JP2021158158A - Soldering method, soldering device, and sheet solder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだ付け方法、はんだ付け装置およびシートはんだに関し、より詳しくは、シートはんだを用いてチップ部品を信頼性高く接合することができるはんだ付け方法、はんだ付け装置およびシートはんだに関するものである。 The present invention relates to a soldering method, a soldering apparatus and a sheet solder, and more particularly to a soldering method, a soldering apparatus and a sheet solder capable of joining chip parts with high reliability using the sheet solder. ..
半導体素子などのチップ部品を基板上にはんだ接合する技術において、品質向上（はんだの定量化、絶縁不良の低減）、環境問題（フラックスの洗浄に用いる薬品の低減や排液処理）、生産工程の簡素化（洗浄レス）の観点から、フラックスを用いない（フラックスレス）はんだ接合が主流になりつつある。 In the technology of solder bonding chip parts such as semiconductor elements on a substrate, quality improvement (quantification of solder, reduction of insulation defects), environmental problems (reduction of chemicals used for flux cleaning and drainage treatment), production process From the viewpoint of simplification (cleaning-less), flux-free (fluxless) solder joints are becoming mainstream.
フラックスレスのはんだ接合で用いられるはんだとしては、プリフォームはんだ、フォームはんだ、シートはんだ、はんだ板などと言われているフラックス成分を含有しない板状の純はんだ材を用いることが一般的である。本願では、板状のはんだ材のことを「シートはんだ」と言うことにする。 As the solder used for fluxless solder bonding, it is common to use a plate-shaped pure solder material that does not contain a flux component, such as preform solder, foam solder, sheet solder, and solder plate. In the present application, the plate-shaped solder material is referred to as "sheet solder".
シートはんだを用いたはんだ接合技術として、特許文献１には、ハンダ付けされる基板と半導体チップの各々の接合面に十分に水素ガスを供給することができ、かつ基板に設けられるハンダ部材の取り扱い性が良好なハンダ付け方法が開示される。
As a solder joining technique using sheet solder,
特許文献２には、円弧状の第１部分と、第１部分の両側に位置する円弧状の第２部分および第３部分と、第１部分と第２部分の間に位置する直線状の第４部分と、第１部分と第３部分の間に位置する直線状の第５部分と、を有し、第１部分は、上側に凸であり、第２部分および第３部分は、下側に凸であり、第１部分、第２部分および第３部分の硬度は、第４部分および第５部分の硬度よりも大きい、半田シートが開示される。
特許文献３には、アルミニウム放熱体の平面部にはんだシートを載置し、これらを窒素雰囲気中で予熱し、その後、加熱されている超音波振動子をはんだシートに接触させるとともに加圧し、超音波振動を印加して予備的に熱融着する半導体装置の製造方法が開示される。
In
シートはんだを用いたはんだ付け方法では、はんだ材料の定量化や均一な接合による高い接続信頼性を得ることができる。しかし、クリームはんだのようなチクソ性がないため、シートはんだを基板上に載置した際のシートはんだの位置ずれや、シートはんだの上にチップ部品を載置した際のチップ部品の位置ずれを起こすことがあり、はんだ付けを完了するまでの間、不安定性に対する対応が必要となる。 In the soldering method using sheet solder, high connection reliability can be obtained by quantifying the solder material and uniform joining. However, since it does not have the chixing property of cream solder, the misalignment of the sheet solder when the sheet solder is placed on the board and the misalignment of the chip parts when the chip parts are placed on the sheet solder It may occur and it is necessary to deal with instability until the soldering is completed.
このようなシートはんだを用いる際の不安定性への対応として、シートはんだを押さえておくシートはんだ用の治具や、チップ部品を押さえておくチップ部品用の治具を用いることが考えられる。しかし、高い耐熱性を有する治具を用いる必要があるとともに、シートはんだやチップ部品の大きさ、形状に対応した専用の治具を用意する必要があり、工程の簡素化やコストダウンを図る上でこのような治具を極力用いない方法が望まれる。 As a countermeasure against instability when using such sheet solder, it is conceivable to use a jig for sheet solder that holds down the sheet solder and a jig for chip parts that holds down the chip parts. However, it is necessary to use a jig with high heat resistance, and it is also necessary to prepare a special jig corresponding to the size and shape of the sheet solder and chip parts, in order to simplify the process and reduce costs. Therefore, a method that does not use such a jig as much as possible is desired.
本発明は、接続工程の簡素化および接続信頼性を高めることができるはんだ付け方法、はんだ付け装置およびシートはんだを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a soldering method, a soldering apparatus, and a sheet solder capable of simplifying a connecting process and improving connection reliability.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、シートはんだを用いて基板にチップ部品をはんだ付けする方法であって、シートはんだとして、チップ部品を載置するための載置部と、載置部の周辺において載置部に対して立設された面または部分を有する周辺部と、を備えるシートはんだを準備する工程と、基板の上にシートはんだを載置した状態でシートはんだを超音波溶着によって仮固定する工程と、シートはんだの載置部にチップ部品を載置する工程と、シートはんだを加熱溶融し、基板に前記チップ部品をはんだ接合する工程と、を備えたことを特徴とするはんだ付け方法である。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a method of soldering a chip component to a substrate using a sheet solder, which includes a mounting portion for mounting the chip component as the sheet solder and a mounting portion. A process of preparing a sheet solder having a surface or a portion erected with respect to the mounting portion around the mounting portion, and a sheet soldering state in which the sheet solder is placed on a substrate. It is characterized by including a step of temporarily fixing by sonic welding, a step of mounting a chip component on a sheet solder mounting portion, and a step of heating and melting the sheet solder and solder-bonding the chip component to a substrate. This is the soldering method.
