JP2013207246A - ダイボンダ及びダイボンディング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイボンダのはんだ供給装置を大気中で線はんだの表面に形成された酸化膜がはんだポットやノズルなどに蓄積されない手段を提供する。
【解決手段】外気と遮断された雰囲気中において基板１７上の所定の位置に所定の量のはんだを供給し、外気と遮断された雰囲気中においてはんだが供給された基板をこの基板上に電子部品を搭載するための位置に基板を搬送し、外気と遮断された雰囲気中において搬送された基板上の所定の量のはんだが供給された位置に電子部品を搭載してこの搭載した電子部品を基板と接続するダイボンダ１００において、基板上の所定の位置に所定の量のはんだを供給する手段１１に、線状のはんだの表面の酸化膜を酸化膜除去手段で除去し、この表面の酸化膜を除去した線状のはんだを溶融してポット１２の内部に収容し、ポットの先端のノズル１５から溶融したはんだを一定量ずつ試料１７の表面の所定の位置に供給するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に一定量のはんだを供給して電子部品を接続する装置、及びはんだダイボンダ及びダイボンディング方法に関する。

リードフレーム、または基板に、はんだを用いて半導体チップを接合する生産設備として、はんだダイボンダ装置がある。この装置は、リードフレーム、または基板の所定の部分に一定量のはんだを供給し、このはんだ上に半導体チップを搭載し、接合させるものである。リードフレーム、または基板へのはんだ供給には、固体のはんだを溶融させて液体である溶融はんだを供給するものもある。

溶融はんだを、リードフレーム、または基板に供給する溶融はんだ供給装置８５０としては、図８に示すようなものがある。即ち、はんだポット８５１の周囲にヒータ８５２を設置し、ヒータ８５２の外部をヒータカバー８５２１で覆った状態ではんだポット８５１中に入れたはんだ８５３を溶融させる。また、はんだポット８５１の下端に配置したノズル８５４から、一定量ずつ溶融したはんだ８５５をリードフレーム、または基板８５６上に吐出するものである。このはんだの吐出は、はんだポット８５１の上端が蓋８５７により密閉されていて、蓋８５７にはガス配管８５８が連接されている。したがって、ガス配管８５８からガスをはんだポット８５１内に供給して、はんだポット８５１内のはんだ８５３より上の空間部分を陽圧にする。この陽圧により、ノズル８５４から溶融はんだ８５５の吐出が可能となっている。

しかし、長時間はんだポット８５１を利用して溶融はんだ８５５を吐出した場合、はんだ８５３の量がはんだポット８５１の下限付近に達すると、蓋８５７を開閉し、はんだを追加する必要がある。このため、はんだ８５３が酸素と接触し、徐々にドロス８５９といわれる膜状のものが、はんだポット８５１内のはんだ８５３の表面に浮いてくる。このドロス８５９の成分は、主にはんだの酸化膜であるが、はんだの構成元素により酸化のしやすさに違いがあり、はんだ組成が徐々に初期のものからずれることもある。また、このドロス８５９には、より高融点の金属間化合物やその酸化膜等も含まれることがある。また、上記のように、ドロス８５９は、もとのはんだ８５３とは化学的な組成がことなることから、融点、粘度なども異なるものである。

このように、はんだポット８５１内のはんだ８５３表面にドロス８５９が堆積した場合、ドロス８５９の量が少ない場合には余り問題にならないが、長期的に使用するにつれ、ドロス８５９が増え、はんだポット８５１の内壁にドロス８５９が付着し、ノズル８５４からの溶融はんだ８５５の吐出に影響を及ぼすようになる。具体的には、溶融はんだ８５５の吐出量のばらつきにつながってしまう。また、ドロス８５９が吐出プロセスによるはんだ８５３の流動に伴い分散し、はんだ吐出物のなかに入り込むこともある。このため、ダイボンド接合部の信頼性の低下につながる。或いは、吐出物の中に酸化物が入り込むと、はんだのぬれ、流れが不均一になり、はんだ接合部中のボイド発生の原因となりうる。

このため、蓋８５７の開閉をなるべく行なわないように、連続にはんだを供給できる機構が、特開２００８−９３６９０号公報（特許文献１）などに提案されている。

また、特開２００８−９８３６４号公報（特許文献２）では、溶融はんだ供給装置に、新たに、はんだ酸化物除去装置を設置し、はんだポット５１からはんだ５３上のドロス５９を取り除いている。

更に、特開２００８−１７８８９２号公報（特許文献３）には、溶融槽の内部ではんだを溶融させ、この溶融槽の内部で発生したはんだ酸化物を溶融槽の内部に残して溶融したはんだだけを密封されたルツボに供給して詰まることなくルツボのノズルから滑らかに溶融はんだを吐出させるようにしたはんだ供給装置が記載されている。

特開２００８−９３６９０号公報 特開２００８−９８３６４号公報 特開２００８−１７８８９２号公報

特許文献１に記載されているはんだ供給装置では、外部からルツボ内に供給したはんだの表面に形成されている酸化膜層をはんだを溶融させた後にルツボから排除することについては配慮されていない。このために、特許文献１に記載されているはんだ供給装置では、はんだの表面に形成された酸化膜がルツボの内部に蓄積されてしまい、背景技術の欄に記載したように、長期的に使用するにつれてルツボの内壁に溶融した酸化膜が付着してノズルからの溶融はんだの吐出量のばらつきの原因となってしまうことについては配慮されていない。

