TW202101635A

TW202101635A - 接合裝置

Info

Publication number: TW202101635A
Application number: TW109102317A
Authority: TW
Inventors: 萩原美仁; 中村智宣
Original assignee: 日商新川股份有限公司
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-01-01
Also published as: JP7079529B2; JPWO2020153366A1; TWI745840B; WO2020153366A1

Abstract

在利用焊錫將半導體晶粒接合於被封裝構件的接合中，在接合前使焊錫在被封裝構件上的所需區域潤濕展開。接合裝置10包括：焊錫球保持部24，底部具有對上表面供給焊錫球20的板22；以及加熱器30，自下方對被封裝構件16進行加熱。焊錫球保持部24的板22具有喉道狀的孔26，所述孔26的形成於上表面的入口大於焊錫球20的直徑，形成於下表面的出口為焊錫球20的直徑以下。焊錫球20保持於孔26中，焊錫球20的下表面自板22的下表面突出。使加熱器30導通而對被封裝構件16進行加熱，使自板22的下表面突出的焊錫球20的下表面與被封裝構件16的上表面接觸，而在被封裝構件16的上表面使焊錫球熔融。

Description

接合裝置

本發明是有關於一種利用焊錫將半導體晶粒（die）接合於被封裝構件的接合裝置，特別是有關於一種將使焊錫球（solder ball）熔融而成的焊錫用於接合的接合裝置。

先前，已知有將半導體晶粒接合於引線框架（lead frame）或基板等被封裝構件的晶粒接合裝置（die bonding device）。半導體晶粒與被封裝構件除了利用黏接劑加以接合（黏接）的情況以外，亦存在利用焊錫加以接合的情況。

專利文獻1中，揭示有一種利用焊錫將半導體晶片（半導體晶粒）接合於基板的固晶裝置（die bonder device）（晶粒接合裝置）。專利文獻1的固晶裝置是在對基板自下方利用加熱器（heater）進行加熱的狀態下，對基板的上表面供給焊錫球，使焊錫球在基板的上表面熔融。繼而，在基板的上表面，焊錫潤濕展開，使半導體晶片載置於經潤濕展開的焊錫上，使焊錫凝固，藉此將半導體晶片接合於基板上。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第5941814號公報

[發明所欲解決之課題] 如專利文獻1所述，當對經加熱的被封裝構件的上表面供給焊錫球時，使焊錫球自被封裝構件上的規定高度落下。因此，焊錫球的著地位置或熔融位置為不規則，焊錫有可能在被封裝構件上的所需區域不潤濕展開。

本發明的目的在於，在利用使焊錫球熔融而成的焊錫將半導體晶粒接合於被封裝構件的接合裝置中，在接合前，使焊錫在被封裝構件上的所需區域潤濕展開。 [解決課題之手段]

本發明的接合裝置是一種利用焊錫將半導體晶粒接合於被封裝構件的接合裝置，其特徵在於包括：焊錫球保持部，使焊錫球的一部分自下表面露出，並且在底部形成使經熔融的焊錫球通過的孔；升降機構，使焊錫球保持部升降而使所述焊錫球的一部分與被封裝構件接觸；以及加熱器，利用對被封裝構件進行加熱的熱，使焊錫球熔融於被封裝構件。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：焊錫球保持部在底部包括對上表面供給焊錫球的板（plate），所述孔形成於板，所述孔呈喉道（throat）狀，形成於板的上表面的入口大於焊錫球的直徑，形成於板的下表面的出口為焊錫球的直徑以下。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：在焊錫球保持部，按照塗佈於被封裝構件的上表面的焊錫的圖案而形成有多個所述孔。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：進而包括壓力調整裝置，所述壓力調整裝置對焊錫球保持部的板的所述孔內所保持的焊錫球的上側的空氣壓力進行調整，藉由利用壓力調整裝置對空氣壓力進行調整，來調整焊錫球的下表面與被封裝構件的上表面相接的壓力。

