DE19818436A1 - Lötvorrichtung, Lötverfahren unter Verwendung derselben und durch die Vorrichtung und das Verfahren hergestellte Halbleitereinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lötvorrichtung zum elektrischen Verbinden zweier Teile mit einem Lötmaterial, ein Lötverfahren und eine mit diesen hergestellte Halbleiterein­ richtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Löt­ vorrichtung, mit dem ein Löten möglich ist, ohne ein Flußmateri­ al (Flußmittel) zu verwenden, ein Lötverfahren und eine durch diese hergestellte Halbleitereinrichtung.

Eine bei der Anmelderin vorhandene Halbleitereinrichtung weist folgendes auf: ein BGA-(Ball Grid Array, Kugelgittergruppe)- Substrat, ein auf dem BGA-Substrat angeordnetes Halbleiterchip, einen Wärmeverteiler zum Verteilen der in dem Halbleiterchip er­ zeugten Wärme und einen Ring zum Vorsehen eines vorbestimmten Raumes zwischen dem BGA-Substrat und dem Wärmeverteiler und zum Verbinden von diesen.

Fig. 4 ist eine perspektivisch darstellende Teilschnittansicht eines Beispieles einer bei der Anmelderin vorhandenen Halblei­ tereinrichtung. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 11 ein BGA-Substrat, das Bezugszeichen 12 ein Halbleiterchip, das Be­ zugszeichen 13 einen Wärmeverteiler, das Bezugszeichen 14 einen Ring, das Bezugszeichen 15 einen Lötbump (erhöhter Lötkontaktie­ rungsfflecken) und das Bezugszeichen 16 einen Lötperle (Lotperle).

Das BGA-Substrat 11 ist mit einer Mehrzahl von Verdrahtungen (Leitungen) (nicht dargestellt) versehen und jede Leitung ist elektrisch mit externen Elektroden (nicht dargestellt) der Halb­ leitereinrichtung verbunden. Außerdem weist die Lötperle 16 die Lötmaterialien (Lotmaterialien) auf und diese sind elektrisch mit den externen Elektroden der Halbleitereinrichtung verbunden.

Der Ring 14 weist ein Plattformteil mit einer in dem Zentrum vorgesehenen Öffnung auf. Die Konfiguration der Öffnung ist ge­ mäß der Form des Halbleiterchips 12 festgelegt. Die Form des Wärmeverteilers 13 ist eine dünne Plattenform ähnlich zu derje­ nigen des BGA-Substrats 11. Das Halbleiterchip 12 und der Wärme­ verteiler 13, das BGA-Substrat 11 und der Ring 14, und der Wär­ meverteiler 13 und der Ring 14 sind mit Haftmitteln gebondet (kontaktiert) . Das Haftmittel (Klebstoff) zum Bonden des Halb­ leiterchips 12 und des Wärmeverteilers 13 ist ein Haftmittel mit einer hohen Wärmestrahlungseigenschaft (d. h. mit einer großen Wärmeausstrahlung), z. B. Silikon- oder Epoxid-Haftmittel. Ande­ rerseits sind die Haftmittel (Klebstoffe) für das Bonden des BGA-Substrats 11 und des Ringes 14, und des Wärmeverteilers und des Rings 14 beispielsweise ein wärmeaushärtendes oder thermo­ plastisches Haftmittel, das beispielsweise in einer Bandform (Streifenform) geformt ist.

Als nächstes wird das Herstellungsverfahren der Halbleiterein­ richtung erklärt. Fig. 5 und Fig. 6 zeigen erklärende Ansichten des Prozeßabschnittes, die ein Beispiel des bei der Anmelderin vorhandenen Herstellungsprozesses für die Halbleitereinrichtung zeigen. In Fig. 5 und 6 sind die Teile, die dieselben sind wie diejenigen der Fig. 4, mit denselben Symbolen (Bezugszeichen) bezeichnet. Der Teil 15a zeigt einen ersten Lötbump, der elek­ trisch mit einer Elektrode (nicht dargestellt) verbunden ist, welche sich in dem Halbleiterchip 12 befindet, und 15b zeigt den zweiten Lötbump, der elektrisch mit einem Endteil (nicht darge­ stellt) jeder der Mehrzahl von auf dem BGA-Substrat 11 vorgese­ henen Leitungen verbunden ist. Der Teil 17a zeigt eine erste Haftmittelschicht (Klebstoffschicht) mit dem Haftmittel (Klebstoff) zum Bonden des BGA-Substrats 11 und des Ringes 14, des Wärmeverteilers 13 und des Ringes 14, des Wärmeverteilers 13 und des Ringes 14, und 17b zeigt eine zweite Haftmittelschicht (Klebstoffschicht) mit dem Haftmittel (Klebstoff) zum Bonden des Halbleiterchips 12 und des Wärmeverteilers 13.

