JP2001135666A - 電子回路装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

電子回路装置の製造方法および製造装置

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JP2001135666A
JP2001135666A JP2000118758A JP2000118758A JP2001135666A JP 2001135666 A JP2001135666 A JP 2001135666A JP 2000118758 A JP2000118758 A JP 2000118758A JP 2000118758 A JP2000118758 A JP 2000118758A JP 2001135666 A JP2001135666 A JP 2001135666A
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liquid
ball
electrode
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Yuzo Taniguchi
雄三 谷口
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TANIGUCHI CONSULTING ENGINEERS CO Ltd
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TANIGUCHI CONSULTING ENGINEERS
TANIGUCHI CONSULTING ENGINEERS CO Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電子回路装置の半田付け工程において、窒素雰
囲気加熱炉や洗浄装置を不要とし、さらにＢＧＡ等のボ
ール端子の高精度化及び修正技術を実現する。 【解決手段】ＩＣパッケージ１のランド１ｃ上にはんだ
を固着させ、その上を半田融点より沸点が高い液体８で
覆い、液体８の沸点以下で固着半田７を加熱溶融冷却固
化してボール端子を作成し、その後減圧室内で液体８を
沸騰蒸発させる。もしくは、固着半田７部を局部加熱す
ることにより、液体８が沸騰気化しない条件で大気中の
酸素に触れることなく半田の加熱冷却を行い、窒素雰囲
気加熱や洗浄を不要とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
【０００１】本発明は電子部品や回路基板等の電極パタ
ーン部に半田付けする電子回路装置の製造方法及び製造
装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】近年、電子機器の高速化、高機能化が進む
につれＩＣの電極端子数の増加とＩＣパッケージの小型
化、薄型化という相反する要求が強くなってきている。
この要求に対応して、パッケージ下部に球状の半田材の
外部電極端子（以下ボール端子とよぶ）を配列したＢＧ
Ａ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ、Ｆ
ＢＧＡ（Ｆｉｎｅ Ｐｉｔｃｈ ＢＧＡ）パッケージ、
あるいは球形状の半田材（以下バンプとよぶ）を電極端
子とするベアチップが増加してきている。
【０００３】ＢＧＡやＦＢＧＡパッケージの構造例を図
１（ａ）に示す。図に示すようにＩＣパッケージのボデ
イ１ａ下部にはプリント基板、セラミック基板、テープ
基板などの回路基板からなる基板部１ｂがあり、その底
面には、例えば銅あるいは銅の上に金めっきや半田めっ
きを施した電極パターン（以下ランド１ｃとよぶ）が配
置されており、ボール端子１ｄはランド１ｃ上に形成さ
れる。
【０００４】従来技術の代表的なボール端子１ｄの製造
方法は、半田ペーストを印刷する半田ペースト方式、半
田ボールを供給する半田ボール方式、半田をめっきや蒸
着などで付ける膜付け方式、又は複数の半田粒を電極上
に高速に噴射して固着させるメタルジェット方式であ
る。
【０００５】図１（ｂ）に球状の半田バンプを有するベ
アチップの構造例を示す。通常、バンプ２ｄは電極２ｂ
上にめっきや蒸着により半田膜を付着させる。
【０００６】前記、ボール端子１ｄやバンプ２ｄのよう
に半田を球状にするには半田を加熱溶融しなければなら
ないが、通常、半田を溶融する時に半田が大気中の酸素
と触れれば半田が酸化してしまうので、半田を加熱溶融
させる時に半田が酸化しないように活性な液体（以下フ
ラックスとよぶ）を用い、加熱時にフラックスを気化さ
せながら半田を溶融し、その後冷却して固化する。
【０００７】半田ペースト方式の場合、フラックス中に
微小な粒状の半田ボールを混ぜた半田ペーストをマスク
を介してランド１ｃ上に印刷後、加熱して液体を気化さ
せながら半田を溶融して球状化した後、冷却して半田を
固化する。また、半田ペースト法は半田の溶融過程にお
いて半田の飛散物が発生しやすいので、飛散物除去のた
めボール端子作成後に洗浄を行う場合が多いが、工程が
長くかつ製造コストが高くなるという問題がある。
【０００８】半田ボールを供給する半田ボール方式の場
合は、通常、ランド１ｃ上にフラックスを塗布後その上
に半田ボールを搭載し、フラックスの粘着力により半田
ボールを仮固定し、半田ボールを加熱溶融して球状化し
た後、冷却して半田を固化する。
【０００９】半田をめっきや蒸着で付着させる膜付け方
式の場合は、ランド１ｃ上に膜付けした半田上にフラッ
クスを塗布し、半田を加熱溶融して球状化した後、冷却
して半田を固化する。
【００１０】メタルジェット方式は小さな複数の半田粒
をランド１ｃ上に打ち込み、ランド１ｃ上に打ち込んだ
半田粒上にフラックスを塗布し、半田を加熱溶融して球
状化した後、冷却して半田を固化する。
【００１１】さらに、ボール端子作成後に半田付け外観
検査装置によって半田量の過不足個所が検出された場
