JP5122192B2 - 半導体素子実装装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板上に熱硬化性樹脂材料を介して配置された半導体素子を、加熱加圧ツールにて押圧して基板に実装する半導体素子実装装置及び実装方法に関する。
近年、携帯電話やデジタルカメラなどの小型軽量化を求められている製品において、電気回路基板の薄型化や、実装構造における小型化へのニーズが高まっている。
このような動向のなか、半導体実装技術も、基板の上にパッケージ化された半導体素子を半田付けする表面実装技術から、パッケージ化しない半導体素子を回路基板に直接に実装するベアチップ実装技術へと進化し、特に、このようなベアチップ実装技術において、半導体素子のアクティブ面をフェイスダウンで回路基板面に実装するフリップチップ実装技術へと進化している。
このような従来のフリップチップ実装技術において、実装信頼性を向上させるために、加圧ツールの一部に弾性体を用いた構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のフリップチップ実装技術における実装方法を図１８の模式説明図を用いて説明する。
図１８は、回路基板１０２の上面に接合材料（熱硬化性樹脂材料）の一例である樹脂シート１０３を介して配置（仮止め）された半導体素子１０１を、加圧ツール１１０にて加圧しながら実装を行う状態を示す図である。図１８に示すように、回路基板１０２は、ステージ１１５により保持され、ステージ１１５には、樹脂シート１０３を熱硬化させるための加熱を行う加熱ヒータ１１６が内蔵されている。また、加圧ツール１１０は、その下面である加圧面に凹部１１１が形成されたツール本体部１１２と、この凹部１１１内に配置されたゴム材料により形成された弾性体１１３とを備えている。また、半導体素子１０１の図示下面であるアクティブ面には、複数のアルミ電極（素子電極）１０４が形成されており、各々のアルミ電極１０４には、バンプ（突起電極）１０５が形成されている。また、回路基板１０２における半導体素子１０１の実装位置には、アルミ電極１１４及びバンプ１１５に対応するように基板電極１０６が形成されている。
このような構成を有する従来の実装装置において、まず、ステージ１１５の上面に回路基板１０２を配置して保持する。回路基板１０２におけるそれぞれの実装位置には、予め樹脂シート１０３を介して半導体素子１０１が配置（仮止め）されている。次に、回路基板１０２上に配置された１個の半導体素子１０１と、加圧ツール１１０との位置合わせを行う。その後、加圧ツール１１０を下降させて、弾性体１１３を介して半導体素子１０１及び樹脂シート１０３を押圧して、半導体素子１０１のそれぞれのアルミ電極１０４を、バンプ１０５を介してそれぞれの基板電極１０６に接続するとともに、この接続箇所の周囲が樹脂シート１０３により覆われた状態とする。それとともに、ステージ１１５の加熱ヒータ１１６により回路基板１０２を加熱することで、樹脂シート１０３を加熱して熱硬化させる。その結果、半導体素子１０１と回路基板１０２とが電気的に接続されるとともに、この状態において、接続部分を樹脂シート１０３にて封止し、かつ、半導体素子１０１と回路基板１０２とを接着して、回路基板１０２に半導体素子１０１が実装される。このように弾性体１１３を用いて加圧することにより、加圧された樹脂シート１０３が半導体素子１０１の周囲に拡がって形成されるフィレット部に対しても、弾性体１１３の変形により加圧することができ、十分な加圧力を付加して、実装信頼性を向上させることができる。
特開２００５−３２９５２号公報
しかしながら、従来の実装方法では、樹脂シート１０３にフィレット部に、適切な加圧力を付加するために弾性体１１３を介して加圧する加圧ツール１１０の構造が採用されていることにより、半導体チップ１０１の実装姿勢における平行度が保てない場合が生じるという問題がある。例えば、回路基板１０２に樹脂シート１０３を介して仮止めされた状態において、半導体素子１０１と回路基板１０２との間の平行度が維持されていないような場合にあっては、その後、加圧ツール１１０により半導体素子１０１を加圧する際に、軟らかい弾性体１１３により半導体素子１０１を加圧することになるため、傾いて仮止めされた半導体素子１０１に対して、横方向に力が加わり、半導体素子１０１の実装位置に位置ズレが生じる場合がある。このような場合にあっては、実装信頼性も低下することになる。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、基板上に熱硬化性樹脂材料を介して配置された半導体素子を、加熱加圧ツールにて押圧して基板に実装する半導体素子の実装において、半導体素子と基板との間の平行度を確実に保ちながら、実装信頼性を向上させることができる半導体素子の実装装置および実装方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、基板上に熱硬化性樹脂材料を介して配置された半導体素子を、加熱加圧ツールにて押圧して実装する半導体素子実装装置において、
