CH694792A5 - Verfahren und Vorrichtung für die Montage von Halbleiterchips - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Montage von Halbleiterchips  der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine zur Durchführung  des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs  5. 



   Lötverfahren dieser Art werden typischerweise - jedoch nicht ausschliesslich  - bei der Montage von Halbleiterchips auf einem metallischen Träger,  einem sogenannten Leadframe, angewendet. Hauptsächlich Leistungshalbleiter  werden in der Regel mit dem Substrat (üblicherweise Kupfer) mittels  Weichlötung verbunden, um über die Lötverbindung eine wirksame Ableitung  der beim Betrieb entstehenden Verlustwärme aus dem Halbleiterchip  zu gewährleisten. 



   Aus der europäischen Patentanmeldung EP 752 294 ist eine Vorrichtung  zum Austragen von flüssigem Lot auf ein Substrat und zur nachfolgenden  Montage eines Halbleiterchips auf der noch flüssigen Lotportion bekannt.  Unter der Bezeichnung "Die Bonder 2007 SSI" bietet die Anmelderin  eine derartige Vorrichtung an, wobei der Halbleiterchip mittels eines  als "Overtravel" bekannten Vorganges über der Lotportion auf dem  Substrat platziert wird. Bei diesem Vorgang wird der Bondkopf so  weit abgesenkt, dass der den Halbleiterchip haltende Greifer beim  Auftreffen auf der Lotportion gegenüber dem Bondkopf ausgelenkt wird.  Auf diese Weise können Dickenvariationen der Halbleiterchips, die  typischerweise bis zu 40  mu m betragen, und Höhenvariationen der  Oberfläche des Substrates problemlos bewältigt werden. 



   Das flüssige Weichlot hat eine sehr tiefe Viskosität und verhält  sich beim Auftreffen des Halbleiterchips wie Wasser d.h. es fliesst  leicht und fast instantan unter dem Halbleiterchip hervor und verteilt  sich ausserhalb des Halbleiterchips. Untersuchungen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera  haben gezeigt, dass dabei zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat  ein Spalt bleibt, der zwar mit Lot gefüllt ist, dessen Dicke aber  nur noch einige Mikrometer beträgt. Beim Wegfahren des Bondkopfes  fliesst im Idealfall ein Grossteil des Lotes in den Spalt zwischen  dem Halbleiterchip und dem Substrat zurück, wobei sich der Spalt  wieder vergrössert, die Dicke der Lotschicht unterliegt jedoch gewissen  Schwankungen, selbst wenn der Halbleiterchip noch parallel zur Substratoberfläche  hin- und herbewegt wird.

   Oftmals fliesst das Lot nicht mehr unter  den Halbleiterchip zurück, sondern verharrt in Wülsten neben dem  Halbleiterchip. Dabei resultieren sehr dünne Lotschichten. Falls  das Lot nur teilweise oder einseitig zurückfliesst, resultieren Lotschichten  mit grosser Keiligkeit (Tilt). Das Zurückfliessen des Lotes und die  Bildung einer Lotschicht ausreichender Dicke und Homogenität geschieht  unkontrolliert. An die Lötverbindung werden nun aber zunehmend höhere  Anforderungen gestellt: gleichmässige Dicke der Lotschicht, Verteilung  der Lotschicht über die ganze Chipfläche, völlige Blasenfreiheit,  hohe Reinheit der Lötstelle. 



     Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität der Lötverbindung  zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat weiter zu verbessern.                                                             



   Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der  Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren für die Montage von Halbleiterchips  auf einem eine Lotportion aufweisenden Substrat ist gekennzeichnet  durch die folgenden Schritte: 



   a) Bereitstellen des Substrates auf einer Auflage; 



   b) Ergreifen des Halbleiterchips mittels eines an einem Bondkopf  federnd gelagerten Greifers; 



   c) Absenken des Halbleiterchips auf das Substrat, wobei der den Halbleiterchip  tragende Greifer gegenüber dem Bondkopf ausgelenkt wird; 



   d) Anheben des Halbleiterchips um eine vorbestimmte Distanz; 



   e) Loslassen des Halbleiterchips; 



   f) Wegfahren des Bondkopfes. 



