(57)【要約】【課題】ボイドを低減できるダイボンダを提供する。【解決手段】半田接合ダイボンダは、リードフレームを搬送するレール部と、リードフレーム上に半田を供給する半田供給部と、リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する半田攪拌棒５と、半田攪拌棒５を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と、半田攪拌棒５で攪拌された半田上に半導体チップを搭載するチップマウント部とを備えている。半田攪拌棒５の先端面である半田攪拌面には、断面形状が略矩形である凹部１１が形成されている。【選択図】図２Ｂ
2009283705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒を駆動する駆動部と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と
を備え、
上記攪拌棒の先端面である半田攪拌面には、断面形状が略矩形である凹部が形成されていることを特徴とするダイボンダ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイボンダにおいて、
上記搭載部を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる搭載部用振動部を備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のダイボンダにおいて、
上記駆動部は、上記攪拌棒を軸中心に回転させる回転駆動部であることを特徴とするダイボンダ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のダイボンダにおいて、
上記駆動部は、上記攪拌棒を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる攪拌棒用振動部であることを特徴とするダイボンダ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一つに記載のダイボンダにおいて、
上記半導体チップは、上記リードフレーム上の半田に接触する略矩形の接合面を有し、
上記凹部を上記攪拌棒の軸方向から見た形状は略円形であり、
上記凹部の直径は上記接合面の最長の一辺よりも長いことを特徴とするダイボンダ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一つに記載のダイボンダにおいて、
上記半導体チップは、上記リードフレーム上の半田に接触する略矩形の接合面を有し、
上記凹部を上記攪拌棒の軸方向から見た形状は、上記接合面よりも大きい略矩形であることを特徴とするダイボンダ。
【請求項７】
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と、
上記搭載部を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる搭載部用振動部と
を備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項８】
請求項３、６、７のうちのいずれか一つに記載のダイボンダにおいて、
上記攪拌棒用振動部または上記搭載部用振動部は超音波振動子であることを特徴とするダイボンダ。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載のダイボンダにおいて、
上記リードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧する減圧部を備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項１０】
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と、
上記リードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧する減圧部と
を備えたことを特徴とするダイボンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームに半導体チップをマウントするダイボンダに関し、特に、リードフレームに半田を介して半導体チップを接合する半田接合ダイボンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
リードフレームを用いた半導体デバイスは、一般的に、リードフレームのランド部に半導体チップをマウントし、半導体チップ上の電極とリードを電気的に接続し、半導体チップを含む主要部分を樹脂でモールドし、樹脂パッケージから露呈したリードフレームの連結部分を切断除去し、個々に分離されて製造される。ここで、大電力用の半導体装置では、内部抵抗を小さくし、半導体チップで発生した熱をランド部に伝達し、さらに外部へ効率よく放出するために、半導体チップをリードフレームに接合する接合材として半田を用いている。
【０００３】
リードフレームに半田を介して半導体チップを接合する半田接合ダイボンダとしては、図８に示すようなものがある（例えば特開２０００−２１６１７４号公報（特許文献１）参照）。
【０００４】
図８において、１０１はリードフレームである。このリードフレーム１０１は、ランド部と数本のリード部とが基本部となり、この基本部を複数個が連結一体化されたものである。また、上記リードフレーム１０１は、図示しないリードフレーム１０１供給部から加熱トンネル１０２内に搬送される。
【０００５】
