倒裝片接合裝置製造方法
2023-06-01 08:54:21
倒裝片接合裝置製造方法
【專利摘要】倒裝片接合裝置具備向基板的各個電極上塗敷並供給接合輔助劑的分配器單元，在作為至少含有銅的金屬間的超聲波接合來進行第1電極與第2電極之間的金屬接合時，至少在第1電極與第2電極的接合界面的周圍存在具有還原性的接合輔助劑的狀態下進行超聲波接合，由此能夠除去在第1電極與第2電極的接合界面已經形成的銅的氧化膜，並且能夠抑制伴隨超聲波接合的實施而在接合界面形成氧化膜，能夠在確保所需的接合強度的同時，實現至少含有銅的金屬間的接合，能夠實現半導體元件的安裝以及搭載了該半導體元件的基板的製造中的成本削減。
【專利說明】倒裝片接合裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過在基板的第I電極上對半導體元件的第2電極進行超聲波接合來安裝半導體元件的倒裝片接合裝置(flip chip bonding device)。
【背景技術】
[0002]以往，作為這種利用了超聲波接合的半導體元件的安裝裝置已知各種裝置。在這種現有的半導體元件的安裝裝置中，通過在將形成於半導體元件的Au凸塊(第2電極)按壓於與基板的布線相連接而形成的Au電極(第I電極)的狀態下對接觸界面給予超聲波振動，並對Au凸塊與Au電極進行金屬接合(即，Au-Au接合)這樣的步驟，來將半導體元件安裝於基板(例如，參照專利文獻I或2)。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻I JP特開2000-68327號公報
[0006]專利文獻2 JP特開2001-237270號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的課題
[0008]近年，對內置有這種將半導體元件安裝於基板而製造的元件安裝完成基板的各種電子設備的成本削減的要求很高，在半導體元件的安裝中，需要為了成本削減而想各種辦法。
[0009]從材料成本的角度出發，用於基板的Au電極的成本高，若能夠將該Au電極置換為更廉價的Cu電極，則能夠實現成本削減。例如，在作為半導體元件將發光元件(LED晶片)的Au凸塊與基板的Au電極進行超聲波接合的方式中，若將基板的Au電極置換為Cu電極，且Au-Cu間的金屬接合能夠確保與Au-Au間的金屬接合同等的可靠性,則能夠保持著接合可靠性的同時實現大幅的成本削減。
[0010]本發明的
【發明者】們，在進行了在基板的Cu電極的表面所形成的氧化膜的除去處理之後，在大氣中進行除去了氧化膜的狀態的基板的Cu電極與半導體元件的Au凸塊的超聲波接合，並測定了接合後的切變強度。但是，儘管事先除去了 Cu電極的氧化膜也沒能獲得充分的切變強度。
[0011]本發明的目的在於，解決上述問題，提供一種倒裝片接合裝置，在基板的第I電極上對半導體元件的第2電極進行超聲波接合的倒裝片接合裝置中，在確保所需的接合強度的同時，作為至少含有銅的金屬間的接合而實現第I電極與第2電極之間的金屬接合。
[0012]解決課題的手段
[0013]為了達成上述目的，本發明如下以下這樣構成。
[0014]根據本發明的第I方式，提供一種倒裝片接合裝置，具備:基板臺，其具有加熱單元，並且載置並保持基板；分配器單元，其向載置於基板臺上的基板的各個第I電極上供給具有還原性的接合輔助劑；半導體元件供給單元，其供給半導體元件；安裝單元，其包含超聲波頭，所述超聲波頭接受並保持由半導體元件供給單元供給的半導體元件，井在被供給了接合輔助劑的基板的第I電極上按壓半導體元件的第2電極的狀態下給予超聲波振動來進行安裝；遮蔽板，其被配置在基板臺的上方，由此遮擋從基板臺流向基板臺的上方的氣流，並且具有能夠使超聲波頭以及分配器單元接近基板的公共的開口 ；和排氣設備，其將包含塗敷於基板之後通過加熱單元所產生的熱而氣化的接合輔助劑的氣體從基板臺與遮蔽板之間的空間進行排氣，超聲波頭在如下狀態下進行金屬接合:使第I電極與第2電極之間的安裝為至少含有銅的金屬接合，在進行金屬接合為止的期間至少在第I電極與第2電極之間的接合界面的周圍存在接合輔助劑。
[0015]根據本發明的第2方式，提供一種根據第I方式所述的倒裝片接合裝置，其中，具備基板運送單元，其將安裝半導體元件之前的基板從基板臺的一方運入基板臺，將安裝了半導體元件的基板從基板臺的另一方運出，將排氣設備的排氣管道設置在基板臺的另一方側。
[0016]根據本發明的第3方式，提供一種根據第I方式或第2方式所述的倒裝片接合裝置，其中，還具備對基板臺與遮蔽板之間的空間進行供氣的供氣設備。
