JP2004141907A - Tool for removing molten oxide on molten solder surface, and device and method for manufacturing electronic device - Google Patents

Tool for removing molten oxide on molten solder surface, and device and method for manufacturing electronic device Download PDF

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園田 輝彦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the degree of removing molten oxide films from a molten solder surface and to suppress occurrence of the void. <P>SOLUTION: A molten oxide removing tool 4 is fitted to a tip of a robot arm with a fitting part 4b, and brought into contact with the molten solder surface by the robot arm. Small recesses 4a are distributed in a lattice on a lower surface in which the molten oxide removing tool 4 is brought into contact with the molten solder surface. The small recesses 4a suck molten oxides by utilizing the surface tension of the molten oxides, and remove the molten oxide film from a face side of the molten solder. A projection portion 4c can be fitted to the molten oxide removing tool 4, and the contact height is controlled with high accuracy by the projection portion 4c. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、溶融はんだの表面に存在する溶融酸化物を除去する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】第一部品(例えばリードフレームやセラミック基板等)の表面に第二部品(例えばチップ素子)の底面をはんだ付けして電子装置を製造することが多い。通常は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させる。還元雰囲気を利用しても、溶融したはんだの表面には溶融した酸化物が浮上し、溶融酸化物の被膜で覆われる。この溶融酸化物被膜は、部品(チップ素子等)に対するはんだの濡れ性を低下させる。はんだが部品に十分に濡れないと、はんだ表面と部品との間に気泡(ボイド)が発生することがある。ボイドが発生すると、部品同士の接合強度が低下する。また、電気的特性を劣化させる。溶融はんだ表面に浮上する溶融酸化物被膜はボイドの原因となって電子装置の品質不良を招くために、溶融はんだの表面から溶融酸化物被膜を除去することが必要となる。
従来では、溶融酸化物被膜を除去するために、溶融はんだを還元雰囲気に維持して除去する技術や、治具に吸着保持したチップ素子を利用して溶融はんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜を攪拌して粉砕する技術が知られている(例えば、特許文献1)。また、特許文献2から5にもはんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜に対策する技術が紹介されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−17811号公報
【特許文献2】
特開平3−8347号公報
【特許文献3】
特開昭64−74730号公報
【特許文献4】
特開平5−269576号公報
【特許文献5】
特開平10−325853号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の技術では、溶融酸化物被膜の除去の程度が低く、ボイドの発生が十分には抑制されていなかった。
【0005】
本発明では、溶融はんだの表面から溶融酸化物被膜を除去する程度を高め、ボイドの発生を十分に抑制できる技術を創作する。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用】上記の目的を達成するために、本願発明では溶融酸化物を除去する冶具を創作した。この治具は、溶融はんだの表面に接する面に溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されていることを特徴とする。
この治具の溶融はんだの表面に接する面には、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている。したがって、治具を溶融はんだの表面に接触させると、溶融はんだの表面に存在していた溶融酸化物が微細凹所に吸引されて溶融はんだの表面から除去される。溶融酸化物を微細凹所に吸引して除去する技術によると、溶融はんだを還元雰囲気に維持して溶融酸化物を除去する技術や、溶融はんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜を攪拌して粉砕する技術に比して、除去の程度を向上させることができる。
