JP3207506B2

JP3207506B2 - 電子回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP3207506B2
Application number: JP10295292A
Authority: JP
Inventors: 徹西川; 了平佐藤; 正英原田; 哲哉林田; 貢白井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH05235061A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子回路装置の接合に係
り、特に大型基板の位置合わせを容易にしてフラックス
レスではんだ接合を行なうことできる電子回路接合装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からフラックスを含んだクリームは
んだによるはんだ接続が一般的におこなわれている。ま
た、最近は上記クリームはんだを使用した場合にフラッ
クス残渣洗浄用フロン、有機溶剤による公害を低減する
ために無洗浄用の低残渣、低活性のフラックスが検討さ
れている。この低活性のフラックスを用いた場合、はん
だを大気中で加熱溶融すると酸化して良好な接続が得ら
れないので、ベルト炉体内をＮ₂で置換して行なってい
た。さらに、４ヶのシャッターにより炉体内を入口ガス
パージ室、加熱溶融接合室、出口ガスパージ室に３区分
し、大気をＮ₂で置換し、加熱溶融接合室の酸素濃度を
約７０ｐｐｍと低く保っていた。

【０００３】上記クリームはんだによるはんだ付けは最
も簡便であるものの、フラックスが接続部内に巻き込ま
れて蒸発することによるボイド発生や、溶融接合後のフ
ラックス残渣洗浄に用いられるフロンや有機溶剤による
公害等の問題が伴うので、完全なフラックスレスはんだ
接続法が検討されている。例えば特開昭５８−３２３８
号公報に記載のように、真空室中に並べて設置した二つ
の部材のパッド（接合面）やはんだ面にイオンビームを
照射してクリーニングし、同真空室中にて二つの部材を
重ね合わせて位置合わせを行ない、ついでイオンビーム
照射によりはんだを溶融して相互接合することが開示さ
れている。

【０００４】しかし、上記特開昭５８−３２３８号公報
記載の方法では、クリーニング、位置合わせ、溶融接合
の全作業を真空室中で行うため、作業性、生産性が悪い
という問題があった。とくに、上記位置合わせ作業にお
いては、少なくとも接合部材の一方を把持して反転し、
他方の接合部材上に搬送して多数の接合部位を正確に位
置合わせできる位置合わせ装置を真空室内に設置する必
要があり、その設置のために真空室のスペースが広が
り、真空室を広げれば装置が高価格となり効率も低下し
同時に真空室内が汚染されやすくなる。また、イオンビ
ーム照射により加熱溶融を行なうので熱容量に限界があ
り、大型基板を一括して加熱することが困難であった。

【０００５】また、特開平３−１７１６４３号公報には
上記原子あるいはイオンビーム照射装置と以後の位置合
わせやはんだの加熱溶融等を行なう後処置装置とを分離
し、後処置装置内を不活性雰囲気に保ち、その中の準備
室にて二つの部材の位置合わせを行なってハンダボール
をその融点以下に圧接加熱して仮止めした後、加熱溶融
室に搬送してはんだ付けするようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】また、上記特開平３−
１７１６４３号公報の方法においては、イオンビーム照
射装置内に位置合わせ装置を持ち込まずにすむという利
点が得られるものの、後処置装置は真空室であり、その
中で位置合わせ、加熱、溶融接続を行なわなければなら
ないという問題が残されていた。

【０００７】最近はコンピュータの実装をはじめ、民生
用装置の実装においても、微細なはんだボールで接続す
るフリップチップ接続のような微細で多点の接続が行な
われている。

【０００８】このようなはんだ接続点が多い部品の多数
を真空室内の不活性雰囲気中で位置合わせし、同時に位
置ずれなく加熱溶融することは極めて困難であった。ま
た、部材を真空室に出し入れする手間や排気等の作業が
煩雑であり、作業効率化の障害となっていた。

【０００９】以上のような理由から大気中にて位置合わ
せできるようにし、また、大型基板への部品接続を一括
して行なえるようにすることが強く要望されていた。ま
た、大気中の位置合わせを可能にした場合、上記各真空
装置と位置合わせ装置間の部材搬送時の位置ずれを防止
するようにすることも重要な課題である。