また、特許文献２に示されているようなはんだ酸化物除去装置をはんだ供給装置に備えることにより、ルツボ内で溶融させたはんだ上にたまったドロスを除去することは可能であるが、一般的にドロスは、融点が高く、流動性があまりない。このため、はんだ酸化膜除去装置自体にもつまりが発生しやすく、長期間使用していると、酸化膜除去の性能低下が生じ、特許文献２に記載されている装置でも、上記した特許文献１に記載されている装置の場合と同様な問題が発生する可能性がある。

更に、特許文献３に記載されているはんだ供給装置では、溶融槽の内部で発生したはんだ酸化物を溶融槽の内部に残して溶融したはんだだけを密封されたルツボに供給する構成となっているが、溶融槽の内部で発生したはんだ酸化物の一部は、溶融はんだに混じって密封されたルツボのなかに入り込んでしまう可能性がある。しかし、特許文献３には、はんだ酸化物の一部が溶融はんだに混じって密封されたルツボのなかに入り込んでしまうことについては、配慮されていない。

このため、長期間使用すると、メンテナンスの頻度が高くなり、はんだポット、ノズルの交換が高い頻度で必要になったり、酸化膜除去装置のメンテナンスも高頻度で必要となる。このようにメンテナンス頻度が高いと、製造を中断させる必要があることから、製品コストが高くなってしまう。また、はんだポット、ノズルなどの交換頻度も製品コストに関わる問題である。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、大気中ではんだの表面に形成された酸化膜がはんだポット（ルツボ）やノズルなどに蓄積されるのを防止して、常に一定の量の高品質なはんだを安定的に供給することが可能なはんだ供給装置およびそれを備えたダイボンダを提供することに有る。

上記課題を解決するために、本発明は、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所定の量供給されたはんだ上に電子部品を搭載する電子部品搭載ユニットと、試料をはんだ供給ユニットと電子部品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電子部品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であって、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はんだ送り出し部と、この線はんだ送り出し部から送り出された線状のはんだの表面の酸化膜を除去する酸化膜除去手段を備えてこの酸化膜除去手段で表面の酸化膜を除去した線状のはんだを溶融させて収容するはんだ供給部と、はんだ供給部から溶融させたはんだの供給を受けてはんだを溶融させた状態で収容するポットとこのポットの先端部にはんだを吐出するノズルとこのノズルから一定量の溶融したはんだを吐出させるためのはんだ吐出量を制御する吐出量制御手段とを有するはんだ吐出部とを備えて構成した。

また、上記課題を解決するために本発明では、外気と遮断された雰囲気中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工程と、外気と遮断された雰囲気中においてはんだを供給する工程ではんだが供給された基板をこの基板上に電子部品を搭載するための位置へ搬送する基板搬送工程と、外気と遮断された雰囲気中において基板搬送工程において電子部品を搭載するための位置に搬送された試料に対して、この基板上の所定の量のはんだが供給された位置に電子部品を搭載してこの搭載した電子部品を試料と接続する電子部品搭載工程とを有するダイボンディング方法において、試料上の所定の位置に所定の量のはんだを供給する工程において、線状のはんだの表面の酸化膜を除去し、この表面の酸化膜を除去した線状のはんだを溶融し、この溶融したはんだを一定量ずつ試料の表面の所定の位置に供給するようにした。

本発明によれば、溶融はんだ供給装置のはんだポットにはんだを供給する際、すでに表面の酸化物が低減、或いは取り除かれているため、はんだポット内の酸化膜の増加が大幅に抑制でき、はんだポット、ノズルでの詰まりを防止でき、はんだポット等の交換、メンテナンス回数を大幅に削減できる。したがって、溶融はんだ供給装置の連続使用期間を長くすることができ、プロセスコストの低減につながり、最終的には製品コストの低減に寄与できる。また、ドロスとして廃棄するはんだ量も低減でき、材料費を削減するとともに、環境への負荷を低減することができる。

また、はんだポット内のドロス量を大きく低減できることから、半導体チップとの接合部におけるボイドの発生、信頼性の低下を抑えることができる。従って、はんだ接続部の放熱性を確保でき、半導体装置として必要な性能を得ることが可能である。また、ボイドが低減できるため接合強度が確保でき、長期的な信頼性が保障可能である。また、半導体チップ周辺のフィレットの形状も良好になり、機械的強度を確保することができる。

本発明に係るはんだダイボンダの概略の構成を示す図である。 本発明に係る別のはんだダイボンダの概略の構成を示す図である。 本発明のダイボンダの溶融はんだ供給ユニット部の第１の実施例の構成を示す正面の断面図である。 本発明のダイボンダの溶融はんだ供給ユニット部の第２の実施例の構成を示す正面の断面図である。 本発明のダイボンダの溶融はんだ供給ユニット部の第３の実施例におけるはんだ追加供給ユニットの構成を示す正面の断面図である。 本発明のダイボンダの溶融はんだ供給ユニット部の第４の実施例におけるはんだ追加供給ユニットのレーザ励起ユニットの構成を示す正面の断面図である。 本発明のダイボンダの溶融はんだ供給ユニット部の第４の実施例におけるはんだ追加供給ユニットの超音波励起ユニットの構成を示す正面の断面図である。 従来の溶融はんだ供給装置の主要部分を示す図である。 本発明の別のはんだダイボンダの概略の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１に、本発明によるはんだダイボンダ１００の概略の構成を示す。ダイボンダ１００は、溶融はんだ供給ユニット１０と半導体チップやモールディングされた半導体素子などの電子部品４６を搭載する電子部品搭載部４０とを搭載している。