本發明的接合裝置中，亦可設為：進而包括對焊錫球保持部施加振動的振動產生裝置。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：藉由調整振動產生裝置所施加的振動的量，來調整焊錫球在被封裝構件的上表面熔融的速度。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：進而包括對焊錫球保持部的板進行加熱的第二加熱器。

在本發明的接合裝置中，亦可設為：進而包括已供給組成氣體（forming gas）的密閉腔室，將被封裝構件搬運至密閉腔室中，在密閉腔室中在被封裝構件的上表面使焊錫球熔融。 [發明的效果]

根據本發明，在焊錫球保持部的孔內保持著焊錫球的狀態下，使自焊錫球保持部的下表面露出的焊錫球的一部分與被封裝構件接觸，而使焊錫球熔融。因此，焊錫（焊錫球）準確地熔解掉而落至被封裝構件上的所需位置，因此可在被封裝構件上的所需區域使焊錫潤濕展開。

以下，一面參照圖式，一面說明本發明的實施形態。以下所述的形狀、材質等是用以進行說明的例示，可配合裝置、或藉由裝置而製造的產品的規格等來適當變更。在所有的圖中對相同的部件標註相同的符號，並且省略重複的說明。

圖1是表示晶粒接合裝置10（亦稱為接合裝置10）的構成的示意圖。為了便於圖示，在包括圖1的各圖中，誇大地描繪有焊錫球20、及保持所述焊錫球20的形成於板22的孔26。焊錫球是例如10 μm～70 μm左右的焊錫粒，具有大致球狀。

晶粒接合裝置10藉由在經加熱的引線框架16（被封裝構件）上使焊錫球20熔融，在熔融於引線框架16上的焊錫18上載置半導體晶粒14，使焊錫凝固，而將半導體晶粒14接合於引線框架16。再者，被封裝構件並不限於引線框架16，亦可為基板等。

引線框架16例如是銅（Cu）、或在銅（Cu）的表面鍍敷有銀（Ag）或鎳（Ni）的金屬。當引線框架16是未經鍍敷的銅時，引線框架16若曝露於空氣中則會氧化，在表面形成氧化膜。本實施形態的晶粒接合裝置10包括已供給氮氣（N）與氫氣（H）的混合氣體（亦稱為組成氣體82）的密閉腔室80，藉由將引線框架16搬運至密閉腔室80中，進行半導體晶粒14的接合，來使引線框架16的氧化膜還原、去除。又，藉由如上所述的還原環境，可使焊錫球20、或所述焊錫球20經熔融而成的焊錫中所含的氧化物還原及去除。另一方面，當引線框架16經銀或鎳鍍敷，而不要求氧化物的還原時，無需密閉腔室80。

在本實施形態中，密閉腔室80是下側為平板狀且上側為彎曲狀的半圓筒形狀，在引線框架16的搬運方向（圖1的左右方向）上延伸。晶粒接合裝置10包括：導軌38，在密閉腔室80內依次搬運多個引線框架16；加熱器30，自下方對引線框架16進行加熱；箱狀的焊錫球保持部24，底部具有對上表面供給焊錫球20的板22；升降機構28，使焊錫球保持部24升降；焊錫球供給部36，對焊錫球保持部24供給焊錫球20；頭部（head）32，向引線框架16搬運半導體晶粒14；以及控制部34，對晶粒接合裝置10內的各設備進行控制。

如上所述，焊錫球保持部24在底部包括板22，板22的下表面構成焊錫球保持部24的下表面。焊錫球保持部24的板22為陶瓷製，形成有分別保持多個焊錫球20的多個孔26。圖2是表示形成於板22的一個孔26的形狀的剖面圖。孔26是包括位於板22的上表面50的入口54、以及位於板22的下表面52的出口56的貫通孔（喉道狀的孔）。入口54及出口56在俯視時呈圓形，入口54具有大於焊錫球20的直徑的直徑L1，出口56具有焊錫球20的直徑以下的大小的直徑L2。焊錫球20是自板22的孔26的入口54進入而保持於孔26中，焊錫球20的下表面21經由板22的出口56而自板22的下表面52突出。換言之，焊錫球20的一部分自板22（焊錫球保持部）的下表面露出。

