专利名称：芯片接合装置及芯片接合方法
技术领域：
本发明涉及芯片接合装置及芯片接合方法。
背景技术：
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。
发明内容
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。根据本发明，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，但根据本发明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。
图1是表示本发明的芯片接合机的主要部分的图。图2是表示本发明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)是示意地表示在本发明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是表示本发明的芯片接合炉内的氢气浓度分布的图。图7是表示本发明的其他的芯片接合机的主要部分的图。图8是表示本发明的其他的芯片接合机的主要部分的图。图9是表示本发明的其他的芯片接合机的主要部分的图。图10是表示本发明的其他的表面清洁化单元的例子的图。图11是表示本发明的其他的表面清洁化单元的例子的图。图12是表示以往的芯片接合机的主要部分的图。图13是表示本发明的其他的表面清洁化单元的例子的图。图14是表示在表面清洁化工序和其他工序之间用隔壁隔开环境气体的芯片接合装置的例子的图。附图标记说明1…芯片接合机，2…罩(炉)，3···引线框架或衬底，4…导轨，5…引线框架或衬底的移动方向，6a、6b、6c、6c-l、6c_2、6d···开口窗,7…焊锡丝,8…加热器,9…焊锡供给喷嘴，10…被供给的焊锡，1L···焊锡成形棒，12…浸润扩展的焊锡，13…表面清洁化单元，14…进行了表面清洁化处理的焊锡，15…半导体芯片，16…芯片夹，17…焊锡连接部，18…通向炉内的入口，19···来自炉内的出口，21···喷嘴,22···电极,23…电介质，24···电源，25…气体导入口，26…等尚子体,27…排气口，31…喷嘴,32...电极,33…中心电极,34…绝缘物，35…电源，36…气体导入口，37…放电空间，38…气体出口，39…等离子体，40…排气口，41…来自焊锡丝的氧化膜，42···浸润扩展的焊锡上的氧化膜，43···空隙，44…浸润不良，45···被破坏、分散的氧化膜，46…歪斜的倒角形状，47 · 残留在焊锡丝的表面的氧化膜，61…氢气浓度分布的等高线，71···等离子体发生器，72、73、74…处理喷嘴，101···激光振荡器，102…激光束，103···光纤，104…光学透镜，120···以往的芯片接合装置，121···焊锡接合部。
具体实施例方式以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的所有附图中，对于相同的部分原则上标注相同的附图标记，并省略其重复说明。实施例1图1是本发明的具有焊锡表面清洁化单元的芯片接合机的主要部分的放大图。该芯片接合机I是在为隔绝外部空气而被罩2覆盖的炉内，具有使被接合部件即引线框架或衬底3间歇地移动的导轨4，沿引线框架或衬底3的移动方向5，在罩(炉)2顶面的规定位置具有4个开口窗6a、6b、6c、6d。按照芯片接合工艺进行说明时，第一工序是焊锡的供给工序将纵长的焊锡丝7穿过开口窗6a供给到引线框架或衬底3。若详细说明该工序，则从焊锡供给喷嘴9送出的焊锡丝7与底面被加热器8加热了的引线框架或衬底3接触，焊锡丝7的前端熔融并浸润引线框架或衬底3，由此供给焊锡(被供给的焊锡10)。在图1所示的本发明的芯片接合机的第二工序中，焊锡成形棒11从开口窗6b下降并按压被供给的焊锡10，在引线框架或衬底3上浸润扩展成所期望的形状(浸润扩展的焊锡12)。在第三工序中，通过设置于开口窗6c的表面清洁化单元13，将在引线框架或衬底3上浸润扩展成所期望的形状的焊锡12表面的氧化膜除去或进行减少处理(进行了表面清洁化处理的焊锡14)。因此 ，进行了表面清洁化处理的焊锡14表面的Sn氧化膜量与以往的无表面清洁化单元13的方式相比大幅度减少。在第四工序中，吸附了半导体芯片15的芯片夹(- 卜)16下降，将半导体芯片15搭载在浸润扩展的焊锡14上并接合。