合、その半田付け個所を修正する有効な方法はまだな
い。この修正方法としては、修正個所の半田を全て除去
した後、修正個所に半田を供給し直す方法が一般的であ
るが、この方法は修正後にフラックスを塗布して半田を
加熱再溶融しなければならない。また、半田付け部が微
細になればなるほどその修正は困難になってきており製
造歩留低下の原因となっている。
【００１２】前記方式はいずれも、使用するフラックス
の活性が低い場合は、大気中の酸素と半田が反応して半
田表面が酸化するので、通常は窒素雰囲気炉内で半田を
加熱溶融および冷却固化させる。一方、フラックスの活
性が高い場合は、フラックス中に含まれる活性の高い成
分が基板表面に残存すると信頼度不良の原因になるの
で、通常は半田付け後に洗浄して残留フラックス成分を
除去する。
【００１３】前記窒素雰囲気炉や洗浄装置は装置が大き
く高価であり、かつ、窒素や洗浄液などを必要とするの
で製造コストが高くなるという欠点をもっている。
【００１４】また、環境対策のため鉛を含有しない半田
の適用が進められている。従来から最も一般に用いられ
ていた共晶半田（Ｓｎ６３％、Ｐｂ３７％）の融点は約
１８４℃であるが、代替材料として有力なＳｎ−Ａｇ系
半田の場合、融点が高くなる。例えば、Ｓｎ９６．５
％、Ａｇ３．５％の半田の融点は約２２１℃である。Ｉ
Ｃパッケージを例えば２５０℃以上の高温にするとＩＣ
パッケージ破壊の恐れがあるので前記のような高温半田
材を使用する場合には、できるだけＩＣパッケージを高
温にしない半田付け方法及び装置が要求されている。
【００１５】従来技術の解決手段として特開平９−２３
２７４２（以下、公知発明とよぶ）に提案されているよ
うに、半田ボールを仮固定した状態で半田材料の融点よ
りも沸点温度が高い液体の中に浸漬し、この状態で加熱
することにより無洗浄でボール端子を形成する方法が提
案されている。本公知発明は、半田の加熱溶融工程にお
いて接続完了後に気化する液体を用いていることを特徴
としているが、液体の気化完了時点では、半田は未だ溶
融状態であり、この状態で半田が大気中の酸素に触れれ
ば半田表面が酸化するため、窒素雰囲気炉内で半田を加
熱溶融及び固化する必要がある。また、本公知発明で
は、半田ボールを電極パターン上に機械的に保持した状
態で加熱降温する方法、半田ペーストを電極パターン上
に印刷する方法を用い加熱降温処理を行う方法等が提示
されている。半田ボールを電極パターン上に機械的に保
持した状態で加熱降温する方法は加熱及び降温を同一設
備で行わなければならないので生産効率が低下する。ま
た、ペーストを電極パターン上に印刷する方法は半田ペ
ーストが電極パターン上から脱落する恐れがある。ま
た、液体の沸点温度が半田の融点温度よりも高い場合
は、ＩＣパッケージを液体の沸点温度以上に加熱しなけ
れば液体が蒸発しないので、ＩＣパッケージを高温に加
熱しなければならずＩＣパッケージの破壊の原因とな
る。
【００１６】膜付け方式やメタルジェット方式の場合は
半田はランド１ｃ上に固着されているが、半田ペースト
方式の場合はフラックスの粘性でランド１ｃ上に付着し
ているだけなので、印刷後半田粒がランド１ｃ上から脱
落して不良が発生する恐れがある。また、半田ボール方
式の場合も半田ボールをフラックスでランド１ｃ上に粘
着させる場合は半田ボールが脱落する恐れがあり、その
対策としては公知発明で提案されている機械的に固定す
る方式しかない。
【００１７】また、ＩＣパッケージの薄型化に伴いＩＣ
パッケージ基板の反りによる歩留低下も問題となってい
る。図１０に示すようにＢＧＡやＦＢＧＡのＩＣパッケ
ージに半田材から成るボール端子１ｄを形成する場合、
半田材を取り付ける対象であるＩＣパッケージが反って
いるような場合は、規定量の半田をランド１ｃ上に供給
してもボール端子１ｄの先端部の高さが均一にならな
ず、歩留低下の原因となっている。また、図１０に示す
ボール端子の寸法は、例えばボール端子ピッチが１ｍｍ
の場合、ボール端子の高さ（スタンドオフ）寸法は０．
５ｍｍ程度であり、ボール端子最下面均一性（許容誤
差）は０．１５ｍｍ以下にしなければならない。しか
し、前記のごとくボール端子ピッチが狭くなると、ボー
ル端子の高さは小さくなり、ボール端子最下面の均一性
に対する要求もさらに厳しくなることが予想される。す
なわち、より小さくかつ高精度なボール端子を作成しな
ければならなくなる。一方、ＩＣパッケージが薄型化す
ればするほど、ＩＣパッケージは反りや捩じれなどの変
形を生じやすくなる。したがって、小さくかつ高精度に
ボール端子を作成すること、及び、ＩＣパッケージの変
形量低減が重要な技術課題となっている。
【００１８】ランド１ｃ上にめっき処理や蒸着にて半田
を取り付ける膜付け方式の場合、めっき厚さを均一にす
るのは難しく、さらに、各ランド１ｃ上に膜付けする半
田量は個別に制御できないので、前記のごとくＩＣパッ
ケージの変形が大きい場合はボール端子最下面均一性不
良が発生する。
【００１９】半田ペースト方式や半田ボール方式の場合
も各ランド１ｃ上に供給する半田量は個別に制御できな
いので、ＩＣパッケージの反りや捩じれなどの変形量が
大きいと、前記ボール端子最下面均一性を満たせなくな
る。
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】このように、従来技術は電子部品や回路基
板等の電極パターン部に半田を供給する電子回路装置の
製造方法及び製造装置において、窒素雰囲気炉を用いず
に半田付け後の無洗浄化を達成する方法、高精度な球状
半田の作成方法、及び半田の修正方法等の有効な方法は
なかった。また、高温半田材を使用するにはＩＣパッケ
ージの温度上昇をできるだけ低くする半田付け方法が望
まれていた。本発明は窒素雰囲気炉を用いなくても半田
付け後の洗浄を不要とするだけでなく、ＩＣパッケージ
の温度上昇を小さくし、かつ高精度な球状半田の作成で
