半导体芯片的安装装置及安装方法与流程

本申请涉及一种将半导体芯片接合(bonding)而安装于基板或其他半导体芯片之上的安装装置及安装方法。

背景技术：

以前，将半导体芯片接合而安装于基板的上表面或其他半导体芯片的上表面(以下统称为“安装面”)的安装装置已广为人知。在半导体芯片的底面设置着包含热硬化性树脂的粘接剂、或用以确保电性连接的被称作凸块(bump)的导电性金属。通过将所述粘接剂加热而使其硬化或使凸块熔接于安装面的电极，而将半导体芯片接合于安装面。

安装装置中，为了接合半导体芯片而设置着将半导体芯片自上表面加压并加热的接合头(bondinghead)。利用所述接合头对半导体芯片的上表面进行加热加压，由此热硬化性的粘接剂硬化，且凸块熔接于电极。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，现有的安装装置中，半导体芯片主要自上表面受到加热。所述情况下，根据安装的形式或半导体芯片的种类，存在如下情况：接合时产生温度的不均，进而，产生安装品质的不均。例如，已知在一部分，将多个半导体芯片在厚度方向上层叠而以多段堆叠(stack)的形式安装的技术。所述情况下，接合芯片在将多个半导体芯片逐个地依序暂时压接并层叠后，对所获得的层叠体的上表面加热加压，由此一次性地对多个半导体芯片进行正式压接。正式压接时，理想的是全部的半导体芯片被加热至粘接剂的硬化温度以上且凸块的熔融温度以上。然而，现有的安装装置中，正式压接时，因利用接合头对层叠体的上表面进行加热加压，故越靠近层叠体的下侧(越靠近下层的半导体芯片)，温度越容易下降。换言之，现有的安装装置中，在执行多段堆叠的情况下，层叠方向上会产生温度梯度。此种温度梯度会引起粘接剂的硬化或凸块的熔融的进行程度之差异，进而，引起安装品质之差。

而且，即便在将半导体芯片仅接合一段的情况下，在其尺寸相对较大时，也容易产生所述半导体芯片内的温度差。亦即，在利用接合头将大尺寸的半导体芯片自上表面加热加压的情况下，半导体芯片的周缘附近较之中央部容易变得低温。结果，一个半导体芯片内会产生温度梯度，而导致安装品质的降低。

因此，本申请中公开了一种可进一步提高半导体芯片的安装品质的安装装置。

解决问题的技术手段

本申请中公开的安装装置包括：接合头，将半导体芯片按压并接合于基板或其他半导体芯片；以及加热机构，在执行所述接合时自侧方加热所述半导体芯片。

通过设为所述构成，也可自侧方加热半导体芯片，从而可减少接合对象的半导体芯片的温度的不均。结果，可进一步提高半导体芯片的安装品质。

所述加热机构也可自所述半导体芯片的整个周围加热。

通过设为所述构成，可进一步减少接合对象的半导体芯片的温度的不均，可进一步提高半导体芯片的安装品质。

而且，所述接合头也可在将两个以上的半导体芯片暂时压接并层叠后，对所获得的层叠体的上表面进行加热及加压，由此一次性地将所述两个以上的半导体芯片正式压接，所述加热机构也可在所述正式压接时自侧方加热所述层叠体。

通过设为所述构成，可减少以多段堆叠而安装时成为问题的层叠方向的温度的不均，即便是多段堆叠也可提高安装品质。

而且，所述加热机构也可包括传热体，所述传热体安装于所述接合头的前端部而传递所述接合头的热，且自所述前端部的周缘附近向下方延伸。

而且，所述加热机构也可包括加热体，所述加热体通过与所述接合头联动地或独立地升降，在执行所述接合时，配置于所述半导体芯片的侧方而由热源加热。

而且，所述加热机构也可包括向所述半导体芯片的侧方吹送暖风的暖风喷射机构。

而且，所述加热机构也可包括线圈，所述线圈配置于所述半导体芯片的周围，通过被施加交流电流而对所述半导体芯片进行感应加热。

而且，所述加热机构也可包括灯退火机构，所述灯退火机构通过向所述半导体芯片的侧方照射光而进行光加热。

而且，本申请中公开的半导体芯片的安装方法当通过接合头自上表面按压半导体芯片而将所述半导体芯片接合于基板或其他半导体芯片时，通过加热机构也自侧方加热所述半导体芯片。

