Warning: copy(.htaccess): failed to open stream: Permission denied in /home/jp321/public_html/header.php on line 8
半導体モジュールの製造方法 - セイコーエプソン株式会社
米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> セイコーエプソン株式会社

発明の名称 半導体モジュールの製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−19103(P2007−19103A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−196643(P2005−196643)
出願日 平成17年7月5日(2005.7.5)
代理人 【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
発明者 長坂 公夫
要約 課題
レーザ光を用いて信頼性の良好な半導体モジュールを製造することのできる半導体モジュールの製造方法を提供する。

解決手段
本発明にかかる半導体モジュール1000の製造方法は、ワイヤレスボンディングによって半導体チップ100を配線基板200に接合する半導体モジュールの製造方法であって、(a)配線基板210上に導電性材料を用いて形成されている接合部202、204に向かってレーザ光を照射することにより、当該接合部を溶融する工程と、(b)前記接合部に前記半導体チップの電極を接触させて、当該接合部に向かってレーザ光を照射することにより、前記半導体チップに前記接合部を接合する工程と、を含む。
特許請求の範囲
【請求項1】
ワイヤレスボンディングによって半導体チップを配線基板に接合する半導体モジュールの製造方法であって、
(a)配線基板上に導電性材料を用いて形成されている接合部に向かってレーザ光を照射することにより、当該接合部を溶融する工程と、
(b)前記接合部に前記半導体チップの電極を接触させて、当該接合部に向かってレーザ光を照射することにより、前記半導体チップに前記接合部を接合する工程と、
を含む、半導体モジュールの製造方法。
【請求項2】
請求項1において、
前記工程(a)と前記工程(b)の間に、
(c)前記接合部を冷却することにより硬化させる工程、
をさらに含む、半導体モジュールの製造方法。
【請求項3】
請求項2において、
前記工程(c)の後に、
前記配線基板に対して前記半導体チップの位置合わせを行う工程、
をさらに含む、半導体モジュールの製造方法。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記工程(a)において前記接合部に向かって照射するレーザ光の照射強度は、前記工程(b)において前記接合部に向かって照射するレーザ光の照射光量より小さい、半導体モジュールの製造方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記工程(a)の前に、
メッキ法により配線基板上に前記接合部を形成する、半導体モジュールの製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光通信の分野において、光素子や駆動ドライバなどを透明基板上に実装した簡易な構造の光モジュールの研究開発が行われている。この場合の実装工程において、各素子が熱的なダメージを受けて問題となる場合がある。
【0003】
ところで、例えば、特開平9−51016号公報には、レーザ光を用いて局部的な加熱を行い、ICチップなどの部品の端子電極と、基板の導体とを、ワイヤレスボンディング法によって接続して、熱的なダメージを抑制する技術が開示されている。
【特許文献1】特開平9−51016号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、レーザ光を用いて信頼性の良好な半導体モジュールを製造することのできる半導体モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明にかかる半導体モジュールの製造方法は、
ワイヤレスボンディングによって半導体チップを配線基板に接合する半導体モジュールの製造方法であって、
(a)配線基板上に導電性材料を用いて形成されている接合部に向かってレーザ光を照射することにより、当該接合部を溶融する工程と、
(b)前記接合部に前記半導体チップの電極を接触させて、当該接合部に向かってレーザ光を照射することにより、前記半導体チップに前記接合部を接合する工程と、
を含む。
【0006】
このように、前記接合部に前記半導体チップの電極を接触させる前に、一旦レーザ光を接合部に照射することによって、接合部の表面形状を中央部から端部にむかって傾斜した球面形状に変形することができる。これにより、接合部の中央部から端部に向かって電極との接触面積を広げながら、接合部に半導体チップの電極を接合させることができる。これにより、接合部と電極との間において、気泡が巻き込まれるのを抑制し、ボイドの発生を防止することができる。したがって、ボイドの発生による電気抵抗、熱抵抗を低下させるとともに接合強度を向上させることができる。
【0007】
本発明にかかる半導体モジュールの製造方法において、
前記工程(a)と前記工程(b)の間に、
(c)前記接合部を冷却することにより硬化させる工程、
をさらに含むことができる。