シート部材を水平に張架して保持するシート保持部と、
上記張架された状態の上記シート部材で、上記半導体素子の上面を加圧するように、上記シート保持部を下降させる保持部昇降装置と、
その加圧面に配置されたエラストマーと、上記エラストマーを加熱する加熱部とを備える加熱加圧ツールと、
上記シート部材を介して上記エラストマーにて上記半導体素子の上面を加圧するとともに、上記エラストマーを介して上記半導体素子及び上記樹脂材料を加熱するように、上記加熱加圧ツールを下降させるツール昇降装置とを備え、
上記加熱加圧ツールは、上記エラストマーがその内側に配置される凹部を、上記加圧面に有する剛体部を備え、
上記エラストマーは、上記剛体部の上記凹部の中央に配置される第１のエラストマーと、上記凹部において上記第１のエラストマーの周囲に配置される第２のエラストマーとを備え、上記第１のエラストマーは上記第２のエラストマーよりも高い硬度を有する、半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第２態様によれば、上記半導体素子は、突起電極数が１００〜１０００である、第１態様に記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、上記シート部材が樹脂シートである、第１態様または第２態様に記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第４態様によれば、上記シート部材を介して、上記エラストマーにて、上記半導体素子の上面および側面ならびに上記樹脂材料を押圧する、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第５態様によれば、上記シート部材の弾性率は、上記エラストマーの弾性率より低い、第１態様から第４態様のいずれか１つに記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第６態様によれば、上記第１のエラストマーは、上記第２のエラストマーよりも高い熱伝導性を有する、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、上記加熱加圧ツールによる上記半導体素子の加熱加圧状態において、上記第１のエラストマーが上記半導体素子に上面を、上記シート部材を介して加圧するように配置され、上記第２のエラストマーが、上記半導体素子の周囲へ拡がるように配置される上記樹脂材料を、上記シート部材を介して加圧するように配置される、第１態様から第６態様のいずれか１つに記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、上記剛体部における上記凹部の縁部が、上記加熱加圧ツールの加圧高さ位置を上記基板表面との当接により規制する加圧位置規制部である、第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の半導体素子実装装置を提供する。
本発明によれば、熱硬化性樹脂材料を介して基板上に配置された半導体素子を、まず、水平に張架されたシート部材を介して加圧することにより、基板に対する半導体素子の平行度を矯正した後、エラストマーを介して加熱加圧ヘッドにより加圧して、半導体素子の上面だけでなく、その周囲に拡がる熱硬化性樹脂をも加圧することができる。従って、基板に対する半導体素子の平行度を保って、実装位置の精度を確保することができるとともに、熱硬化性樹脂に対しても適切な荷重を付加して確実な封止及び接着を行うことができる。よって、半導体素子の実装において、実装の信頼性を向上させることができる。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の一の実施形態にかかる半導体素子の実装装置９の構成を示す模式断面図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。