JPH0241772A - フラツクスレスはんだ付け方法及び装置 - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、フラックスレスはんだ付け（融剤を用いない
はんだ付け）に関し、特に、はんだを溶融するほど高温
のガス流を、溶融したはんだ表面の酸化物を破砕するほ
どの連動量で供給する方法と、フラックスレスはんだ付
け装置ｔこ関するものである。

Ｂ、従来技術 はんだ付けは、対象物を接合するための一般的な方法で
ある。物理的な接続と電気的な接続の両方についてはん
だ付けが行われる。はんだによる。

接合では、接合対象物にケミカル・フラッフ、ろ（融剤
としての化学薬品）が塗布されるのが通例である。この
後、フラックスが塗られたべ象物間に固体はんだが使用
される。はんだは溶１融濾、る輿で加熱される。溶融は
んだは、フラックスが塗布されている対象物の部分を覆
う。溶融はんだは次に冷却され、２つの対象物間に物理
的な接合部ができる。フラックス（融剤）の目的は、接
合しようとする対象物の表面の酸化物と、溶融はんだ表
面の酸化物を化学的に少なくすることにある。接合しよ
うとする対象物の表面の酸化物によって、溶融はんだに
よる表面の湿潤が防止される。溶融はんだ表面の酸化物
はまた、溶融はんだが、接合しようとする対象物の表面
を湿潤させるのも防ぐ。

固体はんだを加熱して溶融はんだにする過程では、ケミ
カル・フラックスは揮発して除去される。しかしフラッ
クスが揮発すると好ましくない影響がでる。完全に除去
されなかったフラックスも不具合を引き起こすもとにな
る。

フラックスが揮発すると、発生したガスは溶融はんだに
混入することがある。溶融はんだが冷却されると、混入
したガスによってその中に空孔（ボイド）ができる。こ
のような空孔は、はんだ付けされた対象物間の物理的な
接合部を弱くする。

さらに、はんだ（接合）部が２つの電気導体間で電気接
点をなす場合、空孔によって電気接点の断面積が小さく
なり、接合された２つの導体間の接点抵抗は大きくなる
。

完全に揮発しなかった残留フラックスは、はんだ部と、
これによって接合された対象物を腐食することがある。

腐食は時間の経過とともに進み、はんだで接合された２
つの対象物間の物理的な接合部をさらに弱めることにな
る。残留フラックスによって腐食したはんだ部の電気接
点でも、時間がたつにつれ接点抵抗が大きくなる。その
上、はんだ部によって作られた電気接点では、エレクト
ロマイクレージョン効果ｔこよって、空孔がはんだ部の
内部から、はんだと、接合された一方の対象物の界面に
移動することがある。空孔が大きい場合、はんだ部に電
気的な開口が生じつる。

マイクロエレクトロニクス分野では、電気接点を作るた
め、たとえば半導体チップ間や半導体チップのパッケー
ジ部品間に接合剤としてはんだが広く用いられている。

代表的な用途としては、半導体チップがフリップ・チッ
プ構成でパッケージ基板に取り付けられる。フリップ・
チップ構成では、その上に接点パッドを持つ半導体チッ
プの表面は、その上に接点パッドを持つパッケージ基板
の表面に向き合う位置にある。チップの接点パッドと基
板の接点パッドは、一般に０４と呼ばれるはんだマウン
ドによって接続される。典型的なＣ４は、チップの接点
パッドに真空利用によって被着される。また、チップ上
またはパッケージ基板上のはんだで覆われた接点パッド
に、ビーム・リードやワイアがはんだ接合されることも
多い。はんだは通常、チップやパッケージ基板の接点パ
ッドに真空蒸着される。

マイクロエレクトロニクス業界は、チップやパッケージ
基板との電気接点を小さくする傾向にある。

また、チップやパッケージ基板上の接点パッドの間隔も
狭くなる傾向にある。半導体チップやパッケージ基板上
の接点パッドのサイズと間隔を小さくすれば、パッケー
ジ基板と半導体チップ間の電気接点数を増やすことがで
きる。その結果、チップが、フリップ・チップ構成でパ
ッケージ基板に取り付けられる場合にけ、Ｃ４接点は寸
法が小さくなり、間隔はより狭められる。さらに、Ｃ４
のサイズが小さくなると、半導体チップとパッケージ基
板間の隙間も少なくなる。チップとパッケージ基板間の
隙間や０４間の隙間が狭くなることで、揮発したフラッ
クスがチップの間から逃げる空間が小さくなる。この状
態は、パッケージ基板上にフリップ・チップ構成で半導
体チップが取り付けられる際、残留フラックスの問題を
大きくする。

