JP2014033100A - 実装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】タクトタイムの短縮化を図ることが可能な実装方法を提供する。
【解決手段】基板１上に複数個のチップ２を実装する実装方法は、基板１に各チップ２の各々を仮接合する仮接合工程と、基板１に仮接合された各チップ２の各々を基板１に本接合する本接合工程とを備える。仮接合工程は、第１ステップと第２ステップとからなる第１基本工程を、基板１に実装するチップ２の数だけ繰り返す。第１ステップは、基板１の第１金属層１１とチップ２の第２金属層２１とを位置合わせする。第２ステップは、第２金属層２１と第１金属層１１とを固相拡散接合することで仮接合する。本接合工程は、基板１に仮接合されている各チップ２の各々の第２金属層２１と基板１の各第１金属層１１とを液相拡散接合することで各チップ２を一括して基板１に本接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に複数個のチップを実装する実装方法に関するものである。
従来から、基板上に複数個のチップを実装する実装方法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された実装方法は、ダイボンド装置のステージの表面側に基板を載置する基板載置工程と、チップとステージの表面側に載置された基板との互いの接合面を接触させチップ側から加熱することによりチップと基板との互いの接合面を加熱して両者を接合させる接合工程とを備えている。
基板載置工程においては、基板におけるチップの接合予定領域とステージとの間に断熱層が介在する形で基板をステージの表面側に載置する。チップとしては、厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成されたＬＥＤチップが例示されている。このＬＥＤチップは、裏面側（基板に近い側）の電極からなるチップ側接合用電極がＡｕＳｎにより形成されている。また、基板としては、シリコンウェハを用いて形成されたものが例示されている。この基板は、各チップそれぞれの接合予定領域（搭載位置）に、基板側接合用電極としてダイパッド部が形成されている。ダイパッド部は、Ｔｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層構造を有しており、表面側の部位がＡｕにより形成されている。
接合工程では、所定の過程を、ウェハに実装するＬＥＤチップの個数に応じて繰り返し行う。所定の過程では、ダイボンド装置のヘッドに設けられた吸着コレットによりＬＥＤチップを吸着保持し、ヘッドのヒータにより吸着コレットを介してＬＥＤチップを規定の接合温度に加熱した状態で、チップ側接合用電極と基板側接合用電極との接合面同士を接触させ、ヘッド側からＬＥＤチップに適宜の圧力を規定時間だけ印加することにより、チップ側接合用電極と基板側接合用電極とを共晶接合させる。規定の接合温度は、例えば、チップ側接合用電極の材料であるＡｕＳｎの溶融温度よりも高い温度である。また、適宜の圧力は、例えば、２〜５０ｋｇ／ｃｍ２である。また、規定時間は、例えば、１０秒程度である。
特開２００９−１３０２９３号公報
ところで、特許文献１に記載された実装方法では、チップを吸着コレットにより吸着する前に、ダイボンド装置の認識装置によりチップを高精度に認識する必要があると推考される。さらに、特許文献１に記載された実装方法では、チップ側接合用電極と基板側接合用電極との接触面同士を接触させる前に、ステージの表面側の基板における接合予定領域を認識装置により高精度に認識し、チップと基板とを位置合わせする必要があると推考される。また、特許文献１に記載された実装方法の接合工程では、上述の所定の過程を、ウェハに実装するＬＥＤチップの個数に応じて繰り返し行う必要がある。このため、上述の実装方法では、生産ラインにおける実装工程のタクトタイムの短縮化が難しく、実装工程のスループットの向上が難しい。なお、認識装置は、カメラ、画像処理部及びモニタにより構成されるのが一般的である。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、タクトタイムの短縮化を図ることが可能な実装方法を提供することにある。
