JP2004130351A - フラックスを使用しない半田接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フラックスを使用せずに、半田付けを行う。
【解決手段】2つの接合対象物2、4のうち一方の接合面2a上に半田6を配置し、この接合面2aと他方の接合対象物4の接合面4aとに、遊離基ガスを供給しながら、2つの接合対象物2、4を半田6が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。半田6が溶融された接合面2aに他方の接合対象物4の接合面4aを重ねて、半田6が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【選択図】 図1
【解決手段】2つの接合対象物2、4のうち一方の接合面2a上に半田6を配置し、この接合面2aと他方の接合対象物4の接合面4aとに、遊離基ガスを供給しながら、2つの接合対象物2、4を半田6が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。半田6が溶融された接合面2aに他方の接合対象物4の接合面4aを重ねて、半田6が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田接合方法に関し、特に2つの接合対象物を半田付けする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半田接合は、例えば半導体装置を放熱板等に接合する際に使用されることがある。通常、半田接合を行う場合、半田と接合対象物との界面を形成し、かつ接合するために、フラックスが使用される。このフラックスは、接合を形成した後に、洗浄により除去される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このフラックスが洗浄工程において完全に除去されず、残ったフラックスが残渣となる。この残渣は、例えば上述したような半導体装置と放熱板との接合などの場合、次工程において行われるワイヤーボンディングによる端子の形成を妨げたり、イオンマイグレーションと呼ばれる半田からの析出イオンによる回路の短絡を生じたりするという問題を生じる。
【0004】
本発明は、このような問題を生じるフラックスを使用せずに半田接合を行う方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による半田接合方法は、2つの工程からなる。第1の工程では、半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物のうち一方の接合対象物の接合面上に半田が配置される。これら接合対象物としては、例えば半導体装置と、これに対する下地、例えば放熱板とがある。半田としては、鉛フリー半田、例えばSnAgCu、SnAgや、鉛半田、例えばSnPb等を使用することができる。この半田載置の接合面と他方の接合対象物の接合面とに、遊離基ガスを供給しながら、2つの接合対象物を半田が溶融する温度で加熱する。遊離基ガスとしては、還元性を有するものであればよく、例えば水素ラジカルを使用することができる。第2の工程では、半田が溶融された接合面に他方の接合対象物の接合面を重ねて、半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【0006】
この接合方法では、第1の工程において、遊離基ガスが供給されている状態で、半田の溶融が行われるので、半田に含まれる酸化物の還元が行われる。同時に、接合対象物の接合面も還元されて、洗浄が行われる。その結果、半田が載置されている接合対象物の接合面に対する半田の濡れ性も良好になる。その後に、第2の工程において、2つの接合対象物の接合面を重ね合わせた状態で、加熱して、半田を溶融し、冷却することによって、2つの接合対象物を半田接合できる。このようにして半田接合することによって、フラックスを使用せずに、2つの接合対象物を半田接合できる。
【0007】
半田は、それの一部と一方の接合対象物の接合面との間に隙間を有する形状とすることができる。例えば、糸半田を使用することができる。このように隙間を形成することにより、半田が載置されている接合面の洗浄と半田の還元とが水素遊離基ガスにより良好に行われ、半田の濡れ性を向上させることができる。
【0008】
第2の工程においても、前記2つの接合面に遊離基ガスを供給することができる。この場合、接合対象物の接合時にも、遊離基ガスによる還元が行われる。
【0009】
本発明の他の態様の半田接合方法では、まず、半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物を、それらの接合面が対向するように配置し、これら接合面間に半田を両接合面との間に隙間を形成するように介在させる。2つの接合対象物を、遊離基ガスの雰囲気下で、半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【0010】
この半田接合方法でも、半田の溶融時に、遊離基ガスによって半田に含まれる酸化物の還元、両接合面の還元による洗浄が行われ、フラックスを使用しなくても、接合対象物を良好に半田接合することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態では、図1(c)に示すように、2つの接合対象物2、4を半田によって接合する。接合対象物2、4としては、例えば半導体装置と、半導体装置に対する下地、例えば放熱板を使用することができる。接合対象物2、4は、図1(a)に示すように、接合面2a、4aを有している。
