JP6485766B2 - 構成要素を装着するための基板用連続式加熱炉およびダイボンダ - Google Patents

Description

本発明は、基板用連続式加熱炉に関する。本連続式加熱炉は、作業用開口を備える少なくとも１つの処理ステーションを備え、この処理ステーションで、一般に当該分野で「ダイ」として知られる構成要素が基板に載置される。本発明はさらに、このような連続式加熱炉を備えるマウント装置に関し、同装置はダイボンダとして知られている。「ダイ」の例は、特に半導体チップだが、コンデンサ、小金属片などもある。

半導体チップをマウントする際に、はんだを用いて半導体チップ（主にパワー半導体）を基板に接続して、作業中に発生する半導体チップからの熱損失をはんだの接続を介して効果的に分散することがよく行われている。しかしながら、他の「ダイ」も基板にはんだ付けされる。

金属基板、いわゆるリードフレームは、主に基板として使用され、半導体チップはチップのアイランド上ではんだ付けされ、アイランドは１つずつ順に配置され、任意選択で互いに隣接して配置される。単一基板も使用され、この基板は、いわゆる個片化した基板としても知られている。このような単一基板は、例えばセラミック製の小片からなり、両面が金属層で覆われている。基板は通常、はんだが塗布されるはんだステーション、はんだが基板の局所に拡散される拡散ステーションに供給されたのち、半導体チップがピックアンドプレースシステムによって液状のはんだ部分の上に設置されるボンディングステーションに供給されるというサイクルである。リードフレームは、長手方向のエッジに沿って配置された孔を備え、リードフレームを搬送するためのピンまたはフィンガをこの孔に係合させる。この過程に適しているダイボンダが、本出願人によりＤＢ２００９ ＳＳＩという名称で販売されている。このダイボンダは、チャネルまたはトンネルとして形成されている連続式加熱炉を備え、基板はこの連続式加熱炉を通ってはんだステーション、拡散ステーションおよびボンディングステーションへ搬送される。基板の前方への供給はフィンガによって行われ、フィンガは歯を備え、昇降できるとともに前後に動くことができ、各フィンガが基板を前方方向へ動かす。

本発明は、より順応性のある搬送システムを備えた連続式加熱炉を開発するという目的に基づいている。

本発明によれば、基板用連続式加熱炉は、チャネル、およびこのチャネルを通して基盤を搬送するための搬送システムを備えた加熱炉を備え、
チャネルは、ベース、前方側壁、後方側壁および上部が境界であり、
ベースは、作業中に保護ガスを供給するために保護ガス源に接続可能な複数の第１の孔を有し、
チャネルの前方側壁は、長手スリットを備え、長手スリットは、通過方向に平行に延び、下エッジおよび上エッジが境界であり、
搬送システムは、基板をチャネルに通して搬送するための少なくとも１つのクランプを備え、
クランプは、チャネルの長手スリットに沿って前後に動くことができる。

保護ガス源に接続可能な複数の第２の孔を、チャネルに面している長手スリットの下エッジ側に配置することが好ましい。

長手スリットの下エッジは、細いストリップで形成され、このストリップは、チャネルのベースよりも所定の長さだけ低いことが好ましい。

長手スリットの下エッジの細いストリップには溝を形成してよく、第２の孔は、この溝に開口していてよい。

チャネルは、少なくとも２つの領域に分割されてよく、溝は、１つの領域から隣の領域までの少なくとも１つの移行点で、分離壁で遮られていてよい。

チャネルは、少なくとも２つの領域に分割されてよく、
各領域は、いくつかの第２の孔とつながっていてよく、
同じ領域の第２の孔は、互いに接続していてよく、別々の流量制御弁を介して保護ガス源に接続可能であってよい。

本発明によれば、加熱領域および冷却領域を備え、両領域がいくつかの領域に分割されている連続式加熱炉を備えるダイボンダは、各領域に対して温度および搬送速度および／または休止時間を決定するパラメータを入力するように、かつこれらのパラメータに従って基板を連続式加熱炉に通して搬送するようにプログラムされる。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部であり、詳細な説明文と共に本発明の１つ以上の実施形態を説明し、本発明の原理および実施を説明する役割を果たすものである。図は原寸通りには描かれてはいない。

