安装电子组件的方法和安装设备

摘要

本发明提供了一种安装电子组件的方法和安装设备。在将电子组件安装在基板上的方法中，所述基板和所述电子组件中的至少一个上的电极端子由焊点组成。将所述基板的电极端子和所述电子组件的电极端子相接触地放置，并且对所述基板和所述电子组件中的至少一个施加超声波振动，以将所述电极端子暂时接合在一起。然后，利用焊剂填充物来填充所述基板与所述电子组件之间的间隙，并且通过使所述焊点回流来接合所述基板的所述电极端子和所述电子组件的所述电极端子。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过将基板的电极端子和电子组件的电极端子接合在一起来将电子组件安装在基板上的方法以及安装设备，其中，基板和电子组件中的至少一个的电极端子由焊点(solder bump)组成。

背景技术

常规上通过将作为半导体芯片(作为电子组件)的电极端子的焊点接合到作为基板的电极端子的焊盘，来将半导体芯片以芯片倒装方式接合到基板。

下面将参照图5A至图5F来描述一种典型的方法。注意，在图5A至图5F中，仅示出了在半导体芯片和基板上形成的大量电极端子中的一对。

图5A示出了将在其上安装半导体芯片10的基板12。标号14表示作为形成在基板12的表面上的电极端子的焊盘，标号16表示覆盖基板12的表面的阻焊剂。图5B示出了已经从喷嘴排出焊剂18从而使焊盘14的表面被焊剂18覆盖的状态。图5C示出了作为半导体芯片10的电极端子的焊点20已经与焊盘14对准并且已经利用焊剂18的粘性而将半导体芯片10暂时固定到基板12的状态。

图5D示出了已经通过使焊点20回流而将半导体芯片10接合到基板12的状态。当使焊料回流时，由于焊剂18的活性效应而去除氧化膜，使得焊点20紧密地接合到焊盘14。图5E示出了已经通过冲洗而去除了残留在焊盘14的周缘的焊剂18的状态。焊剂18包括腐蚀电极的成分等。因此，必须通过冲洗来去除残留在基板12上的焊剂18。图5F示出了已经利用下填充(underfill)树脂22填充基板12与半导体芯片10之间的间隙以最终将半导体芯片10安装在基板12上的状态。

利用图5A至图5F中所示的常规方法，应用焊剂18以通过减少在焊点20的外表面上形成的氧化焊料膜来改善焊点20与焊盘14的接合。

利用上述常规方法，必须冲洗掉焊剂，这导致制造处理的复杂性和成本增加。为此，专利文献1公开了一种用于在无需使用焊剂的情况下去除焊点的表面上的氧化焊料膜的方法。在半导体芯片的焊点接触基板的焊盘的状态中，在使焊点回流之前对半导体芯片施加超声波振动，以使焊点摩擦焊盘，由此去除焊点的表面上的氧化焊料膜。通过这样做，可以改善回流之后焊点与焊盘之间的接合(参见专利文献1的第0011段)。

专利文献2也公开了一种施加超声波振动以去除焊点上的氧化膜和金属焊盘上的氧化膜的技术(参见专利文献2的第0019段)。专利文献2公开了以下内容：在以芯片倒装方式进行接合的过程中使用的气氛是标准气氛、诸如氮气或氩气的惰性气氛、或诸如二氧化碳气体或氢气的还原气氛(参见专利文献2的第0023段)。

专利文献3中公开的技术是不必冲洗掉焊剂的另一种常规方法。下面将参照图6A至图6C来描述专利文献3中公开的技术。

图6A示出了已经将焊剂填充物30从喷嘴26排出到在其上形成焊盘14的基板12的表面上从而使形成焊盘(电极)14的区域被焊剂填充物30覆盖的状态。图6B示出了在对半导体芯片10施加超声波振动的同时焊点20被压向焊盘14并接合到焊盘14的状态。如果在对半导体芯片10施加超声波振动的同时将焊点20压向焊盘14，则焊剂填充物30内部的填料将被焊点20挤压离开焊盘14的表面，使得焊点20与焊盘14相接触。由于焊剂填充物30用作焊剂，因此覆盖焊盘等的氧化膜被超声波振动的能量去除，并且仅使用超声波振动的能量就可以将焊点20接合到焊盘14(参见专利文献3的第0014、0015段)。