【0012】
接合対象物2の接合面2a上には、半田、例えば糸半田6が配置されている。糸半田6は、例えばU字状のもので、接合面2aと糸半田6の一部との間に隙間を有するものである。糸半田6接合面2aに載置された接合対象物2と、別の接合対象物4とが、図2に示す半田付け装置8内に収容される。
【0013】
この半田付け装置8は、真空室10を有している。真空室10は、チャンバー12を有し、チャンバー12は、下部室12aと上部室12bとからなる。下部室12aは、上縁に開口を有する箱形のもので、その開口を被蓋可能に上部室12bが、蝶番によって結合されている。下部室12aを上部室12bが被蓋している状態では、両者の内部は気密状態になる。被蓋状態において、真空ポンプ14を作動させることによって、真空室10の内部を真空状態とすることができる。
【0014】
下部室12a側には、加熱手段、例えば加熱装置16が設けられている。この加熱装置16は、上述した接合対象物2、4を支持可能な平板状の支持台18を有し、この支持台18の内部にヒータ20が埋設されている。また、図示していないが、支持台18の裏面全体に接触可能な大きさの冷却装置が、真空室10内に、支持台18の裏面に接触及び非接触可能に設けられている。
【0015】
チャンバー12の上部室12bには、遊離基ガス発生手段、例えば水素ラジカル発生装置22が設けられている。この水素ラジカル発生装置22は、プラズマ発生手段によって水素ガスをプラズマ化して、水素ラジカルを発生させるものである。この水素ラジカル発生装置22は、マイクロ波発生器24を上部室12bの外部に有し、これにおいて発生されたマイクロ波を伝送する導波管26を、上部室12bに有している。この導波管26は、マイクロ波導入窓28を有し、これは、支持台18と対面するように、かつ支持台18の全面を大受け以上に形成されている。従って、マイクロ波は、支持台18の全面を覆う広い領域にわたって、上部室12b内に進入する。この導入窓28の近傍に位置するように、水素ガス供給管30が上部室12b内に設けられている。この供給管30は、真空装置8の外部にある水素ガス供給源32から水素ガスを上部室12b内に供給するためのものである。この供給された水素ガスが、マイクロ波導入窓28を介して導入されたマイクロ波によってプラズマ化されて、水素ラジカルを発生する。この水素ラジカルは、上部室12bの内部に、イオンのような不要荷電粒子を捕集するための金網34を介して接合対象物2、4の全域に向かう。
【0016】
この半田付け装置8の支持台18上に、接合対象物2、4が載せられるが、接合面2a、4aが、マイクロ波導入窓28側を向くように、接合対象物2、4が配置されている。
【0017】
この半田付け装置8での処理では、真空ポンプ14を作動させて、真空室10の圧力が例えば1Pa以下になるまで、真空状態にした後、水素ガス供給源32から水素ガスを真空室内10に導入し、例えば133Paになるように圧力調整する。この状態になったとき、ヒータ20による加熱と、マイクロ波発生による水素ラジカルの供給を開始する。加熱温度は、糸半田6の融点よりも高温、例えば摂氏275度になるように行う。糸半田6が溶融し始めたときから、約1分以上にわたって、半田が溶融している状態を維持する。この間に、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2a、4aの還元による洗浄が行われる。このとき、糸半田6が、接合面2aと全面で接触せずに、一部の空隙を形成するように、U字状に形成されているので、水素ラジカルが糸半田6及び接合面2aに効率よく供給され、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2aの還元による洗浄が効率よく行われる。糸半田6を溶融させた状態を図1(b)に示す。この状態では、半田6の濡れ性が良好であり、また、ボイドの発生も少ない。上記1分が経過すると、加熱を中止し、接合対象物2、4の温度が摂氏約100度以下になるまで、圧力133Paの水素雰囲気中で冷却が行われる。この間における真空室10の温度、圧力の変化状態を図3に示す。
【0018】
この後、図1(c)に示すように、接合対象物2、4の接合面2a、4aを重ね合わせて、再び、図3に示したような加熱、冷却を行う。この2度目の加熱、冷却時にも、水素ラジカルの供給を行うこともできる。2度目の加熱時にも、水素ラジカルの供給を行うことによって、更に、還元作用が促進される。このようにして、接合対象物2、4の半田接合が行われる。
【0019】
このように水素ラジカルの供給下において、糸半田6を溶融させて、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2a、4aの洗浄を行っているので、フラックスを使用しなくても、半田付けが可能である。
【0020】
本発明の第2の実施の形態を図4に示す。この実施の形態では、1度の加熱、冷却によって半田接合を行うもので、接合対象物2の接合面2aと、接合対象物4の接合面4aとを対向させ、その間に半田6aを配置してある。この半田6aは、図4に示すように、接合面2a、4aとの間にそれぞれ隙間を有するように、例えば波形のものを使用している。これは、接合面2a、4a及び半田6aが、充分に水素ラジカルに晒されるようにするためである。このように配置された状態で、接合対象物2、4と半田6aとを、真空室10内に収容し、例えば図3に示したような圧力及び温度の変化をさせつつ、水素ラジカルを供給することによって、良好に接合対象物2、4を半田付けすることができる。この実施の形態では、1度の処理によって、接合まで行うことができる。
