数形成されているのが好ましい。これにより、基板１を基板保持プレート４上の同じ位置に確実に載置することができ、キャビティ駒２８の押圧面に対して半導体装置３を適切な位置に位置決めすることが可能となっている。一方、クランパ２７の下端面には位置決めピン４ｄの先端が嵌り込む位置決め穴２７ｄが設けられている。図８（Ｂ）に示すように型閉じした際に、位置決めピン４ｄが位置決め穴２７ｄに嵌まり込んで、基板１がクランパ２７にクランプされるようになっている。
【００６３】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。
図８（Ａ）において、複数の半導体装置３が基板端子部１ａに絶縁性接着剤２を介して接着されている基板１を、型開き状態にある下型１７の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、位置決めピン４ｄに基板孔１ｄを貫通させて保持させる。基板保持プレート４は支持ロッド５により下型クランプ面よりフローティング支持されている。
【００６４】
次に、下型１７を上動させて、図８（Ｂ）に示すようにクランパ２７を基板１に当接させて密閉空間Ｋを形成し、エア通路２５ｄを通じてエア吸引することにより減圧空間を形成する。この際に、半導体装置３はクランパ２７の各キャビティ駒２８の押圧面に近接し、図示しないヒータに加熱された押圧面からの輻射熱により基板１及び各半導体装置３を減圧空間で所定温度まで予備加熱して基板１を熱膨張させる。また、下型１７の上動にともなって、可動クランパ２０の押圧面に設けられたシール材２３ｂが上型ブロック２５に押し当てられる。
【００６５】
なお、位置決めピン４ｄが位置決め穴２７ｄに嵌まり込んでクランプされるが、クランプ力はコイルばね７の押圧力だけであるため、基板１は熱膨張可能な状態となっている。この場合、基板孔１ｄが基板１の中心を通過する線分に沿って長孔に形成されていれば、基板１が熱膨張しても位置決めピン４ｄによってその変形を制限されてストレスがかかることはない。
【００６６】
次いで、下型１７を更に上昇させて、図９（Ａ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型ブロック１９内に押し戻し、可動クランパ２０が上型ブロック２５にＯリング２３ｂを介して突き当たるまで移動させる。この際に、キャビティ駒２８の押圧面をクランパ２７のクランプ面と平行に保ちながら移動させることができるために、押圧面との距離を半導体装置３の全面に亘って均一にすることができ、各半導体装置３の全面を均一に加熱することができる。このため、絶縁性接着剤２の硬化を均一に進めることができると共にバンプ３ａを均一に昇温することができる。
【００６７】
続いて、図９（Ｂ）に示すように、下型１７を更に上昇させて、キャビティ駒２８の押圧面に半導体装置３を押し当て加熱加圧することで、バンプ３ａの溶融温度まで昇温させる。この場合、クランパ２７及びキャビティ駒２８は下型１７の上昇に伴い、基板１を介して下型１７に押圧されることで、コイルばね２６ａ，２６ｂが縮むように押し戻される。この際には、コイルばね２６ａ，２６ｂの押圧力によってクランプされることにより、基板１は熱膨張してもばたつくことなく、また、半導体装置３はそれぞれが全面で均一な高さになるようにクランプされた状態で加熱加圧されるため、絶縁性接着剤２による接合を確実に行なうことができる。
【００６８】
以上のように、上記キャビティ駒２８により半導体装置３に個別に押し当てることで、半導体装置３の基板１からの高さにばらつきが生じても、コイルばね２６ｂにより高さのばらつきを吸収して各半導体装置３を確実に接合することができる。
【００６９】
なお、コイルばね２６ｂ以外でクランパ２７及びキャビティ駒２８を押圧する構成を採用してもよい。例えば、空気バネやその他の弾性部材を用いることもできる。また、弾性部材に替えて、油圧シリンダーやモータなどの駆動機構により下型６の昇降動作に連動して昇降動作可能な構成としてもよい。
【００７０】
また、図８（Ｂ）に示す密閉空間Ｋを加圧空間にするときには、上型８のエア流路２５ｄ及び下型６のエア通路２２の各々を通して圧縮空気を送り込み、基板１を上下方向からエアで加圧する。これにより、基板１を撓ませることなくキャビティ孔２７ｃ内を加圧空間として予備加熱及び加熱加圧を行うことができる。
【００７１】
さらに、本実施例でリリースフィルム１４を用いる場合には、クランパ２７のクランプ面においてキャビティ孔２７ｃ間を連通すると共にキャビティ孔２７ｃから外側に連通する連通溝２７ｅ（図８（Ａ）の破線参照）を設ける。これにより、上型２４のクランプ面にリリースフィルム１４を吸着保持していても、連通溝２７ｅを介してエアを逃がすことができるため、下型１７に設けるエア通路２２（図６（Ａ）参照）を通じて減圧または加圧することができる。なお、エア加圧する際には、上型２４のエア通路２５ｄから圧縮空気を送り込み、リリースフィルム１４を上からもエアで加圧する必要がある。上述したように密閉空間Ｋがキャビティ孔２７ｃに仕切られた構成においても、リリースフィルム１４を用いながら減圧空間または加圧空間で加熱加圧を行うことができる。
【００７２】
［実施例５］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図１０を参照して説明する。実施例１と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
本実施例は、上型８（第１の金型）のヒータ１３を内蔵した上型ブロック１０の上型クランプ面１０ａと下型６（第２の金型）の下型クランプ面６ａにストッパブロック３０，３１が各々設けられている。このストッパブロック３０，３１の高さは、加熱加圧後の半導体装置３と絶縁性接着剤２とを含む基板１の厚みと基板保持プレート４の厚みとの和と同じになるように構成されている。
【００７３】
図１０（Ａ）に示すように、複数の半導体装置３が基板端子部１ａに絶縁性接着剤２を介して接着されている基板１を、型開き状態にある下型６の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、基板周縁部をチャック４ａにより挟み込んで保持させる。
【００７４】
次に、図１０（Ａ）において下型６を上動させて、半導体装置３を上型ブロック１０のクランプ面１０ａに近接させ、輻射熱により基板１及び各半導体装置３を所定温度まで予備加熱した後、下型６を更に上昇させて図１０（Ｂ）に示すように上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当てたままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させる。
【００７５】
上型８と下型６とはストッパブロック３０，３１が突き当たる高さまで型閉じすることにより、基板保持プレート４に保持された基板１に実装された半導体装置３が上型ブロック１０に押し当てられて基板保持プレート４との間でクランプしたまま加熱加圧される。
【００７６】
このように、金型の高さ位置規制により加熱加圧することで、半導体装置３の均一な接合を実現することができる。この場合、ストッパブロック３０，３１の厚みを調整することでクランプ時の間隔を容易に調整することができるため、接合対象となる基板１等の厚みが変更されたとしても簡易な構成の変更で対応ができる。尚、ストッパブロック３０，３１は、上型８と下型６の双方に設ける必要はなく、いずれか一方のみに設けられていてもよい。また、ストッパブロック３０，３１の突出長を可変とする機構を設けて基板１等の厚みの変更に対応することもできる。さらに、ストッパブロック３０，３１は上型８及び下型６を組み付けている上下のプラテン（図示せず）に設けてもよい。この場合、ヒータ１３からの熱が伝わり難くなるため、上型８及び下型６から離れるもののストッパブロック３０，３１の長さが温度によって変化することがない点では好ましい。
【００７７】
上述した各実施例では、下型が昇降するように説明したが、上型が昇降するようにしてもよいし、両者が昇降可能になっていてもよい。
【００７８】
図１１は接合装置のレイアウト構成を示す平面図であり、上述の実施例１〜５のような構成を有する接合装置として実現可能である。同図では、上述した実施例とは異なり、基板として配線パターンが形成された半導体ウェハ上に半導体装置が実装された基板を基板保持プレート４に載置してプレス金型を有するプレス部Ｐ（圧着部）へ移送するローダー３２、半導体装置が圧着された基板を取り出して収納するアンローダー３３が移動レール３４を共用して移動可能に設けられている。
【００７９】
基板供給部Ｓでは半導体装置３が未実装である基板（半導体ウェハ）１に、半導体ウェハがダイシングされた半導体チップを半導体装置３としてボンディングして接着する。この場合、ボンディングは真空中で行なうことにより、絶縁性接着剤２にボイドが含まれることがないため好ましい。ローダー３２は、半導体装置３が接着された基板１を基板供給部Ｓから受け取りプレート供給ステージＴに待機する基板保持プレート４に載置し、基板１が載置された基板保持プレート４を持ち直してプレス部Ｐへ移送する。プレス部Ｐでは、上述した実施例１乃至５のような構成で半導体装置３の基板１との接合が行われる。ローダー３２は、加熱加圧の完了した基板保持プレート４をプレス部Ｐより取り出しステージＵに載置し、アンローダー３３は取り出しステージＵから基板１を受け取って基板収納部３５へ収納する。取り出しステージＵに取り出された基板保持プレート４は、ローダー３２により再度プレート供給ステージＴへ戻されて冷却される。
