可控气氛的接合装置、接合方法及电子装置的制作方法

专利名称：可控气氛的接合装置、接合方法及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在电子装置的制造特别是安装中必须用到的接合装 置。更详细地说，涉及一种在用于将半导体芯片等电子元件上的端子和外 部引出用的端子电连接的引线接合、倒装片接合等接合和将半导体元件、 电容器等电子元件往印刷布线板和封装基板等安装基板上安装之际压接 金属端子、电接合等中采用的接合装置及接合方法。这种接合方法包括向FPC(Flexible Printed Circuit)的安装、还有TAB (Tape Automated Bonding)、引线接合、倒装片等的无引线接合等。
背景技术：
近年来，随着便携电话和便携信息终端、数字视频终端等电子装置的 小型化、高功能性、高性能化所取得的进展，搭载有半导体封装和电子元 件等的印刷布线板也被强烈要求高功能化、小型化、轻量化。对于印刷基 板的设计要求也从现有的50~100pm的设计规格将来要求lOum以下的设 计规格，精细化要求提高。与之相应地，不仅将元件与印刷基板间电接合 的端子尺寸缩小，而且端子间隔也窄间距化，从而要求具有高电特性和高 可靠性的接合方法。另外，关于器件的封装内的芯片和外部引出端子的电 连接也高度精细化，于是也要求具有高电特性和高可靠性的接合方法。这 种接合一般是利用压接进行的金属端子(也包括焊接突起等)彼此的接合，而现有的压接接合例如倒装片接合和引线接合等中是在数百t:的高温、数吨/cn^的高压下进行。在这样的高温、高压条件下，大气中的氧和水分与 端子金属和基板材料的树脂等容易反应，产生金属材料的氧化劣化和树脂 的分解、解体等，产生由于接合部的电特性的劣化和机械强度的降低而造 成的可靠性降低、由于分解的有机物而造成的污染问题。作为抑制接合时的氧化劣化的方法，有一种方法如专利文献1所述的引线接合装置等中所例示，通过采用惰性气体气氛为处理气氛，从而抑制 氧化劣化。
在引用了如上所述方法的接合装置中，也产生装置起动之后不久接合 特性不稳定的问题和突发性地接合特性劣化等问题，要想在短时间内可靠 地形成接合，不得不升高压接压力和压接温度。若升高压接压力，则产生 作为基板的树脂的变形问题，若升高压接温度，则产生树脂劣化这样的问 题。
本发明的发明者们经过反复锐意研究，结果发现，要想进行接合温度 的低温化、低压力化、接合强度的强化，必须充分去除接合时接合部表面 的吸附水分、有机物。为此，减少接合部气氛的水分、有机物很重要。另 外，还必须将接合部的温度上升一定程度，蒸发掉接合部表面的水分。再 有，发现还必须去除成为气氛干燥气体的流路的装置内表面的水分、有机 物污染且使其表面为难以吸附水分的惰性表面。另外，还要具有减少气氛
中含有的氧浓度的效果。采用含有水分和氧分别为10体积ppm以下、优 选是lppm以下、更优选是O.lppm以下的惰性气体气氛。可以含有氢为 爆炸临界的4%以下。从而能够降低压接的压力，其结果能够防止元件特 性的劣化。不过，在这种干燥的气氛中会产生静电，导致元件的破坏。为 了防止这样，优选是设置去除静电机构。要想去除静电能够适用电离剂和 软X射线照射、a射线除电等，不过软X射线照射更好。
考虑将专利文献1所述的方法应用于焊接突起等接合装置、抑制氧化 劣化，不过根据专利文献1的方法，只例示了在进行接合的处理部通过惰 性气体，没有例示气体中所含的水分量、有机物量和用于降低气体中所含 的水分量、有机物量的装置构成。若在金属端子表面吸附水分则阻碍端子 彼此的密接，因此，不得不提高压接的温度、压力。
专利文献h特开平5 — 109793号公报。

发明内容
为此，本发明的目的在于，提供一种电子装置的电接合部不会产生氧 化劣化等变质、能够实现高性能高可靠性化的可在低温、低压条件下压接 的电子装置制造用接合装置及接合方法。本发明的再其他目的在于，提供一种采用上述接合方法制造的电子装置。
本发明的接合装置，其是将接合金属端子和被接合金属端子压接并进 行接合的接合装置，其特征在于，使压接部气氛的水分浓度比装置外部气 氛的水分浓度小，另外，其特征在于，所述压接部的接合金属端子表面及
被接合金属端子表面的吸附水分量及有机物吸附量分别为ixio16分子