【００１０】本発明の目的は、上記の問題点を改善し、
作業性、生産性等に優れた電子回路接合装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る電子回路装置の製造方法は、回路基板
や電子部品等の被接続部材上の電極にはんだ材をフラッ
クスレスで形成する電子回路装置の製造方法において、
前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸化膜また
は有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に前記はんだ
材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加熱溶融す
る工程を備えてなることを特徴とする製造方法である。

【００１２】さらに、回路基板や電子部品等の被接続部
材上の電極間をフラックスレスではんだ接続する電子回
路装置の製造方法において、前記被接続部材の一方の電
極に前記はんだ材を形成する工程と、前記電極に形成さ
れたはんだ材およびはんだ材が形成されていない他方の
電極の表面に存在する酸化膜または有機汚染膜を除去す
る工程と、前記電極に形成されたはんだ材とはんだ材が
形成されていない他方の電極を大気中で位置あわせする
工程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を備えてなるこ
とを特徴とする製造方法である。さらに、回路基板や電
子部品等の被接続部材上の電極間をフラックスレスでは
んだ接続する電子回路装置の製造方法において、前記被
接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する工程
と、前記電極に形成されたはんだ材の表面に存在する酸
化膜または有機汚染膜を除去する工程と、はんだ材が形
成されていない電極の表面に酸化を抑制することができ
る膜を形成する工程と、前記電極に形成されたはんだ材
とはんだ材が形成されていない他方の電極を大気中で位
置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を
備えてなることを特徴とする製造方法である。

【００１３】またさらに、前項に記載の電子回路装置の
製造方法において、前記被接続部材の一方の電極に前記
はんだ材を形成する工程が、前記電極および前記はんだ
材の表面に存在する酸化膜または有機汚染膜を除去する
工程と、前記電極に前記はんだ材を大気中で供給する工
程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を備えてなること
を特徴とする製造方法である。

【００１４】またさらに、前項に記載の電子回路装置の
製造方法において、前記電極と前記はんだ材の表面に存
在する酸化膜または有機汚染膜を除去する工程が、原子
あるいはイオンビーム照射によるスパッタエッチング工
程であることを特徴とする製造方法である。またさら
に、前項に記載の電子回路装置の製造方法において、前
記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または有
機汚染膜を除去する工程が、研磨、研削、切削等の機械
的な表面除去工程であることを特徴とする製造方法であ
る。またさらに、前項に記載の電子回路装置の製造方法
において、前記はんだ材を非酸化性雰囲気中で加熱溶融
することを特徴とする製造方法である。前項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記非酸化性雰囲気が
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスまたはこれら
を混合したガスを含む雰囲気であることを特徴とする製
造方法である。またさらに、前項に記載の電子回路装置
の製造方法において、前記はんだ材を還元性雰囲気中で
加熱溶融することを特徴とする製造方法である。またさ
らに、前項に記載の電子回路装置の製造方法において、
前記還元性雰囲気が水素と窒素を混合したガスの雰囲気
であることを特徴とする製造方法である。

【００１５】

【作用】上記スパッタクリーニング装置や機械的除去装
置は被接続部材のはんだ表面やパッド面の酸化膜、汚染
膜等を除去する。また、上記位置合わせ手段は被接続部
材を大気中にて位置合わせする。また、上記加熱手段は
Ｎ₂，Ａｒ，Ｈｅ、等の非酸化性ガス雰囲気またはＨ₂と
Ｎ₂を混合した上記還元性ガス雰囲気内で被接続部材を
予備脱気した後、はんだを溶融加熱し、接続後冷却す
る。

【００１６】また、上記排気手段は加熱手段内を真空排
気し、上記ガス供給手段は上記ガスを加熱手段内に供給
する。さらに、上記ゲートバルブは上記準備室と加熱溶
融室と冷却室間の開閉を行ない、上記ベルトコンベアは
被接続部材を上記各室に搬送する。また、上記Ａｕめっ
きハンダボールはハンダボール表面の酸化皮膜形成を防
止するので上記酸化皮膜除去工程の省略を可能にする。

【００１７】また、上記ハンダボールの還元工程はハン
ダボール表面の酸化皮膜を除去するので、その上にＡｕ
めっき膜を良好に形成できるようにする。また、接合す
べき被接続部材に設けた上記突起部と凹部を有する突起
部により回路基板等の被接続部材間の位置合わせをおこ
なう。