きる半田付け方法、及び半田付け不良部の修正を可能と
し、製造歩留向上、投資コスト低減、製造工程短縮、微
細化への対応、低温半田付け等、全半田付工程にわたる
課題を解決する画期的な合理化を実現することを目的と
する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】電子回路装置の電極上の半田を加熱溶融
し、さらに冷却して固化させるまでの間、半田及び電極
上を液体で被覆しておく。
【００２２】半田を電極上に固着した状態で電子回路装
置の電極上の半田を加熱溶融し、さらに冷却して固化さ
せるまでの間、半田及び電極上を液体で被覆しておく。
【００２３】液体塗布手段、加熱手段、冷却手段及び減
圧手段を具備し、液体として大気圧下での沸点温度が半
田の融点温度よりも高いものを用い、液体を電子回路装
置の電極及び電極上に固着した半田の上に塗布した後、
半田の融点温度以上かつ液体の沸点温度未満の温度条件
で半田を加熱溶融及び冷却固化した後、前記電子回路装
置を減圧手段内に入れ、減圧することにより液体を蒸発
除去させる電子回路装置の製造方法及び製造装置。
【００２４】液体塗布手段及び半田の局部加熱手段を具
備し、液体として大気圧下での沸点温度が半田の沸点温
度よりも低いものを用い、局部加熱手段を用いて液体が
蒸発しきらない条件で前記塗布した液体の外部から電極
上に固着した半田及び電極部を局部加熱して半田を溶融
することを特徴とする電子回路装置の製造方法及び製造
装置。
【００２５】半田を電極上に固着する手段としては、半
田の膜をめっきや蒸着などで電極上に付着させる膜着け
方式、ワイヤ状の半田を加熱溶融後冷却固化したものを
熱圧着もしくは超音波振動により電極上に圧着するワイ
ヤバンプボンデイング方式、ワイヤ状の半田を熱圧着も
しくは超音波振動により電極上に圧着するウエッジボン
デイング方式、球状の半田を熱圧着もしくは超音波振動
により電極上に圧着する半田ボール方式、又は金属粒を
打ち込むメタルジェット方式を用い、半田を電極上に固
着した状態で電子回路装置の電極上の半田を加熱溶融
し、さらに冷却して固化させるまでの間、半田及び電極
上を液体で被覆しておく電子回路装置の製造方法及び製
造装置。
【００２６】電子回路装置はボール端子を有するＩＣパ
ッケージであり、ボール端子構成材料である半田を取り
付けるＩＣパッケージの電極高さ検出手段、計算手段、
半田量制御手段、半田固着手段を具備し、半田をＩＣパ
ッケージの電極に固着する前の電極の高さ位置、又は、
膜付け方式の場合は膜付け後の半田上面の高さ位置を検
出し、前記高さ位置の誤差が規定値以内かどうかでＩＣ
パッケージの良否を選別し、前記高さ位置の誤差が規定
値以内の場合は前記高さ情報をもとに各電極ごとに適切
な半田固着量を計算し、この計算結果に基づいて半田を
各電極へ供給固着することを特徴とする電子回路装置の
製造方法及び製造装置。
【００２７】電子回路装置はボール端子を有するＩＣパ
ッケージであり、ボール端子構成材料である半田を取り
付けるＩＣパッケージの電極高さ検出手段、計算手段、
半田量制御手段、半田固着手段を具備し、半田をＩＣパ
ッケージの電極に固着する前の電極の高さ位置、又は、
膜付け方式の場合は膜付け後の半田上面の高さ位置を検
出し、前記高さ位置の誤差が規定値以内かどうかでＩＣ
パッケージの良否を選別し、前記高さ位置の誤差が規定
値以内の場合は前記高さ情報をもとに各電極ごとに適切
な半田固着量を計算し、この計算結果に基づいて半田を
各電極へ供給固着し、半田を電極上に固着した状態でＩ
Ｃパッケージの電極上の半田を加熱溶融し、さらに冷却
して固化させるまでの間、半田及び電極上を液体で被覆
しておくことを特徴とする電子回路装置の製造方法及び
製造装置。
【００２８】電子回路装置はボール端子を有するＩＣパ
ッケージであり、ボール端子構成材料である半田を取り
付けるＩＣパッケージの電極高さ検出手段、計算手段、
半田量制御手段、半田固着手段を具備し、半田をＩＣパ
ッケージの電極に固着する前の電極の高さ位置、又は、
膜付け方式の場合は膜付け後の半田上面の高さ位置を検
出し、前記高さ位置の誤差が規定値以内かどうかでＩＣ
パッケージの良否を選別し、前記高さ位置の誤差が規定
値以内の場合は前記高さ情報をもとに各電極ごとに適切
な半田固着量を計算する。さらに、ワイヤバンプボンデ
イング装置で、この半田固着量の計算結果に基づいた放
電エネルギー値で半田ワイヤの先端を溶融球状化しこれ
を電極に圧着するか、溶融球状化した半田を複数個電極
上に圧着する。その後、半田を電極上に固着した状態で
ＩＣパッケージの電極上の半田を加熱溶融し、さらに冷
却して固化させるまでの間、半田及び電極上を液体で被
覆しておくことを特徴とする電子回路装置の製造方法及
び製造装置。
【００２９】電子回路装置はボール端子を有するＩＣパ
ッケージであり、ボール端子構成材料である半田を取り
付けるＩＣパッケージの電極高さ検出手段、計算手段、
半田量制御手段、半田固着手段を具備し、半田をＩＣパ
ッケージの電極に固着する前の電極の高さ位置、又は、
膜付け方式の場合は膜付け後の半田上面の高さ位置を検
出し、前記高さ位置の誤差が規定値以内かどうかでＩＣ
パッケージの良否を選別し、前記高さ位置の誤差が規定
値以内の場合は前記高さ情報をもとに各電極ごとに適切
な半田固着量を計算する。複数の直径の半田ボールを供
給可能とした半田ボール載置部を具備した半田ボール搭
載装置、又は半田粒を電極に打ち込むメタルジェット装
置で、電極の高さ位置情報に基づき、圧着する半田ボー
ルの直径及び半田ボール圧着個数又は半田粒の直径及び
半田粒の打ち込み数及びを変更する。その後、半田を電
極上に固着した状態でＩＣパッケージの電極上の半田を
加熱溶融し、さらに冷却して固化させるまでの間、半田
及び電極上を液体で被覆しておくことを特徴とする電子
回路装置の製造方法及び製造装置。
【００３０】レーザ光照射手段及び液体の塗布手段を具
