專利名稱：芯片接合裝置及芯片接合方法
技術領域：
本發明涉及芯片接合裝置及芯片接合方法。
背景技術：
使用了引線框架的半導體裝置一般情況下將半導體芯片搭載在引線框架的臺部，通過引線接合等方法電連接半導體芯片的電極和引線框架的電極。然后，對半導體芯片及所述引線接合等的配線部周圍利用樹脂進行模制成形，將樹脂部外側的引線框架部分切斷成規定的引線形狀，從而得到單獨的半導體裝置。在半導體裝置中，引線框架和半導體芯片的連接使用粘接劑的情況較多，但在處理大電流、大功率等的半導體裝置中，需要使半導體芯片產生的熱量傳遞到臺部以便高效地使熱量釋放到半導體裝置外部，因此，一般情況下使用熱傳導率比粘接劑好的焊錫來接合半導體芯片和引線框架。作為將半導體芯片搭載在引線框架上并使用焊錫進行接合的芯片接合裝置，被日本特開2000-216174號公報(專利文獻I)等公開。在專利文獻I中公開的內容是經由焊錫將半導體晶片安裝在引線框架上的芯片接合機，在安裝半導體晶片之前，使熔融焊錫上下移動，并使用繞軸旋轉的攪拌棒進行攪拌，但若為了縮短作業時間而加快裝置的動作速度，則存在攪拌棒使熔融焊錫飛濺的問題，于是，需要解決了該問題的裝置。作為解決手段提供一種芯片接合機，依次配置有焊錫供給部，其向在用罩覆蓋的導軌上被加熱地間歇移動的引線框架供給定量的焊錫；焊錫攪拌部，其用攪拌棒攪拌在引線框架上熔融的焊錫；半導體晶片供給部，其向被攪拌的熔融焊錫上供給半導體晶片，在上述芯片接合機中，設置有對所述攪拌棒的至少與熔融焊錫接觸的面進行加熱的構件。
另外，在日本特開2009-283705號公報(專利文獻2)中公開了一種芯片接合機，在焊錫攪拌棒上設置有能夠沿與引線框架的表面平行的方向振動的超聲波振子，以便減少接合部的空隙。除此以外，日本特開2001-176893號公報(專利文獻3)中公開了一種芯片接合裝置，在供給焊錫時，一旦從焊錫供給噴嘴經由焊錫熔融臂向引線框架供給焊錫，能夠不會使焊錫的氧化膜集中在表面地使其向焊錫內部擴散。日本特開2008-192965號公報(專利文獻4)公開了一種技術供給焊錫之后，即使在熔融狀態的焊錫表面產生了氧化膜，為確保焊錫浸潤性，用具有針狀的尖的針部的夾具刺穿焊錫表面的氧化膜地進行攪拌，由此，破壞氧化膜地將其除去。專利文獻4還公開了吹送助熔劑等還原劑或還原性氣體的技術。作為使用了引線框架以外的部件的半導體裝置，在功率半導體、功率模塊等中，主要由銅類材料形成的散熱基層襯底和絕緣襯底的連接、或者絕緣襯底和二極管等半導體設備的連接等通過大面積的焊錫連接進行，能夠適用與上述同樣的芯片接合工藝。在這些大面積的焊錫連接部中，為確保性能、可靠性，減少焊錫接合部中的空隙變得重要。作為實施上述以外的大面積的焊錫接合的方式，通過印刷或分配器將焊錫膏供給到引線框架或襯底，將半導體芯片搭載在其上之后，置于加熱爐，使焊錫熔融，從而將引線框架或襯底與半導體芯片之間接合，這種工藝也常被使用。在該工藝中，作為加熱爐，大多采用能夠使爐內成為真空的真空回焊爐。即，首先，使焊錫膏熔融，通過有機成分的還原作用來確保向部件的浸潤，然后，對整體進行抽真空，從接合部中排除空隙。然后，使整體冷卻，但冷卻后，助熔劑殘渣殘留而需要清洗工序的情況較多。專利文獻1:日本特開2000-216174號公報專利文獻2:日本特開2009-283705號公報專利文獻3:日本特開2001-176893號公報專利文獻4:日本特開2008-192965號公報但是，在與上述的已經公開的芯片接合機相關的公知例中，供給焊錫之后，僅通過攪拌棒等破壞焊錫表面的氧化膜以使其分散、或者在焊錫供給時使焊錫的氧化膜向焊錫內部擴散，成為在接合部殘留氧化膜的工藝。在這些氧化膜殘留在界面的情況下，阻礙焊錫和被接合材料之間的浸潤，產生空隙，成為夾著氧化膜這樣的接合不良的原因。