JPH0226038A - 電子素子の固着方法 - Google Patents

電子素子の固着方法

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JPH0226038A
JPH0226038A JP63176386A JP17638688A JPH0226038A JP H0226038 A JPH0226038 A JP H0226038A JP 63176386 A JP63176386 A JP 63176386A JP 17638688 A JP17638688 A JP 17638688A JP H0226038 A JPH0226038 A JP H0226038A
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    • H10W72/073Connecting or disconnecting of die-attach connectors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトランジスタ、ダイオード、IC等の電子素子
を支持体に対し、てろう材を介し、て固着する方法に関
し6.更に詳り、 <は、11子素子と支持板の間に介
在するろう材1の熱抵抗を減少させることができる電子
素子を固着する方法に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決し、よりとする課題〕多く
の電力用半導体装置においては、半導体素子が放熱性の
良い支持板に対し、て手出付けされた構造となっている
。上記の半導体素子の支持板への固着はダイマウント法
あるいはりフロー法と称される方法で行われることがあ
る。以下にこの方法を簡単に説明する。まず、半導体素
子を固着すべき支持板の薔固漕面にペースト手出Cクリ
ーム中日〕を所定の厚みで供給する。通常、ペースト手
出の供給はスクリーン印刷法によって行われる。
次に、このペースト手出の上面に半導体素子を載置する
。載置された半導体素子はペースト手出の粘着力によっ
て支持板に仮固着される。次に、半導体素子が仮固着さ
れた支持板を加熱炉に投入し。
て、ペーヌト手出を加熱し、て再溶融(リフo−)させ
る。リフロー後に半田が固化することにより半導体素子
は支持板に固着される。
上記のダイマウントを、複数の支持板が連結されたリー
ドフレームの状態で行うことにより、−度に多数個の半
導体素子の半田付けが行える。ところで、半導体装置に
おいては放熱性を向上することがN要な課題であり、こ
のために半導体素子と支持板との間に介在する半田層の
熱抵抗が少L2でも小さいことが望まれる。半田層の熱
抵抗を小さくするためには半導体素子と支持板との間に
気泡の少ない良好な半田層を極力薄く形成する必要があ
る。上記のダイ7ウント法では半田層を薄く形成すると
気泡が多く発生したり、半導体素子の下面全体に半田層
が良好に広がらす、半田層を薄く形成し、たにもかかわ
らす熱抵抗を十分に小さくjることが困難であった。
そこで1本発明の目的は、上記の問題を解決し、。
電子素子と支持体との間に介在するろり材層の熱抵抗を
小さくするごとができる電子素子の固着方法を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を連成するための本発明は、支持体(n所定の
箇所に7ラツクスを含有するろう材を供給し、前記ろり
材の上に電子素子を載置し、前記ろう材を加熱1て溶融
することで前記電子素子を前言ピ支持体に対し、て前記
ろう材を介し、て固着する方法において、前記ろう材の
溶融期間における溶融開始時点から前記フラックスの活
性化期間中又は後の任意の時点までを第1の期間とし、
かつ前記溶融期間の前記第1の期間よりも後の一部又は
全部の期間を第2の期間とり、た場合に、前記第2 o
)期間での前記ろう材の#冨を前記第1の期間での前記
ろう材の荷重よりも大きくすることによって前記第2の
期間での前記ろう材の層厚を前記第1の期間での前記ろ
う材の層Nよりも小さくすることを特徴とする電子素子
の固着方法に係わるものである。
〔作 用〕
本発明においては、電子素子を支持体に対してろう付け
する際に、第2の期間に抑圧等によってろり材の荷重を
大きくする。この結果、電子素子と支持体との間に介在
