JP5941814B2 - ダイボンダ装置、及びダイボンド方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイボンダ装置、及びダイボンド方法に関する。

リードフレームを用いた半導体装置は、一般的に、リードフレームのランド部に半導体チップを搭載し、半導体チップの電極とリードフレームの電極をワイヤボンディングなどの手法により電気的に接続する。その後、半導体チップ及び前記ワイヤボンディングなどの配線部周囲を樹脂でモールドし、樹脂部より外側のリードフレーム部分を、所定のリード形状になるように切断し、個々の半導体装置を得る。

半導体装置では、リードフレームと半導体チップの接続は接着剤を用いることが多いが、大電流、大電力などを扱う半導体装置では、半導体チップに発生した熱をランド部に伝達させ、半導体装置外部に熱を効率的に逃がす必要があるため、一般的に接着剤ではなく熱伝導率の良いはんだを用いて半導体チップとリードフレームを接合している。

リードフレームに半導体チップを搭載し、はんだを用いて接合するダイボンダ装置としては、特開２０００−２１６１７４号公報（特許文献１）などで開示されている。ここで開示されている内容は、リードフレームにはんだを介して半導体ペレットをマウントするダイボンダであり、半導体ペレットをマウントする前に溶融半田を上下動して、軸周りに回転する攪拌棒を用いて攪拌するものであるが、作業時間短縮のため、装置の動作速度を速めると攪拌棒が溶融半田を飛び散らせてしまうという問題があり、これを解決したものである。

解決手段としては、リードフレームに定量のはんだを供給する半田供給部と、リードフレーム上で溶融しているはんだを攪拌棒で攪拌する半田攪拌部と、攪拌された溶融はんだ上に半導体ペレットを供給する半導体ペレット供給部を順次配置したダイボンダで、前記攪拌棒の少なくとも溶融半田と接触する面を加熱する手段を設けるものである。

また、特開２００９−２８３７０５号公報（特許文献２）では、はんだ攪拌棒にリードフレームの表面と平行な方向に振動させることが可能な超音波振動子を設け、接合部のボイドを低減させるダイボンダが開示されている。

他には、はんだを供給する際に、はんだ供給ノズルから一旦はんだ溶融アームを介してリードフレームにはんだを供給し、はんだの酸化膜を表面に集中させることなくはんだ内部に拡散させることが可能なダイボンダ装置が、特開２００１−１７６８９３号公報（特許文献３）に開示されている。

特開２００８−１９２９６５号公報（特許文献４）には、はんだを供給した後、溶融した状態のはんだ表面に酸化膜が存在したとしても、はんだぬれ性を確保するために、尖った針部を有する治具をはんだ表面の酸化膜に突き刺して攪拌することで、酸化膜を破壊して除去する方式が示されている。特許文献４には、他に、フラックスなどの還元剤や、還元性ガスを吹き付ける方式も示されている。

またはんだをシリンジ内で溶融させて、溶融したはんだをリードフレームに供給する方式が、特開２００８−９３６９０号公報（特許文献５）などに提案されている。

リードフレーム以外の部材を用いた半導体装置としては、パワー半導体、パワーモジュールなどにおいては、主に銅系の材料からなる放熱ベース基板と絶縁基板との接続、或いは、絶縁基板とダイオードなどの半導体デバイスとの接続等が、大面積のはんだ接続により行なわれていて、上記と同様のダイボンドプロセスを適用することが可能である。これらの大面積のはんだ接続部においては、性能確保、信頼性確保のために、はんだ接合部中のボイド低減が重要となっている。

上記以外の大面積のはんだ接合を行なう方式として、はんだペーストをリードフレーム、または基板に、印刷、或いはディスペンサーにより供給し、これに半導体チップを搭載してから加熱炉にいれ、はんだを溶融させ、リードフレーム、または基板と半導体チップ間を接合するプロセスもよく用いられている。このプロセスでは、加熱炉として、炉内を真空にできる真空リフロー炉が用いられることが多い。即ち、まずはんだペーストを溶融させて有機成分の還元作用により部材へのはんだ濡れを確保してから全体を真空引きして、接合部中からボイドを排除するものである。その後、全体を冷却させるが、冷却後にはフラックス残渣が残り、洗浄工程を伴う場合が多い。

特開２０００−２１６１７４号公報 特開２００９−２８３７０５号公報 特開２００１−１７６８９３号公報 特開２００８−１９２９６５号公報 特開２００８−９３６９０号公報

しかしながら、上記の既に開示されているダイボンダに関する公知例では、例えば特許文献１、２、３、４では、はんだが供給された後に、はんだ表面の酸化膜を破壊して分散させるか、或いははんだ供給時にはんだの酸化膜をはんだ内部に拡散、或いは分散させるのみで、接合部には酸化膜成分が残るプロセスとなっていた。