/cr^以下及5X10。分子/cm2 (廿垸换算)以下。再有，本发明的接合装 置，其特征在于，至少在压接部流通惰性气体，另外，该接合装置上具有 从装置外部供给所述惰性气体的供给口，该供给口的所述惰性气体的水分 含量为10体积ppm以下。再有，接触所述惰性气体的装置主要内表面的 吸附水分量及有机物吸附量分别为1X10"分子/cm2以下及5X10"分子 /cm2 (廿烷换算)以下。作为构成这种装置的主要的内表面，可例示电解 研磨不锈钢表面、电解复合研磨不锈钢表面、以氧化铬为主成分的电解研 磨或电解复合研磨表面、以氧化铝为主成分的电解研磨或电解复合研磨表 面、聚烯烃(polyolefines)类树脂表面、聚环烯烃(polycycloolefines)类 树脂表面、氟类树脂表面。本发明的接合装置，其特征在于，所述惰性气 体含有氮、氦、氖、氩、氪及氙中的至少任意一种。
再有，本发明的接合装置，其特征在于，具有从所述接合金属端子表 面及所述被接合金属端子表面将吸附水分减少到1 X 1016分子/cm2以下的 机构、以及将吸附有机物量减少到5X 10"分子/cm2以下的机构。
本发明的接合装置，其特征在于，在装置内部具备将在所述接合金属 端子、被接合金属端子以及其周围的任意一个或全部上产生的静电中和的 机构，该静电的中和优选是采用电离剂、a射线或软X射线，更优选是采 用软X射线。
本发明的金属端子的接合方法，将接合金属端子和被接合金属端子压 接并进行电接合，所述接合方法的特征在于，该接合金属端子表面及被接 合金属端子表面含有铅、锡、银、金、铜、锌、铝、铋、铟及镍中的至少 任意一种，将在压接部形成接合的表面吸附的水分及有机物分别减少到1 X10"分子/cn^以下及5X10"分子/cm2 (廿烷换算)以下后形成接合。
所述压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附水分量及吸附有机物量优选为lX10"分子/ciT^以下及5X10"分子/cm2 (廿垸 换算)以下，更优选是形成单分子层吸附。关于这个利用图l进行说明。 图1 (a)是表示控制铝表面和金表面的吸附水分量、形成接合时的接合特 性的图，按照水分吸附量为1X10"分子/cn^时的接合强度进行规格化并 作成曲线。吸附水分量的控制通过预先采用与对象表面同种的表面、实验 性导出气氛水分浓度和吸附水分量的关系，控制气氛的水分浓度从而进 行。由图1可知，形成接合的面的吸附水分量从单分子层吸附变成多分子 层吸附的2X10"分子/ci^起接合特性开始劣化，若超过lX10"分子/cm2，
则显著劣化。这种倾向在上述其他的金属材料间也同样。
另外，同样图1 (b)表示与有机物吸附量的关系。
因而，被接合金属端子表面的吸附水分量及吸附有机物量优选为IX 1016分子/(^12以下及5Xl(^分子/cn^以下，更优选是单分子层吸附。为 了实现这样的水分吸附量，通过在压接部流通惰性气体，从而能够降低吸 附水分量。供给的惰性气体的水分含量优选是10体积ppm以下。此时， 通过实验可知，向接合面的水分吸附量为1X10"分子/cm2。若接触所述 惰性气体的装置内表面吸附水分，则要去除装置起动时装置内吸附的水分 需要长时间，或者吸附水分脱离、吸附在接合面而使接合特性劣化。因而， 接触所述惰性气体的装置内表面的吸附水分量优选为1X10"分子/cm2以 下，更优选是单分子层以下。作为构成这种装置的主要的内表面，电解研 磨不锈钢表面、电解复合研磨不锈钢表面、以氧化铬为主成分的电解研磨 或电解复合研磨表面、以氧化铝为主成分的电解研磨或电解复合研磨表 面、聚烯烃类树脂表面、聚环烯烃类树脂表面、氟类树脂表面水分吸附量 少而作为优选。本发明的接合装置中，所述惰性气体例示了氮、氦、氖、 氩、氪、氙等，不过也可以将它们混合使用。从抑制接合部氧化的观点而 言，更优选是混合0.1%以上4%以下的氢。
本发明能够适用于形成压接接合的倒装片接合和引线接合等。也可以 并用超声波等。
发明效果
根据本发明的接合装置及接合方法，由于压接部气氛的水分浓度小于 装置外部气氛的水分浓度，因而不会劣化接合强度，能够实现接合温度的低温化、接合压力的低压化。从而，能够抑制元件的电特性的劣化和树脂 的热劣化和变形等来形成接合。再有，由于本发明的接合中具有利用了软 X射线的静电中和装置，从而能够抑制由于静电而使制品破坏。


图1是表示控制铝表面和金表面的吸附水分量及吸附有机物量、形成 接合时的接合特性的图。图2是表示本发明的实施例的接合装置的概略图。
具体实施方式
