安装装置和安装方法与流程

本发明涉及安装装置和安装方法。详细而言，涉及对借助热硬化性树脂而临时固定在基板上的多个半导体芯片进行热压接从而进行安装的安装装置和安装方法。

背景技术：

在半导体安装领域中，由于对高密度化的需求，作为三维安装的晶片上芯片方法(以下记为“cow方法”)受到关注。cow方法是在内置有要分割成半导体芯片的电路部件的晶片上接合半导体芯片而进行安装的方法，如图14所示(晶片俯视图为图14的(a)、其a-a剖视图为图14的(b))，将一张晶片作为基板3并安装多个半导体芯片2。

当这样将多个半导体芯片2安装在基板3上时，使用如下的工艺(以下记为“临时正式分割工艺”)：如图15的(a)那样借助未硬化的热硬化性粘接剂4将半导体芯片2临时固定在基板3上然后进行加热压接，使半导体芯片2的凸块21熔融而与基板3的电极31接合，并且使热硬化性树脂4硬化(图15的(b))。在该临时正式分割工艺中，能够同时对多个半导体芯片进行热压接。因此，与将半导体芯片一个一个配置在规定的部位而进行热压接的情况相比，能够缩短整体的生产时间。

该临时正式分割工艺中，利用热硬化性树脂将所要安装的所有半导体芯片临时固定在基板上然后进行热压接。具体而言，在热压接中，如图16、图17的(a)所示，利用具有同时对多个半导体芯片进行按压的按压面的压接工具5进行热压接。图17的(a)示出一次对四个半导体芯片2进行热压接的情况，在进行热压接时，一边使用压接头5对半导体芯片2进行加热一边向基板3侧加压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-274227号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

如上所述，在临时正式分割工艺中，将所要安装的所有半导体芯片2临时固定在基板3上然后利用压接头5进行加热压接。因此，通常在热压接对象的半导体芯片2的周围，临时固定状态的半导体芯片2相邻。但是，这些临时固定状态的半导体芯片2的热压接尚未实施，因此不希望使热硬化性树脂4的硬化开始。即，若热硬化性树脂4在进行热压接之前发生硬化，则即使加压，图15的(a)中的半导体芯片2的凸块21与基板3的电极3的距离也不会缩短，有时会导致接合不良。

因此，需要防止对与压接头5所热压接的半导体芯片2相邻的半导体芯片2进行临时固定的热硬化性树脂4的硬化开始。

因此，以往使用了对基板3的整个面进行支承的压接台70(图18的(a))，还提出了如专利文献1记载的那样使用仅对压接头5所热压接的区域进行支承的压接台7的结构(图18的(b))和在进行热压接的区域的周围利用冷却块72对基板3进行冷却的结构(图18的(c))。

但是，专利文献1记载的结构中，作为基板3以热传导率为0.3w/(m·k)左右的环氧玻璃等作为对象，与此相对，cow所用的硅的热传导率非常大，为120w/(m·k)左右。因此，即使在图18的(b)的结构中，热压接对象区域的热量也会经由基板3而加热至对周边的半导体芯片2进行临时固定的热硬化性树脂4。另外，在采用图18的(c)的结构的情况下，热量经由基板3逸出至冷却块72，因此无法将热压接对象区域加热至规定的温度而成为接合不良的原因，因此是不优选的。

本申请发明是鉴于上述问题而完成的，提供安装装置和安装方法，当对利用热硬化性树脂而临时固定在硅晶片等热传导率高的基板上的半导体芯片进行热压接时，不会给热压接对象以外的半导体芯片带来不良影响。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题，技术方案1所述的发明是安装装置，其对借助热硬化性粘接剂而临时固定在基板上的多个半导体芯片进行热压接，其中，