なお、図１Ａは、図１Ｂの実装装置９におけるＡ−Ａ’線の断面図である。また、本実施形態の半導体素子の実装装置９は、回路基板２に仮止め（配置）された状態の半導体素子１を回路基板２との間で電気的に導通させるとともに、機械的に固定するために、半導体素子１を加熱及び加圧する装置である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、実装装置９は、回路基板２をその下面側から支持するとともに、その支持位置を解除可能に保持するステージ１５と、ステージ１５に保持された状態の回路基板２上に仮止めされた半導体素子１に対して、実装のための加熱および加圧を行う加熱加圧ツール１０と、加熱加圧ツール１０による半導体素子１の加圧の前に、仮止め状態の半導体素子１の回路基板２に対する平行度を矯正する平行度矯正装置２０とを備えている。
まず、ステージ１５は、剛体材料にて構成され、その上面である回路基板２の保持面が平坦に形成されている。また、この保持面には、配置された回路基板２を真空吸引することで吸着保持する複数の吸着孔１６が形成されている。回路基板２における上面には、半導体素子１の複数の実装位置が配置されており、各々の実装位置には、複数の基板電極６が形成されている。また、半導体素子１の下面であるアクティブ面には、複数のアルミ電極４が形成されており、各々のアルミ電極４にはバンプ５が形成されている。なお、それぞれの基板電極６は、アルミ電極４との配置と対応するように形成されている。また、図１Ａに示す状態においては、回路基板２のそれぞれの実装位置に、半導体素子１が熱硬化性樹脂材料である樹脂シート（例えば、異方性導電性樹脂フィルムあるいは絶縁性樹脂フィルム）３を介して配置された状態、すなわち仮止めされた状態にて配置されている。なお、本実施形態において、「仮止め状態」とは、半導体素子１の配置位置が完全に固定されておらず、外力を付加することで、その配置位置が容易に変化するような状態のことである。
加熱加圧ツール１０は、剛体材料にて形成されたツール本体部１２（剛体部）と、このツール本体部１２の図示下面に形成された略直方体形状の凹部１１を埋めるように取り付けられた弾性体であるエラストマー１３と、ツール本体部１２に内蔵された加熱ヒータ１４（加熱部）とを備えている。また、加熱加圧ツール１０には、ツール本体部１２とエラストマー１３とを一体的に昇降させるツール昇降装置１７が備えられている。加熱ヒータ１４は、半導体素子１の実装処理を行う間は、例えば、常時２００℃〜３００℃に加熱されている。そのため、ツール本体部１２の凹部１１に取り付けられているエラストマー１３もツール本体部１２からの伝熱で常時１８０℃〜２８０℃に加熱されている。また、エラストマー１３は、このように２８０℃の加熱状態でも弾力性を持つシリコーン樹脂で形成され、さらにゴム硬度として４０以上８０以下の仕様のものが用いられる。また、ツール本体部１２の凹部１１の縁部１８（加圧位置規制部）は、下降状態において、回路基板２の表面との当接部となっており、この縁部１８が回路基板２と当接されることで、ツール昇降装置１７による加熱加圧ツール１０の下降位置が規制される。また、この下降位置の規制位置（加熱加圧処理位置）において、半導体素子１に対する加熱加圧処理が行われる。さらに、凹部１１の深さは、少なくとも、半導体素子１の実装高さ（実装後の上面の高さ）よりも大きく設定されている。
平行度矯正装置２０は、シート部材の一例である保護テープ２１を、ステージ１５の保持面に対して水平な状態にて張架して保持するホルダ２２（シート保持部）を備えている。ホルダ２２は、供給軸２３に巻き取られた状態の保護テープ２１をその一端にて供給可能に支持するとともに、供給された保護テープ２１をその他端にて巻き取り可能に回収軸２４にて巻き取って支持する。供給軸２３と回収軸２４とは、ホルダ２２にて同じ高さ位置に取り付けられており、その結果、供給軸２３と回収軸２４との間で保護テープ２１が所定の張力が付与された状態にて水平に張架されている。この保護テープ２１は、加熱加圧ツール１０の表面を、半導体素子１や樹脂シート３と直接接触することを防止する機能を有する。例えば、保護テープ２１は３０μｍ厚のフッ化樹脂フィルムで、弾性率は３９２ＭＰａのものが使用される。なお、保護テープ２１は、半導体素子１及びその周囲に拡がって配置される樹脂シート３を十分に覆うことができるような幅寸法に形成されている。また、保護テープ２１を支持する供給軸２３と回収軸２４とを同期させて回動させる図示しない回動手段が備えられている。