关于本发明的实施例的接合装置利用图2进行说明。图2是表示本实施 例的接合装置结构的概略图，从基板导入室11导入安装基板10，在基板表 面吸附水分去除室12中导入干燥惰性气体13，去除水分。另一方面，要安装在安装基板10上的元件20从元件导入室21导入元件 表面吸附水分去除室22中，利用干燥惰性气体去除表面的水分。两者在具 有压接臂34和压接台35的压接室31中进行压接。接合装置具有没有图示的基板搬送机构、同样没有图示的元件搬送机 构和没有图示的基板搬出室。在基板表面吸附水分去除室12及元件表面吸 附水分去除室22中，分别供给低露点惰性气体13、 23，在保持基板10及元 件20的过程中去除吸附水分。供给的低露点惰性气体在成为接合部的表面 流通并排出。排气部分别具备出孔14、 24以使不会产生来自外部的水分的 反扩散。本实施例中，设定供给气体13、 23的流量为1升/min、出孔部14、 24的通过风速为33cm/秒、出孔径为8mm、出孔长为10cm。装置内表面 全部为氧化铬覆膜电解研磨不锈钢表面，抑制了水分的吸附。在压接部中 能够将元件20在干燥气氛中交接到压接臂34上，在压接臂部朝向臂驱动 部形成气流33，用来抑制来自压接臂34的驱动部的水分进入。在压接台 35上设置压接部惰性气体导入机构32，彻底地削减了压接部的水分量。 压接部低露点惰性气体导入机构32采用的结构是在配管上设有多个气体 喷射用的小孔。图示的装置在装置内部具备软X射线照射装置36，其作为将在接合金属端子、被接合金属端子以及其周围的任意一个或全部上产 生的静电中和的机构，具有利用来自该软X射线照射装置36的软X射线 中和静电的结构。
该装置中，测量压接台35上的水分浓度的结果是10体积ppb，向基 板及元件吸附的水分吸附量为10"分子/cm2、有机物吸附量为1X10^分 子/cm2 (廿垸换算)。釆用该装置形成接合的结果是，能够在与现有相比 低温的15(TC下、以现有的大约一半的压接压力即0.5t/cn^形成良好的接合。
产业上的可利用性
本发明的接合装置及接合方法，不仅适用于封装内的元件端子和外部 引出端子的压接接合时有效，而且在适用于将器件封装或裸芯片安装在安 装基板上时的压接接合时有效。根据本发明，能够提供具有利用本发明的 接合方法进行接合的金属端子的高可靠性半导体装置、平板显示装置、计 算机、便携电话、便携信息终端、数字视频终端等电子装置。
权利要求
1.一种接合装置，其将接合金属端子和被接合金属端子压接并进行电接合，其特征在于，使压接部气氛的水分浓度比装置外部气氛的水分浓度小。
2. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附水分量为1X10"分子/cm2以下。
3. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于， 压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附有机物量按照廿垸重量换算为5X 10's分子/cm2以下。
4. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于， 使压接部气氛的水分浓度为10体积ppm以下。
5. 根据权利要求l所述的接合装置，其特征在于， 使压接部气氛的氧浓度为10体积ppm以下。
6. 根据权利要求l所述的接合装置，其特征在于， 至少在压接部流通惰性气体。
7. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于， 至少在压接部流通除水分以外的杂质浓度为100体积ppm以下、水分浓度为10体积ppm以下、氧浓度为10体积ppm以下的高纯度惰性气 体。
8. 根据权利要求7所述的接合装置，其特征在于， 所述惰性气体中的水分浓度为1体积ppm以下。
9. 根据权利要求l所述的接合装置，其特征在于， 该接合装置具有从装置外部供给惰性气体的供给口 ，该供给口的所述惰性气体的水分含量为10体积ppm以下。
10. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于， 所述接合装置内表面的吸附水分量为1X10"分子/ci^以下。
11. 根据权利要求l所述的接合装置，其特征在于，所述装置内表面为电解研磨不锈钢表面、电解复合研磨不锈钢表面、 以氧化铬为主成分的电解研磨或电解复合研磨表面、以氧化铝为主成分的 电解研磨或电解复合研磨表面、聚烯烃类树脂表面、聚环烯烃类树脂表面、 氟类树脂表面的任意一种。
12. 根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，具有将所述接合金属端子表面及所述被接合金属端子表面的吸附水分减少到1 X 10"分子/cm2以下的机构。