【0007】
また、本願発明では、第一部品の表面に第二部品の底面がはんだ付けされている電子装置を製造する装置をも創作した。この装置は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく手段と、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具と、前記治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段と、表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段とを備える。
この装置は、第一部品(例えばリードフレームやセラミック基板等)の表面に第二部品(例えばチップ素子)の底面をはんだ付けして電子装置を製造するものである。そのためにこの装置は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させる手段を備えている。また、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具を備えている。さらに、その治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段を備えている。治具を溶融はんだ表面に接触させることによって溶融はんだ表面に存在する溶融酸化物は微細凹所に吸引され、微細凹所に溶融酸化物を吸引した治具を溶融はんだ表面から離反させることによって、溶融はんだの表面から溶融酸化物を効果的に除去することができる。表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段を備えていために、第二部品の底面とはんだとの間にボイドが生成されないようにはんだ付けすることが可能となる。
本発明の製造装置によれば、溶融はんだ表面に存在する溶融酸化物を除去してから第二部品をはんだ付けるために、ボイドの生成を防ぐことができ、品質良好な電子装置を安定的に製造することができる。
【0008】
さらに、本願発明では、第一部品の表面に第二部品の底面をはんだ付けして電子装置を製造する方法をも創作した。この方法では、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく工程と、溶融酸化物の表面張力を利用して微細凹所に溶融酸化物を吸引する工程と、表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる工程とを備えることを特徴とする。
この方法によれば、溶融はんだ表面から溶融酸化物を除去してから第二部品をはんだ付けることができ、ボイドのない品質良好な電子装置を製造することが可能となる。
【0009】
【実施の形態】下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) 溶融酸化物除去冶具の溶融はんだ表面に接する面には、断面が正方形・長方形または円形等のスポット状の凹所が、格子状に分散配置されている。この場合、治具表面の単位面積あたりの凹所を形成する壁の長さを長く確保することができ、多量の溶融酸化物を凹所群に吸引して除去することができる。
(形態2) 各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝が平行に配置されている。この治具は直線状に伸びる溝を加工することで製造できるために安価に製造できる。
(形態3) 各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝が放射状に配置されている。この治具は直線状に伸びる溝を加工することで製造できるために安価に製造できる。また、溶融はんだの表面はドーム状となり、その頭頂部分に多量の溶融酸化物が浮上している。吸引溝群の放射中心と頭頂部分を対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を吸引溝群の配置密度の高い放射中心近傍で吸引することができる。
(形態4) 各凹所は貫通孔で形成されている。貫通孔は加工しやすく、治具を安価に製造できる。また、吸引した酸化物をクリーニングしやすい。しかしながら各凹所が治具を貫通している必要はなく、上方が閉塞されていてもよい。
(形態5) 治具は、溶融はんだとの間で強い表面張力が作用する一方、凝固したはんだとの接合強度が低い材料で形成されている。
【0010】
【実施例】次に、本願発明に係る第1実施例を、図1から図8を参照して詳細に説明する。第1実施例では、ロボットアームを備えた電子装置製造装置を用いる。ロボットアームの先端には、溶融酸化物除去冶具やチップ素子(請求項でいう第二部品)を保持する保持具(コレット等)を取り付けることができる。また部品同士を接合するためにはんだ箔を加熱溶融して用い、加熱溶融したはんだを介して基板(請求項でいう第一部品)にチップ素子(請求項でいう第二部品)を実装する。
最初に、図1に示すように、基板1の上にはんだ箔2をセットする。このときはんだ箔2は凝固しており、全表面が酸化物被膜2aで覆われている。
次に図2に示すように、還元雰囲気のリフロー炉(図示しない)に入れ、基板1をヒータ66に載せて基板1を介してはんだ箔2を加熱する。加熱することによってはんだ箔2が溶融して溶融はんだ3となる。溶融はんだ3の表面は表面張力によってドーム状となる。溶融はんだ3の底面3bは基板1の表面に密着する。はんだ箔2の表面を覆っていた酸化物被膜2aが加熱されて溶融する。はんだ箔2の下側の表面を覆っていた酸化物被膜2aが溶融すると、その溶融酸化物は溶融はんだ3よりも比重が軽いために浮上する。溶融はんだ3の底面3bと基板1の表面との間には、酸化物もボイドも残らない。溶融はんだ3のド−ム状の表面は、はんだ箔2の下側の表面を覆っていた酸化物被膜2aに由来する浮上した溶融酸化物と、はんだ箔2の上側の表面を覆っていた酸化物被膜2aに由来する溶融酸化物によって膜状に覆われる(これを溶融酸化物被膜3aという)。