平行度矯正装置２０には、支持する保護テープ２１とともにホルダ２２を一体的に昇降させるホルダ昇降装置２６が備えられている。ホルダ２２は、剛体材料にて形成され、その中央には、加熱加圧ツール１０が接触することなく通過可能な開口部２５が形成されている。従って、加熱加圧ツール１０の昇降が、ホルダ２２により妨げられることがない。また、このホルダ２２には、下降した状態で回路基板２をステージ１５に対して押さえる基板当接部２２ａがその外周下端に設けられている。なお、この外周下端の基板当接部２２ａは、加熱加圧ツール１０よりも外側に位置されるようにその配置が決定されている。
次に、このような構成の実装装置９を用いて、回路基板２に半導体素子１を実装する手順について、図２〜図９の模式断面図を用いて、その前工程をも含めて説明する。
まず、図２〜図４は、実装装置９に設置する前の回路基板２の作成工程を示している。図２に示すように、作業台３０上に保持された回路基板２の上に、所定の長さにカットされた樹脂シート３を貼り付ける。具体的には、ベーステープ３１に貼られた樹脂シート３に所定の間隔でカット部３２を形成した後、加熱加圧ツール３３（加熱加圧ツール１０とは別のツール）を用いて、回路基板２におけるそれぞれの半導体素子１の実装領域のみにベーステープ３１の上から押圧する。この時の加熱加圧ツール３３の加熱温度は、樹脂シート３が硬化反応を起こさず、かつ、樹脂シート３の軟化を起こさせ回路基板２への貼り付けを容易にする温度に設定されており、例えば、加熱温度６０〜１００℃、加圧時間０．１〜１秒の加熱加圧処理が行われて、樹脂シート３の回路基板２への貼り付けを行う。
次に、図３に示すように、それぞれの実装領域に樹脂シート３が貼り付けられた回路基板２を作業台３０に吸着保持させて平坦にした状態で、樹脂シート３を介して半導体素子１を仮止めする。具体的には、吸着ツール３４で半導体素子１を真空吸着し、回路基板２の実装領域と位置合わせを行った後、基板電極６と、半導体素子１のバンプ５とが樹脂シート３を介して対向し、かつ半導体素子１が樹脂シート３により保持されるように、荷重１〜３ｋｇｆ程度かつ±５μｍ以下の位置精度で半導体素子１を回路基板２に仮止めする。なお、バンプ５としては、ワイヤボンディング工法を応用したスタッドバンプ、またはウェットメッキ処理で形成するメッキバンプを用いる。
次に、図４に示すように、作業台３０の吸着保持を解除し、それぞれの実装領域に樹脂シート３を介して半導体素子１が仮止めされた状態の回路基板２を作業台３０から取り外す。このように作業台３０から取り外された状態にてそのフレキシブル性などにより回路基板２は変形し、例えば、図示中央の半導体素子１のように仮止め姿勢が変化する、すなわち、回路基板２に対する半導体素子１の平行度にズレが生じるような場合がある。また、そのフレキシブル性などにより回路基板２自身の反りが原因で、このような仮止め姿勢が変化する場合がある。
このように一部半導体素子１においてその仮止め姿勢が変化した状態の回路基板２を、図１Ａのステージ１５に乗せ換えた直後の状態を、図５に示す。図５に示す状態においては、ホルダ２２と加熱加圧ツール１０は共に回路基板２の表面から離間された上昇位置に配置されている。なお、図５〜図９は、実装装置９における実装工程を示す模式図である。
次に、図６に示すように、実装装置９において、ホルダ昇降装置２６によりホルダ２２の下降を開始する。なお、この下降開始の際には、図５に示すように、ホルダ２２において供給軸２３と回収軸２４との間で保護テープ２１が張架された状態とされている。ホルダ２２が下降されると、所定の張力にて張架された状態の保護テープ２１の下面が、半導体素子１の背面に当接し、さらにホルダ２２が降下することによって、その仮止め姿勢が変化した半導体素子１に保護テープ２１から下向きの加圧力が作用する。この下向きの加圧力が作用することにより、水平に張架された状態の保護テープ２１に倣うようにして、仮止め状態の半導体素子１の傾いた姿勢が、回路基板２に対して略水平な状態へと矯正される。なお、ここでは保護テープ２１の弾性が有効に作用して、様々な傾き姿勢を有する半導体素子１の仮止め姿勢を矯正することができる。特に、保護テープ２１の弾性は、エラストマー１３に比して十分に低いものであるため、仮止め状態の半導体素子１の水平方向に位置ズレを生じさせることなく、その姿勢、すなわち平行度を矯正することができる。