通过设为所述构成，也可自侧方加热半导体芯片，从而可减少接合对象的半导体芯片的温度的不均。结果，可进一步提高半导体芯片的安装品质。

发明的效果

根据本申请中公开的安装装置及安装方法，也可自侧方加热半导体芯片，可减少接合对象的半导体芯片的温度的不均。结果，可进一步提高半导体芯片的安装品质。

附图说明

图1是表示利用安装装置将多个半导体芯片以多段堆叠的形式安装的情况的图。

图2是表示利用安装装置未将半导体芯片层叠便安装的情况的图。

图3是表示利用安装装置将多个半导体芯片以反及(nand)堆叠的形式安装的情况的图。

图4是表示加热机构的构成的一例的图。

图5是表示加热机构的构成的另一例的图。

图6是表示加热机构的构成的另一例的图。

图7是表示加热机构的构成的另一例的图。

图8是表示加热机构的构成的另一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对半导体芯片100的安装装置进行说明。图1是表示使用安装装置安装半导体芯片100的情况的概略图。图1中示出以层叠着多个半导体芯片100的状态，亦即，以多段堆叠而安装的情况。其中，如后述那样，本申请中公开的技术不限于以多段堆叠而安装的情况，其他情况下也可适用。

图1的例中，在各半导体芯片100的底面形成着凸块102，所述凸块102用于与位于下侧的基板110的上表面或其他半导体芯片100的上表面(以下统称为“安装面”)中形成的电极电性连接。凸块102包含导电性金属，例如铜等，在规定的熔融温度tm以上可逆地软化、熔融。

而且，在半导体芯片100的底面，以覆盖所述凸块102的方式设置着非导电性膜(non-conductivefilm)104(以下称作“ncf104”)。ncf104包含热硬化性树脂，若为规定的软化温度ts以上，则可逆地软化，若为高于软化温度的硬化温度th以上，则不可逆地硬化。

在将多个半导体芯片100以多段堆叠而安装的情况下，通常，在基板110之上，将多个(图示例中4个)半导体芯片100依序逐个地暂时压接并层叠而形成暂时层叠体，然后，对所述暂时层叠体的上表面一边加热一边加压，从而一次性对多个半导体芯片100进行正式压接。此处，暂时压接时，一边将半导体芯片100压抵至安装面，一边以ncf104的软化温度ts以上、小于硬化温度th且小于凸块102的熔融温度tm进行加热。由此，ncf104软化，无间隙地渗透至半导体芯片100与安装面之间。而且，此时，通过适度地加压，凸块102推开ncf104而与安装面的电极接触。正式压接时，一边推压暂时层叠体，一边将半导体芯片100加热至ncf104的硬化温度th以上，且凸块102的熔融温度tm以上。由此，凸块102熔接于对应的电极，并且ncf104硬化。

如图1所示那样，在安装半导体芯片100的安装装置设置着接合载台12及接合头14。接合载台12是供基板110载置的载台。接合载台12能够相对于接合头14在水平方向上移动。而且，接合载台12可内置加热器(未图示)，也可视需要加热基板110。

接合头14通过将半导体芯片100一边压抵至安装面一边加热，而将所述半导体芯片100接合于安装面。具体而言，接合头14可在其前端部18抽吸保持半导体芯片100，而且，能够进行绕铅垂的轴rb的旋转及沿着铅垂的轴rb的升降。所述接合头14具有适当加热前端部18的加热器20。接合头14对由未图示的芯片供给装置供给的半导体芯片100进行抽吸保持而载置于安装面上。而且，接合头14将载置于安装面的半导体芯片100的上表面压抵至安装面并加热。

此处，如所述那样，在将多个半导体芯片100以多段堆叠而安装时，将多个半导体芯片100逐个地依序暂时压接并层叠后，对所获得的层叠体一边自上表面加热一边加压，由此一次性地对多个半导体芯片100进行正式压接。所述正式压接时，需要将全部的半导体芯片100的ncf104加热至硬化温度th以上，而且，将凸块102加热至熔融温度tm以上。然而，接合头14因仅自上表面加热层叠体的关系，而多个半导体芯片100中的上层的半导体芯片100容易变得高温，下层的半导体芯片100容易变得低温。亦即，一个层叠体中产生越靠近下方越低温的温度梯度。此种温度梯度会引起ncf104的硬化或凸块102的熔融的进行程度之差异，从而引起半导体芯片100间的安装状态的不均，进而安装品质的不均。