【００１８】

【実施例】図１は本発明による電子回路接合装置実施例
の構成図である。図１において、スパッタクリーニング
装置１００は予備排気室１、クリーニング室２、および
取出室３の３つの真空チャンバからなり、各室はゲート
バルブ４により接続されている。また、各室には排気系
５とガス導入系６が接続され、予備排気室１と取出室３
では真空排気と大気リークによるパージが行われる。

【００１９】クリーニング室２では、真空排気と、室内
に設置されているイオン／アトムを放射するガン７への
ガス供給をおこなう。スパッタクリーニング装置１００
内に搬送された被接合材１４のはんだ部（ハンダボー
ル）および接続パッド等は上記イオン／アトムの照射に
よりその表面から酸化膜、有機物汚染膜等が除去され
る。また、クリーニング室２は相互接続する複数の被接
合材を同時に処理することができる。

【００２０】次いで被接合材１４は位置合わせ機構３０
０に搬送されて位置合わせされ、ベルト炉２００に搬送
されて接合部を加熱溶融される。スパッタクリーニング
装置１００から位置合わせ機構３００、および位置合わ
せ機構３００からベルト炉２００への搬送はベルトコン
ベアにより連続的に行われる。ベルト炉２００は、準備
室１０、加熱溶融室１１、および冷却室１２の３つの真
空チャンバからなり、各室はゲートバルブ４により接続
されている。各室にはそれぞれ排気系５とガス導入系６
が接続され、真空排気と非酸化性ガスによるパージが行
なわれる。

【００２１】ベルト炉２００内の被接合材１４は各室内
のベルトコンベア１３により搬送される。図２は上記の
装置によりフラックスレスはんだ接合を行なう工程のフ
ローチャートである。最初はゲートバルブ４は全て閉じ
ている。ステップ４００はスパッタクリーニング装置１
００により被接合材１４の接合面とと半田部表面の酸化
膜、有機物汚染膜等を除去する工程であり、その細部は
ステップ４０１〜４０６を含んでいる。クリーニング室
２は１０~⁵Ｔｏｒｒ以上の真空度を保つように常時排気
されている。

【００２２】ステップ４０１にて予備排気室１入口のゲ
ートバルブ４を開き、ハンダボールを所定位置に搭載し
た被接合材１４を予備排気室１に搬入し、ステップ４０
２にて予備排気室１を真空排気する。プリント板等の被
接合材１４に吸着されたガスや水分等が多い場合には、
予備排気室１を真空排気すると同時に加熱して脱ガスを
行なってクリーニング室２中の真空度低下を防止する。
また、予備排気室１に被接合材１４を導入する前にベー
キング（真空排気と加熱）装置を設けることによりクリ
ーニング装置の処理時間を短縮することができる。次い
でステップ４０３にて、予備排気室１とクリーニング室
２との間のゲートバルブ４を開きクリーニング室２に被
接合材１４を搬送してゲートバルブ４を閉じ、ステップ
４０４にて、被接合材１４を回転、水平移動をさせなが
らガン７のイオン／アトムビーム８を被接合材１４に照
射してそのハンダボールと接続パッド面をスパッタクリ
ーニングする。

【００２３】ステップ４０５では、ゲートバルブ４を開
いてスパッタクリーニングされた被接合材１４を真空排
気された取出室３に搬送しゲートバルブを閉じる。次い
でステップ４０６にて、取出室３を大気圧に戻してから
取出室３出口のゲートバルブ４を開き、被接合材１４を
取り出す。次いでステップ５００にて、大気中で被接合
材間の位置合わせを行う。次にステップ６００にて、ベ
ルト炉を用いてフラックスレスの加熱溶融接合を行な
う。このステップ６００はステップ６０１〜６０６を含
んでいる。なお、加熱溶融室１１内は真空排気後、非酸
化性ガスを導入して常に高純度の非酸化性雰囲気に保つ
ようにする。

【００２４】ステップ６０１にて、準備室１０入口のゲ
ートバルブ４５を開いて位置合わせ／組立後の被接合材
１４を搬入し、ステップ６０２にて準備室１０を真空排
気して非酸化性ガスを導入し高純度雰囲気を形成する。
ついでステップ６０３にて、準備室１０と加熱溶融室１
１の間のゲートバルブ４６を開いて被接合材１４を搬送
し、ステップ６０４にてゲートバルブ４６を閉じて接合
部の加熱溶融を行なう。