このような構成によれば、基板の上に載置したシートはんだを超音波溶着によって仮固定するため、シートはんだの形態を維持した状態でシートはんだの位置ずれを防止することができる。また、シートはんだとして載置部と周辺部とを有するものを使用し、チップ部品をシートはんだの載置部に載置することで、周辺部によってチップ部品の位置ずれを防止することができる。 According to such a configuration, since the sheet solder placed on the substrate is temporarily fixed by ultrasonic welding, it is possible to prevent the sheet solder from being displaced while maintaining the form of the sheet solder. Further, by using a sheet solder having a mounting portion and a peripheral portion and mounting the chip component on the sheet solder mounting portion, it is possible to prevent the chip component from being displaced by the peripheral portion.
上記はんだ付け方法において、はんだ接合する工程は、還元性ガスを供給しながらシートはんだを加熱溶融することを含むことが好ましい。還元性ガスとしては、ギ酸が好ましい。これにより、フラックスレスのシートはんだを用いてもはんだ接合面の酸化膜の除去によって接続信頼性を高めることができる。 In the above soldering method, the soldering step preferably includes heating and melting the sheet solder while supplying a reducing gas. Formic acid is preferable as the reducing gas. As a result, even if fluxless sheet solder is used, the connection reliability can be improved by removing the oxide film on the solder joint surface.
本発明の一態様は、シートはんだを用いて基板にチップ部品をはんだ付けする装置であって、シートはんだとして、チップ部品を載置するための載置部と、載置部の周辺においてチップ部品を載置する載置面の側に立設された面または部分を有する周辺部と、を備えるシートはんだを基板の上に載置するはんだ載置部と、基板の上に載置されたシートはんだに超音波振動を与える超音波溶着部と、シートはんだの載置部にチップ部品を載置する部品載置部と、シートはんだを加熱溶融して、基板にチップ部品をはんだ接合する加熱接合部と、を備えたことを特徴とするはんだ付け装置である。 One aspect of the present invention is an apparatus for soldering a chip component to a substrate using sheet solder, which is a mounting portion for mounting the chip component as sheet solder and a chip component around the mounting portion. A solder mounting portion for mounting the sheet solder provided on the substrate, and a peripheral portion having a surface or a portion erected on the side of the mounting surface on which the solder is placed, and a sheet mounted on the substrate. An ultrasonic welding part that gives ultrasonic vibration to the solder, a part mounting part that mounts chip parts on the sheet solder mounting part, and a heat bonding that heats and melts the sheet solder and solder-bonds the chip parts to the substrate. It is a soldering device characterized by having a part and.
このような構成によれば、基板の上にシートはんだを載置した状態で超音波溶着部によってシートはんだを仮固定するため、シートはんだの形態を維持した状態でシートはんだの位置ずれを防止することができる。また、シートはんだとして載置部と周辺部とを有するものを使用し、部品載置部では、チップ部品をシートはんだの載置部に載置するため、周辺部によってチップ部品の位置ずれを防止することができる。また、このシートはんだにチップ部品を載置して位置ずれが防止された状態で、加熱接合部によってシートはんだが加熱溶融され、シートはんだおよびチップ部品を正確な位置に接合することができる。 According to such a configuration, the sheet solder is temporarily fixed by the ultrasonic welding portion while the sheet solder is placed on the substrate, so that the position shift of the sheet solder is prevented while maintaining the form of the sheet solder. be able to. In addition, a sheet solder having a mounting portion and a peripheral portion is used, and the chip component is mounted on the sheet solder mounting portion in the component mounting portion, so that the peripheral portion prevents the chip component from being misaligned. can do. Further, in a state where the chip component is placed on the sheet solder and the misalignment is prevented, the sheet solder is heated and melted by the heat bonding portion, and the sheet solder and the chip component can be bonded at an accurate position.
上記はんだ付け装置において、はんだ載置部、超音波溶着部、部品載置部および加熱接合部のそれぞれの間で基板を搬送する搬送部をさらに備えていることが好ましい。これにより、シートはんだの載置、シートはんだの超音波溶着による仮固定、チップ部品の載置およびシートはんだの加熱溶融接合の一連の工程を搬送部で基板を搬送しながら連続して行うことができる。 In the soldering apparatus, it is preferable that the soldering apparatus further includes a transporting portion for transporting the substrate between each of the solder mounting portion, the ultrasonic welding portion, the component mounting portion, and the heat joining portion. As a result, a series of processes of mounting the sheet solder, temporarily fixing the sheet solder by ultrasonic welding, mounting the chip parts, and heat-melt joining of the sheet solder can be continuously performed while transporting the substrate by the transport section. can.
本発明の一態様は、はんだ材料によって構成されたシート状のはんだであって、チップ部品を載置するための載置部と、載置部の周辺においてチップ部品を載置する載置面の側に立設された面または部分を有する周辺部と、を備えるシートはんだである。 One aspect of the present invention is a sheet-shaped solder made of a solder material, which is a mounting portion for mounting a chip component and a mounting surface on which the chip component is mounted around the mounting portion. A sheet solder comprising a peripheral portion having a surface or portion erected on the side.
