JPH10335391A - 基板加熱方法 - Google Patents

基板加熱方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上への半導体ICのフリップチップ実装
において、高品質の接合を行うことを目的とする。 【解決手段】 基板23内のICチップ実装部分を実装
時のみ加熱ツール21により局所的に加熱することによ
り、不要部分への加熱が防止でき、その結果接合部分の
熱による劣化を防止し、高品質なICチップ実装が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ICのフリ
ップチップ実装に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気製品の小型軽量化のため、電子回路
基板上への電子部品の実装は高密度化、ファイン化が進
められている。電子部品の主力である半導体部品におい
ては、従来はパッケージ形態が主流であったが、近年に
なって裸の半導体ICチップを直接基板に接合する、い
わゆるフリップチップ実装技術の進展により、電子回路
基板の一層の小型軽量化が実現できるようになった。
【0003】フリップチップ実装を行う際に用いる実装
設備内には、基板を保持、固定するステージ部分があ
り、このステージ上に置かれた基板上にICが供給、実
装される。一枚の基板上に一個のICが実装されるケー
スは稀であり、多くの場合一枚の基板には複数個のIC
が実装される。一般に、基板は複数個取りとなってお
り、一枚の基板が格子状に区切られており、各々の格子
の中にICが同じ個数づつ実装され、すべての格子に所
定の個数のICが実装されたあとで分割され、ICが搭
載された各格子があらためて1つの電子回路基板もしく
は電子部品となる。
【0004】ICを基板にフリップチップ実装すると
き、基板とICの接合部分に接合のためのエネルギーを
加える必要があり、多くの場合加熱手段が用いられる。
実装の流れとしては、室温でICを装着し後工程でリフ
ローなどにより一括加熱する方法が一般的ではあるが、
洗浄レスや工程の簡素化などの理由から装着と同時に接
合部分を加熱することが必要な場合がある。たとえば、
スズ(Sn)を接合材料として洗浄レスで実装する場合
は、装着と同時に熱を加えなければならない。この場
合、実際には、基板、ICのどちらかもしくは双方を加
熱することにより、接合部分に熱を与える。基板を加熱
する場合は、基板をセットするステージをヒーターによ
り加熱し、ICを加熱する場合は、ICを基板上に搬送
・装着する吸着ツール等をヒーターにより加熱する。ス
テージは多くの場合その構造上、あるいは生産性向上の
ため、ステージ全体を常時加熱する。一方、IC加熱に
パルスヒート法を用いると、接合時のみかつ基板上の接
合箇所のみを加熱することが可能である。
【0005】図3に従来のフリップチップ実装の概要が
示されている。図3において、40はステージ、41は
基板、42、43、44、45、46は接合材料、4
7、48、49はICチップ、50は吸着ツールであ
る。図3の例では、基板上にあらかじめ接合材料として
メッキにより供給されたスズバンプ42、43、44、
45、46が設けられており、この上にICチップを実
装する。実装の順序は、接合箇所42、43、44、4
5、46の順番である。ICチップが実装される前に、
まず100℃〜150℃程度に加熱されたステージ40
上に基板41がセットされる。ここで、ステージ40は
その全体が常時加熱されており、基板41のセット前か
ら実装が完了し、基板が取り外されるまで温度は常に一
定である。ステージ40にセットされた基板41上に吸
着ツール50により搬送されたICチップが装着され
る。図3は、ICチップ47、48はすでに実装済み
で、ICチップ49が実装されているときの様子を示し
ている。ICチップ上の電極には接合のためのバンプが
形成されており、吸着ツール50の内部にヒーターを組
み込み、加熱することによりIC側からも接合部分を加
熱し接合効率を向上させ、なおかつ吸着ツール50に超
音波をかけることにより接合する。図3では、たとえば
接合材料42、43は接合を完了しているが、接合材料
44、45、46へのIC実装が完了するまで、ステー
ジ40による加熱が持続されることになり、熱による劣
化が進行する。また一方、例えば接合材料46では、接