Zuerst wird auf einer in dem Halbleiterchip 12 enthaltenen Elek­ trode ein erster Lötbump 15a vorgesehen und in ähnlicher Weise wird auf einem Ende der Mehrzahl von Leitungen des BGA-Substrats 11 ein zweiter Lötbump 15b vorgesehen (Fig. 5(a)). Als nächstes wird auf dem Bereich, auf dem der zweite Lötbump 15b auf der Oberfläche des BGA-Substrats 11 gebildet ist, ein Flußmittel aufgetragen. Als nächstes wird ein Halbleiterchip 12 auf dem BGA-Substrat 11 angeordnet und unter der Bedingung, daß der er­ ste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b in Kontakt zu einan­ der stehen, wird das BGA-Substrat 11 und das Halbleiterchip 12 in den Wärmebehandlungsofen (Lötofen, ein sogenannter Rückfluß­ ofen) gebracht. Als eine Folge schmelzen der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b und der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b, die in Kontakt zu einander standen, werden ein einstückiges Teil. In Fig. 5 ist das einheitliche Objekt des ersten Lötbumps 15a und des zweiten Lötbumps 15b als ein Lötbump 15 gezeigt. Durch den oben genannten Lötbump 15 sind die in dem Halbleiterchip 12 enthaltene Elektrode und die Mehrzahl von Lei­ tungen des BGA-Substrats 11 elektrisch miteinander verbunden (Fig. 5(b)). Ferner wird der Ring 14 nach dem Waschen des Fluß­ mittels an das BGA-Substrat 11 durch die erste Haftmittelschicht 17a gebondet (Fig. 5(c)). Als nächstes wird auf der oberen Ober­ fläche des Halbleiterchips 12 ein Haftmittel (Klebstoff) aufge­ bracht, um eine zweite Haftmittelschicht 17b (Fig. 6(a)) vorzu­ sehen, und ein Haftmittel (Klebstoff) wird auf der oberen Ober­ fläche des Rings 14 aufgebracht, um eine erste Haftmittelschicht 17a vorzusehen, wonach der Wärmeverteiler 13 auf dem Halbleiter­ chip 12 und dem Ring 14 angeordnet wird, und der Wärmeverteiler 13 wird an das Halbleiterchip 12 und an den Ring 14 gebondet (Fig. 6(b)). Schließlich wird eine Lötperle 16 auf der externen Elektrode der Halbleitereinrichtung vorgesehen, welche mit dem anderen Ende der Mehrzahl von Leitungen des BGA-Substrats 11 verbunden ist, um eine Halbleitereinrichtung zu erhalten (Fig. 6(c)).

Die bei der Anmelderin vorhandene Halbleitereinrichtung wird un­ ter Verwenden eines Flußmaterials (Flußmittels) derart gefer­ tigt, daß zwischen der Mehrzahl von Leitungen des BGA-Substrats und der externen Elektrode der Halbleitereinrichtung gelötet wird. Wenn nach dem Löten das Flußmittel in der Halbleiterein­ richtung bleibt, werden die die Halbleitervorrichtung bildenden Teile wie beispielsweise die Halbleiterelemente durch das Fluß­ mittel ausgewaschen (angegriffen, beschädigt). Demgemäß muß das Flußmittel vollständig mit einem Reinigungsmittel wie beispiels­ weise Aceton oder Isopropylalkohol entfernt werden. Jedoch auf­ grund der engen Spalte zwischen dem Halbleiterchip und dem BGA-Substrat ist das vollständige Entfernen des Flußmittels von der Halbleitereinrichtung schwierig. Als eine Folge ist es ungeach­ tet der gestiegenen Anzahl von Schritten, die zum Herstellen der Halbleitereinrichtung erforderlich sind, schwierig, die vorbe­ stimmte Zuverlässigkeit, die für die Halbleitereinrichtung er­ forderlich ist, zu erhalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die wie oben be­ schriebenen Probleme zu lösen und eine Lötvorrichtung anzugeben, mit welcher ein Löten ohne Verwenden eines Flußmaterials (Flußmittels) ausgeführt werden kann, ein Lötverfahren und eine Halbleitereinrichtung anzugeben, welche durch diese hergestellt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lötvorrichtung nach An­ spruch 1 beziehungsweise ein Lötverfahren nach Anspruch 7 bezie­ hungsweise eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Insbesondere weist die Lötvorrichtung nach Anspruch 1 folgendes auf: eine Bondstufe für zwei Teile, die elektrisch mit einem Lötmaterial (Lotmaterial) verbunden sind, wobei ein Teil davon durch ein Bondgerät gehalten (getragen, gestützt) ist und das andere Teil durch die Bondstufe gehalten ist; eine Einrichtung zum Drücken (Stoßen) eines der beiden Teile gegen das andere mit einem Druck; eine Heizeinrichtung zum Heizen des Lötmaterials; eine Reduziergasversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lötma­ terials mit einem Reduziergas; und ein Reduzierkasten, in den die zwei Teile gebracht sind, wobei der Reduzierkasten mit dem Reduziergas um die zwei Teile herum gefüllt ist.