   Beim Schritt c trifft der Halbleiterchip zunächst auf das flüssige  Lot, wobei die Lotportion infolge des Aufpralls zuerst flachgedrückt  wird und das Lot dann zum grössten Teil aus dem Spalt zwischen dem  Halbleiterchip und dem Substrat herausgedrückt wird. Das Lot sammelt  sich seitlich des Halbleiterchips in Wülsten an. Zwischen dem Halbleiterchip  und dem Substrat verbleibt ein mit Lot gefüllter Spalt, dessen Dicke  nur wenige Mikrometer, typisch nur etwa 5 Mikrometer beträgt. Das  Ziel ist, dass bei diesem Schritt c die gesamte Rückseite des Halbleiterchips  inklusive den Ecken mit Lot benetzt wird und dass sich das Lot möglichst  gleichmässig auf allen vier Seiten des Halbleiterchips ansammelt.

    Ob und wie die Benetzung auf der ganzen Rückseite des Halbleiterchips  erfolgt, hängt aber nicht nur von der Aufprallgeschwindigkeit des  Halbleiterchips und des Grades der Parallelität seiner Rückseite  zur Substratoberfläche, sondern auch von anderen Faktoren wie z.B.  der Sauberkeit der Rückseite des Halbleiterchips und der auf dem  Substrat zu benetzenden Fläche, der Form und der Qualität des Lotes  etc. ab. 



   Beim Schritt d wird nun der Halbleiterchip, anders als beim Stand  der Technik, unter mechanischer Kontrolle des Greifers in eine vorbestimmte  Höhe über dem Substrat gebracht, wobei wieder Lot in den sich vergrössernden  Spalt zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat zurückfliesst.  Das Zurückfliessen des Lotes erfolgt unter kontrollierten Bedingungen,  insbesondere unter kontrollierter Sogwirkung des vom Greifer geführten  Halbleiterchips. Dadurch wird erreicht, dass der Spalt relativ homogen  und bis zu den Ecken des Halbleiterchips mit Lot gefüllt wird. Die  Benetzung ist inzwischen auch abgeschlossen, d.h. das Lot hat Menisken  gebildet und somit eine stabile Lage erreicht.

   Jetzt kann die mechanische  Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Greifer gelöst und  der Bondkopf    weggefahren werden, ohne dass sich die Lage und/oder  Keiligkeit des Halbleiterchips ändert. 



   Es ist möglich, dass im Lot Blasen, sogenannte Voids, eingeschlossen  sind. Durch eine kontrollierte Auf- und Abbewegung des Halbleiterchips  nach dem Schritt d kann bei Bedarf erreicht werden, dass allfällige  grosse Blasen in mehrere kleine Blasen zerfallen und dass die Blasen  gegen den Rand des Halbleiterchips wandern, wobei am Rand ankommende  Blasen verschwinden. Die Verkleinerung oder sogar völlige Eliminierung  der Blasen, die selbst ein Qualitätsmerkmal ist, bewirkt zudem, dass  sich die Lage des Halbleiterchips beim Lösen vom Greifer weniger  stark oder nicht mehr ändert, d.h. eine verbesserte Keiligkeit und  somit auch einen höheren Wert der dünnsten Stelle der Lotschicht  bzw. eine gleichmässigere Dicke der Lotschicht.

   Solange grössere  Blasen vorhanden sind, besteht nämlich die Gefahr, dass sich der  Halbleiterchip lokal absenkt und sich in einer zur Substratoberfläche  schrägen Lage befindet. 



   Eine Voraussetzung für das Erreichen der geforderten Qualität der  Lotschicht ist natürlich, dass der Bondkopf so justiert ist, dass  die Unterseite des Halbleiterchips planparallel zur Oberfläche des  Substrates ist. 



   Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der  Zeichnung näher erläutert. 



