CN100455394C

CN100455394C - 焊接方法

Info

Publication number: CN100455394C
Application number: CNB2005800052217A
Authority: CN
Inventors: 大野恭秀; 中森孝; 末永诚; 竹内达也; 加加见丈二; 萩原泰三
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: TWI346590B; WO2005077583A1; JP2005230830A; KR20060126776A; KR101049427B1; CN1921977A; TW200529960A; US20070170227A1; JP4732699B2

Abstract

本发明要解决的技术问题是，进行品质良好的焊接。解决该技术问题的技术手段是，使配置着具有固体状的焊锡的被处理物(10)的真空室(2)减压到真空状态，该固体状的焊锡只是锡或者含有银、铅、铜、铋、铟、锌中的一种或者两种以上的成分以及锡。产生游离基气体，除去上述焊锡的氧化膜后，停止上述游离基气体的产生，在无氧化环境中，使上述焊锡达到焊锡的熔点以上的温度，熔融焊锡。

Description

焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接方法。

背景技术

为了容易地将硅片、硅基片或者印刷线路基板上的回路和其他的回路电连接，存在着在硅片、硅基片或者印刷线路基板上的回路上，焊接例如作为半球状的焊锡的焊锡凸块的情况。作为该焊锡凸块的焊接方法，例如在专利文献1中已公开。

专利文献1：特开2001-58259号公报

该技术在焊接时不需要助焊剂。在该技术中，在真空室内配置被焊接的基板。在该基板上的规定位置上配置焊锡凸块。真空室被减压至真空状态。其后，一面向真空室供给作为游离基气体的氢基，一面使真空室的温度上升到焊锡的熔融温度，熔融焊锡，其后进行冷却。因此，在焊锡熔融的状态下，进行氢基的供给。

但是，判断出若通过该技术进行焊接，则存在空穴不能从被焊接的焊锡凸块消失，凸块膨胀，或是空穴消失，焊锡凸块破裂的情况。可以认为膨胀是由于氢气在熔融状态的焊锡内被捕集而产生。破裂是因为即使焊锡被加热到熔融以上的温度成为液相状态，通过继续供给氢基，在从熔融状态的焊锡上除去氧化膜的同时，空穴从液相状态的焊锡消失而产生的。

本发明以提供一种品质良好的焊接方法为目的。

发明内容

在基于本发明的焊接方法中，使配置着具有固体状的焊锡的被处理物的真空室减压到真空状态。接着，使真空室内产生游离基气体，通过该游离基气体，除去焊锡的氧化膜。其后，停止游离基气体的产生，使真空室内成为无氧化环境，在该无氧化环境中，使焊锡达到焊锡的熔点以上的温度，熔融焊锡。作为焊锡，使用只是锡或者含有银、铅、铜、铋、铟、锌中的一种或者两种以上的成分以及锡的焊锡。作为游离基气体，可以使用例如氢基，但也可以使用其他的各种游离基气体。

虽然焊锡在其表面具有氧化膜的情况很多，但即使是在比焊锡的熔点低的温度下，也能够通过使焊锡曝露于游离基气体，而除去焊锡的氧化膜。因此，在除去氧化膜后，在停止供给游离基气体的状态下，若使焊锡的温度达到焊锡的熔点以上的温度，则因为已经除去了氧化膜，所以即使焊锡达到熔融温度以上的温度，也难以产生破裂。另外，因为在焊锡成为熔融状态时，停止了游离基气体的供给，所以也不存在气体被熔融状态的焊锡捕集的情况。

另外，焊锡相对于被处理物的固定，可以使用不会留有残渣的助焊剂或者粘接剂，例如可以使用借助酒精或者有机酸为主要成分的助焊剂或者粘接剂，或是也可以不使用助焊剂或者粘接剂，而是在基板上形成凹陷，通过将焊锡配置在该凹陷来固定焊锡。

附图说明

图1是在本发明的一个实施方式的焊接方法中使用的装置的示意图。

图2是表示在上述焊接方法中的图1的装置的温度以及压力的变化状态的示意图。

图3是表示将焊锡球向在图1的装置中的被处理物进行固定的过程的立体图。

具体实施方式

在本发明的一个实施方式的焊接方法中使用的焊接装置如图1所示，具有真空室2。真空室2例如具有腔4，腔4由下部室4a和上部室4b构成。下部室4a在上缘具有开口的箱形。可覆盖该开口的上部室4b例如通过铰链被结合在下部室4a。另外，其构成为，在上部室4b覆盖在下部室4a的状态下，两者的内部成为气密状态。在下部室4a的底部，安装排气机构，例如真空泵6。在上部室4b覆盖在下部室4a的状态下，通过使真空泵6动作，可以使真空室2的内部成为真空状态。另外，真空泵6是能够控制该排气速度的真空泵。

在该真空室2的内部，例如下部室4b侧，设置加热机构，例如加热装置8。该加热装置8具有平板状的支撑台12。在该支撑台12的表面侧支撑着被处理物，例如形成焊锡凸起的硅片或者印刷基板10。该支撑台12是由热容量小的材质，例如陶瓷或者碳制成，在其内部埋设有加热器14。另外，可以使用红外线加热装置替代加热器14。