In der Lötvorrichtung nach Anspruch 2 ist das Reduziergas ein Gas, das Stickstoffgas und Wasserstoffgas enthält.

In der Lötvorrichtung nach Anspruch 3 befindet sich der Druck zwischen dem Bondgerät und der Bondstufe beim Drücken eines der beiden Teile gegen das andere mit dem Druck in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa.

In der Lötvorrichtung nach Anspruch 4 beträgt die Temperatur in dem Reduzierkasten höchstens 350°C.

In der Lötvorrichtung nach Anspruch 5 beträgt die Strömungsge­ schwindigkeit des Reduziergases höchstens 20 Liter pro Minute.

Die Lötvorrichtung richtet sich auf eine Lötvorrichtung mit ei­ ner Bondstufe für zwei Teile, die elektrisch mit einem Lötmate­ rial verbunden sind, wobei ein Teil davon durch ein Bondgerät und das andere Teil durch die Bondstufe gehalten ist, einer Ein­ richtung zum Drücken eines der beiden Teile gegen das andere mit einem Druck, einer Heizeinrichtung zum Heizen des Lötmaterials, einer Reduziergasversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lötma­ terials mit einem Reduziergas, und einem Reduzierkasten, in den die zwei Teile gebracht sind, wobei der Reduzierkasten mit dem Reduziergas um die zwei Teile herum gefüllt ist, und einer zu­ sätzlichen Einrichtung zum Ebnen (bzw. auf eine Ebene bringen) der Höhen der Mehrzahl von Lötbumps in einheitlicher Weise in dem Fall, daß die zwei Teile elektrisch miteinander verbunden werden, nachdem die Mehrzahl von Lötbumps mit den Lötmaterialien in entsprechender Weise darauf gebildet sind.

Das Lötverfahren richtet sich auf ein Lötverfahren zum elektri­ schen Verbinden der zwei Teile mit einem Lötmaterial, mit den Schritten: Anordnen der Lötmaterialien auf den entsprechenden vorbestimmten Plätzen der zwei oben genannten Teile, Bringen der zwei Teile in den Reduzierkasten, Versorgen des Reduzierkastens mit Reduziergas und Heizen des Lötmaterials, so daß die Tempera­ tur der zwei Teile höher sein kann als der Schmelzpunkt des Löt­ materials, und Drücken eines der oben genannten zwei Teile gegen das andere mit einem Druck gegeneinander, um sie elektrisch zu verbinden.

In dem Lötverfahren liegt der Druck zwischen den beiden Teilen beim Drücken eines der beiden Teile gegen das andere mit dem Druck in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa.

In dem Lötverfahren beträgt die Temperatur höchstens 350°C.

In dem Lötverfahren beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Re­ duziergases höchstens 20 Liter pro Minute.

Das Lötverfahren nach Anspruch 7 ist ein Lötverfahren zum elek­ trischen Verbinden der zwei Teile mit einem Lötmaterial (Lotmaterial) mit den Schritten: Anordnen einer Mehrzahl der Lötbumps mit den Lötmaterialien auf den entsprechenden vorbe­ stimmten Plätzen der zwei oben genannten Teile; Bringen der zwei Teile in den Reduzierkasten; Versorgen des Reduzierkastens mit Reduziergas; und Heizen des Lötmaterials derart, daß die Tempe­ ratur der zwei Teile höher sein kann als die Schmelzpunkte des Lötmaterials; Ebnen der Höhen der Mehrzahl von Lötbumps in ein­ heitlicher Weise und Drücken eines der oben genannten zwei Teile gegen das andere mit einem Druck gegeneinander, um sie elek­ trisch zu verbinden.

Die Halbleitereinrichtung nach Anspruch 13 richtet sich auf eine Halbleitereinrichtung mit einem BGA-Substrat, das mit einer Mehrzahl von Leitungen versehen ist, und einem Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Elektroden, die entsprechend mit der Mehrzahl von Leitungen unter Verwenden eines Lötmaterials ver­ bunden sind, wobei die Halbleitereinrichtung unter Verwenden der Lötvorrichtung nach Anspruch 1 hergestellt ist, ohne ein während des Herstellungsprozesses benutztes Flußmaterial (Flußmittel) zu benutzen.

In der Halbleitereinrichtung nach Anspruch 14 ist das Material des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei Elementen von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei.

Die Halbleitereinrichtung richtet sich auf eine Halbleiterein­ richtung mit einem BGA-Substrat mit einer Mehrzahl von Leitungen und einem Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Elektroden, die entsprechend mit der Mehrzahl von Leitungen unter Verwenden ei­ nes Lötmaterials verbunden sind, und ist hergestellt unter Ver­ wenden des Lötverfahrens ohne Benutzen eines Flußmaterials in dem Herstellungsprozeß.