また、特許文献５では、溶融したはんだを接合に利用しているが、シリンジ内や、別に設けた溶融ポット内に、主に酸化膜からなるドロスが発生してしまい、このドロスが堆積してくると、リードフレームや基板にも溶融したはんだとともにドロスが供給されてしまう。これにより、ぬれ不良やボイド発生などの品質低下につながってしまう。そこで、シリンジ内や、溶融ポット内のドロスの除去が必要であるが完全に除去するのは難しく、且つ、除去のための作業時間も必要となり、実用上の課題となっていた。

このように、これらの酸化膜、ドロスが界面に残った場合には、はんだと被接合材とのぬれを阻害し、ボイドを発生させたり、異物が挟まったような接合不良の原因となる。また、はんだ内部に酸化膜、ドロスが分散している場合でも、除去されていないため、はんだ内部でのボイド発生につながる。更に、はんだの機械的特性、熱伝導特性の低下にもつながってしまう。

このようにボイドの発生、界面の接合不良は、はんだ接続部の熱抵抗の増加、放熱性の低下につながり、半導体装置としての必要な性能が確保できない。また、接合強度も低下するため、熱疲労特性が低下し、長期的な信頼性が確保できない。これらの大面積のはんだ接合が行な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る。このように、半導体デバイスの性能、信頼性に影響するはんだ接合部の品質は非常に重要となっている。また、今後は、パワー半導体でも小型化が必要であり、且つ熱抵抗を低減させるために、はんだ層の厚みが薄くなる場合もあり、更にダイボンド接合部のボイドの制御、ぬれの確保が重要となっている。

また、上記の特許文献１、２、３、４において、線はんだを加熱した基板に接触させて、ぬれ広がった部分を供給する方式では、はんだ量のばらつきが大きかった。即ち、基板のぬれ性によって、はんだの基板へのぬれ広がり速度が変化し、はんだ量が一定になりにくい。特許文献５のように、溶融したはんだを供給する方式についても、はんだ量の制御が課題になっていた。このように、基板へのはんだの供給量がばらついてしまう場合には、半導体チップ接合後のはんだ層の厚みにもばらつきが生じることとなり、信頼性の制御が難しかった。また、基板の表面状態があまり良くない場合には、はんだ供給量が足りない場合も生じた。このため、はんだを過剰に供給するようなプロセス設定が必要であり、貴重な資源の有効利用からも問題になり、且つ、使用するはんだ材料費も高くなってしまう。また、過剰にはんだを供給すると、半導体チップ周囲のはんだの広がり面積も大きくなり、半導体パッケージの小型化への障害となる。

以上から、接合部中のボイドを低減し、或いは界面の接合不良を低減する無洗浄のダイボンドプロセス、及びこれを実現する高精度ダイボンダ設備が必要となっている。また、処理のコストを低減可能な設備が必要である。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、外気を遮断する炉内の雰囲気中で、複数の被接合部材をはんだによる接合部を形成して接合する複数のプロセスを有するダイボンダ装置において、前記はんだ接合部に適量な個別のはんだを保持するはんだ保持手段と、水素と不活性ガスなどとの混合ガスを供給して、前記はんだ保持手段が保持する前記個別のはんだの表面の酸化膜を還元、および除去する表面清浄化手段と、前記表面を清浄化したはんだを前記はんだ保持手段から前記被接合部材に供給し、他の被接合部材を前記供給したはんだによって接合する手段を備えたダイボンダ装置を特徴とする。

また、上記課題を解決するために本発明では、外気を遮断する炉内の雰囲気中で、複数の被接合部材をはんだによる接合部を形成して接合するダイボンド方法において、前記はんだ接合部に適量な個別のはんだを保持するはんだ保持工程と、水素と不活性ガスなどとの混合ガスを供給して、前記保持された個別のはんだの表面の酸化膜を還元、および除去することで表面清浄化する表面清浄化工程と、前記表面を清浄化したはんだを前記被接合部材に供給するはんだ供給工程と、前記被接合部材に、他の被接合部材を前記供給したはんだによって接合する接合工程とを有するようにした。

本発明によれば、リードフレーム、又は基板に供給したはんだの酸化膜量が、半導体チップを接合する時点で既に低減しているため、半導体チップとのはんだ接合部において、ボイドの発生、およびはんだと被接合部材との界面でのぬれ不良を抑えることができる。即ち、はんだの酸化膜が界面に残った場合は、はんだと被接合材との界面でボイドが発生したり、接合不良につながっていたが、これらの課題を解決可能である。