本発明の実装方法は、基板上に複数個のチップを実装する実装方法であって、前記基板に前記各チップの各々を仮接合する仮接合工程と、前記基板に仮接合された前記各チップの各々を前記基板に本接合する本接合工程とを備え、前記仮接合工程は、前記基板の第１金属層と前記チップの第２金属層とを位置合わせする第１ステップと、前記第１ステップの後に前記チップ側から加圧して前記チップの前記第２金属層と前記基板の前記第１金属層とを固相拡散接合することで前記基板に前記チップを仮接合する第２ステップとからなる第１基本工程を、前記基板に実装する前記チップの数だけ繰り返し、前記本接合工程では、前記基板に仮接合されている前記各チップの各々の前記第２金属層と前記基板の前記各第１金属層とを液相拡散接合することで前記各チップを一括して前記基板に本接合する。
この実装方法において、前記固相拡散接合は、第１規定温度で行い、前記液相拡散接合は、前記第１規定温度よりも高い第２規定温度で行うようにし、前記第２規定温度は、前記各チップ側と前記基板側との少なくとも一方の加熱により到達させる温度であることが好ましい。
この実装方法において、前記固相拡散接合は、超音波接合もしくは表面活性化接合であることが好ましい。
請求項１の発明は、タクトタイムの短縮化を図ることが可能になるという効果がある。
実施形態の実装方法の説明図である。 実施形態の実装方法における第１基本工程の説明図である。 実施形態の実装方法における基板へのチップの実装形態の説明図である。 実施形態の実装方法における第１基本工程の他の説明図である。 実施形態の実装方法における第１基本工程の更に他の説明図である。 実施形態の実装方法における第１基本工程の別の説明図である。
以下では、本実施形態の実装方法について、図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１（ａ）〜（ｃ）は、各々の左側の図が概略斜視図、右側の図が概略断面図である。
本実施形態の実装方法は、図１（ｃ）に示すように、基板１上に複数個のチップ２を実装する実装方法である。この実装方法は、基板１に各チップ２の各々を仮接合する仮接合工程（図１（ａ）参照）と、基板１に仮接合された各チップ２の各々を基板１に本接合する本接合工程（図１（ｂ）参照）とを備える。この実装方法では、仮接合の後よりも本接合の後のほうが、基板１と各チップ２の各々との接合強度が高くなる。
仮接合工程は、第１基本工程を、基板１に実装するチップ２の数だけ繰り返す。第１基本工程は、第１ステップと、第２ステップとからなる。
第１ステップでは、基板１の第１金属層１１とチップ２の第２金属層２１とを位置合わせする。
第２ステップでは、第１ステップの後にチップ２側から加圧してチップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１とを第１規定温度において固相拡散接合することで基板１にチップ２を仮接合する。固相拡散接合は、チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１との接合面間を固相状態で接合する方法である。第１規定温度は、第２金属層２１及び第１金属層１１が溶融しない温度に設定する。仮接合は、本接合の前に基板１の定められた位置にチップ２を位置決めした状態で保持するための接合を意味している。
本接合工程は、基板１に仮接合されている各チップ２の各々の第２金属層２１と基板１の各第１金属層１１とを液相拡散接合することで各チップ２を基板１に本接合する。これにより、各チップ２の各々は、第２金属層２１と第１金属層１１との合金層からなる接合層３１を介して基板１に接合される。本接合は、各チップ２の各々と基板１との接合状態を、より接合強度が高く且つ安定した接合状態とする最終的な接合を意味している。本接合工程では、各チップ２の各々の第２金属層２１と基板１の各第１金属層１１とを第２規定温度において液相拡散接合する。第２規定温度は、第２金属層２１及び第１金属層１１が溶融する温度に設定する。したがって、第２規定温度は、相対的に第１規定温度よりも高い温度に設定する。