圖3是表示板22的上表面50的一例的平面圖。在板22形成有多個孔26，多個孔26是按照塗佈於引線框架的上表面的焊錫的圖案而形成。以下，將形成於板22的多個孔26的圖案，亦稱為遮罩圖案（mask pattern）58。圖3所示的遮罩圖案58具有多個使多個孔26聚集而構成的組（以下稱為孔組27），包括中央的圓形狀的孔組27a及八個孔組27b，所述八個孔組27b呈小於孔組27a的圓形狀，配置在孔組27a的周圍。

圖4是表示板22的上表面50的另一例的圖，形成於板22的各孔的形狀予以省略。圖4所示的遮罩圖案58包括一個大致海星狀的孔組，具體而言，是在圖4所示的大致海星狀的一點鏈線的內側形成有多個孔的遮罩圖案。再者，板22的遮罩圖案58並不限於圖3、圖4所示的圖案，可按照塗佈於引線框架的上表面的焊錫的圖案，想出各種形狀的圖案。

如圖1所示，焊錫球保持部24在內部保持著多個焊錫球20，位於下側的焊錫球20進入至板22的孔26。焊錫球保持部24在頂板，包括焊錫球20的供給口44，在供給口44設置有滑動式的門46。使門46滑動而打開供給口44，經由供給口44，可自焊錫球供給部36向焊錫球保持部24的內部補充焊錫球20。焊錫球保持部24自形成於密閉腔室80的開口窗40進入至密閉腔室80內，可藉由升降機構28而上下移動。

加熱器30在密閉腔室80內的下部，在引線框架16的搬運方向（圖1的左右方向）上延伸，自下方對被搬運的引線框架16進行加熱。再者，將加熱器30亦稱為第一加熱器。

頭部32可上下、前後、左右移動，將半導體晶粒14吸附於下表面而搬運。在密閉腔室80設置有擋板窗42，其規格是當頭部32吸附半導體晶粒14而朝向引線框架16時，擋板窗42打開。頭部32經由擋板窗42進入至密閉腔室80內，將半導體晶粒14載置於引線框架16上的熔融焊錫18上。其後，頭部32自擋板窗42出來至密閉腔室80的外部，擋板窗42關閉。

控制部34包括處理器（processor），按照儲存於未圖示的記憶部的程式，對晶粒接合裝置10內的各設備進行控制。具體而言，控制部34對焊錫球供給部36、升降機構28、加熱器30及頭部32進行控制，依次將半導體晶粒14封裝於沿導軌38行進的各引線框架16。

其次，說明晶粒接合裝置10的具體的封裝動作。首先，控制部34使加熱器30導通而對引線框架16進行加熱，將引線框架16加熱至例如350℃～450℃左右為止。

然後，控制部34對升降機構28進行控制，使焊錫球保持部24朝向引線框架16的上表面降落，使自板22的下表面突出的焊錫球20的下表面（焊錫球20的一部分）與引線框架16的上表面接觸。因此，在引線框架16的上表面，焊錫球20熔融，經熔融的焊錫球20通過孔26，而掉落至引線框架16的上表面。當板22的孔26內所保持的焊錫球20掉落至引線框架16的上表面時，焊錫球保持部24內的其他焊錫球20進入至孔26，與引線框架16的上表面相接，熔融而掉落。藉由重複所述處理，而在引線框架16上供給所需量的焊錫。根據所述構成，藉由改變使焊錫球保持部24朝向引線框架16下降起至下一次上升為止的時間，可改變供給至引線框架16上的焊錫的量。