備し、ＩＣパッケージのボール端子作成後のボール端子
の寸法を検出して半田量の過不足を計算する、又は、Ｉ
Ｃパッケージのランド上に半田を膜付け後半田を加熱溶
融する前に膜付けした半田量の過不足を検出し、ボール
端子寸法が大きすぎる場合は過剰量の半田を除去加工す
るエネルギー条件でボール端子上にレーザ光を照射し半
田量を修正し、ボール端子寸法が小さすぎる場合はワイ
ヤバンプボンデイング方式、ウエッジボンデイング方
式、半田ボール方式、メタルジェット方式又はペースト
状半田の塗布方式により不足量の半田をボール端子上に
供給することにより半田量を修正し、その後半田量の過
不足修正個所上に液体を塗布し、ボール端子は溶融させ
るが液体は蒸発しきらないエネルギー条件で半田量の過
不足修正個所上にレーザ光を照射して球状のボール端子
を作成する電子回路装置の半田付け修正方法及び修正装
置。
【作用】
【００３１】本発明では、半田の加熱溶融から冷却固化
までの処理を液体で覆った状態で行うので、この間半田
表面が酸素と接触しないので半田酸化を防止できる。し
たがって、活性の低い液体を使用することができ、窒素
雰囲気炉を使用する必要も、半田付け後の洗浄を行う必
要もない。
【００３２】半田を電極上に固着させるので、液体を塗
布した時に半田が電極上から外れる恐れがない。
【００３３】液体として沸点温度が半田の融点温度より
高いものを用いた場合、この両温度の間の温度で半田を
加熱溶融した後冷却固化すれば、液体は蒸発することは
ない。電子回路装置を減圧室内で減圧し、液体の沸点を
半田の融点よりも低い温度にすれば液体を低温で蒸発除
去させることができる。また、沸点温度が半田の融点温
度よりも低い液体を使用しても、減圧により液体の沸点
温度を下げることによって液体を蒸発することができる
のでＩＣパッケージの温度上昇を小さくできる。
【００３４】液体として沸点温度が半田の融点温度より
も低いものを用いた場合、局部加熱手段で半田を加熱溶
融すれば、液体よりも半田が先に温度上昇溶融する。半
田が溶融する時の半田周囲の雰囲気は加熱状態の液体も
しくはその蒸気だけであり、半田溶融時に問題となる半
田酸化の原因である酸素がない状態（無酸素状態）を保
持できる。その後、半田の融点以下でかつ液体の沸点以
上の温度にするか、減圧室内で減圧すれば、半田の冷却
固化後に液体を蒸発させることができる。また、局部加
熱でありＩＣパッケージの温度上昇を小さくできる。
【００３５】ＩＣパッケージの反り、捩じれなどの変形
量を自動検出し、これらの変形量に応じて各ランドへの
半田固着量を計算し、この計算結果に応じて各ランドへ
の半田固着量を自動制御できるので、ＩＣパッケージが
変形していても、常にボール端子の最下面の均一性を向
上させることが可能である。また、事前に良品不良品の
選別を行うので効率よく高品質のＩＣパッケージを製造
可能である。したがって、ボール端子の最下面均一性を
向上でき、かつ、半田を加熱溶融後に洗浄する必要のな
いボール端子の製造装置及び製造方法が実現できる。ま
た、半田固着後に液体を塗布して液中で半田を加熱溶融
及び冷却固化すれば窒素雰囲気炉や洗浄装置を用いる必
要はない。
【００３６】半田を電極上に固着する手段としては、半
田の膜をめっきや蒸着などで電極上に付着させる膜着け
方式、ワイヤ状の半田を加熱溶融後冷却固化したものを
熱圧着もしくは超音波振動により電極上に圧着するワイ
ヤバンプボンデイング方式、ワイヤ状の半田を熱圧着も
しくは超音波振動により電極上に圧着するウエッジボン
デイング方式、球状の半田を熱圧着もしくは超音波振動
により電極上に圧着する半田ボール方式、又は金属粒を
打ち込むメタルジェット方式が実用的に使用できる方法
である。
【００３７】半田加熱溶融前又は半田冷却固化後の半田
量の過不足を検出し、半田不足の場合は半田を固着さ
せ、過剰の場合はレーザで半田を除去することにより容
易に半田量を修正できる。この後、液体で修正個所を覆
いレーザで局部加熱して半田を加熱溶融後冷却固化すれ
ば窒素雰囲気炉や洗浄装置を用いる必要はない。
【００３８】半田を固着させる電極金属の表面の前処理
として、エキシマレーザや紫外光の照射、プラズマ処
理、金めっき等の貴金属めっき処理、又は半田めっき処
理等を施すことにより、半田の電極金属上へのぬれ性を
向上させることができる。
【実施例】
【００３９】図３に液中で半田を加熱溶融冷却固化する
説明図を示す。図３（ａ）はＩＣパッケージのランド１
ｃ及び固着半田７上に液体を塗布して覆い、固着半田７
及びランド１ｃを加熱溶融及び冷却固化して球状のボー
ル端子１ｄを作成完了するまで液体で覆ったままにして
いることを示す。図３（ｂ）はＩＣパッケージを回路基
板９の基板上電極１０上に半田付けする場合を示し、Ｉ
Ｃパッケージを液体８によって回路基板９上に接着し、
半田（ボール端子１ｄ）を加熱溶融及び冷却固化して基
板上電極１０と接続完了するまで液体８が蒸発せずに残
っている状態を示す。いずれの場合も、半田を加熱溶融
及び冷却固化するまでの間、半田の表面は大気中の酸素
に触れることはないので、半田の表面が酸化することは
ない。以下、ＩＣパッケージのボール端子１ｄの作成法
を中心に実施例を説明する。
【００４０】図２にランド１ｃ上に半田を固着する方式
の例を示す。図２（ａ）はワイヤバンプボンデイング方
式の説明図であり、半田ワイヤ４の先端を溶融して球状
化した半田ボール５をキヤピラリー３でランド１ｃ上に
押付け、加熱あるいは超音波振動によって半田ボール５
をランド１ｃ上に接続し、その後半田ワイヤ４を引き上
げることにより半田ボール５の根元部から半田ワイヤを
引きちぎることによって固着半田７を作成する。図２
（ｂ）は半田ボール方式の説明図であり、吸着部６で吸
着した半田ボール５をランド１ｃ上に押付け、加熱ある
いは超音波振動によって半田ボール５をランド１ｃ上に
接続し固着半田７を作成する。図２（ｃ）は膜付け方式
の説明図であり、ランド１ｃ上に蒸着やめっき等の方法