このダイボンダ１００は、外気を遮断するためにカバー１０１で覆われていて、搬入口１０３からカバー１０１で覆われたダイボンダ１００の内部に搬入された被接合部材であるリードフレーム、又は回路基板１７（以下、これらを基板１７と記す）をガイドレール１０２で間欠的に移動させる。基板１７を移動方向１１０に沿ってカバー１０１上面の所定位置に２つの開口窓４４ａ、４４ｂが設けられている。電子部品４６が搭載された基板１７は、搬出口１０４からカバー１０１でおおわれたダイボンダ１００から搬出される。

このダイボンダ１００を用いたダイボンドプロセスに沿って説明する。まず、基板１７がダイボンダ１００の外部からカバー１０１に設けた搬入口１０３を通ってダイボンダ１００の内部に搬入され、溶融はんだ供給ユニット１０の下に位置される。この位置で、基板１７はヒータ４５によって加熱される。溶融はんだ供給ユニット１０を用いた第１の工程は、溶融はんだを基板１７に供給する工程であり、溶融はんだ供給ユニット１０において、線はんだ供給部２３から追加供給ユニット２１に供給された長尺の線はんだ２２、吐出ユニット１１のはんだポット１２の内部で溶融している状態で、開口窓４４ａを通してノズル１５から一定の量の溶融はんだ１６を、ヒータ４５により加熱されている基板１７の所定の位置に供給する。

半導体チップやモールディングされた半導体素子などの電子部品を搭載する電子部品搭載部４０を用いた第２の工程では、図示していない半導体チップやモールディングされた半導体素子などの電子部品４６を収納したトレイから取出した電子部品４６を吸着したコレット４７が駆動部４１で駆動されてカバー１０１に設けた開口窓４４ｂから下降し、第１の工程で溶融はんだ供給ユニット１０により一定量のはんだが供給された基板１７上の所定の位置に電子部品４６を搭載して接合する。これにより基板１７上に、はんだ接続部４８を介して電子部品４６が接合される。

電子部品４６を接合した基板１７は、ガイドレール１０２で搬送されて搬出口１０４からカバー１０１で覆われたダイボンダ１００の外へ搬出される。なお、図１に示した構成において、一定の量の溶融はんだ１６を基板１７の所定の位置に供給するために吐出ユニット１１のノズル１５のＸＹ平面内での位置を制御する手段、および、半導体チップなどの電子部品を基板１７上の所定の位置に搭載するために電子部品４６を吸着したコレット４７のＸＹ平面内での位置を制御する手段の表示を省略している。

溶融はんだ供給ユニット１０を、基板１７に供給するはんだの表面に形成されている酸化膜をダイボンド接合部４８に巻き込まないような構成とすることにより、電子部品４６を基板１７に接合するダイボンド接合部４８の品質は、従来の方式よりボイド率を抑えることができる。ボイド率は、Ｘ線観察装置、超音波探傷装置等により、測定可能である。 また、この第２の工程で電子部品４６を搭載、接合させる工程では、ｘ、ｙ、ｚ方向に位置ずれしない程度の振幅で動作させたり、超音波振動等を与えて、ぬれを促進させてもよい。これにより、よりはんだ接続の信頼性の向上が期待できる。

図１に示したダイボンダ１００の構成は、２工程からなるはんだダイボンドプロセスであるが、図２に示すように、溶融はんだ供給ユニット１０を搭載した第１の工程部署と電子部品搭載部４０を搭載した第２の工程部署の間に、第３の工程用に別第３の開口窓４４ｃを設け、この開口窓４４ｃにはんだ成型ユニット５０を設けたダイボンダ１５０のように構成してもよい。このはんだ成型ユニット５０は、第３の工程として、開口窓４４ｃから駆動部５１で駆動されるはんだ成形棒５２を下降させて、溶融はんだ供給ユニット１０により基板１７の所定の個所に供給された溶融はんだ１６を押して成形することにより、基板１７上に供給された溶融はんだ１６を所望の形状にぬれ広がらせることも可能である。

また、より品質を向上させるために、この第３の工程で、はんだ成形棒５２によりはんだ１６を所望の形状にぬれ広がらせる際に、はんだ１６が基板１７上の不要な箇所にまで飛び散らない範囲で、超音波などの振動を与え、ぬれを促進させても良い。また、基板１７と水平方向、あるいは垂直方向、回転方向に数回変位を与えてもぬれを促進することができる。また、成形棒５２の先端に、はんだ１６が所望の形状にぬれ広がりやすいように、溝やくぼみを設け、且つ、はんだ１６の流動性を低下させないように、加熱機能を設けておくとより品質を向上させることができる。