仮接合工程と本接合工程とは、別々の設備を用いて行うことができる。ところで、生産ラインにおいては、基板１に複数個のチップ２を実装する実装工程に複数の基板１が仕掛かることになる。これに対し、本実施形態の実装方法では、仮接合工程と本接合工程とを別々の設備を用いて行うことができるので、互いに異なる２枚の基板１に対して仮接合工程と本接合工程とを並行して行うことができる。ここで、仮接合工程は、第２ステップにおいて第２金属層２１と第１金属層１１とを固相拡散接合することで仮接合するので、第１ステップの後に続けて液相拡散接合を行う場合に比べて、所要時間（作業時間）を短くすることとが可能となる。また、本接合工程は、基板１に各チップ２が仮接合された状態で各チップ２の各々の第２金属層２１と基板１の各第１金属層１１とを液相拡散接合することで各チップ２を基板１に本接合するので、第１ステップのようにチップ２を高精度に認識してピックアップする必要がない。これにより、本接合工程では、第１ステップの後に続けて液相拡散接合を行う場合に比べて、所要時間を短くすることが可能となる。よって、本実施形態の実装方法では、仮接合工程と本接合工程とを並行して行うことにより、実装工程のタクトタイムの短縮化を図ることが可能になり、実装工程のスループットの向上を図ることが可能となる。また、特許文献１の実装方法では、ヘッドのヒータにより吸着コレットを介してＬＥＤチップを規定の接合温度に加熱した状態で、チップ側接合用電極と基板側接合用電極との接合面同士を接触させるので、熱ゆらぎや熱膨張などに起因してチップ側接合用電極と基板側接合用電極との高精度の位置合わせが難しい場合も考えられる。これに対し、本実施形態の実装方法では、本接合を行う第２規定温度よりも相対的に低い第１規定温度で仮接合を行うので、高精度の位置合わせが容易になる。
仮接合工程と本接合工程とは、別々の設備として、例えば、２つのダイボンド装置を用いることができる。各ダイボンド装置は、ボンディングヘッド、ステージ、認識装置、制御装置などを備えている。ボンディングヘッド、ステージ及び認識装置は、制御装置によって制御される。制御装置は、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することによって構成される主制御部と、主制御部の指示に基づいてボンディングヘッド、ステージ及び認識装置それぞれを制御する個別制御部とを備えている。認識装置は、カメラ、画像処理部及びモニタにより構成される。なお、ダイボンド装置の構成は、特に限定するものではない。また、仮接合工程及び本接合工程それぞれを行う各設備は、ダイボンド装置に限定するものではない。
以下では説明の便宜上、仮接合工程を行うダイボンド装置を第１ダイボンド装置、本接合工程を行うダイボンド装置を第２ダイボンド装置と称する。
基板１としては、例えば、シリコンウェハから形成され各チップ２の搭載予定領域の各々に第１金属層１１が設けられたウェハを採用することができる。基板１は、シリコンウェハから形成されたウェハの場合、シリコンウェハの表面にシリコン酸化膜などからなる絶縁膜が形成されているのが好ましい。第１金属層１１は、例えば、Ａｕ膜により構成することができる。第１金属層１１と絶縁膜との間には、例えば、Ｔｉ膜などの下地層を介在させてもよい。第１金属層１１がＡｕ膜であり、絶縁膜がシリコン酸化膜である場合、Ｔｉ膜は、バリア層の役割を果たすことができる。第１金属層１１と絶縁膜との間に介在させる下地層の材料は、Ｔｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
シリコンウェハとしては、例えば、直径が５０〜３００ｍｍ、厚みが２００〜１０００μｍ程度のものを用いることができる。
基板１の材料は、シリコンに限らず、例えば、窒化アルミニウムや、アルミナなどでもよい。基板１の材料としてシリコンを採用する場合には、基板１が上述の絶縁膜を備えるのが好ましいが、基板１の材料として窒化アルミニウムやアルミナなどの絶縁材料を採用する場合には、基板１に絶縁膜を設けなくてもよい。