このように、半導体素子１の平行度の矯正が行われた後、さらにホルダ２２を下降させると、図７に示すように、ホルダ２２の下端部である基板当接部２２ａが、保護シート２１を介して回路基板２の表面に当接する。この基板当接部２２ａの回路基板２への当接により、回路基板２に下向きの力が作用され、反り状態にあった回路基板２の反りが矯正され、ステージ１５に回路基板２が密着される。このような状態において、例えば、ステージ１５の吸着孔１６により回路基板２を吸着保持することにより、回路基板２を水平な状態かつ半導体素子１が回路基板２に対して平行な状態にて、回路基板２のステージ１５による保持が行われる。また、このような状態においてはホルダ２２の基板当接部２２ａにより回路基板２がステージ１５に対して押し付けられて保持された状態とされている。なお、本実施形態においては、ステージ１５が吸着孔１６による吸着機能を有する場合について説明するが、このような場合に代えて、ステージ１５が吸着機能を有さないような場合であっても、ホルダ２２による回路基板２の保持機能を用いて、回路基板２の保持を行うことができる。
このように、ステージ１５と半導体素子１を平行な状態とさせることで、次に説明する加熱加圧ツール１０による加熱加圧工程において、軟らかい弾性体であるエラストマー１３により半導体素子１を押圧した時に、半導体素子１に対して横方向への力が作用し、位置ズレ不良となることを確実に防止することができる。
次に、図８に示すように、ホルダ２２で回路基板２に下方の力を加え、回路基板２の反りを矯正した状態のまま、ツール昇降装置１７による加熱加圧ツール１０の下降を開始する。加熱加圧ツール１０は、ホルダ２２の中央に設けられた開口部を通過して下降され、保護テープ２１を介して、凹部１１の縁部１８が回路基板２の表面に接触することで、その下降位置が規制された状態とされる。このような状態において、加熱加圧ツール１０の凹部１１に設けられたエラストマー１３が、保護テープ２１を介して、半導体素子１の上面に接触し、その後エラストマー１３が弾性変形されることにより、半導体素子１に押圧力を付与し、それぞれのバンプ５が回路基板２の基板電極６に接触され、押圧により変形されてその接触面積が増加された状態にて電気的接続がなされる。また、このような押圧により、樹脂シート３は周囲に拡がるように押圧されることになるが、弾性変形されたエラストマー１３により、保護テープ２１を介して半導体素子１の側部とともに、押し拡げられた樹脂シート３の外周部全体が押圧される。さらに、このような押圧状態において、ツール本体部１２に内蔵された加熱ヒータ１４より、エラストマー１３を介して伝熱が行われ、樹脂シート３が加熱温度１８０〜２００℃、加熱加圧時間１０〜２０秒にて加熱加圧が行われ、樹脂シート３が熱硬化される。
その結果、図９に示すように、半導体素子１のバンプ５と回路基板２の基板電極６とが電気的に接続された状態とされるとともに、この接続状態が熱硬化された樹脂シート３により封止された状態にて、半導体素子１が回路基板２に固定、すなわち実装される。また、半導体素子１の周囲にはみ出した樹脂シート３は、エラストマー１３により包み込まれるように加圧されるため、はみ出た樹脂シート３の周部は、山のすそ野のようななだらかな円弧状のフィレット部Ｆとして形成される。このような形状のフィレット部Ｆが形成されることにより、例えば、エラストマー１３を用いない加圧方法と比して、樹脂材料のはみ出し量が少なくなるとともに、半導体素子１の４辺で略同一形状のフィレット部Ｆを形成することができるため、バラツキのすくない形状を形成することができる。なお、下降状態にあったホルダ２２と加熱加圧ツール１０は、その後上昇されて、半導体素子１の回路基板２への実装処理が完了する。
エラストマー１３は、ゴム硬度４０〜８０と例えば消しゴムや自動車用のタイヤに近い軟らかさを有しており、直方体である半導体素子１を押圧した時に、半導体素子１のエッジ部分を押しているエラストマー１３に大きな応力がかかる場合がある。複数回の加圧処理を繰り返すと、このようなエッジ部分に接触する部分におけるエラストマー１３に割れ等が生じる場合が考えられる。しかしながら、本実施形態においては、保護テープ２１を介してエラストマー１３による半導体素子１の加圧を行っているため、半導体素子１のエッジ部分からエラストマー１３に付加される局所応力を保護テープ２１により緩和させることができ、このような割れの発生を未然に防止することができる。さらに、保護テープ２１を加熱加圧処理毎に巻き取り、新たな保護テープ２１を供給して張架させることにより、半導体素子１およびエラストマー１３に触れる部分の保護テープ２１は、毎回新たなものとすることができるため、半導体素子１に付着したホコリ、ゴミ、汚れなどの異物が、保護シート１５に転写しても、次の半導体素子１が汚染されることはない。また、エラストマー１３にほこり、ゴミ、汚れが付着することも防止され、エラストマー１３の寿命を長くすることができる。