このような構成によれば、載置部の周辺に載置面側に立設された面または部分を有する周辺部が設けられているため、載置面にチップ部品を載置することで周辺部の内側にチップ部品が載置され、チップ部品の位置ずれを周辺部で抑制することができる。 According to such a configuration, since a peripheral portion having a surface or a portion erected on the mounting surface side is provided around the mounting portion, the chip component can be mounted on the mounting surface to provide a peripheral portion. The chip component is placed inside the portion, and the misalignment of the chip component can be suppressed in the peripheral portion.
上記シートはんだにおいて、周辺部は、載置部の周囲に設けられた複数の立片を有していてもよい。これにより、複数の立片が壁となりチップ部品の位置ずれを抑制することができる。 In the sheet solder, the peripheral portion may have a plurality of standing pieces provided around the mounting portion. As a result, the plurality of standing pieces serve as walls, and the misalignment of the chip parts can be suppressed.
上記シートはんだにおいて、周辺部における立設された面または部分は、載置部から離れるほど外側に向かう傾斜を有していることが好ましい。これにより、チップ部品を載置する際の間口が拡がり、立設された面または部分の傾斜を利用してチップ部品を載置部の所定位置に呼び込むように載置することができる。 In the sheet solder, it is preferable that the upright surface or portion in the peripheral portion has an inclination toward the outside as the distance from the mounting portion increases. As a result, the frontage when mounting the chip component is widened, and the chip component can be mounted so as to be attracted to a predetermined position of the mounting portion by utilizing the inclination of the erected surface or portion.
上記シートはんだにおいて、載置部には、周縁から中央側に向かうスリットが設けられていてもよい。このようなスリットが設けられることで、シートはんだと基板との間にスリットによる隙間が設けられ、還元性ガスを導入しやすくなる。 In the sheet solder, the mounting portion may be provided with a slit from the peripheral edge to the central side. By providing such a slit, a gap is provided between the sheet solder and the substrate due to the slit, and it becomes easy to introduce the reducing gas.
上記シートはんだにおいて、載置部には、周縁から中央側に延在する溝部が設けられていてもよい。このような溝部が設けられることで、溝部内に還元性ガスが導入しやすくなる。また、溝部の上にチップ部品が載置されることで、チップ部品のシートはんだとの間に隙間が生じて還元性ガスを導入しやすくなる。 In the sheet solder, the mounting portion may be provided with a groove portion extending from the peripheral edge to the central side. By providing such a groove, the reducing gas can be easily introduced into the groove. Further, when the chip component is placed on the groove portion, a gap is generated between the chip component and the sheet solder of the chip component, and it becomes easy to introduce the reducing gas.
上記シートはんだにおいて、載置部の周縁から外方へ延出する延出部をさらに備えていてもよい。これにより、延出部の位置に超音波を印加してシートはんだを仮固定することができる。延出部に超音波を印加するようにすれば、載置部に超音波を印加する必要がなくなり、載置部へのダメージを抑制することができる。 The sheet solder may further include an extending portion extending outward from the peripheral edge of the mounting portion. As a result, the sheet solder can be temporarily fixed by applying ultrasonic waves to the position of the extension portion. If ultrasonic waves are applied to the extending portion, it is not necessary to apply ultrasonic waves to the mounting portion, and damage to the mounting portion can be suppressed.
本発明によれば、接続工程の簡素化および接続信頼性を高めることができるはんだ付け方法、はんだ付け装置およびシートはんだを提供することが可能になる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it becomes possible to provide a soldering method, a soldering apparatus, and a sheet solder that can simplify the connection process and enhance the connection reliability.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are designated by the same reference numerals, and the description of the members once described will be omitted as appropriate.
（シートはんだの構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るシートはんだの構成を例示する斜視図である。図１（ａ）にはシートはんだ１の斜視図が示され、図１（ｂ）にはシートはんだ１の使用状態を説明する分解斜視図が示される。
本実施形態に係るシートはんだ１は、はんだ材料によって構成され、チップ部品２を基板３上にはんだ接合するために用いられるシート状（板状）のはんだである。
(Composition of sheet solder)