チップ２としては、例えば、ＬＥＤチップを採用することができる。ＬＥＤチップとしては、例えば、チップサイズが０．３ｍｍ□（０．３ｍｍ×０．３ｍｍ）や０．４５ｍｍ□や１ｍｍ□のものなどを用いることができる。また、ＬＥＤチップの平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状などでもよい。ＬＥＤチップの平面形状が、長方形状の場合、ＬＥＤチップのチップサイズとしては、例えば、０．５ｍｍ×０．２４ｍｍのものなどを用いることができる。
ＬＥＤチップの発光波長は、特に限定するものではない。よって、ＬＥＤチップとしては、例えば、紫外ＬＥＤチップ、紫色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、黄色ＬＥＤチップ、橙色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップなどを採用することができる。また、ＬＥＤチップとしては、白色ＬＥＤチップを採用することもできる。
ＬＥＤチップとしては、図３（ａ）に示すように、主表面側に第１電極２ａが形成され、裏面側に第２電極２ｂが形成されたＬＥＤチップを採用することができる。このＬＥＤチップは、第２電極２ｂに第２金属層２１が積層されたものでもよいし、第２電極２ｂの最表面側が第２金属層２１を構成するものでもよいし、第２電極２ｂが第２金属層２１を構成するものでもよい。なお、図３（ａ）の実装形態において、第１電極２ａと第２電極２ｂとは、一方がアノード電極、他方がカソード電極である。
また、ＬＥＤチップとしては、図３（ｂ）に示すように、厚み方向の一面側に第１電極２ａ及び第２電極２ｂが形成されたＬＥＤチップを採用することができる。このＬＥＤチップは、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの各々に第２金属層２１が積層されたものでもよいし、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの各々の最表面側が第２金属層２１を構成するものでもよいし、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの各々が第２金属層２１を構成するものでもよい。なお、図３（ｂ）の実装形態において、第１電極２ａと第２電極２ｂとは、一方がアノード電極、他方がカソード電極である。
第２金属層２１及び第１金属層１１の各材料としては、フラックスレスの材料を採用する。
チップ２は、第２金属層２１の材料として、例えば、フラックスレスのＡｕＳｎを採用することができる。フラックスレスのＡｕＳｎ層は、例えば、めっき法やスパッタ法などにより形成することができる。
チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１との材料の組み合わせは、ＡｕＳｎ−Ａｕに限らず、例えば、Ａｕ−ＡｕＳｎでもよい。チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１との材料の組み合わせをＡｕＳｎ−ＡｕやＡｕ−ＡｕＳｎとした場合には、例えば、複数個のチップ２が実装された基板１や、複数個のチップ２が実装された基板１から分割されたモジュールを、マザーボートなどにＳｕＡｇＣｕを用いて２次実装する場合に、接合層３１が再溶融するのを防ぐことが可能となる。
また、チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１との材料の組み合わせは、ＡｕＧｅ−Ａｕ、Ａｕ−ＡｕＧｅ、ＳｎＢｉ−Ｓｎ、Ｓｎ−ＳｎＢｉ、ＳｎＣｕ−Ｃｕ、Ｃｕ−ＳｎＣｕなどでもよい。
チップ２としてＬＥＤチップを採用し、第２金属層２１と第１金属層１１とを液相拡散接合することで形成される接合層３１をＡｕＳｎ層とする場合には、上述の例に限らず、例えば、図４〜図６のいずれかの構成例も考えられる。図４に示した構成例では、チップ２の第２金属層２１をＡｕ層２１ａとし、基板１の第１金属層１１を、Ｓｎ層もしくはＡｕＳｎ層からなる第１層１１ａと、この第１層１１ａ上のＡｕ層からなる第２層１１ｂとで構成している。これにより、基板１は、第１金属層１１におけるＳｎ層が酸化するのを抑制することが可能となる。