上記加熱トンネル１０２は、図示しない搬送部を備えており、搬送部によってリードフレーム１０１を図中左側から図中右側へステップ搬送する。また、上記加熱トンネル１０２内には、窒素または窒素と水素との混合ガス等の非酸化性ガスが充填されている。このような加熱トンネル１０２内において、リードフレーム１０１のマウント対象領域（ランド部の表面の領域）は加熱され、半田供給部１０３の下に一時停止する。
【０００６】
上記半田供給部１０３は、リボン状半田を繰り出し供給でき、上下方向に移動することができるようになっている。この半田供給部１０３は、マウント対象領域に向かってリボン状半田を繰り出し、下降することによって、融点以上に加熱された半田１０４をマウント対象領域に接触させる。これにより、上記半田１０４がマウント対象領域に塗布される。上記半田１０４の塗布が終了すると、リードフレーム１０１は加熱トンネル１０２の搬送部によって再びステップ搬送され、マウント対象領域が半田攪拌棒１０５の下で一時停止する。
【０００７】
上記半田攪拌棒１０５は、上下方向に移動することができ、自身の軸を中心に回転することができるようになっている。この半田攪拌棒１０５は、マウント対象領域に塗布された半田に対して下降・接触し、その半田を回転により攪拌する。このような攪拌動作により、塗布された半田の表面に形成される酸化膜の影響による接合不良等を防止する。そして、上記攪拌動作が終了すると、リードフレーム１０１は加熱トンネル１０２の搬送部によって再びステップ搬送され、マウント対象領域がチップマウント部１０６の下で一時停止する。
【０００８】
上記チップマウント部１０６は、チップ吸着コレットと、上下方向、搬送方向およびこれらの方向に垂直な方向に移動するための移動部とを備えている。このチップマウント部１０６は、加熱トンネル１０２の外部に置かれた半導体チップ１０７を吸着し、加熱トンネル１０２に設けられた開口部からリードフレーム１０１上のマウント対象領域にチップ７を搬送し、既に攪拌された半田上に半導体チップ１０７を搭載する。この半導体チップ１０７の搭載が終了すると、リードフレーム１０１は加熱トンネル１０２の搬送部によって再びステップ搬送され、加熱トンネル１０２内で徐々に冷却され、半田が凝固することで接合が完了する。
【０００９】
上述のようなダイボンダにおいては、半導体チップがマウントされた後の半田層の中に、大きな気泡（以下、「ボイド」と言う。）が発生するという問題があった。このようなボイドの発生は、半導体チップと半田との接合面積が低下するので、半導体チップと半田との接合強度の低下につながる。
【００１０】
また、上記半導体チップが最終製品に含まれて実際の電気回路で使用されると、半導体チップの発熱により、半田層の中のボイドが膨張して、チップ剥離等のデバイス故障にもつながる。
【００１１】
上記ボイドの発生の主な原因としては、以下のように考えられる。
【００１２】
リードフレームに塗布された半田は、加熱トンネル内の残留酸素によって酸化されるため、半田の表面に酸化層が形成されてしまう。そうすると、上記酸化層の影響により、半田の濡れ性が悪化し、その結果、半田において半導体チップとの接合部分に合金層が形成されにくく、その接合部分にボイドが発生してしまう。
【００１３】
上記酸化層の影響を回避するために、例えば、攪拌棒を軸周りに回転させて、半田を十分に攪拌することで、半田の表面に生じる酸化層の除去を行うと、半田の飛び散りや、半田の広がり状態や厚みがばらつきやすいという新たな問題が生じてしまう。
【００１４】
また、上記半田の広がり状態や厚みがばらつくと、半田とチップとの間にボイドが残留するという問題も生じてしまう。
【００１５】
このような問題を解決するため、特開２００１−１７６８９３号公報（特許文献２）では、水平方向に対して傾斜する半田溶融アームを設け、半田供給ノズルから送り出された半田を半田溶融アームで一旦溶融し、この溶融した半田を半田溶融アームの先端からリードフレームのマウント対象領域に滑り落とすことにより、回転攪拌を用いず半田を攪拌塗布している。
【００１６】
しかしながら、上記特許文献２の方法では、攪拌棒による半田を薄く広げる工程がないため、半田の広がり状態や厚みばらつき、特許文献１と同様に、ボイドの残留の問題が生じる。
【特許文献１】特開２０００−２１６１７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１７６８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、本発明の課題は、ボイドを低減できるダイボンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明のダイボンダは、
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒を駆動する駆動部と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と
を備え、
上記攪拌棒の先端面である半田攪拌面には、断面形状が略矩形である凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成のダイボンダによれば、上記半田攪拌面を半田に接触させた状態で、攪拌棒を駆動部で駆動して、半田を攪拌すると、攪拌棒の先端面である半田攪拌面には、断面形状が略矩形である凹部が形成されているので、半田が凹部の形状にならって、半田の膜厚を略均一にすることができる。
【００２０】
したがって、上記半田上に半導体チップを搭載した際、半田と半導体チップとの間に挟み込まれる空気を少なくすることができる。すなわち、上記半田の半導体チップ側の表面にできるボイドを低減することができる。