以上に示した、本発明の溶融はんだ供給装置を有するはんだダイボンダ装置を使用することにより、高品質なはんだダイボンド接合部を確保することが可能である。
以下に、溶融はんだ供給装置１０のいくつかの実施例を、図を用いて説明する。

図３は、実施例１における溶融はんだ供給装置１０の主要部分を示す図である。図３に示した溶融はんだ供給装置１０は、図１のダイボンダ１００の構成で説明した溶融はんだ供給装置１０と同じであり、同じ部品には同じ番号を付している。

実施例１に係る溶融はんだ供給装置１０は、線はんだ供給部２３とはんだ追加供給ユニット２１、吐出ユニット１１及び制御ユニット１１０を備えている。

このうち、溶融したはんだを吐出する吐出ユニット１１は、内部に溶融したはんだを収納するはんだポット１２、はんだポット１２の周囲に設置されたヒータ１３、ヒータカバー１３１、ノズル１５、蓋１８、はんだポット１２内の溶融したはんだの液面高さを検出する液面センサ１４１を備えている。ヒータ１３は、はんだポット１２中に供給されたはんだ１４を溶融させる。また、はんだポット１２の下端に配置したノズル１５から、一定量ずつ溶融したはんだ１６を基板１７上に吐出するものである。

はんだポット１２の上端は蓋１８により密閉されていて、蓋１８にはガス配管１９１が連接され、その先には、はんだポット１２内へのガス圧をコントロールするガス圧コントロールユニット２０が接続されている。ガス圧コントロールユニット２０は、吐出タイミングなどを制御部１１０で制御される。制御部１１０で制御され、ガス圧コントロールユニット２０により、ガス配管１９１から一定体積のガスをはんだポット１２内に供給し、はんだポット１２内のはんだ１４より上の空間部分を陽圧にすることにより、ノズル１５から溶融はんだ１６を吐出する。

次に、追加供給ユニット２１について説明する。追加供給ユニット２１は、吐出ユニット１１のノズル１５から溶融はんだ１６を連続して吐出し、はんだポット１２内のはんだ１４の量が減少したとき、吐出ユニット１１の液面センサ１４１からの信号を制御部１１０が受けて、制御部１１０でバルブ３３を制御してバルブ３３を開き、ロート３２にたまっている溶融はんだ２２１を新たにはんだポット１２内に追加供給するための機構である。

追加供給ユニット２１に追加するはんだは、線はんだ２２を用いる。この線はんだ２２は、線はんだ供給部２３から供給される。線はんだ供給部２３において、ロール２３１に巻かれた状態で保管されている線はんだ２２を、線はんだ送り機構部２３２で送りガイド２５２に沿って送り出す。線はんだ供給部２３の線はんだ送り機構部２３２から送りガイド２５２に沿って追加供給ユニット２１に送り出された線はんだ２２は、始めに大気圧プラズマユニット２４を通過する。

大気圧プラズマユニット２４は、中空の円筒の電極２５と、円筒の電極２５の内側に中空の絶縁部材２５１が配置され、絶縁部材２５１の中空部の中心を線はんだ２２が通過する。線はんだ２２を接地した状態で線はんだ２２と電極２５との間に高周波電源２４０により高周波電力を印加し、線はんだ２２と絶縁部材２５１の間の空間２６にプラズマを発生させるものである。

電極２５の上部には外気と遮断する上蓋２７が設置され、送りガイド２５２の内部に処理用のガスを供給するための処理ガス導入用配管２８１が接続されており、図示していないガス供給手段により送りガイド２５２を介してロート３２の内部に導入された処理用のガスは、上蓋２７に設けられたガス排出ポート２８２からロート３２の外部に排出される。

処理用のガスとしては、窒素と４％の水素の混合ガスを用い、この混合ガスを、処理ガス導入用配管２８１から大気圧プラズマユニット２４内の線はんだ２２と絶縁部材２５１との間の空間２６に供給した。この状態で、接地した線はんだ２２と電極２５との間に高周波電源２４０から高周波電力を印加することにより、電極２５内の線はんだ２２と絶縁部材２５１との間の空間２６に水素プラズマが発生し、線はんだ２２の表面に存在する酸化膜２９を還元し、表面酸化の少ない状態の線はんだ３０にすることができた。

このときの反応式として、はんだ表面の酸化膜のうちのＳｎＯ_２についての反応式を示すと、
ＳｎＯ_２ ＋ ４Ｈ＊ → Ｓｎ ＋ ２Ｈ_２Ｏ
となり、はんだの表面に主に存在する錫の酸化物はSnに 還元される。ここで、＊はラジカルを表す。

また、大気圧プラズマを照射すると、線はんだ２２の温度が上昇する。そして、大気圧プラズマを照射し続けると線はんだ２２の温度が上昇して融点に達し、溶融する。そこで溶融したはんだ２２１を円錐形状のロート３２内で溶融した状態で保持するようにした。そのために、円錐形状のロート３２の外部にはカバー３２２で覆われたヒータ３２１を設けた。大気圧プラズマユニット２４により発生されたプラズマ発生領域を通過してきた線はんだは、表面の酸化膜が水素プラズマにより還元された状態になっているので、円錐形状のロート３２の内部にたまっている溶融はんだ２２１の表面には、酸化物がほとんど存在していない。