In der Halbleitereinrichtung ist das Material des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei Elementen von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an­ hand der beiliegenden Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 eine erklärende perspektivische Ansicht einer Aus­ führungsform einer Lötvorrichtung;

Fig. 2 eine erklärende Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1;

Fig. 3 eine erklärende Schnittansicht einer Ausführungs­ form einer Halbleitereinrichtung;

Fig. 4 eine erklärende perspektivische Teilschnittansicht eines Beispiels einer bei der Anmelderin vorhande­ nen Halbleitereinrichtung;

Fig. 5 eine erklärende Schnittansicht eines Prozesses, der ein Beispiel des bei der Anmelderin vorhande­ nen Verfahrens zum Herstellen der Halbleiterein­ richtung zeigt;

Fig. 6 eine erklärende Schnittansicht eines Prozesses, der ein Beispiel des bei der Anmelderin vorhande­ nen Verfahrens zum Herstellen der Halbleiterein­ richtung zeigt.

Als nächstes werden Ausführungsformen der Lötvorrichtung, des Lötverfahrens und der Halbleitereinrichtung, die unter Verwenden von diesen hergestellt ist, erklärt.

Ausführungsform 1

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden die Ausführungsform 1 der Lötvorrichtung, des Lötverfahrens und der Halbleiterein­ richtung, die unter Verwenden von diesen hergestellt ist, er­ klärt.

Fig. 1 ist eine erklärende perspektivische Ansicht der Ausfüh­ rungsform 1 der Lötvorrichtung. In Fig. 1 zeigt der Teil 1a ein Bondgerät (Bondwerkzeug), 1b zeigt eine Bondstufe, 2 zeigt eine Reduziergasversorgungsröhre die eine Reduziergasversorgungsein­ richtung zum Versorgen des Lötmaterials mit einem Reduziergas ist, 3 zeigt einen mit Reduziergas gefüllten Reduzierkasten, 4 zeigt eine Gasableitungsröhre zum Ableiten des in dem Reduzier­ kasten 3 enthaltenen Gases. Das nicht dargestellte Seitenende der Reduzierversorgungsröhre 2 ist mit der Gasquelle aus bei­ spielsweise einem Gaszylinder verbunden. Außerdem ist das nicht dargestellte Seitenende der Gasableitungsröhre 4 mit einem Sau­ erstoffkonzentrations-Meßgerät verbunden, durch das die Sauer­ stoffkonzentration in dem Reduzierkasten 3 jederzeit ermittelt werden kann. Bezüglich des Sauerstoffkonzentrations-Meßgeräts, kann eines verwendet werden, das fähig ist, die Sauerstoffkon­ zentration in dem Bereich von 0 bis 10000 ppm zu ermitteln. Fig. 2 ist eine erklärende Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1. In Fig. 2 sind dieselben Teile wie diejenigen in Fig. 1 und 5 mit denselben Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 und 2 zei­ gen die mit den Pfeilen B1, B2 und B3 angezeigten Richtungen entsprechend die Richtungen des Gasflusses.

Das Bondgerät 1a und die Bondstufe 1b sind Einrichtungen zum Drücken (Pressen, Stoßen) des Halbleiterchips 12 gegen das BGA-Substrat 11 mit einem Druck, das Bondgerät 1a ist ein Teil zum Halten (Stützen, Tragen) des Halbleiterchips 12 und die Bondstu­ fe 1b ist ein Teil zum Halten des BGA-Substrats 11. Ferner ist das Bondgerät 1a die Heizeinrichtung (nicht dargestellt) zum Heizen des Lötmaterials (Lot, Lotmaterial). Das Bondgerät ist mit beispielsweise einem thermischen Erhitzer (Heizer) versehen.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Löten eines Halbleiterchips 12 an das BGA-Substrat 11 unter Verwenden der Lötvorrichtung er­ klärt. Zuerst werden in derselben Weise wie in dem bei der An­ melderin vorhandenen Verfahren zum Herstellen einer Halblei­ tereinrichtung ein erster Lötbump (erhöhter Lötkontaktierungs­ flecken) 15a und ein zweiter Lötbump (erhöhter Lötkontaktie­ rungsflecken) 15b an den vorbestimmten Positionen des Halblei­ terchips 12 und des BGA-Substrats 11 vorgesehen. Als nächstes wird das Halbleitersubstrat 12 an dem Bondgerät 1a befestigt, und das BGA-Substrat 11 wird an der Bondstufe 1b befestigt (Fig. 2). Zuletzt werden das Halbleiterchip 12 und das BGA-Substrat 11 in den Reduzierkasten 3 gesetzt, der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b werden erhitzt und diese werden mit einem Re­ duziergas versorgt, und das Halbleiterchip 12 wird an das BGA-Substrat 11 mit dem Bondgerät 1a zum Vervollständigen des Lötens gedrückt.