另外，即便在使氧化膜分散到了焊錫內部的情況下，由于未被除去，所以導致焊錫內部產生空隙。而且，導致焊錫的機械特性、熱傳導特性降低。這樣，空隙的產生、界面的接合不良導致焊錫連接部的熱阻增加、散熱性降低，弓丨起不能確保作為半導體裝置的必要性能的問題。另外，接合強度也降低。因此，熱疲勞特性降低，不能確保長期的可靠性。進行這些大面積的焊錫接合的半導體設備一般情況下多用于功率半導體、功率模塊，除了空調、電腦等家電用途的半導體裝置以外，還被用于汽車儀器、鐵路、工業儀器等，影響性能和可靠性的焊錫接合部的品質變得非常重要。另外，今后，即使是功率半導體，也需要小型化，并且為減小熱阻，還存在焊錫的厚度變薄的傾向，芯片接合部的空隙的控制、浸潤的確保`變得更為重要。另外，雖然關于通過還原性氣體處理爐內熔融狀態的焊錫表面來除去氧化膜的方式有所說明，但沒有考慮除去工藝中的反應生成物的處理。若不高效地除去這些反應生成物，就會污染周圍的部件、爐內，導致連接合界面的接合部以外的部位也產生品質降低。另夕卜，在作為還原性氣體而使用氫等離子體等的情況下，與通常的爐內環境氣體的情況相比，等離子體處理所需的氣體量增加，可能導致高成本。另一方面，在使用了焊錫膏的接合方式中，可認為空隙產生的原因是溶劑成分的揮發、以及焊錫和有機成分的反應物作為分解氣體而產生等，為除去它們，對真空回焊爐進行抽真空。但是，由于為抽真空需要間歇處理(〃 '、，★処理)這種情況、在冷卻后因助熔劑殘渣殘留而需要清洗工序這種情況等，因此，制造工藝變長，成為阻礙低成本化的主要原因。由此可知，需要減少接合部中的空隙或者減少界面的接合不良的無清洗的芯片接合工藝以及用于實現該工藝的芯片接合設備。另外，還需要能夠降低處理成本的設備。
發明內容
為解決上述課題，采用例如權利要求保護的范圍所記載的結構。本申請包括多個解決上述課題的方案，列舉其中一例，在該方案中，在爐內的環境氣體中，形成由焊錫得到的接合部來接合多個被接合部件，在這樣的芯片接合機中，使用氣體還原并除去向被接合部件供給的焊錫的表面氧化膜之后，將其供給到被接合部件，并且通過設置在附近的排氣口排出包含通過還原而生成的反應生成物在內的氣體。根據本發明，由于向引線框架或襯底供給的焊錫的氧化膜量在接合半導體芯片的時刻已經減少，所以在與半導體芯片接合的焊錫接合部，能夠抑制空隙的產生以及焊錫和被接合部件之間的界面處的浸潤不良。即，在焊錫的氧化膜殘留于界面的情況下，在焊錫和被接合材料之間的界面處產生空隙，導致接合不良，但根據本發明能夠防止這樣的不良情況。因此，能夠確保焊錫連接部的散熱性，并能夠得到作為半導體裝置所需的性能。另夕卜，由于能夠減少空隙，所以能夠確保接合強度，能夠保障長期的可靠性。另外，半導體芯片周邊的倒角^ y卜)形狀也變得良好，能夠確保機械強度。而且，與以往的使用了焊錫膏的方式相比，不需要冷卻后的清洗工序，因此能夠不用清洗地得到高品質的芯片接合部。另外，能夠減少氫氣使用量，從而降低處理成本。
圖1是表示本發明的芯片接合機的主要部分的圖。圖2是表示本發明的表面清潔化單元的例子的圖。圖3 (a) (C)是示意地表示產生空隙、浸潤不良時的情況的圖。圖4是表示倒角形狀的不良部的圖。圖5 (a) (d)是示意地表示在本發明的焊錫表面清潔化單元中處理后的芯片接合連接部的圖。圖6是表示本發明的芯片接合爐內的氫氣濃度分布的圖。圖7是表示本發明的其他的芯片接合機的主要部分的圖。圖8是表示本發明的其他的芯片接合機的主要部分的圖。圖9是表示本發明的其他的芯片接合機的主要部分的圖。圖10是表示本發明的其他的表面清潔化單元的例子的圖。圖11是表示本發明的其他的表面清潔化單元的例子的圖。圖12是表示以往的芯片接合機的主要部分的圖。圖13是表示本發明的其他的表面清潔化單元的例子的圖。