【００２１】
また、上記攪拌棒による攪拌後の半田上に半導体チップを搭載することにより、半導体チップの傾きを防ぐことができる。
【００２２】
一実施形態のダイボンダは、
上記搭載部を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる搭載部用振動部を備えている。
【００２３】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記搭載部用振動部が搭載部をリードフレームの表面と平行な方向に振動させるので、半田内のボイドを低減することができる。
【００２４】
一実施形態のダイボンダは、
上記駆動部は、上記攪拌棒を軸中心に回転させる回転駆動部である。
【００２５】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記回転駆動部によって攪拌棒を軸中心に回転させることにより、半田を短時間で攪拌することができる。
【００２６】
一実施形態のダイボンダでは、
上記駆動部は、上記攪拌棒を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる攪拌棒用振動部である。
【００２７】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記攪拌棒用振動部によって攪拌棒をリードフレームの表面と平行な方向に振動させることにより、半田を短時間で攪拌することができる。
【００２８】
一実施形態のダイボンダでは、
上記半導体チップは、上記リードフレーム上の半田に接触する略矩形の接合面を有し、
上記凹部を上記攪拌棒の軸方向から見た形状は略円形であり、
上記凹部の直径は上記接合面の最長の一辺よりも長い。
【００２９】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記凹部の直径が半導体チップの略矩形の接合面の最長の一辺よりも長いので、その接合面の面積に比べ、攪拌後の半田の半導体チップ側の表面積を大きくすることができる。
【００３０】
したがって、上記接合面の略全部に半田を接触させることができるので、リードフレームに半田を介して半導体チップを強固に固定することができる。
【００３１】
一実施形態のダイボンダでは、
上記半導体チップは、上記リードフレーム上の半田に接触する略矩形の接合面を有し、
上記凹部を上記攪拌棒の軸方向から見た形状は、上記接合面よりも大きい略矩形である。
【００３２】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記凹部を上記攪拌棒の軸方向から見た形状は、半導体チップの略矩形の接合面よりも大きい略矩形であるので、その接合面の面積に比べ、攪拌後の半田の半導体チップ側の表面積を大きくすることができる。
【００３３】
したがって、上記接合面の略全部に半田を接触させることができるので、リードフレームに半田を介して半導体チップを強固に固定することができる。
【００３４】
本発明のダイボンダは、
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と、
上記搭載部を上記リードフレームの表面と平行な方向に振動させる搭載部用振動部と
を備えたことを特徴としている。
【００３５】
上記構成のダイボンダによれば、上記搭載部に保持された半導体チップを半田に接触させた状態で、搭載部用振動部によって搭載部をリードフレームの表面と平行な方向に振動させる。これにより、上記半導体チップを搭載する際に半田と半導体チップとの間に挟み込まれる空気を少なくすることができる。また、それにより、上記搭載部と共に半導体チップも振動するので、半導体チップの振動が半田に伝わる。
【００３６】
その結果、上記半田内のボイドを半田外に排出することができるので、半田内のボイドを低減することができる。
【００３７】
一実施形態のダイボンダでは、
上記攪拌棒用振動部または上記搭載部用振動部は超音波振動子である。
【００３８】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記攪拌棒用振動部または搭載部用振動部は超音波振動子であるので、ボイドを効果的かつ迅速に低減することができる。
【００３９】
一実施形態のダイボンダは、
上記リードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧する減圧部を備えている。
【００４０】
上記実施形態のダイボンダによれば、上記減圧部によってリードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧した状態で、その半田の上に半導体チップを搭載することにより、半導体チップの接合面と半田との間にボイドが生じるのを防ぐことができる。
【００４１】
本発明のダイボンダは、
リードフレームに半導体チップを半田で接合するダイボンダであって、
上記リードフレームを搬送する搬送部と、
上記リードフレーム上に半田を供給する供給部と、
上記リードフレーム上で溶融した半田を攪拌する攪拌棒と、
上記攪拌棒で攪拌された半田上に上記半導体チップを搭載する搭載部と、
上記リードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧する減圧部と
を備えたことを特徴としている。
【００４２】