   Es zeigen:      Fig. 1A-1C ein erstes Ausführungsbeispiel einer  für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten  Vorrichtung in verschiedenen Stadien des Verfahrens,     Fig. 2  einen Halbleiterchip mit einem herumlaufenden Lotsaum,     Fig.  3 ein Diagramm,     Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer  für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten  Vorrichtung,     Fig. 5A, B montierte Halbleiterchips, und    Fig. 6 ein zweites Diagramm.  



   Die Fig. 1A bis 1C zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer für  die Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung in verschiedenen  Stadien des Verfahrens. Mit dem Bezugszeichen 1 ist der zu montierende  Halbleiterchip, mit 2 das Lot und mit 3 das Substrat bezeichnet.  Die Vorrichtung weist einen in vertikaler z-Richtung bewegbaren Bondkopf  4 mit einem Greifer 5 für den Halbleiterchip 1 auf. Der Greifer 5  ist am Bondkopf 4 mittels zwei vorgespannten Zugfedern 6 federnd  gelagert und ist somit aus der in der Fig. 1A dargestellten Ruhelage  entgegen einer von den Zugfedern 6 ausgeübten Kraft bezüglich des  Bondkopfes 4 in vertikaler z-Richtung auslenkbar. Der Greifer 5 weist  eine Bohrung 7 auf, damit der Halbleiterchip 1 durch Anlegen von  Vakuum an die Bohrung 7 ergriffen werden kann. 



     Am Bondkopf 4 sind zwei von einem Antrieb in horizontaler Richtung  bewegbare Klemmbacken 8 angeordnet. Die Klemmbacken 8 können den  Greifer 5 einklemmen, damit dann der Greifer 5 der Bewegung des Bondkopfes  4 folgt. Das Substrat 3 befindet sich auf einer Auflage 9 der Vorrichtung.                                                     



   Die Fig. 1A zeigt die Vorrichtung vor dem Schritt c: Die Zugfedern  6 ziehen den Greifer 5 gegen eine Anschlagsfläche des Bondkopfes  4, d.h. der Greifer 5 befindet sich gegenüber dem Bondkopf 4 in seiner  Ruhelage. Die Klemmbacken 8 klemmen den Greifer 5 nicht. 



   Die Fig. 1B zeigt die Vorrichtung nach dem Schritt c: Der Bondkopf  4 befindet sich auf der Höhe H 0  über der Auflage 9, der Greifer  5 ist gegenüber dem Bondkopf 4 um die Distanz D ausgelenkt. Die Distanz  D variiert infolge der Dickenvariationen von Substrat 3 und Halbleiterchip  1. Die Höhe H 0  ist so vorbestimmt, dass die Distanz D im Mittel  etwa 0.2 mm beträgt. Infolgedessen kommt der Halbleiterchip 1 beim  Absenken des Bondkopfes 4 zunächst auf dem Lot 2 zur Auflage und  beim weiteren Absenken des Bondkopfes 4 auf die endgültige Höhe H  0  wird der Greifer 5 gegenüber dem Bondkopf 4 ausgelenkt. Bei diesem  Vorgang fliesst der grössere Teil des flüssigen Lotes 2 aus dem Spalt  zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Substrat 3 heraus und sammelt  sich seitlich des Halbleiterchips 1 in Wülsten an.

   Zwischen dem Halbleiterchip  1 und dem Substrat 3 verbleibt ein mit Lot gefüllter Spalt, dessen  Dicke typisch nur etwa 5 mu m beträgt. 



   Nachdem der Bondkopf 4 die Höhe H 0  erreicht und sich das Lot 2  seitlich des Halbleiterchips 1 angesammelt hat, werden die Klemmbacken  8 zusammengefahren, so dass sie den Greifer 5 im ausgelenkten Zustand  am Bondkopf 4 festklemmen. Beim Schritt d wird der Bondkopf 4 um  eine vorbestimmte Distanz H 1  angehoben, womit auch der festgeklemmte  Greifer 5 und der Halbleiterchip 1 um die Distanz H 1  angehoben  werden. 