Als ein Beispiel des Verfahrens zum Befestigen des Halbleiter­ chips 12 an dem Bondgerät 1a und des Verfahrens zum Befestigen des BGA-Substrats 11 an der Bondstufe 1b gibt es ein Verfahren, das Vakuumadsorbtion verwendet.

Die Temperatur in dem Reduzierkasten 3 wird durch die oben be­ schriebene Heizeinrichtung angeglichen. Ferner wird der Innenbe­ reich des Reduzierkastens 3 mit einem Reduziergas gefüllt. Da der Reduzierkasten 3 mit einer Öffnung zum Einsetzen des Bondge­ räts 1a versehen ist, kann Außenluft in den Reduzierkasten 3 ge­ raten. Die Sauerstoffkonzentration in dem Reduzierkasten 3 kann durch Überwachen (Anzeigen) der Menge von Sauerstoff, der in dem von der Gasableitungsröhre 4 abgeleiteten Gas enthalten ist, er­ mittelt werden.

Gemäß dieser Ausführungsform kann unter Verwenden eines Redu­ ziergases beim Löten das Löten ausgeführt werden, nachdem die Atmosphäre in dem Reduzierkasten die erwünschte Konzentration erreicht, und deshalb kann das Bilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Lötbumps verhindert werden. Demgemäß gibt es kei­ ne Notwendigkeit zum Benutzen eines Flußmaterials (Flußmittels) Als eine Folge ist es möglich, den Prozeß, der mit dem Entfernen eines in dem bei der Anmelderin vorhandenen Halbleitereinrich­ tungsherstellungsverfahren erforderlichen Flußmittels verbunden ist, zu unterlassen, und aufgrund des Nichtverwendens des Fluß­ mittels kann eine Halbleitereinrichtung mit einer hohen Zuver­ lässigkeit hergestellt werden.

Ausführungsform 2

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Aus­ führungsform 2 der Lötvorrichtung, des Lötverfahrens und der Halbleitereinrichtung, die durch diese hergestellt ist, erklärt.

Fig. 3 ist eine erklärende Schnittansicht der Ausführungsform 2 der Halbleitereinrichtung beim Prozeß der Herstellung. In Fig. 3 werden dieselben Teile wie diejenigen in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen gezeigt.

Allgemein werden beim Bilden einer Mehrzahl der ersten Lötbumps beziehungsweise der zweiten Lötbumps unter Verwenden des Lötma­ terials die Größen der ersten Lötbumps und der zweiten Lötbumps unregelmäßig. Aus diesem Grund werden die Höhen des ersten Löt­ bumps und des zweiten Lötbumps uneben (bzw. ungleich). Demgemäß kann es in dem bei der Anmelderin vorhandenem Prozeß zum Her­ stellen der Halbleitereinrichtung Fälle von Oberflächen des er­ sten Lötbumps und des zweiten Lötbumps geben, die im voraus eben gemacht werden (bzw. auf eine Ebene bzw auf eine Höhe gebracht werden), worauf die Bumps in den Wärmebehandlungsofen gebracht werden.

In dieser Ausführungsform sind Einrichtungen vorgesehen zum Ein­ heitlich-Machen der Höhen des ersten Lötbumps 15a und des zwei­ ten Lötbumps 15b in dem Reduzierkasten der in der vorhergehenden Ausführungsform 1 gezeigten Lötvorrichtung. Zum Beispiel ist in dem Reduzierkasten eine Plattenbildungseinrichtung vorgesehen. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Einheitlich-Machen der Höhen des ersten Lötbumps 15a und des zweiten Lötbumps 15b wird er­ klärt. Als erstes werden in derselben Weise wie in der Ausfüh­ rungsform 1 der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b an vorbestimmten Plätzen (Positionen) des Halbleiterchips 12 bezie­ hungsweise des BGA-Substrats 11 vorgesehen, worauf ein Befesti­ gen des Halbleiterchips 12, an dem Bondgerät 1a und des BGA-Substrats 11 an der Bondstufe 1b folgt. Als nächstes werden das Halbleiterchip 12 und das BGA-Substrat 11, auf denen der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b vorgesehen sind, in den Reduzierkasten gebracht. Ferner wird, wenn der erste Lötbump 15a und der zweite Lötbump 15b durch die Fritze in dem Reduzierkasten und dem Heizen von dem Bondgerät weich gemacht werden, ein Ebnen (bzw. auf eine Ebene bringen) durch Drücken des Bondgeräts 1a an das BGA-Substrat 11 oder durch Drücken des ersten Lötbumps 15a gegen den zweiten Lötbump 15b an die Plattenbildungseinrichtung unter Verwenden des Bondgeräts 1a. Durch ein derartiges Verfah­ ren können, wie in Fig. 3(a) gezeigt ist, die Höhen des ersten Lötbumps 15a und des zweiten Lötbumps 15b einheitlich gemacht werden. Demgemäß ist es möglich, alle ersten Lötbumps 15a in gleichzeitigen Kontakt mit dem zweiten Lötbump 15b beim Löten zu bringen (Fig. 3(b)).