圖14是表示在表面清潔化工序和其他工序之間用隔壁隔開環境氣體的芯片接合裝置的例子的圖。附圖標記說明1…芯片接合機，2…罩(爐)，3···引線框架或襯底，4…導軌，5…引線框架或襯底的移動方向，6a、6b、6c、6c-l、6c_2、6d···開口窗,7…焊錫絲,8…加熱器,9…焊錫供給噴嘴，10…被供給的焊錫，1L···焊錫成形棒，12…浸潤擴展的焊錫，13…表面清潔化單元，14…進行了表面清潔化處理的焊錫，15…半導體芯片，16…芯片夾，17…焊錫連接部，18…通向爐內的入口，19···來自爐內的出口，21···噴嘴,22···電極,23…電介質，24···電源，25…氣體導入口，26…等尚子體,27…排氣口，31…噴嘴,32...電極,33…中心電極,34…絕緣物，35…電源，36…氣體導入口，37…放電空間，38…氣體出口，39…等離子體，40…排氣口，41…來自焊錫絲的氧化膜，42···浸潤擴展的焊錫上的氧化膜，43···空隙，44…浸潤不良，45···被破壞、分散的氧化膜，46…歪斜的倒角形狀，47 · 殘留在焊錫絲的表面的氧化膜，61…氫氣濃度分布的等高線，71···等離子體發生器，72、73、74…處理噴嘴，101···激光振蕩器，102…激光束，103···光纖，104…光學透鏡，120···以往的芯片接合裝置，121···焊錫接合部。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細說明本發明的實施方式。此外，在用于說明實施方式的所有附圖中，對于相同的部分原則上標注相同的附圖標記，并省略其重復說明。實施例1圖1是本發明的具有焊錫表面清潔化單元的芯片接合機的主要部分的放大圖。該芯片接合機I是在為隔絕外部空氣而被罩2覆蓋的爐內，具有使被接合部件即引線框架或襯底3間歇地移動的導軌4，沿引線框架或襯底3的移動方向5，在罩(爐)2頂面的規定位置具有4個開口窗6a、6b、6c、6d。按照芯片接合工藝進行說明時，第一工序是焊錫的供給工序將縱長的焊錫絲7穿過開口窗6a供給到引線框架或襯底3。若詳細說明該工序，則從焊錫供給噴嘴9送出的焊錫絲7與底面被加熱器8加熱了的引線框架或襯底3接觸，焊錫絲7的前端熔融并浸潤引線框架或襯底3，由此供給焊錫(被供給的焊錫10)。在圖1所示的本發明的芯片接合機的第二工序中，焊錫成形棒11從開口窗6b下降并按壓被供給的焊錫10，在引線框架或襯底3上浸潤擴展成所期望的形狀(浸潤擴展的焊錫12)。在第三工序中，通過設置于開口窗6c的表面清潔化單元13，將在引線框架或襯底3上浸潤擴展成所期望的形狀的焊錫12表面的氧化膜除去或進行減少處理(進行了表面清潔化處理的焊錫14)。因此 ，進行了表面清潔化處理的焊錫14表面的Sn氧化膜量與以往的無表面清潔化單元13的方式相比大幅度減少。在第四工序中，吸附了半導體芯片15的芯片夾(- 卜)16下降，將半導體芯片15搭載在浸潤擴展的焊錫14上并接合。由此，經由焊錫連接部17將半導體芯片15接合在引線框架或襯底3上。作為這些芯片接合部17的品質，與以往的方式相比，能夠抑制空隙率(單位體積的熔融焊錫所含有的氣泡的容積比例)。空隙率能夠通過X射線觀察裝置、超聲波探傷裝置等測定。為進行比較，圖12示出了以往的芯片接合裝置120，沿著引線框架或襯底3的移動方向5，在罩(爐)2頂面的規定位置具有3個開口窗6a、6b、6d。在第一工序中，從焊錫供給噴嘴9送出的焊錫絲7與底面被加熱器8加熱了的引線框架或襯底3接觸，焊錫絲7的前端熔融并浸潤引線框架或襯底3，由此供給焊錫(被供給的焊錫10)。在第二工序中，通過焊錫成形棒11浸潤擴展成所期望的形狀(浸潤擴展的焊錫12)，在第三工序中，吸附了半導體芯片15的芯片夾16下降，將半導體芯片15搭載在浸潤擴展的焊錫12上并接合(接合部的焊錫121)。