そのため、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。

更に、従来のはんだペーストを使用した方式と比較して、冷却後の洗浄工程が必要ないため、無洗浄で高品質なダイボンド接合部を得ることができる。

また、本発明によれば、連続していない個別のはんだを用いるため、はんだの供給量のばらつきを低減することができる。このため、はんだの使用量の低減によるランニングコストの低減が可能となる。他に、半導体チップからのはんだのはみ出し量も低減でき、小型化が可能となる。

本発明のダイボンダ装置の主要部分を示す模式図である。 本発明の別のダイボンダ装置の主要部分を示す模式図である。 表面清浄化ユニットの構成例を示す図である。 表面清浄化ユニットの別の構成例を示す図である。 線はんだ切断工程も含めた、本発明の他のダイボンドプロセスの工程を説明する図である。 表面清浄化ユニットの大気圧プラズマ処理装置の構成例を示す図である。 表面清浄化ユニットの大気圧プラズマ処理装置の別の構成例を示す図である。 （ａ）本発明を利用した接合部の例を示す図と、（ｂ）本発明を利用した半導体チップの電極形成と、リード接続工程を説明する模式図である。

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。

本発明の実施例では、基板と半導体チップとの接合に使用する供給はんだ量をばらつき無く均一にするために、溶融する前のはんだ素材(主にはんだボール、線はんだを想定している)の段階で、各接合部に最適なはんだ量と予め評価された所定量となるように計量して、個別化して(以降、個別はんだと呼ぶ)、ダイボンダ装置へ供給することを特徴とする。

図１は、本実施例の、線はんだのように連続していない個別のはんだ９(例えば、はんだボールなど)を用いて、この個別のはんだに対し表面清浄化処理を行なうダイボンダ装置の主要部分の模式図である。このダイボンダ装置１は、外気を遮断するためにカバー２で覆われる炉内に、被接合部材であるリードフレーム、又は基板（以下、基板とする)３を間欠的に移動させるガイドレール４を有し、基板３の移動方向５に沿ってカバー(炉)２上面の所定位置に２つの開口窓６ａ、６ｂを有するものである。カバー(炉)２には、基板３が投入される入り口７と、ダイボンド後の基板の出口８が設置されている。

ここで、基板３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に表面をはんだ付け可能なように金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属層などを施した物体である場合もある。

ダイボンドプロセスに沿って説明する。第１の工程は、はんだの表面清浄化、及びはんだの基板への供給工程である。即ち、連続していない個別のはんだ９(例えば、はんだボール)をはんだ保持治具１０により保持し、表面清浄化ユニット１１へはんだ９を投入して７１、該表面清浄化ユニット１１にてはんだの表面に存在する酸化膜の除去、或いは低減処理を行なう(詳細は後述する)。次に開口窓６ａを通して、はんだ位置決めガイド１８に倣って、基板３上に表面清浄化処理を行なったはんだ１２を供給する７２。基板３は下面に配置されたヒーター１３によって加熱されていて、基板３に供給されたはんだ１２は溶融する。

第２の工程では、半導体チップ１４を吸着したコレット１５が下降し７３、ぬれ広がったはんだ１２に半導体チップ１４を搭載、接合する。これにより基板３上に、はんだ接合層１６を介して半導体チップ１４が接合される。これらのはんだ接合層１６の品質としては、従来の方式より、個別はんだ９が表面清浄化ユニット１１により、表面の酸化膜が低減しているため、はんだ接合部１６中のボイド率(接合部のはんだの単位体積あたりに含まれる気泡の容積割合)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。

図２に示した本発明の別のダイボンダ装置では、図１に示したダイボンダ装置の第１の工程、即ち、はんだの表面清浄化、及びはんだの基板への供給工程と、第２の工程である半導体チップ搭載工程の間に、供給されたはんだ１２を基板３にぬれ広がらせる工程を有する。具体的には、開口窓６ｃからはんだ成形棒１７が下降して７４、供給されたはんだ１２を押し、リードフレーム、又は基板３上で所望の形状にぬれ広がらせる。成形棒１７の先端には、例えば半導体チップの矩形形状にはんだが倣うように、周囲に突起によるガイドなどを形成させ、はんだが所望の形状にぬれ広がり易いように、はんだの広がりを制御することも可能である。また成形棒１７は、温度を上げたり、はんだが不要な箇所にまで飛び散らない範囲で、スクラブ動作(数μｍ程度の横振動などはんだを濡れ広がらせるために使用する)、超音波動作が可能であれば、よりぬれ性が向上し、はんだ形状が制御しやすい。

連続していない個別のはんだ９は、はんだボールやはんだペレットを用いても良いし、線はんだやはんだ箔、棒はんだから所定の量に切り出したものでも良い。また、１つに限らず、２つ以上の個別のはんだを一度に用いても良い。この場合、別の材料を組み合わせて使用してもよい。

