專利名稱：可控氣氛的接合裝置、接合方法及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在電子裝置的制造特別是安裝中必須用到的接合裝 置。更詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種在用于將半導(dǎo)體芯片等電子元件上的端子和外 部引出用的端子電連接的引線接合、倒裝片接合等接合和將半導(dǎo)體元件、 電容器等電子元件往印刷布線板和封裝基板等安裝基板上安裝之際壓接 金屬端子、電接合等中采用的接合裝置及接合方法。這種接合方法包括向FPC(Flexible Printed Circuit)的安裝、還有TAB (Tape Automated Bonding)、引線接合、倒裝片等的無(wú)引線接合等。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著便攜電話和便攜信息終端、數(shù)字視頻終端等電子裝置的 小型化、高功能性、高性能化所取得的進(jìn)展，搭載有半導(dǎo)體封裝和電子元 件等的印刷布線板也被強(qiáng)烈要求高功能化、小型化、輕量化。對(duì)于印刷基 板的設(shè)計(jì)要求也從現(xiàn)有的50~100pm的設(shè)計(jì)規(guī)格將來(lái)要求lOum以下的設(shè) 計(jì)規(guī)格，精細(xì)化要求提高。與之相應(yīng)地，不僅將元件與印刷基板間電接合 的端子尺寸縮小，而且端子間隔也窄間距化，從而要求具有高電特性和高 可靠性的接合方法。另外，關(guān)于器件的封裝內(nèi)的芯片和外部引出端子的電 連接也高度精細(xì)化，于是也要求具有高電特性和高可靠性的接合方法。這 種接合一般是利用壓接進(jìn)行的金屬端子(也包括焊接突起等)彼此的接合，而現(xiàn)有的壓接接合例如倒裝片接合和引線接合等中是在數(shù)百t:的高溫、數(shù)噸/cn^的高壓下進(jìn)行。在這樣的高溫、高壓條件下，大氣中的氧和水分與 端子金屬和基板材料的樹脂等容易反應(yīng)，產(chǎn)生金屬材料的氧化劣化和樹脂 的分解、解體等，產(chǎn)生由于接合部的電特性的劣化和機(jī)械強(qiáng)度的降低而造 成的可靠性降低、由于分解的有機(jī)物而造成的污染問(wèn)題。作為抑制接合時(shí)的氧化劣化的方法，有一種方法如專利文獻(xiàn)1所述的引線接合裝置等中所例示，通過(guò)采用惰性氣體氣氛為處理氣氛，從而抑制 氧化劣化。
在引用了如上所述方法的接合裝置中，也產(chǎn)生裝置起動(dòng)之后不久接合 特性不穩(wěn)定的問(wèn)題和突發(fā)性地接合特性劣化等問(wèn)題，要想在短時(shí)間內(nèi)可靠 地形成接合，不得不升高壓接壓力和壓接溫度。若升高壓接壓力，則產(chǎn)生 作為基板的樹脂的變形問(wèn)題，若升高壓接溫度，則產(chǎn)生樹脂劣化這樣的問(wèn) 題。
本發(fā)明的發(fā)明者們經(jīng)過(guò)反復(fù)銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，要想進(jìn)行接合溫度 的低溫化、低壓力化、接合強(qiáng)度的強(qiáng)化，必須充分去除接合時(shí)接合部表面 的吸附水分、有機(jī)物。為此，減少接合部氣氛的水分、有機(jī)物很重要。另 外，還必須將接合部的溫度上升一定程度，蒸發(fā)掉接合部表面的水分。再 有，發(fā)現(xiàn)還必須去除成為氣氛干燥氣體的流路的裝置內(nèi)表面的水分、有機(jī) 物污染且使其表面為難以吸附水分的惰性表面。另外，還要具有減少氣氛
中含有的氧濃度的效果。采用含有水分和氧分別為10體積ppm以下、優(yōu) 選是lppm以下、更優(yōu)選是O.lppm以下的惰性氣體氣氛。可以含有氫為 爆炸臨界的4%以下。從而能夠降低壓接的壓力，其結(jié)果能夠防止元件特 性的劣化。不過(guò)，在這種干燥的氣氛中會(huì)產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致元件的破壞。為 了防止這樣，優(yōu)選是設(shè)置去除靜電機(jī)構(gòu)。要想去除靜電能夠適用電離劑和 軟X射線照射、a射線除電等，不過(guò)軟X射線照射更好。
考慮將專利文獻(xiàn)1所述的方法應(yīng)用于焊接突起等接合裝置、抑制氧化 劣化，不過(guò)根據(jù)專利文獻(xiàn)1的方法，只例示了在進(jìn)行接合的處理部通過(guò)惰 性氣體，沒有例示氣體中所含的水分量、有機(jī)物量和用于降低氣體中所含 的水分量、有機(jī)物量的裝置構(gòu)成。若在金屬端子表面吸附水分則阻礙端子 彼此的密接，因此，不得不提高壓接的溫度、壓力。