在以往的方式中，存在于浸潤擴展的焊錫12上的氧化膜仍然殘留于其與半導體芯片15之間的界面或焊錫內部121，與本發明完全不同。在圖1所示的本發明的芯片接合裝置中，為進一步提高焊錫接合部的品質(芯片接合品質)，在第二工序中，使焊錫成形棒11從開口窗6b下降以使焊錫浸潤擴展成所期望的形狀時，也可以在焊錫不飛濺到不需要的位置的范圍內，施加超聲波等振動，以促進浸潤。另外，還可以對引線框架或襯底3實施沿水平方向、垂直方向或旋轉方向的多次位移來促進浸潤。另外，若在成形棒11的前端，為使焊錫容易浸潤擴展成所期望的形狀而設置槽或凹坑，并且，為了不降低焊錫的流動性而設置加熱功能，則能夠進一步提高品質。另外，在第四工序中，也可以在搭載并接合半導體芯片15的工序中，以沿x、y、z方向不錯位這種程度的振幅使其動作來施加超聲波振動等，從而促進浸潤。由此，能夠期待品質的進一步提高。另外，為進一步排除表面的氧化膜的影響，也可以使半導體芯片15從大致橫向與引線框架或襯底3的表面平行地進入。由此，能夠利用半導體芯片前端部的邊緣排除氧化膜的同時進行搭載。或者，芯片夾16也可以采用帶有凸緣的形狀，從而可以使用所述芯片夾16的凸緣從接合部排除氧化膜。由此，也能夠期待品質的提高。由于這些工藝是不使用助熔劑的無助熔劑的工藝，所以，為了使焊錫表面難以被氧化，需要構成為，使芯片接合機I內的被罩2覆蓋的部分(爐)隔絕外部空氣(大氣)，并使罩(爐)2內部的環境氣體由氮氣或氮氣和氫氣的混合氣體等填充，以便將殘留在內部的氧氣濃度盡可能保持得低。因此，供引線框架或襯底3進入罩(爐)2內部的入口 18、出口 19的形狀盡可能減小，以減少來自外部的氧氣的進入，這很重要。焊錫表面清潔化單元13的一例如圖2所示，在大氣壓下，使用噴嘴21對引線框架或襯底3上的熔融的焊錫12表面，實施等離子體處理。噴嘴21主要由對電極22和電介質23構成，在電極上連接有電源24。處理用的氣體從氣體導入口 25被導入，通過電源24在電極間施加電場，由此產生等離子體26。此外，作為電介質23的材料，可以采用玻璃、石英玻璃、氧化鋁等，但不限于此。在此，處理用的氣體采用了作為該等離子體裝置的環境氣體而使用的氮氣和氫氣的混合氣體。氫氣的濃度越高，則能夠清潔表面的能力越高，但需要防爆構造，成本變高，因此優選使用爆炸極限以下的4% 左右的氫氣。使用如上所述生成的氫等離子體，對熔融的焊錫12的表面進行處理，此時，產生反應生成物。若表不關于焊錫表面的氧化膜中的SnO2的反應式,則成為(化學式l)Sn02 + 4H *—Sn + 2H20，主要存在于焊錫表面的錫的氧化物被還原成Sn，導致在爐內產生!120。若對這些生成物放置不管，則引線框架或襯底3的周圍被污染，并且，連續地處理時，爐內2也被污染，因此將排氣口 27配置在噴嘴21附近。排氣口 27不僅通過向罩(爐)2外側通氣用的管進行自然排氣，還通過葉輪等提供吸引力進行吸引來進行強制排氣，強制排氣對于反應生成物的除去更有效果。由此，即使連續地處理，也不會引起品質降低。另外，在圖2的例子中，排氣口 27配置在表面清潔化單元13的噴嘴21附近，但也可以如圖13的例子那樣，呈包圍噴嘴21外周的環狀地設置排氣口 27，從而構成一體式構造。即，在噴嘴中央部開設有產生等離子體并使等離子體朝向引線框架或襯底3噴出的孔，在其外周連續地設置有排氣口 27，從該外周部的孔吸引反應生成物，從而構成一體式構造，從形狀來看也是緊湊的。以下說明完成這樣的發明的理由。以往，在通過芯片接合機實施的大面積的焊錫連接部大多發現空隙不良。即使芯片接合爐內被氮氣或氮氣和氫氣的混合氣體等填充，也有氧氣殘留，因該殘留氧氣而導致焊錫被氧化，這種情況推定為產生該空隙的主因。