该安装装置具有：

压接头，其用作按压面，将包含一个以上的半导体芯片的区域作为加压区域进行按压；

压接台，其从所述基板的背面对所述加压区域进行支承；以及

冷却单元，其对与所述加压区域的周围相邻的半导体芯片进行冷却。

技术方案2所述的发明根据技术方案1所述的安装装置，其中，

所述冷却单元对如下的区域进行冷却：该区域在所述加压区域的紧挨着的外侧且不超过与所述加压区域相邻的芯片。

技术方案3所述的发明根据技术方案1或2所述的安装装置，其中，

在所述压接头与所述冷却单元之间设置有隔热板。

技术方案4所述的发明根据技术方案1～3中的任意一项所述的安装装置，其中，

所述冷却单元是空冷喷嘴。

技术方案5所述的发明根据技术方案1～4中的任意一项所述的安装装置，其中，

仅对与所述加压区域的周围相邻的半导体芯片中的未实施热压接的半导体芯片进行冷却。

技术方案6所述的发明根据技术方案5所述的安装装置，其中，

在所述加压区域的三条边的外侧设置有冷却单元。

技术方案7所述的发明根据技术方案6所述的安装装置，其中，

同时运转的冷却单元仅是设置在三条边的外侧的冷却单元中的垂直的两条边的外侧的冷却单元。

技术方案8所述的发明根据技术方案1～7中的任意一项所述的安装装置，其中，

所述冷却单元相对于所述基板设置在临时固定有所述芯片的一侧。

技术方案9所述的发明根据技术方案1～8中的任意一项所述的安装装置，其中，

所述冷却单元相对于所述基板设置在临时固定有所述芯片的背面侧。

技术方案10所述的发明是安装方法，对借助热硬化性粘接剂而临时固定在基板上的多个半导体芯片按照每次一个以上的方式依次进行热压接，其中，

在对半导体芯片进行热压接时，仅将基板的所述进行热压接的区域支承在平面上，仅对所述进行热压接的区域的半导体芯片进行加压并进行加热，另一方面，在所述加热的同时对与所述进行热压接的区域的周围相邻的半导体芯片进行冷却。

技术方案11所述的发明根据技术方案10所述的安装方法，其中，

使用热传导率为50w/mk以上的材质作为所述基板的材质。

发明效果

提供安装装置和安装方法，当对利用热硬化性树脂而临时固定在硅晶片等热传导率高的基板上的半导体芯片进行热压接时，不会给热压接对象以外的半导体芯片带来不良影响。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的安装装置的结构的图。

图2是示出本发明的实施方式的安装装置的热压接部的图。

图3的(a)是从上方观察本发明的实施方式的安装装置中所用的基板和基板把持单元的图，图3的(b)是从侧方观察本发明的实施方式的安装装置中所用的基板和基板把持单元的图。

图4的(a)是示出在本发明的实施方式的安装装置中一次进行热压接的区域的图，(b)是对在本发明的实施方式的安装装置中进行热压接的压接头和冷却单元进行说明的图。

图5是对本发明的实施方式的安装装置的动作例进行说明的图，其中，(a)是对加热压接前的压接头下降的状态进行说明的图，(b)是对进行加热压接的状态进行说明的图，(c)是对在加热压接后压接头上升且压接台下降了的状态进行说明的图，(d)是对基板进行移动的状态进行说明的图。

图6是对本发明的实施方式的安装装置的另一动作例进行说明的图，其中，(a)是对加热压接前的压接头下降的状态进行说明的图，(b)是对进行加热压接的状态进行说明的图，(c)是对在加热压接后压接头上升且压接台下降了的状态进行说明的图，(d)是对基板进行移动的状态进行说明的图。

图7是本发明的实施方式的变形例，其中，(a)是仅在与半导体芯片临时固定面相反的一侧设置有冷却单元的例子，(b)是在半导体芯片临时固定面侧及其相反的一侧这双方设置有冷却单元的例子。

图8是示出使用本发明的实施方式的变形例多层同时安装半导体芯片的状态的图。

图9是示出通过本发明的实施方式的安装装置进行安装的位置的顺序的例子，其中，(a)是示出最初进行安装的部位的图，(b)是示出依次进行安装的方向的图。

图10是利用本发明的实施方式的安装装置的例子的图，其中，(a)是示出根据安装顺序省略冷却单元的例子的图，(b)是示出还省略隔热板的例子的图。

图11是确定利用本发明的实施方式的安装装置进行安装的位置的顺序的情况的图，其中，(a)是示出热压接区域的图，(b)是示出以边为单位对压接头周围的冷却单元进行控制的状态的图。