由此，经由焊锡连接部17将半导体芯片15接合在引线框架或衬底3上。作为这些芯片接合部17的品质，与以往的方式相比，能够抑制空隙率(单位体积的熔融焊锡所含有的气泡的容积比例)。空隙率能够通过X射线观察装置、超声波探伤装置等测定。为进行比较，图12示出了以往的芯片接合装置120，沿着引线框架或衬底3的移动方向5，在罩(炉)2顶面的规定位置具有3个开口窗6a、6b、6d。在第一工序中，从焊锡供给喷嘴9送出的焊锡丝7与底面被加热器8加热了的引线框架或衬底3接触，焊锡丝7的前端熔融并浸润引线框架或衬底3，由此供给焊锡(被供给的焊锡10)。在第二工序中，通过焊锡成形棒11浸润扩展成所期望的形状(浸润扩展的焊锡12)，在第三工序中，吸附了半导体芯片15的芯片夹16下降，将半导体芯片15搭载在浸润扩展的焊锡12上并接合(接合部的焊锡121)。在以往的方式中，存在于浸润扩展的焊锡12上的氧化膜仍然残留于其与半导体芯片15之间的界面或焊锡内部121，与本发明完全不同。在图1所示的本发明的芯片接合装置中，为进一步提高焊锡接合部的品质(芯片接合品质)，在第二工序中，使焊锡成形棒11从开口窗6b下降以使焊锡浸润扩展成所期望的形状时，也可以在焊锡不飞溅到不需要的位置的范围内，施加超声波等振动，以促进浸润。另外，还可以对引线框架或衬底3实施沿水平方向、垂直方向或旋转方向的多次位移来促进浸润。另外，若在成形棒11的前端，为使焊锡容易浸润扩展成所期望的形状而设置槽或凹坑，并且，为了不降低焊锡的流动性而设置加热功能，则能够进一步提高品质。另外，在第四工序中，也可以在搭载并接合半导体芯片15的工序中，以沿x、y、z方向不错位这种程度的振幅使其动作来施加超声波振动等，从而促进浸润。由此，能够期待品质的进一步提高。另外，为进一步排除表面的氧化膜的影响，也可以使半导体芯片15从大致横向与引线框架或衬底3的表面平行地进入。由此，能够利用半导体芯片前端部的边缘排除氧化膜的同时进行搭载。或者，芯片夹16也可以采用带有凸缘的形状，从而可以使用所述芯片夹16的凸缘从接合部排除氧化膜。由此，也能够期待品质的提高。由于这些工艺是不使用助熔剂的无助熔剂的工艺，所以，为了使焊锡表面难以被氧化，需要构成为，使芯片接合机I内的被罩2覆盖的部分(炉)隔绝外部空气(大气)，并使罩(炉)2内部的环境气体由氮气或氮气和氢气的混合气体等填充，以便将残留在内部的氧气浓度尽可能保持得低。因此，供引线框架或衬底3进入罩(炉)2内部的入口 18、出口 19的形状尽可能减小，以减少来自外部的氧气的进入，这很重要。焊锡表面清洁化单元13的一例如图2所示，在大气压下，使用喷嘴21对引线框架或衬底3上的熔融的焊锡12表面，实施等离子体处理。喷嘴21主要由对电极22和电介质23构成，在电极上连接有电源24。处理用的气体从气体导入口 25被导入，通过电源24在电极间施加电场，由此产生等离子体26。此外，作为电介质23的材料，可以采用玻璃、石英玻璃、氧化铝等，但不限于此。在此，处理用的气体采用了作为该等离子体装置的环境气体而使用的氮气和氢气的混合气体。氢气的浓度越高，则能够清洁表面的能力越高，但需要防爆构造，成本变高，因此优选使用爆炸极限以下的4% 左右的氢气。使用如上所述生成的氢等离子体，对熔融的焊锡12的表面进行处理，此时，产生反应生成物。若表不关于焊锡表面的氧化膜中的SnO2的反应式,则成为(化学式l)Sn02 + 4H *—Sn + 2H20，主要存在于焊锡表面的锡的氧化物被还原成Sn，导致在炉内产生!120。若对这些生成物放置不管，则引线框架或衬底3的周围被污染，并且，连续地处理时，炉内2也被污染，因此将排气口 27配置在喷嘴21附近。排气口 27不仅通过向罩(炉)2外侧通气用的管进行自然排气，还通过叶轮等提供吸引力进行吸引来进行强制排气，强制排气对于反应生成物的除去更有效果。由此，即使连续地处理，也不会引起品质降低。另外，在图2的例子中，排气口 27配置在表面清洁化单元13的喷嘴21附近，但也可以如图13的例子那样，呈包围喷嘴21外周的环状地设置排气口 27，从而构成一体式构造。即，在喷嘴中央部开设有产生等离子体并使等离子体朝向引线框架或衬底3喷出的孔，在其外周连续地设置有排气口 27，从该外周部的孔吸引反应生成物，从而构成一体式构造，从形状来看也是紧凑的。以下说明完成这样的发明的理由。