本发明专利技术公开了一种用于将半导体晶粒安装在衬底上的晶粒安装装置，该衬底具有金属表面，该装置包含有：材料滴涂平台，其用于将键合材料滴涂在衬底上；晶粒安装平台，其用于将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料中；以及活化气体产生器，其设置在晶粒安装平台前侧，以将激发的混合气体引导在衬底上，而便于还原衬底上的氧化物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及将半导体芯片或晶粒安装在衬底上，尤其是涉及在这样的安装以前对衬底和/或晶粒安装介质的处理。
技术介绍
电子器件的制造常常包括在最终封装电子器件以前将半导体晶粒安装在衬底上。在将半导体安装于具有金属表面的衬底如引线框以前，该衬底或引线框通常在加热通道中被预热以便于创造有助于晶粒安装的环境。加热通道具有加热器以将引线框预热至高于软焊料(soft solder)的熔点以上的温度，而使得焊料成为晶粒安装的介质。通过一段长度的焊接导线被降低至预热的引线框上并且一旦和预热的引线框接触就融化的方式，焊料可以被滴涂。然后将引线框传送至位于加热通道内部的键合区，在那里半导体晶粒得以被键合。最后，引线框被冷却以将焊料固化而完成键合。传统的软焊料晶粒安装应用采用混合气体(forming gases),该混合气体可包含有5-15%的氢气，以防止在这种加热处理过程中引线框氧化。 无焊剂焊接(fluxless soldering)是用于晶粒安装最合适的方法,其被广泛地使用于工业中。在各种无焊剂回流和焊接方法中，氢气作为反应气体以减少衬底上的氧化物的使用尤其具有吸引力，因为它是清洁处理并且兼容于开放的连续的生产线。因此，在存在氢气的情形下完成无焊剂焊接已经成为技术目标一段时间。一种方法已经用来利用在氮气运载(carrier)气体中包含有5-15%氢气的混合气体，以从加热通道中排出空气尤其是氧气。加热通道中的氧气水平保持在50ppm以下，以避免引线框氧化。而且，混合气体能够被使用来还原出现在引线框表面上的铜氧化物，以改善焊料的可沾性(wettability)。 加热通道通常会充满上述的混合气体。而且，对于晶粒安装中所使用的焊接处理而言，主要的限制是还原金属氧化物速度的低效和缓慢，尤其是关于焊料氧化物。氢气的这种低效归因于低温时氢分子(hydrogen molecules)的缺失活性。由于活性的氢对于还原氧化物而言是重要的，所以高度反应性的活性基(reactive radicals)如单原子氢仅仅能够在高温下得以形成。例如，用于还原铜氧化物的有效温度变化范围是在350° C以上，而甚至更加高得多的温度(超过450° C的温度)是有必要地有效还原焊料氧化物的。通常，相对有限数量的氢气能够在软焊料晶粒键合机的传统加热通道中能够得以激活。因此，能够产生高度反应性的氢，从而降低所需数量的氢气浓度和处理温度以有效地还原氧化如焊料氧化，是令人期望的。 另外，由于加热通道中存在几个开放窗口用于处理操作，例如焊料滴涂、拍打(spanking)和晶粒键合，空气常常在作为旋风漫射和流动进入加热通道。这使得在加热通道中实现不受氧气干扰的环境具有挑战性，以达到高水平的抗氧化而进行良好的焊接。在没有有效还原焊料氧化物的情形下，在晶粒安装过程中，所产生的焊料氧化将会导致空洞和晶粒斜置问题，和会引起可靠性问题。 更多的负面趋势是越来越多具有低级焊料可沾性的低档引线框正被使用。这些引线框更易于在它们的表面形成铜氧化，这证明在使用传统的混合气体阻止氧化方面具有挑战性。 基于上述理由，传统意义上已经使用的还原气体(reducing gases)的有效性应该被改善。
技术实现思路
所以，本专利技术的一个目的是寻求在焊料晶粒安装环境中使用一种活性还原气体，以避免前述传统的晶粒安装装置的至少部分不足。 本专利技术的另一个目的是寻求实现一种比现有技术更为简洁的再激励方法(reactivating technique),以便于提高还原处理的速度和有效性。 因此，本专利技术第一方面提供一种用于将半导体晶粒安装在衬底上的晶粒安装装置，该衬底具有金属表面，该装置包含有:材料滴涂平台，其用于将键合材料滴涂在衬底上；晶粒安装平台，其用于将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料上；以及活化气体产生器，其设置在晶粒安装平台前侧，以将激发的混合气体引导在衬底上，该激发的混合气体被操作来还原衬底上的氧化物。 本专利技术第二方面提供一种用于将半导体晶粒安装在衬底上的方法，该衬底具有金属表面，该方法包含有以下步骤:使用活化气体产生器，将激发的混合气体引导在衬底上，以还原衬底上的氧化物；在材料滴涂平台处，将键合材料滴涂在衬底上；其后在晶粒安装平台处，将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料上。 本专利技术第三方面提供一种制造电子器件的方法，该电子器件包括具有金属表面的衬底，该方法包含有以下步骤:使用活化气体产生器，将激发的混合气体引导在衬底上，以还原衬底上的氧化物；在材料滴涂平台处，将键合材料滴涂在衬底上；其后在晶粒安装平台处，将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料上。 参阅后附的描述本专利技术实施例的附图，随后来详细描述本专利技术是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本专利技术的限制，本专利技术的特点限定在权利要求书中。 