   Die Fig. 1C zeigt die Situation nach dem Schritt d. Der Bondkopf  4 ist auf die Höhe H 0  + H 1  so weit angehoben worden, dass der  Spalt zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Substrat 3 etwa so gross  wie die endgültige, gewünschte Schichtdicke des Lotes 2 ist. Diese  Schichtdicke liegt typisch im Bereich von 20 bis 100  mu m. Das Lot  2 fliesst bei diesem Vorgang in den Spalt zurück. Der vom Greifer  5 festgehaltene Halbleiterchip 1 befindet sich in einer wohl definierten  Lage.

   Sobald das Zurückfliessen des Lotes 2 in den Spalt beendet  oder zumindest annähernd beendet ist, wird im Schritt e zunächst  das Vakuum, mit dem der Halbleiterchip 1 vom Greifer 5 gehalten wird,  abgestellt, und sobald der Halbleiterchip 1 vom Greifer 5 nicht mehr  oder nurmehr sehr schwach gehalten ist, wird der Bondkopf 4 weggefahren,  wobei sich der Greifer 5 vom Halbleiterchip 1 löst, und die Montage  des nächsten Halbleiterchips eingeleitet. 



   Es hat sich nun gezeigt, dass die Keiligkeit des platzierten Halbleiterchips  1 markant verbessert werden kann, wenn der Greifer 5 nach dem Schritt  d zusätzlich einmal oder mehrmals in z-Richtung gegen das    Substrat  3 hin und wieder davon wegbewegt wird, d.h. wenn die Breite des Spalts  zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Substrat 3 durch Auf- und Abbewegen  des Bondkopfes 4 und des Greifers 5 noch kontrolliert variiert wird.  Mit diesem "Pumpen" wird einerseits erreicht, dass das Lot 2 entlang  den Kanten des Halbleiterchips 1 fliesst und um den Halbleiterchip  1 herum einen vollständigen Lotsaum 2a bildet (siehe Fig. 2). Andererseits  werden allfällig vorhandene Blasen verkleinert und gegen den Rand  des Halbleiterchips 1 befördert.

   Insgesamt resultiert eine vollständige,  d.h. blasenfreie, und gleichmässige Verteilung des Lotes 2 im Spalt,  was sich in einer geringeren Keiligkeit und damit verbunden in einem  höheren Wert der dünnsten Stelle des Lotes 2 manifestiert. 



   Die Auf- und Abbewegung des Bondkopfes 4 kann mit dem den Bondkopf  4 in vertikaler Richtung antreibenden Antrieb erfolgen. Bevorzugt  wird jedoch die Auf- und Abbewegung des Bondkopfes 4 mittels einer  Exzenterscheibe bewerkstelligt, die direkt auf den Bondkopf 4 einwirkt.  Damit die Bewegungen der Exzenterscheibe einwandfrei auf den Bondkopf  4 übertragen werden, ist es nötig, dass der Bondkopf 4 und die Exzenterscheibe  in ständigem Kontakt sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Bondkopf  4 so ausgestaltet ist, dass er beim Anfahren der Bondposition in  Kontakt mit der Exzenterscheibe kommt und schliesslich in der Bondposition  mit leichter Vorspannung gegen diese drückt. Gleichzeitig werden  auf diese Weise Schwingungen des Bondkopfes 4 in z-Richtung wirksam  unterbunden. 



   Die Fig. 3 zeigt den Verlauf der z-Höhe des Halbleiterchips 1 (gestrichelte  Linie) und des Bondkopfes 4 (ausgezogene Linie) über der Auflage  9 in Funktion der Zeit t. Zunächst wird der Bondkopf 4 abgesenkt  bis auf die vorbestimmte Höhe H 0 , die er zum Zeitpunkt t 1  erreicht,  wobei der Greifer 5 gegenüber dem Bondkopf 4 ausgelenkt wird, was  als "Overtravel" bezeichnet wird. Bereits vorher, zum Zeitpunkt t  0 , prallt der Halbleiterchip 1 auf das Lot 2. Anschliessend ruht  der Bondkopf 4 eine vorbestimmte Zeitspanne T 12  bis zum Zeitpunkt  t 2 . Während der Zeitspanne T 0  2  fliesst ein grosser Teil des  Lotes 2, das sich im Spalt zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem  Substrat 3 befindet, aus dem Spalt heraus und sammelt sich seitlich  des Halbleiterchips 1 an.