【００８０】
本実施例では、プレート供給ステージＴが複数設けられると共に複数の基板保持プレート４をプレス部Ｐの外部で冷却して再利用する構成を採用している。これにより、冷却された基板保持プレート４に基板１を載置してからプレス部Ｐに搬入することで、基板１に加熱加圧を行う前に絶縁性接着剤２の硬化が進んでしまうことがなく、急速に加熱することが可能となっている。また、基板保持プレート４を交互に使用できるため、一方の基板保持プレート４を用いて接合を行っている間に、他方の基板保持プレート４を冷却し基板１を載置してすることができるため、冷却や載置の動作のために待ち時間が生じず生産効率を向上させることができる。なお、半導体装置３が接着された基板１を装置外から供給してもよいのは勿論である。
【００８１】
以上のように、半導体装置の接合装置及び接合方法について例示して詳細に説明してきたが、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、半導体装置３の直下を避けて支持ロッド５を配置する構成例について説明したが本発明はこれに限定されず、コイルばね７でフローティング支持された支持ロッド５を半導体装置３の配置個数設け、支持ロッド５が半導体装置３の直下で基板保持プレート４を支持する構成としてもよい。これにより、各コイルばね７の出力を調整することで半導体装置３の加圧力を変更することができる。例えば、各コイルばね７の出力を同程度になるように変更することで半導体装置３の加圧力を均一に変更することができる。また、下型６の内部に支持ロッド５を立設したロッド支持プレートを設けた構成としてもよい。この場合、ロッド支持プレートをコイルばね７で支持することにより支持ロッド５の突出長を均一にすることができる。
【００８２】
また、上型８と下型６の構成が逆になるように構成してもよい。例えば、上型の下面に基板１を保持可能な基板保持プレート４を吊り下げるように設けると共に、下型にヒータを設けて加熱加圧することもできる。この場合、予備加熱を行なうまで基板保持プレート４と下型ヒータとの間に仕切り板を配置して輻射熱を遮断し、基板１が加熱されてしまうのを防止するのが好ましい。尚、上述の各実施例においても仕切り板を配置して輻射熱を遮断する構成を採用することができる。また、基板保持プレート４にペルチェ素子を内蔵することによって加圧されるまで冷却した状態を維持する構成を採用することもできる。この場合、輻射熱によって絶縁性接着剤２が先に加熱されて硬化してしまう問題をより確実に防止することができる。また、基板保持プレート４を省略して基板１を支持ロッド５で支持するときには、支持面積を増加させるため支持ロッド５の先端に鍔部を設けて支持するようにしてもよい。
【００８３】
また、実施例３乃至実施例５においても実施例２のように基板１の上下方向の向きを逆にして載置して加熱加圧する構成を採用することができる。また、基板１の保持及び位置決めの手段として、チャック、吸着保持、及び、位置決めピンを他の実施例の構成においてもそれぞれを採用してもよい。また、実施例１以外の全ての実施例において、基板保持プレート４，１５を下型クランプ面６ａに突き当てる前にコイルばね７による押圧力によってクランプした状態で加熱加圧を完了させる構成としてもよい。また、有機基板のように熱膨張が大きな基板１では型閉めを停止して予備加熱を行うのが好ましいが、半導体ウェハのように熱膨張が小さい基板１の場合には、予備加熱を短くすることができるため、型閉めを停止する必要がない場合もある。
【００８４】
また、基板支持手段として支持ロッド５を用いる構成について説明したが、基板１を載置する部材の熱抵抗を大きくして基板１の昇温を効率的に行なえるのであれば他の構成を採用することもできる。例えば、下型クランプ面６ａに格子状の溝を形成し、この溝に挿入可能な格子状の支持部材を用いて基板保持プレート４，１５を支持する構成としてもよい。この場合、支持部材が半導体装置３の直下を避けて半導体装置３間を支持してもよく、半導体装置３の直下を支持してもよい。この構成によれば、基板１をより均一な高さで支持することができる。
【００８５】
基板保持プレート４，１５をコイルばね７で支持する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、空気バネやその他の弾性部材を用いることもできる。また、弾性部材を省略してもよく、油圧シリンダーやモータなどの駆動機構により下型６の昇降動作に連動して昇降動作可能な構成としてもよい。例えば、予備加熱時には基板保持プレート４，１５を下型クランプ面６ａと上型クランプ面１０ａとに対してそれぞれ所定の距離を維持しつつ、加熱加圧時には上型クランプ面１０ａと基板保持プレート４，１５との距離が一定（クランプした厚み相当）になるように制御するといった一連の制御を行なうことでより精密な圧力制御を行なうことができ、より高品質なアンダーフィルを行なうことも可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 基板
１ａ 基板端子部
１ｄ 基板孔
２ 絶縁性接着剤
３ 半導体装置
３ａ バンプ
４，１５ 基板保持プレート
４ａ チャック
４ｂ 支持部
４ｃ 凹溝
４ｄ 位置決めピン
５ 支持ロッド
６，１７ 下型
６ａ，１９ａ 下型クランプ面
６ｂ，１２ クーラ
７，１１，２１，２６ａ，２６ｂ コイルばね
８，２４ 上型
９ 上型ベース
１０，２５ 上型ブロック
１０ａ 上型クランプ面
１３ ヒータ
１４ リリースフィルム
１６ 基板吸着機構
１６ａ エアチューブ
１６ｂ 螺旋状チューブ
１８ 下型ベース
１９ 下型ブロック
２０ 可動クランパ
２２，２５ｄ エア通路
２３ａ，２３ｂ，２９ シール材
２５ａ 上型凹部
２５ｂ，２５ｃ ガイド孔
２７ クランパ
２７ａ，２８ａ ガイドロッド
２７ｂ 仕切り壁
２７ｃ キャビティ孔
２７ｄ 位置決め穴
２７ｅ 連通溝
２８ キャビティ駒
３０，３１ ストッパブロック
３２ ローダー
３３ アンローダー
３４ 移動レール
３５ 基板収納部
Ｋ 密閉空間
Ｐ プレス部
Ｓ 基板供給部
Ｔ プレート供給ステージ
Ｕ 取り出しステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２（Ａ）において、配線パターンが形成された配線基板５１の基板端子部５１ａに、絶縁性接着剤５２（例えばＮＣＦ（Non Conductive Film）,ＮＣＰ（Non Conductive Paste））を塗布若しくは貼付けして、半導体装置５３（フリップチップ）を接着する。この状態では、半導体装置５３の金属バンプ５４（はんだバンプ、金パンプ等）と基板端子部５１ａとは電気的に接続されていない。
この配線基板５１を例えば下型５５に載置して上型５６との間でクランプしながら金属バンプ５４の融点温度まで加熱加圧することにより半導体装置５３と基板端子部５１ａが電気的に接続すると共に絶縁性接着剤５２が硬化してアンダーフィルが行なわれる。
【０００３】
尚、配線基板ではないが、半導体素子を１個ずつリードフレームに仮圧着した後で一括して本熱圧着する実装装置はすでに提案されている（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１００８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱膨張係数の大きな配線基板５１に対して、半導体装置５３を一括でフリップチップ接続する場合、リフロー炉等に搬入して金属バンプ５４の融点温度（例えばはんだ融点若しくは接着剤の硬化温度）まで昇温すると、図１２（Ｂ）に示すように熱膨張により配線基板５１に伸びが発生してしまう。この状態で半導体装置５３を基板に圧着しようとすると金属バンプ５４と基板端子部５１ａとの間に位置ずれを生じて接合不良を起こすおそれがある。
【０００６】
また、配線基板５１及び半導体装置５３を金型によりクランプして加熱加圧する場合には、上型５６に設けられたヒータによる熱が配線基板５１及び半導体装置５３を通じて下型５５側に吸熱されて半導体装置５３及び配線基板５１を加熱する際の熱容量が大きくなるため、金属バンプ５４の融点温度（例えばはんだ融点若しくは接着剤の硬化温度）まで昇温するまでの加熱時間が長くなり、はんだによって電気的に接続される前に接着剤５２の硬化が進んで接続不良を起こすおそれもある。
更には、加熱時間が長くなると、接着剤５２によっては予め混入した微細な空気が加熱により膨張したり発泡したりして、半導体装置５３の接着性を妨げる場合も想定される。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、基板の昇温を効率的に行なうことで半導体装置をフリップチップ接続する際の位置ずれや接続不良の発生を低減した半導体装置の接合装置及び接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