合材料42、43、44、45への実装が完了し46へ
実装が始まるまでの間、ステージ40による加熱が続け
られるため酸化が進行し、スズメッキ表面が酸化し接合
品質が劣化する。以上のように、従来はステージ40全
体を常時加熱する基板加熱方法が用いられており、実装
時以外すなわち実装されるまでと実装後の時間帯におい
ても、不要な熱が接合部分に加えられることになり、実
装品質に悪影響をおよぼす結果となる。
【0006】
【本発明が解決しようとする課題】前述した通り、従来
の基板加熱方法では、一枚の基板上へ複数個実装する場
合、IC実装がすべて完了するまで常時加熱される。し
たがって、一つの接合箇所に、実装時のみならずそれ以
外の時間帯すなわち実装されるまでと実装後も、基板が
ステージに取りつけられてから取り外されるまでの間、
常時熱が加わり続けることになる。接合材料が酸化され
やすい物質、たとえばスズ(Sn)やはんだ(Sn・P
bの合金)である場合や、接合材料と接合母材(IC、
基板の電極)間で拡散などの反応が生じやすい組合せの
場合は、実装する時以外に必要以上の加熱を行うことは
好ましくない。その一例として、基板上の電極がスズめ
っきバンプである場合、実装までの待ち時間の間にスズ
表面が酸化されて接合品質に悪影響を与え、また接合後
の加熱により接合部分に熱ストレスが加わり、信頼性低
下の原因となる。
【0007】ICのフリップチップ実装においては、I
Cと基板の接合の高品質化・高信頼性化が要求されてい
る。本発明は、基板とICのフリップチップ接合におい
て、上記要求を実現できるような基板加熱方法を提供す
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明は、IC実装箇所のみ、かつ実装時のみ基板を加
熱するものである。これにより接合材料の酸化や接合後
の熱ストレスが低減でき、接合の高品質化・高信頼性化
が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、半導体ICフリップチップ実装において、ICを基
板に実装する際に、ICが実装される箇所のみを加熱
し、順次ICを基板に実装することを特徴とする基板加
熱方法であり、実装済みのICチップや未実装の接合部
分は加熱されないので、これらの部分における劣化は進
行せず、接合の高品質化および高信頼性化を果たす作用
を有する。
【0010】請求項2に記載の発明は、ICが複数個実
装される基板を保持するステージ内に、個別に加熱ヒー
ターが組み込まれた複数個の加熱ツールを有し、IC実
装時に実装部分の加熱ヒーターのみを通電して、局所的
に加熱し、順次ICを基板に実装することを特徴とする
請求項1記載の基板加熱方法であり、基板を局時および
局所的に加熱を行う作用を有する。
【0011】請求項3に記載の発明は、ICが複数個実
装される基板を保持するステージ内に、基板の直下で上
下および前後左右に移動可能な加熱ツールを有し、前記
加熱ツールが基板の実装部分に移動して基板に接触する
ことにより、ICの実装時に実装部分のみを局所的に加
熱し、順次ICを基板に実装することを特徴とする請求
項1記載の基板加熱方法であり、請求項2記載の発明と
同様、基板の局時および局所的加熱を行う作用を有す
る。
【0012】以下、本発明の実施の形態について、図1
および図2を用いて説明する。 (実施の形態1)図1に、本発明の実施の形態における
IC実装の概要が示されている。図1において、1、
2、3、4、5はステージ機能を兼ねた固定加熱ツール
である。6は基板、7、8、9、10、11は接合材料
で、従来例と同様スズメッキバンプである。12、1
3、14はICチップ、15はIC搬送・装着用の吸着
ツールである。ここで加熱ツール1〜5にはそれぞれ個
別にヒーターが組み込まれており、各々単独で通電加熱
することが可能である。実装の流れとしては、まず、室
温状態の加熱ツール1〜5上に基板6がセットされる。
基板がセットされたときは、まだ加熱ツール1〜5のす
べてが通電加熱されていない。次に、ICチップが吸着
ツール15により基板上に装着される。たとえば、IC
チップ12が装着されるときは、加熱ツール1のみが通
電加熱され接合材料7を加熱し、ICチップ12の実装
が完了すると、加熱ツール1の通電は停止し、加熱を中
止する。次に、ICチップ13を装着するときは、加熱