次に図3に示すように、電子装置製造装置のロボット62のアーム60の先端に取り付けられた溶融酸化物除去治具4を上方より下降させ、溶融酸化物除去治具4の平坦な下面を溶融はんだ3のドーム状の表面の頭頂部分に接触させる。
図4の(A)は、溶融酸化物除去治具4の下面を下から見上げた図であり、(B)はB−B断面図である。図4に示すように、溶融酸化物除去治具4の下面には、断面正方形の凹所4aが、格子状に分散配置されている。一つ一つの凹所4aの断面は十分に小さく、凹所4aを形成する壁と溶融酸化物との間に作用する表面張力によって溶融酸化物が凹所4aに吸引され、凹所4aを上昇する毛細管現象が得られるサイズに構成されている。溶融酸化物除去治具4は、溶融はんだとの間で強い表面張力が作用する一方、凝固したはんだとの接合強度が低い材料(例えばカーボンまたはガラス)で製造されている。凹所4a群を格子状に配置することで、溶融酸化物除去治具4の下面の単位面積あたりの溶融はんだと接触する凹所4aを形成する壁の長さを十分に確保することができる。そのために十分な量の溶融酸化物を凹所4a群の中に吸引することが可能となる。
各凹所4aは、溶融酸化物除去治具4の下面から上面までを貫通しており、吸引した酸化物をエアジェットによって容易にクリーニングすることができる。溶融酸化物除去治具4は凝固したはんだとの接合強度が低い材料で製造されているためにエアジェットによって容易にクリーニングすることができる。
凹所4a群は、物理的加工又は化学的加工で加工することができる。例えば、ダイパンチやけがきによる機械加工、エキシマレーザによるレーザ加工、エッチング加工等によって凹所4a群を加工することができる。
溶融酸化物除去治具4の下面の4隅からは所定の長さに調整された突起部4cが伸びている。このために、ロボットアーム60によって溶融酸化物除去治具4を基板1に接近させたときの溶融酸化物除去治具4の下面の高さ(基板1の表面からの距離)が突起部4cによって精度よく制御される。また、溶融酸化物除去治具4は、ロボットアーム60の先端に連結する取付部4bを備えている。
図5に示すように、溶融はんだ3の頭頂部分に溶融酸化物除去治具4が接触すると、溶融酸化物と溶融酸化物除治具4の表面との間に表面張力が作用する。即ち、凹所4aを形成する壁と溶融酸化物との間に表面張力が作用し、溶融酸化物被膜3aは毛細管現象によって凹所4a群に吸引される。その結果、溶融はんだ3の表面にあった溶融酸化物被膜3aが除去される。
溶融はんだ3の表面を覆っていた溶融酸化物被膜3aの全部が吸引された時点で、図6に示すように、溶融酸化物除去治具4を上昇させて溶融はんだ3から離反させる。溶融酸化物被膜3aは溶融はんだ3の表面から除去され、溶融はんだ3の表面には、溶融酸化物が残存していない状態となっている。上記の処理は還元雰囲気で実行されるために、溶融酸化物被膜3aが除去された溶融はんだ表面が再度酸化することはない。
次に図7に示すように、電子装置製造装置のロボットアーム60の先端に取り付けられたコレット64等の保持冶具によって保持されたチップ素子5の底面を、溶融はんだ3に接触させてその位置に保持する。溶融はんだ3は冷却されて凝固し、チップ素子5がはんだによって基板1に接合される。以上の工程によると、溶融はんだ3の表面から溶融酸化物3aが除去され、それからチップ素子5が位置決めされるために、凝固したはんだ3とチップ素子5との間にはボイドが生成されない。よって、品質良好な電子装置が製造される。また、従来から用いられていたロボットアーム60の先端に溶融酸化物除去冶具4を取り付けるという簡易な方法によって溶融酸化物を除去することができる。
溶融酸化物被膜3aを吸引した溶融酸化物除去治具4は、図8に示すように、リフロー炉の上部に設けられたエアジェット噴出口6から噴出されるエアジェットによりクリーニングされる。溶融酸化物除去治具4から離間した酸化物3aは下方に設けられた傾斜板7を伝って酸化物溜8に投下され、パイプ9より廃棄される。
【0011】
(溶融酸化物除去治具の第2実施例)
第2実施例の溶融酸化物除去治具14は、図9の(A)に示すように、断面正方形の凹所14aが格子状に分散配置されていると共に、図9の(B)に示すように各凹所14aの上部が蓋されている。即ち、溶融酸化物除去治具14の上面にまで貫通していない。凹所は、図4の(B)に示した凹所4aのように貫通していてもよく、この図9の(B)に示す凹所14aのように貫通していなくてもよい。
【0012】
(溶融酸化物除去治具の第3実施例)
第3実施例の溶融酸化物除去治具24は、図10の(A)に示すように、各凹所24aがストライプ状に伸びており、多数の溝状の凹所24aが等間隔で平行に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所24aを上昇する幅に設定されている。各凹所24aは、(B)に示すように、溶融酸化物除去治具24の下面から上面までを貫通している。この溶融酸化物除去治具24は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。
(溶融酸化物除去治具の第4実施例)
第4実施例の溶融酸化物除去治具34は、図11の(A)に示すように、各凹所34aがストライプ状に伸びており、多数の溝状の凹所34aが等間隔で平行に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所34aを上昇する幅に設定されている。各凹所34aは、(B)に示すように、溶融酸化物除去治具34の上面までは貫通していない。凹所は、図10の(B)に示した凹所24aのように貫通していてもよく、この図11の(B)に示す凹所34aのように貫通していなくてもよい。この溶融酸化物除去治具34は簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。
