小片接合设备制造技术

本发明专利技术的目的在于根据需要利用对硬焊填料金属的热熔来将半导体芯片接合在芯片基底上。小片接合设备具有用于固持芯片基底的基底座，用于将半导体芯片移送和压紧到芯片基底上的夹头，用于对夹在芯片基底与半导体芯片之间的硬焊填料金属进行热熔的加热器，用于检测硬焊填料金属热熔温度的温度传感器，以及在温度传感器所检测到的温度的基础上对加热器进行控制的控制装置。温度传感器设置在夹头内。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小片接合设备，其利用硬焊填料金属将半导体芯片接合在芯片基底之上。在半导体集成电路如IC和LSI的制造过程中，需要进行将半导体芯片接合到芯片基底上的小片接合工艺，并且为进行该小片接合，需要使用一种小片接合设备。现有的小片粘合设备具有例如图9中所示的结构。所示出的小片接合设备具有基底座4，用于固持芯片基底2。基底座4包括定位元件6，用于将芯片基底2定位于小片接合工作区当中；和支承元件8，用于在小片接合工作区中支承芯片基底2。定位元件6包括块形元件，定位凹腔10位于定位元件6中心。当进行小片接合时，芯片基底2定位于定位凹腔10之中，所述该支承元件8包括，例如，具有平的顶表面的加热炉，且芯片基底2被置于顶表面上，加热器12设置在支承元件8中。小片接合设备还具有一个夹头16，用于将半导体芯片14移送到固持在小片接合工作区当中的芯片基底2上。在夹头16中，形成有轴向延伸的通孔18。通孔18与一减压源(未示出)相连接。当来自减压源的压力减小动作作用于半导体芯片14上时，半导体芯片14被夹头16的顶部吸附并支承。在吸附和支承芯片14的同时，夹头16将半导体芯片转移至位于小片接合工作区之中的芯片基底2上。半导体芯片14通过硬焊填料金属20接合到芯片基底2上。硬焊填料金属20被置于芯片基底2和半导体芯片14之间，并且通过对硬焊填料金属20进行热熔，所述半导体芯片14被接合在芯片基底2上。硬焊填料金属20的热熔是由设置在支承元件8中的加热器12完成的。来自加热器12的导线22与交流电源26经开关24电连接。开关24的打开和关闭，即通与断受控制装置28控制。用于检测硬焊填料金属20的热熔温度的温度传感器30设置在支承元件8的预定位置。来自温度传感器30的检测信号被提供给控制装置28。在该小片接合设备中，芯片基底2需要被放置在基底座4上，在被以此方式固持的芯片基底2上根据需要由夹头16放置半导体芯片14。当执行接合操作时，夹头16起到压紧装置的作用，并将半导体芯片14压向芯片基底2。当芯片基底2在该状态下被加热器12所加热时，硬焊填料金属20由来自芯片基底2的热能所热熔，并设置硬焊填料金属，从而将半导体芯片14接合在芯片基底2上。根据来自温度传感器30的检测信号对硬焊填料金属20的温度进行控制。当温度传感器30所检测到的温度低于预定的下限温度时，控制装置28合上(接通)开关24，这样，加热器12被加热以提高硬焊填料金属20的温度。当由温度传感器30检测到的温度高于预定的上限温度时，控制装置28打开(断开)开关24，以便加热器12停止加热以降低硬焊填料金属20的温度。通过由控制装置28以此方式控制加热器12的通或断，硬焊填料金属20的温度被保持在不低于预定下限温度且不高于预定上限温度的预定的温度范围内，从而保证将半导体芯片14通过硬焊填料金属20接合到芯片基底2上。然而，在如图9所示现有技术小片接合设备中，下述有待解决的问题的产生是与温度传感器30被置于基底座4的支承元件8中的事实相关的。由于芯片基底2在每次小片接合时被置于支承元件8的顶表面上，所以当小片接合重复进行且接合的次数增多时，会产生所述顶表面变得粗糙或有灰尘粘附于顶表面上的问题。当顶表面变得粗糙或是有灰尘粘附在顶表面上时，支承元件8的顶表面与芯片基底2之间的接合被破坏，以致从加热器12至芯片基底2的热传导被破坏。由于这个原因，设置在支承元件8中的温度传感器30检测到的温度与硬焊填料金属20的实际热熔温度之间存在差异，以致于虽然硬焊填料金属20的实际热熔温度低于理想温度，但控制装置28却以为理想温度已经达到并根据这一确定来控制温度。因此，硬焊填充金属20没有被足够热熔化，以致不可能很可靠地将半导体芯片14接合在芯片基底2上。还有，在此小片接合设备中，由于芯片基底2的侧面被加热，所以芯片基底2的保持较高温度。相反，由于半导体芯片14被夹头16压住，所以半导体芯片14的热被夹头16所吸收，以致半导体芯片14的温度低于芯片基底2的温度。因此，在芯片基底2与支承元件8相接触的底表面和半导体芯片14与夹头16相接触的顶表面之间存在温度差。当该温度差很大时，在芯片基底2和半导体芯片14之间由于热胀系数的不同会产生热变形。