芯片接合装置及芯片接合方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供芯片接合装置及芯片接合方法，能够减少焊锡接合部中的空隙、界面的接合不良。在通过焊锡将半导体芯片接合在引线框架或衬底上的芯片接合机中，具有：输送部，其输送上述引线框架或衬底；焊锡供给部，其向上述引线框架或衬底上供给焊锡；搭载部，其将半导体芯片搭载、接合在上述引线框架或衬底上的焊锡上。所述芯片接合机还具有表面清洁化单元。将上述焊锡供给到上述引线框架或衬底上之后，所述表面清洁化单元除去在炉内熔融的焊锡表面的氧化膜。通过上述芯片接合设备，能够提高芯片接合品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
使用了引线框架的半导体装置一般情况下将半导体芯片搭载在引线框架的台部，通过引线接合等方法电连接半导体芯片的电极和引线框架的电极。然后，对半导体芯片及所述引线接合等的配线部周围利用树脂进行模制成形，将树脂部外侧的引线框架部分切断成规定的引线形状，从而得到单独的半导体装置。在半导体装置中，引线框架和半导体芯片的连接使用粘接剂的情况较多，但在处理大电流、大功率等的半导体装置中，需要使半导体芯片产生的热量传递到台部以便高效地使热量释放到半导体装置外部，因此，一般情况下使用热传导率比粘接剂好的焊锡来接合半导体芯片和引线框架。作为将半导体芯片搭载在引线框架上并使用焊锡进行接合的芯片接合装置，被日本特开2000-216174号公报(专利文献I)等公开。在专利文献I中公开的内容是经由焊锡将半导体晶片安装在引线框架上的芯片接合机，在安装半导体晶片之前，使熔融焊锡上下移动，并使用绕轴旋转的搅拌棒进行搅拌，但若为了缩短作业时间而加快装置的动作速度，则存在搅拌棒使熔融焊锡飞溅的问题，于是，需要解决了该问题的装置。作为解决手段提供一种芯片接合机，依次配置有焊锡供给部，其向在用罩覆盖的导轨上被加热地间歇移动的引线框架供给定量的焊锡；焊锡搅拌部，其用搅拌棒搅拌在引线框架上熔融的焊锡；半导体晶片供给部，其向被搅拌的熔融焊锡上供给半导体晶片，在上述芯片接合机中，设置有对所述搅拌棒的至少与熔融焊锡接触的面进行加热的构件。 另外，在日本特开2009-283705号公报(专利文献2)中公开了一种芯片接合机，在焊锡搅拌棒上设置有能够沿与引线框架的表面平行的方向振动的超声波振子，以便减少接合部的空隙。除此以外，日本特开2001-176893号公报(专利文献3)中公开了一种芯片接合装置，在供给焊锡时，一旦从焊锡供给喷嘴经由焊锡熔融臂向引线框架供给焊锡，能够不会使焊锡的氧化膜集中在表面地使其向焊锡内部扩散。日本特开2008-192965号公报(专利文献4)公开了一种技术供给焊锡之后，即使在熔融状态的焊锡表面产生了氧化膜，为确保焊锡浸润性，用具有针状的尖的针部的夹具刺穿焊锡表面的氧化膜地进行搅拌，由此，破坏氧化膜地将其除去。专利文献4还公开了吹送助熔剂等还原剂或还原性气体的技术。作为使用了引线框架以外的部件的半导体装置，在功率半导体、功率模块等中，主要由铜类材料形成的散热基层衬底和绝缘衬底的连接、或者绝缘衬底和二极管等半导体设备的连接等通过大面积的焊锡连接进行，能够适用与上述同样的芯片接合工艺。在这些大面积的焊锡连接部中，为确保性能、可靠性，减少焊锡接合部中的空隙变得重要。作为实施上述以外的大面积的焊锡接合的方式，通过印刷或分配器将焊锡膏供给到引线框架或衬底，将半导体芯片搭载在其上之后，置于加热炉，使焊锡熔融，从而将引线框架或衬底与半导体芯片之间接合，这种工艺也常被使用。在该工艺中，作为加热炉，大多采用能够使炉内成为真空的真空回焊炉。即，首先，使焊锡膏熔融，通过有机成分的还原作用来确保向部件的浸润，然后，对整体进行抽真空，从接合部中排除空隙。然后，使整体冷却，但冷却后，助熔剂残渣残留而需要清洗工序的情况较多。专利文献1:日本特开2000-216174号公报专利文献2:日本特开2009-283705号公报专利文献3:日本特开2001-176893号公报专利文献4:日本特开2008-192965号公报但是，在与上述的已经公开的芯片接合机相关的公知例中，供给焊锡之后，仅通过搅拌棒等破坏焊锡表面的氧化膜以使其分散、或者在焊锡供给时使焊锡的氧化膜向焊锡内部扩散，成为在接合部残留氧化膜的工艺。在这些氧化膜残留在界面的情况下，阻碍焊锡和被接合材料之间的浸润，产生空隙，成为夹着氧化膜这样的接合不良的原因。另外，即便在使氧化膜分散到了焊锡内部的情况下，由于未被除去，所以导致焊锡内部产生空隙。而且，导致焊锡的机械特性、热传导特性降低。这样，空隙的产生、界面的接合不良导致焊锡连接部的热阻增加、散热性降低，弓丨起不能确保作为半导体装置的必要性能的问题。另外，接合强度也降低。因此，热疲劳特性降低，不能确保长期的可靠性。进行这些大面积的焊锡接合的半导体设备一般情况下多用于功率半导体、功率模块，除了空调、电脑等家电用途的半导体装置以外，还被用于汽车仪器、铁路、工业仪器等，影响性能和可靠性的焊锡接合部的品质变得非常重要。另外，今后，即使是功率半导体，也需要小型化，并且为减小热阻，还存在焊锡的厚度变薄的倾向，芯片接合部的空隙的控制、浸润的确保`变得更为重要。另外，虽然关于通过还原性气体处理炉内熔融状态的焊锡表面来除去氧化膜的方式有所说明，但没有考虑除去工艺中的反应生成物的处理。