【0008】
本発明にかかる半導体モジュールの製造方法において、
前記工程(c)の後に、
前記配線基板に対して前記半導体チップの位置合わせを行う工程、
をさらに含むことができる。
【0009】
本発明にかかる半導体モジュールの製造方法において、
前記工程(a)において前記接合部に向かって照射するレーザ光の照射強度は、前記工程(b)において前記接合部に向かって照射するレーザ光の照射光量より小さいことができる。
【0010】
本発明にかかる半導体モジュールの製造方法において、
前記工程(a)の前に、
メッキ法により配線基板上に前記接合部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0012】
1.まず、本実施の形態にかかる半導体モジュールの構成の一例を説明する。
【0013】
図5は、本実施の形態にかかる半導体モジュールを模式的に示す断面図である。半導体モジュール1000は、半導体チップの一例としての光チップ100と、配線基板200とを備える。
【0014】
配線基板200は、第1の基板210と、配線部206、208と、第1の接合部202と、第2の接合部204とを含む。配線部206、208は、それぞれ第1のバンプ207および第2のバンプ209を有する。第1のバンプ207および第2のバンプ209の上面には、それぞれ第1の接合部202および第2の接合部204が形成されている。
【0015】
第1の基板210は、レーザ光を透過するガラス基板のような透明基板からなることができる。配線部206、208は、金属等の導電性材料からなる。配線部206、208は、たとえば銅、ニッケル、および金の積層膜からなることができる。第1の接合部202および第2の接合部204は、金属等の導電性材料からなる。第1の接合部202および第2の接合部204は、たとえば金錫の合金からなることができる。配線部206、208、第1の接合部202、および第2の接合部204は、たとえばメッキ法により形成される。
【0016】
光チップ100は、発光素子および/または受光素子を備えることができる。本実施の形態では、垂直共振器型面発光レーザを適用した例について説明する。光チップ100は、第2の基板10と、共振器18と、第1電極24と、第2電極26と、絶縁層30とを含む。第2の基板10は、たとえば半導体基板からなることができる。共振器18は、第2の基板10上に形成され、第2の基板10側から順に下部ミラー、活性層、上部ミラー(図示せず)を有する。第2電極26は、共振器18の上面から絶縁層30上にかけて形成されている。第2電極26は、共振器18の上面において開口部を有し、たとえばリング形状を有する。開口部からレーザ光が出射される。第1電極24は、第2の基板10上に形成されている。
【0017】
2.次に半導体モジュール1000の製造方法の一例を説明する。
【0018】
図1〜図4は、本実施の形態にかかる半導体モジュールの製造工程を模式的に示す断面図である。
【0019】
(1)まず、図1に示すように、第1の基板210を用意する。第1の接合部202および第2の接合部204は、メッキ法により形成されているため、その表面は、図1に示すように凹凸形状を有する粗面となっている場合がある。
【0020】
(2)次に、図2に示すように、第1の接合部202および第2の接合部204に向かって局部的にレーザ光230を照射することにより、第1の接合部202および第2の接合部204を溶融する。
【0021】
レーザ光230は、第1の基板210の下方から、第1の基板210を透過して第1の接合部202および第2の接合部204に照射される。ここでは、少なくとも第1の接合部202および第2の接合部204が融点以上になるようにレーザ光230を照射する。たとえば、第1の接合部202および第2の接合部204が、金80wt%、錫20wt%の合金からなる場合、融点は280℃であるため、280℃以上になるようにレーザ光230を調整する。ここでレーザ光230は、第1の接合部202および第2の接合部204を溶融させることのできる最低限の照射光量であることが好ましい。これにより、レーザ光230の照射によって第1の接合部202および第2の接合部204の表面が酸化するのを抑制することができる。酸化を抑制することにより、電気抵抗を低下させ、また接合強度を向上させることができる。
【0022】
上述したように第1の接合部202および第2の接合部204の表面は、凹凸形状を有する粗面であったが、レーザ光230を照射して溶融することにより、図2に示すように、中央部から端部にかけて滑らかに傾斜した球面形状に変形する。これは、第1の接合部202および第2の接合部204が溶融することにより液状となることに起因する。このように、第1の接合部202および第2の接合部204の表面が球面形状となるのは、液状となった第1の接合部202および第2の接合部204に表面張力が働くからである。
【0023】
第1の接合部202および第2の接合部204は、レーザ光230を所定の時間、照射された後に、冷却される。レーザ光230の照射を終了した後に、たとえば常温雰囲気に配線基板200を曝すことにより、第1の接合部202および第2の接合部204を冷却することができる。これにより第1の接合部202および第2の接合部204は、球面形状に硬化する。
【0024】
(3)次に、図3に示すように、吸着穴52を有するボンディングツール50で光チップ100を吸着し、配線基板200に対して光チップ100の位置合わせを行う。具体的には、配線基板200の第1の接合部202の直上に第1電極24を配置し、第2の接合部204の直上に第2電極26のパッド部分が配置するように位置合わせを行う。