この状態はまた、半導体チップやパッケージ基板上で近
接した接点パッドにビーム・リードやワイヤをはんだ接
合する場合と似ている。ビーム・リードやワイヤが近接
していると、揮発したフラックスが逃げる空間と、はん
だ部が形成される部分から残留フラックスを除去する空
間が小さくなる。

マイクロエレクトロニクス分野では、はんだ部が小さく
なると、空孔や腐食などマイナスの影響がさらに強まる
。はんだ部の断面積が小さいため、接点抵抗に対する空
孔の影響が大きくなる。さら一 に、はんだ部が小さくなれば、腐食による悪影響を受け
やすくなる。

マイクロエレクトロニクスや他の分野では、はんだ部を
、ケミカル・フラックスを使わずに形成できることが望
ましい。

ハワード・ジュニア（Ｈｏｗａｒｄ、　Ｊｒ、　）の米
国特許第４６４−６９５８号は、シラン雰囲気を使った
フラックスレスはんだ付け工程について述べている。は
んだリフローすなわちはんだによるチップの接合は、シ
ラン（Ｓ、ｉ　Ｈ４）が体積比で約０゜１％ないし約１
０％のキャリア・ガス中で、はんだリフローによるチッ
プ接合を行うフラックスレス装置において実現される。

リフローに好ましいキャリア・ガスは水素であり、チッ
プの接合に好ましいキャリア・ガスは窒素である。リフ
ローされるはんだを含む部品、あるいは（半導体チップ
が接合される）基板」二の半導体チップは、外部の環境
と隔離された炉内に置かれる。炉は＊に、シランな含む
キャリア・ガスで満たされる。次に、はんだがリフロー
される（チップ接合工程）。ハワード・ジュニア氏は、
シランをキャリア・ガスに加えて、はんだ表面にできる
酸化物、酸化スズや酸化鉛などをそれぞれスズや鉛など
にして少なくしている。

シランは可燃性が高く、毒性がある。大規模な製造工程
では、シランの使用を避けることが強く望まれる。ハワ
ード・ジュニア氏の方法では、特殊な雰囲気を作り出す
ため、はんだを含み、はんだ接合される部品を密閉炉に
入れる必要がある。

したがって、この場合、部品を出し入れする際に密閉炉
の開閉を要する。

Ｃ８発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、シランを使用しないフラックスレスは
んだ付け手法を提供することにある。

本発明の目的は、はんだ接合される部品を特殊な雰囲気
中に置く必要のないフラックスレスはんだ付け手法を提
供することにある。

本発明の用途の一つとして、テープ・ボンディング（Ｔ
ＡＢ）技術がある。ＴＡＢ技術では、細長い可撓性のキ
ャリア・フィルム上に一組のビーム・リードが間隔をあ
けて作られる。キャリア・フィルムは、電子部品を自動
的に製造するためのリールに巻き取られ、また、リール
から供給される。ビーム・リードの各組のビーム・リー
ドは、内側に突き出て、可撓性フィルム中央の孔に面し
、この中で片持梁式に伸びる。ビーム・リード内側の端
部はこのフィルム中央の孔に伸び、半導体チップ上の接
点パッドと電気的に接続できる。本発明の方法により、
ビーム・リード内側の端部は、フラックスを使わずにチ
ップの接点パッドにはんだ接合できる。ビーム・リード
外側の端部は、本発明の方法により、キャリア・フィル
ムの別の孔に伸び、プリント回路基板などの基板上の接
点パッドにフラックスを使わずにはんだ接合できる。Ｔ
ＡＢ式のテープを使用すれば、内側と外側の接合部を自
動化工程で形成することができる。

本発明の目的は、フラックスを使わずにはんだ接合部を
形成する装置を提供することにある。

本発明の方法とその装置では、ガスは、はんだ付けしよ
うとする対象物間に固定された固体はん一９＝ だのマウンドに向けられる。ガスは、固体はんだを溶融
する程度まで加熱され、溶融はんだ上にできる表面酸化
物を飛散させる程度の運動量が与えられる。はんだ付け
工程は、大気中の空気などの酸化雰囲気中で実施できる
。

本発明の目的は、酸化環境においてフラックスを使わず
にはんだ接合を行う方法とその装置を提供することＬこ
ある。

本発明によれば、接合された部品を特殊な環境内に置く
必要がないため、フラックスを使用することなく、はん
だリフローと部品のはんだ接合を自動化した工程を実施
することができる。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は、そのもつとも広い意味において、はんだマウ
ンドをはんだ湿潤性のある表面にフラックスを使わずに
はんだ接合する方法とその装置である。はんだマウンド
は、はんだ湿潤性のある表面に対してセットされる。ガ
スははんだマウンドに向けられる。ガスは、固体はんだ
のマウンドを溶融するに足る所定湿度まで加熱される。

