JPH0592292A

JPH0592292A - はんだ付け方法

Info

Publication number: JPH0592292A
Application number: JP3157181A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 暁森; Toshinori Ishii; 利昇石井; Masaki Morikawa; 正樹森川; Hideaki Yoshida; 秀昭吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融したはんだとはんだ付け部との間に気体
の層が介在することが抑制でき、溶融したはんだの表面
に酸化物の層が生成されることが抑制でき、もって、酸
化物を原因とするはんだ付け欠陥の発生を低減すること
ができるはんだ付け方法を提供することを目的とする。【構成】はんだ付け部をはんだの融点以上の温度に加
熱し、前記はんだ付け部に溶融はんだを吐出させてはん
だ付けを行う。好ましくは、はんだ付け部の雰囲気を酸
素濃度が４００ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気にしてはん
だ付けを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品をはんだ付け
により固定するはんだ付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品をはんだ付けする方法と
しては、図５に示すようなものがある。例に挙げる電子
部品は、セラミック製のパッケージ１内にＳｉチップ２
をはんだ付けするとともに、Ｓｉチップ２を覆って蓋３
がはんだ付けされた構造をしている。ここで、Ｓｉチッ
プ２をはんだ付けするする際には、Ｓｉチップ２とパッ
ケージ１との間に予め１００〜２００μｍの厚さに形成
されたはんだ箔４を介装させ、これらを非酸化性雰囲気
中で加熱することによってはんだ箔４を溶融させはんだ
付けを行うようにしている。パッケージ１と蓋３とをは
んだ付けする際にも、同様にパッケージ１と蓋３との間
に予め１００〜２００μｍの厚さに形成されたはんだ箔
５を介装し、これらを非酸化性雰囲気中で加熱すること
によりはんだ箔５を溶融させはんだ付けするようにして
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、はんだ
箔４，５を加熱して溶融させたときに溶融したはんだと
はんだ付け部との間に希薄な酸素の層が介在するといっ
た現象が起きる。この結果、溶融したはんだの表面には
んだの成分であるＳｎやＩｎの酸化物の層が生成され、
これらの酸化物を原因としてブローホール等のはんだ付
け欠陥が発生することがある。最近、Ｓｉチップ２が大
型化する傾向にあり、はんだ付け部分の面積が大きくな
ったことにより、はんだ付け不良が多発するようになっ
ている。さらに、Ｓｉチップ２が大型化するとパッケー
ジ１に取り付けられる蓋３も大きくなり、はんだ付け欠
陥によるパッケージ内の気密性不良が多発するようにな
っている。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、溶融したはんだとはんだ付け部との間に気体の層が
介在することが抑制でき、溶融したはんだの表面に酸化
物の層が生成されることが抑制でき、もって、酸化物を
原因とするはんだ付け欠陥の発生を低減することができ
るはんだ付け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】本願の請求項１に記載し
たはんだ付け方法は、はんだ付け部をはんだの融点以上
の温度に加熱し、前記はんだ付け部に溶融はんだを吐出
させてはんだ付けを行う。

【０００６】本願の請求項２に記載したはんだ付け方法
は、はんだ付け部の雰囲気を酸素濃度が４００ｐｐｍ以
下の非酸化性雰囲気にし、はんだ付け部をはんだの融点
以上の温度に加熱し、溶融はんだを前記はんだ付け部に
向けて吐出させてはんだ付けを行う。

【０００７】

【作用】本願の請求項１に記載したはんだ付け方法によ
れば、溶融はんだをはんだの融点以上の温度に加熱され
たはんだ付け部に向けて吐出させるようにしているの
で、溶融はんだとはんだ付け部との間に空気が介在しよ
うとしても、溶融はんだの流動により空気がはんだ付け
部の外側に排出される。したがって、溶融はんだとはん
だ付け部との境界に酸化物の層が生成され難くなり、酸
化物を原因とするはんだ付け欠陥の発生が抑制される。