図５に示した構成例では、チップ２の第２金属層２１をＡｕ層２１ａとし、基板１の第１金属層１１を、Ｓｎ層１１ｃとＡｕ層１１ｄとが交互に積層され最表層がＡｕ層１１ｄとされた多層構造としている。これにより、基板１は、第１金属層１１におけるＳｎ層１１ｃが酸化するのを抑制することが可能となる。また、本接合工程では、Ｓｎを溶融させた際のＡｕＳｎの形成を容易にすることが可能となる。
図６に示した構成例では、チップ２の第２金属層２１をＡｕ層２１ａとし、基板１の第１金属層１１を、格子状のスリットが形成された平面形状のＡｕＳｎ層１１ｅとしている。これにより、本接合工程では、ＡｕＳｎ層１１ｅを溶融させた際に、接合の起点（合金化の起こる箇所）がばらつくのを抑制することが可能となり、接合強度のばらつきや、接合面積のばらつき、未接合領域などを低減させることが可能となる。
チップ２は、ＬＥＤチップに限らない。チップ２は、例えば、レーザダイオードチップ、フォトダイオードチップ、ＧａＮ系ＨＥＭＴ（high electron mobility transistor）チップ、ＭＥＭＳ（microelectro mechanical systems）チップ、赤外線センサチップ、ＩＣチップなどでもよい。ＭＥＭＳチップとしては、例えば、加速度センサチップ、圧力センサチップなどを採用することができる。
チップ２は、チップサイズについても特に限定するものではなく、例えば０．２ｍｍ□〜５ｍｍ□程度のものを用いることができる。また、チップ２の平面視での外周形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状でもよい。
チップ２は、厚みについても特に限定するものではなく、例えば０．１〜１ｍｍ程度のものを用いることができる。
仮接合工程は、第１ダイボンド装置のステージ３ａ（図１（ａ）参照）の表面側に基板１を載置する第１基板載置工程の後に行う。ステージ３ａには、上記表面側に載置される基板１などを吸着するための複数の吸気孔（図示せず）が周部に形成されている。これにより、第１ダイボンド装置は、ステージ３ａの上記表面側に載置した基板１を吸着した状態で保持することができる。
仮接合工程の第１ステップでは、基板１に対してチップ２を位置合わせする。より具体的に説明すれば、第１ステップでは、例えば、ウェハテープ（粘着性樹脂テープ）やチップトレイなどに保持されているチップ２を第１ダイボンド装置のコレット５ａにより真空吸着してピックアップする前に、ピックアップ対象のチップ２を第１ダイボンド装置の認識装置（図示せず）により高精度に認識する。その後、第１ダイボンド装置のステージ３ａの表面側の基板１における接合予定領域を認識装置により高精度に認識し、コレット５ａにより真空吸着しているチップ２と基板１とを位置合わせする（例えば、チップ２の姿勢を修正するチップアライメントを行う）。粘着性樹脂テープとしては、例えば、紫外線硬化型のダイシングテープや熱硬化型のダイシングテープなどがある。なお、粘着性樹脂テープは、ダイシング時に強い粘着力でチップ２を保持しているが、ダイシング後に紫外線照射や赤外線照射により粘着性を低下させることで、ピックアップ性を高めることができる。
仮接合工程の第２ステップでは、チップ２と基板１との接合面同士を接触させ、チップ２側から加圧してチップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１とを第１規定温度で固相拡散接合する。本実施形態の実装方法では、この固相拡散接合により、チップ２と基板１とが仮接合される。第２ステップでは、ボンディングヘッド４ａのヒータ（図示せず）によりコレット５ａを介してチップ２を第１規定温度に加熱する。第２ステップでは、チップ２を第１規定温度よりもやや高い温度に加熱してから、チップ２と基板１との接合面同士を接触させることで第１規定温度となるようにしているが、チップ２と基板１との接合面同士を接触させてから第１規定温度となるように加熱してもよい。
固相拡散接合は、例えば、超音波接合もしくは表面活性化接合であることが好ましい。これにより、第２ステップでは、チップ２や基板１の加熱温度を比較的低温としながらも仮接合することができるので、仮接合前にチップ２と基板１との少なくとも一方を加熱した状態でも、高精度な位置合わせが可能となる。