上記構成のダイボンダによれば、上記減圧部がリードフレーム上の半田の周囲の雰囲気を減圧している状態で、半田上に半導体チップを搭載すると、半田と半導体チップとの間に挟み込まれる空気を少なくすることができる。すなわち、上記半田の半導体チップ側の表面にできるボイドを低減することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のダイボンダによれば、攪拌棒の先端面である半田攪拌面には、断面形状が略矩形である凹部が形成されているので、半田がその凹部の形状にならって、半田の膜厚を略均一にすることができる。
【００４４】
したがって、上記半田上に半導体チップを搭載した際、半田と半導体チップとの間に挟み込まれる空気を少なくすることができる。すなわち、上記半田の半導体チップ側の表面にできるボイドを低減することができる。
【００４５】
また、上記攪拌棒による攪拌後の半田上に半導体チップを搭載することにより、半導体チップの傾きを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明のダイボンダを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の半田接合ダイボンダの構成を示す模式図である。なお、図１では、構成を分かり易くするため、加熱トンネル２の上壁および側壁を透明に示している。
【００４８】
上記半田接合ダイボンダは、リードフレーム１を搬送するレール部１０と、リードフレーム１上に半田４を供給する半田供給部３と、リードフレーム１上で溶融した半田１４を攪拌する半田攪拌棒５と、半田攪拌棒５をリードフレーム１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８と、半田攪拌棒５で攪拌された半田２４上に半導体チップ７を搭載するチップマウント部６とを備えている。なお、上記レール部１０は搬送部の一例、半田供給部３は供給部の一例、半田攪拌棒５は攪拌棒の一例、超音波振動子８は攪拌棒用振動部の一例、チップマウント部６は搭載部の一例である。
【００４９】
ここで、上記リードフレーム１と平行な方向とは、リードフレーム１の上側の表面と平行な方向を意味し、図１中のＸＹ平面と平行な方向のことである。
【００５０】
上記リードフレーム１は、ランド部と数本のリード部とが基本部となり、この基本部を複数個が連結一体化されたものである。このリードフレーム１は、ダイボンダ上のリードフレーム供給部（図示せず）から加熱トンネル２内に搬送される。
【００５１】
上記加熱トンネル２はレール部１０を有し、このレール部１０がリードフレーム１をＸ方向にステップ搬送する。この加熱トンネル２内には、窒素または窒素と水素の混合ガス等の非酸化性ガスが充填されている。そして、上記レール部１０は加熱装置（図示せず）を内蔵しており、この加熱装置でリードフレーム１のランド部を加熱する。また、上記ランド部は、レール部１０で半田供給部３の下方に搬送されて一時停止する。
【００５２】
上記半田供給部３は、リボン状半田の繰り出し供給を行う供給機構と、上下方向に移動するための移動機構とを有している。この供給部供給部３は、リボン状半田を繰り出し、そのリボン状半田を溶融する。この溶融状態の半田４は、半田供給部３が−Ｚ軸方向に移動つまり下降することにより、リードフレーム１のランド部に接触して塗布される。この半田４の塗布が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、ランド部が半田攪拌棒５の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【００５３】
上記半田攪拌棒５は、上下方向（Ｚ軸方向）および水平方向（ＸＹ軸方向）に移動するための移動機構を有している。
【００５４】
上記超音波振動子８は、半田攪拌棒５に取り付けられており、半田攪拌棒５と共に上下方向および水平方向に移動する。
【００５５】
図２Ａは、上記半田攪拌棒５を下方から見た模式図である。また、図２Ｂは、上記半田攪拌棒５を側方から見た模式図である。
【００５６】
上記リードフレーム１のランド部に接合する半導体チップ７の接合面の形状は２ｍｍ×２ｍｍの正方形となっているが、半田攪拌棒５の先端面である半田攪拌面の形状は、図２Ａに示すように、その接合面より少し大きい２．５ｍｍ×２．５ｍｍの正方形となっている。
【００５７】
上記半田攪拌面には、図２Ａ，図２Ｂに示すように、断面形状が略矩形である凹部１１が形成されている。この凹部１１の下面視の形状は２．２ｍｍ×２．２ｍｍの正方形となっている。また、上記凹部１１の一部である段差面のＺ軸方向の長さは５０μｍに設定されている。つまり、上記凹部１１は深さが５０μｍとなるように形成されている。
【００５８】
上記ランド部が半田攪拌棒５の下に搬送されると、図１に示すように、半田攪拌棒５は下降し、ランド部上の半田１４に接触する。そして、上記超音波振動子８を動作させることにより、半田攪拌棒５を振動させ、半田１４を攪拌する。このとき、上記超音波振動子８による半田攪拌棒５の振動方向は、図２Ａに示すように、Ｙ軸およびＸ軸に対して４５°をなす方向に設定されている。
【００５９】
このような攪拌動作により、半田１４の表面に形成される酸化膜は攪拌される。これと共に、上記ランド部上に塗布された半田１４が、凹部１１の形状と略同じ形状に成型される。このとき、上記半田供給部３で塗布された半田１４の量は、凹部１１内に入る量よりも多くなるように設定されているので、半田１４の余剰分は半田攪拌面外に押し出される。上記半田１４の攪拌が終了すると、レール部１０がリードフレーム１を再びステップ搬送し、ランド部がチップマウント部６の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【００６０】