【０００８】本願の請求項２に記載したはんだ付け方法
によれば、請求項１に記載したはんだ付け方法を行うと
ともに、はんだ付け部の雰囲気を酸素濃度が４００ｐｐ
ｍ以下の非酸化性雰囲気にしているので、吐出した溶融
はんだの表面に酸化物が生成されることが抑制され、酸
化物を原因とするはんだ付け欠陥の発生が抑制される。

【０００９】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１０】図２に基づいて、本発明の第１の方法のは
んだ付け方法について説明する。

【００１１】図２（ａ）に示すように、Ｎ₂ガスで置換
されたグローブボックス中で、３００℃に加熱されたヒ
ートブロック１０上にリードフレーム１１を置く。ヒー
トブロック１０には、フレームレストーチ１２が対向し
て取り付けられており、このフレームレストーチ１２か
らはその出口において３５０℃に加熱された非酸化性の
雰囲気ガスが噴出するようになっている。非酸化性の雰
囲気ガスとしては、例えば、Ｎ₂＋２０ｖｏｌ％Ｈ₂が用
いられる。そして、グローブボックスへ流入しているＮ
₂ガスの流量を調整することによって前記リードフレー
ム１１上のダイパッド近傍における酸素濃度が５０ｐｐ
ｍ、２００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの４種
類となるようにしている。このように、非酸化性の雰囲
気ガスを用いてダイパッド近傍における酸素濃度を可変
としているのは、後述するように溶融はんだを吐出した
ときに、溶融はんだの表面に生成される酸化物膜厚を制
御するためである。

【００１２】図２（ｂ）に示すように、はんだ吐出装置
１３をリードフレーム１１のダイパッドに近接して移動
し溶融はんだ１７を吐出する。使用されるはんだの組成
は、Ｐｂ−５重量％Ｓｎからなっている。

【００１３】ここで、はんだ吐出装置１３の構成を図１
に示す。このものは、先端に絞り部１４が形成されたシ
リンジ１５が設けられている。シリンジ１５はＳＵＳ３
０４製となっており、シリンジ１５の内径は１０ｍｍと
なっており、絞り部１４の内径は０．５ｍｍとなってい
る。前記シリンジ１５の外周を覆ってヒータ１６が取り
付けられ、シリンジ１５内にはヒータ１６により溶融さ
れた溶融はんだ１７が貯留される。

【００１４】シリンジ１５の図中上部には図示しないガ
スボンベに接続された配管１８が取り付けられており、
配管１８からシリンジ１５内にガス圧２ａｔｍに加圧さ
れた噴出ガスを供給しガス圧により溶融はんだ１７を絞
り部１４から噴出させる。ここで、噴出ガスとしては非
酸化性ガス、例えば、Ａｒガス、Ｎ₂ガス、Ｈ₂ガスが使
用される。このように、噴出ガスとして非酸化性ガスを
使用するようにしているのは、溶融はんだ１７中の酸素
濃度が高くなると噴出した溶融はんだ１７中に酸化物が
混入することになってはんだ付け欠陥が発生し易くなる
からである。

【００１５】また、前記シリンジ１５とガスボンベとの
間には、配管１８を流れる噴出ガスの流量を調整する流
量調整器１９が介装されている。そして、シリンジ１５
の図中上部に供給される噴出ガスの流量を変化させるこ
とにより、はんだ吐出装置１３により吐き出される溶融
はんだ１７の流量を、０．５〜５ｍｍ³／ｓｅｃに変化
させるようにしている。

【００１６】図２（ｃ）に示すように、Ｓｉチップ２１
を３２０℃に加熱したコレット２０に真空吸着させて保
持する。ここで、吸着されるＳｉチップ２１の形状は、
１辺が２０ｍｍの正方形をしており、その厚さは４００
μｍとなっている。Ｓｉチップ２１の裏面（吸着面と反
対側）には、Ｔｉ層、Ｎｉ層、Ａｕ層がこの順でスパッ
タリングによりメタライズされている。なお、このメタ
ライズははんだ付け性を向上させるためになされたもの
である。