即ち、複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置であって、前記半導体装置が接着された基板を支持する基板支持手段と、熱源を内蔵し前記基板を基板支持手段に支持されたままクランプ面を押し当てることにより加熱加圧可能な加熱加圧手段と、を具備し、前記加熱加圧手段は、前記基板支持手段に支持された基板にクランプ面を近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を予備加熱し、当該基板が基板支持手段に支持されままクランプ面を前記半導体装置に押し当てて前記絶縁性接着剤を硬化させると共に半導体装置のバンプを基板端子部と接合させることを特徴とする。ここでいう接合は、バンプと基板端子部をつなぎ合わせて電気的に接続をとることをいうが、導電性接着剤を介したつなぎ合わせや加熱加圧によりバンプが溶融して圧着する場合も含まれる。
【０００９】
前記基板周縁部を挟み込むチャックが設けられた基板保持プレートがクランプ面より離間するように支持されていることを特徴とする。
【００１０】
前記基板保持プレートには、平面視の外形が半導体装置の外形よりも小さい支持部が突設されていることを特徴とする。
【００１１】
前記基板保持プレートには、基板の半導体装置の実装面とは反対面を吸着保持する基板吸着機構が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記加熱加圧手段の基板当接面にはリリースフィルムが吸着保持されていることを特徴とする。
【００１３】
前記加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に前記基板が収容されかつ減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で前記半導体装置及び基板が加熱加圧されることを特徴とする。
【００１４】
前記加熱加圧手段は熱源を内蔵した第１の金型であり、前記基板支持手段は基板保持プレートをフローティング支持する第２の金型であり、前記第１の金型と第２の金型とをストッパブロックが突き当たる高さまで型閉じすることにより、前記基板保持プレートに保持された基板に実装された半導体装置が前記第１の金型のクランプ面に押し当てられ基板保持プレートが第２の金型のクランプ面にクランプされたまま加熱加圧されることを特徴とする。
【００１５】
また、基板の基板端子部に絶縁性接着剤を介して接着された複数の半導体装置を当該基板にフリップチップ接合する半導体装置の接合方法であって、前記半導体装置が接着された基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持する工程と、熱源を内蔵した加熱加圧手段のクランプ面を前記基板支持手段に支持された基板に近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を所定温度まで予備加熱する予備加熱工程と、前記加熱加圧手段のクランプ面を半導体装置に押し当てたままバンプ溶融温度まで昇温させて、前記絶縁性接着剤を硬化させると共に前記バンプを基板端子部と接合させる接合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記予備加熱工程前に、前記基板支持手段と加熱加圧手段により密閉空間を形成して当該密閉空間に前記基板を密閉空間に収容する工程と、前記密閉空間の空気を吸引して減圧空間を形成する工程若しくは前記密閉空間に圧縮空気を送り込んで加圧空間を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置の接合装置及び接合方法を用いれば、半導体装置及び基板を予備加熱して昇温させた後で半導体装置を一括して基板に接合するようにしたので、バンプと基板端子部との位置ずれは生じ難くなる。
また、半導体装置が接着された配線基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持することにより、基板の熱容量を下げて短時間で昇温させることができるので、絶縁性接着剤が早期に硬化することによる接続不良の発生を低減することができる。
また、接着剤の特性によっては、減圧空間を形成しながら加熱加圧したり、加圧空間を形成したりしながら加熱加圧することにより、絶縁性接着剤のボイドの影響を抑えて半導体装置の接着性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図２】実施例１に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図３】実施例１に係る接合工程による効果の説明図である。
【図４】実施例２に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図５】実施例２に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図６】実施例３に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図７】実施例３に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図８】実施例４に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図９】実施例４に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図１０】実施例５に係る接合装置の接合工程の断面図である。
【図１１】接合装置のレイアウト構成を示す平面図である。
【図１２】従来の接合装置及びその課題を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る半導体装置の接合装置及び接合方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
【００２０】
［実施例１］
半導体装置の接合装置の一例について図１及び図２を参照しながら接合方法と共に説明する。
図１（Ａ）において、配線パターンが形成された配線基板１（以下、単に「基板１」という）の基板端子部１ａには、熱硬化性樹脂である絶縁性接着剤２（例えばＮＣＦ（Non Conductive Film）,ＮＣＰ（Non Conductive Paste））等を介して複数の半導体装置（例えば半導体チップ）３が接着されている。なお、半導体装置３が接着される基板１は、有機基板のみならずセラミックス基板のような無機基板等の他の種類の基板でもよく、リードフレームや半導体ウェハなどでもよい。基板１には公知のフリップチップボンダー（図示せず）を用いて半導体装置３が複数行複数列に整列（配列）して接着されている。
【００２１】
基板１は、チャック４ａにより基板周縁部が挟み込まれて基板保持プレート４に保持されている。基板保持プレート４は基板１を歪みなくフラットに保持すべくその下面が複数の支持ロッド５により支持されている。各支持ロッド５は、同図に示すように、半導体装置３が偏って支持（加圧）されるのを防ぐために複数の半導体装置３の直下を避けて配置されている。各支持ロッド５は下型６（基板支持手段）に設けられたコイルばね７を介して、上端が下型クランプ面６ａより離間した状態でフローティング支持されている。また、各支持ロッド５は、基板保持プレート４と上型８との間隔を均一にするため、通常状態で同じ突出長とするように構成されると共に基板保持プレート４が自重によって撓んで高さが不均一にならないように均等な間隔で配置されている。また、下型６は図示しない型閉じ機構により昇降動作が可能になっている。尚、セラミックス基板のように剛性が高く撓みが少ない基板１を用いた場合には、基板保持プレート４を省略して基板１が直接支持ロッド５に支持されるようにしてもよい。
【００２２】
これにより、後述する上型８に設けられた熱源（ヒータ１３）により加熱する際に、基板１直下の熱抵抗を増加させて熱が逃げ難くすることができる。換言すれば、基板１に接触させた部材の熱容量を下げて基板１を短時間で昇温させることができるので、絶縁性接着剤２が早期に硬化することによる接続不良の発生を低減することができる。
【００２３】
具体的には、図３（Ａ）に示すように、基板１の温度Ｔを素早く短時間で昇温させることができることにより、絶縁性接着剤２の粘度ηｎが低くなるタイミングとバンプ３ａが溶融して粘度ηｂが低くなるタイミングとを合わせることができる。尚、熱硬化性樹脂である絶縁性接着剤２は所定の熱量が加えられた時点で粘度ηｎが最も下がりその前後（同図で粘度ηｎが破線を下回る範囲）で溶融したバンプ３ａの接合が行える程度に粘度が下がった状態となる。これにより、バンプ３ａによって基板１と半導体装置３とを確実に電気的に接続することが可能となる。尚、図３（Ｂ）に示すように、基板１の温度Ｔを短時間で昇温させることができることができない場合、粘度ηｎの低くなるタイミングが粘度ηｂの低くなるタイミングよりも早くなってタイミングを合わせることができないため、バンプ３ａの電気的接続が確実に行われないおそれがある。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、上型８（加熱加圧手段）は、上型ベース９に上型ブロック１０がコイルばね１１を介して吊下げ支持されている。コイルばね１１のばね力はコイルばね７のばね力より大きいものとする。尚、コイルばね１１は省略されていてもよい。上型ブロック１０には、半導体装置３の対向位置にクーラ１２が、半導体装置３以外の基板１に対向する位置にヒータ１３（熱源）が交互に設けられている。上型ブロック１０は、半導体装置３が近接すると輻射熱により基板１及び各半導体装置３を予備加熱し、当該半導体装置３が押し当てられるとバンプ３ａ（はんだバンプ，金バンプなどの金属バンプ等）を基板端子部１ａとフリップチップ接合（以下、単に「接合」という）させる。