【００２５】ついでステップ６０５にて、加熱溶融室１
１と冷却室１２の間のゲートバルブ４７を開いて被接合
材１４を高純度不活性雰囲気に保たれた冷却室１２に搬
送し、冷却後、ステップ６０６にて冷却室１２を大気圧
にして出口のゲートバルブ４８を開いて被接合材１４を
取り出す。なお、上記高純度不活性雰囲気中の不純物ガ
ス濃度は、真空排気時の真空度とそこに導入する不活性
ガスの純度により任意に設定することができるので、種
々のはんだ材と被接合材の組み合わせ毎に最適なフラッ
クスレス接続条件を設定することができる。

【００２６】なお、上記フラックスレス接続において、
例えばＳｎ系はんだのようにぬれ性のよいはんだを用い
る場合には、準備室１０と冷却室１２を省略し、加熱溶
融室１１内をＮ₂、Ａｒ、Ｈｅ等のガス雰囲気にするよ
うにしてフラックスレスはんだ接合を行なうことができ
る。さらに、上記雰囲気にＨ₂を混合して酸素と反応さ
せて雰囲気の酸素濃度を低く抑えることができる。ま
た、真空排気系を省略し、大気を上記各雰囲気ガスで置
換するベルト炉を用いてもフラックスレスはんだ接合を
行なうことができる。

【００２７】図３は上記本発明におけるハンダボールの
熔着過程を説明する図である。図３（ａ）に示すよう
に、まず、スパッタクリーニング装置１００にてＬＳＩ
１４１上とセラミック基板１４２の接合面にＡｒ原子等
の粒子線を照射してハンダボール２０面とパッド１４３
面の酸化層や汚染層等を除去する。次いで同図（ｂ）に
示すようにハンダボール２０とパッド１４３とを大気中
にて位置合わせした後、ベルト炉２００内にて加熱する
と同図（ｃ）に示すようにハンダボール２０とパッド１
４３が熔着し、同図（ｄ）に示すようにＬＳＩ１４１上
とセラミック基板１４２が多数のハンダボール２０を介
して熔着される。

【００２８】なお、上記ハンダボール２０にはＰｂ５Ｓ
ｎ，Ｓｎ３．５Ａｇ，Ｓｎ３７Ｐｂ，Ａｕ１２Ｇｅ等、
広く用いられている通常のはんだ材を用いることがで
き、ベルト炉２００内の雰囲気には例えば、Ｈ₂とＮ₂の
組成比が１：１、１：３の不活性ガスが用いられる。ま
た、これらのガス雰囲気の組成ははんだ接続条件に応じ
て適宜設定される。また、ＬＳＩ１４１上にハンダボー
ル２０を熔着する際にも同様のプロセスを適用すること
ができる。

【００２９】図４の実線は上記プロセスにおけるハンダ
ボール２０表面の酸化膜厚みの変化を示すデータの一例
である。はＬＳＩ１４１の初期状態を示し、ハンダボ
ール２０の表面は厚い酸化膜／汚染膜２１に被覆されて
いる。は上記スパッタクリーニングにより酸化膜／汚
染膜２１が除去された状態であり、例えば酸化膜／汚染
膜２１の厚みが初期の略１０ｎｍから略ゼロに低減され
る。

【００３０】は上記大気中における位置合わせにより
ハンダボール２０の表面に再び酸化膜２２が形成された
状態である。しかし、ここではハンダボール２０は加熱
されないので酸化膜２２の成長は遅く図示のようにその
厚みは２〜３ｎｍ以下の厚みで止まる。上記の試料を
ベルト炉２００内にて加熱するとに示すようにハンダ
ボール２０が溶融膨張しに示すように酸化膜２２が破
れて内部のはんだが露出する。はの溶融はんだによ
りＬＳＩ１４１とセラミック基板１４２とを接続した状
態である。また、上記加熱溶融により熔着後のハンダボ
ール表面には比較的厚い酸化皮膜が形成される。

【００３１】図４の実線に対して鎖線は上記スパッタク
リーニングを行なわない場合の特性であり、初期の厚い
酸化膜が残存するための溶融プロセスにおいて接続不
良が多発する。

