用于制造半导体器件和接线键合器的方法

专利名称：用于制造半导体器件和接线键合器的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造半导体器件的技术，并且具体涉及有效地应用于降低接线键 合过程中的引线框颤动的技术。
背景技术：
日本专利公开号2001-110840描述了一种技术，其中在接线键合期间，半导体芯 片及其安装部件之间的接线连接部分被有效地加热，而在接线连接之后，接线连接的部件 在短时间内冷却。

发明内容
在利用接线(例如，金接线)对半导体芯片的电极焊块与引线框的内部引线进行 电连接的接线键合器中，接线键合这样来完成利用框保持部件来按压内部引线，使得内部 弓丨线无法在执行接线键合的加热块之上摆动。在上述接线键合器中，接线键合是在加热块之上完成的，其中引线框被加热到约 230到240°C，此后，在框保持部件提升之后释放引线框。在释放引线框时，条状的引线框将 弯曲(形变)，从而由于热收缩而相对于宽度方向向上突出。在此状态下，在接线键合器中 沿着引线框馈送方向将引线框馈送至接线键合部分的后台。由于接线键合部分的背面不存 在加热块，因此安装有半导体器件的引线框的器件区开始突然冷却。发明人发现，引线框继 而摆动(也即，颤动)，因为由于突然冷却，因加热而形变(拉伸)的部分倾向于回归原始状 态。特别地，发明人发现，内部引线的颤动(摆动)使接线摇摆和形变。此外，在接线是金接线的情况下，如果为了降低成本而尝试减小接线直径，并且得 到直径等于或小于例如20μπι的接线，则会出现以下问题由于内部引线的颤动，会明显出 现接线形变，并且随后发生接线间短路、接线与芯片间短路等。通过研究引线框颤动的原因，发明人找到了以下原因。第一个原因被认为是因加热而拉伸的内部引线被突然冷却以回归原始状态时的 热收缩，以及由于该热收缩而导致的颤动。此外，第二个原因被认为是每个位置的应力差，这是由内部引线突然冷却时各内 部引线的热辐射路径差异所引起的温度变化分散导致的，并且认为颤动是由每个位置的该 应力差造成的。而且，在使用日本专利公开号2001-110840中记载的接线键合技术的情况下，半 导体芯片及其保持部件之间的接线连接部分在接线键合期间被加热，并且在接线连接之后，接线连接的部件在短时间内突然冷却。由此，在接线键合之后，器件区被淬火，这被认为导致了引线框(内部引线)的颤动，并继而导致了接线的形变。本发明是鉴于上述情况做出的，并且提供了一种能够实现接线键合的质量改进的 技术。本发明的另一目的是提供一种能够实现接线键合的可靠性改进的技术。通过本说明书的描述以及附图，本发明的其它目的和新颖特征将变得清楚。下文主要阐述了本申请所公开的发明中的典型发明的概况。换言之，按照本发明的一个方面，一种制造半导体芯片的方法，包括步骤(a)准 备引线框，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个器件区中，并且其中在各器 件区中提供多个引线；(b)将半导体芯片安装在引线框的器件区中；(C)将引线框部署在接 线键合器的加热块之上，并且在利用框保持部件按压引线的情况下，对安装在器件区中的 半导体芯片与引线进行接线键合；以及(d)在步骤(c)之后，冷却引线框，从而使其温度可 以逐步降低。按照本发明的另一方面，一种制造半导体芯片的方法，包括步骤(a)准备引线 框，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个器件区中，并且在各器件区中提供 多个引线；(b)将半导体芯片安装在引线框的器件区中；(c)将引线框部署在接线键合器的 加热块之上，并且在利用框保持部件按压引线的情况下，对安装在器件区中的半导体芯片 与引线进行接线键合；以及(d)在步骤(c)之后，在引线框的馈送方向上按压框保持部件的 后台部分。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装 该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包 括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引 线框；框保持部件，用于按压部署在加热块之上的引线框的引线；毛细管，用于引导接线， 该毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及引导部件，其被部署为在加热块之上的引线 框的前表面和后表面两侧上都沿着引线框的纵向与引线框的器件区的外部接触。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装 该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包 括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引 线框；框保持部件，用于按压部署在加热块之上的引线框的引线；毛细管，用于引导接线， 该毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及弹性装置，其被部署为在加热块之上的引线 框的前表面侧上与引线框的器件区的外部接触。