以往，在通过芯片接合机实施的大面积的焊锡连接部大多发现空隙不良。即使芯片接合炉内被氮气或氮气和氢气的混合气体等填充，也有氧气残留，因该残留氧气而导致焊锡被氧化，这种情况推定为产生该空隙的主因。因此，进行了在各种氧气浓度条件下将半导体芯片接合在衬底上的芯片接合实验。其结果是，可知向引线框架或衬底3供给的焊锡丝7的表面氧化膜与空隙产生相关。其结果如图3所示。图3示出了以往的芯片接合工艺的情况下的焊锡浸润的示意图。通常的焊锡丝7因焊锡材质、制造条件和保管条件不同，导致在表面上虽厚度不同但必然存在氧化膜47。由此可知，在第一工序中，焊锡丝接触到引线框架或衬底3上，在熔融的焊锡被供给的时刻，来自焊锡丝7的氧化膜41载置在被供给的焊锡10上。接着，在下一工序中，即使通过焊锡成形棒11，挤压供给到引线框架或衬底3上的焊锡10以使其浸润扩展，氧化膜42也基本上残留在浸润扩展的焊锡12上。通常，在芯片接合工艺中，将氮气或氮气和氢气的混合气体用于环境气体，以使被罩2覆盖的部分(炉)中的氧气浓度变低的方式进行控制。另一方面，作为焊锡材料大多使用的组成是以Sn为主成分的焊锡，焊锡表面通常被Sn的氧化膜覆盖。但是，可知如下情况Sn的氧化膜是稳定的这种情况；以及芯片接合工艺为确保单位时间的产量而期待尽可能在短时间实施各处理工序，因此，能够保持在高温的时间也短，即使在混有氢气的环境气体中，在焊锡接合的200°C至300°C左右的温度下，也几乎不能期待氧化膜的还原这种情况。因此，在浸润扩展了的焊锡上氧化膜42未被除去而必然残留。由此，即使将半导体芯片15搭载在其上并进行接合，该接合也会被氧化膜42阻碍。即，可知氧化膜42的一部分被破坏、分散(破坏、分散的氧化膜45)而导致产生空隙43或浸润不良44。对浸润扩展的焊锡12的表面进行搅拌，在搭载半导体芯片15时施加超声波振动，即便采取上述措施等，氧化膜42的破坏、分散也被促进，其结果是，不能除去氧化膜42而导致氧化膜残留在接合层中。而且，可知在炉内的残留氧量多的情况下，残留在焊锡表面的氧化膜42妨碍半导体芯片15周围形成平滑的倒角，如图4所示可知，成为歪斜的倒角形状46。汇总以上的研究结果，在包含氢气的还原性的环境气体中，在通常的带有焊锡的温度附近以及通常的量产工艺下的各处理时间中，几乎不能期待焊锡表面的Sn氧化膜的还原、除去。另外，即使残留在表面的氧化膜在之后的工艺中采用机械方式被破坏、分散，也会残留在焊锡接合部，引起 空隙、浸润不良、倒角形状不良。另外，一般情况下，即使焊锡进行过一次氧化膜除去，但在周围存在氧气时，立刻就会形成氧化膜。氧化膜越是在高温下越容易生长。由此可知在即将搭载、接合半导体芯片15之前，除去熔融状态的焊锡12表面的氧化膜42，这对于芯片接合品质的确保很重要。因此，在即将在熔融的焊锡12上搭载、接合半导体芯片15之前的工序中，设置焊锡清洁化单元13。此时，作为除去氧化膜的方式，可知在机械方式中，由于残渣残留在接合部中，所以没有效果，于是需要采取残渣不残留在接合部中的方式。并且，消除反应生成物的影响这种情况很重要。以下，使用这样的焊锡表面清洁化单元13，在即将在引线框架或衬底3接合、搭载半导体芯片之前，对熔融的焊锡12的表面进行处理，对于通过这样的芯片接合工艺提高品质的理由进行说明。图5表示使用了表面清洁化单元13的情况下的芯片接合工艺的焊锡氧化膜的变化情况。在将焊锡丝供给到引线框架或衬底3时，残留在焊锡丝7表面的氧化膜47作为氧化膜41残留在熔融的焊锡10上，然后，在第二工序即挤压焊锡(Spanker)工序中，仍作为氧化膜42残留在熔融的焊锡12的表面上，但若通过焊锡表面清洁化单元13，则焊锡14的表面氧化膜的量大幅度减少。因此，在第四工序中，若将半导体芯片15搭载、接合在如上所述氧化膜少的焊锡14上，则接合部难以产生空隙、浸润不良，从而能够得到高品质的接合部。对本发明的其他效果进行说明。通过作为表面清洁化单元13的一例的等离子体处理，在搭载、接合半导体芯片15之前，能够有效地除去或减少熔融的焊锡12表面的氧化膜，因此，关于炉内的环境气体，对于残留氧气浓度、氢气浓度，都不需要在炉内整个区域高水准地确保浓度管理。一般情况下，以使残留氧气浓度成为约200ppm以下的方式考虑气体流量、装置构造，氢气浓度采用爆炸极限以下的4%左右以下的浓度。但是，因装置运转时的气体使用量多，在整个炉内将氢气保持在4%左右妨碍成本降低。