上記チップマウント部６は、チップ吸着コレットと、上下方向（Ｚ方向）および水平方向（ＸＹ方向）に移動するための移動機構とを有している。このチップマウント部６は、加熱トンネル２の外部に置かれた半導体チップ７を吸着し、加熱トンネル２に設けられた開口部からリードフレーム１のランド部上にチップ７を搬送し、攪拌および成型された半田２４上に半導体チップ７を搭載する。上記半導体チップ７の搭載が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、加熱トンネル２内で徐々に冷却され、半田２４が凝固することで接合が完了する。
【００６１】
このようにしてダイボンドした半導体チップ７を含む半導体デバイスでは、不良率を３％程度まで下げることができた。
【００６２】
上記半田攪拌棒５の代わりに、半田攪拌面が平坦である従来の半田攪拌棒を用いた場合、半導体デバイスでは、不良率が５％程度にしかできない。
【００６３】
ここで、上記不良率は、下記式のボイド率が所定の一定基準を越えたもの不良として求めたものである。なお、下記式の面積はＸ線観察によって得た。
ボイド率＝（ボイドの総面積／半導体チップの接合面の面積）×１００（％）
【００６４】
また、上記半田攪拌棒５で半田１４を攪拌しても、半田１４の飛び散りは生じなかった。
【００６５】
また、上記半田攪拌棒５で半田１４を攪拌することよって、半田２４の厚みのバラツキを防ぐことができる。
【００６６】
したがって、上記半田２４上に搭載する半導体チップ７の傾きが発生するのも防ぐことができる。
【００６７】
上記第１実施形態では、接合面の形状が正方形である半導体チップ７を用いたが、接合面の形状が長方形である半導体チップを用いてもよい。この場合、半田攪拌棒の半田攪拌面の凹部の下面視の形状を、上記長方形の形状と相似な形状であって上記長方形を拡大した形状することによって、半導体チップの接合面より広い範囲で半田１４を攪拌して、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
上記第１実施形態では、半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを５０μｍにしていたが、半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを２０〜１００μｍの範囲内の長さにしてもよい。上記半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを２０〜１００μｍの範囲内の長さにしても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６９】
上記第１実施形態では、超音波振動子８による半田攪拌棒５の振動方向をＹ軸およびＸ軸に対して４５°をなす方向に設定していたが、リードフレーム１と平行な方向であればどのような方向に設定してもよい。例えば、上記超音波振動子８による半田攪拌棒５の振動方向を、Ｘ軸方向に設定してもよいし、Ｙ軸方向に設定してもよいし、ＸＹ平面に平行でＸ軸に任意の角度をなす方向に設定してもよい。このような振動方向の設定であっても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００７０】
上記第１実施形態では、半田攪拌棒５を超音波振動子８で振動させて半田１４の攪拌を行っていたが、半田攪拌棒５を移動機構で水平方向に移動させて半田１４の攪拌を行ってもよい。このように、上記半田攪拌棒５を移動機構で水平方向に移動させて半田１４を攪拌しても、超音波振動子８と同じように半田１４を攪拌できるが、チップマウント部６を移動機構による半田１４の攪拌は、超音波振動子８による半田１４の攪拌よりも、攪拌に要する時間が長くなる。このため、上記超音波振動子８は半田１４を短時間で攪拌できるので好ましい。
【００７１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の半田接合ダイボンダの構成を示す模式図である。なお、図３では、構成を分かり易くするため、加熱トンネル２の上壁および側壁を透明に示している。また、上記リードフレーム１および半田４は上記第１実施形態と同一である。
【００７２】
上記半田接合ダイボンダは、リードフレーム１を搬送するレール部１０と、リードフレーム１上に半田４を供給する半田供給部３と、リードフレーム１上で溶融した半田１４を攪拌する半田攪拌棒２０５と、半田攪拌棒２０５を軸中心に回転させる回転装置１２と、半田攪拌棒２０５で攪拌された半田２４上に半導体チップ７を搭載するチップマウント部６とを備えている。なお、上記レール部１０は搬送部の一例、半田供給部３は供給部の一例、半田攪拌棒２０５は攪拌棒の一例、回転装置１２は回転駆動部の一例、チップマウント部６は搭載部の一例である。
【００７３】
ここで、上記リードフレーム１と平行な方向とは、リードフレーム１の上側の表面と平行な方向を意味し、図１中のＸＹ平面と平行な方向のことである。
【００７４】
上記リードフレーム１は、上記第１実施形態と同様に、ダイボンダ上のリードフレーム供給部（図示せず）から加熱トンネル２内に搬送される。
【００７５】
上記加熱トンネル２はレール部１０を有し、このレール部１０がリードフレーム１をＸ方向にステップ搬送する。この加熱トンネル２内には、窒素または窒素と水素の混合ガス等の非酸化性ガスが充填されている。そして、上記レール部１０は加熱装置（図示せず）を内蔵しており、この加熱装置でリードフレーム１のランド部を加熱する。また、上記ランド部は、レール部１０で半田供給部３の下方に搬送されて一時停止する。
【００７６】