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装 该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包 括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引 线框；框保持部件，用于按压部署在加热块之上的引线框的引线；毛细管，用于引导接线， 该毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及滚轴装置，其可旋转地布置，以便在加热块之 上的引线框的前表面和后表面两侧上都与引线框的器件区的外部接触。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装 该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引线框；框保持部件，用于按压部署在加热块之上的引线框的引线；毛细管，用于引导接线，该毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及慢冷却部件，用于冷却经过接线键合的引线 框，使其温度可以逐步降低。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引线框；框保持部件，其能够按压部署在加热块之上的引线框的引线，并且还能够按压部署在 引线框的行和列的矩阵中的器件区中的引线；以及毛细管，用于引导接线，该毛细管充当用于接线键合的键合工具。按照本发明的又一方面，提供一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装该半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包 括加热块，用于支撑其中并排形成有器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热该引线框；框保持部件，用于按压部署在加热块之上的引线框的引线；毛细管，用于引导接线， 该毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及多个吸附装置，其能够吸附和支撑加热块之上的引线框的多个管芯焊块。按照本发明的另一方面，一种制造半导体芯片的方法，包括步骤(a)准备布线衬底，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个器件区中，并且其中在各器件区中形成有多个键合引线；(b)将半导体芯片安装在布线衬底的器件区中；(c)将布线衬底部署在接线键合器的加热块之上，并且对器件区中安装的半导体芯片与键合引线进行接线键 合；(d)在步骤(c)之后，冷却布线衬底，使其温度可以逐步降低。下文主要阐释本申请所公开的发明中的典型发明所取得的效果。通过降低接线键合之后引线框或者布线衬底的颤动，可以实现接线键合的质量改进。通过降低接线键合之后引线框或者布线衬底的颤动，可以实现接线键合的可靠性改进。


图1是本发明第一实施方式的半导体器件的结构示例的平面图；图2是示出沿图中所示的A-A线获得的结构的剖面图；图3是示出图1中所示的半导体器件的组装过程的示例的制造流程图；图4是示出在组装图1中所示的半导体器件中使用的引线框的结构示例的放大部分平面图；图5是示出在图1中所示半导体器件的组装中的管芯键合之后的结构示例的部分截面图；图6是示出在图1中所示半导体器件的组装中的接线键合之后的结构示例的部分截面图；图7是示出在图1中所示半导体器件的组装中的接线键合步骤中使用的接线键合器的主要部分的结构示例的剖面图8是从B方向查看时图7中所示接线键合器的主要部分的结构示例的箭头B上的视图；图9是示出图7中所示接线键合器的主要部分的A部分的结构示例的放大的局部剖面图；图10是示出通过使用图7中所示的接线键合器在接线键合期间的结构示例的放大的局部剖面图；图11是示出图7所示的接线键合器的主要部分的结构示例的平面图；图12是示出沿图11中所示的A-A线获得的结构的剖面图；图13是示出图1中所示半导体器件的组装中的树脂模制之后的结构示例的局部截面图；图14是示出图1中所示半导体器件的组装中的切割和成型后的结构示例的局部截面图；图15是示出本发明第一实施方式的第一修改的结构的平面图；图16是示出沿图15中所示的A-A线获得的结构的剖面图；图17是示出本发明第一实施方式的第二修改的结构的平面图；图18是示出沿图17中所示的A-A线获得的结构的剖面图；图19是示出本发明第一实施方式的第三修改的结构的平面图；图20是示出沿图19中的A-A线获得的结构的剖面图；图21是示出本发明第一实施方式的第四修改的结构的平面图；图22是示出在按照本发明第二实施方式的半导体器件的组装中使用的接线键合 器的主要部分的结构示例的剖面图；图23是示出在图22中所示的接线键合器中的接线键合之后的引线框温度变化的 示例的温度数据；图24是示出在按照本发明第三实施方式的半导体器件的组装中使用的接线键合 器的主要部分的结构示例的部分截面图；图25是示出本发明第三实施方式的第一修改的结构的局部截面图；图26是示出本发明另一实施方式的半导体器件(BGA)的结构示例的剖面图；以及图27是示出在图26中的半导体器件的组装中使用的布线衬底的结构示例的平面 图。