ツール2のみが加熱されICチップ13の実装が終わる
と加熱を停止する。図1は、ICチップ14が実装され
ている状態を示しており、このときは加熱ツール3のみ
が通電されている。以上のような方法で実装部分の加熱
ツールのみが通電され、これを繰り返すことによりIC
実装が行われる。したがって図1の状態では、実装済み
のICチップ12、13の接合材料7、8および未実装
の接合材料10、11は加熱されないので劣化が進行せ
ず、その結果として高品質のIC実装が実現できる。 (実施の形態2)図2には実施の形態2におけるIC実
装の概要が示されている。図2において、21は上下左
右前後に移動可能な加熱ツール、22は基板保持用の金
具、23は基板である。24、25、26、27、28
は接合材料としてのスズメッキバンプ、29、30、3
1はICチップ、32はICチップ搬送・装着用の吸着
ツールである。実装の流れとしては、まず、基板23が
金具22により所定の位置に固定される。次に、ICチ
ップが吸着ツール32により搬送され、基板上に装着、
実装される。このとき加熱ツール21は実装位置に移動
し基板の実装部分のみを加熱する。たとえばICチップ
29を実装するときは、加熱ツールはいったん基板から
離れて接合材料24の直下に移動し、ICチップ29の
装着と同時に上昇し、基板23に接触し接合材料24の
みを加熱する。実装が終わると加熱ツール21は基板か
ら離れた位置で待機する。次に、ICチップ30を実装
するときも、同様の動作で装着と同時に接合材料25の
直下の基板表面を接触加熱し、実装が終わると基板から
離れ待機する。図2はICチップ31が実装されている
状態を示しており、このあと接合材料27、28上への
ICチップの実装も同様にして行われる。以上のような
基板加熱方法でICチップを実装すれば、実施の形態1
と同様、実装時に実装分のICチップの接合材料のみを
加熱するので、それ以外の部分の熱による劣化が防止で
き、結果として高品質なIC実装が実現できる。
【0013】なお、上記の実施の態様においては、加熱
ツールはICチップが実装される箇所のみを加熱してい
るが、これに限定されず実装箇所の周辺まで加熱するこ
ともできる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、実装時に
実装部分のみを局所的に加熱することにより、実装済み
のICや未実装の接合部分は加熱されず、これらの部分
における熱による劣化の進行は防止され、高品質なフリ
ップチップ実装を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による基板加熱方法およびICチップ実
装の概要図である。
【図2】本発明による他の基板加熱方法およびICチッ
プ実装の概要図である。
【図3】従来の基板加熱方法およびICチップ実装の概
要図である。
【符号の説明】
1、2、3、4、5、21 基板加熱ツール 6、23、41 基板 7、8、9、10、11、24、25、26 接合材料 27、28、42、43、44、45、46 接合材料 12、13、14、29、30、31、47、48、4
9 ICチップ 15、32、50 吸着ツール 22 基板固定金具 40 ステージ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ICフリップチップ実装におい
    て、ICを基板に実装する際に、ICが実装される箇所
    のみを加熱し、順次ICを基板に実装することを特徴と
    する基板加熱方法
  2. 【請求項2】 ICが複数個実装される基板を保持する
    ステージ内に、個別に加熱ヒーターが組み込まれた複数
    個の加熱ツールを有し、IC実装時に実装部分の加熱ヒ
    ーターのみを通電して局所的に加熱し、順次ICを基板
    に実装することを特徴とする請求項1記載の基板加熱方
  3. 【請求項3】 ICが複数個実装される基板を保持する
    ステージ内に、基板の直下で上下および前後左右に移動
    可能な加熱ツールを有し、前記加熱ツールが基板の実装
    部分に移動して基板に接触することにより、ICの実装
    時に実装部分のみを局所的に加熱し、順次ICを基板に
    実装することを特徴とする請求項1記載の基板加熱方法
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