该加热器14的加热用电源(未图示出)设置在真空室2的外部，加热器14的导线在保持真空室2的气密状态的情况下，被导出到外部，与加热用电源连接。

尺寸为能够与支撑台12的内面整个面接触的冷却装置(未图示出)被设置成在真空室2内，可在与支撑台12的内面侧接触以及非接触中进行选择。该冷却装置通过流体例如水，冷却支撑台12。

在加热器14被通电，加热被处理物10的期间，冷却装置与支撑台12为非接触，在对加热器14的通电结束时，与支撑台12的内面接触，冷却支撑台12。因为支撑台12热容量小，所以可以进行快速加热，并且可以快速冷却。

在腔4的上部室4b上设置着游离基气体产生机构，例如氢基产生装置16。该氢基产生装置16通过等离子产生机构，使氢气等离子化，产生氢基。该氢基产生装置16在上部室4b的外部具有微波产生器18。再有，在微波产生器18中，传送被振动的微波的导波管20安装在上部室4b的上壁上。该导波管20具有微波导入窗22。该微波导入窗22被形成为与支撑台12相对，并且覆盖支撑台12的整个面的形状。因此，微波如图1箭头所示，遍及覆盖着支撑台12的整个面的广大区域，侵入到上部室4b内。

在该导入窗22的附近，氢气供给机构，例如氢气供给管24被设置在上部室4b内。该氢气供给管24用于从设置在真空室4的外部的氢气源25向上部室4b内供给氢气。氢气源25可控制向腔4内的供给量。该被供给的氢气被通过借助微波导入窗22导入的微波等离子化，产生氢基。该氢基通过为了捕集离子那样的不需要的荷电粒子而设置在上部室4b的内部的金属网26，接近被处理物10的整个区域。另外，氢气供给管24可以设置多根。另外，在上部室4b上，设置着氮气供给机构，例如氮气供给管27a。该氮气供给管27a用于从设置在真空室4的外部的氮气源27b将氢气向上部室4b内供给。氮气源27b可控制向腔4内的供给量。

为了控制氢气源25、氮气源27b以及真空泵6，设置了控制装置28。为了利用在该控制装置28中的控制，在腔4上设置压力计29。

使用了该焊接装置的本发明的一个实施方式的焊接方法，例如按照下述程序进行。首先，打开上部室4b，将已经形成的硅片或者印刷线路基板作为被处理物10配置在支撑台12上。在该被处理物10上，隔开间隔配置成为焊锡凸块的原料的多个焊锡层或者焊锡球。作为焊锡，使用只是锡或者含有银、铅、铜、铋、铟、锌中的一种或者两种以上的成分以及锡的固体状的焊锡。焊锡层或者焊锡球被直接配置在被处理物10上。例如，在使用焊锡球13的情况下，如图3所示，在被处理物10的上面形成凹陷15，通过将焊锡球13配置在该凹陷15内来固定焊锡球13。

其后，关闭上部室4b，使真空泵6动作，例如如图2所示，对腔4内排气直至大约0.01Torr(约1.33Pa)，使腔4内成为真空状态。接着，向腔4内供给氢气。此时的腔4内的压力例如为大约0.1至1Torr(约13.3Pa至133.3Pa)。

若腔4内的压力达到上述的压力，则对加热器14通电，加热被处理物10，一直加热到比焊锡的熔点低的温度，例如大约摄氏150度，并保持该状态。在该温度的状态下，使微波产生器18动作，使腔4内产生氢基。持续该氢基的产生状态例如大约1分钟。据此，在低于熔点的温度下，氢基还原，除去附属于焊锡的氧化膜。

其后，使微波产生器18停止，停止氢基的产生，通过真空泵6，对腔4内抽真空，直至大约0.01Torr(约1.33Pa)，其后，从氮气源27b向腔4内供给氮气，腔4内的压力恢复到例如大约0.1至1Torr(约13.3Pa至133.3Pa)。然后，增加对加热器14的通电量，使被处理物10的温度成为焊锡的熔点以上的温度。据此，被处理物10上的焊锡被熔融。其后，断开对加热器14的通电，冷却装置与支撑台12接触，对被处理物10进行冷却。该冷却也可以快速地进行，例如大约1分钟恢复到室温。另外，在冷却开始的大致同一时间，调整氮气的供给量，成为大气压。另外，对真空泵6、氢气供给源25以及氮气供给源27b的控制，是由控制部28根据设置在腔4的压力计29的压力信号来进行的。

象这样，因为将还原力强的游离基气体例如氢基向被处理物10供给，所以即使不使用助焊剂，也可以还原焊锡氧化物。而且，因为是在低于焊锡的熔点的温度的状态下向被处理物10供给氢基，所以可以在焊锡熔融前除去氧化膜。因为是在除去了氧化膜后，在导入了氮气的无氧环境下熔融、冷却焊锡，所以氢气不会被熔融状态的焊锡捕集，假设即使在焊锡内产生了空穴，也因为氧化膜已经被除去，所以不存在氧化膜的除去成为起因，凸块破裂的情况。