   Dieser Prozess erfolgt meistens ruckartig,  d.h. der Halbleiterchip 1 kommt zuerst auf dem heissen Lot 2 zur  Auflage, erwärmt sich, und senkt sich dann rasch, weil plötzlich  fast alles Lot 2 aus dem Spalt herausfliesst. Erst jetzt befindet  sich der Halbleiterchip 1 in einer von der ursprünglichen Form des  Lotes 2 weitgehend unabhängigen und reproduzierbaren Lage, nämlich  nur noch einige Mikrometer über dem Substrat 3. Sobald diese Lage  erreicht wurde, wird der Greifer 5 zum Zeitpunkt t 2  mit den Klemmbacken  8 festgeklemmt und der Bondkopf 4 um die Distanz H 1  angehoben.  Während der anschliessenden Zeitspanne T 34  wird, fakultativ, der  Bondkopf 4 auf und ab bewegt, wobei die Amplitude A der Auf- und  Abbewegung typischerweise etwa der Distanz H 1  entspricht.

   Die Frequenz  der Auf- und Abbewegung beträgt typisch 50 Hz bis 250 Hz, kann aber  auch bis zu 500 oder 800 Hz betragen. Die Anzahl der Auf- und Abbewegungen  beträgt je nach Frequenz nur 2 bis 5 oder bei höheren Frequenzen  einige 10. Es ist auch    möglich, die Amplitude A mit zunehmender  Zahl der Auf- und Abbewegungen zu verringern. Nach dem Abschluss  der Auf- und Abbewegung des Bondkopfes 4 wird zum Zeitpunkt t 4   das Vakuum gelöst und schliesslich zum Zeitpunkt t 5  der Bondkopf  4 weggefahren. 



   Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgen die Schritte c und d somit  folgendermassen: c) Absenken des Bondkopfes 4 auf eine vorbestimmte  Höhe über der Auflage 9, wobei die Höhe so vorbestimmt ist, dass  der den Halbleiterchip 1 haltende Greifer 5 gegenüber dem Bondkopf  4 ausgelenkt wird; und d) Fixieren des Greifers 5 am Bondkopf 4  und Anheben des Bondkopfes 4 um die vorbestimmte Distanz H 1 ; 



   Die zeitliche Abfolge der Schritte e und f kann einerseits derart  vorgesehen sein, dass nach dem Lösen des Vakuums zum Zeitpunkt t  4  vorerst eine vorbestimmte Zeitspanne T 45  gewartet wird und erst  anschliessend der Bondkopf 4 weggefahren wird. Die Zeitspanne T 45  ist so zu bemessen, dass sich der Bondkopf 4 beim Wegfahren problemlos  vom Halbleiterchip 1 löst. Andererseits kann auch ein Sensor vorgesehen  sein, der die Stärke des Vakuums misst und das Wegfahren des Bondkopfes  4 erfolgt, sobald das Vakuum zum Zeitpunkt t 5  einen vorbestimmten  Wert unterschreitet. 



   Eine vorteilhafte Lösung, die einen schnellen Abbau des Vakuums an  der Spitze des Greifers 5 ermöglicht, besteht darin, oberhalb der  Spitze des Greifers 5 eine Bohrung 10 (Fig. 1C) vorzusehen, die ein  kontrolliertes Leck darstellt. Das Leck soll klein genug sein, damit  der Greifer 5 beim Anlegen von Vakuum den Halbleiterchip 1 ergreifen  und transportieren kann, und gross genug, dass sich die Bohrung 7  an der Spitze des Greifers 5 sofort, d.h. innerhalb weniger Millisekunden,  mit dem in der Umgebung herrschenden Schutzgas füllt, wenn die Verbindung  zur Vakuumquelle unterbrochen wird. Es wird dann möglich, das Vakuum  zu lösen unmittelbar bevor der Halbleiterchip die Höhe H 0  + H 1  erreicht hat, so dass die mechanische Führung des Halbleiterchips  1 beim Erreichen etwa der Höhe H 0  + H 1  durch den Greifer 5 beendet  ist und der Bondkopf 4 ohne anzuhalten (d.h.