第１の実施形態による基板用連続式加熱炉の上面図である。 第２の実施形態による基板用連続式加熱炉の上面図である。 連続式加熱炉の断面図である。 図３の拡大断面図である。

図１および図２は、基板用連続式加熱炉の部分の上面図であり、この図は、本発明を第１の実施形態および第２の実施形態それぞれに沿って理解するのに必要である。基板は、例えば複数のチップアイランドを備えるリードフレームまたは単一基板である。図３は、図２に示した実施形態の連続式加熱炉の断面図であり、この図は、通過方向を横切るように広がっている。図４は、図３の拡大断面図である。本連続式加熱炉は、加熱炉１を備え、この加熱炉は、チャネル２を備えるとともに、基板３をチャネル２に通して１つの処理ステーションまたは連続して配置されたいくつかの処理ステーションに搬送するための搬送システムを備えている。このような処理ステーションは、例えば、基板にはんだが塗布されるはんだステーション、基板の局所ではんだが拡散される拡散ステーション、および基板に半導体チップが載置されるボンディングステーションである。はんだステーションおよび拡散ステーションは、半導体チップまたは基板の背面がそれぞれの物質ですでに覆われ、その物質がはんだ付けした接続部につながっている場合は、省略してよい。チャネル２は、ベース４、前方側壁５、後方側壁６および上部７が境界である。上部７には、（１つまたは複数の）処理ステーションでそれぞれの作業用開口が設けられる。ベース４には複数の第１の孔８が設けられ、保護ガス源９から供給される保護ガスをこの孔を通して作業中に放出することができる。よく用いられる保護ガスは、窒素、フォーミングガスまたはその他の反応性ガスである。保護ガスは酸素を一切含んでいないということが重要である。ベース４内における第１の孔８の密度は通常、チャネル２の様々な領域で異なる。第１の孔８の密度および／または第１の孔の直径は、特に処理ステーションの領域ではさらに大きくてよい。なぜなら、保護ガスの一部はそれぞれの作業用開口を通って漏れるからである。チャネル２の前方側壁５は、通過方向１０に平行に延びる長手スリット１１を備えている。長手スリット１１は、下エッジ１２および上エッジ１３が境界であり、下エッジ１２は、ベース４と同一平面にあるか、−図３に示したように−ベース４よりも低い。搬送システムは、基板３をチャネル２に通して搬送するためのクランプジョーを２つ備える少なくとも１つのクランプ１５を備えている。（１つまたは複数の）クランプ１５は、チャネル２の長手スリット１１に平行に延びるガイドレール１６（一部のみを図示）に取り付けられ、前後に動くことができる。少なくとも１つのクランプ１５は、基板３を１つずつ順に処理ステーションまたは加熱炉１のステーションに搬送する。図１および図２には、説明を明瞭にするという理由で、基板３を１つのみ、クランプ１５を１つのみを示している。

ベース４は、いわゆるインサート１７で形成されるのが好ましく、インサートは、チャネルと、チャネル２のベース４の反対側にある凹部とで形成され、このチャネルおよび凹部が保護ガスを第１の孔８へ誘導する。加熱炉１を加熱するために、ベース４には電気ヒーターが配置される。

複数の第２の孔１８をチャネル２に面する下エッジ１２側に配置することが有利であり、この場合、保護ガスを第２の孔１８にも供給することができ、このようにしてガスシャワーを形成する。第２の孔１８から放出された保護ガスは、基板３の下側に向かって流れ、その後は周囲環境に流れていき、このようにして周囲の空気中の酸素がチャネル２に進入するのを防止するガスカーテンを形成する。

