[发明专利]半导体芯片的固定方法和固定装置

说明书

本发明涉及固定半导体芯片的方法和适于实施本发明方法的装置。

通常用焊接方法(并非唯一方法)将半导体芯片固定到金属载体，所谓引线框上。首先，通常用软焊料将功率半导体固定到基底(通常是铜)上，从而通过焊料连接确保有效地散发半导体芯片工作中产生的热量损耗。

通过欧洲专利申请EP 752294已公知将液体焊料用到基底上并随后将半导体芯片固定到液体焊料部分上的装置。名称为“Die Bonder2007 SSI”的申请公开了一种这样的装置，由此通过已知的“再调整”过程将半导体芯片放置到基底上的焊料部分上。由于该过程中，接合头降得很低，使得在冲压焊料部分时夹持半导体芯片的夹具偏离接合头。这样，能克服半导体芯片的厚度变化和基底表面的高度变化的问题，所述厚度变化通常最大为40μm。

液体软焊料的粘性非常低，与半导体芯片挤压时，焊料象水一样，即，其易于且几乎立即从半导体芯片的下面流出，并蔓延到半导体芯片的外部。对高速照相机的研究表明：在此过程中，半导体芯片和基底之间留有间隙，该间隙实际上用焊料填充而其厚度仅为几微米。当接合头离开时，理想地，大部分焊料流回半导体芯片和基底之间的间隙中，从而又增强了间隙，即使半导体芯片平行于基底表面来回移动，焊层的厚度也会有某些变化。通常，在半导体芯片下焊料不流回而是以珠状停留在半导体芯片旁边。这导致焊层非常薄。在焊料仅部分或在一侧流回的情况下，这导致焊层有很大的倾斜。焊料的流回以及足够厚度和同质焊层的形成是不可控制的。目前增加了对焊料连接的更高需要：焊层厚度均匀、芯片整个表面上的焊层均匀分布、完全无气泡、焊料连接的高纯度。

本发明的目的是进一步改善半导体芯片和基底之间焊料连接的质量。

根据本发明将半导体芯片固定到具有焊料部分的基底上的方法的特征在于以下步骤：

a)在支持件上放置基底；

b)通过弹性固定在接合头上的夹具夹持半导体芯片；

c)将半导体芯片降低到基底上从而夹持半导体芯片的夹具偏离接合头；

d)将半导体芯片升高预定距离；

e)释放半导体芯片；

f)移开接合头。

步骤c中，首先半导体芯片压在液体焊料上，从而在这种挤压作用下首先将焊料部分压平，接着，大部分焊料被压出半导体芯片和基底之间的间隙。焊料以珠状聚集在半导体芯片的侧边上。用焊料填充的间隙保持在半导体芯片和基底之间，其厚度仅为几微米，通常约为5微米。其目的在于：通过步骤c半导体芯片包括角落的整个背部用焊料润湿，焊料尽可能均匀地聚集在半导体芯片的四侧。半导体芯片的整个背部如何以及是否产生上述情况不仅取决于半导体芯片的冲压速度以及其背部与基底表面的平行度，而且取决于其他因素，例如，半导体芯片背部和基底上被湿润的区域的清洁性、焊料的类型和质量等。

步骤d中，不同于现有技术，在夹具的机械控制下将半导体芯片放置到距离基底预定高度，由此焊料流回半导体芯片和基底之间增强的间隙中。在可控状态下产生焊料的流回，具体地，是在通过夹具导向半导体芯片的可控吸力作用下。这样完成了用焊料相当一致的填充间隙以至于填充半导体芯片的角落。同时判断湿润性，即，焊料形成弯月面，从而实现稳定状态。此时，可解除半导体芯片和夹具之间的机械连接，移开接合头而并不改变半导体芯片的位置和/或倾斜度。

在焊料中可能包含气泡，所谓的空隙。通过步骤d后半导体芯片的向上和向下的可控移动，必要时能使得大的气泡破裂成几个小是气泡，以及这些气泡向半导体芯片的边缘移动，从而气泡到达边缘并消失。气泡的减少或甚至完全消除气泡(其本身是质量特性)也有这样的效果，当从夹具释放时，半导体芯片的位置改变不大或根本不改变，即，改善了倾斜度并从而获得焊接层最薄部分的较高值或焊接层更均匀的厚度。只要存在较大的气泡，就有半导体芯片局部下降并最终位于与基底表面成倾斜的位置。

实现理想的焊接层质量的首要条件当然是：调节接合头使得半导体芯片的下面与基底表面平行。

下面，根据附图来详细描述本发明的实施例。

图1A-1C表示在各个阶段中适于实施本发明方法的装置的第一实施例；

图2表示周围有焊缝的半导体芯片；

图3表示半导体芯片和接合头距离支持件的高度与时间之间的函数曲线图；

图4表示适于实施本发明方法的装置的第二实施例；

图5A和5B表示被固定的半导体芯片；以及

图6表示半导体芯片和接合头距离支持件的高度与时间之间的第二函数曲线图。