但是，在本发明中，即使炉内的残留氧气浓度高而导致焊锡表面或多或少被氧化，也能够通过在即将搭载、接合半导体芯片15之前的工序中设置的表面清洁化单元13还原，从而不会出问题。在进行等离子体处理时需要氢气，因此，从表面清洁化单元13的喷嘴21的气体导入口 25导入氢气和氮气的混合气体，能够使氢气集中在等离子体处理部分，而在其他部分能够抑制氢气的浓度。因此，从炉内整体来看，能够减少氢气的使用量。其结果是，在芯片接合炉内具有氢气的浓度分布。图6表示从上方观察芯片接合装置时的氢气浓度的分布情况。氢气浓度用等高线61表示。该图表示氢气浓度随着从a到e而逐渐变低。S卩，在开口窗6c周边，氢气浓度最高且被设定为4%左右，但在输送装置的入口 18、出口 19附近，氢气浓度变低，能够减少整体的氢气使用量。另外，由于氢气浓度平均来看较低，所以在安全方面也变得有利。在此，表面清洁化单元13是在每一个芯片接合设备中设置一个，但也可以配置多个。例如，如图7所示，在第一工序和第二工序之间设置表面处理单元13的处理喷嘴72，暂时处理向引线框架或衬底3供给的焊锡10表面，在搭载、接合半导体芯片15的工序之前，再次进行熔融的焊锡14表面的清洁化处理。通过使处理成为两个步骤，能够有效地利用通过炉内的输送装置所需的时间，并且，能够可靠地进行清洁，从而能够提高品质。此时，虽然未图示，但通过在处理喷嘴72、73附近设置图2、图13所示的排气口，能够防止炉内的污染，对于确保长期的稳定品质是有效的。
另外，作为其他方式，如图8所示，在供给第一焊锡丝的工序中，通过设置表面清洁化喷嘴74，从而能够同时进行衬底的表面清洁化处理以及供给的焊锡表面的处理，在品质提高方面是有效的。虽然在图8中未示出，但通过在处理喷嘴73、74附近设置图2、图13所示的排气口，能够防止炉内的污染，对于确保长期的稳定品质是有效的。作为其他方式，如图9所示，也可以在将半导体芯片15搭载、接合在供给到引线框架或衬底3的焊锡12上的第三工序中，设置表面清洁化单元13的处理喷嘴74。由此，能够减小装置面积。若装置能够小型化，则能够减少炉内使用的环境气体的使用量等，能够谋求低成本化。如上所述，通过使用具有表面清洁化单元13的芯片接合装置，能够长期地没有炉内污染、氢气使用量也少且低成本地减少作为焊锡接合部的缺陷的空隙。实施例2其他的焊锡表面清洁化单元13的一例如图10所示，在大气压下，使用火炬式喷嘴31对引线框架或衬底3上的熔融的焊锡12表面进行等离子体处理。在火炬式喷嘴31中，在对电极32的中央配置中心电极33，在各自的电极表面上设置有绝缘物34。在中心电极33上连接有高频电源35。另外，处理用的气体从气体导入口 36被供给，在放电空间37中产生等离子体，并从气体出口 38照射喷嘴状的等离子体39。处理用的气体采用作为该等离子体装置的环境气体而使用的氮气和氢气的混合气体。由此，产生氢等离子体，能够还原存在于引线框架或衬底3上的熔融的焊锡12表面的氧化膜。此时，产生反应生成物，若放置不管，则引线框架或衬底3的周围被污染，并且，连续地处理时，炉内也被污染，因此将排气口 40配置在喷嘴31的附近。由此，即使连续地处理，也不会引起品质降低。并且，从气体导入口 36导入含有氢气的气体，由此，不仅能够提高熔融的焊锡表面的氧化膜除去的效果，还能够减少氢气使用量，从而谋求成本降低。在此,在上述实施例中，作为表面清洁化单元，图2示出了电介质势鱼(barrier)方式，图10示出了火炬式远程(Remote)方式，但不限于此。另外，也可以将一个电极置于衬底下方，产生直接(Direct)方式的等离子体进行处理。在该方式中，由于处理面积大，所以具有能够进行多个位置的同时处理的优点。实施例3其他的焊锡表面清洁化单元的一例如图11所示。本方式是照射激光束的方式，从激光振荡器101产生的激光束102经由光纤103、光学透镜104系统等，照射在引线框架或衬底3上的熔融的焊锡14的表面 。炉内是氧气浓度低的环境气体，还存在具有还原性的氢气，因此能够有效地除去焊锡的表面氧化膜。在此，作为激光，采用YAG激光或准分子激光的脉冲激光，但不限于此。另外，不仅可以配置成喷嘴状，还可以配置成线状。另外，在要处理的焊锡的面积宽广的情况下，不以成为中央部的输出高的山形(凸出形)的方式照射激光束照射，而以整体成为大致相同的输出的方式呈环状地照射激光束，从而也能够应对宽广范围的面积。