因此，進行了在各種氧氣濃度條件下將半導體芯片接合在襯底上的芯片接合實驗。其結果是，可知向引線框架或襯底3供給的焊錫絲7的表面氧化膜與空隙產生相關。其結果如圖3所示。圖3示出了以往的芯片接合工藝的情況下的焊錫浸潤的示意圖。通常的焊錫絲7因焊錫材質、制造條件和保管條件不同，導致在表面上雖厚度不同但必然存在氧化膜47。由此可知，在第一工序中，焊錫絲接觸到引線框架或襯底3上，在熔融的焊錫被供給的時刻，來自焊錫絲7的氧化膜41載置在被供給的焊錫10上。接著，在下一工序中，即使通過焊錫成形棒11，擠壓供給到引線框架或襯底3上的焊錫10以使其浸潤擴展，氧化膜42也基本上殘留在浸潤擴展的焊錫12上。通常，在芯片接合工藝中，將氮氣或氮氣和氫氣的混合氣體用于環境氣體，以使被罩2覆蓋的部分(爐)中的氧氣濃度變低的方式進行控制。另一方面，作為焊錫材料大多使用的組成是以Sn為主成分的焊錫，焊錫表面通常被Sn的氧化膜覆蓋。但是，可知如下情況Sn的氧化膜是穩定的這種情況；以及芯片接合工藝為確保單位時間的產量而期待盡可能在短時間實施各處理工序，因此，能夠保持在高溫的時間也短，即使在混有氫氣的環境氣體中，在焊錫接合的200°C至300°C左右的溫度下，也幾乎不能期待氧化膜的還原這種情況。因此，在浸潤擴展了的焊錫上氧化膜42未被除去而必然殘留。由此，即使將半導體芯片15搭載在其上并進行接合，該接合也會被氧化膜42阻礙。即，可知氧化膜42的一部分被破壞、分散(破壞、分散的氧化膜45)而導致產生空隙43或浸潤不良44。對浸潤擴展的焊錫12的表面進行攪拌，在搭載半導體芯片15時施加超聲波振動，即便采取上述措施等，氧化膜42的破壞、分散也被促進，其結果是，不能除去氧化膜42而導致氧化膜殘留在接合層中。而且，可知在爐內的殘留氧量多的情況下，殘留在焊錫表面的氧化膜42妨礙半導體芯片15周圍形成平滑的倒角，如圖4所示可知，成為歪斜的倒角形狀46。匯總以上的研究結果，在包含氫氣的還原性的環境氣體中，在通常的帶有焊錫的溫度附近以及通常的量產工藝下的各處理時間中，幾乎不能期待焊錫表面的Sn氧化膜的還原、除去。另外，即使殘留在表面的氧化膜在之后的工藝中采用機械方式被破壞、分散，也會殘留在焊錫接合部，引起 空隙、浸潤不良、倒角形狀不良。另外，一般情況下，即使焊錫進行過一次氧化膜除去，但在周圍存在氧氣時，立刻就會形成氧化膜。氧化膜越是在高溫下越容易生長。由此可知在即將搭載、接合半導體芯片15之前，除去熔融狀態的焊錫12表面的氧化膜42，這對于芯片接合品質的確保很重要。因此，在即將在熔融的焊錫12上搭載、接合半導體芯片15之前的工序中，設置焊錫清潔化單元13。此時，作為除去氧化膜的方式，可知在機械方式中，由于殘渣殘留在接合部中，所以沒有效果，于是需要采取殘渣不殘留在接合部中的方式。并且，消除反應生成物的影響這種情況很重要。以下，使用這樣的焊錫表面清潔化單元13，在即將在引線框架或襯底3接合、搭載半導體芯片之前，對熔融的焊錫12的表面進行處理，對于通過這樣的芯片接合工藝提高品質的理由進行說明。圖5表示使用了表面清潔化單元13的情況下的芯片接合工藝的焊錫氧化膜的變化情況。在將焊錫絲供給到引線框架或襯底3時，殘留在焊錫絲7表面的氧化膜47作為氧化膜41殘留在熔融的焊錫10上，然后，在第二工序即擠壓焊錫(Spanker)工序中，仍作為氧化膜42殘留在熔融的焊錫12的表面上，但若通過焊錫表面清潔化單元13，則焊錫14的表面氧化膜的量大幅度減少。因此，在第四工序中，若將半導體芯片15搭載、接合在如上所述氧化膜少的焊錫14上，則接合部難以產生空隙、浸潤不良，從而能夠得到高品質的接合部。對本發明的其他效果進行說明。