[0017]根據本發明的第4方式，提供一種根據第2方式所述的倒裝片接合裝置，其中，還具備對基板臺與遮蔽板之間的空間進行供氣的供氣設備，將供氣設備的供氣管道設置在基板臺的一方側。
[0018]根據本發明的第5方式，提供一種根據第I方式所述的倒裝片接合裝置，其中，支撐基板臺的工作檯是XY工作檯，遮蔽板的開口被形成為超聲波頭以及分配器單元能夠接近安裝一個半導體元件的基板上的第2電極的大小。
[0019]根據本發明的第6方式，提供一種根據第I方式所述的倒裝片接合裝置，其中，支撐基板臺的工作檯是僅能沿著基板的運送方向移動的單向工作檯，遮蔽板的寬度被設定為覆蓋在與基板的運送方向正交的方向上固定的基板的寬度方向的區域。
[0020]發明效果
[0021]
【發明者】們，對在大氣中進行了超聲波接合的基板的Cu電極與發光元件的Au凸塊的接合界面進行了分析，確認了 Cu電極的表面變黑，進而對變黑的部分進行了詳細分析，判明了是銅的氧化物。基於該事實，
【發明者】們得到了由於超聲波接合所產生的摩擦熱導致在Cu電極的表面產生新的氧化膜，這阻礙了向Cu電極的接合這一結論，從而完成了本發明。
[0022]根據本發明，在將第I電極與第2電極之間的金屬接合，作為至少含有銅的金屬間的超聲波接合來進行時，至少在第I電極與第2電極之間的接合界面的周圍存在接合輔助劑的狀態下，進一步利用超聲波接合使所產生的熱，由接合輔助劑引起還原反應，同時進行超聲波接合。因此，能夠除去在第I電極與第2電極的接合界面(接觸界面)已經形成的氧化膜，並且抑制超聲波接合的實施所伴隨的氧化膜的形成。因此，能夠在確保所需的接合強度的同時，實現將銅用於第I電極或第2電極的超聲波接合，能夠實現半導體元件安裝時的成本削減。
[0023]此外，本發明的倒裝片接合裝置具備:遮蔽板，其被配置在基板臺的上方，由此來遮擋從基板臺流向基板臺的上方的氣流，並且具有能夠使超聲波頭以及分配器單元接近基板的公共的開口 ；和排氣設備，其將含有塗敷於基板之後通過加熱單元所產生的熱而氣化的接合輔助劑的氣體從基板臺與遮蔽板之間的空間進行排氣。因此，能夠抑制氣化後的接合輔助劑附著在接合裝置的構件上而腐蝕構件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]本發明的這些方式和特徵，根據針對附圖的與優選的實施方式相關聯的如下記述將會明確。
[0025]圖1是本發明的一實施方式所涉及的接合裝置的構成圖。
[0026]圖2是本發明的實施方式I的接合裝置的俯視圖。
[0027]圖3是沿圖2的線A-A的剖面圖。
[0028]圖4是沿圖2的線B-B的剖面圖。
[0029]圖5是通過本發明的實施方式I的接合裝置安裝了多個發光元件的狀態的基板的剖面圖。
[0030]圖6是表示本發明的實施方式I的接合裝置所進行的安裝步驟的流程圖。
[0031]圖7是本發明的實施方式I的接合裝置所進行的安裝中的各個工序的說明圖。
[0032]圖8是基板運送時的沿圖2的線A-A的剖面圖。
[0033]圖9是對本發明的實施方式I的接合裝置所製造的基板測定了晶片切變強度的圖。
[0034]圖10是本發明的實施方式2所涉及的接合裝置的遮蔽板的俯視圖。
[0035]圖11是沿圖10的線A-A的剖面圖。
【具體實施方式】
[0036]以下，基於附圖對本發明所涉及的實施方式進行詳細說明。
[0037](實施方式I)
[0038]圖1是表示本發明的實施方式I所涉及的倒裝片接合裝置的主要構成的圖。倒裝片接合裝置是指，將作為半導體元件的一例的發光元件安裝於基板的裝置。如圖1所示，接合裝置10具備供給發光元件的發光元件供給單元23 (半導體元件供給單元)。發光元件供給單元23具備:供給多個發光元件4的元件供給部11 ;和對從元件供給部11供給的發光元件4進行吸附保持，並且使所保持的發光元件4在上下方向上翻轉的元件翻轉單元12。
[0039]此外，接合裝置10具備:接受並吸附保持被元件翻轉單元12翻轉後的狀態的發光元件4，並在基板I上的規定位置安裝發光元件4的超聲波頭13 ;在基板I的各個基板電極3上塗敷並供給後述的接合輔助劑的分配器單元14 ;和載置並保持基板I的基板臺15。進而，接合裝置10具備:對由超聲波頭13保持的狀態的發光元件4的圖像進行攝像，來識別其保持姿勢的晶片識別用照相機16 ;和對基板I上的電極、位置對準標記等圖像進行攝像，來識別其位置的基板識別用照相機24。