また、図１の第２の工程、図２の第３の工程で、半導体チップ１４を基板３へ搭載、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、濡れを促進させてもよい。これにより、より品質向上が期待できる。

これらのプロセスは、フラックスを用いないフラックスレスのプロセスであるため、ダイボンダ装置１内のカバー２で覆われた部分(炉)は、はんだ表面を酸化し難くするため、外気（大気）と遮断し、カバー(炉)２内部の雰囲気は窒素、或いは窒素と水素の混合ガスなどで充填し、なるべく内部に残留する酸素濃度を低く保つ必要がある。このため、リードフレーム、又は基板３のカバー(炉)２内部への入り口７、出口８の形状はなるべく小さくして、外部からの酸素の進入を低減させることが重要である。

次に、図３を用いて、図１、及び図２に示したダイボンダ装置１の表面清浄化ユニット１１について説明する。この実施例に係るはんだの表面清浄化処理は、リモート式大気圧の水素プラズマ処理を行うものである。表面清浄化ユニット１１は、ガス導入口２１、ガス導入ノズル２２、プラズマ生成部２３で構成され、プラズマ生成部２３は高周波電源２４に接続されている。この構成において、ガス導入口２１から水素を含む処理用のガスが導入され、ガス導入ノズル２２の内部を通り、はんだ処理部２５方向に流れる。この流れの途中で、プラズマ生成部２３において高周波電源２４により高周波電力が印加され、通過してきた処理用のガスが活性化されて、処理用のガスの活性種２６が発生する。このプラズマ発生部２３の内部で発生した活性種２６は、ガス流によってはんだ処理部２５の内部に搬送され、はんだ保持治具１０によって搬送されたはんだ９の表面の酸化膜を還元する。従って、はんだ９の表面から酸化膜が除去、或いは酸化膜量が低減する。

ガス導入ノズル２２の材料としては、ガラス、石英ガラス、アルミナなどのような導電性の低い、一般的に絶縁体と呼ばれる材質を使用する。但し、ガス導入ノズル２２の内、プラズマ生成部２３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２２の形状は、中央部が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。

図３に示した表面清浄化ユニット１１では、はんだ９に対し横方向からプラズマを照射するようにした。従って、はんだ保持治具１０を工程に沿って稼動させる７１方式とする。例えば、個別のはんだ９をはんだ保持治具１０に供給した後、表面清浄化ユニット１１のはんだ処理部２５内にはんだ保持治具１０を移動させ７１、表面清浄化処理を行なった後に、はんだ処理部２５から個別はんだ９を保持したままはんだ保持治具１０を引き出し、次に基板３に個別のはんだ９を供給するように、開口窓６ａ付近に移動する。このとき、開口窓６ａから基板３の近傍まではんだ保持治具を移動させ、個別はんだ９をはんだ位置決めガイド１８に倣って基板３の所定の位置に供給する。また、開口窓６ａから基板３までの距離が短い場合(図１，２の実施例では、１〜２cmの距離)、また、基板３のはんだ供給位置のばらつき許容範囲が広い場合などは、開口窓６ａから、はんだ９を落下させても良い。

プラズマ処理を行う方向は、図３に示した横方向以外にも、例えば図４に示したように、個別のはんだ９を保持したはんだ保持治具１０に対して、表面清浄化ユニット１１を上方から接近移動して７５、個別のはんだ９の上方から処理するようにしても良い。はんだは表面の酸化膜を除去しても、その後、大気に接すると酸化してしまう。従って、表面清浄化処理後に直ぐにカバー(炉)２内の基板３上にはんだ９を供給する必要がある。図４の方式では、はんだ保持治具１０を、図１、或いは図２のダイボンダ装置１に示した開口窓６ａ直上に設置することで、表面清浄化処理後にはんだ保持治具１０を反転させるなどにより、はんだの再酸化をほぼ起こさせずに基板３にはんだを供給することが可能である。この場合、はんだ保持治具１０は個別はんだ９を供給した後に所定の位置に移動し、且つ表面清浄化ユニット１１も、最も処理が効果的になるように、高さ方向の位置を移動させても良い。

処理用のガスとしては、水素の濃度は高い方が表面を清浄化できる能力が高いが、表面清浄化ユニット１１に防爆構造が必要となり高コストとなるため、爆発限界以下の４％程度に抑えた水素と窒素の混合ガスを用いた。これにより、プラズマ発生部２３では、高周波電力が印加されることにより水素プラズマが発生し、はんだ９の表面に存在する酸化膜を還元し、表面酸化の少ない状態のはんだ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2種類の酸化膜SnO_2、SnOについての反応式を示すと、
（化１） SnO₂ ＋ 4H* → Sn ＋ 2H₂O
（化２） SnO ＋ 2H* → Sn ＋ H₂O
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。