1 (a) and 1 (b) are perspective views illustrating the configuration of the sheet solder according to the present embodiment. FIG. 1A shows a perspective view of the
The
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るシートはんだ１は、載置部１１と、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２とを備える。シートはんだ１に用いられるはんだ材料の主成分はスズ（Ｓｎ）であり、融点は約２７０℃である。シートはんだ１は、フラックスを含有しないフラックスレスであることが好ましい。
As shown in FIG. 1A, the
シートはんだ１の載置部１１にはチップ部品２（図１（ｂ）参照）が載置される。このため、載置部１１の大きさはチップ部品２の底面のサイズとほぼ同じか、やや大きく設けられる。
The chip component 2 (see FIG. 1B) is mounted on the mounting
シートはんだ１の周辺部１２は、載置部１１の周辺において載置部１１のチップ部品２を載置する載置面１１ａの側に立設された面または部分を有する。例えば、周辺部１２は載置部１１の縁から載置面１１ａ側（上側）に立ち上がる立片１２１を有する。図１に示す例では、矩形の載置部１１の各辺の中央部分にそれぞれ立片１２１が設けられる。
The
立片１２１は、載置部１１の各辺から外方に延出するはんだ材料の一部を折り曲げるようにして構成される。例えば、板状のはんだ材料をプレス加工することで、図１（ａ）に示すような載置部１１および周辺部１２を備えたシートはんだ１が構成される。
The standing
立片１２１の立ち上がり寸法は、例えば０．１ミリメートル（ｍｍ）以上２．５ｍｍ以下程度で、立ち上がりの角度は、例えば３０度以上８５度以下程度（上に向かうほど外方に向く角度）が好ましい。シートはんだ１は、チップ部品２のはんだ接合に必要なはんだ量を確保できる大きさ、形状、長さ、周辺部１２の形状や長さに設けられる。
The rising dimension of the standing
シートはんだ１において、周辺部１２は載置部１１と一体であってもよいし、別体であってもよい。一体であれば板状のはんだ材料をプレス加工して載置部１１および周辺部１２を一体成形することができる。別体であれば、はんだ材料によって載置部１１および周辺部１２を別個に形成した後、それぞれを接合することで構成することができる。
In the
図１（ｂ）に示すように、シートはんだ１は、チップ部品２を基板３にはんだ接合するために用いられる。基板３としては、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板、プリント基板、銅ベースなどが用いられる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、母材と導体パターンとを含めて基板３と称することにする。
As shown in FIG. 1B, the
チップ部品２は、半導体プロセスによって製造されたチップ状の部材であり、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＲＤ（Fast Recovery Diode）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）や炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いた半導体素子、シリコン抵抗、サーミスタ、放熱用スプレッダなどである。
The
本実施形態に係るシートはんだ１を用いてはんだ接合する場合、基板３の上にシートはんだ１を載置して仮固定を行う。仮固定は、基板３とシートはんだ１との接触部分の一部（例えば、載置部１１の一部）に超音波を印加して溶着を行う。これにより、シートはんだ１が基板３の所定位置からずれてしまうことを防止することができる。なお、シートはんだ１の超音波溶着による仮固定位置は、載置部１１の中央部であっても、端部であってもよいし、１箇所でも複数箇所であってもよい。
When soldering is performed using the
チップ部品２は、シートはんだ１の載置部１１に載置される。チップ部品２を載置部１１に載置することで、周辺部１２の内側（例えば、４つの立片１２１で囲まれる領域内）にチップ部品２が収容される。このように、チップ部品２を載置部１１に載置することで、チップ部品２の周囲に周辺部１２（例えば、立片１２１）が位置することになり、チップ部品２の載置面１１ａに沿った位置ずれを周辺部１２によって抑制することができる。
The
周辺部１２によってチップ部品２の位置ずれを抑制するには、載置部１１にチップ部品２を載置した状態でチップ部品２と周辺部１２との隙間が少ないほど効果的である。一方、チップ部品２と周辺部１２との隙間が少ないほど、チップ部品２を載置部１１に載置する際の位置制御が難しくなる。そこで、立片１２１の立ち上がり角度として上（載置面１１ａから離れる方向）に向かうほど外側を向くようにすれば、チップ部品２を載置する際の間口が拡がり、チップ部品２を載置する際の位置合わせが容易となるとともに、多少の位置ずれであっても立片１２１の傾斜を利用してチップ部品２を載置部１１の載置面１１ａの所定位置に正確に呼び込むことができる。
In order to suppress the misalignment of the
（はんだ付け方法）
次に、本実施形態に係るはんだ付け方法について説明する。
図２は、本実施形態に係るはんだ付け方法を例示するフローチャートである。
図３（ａ）から図５（ｃ）は、本実施形態に係るはんだ付け方法を例示する断面図である。
本実施形態に係るはんだ付け方法には、先に説明したシートはんだ１が用いられる。
図２に示すように、本実施形態に係るはんだ付け方法は、シートはんだ１を準備する工程（ステップＳ１０１）と、基板３の上にシートはんだ１を載置する工程（ステップＳ１０２）と、シートはんだ１を超音波溶着によって仮固定する工程（ステップＳ１０３）と、シートはんだ１の上にチップ部品２を載置する工程（ステップＳ１０４）と、シートはんだ１を溶融して基板３とチップ部品２とをはんだ接合する工程（ステップＳ１０５）と、を備える。
(Soldering method)
Next, the soldering method according to this embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the soldering method according to the present embodiment.
3 (a) to 5 (c) are cross-sectional views illustrating the soldering method according to the present embodiment.
In the soldering method according to the present embodiment, the
As shown in FIG. 2, the soldering method according to the present embodiment includes a step of preparing the sheet solder 1 (step S101), a step of placing the
次に、各工程の具体例について説明する。
ステップＳ１０１に示すシートはんだ１の準備では、例えば図１（ａ）に示す本実施形態に係るシートはんだ１を用意する。次に、ステップＳ１０２に示すシートはんだ１の載置を行う。具体的には、図３（ａ）に示すように、基板用治具５０を用意し、この基板用治具５０に基板３を嵌め込む。基板用治具５０は、セラミックスやカーボン（Ｃ／Ｃコンポジット材を含む）の基材５１に凹部５２が設けられたものでる。基板用治具５０の凹部５２に基板３が嵌め込まれる。
Next, specific examples of each step will be described.