[0040]在元件供給部11的上表面，多個發光元件4使其凸塊5的形成面朝上地排列。元件供給部11能夠在沿基板I表面的方向(水平方向)且相互正交的方向即X方向以及Y方向上移動，通過元件供給部11向XY方向的移動，能夠進行I個發光元件4與元件翻轉單元12之間的位置對準。[0041]元件翻轉單元12具有可解除地吸附保持發光元件4的管嘴(nozzle) 17，通過使吸附保持了發光元件4的狀態的管嘴17在上下方向上翻轉180度，來使發光元件4的姿勢在上下方向上翻轉。
[0042]超聲波頭13具備:可解除地吸附保持發光元件4的管嘴18 ;產生超聲波振動的振子19 ;和對由振子19產生的超聲波振動進行放大並傳遞給管嘴18的超聲波喇叭20。此夕卜，超聲波頭13能夠在X方向上移動，超聲波頭13移動到規定的X方向位置並進行定位，由此實施發光元件4從元件翻轉單元12向超聲波頭13的傳遞動作、以及晶片識別用照相機16對發光元件4的保持姿勢的圖像攝像動作等。
[0043]分配器單元14能夠在X方向上移動，在形成於基板I上的各個基板電極3上進行規定量的接合輔助劑的塗敷供給。另外，超聲波頭13以及分配器單元14都被可滑動地安裝於在X方向延伸的X軸框架25上，並沿X軸框架25向X方向移動。
[0044]基板臺15內置有作為加熱單元的加熱器38，具有將所載置的基板I加熱至規定溫度的功能。此外，在基板臺15的下部，存在一邊支撐基板臺15—邊向XY方向移動的XY工作檯34(在圖1中未圖示)，能夠實現基板臺15的XY方向的移動。基板臺15移動到規定的XY方向位置並進行定位，由此實施基板識別用照相機24對基板I的電極位置的圖像攝像動作等。
[0045]如上所述，利用圖1對接合裝置10的主要構成及其基本動作進行了說明，以下利用圖2-4對接合裝置10還具備的遮蔽板26以及供氣排氣設備等進行說明。
[0046]圖2是本實施方式I所涉及的接合裝置10的俯視圖，圖3、4是沿圖2的線A-A以及線B-B的接合裝置10的剖面圖。如圖2-4所示,遮蔽板26是配置為覆蓋在基板臺15上載置的基板I的遮蔽材料。如圖3、4所不,通過由遮蔽板26隔開基板臺15上的空間，從而使得基板臺15附近的氣流不會跑到遮蔽板26的上邊，因此如以後所說明的那樣抑制氣化後的接合輔助劑附著在位於上方的超聲波頭13、管嘴18、以及X軸框架25等上而發生腐蝕的情況。此外，如圖3所示，遮蔽板26的兩側構成為向下方突出，因此向橫向的氣流也被遮擋。通過像這樣對基板臺15附近的氣流進行控制，前述的接合輔助劑的附著以及附著部分的腐蝕進一步得到抑制。
[0047]遮蔽板26，其位置被固定，如圖2所示，從上方觀察接合裝置10時，在遮蔽板26的中央部形成的開口 27配置為與基板識別用照相機24大致重合。此外，同樣如圖2所示，形成於遮蔽板26的開口 27配置為與超聲波頭13、分配器單元14、以及晶片識別用照相機16沿X方向大致排成一列。通過這種配置，超聲波頭13以及分配器單元14通過沿著X軸框架25的X方向的移動，能夠通過開口 27而接近(access)配置在基板臺15上的基板I。除了該動作之外，基板臺15以及配置在基板臺15上的基板I在XY方向上移動，因此超聲波頭13以及分配器單元14能夠通過開口 27而接近基板I的整個面，能夠對基板I的整個面進行接合輔助劑的供給以及安裝。
[0048]接著，對供氣排氣設備進行說明。如圖2、4所示，供氣排氣設備具備:對被遮蔽板26遮擋的基板臺15附近的空間S進行供氣的供氣管道29 ;和從空間S向接合裝置10外進行排氣的排氣管道30。在圖2中基板I的運送方向與表示Y方向的箭頭為相同方向，而供氣管道29配置在基板I的運送方向上遊側，排氣管道30配置在基板I的運送方向下遊側。供氣管道29經由與接合裝置10外部的供氣源連接的供氣管嘴31向接合裝置10內進行供氣。在本實施方式I中，對在大氣氣氛中進行供氣排氣的情況進行說明，但也可以利用惰性的氣體來進行供氣，例如可以列舉氮(N2)等。排氣管道30通過與接合裝置10的外部連通來進行從空間S向接合裝置10外部的排氣。此外，如圖2所示，在供氣管道29的下面存在等待臺32以及等待臺32所具備的導軌33，在排氣管道30的下面存在運出臺28以及運出臺28所具備的導軌39。等待臺32是在進行基板臺15上的安裝之前配置基板I的場所，也是進行預熱等的臺。運出臺28是用於將完成了半導體元件的安裝的基板I向下一個工序進行運送的臺。在對配置在等待臺32或運出臺28上的基板I進行運送時，通過設為使導軌33、39上升而使基板I從各個臺離開的狀態，從而成為能夠通過運送單元來運送的狀態。