また、加熱加圧ツール１０の下降は特別な荷重制御や位置制御を必要とせず、単純な上下駆動だけで構成されている。すなわち、加熱加圧ツール１０の下降位置は、ツール本体部１２の凹部１１の縁部１８が保護テープ２１を介して回路基板２と当接することにより規制される構成が採用されている。このような構成が採用されていることにより、上記従来の実装装置に比べて、複雑な下降位置の制御が、保護テープ２１の厚みや弾性力に応じて軽減され、装置構成の簡素化を図ることが可能となる。また、保護テープ２１を介して縁部１８が回路基板２と当接するので、縁部１８が当接することによる回路基板２の損傷を抑えることができる。なお、半導体素子１への加圧力は、加熱加圧ツール１０の凹部１１の深さ寸法と、エラストマー１３のヤング率などの物性と、半導体素子１の寸法から決定される。
また、半導体素子１をエラストマー１３で包み込むように加圧しているため、樹脂シート３に対しても包み込むようにその周囲から圧力がかかるため、樹脂シート３内部に混入していた気泡を小さくすることができ、エラストマー１３を用いない場合と比してボイドの形成を抑制することができる。
半導体素子１は、例えば２ｍｍ角〜１２ｍｍ角、加熱加圧ツール１０の加圧面は例えば、６ｍｍ角〜１６ｍｍ角、エラストマー１３の大きさは４ｍｍ〜１４ｍｍ角、その厚みは５ｍｍ〜１５ｍｍで構成することができる。
また、エラストマー１３は、軟らかい弾性力と高熱伝導の特性を求められるため、均質なゴム材料を用いることが好ましく、半導体素子１の熱容量が大きい場合は、ゴム材料の中に熱伝導の高い、カーボン、金、銅など高熱伝導材料を含浸させた高熱伝導性ゴムを使用することが好ましい。
さらに、図８から明らかなように、加熱加圧ツール１０が半導体素子１を押圧している１０〜２０秒間の状態に注目すると、隣接する実装部品としての半導体素子１と加熱加圧ツール１０との間には、ホルダ２２の基板当接部２２ａ、ホルダ２２自体、保護テープ２１が介在して、加熱加圧ツール１０からの熱輻射を遮蔽している。このように加熱加圧ツール１０から隣接する半導体素子１への熱輻射を遮ることによって、高密度実装の場合であってもその実装品質を高い状態にて保つことができる。また、ステージ１５からの熱伝導を抑えるために、本実施形態では、ステージ１５として１つの半導体素子１のサイズよりも僅かに大きい程度の大きさとなるように小型化されたステージ１５を採用している。このような２つの効果により、実装処理が未完の半導体素子１における樹脂シート３の熱硬化反応が発生せず、その良好な実装品質を得ることができる。具体的には、熱遮蔽部を設けなかった場合には、図８の実装工程を実施した場合には、隣接する半導体素子１の温度が８０〜１００℃に上昇するが、このような熱遮蔽部を設けることによって４０〜６０℃に抑制することができる。
なお、保護テープ２１は、単数または複数の半導体素子の実装が完了するたびに、回収軸２４に巻き取られて、供給軸２３から新たな保護テープ２１が供給される。
ここで、本実施形態の実装装置が備える加熱加圧ツールの変形例について説明する。
図１０に示す加熱加圧ツール４０は、ツール本体部４２の凹部４１の底面に凹凸部４１ａを形成し、ツール本体部４２とエラストマー４３との接触面積を増大させ、伝熱の効果を高めている。このような構成を採用することにより、半導体装置１の圧着時におけるエラストマー４３の低下温度を、凹凸部４１ａが形成されていない場合の２０℃から１０℃へと低減することができる。
図１１に示す加熱加圧ツール５０は、凹部１１に設置されるエラストマー５３を第１のエラストマー５３ａと第２のエラストマー５３ｂの２層構造としたものである。具体的には、図１２に示すように、半導体素子１を押圧する部分、すなわち凹部１１の中央部には、ゴム硬度５０〜８０と比較的硬い第１のエラストマー５３ａを配置し、半導体素子１の周囲のはみ出した樹脂シート３を押圧する部分、すなわち凹部１１の周部には、ゴム硬度２０〜４９と比較的軟らかいエラストマー５３ｂを配置している。このように２種類の硬度のエラストマーを用いることにより、中央部の第１のエラストマー５３ａにより半導体素子１に対して比較的強い加圧力を付加することができ、周部の第２のエラストマー５３ｂにより樹脂シート３に対して適切な加圧力を与えることができる。このような構成は、例えば、半導体素子１の突起電極数が１００〜１０００バンプと多く、半導体素子１に対して十分な加圧力を付加する必要があるような場合に有効である。