【００１７】図２（ｄ）に示すように、コレット２０を
溶融はんだ１７の塗布されたリードフレーム１１に近接
させ、コレット２０に保持されたＳｉチップ２１を溶融
はんだ１７を介してリードフレーム１１に押しつける。
この際、５秒間、コレット２０を左右に回転させてＳｉ
チップ２１とリードフレーム１１とを相対変位させて、
これらと溶融はんだ１７との密着性を向上させる。

【００１８】図２（ｅ）に示すように、コレット２０に
よるＳｉチップ２１の保持を解除して図中上方に引き上
げ、Ｓｉチップ２１をリードフレーム１１上に載せた状
態で冷却することで溶融はんだ１７を固化はんだ２２と
してＳｉチップ２１とリードフレーム１１とのはんだ付
けを行う。

【００１９】図３に基づいて、本発明の第２の方法のは
んだ付け方法を説明する。なお、図２と同様の構成には
同一符号を付して説明する。

【００２０】図３（ａ）に示すように、Ｎ₂ガスで置換
されたグローブボックス中で、図２に示した第１の方法
のように、加熱したコレット２０によりＳｉチップ２１
を真空吸着して保持し、フレームレストーチ１２からは
非酸化性の雰囲気ガスをＳｉチップ２１に向けて噴出す
る。次に、はんだ吐出装置１３をＳｉチップ２１に近接
させて、溶融はんだ１７をＳｉチップ２１の裏面に吐出
させる。

【００２１】図３（ｂ）に示すように、第２図に示した
第１の方法のように、加熱されたヒートブロック１０上
にリードフレーム１１を置き、このリードフレーム１１
のダイパッド近傍に向けてフレームレストーチ１２から
非酸化性の雰囲気ガスを噴射させる。また、溶融はんだ
１７が塗布されたＳｉチップ２１をリードフレーム１１
のダイパッドに近接して、溶融はんだ１７を介してＳｉ
チップ２１をリードフレーム１１に押しつける。そし
て、コレット２０を左右に回転させてＳｉチップ２１と
リードフレーム１１とを相対変位させる。

【００２２】図３（ｃ）に示すように、Ｓｉチップ２１
がリードフレーム１１上に載せられた状態で冷却するこ
とで溶融はんだ１７を固化はんだ２２としてＳｉチップ
２１とリードフレーム１１とのはんだ付けを行う。

【００２３】従来のはんだ箔を用いてはんだ付けを行う
方法を比較例として説明する。なお、図２に示す第１の
方法と同一の構成には同一符号を付して説明をする。

【００２４】Ｎ₂ガスで置換されたグローブボックス中
で、３００℃に加熱されたヒートブロック１０上にリー
ドフレーム１１を置く。ヒートブロック１０には、フレ
ームレストーチ１２が対向して取り付けられており、こ
のフレームレストーチ１２からはその出口において３５
０℃に加熱された非酸化性の雰囲気ガスが噴出するよう
になっている。非酸化性の雰囲気ガスとしては、例え
ば、Ｎ₂＋２０ｖｏｌ％Ｈ₂が用いられる。そして、グロ
ーブボックスに流入しているＮ₂ガスの流量を調整する
ことによって前記リードフレーム１１上のダイパッド近
傍における酸素濃度が５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、４０
０ｐｐｍ、５００ｐｐｍの４種類となるようにしてい
る。

【００２５】予め長さ５ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ０．１ｍ
ｍの薄膜状に形成されたはんだ箔をリードフレーム１１
のダイパッド上に置く。ここで、使用されるはんだの組
成は、第１の方法と同様に、Ｐｂ−５重量％Ｓｎからな
っている。