超音波接合は、超音波振動を利用して行う固相拡散接合である。超音波接合としては、所定の加熱状態のもとで圧力と超音波振動とを利用して接合する超音波併用熱圧着が好ましい。超音波併用熱圧着では、圧力と超音波振動とを利用して常温で接合する場合に比べて、接合強度を高めることが可能となる。また、超音波併用熱圧着では、熱圧着に比べて、より低温での接合が可能となる。
表面活性化接合は、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、第１規定温度下で適宜の荷重を印加して直接接合する。第１規定温度は、例えば、常温〜１００℃程度の範囲で設定することができる。ここで、表面活性化接合は、例えば、第１規定温度を例えば８０℃〜１００℃の範囲で設定すれば、常温の場合に比べて、接合強度を高めることが可能となる。なお、表面活性化接合は、アルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームに限らず、例えば、ヘリウムやネオンなどのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを利用するようにしてもよい。
固相拡散接合を行う際の接合条件は、接合界面のボイド率（未接合率）が例えば３０％以下となるように設定するのが好ましい。ボイド率は、例えば、所望の接合領域の面積（例えば、チップ２の第２金属層２１の面積）に占める未接合領域の面積の割合として規定することができる。所望の接合領域の面積及び未接合領域の面積は、例えば、固相拡散接合を行った後に、例えば、超音波顕微鏡による観察を行うことで得られる超音波顕微鏡像図から推測することができる。
なお、固相拡散接合を行う第２ステップでは、接合時にチップ２と基板１との少なくとも一方を加熱することにより、接合強度を向上させることが可能となる。
第２ステップは、空気雰囲気中ではなく、制御された雰囲気中で行うことが好ましい。制御された雰囲気としては、例えば、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気、還元性ガス雰囲気などが挙げられる。不活性ガス雰囲気としては、例えば、Ｎ２ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。還元性ガス雰囲気としては、例えば、Ｈ２ガス雰囲気が挙げられる。第２ステップでは、雰囲気を不活性ガス雰囲気もしくは真空雰囲気とすることにより、酸化を抑制することが可能となる。また、第２ステップでは、雰囲気を還元性ガス雰囲気とすることにより、不要な酸化物を除去することが可能となる。
本接合工程は、第２ダイボンド装置のステージ３ｂ（図１（ｂ）参照）の表面側に基板１を載置する第２基板載置工程の後に行う。ステージ３ｂには、上記表面側に載置される基板１などを吸着するための複数の吸気孔（図示せず）が周部に形成されている。これにより、第２ダイボンド装置は、ステージ３ｂの上記表面側に載置した基板１を吸着した状態で保持することができる。
本接合工程では、まず、基板１に仮接合されている複数個のチップ２のうちの特定のチップ２或いはステージ３ｂ上の基板１のアライメントマークを認識する。より具体的に説明すれば、本接合工程では、まず、第２ダイボンド装置のステージ３ｂに吸着されている基板１上の特定のチップ２或いは基板１のアライメントマークを第２ダイボンド装置の認識装置（図示せず）により簡易に認識し、ボンディングヘッド（図示せず）に設けられている実装ツール６と基板１とを位置合わせする。なお、第２ダイボンド装置は、特定のチップ２或いは基板１を簡易に認識すればよいから、チップ２を高精度に認識する場合に比べて、画像処理部での画像処理を簡略化することができ、認識に要する時間を短縮することが可能となる。
本接合工程では、その後、第２金属層２１及び第１金属層１１を溶融させる第２規定温度で各チップ２の各々を基板１に対して本接合する。より具体的に説明すれば、本接合工程では、実装ツール６により各チップ２側から加熱して各チップ２の各々と基板１とを液相拡散接合する。液相拡散接合は、各チップ２の第１金属層２１と基板１の第１金属層１１とを一時的に溶融、液化した後、拡散を利用し等温凝固させる方法である。ここでは、チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１とを共晶接合させるようにしている。共晶接合は、液相拡散接合のうち液化に対して共晶反応を利用する接合方法である。