專利文獻(xiàn)h特開平5 — 109793號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種電子裝置的電接合部不會(huì)產(chǎn)生氧 化劣化等變質(zhì)、能夠?qū)崿F(xiàn)高性能高可靠性化的可在低溫、低壓條件下壓接 的電子裝置制造用接合裝置及接合方法。本發(fā)明的再其他目的在于，提供一種采用上述接合方法制造的電子裝置。
本發(fā)明的接合裝置，其是將接合金屬端子和被接合金屬端子壓接并進(jìn) 行接合的接合裝置，其特征在于，使壓接部氣氛的水分濃度比裝置外部氣 氛的水分濃度小，另外，其特征在于，所述壓接部的接合金屬端子表面及
被接合金屬端子表面的吸附水分量及有機(jī)物吸附量分別為ixio16分子
/cr^以下及5X10。分子/cm2 (廿垸換算)以下。再有，本發(fā)明的接合裝 置，其特征在于，至少在壓接部流通惰性氣體，另外，該接合裝置上具有 從裝置外部供給所述惰性氣體的供給口，該供給口的所述惰性氣體的水分 含量為10體積ppm以下。再有，接觸所述惰性氣體的裝置主要內(nèi)表面的 吸附水分量及有機(jī)物吸附量分別為1X10"分子/cm2以下及5X10"分子 /cm2 (廿烷換算)以下。作為構(gòu)成這種裝置的主要的內(nèi)表面，可例示電解 研磨不銹鋼表面、電解復(fù)合研磨不銹鋼表面、以氧化鉻為主成分的電解研 磨或電解復(fù)合研磨表面、以氧化鋁為主成分的電解研磨或電解復(fù)合研磨表 面、聚烯烴(polyolefines)類樹脂表面、聚環(huán)烯烴(polycycloolefines)類 樹脂表面、氟類樹脂表面。本發(fā)明的接合裝置，其特征在于，所述惰性氣 體含有氮、氦、氖、氬、氪及氙中的至少任意一種。
再有，本發(fā)明的接合裝置，其特征在于，具有從所述接合金屬端子表 面及所述被接合金屬端子表面將吸附水分減少到1 X 1016分子/cm2以下的 機(jī)構(gòu)、以及將吸附有機(jī)物量減少到5X 10"分子/cm2以下的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的接合裝置，其特征在于，在裝置內(nèi)部具備將在所述接合金屬 端子、被接合金屬端子以及其周圍的任意一個(gè)或全部上產(chǎn)生的靜電中和的 機(jī)構(gòu)，該靜電的中和優(yōu)選是采用電離劑、a射線或軟X射線，更優(yōu)選是采 用軟X射線。
本發(fā)明的金屬端子的接合方法，將接合金屬端子和被接合金屬端子壓 接并進(jìn)行電接合，所述接合方法的特征在于，該接合金屬端子表面及被接 合金屬端子表面含有鉛、錫、銀、金、銅、鋅、鋁、鉍、銦及鎳中的至少 任意一種，將在壓接部形成接合的表面吸附的水分及有機(jī)物分別減少到1 X10"分子/cn^以下及5X10"分子/cm2 (廿烷換算)以下后形成接合。
所述壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附水分量及吸附有機(jī)物量?jī)?yōu)選為lX10"分子/ciT^以下及5X10"分子/cm2 (廿垸 換算)以下，更優(yōu)選是形成單分子層吸附。關(guān)于這個(gè)利用圖l進(jìn)行說(shuō)明。 圖1 (a)是表示控制鋁表面和金表面的吸附水分量、形成接合時(shí)的接合特 性的圖，按照水分吸附量為1X10"分子/cn^時(shí)的接合強(qiáng)度進(jìn)行規(guī)格化并 作成曲線。吸附水分量的控制通過(guò)預(yù)先采用與對(duì)象表面同種的表面、實(shí)驗(yàn) 性導(dǎo)出氣氛水分濃度和吸附水分量的關(guān)系，控制氣氛的水分濃度從而進(jìn) 行。由圖1可知，形成接合的面的吸附水分量從單分子層吸附變成多分子 層吸附的2X10"分子/ci^起接合特性開始劣化，若超過(guò)lX10"分子/cm2，
則顯著劣化。這種傾向在上述其他的金屬材料間也同樣。
另外，同樣圖1 (b)表示與有機(jī)物吸附量的關(guān)系。