【0025】
配線基板200が冷却された後に位置合わせを行うことによって、冷却することなく位置合わせをする場合と比べて、配線基板200の温度上昇により空気の揺らぎを防止することができるため、位置合わせを精度良く行うことができる。
【0026】
(4)次に、図4に示すように、第1の接合部202および第2の接合部204のそれぞれに光チップ100の第1電極24および第2電極26を接触させて、第1の接合部202および第2の接合部204に向かってレーザ光232を照射する。そして、ボンディングツール50は、第1の接合部202および第2の接合部204が変形する程度の十分な荷重をかけながら、配線基板200方向に押圧する。
【0027】
ここで、上記工程(2)において照射されるレーザ光230と、本工程で照射されるレーザ光232の照射条件は異なる。レーザ光230の照射光量は、レーザ光232の照射光量より小さい。照射光量とは、たとえば、レーザ光の出力に照射時間をかけた値で表される。レーザ光230は、たとえば、3.5Wの出力で照射時間が400msのレーザ光である。レーザ光232は、たとえば、プレヒート2.7Wの出力で照射時間が350ms、本ヒート4.5Wの出力で照射時間が350ms、ポストヒート2.7Wの出力で照射時間が350msの3段階のレーザ光である。また、たとえば、レーザ光230の照射時間とレーザ光232の照射時間が同じ場合には、レーザ光230の出力をレーザ光232の出力の約2分の1にしてもよい。
【0028】
光チップ100が配線基板200に押圧されている際、第1の接合部202および第2の接合部204は、表面が球面形状であるため、それぞれの中央部から端部に向かって徐々に第1電極24および第2電極26との接触面積を広げながら接合する。このときに第1の接合部202および第2の接合部204は、中央部から周囲の端部に引き延ばされる。これにより、第1の接合部202および第2の接合部204は、気泡を巻き込む可能性が低いため、ボイドの発生を防止することができる。したがって、ボイドの発生による電気抵抗、熱抵抗を低下させるとともに接合強度を向上させることができる。
【0029】
また、接合前に上記工程(2)において予めレーザ光230を第1のバンプ207および第2のバンプ209に照射することによって、第1のバンプ207および第2のバンプ209は、剥離して第1の基板210上の形成位置をわずかに移動することができる。これにより、第1の基板210と第1のバンプ207および第2のバンプ209との熱膨張率の違いから生じる応力を緩和することができる。これにより、たとえば第1の基板210と第1のバンプ207および第2のバンプ209との間で剥離等の破損が生じるのを防止することができ、接合強度を向上させることもできる。
【0030】
また、半導体モジュール1000の製造工程では、第1の接合部202および第2の接合部204にレーザ光230を照射した後に冷却している。これにより、工程(3)の位置合わせのときに、第1の接合部202および第2の接合部204からの熱が光チップ100に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【0031】
以上の工程により半導体モジュール1000を製造することができる。
【0032】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば上述した半導体モジュール1000の製造方法では、配線基板200の位置を固定し、光チップ100の位置を配線基板200に合わせて調整しているが、これにかえて光チップ100の位置を固定し、配線基板200の位置を調整してもよい。
【0033】
また上述した半導体モジュール1000の製造方法では、光チップ100は垂直共振器型面発光レーザを有しているが、これにかえて他の発光素子やフォトダイオード等の受光素子でもよい。
【0034】
また上述した半導体モジュール1000の製造方法は、第1の接合部202および第2の接合部204にレーザ光230を照射した後、一旦冷却して位置合わせを行っているが、これにかえてレーザ光230を照射しながら位置合わせを行ってもよい。
【0035】
さらに、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本実施の形態にかかる半導体モジュールの製造工程を模式的に示す断面図。
【図2】本実施の形態にかかる半導体モジュールの製造工程を模式的に示す断面図。
【図3】本実施の形態にかかる半導体モジュールの製造工程を模式的に示す断面図。
【図4】本実施の形態にかかる半導体モジュールの製造工程を模式的に示す断面図。
【図5】本実施の形態にかかる半導体モジュールを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【0037】
10 第2の基板、18 共振器、24 第1電極、26 第2電極、30 絶縁層、50 ボンディングツール、52 吸着穴、100 光チップ、200 配線基板、202 第1の接合部、204 第2の接合部、206 配線部、207 第1のバンプ、208 配線部、209 第2のバンプ、210 第1の基板、230 レーザ光、232 レーザ光




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013