13. 根据权利要求l所述的接合装置，其特征在于， 具有将压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附有机物减少到5X 10"分子/cm2以下的机构。
14. 根据权利要求6所述的接合装置，其特征在于，所述惰性气体包括氮、氦、氖、氩、氪及氙中的至少一种。
15. 根据权利要求6所述的接合装置，其特征在于， 在所述惰性气体中添加氢。
16. 根据权利要求1~15中任意一项所述的接合装置，其特征在于， 具备将在所述接合金属端子、所述被接合金属端子及所述压接部的周围中的至少一个上产生的静电中和或去除的机构。
17. 根据权利要求16所述的接合装置，其特征在于， 所述中和或去除机构包括软X射线产生机构。
18. —种接合方法，将接合金属端子和被接合金属端子压接并进行电 接合，其特征在于，使压接部气氛的水分浓度比装置外部气氛的水分浓度小。
19. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附水分量为1 X 10"分子/cm2以下来进行压接。
20. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使压接部的接合金属端子表面及被接合金属端子表面的吸附有机物量为5 X 1013分子/cm2以下来进行压接。
21. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使压接部气氛的水分浓度为10体积ppm以下。
22. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于，使压接部气氛的氧浓度为10体积ppm以下。
23. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 至少在压接部流通惰性气体。
24. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 至少在压接部流通除水分以外的杂质浓度为100体积ppm以下、水分浓度为10体积ppm以下、氧浓度为10体积ppm以下的高纯度惰性气 体。
25. 根据权利要求24所述的接合方法，其特征在于， 使所述惰性气体中的水分浓度为1体积ppm以下。
26. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 一面从外部气氛中隔断所述压接部一面进行所述压接，且使所述隔断部的内表面的吸附水分量为lX10"分子/ci^以下。
27. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 一面从外部气氛中隔断所述压接部一面进行所述压接，且使所述隔断部的内表面的吸附有机物为5X10。分子/cn^以下。
28. 根据权利要求23所述的接合方法，其特征在于， 所述惰性气体包括氮、氦、氖、氩、氪及氙中的至少一种。
29. 根据权利要求23所述的接合方法，其特征在于， 在所述惰性气体中添加氢。
30. 根据权利要求18所述的接合方法，其特征在于， 将在所述接合金属端子、所述被接合金属端子及所述压接部的周围中的至少一个上产生的静电中和或去除。
31. 根据权利要求30所述的接合方法，其特征在于， 所述静电的中和或去除采用软X射线进行。
32. —种金属端子的接合方法，将表面含有铅、锡、银、金、铜、锌、 铝、铋、铟及镍中的至少一种的接合金属端子和表面含有铅、锡、银、金、 铜、锌、铝、铋、铟及镍中的至少一种的被接合金属端子压接并进行电接 合，所述接合方法的特征在于，将在压接部中形成接合的表面所吸附的水分减少到1X1016分子/cm2以下及所吸附的有机物量减少到5 X 1013分子/cm2以下后形成接合。 33. —种电子装置，其特征在于，具有采用权利要求18-32中任意一项所述的接合方法进行接合的金 属端子。
全文摘要
一种压接压接部的接合装置，通过使其内部的压接部气氛的水分浓度比装置外部气氛的水分浓度小，从而能够在低温、低压条件下进行压接。此时，形成压接部的接合金属端子及被接合金属端子的各表面的吸附水分量为1×10¹⁶分子/cm²以下。
文档编号H01L21/60GK101273445SQ20058005172
公开日2008年9月24日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者大见忠弘, 森本明大 申请人:大见忠弘