具体实施例方式在下面的实施方式中，除非特别需要，否则不会重复说明相同或者相似的部分。此外，如果为了方便，将会把下面的实施方式划分为多个部分或者实施方式来说 明。除了特别地明确示出的情况之外，这些部分或实施方式并不彼此相关，并且一个部分或 实施方式与其它或者所有部分或实施方式的关系可以是诸如修改、详述和补充说明。而且，在下面的实施方式中，当提及元件的数目等时(包括数目、数值、数量、范围 等)，除了特别明确指定的情况以及这些数目在理论上明显限于特定数目的情况之外，其并 不限于特定的数目，而是可以大于或者小于特定的数目。此外，在下面的实施方式中，元件(包括要素步骤等)显然未必是不可或缺的，除非特别明确地指定或者从理论的角度考虑其为明显不可或缺的情况等。而且，在下面的实施方式中，在关于某元件等描述“包括A”、“具有A”或者“包含 A”时，除非特别明确地声明“仅包含特定元件”，否则显然并不排除该元件之外的元件。类 似地，在下面的实施方式中，当提及元件等的形状、位置关系等时，应当包括与该形状基本 上相近或类似的形状，除非特别地明确指定以及从理论的角度看其明显不正确的情况。这 一声明同样适用于上面所述的数值和范围。此后，将根据附图详细描述本发明的实施方式。而且，贯穿用于描述实施方式的附 图，为具有相同功能的相同部件给予相同的参考标号，以省去重复的说明。图1是示出按照本发明第一实施方式的半导体器件的结构示例的平面图，图2是 示出沿着图1中所示的A-A线获得的结构的剖面图。第一实施方式的半导体器件是使用引线框组装的多管脚、树脂密封型的半导体封 装。在第一实施方式中，使用图1中所示的多管脚QFP(四方扁平封装)作为半导体器件的 示例以便进行说明。参考图1和图2，QFP1包括半导体芯片4，其中形成有半导体集成电路；多个内部 引线(引线)2a，其呈放射状地部署在半导体芯片4周围；多个外部引线2b，其与内部引线 2a整体式形成；以及多个接线5 (诸如金接线)，用于将电极焊块4a连接至相应的内部引线 2a，其中电极焊块4a是在半导体芯片4的主表面4a中形成的表面电极。QFPl还包括小片(tab)(管芯焊块)2c，其充当芯片安装部分，半导体芯片4通过 诸如银膏的管芯键合材料固定在其上；以及密封体3，其用于密封芯片4、小片2c、接线5以 及内部引线2a，密封体3是通过树脂模制而由密封树脂等形成的。由于这是QFP封装，分别 与内部引线2a整体式成型的外部引线2b从密封体3的四侧向外伸出，其中每个外部引线 2b都是弯曲的，并形成鸥翼形状。在此，在QFPl上安装的半导体芯片4中，以例如等于或者小于50 μ m的狭窄焊块节距来提供在主表面4a中形成的多个电极焊块4c。这使得例如可以将接线直径等于或小 于20 μ m的金接线用于接线5，并且由此可以实现QFPl的成本降低，并且还可以实现高管脚 数的QFPl。此外，使用铜接线代替金接线作为接线5与金接线情况相比可以实现QFPl的成本 降低，并且还可以实现导电性的改进。而且，内部引线2a、外部引线2b以及小片2c是通过由铜合金等制造的薄板型部件 形成的，并且密封体3例如包括热固化环氧树脂等，并且通过树脂模制形成。接下来，将按照图3中所示的流程图来说明第一实施方式的制造半导体器件 (QFPl)的方法。图3是示出图1中所示的半导体器件的组装过程的示例的制造流程图，图4是示 出在图1中所示半导体器件的组装中使用的引线框的结构示例的放大局部平面图，图5是 示出在图1所示半导体器件的组装中的管芯键合之后的结构示例的局部截面图，而图6是 示出图1中所示半导体器件的组装中的接线键合后的结构示例的局部截面图。而且，图7 是示出在图1中所示半导体器件的组装中的接线键合步骤中使用的接线键合器的主要部 分的结构示例的剖面图，图8是从B方向查看时图7中所示接线键合器的主要部分的结构 示例的箭头B上的视图，图9是示出图7中所示接线键合器的主要部分的A部分的结构示例的放大局部剖面图，而图10是示出通过使用图7中所示的接线键合器在接线键合期间的 结构示例的放大局部剖面图。此外，图11是示出图7所示的接线键合器的主要部分的结构 示例的平面图，图12是示出沿图11中所示的A-A线获得的结构的剖面图，图13是示出图 1中所示半导体器件的组装中的树脂模制之后的结构示例的局部截面图，而14是示出图1 中所示半导体器件的组装中的切割和成型后的结构示例的局部截面图。首先，在图3的步骤S 1中，准备引线框。这里，准备矩阵框2，其是图4中所示的 引线框的示例。在矩阵框2中，并排形成有多个器件区2d，半导体芯片4安装在每个器件区 中，并且在各器件区2d中还提供内部引线2a和外部引线2b。在第一实施方式中使用的图4所示的矩阵框2中，按照多行X多列(例如，图4 中的2行X2列)的布置形成器件区2d，每个器件区2d充当形成一个QFPl的区域，其中， 在每个器件区2d中形成一个小片(管芯焊块)2c、内部引线2a、外部引线2b等。而且，矩阵框2是由例如铜合金形成的矩形薄板材料，其中小片2c、内部引线2a和 外部引线2b整体式成型。在图4所示的矩阵框2中，X方向表示矩形的长度方向，而Y方 向表示矩形的宽度方向。而且，在矩阵框2的宽度方向的两端处的框部分2e处，提供有在安装过程中使用 的多个定位长孔2g和引导中导孔2f。注意，尽管图4中所示的矩阵框2中的一个器件区2d的内部引线2a的数目不同 于图1中所示的QFPl中的外部引线2b的数目，但这是为了清晰地示出矩阵框2的引线部 分的形状。显然，用于组装QFPl的矩阵框2的一个器件区2d的内部引线2a的数目与外部 引线2b的数目相同。此后，执行图3的步骤S2中所示的管芯键合。这里，如图5所示，通过管芯键合材 料将半导体芯片4安装在矩阵框2的器件区2d的小片2c上。也就是说，通过使用管芯键 合材料将半导体芯片4的背表面4b键合到小片2c。此后，执行图3的步骤S3中所示的接线键合。也就是说，如图6所示，通过使用接 线5，将半导体芯片4的主表面4a中的电极焊块4c电连接至相应的内部引线2a。注意，接 线5例如是具有缩减的直径的金接线，并且是接线直径等于或者小于20 μ m的金接线。