【００２５】
クーラ１２は、例えばバンプ３ａが溶融した状態で型開きすると基板端子部１ａ接合不良を起こすおそれがあることから、バンプ３ａと基板端子１ａの接合部を十分冷やして硬化（固化）させた状態で型開きを行なうために設けられる。冷却効率を考慮すると、下型６には、基板端子部１ａに対向する位置にクーラ６ｂが設けられていてもよい。半導体装置３の接合工程を繰り返すうちに下型６の温度が上がりすぎると絶縁性接着剤２の硬化が促進されてしまうからである。また、金型全体の加熱及び冷却を素早く行なうことができるため、スループットを向上させることができる。
【００２６】
なお、クーラ１２を省いて上型８を加熱専用として下型６を冷却専用としてもよい。さらに、下型６にもヒータを設けて、下型６及び上型８の両方から加熱する構成としてもよい。この場合でも、基板保持プレート４が支持ロッド５でフローティング支持されるため、上型８のみならず下型６からの熱が基板１に伝わるのを効果的に防止し、基板１の載置から加圧までの間における絶縁性接着剤２の硬化を遅らせることが可能となっている。
【００２７】
また、上型ブロック１０の半導体装置３のクランプ面（当接面）１０ａにはリリースフィルム１４が吸着保持されている。リリースフィルム１４は、ヒータ１３の加熱温度に耐えられる耐熱性を有するもので、金型面より容易に剥離するものであって、柔軟性、伸展性を有するもの、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰフィルム、フッ素含浸ガラスクロス、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニリジン等が好適に用いられる。
【００２８】
上記リリースフィルム１４を用いることで、半導体装置３の基板１からの高さのばらつきを吸収できるうえに、絶縁性接着剤２が加熱溶融した際に該接着剤２が半導体装置３の上面に這い上がって半導体装置３の上面及びクランプ面１０ａが汚れるのを防ぐことができる。
【００２９】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。ここで接合工程とは、基板１に載置（絶縁性接着剤２を介して接着される場合も含む）された半導体装置３を電気的に接続させる工程をいう。
先ず、図示しない公知のフリップチップボンダーにおいて、図１（Ａ）に示すように複数の半導体装置３を基板端子部１ａにバンプ３ａを位置合わせした状態で絶縁性接着剤２を介して基板１に接着する。なお、半導体装置３が正確な位置に位置決めされて搬送中にずれが発生しないのであれば、必ずしも接着されている必要はない。さらに、正確な位置に位置決めされるのであれば、絶縁性接着剤２を基板１の全面に塗布し半導体装置３を接着するような方法で配置してもよい。
【００３０】
続いて、図１（Ａ）において、この基板１を、ヒータ１３によって上型８を加熱し型開き状態にある下型６の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、基板周縁部をチャック４ａにより挟み込んで保持させる。この場合、１つの基板１を基板保持プレート４の中央に配置してもよいし、複数の基板１を基板保持プレート４上に対称に配置してもよい。基板保持プレート４は支持ロッド５により下型クランプ面よりフローティング支持されている。また、上型ブロック１０のクランプ面１０ａには、予めリリースフィルム１４を吸着保持させておく。尚、基板１の搬入後からヒータ１３による加熱を開始してもよい。
【００３１】
次に、図１（Ｂ）において下型６を上動させて、リリースフィルム１４を吸着保持した上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を近接させ、ヒータ１３により加熱されたクランプ面１０ａの輻射熱により基板保持プレート４上の基板１及び各半導体装置３を所定温度まで予備加熱して熱膨張（線膨張）させる。この所定温度は、バンプ３ａの溶融温度よりも数十℃程度（例えば１０〜３０℃）低い温度に設定するのが好ましい。一例として、バンプ３ａがはんだバンプの場合には溶融温度２６０℃より２０℃程度低い２４０℃程度まで加熱し、金バンプである場合には、溶融温度１８０℃より２０℃程度低い１６０℃まで加熱する。
【００３２】
このように、基板保持プレート４上の基板１を加熱することで、例えば冷却された下型６のブロック上で基板１を加熱する場合と比較して絶縁性接着剤２及びバンプ３ａを基板１と同様に素早く加熱することが可能となる。また、クランプ前に基板１を十分に熱膨張させることが可能となる。これに対して、例えば加熱された下型６のブロック上で基板１を加熱加圧（圧着）する場合には、バンプ３ａの溶融前に絶縁性接着剤２が硬化してしまうおそれがあるが、上述のような素早い加熱によってこのような問題も起こることがない。
【００３３】
次いで、図２（Ａ）において、予備加熱によって基板１を熱膨張させた後、下型６を更に上昇させて上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当て、そのままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させて加熱加圧する。これにより、バンプ３ａが溶融して基板端子部１ａと電気的に接続される。
このとき、基板１及び半導体装置３は、下型６に設けられたコイルばね７の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。
【００３４】
更に下型６を上昇させると図２（Ｂ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型６内に押し戻されて基板保持プレート４が下型６の下型クランプ面６ａに突き当たるまで移動させることで加熱加圧を続ける。このとき、基板１及び半導体装置３は、上型８に設けられたコイルばね１１の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。なお、下型６の上昇位置を図２（Ａ）の状態で停止させて、そのまま加熱加圧してもよい。
【００３５】
これにより、基板１を十分に熱膨張させてから絶縁性接着剤２を硬化させると共に金属バンプ３ａを基板端子部１ａに電気的に接続させるため、基板１と半導体装置３とを確実に接合させることができる。このとき、半導体装置３及び基板１に接触させた部材の熱容量が小さく効率的に予備加熱して基板１に伸びを発生させた状態でクランプし半導体装置３の金属バンプ３ａと基板端子部１ａとを接合するため、位置ずれが生ずることなく接合することができる。また、基板１をフローティング支持して熱容量を下げて短時間で昇温させることができるので、長時間加熱により絶縁性接着剤２が早期に硬化して接続不良が発生するのを低減することができる。
【００３６】
続いて、図２（Ｂ）の状態において、ヒータ１３による加熱を停止すると共にクーラ６ｂ，１２による冷却を開始しバンプ３ａと基板端子部１ａの接合部を冷却硬化させる。次いで、下型６を下降させて型開きし、基板１を搬出して図示しない収納部に収納してこの半導体装置３の接合工程が終了する。この場合、型開き時にバンプ３ａに対して引っ張り力が作用したとしても基板端子部１ａとの電気的接続は確実に維持されるので、接続信頼性が損なわれることがなく好ましい。
【００３７】
［実施例２］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について説明する。
本実施例では、基板保持プレート４の構造及びその上に載置する基板１の上下方向の向きが異なるように反転している点を除いて、その他の接合装置の概略構成及び接合方法の手順は実施例１と同様であるので同一部材については同一番号を付して説明を援用するものとし、以下では異なる構成を中心に説明する。
【００３８】
図４（Ａ）において、基板保持プレート４には、平面視の外形が半導体装置３の外形よりも若干小さい程度の支持部４ｂが突設されている。このため、基板保持プレート４には、支持部４ｂどうしの間には凹溝４ｃが形成される。また、半導体装置３の周縁部が支持部４ｂに支持されていないものの幅が狭いため加圧によって変形するようなことはない。支持部４ｂは、半導体装置３の配列と同程度の間隔で設けられている。基板１を基板保持プレート４上に搬入する際には、半導体装置３と支持部４ｂとの中心を合わせて各支持部４ｂに各半導体装置３が支持されるように基板１が載置される。また、基板保持プレート４には、基板１と熱膨張係数の近い材質を用いることが好ましい。例えば、基板１がセラミックス基板のときには、基板保持プレート４にはセラミックスやセラミックスに近い熱膨張係数の材質を用いることが望ましい。
【００３９】
図４（Ｂ）に示すように、予備加熱の際には、基板１の裏面を上型ブロック１０のクランプ面１０ａに近接させ、基板１の裏面からクランプ面１０ａの輻射熱により基板１、絶縁性接着剤２、半導体装置３及び基板保持プレート４を加熱する。これにより、熱膨張係数が同等な基板１と基板保持プレート４とがそれぞれ同程度ずつ熱膨張した状態となる。したがって、基板１の熱膨張による基板端子部１ａの位置の移動に半導体装置３を追従させることができるため、基板１に対する半導体装置３のずれが確実に防止される。
【００４０】