In the preparation of the
次に、図３（ｂ）に示すように、基板３が嵌め込まれた基板用治具５０の上にはんだ用治具６０を載置する。はんだ用治具６０は、アルミニウムや樹脂の基材６１に開口６２が設けられたものである。図３（ｃ）に示すように、基板用治具５０の上に載置されたはんだ用治具６０の開口６２にシートはんだ１を載置する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図４（ａ）に示すように、はんだ押圧用治具７０をはんだ用治具６０およびシートはんだ１の上に載置する。はんだ押圧用治具７０は、アルミニウムや樹脂の基材７１に凸部７２が設けられたものである。はんだ押圧用治具７０を載置することで、凸部７２によってシートはんだ１の載置部１１が押圧される。これにより、シートはんだ１の載置部１１に歪みがあっても平坦性を高めることができる。
Next, as shown in FIG. 4A, the
次に、ステップＳ１０３に示す超音波溶着による仮固定では、図４（ｂ）に示すように、シートはんだ１に超音波を印加して基板３へ仮固定する。はんだ押圧用治具７０には貫通孔７３が設けられており、この貫通孔７３から超音波印加用のホーン１０２１を差し込み、シートはんだ１の載置部１１に当接させる。そして、ホーン１０２１から超音波をシートはんだ１の載置部１１に与え、シートはんだ１を基板３に仮固定する。
Next, in the temporary fixing by ultrasonic welding shown in step S103, as shown in FIG. 4B, ultrasonic waves are applied to the
シートはんだ１の仮固定が完了した後は、はんだ押圧用治具７０およびはんだ用治具６０を取り外す。次に、ステップＳ１０４に示すチップ部品２の載置では、図５（ａ）に示すように、チップ部品２をシートはんだ１の載置部１１に載置する。図５（ｃ）に示すように、チップ部品２がシートはんだ１の載置部１１に載置されると、周辺部１２の内側に配置され、位置ずれを起こすことなく配置される。
After the temporary fixing of the
次に、ステップＳ１０５に示すはんだ溶着では、図５（ｃ）に示すようにシートはんだ１を溶融し、チップ部品２を基板３にはんだ接合する。シートはんだ１の溶融は加熱装置（リフロー炉など）によって行われる。加熱装置には、図５（ｂ）に示すような基板用治具５０に基板３、シートはんだ１およびチップ部品２が重ねられた状態で送り込まれる。
Next, in the solder welding shown in step S105, the
本実施形態では、シートはんだ１が基板３に仮固定されているため、加熱装置への出し入れや搬送などで振動が加わっても、基板３上のシートはんだ１がずれることはない。また、シートはんだ１に載置されたチップ部品２は周辺部１２によって位置ずれが抑制され、載置部１１の上からずれ落ちることはない。したがって、シートはんだ１やチップ部品２を押さえておく治具を用いることなく、シートはんだ１によってチップ部品２を基板３の正確な位置にはんだ接合することが可能となる。
In the present embodiment, since the
チップ部品２を基板３にはんだ接合した後は、基板用治具から完成品（半導体装置）を取り出す。
After the
上記のはんだ付け方法において、シートはんだ１を溶融する際、還元性ガスを供給しながらシートはんだ１を加熱溶融してもよい。還元性ガスとしては、ギ酸が好ましい。これにより、フラックスレスのシートはんだ１を用いても、はんだ接合面（シートはんだ１の表面、チップ部品２の裏面電極表面、基板３の導通部表面）の酸化膜を除去して接続信頼性を高めることができる。
In the above soldering method, when melting the
一方、必要に応じてフラックスを用いてもよい。フラックスが必要な場合には、シートはんだ１を基板３に載置する前に基板３のシートはんだ１が載置される位置にフラックスを塗布してもよいし、シートはんだ１にチップ部品２を載置する前にシートはんだ１の載置部１１にフラックスを塗布してもよい。
On the other hand, flux may be used if necessary. When flux is required, the flux may be applied to the position where the
また、シートはんだ１を溶融する際にはんだの飛散防止対策を施したい場合には、シートはんだ１を加熱装置で溶融する際、はんだ飛散防止治具（図示せず）を搭載するようにしてもよい。
Further, if it is desired to take measures to prevent the solder from scattering when the
本実施形態に係るはんだ付け方法では、基板３の上に載置したシートはんだ１を超音波溶着によって仮固定するため、シートはんだ１の位置ずれ防止の治具が不要となる。また、シートはんだ１にチップ部品２を載置した際、周辺部１２によってチップ部品２の位置ずれが防止されるため、チップ部品２の位置ずれを防止するための治具も不要となる。
In the soldering method according to the present embodiment, since the
ここで、フラックスを用いないはんだ接合を行う場合、還元性ガスとして水素やギ酸が用いられる。水素を供給して加熱を行う水素還元炉を用いた場合、シートはんだの主成分であるスズ（Ｓｎ）は２７０℃程度から還元作用が発生し、シートはんだを溶融することが可能である。しかし、一般的なはんだ（例えば、クリームはんだ）の融点である２３０℃付近よりも高くなるため、搭載部品への熱ストレスが懸念される。 Here, when soldering without using flux, hydrogen or formic acid is used as the reducing gas. When a hydrogen reduction furnace for supplying hydrogen and heating is used, tin (Sn), which is the main component of the sheet solder, undergoes a reducing action from about 270 ° C., and the sheet solder can be melted. However, since it is higher than the melting point of general solder (for example, cream solder) around 230 ° C., there is a concern about thermal stress on the mounted parts.
ギ酸を還元性ガスとして用いる場合、１５０℃から２００℃程度で還元作用が発生し、シートはんだを溶融させることが可能である。この融点は一般的なはんだの融点付近と同等か、それ以下であることから、搭載部品への熱ストレスの影響は高くない。 When formic acid is used as a reducing gas, a reducing action occurs at about 150 ° C. to 200 ° C., and the sheet solder can be melted. Since this melting point is equal to or lower than the melting point of general solder, the influence of thermal stress on the mounted parts is not high.