现在，将描述图7和图8中所示的在接线键合步骤S3中使用的接线键合器6。接线键合器6包括以下作为其主要部分加热块6b，用于支撑执行接线键合的接 线键合部分6a中所安装的矩阵框2，矩阵框2具有并排形成在其中的器件区2d，并且加热 块6b还用于在接线键合期间加热矩阵框2 ；部署在加热块6b之之上的压板6c，该压板能够 响应于其矩阵框2的形状来支撑矩阵框2 ；以及包含在加热块6b中的加热器6f。也就是说，通过使用包含在加热块6b中的加热器6f，在接线键合期间，矩阵框2和 在器件区2d的小片2c之上安装的半导体芯片4通过部署在加热块6b之上的压板6c被加 热到预期温度。在接线键合期间，加热器6f的温度始终设置为例如230°C，从而加热矩阵框 2和半导体芯片4。　注意，压板6c与矩阵框2的形状相适应，并且是用于支撑矩阵框2并且将热从加 热块6b传导到矩阵框2和半导体芯片4的块材料。例如，压板6c对应于引线框的下部小 片或者凸起小片的形状。而且，接线键合器6包括框保持部件6d，用于按压接线键合部分6a中的加热块6b之上部署的矩阵框2的内部引线2a ；用于引导接线5的毛细管6j，毛细管6j是用于接 线键合的键合工具；以及轨道6e，其充当引导，并且在矩阵框2被转移到馈送方向6g时引 导矩阵框2。如图11所示，框保持部件6d具有形成在其中的开口窗6k，其对应于矩阵框2的器 件区2d。也就是说，如图9和图10所示，在接线键合期间，通过使用框保持部件6d的突出 部分6m从上按压内部引线2a，使得内部引线2a无法摆动，并且通过操作开口 6k中的毛细 管6j来执行接线键合。由此，如图11所示，当矩形矩阵框2的宽度方向(图4中所示的Y 方向)中的器件区2的列数为2时，在框保持部件6d中形成两个开口窗6k，其分别对应于 器件区2d的两列。注意，用于按压内部引线2a的框保持部件6d的突出部分6m形成为沿 着开口窗6k的框形。 而且，如图7、图11和图12所示，在加热块6b之上的矩阵框2的前表面和后表面 二者上，接线键合器6包括充当延长引导部件的上部引导6h和下部引导6i，部署它们是为 了与沿矩阵框2的长度方向(图4中所示的X方向)的相应器件区2d的外部接触。也就是说，上部引导6h和下部引导6i分别与加热块6b之上的矩阵框2的前面侧 (安装半导体芯片4的一侧)以及背面侧(没有安装半导体芯片4的一侧)接触，从而减小 矩阵框2在接线键合期间以及接线键合之后的颤动。由此，上部引导6h和下部引导6i优 选地形成为延长杆状，因为其按压矩阵框2的相应器件区2d之间的区域。此外，上部引导 6h和下部引导6i优选地形成为具有的长度等于或者略微大于矩阵框2在长度方向上的长 度。然而，上部引导6h和下部引导6i可以形成为具有如下长度，使得上部引导6h和下部 引导6i仅在矩阵框2的馈送方向6g中与框保持部件6d后台部分的邻域相接触，从而至少 在接线键合之后能够抑制矩阵框2的颤动。通过将上部引导6h和下部引导6i的长度设为等于或者大于矩阵框2的长度方向 的长度，可以抑制框的整体颤动。注意，在第一实施方式的图11和图12所示的示例中，上部引导6h与矩阵框2的 前表面侧接触，而下部引导6i与背表面侧接触。然而，可以仅提供上部引导6h和下部引导 6i中的任意一个，或者提供这二者。而且，例如，上部引导6h由框保持部件6d支撑，而下部引导6i由压板6c支撑。然 而，二者可以都由轨道6e等支撑。此外，当矩阵框2的宽度方向上的器件区2d的列数为3或更多时，与器件区2d之 间的区域相接触的上部引导6h和下部引导6i的数目可以增加。而且，上部引导6h和下部引导6i的镜面抛光可以降低由于上部引导6h和下部引 导6i与矩阵框2相接触而导致的粉尘。通过使用如上所述的接线键合器6来执行接线键合。也就是说，在将矩阵框2部 署到接线键合器6的加热块6b之上之后，将图6中所示的安装在小片2c中的半导体芯片4 的电极焊块4c接线键合至内部引线2a，其中内部引线2a由框保持部件6d的突出部分6m 按压，如图10所示。在这种情况下，矩阵框2被接线键合至由上部引导6h按压的前表面侧 和由下部引导6i按压的背表面侧。 在接线键合之后，框保持部件6d向上升，从而释放矩阵框2。在这种情况下，可以 抑制矩阵框2的颤动，因为矩阵框的背表面侧由下部引导6i按压。
此后，将矩阵框2向馈送方向6g传送一个器件区，并且以类似的方式执行下一器 件区2d的接线键合。通过以此方式顺序地执行接线键合，将会完成与一个矩阵框2的接线键合。在接线键合过程完成之后，执行图3的步骤S4中所示的树脂模制。这里，使用树脂成型模具(未示出)，通过使用密封树脂将图13中所示的小片2c、半导体芯片4、内部引 线2a以及接线5进行树脂密封，并且由此形成密封体3。注意，密封树脂例如是热固化环氧 树脂等。此后，执行图3的步骤S5中所示的切割和成型。这里，对矩阵框2进行切割并且 将其分为个体封装单元。在这种情况下，如图14所示，从密封体3突出的每个外部引线2b 弯曲并形成鸥翼形，QFPl的组装继而完成。按照第一实施方式的制造半导体器件的方法和接线键合器6，在加热块6b之上的 矩阵框2的前表面侧和后表面侧，都部署有上部引导6h和下部引导6i，从而沿着矩阵框2 的长度方向(图4中所示的X方向)接触，并且由此可以降低矩阵框2在接线键合期间和 接线键合之后的颤动。由此，可以实现接线键合质量的改进。此外，可以实现接线键合可靠性的改进。也就是说，在接线键合之后的矩阵框2中，即使在由于加热而拉伸的引线框内部 引线2a被突然冷却返回其原始状态时发生热收缩，这种情况下的颤动也可以减小，因为矩 阵框2由上部引导6h和下部引导6i按压。