【００３２】図５はＬＳＩや基板等のパッドにハンダボ
ールを熔着する方法の一例を示す工程図である。まず、
図５に示すようにハンダボール２０の位置に凹部を備
えた例えばガラス繊維材のはんだ位置決め型１４４を用
意し、その上に無数のハンダボールを供給して転がすと
に示すように上記各凹部内にハンダボール２０がはま
り込むので、これにＡｒ原子等をスパッタしてハンダボ
ール２０の酸化膜を除去する。ついで、に示すように
上記のハンダボール上にプリント板１４２のパッド１
４３を位置合わせして重ね、加熱するとのように各ハ
ンダボール２０が対応するパッド１４３面に熔着され
る。

【００３３】図６は上記原子（アトム）スパッタを行な
ったハンダボール２０の大気中放置時の酸化膜２２の膜
厚変化を測定したデータである。酸化膜厚は大気中放置
後数分間で１ｎｍに達するが、その後数日を経ても２〜
３ｎｍの範囲に止まっていることがわかる。図４で述べ
たように、この酸化膜厚が２〜３ｎｍ以下であれば図１
のベルト炉における加熱溶融処理を良好に行なうことが
できる。

【００３４】図６の円印および三角印の特性はそれぞ
れ、図１のベルト炉２００内の雰囲気ガスをＮ₂および
Ｈ₂／Ｎ₂として上記試料を同様にイオンスパッタした他
の試料のパッド面に加熱熔着した場合のハンダのぬれ拡
がり長さと同拡がり率の特性である。上記ぬれ拡がり長
さと同広がり率特性ははんだペレットを用いて測定し
た。両特性値は大気中放置時間と共にわずかに低下する
傾向がみられものの、例えば大気中放置７日後において
もはんだのぬれ性は良く、フラックスレスで良好な接続
が得られることを示している。

【００３５】また、図６より上記酸化膜厚が実用上の限
度と考えられる５ｎｍに達するにはさらに多くの時日が
かかると判断できるので、実用上上記大気中放置時間を
制限する必要がないことがわかる。この点は本発明によ
り見出されたことである、図７はベルト炉２００内の酸
素濃度を変えて上記酸化膜厚とハンダボールのぬれ拡が
り長さ、同拡がり率等を測定した結果である。酸素濃度
が２０ｐｐｍを越えると酸化膜厚は一気に急増して２０
０ｎｍを越え、また、ぬれ拡がり長さ、同広がり率等は
酸素濃度が２０ｐｐｍに達するまでに急激に低下するこ
とがわかる。また、２０ｐｐｍを越えると酸化によりは
んだ表面が青紫色化し実用にならない。

【００３６】次ぎに図８に示すようなメタライズ部１４
５を有する基板１４２上にフレーム１４６を備えた天板
１４７を接続する本発明の実施例について説明する。ま
ず図９（１）に示すように、メタライズ部１４５とはん
だ２１の双方に例えばＡｒの原子イオンをスパッタし、
（２）にて表面の酸化／汚染層を除去したはんだ２１を
メタライズ部１４５上に置き、（３）にて上記非酸化性
雰囲気内ではんだ２１を熔着する。次いで（４）にてフ
レーム１４５とメタライズ部１４５上のはんだを再びイ
オンスパッタしてクリーニングし、（５）にてフレーム
１４５をメタライズ部１４５上に位置合わせして（６）
に示すように両者を上記非酸化性雰囲気内で溶融接続す
る。

【００３７】図１０は上記はんだ２１の酸化膜、汚染膜
（物）等を機械的に除去する本発明の方法を示す図であ
る。すなわち、棒状のはんだ２１を切削用ダイス３０に
通して表面の酸化／汚染層を除去するようにする。この
ように処理したはんだ２１と溶接部に研磨布等により機
械的に研磨したフレーム１４６を用いると図９の（１）
および（４）に示したにおけるイオンスパッタ工程を省
略することができる。また、図３においてはんだ２０と
パッド１４３等も機械的に研磨すれば同様にイオンスパ
ッタ工程を省略することができる。また、酸化膜、汚染
膜、有機物等を除去する方法として、スパッタクリーニ
ングと機械的除去方法を組合せて用いてもよい。

