JP2013021163A - ダイボンダ及びダイボンダの接合材供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
大気中で線はんだの表面に形成された酸化膜を除去することによりボイドの発生を抑え、常に一定の量のはんだを安定的に供給することが可能にする。
【解決手段】
試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給し、この試料上の所定の位置に供給されたはんだを成形し、この成形されたはんだ上に半導体チップを搭載することを試料を外気と遮断された雰囲気中に維持した状態で行うダイボンダを用いて半導体チップを接続する方法において、ダイボンダの接合材料を、試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給することを、線状のはんだを所定の量送り出し、大気圧中でプラズマを発生させて送り出された線状はんだの表面を発生させたプラズマで処理し、このプラズマで表面が処理された線状はんだを試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドしてこの試料上に供給するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを基板に接続するダイボンダに関するものであり、特に線状の
はんだを接合材として基板に供給してその上に半導体チップを搭載してはんだ接続するダイボンダ及びダイボンダの接合材供給方法に関する。

半導体チップ(ダイ)を回路基板上に実装する手段の一つとして、回路基板の電極上にはんだを供給して半導体チップを回路基板にはんだ接続するダイボンディングがある。
はんだ接続が使われる半導体デバイスは、一般的にパワー半導体、パワーモジュールの用途が多く、エアコン、パソコンなどの家電用途の半導体装置の他に、自動車機器、鉄道、産業機器などにも用いられ、性能、信頼性に影響するはんだ接合部の品質が非常に重要となっている。

ダイボンディングにおける接続の品質を低下させる原因の一つに、はんだ材料の表面に形成される酸化膜が原因となって発生するボイドの影響がある。

このボイドの発生を抑える方法として、従来の半導体素子をダイボンディングする装置であるダイボンダでは、空間を窒素等の不活性なガスで充填し、その中で基板を加熱し、はんだを供給し、基板に半導体素子を搭載することが行われる。不活性ガスを充填した空間で行うのは、高温下で基板などの酸化を抑制するためである。

特許文献１では、半導体素子の装着装置において、はんだを供給するための経路を有しながら密閉性を確保することで、酸素が密閉空間に入り込むのを抑えて基板などの酸化を防止することが開示されている。

また、特許文献２には、窒素と水素の混合ガスが充填されたルツボ内に線はんだを供給して溶融し、溶融させたはんだの表面に形成された酸化膜を真空吸引してルツボから排除し、酸化膜が除去されたはんだをルツボのノズルから吐出するはんだ酸化物除去装置が記載されている。

特開２００３−１３３３４２号公報 特開２００８−９８３６４号公報

一般に、ダイボンダに供給する線状のはんだ（以下、線はんだと記す）は、大気中にさらされているために表面が大気中の酸素と反応して薄い酸化膜が形成されている。

このダイボンダに供給する線はんだの表面に形成された酸化膜がはんだ接続部のボイド発生の原因となり、はんだ接続の品質を低下させる原因の一つとなってしまう。

特許文献１に記載されている方法では、基板やはんだを加熱するときに、空気中の酸素による酸化を抑制することはできる。しかしながら、前述したように、供給する線はんだの表面に形成された酸化膜を除去することについては配慮されておらず、表面に酸化膜が形成された線はんだを用いることではんだ接続部に酸化膜による酸素が持ち込まれ、基板の酸化やはんだ中のボイド発生の原因となってしまう。

また、特許文献２には、表面に酸化膜が形成された線はんだを一旦るつぼの内部で溶融して酸化膜を溶融したはんだの表面に浮かせ真空吸着して排出しながらルツボ内部のガス圧力を調整することによりルツボの先端のノズルからリードフレームに一定の量供給することが記載されているが、リードフレームに供給したはんだの表面に酸化膜が形成されるのを防止することについては記載されていない。また、ルツボ内部で、溶融したはんだの表面に浮かんだ酸化膜を吸引してルツボの外に排出しながらルツボ内の圧力を制御してノズルから一定の量の溶融したはんだをリードフレームに供給するように圧力を制御することは、かなりの困難が伴う。

本願発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、大気中で線はんだの表面に形成された酸化膜を除去することによりボイドの発生を抑え、常に一定の量のはんだを安定的に供給することが可能な、ダイボンダ及びダイボンダの接合材料供給方法を提供することに有る。

上記した課題を解決するために、本発明では、試料上の所定の位置に所定の量のはんだ
を供給するはんだ供給ユニットと、このはんだ供給ユニットにより試料上の所定の位置に供給されたはんだを成形するはんだ成形ユニットと、このはんだ成形ユニットにより成形されたはんだ上に半導体チップを搭載する半導体チップ搭載ユニットと、試料をはんだ供給ユニットとはんだ成形ユニットと半導体チップ搭載ユニットとの間を搬送する基板搬送ユニットと、この基板搬送ユニットによりはんだ供給ユニットとはんだ成形ユニットと半導体チップ搭載ユニットとの間を搬送される試料を外気と遮断された雰囲気中に維持する外気遮蔽ユニットとを備えたダイボンダにおいて、はんだ供給ユニットを、線状のはんだを所定の量送り出す線状はんだ送り出し部と、大気圧中でプラズマを発生させて線状はんだ送り出し部により送り出された線状はんだの表面を発生させたプラズマで処理するプラズマ処理手段と、このプラズマ処理手段で表面が処理された線状はんだを外気遮蔽ユニットの内部にある試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドするノズル手段とを備えて構成した。