而且，在接线键合之后的矩阵框2中，即使由于各内部引线突然冷却时的热辐射 路径差异而引起温度变化的分散从而导致每个位置处的压力出现差异，这种情况下的颤动 也可以减小，因为矩阵框2类似地由上部引导6h和下部引导6i按压。注意，在第一实施方式的QFPl的情况下，由于接线5使用金接线，采用了直径降低 到20 μ m或更小的接线5。而且在这种情况下，还可以减小接线5的形变，因为矩阵框2在 接线键合之后的颤动可被减小，由此，可以抑制接线间短路和接线与芯片间的短路。而且，在第一实施方式的QFPl的情况下，使用包含铜合金的矩阵框2作为示例，并 且这种矩阵框2的形变相对比较容易。然而，在第一实施方式的接线键合器6中，由于矩阵 框2由上部引导6h和下部引导6i按压，还可以抑制矩阵框2在接线键合之后的形变。此外，在第一实施方式的矩形矩阵框2的情况下，宽度方向的长度比框的单行的 长度要长，因为区2d也是在宽度方向(图4的Y方向)上形成的。由此，在矩阵框2的情 况下，矩阵框2在宽度方向上也会容易形变。然而，在第一实施方式的接线键合器6中，由 于矩阵框2被上部引导6h和下部引导6i按压(如同上文的情况)，还可以抑制矩阵框2在 接线键合之后的形变。接下来，将描述第一实施方式的第一修改。图15是是示出本发明第一实施方式的第一修改的结构的平面图，图16是示出沿 图15中所示的A-A线获得的结构的剖面图，图17是示出本发明第一实施方式的第二修改 的结构的平面图，而图18是示出沿图17中所示的A-A线获得的结构的剖面图。而且，图19 是示出本发明第一实施方式的第三修改的结构的平面图，图20是示出沿图19中的A-A线 获得的结构的剖面图，而图21是示出本发明第一实施方式的第四修改的结构的平面图。
按照图15和图16中所示的第一修改，在图7所示的接线键合器6中，可旋转地部 署有滚轴(滚轴装置)6η，从而在加热块6b之上的矩阵框2的前表面侧和后表面侧上都与 矩阵框2的器件区2d的外部相接触。也就是说，在矩阵框2的前表面侧和后表面侧二者上都提供有可旋转滚轴6η，从而在矩阵框2的馈送方向6g上与框保持部件6d的后台部分的邻域中的相应器件区2d的 外部相接触。通过滚轴6η从矩阵框2的前表面侧和后表面侧二者按压矩阵框2，从而抑制 矩阵框2的颤动。例如，滚轴6η由滚轴保持器6ρ可旋转地支撑，此外滚轴保持器6ρ由轨 道6e支撑。由此，在滚轴6η在矩阵框2的前表面侧和后表面侧上都与矩阵框2的相应器件区 2d的外部相接触的情况下，执行接线键合以及接线键合之后框的传送。注意，由于滚轴6η的按压，可以通过精确的方式按压矩阵框2颤动最严重的部分。由于滚轴6η的按压以及接触部分的旋转，可以抑制由于与矩阵框2的摩擦而造成 的粉尘。此外，使用滚轴6η可以降低传动框的阻力并且可以减少传动框的不便之处。注意， 当滚轴6η部署在器件区2d的行之间时，部署在行之间的滚轴6η的数目可以是1或者可以 大于1。如上所述并且通过图15和图16中所示的第一修改，可以降低矩阵框2在接线键 合期间以及接线键合之后的颤动。由此，可以实现接线键合质量的改进。而且，可以实现接线键合可靠性的改进。此外，由于图15和图16中所示的第一修改所取得的效果与图11和图12中所示 的上部引导6h和下部引导6i所取得的效果相同，省略了重复的说明。接下来，按照图17和图18所示的第二修改，在图7中所示的接线键合器6中，部 署有片簧部件(弹性装置)6q,从而在加热块6b之上的矩阵框2的前表面侧上与矩阵框2 的相应器件区2d的外部相接触。也就是说，在矩阵框2的前表面(芯片安装表面)侧上，提供片簧部件6q，从而在 矩阵框2的馈送方向6g上与框保持部件6d的后台部分邻域中的相应器件区2d的外部相 接触。片簧部件6q附接至框保持部件6d，使得即使是在框保持部件6d抬起的情况下，也可 以通过弹力来按压矩阵框2。由此，在矩阵框2的前表面侧上，可以利用始终与矩阵框2的相应器件区2d的外 部相接触的片簧部件6q来执行接线键合和接线键合之后的框传送。注意，与滚轴6η的按压一样，在片簧部件6q按压的情况下，也可以按照精确的方 式来按压矩阵框架2颤动最严重的部分。接下来，按照图19和图20中所示的第三修改，在图7中所示的接线键合器6中， 部署有减震器部件(弹性部件)6r，从而在加热块6b之上的矩阵框2的前表面侧与矩阵框 2的相应器件区2d的外部相接触。也就是说，作为替代图18中所示片簧部件6q的弹性装置，采用其中内嵌有卷簧的 减震器部件6r。如图20所示，在矩阵框2的前表面侧，提供有减震器部件6r，从而在矩阵 框2的馈送方向6g上与框保持部件6d的后台部分邻域中的相应器件区2d的外部相接触。 与片簧部件6q —样，减震器部件6r附接至框保持部件6d，使得即使是在框保持部件6d抬起的情况下也可以利用弹力来按压矩阵框2。由此，在矩阵框2的前表面侧上，可以在减震器部件6r始终与矩阵框2的相应器件区2d的外部相接触的情况下，执行接线键合以及接线键合之后框的传送。注意，与片簧部件6q的情况一样，在使用减震器部件6r时，也可以按照精确的方 式来按压矩阵框2颤动最严重的部分。而且，在采用片簧部件6q或者减震器部件6r时，也可以抑制由于与矩阵框2的摩 擦而导致的粉尘，这是因为与矩阵框2的接触部分甚少。此外，在采用诸如片簧部件6q或者减震器部件6r的弹性装置时，可以更为有效地 执行对矩阵框2的颤动的吸收，因为这些弹性装置可以始终与矩阵框2的表面相接触。注意，还是在诸如片簧部件6q或者减震器部件6r的弹性装置的情况下，尽管弹性 装置部署在器件区2d的行之间，但是部署在行之间的弹性装置的数目可以为1或者可以大 于1。