【００２６】Ｓｉチップ２１を３２０℃に加熱したコレ
ット２０に真空吸着させて保持する。コレット２０をリ
ードフレーム１１に近接させ、コレット２０に保持され
たＳｉチップ２１をはんだ箔を介してリードフレーム１
１に押しつけ、はんだ箔を溶融させる。

【００２７】コレット２０によるＳｉチップ２１の保持
を解除して引き上げ、Ｓｉチップ２１がリードフレーム
１１上に載せられた状態で冷却することで溶融したはん
だを固化してはんだ付けを行う。

【００２８】上述の第１の方法、第２の方法、比較例に
よりはんだ付けされたはんだ付け部を透過Ｘ線で観察し
てＳｉチップ２１の面積に対するはんだ付け欠陥の割合
を測定してはんだ付け率を計算した。その結果を表１に
示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】第１の方法及び第２の方法では、雰囲気中
の酸素濃度が５０ｐｐｍから４００ｐｐｍまでの範囲で
ははんだ付け率は略一定でかつ高いものになっている
が、雰囲気中の酸素濃度が５００ｐｐｍとなると、はん
だ付け率が低下している。これは、雰囲気中の酸素濃度
が４００ｐｐｍより高いと、吐出された溶融はんだ１７
の表面に酸化物が形成され、この酸化物を原因としては
んだ付け欠陥が急増することが考えられる。したがっ
て、雰囲気中の酸素濃度を４００ｐｐｍ以下とすること
が好ましいが、それ以上の酸素濃度領域であっても、同
じ酸素濃度の雰囲気中であれば従来法と比較して欠陥の
軽減が図られる。

【００３１】比較例では、第１の方法及び第２の方法に
比べてはんだ付け率は低下している。これは、はんだ箔
を溶融したときに、溶融したはんだと、リードフレーム
１１又はＳｉチップ２１との間に雰囲気ガスが介在し溶
融したはんだの表面に酸化物が生成され、この酸化物を
原因としてはんだ付け欠陥が増加したものと考えられ
る。これに対して、第１の方法及び第２の方法において
は、Ｓｉチップ２１をリードフレーム１１に溶融はんだ
１７を介して押圧するようにしているので、この押圧の
際に溶融はんだ１７が流動して溶融はんだ１７とＳｉチ
ップ２１又はリードフレーム１１との間に介在する雰囲
気ガスが外に排出され、溶融はんだ１７の表面に酸化物
が生成することが抑制されたものと考えられる。

【００３２】図４に基づいて、本発明の第３の方法のは
んだ付け方法について説明する。

【００３３】図４（ａ）に示すように、ピングリッドア
レイ形セラミックスパッケージ（以下、パッケージとい
う。）３０は、Ｎ₂ガスによって置換されたグローブボ
ックス中で、３００℃に加熱されたヒートブロック３４
上に載せられている。パッケージ３０には凹部３５が形
成されており、この凹部３５内にはＳｉチップ３１がは
んだ付けされている。凹部３５を覆って４２アロイ（Ｆ
ｅ−４２ｗｔ％Ｎｉ）からなる蓋３２が載せられてい
る。蓋３２は一辺が２７ｍｍ、厚さが０．３ｍｍの正方
形をしており、前記凹部３５の開口部の形状は蓋３２に
対応して一辺が２７．５ｍｍの正方形をしている。な
お、はんだ付け性を向上させるために、パッケージ３０
における蓋３２との接触面にはＡｕからなるメッキ層が
形成され、蓋３２の表面にはＮｉからなるメッキ層が形
成されている。

【００３４】蓋３２に対向してフレームレストーチ３３
が設けられており、このフレームレストーチ３３からは
その出口において３５０℃に加熱された非酸化性の雰囲
気ガスが噴出するようになっている。非酸化性の雰囲気
ガスとしては、例えば、Ｎ₂＋２０ｖｏｌ％Ｈ₂が用いら
れる。そして、グローブボックス中に流入するＮ₂ガス
の流量を調整することによって蓋３２とパッケージ３０
との境界部近傍における酸素濃度が５０ｐｐｍ、２００
ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍの４種類となるよ
うにしている。また、加熱された雰囲気ガスを蓋３２に
向けて噴出することによって蓋３２が加熱されはんだの
融点よりも高温になる。