【0021】
上記の第1の実施の形態では、糸半田6を使用したが、これに限ったものではなく、接合面2aと半田の一部との間に隙間が形成されるような形状のものであれば、種々のものを使用することができる。また、上記の両実施の形態では、図2に示したような半田付け装置を使用したが、これに限ったものではなく、遊離基ガスを供給可能で、かつ半田の溶融が可能な装置であれば、種々のものを使用することができる。また、遊離基ガスとして水素ラジカルを使用したが、これに限ったものではなく、他の遊離基ガスを使用することもできる。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、遊離基ガスによる還元及び洗浄作用を利用しているので、フラックスを使用せずに、2つの接合対象物を半田接合することができる。しかも、半田と接合対象物との間に隙間を形成することによって、遊離基ガスが効率よく供給されるので、還元及び洗浄が効率よく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半田接合方法の工程図である。
【図2】図1の半田接合方法に使用する半田付け装置の縦断面図である。
【図3】図1の半田接合方法における温度及び圧力の変化状態を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の半田接合方法の概略図である。
【符号の説明】
2 4 接合対象物
2a 4a 接合面
6 6a 半田
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田接合方法に関し、特に2つの接合対象物を半田付けする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半田接合は、例えば半導体装置を放熱板等に接合する際に使用されることがある。通常、半田接合を行う場合、半田と接合対象物との界面を形成し、かつ接合するために、フラックスが使用される。このフラックスは、接合を形成した後に、洗浄により除去される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このフラックスが洗浄工程において完全に除去されず、残ったフラックスが残渣となる。この残渣は、例えば上述したような半導体装置と放熱板との接合などの場合、次工程において行われるワイヤーボンディングによる端子の形成を妨げたり、イオンマイグレーションと呼ばれる半田からの析出イオンによる回路の短絡を生じたりするという問題を生じる。
【0004】
本発明は、このような問題を生じるフラックスを使用せずに半田接合を行う方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による半田接合方法は、2つの工程からなる。第1の工程では、半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物のうち一方の接合対象物の接合面上に半田が配置される。これら接合対象物としては、例えば半導体装置と、これに対する下地、例えば放熱板とがある。半田としては、鉛フリー半田、例えばSnAgCu、SnAgや、鉛半田、例えばSnPb等を使用することができる。この半田載置の接合面と他方の接合対象物の接合面とに、遊離基ガスを供給しながら、2つの接合対象物を半田が溶融する温度で加熱する。遊離基ガスとしては、還元性を有するものであればよく、例えば水素ラジカルを使用することができる。第2の工程では、半田が溶融された接合面に他方の接合対象物の接合面を重ねて、半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【0006】
この接合方法では、第1の工程において、遊離基ガスが供給されている状態で、半田の溶融が行われるので、半田に含まれる酸化物の還元が行われる。同時に、接合対象物の接合面も還元されて、洗浄が行われる。その結果、半田が載置されている接合対象物の接合面に対する半田の濡れ性も良好になる。その後に、第2の工程において、2つの接合対象物の接合面を重ね合わせた状態で、加熱して、半田を溶融し、冷却することによって、2つの接合対象物を半田接合できる。このようにして半田接合することによって、フラックスを使用せずに、2つの接合対象物を半田接合できる。
【0007】
半田は、それの一部と一方の接合対象物の接合面との間に隙間を有する形状とすることができる。例えば、糸半田を使用することができる。このように隙間を形成することにより、半田が載置されている接合面の洗浄と半田の還元とが水素遊離基ガスにより良好に行われ、半田の濡れ性を向上させることができる。
【0008】
第2の工程においても、前記2つの接合面に遊離基ガスを供給することができる。この場合、接合対象物の接合時にも、遊離基ガスによる還元が行われる。
【0009】
本発明の他の態様の半田接合方法では、まず、半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物を、それらの接合面が対向するように配置し、これら接合面間に半田を両接合面との間に隙間を形成するように介在させる。2つの接合対象物を、遊離基ガスの雰囲気下で、半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する。
【0010】