接下来，按照图21所示的第四修改，图7中所示的接线键合器6具有框保持部件 6d，其能够按压部署在加热块6b之上的矩阵框2的内部引线2a，并且能够按压布置在矩阵 框2的矩阵中的器件区2d的内部引线2a。也就是说，接线键合器6具有长框保持部件6d，其能够一起按压多行X多列的相 应器件区2d的内部引线2a。在矩阵框2的前表面和后表面侧上都提供这种长框保持部件 6cL由于长框保持部件6d机械地按压矩阵框2的前表面和后表面二者，因此可以进一 步降低矩阵框2的颤动。在图21中所示的框保持部件6d的情况下，通过采用夹住和传送整个矩阵框的结 构(载体传送)，可以取得关于矩阵框2颤动的显著效果。如上所述，通过使用图17和图18中所示的第二修改、图19和图20中所示的第三 修改以及图21中所示的第四修改，也可以降低矩阵框2在接线键合期间以及接线键合之后 的颤动。由此，可以实现接线键合质量的改进。此外，可以实现接线键合可靠性的改进。此外，由于图17和图18中所示的第二修改、图19和图20中所示的第三修改以及 图21中所示的第四修改所实现的其它效果与图11和图12中所示的上部引导6h和下部引 导6i实现的效果相同，省略了重复的说明。(第二实施方式)图22是示出在按照本发明第二实施方式的半导体器件的组装中使用的接线键合 器的主要部分的结构示例的剖面图，而图23是示出在图22中所示的接线键合器中的接线 键合之后的弓I线框温度变化的示例的温度数据。在第二实施方式中，由于用来降低接线键合之后的引线框颤动的装置与第一实施 方式中的按压引线框(矩阵框2)不同，通过冷却引线框从而使其温度可以在接线键合之后 逐步降低来减小引线框的颤动。也就是说，弓丨线框在接线键合之后颤动的成因之一可以是由于加热而拉伸的内部 引线被突然冷却返回到原始状态时的热收缩，并且该热收缩可以导致颤动。由此，有效的是在温度控制下冷却经过接线键合的引线框，从而使其温度可以逐渐地逐步降低。由此，可以抑制在接线键合之后发生弓I线框颤动。这里，将描述图22中所示的第二实施方式的接线键合器6的主要部分。在接线键合器6的接线键合部分6a中的加热块6b之上，提供有冷却风机6s，其是慢冷却装置，用于 冷却经过接线键合的引线框从而使其温度可以逐步降低，而且，执行对矩阵框2的温度控 制，从而使矩阵框2的温度在接线键合之后可以逐步降低。注意，图22中的接线键合器6 的其它结构与图7中所示的第一实施方式的接线键合器6的主要部分的结构相同。然而， 图7中所示的框保持部件6d下部署的上引导6h和下引导6i可以提供也可以不提供。在接线键合过程中，使用图22中所示的接线键合器6来执行接线键合，其中内部引线2a由框保持部件6d按压，此后，通过从冷却风机6吹到矩阵框2的冷空气，逐步地(逐 渐地)降低矩阵框2的温度。在这种情况下，优选地，在利用框保持部件6d按压内部引线2的情况下冷却矩阵框2，此后，在释放框保持部件6d之后将矩阵框2传送至后台。图23对在具有冷却风机的情况下(Q)和不具有冷却风机的情况下(R)的接线键合之后的引线框温度进行了比较。在图23所示的示例中，在接线键合之后，在启动冷却风 机6s的鼓风之后大约3到4秒，冷却风机6s停止，此后，抬高框保持部件6d以释放弓I线框。 这里，在范围P(大约3到4秒)执行冷却鼓风。此外，在范围P内，不是突然降低引线框的 温度，而是这样来执行冷却鼓风使引线框的温度可以逐渐地逐步降低。作为在这种条件下执行测试的结果，在具有冷却风机6s的情况下(Q)，可以确认引线框颤动的减小。另一方面，在没有冷却风机6s的情况下(R)，无法获得颤动的减小效 果，这是因为引线框的温度无法降低。显然，范围P的时间长度以及逐步降温的方法(温度渐变的角度)不限于图23中所示的值，而是可以适当地修改。如上所述，在按照第二实施方式的制造半导体器件的方法中，在突然冷却加热的矩阵框2使其返回原始状态时出现的热收缩可以这样来抑制冷却矩阵框2使其温度可以 在接线键合之后逐渐降低。由此，可以减小矩阵框2在接线键合之后的颤动。也就是说，在接线键合之后，在温度控制下冷却矩阵框2，使其温度可以逐渐地而不是突然地降低，由此可以减小矩阵框2在接线键合之后的颤动。由此，可以实现接线键合质量的改进。此外，可以实现接线键合可靠性的改进。注意，在冷却矩阵框2使其温度可以逐步降低时，执行接线键合，其中通过框保持 部件6d按压内部引线2a ；而且，在接线键合之后冷却矩阵框2时，冷却实际上是在通过框 保持部件6d来按压内部引线2a的情况下执行的。由此，可以进一步减少矩阵框2中热收 缩(颤动)的发生。由此，优选地，将矩阵框2冷却几秒钟(例如，大约3到4秒)，使其温度可以逐步降低，其中利用框保持部件6d来按压内部引线2a，此后，在释放框保持部件6d之后传送框。此外，由于按照第二实施方式的制造半导体器件的方法所取得的效果与按照第一实施方式的制造半导体器件的方法所取得的效果相同，因此省去重复的说明。(第三实施方式)