で半田の膜付けを行う。これら３方式とも固着半田７は
球状にはならない。また、半田固着方式としてはこの他
にメタルジェット方式や半田ワイヤを固着するウエッジ
ボンデイング方式があるが、これらの場合も固着半田７
は球状にはならない。したがって、球状のボール端子１
ｄを作るためには半田を加熱溶融及び冷却固化しなけれ
ばならない。このように、半田をランド１ｃ上に固着し
ておけば固着半田７及びランド１ｃ上に液体８を塗布し
ても半田が動くことはないので取り扱いが容易であり、
半田ペースト方式や半田ボールをペーストで仮固定する
方式のように半田がランド１ｃ上から脱落するような不
良は発生しない。
【００４１】図４に沸点温度が半田の融点温度よりも高
い液体を用いた場合の、半田接続の説明図を示す。ま
ず、半田を固着し、次に液体８を塗布する。半田を加熱
溶融及び冷却固化完了するまで液体８で表面を覆ってお
く。さらに、減圧することによって液体８の沸点温度を
下げて液体８を沸騰蒸発させる。
【００４２】図５に図４の工程を実行する場合の温度プ
ロファイル例を示す。液体８を塗布したＩＣパッケージ
１を半田の融点温度Ｔ２以下の予熱温度Ｔ４に予熱す
る。予熱しておく方が半田付け性がよくなる。加熱して
半田の融点温度Ｔ２以上かつ液体の沸点温度Ｔ１以下の
温度とし、固着半田７を加熱溶融する。次に、冷却して
液体８を半田の融点温度Ｔ２以下にすると半田の固化が
開始し、さらに、液体８の減圧下の沸点温度Ｔ３以下の
冷却温度Ｔ５にして減圧すると液体８が沸騰し蒸発す
る。減圧の圧力及び冷却温度Ｔ５は使用する液体８の圧
力と沸点温度の関係により定める。冷却温度Ｔ５が高い
ほど圧力は高くでき、冷却温度Ｔ５が低いほど圧力は低
くしなければならない。なお、圧力をあまり下げなくて
もよい条件とすれば減圧手段が簡単かつ安価となり装置
価格を低減できる。本半田付け方式の場合は、沸点温度
が半田の融点温度よりも高い液体８を用いたとしてもボ
デイ１ａや基板部１ｂの温度を液体の沸点温度まで上昇
させなくてすむ。
【００４３】図６に沸点温度が半田の融点温度よりも高
い液体を用いた場合の装置構成例を示す。半田固着部１
１は前記の各種固着手段を用いる。液体塗布部１２は、
印刷、デイスペンサー、浸漬等の方法で液体８を塗布す
る。半田加熱溶融部１３は炉内加熱、接触加熱、局部加
熱等、方法は何でもよい。半田冷却固化部１４は自然冷
却でもエアブローを吹き付ける等の強制冷却でもよい。
減圧室はＩＣパッケージを１個以上収容できるように
し、真空ポンプからなる排気部１６によって減圧可能と
する。本図では各部をＩＣパッケージ搬送部１７で連結
しているが個別のユニットを分離させてもよく、各ユニ
ットの処理能力のバランスによって効率的な組み合せと
すればよい。
【００４４】図７に沸点温度が半田の融点温度よりも低
い液体を用いた場合の、半田接続の説明図を示す。ま
ず、半田を固着し、次に液体８を塗布する。半田を赤外
光、レーザ光などの光１８、高周波電流により発生する
誘導電流（渦電流）等の局部加熱手段を用いて固着半田
７及びランド１ｃ部を局部的に加熱溶融する。光１８照
射の場合は液体８を光が透過して固着半田７とランド１
ｃを局部加熱し、誘導電流の場合は金属である固着半田
７やランド１ｃ上に電流が流れるることによって局部加
熱するが、金属の方が液体より熱伝導率が高いので液体
よりも金属の温度上昇を速くできるので、液体が蒸発す
る前に金属を溶融させることができる。また、仮に液体
が蒸発するとしても金属との接触部だけの局部的な現象
とすることができ、さらに、蒸発した気体には酸素は含
まれないので半田の酸化の恐れはないので、半田の冷却
固化終了まで液体８で表面を覆った状態もしくは無酸素
状態におくことができる。最後に、加熱することによっ
て液体８を沸騰蒸発させる。図１７は沸点温度が半田の
融点温度よりも低い液体を用いた場合の実施例の一つで
あり、液体８の上を透明板３６で覆い、光１８で局部加
熱をする例である。図１７のようにすると仮に液体８が
多少蒸発しても、固着半田７の加熱溶融冷却固化の間、
半田表面部に酸素が触れる恐れを低減できる。また、図
１７の光１８のかわりに誘導電流による局部加熱方式を
用いてもよい。
【００４５】図８に図７の工程を実行する場合の温度プ
ロファイル例を示す。液体８を塗布したＩＣパッケージ
１を液体の沸点温度Ｔ１以下の予熱温度Ｔ４に予熱す
る。予熱しておく方が半田付け性がよくなる。局部加熱
によって固着半田７及びランド１ｃは図の一点鎖線に示
すように温度上昇し、局部加熱が終わると液体８、基板
部１ｂやボデイ１ａに熱が逃げるので図の一点鎖線のよ
うに局部加熱部温度は自然冷却される。なお、少なくと
も半田表面の固化が完了するまで液体８の温度が液体の
沸点温度Ｔ１以下の温度となるように、予熱温度Ｔ４及
び液体８の塗布量を設定しておく。その後、加熱して液
体８の温度を液体の沸点温度以上として液体を沸騰蒸発
させる。本方式の場合はボデイ１ａ、基板部１ｂの温度
を半田の融点温度Ｔ２以下にすることができるので、低
温半田付け処理を実現できる。
【００４６】図９に沸点温度が半田の融点温度よりも低
い液体を用いた場合の装置構成例を示す。半田固着部１
１で半田を固着した後、液体塗布部１２で液体８を塗布
する。さらに、光１８の照射手段、高周波による誘導電
流発生手段等の半田局部加熱溶融部１９において固着半
田７及びランド１ｃを局部加熱し、最後に液体加熱蒸発
部２０において液体８を加熱蒸発させる。なお、液体８
の蒸発除去は加熱だけでなく、前記の減圧法でもよい。
また、本図では各部をＩＣパッケージ搬送部１７で連結
しているが個別のユニットを分離させてもよく、各ユニ
ットの処理能力のバランスによって効率的な組み合せと
すればよい。
【００４７】図１１に高精度なボール端子１ｄの作成フ
ローを示す。変位センサ２１にてランド１ｃの高さ方向
の変位量を検出後、変位量誤差が規定値以上か否かを判
定し、誤差が規定値以上の場合は不良品と判定しその後