処理用のガスはこれに限るものではなく、アルゴン、ヘリウム、などの希ガスと、４％以下の水素の混合ガスなどを用いても良い。或いは、水素のほかに、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して用いても良い。

表面清浄化ユニット１１で大気圧プラズマを照射すると、個別はんだ９の温度が上昇する。そして、はんだ表面の酸化膜を十分に還元除去するために照射時間が長くなった場合には、はんだ９の温度がさらに上昇して融点に達し、はんだ９が溶融してしまうこともある。しかし、本発明では、連続していない個別のはんだ９を用いているため、はんだが溶融しても、開口窓６ａを通して基板３に所定の量のはんだを供給可能である。これに対して、このような大気圧での水素プラズマによる酸化膜還元処理を、連続している線はんだを対象に行ない、次に、酸化膜還元処理した線はんだを、開口窓６ａを通して基板３に供給する場合を考える。このように連続している線はんだに対してプラズマ処理を行なうと、線はんだの温度が上昇し、融点を超えて溶融してしまうとその部分で溶断して落下してしまい、基板３に供給するはんだ量を制御することが困難になる。そのため、大気圧でのプラズマ処理時間に制約が出てしまい、はんだ表面の酸化膜を十分に還元・除去することが難しかった。そこで、はんだ周辺部を液体、或いは気体などによって冷却させることが必要であり、ランニングコストの上昇につながった。

また、高周波印加量、プラズマ生成部の構造などを最適化することにより、はんだの溶断までの時間を若干長くすることはできるが、はんだ量を低減させるために線はんだの直径が小さい場合では、プラズマ処理熱の影響が顕著になり、十分に表面清浄化処理を行なうことが不可能であった。また、小型化や、はんだ層の熱抵抗低減を実現するためはんだ量が少なくなる場合にも対応ができなかった。従って、所定の量の、連続していない個別のはんだ９を予めはんだ保持治具１０によって保持しておき、これにプラズマ処理を行なえば、十分に酸化膜を還元・除去してから基板３上に供給することが可能となり、半導体チップ１４を搭載したはんだ接合層１６の品質向上につながる。

はんだ保持治具１０は、図１、図２では個別はんだ９が上に載るような簡略化した形状を示したが、これに限るものではなく、個別はんだ９が落下しないように、窪みのあるスプーン状の形状や、横から挟んで保持する機構を備えた構造でも良い。

また図１、図２では、表面清浄化ユニット１1は、１つのダイボンダ装置につき、１つ設置したが、複数個配置してもよい。例えば、連続していない個別のはんだ９を予め表面清浄化ユニット１１を用いて酸化膜を処理し、これを酸化しにくい雰囲気中で保存しておく。次に、この表面処理したはんだを基板３に搭載する直前に、再度、同じ表面清浄化ユニット１１、或いは別の表面清浄化ユニット１１で処理を行なう。この場合、個別はんだ９表面の酸化膜を一度除去しているため、２回目の処理時間は短くすることができ、ダイボンド処理の高速化に寄与できる。

または、表面清浄化ユニット１１を、１つの個別はんだ９に対し、２方向から照射できるようにすれば、一回の処理時間を短かくすることが可能である。
また上記の例では表面清浄化ユニット１１を、炉のカバー２の外側に設置したが、カバー(炉)２の内部に設置してもよい。これにより、はんだの再酸化を防止することが容易となる。

以上説明した通り、表面清浄化ユニット１１を有するダイボンダ装置を用いることにより、はんだ接合部１６の欠陥としてボイドやぬれ不良を低減することが可能である。

実施例１において示した連続していない個別のはんだとしては、はんだボール、はんだ箔などを用いても良いが、線はんだを切断するユニットを設けることで、線はんだを用いることも可能である。この処理プロセスを図５に示す。

まず、第１のプロセスでは、ローラー３１によって連続、或いは間欠的に送られてくる酸化膜３５が付いた線はんだ３２を、例えば、基板と半導体チップとの接合部の事例に適したはんだ量を予め評価した量と、酸化膜の除去量とを計算して決められた所定量に相当する長さに、線はんだを測長して、カッター３３によって所望の長さに切断する。
次に、第２のプロセスでは、所望の長さに切断された酸化膜３５が付いた線はんだ３４をはんだ保持治具１０で保持する。

第３のプロセスでは、はんだ保持治具１０によって保持した切断された線はんだ３４を表面処理ユニット１１のはんだ処理部２５内に搬送し、線はんだ３４表面に存在する酸化膜３５を還元させ、酸化膜量を低減または除去し、清浄なはんだ３６を得る。このとき、はんだ３６は、プラズマ熱によって溶融していても、溶融まで至らなくてもどちらでもよい。