通過作為表面清潔化單元13的一例的等離子體處理，在搭載、接合半導體芯片15之前，能夠有效地除去或減少熔融的焊錫12表面的氧化膜，因此，關于爐內的環境氣體，對于殘留氧氣濃度、氫氣濃度，都不需要在爐內整個區域高水準地確保濃度管理。一般情況下，以使殘留氧氣濃度成為約200ppm以下的方式考慮氣體流量、裝置構造，氫氣濃度采用爆炸極限以下的4%左右以下的濃度。但是，因裝置運轉時的氣體使用量多，在整個爐內將氫氣保持在4%左右妨礙成本降低。但是，在本發明中，即使爐內的殘留氧氣濃度高而導致焊錫表面或多或少被氧化，也能夠通過在即將搭載、接合半導體芯片15之前的工序中設置的表面清潔化單元13還原，從而不會出問題。在進行等離子體處理時需要氫氣，因此，從表面清潔化單元13的噴嘴21的氣體導入口 25導入氫氣和氮氣的混合氣體，能夠使氫氣集中在等離子體處理部分，而在其他部分能夠抑制氫氣的濃度。因此，從爐內整體來看，能夠減少氫氣的使用量。其結果是，在芯片接合爐內具有氫氣的濃度分布。圖6表示從上方觀察芯片接合裝置時的氫氣濃度的分布情況。氫氣濃度用等高線61表示。該圖表示氫氣濃度隨著從a到e而逐漸變低。S卩，在開口窗6c周邊，氫氣濃度最高且被設定為4%左右，但在輸送裝置的入口 18、出口 19附近，氫氣濃度變低，能夠減少整體的氫氣使用量。另外，由于氫氣濃度平均來看較低，所以在安全方面也變得有利。在此，表面清潔化單元13是在每一個芯片接合設備中設置一個，但也可以配置多個。例如，如圖7所示，在第一工序和第二工序之間設置表面處理單元13的處理噴嘴72，暫時處理向引線框架或襯底3供給的焊錫10表面，在搭載、接合半導體芯片15的工序之前，再次進行熔融的焊錫14表面的清潔化處理。通過使處理成為兩個步驟，能夠有效地利用通過爐內的輸送裝置所需的時間，并且，能夠可靠地進行清潔，從而能夠提高品質。此時，雖然未圖示，但通過在處理噴嘴72、73附近設置圖2、圖13所示的排氣口，能夠防止爐內的污染，對于確保長期的穩定品質是有效的。
另外，作為其他方式，如圖8所示，在供給第一焊錫絲的工序中，通過設置表面清潔化噴嘴74，從而能夠同時進行襯底的表面清潔化處理以及供給的焊錫表面的處理，在品質提高方面是有效的。雖然在圖8中未示出，但通過在處理噴嘴73、74附近設置圖2、圖13所示的排氣口，能夠防止爐內的污染，對于確保長期的穩定品質是有效的。作為其他方式，如圖9所示，也可以在將半導體芯片15搭載、接合在供給到引線框架或襯底3的焊錫12上的第三工序中，設置表面清潔化單元13的處理噴嘴74。由此，能夠減小裝置面積。若裝置能夠小型化，則能夠減少爐內使用的環境氣體的使用量等，能夠謀求低成本化。如上所述，通過使用具有表面清潔化單元13的芯片接合裝置，能夠長期地沒有爐內污染、氫氣使用量也少且低成本地減少作為焊錫接合部的缺陷的空隙。實施例2其他的焊錫表面清潔化單元13的一例如圖10所示，在大氣壓下，使用火炬式噴嘴31對引線框架或襯底3上的熔融的焊錫12表面進行等離子體處理。在火炬式噴嘴31中，在對電極32的中央配置中心電極33，在各自的電極表面上設置有絕緣物34。在中心電極33上連接有高頻電源35。另外，處理用的氣體從氣體導入口 36被供給，在放電空間37中產生等離子體，并從氣體出口 38照射噴嘴狀的等離子體39。處理用的氣體采用作為該等離子體裝置的環境氣體而使用的氮氣和氫氣的混合氣體。由此，產生氫等離子體，能夠還原存在于引線框架或襯底3上的熔融的焊錫12表面的氧化膜。此時，產生反應生成物，若放置不管，則引線框架或襯底3的周圍被污染，并且，連續地處理時，爐內也被污染，因此將排氣口 40配置在噴嘴31的附近。由此，即使連續地處理，也不會引起品質降低。并且，從氣體導入口 36導入含有氫氣的氣體，由此，不僅能夠提高熔融的焊錫表面的氧化膜除去的效果，還能夠減少氫氣使用量，從而謀求成本降低。