(溶融酸化物除去冶具の第5実施例)
第5実施例の溶融酸化物除去冶具44は、図12の(A)に示すように、各凹所44aが直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝状の凹所44aが放射状に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所44aを上昇する幅に設定されている。各凹所44aは、(B)に示すように、溶融酸化物除去治具44の下面から上面までを貫通している。この溶融酸化物除去治具44は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。また、放射中心44dをドーム状の溶融はんだ3の頭頂部分に対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を溝状の凹所44aの配置密度の高い放射中心44dの近傍で吸引することができる。
(溶融酸化物除去具の弟6実施例)
第6実施例の溶融酸化物除去冶具54は、図13の(A)に示すように、各凹所54aが直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝状の凹所54aが放射状に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所54aを上昇する幅に設定されている。各凹所54aは、(B)に示すように、溶融酸化物除去冶具54の上面までは貫通していない。凹所は、図12の(B)に示した凹所44aのように貫通していてもよく、この図13の(B)に示す凹所54aのように貫通していなくてもよい。この溶融酸化物除去治具54は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。また、放射中心54dをドーム状の溶融はんだ3の頭頂部分に対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を溝状の凹所54aの配置密度の高い放射中心54dの近傍で吸引することができる。
【0013】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
なお、以上の適用例に示した他にも、以下のように様々に変形、変更した技術を用いることができる。
・本実施例の電子装置製造装置は、先端に溶融酸化物除去冶具を取り付けられるロボットアームを備えている。しかしこれに限るものではなく、溶融酸化物除去冶具を取り付けられる軸等の手段を備えた電子装置製造装置であればいずれであってもよい。
・本実施例では、チップ素子と基板をはんだ付けして電子装置を製造している。しかしこれらに限るものではなく、電子素子、ターミナル、放熱板、ハウジング等の電子装置を構成する部品の任意の組合せに用いることができる。
・本実施例では、第一部品上に置かれたはんだ箔を加熱溶融して用いているが、これに限るものではない。例えば、第一部品上に供給ノズルから溶融はんだを供給してもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去治具自体に取り付けられた突起で高さ制御を行っているが、これに限るものではない。例えば、溶融酸化物除去治具自体には高さ制御を行う部位を設けず、ロボットアームの高さを制御する方式を取り得る。図13の溶融酸化物除去治具54は高さ調整のための突起を備えていない。
・本実施例では、溶融酸化物除去治具をエアジェットによってクリーニングするが、これに限るものではない。例えば、バキュームを用いて酸化物を吸い出してもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具として、断面が正方形の凹所が格子状に分散配置されているものと、各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、これらの溝が平行に配置されているものと、各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、これらの溝が放射状に配置されているものを挙げている。しかしながら凹所はこれらの形態に限るものではなく、毛細管現象の作用を呈する形状であれば長方形や円形等であってもよいし、どのように配置されていてもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具の凹所が下面の全面に設けられているが、これに限るものではなく、少なくともはんだ表面に接触する部分に設けられていればよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具の下面が正方形となっているが、これに限るものではない。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【0014】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、溶融したはんだの表面に生成される溶融酸化物を完全に除去することができる。したがって、品質の良好な電子装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子装置の製造工程の第1段階を示す図である。
【図2】電子装置の製造工程の第2段階を示す図である。
【図3】電子装置の製造工程の第3段階を示す図である。
【図4】溶融酸化物除去冶具の第1実施例を示す図である。
【図5】電子装置の製造工程の第4段階を示す図である。。
【図6】電子装置の製造工程の第5段階を示す図である。
【図7】電子装置の製造工程の第6段階を示す図である。