第４のプロセス以降は、実施例１で示したダイボンドプロセスと同様である。はんだ保持治具１０によって保持された清浄なはんだ３６は、表面処理ユニット１１から取り出されて、直ちに開口窓６ａを通してヒーター１３によって加熱されている基板３に供給される。この際、開口窓６ａ上に位置決めされたはんだ保持治具１０は、例えば、傾斜、および回転動作により、はんだ保持治具１０の窪み内に保持された清浄なはんだ３６を、開口窓６ａを通して基板３上に落下、または滴下する。清浄なはんだ３６は、基板３上に位置決められた漏斗状のはんだ位置決めガイド１８に倣って、基板３上の所定位置に搭載される。清浄なはんだ３６は、ヒーター１３による加熱により溶融状態となる。そして、基板３は次の工程へ搬送されて、半導体チップ１４をはんだ上に搭載、接合させることになる。
ここで、この例では線はんだを用いたが、連続しているはんだリボン、棒はんだなども使用することが可能である。

また、図５では、切断を含めて連続して処理できる方式を示したが、切断までは別の箇所で実施し、切断された個別はんだを使用することも可能である。この場合は、より生産の効率が向上する。
或いは、はんだ保持治具１０を複数個設置すれば、切断工程まで行なったはんだ、或いは、次の表面処理まで行なったはんだをストックすることが可能で、より生産の効率が向上する。または、１つのはんだ保持治具１０中に複数個のはんだを保持できるような構造としても良い。

実施例３に、表面清浄化ユニット１１として、図３に示したリモート式大気圧プラズマ処理装置の他の構成を示す。リモート式大気圧プラズマ処理装置は、プラズマ生成部で発生したプラズマおよび活性種はガス導入口より供給されるガス流により押し出されて、はんだ処理部２５内において処理対象のはんだへ吹き付けられる構造となっている。

図６は、第２の例である、リモート式大気圧プラズマ処理装置４０の構成を示す。ガス導入ノズル２２に対して、近い方から高電圧電極４１、接地電極４２が配置され、それら電極４１，４２に交流高圧電源２４および接地が接続される。絶縁体４３は、電極４１，４２間のガス導入ノズル２２の外側に配置される。電極４１および４２間のガス導入ノズル２２の内側に高電界が発生し、その中にてプラズマおよび活性種２６が生成される。電極４１および４２間のガス導入ノズル２２の外側は、絶縁体４３があるため、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。電極４１、４２はガス導入ノズル２２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、電極４１および４２において、高電圧電極と接地電極の配置を入れ替えても良い。

図７は、第３の例である、リモート式大気圧プラズマ処理装置５０の構成を示す。
ガス導入ノズル２２の半径方向外側に接地電極５１、ノズル導入ノズル２２の半径方向内側に、ギャップを設けて高電圧電極５２が配置され、それら電極５１，５２に交流高圧電源２４および接地が接続される。これにより、電極５１および５２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２６が生成される。電極５１はガス導入ノズル２２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、一方、電極５２の形状を棒状、または管状である。電極５１、５２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。また、ガス導入ノズル２２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、電極５１および５２において、高電圧電極と接地電極の配置を入れ替えても良い。
尚、リモート式大気圧プラズマ処理装置は上記の方式に限るものではない。また、ダイレクト式の大気圧プラズマ処理装置を用いてもよい。

実施例４では、本発明のダイボンダ装置を拡張して、半導体チップの裏面と基板との接合以外に、半導体チップ１４上に電極となる端子を形成する例を示す。
図８（ａ）(１)は、基板３にはんだ接合部１６によってダイボンドされている半導体チップ１４上に、はんだの電極６１を形成した状態を示したものである。図８（ａ）(２)では、次の工程で、はんだの電極６１にリード６２を搭載・接合した状態を示したものである。

上記の半導体チップ１４上にはんだ電極６１を形成するのに、本発明のダイボンダ装置を拡張して用いた。図８（ｂ）に示すように、第１の電極はんだ供給工程では図１のはんだ供給工程と共通する装置構成において、電極端子として必要なはんだ量を有するはんだ片３４を、図１に示したようなはんだ保持治具１０によって保持し、次に大気圧プラズマ処理装置からなる表面清浄化ユニット１１によってはんだ片表面の酸化膜を除去する。酸化膜の除去処理後に表面清浄化ユニット１１から取り出されたはんだ３６は、溶融状態となっていても問題はない。図８（ｂ）では、例えばはんだ保持治具１０のはんだを保持する窪みの底の蓋が開いて、そこから清浄なはんだ３６が落下、または滴下して、開口窓６ａを通過して、はんだ位置決めガイド１８に倣って、半導体チップ１４上の電極形成位置に搭載される。