上記半田供給部３は、リボン状半田の繰り出し供給を行う供給機構と、上下方向に移動するための移動機構とを有している。この供給部供給部３は、リボン状半田を繰り出し、そのリボン状半田を溶融する。この溶融状態の半田４は、半田供給部３が−Ｚ方向に移動つまり下降することにより、リードフレーム１のランド部に接触して塗布される。この半田４の塗布が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、ランド部が半田攪拌棒２０５の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【００７７】
上記半田攪拌棒２０５は、上下方向（Ｚ方向）および水平方向（ＸＹ方向）に移動するための移動機構を有している。また、上記半田攪拌棒２０５は自身の軸を中心に回転可能となっている。
【００７８】
図４Ａは、上記半田攪拌棒２０５を下方から見た模式図である。また、図４Ｂは、上記半田攪拌棒５を側方から見た模式図である。
【００７９】
上記リードフレーム１のランド部に接合する半導体チップ７の接合面の形状は２ｍｍ×２ｍｍの正方形となっているが、半田攪拌棒２０５の先端面である半田攪拌面の形状は、図４Ａに示すように、直径３．５ｍｍの円となっている。この円の直径は半導体チップ７の接合面の対角線より長くなっている。
【００８０】
上記半田攪拌面には、図４Ａ，図４Ｂに示すように、断面形状が略矩形である凹部２１１が形成されている。この凹部２１１の下面視の形状は直径３．０ｍｍの円となっている。この円の直径は半導体チップ７の接合面の対角線より長くなっている。また、上記凹部２１１の一部である段差面のＺ方向の長さは５０μｍに設定されている。つまり、上記凹部２１１は深さが５０μｍとなるように形成されている。
【００８１】
上記ランド部が半田攪拌棒２０５の下に搬送されると、図３に示すように、半田攪拌棒２０５は下降し、ランド部上の半田１４に接触する。そして、上記回転装置２０５が半田攪拌棒２０５を軸中心に回転させることにより、半田１４を攪拌する。
【００８２】
このような攪拌動作により、半田１４の表面に形成される酸化膜は攪拌される。これと共に、上記ランド部上に塗布された半田１４が、凹部２１１の形状と略同じ形状に成型される。このとき、上記半田供給部３で塗布された半田１４の量は、凹部２１１内に入る量よりも多くなるように設定されているので、半田１４の余剰分は半田攪拌面外に押し出される。上記半田１４の攪拌が終了すると、レール部１０がリードフレーム１を再びステップ搬送し、ランド部がチップマウント部６の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【００８３】
上記チップマウント部６は、チップ吸着コレットと、上下方向（Ｚ方向）および水平方向（ＸＹ方向）に移動するための移動機構とを有している。また、上記チップマウント部６には超音波振動子８が取り付けられている。このチップマウント部６は、加熱トンネル２の外部に置かれた半導体チップ７を吸着し、加熱トンネル２に設けられた開口部からリードフレーム１のランド部上にチップ７を搬送し、攪拌および成型された半田２２４上に半導体チップ７を搭載する。このとき、上記超音波振動子８の動作により再び半田が攪拌されながら半導体チップ７はマウントされる。なお、上記超音波振動子８は搭載部用振動部の一例である。
【００８４】
図５Ａは、上記半導体チップ７を吸着したチップマウント部６を下方から見た模式図である。また、図５Ｂは、上記半導体チップ７を吸着したチップマウント部６を側方から見た模式図である。
【００８５】
上記超音波振動子８によるチップマウント部６の振動方向は、図５Ａに示すように、Ｙ軸およびＸ軸に対して４５°をなす方向に設定されている。なお、図５Ａの１３は凹部である。
【００８６】
上記半導体チップ７の搭載が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、加熱トンネル２内で徐々に冷却され、半田２４が凝固することで接合が完了する。
【００８７】
このようにしてダイボンドした半導体チップ７を含む半導体デバイスでは、不良率を２％程度まで下げることができた。
【００８８】
上記半田攪拌棒５の代わりに、半田攪拌面が平坦である従来の半田攪拌棒を用い、かつ、超音波振動子８が取り付けられていないチップマウント部を用いた場合、半導体デバイスでは、不良率が５％程度にしかできない。
【００８９】
ここで、上記不良率は、上記第１実施形態と同様に求めたものである。
【００９０】
また、上記半田攪拌棒２０５で半田１４を攪拌しても、半田１４の飛び散りは生じなかった。
【００９１】
また、上記半田攪拌棒２０５で半田１４を攪拌することよって、半田２２４の厚みのバラツキを防ぐことができる。
【００９２】
したがって、上記半田２２４上に搭載する半導体チップ７の傾きが発生するのも防ぐことができる。
【００９３】
上記第２実施形態では、接合面の形状が正方形である半導体チップ７を用いたが、接合面の形状が長方形である半導体チップを用いてもよい。この場合、半田攪拌棒の半田攪拌面の凹部の下面視の形状を円とし、この円の直径を上記長方形の対角線より長くする。これにより、上記半導体チップの接合面より広い範囲で半田１４を攪拌して、上記第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００９４】
上記第２実施形態では、半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを５０μｍにしていたが、半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを２０〜１００μｍの範囲内の長さにしてもよい。上記半田攪拌面に形成する段差面のＺ方向の長さを２０〜１００μｍの範囲内の長さにしても、上記第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００９５】