[0049]如圖4所示，由於供氣管道29被配置為向空間S進行供氣，因此若使供氣管道29運轉，則在空間S中產生從基板I的運送方向上遊流向下遊的氣流P。氣流P被排氣管道30吸出，並被排出到接合裝置10外部。通過像這樣對供氣排氣設備進行配置，使得氣流P從基板I的運送方向上遊流向下遊，從而由於接合輔助劑的排氣方向與基板I的運送方向的方向一致，因此能夠進行高效的供氣排氣，能夠抑制接合輔助劑向超聲波頭13、管嘴18、以及基板I的未安裝區域等的附著以及附著所引起的腐蝕的產生。進而，由於如圖4所示遮蔽板26的兩側向下方突出而劃分了空間，因此更加促進了前述的高效的供氣排氣。
[0050]另外，在本實施方式I中使用了具有供氣功能和排氣功能的供氣排氣設備，但也可以僅使用具有排氣功能的排氣設備來代替。
[0051]接著，在圖5中示出利用這種構成的接合裝置10安裝了多個半導體元件的狀態的半導體元件。
[0052]如圖5所示，在基板I的圖示上表面形成有多個布線2，布線2的端部作為基板電極3(第I電極)而形成。作為半導體元件的一例的發光元件(LED晶片)4具備與各個基板電極3連接的凸塊5 (第2電極)。在此，基板I的布線2例如由銅形成，基板電極3同樣由銅形成。發光元件4的凸塊5例如由金或銅形成。在本實施方式中，以布線2以及基板電極3由銅(Cu)形成、凸塊5由金(Au)形成的情況為例進行說明。
[0053]對利用這種構成的接合裝置10，將多個發光元件4通過超聲波接合而安裝在基板I上來製造半導體元件搭載基板的步驟進行具體說明。在該說明中，在圖6中示出步驟的流程圖，在圖7(A)?(E)中示出流程圖所示的各個工序中的說明圖。
[0054](預熱工序)
[0055]作為在基板I上安裝半導體元件4之前的準備工序，在等待臺32上進行基板I的預熱(步驟SI)。具體來說，如圖7(A)所示在將基板I配置在等待臺32上的狀態下通過等待臺32的內部所具備的加熱單元(未圖示)加熱到成為規定溫度為止。在本實施方式I中加熱到80。°C，但該溫度可以根據各種條件而適當變更。若基板I被加熱到規定溫度則預熱結束。
[0056](接合輔助劑供給工序)
[0057]若預熱工序結束則接合裝置10將基板I從等待臺32向基板臺15進行運送並在基板臺15上保持基板I。保持了基板I之後，使支撐基板I的XY 二工作檯34在XY方向上移動來進行基板I在XY方向的定位。然後，對布線2以及基板電極3的表面，利用分配器單元14進行接合輔助劑的供給(步驟S2)。另外，在步驟S2開始時已經使供氣管道29以及排氣管道30工作而進行了供氣排氣且持續到最終工序結束為止。[0058]在此接合輔助劑是指，具有還原性，並且，在後述的超聲波接合工序時通過覆蓋基板電極3與凸塊5之間的接合界面(接觸界面)，來除去在接合界面形成的氧化膜並且抑制接合界面上的氧化的液狀或糊狀的溶劑。此外，也是在進行了超聲波接合之後，通過實施後述的接合輔助劑除去工序，從接合界面及其附近蒸發而被除去的溶劑。進而，優選使用含有OH基的溶劑作為接合輔助劑，使得在接合界面上能夠確保對銅的表面的還原性作用。作為具有這種特徵的接合輔助劑的一例，在本實施方式中使用甘油。另外，在接合輔助劑含有二氧化矽填料、金屬粒子、不蒸發的樹脂成分的情況下，在接合輔助劑除去工序中難以除去接合輔助劑，因此優選不含有這種物質。
[0059]在接合裝置10中，通過使分配器單元14在X方向上移動，來進行基板I上的希望的基板電極3 (或者布線2)與分配器單元14的位置對準，並通過分配器單元14，通過遮蔽板26的開口 27而在該基板電極3上塗敷供給接合輔助劑7 (例如，甘油)。結果，如圖7 (B)所示，在發光元件4向基板I的安裝位置，配置接合輔助劑7，使其覆蓋各個基板電極3及其周圍的布線2整體。
[0060](超聲波接合工序)
[0061]接著，在接合裝置10中，通過元件翻轉單元12的管嘴17從元件供給部11吸附保持並取出I個發光元件4，管嘴17被元件翻轉單元12在上下方向上翻轉，由此所保持的發光元件4被翻轉。然後，超聲波頭13定位於被翻轉的狀態的元件翻轉單元12的上方，從元件翻轉單元12向超聲波頭13的管嘴18傳遞發光元件4。超聲波頭13在X方向上移動，並定位於之前進行了接合輔助劑7的供給的基板I上的安裝位置的上方。然後，超聲波頭13 (通過遮蔽板26的開口 27的同時)下降，被管嘴18保持的狀態的發光元件4的各個凸塊5，成為與基板I的各個基板電極3相接觸並被按壓的狀態。另一方面，由於在各個基板電極3及其附近的布線2上供給了接合輔助劑7，因此發光元件4的凸塊5與基板電極3之間的接合界面8成為被接合輔助劑7覆蓋的狀態(參照圖7(C))。