一方、ギ酸は還元作用が強く、金属を錆びさせることに繋がり、治具に適用可能な材料の選択の幅が狭くなる。ギ酸に耐性があり、治具として加工が可能な材料としては、ＳＵＳ３１６（Ｌ）、チタン、カーボン、セラミックス、カーボン素材の樹脂、セラミックス基材の樹脂などが挙げられる。 On the other hand, formic acid has a strong reducing action, which leads to rusting of the metal and narrows the range of selection of materials applicable to the jig. Examples of the material that is resistant to formic acid and can be processed as a jig include SUS316 (L), titanium, carbon, ceramics, a resin made of carbon material, and a resin made of a ceramic base material.
上記の材料の中で、リフロー炉内で使用する治具を前提とした場合、熱伝導率および熱膨張率の観点から、ＳＵＳ３１６（Ｌ）は不向きである。ＳＵＳ３１６（Ｌ）以外の材料は治具として適用可能ではあるが、可能な限り熱伝導率の高いグレードを選択する必要があるため、材料自体のコストが高くなると同時に、難加工の材料のため治具を多数用意するとコスト高となる。 Among the above materials, SUS316 (L) is unsuitable from the viewpoint of thermal conductivity and coefficient of thermal expansion, assuming a jig used in a reflow furnace. Materials other than SUS316 (L) can be applied as jigs, but since it is necessary to select a grade with the highest thermal conductivity possible, the cost of the material itself increases, and at the same time, it is cured because it is a difficult-to-process material. If you prepare a lot of ingredients, the cost will be high.
このため、可能な限り治具の数を減らすか、治具として加工難易度の低い材料を用いることが望まれる。 Therefore, it is desirable to reduce the number of jigs as much as possible or to use a material having a low degree of processing difficulty as a jig.
本実施形態では、上記のように、シートはんだ１の位置ずれ防止のための治具や、チップ部品２の位置ずれ防止のための治具が不要となるため、フラックスレスのシートはんだ１を用い、還元性ガス、特にギ酸を用いたはんだ接合を行うはんだ付けのニーズに合致している。
In the present embodiment, as described above, the jig for preventing the misalignment of the
（はんだ付け装置）
次に、本実施形態に係るはんだ付け装置について説明する。
図６は、本実施形態に係るはんだ付け装置を例示する模式図である。
本実施形態に係るはんだ付け装置１００は、先に説明したシートはんだ１を用いて基板３にチップ部品２をはんだ付けする装置である。
(Soldering equipment)
Next, the soldering apparatus according to this embodiment will be described.
FIG. 6 is a schematic view illustrating the soldering apparatus according to the present embodiment.
The
はんだ付け装置１００は、シートはんだ１を基板３の上に載置するはんだ載置部１０１と、基板３の上に載置されたシートはんだ１に超音波振動を与える超音波溶着部１０２と、シートはんだ１の載置部１１にチップ部品２を載置する部品載置部１０３と、シートはんだ１を加熱溶融して、基板３にチップ部品２をはんだ接合する加熱接合部１０４と、を備える。
The
はんだ載置部１０１は、シートはんだ１をピックアップ（例えば、真空吸着）する保持部１０１１を有する。保持部１０１１は、例えばＸＹＺ方向に移動可能に設けられる。保持部１０１１は、シートはんだ１をピックアップした状態で基板３上の所定位置へシートはんだ１を移動させ、ピックアップを解除してシートはんだ１を基板３上に載置する。
The
超音波溶着部１０２は、超音波を印加するホーン１０２１を有する。ホーン１０２１をシートはんだ１の載置部１１に当接させて超音波を印加することでシートはんだ１の基板３側が僅かに溶融して、シートはんだ１を基板３に仮固定することができる。
The
部品載置部１０３は、チップ部品２をピックアップ（例えば、真空吸着）する保持部１０３１を有する。保持部１０３１は、例えばＸＹＺ方向に移動可能に設けられる。保持部１０３１は、チップ部品２をピックアップした状態でシートはんだ１の載置部１１へチップ部品２を移動させ、ピックアップを解除してチップ部品２を載置部１１上に載置する。
The
加熱接合部１０４は、シートはんだ１を加熱溶融する加熱装置である。加熱接合部１０４では、シートはんだ１を加熱溶融するための温度コントロールが行われる。また、加熱接合部１０４は、シートはんだ１を加熱溶融する際に還元性ガス（例えば、ギ酸、水素）を供給する還元性ガス供給部（図示せず）を有していてもよい。
The
また、加熱接合部１０４は、完成製品の品質上の観点から、はんだ接合面のボイドを除去するため減圧機能を備えていることが好ましい。
Further, from the viewpoint of quality of the finished product, the heat-bonded
このようなはんだ付け装置１００において、はんだ載置部１０１、超音波溶着部１０２、部品載置部１０３および加熱接合部１０４のそれぞれの間で基板３を搬送する搬送部１０５をさらに備えていてもよい。搬送部１０５は、例えばベルトコンベアである。これにより、シートはんだ１の載置、シートはんだ１の超音波溶着による仮固定、チップ部品２の載置およびシートはんだ１の加熱溶融接合の一連の工程を搬送部１０５で基板３を搬送しながら連続して行うことができる。なお、搬送部１０５は、はんだ付け装置１００の一連の工程の一部に設けられていてもよい。
Even if the
このようなはんだ付け装置１００を用いることで、基板３の上にシートはんだ１を載置した状態で超音波溶着部１０２によってシートはんだ１を仮固定するため、シートはんだ１の形態を維持した状態でシートはんだ１の位置ずれを防止することができる。また、シートはんだ１として載置部１１と周辺部１２とを有するものを使用し、部品載置部１０３では、チップ部品２をシートはんだ１の載置部１１に載置するため、周辺部１２によってチップ部品２の位置ずれを防止することができる。このシートはんだ１にチップ部品２を載置して位置ずれが防止された状態で、加熱接合部１０４によってシートはんだ１が加熱溶融され、シートはんだ１およびチップ部品２を正確な位置に接合することができる。
By using such a
（シートはんだの他の例）
次に、本実施形態に係るシートはんだ１の他の例について説明する。
図７（ａ）から図９（ｃ）は、シートはんだの他の例について説明する斜視図である。
図７（ａ）に示すシートはんだ１Ｂは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、立片１２１および立片１２２を有する構成である。立片１２２は、矩形の載置部１１の１つの辺の端部に２つ設けられる。立片１２１はチップ部品２の側面の中央と対応してチップ部品２の位置ずれを防止する。一方、立片１２２はチップ部品２の側面の端部と対応してチップ部品２の位置ずれを防止する。載置部１１の各辺のすべてに立片１２２が設けられていてもよい。また、載置部１１の１辺あたりの立片１２２の数は３つ以上であってもよい。
(Other examples of sheet solder)
Next, another example of the
7 (a) to 9 (c) are perspective views illustrating another example of sheet solder.