【図8】溶融酸化物除去冶具のクリーニング工程を示す図である。
【図9】溶融酸化物除去冶具の弟2実施例を示す図である。
【図10】溶融酸化物除去冶具の弟3実施例を示す図である。
【図11】溶融酸化物除去冶具の弟4実施例を示す図である。
【図12】溶融酸化物除去冶具の弟5実施例を示す図である。
【図13】溶融酸化物除去冶具の弟6実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 :基板、
2 :はんだ箔、
3 :溶融はんだ、
3a:溶融酸化物被膜
4 :溶融酸化物除去冶具、
5 :チップ素子、
6 :エアジェット噴出口、
7 :傾斜板、
8 :酸化物溜、
9 :パイプ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for removing a molten oxide present on the surface of a molten solder.
[0002]
2. Description of the Related Art In many cases, an electronic device is manufactured by soldering a bottom surface of a second component (for example, a chip element) to a surface of a first component (for example, a lead frame or a ceramic substrate). Usually, the solder on the surface of the first component is heated and melted in a reducing atmosphere. Even if a reducing atmosphere is used, the molten oxide floats on the surface of the molten solder and is covered with a film of the molten oxide. This molten oxide film reduces the wettability of the solder to components (such as chip elements). If the solder is not sufficiently wetted by the component, air bubbles (voids) may be generated between the solder surface and the component. When voids are generated, the joining strength between components decreases. In addition, the electric characteristics are deteriorated. Since the molten oxide film floating on the surface of the molten solder causes voids and leads to poor quality of the electronic device, it is necessary to remove the molten oxide film from the surface of the molten solder.
Conventionally, in order to remove the molten oxide film, a technique to remove the molten solder while maintaining it in a reducing atmosphere, or to remove the molten oxide film floating on the surface of the molten solder using a chip element adsorbed and held on a jig A technique of stirring and pulverizing is known (for example, Patent Document 1). In addition, Patent Documents 2 to 5 also introduce techniques for taking measures against a molten oxide film floating on the solder surface.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-17811 [Patent Document 2]
JP-A-3-8347 [Patent Document 3]
JP-A-64-74730 [Patent Document 4]
JP-A-5-269576 [Patent Document 5]
JP-A-10-325853
However, in the prior art, the degree of removal of the molten oxide film was low, and the generation of voids was not sufficiently suppressed.
[0005]
In the present invention, a technique for increasing the extent to which the molten oxide film is removed from the surface of the molten solder and for sufficiently suppressing the generation of voids is created.