[0062]在這種狀態下，在超聲波頭13上，由振子19產生超聲波振動，所產生的超聲波振動被超聲波喇叭20放大並通過管嘴18而施加給發光元件4。通過對發光元件4的凸塊5與基板電極3之間的接合界面8給予該超聲波振動，從而凸塊5與基板電極3被金屬接合(即，超聲波接合)(步驟S3)。然後，由振子19使超聲波振動的產生停止，並且解除管嘴18對發光元件4的吸附保持，使管嘴18上升並從發光元件4脫離。
[0063]如上所述，在超聲波接合工序中，由於基板電極3被發光元件4的凸塊5按壓，因此負荷經由凸塊5而施加給基板電極3。這樣,若在從發光兀件4的凸塊5向基板電極3施加了負荷的狀態下，對接合界面8給予超聲波振動，則接合界面8由於摩擦熱而局部變為高溫。在現有的不使用接合輔助劑的超聲波接合中，雖然可以認為通過該摩擦熱所產生的高溫能夠促進合金接合，但實際上銅(基板電極3)的表面的氧化(黑膜)也加劇從而無法確保充分的接合強度。
[0064]相對於此，在本發明中，由於在使接合界面8的周圍存在具有還原性的接合輔助劑7的狀態下進行超聲波接合，因此覆蓋接合界面8而配置的接合輔助劑利用該摩擦熱而引起還原反應。因此，雖然超聲波接合所產生的熱作用於銅從而有可能新形成銅的氧化膜，但通過上述的接合輔助劑所引起的還原反應，能夠抑制超聲波接合中的銅的氧化。
[0065]此外，通過接合輔助劑所引起的還原反應，還能夠還原並除去在接合界面8上已經形成的銅的氧化膜。
[0066]進而，在進行超聲波接合的期間、即直到超聲波接合完成為止，至少凸塊5與基板電極3之間的接合界面8由於被接合輔助劑7覆蓋而保持阻斷了與氧的接觸的狀態。因此，能夠抑制由於超聲波接合而在接合界面8或其附近形成氧化膜。
[0067]如上所述，由於一邊通過接合輔助劑來防止銅的表面的氧化、一邊進行超聲波接合，因此能夠可靠地進行無氧化膜的銅與凸塊5的合金接合。
[0068]另外，在該超聲波接合工序中，從發光元件4從元件供給部11的取出動作起，到發光元件4向超聲波頭13的傳遞動作為止的一系列動作，也可以與接合輔助劑供給工序並行實施。
[0069](接合輔助劑除去工序)
[0070]接著，進行在基板I與發光元件4之間殘留的接合輔助劑7的除去(步驟S4)。具體來說，通過對基板I進行加熱，來促進接合輔助劑7的蒸發，進行接合輔助劑7的除去。作為這種基板I的加熱方法，在本實施方式I中，利用基板臺15所具有的加熱器38對基板I進行加熱，但也可以為利用其他加熱單元來進行基板I的加熱的方法，此外，也可以利用吹熱風等乾燥促進單元。結果，如圖7(D)所示，在基板I與發光元件4之間殘留的接合輔助劑7被除去，發光元件4向基板I的安裝完成。
[0071 ] 此時，如圖4所示，氣化後的接合輔助劑7被來自供氣管道29的供氣向Y方向引導，並經由排氣管道30被排出到接合裝置10外部。因此，能夠抑制氣化後的接合輔助劑7附著到超聲波頭13、管嘴18、以及X軸框架25上而對該部分進行腐蝕。此外，由於遮蔽板26覆蓋基板臺15的上方並且如圖3所示兩側向下方突出，因此氣化後的接合輔助劑7向上方移動的動作被遮擋，能夠進一步抑制前述的附著以及腐蝕。
[0072]另外，接合輔助劑除去工序的目的在於，將在超聲波接合工序後殘留的接合輔助劑在後述的樹脂密封工序之前除去，因此根據殘留的接合輔助劑的量來對接合輔助劑除去工序的實施必要性進行探討，根據情況也可以省略接合輔助劑除去工序。
[0073](樹脂密封工序)
[0074]接著，通過樹脂對基板I和發光元件4的接合部分等進行密封，來使發光元件搭載基板完成(步驟S5)。具體來說，通過連同基板電極3與凸塊5的接合界面8在內，覆蓋布線2、基板電極3、以及凸塊5的表面來塗敷樹脂21，由此對發光元件4與基板I之間進行密封。在樹脂21中，為了發揮發光特性也可以使用具有光透過性的樹脂。結果，如圖7(E)所示，基板I與發光元件4之間被樹脂21密封，發光元件搭載基板22的製造完成。
[0075]另外，在基板I上安裝多個發光元件4的情況下，通過依次實施上述的預熱工序?樹脂密封工序的步驟，來將各個發光元件4安裝到基板I上，並且製造發光元件搭載基板
22。另外，對於預熱工序(步驟SI)、接合輔助劑供給工序(步驟S2)、以及接合輔助劑除去工序(步驟S4)，也可以取代對基板I上的每個安裝位置進行各個工序的情況，而對基板I的多個安裝位置集中進行各個工序。
[0076]全部工序結束之後，如圖8所示，利用接合裝置10所具備的運送機構35、和對基板臺15進行支撐的工作檯所具備的升降機構36來進行基板I的運送。具體來說，使隱藏在工作檯內的升降機構36上升，來對基板I的左右端部進行支撐，進而通過使升降機構36上升至規定距離而成為基板I從基板臺15離開規定距離的狀態。然後，運送機構35所具備的運送爪37 —邊與運送方向上遊側的基板I端部相接觸一邊向運送方向下遊側進行按壓，由此將基板I向運送方向推出並進行運送。另外，運送爪37除了運送基板I時以外都退讓到不同的場所。