逆に、図１３及び図１４に示すように、半導体素子１の突起電極が１〜９９と比較的少ない場合には、２層構造のエラストマーを逆の配置とすることが好ましい。具体的には、加熱加圧ツール６０において、半導体素子１を押圧する部分には、ゴム硬度２０〜４９と比較的軟らかい第１のエラストマー６３ａを配置し、半導体素子１の周囲のはみ出した樹脂シート３を押圧する部分には、ゴム硬度５０〜８０と比較的硬い第２のエラストマー６３ｂを配置することが好ましい。半導体素子１の突起電極が比較的少ない場合には、１つあたりの突起電極にかかる加熱加圧ツール６０の加圧力が大きくなり過ぎて、半導体素子１に損傷などが発生する恐れがある。上記のように第１及び第２のエラストマー６３ａ，６３ｂを配置することにより、半導体素子１を比較的低い荷重でエラストマー６３ａの内側に埋め込みながら、樹脂シート３に対して適切な荷重を付加することができる。したがって、１つあたりの突起電極にかかる加熱加圧ツール６０の加圧力を適切な大きさに抑えて、半導体素子１の損傷などの発生を抑えることができる。なお、エラストマーの硬度は、半導体素子１への荷重と、周部への荷重とのバランスで決定すればよい。
また、半導体素子１の厚みが厚い場合には、図１５に示す上下方向２層のエラストマーが有効である。つまり、図１５に示す加熱加圧ツール７０のように、第１及び第２のエラストマー７３ａ、７３ｂを上下方向に２層構造として、下層にゴム硬度２０〜４９と比較的軟らかい第２のエラストマー７３ｂを配置し、上層にゴム硬度５０〜８０と比較的硬い第１のエラストマー７３ａを配置することにより、半導体素子１に対して均一に下方への加圧力を与えながら、半導体素子１の周囲を低い圧力で包み込みながら、樹脂シート３に対して適切な荷重を付加することができる。つまり、半導体素子１の厚みが厚い場合には、上記エラストマーを２層構造とすることにより、自然とその背面に高い荷重がかかり、かつ、周部には低い荷重がかかることになり、樹脂シート３に対して適切な荷重を付加することができる。
また、図１６に示す加熱加圧ツール８０のように、ツール本体部８２の凹部８１の底部中央部分に突出部８１ａを形成して、エラストマー８３の中央部分より半導体素子１に対して付加される押圧力をその周部よりも高めるような構成を採用することもできる。
さらに、図１７に示す加熱加圧ツール９０のように、縦方向の２層構造と、横方向の２層構造とを組み合わせて、凹部１１の底部中央部分に比較的硬い第１のエラストマー９３ａを配置し、この第１のエラストマー９３ａを包み込むように比較的軟らかい第２のエラストマー９３ｂを配置するような構成を採用することができる。
また、上記それぞれの２層構造において、中央に配置されるエラストマーとして高熱伝導性を有するものを選択することにより、熱が伝達され難い樹脂シート３の中央部に確実に熱を伝達することができ、確実な熱硬化を行うことができる。
なお、上記の実施形態では基板の具体例が回路基板２の場合を例に挙げて説明したが、このような場合に代えて、弾性を有する多層構造のフレキシブル基板が採用されるような場合にも同様に本実施形態を適用することができる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、例えば、薄く反り易い樹脂材料で形成された回路基板に、複数の半導体素子をフリップチップ実装する際に、基板の反りと半導体素子の傾き（平行度）を矯正して、良好な接合品質を得ることができ、小型軽量化が要求される携帯電話装置やデジタルカメラなどの製品に使用される半導体パッケージの実装に有効である。
本発明の一の実施形態にかかる半導体素子の実装装置の模式断面図 図１Ａの実装装置の別の断面を示す模式断面図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、回路基板に樹脂シートが貼付されている状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、回路基板に半導体素子が仮止めされている状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、半導体素子が仮止めされた回路基板が、作業台から取り外された状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、半導体素子が仮止めされた回路基板が、実装装置のステージ上に配置された状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、保護テープにより半導体素子の平行度が矯正されている状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、ホルダにより回路基板の反りが矯正された状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、半導体素子の加熱加圧処理が行われている状態を示す図 