また、上記した課題を解決するために、本発明では、試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給し、この試料上の所定の位置に供給されたはんだを成形し、この成形されたはんだ上に半導体チップを搭載することを、試料を外気と遮断された雰囲気中に維持した状態で行うダイボンダを用いて半導体チップを接続する方法において、試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給することを、線状のはんだを所定の量送り出し、大気圧中でプラズマを発生させて送り出された線状はんだの表面を発生させたプラズマで処理し、このプラズマで表面が処理された線状はんだを試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドして試料上に供給することにより行うダイボンダの接合材料を供給する方法とした。

本発明によれば、線はんだの表面に形成された酸化膜を除去してはんだを供給することができ、これによって品質の高い接合を行うことができる。

本発明に係るダイボンダの全体の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部の概略の構成を示す正面断面図である。 本発明の実施例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部における電圧印加電極の端部の拡大断面図である。 本発明の実施例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部において、図２における面１６の断面図である。 本発明の実施例１の変形例４に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部において、図２における面１６の断面図である。 本発明の実施例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部において、交流高圧電源の周波数に対する線はんだ表面のスズ酸化膜の除去速度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部において、プラズマ処理開始時の線はんだとプラズマ処理部との位置関係を示すダイレクト式大気圧プラズマ処理部の先端部付近の断面図である。 本発明の実施例１の変形例１における電流式接触検知部の原理を説明する線はんだ供給ユニットの正面断面図である。 本発明の実施例１の変形例１に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部において、電気フィルタ回路を含む電流式接触検知部を備えた線はんだ供給部の正面断面図である。 本発明の実施例１の変形例２に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部の原理を説明するための、線はんだがプラズマ処理部の中心軸から外れた状態を示す線はんだ供給ノズルの断面図である。 本発明の実施例１の変形例２に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部の正面断面図である。 本発明の実施例１の変形例２に係る線はんだ供給ユニットのダイレクト式大気圧プラズマ処理部の線はんだ位置補正部品を含むプラズマ処理部の一部の拡大正面断面図である。 本発明の実施例１の変形例３に係り線はんだ供給ノズルの外径がプラズマ処理部の外形よりも大きい状態を示すプラズマ処理部の上端部付近の断面図である。 本発明の実施例１の変形例３に係り線はんだ供給ノズルの外径がプラズマ処理部の外形よりも小さい状態を示すプラズマ処理部の上端部付近の断面図である。 本発明の実施例２に係る線はんだ供給ユニットの概略の構成を示す正面断面図である。 本発明の実施例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２の変形例１に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２の変形例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。 本発明の実施例２の変形例２に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す平面図である。 本発明の実施例２の変形例３に係る線はんだ供給ユニットのリモート式大気圧プラズマ処理部の構成を示す正面図である。

図１を用いて、ダイボンダの概略の構成を説明する。
ダイボンダ５０は、基板４を搬入する基板搬入部５０１、基板４にはんだ２を供給して基板４上にはんだ部５を形成するはんだ供給部５０２、基板４に形成したはんだ部５を成形するはんだ成形部５０３、基板４上の成形されたはんだ部５に半導体チップ６０を搭載してはんだ接続するチップ搭載部５０４、チップ６０を搭載した基板４を搬出する基板搬出部５０５を備えて構成され、はんだ供給部５０２とはんだ成形部５０３、及びチップ搭載部５０４は外気を遮断する壁５１に覆われており、図示していないガス供給手段及びガス排出手段により、壁５１で覆われた空間の内部に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスや水素などの還元ガスが混合して充填されている。また、基板４は、基板搬入部５０１、はんだ供給部５０２、はんだ成形部５０３、チップ搭載部５０４、基板搬出部５０５の間をガイドレール５２に沿って図示していない駆動手段により駆動されて間欠的に移動する。

５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、それぞれはんだ供給部５０２、はんだ成形部５０３、チップ搭載部５０４に対応して壁５１に設けられた開口窓である。壁５１で覆われた室内をシュート３と称し、シュート３には入り口５５及び出口５６が備わっている。

次に、はんだ供給部５０２、はんだ成形部５０３、チップ搭載部５０４で行われる工程を順番に説明する。

はんだ供給部５０２では、線はんだ供給ユニット５１１により線はんだ２が巻かれたスプール６から、送り装置７により線はんだ２を窓５４ａを介して基板４へと供給する。線はんだ２は、線はんだ供給ノズル８により基板４上の所定の位置に線はんだ２が移動するよう誘導される。基板４は、シュート３に入って以降ヒータ５７により加熱されている為、線はんだ供給ノズル８から供給された線はんだ２が基板４に接触した状態で溶融し、その結果、基板４上にはんだ部５が形成される。

次のはんだ成形部５０３では、はんだ成形ユニット５１２により窓５４ｂを介してはんだ成形棒５８を基板４上のはんだ部５に押圧することによりはんだ部５を、所望の範囲まで基板４に濡れ広がらせる。この目的は、次のチップ搭載部５０４において、半導体チップ６０をはんだ部５に搭載しやすくするためである。

最後の、チップ搭載部５０４では、チップ搭載ユニット５１３により窓５４ｃを介してコレット５９を使って、図示していない手段により供給された半導体チップ６０を保持したまま、はんだ成形部５０３で成形して濡れ広がらせたはんだ面に押し付ける。これにより、半導体チップ６０と基板４とが、はんだ接合される。

以下に、本発明においてダイボンダ５０に搭載するはんだ供給部５０２の実施形態を、図面を用いて説明する。

本実施例では、比較的短時間で酸化膜除去ができるダイレクト式大気圧プラズマ処理部をダイボンダの線はんだ供給ユニット５１１に搭載した例を説明する。

図２は、本実施例のダイレクト式大気圧プラズマ処理部９をダイボンダ５０の線はんだ供給ユニット１（図１の線はんだ供給ユニット５１１に相当）に搭載し、シュート３内の基板４に線はんだ２を所定の量ずつ供給する様子を示す正面の断面図である。