所以很难牢固地接合基底2与芯片14。在未经审查的日本专利JP-A-4-25137(1992)中示出了另一种现有技术，在该现有技术中，当半导体芯片被小片接合在陶瓷封装体中时，半导体芯片被设置在真空夹头中的加热器逐渐加热，同时这一由真空夹头吸附并固定的半导体芯片被传送至封装体，并且半导体芯片被大致加热到封装体具有的温度。通过这样的操作，可以避免当半导体芯片与封装件接触时被突然加热，从而防止了半导体芯片由于被突然加热而受到损坏。未经审查的日本专利申请公报JP-A-6-45377(1994)示出了另一现有技术，在该现有技术中，为控制半导体芯片由于受热而引起的翘曲变形，在吸附半导体芯片的夹头体中设置了一热电偶和一加热电阻。并且根据由热电偶检测到的温度，由加热电阻加热的夹头体被控制以使其温度被保持在一预定的恒定温度上，从而在进行小片接合时可以控制芯片由于受热而发生的翘曲变形。未经审查的日本技术专利公报JP-U-63-20430(1988)中示出了又一个现有技术，在该现有技术中，一带外护皮的加热器和一温度传感器被嵌入到夹头当中，带护皮的加热器的温度是根据来自温度传感器的温度信息而被控制的，并且在半导体芯片被夹头真空吸附之后，半导体芯片在安装前被预热至适当温度。从而减少了安装时间并且减小了半导体芯片因温度剧烈变化而产生的应力。在JP-A-4-25137(1992)中示出的现有技术中，在吸附半导体芯片的夹头中设有加热器导线，并且夹头被逐渐加热，在JP-A-6-45377(1994)中示出的现有技术中，在夹头体中设置热电耦和加热电阻。在JP-U-63-20430(1988)中示出的现有技术中，在夹头中设置有带外护皮的加热器和温度传感器。在现有技术中，半导体芯片靠来自夹头的热被加热，且硬焊填料金属或焊料被热熔以进行小片接合。由于温度传感器被设置在夹头内以检测夹头的温度而不是夹头表面的温度，所以虽然半导体芯片被来自夹头的热量所加热，并且被该夹头端部的端表面吸附，但加热温度是根据上述温度中的夹头内部温度来进行控制的。因此，对焊料或硬焊填料金属的进行热熔化的夹头加热温度的调整不够准确，所以存在这样的情况，即焊料或硬焊填料金属不能被热熔到适当状态，其结果是，半导体芯片接合到芯片基底的可靠性降低。本专利技术的一个目的是提供一种小片接合设备，其能够根据需要通过对硬焊填料金属进行热熔来可靠地将半导体芯片接合在芯片基底之上。本专利技术的另一个目的是提供一种小片接合设备，其能够减小由于芯片基底和半导体芯片间的温差造成的热变形，从而可靠地将芯片基底与半导体芯片接合在一起。本专利技术提供的一种小片接合设备，包括基底座，用于固持芯片基底；压紧装置，用于将半导体芯片压在由基底座固持的基底上；加热装置，用于对置于芯片基底和半导体芯片之间的硬焊填料金属进行热熔；温度传感器，至少设置在压紧装置中，用于检测压紧装置的表面温度；以及控制装置，用于在温度传感器所检测到的温度的基础上控制加热装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小片接合设备，包括：基底座，用于固持芯片基底；压紧装置，用于将半导体芯片压紧在由基底座固持的芯片基底上；加热装置，用于对夹在芯片基底和半导体芯片之间的硬焊填料金属进行热熔；温度传感器，至少设置在压紧装置中，用于检测压紧装置的表面温度；以及控制装置，用于在温度传感器所检测到的温度的基础上，控制加热装置的加热操作。

【技术特征摘要】
JP 1998-5-12 129179/98;JP 1999-3-15 69137/991．一种小片接合设备，包括基底座，用于固持芯片基底；压紧装置，用于将半导体芯片压紧在由基底座固持的芯片基底上；加热装置，用于对夹在芯片基底和半导体芯片之间的硬焊填料金属进行热熔；温度传感器，至少设置在压紧装置中，用于检测压紧装置的表面温度；以及控制装置，用于在温度传感器所检测到的温度的基础上，控制加热装置的加热操作。2．如权利要求1所述的小片接合装备，其特征在于，加热装置包括至少设置在压紧装置之中的加热器。3．如权利要求2所述的小片接合装备，其特征在于，加热装置包括放置在压紧装置中的第一加热器和设置在基底座中的第二加热器；温度传感器包括设置在压紧装置中的第一温度传感器和设置在基底座中的第二温度传感器，以及控制装置，在由第一温度传感器检测到的温度的基础上控制第一加热器的操作，并在由第二温度传感器检测到的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎正夫，山藤辉光，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]