   T 45  = 0) wegfahren  kann. 



   Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, die Aufprallgeschwindigkeit  des Halbleiterchips 1 auf das Lot 2 zu reduzieren, damit sich das  verdrängte Lot 2 möglichst nahe neben dem Halbleiterchip 1 ansammelt,  und den Halbleiterchip 1 dafür wenigstens einmal, vorzugsweise mehrmals,  auf und ab zu bewegen. Die Auf- und Abbewegung des Halbleiterchips  1 fördert nämlich die vollständige Benetzung und Bedeckung der Rückseite  des Halbleiterchips 1 mit Lot 2 bzw. die Bildung des um den Halbleiterchip  1 vollständig herumlaufenden Lotsaums 2a. 



   Anstelle der Klemmbacken 8 können auch andere Mittel vorgesehen sein,  um den Greifer 5 am Bondkopf 4 zu arretieren. Der Greifer 5 kann  beispielsweise mittels eines von einem Elektromagneten    betätigbaren,  um eine Achse drehbaren Hebel gegen den Bondkopf 4 gedrückt werden  oder mittels Vakuum am Bondkopf 4 fixiert werden. 



   Anstatt den Greifer 5 am Bondkopf 4 zu arretieren und den Bondkopf  4 um die Distanz H 1  anzuheben, kann auch eine Lösung vorgesehen  sein, bei der der Greifer 5 gegenüber dem Bondkopf 4 um die Distanz  H 1 angehoben wird. 



   Die Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung  des Verfahrens geeigneten Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung ist  anstelle der Klemmbacken 8 (Fig. 1A) ein Sensor 11 vorhanden. Der  Sensor 11 besteht aus einem durch zwei elektrische Kontakte gebildeten  Schalter. Der eine elektrische Kontakt befindet sich am Bondkopf  4, der andere am Greifer 5. Im Normalzustand, d.h. wenn der Greifer  5 gegenüber dem Bondkopf 4 nicht ausgelenkt ist, berühren sich die  beiden Kontakte: der Schalter ist geschlossen. Beim Absenken des  Bondkopfes 4 während des Schrittes c öffnet sich der Schalter, sobald  der Greifer 5 gegenüber dem Bondkopf 4 ausgelenkt wird.

   Mittels geeigneter  elektronischer Mittel wird nun beim Anheben des Bondkopfes 4 während  des Schrittes d der Zeitpunkt t c  erfasst, an dem der Schalter wieder  schliesst, die Höhe H 2  des Bondkopfes 4 zu diesem Zeitpunkt t c  ermittelt und der Bondkopf 4 auf die Höhe H 3  = H 2  + H 1  angehoben.  Das Schliessen des Schalters bedeutet, dass der Greifer 5 gegenüber  dem Bondkopf 4 nicht mehr ausgelenkt ist und der Bewegung des Bondkopfes  4 von der Höhe H 2  auf die Höhe H 3  = H 2  + H 1  folgt. Die Distanz  H 1  entspricht in etwa der gewünschten Schichtdicke des Lotes 2.  Der Greifer 5 legt somit die Distanz H 1  zurück. Die Fig. 4 zeigt  die Vorrichtung im Zustand nach dem Verfahrensschritt d. 