線はんだ供給ユニット１は、線はんだ２をシュート３に送り出す。シュート３に送り出された線はんだ２は、線はんだ供給ユニット１の下へ搬送された基板４と接触する。基板４は搬送中にヒータ５７で加熱されて高温になっているため、線はんだ２が基板４に接触した段階で溶解し、基板４上にはんだ部５が形成される。

ここで、基板４は、例えば銅（Ｃｕ）、または銅の表面に銀（Ａｇ）やニッケル（Ｎｉ）をめっきしたような金属である一般的には導体と呼ばれる導電性の高い材質からなる物体である場合もあるし、また、セラミクスのような導電性の低い材質からなる物体である場合もある。

線はんだ供給ユニット１は、スプール６、送り機構部７、線はんだ供給ノズル８、ダイレクト式大気圧プラズマ処理部９を有する。スプール６は、線はんだ２を糸巻き様に収納する。送り機構部７は、スプール６にある線はんだ２をノズル８へと送り出す。ダイレクト式大気圧プラズマ処理部９は、ノズル８を通して送られる線はんだ２の表面にあるスズ酸化膜などの酸化膜を還元除去する。

ダイレクト式大気圧プラズマ処理部９は、絶縁体１０、高電圧電極１１、誘電体１２、大気圧プラズマ発生領域１３、交流高圧電源１４、を有する。

本実施例のダイレクト式大気圧プラズマ処理部９は、線形状はんだ２が基板４に供給されるまでの途中経路に搭載される。図２に示した構成ではダイレクト式大気圧プラズマ処理部９は、シュート２の外に搭載されているが、シュート３の内部、またはシュート３の内部から外部のスプール６側にわたる領域に搭載してもよい。

次に、図２を用いて、実施例１に係る形態のダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の構成及びその作用を詳しく説明する。

１１は第１の電極であり、交流高圧電源１４の一端に接続されて高周波電力が印加される電圧印加電極である。交流高圧電源１４の他端は、接地されている。電圧印加電極１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはステンレススティールのような金属で形成され、一般的には導体と呼ばれる導電性の高い材質からなり、ノズル８の外周部を囲むように円筒状に形成されている。

ノズル８の内部に供給された線はんだ２は、第２の電極として、電圧印加電極１と対向して設けられた接地電極として作用する。また、線はんだ２は、プラズマ処理の対象となる被処理物でもある。線はんだ２は、一般的にははんだと呼ばれるスズを含む合金からなる棒状の物体である。本実施例では、線はんだ２はスズを主体とする２００〜３００℃程度の融点を有する材料で構成されていることを想定している。

１２は、電圧印加電極１１に設けられた誘電体である。誘電体１２は、アルミナ、ガラス、またはポリイミドなどの絶縁体からなり、ノズル８の外周部を囲むように形成された円筒状の物体である。誘電体１２の厚みは、誘電体バリア放電を実現するために、好ましくは０．１〜５ｍｍとする。厚みが薄すぎると誘電体バリア放電が不十分になり、ストリーマ、またはアーク放電が起こりやすくなる。厚すぎると、電圧印加電極１１と線はんだ２間の空間に発生する電界が減少し、プラズマを発生させる為に必要な印加電圧が増大してしまう。

次に、電圧印加電極１１、誘電体１２、線はんだ２の位置関係の詳細を説明する。図３は、図２の領域１５における拡大図である。電圧印加電極１１の長さは、その端部が誘電体１２より短くするのが好ましい。電圧印加電極１１が誘電体１２より外側に出ると、外側に出た端部において誘電体によるバリアがされない。その場合、電圧印加電極１１と線はんだ２間にてアークまたはストリーマ放電が発生してしまう。また、電圧印加電極１１と誘電体１２との端部が同じ程度の位置にあっても、わずかな隙間を経由して、電圧印加電極１１と線はんだ２間にアークまたはストリーマ放電が発生することがある。

図４Ａは、図２の面１６での断面図である。線はんだ２と誘電体１２とのギャップｔ１は、好ましくは０．５〜５ｍｍとする。ｔ１が０．５ｍｍより小さい場合、交流高圧電源１４の出力電圧が増加側に変動する、または線はんだ２が曲がった状態でダイレクト式大気圧プラズマ処理部９に供給される条件が重なると、誘電体１２と線はんだ２間に発生する電界が更に高くなる。結果として、誘電体１２と線はんだ２間にストリーマまたはアーク放電が発生することがある。ｔ１が５ｍｍより大きい場合、誘電体１２と線はんだ２間の空間に発生する電界が減少し、プラズマを発生させる為に必要な印加電圧が増大してしまう。

１０は、プラズマ発生領域１３に対向する面を除き、高電圧印加電極１１の周囲に設けられた絶縁体である。絶縁体１０は、誘電体１２と同様に、アルミナ、ガラス、またはポリイミドなどの絶縁体からなる物体であるが、厚みについては好ましくは１０ｍｍ以上とする。これは、厚みを十分大きくすることにより電気絶縁性を高め、絶縁体１０の周囲に高い電界が発生しないようにするためである。その結果、高電圧印加電極１１と線はんだ２との間の空間、すなわちプラズマ発生領域１３のみに高い電界を発生させることができ、プラズマが発生する領域を限定することができる。

６は、電圧印加電極１１と線はんだ２との間に、１ｋＶ以上の高電圧を印加できる交流高圧電源であり、電圧印加部である。交流高圧電源６の周波数は、３０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ未満が好ましい。