続いて、基板クランプ時には、図５（Ａ）に示すように、上型ブロック１０のクランプ面１０ａに基板１の裏面を押し当てることで更に昇温される。この場合、熱膨張係数が同等な基板１と基板保持プレート４とを用いているため、例えばクランプ後の基板１の熱膨張が大きくなったとしても、基板保持プレート４上に載置された半導体装置３を基板１に対してずらすことなくクランプしながら加熱加圧することが可能となっている。同様に、図５（Ｂ）に示すように、下型クランプ面６ａを基板保持プレート４に突き当ててより大きな力でクランプした状態であっても、同様に半導体装置３を基板１に対してずらすことなくクランプしながら加熱加圧することができる。これにより、半導体装置３を下に向けて基板保持プレート４上に載置する場合でも、バンプ３ａと基板端子部１ａとを確実に電気的に接続することができる。
【００４１】
このとき、加熱されて溶融した絶縁性接着剤２が基板１と半導体装置３との間から流下することが考えられる。例えば、支持部４ｂの突設されていないフラットな基板保持プレート４であれば、流出した絶縁性接着剤２が基板保持プレート４まで達すると半導体装置３と基板保持プレート４との隙間に毛細管現象により侵入することで、半導体装置３の上面にフラッシュばりが発生したり、基板保持プレート４が汚れて逐一クリーニングが必要になったりする不具合が生じるおそれがある。
【００４２】
これに対して、支持部４ｂがプレート面（凹溝４ｃ）より高さが高く半導体装置３よりも外形が小さいため、半導体装置３の側面の下端は基板保持プレート４から離間した状態となる。この場合、流出した絶縁性接着剤２は半導体装置３の側面の下端において表面張力によって留められる。したがって、絶縁性接着剤２が半導体装置３と基板保持プレート４との隙間に侵入せず半導体装置３の側面に留めてフィレットとすることができ、流出した絶縁性接着剤２による上述のような不具合を防止することができる。また、流出した余剰な絶縁性接着剤２が半導体装置３の側面に集められるため、フィレットの成形幅を小さくすることができ、半導体装置３の実装密度の向上が可能となる。さらに、半導体ウェハのように表面の汚れが問題になる基板１を用いるときには余剰な絶縁性接着剤２の流出による表面の汚れを確実に防止することができるため、一層有効である。
【００４３】
なお、汚れなどの防止のためにリリースフィルム１４を半導体装置３と支持部４ｂとの間に挟むように、基板１の載置前に基板保持プレート４上に供給してもよい。この場合、基板保持プレート４には、フラットな基板保持プレート４を用いることができる。また、エアで加圧しながら絶縁性接着剤２の流出を防ぐことができ、或いは絶縁性接着剤２の流出が生じない場合には、リリースフィルム１４を用いずにフラットな基板保持プレート４を用いることができるのは勿論である。
【００４４】
また、クランプしながら加熱加圧しても半導体装置３を基板１に対してずれることがないため、基板１の搬入後に予備加熱による所定温度までの加熱を待たずに加熱加圧を開始することができ、スループットを向上させることができる。
【００４５】
［実施例３］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図６及び図７を参照して説明する。
本実施例は加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に基板１が収容され、減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で半導体装置３が加熱加圧されるようになっている。以下、具体的に説明する。
【００４６】
図６（Ａ）に示すように、基板保持プレート１５には、エア吸引路１５ａやプレート面に連通する複数の吸引孔１５ｂが設けられている。エア吸引路１５ａには、下型ブロック１９に設けられた基板吸着機構１６のエアチューブ１６ａと連通している。エアチューブ１６ａの一部には可撓性を有する伸縮自在な螺旋状チューブ１６ｂが設けられている。螺旋状チューブ１６ｂは、基板保持プレート１５が上型８により押し戻された際にエアチューブ１６ａの余剰分を吸収するようになっている。基板吸着機構１６は、図示しない吸引ポンプに接続されている。基板１は、半導体装置３の接着面とは反対面を吸引孔１５ｂに吸引されて基板保持プレート４に吸着保持される。
【００４７】
下型１７は、下型ベース１８に下型ブロック１９が支持されており、下型ブロック１９には支持ロッド５がコイルばね７を介してフローティング支持されている。また、下型ブロック１９の周囲には可動クランパ２０がコイルばね２１を介して下型ベース１８に支持されている。また、下型ブロック１９及び下型ベース１８には、エア通路２２が形成されている。
【００４８】
可動クランパ２０と下型ブロック１９の側面にはシール材２３ａ（例えばＯリング）が設けられており、可動クランパ２０のクランプ面（上端面）２０ａにもシール材２３ｂ（例えばＯリング）が設けられている。上型ブロック１０のクランプ面１０ａにはリリースフィルム１４が吸着保持されている。図６（Ｂ）に示すように、下型１７を上昇させた際に、可動クランパ２０のクランプ面２０ａが上型ブロック１０のクランプ面１０ａにリリースフィルム１４を介して当接すると、上型８と下型１７との間に密閉空間Ｋ（図６（ｂ）参照）が形成されるようになっている。
【００４９】
また、図６（Ａ）に示すように、基板保持プレート１５は、クランプ前の通常状態で基板１の載置時に半導体装置３の上面が可動クランパ２０のクランプ面よりも低くなる位置に支持ロッド５で支持されている。このため、密閉空間Ｋの形成時点では上型ブロック１０のクランプ面１０ａと半導体装置３とが離間した状態となり、密閉空間Ｋでの予備加熱が可能となっている。図示しないコンプレッサによりエア通路２２を通してエアを吸引若しくは圧縮空気を送り込むことで、密閉空間Ｋに減圧空間若しくは加圧空間を形成できるようになっている。なお、同図では、上述実施例とは異なりクーラ６ｂ，１２を省いた構成となっているが、クーラ６ｂ，１２を設ける構成としてもよい。
【００５０】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。
図６（Ａ）において、ヒータ１３によって上型ブロック１０を加熱し上型ブロック１０のクランプ面１０ａにリリースフィルム１４を吸着保持した状態で、基板１を、基板保持プレート１５上に搬入する。この際に、基板１を、型開き状態にある下型１７の支持ロッド５に支持された基板保持プレート１５上に載置し、基板吸着機構１６により吸引孔１５ｂよりエア吸引されたプレート面に吸着保持させる。これにより、基板１が当初から歪んでいたり偏って加熱されることで歪みが生じたとしても、基板１を基板保持プレート１５に確実に張り付けることができ、ばたついたり傾いたりすることなくフラットに吸着することができる。このため、基板１全面に亘ってクランプ面１０ａに平行に保つことができ、加熱及び加圧を均一に行なうことができる。
【００５１】
次に、図６（Ｂ）において下型１７を上動させて、可動クランパ２０を上型ブロック１０に当接させ密閉空間Ｋを形成し、エア通路２２を通じてエア吸引することにより密閉空間Ｋを減圧する。この際に、リリースフィルム１４を吸着保持した上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を近接させ、密閉空間Ｋで輻射熱により基板１及び半導体装置３を所定温度まで予備加熱する。
【００５２】
次いで、図７（Ａ）において、下型１７を更に上昇させて上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当て、そのままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させ密閉空間Ｋで加熱加圧する。
このとき、基板１は、下型６に設けられたコイルばね７の押圧力により上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされている。また、可動クランパ２０は、上型ブロック１０に当接したままコイルばね２１が縮むように押し戻される。
【００５３】
更に下型１７を上昇させ、図７（Ｂ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型ブロック１９内に押し戻されて基板保持プレート１５が下型ブロック１９の下型クランプ面１９ａに突き当たるまで移動させることで加熱加圧を続ける。このとき、基板１は、上型ブロック１０と基板保持プレート４との間でクランプされる。
【００５４】
この際に、減圧空間で加熱加圧が行なわれるため、絶縁性接着剤２にボイドが含まれていたとしても、これを絶縁性接着剤２外に排出してより高品質にアンダーフィルすることが可能となる。また、上述の実施例と同様に、基板１を予め熱膨張（線膨張）させてからクランプするため基板１の熱膨張による位置ずれが防止できると共に、基板１をフローティング支持して短時間で昇温させることができるので、上述のような接続不良が発生するのを低減することができる。続いて、図７（Ｂ）の状態において、密閉空間Ｋの減圧を解除すると共に型閉じとは逆に動作させて型開きする。次いで、基板吸着機構１６による吸着保持を解除し、基板１を搬出して収納しこの半導体装置３の接合工程が終了する。
【００５５】
このような構成によって、絶縁性接着剤２の特性によっては、減圧空間を形成しながら加熱することにより、ボイドの影響を抑えて半導体装置３の接着性を維持することができる。
【００５６】