吐出ユニット１１のはんだポット１２中のはんだ１４の量が所定の量よりも減ったことをはんだポット１２の内部に設置した液面センサ１４１で検出した場合、液面センサ１４１からの信号を制御部１１０が受けて、制御部１１０でバルブ３３を制御してバルブ３３を開き、ロート３２にたまっている溶融はんだ２２１を、パイプ１９を介して吐出ユニット１１のはんだポット１２内に追加供給する。

このとき、円錐形状のロート３２の内部に溶融して保持されているはんだは、酸化物がほとんど存在していない状態なので、はんだポット１２内に酸化物がほとんど存在していない状態の溶融はんだを追加供給することができる。

図３に示した構成では、はんだを円錐形状のロート３２からはんだポット１２へガイドするパイプ１９の周りにはヒータを設けていないが、パイプ１９の周りにヒータを設けてパイプ１９内を通過する溶融はんだがパイプ１９を通過中に冷却されてパイプ１９の内部に付着してしまうのを防止するようにしてもよい。

これにより、はんだポット１２に供給されるはんだは、線はんだ供給部２３から追加供給ユニット２１に送り出され始めた状態で線はんだ２２の表面に形成されていた酸化膜を大幅に低減、或いは除去されるので、はんだポット１２内では、ドロスの発生が抑えられる。したがって、ノズル１５から吐出されるはんだ１６はドロスの影響がほとんどなく、基板、チップへのぬれ性が良好で、ボイドの発生を抑えることが可能である。

上記の実施例は、本発明の効果を発揮できる一つの例であり、詳細は上記以外の構成でも可能である。
例えば、処理ガス導入用配管２８１から供給するプラズマ処理用のガスは、窒素と４％の水素の混合ガスを用いたが、水素ガスの濃度を変更することが可能である。また、アルゴン（Ａｒ）と水素の混合ガス、ヘリウムと水素の混合ガスなどを用いても良い。或いはメタンガスなどを還元成分として用いてもよい。

また、図３に示した構成では、円錐形状のロート３２を用いたが、この形状は円筒状、角錐状、半球状などでも良い。また、円錐形状のロート３２をヒータ３２１により加熱する構成を示したが、周囲の温度の関係から、溶融したはんだが凝固しなければ、ヒータ３２１を省略しても良い。

また、はんだ追加供給ユニット２１から溶融したはんだをパイプ１９を介してはんだポット１２に導入する際、はんだポット１２内の圧力を制御するガス配管１９１をパイプ１９とは別個に設けてそれぞれを蓋１８に配置する構造を図３では示したが、ガス配管１９１をパイプ１９に連結させても良い。この場合でも、はんだ追加供給ユニット２１とはんだポット１２間にはバルブ３３が必要である。

また、供給するはんだを線はんだ２２としたが、リボンはんだ、棒はんだなどを用いても良い。

本実施例によれば、大気圧プラズマを用いてはんだの表面の酸化膜を還元して清浄化したはんだを溶融した状態ではんだポット１２に供給することができるので、ノズル１５から基板１７に吐出する溶融はんだ１６には酸化膜などの不純物が含まれず、ぬれ性が高く、ボイドの少ない接続の信頼性が高いダイボンド接合部を実現することが可能である。

また、大気圧プラズマを用いてはんだの表面の酸化膜を還元し、清浄化したはんだをはんだポット１２に供給するので、はんだポット１２の内部はドロスがほぼ堆積しない状態となる。これにより、メンテナンス回数の大幅な低減、はんだポット１２、ノズル１５の交換頻度を抑えることが可能で、連続使用が可能な時間が伸び、プロセスコストを大幅に削減可能である。および、ドロス量を大幅に低減することではんだの廃棄量も減らすことが可能である。

図４に、本発明の実施例２に係る溶融はんだ供給装置７０の構成を示す。この溶融はんだ供給装置７０は、図３に示した実施例１における溶融はんだ供給装置１０と、はんだ吐出ユニット１１、はんだ追加供給ユニット２１、線はんだ供給部２３は同じ構成であるが、はんだ吐出ユニット１１とはんだ追加供給ユニット２１との中間にはんだポット６１、及び、はんだ追加供給ユニット２１とはんだポット６１との間にバルブ６２を備えた溶融はんだ中間保持部６０を設けたものである。はんだポット６１の周囲には、ヒータ６１１が配置され、その外側がヒータカバー６１２でおおわれている。これにより、はんだ追加供給ユニット２１で表面酸化膜を還元除去して清浄化した溶融はんだ２２２を、一旦はんだポット６１にバッファとして蓄積しておき、はんだポット１２内の溶融はんだ１４の減少量に応じてはんだポット６１の溶融はんだ２２２を逐次はんだポット１２内に供給することが可能になる。

この構成において、はんだポット１２の内部の溶融はんだ１４の液面の高さを液面計１４１で検出し、はんだポット１２の内部の溶融はんだ１４の液面の高さが所定の値以下になった時にこの検出情報に基づいて制御部１２０はバルブ３３を制御して溶融はんだ中間保持部６０のはんだポット６１に収容されている溶融はんだ２２２をパイプ１９を介してはんだポット１２の内部に供給する。