在引線框架16上供給所需量的焊錫之後，控制部34對升降機構28進行控制，而使焊錫球保持部24上升，使得自板22的下表面突出的焊錫球20的下表面不與引線框架16相接。繼而，藉由導軌38而搬運在上表面具有熔融焊錫18的引線框架16，使其移動至頭部32降下來的位置為止。其次，控制部34對頭部32進行控制，將半導體晶粒14載置於引線框架16的上表面的熔融焊錫18上。繼而，藉由利用導軌38搬運引線框架16，遠離加熱器30，而使得經熔融的焊錫18凝固，使半導體晶粒14與引線框架16接合。對各引線框架16反覆進行以上說明的封裝動作。

其次，說明本實施形態的晶粒接合裝置10的作用效果。

本實施形態的晶粒接合裝置10在焊錫球保持部24的板22的孔26內保持著焊錫球20的狀態下，使自板22的下表面突出的焊錫球20的下表面與引線框架16的上表面接觸，而使焊錫球20熔融。因此，焊錫準確地掉落至引線框架16上的所需位置，故可使焊錫在引線框架16上的所需區域潤濕展開。

又，本實施形態的晶粒接合裝置10中，按照塗佈於引線框架16的上表面的焊錫的圖案，形成有焊錫球保持部24的板22的多個孔26。因此，可在引線框架16的上表面，使焊錫潤濕展開成所需的形狀。無需藉由成形棒等而按壓熔融焊錫，使焊錫潤濕展開的步驟，可使封裝動作高速化。

其次，說明變形例。

如圖5所示，晶粒接合裝置亦可設為進而包括壓力調整裝置90，所述壓力調整裝置90對焊錫球保持部24的板22的孔26內所保持的焊錫球20的上側的空氣壓力進行調整。控制部34對壓力調整裝置90進行控制，壓力調整裝置90藉由調整經由配管92送入至焊錫球保持部24內的空氣量，來調整保持於板22的孔26內的焊錫球20的上側的空氣壓力。根據所述構成，藉由壓力調整裝置90對空氣壓力的調整，可調整保持於板22的孔26內的焊錫球20的下表面與引線框架的上表面相接的壓力，可調整供給至引線框架的上表面的焊錫的量。

又，如圖6所示，晶粒接合裝置亦可設為進而包括振動產生裝置96，所述振動產生裝置96對焊錫球保持部24施加振動。控制部34對振動產生裝置96進行控制，振動產生裝置96經由連結構件98使焊錫球保持部24在前後或左右、或前後左右兩者上振動。根據所述構成，在焊錫球保持部24的內部，可促進焊錫球20進入至板22的孔26。

又，亦可設為藉由利用振動產生裝置96，調整施加至焊錫球保持部24的振動的量，來調整焊錫球20在引線框架的上表面熔融的速度。根據所述構成，藉由振動產生裝置96對振動量的調整，可調整供給至引線框架的上表面的焊錫的量。

又，如圖7所示，晶粒接合裝置亦可設為進而包括對焊錫球保持部的板22進行加熱的加熱器64（亦稱為第二加熱器）。加熱器64埋設於板22內，藉由控制部34而控制。根據所述構成，藉由利用加熱器64對板22進行加熱，而使得焊錫球20容易熔融，可加快使焊錫掉落至引線框架16的上表面70的速度。因此，可提高生產率。

又，如圖8所示，晶粒接合裝置亦可設為在焊錫球保持部24內包括擋板86（分隔板）。擋板86是藉由控制部34來控制，在關閉擋板86的狀態（參照圖8）下，在焊錫球保持部24內形成分隔，藉由打開擋板86（未圖示），而使位於擋板86的上方的焊錫球20b向板22的上表面掉落。擋板86使焊錫球20a與焊錫球20b分隔，而切斷該些焊錫球之間的熱電導（隔熱），所述焊錫球20a熔融於引線框架的上表面，所述焊錫球20b熔融於接下來的引線框架的上表面。根據所述構成，在引線框架的上表面使焊錫球20a熔融的期間內，可抑制熔融於接下來的引線框架的上表面的焊錫球20b在焊錫球保持部24內熔融。