するろう材の層厚を小さくすることができる。更に、ろ
う材が溶融状態にあり、かつフラックスの活性化【てい
る期間を含む第1の期間の後の第2の期間にろう材を肉
薄化するために、1i子素子と支持体との間に介在する
ろり材層の気孔の発生率を有効に減少できる。
〔実施例〕
第1図〜第6図を参照し、て不発明の一実施例とし、て
の半導体素子の固着方法を以下に説明する。
ます、第6図のようなリードフレーム1を用意する。リ
ードフレーム1は図示のように複数個の支持体としての
半田付は可能な金楕板から成る支持板2とそれに対応す
る外部リード3を有する。
なお、半導体素子は支持板2の一方の主面の機内−N部
4に半田を介し6て固着されることとなる。
次に、第1図(a+に示すようにリードフレーム10す
べての支持板2の被固着s4に半田5を供給する。半田
5は鉛と錫の共晶合金力・ら#:D、粘着性を有するペ
ースト状の半田(クリーム半田)である。この半田5は
半田ぬれ性を向上するためにロジン糸の7ラツクスを含
有し、ている。なお、半田5の供給は従来例と同様にス
クリーン印刷法によって行い、被固着部4に所望な厚み
で供給される。
次に、第1図(blに示すように、被固着部4に供給さ
れた半田5の土に半導体素子6を半田5に対し、て若干
押えつけるようにし、て載置する。半導体素子6は半田
5の粘着力によって被固着部4に仮固着される。なお、
半導体素子6と支持板2の間に介在する中日50層厚は
約20μmである。なお1図示は省略し、ているが、半
導体素子60)下面。
即ち支持板2に固着される側の主面全体にニッケル電極
が形成されている。また、上面には部分的にアルε電極
が形成されている。
リードフレーム1のすべての支持板2の被固着部4に半
導体素子6が固着された後にリードフレーム1をm熱炉
に投入する。なお、リーと7レ−ム1はホルダー(挟持
用治具)によって挾持され。
ホルダーを移動することによってW熱炉内を移動させる
。加熱炉内には複数個のヒーターブロックが配置さtて
おり、リードフレーム1はこの正方を移動する。リード
フレーム1を加熱炉に投入することによって、支持板2
土に供給された半田5は加熱されて溶融する。ここで、
加熱炉内のり−トフレーム1の通路の温度分布はリード
フレーム1の投入口と取出口で温度が比較的低く、炉内
の中央側で相対的に高く設定されている。し、たかって
、半田5の温度はリードフレーム1が加熱炉内を移動す
ることによって第2図のよりに変化する。
因示のように、 to時点を出発点とし、てリードフレ
ーム1が加熱炉の中央に移動Tるにつれて半田5は温度
上昇し、て、11時点で半田浴4!ll温度(約183
℃)に逼り2.やがてts時点で最高温度C約270℃
)に到趣1”る。t3〜t4の#高温度の期間(−定温
度期間)は約20秒間に設定されている。−定温度期間
後、半田5の温度は1降し、、17時点で溶融温度以)
となって固化する。なお、半田5の最高温度は半田5内
に含有された7ラツクスの活性化温度(約230℃)エ
フも高い温度(270℃)に設定されている。7う゛ツ
クスの活性化温度よりも高い期間は13時点よりも少し
、前の12時点から14時点よりも少し、後のts時点
までである。
半導体素子6と支持板2との間に介在する半田5の層厚
は半田5が溶融温度を越えて溶融状態となると、半導体
素子6に基づく荷重によって半田5のMk庫は減少する
と考えられる。し、かし、実際には層厚が減少すること
はほとんどない。このため、半田5の温度が溶融温度を
越えて#高温度に運り、ても、半導体素子6と支持板2
との間に介在する牛田50層厚は第1図tb+に示す仮
固着時と大差のない厚さC約20μm)を維持する。第
2図では、溶融開始時点、から7ラツクス活性化温度期
間の終了時点t6の直後の時点t6までを第1の期間と
し、ている。
最高温度から溶融温度に向って半田5の温度が下り始め
た16時点以後の第2の期間において、半導体素子6を
支持′&2に対し7て押圧治具7によって押圧する。な
お、この実施例では、IIA勤装置(移動装置)7aに
よって押圧治具7を半導体素子6上に移動する。上記の
溶融温度に近づいた期間では半田5か完全に溶融し、た
状態から流動性が低下し、て牛固融の状態に移行する期
間である。半導体素子6と支持板2との間に介在し、た
半田5は半導体素子6を介し、て押圧されることによっ
て半導体素子6の下面全体に広がり、その一部は半導体