また、中間保持部６０のはんだポット６１の内部の溶融はんだ２２２の液面の高さを液面計１４２で検出し、はんだポット６１の内部の溶融はんだ２２の液面の高さが所定の値以下になった時にこの検出情報に基づいて制御部１２０はバルブ６２を制御して、はんだ追加供給ユニット２１のロート３２の内部に収容されている溶融はんだ２２１を中間保持部６０のはんだポット６１の内部に供給する。

本実施例によれば、必要なはんだ吐出量が大きい場合、或いは、プロセスタクトを上げたいときなどに柔軟に対応することが可能になる。

図５に、本発明の実施例３に係るダイボンダのはんだ追加供給ユニット８０の構成を示す。実施例３に係るダイボンダの溶融はんだ供給ユニットの基本的な構成は図３に示した実施例１における溶融はんだ供給ユニット１０、又は図４に示した実施例２における溶融はんだ供給ユニット７０と同じであり、追加供給ユニットの大気圧プラズマユニットの構成が異なる。

実施例３に係るダイボンダの溶融はんだ供給ユニットにおける追加供給ユニット８０の大気圧プラズマユニット８２０は、実施例１又は２のように送りガイド８１の内部に直接プラズマを発生させるのではなく、送りガイド８１とは別な場所で大気圧中で発生させたプラズマ中で生成された活性種を送りガイド８１の内部に輸送して、送りガイド８１の内部を通過する線はんだ２２の表面の酸化膜に対して実施例１で説明したような還元反応を起こさせることにより酸化膜を除去する。

図５を用いて、第３の実施例に係る追加供給ユニット８０の構成を説明する。本実施例に係る大気圧プラズマユニット８２０は、ガス導入口８２１、ガス導入ノズル８２２、プラズマ生成部８２３で構成され、プラズマ生成部８２３は高周波電源２４１に接続されている。この構成において、ガス導入口８２１から実施例１で説明したような水素を含む処理用のガスが導入され、ガス導入ノズル８２２の内部を送りガイド８１方向に流れる。この流れの途中で、プラズマ生成部８２３において高周波電源２４１により高周波電力が印加され、プラズマ生成部８２３の内部にプラズマが発生される。そして、このプラズマが発生した領域を通過する処理用のガスが活性化されて、処理用のガスの活性種８３が発生する。このガス導入ノズル８２２の内部で発生した活性種８３は送りガイド８１の内部に搬送されガイド８１の内部８４で送られている線はんだの表面の酸化膜を実施例１で説明したような反応により還元され、線はんだ２２の表面から酸化膜が除去される。

ガス導入ノズル８２２は、誘電体で構成される。ガス導入ノズル８２２の材料としては、ガラス、石英ガラス、アルミナなどであるが、これに限定されるものではない。
実施例３に係るダイボンダの溶融はんだ供給ユニットにおける追加供給ユニット８０の他の部分の構成は、実施例１又は２で説明したものと同じであり、ロート８４、ヒータ８４１、ヒータカバー８４２、蓋８５、及び蓋８５に設けられたガス排出ポート８６を備えている。ガス導入口８２１から導入された処理用のガスは、ガス排出ポート８６からロート８４の外部へ排出される。

この大気圧プラズマユニット８２０を採用したはんだ追加供給ユニット８０を用いることにより、線はんだ表面に予め存在した酸化膜は除去され、リードフレームまたは基板に吐出するはんだポットには、酸化膜などのドロスの原因となる物質が入り込まないことになる。これによって、メンテナンス頻度の少ない、ダイボンドプロセスを提供することが可能である。またダイボンド接合部の品質もボイドが少なく、信頼性の高いものである。

実施例４として実施例３で説明した、追加供給ユニット８０の大気圧プラズマユニット８２０を、レーザを用いた構成に置き換えた例について図６を用いて説明する。図６は、図５で説明した追加供給ユニット８０の大気圧プラズマユニット８２０をレーザ励起ユニット９０に置き換えた構成で、他の部分は図５の構成と同じであるので、説明を省略する。

図６に示したレーザ励起ユニット９０は、ガス導入口９１、ガス導入ノズル９２、レーザ光源９３を備えて構成される。この構成において、ガス導入口９１から水素を含む処理用ガスを導入してガス導入ノズル９２を通して送りガイド８１の内部に流しこむ。この状態でレーザ光源９３からレーザビーム９３１を、送りガイド８１の内部で線はんだ供給部２３からロート８４に向かって送り出されている線はんだ２２に向けて照射する。

送りガイド８１の内部で水素を含む処理用ガスの雰囲気中でレーザビーム９３１を照射することにより、処理用ガスがレーザビーム９３１により励起されて、実施例１で説明したような還元反応によりはんだの表面の酸化膜が除去されて清浄化させるとともに、レーザビーム９３１が照射された線はんだ２２を溶融させる。レーザとしてはＹＡＧレーザ光、或いはエキシマレーザ光のパルスレーザが適しているが、これに限定されるものではない。また、スポット的に還元処理するノズル状ではなく、大面積を一度に還元処理できるようにライン状に配置することも可能である。上記の構成を有することにより、はんだポット内のドロスの発生を抑えることが可能であり、メンテナンス頻度を抑え、高品質なはんだダイボンド接合部を得ることが可能である。