10:接合裝置（晶粒接合裝置） 14:半導體晶粒 16:引線框架（被封裝構件） 18:熔融焊錫（焊錫） 20、20a、20b:焊錫球 21:下表面 22:板 24:焊錫球保持部 26:孔 27、27a、27b:孔組 28:升降機構 30:加熱器（第一加熱器） 32:頭部 34:控制部 36:焊錫球供給部 38:導軌 40:開口窗 42:擋板窗 44:供給口 46:門 50:上表面 52:下表面 54:入口 56:出口 58:遮罩圖案 64:加熱器（第二加熱器） 70:上表面 80:密閉腔室 82:組成氣體 86:擋板 90:壓力調整裝置 92:配管 96:振動產生裝置 98:連結構件 L1、L2:直徑

圖1是表示晶粒接合裝置的構成的示意圖。圖2是表示板的孔的形狀的剖面圖。圖3是表示板的上表面的一例的平面圖。圖4是表示板的上表面的另一例的平面圖。圖5是用以說明對焊錫球保持部內的空氣壓力進行調整的實施形態的圖。圖6是用以說明對焊錫球保持部施加振動的實施形態的圖。圖7是用以說明在板上設置加熱器的實施形態的圖。圖8是用以說明在焊錫球保持部內設置擋板（shutter）的實施形態的圖。

10:接合裝置(晶粒接合裝置)

14:半導體晶粒

16:引線框架(被封裝構件)

18:熔融焊錫(焊錫)

20:焊錫球

22:板

24:焊錫球保持部

26:孔

28:升降機構

30:加熱器(第一加熱器)

32:頭部

34:控制部

36:焊錫球供給部

38:導軌

40:開口窗

42:擋板窗

44:供給口

46:門

80:密閉腔室

82:組成氣體

Claims

一種接合裝置，利用焊錫將半導體晶粒接合於被封裝構件，所述接合裝置的特徵在於包括：焊錫球保持部，使焊錫球的一部分自下表面露出，並且在底部形成有使經熔融的所述焊錫球通過的孔；升降機構，使所述焊錫球保持部升降而使所述焊錫球的一部分與所述被封裝構件接觸；以及加熱器，藉由對所述被封裝構件進行加熱的熱，來使所述焊錫球熔融於所述被封裝構件。
如請求項1所述的接合裝置，其中所述焊錫球保持部在底部包括於上表面被供給所述焊錫球的板，所述孔形成於所述板，所述孔呈喉道狀，形成於所述板的上表面的入口大於所述焊錫球的直徑，形成於所述板的下表面的出口為所述焊錫球的直徑以下。
如請求項1或請求項2所述的接合裝置，其中在所述焊錫球保持部，按照塗佈於所述被封裝構件的上表面的焊錫的圖案而形成有多個所述孔。
如請求項2所述的接合裝置，其中進而包括：壓力調整裝置，對所述焊錫球保持部的所述板的所述孔內所保持的所述焊錫球的上側的空氣壓力進行調整；且藉由利用所述壓力調整裝置調整所述空氣壓力，來調整所述焊錫球的下表面與所述被封裝構件的上表面相接的壓力。
如請求項1至請求項3中任一項所述的接合裝置，其中進而包括：振動產生裝置，對所述焊錫球保持部施加振動。
如請求項5所述的接合裝置，其中藉由調整所述振動產生裝置所施加的所述振動的量，來調整所述焊錫球在所述被封裝構件的上表面熔融的速度。
如請求項2所述的接合裝置，其中進而包括：第二加熱器，對所述焊錫球保持部的所述板進行加熱。
如請求項1所述的接合裝置，其中進而包括：密閉腔室，已被供給組成氣體；且所述被封裝構件被搬運至所述密閉腔室中，在所述密閉腔室中所述焊錫球在所述被封裝構件的上表面熔融。