素子6の下部から押し、出される。結果とし、て、半導
体素子6と支持板20間に介在する半田5の層厚を約8
μmに均一に肉薄化できる。半田5は押圧治具7に工っ
て押圧されている間に固化が始まっているよりに見られ
る。し、かり、完全溶融−半溶融−固化とい5相変化は
微妙であ#)4c密には判別できない。し、たがって、
押圧治具7を離間させる時期′1に溶融温度に一致させ
ているが、A密に−致し、ているとはいえない。半導体
素子6を押圧し。
ている期間では半田5が溶融し、ている期間ではあるか
、一定温度期間のように半田5が十分に溶融状態にある
のではなく、若干溶融状態が損なわれた状態である。し
、たがって、抑圧を解いても、#−導体素子6の側方に
押し、出された半田5が再び半導体素子6の下方にもど
って肉摩化することはない。リードフレーム1が加熱炉
の出口に近づくと。
半田5は温度か低下し、やがて固化する。固化し、た後
に、半導体素子6と支持板2の間に介在する半田5の層
厚は約8μmとなっている。なお、上記のよりに溶融温
度を境とし、て完全溶融状態−生溶融状態一固化という
相変化をするが、実際には目視で確認できるほど明硲な
ものではない。また。
半田5σ、)温度分布等によって−様な相変化を七、て
いるとは限らない。
本実施例は以下の効果を有する。
111  半導体素子6と支持板2との間に介在する半
田5の層厚を8μm程度に肉薄に形成し、ても。
本実施例では半田5の層内に発生する気泡が少ない。し
、たがって#I抵抗の小さい半田層を得ることができる
。即ち、単に肉薄の半田5の鳩を形成するのであれば、
おもりを載置する方法等により半導体素子6を初めから
押圧し、た状態とし、て加熱炉に適せばよい。しかし、
この場合、肉薄化し、た半田5の層に気泡が比較的多く
発生する。本実施例では、フラックスの活性化温度を越
える温度を所定期間C約25秒)経たのちに半導体素子
6を押圧し、ている。このため、上記の気泡の発生を著
、 <減少し、ている。気泡を減少できる理由は以下の
よ)に考えらf″Lる。半田5が加熱されて、半田5内
に含有し、たフラックスの活性化温度を越えると。
このフラックスが活性化し、艮好な半田付けを可能とす
る。このとき、フラックスは分解に伴うガスを発生し、
、このガスが半田5FEJIC多く残存する七午田5の
1内に気泡(ホイド)ができる。本実施例ではフラック
スの活性化温度を越える温度上昇期間の後期及び温度一
定期間及び温度下降期間の初期の約25秒間(第1の期
間)では半田5の層厚を約20μm程度と比較的浄く保
っている。し、たがって、上記のガスあるいは7ラツク
スの残渣は半導体素子60刊1・ら側方に良好に移動り
、てガスの大手は雰囲気中に放出される。結果とり、て
半田5中に気泡の発生が少なく、半導体素子6の下部の
半田5の中の気泡の体積比を5%以下とすることができ
た。なお、上記の半導体素子6におもりを載せる方法等
による半導体素子6の抑圧では、7ラツクスの活性化温
度以前記半田5を肉薄化するため、後に7ラツクスの活
性化温度に運し。
たとき、上記のガスの側方への移動が良好に行われない
。し、たがって気泡の発生が相対的に多くなt)気泡の
面積比を10%以下とすることはできな力1つだ。
(21温度下降期の後学の半田5の流動性が完全溶融状
態よりも抽なわれた期間に半導体素子6を抑圧するので
、半田5の層厚を確実に肉薄化できる。また、半田5の
層厚の変動を防止できる。また、温度下降期で押圧治具
7を当接させるので。
半導体素子6及び手出5の冷却が助長され、半田5の固
化の促進に有効である。
(31半導体素子6が押圧されることで半田5を広範囲
に広げることが可能である。し、たがって、半導体素子
6の下面全体に半田5を広け′ることができる。また、
供給する半田5の量を少量化できる効果も付加的に得ら
れる。
[変形例〕 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく。
例えは次の変形が可能なものである。
(11第4囚のように押圧治具7を冷却装置8によって
冷却し、てもよい。この場合、実施例よりも更に半田5
の薄型化効果及び半田5の固化促進の効果が期待できる
(2)  第5図のように空気孔9を有する押圧治具7
を使用し、押圧治具7を半導体素子6に当接する際に、
圧縮空気噴出装置10711・ら空気孔9に冷却空気を
