[发明专利]芯片接合装置、芯片接合方法以及芯片接合质量评价设备

说明书

技术领域

本发明涉及芯片接合装置、芯片接合方法以及芯片接合质量评价设备。

背景技术

采用引线框的半导体装置，一般是在引线框的焊盘部上搭载半导体芯片，并通过引线接合等方法将半导体芯片的电极和引线框的电极电连接在一起。然后，用树脂对半导体芯片以及上述引线接合等的配线部周围进行模制，并以成为预定的引线形状的方式切断比树脂部靠近外侧的引线框部分，得到各个半导体装置。

在通常的半导体装置中，引线框和半导体芯片的连接多采用粘接剂，在使用大电流、大电力等的半导体装置中，由于必须使在半导体芯片上产生的热传递到焊盘部上，并有效地将热排放到半导体装置外部，因此一般采用导热系数比粘接剂好的焊锡来接合半导体芯片和引线框。

作为在引线框上搭载半导体芯片，并用焊锡接合的芯片接合装置，在日本特开2000-216174等中已经公开。

在此公开的内容解决了如下的问题，即，在经由焊锡将半导体圆片安装在引线框上，并在安装半导体圆片之前用上下移动并绕轴旋转的搅拌棒搅拌熔融焊锡的芯片接合机中，当为了缩短作业时间而加快装置的动作速度时，搅拌棒使熔融焊锡四处飞溅。

作为解决方法提出了如下的芯片接合机，即，在芯片接合机的搅拌棒上附设至少加热与熔融焊锡接触的面的装置，该芯片接合机依次配置有：向在被加热的同时在由外壳覆盖的导轨上间歇移动的引线框提供定量的焊锡的焊锡供给部；用搅拌棒搅拌在引线框上熔化了的焊锡的焊锡搅拌部；和向被搅拌后的熔融焊锡上提供半导体圆片的半导体圆片供给部。

另外，在日本特开2009-283705中公开了如下芯片接合机，在焊锡搅拌棒上设置能够使其向与引线框的表面平行的方向振动的超声波振子，从而减少接合部的空隙。

除此之外，在日本特开2001-176893中还公开了如下芯片接合装置，在提供焊锡时，暂且从焊锡供给喷嘴经由焊锡熔化臂向引线框提供焊锡，不使焊锡的氧化膜集中在表面而使其向内部扩散。

作为采用了引线框以外的部件的半导体装置，在功率半导体、功率模块等中，主要由铜系的材料制成的散热底座基板和绝缘基板的连接，或者绝缘基板和二极管等半导体器件的连接，通过大面积的焊锡连接来进行，从而可以通过与上述同样的芯片接合过程来进行。在这些大面积的焊锡连接部中，为了确保性能、确保可靠性，重要的是减少焊锡接合部中的空隙。

作为上述方法之外的进行大面积的焊锡接合部的方式，也经常采用如下的过程，即，通过印刷或分配器向引线框或基板提供焊锡膏，在向其搭载半导体芯片之后，将整体放入加热炉，使焊锡熔化，使引线框或基板和半导体芯片之间接合。在该过程中，作为加热炉，多采用可以在炉内形成真空的真空回流炉。也就是首先使焊锡膏熔化而确保润湿部件，之后将整体抽成真空，并从接合部中排除空隙。之后，使整体冷却，但在冷却后，残留焊剂残渣，并伴有洗净工序的情况较多。

专利文献1：日本特开2000-216174

专利文献2：日本特开2009-283705

专利文献3：日本特开2001-176893

但是，在上述已经公开的有关芯片接合机的众所周知的案例中，采用如下的过程，即，因为只是在提供焊锡之后，利用搅拌棒等破坏焊锡的表面的氧化膜而使其分散，或者在提供焊锡时，使焊锡的氧化膜扩散到焊锡内部，所以氧化膜必定残留在接合部。

当这些氧化膜残留在界面上时，就成为阻碍焊锡和被接合材料的润湿，产生空隙，或者夹着氧化膜之类的接合不合格的原因。另外，即使在使氧化膜分散到焊锡内部的情况下，由于没有被除去，因此造成焊锡内部的空隙。进而，还造成焊锡的机械特性、导热特性的降低。

这样，空隙的产生、界面的接合不合格，导致了焊锡连接部的热阻的增加、散热性的降低，并引起不能确保作为半导体装置所必需的性能的问题。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。使用了这些大面积的焊锡接合的半导体器件，一般多用于功率半导体、功率模块，除了空调、个人电脑等家电用途的半导体装置之外，还用于汽车机器、铁道、产业机器等，影响性能、可靠性的焊锡接合部的质量变得非常重要。另外，今后，功率半导体也必须小型化，并且还有为了使热阻降低而将焊锡的厚度变薄的倾向，进而芯片接合部的空隙的控制、润湿的确保变得很重要。