因而，被接合金屬端子表面的吸附水分量及吸附有機(jī)物量?jī)?yōu)選為IX 1016分子/(^12以下及5Xl(^分子/cn^以下，更優(yōu)選是單分子層吸附。為 了實(shí)現(xiàn)這樣的水分吸附量，通過(guò)在壓接部流通惰性氣體，從而能夠降低吸 附水分量。供給的惰性氣體的水分含量?jī)?yōu)選是10體積ppm以下。此時(shí)， 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，向接合面的水分吸附量為1X10"分子/cm2。若接觸所述 惰性氣體的裝置內(nèi)表面吸附水分，則要去除裝置起動(dòng)時(shí)裝置內(nèi)吸附的水分 需要長(zhǎng)時(shí)間，或者吸附水分脫離、吸附在接合面而使接合特性劣化。因而， 接觸所述惰性氣體的裝置內(nèi)表面的吸附水分量?jī)?yōu)選為1X10"分子/cm2以 下，更優(yōu)選是單分子層以下。作為構(gòu)成這種裝置的主要的內(nèi)表面，電解研 磨不銹鋼表面、電解復(fù)合研磨不銹鋼表面、以氧化鉻為主成分的電解研磨 或電解復(fù)合研磨表面、以氧化鋁為主成分的電解研磨或電解復(fù)合研磨表 面、聚烯烴類樹脂表面、聚環(huán)烯烴類樹脂表面、氟類樹脂表面水分吸附量 少而作為優(yōu)選。本發(fā)明的接合裝置中，所述惰性氣體例示了氮、氦、氖、 氬、氪、氙等，不過(guò)也可以將它們混合使用。從抑制接合部氧化的觀點(diǎn)而 言，更優(yōu)選是混合0.1%以上4%以下的氫。
本發(fā)明能夠適用于形成壓接接合的倒裝片接合和引線接合等。也可以 并用超聲波等。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的接合裝置及接合方法，由于壓接部氣氛的水分濃度小于 裝置外部氣氛的水分濃度，因而不會(huì)劣化接合強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)接合溫度的低溫化、接合壓力的低壓化。從而，能夠抑制元件的電特性的劣化和樹脂 的熱劣化和變形等來(lái)形成接合。再有，由于本發(fā)明的接合中具有利用了軟 X射線的靜電中和裝置，從而能夠抑制由于靜電而使制品破壞。


圖1是表示控制鋁表面和金表面的吸附水分量及吸附有機(jī)物量、形成 接合時(shí)的接合特性的圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的接合裝置的概略圖。
具體實(shí)施方式
關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例的接合裝置利用圖2進(jìn)行說(shuō)明。圖2是表示本實(shí)施 例的接合裝置結(jié)構(gòu)的概略圖，從基板導(dǎo)入室11導(dǎo)入安裝基板10，在基板表 面吸附水分去除室12中導(dǎo)入干燥惰性氣體13，去除水分。另一方面，要安裝在安裝基板10上的元件20從元件導(dǎo)入室21導(dǎo)入元件 表面吸附水分去除室22中，利用干燥惰性氣體去除表面的水分。兩者在具 有壓接臂34和壓接臺(tái)35的壓接室31中進(jìn)行壓接。接合裝置具有沒有圖示的基板搬送機(jī)構(gòu)、同樣沒有圖示的元件搬送機(jī) 構(gòu)和沒有圖示的基板搬出室。在基板表面吸附水分去除室12及元件表面吸 附水分去除室22中，分別供給低露點(diǎn)惰性氣體13、 23，在保持基板10及元 件20的過(guò)程中去除吸附水分。供給的低露點(diǎn)惰性氣體在成為接合部的表面 流通并排出。排氣部分別具備出孔14、 24以使不會(huì)產(chǎn)生來(lái)自外部的水分的 反擴(kuò)散。本實(shí)施例中，設(shè)定供給氣體13、 23的流量為1升/min、出孔部14、 24的通過(guò)風(fēng)速為33cm/秒、出孔徑為8mm、出孔長(zhǎng)為10cm。裝置內(nèi)表面 全部為氧化鉻覆膜電解研磨不銹鋼表面，抑制了水分的吸附。在壓接部中 能夠?qū)⒃?0在干燥氣氛中交接到壓接臂34上，在壓接臂部朝向臂驅(qū)動(dòng) 部形成氣流33，用來(lái)抑制來(lái)自壓接臂34的驅(qū)動(dòng)部的水分進(jìn)入。在壓接臺(tái) 35上設(shè)置壓接部惰性氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)32，徹底地削減了壓接部的水分量。 壓接部低露點(diǎn)惰性氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)32采用的結(jié)構(gòu)是在配管上設(shè)有多個(gè)氣體 噴射用的小孔。圖示的裝置在裝置內(nèi)部具備軟X射線照射裝置36，其作為將在接合金屬端子、被接合金屬端子以及其周圍的任意一個(gè)或全部上產(chǎn) 生的靜電中和的機(jī)構(gòu)，具有利用來(lái)自該軟X射線照射裝置36的軟X射線 中和靜電的結(jié)構(gòu)。