   Mit dem Sensor 11 kann zudem überprüft werden, ob der Greifer 5 am  Bondkopf 4 verklemmt. Dies ist dann der Fall, wenn die beiden Kontakte  des Sensors 11 entweder immer offen oder immer geschlossen bleiben.                                                            



   Wie beim ersten Ausführungsbeispiel bereits beschrieben, kann auch  hier nach dem Schritt d eine Auf- und Abbewegung des Bondkopfes 4  mit dem Greifer 5 erfolgen und kann auch hier beim Schritt e nach  dem Lösen des Vakuums entweder vorerst eine vorbestimmte Zeitspanne  gewartet und erst anschliessend der Bondkopf 4 weggefahren werden  oder das Wegfahren des Bondkopfes 4 beim Schritt f kann erst dann  erfolgen, wenn das den Halbleiterchip 1 haltende Vakuum einen vorbestimmten  Wert unterschreitet. Dabei kann auch das Schliessen der Kontakte  des Sensors 11 zur Triggerung des Zeitpunktes, an dem das Vakuum  zu lösen ist, benutzt werden. 



   Die Fig. 5a zeigt einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren montierten  Halbleiterchip 1 guter Qualität, bei dem das Lot schöne Menisken  12 ausgebildet hat, und der parallel zur Oberfläche des Substrates  3 ausgerichtet ist, dessen Keiligkeit daher null ist. Die Fig. 5b  zeigt zum Vergleich einen montierten Halbleiterchip 1 schlechterer  Qualität, der schräg montiert ist: Die Lotschicht 2' ist    unterschiedlich  dick, die Keiligkeit, dargestellt durch den Winkel  ? , ist nicht  null. 



   Die Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit für den Verlauf der z-Höhe  des Halbleiterchips 1 (gestrichelte Linie) und des Bondkopfes 4 (ausgezogene  Linie) über der Auflage 9 in Funktion der Zeit t. Hier wird der Bondkopf  4 auf die Höhe H 0  abgesenkt, der Greifer 5 unmittelbar beim Erreichen  der Höhe H 0 , d.h. bereits etwa zum Zeitpunkt t 1  festgeklemmt,  und, sobald der Greifer 5 am Bondkopf 4 fixiert ist, der Bondkopf  4 auf eine Höhe H 0  + H 4  angehoben, bevor das Wegfliessen des  Lotes 2 aus dem Spalt zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Substrat  3 und das ruckartige Absinken des Halbleiterchips 1 erfolgen. Bei  diesem Vorgang wird die Lotportion 2 zwar verformt, das unkontrollierte  Wegfliessen des Lotes 2 aus dem Spalt aber findet nicht statt.

   Die  Distanz H 4  bestimmt sich entsprechend dem Ausmass der Auslenkung  des Greifers 5 gegenüber dem Bondkopf 4 und der zu erreichenden Dicke  der Lotschicht. 



   Bei gewissen Materialpaarungen Lot 2 - Substrat 3 ist es möglich,  den Bondkopf 4 ohne die Auf- und Abbewegung direkt wegzufahren. Es  ist dann vorteilhaft, das Vakuum bereits vor dem Erreichen der Höhe  H 0  + H 4  zu lösen, so dass der Bondkopf 4 wegfahren kann, ohne  auf der Höhe H 0  + H 4  zu verweilen. Vorteilhaft wird dazu die  Stärke des Vakuums geregelt und der Greifer 5 mit der als kontrolliertes  Leck dienenden Bohrung 10 versehen, so dass die Zeitspanne  tau ,  die vom Abstellen des Vakuums bis zum Lösen des Halbleiterchips 1  vom Greifer 5 vergeht, reproduzierbar ist. Das Vakuum kann dann entsprechend  der Bahnkurve des Bondkopfes 4 um diese Zeitspanne  tau  vor dem  Erreichen der Höhe H 0  + H 4  gelöst werden. Auch bei dieser Bewegung  wird der Halbleiterchip 1 bis zum Erreichen der vorbestimmten Höhe  H 0 + H 4 mechanisch geführt. 