溶融は−１０＝ んだの表面には酸化物がある。ガスには、酸化物にぶつ
かる所で酸化物を飛散させるに足る運動量が与えられ、
これによって、酸化していない溶融はんだは、フラック
スに依らずに、はんだ湿潤性のある表面に湿潤する。溶
融はんだは冷却され、はんだマウンドとはんだ湿潤性表
面との間にはんだ部が形成される。

本発明のより特徴的な面として、加熱されたガスは、固
体はんだのマウンドに向けられる前に混合される。混合
された高温ガスは、はんだマウンドをほぼ均一に溶融す
るに足る温度プロファイルを示す。

Ｅ、実施例 第１図は、対象物４−と対象物６の間に置かれたはんだ
マウンド２の概略を示す。はんだマウンド２は、対象物
４−の表面８と対象物６の表面１０に接している。

表面８．１０ははんだ湿潤性をもつ。この表面は、金、
パラジウム、プラチナ、コバルト、余長と金から形成で
きる。これらはあくまで代表例であり、これらに限られ
ない。ガス流１２はヒータ１４に向げられ、加熱される
。加熱されたガスはノズル１６によってはんだマウンド
２Ｌこ向けられる。

はんだマウンド２には、内側に酸化されないはんだ核１
８と、酸化されるはんだの外層２０がある。

一般に、はんだは鉛と、スズ、アンチモニ、インジウム
など他の金属とを組み合わせたものである。

また、Ｃｄ、ＣＩ４．、Ｂ　ｉ、、Ｚｎ、Ａｇ、ＡＩ、
Ｇａ、Ａｕ、、Ｈｇ、Ｎ　ｉ、Ｇｅ、Ｐ、、Ｓ　ｉの各
原料のうち少なくとも一つから作られる。これらはあく
まで代表例であり、これらに限られない。はんだを作る
原料は、大気中の酸素などの酸化環境では簡単に酸化す
る。典型的な酸化物の厚みは約０゜０１ミル（約０．０
００２５ｍｍ）ないし約０゜５ミル（約０．　Ｏｉ　２
７ｍｍ　）である。はんだマウンド２とはんだ湿潤性表
面８．１０の間にはんだ部を形成するには、はんだマウ
ンド２の表面酸化物２０を除去しなげればならない。ま
た、はんだ湿潤性表面８．１０には酸化物は生じない。

金、パラジウム、プラチナ、コバルトのそれぞれの表面
に酸化物は生じない。

この分野では、はんだマウンド２を溶融する前に、はん
だマウンド２と表面８．１０？こフラックスを塗布し、
はんだマウンドと表面の酸化物を化学的に除去するのが
通例であった。固体はんだは加熱されて溶融する。酸化
物が除去された溶融はんだは表面８．１０を湿潤しつる
。

第１図で、加熱されたガス流２２は、はんだマウンド２
を溶融する程度に高温になっている。はんだマウンド２
が溶融する際、固体はんだ」二の酸化物は、溶融はんだ
の表面で浮遊した状態にある。

ガス流２２は溶融はんだに向けられるが、そのときの運
動量は、はんだ上で浮遊した状態の酸化物にぶつかった
後、非酸化はんだ内の表面酸化物を破砕して均質化する
程度である。これにより、酸化していない溶融はんだは
、はんだ湿潤性表面８．１０に接触する。大気中の空気
などの酸化ガスは、充分な連動量で溶融したはんだマウ
ンド２に向けられた場合、表面酸化物を破砕し、表面８
．１０は溶融はんだによって湿潤されることがわかった
。

これは驚くべきことである。ガス流１２としては水素を
含むガスなどの還元ガスが望ましい。たとえば、水素と
窒素を混合したフォーミング・ガス（もっとも望ましい
混合比はＮ２、Ｎ２がそれぞれ１０％、９０％）、貴ガ
スなどの非反応性ガス（アルコ゛ン、ネオン、ヘリウム
など）が挙げられる。窒素など、はんだの成分と化学反
応を起こさないガスも使用できる。水素を含むガスがも
つとも良い。酸化物の表面におけるガスの運動量は、ガ
スの分子量と、酸化物の表面でのガス速度によって異な
る。

はんだマウンド２が溶融し、表面酸化物が飛散した後、
溶融はんだは、はんだ湿潤性表面８．１０を湿潤する。

この部分は次に冷却され、第２図に示す形状になる。こ
こで対象物４．６ははんだ部２４によって接合されてい
る。

第３図は、第１図に似た方法を示す。第１図ないし第３
図に共通の数字は同じものを指す。第３図で、加熱され
たガス２２はガス混合器２６に入る。ガスは混合されて
ガス流２８となり、酸化物表面２０に向げられる。表面
２０の湿度プロファイル分布は、はんだマウンド２をほ
ぼ均一に溶融する程度である。第３図に概略を示した装
置によって作られる形状は第２図のとおりである。