图24是示出在按照本发明第三实施方式的半导体器件的组装中使用的接线键合 器的主要部分的结构示例的局部截面图，而图25是示出本发明第三实施方式的第一修改 的结构的局部截面图。按照实施方式3，如图24和图25所示，在接线键合器6的主要部分中，在加热块6b之上的矩阵框2的背表面侧上(参见图7)，提供有多个吸附焊块(吸附装置)6t，其能够 吸附和支撑矩阵框2的多个小片(管芯焊块)2c。首先，在图24所示的结构中，根据矩阵框2的小片2c的布置(小片2c布置在矩 阵中)，提供吸附焊块6t，其能够从背表面侧吸附和支撑这些小片2c。吸附焊块6t分别由 焊块保持器6u支撑，提供焊块保持器6u是为了在馈送方向6g上可移动。这使得有可能在接线键合期间以及接线键合之后吸附和支撑矩阵框的所有小片 2c，并且由此可以减小接线键合期间和接线键合之后矩阵框2的颤动。特别地，由于这是机 械吸附和支撑操作，可以进一步减小矩阵框2的颤动。由此，可以实现接线键合质量的改进。此外，可以实现接线键合稳定性的改进。而且，由于按照第三实施方式的制造半导体器件的方法所取得的其它效果与按照 第一实施方式的制造半导体器件的方法所取得的效果相同，因此省却了重复的说明。接下来，图25示出了第三实施方式的第一修改。与图24结构的不同实际上在于， 与图24的吸附焊块6t相同的吸附焊块6t嵌入在接线键合期间支撑小片2c的压板6c中。这使得有可能还通过压板6c来吸附和支持小片2c，因此也可以在释放框保持部 件6d之后的第一框传送中降低矩阵框2的颤动。此外，由于图25中所示的第三实施方式的第一修改所取得的其它效果与图24中 所示结构所取得的效果相同，因此省去重复的说明。以上基于实施方式具体地描述了发明人的本发明。然而，显然，本发明不限于上文 描述的实施方式，在不脱离本发明范围的情况下，各种修改是可能的。例如，上文描述的第一到第三实施方式是关于QFP 1的情况说明的，其中半导体 器件是通过使用引线框(矩阵框2)来组装的。然而，半导体器件不限于通过引线框来组装 的半导体器件，而是例如可以是图26中所示的BGA (球栅阵列)7，其通过使用衬底(布线衬 底)以及通过被接线键合来组装。图26中所示的BGA (半导体器件)7包括半导体芯片4，其通过诸如树脂膏状材料 10的管芯键合材料安装在BGA衬底(布线衬底)8的主表面8a之上。这里，半导体芯片4 的表面电极通过多个接线5电连接至BGA衬底8的主表面8a的键合引线Sc。此外，半导体 芯片4和接线5由密封体3进行树脂密封，密封体3包括BGA衬底8的主表面8a之上的密 封树脂。而且，在BGA衬底8的背表面8b侧，以网格形式(以栅格形式)提供有充当外部 连接端子的多个焊料球11。图27示出了在具有这种结构的BGA 7的组装中使用的多分块衬底(布线衬底)9 的结构，其中在该结构的主表面9d中，以矩阵阵列的方式提供有多个器件区9a，每个器件 区中组装一个BGA 7。各器件区9a由分割线9b来划分。注意，在多分块衬底9的主表面 9d的外圆周部分中，形成有多个通孔9c，以便在传送衬底时供定位和引导之用。
而且，在通过使用这种多分块衬底9以及通过接线键合来组装的BGA7中，例如， 通过使用按照第二实施方式的半导体器件组装中的接线键合之后的冷却方法，也即，通过 在接线键合之后冷却多分块衬底9使其温度可以逐步降低，可以减小多分块衬底9的颤动， 并且可以实现上文描述的第二实施方式所取得的那些效果。而且，在上文描述的第一到第三实施方式中，已经独立地说明了用于减小接线键 合之后的引线框颤动的每个装置，但是，可以对第一到第三实施方式的这些装置的任意两 个或更多装置进行组合。例如，还可以这样来减小接线键合之后矩阵框2的颤动利用诸如框保持部件6d、 引导部件、滚轴部件或者弹性部件的保持工具来固定经过接线键合的矩阵框2，直到冷却完 成。本发明适于其中要执行接线键合的电子器件的组装。
权利要求
一种制造半导体器件的方法，包括步骤(a)准备引线框，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个所述器件区中，并且其中在各器件区中提供多个引线；(b)将所述半导体芯片安装在所述引线框的所述器件区中；(c)将所述引线框部署在接线键合器的加热块之上，并且在利用框保持部件按压所述引线的情况下，对安装在所述器件区中的所述半导体芯片与所述引线进行接线键合；以及(d)在步骤(c)之后，冷却所述引线框，使其温度可以逐步降低。
2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中在步骤(d)中，在利用所述框保 持部件按压所述引线的情况下冷却所述引线框，此后，在释放所述框保持部件之后传送所 述引线框。
3.根据权利要求2所述的制造半导体器件的方法，其中所述引线框是矩阵框，其中所 述器件区形成为矩阵阵列。
4.根据权利要求3所述的制造半导体器件的方法，其中在所述接线键合中使用的接线 是金接线或者铜接线，并且所述弓I线框包括铜合金。
5.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中在步骤(d)中，在所述引线框的 前表面和后表面两侧上，弓丨导部件沿着所述弓I线框的长度方向与所述引线框的相应器件区 的外部接触。
6.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中在步骤(d)中，在所述引线框的 前表面侧，弹性装置与所述引线框的相应器件区的外部接触。
7.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中在步骤(d)中，在所述引线框的 前表面和后表面两侧上，可旋转滚轴与所述引线框的相应器件区的外部接触。
8.—种制造半导体器件的方法，包括步骤(a)准备引线框，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个器件区中，并且 在各器件区中提供多个引线；(b)将所述半导体芯片安装在所述引线框的所述器件区中；(c)将所述引线框部署在接线键合器的加热块之上，并且在利用框保持部件按压所述 引线的情况下，对安装在所述器件区中的所述半导体芯片与所述引线进行接线键合；以及(d)在步骤(c)之后，在所述引线框的馈送方向上按压所述框保持部件的后台部分。
9.根据权利要求8所述的制造半导体器件的方法，其中在步骤(c)中，在利用所述框保 持部件按压所述引线、并且所述引线框馈送方向上的所述框保持部件的所述后台部分被按 压的情况下，执行接线键合。