本実施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す模式説明図であって、回路基板に半導体素子が実装された状態を示す図 本実施形態の変形例にかかる加熱加圧ツールの模式図 本実施形態の別の変形例にかかる加熱加圧ツールの模式図 図１１の加熱加圧ツールにより半導体素子の実装処理を行っている状態を示す模式図 本実施形態の変形例にかかる別の加熱加圧ツールの模式図 図１３の加熱加圧ツールにより半導体素子の実装処理を行っている状態を示す模式図 本実施形態の別の変形例にかかる加熱加圧ツールの模式図 本実施形態の別の変形例にかかる加熱加圧ツールの模式図 本実施形態の別の変形例にかかる加熱加圧ツールの模式図 従来の加圧ツールによる実装方法を示す模式図
符号の説明
１ 半導体素子
２ 回路基板
３ 樹脂シート
４ アルミ電極
５ バンプ
６ 基板電極
９ 実装装置
１０ 加熱加圧ツール
１１ 凹部
１２ ツール本体部
１３ エラストマー
１４ 加熱ヒータ
１５ ステージ
２０ 平行度矯正装置
２１ 保護テープ
２２ ホルダ

Claims (8)

  1. 基板上に熱硬化性樹脂材料を介して配置された半導体素子を、加熱加圧ツールにて押圧して実装する半導体素子実装装置において、
    シート部材を水平に張架して保持するシート保持部と、
    上記張架された状態の上記シート部材で、上記半導体素子の上面を加圧するように、上記シート保持部を下降させる保持部昇降装置と、
    その加圧面に配置されたエラストマーと、上記エラストマーを加熱する加熱部とを備える加熱加圧ツールと、
    上記シート部材を介して上記エラストマーにて上記半導体素子の上面を加圧するとともに、上記エラストマーを介して上記半導体素子及び上記樹脂材料を加熱するように、上記加熱加圧ツールを下降させるツール昇降装置とを備え、
    上記加熱加圧ツールは、上記エラストマーがその内側に配置される凹部を、上記加圧面に有する剛体部を備え、
    上記エラストマーは、上記剛体部の上記凹部の中央に配置される第１のエラストマーと、上記凹部において上記第１のエラストマーの周囲に配置される第２のエラストマーとを備え、上記第１のエラストマーは上記第２のエラストマーよりも高い硬度を有する、半導体素子実装装置。
  2. 上記半導体素子は、突起電極数が１００〜１０００である、請求項１に記載の半導体素子実装装置。
  3. 上記シート部材が樹脂シートである、請求項１または２に記載の半導体素子実装装置。
  4. 上記シート部材を介して、上記エラストマーにて、上記半導体素子の上面および側面ならびに上記樹脂材料を押圧する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体素子実装装置。
  5. 上記シート部材の弾性率は、上記エラストマーの弾性率より低い、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体素子実装装置。
  6. 上記第１のエラストマーは、上記第２のエラストマーよりも高い熱伝導性を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体素子実装装置。
  7. 上記加熱加圧ツールによる上記半導体素子の加熱加圧状態において、上記第１のエラストマーが上記半導体素子に上面を、上記シート部材を介して加圧するように配置され、上記第２のエラストマーが、上記半導体素子の周囲へ拡がるように配置される上記樹脂材料を、上記シート部材を介して加圧するように配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体素子実装装置。
  8. 上記剛体部における上記凹部の縁部が、上記加熱加圧ツールの加圧高さ位置を上記基板表面との当接により規制する加圧位置規制部である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子実装装置。
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