３０ｋＨｚ未満の場合、発生するプラズマの密度が低い為に、線はんだ２の表面に形成された酸化膜の除去速度が低い。ここで、電源周波数が酸化膜除去速度へ与える影響を、実験結果により説明する。本実施例１のダイレクト式大気圧プラズマ処理部９において、交流高圧電源１４の出力周波数を３０ｋＨｚ以下にした場合の線はんだ２の酸化膜除去速度を評価した。評価条件は以下の通りである。処理試料の線はんだ２は、ＳｎＡｇ３Ｃｕ０．５からなる外径１ｍｍの棒とした。誘電体１２は、パイレックス（登録商標）ガラスからなる内径４ｍｍ、外径５ｍｍの円筒体とした。電圧印加電極は、銅（Ｃｕ）からなる内径φ５．１ｍｍの円筒体とした。処理ガスは、窒素（Ｎ２）＋水素（Ｈ２）（４％）とし、ガス流量は、２ｓｌｍとした。電源は、サイン半波状の電圧波を出力する交流高圧電源とし、その出力周波数は１２〜３０ｋＨｚとした。電源による印加電圧は、ストリーマ、またはアーク放電が起こらない範囲おいて、高い電圧を印加するようにした。プラズマ処理前後での線はんだ２のスズ酸化膜（ＳｎＯｘ）厚をＳＥＲＡ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により測定し、その膜厚差を処理時間で除算することによりスズ酸化膜の除去速度を求めた。

図５に、スズ酸化膜除去速度の電源周波数依存性を示す。図５に示すように、酸化膜除去速度は、電源周波数が３０ｋＨｚ未満の場合、０．０１〜０．０２ｎｍ／ｓであり、一方、３０ｋＨｚの場合、０．４ｎｍ／ｓだった。この結果は、周波数が３０ｋＨｚであれば自然酸化膜２ｎｍを約５秒で完全に除去でき、周波数が３０ｋＨｚ未満であれば、１００〜２００秒程度必要であることを意味する。

電源周波数が１０００ｋＨｚ以上となると、電源及び電力供給経路について、電力整合を考慮して設計及び作成する必要が生じる。その結果、電源の他にインピーダンス整合器を使用せねばならず、電源系統の費用が増大してしまう。

次に、プラズマ発生領域１３へのプロセスガス導入について説明する。図２のガス導入口１７は、ガス導入管（図示せず）、ガス供給源（図示せず）に接続されている。プロセスガスは、ガス導入口１７経て、スプール６及び送り装置７の側から大気圧プラズマ処理部１のプラズマ発生領域１３へ導入される。プロセスガスの構成は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの希ガス、または窒素（Ｎ２）を主とする。処理コストの低減の観点から、窒素を使用することが好ましい。主たるガスに加え、線はんだ２の酸化膜を還元処理するために、水素等の解離した原子が還元性活性種となりうる反応性ガスを混合する。

以下に、本実施例におけるダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の具体的な処理動作を説明する。図６は、第１実施形態に係るダイレクト式大気圧プラズマ処理部９において、線はんだ２のプラズマ処理を開始する際の、ダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の下部分の正面断面図である。まず、図６に示すように、電圧印加電極１１の下端と線はんだ２の先端との距離ｔ２が１０ｍｍ以下となるように配置し、線はんだ２を固定した状態で、交流高圧電源１４により電圧印加電極１１に電圧印加し、プラズマ発生領域１３にプラズマを発生させてプラズマ処理を開始する。プラズマ処理を開始すると、線はんだ２の電圧印加電極１１と対向する部分に、水素原子（Ｈ）を含むプラズマが照射される。加えて、プロセスガスが上部のスプール６側からシュート３側に流れる為、水素原子もその方向に流される。ｔ２が１０ｍｍ以下であれば、プラズマで生成する水素原子を、誘電体１２にてあまり失活をさせることなく、線はんだ２の先端まで供給できる。その結果、プラズマ処理開始時において、線はんだ２の先端の酸化膜を除去できる。線はんだ２の先端の酸化膜を除去した後、プラズマ処理を継続したまま、送り機構部７を駆動して線はんだ２の供給を開始する。

スプール６にある線はんだ２がなくなる等して、プラズマ処理を終了するときは、電圧印加電極１１への電圧印加を停止して、プラズマ放電を停止する。その後、スプール６に線はんだ２を再充填し、図６の状態からプラズマ処理を再開する。

［実施例１の変形例１］
はんだダイボンダの線はんだ供給ユニット１において、基板４へのはんだ供給量を精度よく所定の量にするため、線はんだ２と基板４との接触検知をすることがある。

図７は、線はんだ供給ユニット１’に組み込む電流式接触検知部１８の原理を説明する図である。この例では、線はんだ供給装置１’に実施例１で説明したダイレクト式大気圧プラズマ処理部９を含んでいない構成を示している。電流式接触検知部１８は、直流電源１９、過電流保護用抵抗２１、接触検知回路２２、送り機制御部２３を備えている。直流電源１９から印加される直流電圧は、スプール６、送り機構部７を通して、線はんだ２に印加される。また、シュート３内の基板４は電気的に接地されている。

以下に、電流式接触検知部１８における接触検知、及び所定量の線はんだ供給の動作を説明する。直流電源１９により線はんだ２に数１０Ｖ程度の所定の直流電圧が印加されている。線はんだ２がシュート３内の基板４に接触しない限り、電流は流れない。線はんだ２が基板４と接触すると、直流電源１９から基板４の経路で直流電流が流れ、接触検知回路２１が電流を検知する。電流検知のタイミングに基づき、送り機構制御部２２は送り機構部７に所定量（所定の長さ）の線はんだ２を送る。このようにして、線はんだ２が基板４に接触した時から基板４に対して、所定量の線はんだ２を送る。