該裝置中，測(cè)量壓接臺(tái)35上的水分濃度的結(jié)果是10體積ppb，向基 板及元件吸附的水分吸附量為10"分子/cm2、有機(jī)物吸附量為1X10^分 子/cm2 (廿垸換算)。釆用該裝置形成接合的結(jié)果是，能夠在與現(xiàn)有相比 低溫的15(TC下、以現(xiàn)有的大約一半的壓接壓力即0.5t/cn^形成良好的接合。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的接合裝置及接合方法，不僅適用于封裝內(nèi)的元件端子和外部 引出端子的壓接接合時(shí)有效，而且在適用于將器件封裝或裸芯片安裝在安 裝基板上時(shí)的壓接接合時(shí)有效。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有利用本發(fā)明的 接合方法進(jìn)行接合的金屬端子的高可靠性半導(dǎo)體裝置、平板顯示裝置、計(jì) 算機(jī)、便攜電話、便攜信息終端、數(shù)字視頻終端等電子裝置。
權(quán)利要求
1.一種接合裝置，其將接合金屬端子和被接合金屬端子壓接并進(jìn)行電接合，其特征在于，使壓接部氣氛的水分濃度比裝置外部氣氛的水分濃度小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于，壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附水分量為1X10"分子/cm2以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于， 壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附有機(jī)物量按照廿垸重量換算為5X 10's分子/cm2以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于， 使壓接部氣氛的水分濃度為10體積ppm以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接合裝置，其特征在于， 使壓接部氣氛的氧濃度為10體積ppm以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接合裝置，其特征在于， 至少在壓接部流通惰性氣體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于， 至少在壓接部流通除水分以外的雜質(zhì)濃度為100體積ppm以下、水分濃度為10體積ppm以下、氧濃度為10體積ppm以下的高純度惰性氣 體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接合裝置，其特征在于， 所述惰性氣體中的水分濃度為1體積ppm以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接合裝置，其特征在于， 該接合裝置具有從裝置外部供給惰性氣體的供給口 ，該供給口的所述惰性氣體的水分含量為10體積ppm以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于， 所述接合裝置內(nèi)表面的吸附水分量為1X10"分子/ci^以下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接合裝置，其特征在于，所述裝置內(nèi)表面為電解研磨不銹鋼表面、電解復(fù)合研磨不銹鋼表面、 以氧化鉻為主成分的電解研磨或電解復(fù)合研磨表面、以氧化鋁為主成分的 電解研磨或電解復(fù)合研磨表面、聚烯烴類樹脂表面、聚環(huán)烯烴類樹脂表面、 氟類樹脂表面的任意一種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于，具有將所述接合金屬端子表面及所述被接合金屬端子表面的吸附水分減少到1 X 10"分子/cm2以下的機(jī)構(gòu)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的接合裝置，其特征在于， 具有將壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附有機(jī)物減少到5X 10"分子/cm2以下的機(jī)構(gòu)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合裝置，其特征在于，所述惰性氣體包括氮、氦、氖、氬、氪及氙中的至少一種。
15. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合裝置，其特征在于， 在所述惰性氣體中添加氫。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中任意一項(xiàng)所述的接合裝置，其特征在于， 具備將在所述接合金屬端子、所述被接合金屬端子及所述壓接部的周圍中的至少一個(gè)上產(chǎn)生的靜電中和或去除的機(jī)構(gòu)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的接合裝置，其特征在于， 所述中和或去除機(jī)構(gòu)包括軟X射線產(chǎn)生機(jī)構(gòu)。
18. —種接合方法，將接合金屬端子和被接合金屬端子壓接并進(jìn)行電 接合，其特征在于，使壓接部氣氛的水分濃度比裝置外部氣氛的水分濃度小。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附水分量為1 X 10"分子/cm2以下來(lái)進(jìn)行壓接。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使壓接部的接合金屬端子表面及被接合金屬端子表面的吸附有機(jī)物量為5 X 1013分子/cm2以下來(lái)進(jìn)行壓接。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 使壓接部氣氛的水分濃度為10體積ppm以下。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于，使壓接部氣氛的氧濃度為10體積ppm以下。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 至少在壓接部流通惰性氣體。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 至少在壓接部流通除水分以外的雜質(zhì)濃度為100體積ppm以下、水分濃度為10體積ppm以下、氧濃度為10體積ppm以下的高純度惰性氣 體。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的接合方法，其特征在于， 使所述惰性氣體中的水分濃度為1體積ppm以下。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 一面從外部氣氛中隔斷所述壓接部一面進(jìn)行所述壓接，且使所述隔斷部的內(nèi)表面的吸附水分量為lX10"分子/ci^以下。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 一面從外部氣氛中隔斷所述壓接部一面進(jìn)行所述壓接，且使所述隔斷部的內(nèi)表面的吸附有機(jī)物為5X10。分子/cn^以下。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的接合方法，其特征在于， 所述惰性氣體包括氮、氦、氖、氬、氪及氙中的至少一種。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的接合方法，其特征在于， 在所述惰性氣體中添加氫。
30. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的接合方法，其特征在于， 將在所述接合金屬端子、所述被接合金屬端子及所述壓接部的周圍中的至少一個(gè)上產(chǎn)生的靜電中和或去除。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的接合方法，其特征在于， 所述靜電的中和或去除采用軟X射線進(jìn)行。
32. —種金屬端子的接合方法，將表面含有鉛、錫、銀、金、銅、鋅、 鋁、鉍、銦及鎳中的至少一種的接合金屬端子和表面含有鉛、錫、銀、金、 銅、鋅、鋁、鉍、銦及鎳中的至少一種的被接合金屬端子壓接并進(jìn)行電接 合，所述接合方法的特征在于，將在壓接部中形成接合的表面所吸附的水分減少到1X1016分子/cm2以下及所吸附的有機(jī)物量減少到5 X 1013分子/cm2以下后形成接合。 33. —種電子裝置，其特征在于，具有采用權(quán)利要求18-32中任意一項(xiàng)所述的接合方法進(jìn)行接合的金 屬端子。
全文摘要
一種壓接壓接部的接合裝置，通過(guò)使其內(nèi)部的壓接部氣氛的水分濃度比裝置外部氣氛的水分濃度小，從而能夠在低溫、低壓條件下進(jìn)行壓接。此時(shí)，形成壓接部的接合金屬端子及被接合金屬端子的各表面的吸附水分量為1×10¹⁶分子/cm²以下。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101273445SQ20058005172
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者大見忠弘, 森本明大 申請(qǐng)人:大見忠弘