例如，进行下面的实验，即，作为焊锡球，使用直径为400μm的Sn63％/Pb37％(熔点摄氏183度)的焊锡球，和Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％(熔点摄氏220度)的焊锡球，在室温、摄氏50度、摄氏100度、摄氏150度中的每个比焊锡的熔点温度低的温度状态下，都持续60秒进行游离基气体的供给，其后，加热到焊锡的熔点以上的温度225度。其结果为，通过扫描电子显微镜以及X线透视，观察所形成的焊锡凸块，在任何一个中都没有产生空穴。另外，象这样制造出的焊锡凸块的剪断强度在为Sn63％/Pb37％的焊锡球的情况下是3.2至4.8N的范围，在Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％的焊锡球的情况下是3至5.5N的范围，得到了足够的接合强度。

在上述的实施方式中，虽然焊锡向被处理物的固定是在被处理物上形成凹陷，将焊锡配置在该凹陷，但也可以使用不会留有残渣的助焊剂或者粘接剂，例如可以使用以酒精或者有机酸为主要成分的助焊剂或者粘接剂，将焊锡固定在被处理物上。

另外，在上述的实施方式中，虽然是在被处理物上形成焊锡凸块，但例如也可以象下述那样进行。通过上述实施方式的焊接方法，在硅片或者印刷线路基板的电极极板上形成焊锡凸块。进而，使其他的硅片或者印刷线路基板的电极与该焊锡凸块接触，使腔4成为真空状态，在焊锡的熔点以上的温度产生游离基气体，熔融焊锡，其后进行冷却。据此，进行两个硅片或者两个印刷线路基板的焊接。在该焊接处理中，既不使用助焊剂也不使用粘接剂。另外，也可以在将腔4减压到真空状态后，在焊锡的熔点以下的温度产生游离基气体，使焊锡熔融。

另外，也可以象下述那样进行。准备两个通过上述的实施方式的焊接方法，形成了焊锡凸块的硅片或者印刷线路基板。在使这些焊锡凸块接触的状态下配置在腔4内。将腔4减压到真空状态，在焊锡的熔点以上的温度产生游离基气体，使接触的焊锡分别熔融，其后进行冷却，进行焊接。另外，也可以在将腔4减压到真空状态后，在焊锡的熔点以下的温度产生游离基气体，使焊锡熔融。

另外，也可以象下述那样进行。准备通过上述的实施方式的焊接方法，在电极极板上形成了焊锡凸块的硅片或者印刷线路基板，以及通过上述的实施方式的焊接方法，在电极极板上形成了焊锡镀层的硅片或者印刷线路基板。在使这些焊锡凸块和焊锡镀层接触的状态下配置在腔4内。将腔4减压到真空状态，在焊锡的熔点以上的温度产生游离基气体，使接触的焊锡分别熔融，其后进行冷却，进行焊接。另外，也可以在将腔4减压到真空状态后，在焊锡的熔点以下的温度产生游离基气体，使焊锡熔融。

另外，也可以象下述那样进行。准备一个通过上述的实施方式的焊接方法，在电极极板上形成了焊锡凸块的硅片或者印刷线路基板。也准备一个在电极极板上涂敷着焊剂的硅片或者印刷线路基板。在使焊锡凸块和焊剂接触的状态下配置在腔4内。将腔4减压到真空状态，在焊锡的熔点以上的温度产生游离基气体，使接触的焊锡凸块和焊剂分别熔融，其后进行冷却，进行焊接。另外，也可以在将腔4减压到真空状态后，在焊锡的熔点以下的温度产生游离基气体，使焊锡熔融。

在上述的实施方式中，作为焊锡，显示了Sn63％/Pb37％的焊锡和Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％的焊锡，但是并非仅限于此，例如也可以使用只是锡或者含有银、铅、铜、铋、铟、锌中的一种或者两种以上的成分以及锡的焊锡，若为固体状，则不仅限于焊锡球，也可以使用用于形成焊锡镀层的焊锡。另外，焊接装置的腔14设有将被处理物送入腔14内的入口，和从腔14送出被处理物的出口，在这些入口以及出口设置半真空部分，可连续处理被处理物。

Claims

1.一种焊接方法，其特征在于，使配置着具有固体状的焊锡的被处理物的真空室减压到真空状态，该固体状的焊锡只是锡或者含有银、铅、铜、铋、铟、锌中的一种或者两种以上的成分以及锡，

其后，使上述真空室内产生游离基气体，除去上述焊锡的氧化膜后，

停止上述游离基气体的产生，使上述真空室成为无氧化环境，使上述焊锡达到焊锡的熔点以上的温度，熔融焊锡。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，上述焊锡相对于上述被处理物被固定，该固定是在上述被处理物上形成凹陷，将上述焊锡配置在该凹陷。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，上述焊锡相对于上述被处理物被固定，该固定是借助以酒精或者有机酸为主要成分的助焊剂或者粘接剂进行的。