10.一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器 件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加 热所述引线框；框保持部件，用于按压部署在所述加热块之上的所述弓I线框的所述引线；毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及引导部件，其被部署为在所述加热块之上的所述引线框的前表面和后边面两侧上，都沿所述引线框的长度方向与所述引线框的各器件区的外部接触。
11.根据权利要求10所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
12.—种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器 件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加 热所述引线框；框保持部件，用于按压部署在所述加热块之上的所述弓I线框的所述引线； 毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及 弹性装置，其被部署为在所述加热块之上的所述引线框的前表面侧上与所述引线框的 各器件区的外部接触。
13.根据权利要求12所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
14.一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器 件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加 热所述引线框；框保持部件，用于按压部署在所述加热块之上的所述弓I线框的所述引线；毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及 滚轴装置，其可旋转地布置，以便在所述加热块之上的所述引线框的前表面和后表面两侧上都与所述引线框的各器件区的外部接触。
15.根据权利要求14所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
16.一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热所述引线框；框保持部件，用于按压部署在所述加热块之上的所述弓I线框的所述引线； 毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及 慢冷却部件，用于冷却经过接线键合的所述引线框，使其温度可以逐步降低。
17.根据权利要求16所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
18.一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加热所述引线框；框保持部件，能够按压部署在所述加热块之上的所述引线框的所述引线并且还按压在所述引线框的行和列的矩阵中安排的所述器件区中的所述引线；以及 毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具。
19.根据权利要求18所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
20.一种接线键合器，用于对半导体芯片与在其中安装所述半导体芯片的引线框的器 件区中所提供的多个引线进行接线键合，所述接线键合器包括加热块，用于支撑其中并排形成有所述器件区的引线框，以及用于在接线键合期间加 热所述引线框；框保持部件，用于按压部署在所述加热块之上的所述弓I线框的所述引线； 毛细管，用于引导接线，所述毛细管充当用于接线键合的键合工具；以及 多个吸附装置，其能够吸附和支撑所述加热块之上的所述引线框的多个管芯焊块。
21.根据权利要求20所述的接线键合器，其中所述引线框的所述器件区形成为矩阵阵列。
22.一种制造半导体器件的方法，包括步骤(a)准备布线衬底，其中并排形成有多个器件区，半导体芯片安装在每个器件区中，并 且其中在各器件区中形成有多个键合引线；(b)将所述半导体芯片安装在所述布线衬底的所述器件区中；(c)将所述布线衬底部署在接线键合器的加热块之上，并且对所述器件区中安装的所 述半导体芯片与所述键合引线进行接线键合；(d)在步骤(c)之后，冷却所述布线衬底，使其温度可以逐步降低。
全文摘要
本发明涉及用于制造半导体器件和接线键合器的方法。具体地，通过减小引线框或者布线衬底在接线键合之后的颤动，实现了接线键合质量的改进。在接线键合器的接线键合部分的加热块之上，提供冷却风机，用于冷却经过接线键合的矩阵框，从而使其温度可以逐步降低。在接线键合之后，冷空气从冷却风机吹送到矩阵框，并且执行对矩阵框的温度控制，从而使矩阵框的温度在接线键合之后可以逐步降低。或者，利用诸如框保持部件、引导部件、滚轴装置或者弹性装置的保持工具来固定经过接线键合的矩阵框，直到冷却完成。
文档编号H01L21/50GK101800182SQ200910263609
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年2月6日
发明者三角和幸, 山内俊治, 新川秀之, 青木满 申请人:株式会社瑞萨科技