上記のような電流による接触検知をするため、本変形例で用いる基板４は、例えば銅（Ｃｕ）、または銅の表面に銀（Ａｇ）やニッケル（Ｎｉ）をめっきしたような金属である一般的には導体と呼ばれる導電性の高い材質からなる物体である。

図７に示した電流式接触検知部１８を組み込んだダイボンダに、実施例１の図２で示したダイレクト式大気圧プラズマ処理部９を搭載する場合、以下の問題が起こる。

１つ目は、電気的に接地されている箇所が電流検知回路である為、交流高圧電源からの交流高電圧が、線はんだ２から電流検知回路２１までの電流式接触検知部１８の各部品に印加されることである。電流式接触検知部１８の各部品は、交流高圧電源１８からの数ｋＶの電圧印加には耐えられないので、各部品が損傷してしまう。２つ目は、線はんだ２に対して、電流式接触検知部１８により数１０Ｖの直流電圧が印加されるが、同時に、交流高圧電源１８により数ｋＶの交流高電圧が印加され、その結果、接触検知の為の直流電圧を安定に印加できないことである。

上記２つの問題を解決するために、大気圧プラズマ放電のための交流高電圧が電流式接触検知部１８に印加されず、かつ線はんだ２に所定の直流電圧を印加されるようにするための構成を、以下に説明する。

図８は、実施例１の変形例１に係る線はんだ供給ユニット１００の正面断面図である。図８に示した本変形例１に係る線はんだ供給ユニット１００では、実施例１で図２を用いて説明した線はんだ供給ユニット１に対して、電気フィルタ回路２３を含む電流式接触検知部１８０が設けられている点が相違点である。その他は実施例１で説明した構成と同じであり、同じ番号を付してあるので、説明を省略する。

電気フィルタ回路２３は、コイル２４、コンデンサ２５、２６を備えている。ここで、コイル２４は、交流高圧電源１４により印加される交流電圧に対して、１００Ω以上の高インピーダンスを有し、一方、コンデンサ２５、２６のインピーダンスは１Ω以下の、コイル２４のインピーダンスに対して１／１００以下小さいことが好ましい。以下に、電気フィルタ回路の働きを説明する。

交流高圧電源１４からの交流高電圧は、電圧印加電極１１からスプール６までの電気経路に印加されるが、コンデンサ２５が低インピーダンスのため、コンデンサ２５を通じて交流的に接地されている状態になる。コンデンサ２５が低インピーダンスであり、かつコイル２４が高インピーダンスである為、交流高電圧は電流式接触検知部１８０にほとんど印加されない。なお、コンデンサ２６は、コンデンサ２５、コイル２４によるフィルタ特性を更に高める為に付属されてものである。

一方、直流電源１９から出力される直流電圧に対して、コイル２４が電気的に短絡、及びコンデンサ２４、２５が電気的に開放となるため、線はんだに所定の直流電圧が印加される。

なお、上記電気フィルタ回路２３は、コイル２４、コンデンサ２５、２６からなる電気回路としたが、コイル２４の代わりに抵抗を用いる、コンデンサ２６を省略するなどの適宜変更可能である。

［実施例１の変形例２］
図９に、実施例１で説明したダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の断面図である図３に関して、線はんだ２の位置を変えた場合の断面図を示す。図９に示すように、線はんだ２が電圧印加電極１１の内側の誘電体１２で囲まれたプラズマ発生領域１３の中心軸からずれて、外周の点Ａと誘電体１２との間のギャップｔ３が狭まくなった場合、点Ａの線はんだ中心に対して反対側の点Ｂと誘電体１２とのギャップｔ４は広くなる。実施例１で説明したように、線はんだ２と誘電体１２とのギャップは、電界および放電処理に影響を与える。そのため、図９の場合、線はんだ２の点Ａと点Ｂとでは、プラズマ処理、すなわちスズ酸化膜除去速度において不均一になってしまう。

上記の理由から、線はんだ２を外周に渡って均一にプラズマ処理するには、線はんだ２がダイレクト式大気圧プラズマ処理部９内を通過する時に、誘電体１２で囲まれたプラズマ発生領域１３の中心軸上を通過するようにすることが望ましい。そこで、実施例１の変形例２として、線はんだ２が誘電体１２で囲まれたプラズマ発生領域１３の中心軸上を通過するようにする装置を提案する。

図１０は、実施例１の変形例２に係るダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の正面断面図である。実施例１の変形例２では、実施例１で説明した図２に示した構成に対して、線はんだ位置補正部品２７が設けられている点が相違点である。その他は第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

線はんだ位置補正部品２７は、高電圧印加電極１１の上下端に設けられている。線はんだ位置補正部品２７は、絶縁体１０と同様に、アルミナ、ガラス、またはポリイミドなどの絶縁体からなる物体である。

図１１に、線はんだ位置補正部品２７の配置、形状の詳細を説明する。線はんだ位置補正部品２７は、線はんだ２の供給方向(図１１の矢印方向)に対して勾配を有し、その勾配の角度はαとする。角度αは４５°より大きく８５°以下が好ましい。４５°より小さい場合、線はんだ２が線はんだ位置補正部品２７と当たった後に、線はんだ２の先端が供給方向の反対に向き、線はんだ２の供給が適切にできなくなることが起こりやすいためである。

線はんだ位置補正部品２７は、中空を有し、その内径はｄ１とする。内径ｄ１は、線はんだ２の外径よりも０．１〜１ｍｍ大きくする。０．１ｍｍより小さいと線はんだが通過し難くなり、１ｍｍより大きいと線はんだのがたつきが大きくなり、中心軸に補正する効果が小さくなる。