【００３８】図１１は機械的に研磨した基板（またはＬ
ＳＩ等）１４２上のパッド１４３にはんだ２０を熔着す
る方法の説明図である。同図（ａ）に示すように、凹部
を備えた例えばガラス繊維材のはんだ位置決め型１４４
上にはんだ２０をおさめ、その上から研磨布４０を押し
当て横方向に走行または振動させて研磨する。次いで同
図（ｂ）のように頂部の酸化膜２２が除去されハンダボ
ール２０に基板１４２のパッド１４３を当てて非酸化雰
囲気内で加熱溶融する。

【００３９】図１２は基板１４２上のパッド１４３に熔
着されているはんだ２０の頂部を機械的研磨する方法の
説明図である。同図（ａ）に示すように、基板１４２上
のパッド１４３に熔着されているハンダボール２０の頂
部に研磨布４０を押し当て横方向に走行または振動させ
て研磨すると、同図（ｂ）に示すようにハンダボール２
０頂部の酸化膜２２が除去されハンダ２０が露出する。
したがって、この頂部のハンダ部をパッド１４３に当て
非酸化雰囲気内で加熱溶融することにより良好な接続を
得ることができる。

【００４０】図１３は上記図１０〜１２に示したはんだ
を大気中放置した場合にその機械的研磨部面に形成され
る酸化皮膜の厚みの測定データをスパッタクリーニング
した場合と比較して示したものである。黒丸が機械的研
磨部面のデータ、白丸がスパッタクリーニング面のデー
タであり、両者の間には有為差がないことがわかる。上
記した本発明の各実施例においては、はんだやハンダボ
ール等の酸化膜をスパッタクリーニングや機械的研磨に
より除去することが一つの眼目であった。

【００４１】しかし、上記酸化膜が形成されないように
ハンダボールを予め表面処理しておけば上記スパッタク
リーニングや機械的研磨工程を省略することができる。
このため、図１４（ａ）に示すように表面をＡｕ層で覆
ったハンダボール２５を用いるようにする。同図（ｂ）
に示すように、Ａｕめっきしたハンダボール２５を型１
４４の凹部に納めて基板１４２のパッド１４３を位置合
わせし加熱溶融すると、同図（ｃ）のようにハンダボー
ル２５をパッド１４３上に熔着することができる。

【００４２】また、同様にして同図（ｄ）、（ｅ）に示
すように個別部品１４７のリード線等にもはんだを熔着
することができる。このとき、パッド１４３、個別部品
１４７のリード線の表面の酸化、汚染膜等はスパッタク
リーニングや機械的除去方法等により除去したり、Ａｕ
めっきしておくようにする。上記ハンダボール２５のＡ
ｕ層２４は例えばバレルめっき法によりめっきすること
ができる。バレルめっき法ではめっき篭内に入れた多数
のハンダボール２０をめっき液に浸してかき廻しながら
電気めっきする。ハンダボール２５はアトマイズ法や油
槽法等で作られる。アトマイズ法では非酸化雰囲気中に
滴下した溶融ハンダが表面張力により円形に凝縮するこ
とを利用し、固化したハンダボールをサイズ毎に仕分け
るようにする。

【００４３】油槽法では所定重量のハンダペレットをハ
ンダの融点以上に熱した油槽中に投入する方法である。
ハンダペレットは油槽表層部で溶融して表面張力により
円形に凝縮し、比較的低温の下層部を落下する過程で固
化する。このようにして作られたハンダボールの表面に
は酸化膜が形成されるので、例えば弱酸液にて酸化膜の
還元処理を行なった後、上記バレルめっき槽内に投入し
てＡｕ層２４をめっきするようにする。

【００４４】本発明においては、図１に示したように被
接続部材をベルトコンベアにより位置合せ機構３００か
らベルト炉２００に搬送し、ベルト炉２００内の各室間
もベルトコンベアにより搬送するようにしていた。位置
合せ済の被接続部材を仮止めしないので、上記搬送過程
における振動により位置ずれが発生する懸念がある。そ
こで本発明では図１５〜１７に示すようにして上記位置
ずれを防止する。