供給し、、この突気孔9から冷却空気を噴出し、でもよ
い。このようにTることで、第4図の押圧治具と同等の
効果が得られる。また、第5図の押圧治具の場合、押圧
治具7を半導体素子6から廂関させておき、全気孔9か
ら噴出する圧la全空気よ!ll#−導体素子6を押圧
し、てもよい。
(31半導体素子6を押圧する第2の期間を、半田5に
含有した7ラツクスの活性化温度以上の温度期間の一部
を経たのちに設定子f″Lば気泡の発生の防止効果はそ
t′Lなジに祷られる。し、かし、、十分な気泡の発生
防止効果を得るためには7ラツクスの活性化温度以上の
期間を約5秒以上とし、てその後に半田5を肉薄化する
ことがよい。し、たがって。
本実施例の温度一定期間の後期に押圧し、てもよい。
し、かし、温度一定期間に押圧することによる格別な利
点はなく、むし、ろ正妃のガスも、 <は7ラツクスの
残渣の移動が良好に行われる期間が減少するし、手出5
0層厚に変動が生じ易(、決し6て望まし、いとはいえ
ない。したがって、実施例のように半田5の温度が最高
温度から溶融温度に下降し。
て半田5の流動性が低下する期間、さらに望まし。
くは上kXA/iJJの後期の7ラツクス活性化温&以
下となる期間が良い。
(41支持体は導体層を有する回路基板等であってもよ
い。
(51手出中への気泡の発生を十分に防止するため半田
の最高温度はフラックス活性化温度より5℃以上筒いこ
とが望まし、い。又、手出50層厚を肉薄化するのはフ
ラックス活性化温度以上の期間の5秒以上経たのちに行
うのが良い。さらに、半田5の層摩は押圧前記は15A
m以上とするのが望−!し、い。
(61本実施例では押圧治具7を半田5が溶融温度に近
づいた際に半導体素子6に当#L、、溶融温度に通した
際に半導体素子6から離間し、ているが。
こ九に限られない。例えは温度下降期間中連続して当接
させていてもよいし、溶融温度以下に温度が下ってから
離間ニーでもよい。また、軽い押圧治具7を加熱全期間
において半導体素子6上に載置し、抑圧が要求されると
きにのみ駆動装置7a又は別の装置又は手で押圧治具7
を押圧し5.結果とし、て半田5の荷重を大きく L、
てもよい。
(71実施例では押圧治具7を駆動装置7aで上下方向
に移動することによって押圧治具7を半導体素子6に当
接させ、半田5Vc必要な#重を与えているが、押圧治
具7を固定し、、支持板2及び半導体素子6を上下動さ
せることによって必要な荷重を半田5に与えることがで
きる。
+81  同相温度と液相温度が異なる半田の場合。
半田層を相対的に肉薄にするのは半田の温度が固相温度
と液相温度の間もし、くは液相温度に近い温度のときに
行うのが良い。
〔発明の効果〕
本発明によれは電子素子と支持体との間に介在するろう
材層の熱抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
Cd) m1図ta+ (b+ tcTIま本発明の一実施例に
係わる半導体素子の固着方法を説明するための断面図。 第2図は半田の温度変化と抑圧期間との関係を示す崗。 第3囚は半導体素子を固着するためのリードフレームな
示す平面図。 第4囚は変形例の固着装置を示す断面図。 第5図は別の変形例の固着装置を示す断面図である。 2・・・支持板、5・・・半田、6・・・半導体素子、
7・・・押圧治具。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕支持体の所定の箇所にフラックスを含有するろう
    材を供給し、前記ろう材の上に電子素子を載置し、前記
    ろう材を加熱して溶融することで前記電子素子を前記支
    持体に対してろう材を介して固着する方法において、 前記ろう材の溶融期間における溶融開始時点から前記フ
    ラックスの活性化期間中又は後の任意の時点までを第1
    の期間とし、かつ前記溶融期間の前記第1の期間よりも
    後の一部又は全部の期間を第2の期間とした場合に、前
    記第2の期間での前記ろう材の荷重を前記第1の期間で
    の前記ろう材の荷重よりも大きくすることによつて前記
    第2の期間での前記ろう材の層厚を前記第1の期間での
    前記ろう材の層厚よりも小さくすることを特徴とする電
    子素子の固着方法。
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