图6C示出了焊点20已经接合到焊盘14以将半导体芯片10安装在基板12上的状态。焊点20接合到焊盘14，并且半导体芯片10与基板12之间的间隙被焊剂填充物30下填充(参见专利文献3的第0016段)。

专利文献1

日本专利特开2000-174059号公报(第0011段)

专利文献2

日本专利特开平7-115109号公报(第0019、0023段)

专利文献3

日本专利特开2005-26579号公报(第0014至0016段、图1)

发明内容

专利文献1至3中公开的技术具有下列问题。

专利文献1公开了以下内容：对半导体芯片施加超声波振动，以使焊点摩擦焊盘，由此去除焊点的表面上的氧化焊料膜。

然而，本申请的发明人已经发现：如果对半导体芯片施加超声波振动以使焊点摩擦焊盘，则焊点上的氧化膜反而增加。

认为这是由于以下原因而发生的。当焊点的新形成的表面由于超声波振动所导致的摩擦而变得暴露时，这种新形成的表面由于空气中的氧气而快速地氧化，并且随着超声波振动的继续，暴露的新形成的表面变得进一步氧化。由于在施加超声波振动的同时该现象(摩擦腐蚀)重复地发生，因此焊点上的氧化膜快速地增加。

专利文献2公开了在惰性气体气氛中执行施加超声波振动的接合处理。常规上，为了产生惰性气体气氛，必须将用于以芯片倒装方式进行接合的整个安装设备(或“接合器”)设置在一腔的内部，并且还设置利用惰性气体来填充该腔的装置和处理，导致装置成本和制造处理的数量不可避免地增加。

在专利文献3中公开的技术中，由于在焊剂填充物30已经施加到基板12的焊盘14上的状态(如图6A所示)中将焊点20与焊盘14相接触地放置(如图6B所示)，因此焊剂填充物30的液体成分将残留在焊盘14与焊点20之间，而可能对焊盘14与焊点20之间的接合造成不利影响。

注意，由于制造环境，有时形成如图7所示的中心凹陷的焊盘14。具体而言，当焊盘14的中心在形式上为凹陷时，使用专利文献3中公开的技术，焊剂填充物30将残留在凹陷中，这可能对焊盘14与焊点20之间的接合造成不利影响。

构思本发明来解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于电子组件的安装方法和安装设备，当在使焊点回流之前施加超声波振动以暂时接合电极端子时，该安装方法和安装设备不增加焊点上的氧化膜或者可以有利地去除增加的氧化膜，该安装方法和安装设备还可以抑制装置成本和制造处理的数量的增加，并且该安装方法和安装设备防止焊剂填充物导致焊盘与焊点之间的接合劣化的效果。

为实现所述目的，根据本发明的安装电子组件的方法包括以下步骤：将基板的电极端子与电子组件的电极端子相接触地放置，并对所述基板和所述电子组件中的至少一个施加超声波振动，以将所述电极端子暂时接合在一起，其中，所述基板和所述电子组件中的至少一个的电极端子由焊点组成；利用焊剂填充物来填充所述基板与所述电子组件之间的间隙；以及通过使所述焊点回流来将所述基板的所述电极端子和所述电子组件的所述电极端子接合在一起。

通过这样做，由于在已经施加超声波振动以暂时接合电极端子之后利用焊剂填充物来填充基板与电子组件之间的间隙，因此焊盘与焊点之间的接合没有如常规技术(专利文件3)中那样由于焊剂填充物的影响而导致劣化。另外，接着通过使焊点回流，由于超声波振动而由摩擦腐蚀产生的氧化膜将接触焊剂填充物中所包括的还原成分并被其还原，由此使得可以保持有利的接合。并且不必准备用于产生惰性气体气氛的诸如腔的装置以及添加用于产生惰性气体气氛的额外处理。

另外，所述基板和所述电子组件中的一个的电极端子可以是焊点，并且所述基板和所述电子组件中的另一个的电极端子可以是表面层由焊料制成的焊盘。

使用该结构，当施加超声波振动时，软焊料将摩擦软焊料，这减小摩擦力并使得可以抑制摩擦腐蚀的发生。

根据本发明的安装电子组件的另一方法包括以下步骤：将基板的电极端子与电子组件的电极端子相接触地放置，并在所述基板与所述电子组件之间吹送惰性气体的同时对所述基板和所述电子组件中的至少一个施加超声波振动，以将所述电极端子暂时接合在一起，其中，所述基板和所述电子组件中的至少一个的电极端子由焊点组成；以及通过使所述焊点回流来将所述基板的所述电极端子和所述电子组件的所述电极端子接合在一起。