In dieser Ausführungsform werden die Höhen des ersten Lötbumps 15a und des zweiten Lötbumps 15b in einem Reduzierkasten, der mit einem Reduziergas versorgt wird, einheitlich eben gemacht (bzw. auf eine Ebene bzw. auf eine Höhe gebracht). Infolgedessen tritt es nicht auf, daß die Oxidschicht auf den Oberflächen des ersten Lötbumps 15a und des zweiten Lötbumps 15b im Falle des Erhaltens einer einheitlichen Ebene (bzw. Höhe) gebildet wird. Als eine Folge können die Mehrzahl von Leitungen, die auf dem BGA-Substrat vorgesehen sind, und die Elektroden, die in den Halbleiterchips enthalten sind, auf sichere Weise gelötet wer­ den.

Der Druck zwischen dem Bondgerät und der Bondstufe beim Löten liegt vorzugsweise in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa.

Ferner beträgt die Temperatur in dem Reduzierkasten vorzugsweise höchstens 350°C.

Außerdem beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Reduziergases vorzugsweise höchstens 20 Liter pro Minute.

Als Material für das Lötmaterial kann eine Legierung aus minde­ stens zwei der Elemente Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei benutzt werden. Als ein konkretes Beispiel für das Löt­ material gibt es einen Hochtemperaturlot mit einem Zinkgehalt von 97 Gew.-% und einem Zinngehalt von 3 Gew.-%, der beim Bilden des ersten Lötbumps benutzt werden kann. Im Falle des Verwendens eines Hochtemperaturlots kann, weil das Hochtemperaturlot rela­ tiv weich ist, der Druck, der auf den Lötbump angewendet werden muß, verringert werden. Außerdem kann ein eutektisches Lot beim Bilden des ersten Lötbumps und des zweiten Lötbumps benutzt wer­ den. Im Falle des Verwendens des eutektischen Lots kann, wegen seinem relativ niedrigen Schmelzpunkt, der thermische Streß auf das BGA-Substrat verringert werden.

In den Ausführungsformen 1 und 2 wird die Halbleitereinrichtung mit einem Wärmeverteiler und einem Ring als ein Beispiel der Halbleitereinrichtung benutzt, aber es können ähnliche Effekte mit einer Halbleitereinrichtung erreicht werden, die keinen Wär­ meverteiler und keinen Ring aufweist.

Die Lötvorrichtung gemäß Anspruch 1 folgendes auf: ein Bondgerät zum Tragen eines der beiden Teile, die unter Verwenden eines Lötmaterials elektrisch verbunden werden sollen, und eine Bond­ stufe zum Tragen des anderen Teils, welche eine Einrichtung zum Drücken eines der zwei Teile gegen das andere mit einem Druck aufweist; eine Heizeinrichtung zum Heizen des Lötmaterials, eine Reduziergasversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lötmaterials mit einem Reduziergas; und ein Reduzierkasten, in den die zwei Teile gebracht sind, wobei der Reduzierkasten mit dem Reduzier­ gas in der Umgebung der zwei oben beschriebenen Teile gefüllt ist. Demgemäß ist es möglich zu löten, ohne ein Flußmaterial zu verwenden. Infolgedessen wird die Gefahr für das Produkt, daß es durch das restliche Flußmaterial ausgewaschen (angegriffen, be­ schädigt, erodiert) wird, ausgeschaltet und die Herstellungsko­ sten können durch Weglassen des Waschprozesses verringert wer­ den.

In der Lötvorrichtung gemäß Anspruch 2 kann, weil das oben er­ wähnte Reduziergas ein Gas ist, das Stickstoffgas und Wasser­ stoffgas enthält, die Erzeugung einer Oxidschicht verhindert werden, und das Löten kann ohne Verwenden des Flußmaterials aus­ geführt werden.

In der Lötvorrichtung gemäß Anspruch 3 können, weil der Druck zwischen dem Bondgerät und der Bondstufe beim Drücken eines der oben genannten zwei Teile gegen das andere sich in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa befindet, Steuerungen des Ebnens des Löt­ bumps und der Höhe zwischen den Lötbums beim Löten auf einfache Weise ausgeführt werden.

In der Lötvorrichtung gemäß Anspruch 4 kann, weil die Temperatur in dem oben genannten Reduzierkasten höchstens 350°C beträgt, das Löten bei einer Temperatur ausgeführt werden, die gleich oder kleiner ist als der Schmelzpunkt des Lötmaterials.

Ferner kann in der Lötvorrichtung gemäß Anspruch 5, weil die Strömungsgeschwindigkeit des oben genannten Reduziergases höch­ stens 20 Liter pro Minute beträgt, das Bilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Lötmaterials verhindert werden.