なお、上記線はんだ位置補正部品２７は、断面形状が台形状としたが、線はんだ２と当たる角度αが上記角度範囲内であれば、断面形状が半円状のものなどに適宜変更可能である。

［実施例１の変形例３］
次に、図１２Ａと図１２Ｂを用いて、実施例１の変形例３におけるダイレクト式大気圧プラズマ処理部９を説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施例１の変形例３に係る線はんだ供給ユニット１２０ａ及び１２０ｂの一部の断面拡大図である。図１２Ａ及び図１２Ｂでは、実施例１で図２を用いて説明した構成に対して、線はんだ供給ノズル８及び絶縁体１０について、材質及び形状が変更されている点が相違点である。その他は実施例１で図２を用いて説明した構成と同じであるので、同じ部品番号を付して説明を省略する。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、線はんだ供給ノズル８ａ及び８ｂは可視光をほとんど通さず、一方透明絶縁体１０ａ及び１０ｂは可視光をよく通す、すなわち透明な材質からなるとする。

図１２Ａに示した線はんだ供給ユニット１２０ａの構成では、Ｘ方向に線はんだ供給ノズル８ａの幅が広く、かつ、Ｙ方向に透明絶縁体１０ａの幅が狭い。その為、観察者は視点ＡのようなＸ方向から透明絶縁体１０ａを通して、プラズマ発生領域１３の発光をわずかに観察できるだけであり、視点Ｂからでは線はんだ供給ノズル８ａにより光が遮られてしまい、プラズマ発生領域１３の発光の観察ができない。

図１２Ｂに示した線はんだ供給ユニット１２０ｂの構成では、図１２Ａで説明した構成に比べて、Ｘ方向に線はんだ供給ノズル８ｂの幅が狭く、かつ、Ｙ方向に透明絶縁体１０ｂの幅が広い。その為、観察者は視点Ｃから透明絶縁体１０ｂを通して、プラズマ発生領域１３について端部からより中央の深い部分の発光まで観察できる。その結果、観察者は、プラズマ発生領域１３をより高い発光強度にて観察でき、プラズマの点火、消滅、あるいは異常放電の発生などについての診断が容易になる。

［実施例１の変形例４］
実施例１で説明したダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の面１６での断面である図４Ａに関して、線はんだ２を断面が円形の棒状から、断面が矩形のリボン状に変えた場合の断面を図４Ｂに示す。図４Ａでは、棒状の線はんだを取り囲むように高電圧電極１１および誘電体１２は円筒形状だが、図４Ｂでは、高電圧電極１１は線はんだ２両面と対向する２枚の平板状であり、誘電体１２は高電圧電極１１の線はんだ面側に設けられた平板状である。その為、誘電体１２を挟んだ高電圧電極１１と線はんだ２とが平行平板電極として対向するため、ギャップｔ１に均一な電界が発生する。これにより、大気圧プラズマ領域１３は、高電圧電極１１に接した誘電体１２と線はんだ２との間に平板状に生成し、その結果、線はんだ２の表面を均一にプラズマ処理できる。

本実施例２では、リモート式大気圧プラズマ処理部９０を搭載した線はんだ供給ユニット１３０の例を説明する。図１３は、本実施例２のリモート式大気圧プラズマ処理部９０をダイボンダの線はんだ供給ユニット１３０に搭載し、シュート３の内部の基板４に線はんだ２を供給する構成を示す正面断面図である。本実施例２では、実施例１で示したダイレクト式大気圧プラズマ処理部９の代わりに、リモート式大気圧プラズマ処理９０を搭載している点が相違点であり、その他は実施例１で図２を用いて説明した構成と同じであるので、説明を省略する。

図１３に示した構成において、ガス導入口１７よりガス導入ノズル３０に導入されるプロセスガスを原料として、リモート式大気圧プラズマ処理部９０のプラズマ生成部２８内にてプラズマが生成される。プラズマ内で発生した活性種２９は、ガス導入口１７から供給されるガス流により押し出され、ガス導入ノズル３０に沿って流れて線はんだ供給ノズル８の内部に導入されて線はんだ２へと吹き付けられる。

ここで、ガス導入ノズル３０は、ガラス、セラミクスのような導電性の低い、一般的に絶縁体と呼ばれる材質からなる物体である。但し、ガス導入ノズル３０の内、リモート式大気圧プラズマ処理装置２８内の電極と接していない部分の一部を、ステンレススティール、アルミニウム（Ａｌ）といった一般的に導体と呼ばれる金属にしてもよい。ガス導入ノズル３０の形状は、中央部にガスを導入する為に管状であり、その断面は円形の場合もあるし、矩形の場合もある。

本実施例の特徴は、リモート式大気圧プラズマ処理部９０のプラズマ生成部２８と線はんだ２及び線はんだ供給ノズル８とが電気的に絶縁されていることである。これにより、実施例１の変形例１で取り上げた電流式接触検知部１８とリモート式大気圧プラズマ処理部９０とを併用する際、実施例１の変形例１で説明した電気フィルタ回路２３を必要とせずにすむ。