通过这样做，由于在基板与半导体芯片之间吹送惰性气体以在电极端子处产生局部惰性气体气氛，因此并不需要诸如腔的大尺度装置和大量的处理，使得可以抑制产生惰性气体气氛所需的装置成本和处理的数量。焊盘与焊点之间的接合也没有如常规技术(专利文献3)中那样由于焊剂填充物的影响而导致劣化。

另外，可以在所述基板与所述电子组件之间吹送被加热到基本上等于所述基板和所述电子组件的加热温度的惰性气体。

通过这样做，可以保持基板和电子组件的热膨胀量恒定。

可以从所述电子组件周围的多个位置在所述基板与所述电子组件之间吹送所述惰性气体。

可以利用环绕壁来包围所述基板和所述电子组件，以使得所述惰性气体不散开。

通过这样做，可以增加基板与电子组件之间的惰性气体的浓度。

另外，所述基板和所述电子组件中的一个的电极端子可以是焊点，并且而所述基板和所述电子组件中的另一个的电极端子可以是表面层由焊料组成的焊盘。

使用该结构，当施加超声波振动时，软焊料摩擦软焊料，这减小摩擦力并使得可以抑制摩擦腐蚀的发生。

还构造根据本发明的用于电子组件的安装设备以实现所述目的，该安装设备包括：台面，在其上放置基板；电子组件传送装置，其将电子组件传送到放置在所述台面上的所述基板上，以将所述基板的电极端子与所述电子组件的电极端子相接触地放置；吹送机，其在放置在所述台面上的所述基板与被传送到所述基板上的所述电子组件之间吹送惰性气体；以及超声波振动施加装置，其对放置在所述台面上的所述基板和被传送到所述基板上的所述电子组件中的至少一个施加超声波振动。

使用该结构，由于吹送机在基板与半导体芯片之间吹送惰性气体以在电极端子处产生局部惰性气体气氛，因此不需要诸如腔的大尺度装置和大量的处理，使得可以抑制产生惰性气体气氛所需的装置成本和处理的数量。焊盘与焊点之间的接合也没有如常规技术(专利文献3)中那样由于焊剂填充物的影响而导致劣化。

所述安装设备还可以包括用于加热所述惰性气体的气体加热装置。

使用该结构，通过使用气体加热装置，可以保持惰性气体的温度基本上等于基板和电子组件的加热温度，使得基板和电子组件的热膨胀量可以保持恒定。

所述吹送机可以具有用于所述惰性气体的多个供给口，布置所述供给口以使得在正施加所述超声波振动的同时，从所述电子组件周围的多个位置在所述基板与所述电子组件之间吹送所述惰性气体。

所述安装设备还可以包括包围所述基板和所述电子组件以防止所述惰性气体散开的环绕壁。

通过这样做，可以增加基板与电子组件之间的惰性气体的浓度。

所述安装设备还可以包括接合头，其接触所述电子组件的与在其上形成所述电极端子的表面相对的表面，其中，所述超声波振动施加装置可以对所述接合头施加超声波振动，以经由所述接合头而将该超声波振动施加到所述电子组件。

通过这样做，可以简化超声波振动施加装置的结构。

所述电子组件传送装置可以经由所述接合头来保持所述电子组件，并移动所述接合头以将所述电子组件传送到所述基板上。

通过这样做，可以构造具有公用的接合头的超声波振动施加装置和电子组件传送装置，使得可以简化装置的结构。

根据本发明的用于电子组件的安装方法和安装设备，当在使焊点回流之前施加超声波振动以暂时接合电极端子时，可以避免焊点上的氧化膜的增加或者有利地去除增加的氧化膜，并且还可以抑制装置成本和制造处理的数量的增加，并防止焊剂填充物造成焊盘与焊点之间的接合劣化的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施方式的用于电子组件(半导体芯片)的安装设备的示意图；

图2A至图2C是示出根据本发明第一实施方式的安装电子组件(半导体芯片)的方法的示意图；

图3A至图3C是示出根据本发明第二实施方式的安装电子组件(半导体芯片)的方法的示意图；

图4是示出焊盘(电极端子)的示例结构的示意图；

图5A至图5F是示出安装电子组件的常规方法的图；

图6A至图6C是示出安装电子组件的常规方法的图；以及

图7是示出焊盘(电极端子)的形状的图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述根据本发明的用于电子组件的安装方法和安装设备的优选实施方式。注意，与图5A至图6C中示出的部件相同的部件被分配相同的标号，并省略对它们的描述。