上記第２実施形態では、超音波振動子８によるチップマウント部６の振動方向をＹ軸およびＸ軸に対して４５°をなす方向に設定していたが、リードフレーム１と平行な方向であればどのような方向に設定してもよい。例えば、上記超音波振動子８によるチップマウント部６の振動方向を、Ｘ軸方向に設定してもよいし、Ｙ軸方向に設定してもよいし、ＸＹ平面に平行でＸ軸に任意の角度をなす方向に設定してもよい。このような振動方向の設定であっても、上記第２実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００９６】
上記第２実施形態では、チップマウント部６を超音波振動子８で振動させて半田２２４の攪拌を行っていたが、チップマウント部６を移動機構で水平方向に移動させて半田２２４の攪拌を行ってもよい。このように、上記チップマウント部６を移動機構で水平方向に移動させて半田２２４を攪拌しても、超音波振動子８と同じように半田２２４を攪拌できるが、チップマウント部６を移動機構による半田２２４の攪拌は、超音波振動子８による半田２２４の攪拌よりも、攪拌に要する時間が長くなる。このため、上記超音波振動子８は半田２２４を短時間で攪拌できるので好ましい。
【００９７】
上記第２実施形態において、半田攪拌棒２０５の代わりに、先端面の半田攪拌面が平坦になっている半田攪拌棒を用いてもよい。この半田攪拌棒を用いる場合、半田接合ダイボンダは、半田攪拌棒を軸中心に回転させる回転装置を備えてもよいし、あるいは、半田攪拌棒をリードフレーム１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備えてもよい。
【００９８】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の半田接合ダイボンダの構成を示す模式図である。なお、図６では、構成を分かり易くするため、加熱トンネル２の上壁および側壁を透明に示している。また、上記リードフレーム１および半田４は上記第１実施形態と同一である。
【００９９】
上記半田接合ダイボンダは、リードフレーム１を搬送するレール部１０と、リードフレーム１上に半田４を供給する半田供給部３と、リードフレーム１上で溶融した半田１４を攪拌する半田攪拌棒５と、半田攪拌棒５をリードフレーム１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８と、リードフレーム１上で溶融した半田１４の周囲の雰囲気を減圧する減圧装置９（図７参照）と、半田攪拌棒５で攪拌された半田２４上に半導体チップ７を搭載するチップマウント部６とを備えている。なお、上記レール部１０は搬送部の一例、半田供給部３は供給部の一例、半田攪拌棒５は攪拌棒の一例、超音波振動子８は攪拌棒用振動部の一例、減圧装置９は減圧部の一例、チップマウント部６は搭載部の一例である。
【０１００】
ここで、上記リードフレーム１と平行な方向とは、リードフレーム１の上側の表面と平行な方向を意味し、図１中のＸＹ平面と平行な方向のことである。
【０１０１】
上記リードフレーム１は、ダイボンダ上のリードフレーム供給部（図示せず）から加熱トンネル２内に搬送される。
【０１０２】
上記加熱トンネル２はレール部１０を有し、このレール部１０がリードフレーム１をＸ方向にステップ搬送する。この加熱トンネル２内には、窒素または窒素と水素の混合ガス等の非酸化性ガスが充填されている。そして、上記レール部１０は加熱装置（図示せず）を内蔵しており、この加熱装置でリードフレーム１のランド部を加熱する。また、上記ランド部は、レール部１０で半田供給部３の下方に搬送されて一時停止する。
【０１０３】
上記半田供給部３は、リボン状半田の繰り出し供給を行う供給機構と、上下方向に移動するための移動機構とを有している。この供給部供給部３は、リボン状半田を繰り出し、そのリボン状半田を溶融する。この溶融状態の半田４は、半田供給部３が−Ｚ軸方向に移動つまり下降することにより、リードフレーム１のランド部に接触して塗布される。この半田４の塗布が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、ランド部が半田攪拌棒５の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【０１０４】
上記半田攪拌棒５は、上下方向（Ｚ軸方向）および水平方向（ＸＹ軸方向）に移動するための移動機構を有している。
【０１０５】
上記超音波振動子８は、半田攪拌棒５に取り付けられており、半田攪拌棒５と共に上下方向および水平方向に移動する。
【０１０６】
上記半田攪拌棒５は、上記第１実施形態の半田攪拌棒５と同じ形状と、上記第１実施形態の半田攪拌棒５と同様の移動機構とを有し、上記第１実施形態の半田攪拌棒５と同様の動作により半田攪拌を行う。
【０１０７】
上記半田攪拌棒５による半田攪拌が終了すると、レール部１０がリードフレーム１を再びステップ搬送し、ランド部が筒形状の減圧部９の下に位置すると、リードフレーム１は一時停止する。
【０１０８】
図７は上記減圧部９の模式断面図である。
【０１０９】
上記減圧部９内にはチップマウント部６が配置されている。このチップマウント部６は、チップ吸着コレットと、上下方向（Ｚ方向）および水平方向（ＸＹ方向）に移動するための移動機構とを有して、減圧部９とは独立に上下方向および水平方向に移動できる。また、上記減圧部９も、チップマウント部６とは独立に上下方向および水平方向に移動できる。