在此,在上述實施例中，作為表面清潔化單元，圖2示出了電介質勢魚(barrier)方式，圖10示出了火炬式遠程(Remote)方式，但不限于此。另外，也可以將一個電極置于襯底下方，產生直接(Direct)方式的等離子體進行處理。在該方式中，由于處理面積大，所以具有能夠進行多個位置的同時處理的優點。實施例3其他的焊錫表面清潔化單元的一例如圖11所示。本方式是照射激光束的方式，從激光振蕩器101產生的激光束102經由光纖103、光學透鏡104系統等，照射在引線框架或襯底3上的熔融的焊錫14的表面 。爐內是氧氣濃度低的環境氣體，還存在具有還原性的氫氣，因此能夠有效地除去焊錫的表面氧化膜。在此，作為激光，采用YAG激光或準分子激光的脈沖激光，但不限于此。另外，不僅可以配置成噴嘴狀，還可以配置成線狀。另外，在要處理的焊錫的面積寬廣的情況下，不以成為中央部的輸出高的山形(凸出形)的方式照射激光束照射，而以整體成為大致相同的輸出的方式呈環狀地照射激光束，從而也能夠應對寬廣范圍的面積。這樣的環狀的激光束形狀，對于擔心因中央部的激光輸出過高而導致因溫度受到損傷這種情況也是有效的。如上所述，能夠通過激光束，在即將搭載、接合半導體芯片15之前，減少或除去供給到引線框架或襯底3的焊錫12表面的氧化膜，從而能夠提高接合部的品質。在此，考慮到因使用了激光照射的表面清洗而產生殘渣這種情況，在噴嘴104附近設置排氣口對于防止接合部以外的部分的污染、長期的爐內的污染是有效的。另外，由于表面清洗化單元周圍的氫氣濃度越高，則氧化膜除去的效率越高，所以接近照射激光束的表面清洗化單元的照射部104地供給氫氣和惰性氣體的混合氣體，以設置氫氣濃度的分布，由此能夠減少氫氣的使用量，從而可以謀求低成本化。實施例4圖14表示如下實施例在圖1所示的芯片接合機的主要部分的第三工序(表面清潔化單元13)和其他工序之間，通過內壁51、52隔開隔絕了外部空氣的罩(爐)2內的環境氣體。在本申請發明中，其特征是，從接近表面清潔化單元13的位置，供給氫氣和惰性氣體的混合氣體，將需要使氫氣濃度最高的第三工序附近的氫氣濃度作為峰值，以成為氫氣濃度朝向輸送裝置的入口 18和出口 19分別減小的濃度分布的方式構成罩2內的環境氣體。通過設置圖14所示的內壁51、52、以及只有在載置在導軌4上并在工序間移動的引線框架或襯底3通過時才開閉的門53、54，可以進一步減少氫氣使用量，能夠僅在表面清潔化單元13附近維持高的氫氣濃度。另外，由于引線框架或襯底3的厚度非常薄，所以，所述開閉門53、54也可以不采用門，而設置僅能夠通過的孔，以提高通氣阻力。
根據以上的實施例，通過 使用具有表面清潔化單元的芯片接合裝置，能夠長期地沒有爐內污染、氫氣使用量也少且低成本地減少成為焊錫接合部的缺陷的空隙。
權利要求
1.一種芯片接合裝置，形成由焊錫得到的接合部來接合多個被接合部件，所述芯片接合裝置的特征在于，具有 焊錫供給構件，所述焊錫供給構件向所述被接合部件供給焊錫； 表面清潔化構件，所述表面清潔化構件使用氣體還原并除去向所述被接合部件供給的焊錫的表面氧化膜； 排氣構件，所述排氣構件對已用于所述焊錫的還原的氣體進行排氣； 加熱構件，所述加熱構件加熱所述焊錫使其熔融；以及 接合構件，所述接合構件在除去所述表面氧化物且被供給到所述被接合部件的熔融焊錫上，接合其他的被接合部件。
2.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，所述表面清潔化構件通過在大氣壓下進行等離子體處理來除去所述氧化膜。
3.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，所述表面清潔化構件通過進行激光照射來除去所述氧化膜。