第４図は、基板３０と接点パッド３２を示す。

接点パッド３２には、はんだマウンド３４が塗布される
。はんだマウンド３４−には、酸化されない中心部３３
と酸化される表面３５がある。はんだマウンド３４は、
蒸着、スパッタリングなどの方法で接点パッド３２に被
着させることができる。

一般に、はんだはマスクを通してパッド３２に被着され
、基板３０の他の部分には被着されないようにしている
。対象物３８のはんだ湿潤性表面３６は、はんだマウン
ド３４に対して位置決めされる。ガス流４０は（第１図
、第３図をもとに描かれている）、はんだマウンド３４
に向けられる。

はんだマウンド３４は溶融する。表面酸化物は飛散し、
はんだ湿潤性表面３６を湿潤する。溶融はんだは冷却さ
れ硬化する。第４図に概略を示した方法により、第５図
に示す形状が得られる。第４図と第５図に共通の数字は
同じものを指す。第５図で、４２は対象物３２と３８を
接合する再硬化したはんだである。

第１図ないし第５図Ｃと示し、これらの図をもとに説明
した方法とその装置は、はんだ付けが可能な対象物のは
んだ付げに広く適用できる。共通して使用されるはんだ
の溶融温度はこの分野でよく知られている。

以下、本発明は、簡単のためマイクロエレクトロニクス
分野をとりあげて説明するが、この分野に限られるもの
ではない。

テープ・ボンディング（ＴＡＢ）、技術では、組のビー
ム・リードが細長い可撓性テープ」二〇と間隔をあけて
作られる。可撓性テープは、電子部品をビーム・リード
の組に電気的に接続し、電子部品のアセンブリとビーム
・リードの組をパッケージ基板に電気的に接続する自動
化工程に用いられるリールに巻き取ることができ、また
リールから供給できる。

第６図は、可撓性フィルム５２上に形成された一組のビ
ーム・リード（５０）を示す。各ビーム・リードには、
内側リード接合（Ｉ　Ｌ　Ｂ　）端５４と外側リード接
合（ＯＬ　Ｂ　）端５６がある。Ｉ　Ｌ　Ｂ端は、内側
へ突き出して中央部に向いており、電子部品上の接点パ
ッド（５８）に接合される。第６図に示したテープの一
部７４では、ＩＬＢ端５４−は内側に向かって、フィル
ム５２の開口６２の端部６０に及び、片持梁式に伸びて
いる。ＯＬＢ端５端子６、ビーム・リードは開口６４に
伸びている。開口６４は、フィルム５２の開口として、
ＯＬＢ端で接合部を形成するためのものである。

可撓性フィルム５２の外側にはスプロケット孔６６が並
んでいる。これらのスプロケット孔により、ビーム・リ
ードと、１１．、Ｂ端、ＯＩ−Ｂ端の両方が電気的に接
続される接点パッドの位置合わせができる。一般に、ス
プロケット孔によってチップと基板のそれぞれの上の接
点パッドとＩＬＢ端、ＯＬ　Ｅ端を合わせるのは正確な
位置合わせではない。

チップと基板それぞれの上の接点パッドとＩＬＢ端、Ｏ
Ｌ　Ｂ端の正確な位置合わせには、広く用いられている
光学式装置が使用される。

第６図は、間隔をあけたビーム・リードの組を供給する
金属加工を施したキャリアの一つを示す例である。これ
とは別に広く用いられるビーム・リード・キャリアでは
、ビーム・リードのパターンが形成される金属層は１層
だけである。ビーム・リードと金属層は一体構造である
。ビーム・リードは、テープにビーム・リードのパター
ンを食刻して作られる。また、フォトリソグラフ工程の
めつきによってもリードのパターンを形成できる。

半導体チップがビーム・リードのＩＬＢ端に接合された
後、リードは、この分野で広く用いられている方法によ
って、第６図の開口６４の部分にあるＯ　Ｌ　Ｂ端の金
属層から切断される。

最新のＴＡＢテープでは、ビーム・リードのパターンが
供給され、そのＩＬＢ端の寸法はわずか１ミル（約０．
０２５ｍｍ）、ＩＬＢは２ミル（約０．０５０８ｍｍ）
である。したがって、ＴＡＢテープによって、チップの
接点パッドの寸法が１ミルで、パッドとパッドの間隔が
２ミルの構造林を製造することができる。

第７図は、第６図のＡ−Ａ綿に沿った断面概略図である
。第６図と第７図に共通の数字は同じものを指す。第７
図に示す接点パッド６８はＩ　Ｌ　Ｂ端５４に接続され
ている。接点パッド６８は第６図には示していない。接
点パッド６８によって、電子部品５８内の電子回路との
電気接点ができる。