【附图说明】 现参考附图描述本专利技术所述具有还原氧化的用于完成晶粒安装的装置和工艺的实例，其中。 图1所示为根据本专利技术第一较佳实施例所述的使用激发的(activated)混合气体的软焊料晶粒安装装置的剖面示意图。 图2所示为根据本专利技术第二较佳实施例所述的使用激发的混合气体的软焊料晶粒安装装置的剖面示意图。 图3所示为根据本专利技术第三较佳实施例所述的晶粒安装装置的局部放大示意图，其中活化气体产生器被安装在导线滴涂器(wire dispenser)上。 图4所示为同根据本专利技术第一和第二较佳实施例所述装置一起使用的活化气体产生器的实施例；和。 图5 (a)至图5 (c)所示为使用根据本专利技术较佳实施例所述的清洁工序进行还原之后去除氧化物的示意图。 【具体实施方式】 图1所示为根据本专利技术第一较佳实施例所述的使用激发的混合气体22的晶粒安装装置10的剖面示意图。虽然此处所述的工序涉及软焊料的使用，值得注意的是，晶粒安装装置10也可以适用于不使用软焊料的晶粒安装的其它方式。 晶粒安装装置10包含有封闭加热通道11的加热通道封盖12，具有金属表面的衬底14，如引线框被配置来传输通过该加热通道，以便于将半导体晶粒36安装至衬底14上。保护气体16，其可能是氮气或混合气体，被引导进入和充满加热通道11的通路中，以当衬底14正在进行处理时封闭容置在加热通道11中的衬底14，并保护设置在通路中的元件避免氧化。晶粒安装装置10具有至少一个加热器，以将衬底14加热至高于所使用的软焊料的熔点大约30-80° C的温度，以便于软焊料一旦和衬底14接触将会熔化。 活化气体产生器18设置在加热通道封盖12上开口的上方，以将激发的混合气体喷射通过该开口进入加热通道11和衬底14之上，以还原衬底14上的氧化物。在焊接之前，激发的混合气体主要被引入来清洁衬底14，其另外也被操作来在将半导体晶粒键合至衬底以前还原软焊料安装介质，如下所述。可供选择的是，活化气体产生器18可以被直接集成在加热通道封盖12上。气体供应管道20耦接至活化气体产生器18上，以提供大气压力下的已经激活的混合气体22。 混合气体22已经被激发以产生活性物质(activated species)或活性基(excited radicals),和氢离子。激发的混合气体24和尤其是在混本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将半导体晶粒安装在衬底上的晶粒安装装置，该衬底具有金属表面，该装置包含有：材料滴涂平台，其用于将键合材料滴涂在衬底上；晶粒安装平台，其用于将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料上；以及活化气体产生器，其设置在晶粒安装平台前侧，以将激发的混合气体引导在衬底上，该激发的混合气体被操作来还原衬底上的氧化物。
【技术特征摘要】
1.一种用于将半导体晶粒安装在衬底上的晶粒安装装置，该衬底具有金属表面，该装置包含有: 材料滴涂平台，其用于将键合材料滴涂在衬底上； 晶粒安装平台，其用于将半导体晶粒放置在已经滴涂在衬底上的键合材料上；以及 活化气体产生器，其设置在晶粒安装平台前侧，以将激发的混合气体引导在衬底上，该激发的混合气体被操作来还原衬底上的氧化物。2.如权利要求1所述的晶粒安装装置，该装置还包含有:加热通道，其填充有保护气体和使用加热通道封盖封闭以在衬底于各个平台经过处理时容置衬底。3.如权利要求2所述的晶粒安装装置，其中，活化气体产生器设置在加热通道封盖中的开口上方，激发的混合气体通过该开口喷射在位于加热通道中的衬底上。4.如权利要求3所述的晶粒安装装置，其中，活化气体产生器至少垂直于衬底在加热通道内部的传送方向移动。5.如权利要求4所述的晶粒安装装置，该装置还包含有:滑动盖，其连接于活化气体产生器并随着活化气体产生器移动，该滑动盖被操作来使得激发的混合气体通过该开口从加热通道处的泄漏最小化。6.如权利要求3所述的晶粒安装装置，其中，该加热通道封盖中的开口具有足够大的直径以减缓激活的混合气体从活化气体产生器露出进入加热通道的速度。7.如权利要求1所述的晶粒安装装置，其中，该活化气体产生器包含有第一气体产生器和/或第二气体产生器，该第一气体产生器设置在材料滴涂平台前侧，第二气体产生器设置在材料滴涂平台和晶粒安装平台之间。8.如权利要求7所述的晶粒安装装置，其中，该第一气体产生器被操作来在衬底上至少将要滴涂一定数量的键合材料的位置处还原衬底上的氧化物，而第二气体产生器被操作来还原已经滴涂在衬底上的一定数量的键合材料上的氧化物。9.如权利要求1所述的晶粒安装装置，其中，活化气体产生器设置在材料滴涂平台处。10.如权利要求9所述的晶粒安装装置，其中，活化气体产生器被安装在设置于材料滴涂平台处的材料滴涂器上，活化气体产生器被操作来既引导激发的混合气体至少在衬底将要滴涂键合材料的局部处，又引导激发的混合气体在已经滴涂在衬底的所述局部的键合材料上。11.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：林钜淦，屠平亮，杨召，齐军，叶镇鸿，
申请(专利权)人：先进科技新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG
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