[0077]在本實施方式I中，利用具備運送爪37的運送機構35和升降機構36來運送基板1，但也可以利用其他合適的機構來來運送基板I。
[0078]根據上述實施方式I，在從凸塊5 (Au)向基板電極3 (Cu)施加了負荷的狀態下給予超聲波振動，凸塊5與基板電極3之間的接合界面8被局部加熱，從而利用該摩擦熱，覆蓋接合界面8而配置的接合輔助劑7引起還原反應。通過利用該還原反應，能夠抑制超聲波接合的熱作用於銅而形成新的銅的氧化膜，並且能夠除去在接合界面8已經形成的銅的氧化膜。此外，由於接合界面8被覆蓋，因此能夠抑制與Au相比更容易氧化的Cu的表面與氧接觸，能夠防止伴隨超聲波接合而在接合界面8形成氧化膜。這樣，由於在通過接合輔助劑來防止銅的表面的氧化的同時，進行超聲波接合，因此能夠可靠地進行無氧化膜的銅與凸塊5的合金接合。即，在Au-Cu接合中能夠維持合適的晶片切變強度，能夠提供一種可替代現有的Au-Au接合的金屬接合，並且能夠實現半導體元件的安裝以及該半導體元件搭載基板的製造中的成本削減。此外，由於利用超聲波接合所產生的局部的高溫，因此無需使基板或晶片整體成為高溫，也無需大規模的還原用的加熱裝置等，因此能夠實現進一步的成本削減。
[0079]此外，這種接合輔助劑7，在超聲波接合完成後，通過實施接合輔助劑除去工序而被加熱器38加熱並發生氣化，由此從基板I上被除去，因此不會阻礙發光元件4或基板I的功能。另一方面，氣化後的接合輔助劑有時會在接合裝置10內上升而附著在接合裝置10的構件(尤其是基板識別用照相機24)上。若像這樣在接合輔助劑附著的狀態下隨著時間經過，則有接合裝置10的構件發生腐蝕的危險。但是，根據本實施方式I的接合裝置10，通過將氣化後的接合輔助劑迅速地排出到接合裝置10的外部，能夠抑制接合輔助劑附著在接合裝置10的構件上。
[0080]為了將氣化後的接合輔助劑排出到接合裝置10外部，使用供氣排氣設備。具體來說，如圖2、4所示，通過排氣管道30進行排氣，並且通過供氣管道29對空間S進行供氣從而促進了排氣管道30的排氣。另外，如圖4所示，接合輔助劑被塗敷在基板I上的中央部附近，之後伴隨基板I的運送而被運往基板I的運送方向下遊側，因此氣化後的接合輔助劑，在空間S中主要在運送方向下遊側(圖4中的右側)產生。並且，通過供氣管道29以及排氣管道30的配置，使得氣流P流向與基板I的運送方向相同的方向(Y方向)。通過這種配置，能夠將氣化後的接合輔助劑迅速地從排氣管道30排出，並且能夠抑制氣化後的接合輔助劑通過開口 27而向上跑出，能夠防止向接合裝置10的各構件的附著以及腐蝕。
[0081]進而，通過用遮蔽板26覆蓋基板I的上方，從而遮擋了在基板I上氣化後的接合輔助劑從基板I流向上方，因此抑制了氣化後的接合輔助劑附著在接合裝置10的構件上。進而，如圖3所示由於遮蔽板26的兩側向下方突出，因此能夠遮擋氣化後的接合輔助劑7從兩側繞向上方的運動，能夠進一步抑制前述的附著。此外，通過由遮蔽板26覆蓋基板I的上方，從而在基板I與遮蔽板26之間的空間S劃定了供氣排氣風路，使得來自供氣管道29的供氣不會跑到上方，能夠提高供氣排氣效率。
[0082]此外，如圖1等所示，安裝時的超聲波頭13以及分配器單元14 一邊通過遮蔽板26的公共的開口一邊進行安裝。在設置了這種公共的開口的情況下，與對超聲波頭13以及分配器單元14分別設置專用開口的情況相比能夠減小開口整體的面積。通過減小開口整體的面積，不易產生從開口外通過開口而流向空間S的氣流，因此能夠提高氣化後的接合輔助劑的洩露防止的效果。此外，在供氣量比排氣量更多的情況下，根據這種構成，由於不易產生從空間S通過開口而流向上方的氣流，因此也能夠提高接合輔助劑的洩露防止的效
果O
[0083]另外，在接合輔助劑供給二工序(步驟S2)中通過超聲波頭13而在基板I上塗敷的接合輔助劑中，也存在在接合輔助劑除去工序(步驟S4)開始前發生氣化的接合輔助劑，因此供氣排氣設備的工作，最好至少在步驟S2?步驟S4的期間持續進行。
[0084]接著，對本發明所使用的接合輔助劑進一步進行說明。接合輔助劑擔負如下作用:在超聲波接合完成為止的期間，覆蓋凸塊與基板電極之間的接合界面來與氧進行阻斷，並且引起對銅的氧化膜進行還原的還原反應。另一方面，在接合裝置10中，保持在基板臺15上的基板1，在預熱工序中被加熱(加溫)至規定的溫度，以便能夠有效地進行發光元件4向基板I的超聲波接合。在像這樣被加溫的狀態的基板I的布線2以及基板電極3上被供給的接合輔助劑7，需要不會在極短時間內蒸發，至少殘留到超聲波接合完成為止地覆蓋接合界面。例如，若為具有比載置基板I的基板臺15的溫度高50°C以上的沸點的溶劑，則能夠防止供給後在極短時間內蒸發而消失。即，在將基板臺15的溫度的上限設定為150°C的情況下，溶劑的沸點優選設為200°C以上。