この半田接合方法でも、半田の溶融時に、遊離基ガスによって半田に含まれる酸化物の還元、両接合面の還元による洗浄が行われ、フラックスを使用しなくても、接合対象物を良好に半田接合することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態では、図1(c)に示すように、2つの接合対象物2、4を半田によって接合する。接合対象物2、4としては、例えば半導体装置と、半導体装置に対する下地、例えば放熱板を使用することができる。接合対象物2、4は、図1(a)に示すように、接合面2a、4aを有している。
【0012】
接合対象物2の接合面2a上には、半田、例えば糸半田6が配置されている。糸半田6は、例えばU字状のもので、接合面2aと糸半田6の一部との間に隙間を有するものである。糸半田6接合面2aに載置された接合対象物2と、別の接合対象物4とが、図2に示す半田付け装置8内に収容される。
【0013】
この半田付け装置8は、真空室10を有している。真空室10は、チャンバー12を有し、チャンバー12は、下部室12aと上部室12bとからなる。下部室12aは、上縁に開口を有する箱形のもので、その開口を被蓋可能に上部室12bが、蝶番によって結合されている。下部室12aを上部室12bが被蓋している状態では、両者の内部は気密状態になる。被蓋状態において、真空ポンプ14を作動させることによって、真空室10の内部を真空状態とすることができる。
【0014】
下部室12a側には、加熱手段、例えば加熱装置16が設けられている。この加熱装置16は、上述した接合対象物2、4を支持可能な平板状の支持台18を有し、この支持台18の内部にヒータ20が埋設されている。また、図示していないが、支持台18の裏面全体に接触可能な大きさの冷却装置が、真空室10内に、支持台18の裏面に接触及び非接触可能に設けられている。
【0015】
チャンバー12の上部室12bには、遊離基ガス発生手段、例えば水素ラジカル発生装置22が設けられている。この水素ラジカル発生装置22は、プラズマ発生手段によって水素ガスをプラズマ化して、水素ラジカルを発生させるものである。この水素ラジカル発生装置22は、マイクロ波発生器24を上部室12bの外部に有し、これにおいて発生されたマイクロ波を伝送する導波管26を、上部室12bに有している。この導波管26は、マイクロ波導入窓28を有し、これは、支持台18と対面するように、かつ支持台18の全面を大受け以上に形成されている。従って、マイクロ波は、支持台18の全面を覆う広い領域にわたって、上部室12b内に進入する。この導入窓28の近傍に位置するように、水素ガス供給管30が上部室12b内に設けられている。この供給管30は、真空装置8の外部にある水素ガス供給源32から水素ガスを上部室12b内に供給するためのものである。この供給された水素ガスが、マイクロ波導入窓28を介して導入されたマイクロ波によってプラズマ化されて、水素ラジカルを発生する。この水素ラジカルは、上部室12bの内部に、イオンのような不要荷電粒子を捕集するための金網34を介して接合対象物2、4の全域に向かう。
【0016】
この半田付け装置8の支持台18上に、接合対象物2、4が載せられるが、接合面2a、4aが、マイクロ波導入窓28側を向くように、接合対象物2、4が配置されている。
【0017】
この半田付け装置8での処理では、真空ポンプ14を作動させて、真空室10の圧力が例えば1Pa以下になるまで、真空状態にした後、水素ガス供給源32から水素ガスを真空室内10に導入し、例えば133Paになるように圧力調整する。この状態になったとき、ヒータ20による加熱と、マイクロ波発生による水素ラジカルの供給を開始する。加熱温度は、糸半田6の融点よりも高温、例えば摂氏275度になるように行う。糸半田6が溶融し始めたときから、約1分以上にわたって、半田が溶融している状態を維持する。この間に、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2a、4aの還元による洗浄が行われる。このとき、糸半田6が、接合面2aと全面で接触せずに、一部の空隙を形成するように、U字状に形成されているので、水素ラジカルが糸半田6及び接合面2aに効率よく供給され、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2aの還元による洗浄が効率よく行われる。糸半田6を溶融させた状態を図1(b)に示す。この状態では、半田6の濡れ性が良好であり、また、ボイドの発生も少ない。上記1分が経過すると、加熱を中止し、接合対象物2、4の温度が摂氏約100度以下になるまで、圧力133Paの水素雰囲気中で冷却が行われる。この間における真空室10の温度、圧力の変化状態を図3に示す。
【0018】
この後、図1(c)に示すように、接合対象物2、4の接合面2a、4aを重ね合わせて、再び、図3に示したような加熱、冷却を行う。この2度目の加熱、冷却時にも、水素ラジカルの供給を行うこともできる。2度目の加熱時にも、水素ラジカルの供給を行うことによって、更に、還元作用が促進される。このようにして、接合対象物2、4の半田接合が行われる。
【0019】
このように水素ラジカルの供給下において、糸半田6を溶融させて、糸半田6の酸化物の還元及び接合面2a、4aの洗浄を行っているので、フラックスを使用しなくても、半田付けが可能である。
【0020】
本発明の第2の実施の形態を図4に示す。この実施の形態では、1度の加熱、冷却によって半田接合を行うもので、接合対象物2の接合面2aと、接合対象物4の接合面4aとを対向させ、その間に半田6aを配置してある。この半田6aは、図4に示すように、接合面2a、4aとの間にそれぞれ隙間を有するように、例えば波形のものを使用している。これは、接合面2a、4a及び半田6aが、充分に水素ラジカルに晒されるようにするためである。このように配置された状態で、接合対象物2、4と半田6aとを、真空室10内に収容し、例えば図3に示したような圧力及び温度の変化をさせつつ、水素ラジカルを供給することによって、良好に接合対象物2、4を半田付けすることができる。この実施の形態では、1度の処理によって、接合まで行うことができる。