图12是确定利用本发明的实施方式的安装装置进行安装的位置的顺序的情况的图，其中，(a)是示出热压接区域的图，(b)是示出以边为单位对压接头周围的冷却单元进行控制的状态的图。

图13的(a)是示出将利用本发明的实施方式的安装装置进行安装的顺序限定为一个方向的例子的图，(b)是示出在进行安装的顺序为一个方向的情况下省略冷却单元的例子的图。

图14的(a)是示出在硅晶片基板上临时固定有多个半导体芯片的状态的俯视图，(b)是示出剖视图的图。

图15的(a)是利用热硬化性粘接剂将半导体芯片临时固定在基板上的状态的剖视图，(b)是示出在该状态下对半导体芯片进行了热压接之后的状态的图。

图16是示出对临时固定在硅晶片基板上的半导体芯片以多个为单位进行热压接的例子的图。

图17是对临时固定在基板上的半导体芯片以多个为单位进行热压接的图，其中，(a)是示出压接头的按压面的图，(b)是示出压接头的按压面的剖视图的图。

图18是对临时固定在基板上的半导体芯片进行热压接时的图，其中，(a)是示出通常的压接台的图，(b)是示出仅对加热压接区域进行支承的压接台的图，(c)是示出仅对加热压接区域进行支承的压接台和对周边芯片进行冷却的块的图。

具体实施方式

使用附图对本发明的实施方式的一例进行说明。

图1是示出本发明的安装装置1的图。安装装置1对临时固定在基板3上的半导体芯片2进行热压接。如图15的(a)所示，半导体芯片2借助粘接剂4而临时固定在基板3上。

在图1中，将左右方向作为x轴方向、将进深方向作为y轴方向、将上下方向作为z轴方向进行说明。图1的安装装置1具有压接头5、基板把持单元6、压接台7、以及压接头5的周围的冷却单元51，各部分通过控制部8进行控制。另外，也可以如图2所示在压接头5与冷却单元51之间设置隔热板52。

半导体芯片2如图15的(a)所示那样具有凸块，作为凸块材料，通常使用焊料。另外，作为基板3，设想是如图3的(a)中示出俯视观察的图那样的硅晶片，但并不限于此，也可以应用于由其他材质构成的基板，但为了充分运用本发明的特征，期望使用热传导率为50w/(m·k)以上的材料作为基板。

作为将半导体芯片2固定于基板3的热硬化性粘接剂4，期望为非导电性膜(以下记为“ncf”)，但并不限于此，也可以为非导电性糊料(以下记为“ncp”)。

压接头5具有如下的功能：在上下方向(z轴方向)上移动而对临时固定在基板3上的半导体芯片2进行加压，并且利用内置加热器对半导体芯片2进行加热。如图4的(a)所示，在安装装置1中具有一并对四个半导体芯片2进行加压的按压面，但并不限于此，按压面的面积可以比上述按压面小也可以比上述按压面大。但是，按压面需要具有不与除了按压对象的半导体芯片2以外的半导体芯片2接触的形状。即，在通过图4的(a)中的压接头5的按压面进行按压的加压区域中，一并对四个半导体芯片进行按压，另一方面不会对与加压区域相邻的半导体芯片2进行按压。

另外，通常半导体芯片2的形状为长方形，因此期望安装装置1中的压接头5的按压面的形状也为长方形，冷却单元51如图4的(b)所示那样设置在长方形的各边。冷却单元51对加压区域的周围进行冷却，在本实施方式中，对在加压区域的紧挨着的外侧且不超过与加压区域相邻的芯片的区域进行冷却。作为具体的区域冷却单元51，优选空冷喷嘴，其具有如下的功能：将冷却空气吹送至与加压区域相邻的半导体芯片2的上表面(不与基板3面对的那一侧)而防止对与加压区域相邻的半导体芯片2进行临时固定的粘接剂4的温度上升。另外，在图4的(b)中，根据设置冷却单元51的边的方向，将图中的上侧作为冷却单元51c、下侧作为冷却单元51u、左侧作为冷却单元51l、右侧作为冷却单元51r。