Die Lötvorrichtung richtet sich auf eine Lötvorrichtung mit: ei­ ner Bondstufe für zwei Teile, die elektrisch mit einem Lötmate­ rial verbunden sind, wobei ein Teil davon durch ein Bondgerät getragen wird und das andere Teil durch die Bondstufe getragen wird, einer Einrichtung zum Drücken eines der beiden Teile gegen das andere mit einem Druck, einer Heizeinrichtung zum Heizen des Lötmaterials, einer Reduziergasversorgungseinrichtung zum Ver­ sorgen des Lötmaterials mit einem Reduziergas, und einem Redu­ zierkasten, in den die zwei Teile gebracht sind, wobei der Redu­ zierkasten mit dem Reduziergas um die zwei oben genannten Teile herum gefüllt ist, und eine zusätzliche Einrichtung zum Ebnen der Höhen der Mehrzahl von Lötbumps in einheitlicher Weise in dem Fall, in dem die zwei Teile elektrisch verbunden werden, nachdem die Mehrzahl von Lötbumps mit den Lötmaterialien ent­ sprechend darauf gebildet sind. Demgemäß kann das Bilden einer Oxidschicht auf der Bumpoberfläche verhindert werden beim Ebnen der Höhen der Lötbumps.

Das Lötverfahren bezieht sich auf ein Lötverfahren zum elektri­ schen Verbinden der zwei Teile mit einem Lötmaterial mit den Schritten: Anordnen der Lötmaterialien auf den entsprechenden vorbestimmten Plätzen der zwei oben genannten Teile, Bringen der zwei Teile in den Reduzierkasten, Versorgen des Reduzierkastens mit Reduziergas, und Heizen des Lötmaterials derart, daß die Temperatur der zwei Teile höher sein kann als der Schmelzpunkt des Lötmaterials und Drücken eines der oben genannten zwei Teile gegen das andere mit einem Druck gegeneinander zum elektrischen Verbinden derselben. Das Verfahren ermöglicht ein Löten ohne Verwenden eines Flußmaterials. Demgemäß ist die Gefahr, daß das Produkt ausgewaschen wird durch das restliche Flußmaterial, aus­ geschaltet, und die Herstellungskosten können durch Unterlassen des Waschprozesses verringert werden.

In dem Lötverfahren können, weil der Druck zwischen den zwei Teilen beim Drücken eines der zwei Teile gegen das andere mit einem Druck sich im Bereich von 48 bis 1000 kPa befindet, Steue­ rungen des Ebnens der Lötbumps und der Höhen zwischen der Löt­ bumps beim Löten auf einfache Weise ausgeführt werden.

In dem Lötverfahren beträgt die Temperatur höchstens 350°C, so daß es möglich ist, an dem Schmelzpunkt des Lötmaterials oder auf einer niedrigeren Temperatur zu löten.

In dem Lötverfahren kann, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Reduziergases höchstens 20 Liter pro Minute beträgt, das Bilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Lötmaterials verhindert werden, und die Menge des Wasserstoffgases, das in den Reduzier­ kasten eintritt, kann niedriger eingestellt werden als die Ex­ plosionsgrenzmenge.

Das Lötverfahren gemäß Anspruch 7 richtet sich auf ein Lötver­ fahren zum elektrischen Verbinden der zwei Teile mit einem Löt­ material mit den Schritten: Anordnen einer Mehrzahl der Lötbumps mit den Lötmaterialien auf den entsprechenden vorbestimmten Plätzen der zwei oben genannten Teile, Bringen der zwei Teile in den Reduzierkasten, Versorgen des Reduzierkastens mit Reduzier­ gas, und Heizen des Lötmaterials derart, daß die Temperatur der zwei Teile höher sein kann als die Schmelzpunkte des Lötmateri- als, Ebnen der Höhen der Mehrzahl von Lötbumps einheitlich, und Drücken eines der oben genannten zwei Teile gegen das andere durch Druck miteinander, um diese elektrisch zu verbinden. Des­ halb kann, wenn die Höhe der Lötbumps einheitlich gemacht wird, das Bilden einer Oxidschicht auf der Lötbumpoberfläche verhin­ dert werden.

Die Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 13 richtet sich auf ei­ ne Halbleitereinrichtung mit einem BGA-Substrat, das mit einer Mehrzahl von Leitungen vorgesehen ist, und einem Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Elektroden, die in entsprechender Weise mit der Mehrzahl von Leitungen unter Verwenden eines Lötmateri- als verbunden sind, und die unter Verwenden der Lötvorrichtung hergestellt werden kann ohne ein während des Herstellungsprozes­ ses benutztes Flußmaterial. Demgemäß wird die Gefahr, daß das Produkt ausgewaschen wird durch das restliche Flußmaterial, aus­ geschaltet, und die Herstellungskosten können durch Unterlassen des Waschprozesses verringert werden.