The
図７（ｂ）に示すシートはんだ１Ｃは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、立片１２３を有する構成である。立片１２３は、矩形の載置部１１の各辺の半分以上の長さで設けられる。立片１２３が長いほどチップ部品２の位置ずれ防止効果を安定させることができる。しかし、立片１２３が長すぎるとシートはんだ１Ｃが溶融した際、立片１２３の溶融部分がチップ部品２の側面に多く接触することになるため、はんだ量が多すぎない程度の長さにする必要がある。
The
図７（ｃ）に示すシートはんだ１Ｄは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、立片１２４を有する構成である。立片１２４は、矩形の載置部１１の隅部に設けられる。立片１２４は、１つの隅部を挟むように２つずつ設けられる。各隅部をそれぞれ挟むように２つの立片１２４が設けられることで、載置部１１にチップ部品２を載置した際、チップ部品２の隅部において立片１２４で位置ずれ防止を図ることができる。
The
図８（ａ）に示すシートはんだ１Ｅは、載置部１１の縁から延出する延出部１３を有する構成である。例えば、延出部１３は矩形の載置部１１の互いに対角となる隅部に設けられる。延出部１３を設けることで、延出部１３の位置に超音波を印加してシートはんだ１Ｅを基板３に仮固定することができる。すなわち、延出部１３に超音波を印加して仮固定するようにすれば、載置部１１に超音波を印加する必要がなくなり、載置部１１へのダメージを与えずに済む。
The
図８（ｂ）に示すシートはんだ１Ｆは、載置部１１の周縁から中央側に向かうスリット１４を有する構成である。スリット１４は、例えば矩形の載置部１１の隅部のそれぞれから中心に向かう方向に所定の幅で設けられる。このようなスリット１４が設けられることで、シートはんだ１Ｆの載置部１１にチップ部品２を載置した際、チップ部品２と基板３との間にスリット１４による隙間が設けられる。したがって、シートはんだ１Ｆを加熱溶融する際に還元性ガスを供給すると、スリット１４へ還元性ガスが入り込み、還元性ガスを効率良く導入できることになる。
The
図８（ｃ）に示すシートはんだ１Ｇは、載置部１１の周縁から中央側に向かう溝部１５を有する構成である。溝部１５は、例えば矩形の載置部１１の隅部のそれぞれから中心に向かう方向に所定の幅で延在する。このような溝部１５が設けられることで、シートはんだ１Ｇと基板３との間に溝部１５による隙間が設けられる。また、溝部１５の上にチップ部品２が載置されることで、チップ部品２のシートはんだ１Ｇとの間に隙間が設けられる。したがって、シートはんだ１Ｇを加熱溶融する際に還元性ガスを供給すると、溝部１５の中および溝部１５によって浮いた状態で載置されるチップ部品２とシートはんだ１Ｇとの隙間に還元性ガスが入り込み、還元性ガスを効率良く導入できることになる。
The
図９（ａ）に示すシートはんだ１Ｈは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、突起部１２５を有する構成である。突起部１２５は半球形であってもよいし、円柱形であってもよいし、多角柱形であってもよい。突起部１２５は、載置部１１と一体であってもよいし、別体であってもよい。シートはんだ１Ｈの載置部１１にチップ部品２を載置すると、チップ部品２の周囲に突起部１２５が位置して、突起部１２５によってチップ部品２の位置ずれを抑制することができる。
The
図９（ｂ）に示すシートはんだ１Ｉは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、段差部１２６を有する構成である。段差部１２６は載置部１１の縁部を囲む枠形であってもよいし、載置部１１の縁部の一部（辺に沿った一部や隅部）に設けられていてもよい。段差部１２６は、載置面１１ａに対して載置面１１ａ側（上側）に高く設けられた部分である。段差部１２６は、載置部１１と一体であってもよいし、別体であってもよい。このようなシートはんだ１Ｉの載置部１１にチップ部品２を載置すると、チップ部品２の周囲に段差部１２６が位置して、段差部１２６の内壁面１２６ａによってチップ部品２の位置ずれを抑制することができる。
The sheet solder 1I shown in FIG. 9B has a configuration in which a stepped
図９（ｃ）に示すシートはんだ１Ｊは、載置部１１の周辺に設けられる周辺部１２として、段差部１２７を有し、段差部１２７の内壁面１２７ａに傾斜が設けられた構成である。段差部１２７は載置部１１の縁部を囲む枠形であってもよいし、載置部１１の縁部の一部（辺に沿った一部や隅部）に設けられていてもよい。段差部１２７は、載置面１１ａに対して載置面１１ａ側（上側）に高く設けられた部分である。段差部１２７は、載置部１１と一体であってもよいし、別体であってもよい。
The
段差部１２７の内壁面１２７ａの傾斜は、上側（載置面１１ａから離れる方向）に向かうほど外側を向くようになっている。内壁面１２７ａの角度は、載置面１１ａに対して例えば３０度以上８５度以下程度（上に向かうほど外方に向く角度）が好ましい。これにより、チップ部品２を載置する際の間口が拡がり、チップ部品２を載置する際の位置合わせが容易となるとともに、多少の位置ずれであっても内壁面１２７ａの傾斜を利用してチップ部品２を載置部１１の載置面１１ａの所定位置に正確に呼び込むことができる。
The inclination of the
以上説明したように、本実施形態によれば、接続工程の簡素化および接続信頼性を高めることができるはんだ付け方法、はんだ付け装置１００およびシートはんだ１を提供することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a soldering method, a
なお、上記に本実施形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、周辺部１２の形状、大きさ、数、配置、はんだ材料は上記説明したものに限定されず、載置部１１に載置したチップ部品２の位置ずれを抑制できる面または部分を有するものであればよい。また、チップ部品２には例えば複数の素子をベース部材に実装してモジュール化された部品も含まれる。また、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
Although the present embodiment and its modifications have been described above, the present invention is not limited to these examples. For example, the shape, size, number, arrangement, and solder material of the
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ…シートはんだ
２…チップ部品
３…基板