図１４から図１７に、リモート式大気圧プラズマ処理部９０のとりうる構成を示す。
図１４は、リモート式大気圧プラズマ処理装置部９０の第１の構成例である。ガス導入口１７に対して、近い方から高電圧電極３１、接地電極３２が配置され、それら高電圧電極３１と接地電極３２とに交流高圧電源１４が接続され、接地電極３２は接地されている。絶縁体３３は、高電圧電極３１と接地電極３２との間でガス導入ノズル３０の外側に配置される。高電圧電極３１と接地電極３２との間のガス導入ノズル３０の内部に高電界が発生し、その高電界中にてプラズマおよび活性種２９が生成される。高電圧電極３１および接地電極３２間のガス導入ノズル３０外側は、絶縁体３３で覆われているため、高電界が発生せず、プラズマが生成されないようになっている。高電圧電極３１と接地電極３２とはガス導入ノズル３０に対して覆うように接している為、それらの形状は管状であり、またそれらの材質は、ステンレススティール、アルミニウム（Ａｌ）といった一般的に導体と呼ばれる金属である。なお、高電圧電極３１と接地電極３２との配置を入れ替えても良い。

図１５は、リモート式大気圧プラズマ処理部９０の第２の構成例である。ガス導入ノズル３０の半径方向外側に接地電極３４、ガス導入ノズル３０の半径方向内側にガス導入ノズル３０とギャップを設けて高電圧電極３５が配置され、それら接地電極３４と高電圧電極３５とに交流高圧電源１４が接続され、接地電極３４が接地されている。接地電極３４と高電圧電極３５との間のギャップに高電界が発生し、その中にてプラズマおよび活性種２９が生成される。接地電極３４はガス導入ノズル３０に対して覆うように接している為、それらの形状は管状である。一方、高電圧電極３５の形状は棒状、または管状である。接地電極３４と高電圧電極３５の材質は、それぞれステンレススティール、アルミニウム（Ａｌ）といった一般的に導体と呼ばれる金属である。また、高電圧電極３５の表面をアルミナ、ガラス、またはポリイミドなどの絶縁体にて覆ってもよい。なお、接地電極３４と高電圧電極３５との配置を入れ替えても良い。

図１６は、リモート式大気圧プラズマ処理装置９０の第３の構成例である。ガス導入ノズル３０の外側に巻きつくように、コイル３６が配置され、コイル３６の両端は、交流高圧電源１４に接続されており、コイル３６の一端は接地されている。なお、交流高圧電源１４の高電圧側と接地側の配置向きは順不同である。コイル３６およびガス導入ノズル３０の内側に高交番磁界が発生し、その中に誘導結合（ＩＣＰ）プラズマが発生する。ＩＣＰプラズマによりガス導入ノズル３０の内部空間に活性種２９が生成される。コイル３６は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）といった一般的に導体と呼ばれる金属である。また、コイル３６の表面をアルミナ、ガラス、またはポリイミドなどの絶縁体にて覆ってもよい。

図１７は、リモート式大気圧プラズマ処理部９０の第４の構成例である。１組の平行平板電極３８と３９が配置され、それら電極間のギャップ部にガス導入口１７からガスを導入されるように導入管４０が接続される。導入管４０のうち平行平板電極３８と３９とのギャップ部よりガス経路の下流にある部分４１は、ガス導入ノズル３０と接続される。平行平板電極３８と３９には、互いが対向する面に誘電体板３７が配置される。平行平板電極３８には交流高圧電源１４が接続され、平行平板電極３９は接地されている。なお、一組の電極３８，３９に対して、どちらを交流高圧電源１４の高電圧側か、または接地側とするかの向きは、順不同である。平行平板電極３７と３８との間のギャップに高電界が発生し、その中にプラズマおよび活性種２９が発生する。

［実施例２の変形例１］
図１８に、実施例２の変形例１として、前記の実施例２で説明したリモート式大気圧プラズマ処理装置９０を、線はんだ２および線はんだ供給ノズル８を挟んで対向して設けた例を示す。図１８に示すように、リモート式大気圧プラズマ処理装置９０を線はんだ供給ノズル８の左右に１台ずつ対向して配置することにより、供給ノズル８内の線はんだ２に対して左右の両方向から活性種２９を吹き付けられるようにしてある。これにより、線はんだ２の円形の外周に対して、なるべく広い面に活性種２９が吹き付けられ、線はんだ２の酸化膜の内、除去されない部分が生じるのを抑制できる。なお、図１８ではリモート式大気圧プラズマ処理部９０を線はんだ供給ノズル８に対して２台を左右に配置したが、それ以上の台数を等間隔に並べて配置させても良い。リモート式大気圧プラズマ処理部９０の配置台数を増加させることにより、線はんだ２の酸化膜の除去速度の増加、および除去の均一性が向上することが期待できる。

図１９および図２０は、それぞれ、図１７に示したリモート式大気圧プラズマ処理部９０の配置を変えた場合の、正面図および上面図である。図１７に示した一組の平行平板電極３７，３８の代わりに、線はんだ供給ノズル８に対して取り囲むように、中空のある一組の平行円板電極４１、４２が配置されている。図１７で説明した誘電体板３７に対して、その働きをガス導入ノズル３０により代替される。以上の配置により、平行円板電極４１，４２間に生成される活性種２９が、線はんだ供給ノズル８の内部の線はんだ２の外周に対して均一に吹き付けられる。その結果、線はんだ２の酸化膜を均一に処理することが可能となる。
［実施例２の変形例２］
図２１は、実施例２の変形例２に係るプラズマ処理装置の断面拡大図である。図２１では、図１３で説明した実施例２の構成に対して、ガス導入ノズル３０の材質及び形状が変更されている点が相違点である。その他は図１３で説明した実施例２の構成と同じであるので、説明を省略する。

図２１において、ガス導入ノズル３０’は、可視光について透明部分３０ａ及び遮光部分３０ｂからなる。実施例２の部分で図１４から図１７を用いて説明したように、リモート式大気圧プラズマ処理部９０にはプラズマ発生部分２８があり、その部分にプラズマが発生（プラズマ領域４３）する。