本接合工程では、実装ツール６を基板１上の全てのチップ２に接触させ、実装ツール６のヒータ（図示せず）により各チップ２の各々を第２規定温度に加熱した状態で、実装ツール６側からチップ２に適宜の規定圧力を規定時間だけ印加する。これにより、本接合工程では、各チップ２の第２金属層２１と基板１の第１金属層１１とを共晶接合させる。第２規定温度は、例えば、第２金属層２１の材料がＡｕＳｎ、第１金属層１１の材料がＡｕの場合、ＡｕＳｎの溶融温度よりも高い温度に設定すればよい。規定圧力は、例えば、１個のチップ当りの荷重が２２〜５０ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲となるように適宜設定すればよい。また、規定時間は、例えば、０．５〜１０秒程度の範囲で適宜設定すればよい。なお、実装ツール６としては、例えば、シリコンウェハや金属板などを利用することができる。
本接合工程は、空気雰囲気中ではなく、制御された雰囲気中で行うことが好ましい。制御された雰囲気としては、例えば、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気、還元性ガス雰囲気などが挙げられる。不活性ガス雰囲気としては、例えば、Ｎ２ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などが挙げられる。還元性ガス雰囲気としては、例えば、Ｈ２ガス雰囲気が挙げられる。本接合工程では、雰囲気を不活性ガス雰囲気もしくは真空雰囲気とすることにより、酸化を抑制することが可能となる。また、本接合工程では、雰囲気を還元性ガス雰囲気とすることにより、不要な酸化物を除去することが可能となる。
本接合工程では、基板１側からの加熱を行っていないが、各チップ２側からの加熱だけでなく、ステージ３ｂのヒータ（図示せず）によりステージ３ｂを介して基板１側からの加熱も行うようにしてもよい。ここで、第２金属層２１の材料がＡｕＳｎ、第１金属層１１の材料がＡｕの場合には、基板１よりも各チップ２側の温度が高くなるように、ボンディングヘッドのヒータ及びステージ３ｂのヒータそれぞれの温度を設定することが好ましい。なお、ステージ３ｂのヒータの温度は、ＡｕＳｎの融点以下に設定するのが好ましい。
液相拡散接合を行う際の接合条件は、接合界面のボイド率（未接合率）が例えば２０％以下となるように設定するのが好ましい。ボイド率は、例えば、所望の接合領域の面積（例えば、所望の接合層３１の面積）に占める未接合領域の面積の割合として規定することができる。所望の接合領域の面積及び未接合領域の面積は、例えば、液相拡散接合を行った後に、例えば、超音波顕微鏡による観察を行うことで得られる超音波顕微鏡像図から推測することができる。
本接合工程で用いる設備は、上述の第２ダイボンド装置に限定するものではない。また、上述の第２ダイボンド装置を用いた本接合工程では、基板１上の各チップ２を実装ツール６により加圧しているが、各チップ２の加圧は適宜行えばよく、各チップ２の加圧を行わないようにしてもよい。この場合には、本接合工程で用いる設備として、各種のアニール装置やホットプレートなどを採用することもでき、画像認識を利用した位置合わせを不要とすることができる。本接合工程で用いる設備は、基板１や各チップ２を直接的に加熱するものに限らず、基板１及び各チップ２の周囲の雰囲気を加熱するものでもよい。
本実施形態の実装方法では、仮接合の後に本接合を行うことにより、接合強度を向上させることが可能となるとともに、ボイドを低減することが可能となる。これにより、本実施形態の実装方法では、各チップ２の各々と基板１との間の熱抵抗を低減することが可能となるとともに、熱抵抗のばらつきを低減することが可能となる。