【００３５】図４（ｂ）に示すように、図１に示した構
造のはんだ吐出装置１３を蓋３２とパッケージ３０との
境界部近接して移動し溶融はんだ１７を吐出する。使用
されるはんだの組成は、Ｐｂ−１０重量％Ｓｎからなっ
ている。なお、はんだ吐出装置１３に供給される噴出ガ
スの流量を変化させることにより、はんだ吐出装置１３
から吐き出されるはんだの流量を、０．５〜５ｍｍ³／
ｓｅｃに変化させるようにしている。吐出された溶融は
んだ１７は、蓋３２とパッケージ３０との隙間に吸い込
まれる。

【００３６】はんだ吐出装置１３は、溶融はんだ１７を
吐出しつつ、蓋３２とパッケージ３０との境界部に沿っ
て移動させられ、境界部を１周することによって終了す
る。そして、終了したパッケージ３０を冷却することに
より溶融はんだ１７を固化させてはんだ付けを行う。こ
こでは、はんだ吐出装置１３を移動させるようにしてい
るが、はんだ吐出装置１３を固定したままで、パッケー
ジ３０を移動させて溶融はんだ１７を蓋３２とパッケー
ジ３０との境界部に吐出するようにしてもよい。

【００３７】従来のはんだ箔を用いたはんだ付け方法を
比較例として示す。なお、図４に示した第３の方法と同
一な構成には同一符号を付して説明する。

【００３８】パッケージ３０の凹部３５を覆って４２ア
ロイからなる蓋３２が、この蓋３２とパッケージ３０と
の間に薄膜状のはんだ箔が介装された状態で載せられて
いる。このはんだ箔は、蓋３２とパッケージ３０との接
触部に対応して、その外形寸法が一辺が２７ｍｍで幅が
１ｍｍで厚さ０．１ｍｍの窓枠状に形成されている。そ
して、はんだ箔が介装されたパッケージ３０を３００℃
に加熱されたヒートブロック３４上に載せる。

【００３９】Ｎ₂ガスで置換されたグローブボクックス
中で、蓋３２に対向してフレームレストーチ３３が設け
られており、このフレームレストーチ３３からはその出
口において３５０℃に加熱された非酸化性の雰囲気ガス
が噴出するようになっている。グローブボックスへ流入
しているＮ₂ガスの流量を調整することによって蓋３２
とパッケージ３０との境界部近傍における酸素濃度が５
０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ
の４種類となるようにしている。

【００４０】雰囲気ガスの噴出により、蓋３２がはんだ
の融点よりも高い温度になり、蓋３２とパッケージ３０
との間に介装されたはんだ箔が溶融して接触面に広が
る。これを冷却することによりはんだ付けを行う。

【００４１】第３の方法及び比較例によりはんだ付けさ
れたものをグロスリーク試験とＨｅリーク試験を行い、
蓋３２とパッケージ３０との気密性試験を行った。

【００４２】ここで、グロスリーク試験とは、１２５℃
に加熱した不活性液中に蓋３２をはんだ付けしたパッケ
ージ３０を浸漬し、６０秒間の目視観察を行い、はんだ
付け部からの気泡発生の有無を調べる試験であり、気泡
が観察されなかったときに合格とする。

【００４３】また、Ｈｅリーク試験とは、６ａｔｍに加
圧されたＨｅが封入されたタンク内に蓋３２をはんだ付
けしたパッケージ３０を挿入して６時間加圧し、パッケ
ージ３０をタンク内から取り出し、１０分間Ｎ₂ガスで
フラッシングし、ヘリウムリーク試験器でパッケージ３
０から出てくるＨｅガス量を測定する試験であって、本
試験では１×１０^-7ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下のＨｅガ
ス量であったら合格とする。