図２１でガス導入ノズル３０の透明部分３０ａは、ノズル伸展方向の幅が広い。その為、観測者が視点Ｄから透明部分３０ａを通して、プラズマ領域４３の発光をよりプラズマ領域内部まで観察することができる。その結果、実施例２の変形例１で図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明した場合と同様に、リモート式大気圧プラズマ処理部９０でも、観察者によるプラズマの点火、消滅、あるいは異常放電の発生などについての診断が容易になる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１、１’、１００、１２０ａ、１２０ｂ、１３０…線はんだ供給装置 ２…線はんだ ３…シュート ４…基板 ５…はんだ部 ６…スプール ７…送り装置 ８…線はんだ供給ノズル ９、９０…大気圧プラズマ処理装置 １０…絶縁体 １１…高電圧電極 １２…誘電体 １３…大気圧プラズマ領域 １４…交流高圧電源 １７…ガス導入口 １８…電流式接触検知装置 １９…直流電源 ２０…過電流保護用抵抗 ２１…接触検知回路 ２２…送り機制御装置 ２３…電気フィルタ回路 ２７…線はんだ位置補正部品 ２８…リモート式大気圧プラズマ処理装置 ３０…ガス導入ノズル ３１…高電圧電極 ３２…接地電極 ３３…絶縁体 ３４…接地電極 ３５…高電圧電極 ３６…コイル ３７…誘電体板 ３８、３９…平行平板電極 ４１、４２…平行円板電極 ４３…プラズマ領域。

Claims (12)

1. 試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給するはんだ供給ユニットと、
   該はんだ供給ユニットにより前記試料上の所定の位置に供給されたはんだを成形するはんだ成形ユニットと、
   該はんだ成形ユニットにより成形されたはんだ上に半導体チップを搭載する半導体チップ搭載ユニットと、
   前記試料を前記はんだ供給ユニットと前記はんだ成形ユニットと前記半導体チップ搭載ユニットとの間を搬送する基板搬送ユニットと、
   該基板搬送ユニットにより前記はんだ供給ユニットと前記はんだ成形ユニットと前記半導体チップ搭載ユニットとの間を搬送される前記試料を外気と遮断された雰囲気中に維持する外気遮蔽ユニットと
   を備えたダイボンダであって、前記はんだ供給ユニットは、
   線状のはんだを所定の量送り出す線状はんだ送り出し部と、
   大気圧中でプラズマを発生させて前記線状はんだ送り出し部により送り出された線状はんだの表面を前記発生させたプラズマで処理するプラズマ処理手段と、
   該プラズマ処理手段で表面が処理された前記線状はんだを前記外気遮蔽ユニットの内部にある試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドするノズル手段と
   を備えたことを特徴とするダイボンダ。
2. 前記ノズル手段は、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスと水素などの還元ガスが混合されたガスの雰囲気中で前記線状はんだを前記試料上の所定の位置にガイドすることを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
3. 前記プラズマ処理手段は、前記線状はんだの表面をプラズマ処理することにより、前記線状はんだの表面の酸化膜を除去することを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
4. 前記プラズマ処理手段は、前記ノズル手段の外部から高周波電解を印加することにより前記ノズル手段の内部に直接プラズマを発生させ、該発生させたプラズマにより前記線状はんだの表面を処理することを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
5. 前記プラズマ処理手段は、高周波電界により発生させたプラズマを前記ノズル手段の内部に輸送し、該輸送させたプラズマにより前記線状はんだの表面を処理することを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
6. 前記はんだ供給ユニットは前記線状はんだが前記試料に接触していることを電気的に検知する接触状態検知手段を更に備え、前記線状はんだ送り出し部は前記接触状態検知手段により前記線状はんだが前記試料に接触していることを検知した信号に基づいて前記線状はんだの送り出し量を制御することを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
7. 試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給し、
   該試料上の所定の位置に供給されたはんだを成形し、
   該成形されたはんだ上に半導体チップを搭載することを前記試料を外気と遮断された雰囲気中に維持した状態で行うダイボンダを用いて半導体チップを接続する方法であって、
   前記試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給することを、
   線状のはんだを所定の量送り出し、
   大気圧中でプラズマを発生させて前記送り出された線状はんだの表面を前記発生させたプラズマで処理し、
   該プラズマで表面が処理された前記線状はんだを試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドして該試料上に供給する
   ことを特徴とするダイボンダの接合材供給方法。
8. 前記プラズマで表面が処理された前記線状はんだを試料上の所定の位置に外気に晒すことなくガイドして該試料上に供給することを、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスと水素などの還元ガスが混合されたガスの雰囲気中で行うことを特徴とする請求項７記載のダイボンダの接合材供給方法。
9. 前記線状はんだの表面をプラズマ処理することにより、前記線状はんだの表面の酸化膜を除去することを特徴とする請求項７記載のダイボンダの接合材供給方法。
10. 前記ノズルの外部から高周波電解を印加することにより前記ノズルの内部に直接プラズマを発生させ、該発生させたプラズマにより前記線状はんだの表面を処理することを特徴とする請求項７記載のダイボンダの接合材供給方法。
11. 前記プラズマを高周波電界により発生させ、該発生させたプラズマを前記ノズルの内部に輸送し、該輸送させたプラズマにより前記線状はんだの表面を処理することを特徴とする請求項７記載のダイボンダの接合材供給方法。
12. 前記線状はんだの供給することを、前記線状はんだが前記試料に接触していることを電気的に検知した信号に基づいて制御することを特徴とする請求項７記載のダイボンダの接合材供給方法。

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