実施例５として実施例３で説明した、追加供給ユニット８０の大気圧プラズマユニット８２０を、超音波発信源を用いた構成に置き換えた例について図７を用いて説明する。図７は、図５で説明した追加供給ユニット８０の大気圧プラズマユニット８２０を超音波励起ユニット９５に置き換えた構成で、他の部分は図５の構成と同じであるので、説明を省略する。

図７に示した超音波励起ユニット９５は、ガス導入口９６、ガス導入ノズル９７、超音波発振源９８を備えて構成される。この構成において、ガス導入口９６から水素を含む処理用ガスを導入してガス導入ノズル９７を通して送りガイド８１の内部に流しこむ。この状態で超音波発振源９８により超音波を発振する。

送りガイド８１の内部で水素を含む処理用ガスの雰囲気中で超音波振動をはんだに与えることにより、処理用ガスが超音波により励起されて、実施例１で説明したような還元反応によりはんだの表面の酸化膜が除去されて清浄化させるとともに、超音波が照射された線はんだ２２を溶融させる。この方式は、実施例１乃至４で説明したレーザやプラズマを用いる方式に比較し、低コストで装置化できる利点がある。

図９に、本実施例による別のダイボンダ３００の概略の構成を示す。ダイボンダ３００は、雰囲気を制御できるチャンバー(図示せず)内にはんだ槽３０２を有し、溶融はんだ供給ユニット３０３は、はんだ槽３０２から溶融したはんだを吸い上げてその内部に補充する。次にこの溶融はんだ供給ユニット３０３を、ヒータ４５により加熱された試料１７の上方に移動し、この試料１７に所定の量の溶融はんだ１６を供給する。次に電子部品搭載部４０により、試料１７に供給された溶融はんだ１６上に、真空吸着などが可能なコレット４１により電子部品４６を搭載する。

この溶融はんだ供給ユニット３０３は、シリンジ３０４内にはんだポット（図示せず）を有していて、ヒータ１３によって加熱される。そして、シリンジ３０４の先端をはんだ槽３０２内に浸漬し、モータ制御可能なコントロールユニット３０５によりシリンジ３０４内のプランジャ（図示せず）を上方に稼動させて、シリンジ３０４内のはんだポットに溶融はんだを吸い上げる。

次に溶融はんだ供給ユニット３０３から試料１７に溶融はんだ１６を供給するときには、シリンジ３０４内のプランジャをコントロールユニット３０５により下方に稼動させ、所定の量の溶融はんだ１６をはんだポットから供給するものである。このとき、溶融はんだは比重が重いため、プランジャとシリンジ３０４の内壁には、耐熱性のOリングを１つ以上挟むほうが空気の進入を防ぎ、より正確なはんだ量の制御、或いはより微量なはんだ量を制御可能である。またはプランジャ上部にはんだなどの液体のシール部を設置しても、シリンジ内部への空気の進入を防ぐことができる。この方式では、同種のはんだを使用するため、耐熱性の問題がないことが特徴である。

上記の方式と異なる溶融はんだ供給ユニット３０３としては、シリンジ３０４内の圧力を窒素ガスの導入などによって制御して、溶融はんだをシリンジ３０４内に供給、或いは、試料１７上に溶融はんだを供給する方式もある。

ここで、本発明では、はんだ槽３０２にはんだを供給する場合に、線はんだ供給部２２からはんだ追加供給ユニット２１を通り、はんだ槽３０２にはんだを追加供給する。このはんだ追加供給ユニット３０６は、これまでの実施例で説明したように、はんだ追加供給ユニット２１に水素を混合した窒素ガス等を導入し、大気圧で水素プラズマを発生させ、この水素プラズマによって線はんだ表面の酸化膜を還元する。その後、酸化膜量を大幅に低減したはんだをはんだ槽３０２に供給する。これによって、はんだ槽３０２のドロス発生量は少なくなり、メンテナンスの頻度を減少することが可能となる。また、ドロスとして廃棄するはんだ量も低減でき、材料費を削減するとともに、環境への負荷を低減することができる。

図９ははんだ槽を用いたダイボンダ方式を示したが、他にも、溶融はんだの入ったポット内部を加圧しておき、加圧部と反対側にあるニードルの先端を、所定の時間、開閉することによってはんだを供給する方式の溶融はんだ供給ユニットについても適用できる。即ち、大気圧プラズマを用い、線はんだ表面の酸化膜を低減させたはんだをポット内に供給するこれにより、ドロス発生量は少なくなり、メンテナンスの頻度を減少することが可能となる。

以上が発明の説明であるが、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。

１０…溶融はんだ供給装置 １１…はんだ吐出ユニット １２…はんだポット １３…ヒータ １４…はんだ １５…ノズル １６…吐出した溶融はんだ １７…リードフレームまたは回路基板 １８…蓋 １９…ガス配管 ２０…コントロールユニット ２１、８０…はんだ追加供給ユニット ２２…線はんだ ２３…線はんだ送り機 ２４，８２０…大気圧プラズマユニット ２５…電極 ３２…ロート ３３…バルブ ４０…電子部品搭載部 ５０…はんだ成型ユニット ６０…溶融はんだ供給装置 ９０…レーザ励起ユニット ９５…超音波励起ユニット １００…ダイボンダ ２４０，２４１…高周波電源。