In der Halbleitereinrichtung nach Anspruch 14 ist das Material des Lötmaterials eine Legierung aus mindestens zwei Elementen von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei. Deshalb ist es möglich, zwischen den Halbleiterelementen und dem BGA-Substrat auf sicherere Weise zu löten.

Die Halbleitereinrichtung richtet sich auf eine Halbleiterein­ richtung mit einem BGA-Substrat mit einer Mehrzahl von Leitungen und einem Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Elektroden, wel­ che entsprechend mit der Mehrzahl von Leitungen unter Verwenden eines Lötmaterials verbunden sind, und wird hergestellt unter Verwenden des Lötverfahrens, ohne ein in dem Herstellungsprozeß benutztes Flußmaterial zu verwenden. Demgemäß ist die Gefahr, daß das Produkt durch das restliche Flußmaterial ausgewaschen wird, ausgeschaltet, und die Herstellungskosten können durch Un­ terlassen des Waschprozesses verringert werden.

In der Halbleitereinrichtung ist das Material des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei der Elemente Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei. Deshalb ist es möglich, das Löten zwischen den Halbleiterelementen und dem BGA-Substrat si­ cherer zu machen.

Claims (14)

1. Lötvorrichtung mit
einer Bondstufe (1b) für zwei Teile (11, 12), die elektrisch mit einem Lötmaterial verbunden sind, wobei ein Teil (12) davon durch ein Bondgerät (1a) gehalten ist und das andere Teil (11) durch die Bondstufe gehalten ist,
einer Einrichtung (1a, 1b) zum Drücken eines der beiden Teile (11, 12) gegen das andere mit einem Druck,
einer Heizeinrichtung zum Heizen des Lötmaterials,
einer Reduziergasversorgungseinrichtung (2) zum Versorgen des Lötmaterials mit einem Reduziergas, und
einem Reduzierkasten (3), in den die zwei Teile (11, 12) ge­ bracht sind, wobei der Reduzierkasten (3) mit dem Reduziergas um die zwei Teile (11, 12) herum gefüllt ist.

2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Reduziergas ein Gas ist, das Stickstoffgas und Wasserstoffgas enthält.

3. Lötvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Druck zwischen dem Bondgerät (1a) und der Bondstufe (1b) beim Drücken eines der beiden Teile (11, 12) gegen das andere mit dem Druck sich in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa befindet.

4. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Temperatur in dem Reduzierkasten (3) höchstens 350°C be­ trägt.

5. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Reduziergases höchstens 20 Li­ ter pro Minute beträgt.

6. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Material des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei Elementen von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei ist.

7. Lötverfahren zum elektrischen Verbinden zweier Teile (11, 12) mit einem Lötmaterial mit den Schritten:
Anordnen einer Mehrzahl von Lötbumps (15a, 15b) mit dem Lötmate­ rial auf den entsprechenden vorbestimmten Plätzen der zwei oben genannten Teile (11, 12),
Bringen der zwei Teile (11, 12) in einen Reduzierkasten (3),
Versorgen des Reduzierkastens (3) mit einem Reduziergas und
Heizen des Lötmaterials derart, daß die Temperatur der zwei Tei­ le (11, 12) höher sein kann als die Schmelzpunkte des Lötmateri- als,
Ebnen der Höhen der Mehrzahl von Lötbumps (15a, 15b) auf ein­ heitliche Weise und
Drücken eines der oben genannten zwei Teile (11, 12) gegen das andere mit einem Druck gegeneinander, um sie elektrisch zu ver­ binden.

8. Lötverfahren nach Anspruch 7, bei der das Reduziergas ein Gas ist, das Stickstoffgas und Wasserstoffgas enthält.

9. Lötverfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Druck zwischen dem Bondgerät (1a) und der Bondstufe (1b) beim Drücken eines der beiden Teile (11, 12) gegen das andere mit dem Druck sich in dem Bereich von 48 bis 1000 kPa befindet.

10. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Temperatur in dem Reduzierkasten (3) höchstens 350°C beträgt.

11. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Reduziergases höchstens 20 Li­ ter pro Minute beträgt.

12. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der das Material des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei Elementen von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei ist.

13. Halbleitereinrichtung mit einem BGA-Substrat (11), das mit einer Mehrzahl von Leitungen versehen ist und einem Halbleiter­ chip (12) mit einer Mehrzahl von Elektroden, die entsprechend mit der Mehrzahl von Leitungen unter Verwenden eines Lötmateri- als verbunden sind, wobei die Halbleitereinrichtung unter Ver­ wenden der Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 her­ gestellt ist, ohne daß ein während des Herstellungsprozesses be­ nutztes Flußmaterial benutzt wird.

14. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 13, bei der das Mate­ rial des Lötmaterials eine Legierung mit mindestens zwei Elemen­ ten von Zinn, Silber, Zink, Titan, Antimon, Gold und Blei ist.