[0085]在此，對利用各種接合輔助劑進行了安裝的半導體元件進行晶片切變強度的測定實驗，在圖9中示出該實驗結果。在圖9中，將接合輔助劑的種類表示在橫軸，將利用了這些接合輔助劑的發光元件的晶片切變強度(gf)表示在縱軸。在此，作為比較例，示出接合輔助劑利用了乙二醇(沸點198°C)的結果，作為實施例，示出接合輔助劑利用了二乙二醇(沸點244-245°C )、三乙二醇(沸點288°C )、甘油(沸點290°C )的結果。實驗條件是:半導體元件搭載基板的尺寸為4mmX4mm、凸塊尺寸為90 μ mX 30 μ m、凸塊個數為288pcs、凸塊的材質為鍍Au凸塊。進而，除了上述條件之外，分別在如下兩個模式下進行了實驗:基板臺15的溫度:80°C、負荷:30N、超聲波輸出:10W(模式I);以及基板臺15的溫度:120°C、負荷:30N、超聲波輸出:IOW(模式2)。
[0086]關於半導體元件搭載基板的晶片切變強度，將判定基準設為2000gf。如圖9所示，比較例的半導體元件的晶片切變強度，在模式I以及2的任意一種情況下都為2000gf以下。另一方面，實施例的半導體元件搭載基板的晶片切變強度，在模式I以及2的任意一種情況下都為2000gf以上。由此可知，作為本發明的接合輔助劑，在比較例中使用的乙二醇不適合，在實施例中使用的二乙二醇、三乙二醇、甘油比較適合。
[0087]此外，接合輔助劑在發揮了覆蓋接合界面而阻斷氧並且引起還原反應的作用之後，需要從基板上利用簡便的方法可靠地除去。因此，接合輔助劑需要為例如通過加熱而蒸發從而在基板上無殘留地被除去的溶劑。
[0088]此外，接合輔助劑具有至少I個OH基，由此還能夠確保對接合界面等的還原性的效果。
[0089]這樣，若對接合輔助劑所需的條件進行綜合，則作為本發明的接合輔助劑，例如可以使用在上述實施例中使用的甘油、三乙二醇、二乙二醇，除此以外，還可以使用二乙二醇單正丁基醚(沸點230°C)、三乙二醇二甲基醚(沸點216°C)、四乙二醇(沸點327°C)等。[0090](實施方式2)
[0091]圖10是表示本發明的實施方式2所涉及的倒裝片接合裝置110的遮蔽板126的構成的俯視圖。以下僅對與實施方式I的不同點進行說明。
[0092]在前述的實施方式I中，對基板臺15進行支撐的工作檯是能夠在XY方向上移動的XY工作檯34。若使用XY工作檯34，則基板臺15以及載置於基板臺15上的基板I能夠在XY方向上移動，因此只要遮蔽板26的開口 27確保了最低限度的大小則無論其大小如何，超聲波頭13以及分配器單元14都能夠接近基板I的表面整體來進行安裝。因此，在實施方式I中通過將遮蔽板26的開口 27設為所需最小限度的大小，進一步抑制了氣化後的接合輔助劑通過開口 27而向上方跑出並附著到接合裝置10。
[0093]另一方面，在本實施方式2中，作為對基板臺15進行支撐的工作檯，使用僅能沿著基板I的運送方向移動的單向工作檯134。這樣一來，基板臺15以及載置在基板臺15上的基板I雖然能夠在運送方向(Y方向)上移動但不能在與運送方向正交的方向(X方向)上移動，因此需要將遮蔽板126的開口 127開在X方向上，以便超聲波頭13以及分配器單元14能夠自由的接近基板I上。具體來說，如圖10所示，將開口 127設為在X方向較長的長方形狀，與實施方式I相比開口 127的面積變大。
[0094]圖11是沿圖10的線A-A的接合裝置110的剖面圖。如圖11所示，通過將開口127沿X方向的寬度LI設為比基板I沿該方向的寬度L2更大，從而超聲波頭13以及分配器單元14能夠接近基板I上的所有X方向位置。此外，在本實施方式2中單向工作檯134雖然在Y方向上移動但不在X方向上移動，因此在決定遮蔽板126的橫寬時也可以不考慮單向工作檯134的X方向的工作範圍。因此，如圖11所示，能夠儘可能地減小遮蔽板126的橫寬，能夠減小從基板I的運送方向觀察的遮蔽板126的剖面積。這樣，與實施方式I相t匕，通過減小遮蔽板126的剖面積，能夠以更少的供氣量進行供氣排氣。
[0095]圖11中的基板I的運送方法與利用圖8針對實施方式I說明的方法相同，因此省略其說明。