【００４５】図１５（ａ）に示すように、被接続部材１
４１に位置合せ用のハンダボール２６を設け、被接続部
材１４２には同２７〜２９を設け、同図（ｂ）に示すよ
うにハンダボール２６を同２７〜２９が形成する三角形
の中心部に嵌め込んで位置合わせをする。また、ハンダ
ボール２６は同２７〜２９が形成する三角形の中心部に
自然と落ち込むので、上記搬送時の振動により位置ずれ
をおこすことがなく、また、両被接続部材を重ね合わせ
る際の合わせ精度を従来の位置合わせ精度に比べて緩和
することができる。

【００４６】このようなハンダボール配置を少なくとも
２ヵ所設けることにより被接続部材１４１と同１４２を
正確に位置合わせすることができる。また、上記各ハン
ダボールは両被接続部材の電気回路配線から絶縁するよ
うにする。図１６（ａ），（ｂ）は上記ハンダボール２
７〜２９を他の突起３１〜３３に置き換えた場合であ
り、同様にして位置合わせを行なうことができる。

【００４７】突起３１〜３３には他のハンダボールの加
熱熔着時に溶解しないもの、あるいは溶解しても両被接
続部材間に位置ずれを生じない程度の粘着力を有するも
のを用い、例えばＰＩＱ樹脂等を用いることができる。
また、上記突起２７〜２９、同３１〜３３を図１７
（ａ），（ｂ）の３４のように中央に凹部を備えたリン
グ状に形成しても同様の効果を得ることができる。さら
に上記位置合わせマークは互いに嵌合して位置ずれをお
こさないものであれば他の形状であっても良いことは勿
論である。また、上記各はんだボールは必ずしも被接続
部材の電気配線から絶縁されている必要はなく、位置合
わせに十分なスペースが確保できる場合には溶融接続用
のはんだボールを上記位置合わせ用に形成することがで
きる。また、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、被接
続部材１４１と１４２を位置合わせ状態で治具４０によ
り保持するようにしてもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明では、被接続部材のはんだ表面や
パッド面の酸化／汚染膜をスパッタクリーニングした
後、大気中にて位置合わせするので、位置合せ装置を真
空中に設置する必要がなくなり、加熱溶融接続を汎用ベ
ルト炉を用いて行なうことができるので、作業性、生産
性等を向上することができる。さらに上記はんだ表面や
パッド面の酸化／汚染膜を機械的に削除できるので、上
記スパッタクリーニング装置を省略し、またはスパッタ
クリーニングを行なう接合数を減らして接合工程を効率
化することができる。

【００４９】さらに、ハンダボール表面のＡｕめっきす
ることにより上記ハンダボール表面層のスパッタクリー
ニングや機械的削除工程を省略し作業性、生産性等を向
上することができる。また、アトマイズ法や油槽法等で
作成したハンダボールを弱酸液にて還元処理してから上
記Ａｕめっきを行ない、Ａｕめっき層とハンダボール表
面間の酸化／汚染膜を除去するので、熔着性に優れたＡ
ｕめっきハンダボールを提供し、接合工程を効率化する
ことができる。

【００５０】また、接合すべき被接続部材の双方に設け
た突起部と凹部を有する突起部により、位置合わせを容
易化し、さらに搬送中等の振動による位置ずれを防止す
ることができる。また、位置合わせした被接続部材をベ
ルト炉の準備室にいれて真空排気し吸着有害ガスを除去
後、非酸化性または還元性ガス雰囲気内で加熱溶融する
ので、はんだ溶融前にその表面が酸化されることを防止
し、フラックスレスで信頼度高く接続することができ
る。

【００５１】また、上記加熱溶融手段内の非酸化性また
は還元性ガス濃度等の制御により、上記はんだ接合条件
を最適に設定することができる。また、被接続部材をベ
ルトコンベアにより搬送することにより、電子回路接合
装置を効率化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子回路接合装置の構成をしめす
ブロック図である。