   Bei anderen Materialpaarungen Lot 2 - Substrat 3 ist es hingegen  besser, den Bondkopf 4 nach dem Erreichen der Höhe H 0  + H 4  noch  auf und ab zu bewegen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt hervorragende Lötverbindungen,  wenn der Halbleiterchip auf eine flachgedrückte Lotportion (siehe  EP 852 983) montiert wird, deren lineare Abmessungen etwas grösser  als die linearen Abmessungen des Halbleiterchips sind. Das erfindungsgemässe  Verfahren ergibt aber auch sehr gute Lötverbindungen, wenn der Halbleiterchip  auf eine tropfenförmige Lotportion montiert wird. Die verschiedenen  Parameter des erfindungsgemässen Verfahrens erlauben eine optimale  Anpassung des Bewegungsablaufes des Halbleiterchips an die durch  die Materialkombination Lot- Substrat diktierten Bedingungen.

   Die  mechanisch kontrolliert geführte Bewegung des Halbleiterchips bis  zum Erreichen seiner Endlage mit einer stabil ausgebildeten Lotschicht  erlaubt tiefere Prozesstemperaturen, d.h. dass das Substrat und das  Lot nur um einige wenige  DEG C über die Schmelztemperatur des Lotes  aufgeheizt werden müssen. Bei den vorbekannten Verfahren sind Prozesstemperaturen  nötig, die 50 oder 80  DEG C über der Schmelztemperatur des Lotes  liegen, damit das Lot zurückfliesst.

Claims (10)

1. Verfahren für die Montage eines Halbleiterchips (1) auf einem eine Lotportion (2) aufweisenden Substrat (3), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Bereitstellen des Substrates (3) auf einer Auflage (9); b) Ergreifen des Halbleiterchips (1) mittels eines an einem Bondkopf (4) federnd gelagerten Greifers (5); c) Absenken des Halbleiterchips (1) auf das Substrat (3), wobei der den Halbleiterchip (1) tragende Greifer (5) gegenüber dem Bondkopf (4) ausgelenkt wird; d) Anheben des Halbleiterchips (1) um eine vorbestimmte Distanz; e) Loslassen des Halbleiterchips (1), und f) Wegfahren des Bondkopfes (4).

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt c der Bondkopf (4) auf eine vorbestimmte Höhe über der Auflage (9) abgesenkt wird, dass nach dem Schritt c der Greifer (5) am Bondkopf (4) fixiert wird, und dass beim Schritt d der Bondkopf (4) um die vorbestimmte Distanz angehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt c der Bondkopf (4) auf eine vorbestimmte Höhe über der Auflage (9) abgesenkt wird, dass während des Schrittes d mittels eines Sensors (11) der Zeitpunkt t c ermittelt wird, an dem der Greifer (5) gegenüber dem Bondkopf (4) nicht mehr ausgelenkt ist, dass die Höhe H 2 des Bondkopfes (4) zu diesem Zeitpunkt t c ermittelt wird und dass der Bondkopf (4) auf die Höhe H 3 = H 2 + H 1 angehoben wird, wobei H 1 die vorbestimmte Distanz ist.

4.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt d der Halbleiterchip (1) in vertikaler Richtung einmal oder mehrmals auf- und abbewegt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, mit einem Bondkopf (4) mit einem Greifer (5) zum Ergreifen eines Halbleiterchips (1), wobei der Greifer (5) gegenüber dem Bondkopf (4) auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um den Greifer (5) in einer beliebigen, ausgelenkten Position am Bondkopf (4) vorübergehend zu fixieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die vorübergehende Fixierung des Greifers (5) am Bondkopf (4) einen Antrieb und vom Antrieb betätigbare Klemmbacken (8) umfassen.

7.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die vorübergehende Fixierung des Greifers (5) am Bondkopf (4) einen Elektromagneten und einen mittels des Elektromagneten betätigbaren, um eine Achse drehbaren Hebel umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die vorübergehende Fixierung des Greifers (5) am Bondkopf (4) ein Vakuumsystem umfassen.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, mit einem Bondkopf (4) mit einem Greifer (5) zum Ergreifen eines Halbleiterchips (1), wobei der Greifer (5) gegenüber dem Bondkopf (4) auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (11) vorhanden ist, der angibt, ob der Greifer (5) ausgelenkt ist.

10.

Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) ein aus zwei Kontakten gebildeter Schalter ist.