图1是示出根据用于电子组件的安装设备的第一实施方式的用于半导体芯片的安装设备A的结构的示意图。

如图1所示，用于半导体芯片的安装设备A包括在其上放置基板12的台面40和可以使用抽吸来将半导体芯片10保持在其下表面上的接合头42。

用于半导体芯片的安装设备A还包括电子组件传送装置48、超声波振动施加装置50、吹送机56以及环绕壁62。下面将描述这些组成部分。

电子组件传送装置48

电子组件传送装置48由接合头42、驱动装置44和抽吸装置46组成。

通过使用抽吸装置46从形成在接合头42的下表面上的抽吸孔吸入空气，半导体芯片10的与在其上形成焊点20的表面相对的表面由于抽吸而被保持在接合头42的下表面上，由此保持半导体芯片10。接合头42被设置成连接到驱动装置44，从而可以沿水平面和垂直方向移动。

驱动装置44和抽吸装置46被控制单元43(即，计算机)驱动和控制，以利用使用抽吸的接合头42来拾取放置在托盘(未示出)上的半导体芯片10，从而将接合头42所保持的半导体芯片10传送到放置在台面40上的基板12上，并使基板12和半导体芯片10的电极端子(即，焊盘14和焊点20)彼此接触地放置。

超声波振动施加装置50

超声波振动施加装置50通过使接合头42以超声波方式振动，经由接合头42来对半导体芯片10施加超声波振动。

超声波振动施加装置50包括：超声波喇叭，其以一端接触接合头42的侧面的方式来设置；超声波振动器，其与超声波喇叭的另一端相接触；以及超声波控制单元，其对超声波振动器施加电流以引起超声波振动。

超声波控制单元连接到控制单元43，并且施加超声波振动的定时等由控制单元43控制。

注意，对于本发明，超声波振动施加装置50并不限于对电子组件(半导体芯片)施加超声波振动，而可以使用对基板施加超声波振动的结构或者对基板和电子组件二者施加超声波振动的结构。

吹送机56

吹送机56将作为惰性气体的氮气从喷嘴56a吹送到放置在台面40上的基板12与被传送到基板12上的半导体芯片10之间的间隙中。吹送机56从氮气箱58汲取氮气并将氮气从喷嘴56吹送出。设置吹送机56的喷嘴56a的供给口(即，前端)，以从半导体芯片10的外缘的外周缘面对半导体芯片10。

注意，尽管图1中只设置了一个喷嘴56a，但是可以设置多个喷嘴56a(供给口)，使得从半导体芯片10周围的多个位置吹送出氮气。

控制单元43执行对吹送机56吹送出和停止氮气的控制。

注意，对于本发明，惰性气体并不限于氮气，例如，可以使用氩气来替代。

用于半导体芯片的安装设备A还装配有用于对从吹送机56吹送出的氮气进行加热的加热装置60。

环绕壁62

用于半导体芯片的安装设备A还装配有圆筒形环绕壁62，以包围基板12和半导体芯片10的外周，从而防止从吹送机56的喷嘴56a吹送出的氮气散开。注意，在图1中，通过平行于环绕壁62的轴的剖面来示出环绕壁62。在环绕壁62中设置避开喷嘴56a的切口部分或开口。作为示例，环绕壁62可以固定到台面40或者可以设置在接合头42的下表面上。

接下来，将描述使用图1中所示的用于半导体芯片的安装设备A来安装半导体芯片的方法作为安装电子组件的方法的第一实施方式。

图2A至图2C是示出将作为电子组件的半导体芯片10安装在基板12上的方法的示意图，并且示出了作为半导体芯片10的电极端子的焊点20与作为形成在基板12上的电极端子的焊盘14之间的接合的放大图。

首先，控制单元43驱动并控制驱动装置44，以将接合头42移动到放置在托盘(未示出)上的半导体芯片10的上方。接着，控制单元43控制抽吸装置46，以通过抽吸而将半导体芯片10保持在接合头42的下表面上。另外，控制单元43驱动并控制驱动装置44，以将接合头42所保持的半导体芯片10传送到放置在台面40上的基板12上，并且使基板12和半导体芯片10的电极端子(即，焊盘14和焊点20)彼此接触地放置，如图2A所示。