の処理は実施せず、誤差が規定値以下の場合につき、変
位量誤差の値に基づいて各ランドごとに適正な半田供給
量を計算し、その結果に基づき各ランドへ半田を供給
し、最後に半田を加熱溶融してボール端子を作成する。
図１２は図１１記載のランド変位検出及び半田量制御部
のシステム構成例である。ＩＣパッケージ走査部２２上
に載置されたＩＣパッケージを走査し、各ランド１ｃの
上面の位置を変位センサ２１により順次自動検出する。
変位センサ出力信号は計算機部２３に入力される。計算
機部２３では変位量誤差の規定値、ＩＣパッケージの完
成寸法図と前記変位測定結果を比較し、変位量誤差が前
記規定値以上の場合はＩＣパッケージを不良とみなして
除去する。変位量誤差が前記規定値以内の場合は、各ラ
ンド１ｃへの適正半田供給量を計算し半田量制御指令信
号２４を半田固着部１１へ出力すると同時にＩＣパッケ
ージを半田固着部１１へ送り、半田をランド１ｃに固着
する。次に、半田固着後のＩＣパッケージを図６、図９
の液体塗布部１２に送る。ここで、各ランドの変量位検
出は、たとえば光センサ、渦電流センサ、磁気センサ、
エアマイクロセンサなど微小変位検出センサを用いれば
よい。また、ＩＣパッケージの走査は本例のようにＩＣ
パッケージを走査しても、ＩＣパッケージを固定して変
位センサ２１を走査させてもよいし、ＴＶカメラを用い
て全ランドの変位量を一括して検出するようにしてもよ
い。
【００４８】図１３はワイヤバンプボンデイング装置を
用いた半田固着方法の説明図である。ワイヤバンプボン
デイング装置はベアチップＩＣの電極（ボンデイングパ
ッド）上にバンプを接続するためにすでに実用化されて
いる装置である。図１３（ａ）に示すように、放電電源
部２５の出力に接続された放電トーチ２６と半田ワイヤ
４の間に放電を発生させて半田ボール５を作成する。こ
の放電エネルギーは半田量制御指令信号２４にもとづい
て決定する。次に図１３（ｂ）に示すようにランド１ｃ
上に圧着後切断する。圧着時は通常ＩＣパッケージを加
熱、又は、これに加えてキャピラリー３を超音波振動さ
せる。その後、加熱工程を経て図１３（ｃ）のごとく球
形状のボール端子１ｄを作成する。図１３は半田ボール
５を一個ずつボンデイングする例を示したが、ボール端
子１ｄの寸法がワイヤバンプボンデイング装置で作成可
能な半田ボール５よりも大きい場合は、複数回に分けて
半田ボール５を圧着するようにしてもよい。
【００４９】図１４は半田ボール方式を用いた半田固着
方法の説明図である。図１４（ａ）に示すごとく、半田
ボール載置部２８上に異なる直径の半田ボール５（例え
ば、寸法大な半田ボール５ａ、標準サイズの半田ボール
５ｂ、寸法小な半田ボール５ｃ）を載置しておき、半田
量制御指令信号２４に応じて各ランド１ｃへ搭載する半
田ボールを選択し、吸着部６にて半田ボールを吸着す
る。次に図１４（ｂ）に示すようにランド１ｃ上に吸着
部６を下降させ、半田ボールを搭載する。半田ボール搭
載時はＩＣパッケージ１を加熱、又はこれに加えて吸着
部６を超音波振動させることによってランド１ｃ上に固
着させるか、ランド１ｃ上に予め粘度の高い液体を塗布
しておき、これに半田ボールを接着してもよい。その
後、加熱工程を経て図１４（ｃ）のごとく球形状のボー
ル端子１ｄを作成する。図１４は、半田ボール５を各ラ
ンド上に個別に搭載する例を示したが、公知発明に記載
のごとく、全ランド上に半田ボールを一括搭載する方法
において、半田ボール５の直径を最も半田供給量が少な
くてすむ場合の条件にしておき、全ランド上に半田ボー
ルを一括搭載後、半田供給量が不足するランドにだけ修
正用の半田ボールを供給するようにしてもよい。半田ボ
ール５を固着させた後は図６、図９の液体塗布部１２に
ＩＣパッケージ１を送る。
【００５０】図１５は半田ペースト方式を用いた半田供
給方法の説明図である。図１５（ａ）に示すごとく、半
田量制御指令信号２４により塗布量制御部２９が塗布部
３０からランド１ｃ上に塗布する半田ペースト３１の塗
布量を制御する。その後、加熱工程を経て図１５（ｂ）
のごとく球形状のボール端子１ｄを作成する。前記塗布
量制御部２９及び塗布部３０はデイスペンサー装置、イ
ンクジェット式のプリンター装置等を用いればよい。
【００５１】ウエッジボンデイング方式の場合は図１
１、図１２に示すように変位センサ２１でランド１ｃの
高さを検出しランド１ｃ上に付ける半田ワイヤの長さを
変更制御することによって、半田量を制御することが可
能である。
【００５２】メタルジェット方式の場合も、図１１、図
１２に示すように変位センサ２１でランド１ｃの高さを
検出しランド１ｃ上に付ける半田粒の大きさ及び個数を
変更制御することによって、半田量を制御することが可
能である。
【００５３】膜付け方式の場合でも図１１、図１２にお
いて、ランド１ｃの代りに図２（ｃ）に示す膜付けした
固着半田７の表面高さを検出すればＩＣパッケージ１の
変形及びめっき厚さのばらつきを同時に検出でき、ワイ
ヤバンプボンデイング方式、半田ボール方式、メタルジ
ェット方式等で半田量を制御することが可能である。
【００５４】図１６に半田修正の実施例を示す。半田を
加熱溶融及び冷却固化した後、半田付け部の外観検査を
行い、図１６（ａ）のように寸法大な半田３３あるいは
寸法小な半田３４が検出された場合半田修正を行う。図
１６（ｂ）に示すように、寸法大な半田３３部はレーザ
光３５で半田を除去し、寸法小な半田３４部は、前記ワ
イヤバンプボンデイング方式、半田ボール方式、メタル
ジェット方式、ウエッジボンデイング方式、半田ペース
ト方式等で半田を固着させる。半田修正は半田付け外観
検査装置の半田量検出結果にしたがい修正量だけ半田を
除去あるいは固着させてもよいし、レーザで半田を全て
除去後、正規の量の半田を改めて固着させてもよい。そ
の後図１６（ｃ）のように修正個所に液体８を塗布し、
図１６（ｄ）（ｅ）のように除去時のレーザ光照射条件
と異なる条件でレーザ光３５を照射して修正個所の半田