本発明に堆じた内側リードの接合ツールと外側リードの
接合ツールは、第８図の断面図に示した。

ツール１１０にはハウジング１１２がある。ハウジング
１１２には中央位置に真空Ｍ１１４があり、これはポー
ト（図示なし）を介して真空源に物理的に接続される。

真空胴１１４を囲んで、もう１つの空洞１１６があり、
これは真空胴１１４と物理的に隔離される。空洞１１６
にはその吸気口となるボートがある（図示なし）。空洞
１１６の下側には、多数の粒子１１８が人っている。粒
子１１８で埋まった空洞１１６の部分は、ランダム・ガ
ス生成チャンバをなす。これらの粒子は、ステンレス鋼
、ニッケル、銅、耐熱セラミックスなどの耐熱性材料か
ら作られる。ここに挙げたものは代表的な材料であり、
これらに限られない。粒子１１８として好ましいのは、
直径が約３／３２インチ（約０．０８４ｍｍ）ないし約
５／３２インチ（約０．１５６ｍｍ）の球試である。空
洞１１６で粒子１１８が詰まった部分は、はとんどヒー
タ１２０に囲まれている。ヒータ１２０は、空洞１１６
の下側を完全に取り囲んでもよく、一部だＧプを取り囲
んでもよい。ヒータ１．２０としては、加熱コイル、カ
ートリッジ・ヒータその他この分野で広く用いられてい
るヒータを使用できる。ヒータ１２０の位置は、ハウジ
ング１１２内の空洞１２２の中である。空洞１２２け、
ガス用空洞１１６と、真空洞１１４から物理的に隔離さ
れる。空洞１１６の下端は、開口のあるダイアフラム、
すなわち格子１２４で覆われる。ランダム・ガス生成チ
ャンバ１１７は、空洞１１６の下側の部分である。ダイ
アプラムすなわち格子１２４は、ランダム・ガス生成チ
ャンバ１１７をプレーナ・ガス生成チャンバ１２６と分
け、そのスリットすなわち開口により、加熱されたガス
はランダム・ガス生成チャンバからプレーナ・ガス生成
チャンバへ送られる。格子１２４の開口は、ランダム・
ガス生成用の空洞１１６に送り込まれたガスがプレーナ
・ガス生成チャンバ１２６に入るようにするものである
。真空洞１１４は、プレーナ・ガス生成チャンバ１２６
を通って伸びている。空洞１１６の上部で低温ガス人口
に入ったガスは、ランダム・ガス生成チャンバ１１７の
中を進む。ヒータ１２２の部分の空洞１１６の外壁では
、熱はヒータとガスの間で交換される。ガスは、空洞１
１６の外周で加熱される。空洞１１６の粒子１１８で埋
まった下側部分として示したランダム・ガス生成チャン
バ１１７によって、空洞１１６の外周で加熱されたガス
は混合され、ダイアフラム１２４では、これを通過する
ガスの熱プロファイルはほぼ均一になる。プレーナ・ガ
ス生成チャンバ１２６により、ダイアフラム１２４−を
通過するガスの断面積は拡大または縮小する。ランダム
・ガス生成チャンバ１１７とプレーナ・ガス生成チャン
バ１２６を分けるダイアフラム１２４により、粒子１１
８がプレーナ・ガス生成チャンバ１２６へ脱落すること
はない。ダイアフラム１２４の反対側になるプレーナ・
ガス生成チャンバの端部は、プレーナ・ガス生成チャン
バのターミナル１２８で、これには複数の開口１２７（
第９図）、またはスリット１７０（第１０図）がある。

第９図と第１０図は代表例であり、変更が可能なことは
当業者には明らかである。ターミナル１２８１こより、
プレーナ・ガス・チャンバ１２６のダイアフラム１２４
を高速で通過したガスを収容でき、プレーナ・ガス・チ
ャンバ１２６に入った高温ガスは充分に混合できる。タ
ーミナル１２８では、加熱されたガスがほぼ均一に分布
した状態となる。ターミナル１２８は、プレーナ・ガス
・チャンバ１２６と接合ヘッド１３０を分ける。接合ヘ
ッド１−３０の外周にはノズル胴１３２がある。このノ
ズル胴は、ノズル端の開口１３４までで、開口１３４の
断面積はノズル胴１３２の断面積より小さくすることが
できる。第８図に示したノズル胴１３２の水平断面は矩
形で、下側の垂直断面は比較的小さい。垂直断面を小さ
くすれば、開口１３４から出るガスの速度が増す。これ
は、三角形または楕円形の水平断面など他の形状によっ
て可能になる。ノズル胴１３２とノズル口１３４はどん
な垂直断面でも良い。