本申请公开的安装装置中，为了抑制此种半导体芯片100间或半导体芯片100内的温度梯度的发生，而设置自侧方加热半导体芯片100的加热机构16。加热机构16的具体构成例将在以后进行详细说明，所述加热机构16只要可自侧方加热半导体芯片100，则其构成不作特别限定。其中，加热机构16为了不会成为接合处理的障碍，理想的是可与接合头14联动地或与接合头14独立地升降。

而且，加热机构16只要可加热半导体芯片100，则可以是将其他发热体(例如接合头14等)的热传递至半导体芯片100的构成，也可具有自发热的发热体。而且，加热机构16也可以是通过电磁作用或光加热作用使半导体芯片100自身发热的构成。而且，加热机构16理想的是对半导体芯片100的整个周围进行加热，但也可以是仅加热一部分的构成。因此，例如，加热机构16可以是仅设置于半导体芯片100的左侧且仅自所述左侧加热的构成。

总之，执行正式压接时，利用加热机构16自侧方加热半导体芯片100的层叠体，由此也可适当地加热位于下层的半导体芯片100。结果，可抑制层叠体内的温度梯度的发生，可使多个半导体芯片100间的安装品质均匀化。

另外，此种加热机构16不限于设置于以多段堆叠而安装的安装装置，也可设置于其他安装装置。例如，如图2所示，也可在不层叠半导体芯片100而在以一段安装(正式压接)于基板110的安装装置设置加热机构16。尤其在对相对大尺寸(例如10mm见方以上)的半导体芯片10进行处理的安装装置的情况下，理想的是设置自侧方加热的加热机构16。

在对大尺寸的半导体芯片10进行处理的情况下，对所述半导体芯片10加热加压的接合头14的前端部18当然也为大尺寸。此种大尺寸的前端部18容易因各场所产生温度的不均。尤其前端部18中的周缘附近离开热源(加热器20)且产生朝向外部空间的散热等，因此较中心部附近更容易变得低温。若利用所述前端部18对半导体芯片10加热加压，则会因半导体芯片10的场所而产生温度的不均，进而安装品质产生不均。

因此，所述情况下，理想的是设置加热机构16且自侧方加热半导体芯片10。通过设为所述构成，可减少一个半导体芯片10内的温度的不均，可使安装品质稳定化。

而且，加热机构16也可设置于将多个半导体芯片100以nand堆叠的形式安装的安装装置。亦即，nand堆叠中，如图3所示，将多个半导体芯片100错开其端部地层叠，将设置于各半导体芯片100的端部附近的电极彼此利用打线接合(wirebonding)而电性连接。此处，为了形成nand堆叠，使用接合头14层叠多个半导体芯片100。在半导体芯片100的底面设置着热硬化性的粘接剂，加热所述粘接剂而使其不可逆地硬化，由此半导体芯片100得以接合(固定)。执行所述接合时，不仅自设置于接合载台12的下部的(未图示的)下部加热器加热半导体芯片100，也可利用加热机构16自侧方进行加热。

接下来，对加热机构16的构成例进行说明。图4是表示加热机构16的一例的图。加热机构16如图4所示，可以是安装于接合头14的前端部18而传递前端部18的热的传热体22。所述情况下，传热体22自前端部18的周缘向下方延伸，执行接合时，位于半导体芯片100的侧方。而且，执行接合时，利用接合头14的热来加热所述传热体22，进而，利用所述经加热的传热体22自侧方加热半导体芯片100。

传热体22理想的是以覆盖半导体芯片100的整个周围的方式呈与半导体芯片100为大致同心的筒状，但不必为筒状。而且，传热体22的高度理想的是根据半导体芯片100(层叠体)的高度而设定。具体而言，执行接合时，传热体22的下端理想的是位于处在最下层的半导体芯片100的下端(层叠体的下端)附近。

此种传热体22包含传热性优异的材料，例如铝氧石(aluminite)等。而且，传热体22中的至少与半导体芯片100的侧面的对向面理想的是经过黑体处理。通过进行黑体处理而发生辐射热，可更有效率地加热半导体芯片100。而且，也可在传热体中的与外侧面对面的面设置隔热构件24。通过设为所述构成，抑制来自接合头14的热的释放，可更有效率地加热。

图5是表示加热机构16的另一例的图。加热机构16如图5所示，也可以是具有成为热源的加热器28且作为与接合头14分开的构件而设置的加热体26。所述情况下，加热体26与接合头14联动地或独立地升降。而且，加热体26在下降时，只要位于半导体芯片100的侧方则其形状不作特别限定，但理想的是以覆盖半导体芯片100的整个周围的方式呈大致筒状。