[0096]在上述的實施方式的說明中，以發光元件4的凸塊5 (Au)與基板I的基板電極3 (Cu)被超聲波接合的情況為例進行了說明，但也可以是由銅來形成發光元件4的凸塊5，並進行Cu-Cu的超聲波接合的情況。此外，也可以由銅來形成凸塊5，由金來形成基板電極3，並進行Cu-Au的超聲波接合。
[0097]此外，在上述的說明中，以利用分配器單元14，在基板I的布線2以及基板電極3上塗敷供給接合輔助劑的情況為例進行了說明，但作為接合輔助劑的供給方法，除了通過塗敷進行的供給之外，也可以採用通過轉印進行的供給方法。此外，除了將接合輔助劑供給至基板I側的情況之外，也可以採用供給至發光元件4側的情況、供給至兩者的情況等任意
一種方法。
[0098]此外，作為接合輔助劑的供給位置，對接合輔助劑覆蓋接合界面8的周圍的情況進行了說明，但也可以取而代之，進行供給使得接合輔助劑至少存在於接觸界面的周圍。在此情況下，在超聲波接合工序中，由於超聲波振動的作用，存在於接合界面8的周圍的接合輔助劑浸入到接觸界面8，因此與上述的還原反應等同樣地，能夠實現已經形成的銅的氧化膜的除去、以及新的銅的氧化膜的形成的抑制。
[0099]此外，在接合輔助劑除去工序中，也可以取代對接合輔助劑積極地進行加熱等來進行除去的情況，而例如通過進行放置使其自然蒸發來進行除去。
[0100]此外，作為用於在基板I上進行半導體元件的安裝的安裝單元使用了超聲波頭13，但也可以使用超聲波頭13以外的構件作為安裝單元的構成要素。
[0101]另外，通過對上述各種實施方式中的任意的實施方式進行適當組合，能夠發揮各自所具有的效果。
[0102]本發明，在半導體元件的安裝中，能夠在保持與現有的Au-Au同等的晶片切變強度的同時實現Au-Cu接合或者Cu-Cu接合，並且能夠抑制氣化後的接合輔助劑附著在裝置的構件等上而發生腐蝕，因此在成本削減的持續要求高的倒裝片接合裝置中很有用。
[0103]本發明一邊參照附圖一邊與優選的實施方式相關聯地進行了充分記載，但對於該技術的熟練者而言，各種變形、修正是明了的。這種變形、修正，只要不脫離基於所附的權利要求書的本發明範圍，就應理解為包含在其中。
[0104]2011年11月24日提出申請的日本國專利申請N0.2011-256253號的說明書、附圖、以及權利要求書的公開內容，作為整體被參照並被引入本說明書中。
【權利要求】
1.一種倒裝片接合裝置，具備: 基板臺，其具有加熱單元，並且載置並保持基板； 分配器單元，其向載置於基板臺上的基板的各個第I電極上供給具有還原性的接合輔助劑； 半導體元件供給單元，其供給半導體元件； 安裝單元，其包含超聲波頭，所述超聲波頭接受並保持由半導體元件供給單元供給的半導體元件，並在被供給了接合輔助劑的基板的第I電極上按壓半導體元件的第2電極的狀態下給予超聲波振動來進行安裝； 遮蔽板，其被配置在基板臺的上方，由此遮擋從基板臺流向基板臺的上方的氣流，並且具有能夠使超聲波頭以及分配器單元接近基板的公共的開口 ；和 排氣設備，其將包含塗敷於基板之後通過加熱單元所產生的熱而氣化的接合輔助劑的氣體從基板臺與遮蔽板之間的空間進行排氣， 超聲波頭在如下狀態下進行金屬接合:使第I電極與第2電極之間的安裝為至少含有銅的金屬接合，在進行金屬接合為止的期間至少在第I電極與第2電極之間的接合界面的周圍存在接合輔助劑。
2.根據權利要求1所述的倒裝片接合裝置，其中， 具備基板運送單元，其將安裝半導體元件之前的基板從基板臺的一方運入基板臺，將安裝了半導體元件的基板從基板臺的另一方運出， 將排氣設備的排氣管道設置在基板臺的另一方側。
3.根據權利要求1或2所述的倒裝片接合裝置，其中， 還具備對基板臺與遮蔽板之間的空間進行供氣的供氣設備。
4.根據權利要求2所述的倒裝片接合裝置，其中， 還具備對基板臺與遮蔽板之間的空間進行供氣的供氣設備， 將供氣設備的供氣管道設置在基板臺的一方側。
5.根據權利要求1所述的倒裝片接合裝置，其中， 支撐基板臺的工作檯是XY工作檯， 遮蔽板的開口被形成為超聲波頭以及分配器單元能夠接近安裝一個半導體元件的基板上的第2電極的大小。
6.根據權利要求1所述的倒裝片接合裝置，其中， 支撐基板臺的工作檯是僅能沿著基板的運送方向移動的單向工作檯， 遮蔽板的寬度被設定為覆蓋被固定在與基板的運送方向正交的方向上的基板的寬度方向的區域。
【文檔編號】H01L21/60GK103765566SQ201280043358
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2011年11月24日
【發明者】小鹽哲平, 境忠彥, 石川隆稔, 向島仁, 高倉憲一, 石松顯, 園田知幸 申請人:松下電器產業株式會社