１１…載置部
１１ａ…載置面
１２…周辺部
１３…延出部
１４…スリット
１５…溝部
５０…基板用治具
５１…基材
５２…凹部
６０…はんだ用治具
６１…基材
６２…開口
７０…はんだ押圧用治具
７１…基材
７２…凸部
７３…貫通孔
１００…はんだ付け装置
１０１…はんだ載置部
１０２…超音波溶着部
１０３…部品載置部
１０４…加熱接合部
１０５…搬送部
１２１，１２２，１２３，１２４…立片
１２５…突起部
１２６…段差部
１２６ａ…内壁面
１２７…段差部
１２７ａ…内壁面
１０１１…保持部
１０２１…ホーン
１０３１…保持部
1,1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J ...
Claims (11)
前記シートはんだとして、前記チップ部品を載置するための載置部と、前記載置部の周辺において前記載置部に対して立設された面または部分を有する周辺部と、を備える前記シートはんだを準備する工程と、
前記基板の上に前記シートはんだを載置した状態で前記シートはんだを超音波溶着によって仮固定する工程と、
前記シートはんだの前記載置部に前記チップ部品を載置する工程と、
前記シートはんだを加熱溶融し、前記基板に前記チップ部品をはんだ接合する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ付け方法。 It is a method of soldering chip parts to a board using sheet solder.
As the sheet solder, the sheet including a mounting portion for mounting the chip component and a peripheral portion having a surface or a portion erected with respect to the previously described mounting portion around the previously described mounting portion. The process of preparing the solder and
A step of temporarily fixing the sheet solder by ultrasonic welding with the sheet solder placed on the substrate, and a step of temporarily fixing the sheet solder.
The step of placing the chip component on the previously described part of the sheet solder, and
The process of heating and melting the sheet solder and soldering the chip parts to the substrate,
A soldering method characterized by being equipped with.
前記シートはんだとして、前記チップ部品を載置するための載置部と、前記載置部の周辺において前記チップ部品を載置する載置面の側に立設された面または部分を有する周辺部と、を備える前記シートはんだを前記基板の上に載置するはんだ載置部と、
前記基板の上に載置された前記シートはんだに超音波振動を与える超音波溶着部と、
前記シートはんだの前記載置部に前記チップ部品を載置する部品載置部と、
前記シートはんだを加熱溶融して、前記基板に前記チップ部品をはんだ接合する加熱接合部と、
を備えたことを特徴とするはんだ付け装置。 A device that solders chip parts to a board using sheet solder.
As the sheet solder, a mounting portion for mounting the chip component and a peripheral portion having a surface or portion erected on the side of the mounting surface on which the chip component is mounted around the previously described mounting portion. And a solder mounting portion for mounting the sheet solder on the substrate,
An ultrasonic welding portion that applies ultrasonic vibration to the sheet solder placed on the substrate, and
A component mounting portion for mounting the chip component on the previously described mounting portion of the sheet solder, and a component mounting portion.
A heat-bonded portion that heats and melts the sheet solder and solder-bonds the chip components to the substrate.
A soldering device characterized by being equipped with.
チップ部品を載置するための載置部と、
前記載置部の周辺において前記チップ部品を載置する載置面の側に立設された面または部分を有する周辺部と、
を備えるシートはんだ。 A sheet of solder made of solder material,
A mounting part for mounting chip parts and
A peripheral portion having a surface or portion erected on the side of the mounting surface on which the chip component is mounted around the above-described mounting portion,
Sheet solder with.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113937010A (en) * | 2021-12-16 | 2022-01-14 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | Method for manufacturing semiconductor device |
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