而且，加热体26理想的是与所述传热体22同样地包含传热性优异的材料，例如铝氧石等。进而理想的是加热体26的内表面受到黑体处理，外表面受到隔热处理。

作为热源的加热器28与接合头14的加热器20分开设置，配置于加热体26的内部或外部。所述加热器28将加热体26加热至规定的温度。另外，图5中，将加热器28仅设置于加热体26的高度方向大致中央，也可代替所述部位或者除此以外还在其他部位设置加热器28。例如，在加热体26的下端附近、中央、上端附近分别设置加热器28，关于加热体26的温度，可越接近下端越高温。亦即，自接合头14赋予至层叠体(半导体芯片100)的热越靠近下层越小，因而抵消所述热梯度，自加热体26赋予至层叠体的热也可越靠近下层越大。

图6是表示加热机构16的另一例的图。加热机构16也可以是利用暖风加热半导体芯片100的构成。亦即，加热机构16如图6所示，也可具有朝向半导体芯片100的侧方且吹送暖风的暖风喷射机构30。暖风喷射机构30只要可喷射经充分加热的气体，则不作特别限定，例如，也可为包括如下各部的构成，即，用以生成喷射气流的风扇，驱动风扇的马达，对由所述风扇生成的喷射气流进行加热而形成暖风的加热器，及将暖风导引至半导体芯片100的侧方的配管。另外，图6中，暖风向大致水平方向喷射，但暖风只要至少吹到半导体芯片100的侧面，则其喷射方向不作特别限定，可为斜下方向或斜上方向。

图7是表示加热机构16的另一例的图。加热机构16也可以是利用电磁的作用使半导体芯片100自身发热的构成。亦即，加热机构16如图7所示，也可具有配置于半导体芯片100的周围且通过被施加交流电流而将半导体芯片100感应加热的线圈32。所述情况下，线圈32呈螺旋状绕铅垂的轴rb卷绕。而且，线圈32能够升降，在执行接合时下降，使半导体芯片100位于所述线圈32的内侧。而且，线圈32连接着交流电源34。若执行接合时，交流电源34导通，线圈32中流动交流电流，则利用电磁的作用，半导体芯片100内的金属(例如凸块102等)中流动电流，利用此时发生的焦耳热使半导体芯片100自身发热。

图8是表示加热机构16的另一例的图。加热机构16也可以是利用光加热来加热半导体芯片100的构成。亦即，加热机构16如图8所示，也可包含通过向半导体芯片100的侧方照射光而进行光加热的灯退火机构36。灯退火机构36具有照射光的光源38。作为所述光源38，可使用卤素灯或氙气灯、红外线灯等。而且，光源38可以连续地点灯，也可以是瞬间地点灯的闪光型。光源38如图8所示，配置于半导体芯片100的侧方，来自光源38的光可直接照到半导体芯片100的侧面。而且，作为另一形态，光源38配置于与半导体芯片100隔开的位置，可使用各种光学构件(透镜或反射镜等)将来自光源38的光向半导体芯片100的侧面导引。任一情况下，自光源38照射的高能量的光照到半导体芯片100的侧面，由此加热半导体芯片100的侧面。

另外，至此所说明的构成均为一例，只要具有在利用接合头14接合半导体芯片100时自侧方加热所述半导体芯片100的加热机构16，则其他构成可适当变更。例如，至此的说明中，仅设一个接合头14，但接合头14也可为多个。因此，例如，也可设置暂时压接用的接合头14与正式压接用的接合头14这两种。而且，所述说明中，仅例示了只与一个半导体芯片100的上表面接触的接合头14，但接合头14也可设为将面方向上邻接排列的两个以上的半导体芯片同时加热加压的构成。所述情况下，加热机构16理想的是分别自侧方对同时加热加压的两个以上的半导体芯片进行加热。而且，以上已参照图4～图8对加热机构16的一例进行了说明，但加热机构16的构成只要可自侧方加热半导体芯片100，则也可为其他构成。

符号的说明

10：半导体芯片

12：接合载台

14：接合头

16：加热机构

18：前端部

20、28：加热器

22：传热体

24：隔热构件

26：加热体

30：暖风喷射机构

32：线圈

34：交流电源

36：灯退火机构

38：光源

100：半导体芯片

102：凸块

104：非导电性膜(ncf)

110：基板