这样做时，如图1所示，附于台面40或接合头42的环绕壁62包围基板12和半导体芯片10的外周。

接着，控制单元43控制吹送机56，以在基板12与半导体芯片10之间吹送出氮气。这样做时，氮气被加热装置60加热，使得基板12与半导体芯片10之间的氮气的温度达到与基板12和半导体芯片10的加热温度(通常约100℃)基本上相同的温度。

此后，在吹送机56在基板12与半导体芯片10之间吹送出氮气的状态中，控制单元43驱动并控制超声波振动施加装置50，以经由接合头42而对半导体芯片10施加超声波振动，以暂时接合焊点20和焊盘14。

在停止施加超声波振动之后，控制单元43执行控制以停止吹送机56吹送出氮气。

进行该暂时接合以防止焊盘14和焊点20(即，基板12和半导体芯片10)在通过回流处理(稍后描述)而最终接合焊点20和焊盘14之前变得移位。

接着，如图2B所示，利用下填充树脂22来填充基板12与半导体芯片10之间的间隙。

此后，控制单元43驱动并控制驱动装置44，以将接合头42移动到另一托盘(未示出)的上方，并控制抽吸装置46停止抽吸，以将半导体芯片10放置在托盘上。

接着，该托盘被传送到回流炉中，回流炉使焊点20回流，并且如图2C所示，焊点20接合到基片12的焊盘14。

根据本发明第一实施方式的用于半导体芯片的安装设备A和安装半导体芯片的方法，吹送机56在基板12与半导体芯片10之间吹送氮气，以在电极端子处产生局部氮气气氛，因此并不如常规技术中那样需要诸如腔的大尺度装置和大量的处理，使得可以抑制产生惰性气体气氛所需的装置成本和处理的数量。焊盘与焊点之间的接合也没有如常规技术(专利文献3)中那样的由于焊料填充物的影响而导致劣化。

由于被吹送的氮气的温度被设置为基本上等于基板12和半导体芯片10的加热温度，因此可以保持基板12和半导体芯片10的热膨胀量恒定，因此，不会发生诸如由于基板12与半导体芯片10之间的热膨胀率的差异而导致电极端子之间的接合破裂的问题。

由于氮气因环绕壁62而不会散开，因此可以增大基板12与半导体芯片10之间的氮气的浓度。注意，并不一定需要设置环绕壁62。

另外，通过使用在半导体芯片10周围设置多个喷嘴56a(供给口)以使得从半导体芯片10周围的多个位置吹送出氮气的结构，可以增大基板12与半导体芯片10之间的氮气的浓度。

接下来，将描述作为根据本发明的安装电子组件的方法的第二实施方式的安装半导体芯片的方法。

首先，如图3A所示，焊点20和焊盘14相接触地放置，并且对半导体芯片10施加超声波振动，以暂时接合焊点20和焊盘14。

除了没有吹送出氮气之外，该处理与第一实施方式的图2A中所示的步骤相同，因此省略其详细描述。

接着，如图3B所示，利用焊剂填充物30来填充基板12与半导体芯片10之间的间隙。

此后，如图3C所示，通过使焊剂20回流，基板12的焊盘14与焊点20相接合。由于回流方法也与第一实施方式中的回流处理相同，因此省略其详细描述。

根据第二实施方式的安装半导体芯片的方法，由于在通过施加超声波振动而已经暂时接合电极端子之后利用焊剂填充物30来填充基板12与半导体芯片10之间的间隙，因此焊盘与焊点之间的接合没有如常规技术(专利文献3)中那样由于焊剂填充物的影响而导致劣化。另外，通过使焊点20回流，由超声波振动而导致的摩擦腐蚀所产生的氧化膜与包括在焊剂填充物30中的还原成分相接触并被其还原，由此使得可以保持有利的接合。并且不必准备用于产生惰性气体气氛的装置以及添加用于产生惰性气体气氛的额外的处理。

在第一和第二实施方式中，如图4所示，有利的是，焊盘14可以由由金属等制成的基底部分14a和由焊料制成的表面层14b构成。利用该结构，当施加超声波振动时，均由软焊剂制成的焊盘14的表面层14b和焊点20将在一起摩擦，这减小了摩擦力，从而使得可以抑制摩擦腐蚀的发生。