を局部加熱及び冷却固化し、最後に液体８を沸騰蒸発さ
せる。本半田付け修正方法を実現する半田付け修正装置
としては、レーザ光照射手段、レーザ光照射条件制御手
段、半田固着手段、液体塗布手段及び修正個所へのレー
ザ光又は半田固着手段の位置決め手段を具備すればよ
い。また、膜付け方式の場合、半田を加熱溶融及び冷却
固化する前、すなわち図２（ｃ）の状態において図１
１、図１２に示す方法で固着半田７の上面を変位センサ
２１で検出した後、図１６に示す本半田付け修正方法及
び修正装置によって半田量を修正してもよい。
【００５５】次に、本発明で使用する液体の選択方法例
を説明する。半田の融点温度よりも高い沸点の液体とし
ては、融点約１８４℃の共晶半田（Ｓｎ６３％、Ｐｂ３
７％）の場合、一例として液体をエチレングリコール
（大気圧下の沸点温度が約１９７℃、気圧２０ｍｍＨｇ
での沸点温度が約１０４℃）とし、大気圧下で１９７℃
未満の温度で半田を加熱溶融後、気圧２０ｍｍＨｇ、１
０４℃以下の条件で液体を減圧沸騰蒸発させることで液
中で半田付けを完了させることができる。また、融点温
度が約２２１℃のＳｎ９６．５％、Ａｇ３．５％の半田
の場合、一例として液体をジエチレングリコール（大気
圧下の沸点温度が約２４６℃、気圧２０ｍｍＨｇでの沸
点温度が約１４３℃）とし、大気圧下で２４６℃未満の
温度で半田を加熱溶融後、気圧２０ｍｍＨｇ、１４３℃
以下の条件で液体を減圧沸騰蒸発させることで液中で半
田付けを完了させることができる。この他、大気圧下で
の沸点温度が約２３２℃のジプレピレングリコール、大
気圧下での沸点温度が約２４５℃のエチレングリコール
モノフェニルエーテル等グリコール系の液体は洗浄作用
及び界面活性作用をもっており本発明の液体として適し
た材料である。半田の融点温度よりも低いい沸点の液体
としては、大気圧下の沸点温度が約８２℃のイソプロピ
ルアルコール、大気圧下の沸点温度が約１７９℃の２−
オクタノール等多数のアルコール系液体が使用可能であ
る。なお、前記グリコール系液体も全てアルコール系の
液体である。
【００５６】無洗浄フラックスも液体８として適用可能
である。通常、フラックス中にはフラックスの溶剤が蒸
発気化する際に半田表面を覆い酸化防止の働きをする松
脂（ロジン）が含有されているが、松脂は半田付け終了
後も蒸発せずに残渣として残る。無洗浄フラックスとい
えども活性成分が含有されているので、この残渣内に活
性成分が残留すると半田付け後の信頼度不良の原因とな
る。本発明では液体が常に半田表面を覆っているのでフ
ラックス内に松脂を含有させる必要がない。すなわち、
本発明は松脂を含有しない無洗浄フラックスを使用でき
るので、通常の松脂を含有した無洗浄フラックスを使用
する場合よりも高信頼度の半田付けを実現できる。ま
た、前記、各種沸点温度の液体中に無洗浄フラックスで
用いる活性成分を含有させれば沸点温度の異なる各種の
液体８を作ることが可能である。
【００５７】本発明は、ＩＣパッケージにおける電子部
品のボール端子製造方法及び製造装置を中心に説明した
が、プリント基板、セラミック基板等の回路基板への電
子部品の半田付け方法及び装置にも適用可能であること
はいうまでもない。
【発明の効果】
【００５８】前記発明の詳細な説明から明らかなよう
に、本発明によれば、窒素雰囲気炉を用いなくても半田
付け後の洗浄を不要とするだけでなく、ＩＣパッケージ
の温度上昇を小さくし、かつ高精度な球状半田の作成で
きる半田付け方法、及び半田付け不良部の修正を可能と
することが出来る。これによって、製造歩留向上、投資
コスト低減、製造工程短縮、微細化への対応、低温半田
付けなど、全半田付工程にわたる画期的な製造方法、製
造装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】球状半田電極端子を有する電子部品の構造例で
ある。
【図２】半田を固着する方式例である。
【図３】液中で半田を加熱溶融冷却固化する説明図であ
る。
【図４】沸点温度が半田の融点温度よりも高い液体を用
いた場合の半田接続の説明図である。
【図５】図４の工程を実行する場合の温度プロファイル
例である。
【図６】沸点温度が半田の融点温度よりも高い液体を用
いた場合の装置構成例である。
【図７】沸点温度が半田の融点温度よりも低い液体を用
いた場合の半田接続の説明図である。
【図８】図７の工程を実行する場合の温度プロファイル
例である。
【図９】沸点温度が半田の融点温度よりも低い液体を用
いた場合の装置構成例である。
【図１０】ＩＣパッケージの変形説明図である。
【図１１】高精度なボール端子の作成フローである。
【図１２】ランド変位検出及び半田量制御部のシステム
構成例である。
【図１３】ワイヤバンプボンデイング装置を用いた半田
固着方法の説明図である。
【図１４】半田ボール方式を用いた半田固着方法の説明
図である。
【図１５】半田ペースト方式を用いた半田供給方法の説
明図である。
【図１６】半田修正の実施例である。
【図１７】沸点温度が半田の融点温度よりも低い液体を
用いた場合の実施例である。
【符号の説明】
１ ＩＣパッケージ １ａ ボデイ １ｂ 基板部 １ｃ ランド １ｄ ボール端子 ２ ベアチップ ２ａ シリコン基板 ２ｂ 電極 ２ｃ 保護膜 ２ｄ バンプ ３ キャピラリー ４ 半田ワイヤ ５ 半田ボール ５ａ 寸法大な半田ボール ５ｂ 標準サイズの半田ボール ５ｃ 寸法小な半田ボール ６ 吸着部 ７ 固着半田 ８ 液体 ９ 回路基板 １０ 基板上電極 １１ 半田固着部 １２ 液体塗布部 １３ 半田加熱溶融部 １４ 半田冷却固化部 １５ 減圧室 １６ 排気部 １７ ＩＣパッケージ搬送部 １８ 光 １９ 半田局部加熱溶融部 ２０ 液体加熱蒸発部 ２１ 変位センサ ２２ ＩＣパッケージ走査部 ２３ 計算機部 ２４ 半田量制御指令信号 ２５ 放電電源部 ２６ 放電トーチ ２７ ＩＣパッケージ載置台 ２８ 半田ボール載置部 ２９ 塗布量制御部 ３０ 塗布部 ３１ 半田ペースト ３２ 正常寸法の半田 ３３ 寸法大な半田 ３４ 寸法小な半田 ３５ レーザ光 ３６ 透明板 Ｔ１ 液体の沸点温度 Ｔ２ 半田の融点温度 Ｔ３ 液体の減圧下での沸点温度 Ｔ４ 予熱温度