Claims (11)

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所定の量供給されたはんだ上に電子部品を搭載する電子部品搭載ユニットと、
   前記試料を前記はんだ供給ユニットと前記電子部品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電子部品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、
   はんだを所定の量供給するはんだ送り出し部と、
   該線はんだ送り出し部から送り出されたはんだの表面の酸化膜を除去する酸化膜除去手段を備えて該酸化膜除去手段で表面の酸化膜を除去したはんだを溶融させて収容するはんだ供給部と、
   前記はんだ供給部から溶融させたはんだの供給を受けて該はんだを溶融させた状態で収容するポットと該ポットの先端部にはんだを吐出するノズルと該ノズルから一定量の溶融したはんだを吐出させるためのはんだ吐出量を制御する吐出量制御手段とを有するはんだ吐出部と
   を備えることを特徴とするダイボンダ。
2. 前記外気遮蔽ユニットの内部に前記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を更に備え、前記半導体チップ搭載ユニットは、前記はんだ成形ユニットで成形されたはんだ上に半導体チップを搭載することを特徴とする請求項１記載のダイボンダ。
3. 前記はんだ供給部に溶融させて収容したはんだを前記はんだ供給部から受けて収容する溶融はんだ中間保持部を更に備え、前記はんだ供給部から供給されて前記溶融はんだ中間保持部に一旦収容した溶融はんだを前記はんだ吐出部へ供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のダイボンダ。
4. 前記はんだは線はんだ、リボンはんだ、棒はんだのいずれかであり、
   前記はんだ供給部の酸化膜除去手段は、水素を含む処理ガスを供給する処理ガス供給部と、該処理ガス供給部により処理ガスが供給された雰囲気中でプラズマを発生させるプラズマ発生部とを有し、該プラズマ発生部により処理ガス供給部により処理ガスが供給された雰囲気中で発生させたプラズマ中を前記はんだ送り出し部から送り出されたはんだを通過させることにより前記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乃至３の何れかに記載のダイボンダ。
5. 前記はんだは、線はんだ、リボンはんだ、棒はんだのいずれかであり、
   前記はんだ供給部の酸化膜除去手段は、水素を含む処理ガスを供給する処理ガス供給部と、該処理ガス供給部により処理ガスが供給された雰囲気中でプラズマを発生させるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部で発生させたプラズマにより生成された前記処理ガスの活性種を搬送する活性種搬送部とを有し、該活性種搬送部から搬送された前記処理ガスの活性種の雰囲気中を前記はんだ送り出し部から送り出されたはんだを通過させることにより前記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乃至３の何れかに記載のダイボンダ。
6. 前記はんだ吐出部は、前記ノズルを介して前記ポットに前記溶融したはんだを補充することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のダイボンダ。
7. 外気と遮断された雰囲気中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工程と、
   前記外気と遮断された雰囲気中において前記はんだを供給する工程ではんだが供給された基板を該基板上に電子部品を搭載するための位置へ搬送する基板搬送工程と、
   前記外気と遮断された雰囲気中において前記基板搬送工程において電子部品を搭載するための位置に搬送された前記試料に対して、該基板上の所定の量のはんだが供給された位置に電子部品を搭載して該搭載した電子部品を前記試料と接続する電子部品搭載工程と
   を有するダイボンディング方法であって、
   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工程において、
   はんだの表面の酸化膜を除去し、
   該表面の酸化膜を除去したはんだを溶融し、
   該溶融したはんだを一定量ずつ前記試料の表面の所定の位置に供給する
   ことを特徴とするダイボンディング方法。
8. 前記外気と遮断された雰囲気中において前記はんだを供給する工程で基板に供給されたはんだを成形するはんだ成形工程を更に備え、前記半導体チップ搭載工程において、前記はんだ成形工程で成形されたはんだ上に前記半導体チップを搭載することを特徴とする請求項７記載のダイボンディング方法。
9. 前記表面の酸化膜を除去して溶融したはんだを中間保持部に一旦収容して保持し、該中間保持部に一旦収容して保持した溶融したはんだを一定量ずつ前記試料の表面の所定の位置に供給することを特徴とする請求項７または８に記載のダイボンディング方法。
10. 前記はんだは、線はんだ、リボンはんだ、棒はんだのいずれかであり、前記線状のはんだの表面の酸化膜を除去することを、水素を含む処理ガスが供給された雰囲気中でプラズマを発生させ、該発生させたプラズマ中を前記線状のはんだを通過させることにより前記線状の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乃至９の何れかに記載のダイボンディング方法。
11. 前記はんだは、線はんだ、リボンはんだ、棒はんだのいずれかであり、
    前記線状のはんだの表面の酸化膜を除去することを、水素を含む処理ガスが供給された雰囲気中でプラズマを発生させ、該発生させたプラズマにより生成された前記処理ガスの活性種を前記はんだの位置まで搬送し、該搬送した処理ガスの活性種の雰囲気中を前記線状のはんだを通過させることにより前記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乃至９の何れかに記載のダイボンディング方法。

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