JP2004130351A

JP2004130351A - フラックスを使用しない半田接合方法

Info

Publication number: JP2004130351A
Application number: JP2002297867A
Authority: JP
Inventors: Joji Kagami; 加々見　丈二; Takeshi Mori; 森　武史; Tatsuya Takeuchi; 竹内　達也; Yoshikazu Matsuura; 松浦　義和
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

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

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

Claims

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。