接合ヘッド１３０は通常は、アルミニウムなど固体原料
から作られる。プレーナ・ガス・チャンバのターミナル
１２８は、接合ヘッド１３０の一端をなす。ノズル端１
３５は接合ヘッド１３０のもう一端をなす。ノズル胴１
３２は、単一の空洞でも複数の空洞でも良い。プレーナ
・ガス・チャンバ２６の長さは、ダイアフラム１２４と
ターミナル１２８間で約１．３０インチ（約３３　ｍ　
ｍ　）ないし１．５０インチ（約３８ｍｍ）にするのが
望ましい。ただしこれはイた表側として挙げただけで、
これに限られない。長さは普通、はんだ付けの用途によ
って異なる。

一般に、ノズル端１３５のノズル口１３４は、プレーナ
・ガス・チャンバのターミナル１２８の開口に合わせて
構成される。ノズル口１３４の形状と大きさは、ガス流
に所要の運動量と方向が与えられるよう設計される。電
子部品とそれが装着される基板の間にはんだ部がある場
合、このガス・ノズルは基板表面と平行にし、ノズル胴
１３２の内部に、ノズル口１３４のガス出口に達する前
に曲がり部を設ける必要がある。こういった状態にする
のは、たとえば、プラスチック・リード・チップ・キャ
リアのＪリードが、基板表面にはんだで装着される場合
、あるいは、半導体チップが、フリップ・チップ構成で
、チップと基板間のはんだマウンドにより基板上に電気
的に装着される場合である。ノズルの寸法と、はんだマ
ウンドからの距離、さらεこガスの種類、ガスの人口速
度と圧力によって、はんだマウンドでのガスの連動量が
決定される。これらのパラメータを用途に合わせて調節
することは、当業者の技術の範囲内である。

真空胴１１４は、接合ヘッド１３０を通って伸び、真空
ピックアップとして使われる真空部１３７までである。

第１１図は、第８図と同じ装置を示す。第１１図と第８
図に共通の数字は同じものを指す。第１１図では、第８
図の装置は１５０と１５２の部分に分かれている。上部
１５０には、加熱要素１２２とランダム・ガス生成チャ
ンバ１１７がある。

下部１５２には、高温ガス混合チャンバと接合ヘッド１
３０がある。上部１５０と下部１５２は、クランプ１５
４で固定される。クランプ１５４は、」二部１５０にあ
るフランジ１５６と、上部１５２にあるフランジ１５８
上を、フランジ１５６がフランジ１５８と整合がとれて
セットされるときに摺動する。１５０と１５２を固定す
るには、この分野で一般に使われているクランプを使用
できる。

真空胴１１４の下側（第１１図の１６０）は、下部１５
２の接合ヘッド１３０にある空洞１６２に挿入されるも
のである。第８図と第１１図に概略を示した装置は一つ
の代表例である。当業者は、第８図、第１１図の装置ｔ
こ変更を加えることができよう。

上部１５０はステンレス鋼製とするのが望ましい。他の
材料も使用できる。少なくとも上部］５２のノズル口１
３４の一部は、たとえばステンレス鋼、チタン、アルミ
ニウム、ポリイミドなどのポリマのように、はんだによ
って湿潤されない材料から形成される。下部１５２がポ
リマから作られる場合、プレーナ・ガス・チャンバのタ
ーミナル１２８は、セラミックなどの断熱材料で覆うの
が良い。これによって高温ガスによるターミナル１２８
の破損を防止できる。

第９図は、第８図のＢ−Ｂ線で切断し、第８図に示す方
向から見た平面図である。第９図では、第８図に示した
装置のターミナル１２８の周囲１６８付近に複数の円形
開口１２７がある。開口１２７は、四角形、長方形、三
角形など任意の形状にすることができる。直径が約０．
０１５インチ（約０．３８１．ｍｍ）ないし約０．０３
１インチ（約０．７８７ｍｍ）の円形開口がもつとも望
ましい。

