[發明專利]芯片接合裝置、芯片接合方法以及芯片接合質量評價設備

無效

• 申請號: 201110339532.4
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102554388A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 秦英惠;福田正行;市川良雄;牛房信之
• 申請（專利權）人: 株式會社日立高新技術儀器
• 主分類號: B23K3/00
• 分類號: B23K3/00;B23K3/06;H01L21/60
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 丁文蘊;鄭永梅

技術領域

本發明涉及芯片接合裝置、芯片接合方法以及芯片接合質量評價設備。

背景技術

采用引線框的半導體裝置，一般是在引線框的焊盤部上搭載半導體芯片，并通過引線接合等方法將半導體芯片的電極和引線框的電極電連接在一起。然后，用樹脂對半導體芯片以及上述引線接合等的配線部周圍進行模制，并以成為預定的引線形狀的方式切斷比樹脂部靠近外側的引線框部分，得到各個半導體裝置。

在通常的半導體裝置中，引線框和半導體芯片的連接多采用粘接劑，在使用大電流、大電力等的半導體裝置中，由于必須使在半導體芯片上產生的熱傳遞到焊盤部上，并有效地將熱排放到半導體裝置外部，因此一般采用導熱系數比粘接劑好的焊錫來接合半導體芯片和引線框。

作為在引線框上搭載半導體芯片，并用焊錫接合的芯片接合裝置，在日本特開2000-216174等中已經公開。

在此公開的內容解決了如下的問題，即，在經由焊錫將半導體圓片安裝在引線框上，并在安裝半導體圓片之前用上下移動并繞軸旋轉的攪拌棒攪拌熔融焊錫的芯片接合機中，當為了縮短作業時間而加快裝置的動作速度時，攪拌棒使熔融焊錫四處飛濺。

作為解決方法提出了如下的芯片接合機，即，在芯片接合機的攪拌棒上附設至少加熱與熔融焊錫接觸的面的裝置，該芯片接合機依次配置有：向在被加熱的同時在由外殼覆蓋的導軌上間歇移動的引線框提供定量的焊錫的焊錫供給部；用攪拌棒攪拌在引線框上熔化了的焊錫的焊錫攪拌部；和向被攪拌后的熔融焊錫上提供半導體圓片的半導體圓片供給部。

另外，在日本特開2009-283705中公開了如下芯片接合機，在焊錫攪拌棒上設置能夠使其向與引線框的表面平行的方向振動的超聲波振子，從而減少接合部的空隙。

除此之外，在日本特開2001-176893中還公開了如下芯片接合裝置，在提供焊錫時，暫且從焊錫供給噴嘴經由焊錫熔化臂向引線框提供焊錫，不使焊錫的氧化膜集中在表面而使其向內部擴散。

作為采用了引線框以外的部件的半導體裝置，在功率半導體、功率模塊等中，主要由銅系的材料制成的散熱底座基板和絕緣基板的連接，或者絕緣基板和二極管等半導體器件的連接，通過大面積的焊錫連接來進行，從而可以通過與上述同樣的芯片接合過程來進行。在這些大面積的焊錫連接部中，為了確保性能、確保可靠性，重要的是減少焊錫接合部中的空隙。

作為上述方法之外的進行大面積的焊錫接合部的方式，也經常采用如下的過程，即，通過印刷或分配器向引線框或基板提供焊錫膏，在向其搭載半導體芯片之后，將整體放入加熱爐，使焊錫熔化，使引線框或基板和半導體芯片之間接合。在該過程中，作為加熱爐，多采用可以在爐內形成真空的真空回流爐。也就是首先使焊錫膏熔化而確保潤濕部件，之后將整體抽成真空，并從接合部中排除空隙。之后，使整體冷卻，但在冷卻后，殘留焊劑殘渣，并伴有洗凈工序的情況較多。

專利文獻1：日本特開2000-216174

專利文獻2：日本特開2009-283705

專利文獻3：日本特開2001-176893

但是，在上述已經公開的有關芯片接合機的眾所周知的案例中，采用如下的過程，即，因為只是在提供焊錫之后，利用攪拌棒等破壞焊錫的表面的氧化膜而使其分散，或者在提供焊錫時，使焊錫的氧化膜擴散到焊錫內部，所以氧化膜必定殘留在接合部。

當這些氧化膜殘留在界面上時，就成為阻礙焊錫和被接合材料的潤濕，產生空隙，或者夾著氧化膜之類的接合不合格的原因。另外，即使在使氧化膜分散到焊錫內部的情況下，由于沒有被除去，因此造成焊錫內部的空隙。進而，還造成焊錫的機械特性、導熱特性的降低。

這樣，空隙的產生、界面的接合不合格，導致了焊錫連接部的熱阻的增加、散熱性的降低，并引起不能確保作為半導體裝置所必需的性能的問題。另外，接合強度也降低。因此，熱疲勞特性降低，不能確保長期的可靠性。使用了這些大面積的焊錫接合的半導體器件，一般多用于功率半導體、功率模塊，除了空調、個人電腦等家電用途的半導體裝置之外，還用于汽車機器、鐵道、產業機器等，影響性能、可靠性的焊錫接合部的質量變得非常重要。另外，今后，功率半導體也必須小型化，并且還有為了使熱阻降低而將焊錫的厚度變薄的傾向，進而芯片接合部的空隙的控制、潤濕的確保變得很重要。