半導体チップ１４上の電極６１は１箇所以上、通常は複数箇所あるので、例えばはんだ保持治具１０も複数個備えることも可能で、順次、各はんだ保持治具１０が保持している清浄なはんだ３６を搭載すべき電極位置の真上に位置決めして、それと同期してはんだ位置決めガイド１８を位置決めしてから、各はんだ保持治具１０は、保持している清浄なはんだ３６を落下、または滴下する。
例えば、はんだ保持治具１０が複数のはんだ片を保持することができる構造であるならば、複数を纏めて表面清浄化処理後に、保持している複数の清浄なはんだ３６を、それぞれ電極位置上に位置決めて、落下、または滴下することになる。

次に、リード搭載装置６３を備えたリード搭載工程へ、半導体チップ１４を搭載した基板３を移動して、半導体チップ１４上に搭載したはんだ６１上にリード搭載装置６３によりリード６２を載せて接合する。図８（ｂ）では、リード搭載装置６３のリード把持ハンド６４がリード６２を把持して、はんだ６１上に搭載している例を示している。
図８（ａ）では、半導体チップ上に２本のリードがある場合を示したが、これに限らず、１本の場合でも、またより多くのリードでも問題ない。
図８（ｂ）では、電極はんだ供給工程と、リード搭載工程の例を示したが、これらの工程は、図１、図２に示すダイボンダ装置１に接続されて、拡張されたダイボンダ装置１として構成されてもよいし、または別装置として構成されることでもよい。

上記方式にて、リード６２を接合するメリットを示す。従来は、半導体チップ上に端子を取り付ける場合には超音波接合装置などを用い、まずはリードを半導体チップに位置合わせをして搭載し、次に、はんだを介さずに、圧力と超音波を印加し、場合によっては加熱して接合させることが多かった。しかし、この方法では半導体チップに高い応力が負荷され、チップや、その周囲の部材、また既に接合されているはんだ接合部などを破壊する場合もあった。また、超音波印加時に被接合材の一部が粉砕され飛散することもあり、ショートによる不良発生も懸念された。しかし、はんだを接合材として使用することにより、接合時の応力は低減することができ、かつ、被接合材の飛散も抑えられ、信頼性が向上する。このようなリード取り付け構造を実現するためにも、本発明のダイボンダ装置が有効である。即ち、同じダイボンダ装置で半導体チップの下面とチップ上の端子電極の２箇所の接合が可能であり、装置導入のコスト、雰囲気ガスなどのランニングコスト、プロセス時間も低減することが可能である。また、本発明の方式では、フラックスを用いない方式なので、洗浄なども必要ない。

１…本発明のダイボンダ装置の主要部分、 ２…カバー(炉)、 ３…リードフレーム、又は基板、 ４…ガイドレール、 ５…リードフレーム、又は基板の移動方向、
６a，６ｂ，６ｃ，…開口窓、 ７…炉内への入り口、 ８…炉内からの出口、
９…個別のはんだ、 １０…はんだ保持治具、 １１…表面清浄化ユニット、
１２…供給されたはんだ、 １３…ヒーター、 １４…半導体チップ、
１５…コレット、 １６…はんだ接合層、 １７…はんだ成形棒、 １８…はんだ位置決めガイド、２１…ガス導入口、２２…ガス導入ノズル、 ２３…プラズマ生成部、
２４…高周波電源、 ２５…はんだ処理部、 ２６…プラズマ活性種、
３１…ローラー、 ３２…線はんだ、 ３３…カッター、 ３４…切断された線はんだ、３５…酸化膜、 ３６…清浄化したはんだ、
４０…リモート式大気圧プラズマ処理装置の例、４１…高電圧電極、 ４２…接地電極、４３…絶縁体、
５０…リモート式大気圧プラズマ処理装置の例、 ５１…接地電極、 ５２…高電圧電極、
６１…半導体チップ上のはんだの電極、 ６２…リード、 ６３…リード搭載装置、
６４…リード把持ハンド、
７１…表面清浄化ユニット１１へはんだ９を投入する動作、 ７２…基板３上に表面清浄化処理を行なったはんだ１２を供給する動作、 ７３…半導体チップ１４を吸着したコレット１５が下降する動作、 ７４…はんだ成形棒１７が下降する動作、
７５…はんだへ表面清浄化ユニット１１を上方から接近移動する動作。

Claims (15)