【図２】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
フローチャートである。

【図３】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
工程図である。

【図４】本発明装置により形成されるハンダボール表面
の酸化膜の厚みを従来装置の場合と比較してしめすデー
タである。

【図５】本発明においてハンダボールをプリント板に熔
着する工程図である。

【図６】大気中放置時間に対するハンダボール表面の酸
化膜厚と熔着性の特性図例である。

【図７】はんだ加熱溶融時の酸素濃度に対するハンダボ
ール表面の酸化膜厚と熔着性の特性図例である。

【図８】基板とその天板の斜視図である。

【図９】本発明による基板に天板のフレームを熔着する
工程図である。

【図１０】本発明によりはんだ表面の酸化膜厚を機械的
に削除する方法の斜視図である。

【図１１】本発明によりハンダボールの酸化膜を機械的
に削除し、基板上に熔着する工程図である。

【図１２】本発明により基板上のハンダボールの酸化膜
を機械的に削除する方法の工程図である。

【図１３】本発明におけるハンダボール表面の酸化膜厚
の大気中放置時間特性図例である。

【図１４】本発明によりＡｕめっきしたハンダボールを
基板、部品等に熔着する工程図である。

【図１５】本発明における位置合わせ方法を示す断面図
である。

【図１６】本発明における他の位置合わせ方法を示す断
面図である。

【図１７】本発明におけるさらに他の位置合わせ方法を
示す断面図である。

【図１８】本発明におけるさらに他の位置合わせ方法を
示す断面図である。

【符号の説明】

１…予備排気室、２…クリーニング室、３…取出室、４
…ゲートバルブ、５…排気系、６…ガス導入系、７…ガ
ン、８…アルゴンイオンあるいはアトムビーム、１０…
準備室、１１…加熱溶融室、１２…冷却室、１３…ベル
トコンベア、１４…被接合材およびはんだ、１５…テー
ブル、１００…スパッタクリーニング装置、２００…ベ
ルト炉、３００…位置合わせ機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田正英神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者林田哲哉東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者白井貢神奈川県秦野市堀山下１番地日立製作作所神奈川工場内 (56)参考文献特開平３−171643（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−212094（ＪＰ，Ａ) 特開平４−258131（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 H05K 3/34 B23K 1/00 B23K 35/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板や電子部品等の被接続部材上の電
極にはんだ材をフラックスレスで形成する電子回路装置
の製造方法において、前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸化膜また
は有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に前記はんだ
材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加熱溶融す
る工程を備えてなることを特徴とする電子回路装置の製
造方法。
【請求項２】回路基板や電子部品等の被接続部材上の電
極間をフラックスレスではんだ接続する電子回路装置の
製造方法において、前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程と、前記電極に形成されたはんだ材およびはんだ材
が形成されていない他方の電極の表面に存在する酸化膜
または有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に形成さ
れたはんだ材とはんだ材が形成されていない他方の電極
を大気中で位置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶
融する工程を備えてなることを特徴とする電子回路装置
の製造方法。
【請求項３】回路基板や電子部品等の被接続部材上の電
極間をフラックスレスではんだ接続する電子回路装置の
製造方法において、前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程と、前記電極に形成されたはんだ材の表面に存在す
る酸化膜または有機汚染膜を除去する工程と、はんだ材
が形成されていない電極の表面に酸化を抑制することが
できる膜を形成する工程と、前記電極に形成されたはん
だ材とはんだ材が形成されていない他方の電極を大気中
で位置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶融する工
程を備えてなることを特徴とする電子回路装置の製造方
法。
【請求項４】請求項２または３のいずれか一項に記載の
電子回路装置の製造方法において、前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程が、前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸
化膜または有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に前
記はんだ材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加
熱溶融する工程を備えてなることを特徴とする電子回路
装置の製造方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または
有機汚染膜を除去する工程が、原子あるいはイオンビー
ム照射によるスパッタエッチング工程であることを特徴
とする電子回路装置の製造方法。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または
有機汚染膜を除去する工程が、研磨、研削、切削等の機
械的な表面除去工程であることを特徴とする電子回路装
置の製造方法。
【請求項７】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記はんだ材を非酸化性雰囲気中で加熱溶融することを
特徴とする電子回路装置の製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の電子回路装置の製造方法
において、前記非酸化性雰囲気が窒素、アルゴン、ヘリウム等の不
活性ガスまたはこれらを混合したガスを含む雰囲気であ
ることを特徴とする電子回路装置の製造方法。
【請求項９】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記はんだ材を還元性雰囲気中で加熱溶融することを特
徴とする電子回路装置の製造方法。
【請求項１０】請求項９に記載の電子回路装置の製造方
法において、前記還元性雰囲気が水素と窒素を混合したガスの雰囲気
であることを特徴とする電子回路装置の製造方法。