また、密閉空間Ｋに加圧空間を形成し、当該加圧空間で予備加熱及び加熱加圧することで絶縁性接着剤２を加圧しながら硬化させることもできる。この場合、絶縁性接着剤２にボイドが含まれていたとしても、ボイドを圧縮して微小化させることで、高品質にアンダーフィルすることが可能となる。また、密閉空間Ｋを加圧空間と減圧空間とに切り替えるように制御しながら予備加熱及び加熱加圧することもできる。
【００５７】
［実施例４］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図８及び図９を参照して説明する。
本実施例は加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間Ｋ内に基板１が収容され、減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で半導体装置３が加熱加圧されるようになっている点は実施例３と同様である。また、下型ブロック１９の周囲には可動クランパ２０がコイルばね２１を介して下型ベース１８に支持されている点は実施例３と同様である。さらに、基板保持プレート４は下型１７に設けられた支持ロッド５によりコイルばね７を介してフローティング支持されている点も実施例１と同様である。
但し、半導体装置３毎に密閉空間Ｋが仕切られると共に個別のキャビティ駒で加熱加圧可能になっている点が異なっている。以下、具体的に説明する。
【００５８】
図８（Ａ）において、上型２４は、上型ブロック２５の下端には上型凹部２５ａが形成されている。この上型凹部２５ａには、クランパ２７が吊下げ支持されている。クランパ２７は、その上端に取り付けられたガイドロッド２７ａがコイルばね２６ａにより上型ブロック２５に吊り下げ支持されている。ガイドロッド２７ａは、上型ブロック２５に設けられたガイド孔２５ｂに案内されて吊り下げられている。このクランパ２７は支持ロッド５の上方に配置され、支持ロッド５と共に基板１をクランプ可能に設けられている。また、クランパ２７は、半導体装置３の配列に対応して平面視形状が格子状の仕切り壁２７ｂが設けられている。これにより、仕切り壁２７は、支持ロッド５と共に基板１の外周及び半導体装置３の間をクランプする。また、密閉空間Ｋはクランパ２７の仕切り壁２７ｂに仕切られることにより半導体装置３を個別に収容可能なキャビティ孔２７ｃに仕切られている。各キャビティ孔２７ｃ内に配置されたキャビティ駒２８は、その上端に取り付けられたガイドロッド２８ａがコイルばね２６ｂにより上型ブロック２５に吊り下げ支持されている。ガイドロッド２８ａは、上型ブロック２５に設けられたガイド孔２５ｃに案内されて吊り下げられている。
【００５９】
キャビティ駒２８は、毛細管現象による絶縁性接着剤２の侵入防止のため、各半導体装置３の平面視の外形よりも小さな押圧面を有し、キャビティ駒２８は上型ブロック２５に設けられたヒータ（図示せず）から加熱されている。また、キャビティ駒２８は、図８（Ａ）に示すようにクランプ前の通常状態において、押圧面がクランパ２７の下端面（クランプ面）よりも所定の高さだけ高い位置となるように支持されている。この場合、この所定の高さとしては、絶縁性接着剤２の厚み及び半導体装置３の厚みを足し合わせた高さよりも大きく設定される。また、コイルばね２６ａ，２６ｂは、コイルばね７よりばね力が大きいものが用いられる。このため、下型クランプ面６ａとクランパ２７とで基板１をクランプするまでは、半導体装置３とキャビティ駒２８の押圧面とが離間した状態となって予備加熱することが可能となる。
【００６０】
また、キャビティ駒２８は、上型ブロック２５に鉛直に設けられたガイド孔２５ｃにガイドロッド２８ａが案内されて、押圧面をクランパ２７のクランプ面と平行に保ちながら移動可能に構成されている。これにより、各キャビティ駒２８が対応する各半導体装置３を基板１に均一な圧力で押圧することができ、各半導体装置３のそれぞれについて全面において均一な高さに接合可能となっている。
【００６１】
また、上型ブロック２５の上型凹部２５ａの側壁には図示しないコンプレッサ等に接続されたエア通路２５ｄが設けられている。また、クランパ２７と上型凹部２５ａとの間には密閉空間Ｋを形成するためのシール材２９（例えばＯリング）が設けられている。このため、図８（Ｂ）に示すようなクランプ時には、基板１と上型凹部２５ａとクランパ２７とシール材２９とによって密閉空間Ｋが形成されて、減圧可能となっている。
【００６２】
また、基板保持プレート４には基板１の外縁部に対応する位置に位置決めピン４ｄが突設されている。基板１に設けられた基板孔（貫通孔）１ｄに位置決めピン４ｄを貫通させて基板１が位置決められて基板保持プレート４に保持される。この場合、基板１に設けられた基板孔１ｄは、基板１の中心を通過する線分に沿って長孔に複数形成されているのが好ましい。これにより、基板１を基板保持プレート４上の同じ位置に確実に載置することができ、キャビティ駒２８の押圧面に対して半導体装置３を適切な位置に位置決めすることが可能となっている。一方、クランパ２７の下端面には位置決めピン４ｄの先端が嵌り込む位置決め穴２７ｄが設けられている。図８（Ｂ）に示すように型閉じした際に、位置決めピン４ｄが位置決め穴２７ｄに嵌まり込んで、基板１がクランパ２７にクランプされるようになっている。
【００６３】
次に、半導体装置の接合工程について説明する。
図８（Ａ）において、複数の半導体装置３が基板端子部１ａに絶縁性接着剤２を介して接着されている基板１を、型開き状態にある下型１７の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、位置決めピン４ｄに基板孔１ｄを貫通させて保持させる。基板保持プレート４は支持ロッド５により下型クランプ面よりフローティング支持されている。
【００６４】
次に、下型１７を上動させて、図８（Ｂ）に示すようにクランパ２７を基板１に当接させて密閉空間Ｋを形成し、エア通路２５ｄを通じてエア吸引することにより減圧空間を形成する。この際に、半導体装置３はクランパ２７の各キャビティ駒２８の押圧面に近接し、図示しないヒータに加熱された押圧面からの輻射熱により基板１及び各半導体装置３を減圧空間で所定温度まで予備加熱して基板１を熱膨張させる。また、下型１７の上動にともなって、可動クランパ２０の押圧面に設けられたシール材２３ｂが上型ブロック２５に押し当てられる。
【００６５】
なお、位置決めピン４ｄが位置決め穴２７ｄに嵌まり込んでクランプされるが、クランプ力はコイルばね７の押圧力だけであるため、基板１は熱膨張可能な状態となっている。この場合、基板孔１ｄが基板１の中心を通過する線分に沿って長孔に形成されていれば、基板１が熱膨張しても位置決めピン４ｄによってその変形を制限されてストレスがかかることはない。
【００６６】
次いで、下型１７を更に上昇させて、図９（Ａ）に示すように、支持ロッド５がコイルばね７を縮めるように下型ブロック１９内に押し戻し、可動クランパ２０が上型ブロック２５にＯリング２３ｂを介して突き当たるまで移動させる。この際に、キャビティ駒２８の押圧面をクランパ２７のクランプ面と平行に保ちながら移動させることができるために、押圧面との距離を半導体装置３の全面に亘って均一にすることができ、各半導体装置３の全面を均一に加熱することができる。このため、絶縁性接着剤２の硬化を均一に進めることができると共にバンプ３ａを均一に昇温することができる。
【００６７】
続いて、図９（Ｂ）に示すように、下型１７を更に上昇させて、キャビティ駒２８の押圧面に半導体装置３を押し当て加熱加圧することで、バンプ３ａの溶融温度まで昇温させる。この場合、クランパ２７及びキャビティ駒２８は下型１７の上昇に伴い、基板１を介して下型１７に押圧されることで、コイルばね２６ａ，２６ｂが縮むように押し戻される。この際には、コイルばね２６ａ，２６ｂの押圧力によってクランプされることにより、基板１は熱膨張してもばたつくことなく、また、半導体装置３はそれぞれが全面で均一な高さになるようにクランプされた状態で加熱加圧されるため、絶縁性接着剤２による接合を確実に行なうことができる。
【００６８】
以上のように、上記キャビティ駒２８により半導体装置３に個別に押し当てることで、半導体装置３の基板１からの高さにばらつきが生じても、コイルばね２６ｂにより高さのばらつきを吸収して各半導体装置３を確実に接合することができる。
【００６９】
なお、コイルばね２６ｂ以外でクランパ２７及びキャビティ駒２８を押圧する構成を採用してもよい。例えば、空気バネやその他の弾性部材を用いることもできる。また、弾性部材に替えて、油圧シリンダーやモータなどの駆動機構により下型６の昇降動作に連動して昇降動作可能な構成としてもよい。
【００７０】
また、図８（Ｂ）に示す密閉空間Ｋを加圧空間にするときには、上型８のエア流路２５ｄ及び下型６のエア通路２２の各々を通して圧縮空気を送り込み、基板１を上下方向からエアで加圧する。これにより、基板１を撓ませることなくキャビティ孔２７ｃ内を加圧空間として予備加熱及び加熱加圧を行うことができる。
【００７１】
さらに、本実施例でリリースフィルム１４を用いる場合には、クランパ２７のクランプ面においてキャビティ孔２７ｃ間を連通すると共にキャビティ孔２７ｃから外側に連通する連通溝２７ｅ（図８（Ａ）の破線参照）を設ける。これにより、上型２４のクランプ面にリリースフィルム１４を吸着保持していても、連通溝２７ｅを介してエアを逃がすことができるため、下型１７に設けるエア通路２２（図６（Ａ）参照）を通じて減圧または加圧することができる。なお、エア加圧する際には、上型２４のエア通路２５ｄから圧縮空気を送り込み、リリースフィルム１４を上からもエアで加圧する必要がある。上述したように密閉空間Ｋがキャビティ孔２７ｃに仕切られた構成においても、リリースフィルム１４を用いながら減圧空間または加圧空間で加熱加圧を行うことができる。