4.如權利要求廣3中任一項所述的芯片接合裝置，其特征在于， 所述氣體是氫氣和惰性氣體的混合氣體， 氫氣濃度在所述表面清潔化構件附近高，隨著從所述表面清潔化構件離開，氫氣濃度逐漸減小，以成為這樣的濃度分布的方式構成爐內的環境氣體。
5.如權利要求4所述的芯片接合裝置，其特征在于，爐內的氫氣濃度被抑制在4%以下。
6.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，所述排氣構件通過進行吸引來排出所述氣體。
7.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，所述排氣構件通過在所述表面清潔化構件的產生等離子體的噴嘴的外周一體地設置的排氣口來進行排氣。
8.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，在所述表面清潔化構件和所述接合構件之間設置分隔部件，所述排氣構件設置在比所述分隔部件更靠所述表面清潔化構件側。
9.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，還具有第二清潔化構件，所述第二清潔化構件清潔被供給所述焊錫之前的被接合部件。
10.如權利要求1所述的芯片接合裝置，其特征在于，還具有第三清潔化構件，所述第三清潔化構件對被供給到所述被接合部件且所述其他的被接合部件被接合之前的所述焊錫進行表面清潔化處理。
11.一種芯片接合方法，形成由焊錫得到的接合部來接合多個被接合部件，所述芯片接合方法的特征在于，包括 使用氣體還原并除去向所述被接合部件供給的焊錫的表面的氧化膜的表面清潔化工序; 對已用于所述焊錫的還原的氣體進行排氣的工序； 將除去了所述氧化膜的焊錫向被接合部件供給的工序； 加熱所述焊錫使其熔融的工序；以及 在除去所述表面氧化物且被供給到所述被接合部件的熔融焊錫上，接合其他的被接合部件的工序。
12.如權利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述表面清潔化工序中，在大氣壓下對所述焊錫進行等離子體處理。
13.如權利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述表面清潔化工序中，對所述焊錫進行激光照射。
14.如權利要求1Γ13中任一項所述的芯片接合方法，其特征在于，氫氣濃度在進行所述表面清潔化工序的位置附近高，隨著從該位置離開，氫氣濃度逐漸減小。
15.如權利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述排氣工序中，通過吸引來排出所述氣體。
16.如權利要求14所述的芯片接合方法，其特征在于，所述氫氣濃度為4%以下。
全文摘要
本發明提供芯片接合裝置及芯片接合方法，能夠減少焊錫接合部中的空隙、界面的接合不良。在通過焊錫將半導體芯片接合在引線框架或襯底上的芯片接合機中，具有輸送部，其輸送上述引線框架或襯底；焊錫供給部，其向上述引線框架或襯底上供給焊錫；搭載部，其將半導體芯片搭載、接合在上述引線框架或襯底上的焊錫上。所述芯片接合機還具有表面清潔化單元。將上述焊錫供給到上述引線框架或襯底上之后，所述表面清潔化單元除去在爐內熔融的焊錫表面的氧化膜。通過上述芯片接合設備，能夠提高芯片接合品質。
文檔編號H01L21/60GK103065987SQ201210408059
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者秦英惠, 福田正行, 市川良雄, 牛房信之, 深谷康太 申請人:株式會社日立高新技術儀器