保護ガスは、チャネル２を出て長手スリット１１から突出している基板３の部分の周りに渦巻いて、加熱炉の外側に沿って上向きに流れる。保護ガスは、加熱炉の長手スリット１１の上エッジ１３と基板３との間を通って加熱炉からも漏れ、下から上がってくる保護ガスと共に第２のガスカーテンを形成する。２つのガスカーテンは、周囲の空気中の酸素がチャネル２の内部にある高熱の基板３の方へ進入するのを防止し、このようにして基板３の表面の酸化を防止する。基板３の酸化は、ほとんどがチャネル２から突出している基板３の部分で起こる。

ガスカーテンは、ベルヌーイ効果の発生も防止する。つまり、ガスカーテンがないと、チャネル２の内部に入って入口２３もしくは出口２５または上部７にある処理口に流れる保護ガスは、ベルヌーイ効果により長手スリット１１に負の圧力を発生させ、それによって周囲の空気中に引き出されてしまう。

長手スリット１１から吹き出る保護ガスが周囲の空気と共に渦巻くのを防止し、それによって周囲の空気中の酸素が入り込むのを防止するためには、第２の孔１８から吹き出る保護ガスが一定の層状の流れとして周囲環境に到達する必要がある。この目的を最適な形で達成するのを支援するために、以下の措置ａ）または措置ａ）とｂ）との両方を補足的に実施することが有利である。
ａ）長手スリット１１の下エッジ１２を細いストリップで形成し、このストリップをチャネル２のベース４よりも所定の長さだけ低くする。
ｂ）下エッジ１２の細いストリップに溝１４を形成し、第２の孔１８をベース４および／または溝１４の側壁に開ける。この実施形態を図２から図４に示している。

本連続式加熱炉のチャネル２は通常、少なくとも２つの領域、すなわち基板３を制御して加熱するための少なくとも１つの予備加熱領域、少なくとも１つの処理領域、および任意選択として、基板３を制御して冷却するための少なくとも１つの冷却領域に分割される。各領域には別々の加熱設備がつながっているため、温度は各領域で自由にプログラム可能である。

いくつかの第１の孔８およびいくつかの第２の孔１８が各領域とつながっている。これはつまり、各領域の第１の孔８どうしが互いに接続していて、各領域の第２の孔１８どうしが互いに接続しているということである。１領域で相互に接続している第１の孔８および１領域で相互に接続している第２の孔１８への保護ガスの供給は、異なるガスライン２０および個別に調整可能な流量制御弁２１を介して行うことが好ましく、このようにすると、保護ガスの供給を各領域に対して別々に設定でき、チャネル２に必要な際にもチャネル２を制限しているガスカーテンに必要な際にも両方最適に設定できる。

溝１４は、１つの領域から隣の領域までにある少なくとも別個の移行点で、分離壁１９で遮られていてよい。なぜなら、保護ガスに対する要求または保護ガスの流動流特性は、様々な領域で異なることがあるためである。分離壁１９は、保護ガスが一定の層状の流れで可能な最大の程度で個々の領域に流れ、長手スリット１１を通って周囲環境に流れていくという点での支援にもなる。

第２の孔１８、溝１４および／または低い位置にある下エッジ１２は、長手スリット１１の全長に沿って広がっていてもよいし、−図１および図２に示したように−チャネル２の入口２３の後ろの短い区画２２、およびチャネル２の出口２５の前の短い区画２４にわたって省略してもよい。

搬送の間、基板をクランプ１５で把持して搬送できるように、基板３はチャネル２からわずかに突出している。クランプ１５は、長手スリット１１の中には突出していない。搬送装置は、前方へ搬送する間に基板３をわずかに持ち上げるように設定されることが好ましく、このようにすると、基板はチャネル２のベース４上をスライドしない。長手スリット１１の上エッジ１３とチャネル２のベース４との間の距離は、十分な程度になるように寸法を設定される。