第１０図は第９図の構成に代わる実施例を示す。

周囲１６８まわりに単一のスリット１７０がある。

スリットの幅は約０．０１．５インチ（約０．３８１、
ｍｍ）ないし約０．０３１インチ（約０．７８７ｍｍ）
である。

第１２図は、第７図の構造を基板１７０に接合するため
に用いる第８図と第１１図の装置を示す。

第７図、第８図、第１１図に共通の数字は同じものを指
す。

第１２図は第１１図の装置の下部１５２だけを示す。チ
ップ５８は、下部１５２の接合ヘッド１３０の底部で井
戸１７２に固定される。真空は空洞１１４から供給され
、開口端１６２でチップ５８の後面に向けられる。他の
真空機構も、リード・フレームをチップアップ構成で接
合する必要なく使用できる。ノズル口１３４を持つノズ
ル端１３９は、ビーム・リード５０の外側リード接合端
１７６の近くに置かれる。外側リード端１７６は一般に
は接合前に形成される。ビーム・リード５０の外側リー
ド端１７６は、はんだマウンド１７８と位置合わせされ
、マウンド１７８は接点パッド１８０の表面にある。接
点パッド１８０は基板１７０の表面１８２にある。接点
パッド１８０は基板１７０の導体に電気的に接続される
か、または基板１７０の表面１８２にある。基板１７０
は、固定具１８６の井戸１８４に固定される。基板１７
０は、第１２図には示していないが一般の真空ピックア
ップで井戸１８４に固定することができる。固定具１８
６が下部］５２の方向へ移動するか、下部１５２が固定
具の方へ移動するかのいずれかである。ノズル端１３９
は、ビーム・リード端１７６をはんだマウンド１７８に
押し付ける。

加熱されたガスは、プレーナ・ガス・チャンバを通り、
空洞１３２を経てノズル口１３４から出て、はんだマウ
ンド１７８を溶融する。前述のように、ガスはノズル口
１３４から出て、所定の運動量ではんだマウンド上の酸
化物にぶつかり、溶融したはんだマウンド１７８の表面
の酸化物を飛散させる。次に、はんだは、高温ガス流が
止められるか低温ガスが供給されることで冷却され、ビ
ーム・リード５０の外側リード接合部１７６と接点パッ
ド１８０の間にはんだ部ができる。

第１３図は、第８図の破線の円で囲まれた部分１３３の
拡大図である。第８図と第１３図に共通の数字は同じも
のを指す。ノズル口１３４には側壁１９２と１９０があ
る。側壁１９０は側壁１９２より長い。側壁１９０の先
端１９４は（第１３図はボンディング時の状態を示す）
、外側リード接合＠１７６１こ押し付けられ、外側リー
ド接合端１７６ははんだ部１７８に押し付けられる。次
に、高温ガス流１９６の方向が変えられ（側壁の先端１
９４−とビーム・リード端１７６の交点で）、電子部品
５８から遠ざかる（１９８）。ガス流１９６が方向を変
えて電子部品から遠ざかることは、ガス流の温度が、電
子部品５８またはビーム・り一ド５０と電子部品間の電
気接点６８を損なうほど高い場合には重要である。第１
３図に示すような高温ガス転向装置（２００）は、常に
必要とは限らない。はんだマウンド１７８が９５１５　
　Ｐｂ／　Ｓ　ｎのはんだであって（溶融温度は約４０
０００）、電子部品５８がガリウムひ素チップであれば
、転向板２００が必要になろう。

第１４図は、内側リード接合端５４を接点バラドに接合
する前の第７図の構造を示す。電子部品５８は、固定具
２１２の井戸２１０に置かれる。

固定具２１２には真空ピックアップ２１４があり、これ
で電子部品は井戸２１０の所定位置にセットされる。ビ
ーム・リード５０の内側リード接合端５４は、接点パッ
ド６８」二のはんだ部６７と位置合わせされる。この位
置合わせには、一般に用いられる光学式アラインメント
装置を使用できる。

ノズル端１３９は、内側リード接合端５４に対してセッ
トされる。ここで、内側リード接合端５４をはんだ部６
７に押し付ける程度の圧力が加えられる。加熱され混合
されたガスは、空洞１３２から供給され、はんだを溶融
し酸化物を飛散させる程度の温度と運動量ではんだ部６
７に向けられる。

溶融したはんだは、内側リード接合端５４を湿潤する。

はんだは冷却され、内側リード接合端５４と接点パッド
６８の間にはんだ部が形成される。

内側リードの接合では、第８図の空洞１１４によって供
給される真空ピックアップは、第１３図には必要ない。

第１３図の転向板２００は、必要に応じて第１４図のノ
ズル端１３９！こ使用できる。ノズル端１３９をビーム
・リード５４の方へ移動させるか、または固定具２１２
でチップ５８をノズル端１３９の方へ移動させることで
、はんだ部が形成される。