这样的环状的激光束形状，对于担心因中央部的激光输出过高而导致因温度受到损伤这种情况也是有效的。如上所述，能够通过激光束，在即将搭载、接合半导体芯片15之前，减少或除去供给到引线框架或衬底3的焊锡12表面的氧化膜，从而能够提高接合部的品质。在此，考虑到因使用了激光照射的表面清洗而产生残渣这种情况，在喷嘴104附近设置排气口对于防止接合部以外的部分的污染、长期的炉内的污染是有效的。另外，由于表面清洗化单元周围的氢气浓度越高，则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单元的照射部104地供给氢气和惰性气体的混合气体，以设置氢气浓度的分布，由此能够减少氢气的使用量，从而可以谋求低成本化。实施例4图14表示如下实施例在图1所示的芯片接合机的主要部分的第三工序(表面清洁化单元13)和其他工序之间，通过内壁51、52隔开隔绝了外部空气的罩(炉)2内的环境气体。在本申请发明中，其特征是，从接近表面清洁化单元13的位置，供给氢气和惰性气体的混合气体，将需要使氢气浓度最高的第三工序附近的氢气浓度作为峰值，以成为氢气浓度朝向输送装置的入口 18和出口 19分别减小的浓度分布的方式构成罩2内的环境气体。通过设置图14所示的内壁51、52、以及只有在载置在导轨4上并在工序间移动的引线框架或衬底3通过时才开闭的门53、54，可以进一步减少氢气使用量，能够仅在表面清洁化单元13附近维持高的氢气浓度。另外，由于引线框架或衬底3的厚度非常薄，所以，所述开闭门53、54也可以不采用门，而设置仅能够通过的孔，以提高通气阻力。
根据以上的实施例，通过 使用具有表面清洁化单元的芯片接合装置，能够长期地没有炉内污染、氢气使用量也少且低成本地减少成为焊锡接合部的缺陷的空隙。
权利要求
1.一种芯片接合装置，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所述的芯片接合装置，其特征在于，在所述表面清洁化构件和所述接合构件之间设置分隔部件，所述排气构件设置在比所述分隔部件更靠所述表面清洁化构件侧。
9.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，还具有第二清洁化构件，所述第二清洁化构件清洁被供给所述焊锡之前的被接合部件。
10.如权利要求1所述的芯片接合装置，其特征在于，还具有第三清洁化构件，所述第三清洁化构件对被供给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锡进行表面清洁化处理。
11.一种芯片接合方法，形成由焊锡得到的接合部来接合多个被接合部件，所述芯片接合方法的特征在于，包括 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的氧化膜的表面清洁化工序; 对已用于所述焊锡的还原的气体进行排气的工序； 将除去了所述氧化膜的焊锡向被接合部件供给的工序； 加热所述焊锡使其熔融的工序；以及 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的工序。
12.如权利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述表面清洁化工序中，在大气压下对所述焊锡进行等离子体处理。
13.如权利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述表面清洁化工序中，对所述焊锡进行激光照射。
14.如权利要求1Γ13中任一项所述的芯片接合方法，其特征在于，氢气浓度在进行所述表面清洁化工序的位置附近高，随着从该位置离开，氢气浓度逐渐减小。
15.如权利要求11所述的芯片接合方法，其特征在于，在所述排气工序中，通过吸引来排出所述气体。
16.如权利要求14所述的芯片接合方法，其特征在于，所述氢气浓度为4%以下。
全文摘要
本发明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。
文档编号H01L21/60GK103065987SQ201210408059
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者秦英惠, 福田正行, 市川良雄, 牛房信之, 深谷康太 申请人:株式会社日立高新技术仪器