【0021】
上記の第1の実施の形態では、糸半田6を使用したが、これに限ったものではなく、接合面2aと半田の一部との間に隙間が形成されるような形状のものであれば、種々のものを使用することができる。また、上記の両実施の形態では、図2に示したような半田付け装置を使用したが、これに限ったものではなく、遊離基ガスを供給可能で、かつ半田の溶融が可能な装置であれば、種々のものを使用することができる。また、遊離基ガスとして水素ラジカルを使用したが、これに限ったものではなく、他の遊離基ガスを使用することもできる。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、遊離基ガスによる還元及び洗浄作用を利用しているので、フラックスを使用せずに、2つの接合対象物を半田接合することができる。しかも、半田と接合対象物との間に隙間を形成することによって、遊離基ガスが効率よく供給されるので、還元及び洗浄が効率よく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半田接合方法の工程図である。
【図2】図1の半田接合方法に使用する半田付け装置の縦断面図である。
【図3】図1の半田接合方法における温度及び圧力の変化状態を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の半田接合方法の概略図である。
【符号の説明】
2 4 接合対象物
2a 4a 接合面
6 6a 半田
Claims (4)
- 半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物のうち一方の接合対象物の接合面上に半田を配置し、この半田載置の接合面と他方の接合対象物の接合面とに、遊離基ガスを供給しながら、前記2つの接合対象物を前記半田が溶融する温度で加熱する第1の工程と、
前記半田が溶融された接合面に前記他方の接合対象物の接合面を重ねて、前記半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する第2の工程とを、
具備するフラックスを使用しない半田接合方法。 - 請求項1記載のフラックスを使用しない半田接合方法において、前記半田は、それの一部と前記一方の接合対象物の接合面との間に隙間を有する半田接合方法。
- 請求項1記載のフラックスを使用しない半田接合方法において、第2の工程においても、前記2つの接合面に遊離基ガスを供給する半田接合方法。
- 半田によってそれぞれの接合面を半田付けする2つの接合対象物を、それらの接合面が対向するように配置し、これら接合面間に半田を両接合面との間に隙間を形成するように介在させる工程と、
前記2つの接合対象物を、遊離基ガスの雰囲気下で、前記半田が溶融する温度で加熱し、その後に冷却する工程とを、
具備するフラックスを使用しない半田接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002297867A JP2004130351A (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | フラックスを使用しない半田接合方法 |
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JP2002297867A JP2004130351A (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | フラックスを使用しない半田接合方法 |
Publications (1)
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JP2004130351A true JP2004130351A (ja) | 2004-04-30 |
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JP2002297867A Withdrawn JP2004130351A (ja) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | フラックスを使用しない半田接合方法 |
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JP (1) | JP2004130351A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009272554A (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Honda Motor Co Ltd | ハンダ付け方法 |
JP2012161057A (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-23 | Japan Synchrotron Radiation Research Institute | 導波管型非可逆素子 |
KR101214683B1 (ko) * | 2011-01-13 | 2012-12-21 | 가부시끼가이샤 도시바 | 반도체 장치의 제조 방법 |
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