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子回路装置の電極上の半田材を加熱溶融
    し、さらに冷却して固化させるまでの間、前記半田材及
    び電極上を液体で被覆しておくことを特徴とする電子回
    路装置の製造方法。
  2. 【請求項２】半田材及び電極上を液体で被覆する前に、
    半田材を電極上に固着しておくことを特徴とする請求項
    １記載の電子回路装置の製造方法。
  3. 【請求項３】液体塗布手段、加熱手段、冷却手段及び減
    圧手段を具備し、液体として大気圧下での沸点温度が半
    田材の融点温度よりも高いものを用い、液体を電子回路
    装置の電極及び半田材の上に塗布した後、半田材の融点
    温度以上かつ液体の沸点温度未満の温度条件で半田材を
    加熱溶融及び冷却固化した後、前記電子回路装置を減圧
    手段内に入れ、減圧することにより液体を蒸発除去させ
    ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子回
    路装置の製造方法及び製造装置。
  4. 【請求項４】液体塗布手段及び半田材の局部加熱手段を
    具備し、液体として大気圧下での沸点温度が半田材の沸
    点温度よりも低いものを用い、局部加熱手段を用いて液
    体が蒸発しきらない条件で前記塗布した液体の外部から
    半田材及び電極部を局部加熱して半田材を溶融すること
    を特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子回路装置
    の製造方法及び製造装置。
  5. 【請求項５】前記半田材を電極上に固着する手段は、半
    田材の膜をめっきや蒸着などで電極上に付着させる膜着
    け方式、ワイヤ状の半田材を加熱溶融後冷却固化したも
    のを熱圧着もしくは超音波振動により電極上に圧着する
    ワイヤバンプボンデイング方式、ワイヤ状の半田材を熱
    圧着もしくは超音波振動により電極上に圧着するウエッ
    ジボンデイング方式、球状の半田材を熱圧着もしくは超
    音波振動により電極上に圧着する半田ボール方式、又は
    金属粒を打ち込むメタルジェット方式であることを特徴
    とする請求項３又は請求項４記載の電子回路装置の製造
    方法及び製造装置。
  6. 【請求項６】前記電子回路装置はボール端子を有するＩ
    Ｃパッケージであり、ボール端子構成材料である半田材
    を取り付けるＩＣパッケージの電極高さ検出手段、計算
    手段、半田量制御手段、半田固着手段を具備し、半田材
    をＩＣパッケージの電極に固着する前の電極の高さ位
    置、又は、膜付け方式の場合は膜付け後の半田上面の高
    さ位置を検出し、前記高さ位置の誤差が規定値以内かど
    うかでＩＣパッケージの良否を選別し、前記高さ位置の
    誤差が規定値以内の場合は前記高さ情報をもとに各電極
    ごとに適切な半田固着量を計算し、この計算結果に基づ
    いて半田を各電極へ供給固着することを特徴とする電子
    回路装置の製造方法及び製造装置。
  7. 【請求項７】電極上に固着した半田材を加熱溶融後冷却
    固化してボール端子を作成することを特徴とする請求項
    ２又は請求項６記載の電子回路装置の製造方法及び製造
    装置。
  8. 【請求項８】前記半田量制御手段及び半田固着手段は放
    電エネルギーにて半田ワイヤの先端を溶融球状化し、こ
    れを前記電極に圧着するワイヤバンプボンデイング装置
    であり、放電エネルギー及びボンデイング回数を変更す
    ることにより固着半田量を制御することを特徴とする請
    求項７記載の電子回路装置の製造方法及び製造装置。
  9. 【請求項９】前記半田量制御手段及び半田固着手段は、
    複数の直径の半田ボールを供給可能とした半田ボール載
    置部を具備した半田ボール搭載装置、又は半田粒を電極
    に打ち込むメタルジェット装置であり、前記電極の高さ
    位置情報に基づき、圧着する半田ボールの直径及び半田
    ボール圧着個数又は半田粒の直径及び半田粒の打ち込み
    数を変更することにより固着半田量を制御することを特
    徴とする請求項６記載の電子回路装置の製造方法及び製
    造装置。
  10. 【請求項１０】レーザ光照射手段及び液体の塗布手段を
    具備し、ＩＣパッケージのボール端子作成後のボール端
    子の寸法を検出して半田量の過不足を計算する、又は、
    ＩＣパッケージの電極上に半田を膜付け後半田材を加熱
    溶融する前に膜付けした半田量の過不足を検出し、ボー
    ル端子寸法が大きすぎる場合は過剰量の半田材を除去加
    工するエネルギー条件でボール端子上にレーザ光を照射
    し半田量を修正し、ボール端子寸法が小さすぎる場合は
    ワイヤバンプボンデイング方式、ウエッジボンデイング
    方式、半田ボール方式、メタルジェット方式又はペース
    ト状半田の塗布方式により不足量の半田材をボール端子
    上に供給固着することにより半田量を修正し、その後半
    田量の過不足修正個所上に液体を塗布し、ボール端子を
    溶融させるエネルギー条件で半田量の過不足修正個所上
    にレーザ光を照射して半田材を加熱溶融後冷却固化して
    球状のボール端子を作成することを特徴とする請求項１
    記載の電子回路装置の半田付け修正方法及び修正装置。
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