以上説明した本実施形態の実装方法は、基板１に各チップ２の各々を仮接合する仮接合工程と、基板１に仮接合された各チップ２の各々を基板１に本接合する本接合工程とを備える。ここで、仮接合工程は、第１ステップと第２ステップとからなる第１基本工程を、基板１に実装するチップ２の数だけ繰り返す。第１ステップは、基板１の第１金属層１１とチップ２の第２金属層２１とを位置合わせする。第２ステップは、第２金属層２１と第１金属層１１とを固相拡散接合することで仮接合する。また、本接合工程は、基板１に仮接合されている各チップ２の各々の第２金属層２１と基板１の各第１金属層１１とを液相拡散接合することで各チップ２を一括して基板１に本接合する。よって、本実施形態の実装方法では、仮接合工程と本接合工程とを別々の設備を用いて行うことができるので、互いに異なる２枚の基板１に対して仮接合工程と本接合工程とを並行して行うことが可能となる。よって、本実施形態の実装方法では、実装工程のタクトタイムの短縮化を図ることが可能となる。また、基板１を加熱した状態でチップ２を一個ずつ液相拡散接合する場合には、最初に液相拡散接合したチップ２と最後に液相拡散接合したチップ２とで熱履歴差が大きい。これに対して、本実施形態の実装方法では、仮接合工程での仮接合を行う際に常温もしくはチップ２側からのみの加熱を行うようにし、本接合工程では各チップ２を一括して基板１に本接合するようにしているので、基板１上の複数個のチップ２に熱履歴差が発生するのを抑制することが可能となる。これにより、本実施形態の実装方法では、実装工程に起因したチップ２間の特性ばらつきを低減することが可能となるとともに、基板１に初期に本接合されたチップ２の寿命が他のチップ２に比べて短くなるのを抑制することが可能となる。
この実装方法においては、固相拡散接合を第１規定温度で行い、液相拡散接合を第１規定温度よりも高い第２規定温度で行うようにし、第２規定温度を、チップ２側と基板１側との少なくとも一方の加熱により到達させる温度とすることが好ましい。これにより、この実装方法では、チップ２と基板１との本接合の前後において、チップ２の位置がずれるのを抑制することが可能となり、また、基板１上の複数個のチップ２の熱履歴を揃えることが可能となる。
また、実装方法では、基板１としてシリコンウェハから形成されたウェハを採用することにより、第１金属層１１の下地の表面粗さを小さくすることが可能となり、第１金属層１１の表面粗さを小さくすることが可能となる。よって、この実装方法では、第１金属層１１の表面粗さに起因した仮接合や本接合でのボイドの発生を抑制することが可能となり、接合強度を向上させることが可能となる。第１金属層１１の表面粗さについては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ ４２８７−１９９７）で規定されている算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることが好ましく、数ｎｍ以下であることが、より好ましい。
１ 基板
２ チップ
１１ 第１金属層
２１ 第２金属層

Claims (3)

  1. 基板上に複数個のチップを実装する実装方法であって、前記基板に前記各チップの各々を仮接合する仮接合工程と、前記基板に仮接合された前記各チップの各々を前記基板に本接合する本接合工程とを備え、前記仮接合工程は、前記基板の第１金属層と前記チップの第２金属層とを位置合わせする第１ステップと、前記第１ステップの後に前記チップ側から加圧して前記チップの前記第２金属層と前記基板の前記第１金属層とを固相拡散接合することで前記基板に前記チップを仮接合する第２ステップとからなる第１基本工程を、前記基板に実装する前記チップの数だけ繰り返し、前記本接合工程では、前記基板に仮接合されている前記各チップの各々の前記第２金属層と前記基板の前記各第１金属層とを液相拡散接合することで前記各チップを一括して前記基板に本接合することを特徴とする実装方法。
  2. 前記固相拡散接合は、第１規定温度で行い、前記液相拡散接合は、前記第１規定温度よりも高い第２規定温度で行うようにし、前記第２規定温度は、前記各チップ側と前記基板側との少なくとも一方の加熱により到達させる温度であることを特徴とする請求項１記載の実装方法。
  3. 前記固相拡散接合は、超音波接合もしくは表面活性化接合であることを特徴とする請求項１又は２記載の実装方法。
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