若不高效地除去这些反应生成物，就会污染周围的部件、炉内，导致连接合界面的接合部以外的部位也产生品质降低。另夕卜，在作为还原性气体而使用氢等离子体等的情况下，与通常的炉内环境气体的情况相比，等离子体处理所需的气体量增加，可能导致高成本。另一方面，在使用了焊锡膏的接合方式中，可认为空隙产生的原因是溶剂成分的挥发、以及焊锡和有机成分的反应物作为分解气体而产生等，为除去它们，对真空回焊炉进行抽真空。但是，由于为抽真空需要间歇处理(〃 '、，★処理)这种情况、在冷却后因助熔剂残渣残留而需要清洗工序这种情况等，因此，制造工艺变长，成为阻碍低成本化的主要原因。由此可知，需要减少接合部中的空隙或者减少界面的接合不良的无清洗的芯片接合工艺以及用于实现该工艺的芯片接合设备。另外，还需要能够降低处理成本的设备。
技术实现思路
为解决上述课题，采用例如权利要求保护的范围所记载的结构。本申请包括多个解决上述课题的方案，列举其中一例，在该方案中，在炉内的环境气体中，形成由焊锡得到的接合部来接合多个被接合部件，在这样的芯片接合机中，使用气体还原并除去向被接合部件供给的焊锡的表面氧化膜之后，将其供给到被接合部件，并且通过设置在附近的排气口排出包含通过还原而生成的反应生成物在内的气体。根据本专利技术，由于向引线框架或衬底供给的焊锡的氧化膜量在接合半导体芯片的时刻已经减少，所以在与半导体芯片接合的焊锡接合部，能够抑制空隙的产生以及焊锡和被接合部件之间的界面处的浸润不良。即，在焊锡的氧化膜残留于界面的情况下，在焊锡和被接合材料之间的界面处产生空隙，导致接合不良，但根据本专利技术能够防止这样的不良情况。因此，能够确保焊锡连接部的散热性，并能够得到作为半导体装置所需的性能。另夕卜，由于能够减少空隙，所以能够确保接合强度，能够保障长期的可靠性。另外，半导体芯片周边的倒角^ y卜)形状也变得良好，能够确保机械强度。而且，与以往的使用了焊锡膏的方式相比，不需要冷却后的清洗工序，因此能够不用清洗地得到高品质的芯片接合部。另外，能够减少氢气使用量，从而降低处理成本。附图说明图1是表示本专利技术的芯片接合机的主要部分的图。图2是表示本专利技术的表面清洁化单元的例子的图。图3 (a) (C)是示意地表示产生空隙、浸润不良时的情况的图。图4是表示倒角形状的不良部的图。图5 (a) (d)是示意地表示在本专利技术的焊锡表面清洁化单元中处理后的芯片接合连接部的图。图6是表示本专利技术的芯片接合炉内的氢气浓度分布的图。图7是表示本专利技术的其他的芯片接合机的主要部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片接合装置，形成由焊锡得到的接合部来接合多个被接合部件，所述芯片接合装置的特征在于，具有：焊锡供给构件，所述焊锡供给构件向所述被接合部件供给焊锡；表面清洁化构件，所述表面清洁化构件使用气体还原并除去向所述被接合部件供给的焊锡的表面氧化膜；排气构件，所述排气构件对已用于所述焊锡的还原的气体进行排气；加热构件，所述加热构件加热所述焊锡使其熔融；以及接合构件，所述接合构件在除去所述表面氧化物且被供给到所述被接合部件的熔融焊锡上，接合其他的被接合部件。

【技术特征摘要】
2011.10.24 JP 2011-2330461.一种芯片接合装置，形成由焊锡得到的接合部来接合多个被接合部件，所述芯片接合装置的特征在于，具有 焊锡供给构件，所述焊锡供给构件向所述被接合部件供给焊锡； 表面清洁化构件，所述表面清洁化构件使用气体还原并除去向所述被接合部件供给的焊锡的表面氧化膜； 排气构件，所述排气构件对已用于所述焊锡的还原的气体进行排气； 加热构件，所述加热构件加热所述焊锡使其熔融；以及 接合构件，所述接合构件在除去所述表面氧化物且被供给到所述被接合部件的熔融焊锡上，接合其他的被接合部件。2.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，所述表面清洁化构件通过在大气压下进行等离子体处理来除去所述氧化膜。3.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，所述表面清洁化构件通过进行激光照射来除去所述氧化膜。4.如权利要求广3中任一项所述的芯片接合装置，其特征在于， 所述气体是氢气和惰性气体的混合气体， 氢气浓度在所述表面清洁化构件附近高，随着从所述表面清洁化构件离开，氢气浓度逐渐减小，以成为这样的浓度分布的方式构成炉内的环境气体。5.如权利要求4所述的芯片接合装置，其特征在于，炉内的氢气浓度被抑制在4%以下。6.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，所述排气构件通过进行吸引来排出所述气体。7.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，所述排气构件通过在所述表面清洁化构件的产生等离子体的喷嘴的外周一体地设置的排气口来进行排气。8.如权利要求1所述的芯片接合装...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦英惠，福田正行，市川良雄，牛房信之，深谷康太，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术仪器，
类型：发明
国别省市：