【０１１０】
上記チップマウント部６は、加熱トンネル２の外部に置かれた半導体チップ７を吸着し、加熱トンネル２に設けられた開口部からリードフレーム１のランド部上にチップ７を搬送し、攪拌および成型された半田２４上に半導体チップ７を搭載する。
【０１１１】
上記チップマウント部６が半導体チップ７を吸着する際には、その半導体チップ７近傍に置かれた他の半導体チップとの干渉を避けるために、減圧容器９はチップ吸着コレットの吸着面より上に退避する。
【０１１２】
そして、上記リードフレーム１のランド部上に半導体チップ７をマウントする際、減圧容器９が下降動作し、底面がリードフレーム１に接触する。その後、上記減圧容器９内の空気を、真空ポンプ等からなる減圧装置（図示せず）により排気して、減圧容器９内の気圧を一定の圧力以下とする。そして、上記半導体チップ７を吸着したチップマウント部６が減圧容器９とは独立に下降し、攪拌および成型された半田２４上に半導体チップ７を搭載する。その後、チップマウント部６の真空吸着を中止、窒素導入により半導体チップ７を解放し、減圧容器９内に窒素を導入し、チップマウント部６および減圧容器９を共に上昇させて、リードフレーム１のランド部への半導体チップ７の搭載が終了する。
【０１１３】
上記半導体チップ７の搭載が終了すると、リードフレーム１はレール部１０によって再びステップ搬送され、加熱トンネル２内で徐々に冷却され、半田２４が凝固することで接合が完了する。
【０１１４】
このようにしてダイボンドした半導体チップ７を含む半導体デバイスでは、不良率を２％程度まで下げることができた。
【０１１５】
上記半田攪拌棒５の代わりに、半田攪拌面が平坦である従来の半田攪拌棒を用い、かつ、減圧部９を用いない場合、半導体デバイスでは、不良率が５％程度にしかできない。
【０１１６】
ここで、上記不良率は、上記第１実施形態と同様に求めたものである。
【０１１７】
また、上記半田攪拌棒２０５で半田１４を攪拌しても、半田１４の飛び散りは生じなかった。
【０１１８】
また、上記半田攪拌棒５で半田１４を攪拌することよって、半田２４の厚みのバラツキを防ぐことができる。
【０１１９】
したがって、上記半田２４上に搭載する半導体チップ７の傾きが発生するのも防ぐことができる。
【０１２０】
上記第３実施形態においても、上記第１，第２実施形態に記載した変形は行える。つまり、上記第１〜第３実施形態を適宜組み合わせたものを本発明の一実施形態としてもよい。例えば、上記第１実施形態のチップマウント部６に第２実施形態の超音波振動子８を取り付けてもよい。
【０１２１】
上記第３実施形態において、半田攪拌棒５の代わりに、先端面の半田攪拌面が平坦になっている半田攪拌棒を用いてもよい。この半田攪拌棒を用いる場合、半田接合ダイボンダは、半田攪拌棒を軸中心に回転させる回転装置を備えてもよいし、あるいは、半田攪拌棒をリードフレーム１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備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の半田接合ダイボンダの模式構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは上記第１実施形態の半田接合ダイボンダの半田攪拌棒の模式下面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは上記第１実施形態の半田接合ダイボンダの半田攪拌棒の模式側面図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態の半田接合ダイボンダの模式構成図である。
【図４Ａ】図４Ａは上記第２実施形態の半田接合ダイボンダの半田攪拌棒の模式下面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは上記第２実施形態の半田接合ダイボンダの半田攪拌棒の模式側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは上記第２実施形態の半田接合ダイボンダのチップマウント部の模式下面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは上記第２実施形態の半田接合ダイボンダのチップマウント部の模式側面図である。
【図６】図６は本発明の第３実施形態の半田接合ダイボンダの模式構成図である。
【図７】図７は上記第３実施形態の半田接合ダイボンダの減圧部の模式断面図である。
【図８】図８は従来の半田接合ダイボンダの模式構成図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１…リードフレーム
２…加熱トンネル
３…半田供給部
４，１４，２４，２２４…半田
５，２０５…半田攪拌棒
６…チップマウント部
７…半導体チップ
８…超音波振動子
９…減圧装置
１０…レール部
１１，２１１…凹部
１２…回転装置
【図２Ａ】
2009283705.tif 000003
【図２Ｂ】
2009283705.tif 000004
【図４Ａ】
2009283705.tif 000005
【図４Ｂ】
2009283705.tif 000006
【図５Ａ】
2009283705.tif 000007
【図５Ｂ】
2009283705.tif 000008
【図７】
2009283705.tif 000009
【図１】
2009283705.tif 000010
【図３】
2009283705.tif 000011
【図６】
2009283705.tif 000012
【図８】
2009283705.tif 000013