本発明によって、加熱領域および／または冷却領域が温度の異なるいくつかの領域に分割されている連続式加熱炉を構築することができ、自由にプログラム可能なクランプを備えた搬送システムによって、所定の温度および時間の特徴に応じて基板を連続式加熱炉に通して搬送することができる。本発明による「ダイ」用の自動マウント機は、当該分野ではダイボンダとして、または軟質はんだによるダイボンダとしても知られているもので、半導体チップなどのダイを基板上にはんだ付けするように設定され、本発明による連続式加熱炉を備え、好ましくは各領域に対して温度および搬送速度および／または休止時間を決定するパラメータを入力するように、かつこれらのパラメータに従って基板を連続式加熱炉に通して搬送するようにプログラムされる。パラメータの入力は、設定中、すなわち規則的なマウント作業の前に行われる。

連続式加熱炉およびダイボンダも、上に説明した実施形態で言及した半導体チップ以外の構成要素またはダイに基板を装着するのにも使用できる。

本発明の実施形態および適用例を示し、説明してきたが、本開示の利益を得る当業者には、本明細書に記載の発明概念を逸脱しない限り、上記の他にもさらに多くの修正が可能であることは明らかであろう。したがって、本発明は、付属の請求項およびその均等物の精神を除いて限定されるものではない。

Claims (8)

1. チャネル（２）、および基板（３）を前記チャネル（２）に通して搬送するための搬送システムを備えた加熱炉（１）を備える基板（３）用連続式加熱炉であって、
   前記チャネル（２）は、ベース（４）、前方側壁（５）、後方側壁（６）および上部（７）が境界であり、
   前記ベース（４）は、作業中に保護ガスを供給するために保護ガス源（９）に接続可能な複数の第１の孔（８）を有し、
   前記チャネル（２）の前記前方側壁（５）は、長手スリット（１１）を備え、該長手スリットは、通過方向（１０）に平行に延び、下エッジ（１２）および上エッジ（１３）が境界であり、
   前記搬送システムは、前記基板（３）を前記チャネル（２）に通して搬送するための少なくとも１つのクランプ（１５）を備え、
   前記クランプは、前記チャネル（２）の前記長手スリット（１１）に沿って前後に動くことができる、
   連続式加熱炉。
2. 前記保護ガス源（９）に接続可能な複数の第２の孔（１８）は、前記チャネル（２）に面している前記長手スリット（１１）の前記下エッジ（１２）側に配置される、請求項１に記載の連続式加熱炉。
3. 前記長手スリット（１１）の前記下エッジ（１２）は、細いストリップで形成され、該ストリップは、前記チャネル（２）の前記ベース（４）よりも所定の長さだけ低い、請求項１に記載の連続式加熱炉。
4. 前記長手スリット（１１）の前記下エッジ（１２）は、細いストリップで形成され、該ストリップは、前記チャネル（２）の前記ベース（４）よりも所定の長さだけ低い、請求項２に記載の連続式加熱炉。
5. 前記長手スリット（１１）の前記下エッジ（１２）の前記細いストリップには溝（１４）が形成され、前記第２の孔（１８）は、前記溝（１４）に開口している、請求項４に記載の連続式加熱炉。
6. 前記チャネル（２）は、少なくとも２つの領域に分割され、前記溝（１４）は、１つの領域から隣の領域までの少なくとも１つの移行点で、分離壁（１９）で遮られる、請求項５に記載の連続式加熱炉。
7. 前記チャネル（２）は、少なくとも２つの領域に分割され、
   少なくとも１つの領域は、いくつかの前記第２の孔（１８）とつながり、
   同じ領域の前記第２の孔（１８）は、互いに接続し、別々の流量制御弁（２１）を介して前記保護ガス源（９）に接続可能である、請求項２、および４〜６のうちいずれか一項に記載の連続式加熱炉。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の連続式加熱炉を備えるダイボンダであって、前記連続式加熱炉は、加熱領域および冷却領域を備え、該両領域はいくつかの領域に分割され、前記ダイボンダは、各領域に対して温度および搬送速度および／または休止時間を決定するパラメータを入力するように、かつ前記パラメータに従って前記基板を前記連続式加熱炉に通して搬送するようにプログラムされる、ダイボンダ。

Images