1. 炉内の雰囲気中で、複数の被接合部材をはんだによる接合部を形成して接合するダイボンダ装置において、
   前記はんだ接合部に適量な個別のはんだを保持するはんだ保持手段と、
   水素と不活性ガスとの混合ガスを供給して、前記はんだ保持手段が保持する前記個別のはんだの表面の酸化膜を還元して低減・除去することで表面清浄化する表面清浄化手段と、
   前記表面を清浄化したはんだを前記はんだ保持手段から前記被接合部材に供給するはんだ供給手段と、
   前記被接合部材に、他の被接合部材を前記供給したはんだによって接合する手段と、
   を備え、
   前記はんだ供給手段は、はんだ保持治具が、保持している個別のはんだを前記被接合部材のはんだ接合位置の上方に位置決めして、前記はんだ保持治具の傾斜動作、回転動作、またははんだを保持する窪みの底の蓋の開放動作により、ダイボンダ装置の開口窓を通して前記はんだを落下、または滴下して前記被接合部材に搭載することを特徴とするダイボンダ装置。
2. 炉内の雰囲気中で、基板と半導体チップの裏面との間、および前記半導体チップの電極部とリードとをはんだによる接合部を形成して接合するダイボンダ装置において、
   前記各はんだ接合部に適量な個別のはんだを保持するはんだ保持手段と、
   水素と不活性ガスとの混合ガスを供給して、前記はんだ保持手段が保持する前記個別のはんだの表面の酸化膜を還元して低減・除去することで表面清浄化する表面清浄化手段と、
   前記表面を清浄化したはんだを前記はんだ保持手段から、前記基板上に、および前記半導体チップの電極部に供給するはんだ供給手段と、
   前記基板と前記半導体チップの裏面とを、または前記半導体チップの電極部とリードとを前記供給したはんだによって接合する接合手段と、
   を備え、
   前記はんだ供給手段は、はんだ保持治具が、保持している個別のはんだを前記基板および前記半導体チップの電極部のはんだ接合位置の上方に位置決めして、前記はんだ保持治具の傾斜動作、回転動作、またははんだを保持する窪みの底の蓋の開放動作により、ダイボンダ装置の開口窓を通して前記はんだを落下、または滴下して前記基板および半導体チップの電極部に搭載することを特徴とするダイボンダ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のダイボンダ装置において、
   前記表面清浄化手段は、大気圧中でプラズマ処理を行うことにより、前記酸化膜を低減・除去することを特徴とするダイボンダ装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のダイボンダ装置において、
   はんだを個別のはんだに切断するはんだ切断手段を有し、この個別はんだを用いて接合することを特徴とするダイボンダ装置。
5. 請求項１または請求項２に記載のダイボンダ装置において、
   前記個別のはんだは、はんだボールであることを特徴とするダイボンダ装置。
6. 請求項１または請求項２に記載のダイボンダ装置において、
   炉内の水素濃度は爆発限界以下の４％以下に抑えることを特徴とするダイボンダ装置。
7. 請求項３記載のダイボンダ装置において、
   前記プラズマ処理により前記はんだを溶融させることを特徴とするダイボンダ装置。
8. 請求項１記載のダイボンダ装置において、
   前記はんだ保持手段は、前記個別のはんだの単位で、前記被接合部材に前記個別のはんだを供給することを特徴とするダイボンダ装置。
9. 炉内の雰囲気中で、複数の被接合部材をはんだによる接合部を形成して接合するダイボンド方法において、
   前記はんだ接合部に適量な個別のはんだを保持するはんだ保持工程と、
   水素と不活性ガスとの混合ガスを供給して、前記保持された個別のはんだの表面の酸化膜を還元して低減・除去することで表面清浄化する表面清浄化工程と、
   前記表面を清浄化したはんだを前記被接合部材に供給するはんだ供給工程と、
   前記被接合部材に、他の被接合部材を前記供給したはんだによって接合する接合工程と、
   を有し、
   前記はんだ供給工程では、はんだ保持治具が、保持している個別のはんだを前記被接合部材のはんだ接合位置の上方に位置決めして、前記はんだ保持治具の傾斜動作、回転動作、またははんだを保持する窪みの底の蓋の開放動作により、ダイボンダ装置の開口窓を通して前記はんだを落下、または滴下して前記被接合部材に搭載することを特徴とするダイボンド方法。
10. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    前記表面清浄化工程は、大気圧中でプラズマ処理を行うことを特徴とするダイボンド方法。
11. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    線はんだを前記はんだ接合部に適量な個別のはんだに切断する工程を有し、この個別はんだを用いて前記被接合部材を接合することを特徴とするダイボンド方法。
12. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    前記個別のはんだは、はんだボールであることを特徴とするダイボンド方法。
13. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    前記はんだ供給工程では、前記個別のはんだの単位で、前記被接合部材に前記個別のはんだを供給することを特徴とするダイボンド方法。
14. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    炉内の水素濃度は爆発限界以下の４％以下に抑えることを特徴とするダイボンド方法。
15. 請求項９記載のダイボンド方法において、
    前記表面清浄化工程として、大気圧中でプラズマ処理を行い、このプラズマの処理により前記はんだを溶融させることを特徴とするダイボンド方法。

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