【００７２】
［実施例５］
次に半導体装置の接合装置及び接合方法の他例について図１０を参照して説明する。実施例１と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
本実施例は、上型８（第１の金型）のヒータ１３を内蔵した上型ブロック１０の上型クランプ面１０ａと下型６（第２の金型）の下型クランプ面６ａにストッパブロック３０，３１が各々設けられている。このストッパブロック３０，３１の高さは、加熱加圧後の半導体装置３と絶縁性接着剤２とを含む基板１の厚みと基板保持プレート４の厚みとの和と同じになるように構成されている。
【００７３】
図１０（Ａ）に示すように、複数の半導体装置３が基板端子部１ａに絶縁性接着剤２を介して接着されている基板１を、型開き状態にある下型６の支持ロッド５に支持された基板保持プレート４に搬入し、基板周縁部をチャック４ａにより挟み込んで保持させる。
【００７４】
次に、図１０（Ａ）において下型６を上動させて、半導体装置３を上型ブロック１０のクランプ面１０ａに近接させ、輻射熱により基板１及び各半導体装置３を所定温度まで予備加熱した後、下型６を更に上昇させて図１０（Ｂ）に示すように上型ブロック１０のクランプ面１０ａに半導体装置３を押し当てたままバンプ３ａの溶融温度まで昇温させる。
【００７５】
上型８と下型６とはストッパブロック３０，３１が突き当たる高さまで型閉じすることにより、基板保持プレート４に保持された基板１に実装された半導体装置３が上型ブロック１０に押し当てられて基板保持プレート４との間でクランプしたまま加熱加圧される。
【００７６】
このように、金型の高さ位置規制により加熱加圧することで、半導体装置３の均一な接合を実現することができる。この場合、ストッパブロック３０，３１の厚みを調整することでクランプ時の間隔を容易に調整することができるため、接合対象となる基板１等の厚みが変更されたとしても簡易な構成の変更で対応ができる。尚、ストッパブロック３０，３１は、上型８と下型６の双方に設ける必要はなく、いずれか一方のみに設けられていてもよい。また、ストッパブロック３０，３１の突出長を可変とする機構を設けて基板１等の厚みの変更に対応することもできる。さらに、ストッパブロック３０，３１は上型８及び下型６を組み付けている上下のプラテン（図示せず）に設けてもよい。この場合、ヒータ１３からの熱が伝わり難くなるため、上型８及び下型６から離れるもののストッパブロック３０，３１の長さが温度によって変化することがない点では好ましい。
【００７７】
上述した各実施例では、下型が昇降するように説明したが、上型が昇降するようにしてもよいし、両者が昇降可能になっていてもよい。
【００７８】
図１１は接合装置のレイアウト構成を示す平面図であり、上述の実施例１〜５のような構成を有する接合装置として実現可能である。同図では、上述した実施例とは異なり、基板として配線パターンが形成された半導体ウェハ上に半導体装置が実装された基板を基板保持プレート４に載置してプレス金型を有するプレス部Ｐ（圧着部）へ移送するローダー３２、半導体装置が圧着された基板を取り出して収納するアンローダー３３が移動レール３４を共用して移動可能に設けられている。
【００７９】
基板供給部Ｓでは半導体装置３が未実装である基板（半導体ウェハ）１に、半導体ウェハがダイシングされた半導体チップを半導体装置３としてボンディングして接着する。この場合、ボンディングは真空中で行なうことにより、絶縁性接着剤２にボイドが含まれることがないため好ましい。ローダー３２は、半導体装置３が接着された基板１を基板供給部Ｓから受け取りプレート供給ステージＴに待機する基板保持プレート４に載置し、基板１が載置された基板保持プレート４を持ち直してプレス部Ｐへ移送する。プレス部Ｐでは、上述した実施例１乃至５のような構成で半導体装置３の基板１との接合が行われる。ローダー３２は、加熱加圧の完了した基板保持プレート４をプレス部Ｐより取り出しステージＵに載置し、アンローダー３３は取り出しステージＵから基板１を受け取って基板収納部３５へ収納する。取り出しステージＵに取り出された基板保持プレート４は、ローダー３２により再度プレート供給ステージＴへ戻されて冷却される。
【００８０】
本実施例では、プレート供給ステージＴが複数設けられると共に複数の基板保持プレート４をプレス部Ｐの外部で冷却して再利用する構成を採用している。これにより、冷却された基板保持プレート４に基板１を載置してからプレス部Ｐに搬入することで、基板１に加熱加圧を行う前に絶縁性接着剤２の硬化が進んでしまうことがなく、急速に加熱することが可能となっている。また、基板保持プレート４を交互に使用できるため、一方の基板保持プレート４を用いて接合を行っている間に、他方の基板保持プレート４を冷却し基板１を載置してすることができるため、冷却や載置の動作のために待ち時間が生じず生産効率を向上させることができる。なお、半導体装置３が接着された基板１を装置外から供給してもよいのは勿論である。
【００８１】
以上のように、半導体装置の接合装置及び接合方法について例示して詳細に説明してきたが、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、半導体装置３の直下を避けて支持ロッド５を配置する構成例について説明したが本発明はこれに限定されず、コイルばね７でフローティング支持された支持ロッド５を半導体装置３の配置個数設け、支持ロッド５が半導体装置３の直下で基板保持プレート４を支持する構成としてもよい。これにより、各コイルばね７の出力を調整することで半導体装置３の加圧力を変更することができる。例えば、各コイルばね７の出力を同程度になるように変更することで半導体装置３の加圧力を均一に変更することができる。また、下型６の内部に支持ロッド５を立設したロッド支持プレートを設けた構成としてもよい。この場合、ロッド支持プレートをコイルばね７で支持することにより支持ロッド５の突出長を均一にすることができる。
【００８２】
また、上型８と下型６の構成が逆になるように構成してもよい。例えば、上型の下面に基板１を保持可能な基板保持プレート４を吊り下げるように設けると共に、下型にヒータを設けて加熱加圧することもできる。この場合、予備加熱を行なうまで基板保持プレート４と下型ヒータとの間に仕切り板を配置して輻射熱を遮断し、基板１が加熱されてしまうのを防止するのが好ましい。尚、上述の各実施例においても仕切り板を配置して輻射熱を遮断する構成を採用することができる。また、基板保持プレート４にペルチェ素子を内蔵することによって加圧されるまで冷却した状態を維持する構成を採用することもできる。この場合、輻射熱によって絶縁性接着剤２が先に加熱されて硬化してしまう問題をより確実に防止することができる。また、基板保持プレート４を省略して基板１を支持ロッド５で支持するときには、支持面積を増加させるため支持ロッド５の先端に鍔部を設けて支持するようにしてもよい。
【００８３】
また、実施例３乃至実施例５においても実施例２のように基板１の上下方向の向きを逆にして載置して加熱加圧する構成を採用することができる。また、基板１の保持及び位置決めの手段として、チャック、吸着保持、及び、位置決めピンを他の実施例の構成においてもそれぞれを採用してもよい。また、実施例１以外の全ての実施例において、基板保持プレート４，１５を下型クランプ面６ａに突き当てる前にコイルばね７による押圧力によってクランプした状態で加熱加圧を完了させる構成としてもよい。また、有機基板のように熱膨張が大きな基板１では型閉めを停止して予備加熱を行うのが好ましいが、半導体ウェハのように熱膨張が小さい基板１の場合には、予備加熱を短くすることができるため、型閉めを停止する必要がない場合もある。
【００８４】
また、基板支持手段として支持ロッド５を用いる構成について説明したが、基板１を載置する部材の熱抵抗を大きくして基板１の昇温を効率的に行なえるのであれば他の構成を採用することもできる。例えば、下型クランプ面６ａに格子状の溝を形成し、この溝に挿入可能な格子状の支持部材を用いて基板保持プレート４，１５を支持する構成としてもよい。この場合、支持部材が半導体装置３の直下を避けて半導体装置３間を支持してもよく、半導体装置３の直下を支持してもよい。この構成によれば、基板１をより均一な高さで支持することができる。
【００８５】
基板保持プレート４，１５をコイルばね７で支持する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、空気バネやその他の弾性部材を用いることもできる。また、弾性部材を省略してもよく、油圧シリンダーやモータなどの駆動機構により下型６の昇降動作に連動して昇降動作可能な構成としてもよい。例えば、予備加熱時には基板保持プレート４，１５を下型クランプ面６ａと上型クランプ面１０ａとに対してそれぞれ所定の距離を維持しつつ、加熱加圧時には上型クランプ面１０ａと基板保持プレート４，１５との距離が一定（クランプした厚み相当）になるように制御するといった一連の制御を行なうことでより精密な圧力制御を行なうことができ、より高品質なアンダーフィルを行なうことも可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 基板