也可以在压接头5与冷却单元51之间设置隔热板52，通过隔热板52能够防止压接头5与冷却单元51之间的导热。在压接头5的按压面的形状为长方形的情况下，与冷却单元51同样地，隔热板52也设置成长方形的各片。即，在图4的(b)中，根据设置有隔热板52的边的方向，将图中的上侧作为隔热板52c、下侧作为隔热板52u、左侧作为隔热板52l、右侧作为隔热板52r。

如图3所示，基板把持单元6对基板3的周围进行把持，但也可以不像图3的(a)那样对整个圆周进行把持，而对周围的几个部位进行把持。基板把持单元具有通过未图示的驱动单元使基板3在x轴方向、y轴方向和以z轴方向为旋转轴的θ方向上移动的功能，还可以具有在z轴方向上移动的功能。

压接台7从基板3的下表面支承由压接头5进行加热压接的加压区域，压接台7可以具有对基板进行吸附保持的功能。压接台7可以根据需要而内置有加热器，在加压区域中从基板3侧进行加热。另外，压接台7也与压接头5同样地仅对临时固定有按压对象的半导体芯片2的区域进行支承。

控制部8具体可以为利用数据总线连接cpu、rom、ram、hdd等的结构，或者也可以为由单芯片lsi等构成的结构。在控制部8中保存有用于对与控制部8连接的各种构成要素进行控制的各种程序及数据。

控制部8与压接头5连接，能够对压接头5的上下方向(z轴方向)的移动以及加压力进行控制，并且能够对加热温度进行控制。

控制部8与冷却单元51连接，能够对冷却功能进行控制。这里，在冷却单元51如图4的(b)所示那样设置在多个边的情况下，控制部8可以是能够以边为单位对冷却功能进行控制的结构。

控制部8与基板把持单元6连接，能够对基板把持单元6的xy方向和θ方向的移动进行控制，也能够根据需要对上下方向(z轴方向)的移动进行控制。

控制部8与压接台7连接，能够对压接台7的上下方向(z轴方向)的移动进行控制。另外，控制部8可以具有对压接台7的加热温度进行控制的功能，也可以具有使基板3的吸附保持功能接通和断开的功能。

以下，对使用安装装置1对临时固定在基板3上的半导体芯片2进行热压接的动作进行说明。

首先，图5的(a)是在压接台7对基板3的加压区域进行了保持的状态下使压接头下降的状态，图5的(b)是压接头5对加压区域的半导体芯片5进行加热压接的状态，加热压接结束后，如图5的(c)所示那样压接头5上升并且压接台7下降，然后按照使接着要进行加热压接的半导体芯片2进入压接头5与压接台之间的方式，(利用基板把持单元6)使基板3水平移动(图5的(d))，然后压接台7上升而成为与图5的(a)相同的状态。另外，在图5的(c)、图5的(d)中压接台7下降，但也可以采用利用基板把持单元6使基板3的位置上升的结构。

在以上的过程中，至少在图5的(b)的阶段，冷却单元51运转而对与进行加热压接的半导体芯片2的周边相邻的半导体芯片2进行冷却。在冷却单元51是空冷喷嘴的情况下，利用冷却空气对半导体芯片2的上表面(与面对基板的那一侧相反的面)进行冷却。由此，虽然存在从基板3侧传递的热量，仍能够抑制用于对冷却的半导体芯片2进行临时固定的热硬化性粘接剂4发生温度上升，能够防止硬化开始。这里，冷却单元51需要防止对冷却对象的半导体芯片2进行临时固定的热硬化性粘接剂4的硬化开始，另一方面，若冷却至压接头5的按压面内的加压区域时，会导致凸块的焊料熔融及热硬化性树脂4的硬化不完全，给安装品质带来不良影响，因此不优选其冷却能力过强。因此，冷却能力需要根据安装条件(半导体芯片2、基板3、热硬化性粘接剂4的物性、形状和热压接工艺等)而设定适当的条件。例如在使用空冷喷嘴作为冷却单元51的情况下，可以预先优化冷却空气的温度、流量、流出方向等。

另外，冷却单元51也可以不仅在图5的(b)所示的热压接状态时发挥功能，在图5的(a)的压接头5的下降阶段及图5的(c)的压接头上升阶段也发挥功能，还可以在压接头5的按压面与(加压对象的)半导体芯片2的距离达到规定的范围内时发挥功能。