例 空洞１１６へのガスの人口の断面積は０．０２ｉ　ｎ、
　２（約０．５０８ｒｎｍ２）である。空洞１１６の上
部１１５の断面積は０．０４　ｉ　ｎ、”（約１．０１
６ｍｍ２）である。空洞１１６の上部１１５の長さは０
．３８ｉｎ、（約９．６５２ｍｍ）である。ランダム・
ガス生成チャンバ１１８の長さは０．９２ｉｎ、（約２
３．３６８ｍｍ）である。ランダム・ガス生成チャンバ
１１８の断面積は０．２０　ｉ　ｎ、”（５，０８ｍｍ
２）　である。プレーナ・ガス生成チャンバ１２６の長
さは１．４０ｉｎ、（約３５．５６ｍｍ）である。プレ
ーナ・ガス生成チャンバの断面積は１．５０ｉｎ、２（
約３８．１ｍｍ２）である。プレーナ・ガス生成チャン
バの端部１２８は、第９図のように方形で、２０の円形
開口がある。開口はそれぞれ面積がＣｌ　０００５　ｉ
　ｎ−２（約０．０１２７ｍｍ２）で、開口と開口の間
隔は０．０２ｉｎ、（約０゜５０８ｍｍ）、開口とプレ
ーナ・ガス生成チャンバの端部の外縁との間隔は０．０
２５ｉｎ、（約０．６３５ｍｍ）である。円形ノズル胴
１３２は２０あり、上部の断面積は０．００１　ｉ　ｎ
、　２（約０．０２５４．ｍｍ２）である。空洞１３２
の上部の長さは０．１２５ｉｎ、（約３．１７５ｍｍ）
である。空洞１３２の下側の断面積は０．０００５　ｉ
　ｎ、　２（約０．０１．２７ｍｍ２）、長さは０．１
１０ｉｎ、（約２．７９４ｍｍ）である。

ノズル口１３４は、リードが゛はんだイ寸けされるはん
だマウンドから１８ミル（約０．４−５７ｍｍ）未満の
位置に保たれる。水素ガスが５ないし７ｐｓｉ、３Ｌ／
分の割合で供給され、ランダム・ガス生成チャンバ１１
８で２３５ないし３０５°Ｃまで加熱された場合、共晶
はんだとＣｕ、ＳｎめっきＣｕ、またはＡｕめっきＣｕ
のリードとの間に、第１２図に示すようなきわめて高品
質の外側り一ド部が、窒素、ヘリウム、フォーミング・
ガス、および圧縮空気で形成される。

Ｆ０発明の効果 上述のように本発明によれば、シランを使用しないフラ
ックスレスはんだ付け手法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例において、加熱されたガス
が向けられ、２つの対象物によって固定されたはんだマ
ウンドの概略を示す。 第２図は、第１図の方法の結果を示す。 第３図は、加熱されたガスがはんだマウンドに向けられ
る前ｔこ混合される第１図の方法の概略を示す。 第４図は、基板上のはんだが塗布された接点パッドに対
して対象物が固定され、この接点パッドに加熱されたガ
スが向けられている状態の概略を示す。 第５図は、第４図の方法の結果を示す。 第６図は、内側のＴＡＢテープの可撓性フィルムにある
開口に向いた複数のビーム・リードを持つたＴＡＢテー
プの一部を示す。ビーム・リード内側の端部に電子部品
が電気的に接続されている。 第７図は、第６図のＡ−Ａ線に沿った断面を示す概略図
である。 第８図は、本発明ｔこよるはんだ付け装置の概略図であ
る。 第９図と第１０図は、第８図の線分ＢＢ部の代用可能な
２つの平面図である。 第１１図は、第８図の装置を２つの主要部に分けたもの
である。 第１２図は、外側リードの接合を行う第８図の装置の部
分断面を示す。 第１３図は、第８図の破線の円で囲まれた装置の一部の
部分断面の拡大図である。 第１４図は、内側リードの接合を行う第８図の装置の部
分断面を示す。 ２．３４・・はんだマウンド、１２．４０・ガス流、１
４・・ヒータ、１６・・ノズル、２２・・加熱ガス、２
４．６７．１７８・・はんだ部、２６・・ガス混合器、
３０・・基板、３２、５８（・・チップ［ＦＩＧ、１２
］、６８．１８０・・接点パッド、５２・・可撓性フィ
ルム、６２．６４・・開口、６６・・スプロケット孔、
７４・・テープ、１１４・・真空胴、１１７・・ランダ
ム・ガス生成チャンバ、１２４・・ダイアフラム、１２
６・・プレーナ・ガス生成チャンバ、１２８・・ターミ
ナル、１３０・・接合ヘッド、１３４・・ノズル口。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）はんだマウンドをはんだ湿潤性表面に対して位置
   決めし、 前記はんだマウンドを溶融させるに足る所定の温度と、
   酸化物を飛散させて酸化されていない溶融はんだにより
   前記はんだ湿潤性表面をぬれさせるに足る所定の運動量
   と、を有するガスを前記はんだマウンドに向け、 前記溶融はんだを冷却して前記はんだマウンドを前記は
   んだ湿潤性表面にはんだ付けする、フラックスレスはん
   だ付け方法。
2. （２）はんだマウンドに対してはんだ湿潤性表面を位置
   決めする手段と、 前記はんだマウンドを溶融して表面に酸化物を有するよ
   うな溶融体にするに足る所定の温度にガスを加熱する手
   段と、 前記酸化物を飛散させるに足る所定の運動量を有するよ
   うにして前記ガスを前記はんだマウンドに向ける手段と
   、 を有するフラックスレスはんだ付け装置。