１ａ 基板端子部
１ｄ 基板孔
２ 絶縁性接着剤
３ 半導体装置
３ａ バンプ
４，１５ 基板保持プレート
４ａ チャック
４ｂ 支持部
４ｃ 凹溝
４ｄ 位置決めピン
５ 支持ロッド
６，１７ 下型
６ａ，１９ａ 下型クランプ面
６ｂ，１２ クーラ
７，１１，２１，２６ａ，２６ｂ コイルばね
８，２４ 上型
９ 上型ベース
１０，２５ 上型ブロック
１０ａ 上型クランプ面
１３ ヒータ
１４ リリースフィルム
１６ 基板吸着機構
１６ａ エアチューブ
１６ｂ 螺旋状チューブ
１８ 下型ベース
１９ 下型ブロック
２０ 可動クランパ
２２，２５ｄ エア通路
２３ａ，２３ｂ，２９ シール材
２５ａ 上型凹部
２５ｂ，２５ｃ ガイド孔
２７ クランパ
２７ａ，２８ａ ガイドロッド
２７ｂ 仕切り壁
２７ｃ キャビティ孔
２７ｄ 位置決め穴
２７ｅ 連通溝
２８ キャビティ駒
３０，３１ ストッパブロック
３２ ローダー
３３ アンローダー
３４ 移動レール
３５ 基板収納部
Ｋ 密閉空間
Ｐ プレス部
Ｓ 基板供給部
Ｔ プレート供給ステージ
Ｕ 取り出しステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置であって、
前記半導体装置が接着された基板を支持する基板支持手段と、
熱源を内蔵し前記基板を基板支持手段に支持されたままクランプ面を押し当てることにより加熱加圧可能な加熱加圧手段と、を具備し、
前記加熱加圧手段は、前記基板支持手段に支持された基板にクランプ面を近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を予備加熱し、当該基板が基板支持手段に支持されままクランプ面を前記半導体装置に押し当てて前記絶縁性接着剤を硬化させると共に半導体装置のバンプを基板端子部と接合させることを特徴とする半導体装置の接合装置。
【請求項２】
前記基板周縁部を挟み込むチャックが設けられた基板保持プレートがクランプ面より離間するように支持されている請求項１記載の半導体装置の接合装置。
【請求項３】
前記基板保持プレートには、平面視の外形が半導体装置の外形よりも小さい支持部が突設されている請求項２記載の半導体装置の接合装置。
【請求項４】
前記基板保持プレートには、前記基板の半導体装置の実装面とは反対面を吸着保持する基板吸着機構が設けられている請求項１記載の半導体装置の接合装置。
【請求項５】
前記加熱加圧手段の基板当接面にはリリースフィルムが吸着保持されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体装置の接合装置。
【請求項６】
前記加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に前記基板が収容されかつ減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で前記半導体装置及び基板が加熱加圧される請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体装置の接合装置。
【請求項７】
前記加熱加圧手段は熱源を内蔵した第１の金型であり、前記基板支持手段は基板保持プレートをフローティング支持する第２の金型であり、前記第１の金型と第２の金型とをストッパブロックが突き当たる高さまで型閉じすることにより、前記基板保持プレートに保持された基板に実装された半導体装置が前記第１の金型のクランプ面に押し当てられ基板保持プレートが第２の金型のクランプ面にクランプされたまま加熱加圧される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の接合装置。
【請求項８】
基板の基板端子部に絶縁性接着剤を介して接着された複数の半導体装置を当該基板にフリップチップ接合する半導体装置の接合方法であって、
前記半導体装置が接着された基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持する工程と、
熱源を内蔵した加熱加圧手段のクランプ面を前記基板支持手段に支持された基板に近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を所定温度まで予備加熱する予備加熱工程と、
前記加熱加圧手段のクランプ面を半導体装置に押し当てたままバンプ溶融温度まで昇温させて、前記絶縁性接着剤を硬化させると共に前記バンプを基板端子部と接合させる接合工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の接合方法。
【請求項９】
前記予備加熱工程前に、
前記基板支持手段と加熱加圧手段により密閉空間を形成して当該密閉空間に前記基板を密閉空間に収容する工程と、
前記密閉空間の空気を吸引して減圧空間を形成する工程若しくは前記密閉空間に圧縮空気を送り込んで加圧空間を形成する工程を含む請求項８記載の半導体装置の接合方法。
【請求項１】
複数の半導体装置が絶縁性接着剤を介して基板に接着され、各半導体装置のバンプが基板端子部にフリップチップ接合される半導体装置の接合装置であって、
前記半導体装置が接着された基板を支持する基板支持手段と、
熱源を内蔵し前記基板を基板支持手段に支持されたままクランプ面を押し当てることにより加熱加圧可能な加熱加圧手段と、を具備し、
前記加熱加圧手段は、前記基板支持手段に支持された基板にクランプ面を近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を予備加熱し、当該基板が基板支持手段に支持されままクランプ面を前記半導体装置に押し当てて前記絶縁性接着剤を硬化させると共に半導体装置のバンプを基板端子部と接合させることを特徴とする半導体装置の接合装置。
【請求項２】
前記基板周縁部を挟み込むチャックが設けられた基板保持プレートがクランプ面より離間するように支持されている請求項１記載の半導体装置の接合装置。
【請求項３】
前記基板保持プレートには、平面視の外形が半導体装置の外形よりも小さい支持部が突設されている請求項２記載の半導体装置の接合装置。
【請求項４】
前記基板保持プレートには、前記基板の半導体装置の実装面とは反対面を吸着保持する基板吸着機構が設けられている請求項１記載の半導体装置の接合装置。
【請求項５】
前記加熱加圧手段の基板当接面にはリリースフィルムが吸着保持されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体装置の接合装置。
【請求項６】
前記加熱加圧手段と基板支持手段との間で密閉された密閉空間内に前記基板が収容されかつ減圧空間若しくは加圧空間が形成された状態で前記半導体装置及び基板が加熱加圧される請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体装置の接合装置。
【請求項７】
前記加熱加圧手段は熱源を内蔵した第１の金型であり、前記基板支持手段は基板保持プレートをフローティング支持する第２の金型であり、前記第１の金型と第２の金型とをストッパブロックが突き当たる高さまで型閉じすることにより、前記基板保持プレートに保持された基板に実装された半導体装置が前記第１の金型のクランプ面に押し当てられ基板保持プレートが第２の金型のクランプ面にクランプされたまま加熱加圧される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の接合装置。
【請求項８】
基板の基板端子部に絶縁性接着剤を介して接着された複数の半導体装置を当該基板にフリップチップ接合する半導体装置の接合方法であって、
前記半導体装置が接着された基板をクランプ面とは離間させて基板支持手段により支持する工程と、
熱源を内蔵した加熱加圧手段のクランプ面を前記基板支持手段に支持された基板に近接させて輻射熱により前記基板及び半導体装置を所定温度まで予備加熱する予備加熱工程と、
前記加熱加圧手段のクランプ面を半導体装置に押し当てたままバンプ溶融温度まで昇温させて、前記絶縁性接着剤を硬化させると共に前記バンプを基板端子部と接合させる接合工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の接合方法。
【請求項９】
前記予備加熱工程前に、
前記基板支持手段と加熱加圧手段により密閉空間を形成して当該密閉空間に前記基板を密閉空間に収容する工程と、
前記密閉空間の空気を吸引して減圧空間を形成する工程若しくは前記密閉空間に圧縮空気を送り込んで加圧空間を形成する工程を含む請求項８記載の半導体装置の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５９８４７（Ｐ２０１１−１５９８４７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９７８（Ｐ２０１０−２０９７８）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００１４４８２１）アピックヤマダ株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００１４４８２１）アピックヤマダ株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
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