另外，在图5的(a)至图5的(d)中，示出了冷却单元51与压接头5同步进行动作的例子，但也可以采用如图6的(a)至图6的(d)所示那样、冷却单元51不在上下方向上移动而使压接头5进行上下的结构。

在目前为止的说明中，作为冷却单元，以设置在压接头5的周围的例子、即从临时固定有半导体芯片2的那一侧进行冷却的冷却单元51为前提，但也可以采用设置从没有临时固定半导体芯片2的那一侧的面对基板进行冷却的冷却单元71的结构(图7的(a)、图7的(b))。通过从没有临时固定半导体芯片2的那一侧的面对基板进行冷却，从而例如对于一并对图8所示那样的按照多层而临时固定层叠的半导体芯片2进行热压接时的相邻半导体芯片2的冷却是有效的。

另外，在图4的(b)中，在长方形的压接头5的按压面的四边的所有方向上设置了冷却单元51，但多数情况无需同时运转所有方向的冷却单元。例如，若在图4的(a)中处于与压接头5的所有方向相邻的半导体芯片2被未硬化的热硬化性粘接剂4临时固定的状态，则需要使四边的所有方向的冷却单元51运转，但这样的状况在现实中极为罕见。

即，有时在长方形的压接头5的四边的某方向上不存在利用未硬化的热硬化性粘接剂4临时固定的(临时固定状态的)半导体芯片2。这里，不存在临时固定状态的半导体芯片2是指不存在半导体芯片2、或半导体芯片2已经实施了加热压接之后的状态。这样，当在压接头5的特定的边的方向上不存在临时固定状态的半导体芯片2的情况下，不需要对该边的方向进行冷却。因此，位于不存在临时固定状态的半导体芯片2的方向的边的冷却单元51可以不运转。

下面以具体的例子示出，在使压接头5从图9的(a)的位置起按照图9的(b)的箭头的顺序实施加热压接的情况下，在图中的上方向上，属于不存在半导体芯片2、或存在加热压接实施后的半导体芯片2的某种情况，不会存在临时固定状态的半导体芯片2。因此，在图4的(b)所示的冷却单元51中，无需使冷却单元51c运转。因此，也可以采用如图10的(a)所示省略了图4的(b)中的冷却单元51c的结构，也可以省略图4的(b)中的隔热板52c。即，可以仅在压接头5的按压面所形成的长方形的四边内的三边设置冷却单元51。通过采用这样的结构，能够削减装置成本。

另外，在按照图9的(b)的箭头的顺序进行加热压接的情况下，当从右向左移动加热压接部位而进行加热压接时(例如图11的(a))，存在于压接头5的右侧的半导体芯片2也是加热压接实施后的半导体芯片，在图11的(b)所示的冷却单元51中，冷却单元51r可以不运转。反过来，当从左向右移动加热压接部位而进行加热压接时(例如图12的(a))，存在于压接头5的左侧的半导体芯片2也是加热压接实施后的半导体芯片，在图12的(b)所示的冷却单元51中，冷却单元51l可以不运转。即，在按照图9的(b)的箭头的顺序进行加热压接的情况下，仅在压接头5的按压面所形成的长方形的四边内的三边设置冷却单元，并且同时运转的冷却单元可以仅为三边中的垂直的两边。通过这样的功能，能够削减装置的运行成本。

另外，作为特殊的例子，在如图13的(a)所示、加热压接部位的移动仅为一个方向的情况下，可以不在图中的上方向以及朝向与移动方向相反的那一侧的边设置冷却单元51。在图13的(b)中示出该例。

如上所述，通过本发明，在对利用热硬化性树脂而临时固定在硅晶片等热传导率高的基板上的半导体芯片进行热压接时，对于热压接对象以外的半导体芯片不会带来不良影响而进行热压接。并且，通过纳入将可带来不良影响的范围限定为最小限度的装置结构和功能，抑制装置成本、运行成本而实现本发明。

标号说明

1：安装装置；2：半导体芯片；3：基板；4：热硬化性粘接剂；5：压接头；6：基板把持单元；7：压接台；8：控制部；51：冷却单元；52：隔热板；71：冷却单元。