【００４４】グロスリーク試験とＨｅリーク試験との結
果を表２に示す。なお、表中の合格率とはグロスリーク
試験とＨｅリーク試験との両者に合格した割合を示すも
のである。

【００４５】

【表２】

【００４６】第３の方法によれば、雰囲気の酸素濃度が
５０〜４００ｐｐｍときは合格率は１００％であった
が、５００ｐｐｍのときは合格率が低下した。これは、
酸素濃度が４００ｐｐｍ以下のときは溶融はんだの表面
には酸化物が生成されることは少ないが、酸素濃度が５
００ｐｐｍのときは、雰囲気中の酸素により溶融はんだ
１７の表面が酸化してできた酸化物を原因としてはんだ
付け欠陥が発生したものと考えられる。

【００４７】比較例によれば、第３の方法に比べて合格
率が著しく低下した。これは、パッケージ３０と蓋３２
との間に介装したはんだ箔を溶融させたときに、雰囲気
ガスが溶融したはんだと、パッケージ３０又は蓋３２と
の間に介在し、溶融したはんだ表面に酸化物の層が生成
され、この酸化物によってはんだ付け欠陥が多発したも
のと考えられる。これに対して、第３の方法によれば、
溶融はんだ１７がパッケージ３０と蓋３２との隙間に吸
い込まれる際の溶融はんだ１７の流動により、雰囲気ガ
スが外に排出されるので、はんだ付け欠陥の発生が抑制
されたものと考えられる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１に
記載のはんだ付け方法によれば、はんだ付け部をはんだ
の融点以上の温度に加熱し、前記はんだ付け部に溶融は
んだを吐出させてはんだ付けを行うようにしたので、溶
融したはんだとはんだ付け部との間に気体の層が介在す
ることが抑制でき、溶融したはんだの表面に酸化物の層
が生成されることが抑制でき、もって、酸化物を原因と
するはんだ付け欠陥の発生を低減することができる。

【００４９】また、本願の請求項２に記載のはんだ付け
方法によれば、はんだ付け部の雰囲気を酸素濃度が４０
０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気にし、はんだ付け部をは
んだの融点以上の温度に加熱し、溶融はんだを前記はん
だ付け部に向けて吐出させてはんだ付けを行うようにし
たので、溶融したはんだとはんだ付け部との間に気体の
層が介在することが抑制でき、溶融したはんだの表面に
酸化物の層が生成されることが抑制でき、もって、酸化
物を原因とするはんだ付け欠陥の発生を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用されるはんだ吐出装置を
示す断面図である。

【図２】本発明の第１の方法のはんだ付け方法を示す工
程図である。

【図３】本発明の第２の方法のはんだ付け方法を示す工
程図である。

【図４】本発明の第３の方法のはんだ付け方法を示す工
程図である。

【図５】従来の電子部品を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ヒートブロック１１リードフレーム１２フレームレストーチ１３はんだ吐出装置１４絞り部１５シリンジ１６ヒータ１８配管１９流量調整器２０コレット２１Ｓｉチップ３０ピングリッドアレイ形セラミックスパッケージ３１Ｓｉチップ３２蓋３３フレームレストーチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田秀昭埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地三菱マテリアル株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】はんだ付け部をはんだの融点以上の温度
に加熱し、前記はんだ付け部に溶融はんだを吐出させて
はんだ付けを行うはんだ付け方法。
【請求項２】はんだ付け部の雰囲気を酸素濃度が４０
０ｐｐｍ以下の非酸化性雰囲気にし、はんだ付け部をは
んだの融点以上の温度に加熱し、溶融はんだを前記はん
だ付け部に向けて吐出させてはんだ付けを行うはんだ付
け方法。