[0006]
In order to achieve the above object, the present invention has created a jig for removing molten oxide. This jig is characterized in that fine recesses for sucking the molten oxide using the surface tension of the molten oxide are dispersedly arranged on the surface in contact with the surface of the molten solder.
On the surface of the jig in contact with the surface of the molten solder, fine recesses for sucking the molten oxide by utilizing the surface tension of the molten oxide are dispersedly arranged. Therefore, when the jig is brought into contact with the surface of the molten solder, the molten oxide existing on the surface of the molten solder is sucked into the fine recess and removed from the surface of the molten solder. According to the technology that removes the molten oxide by sucking it into the micro recesses, the technology that removes the molten oxide by maintaining the molten solder in a reducing atmosphere, or the method that stirs and grinds the molten oxide film that floats on the surface of the molten solder The degree of removal can be improved as compared with the technique which performs the removal.
[0007]
In the present invention, an apparatus for manufacturing an electronic device in which the bottom surface of the second component is soldered to the surface of the first component has also been created. In this apparatus, means for heating and melting the solder on the surface of the first component in a reducing atmosphere and fine recesses for sucking the molten oxide using the surface tension of the molten oxide are dispersedly arranged. A jig, a means for bringing the jig into contact with the surface of the molten solder and then separating the jig, and a means for bringing the bottom surface of the second component into contact with the molten solder from which the molten oxide has been removed.
In this device, an electronic device is manufactured by soldering a bottom surface of a second component (for example, a chip element) to a surface of a first component (for example, a lead frame or a ceramic substrate). For this purpose, the device comprises means for heating and melting the solder on the surface of the first component in a reducing atmosphere. In addition, a jig in which fine recesses for sucking the molten oxide by utilizing the surface tension of the molten oxide are dispersed is provided. Further, there is provided means for bringing the jig into contact with the surface of the molten solder and then separating the jig. By bringing the jig into contact with the molten solder surface, the molten oxide present on the molten solder surface is sucked into the fine recess, and by separating the jig sucking the molten oxide into the fine recess from the molten solder surface, The molten oxide can be effectively removed from the surface of the molten solder. A means for contacting the bottom surface of the second component with the molten solder from which the molten oxide has been removed from the surface allows soldering so that voids are not generated between the bottom surface of the second component and the solder It becomes.
According to the manufacturing apparatus of the present invention, since the second component is soldered after removing the molten oxide present on the surface of the molten solder, it is possible to prevent the generation of voids and stably produce a good quality electronic device. Can be manufactured.
[0008]
Further, in the present invention, a method for manufacturing an electronic device by soldering the bottom surface of the second component to the surface of the first component has been created. In this method, a step of heating and melting the solder on the surface of the first component in a reducing atmosphere, a step of using the surface tension of the molten oxide to suck the molten oxide into the fine recess, Contacting the bottom surface of the second component with the molten solder from which the molten oxide has been removed.
According to this method, the second component can be soldered after the molten oxide is removed from the surface of the molten solder, and a high-quality electronic device without voids can be manufactured.
[0009]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The main features of the embodiment described below are listed.
(Embodiment 1) On the surface of the molten oxide removing jig that is in contact with the surface of the molten solder, spot-shaped recesses having a square, rectangular, or circular cross section are dispersed and arranged in a grid. In this case, the length of the wall forming the recess per unit area of the jig surface can be secured long, and a large amount of the molten oxide can be sucked and removed into the recess group.
(Mode 2) Each recess is formed by a linearly extending groove, and a plurality of grooves are arranged in parallel. Since this jig can be manufactured by processing a linearly extending groove, it can be manufactured at low cost.
(Embodiment 3) Each recess is formed by a groove extending linearly, and a plurality of grooves are radially arranged. Since this jig can be manufactured by processing a linearly extending groove, it can be manufactured at low cost. Further, the surface of the molten solder has a dome shape, and a large amount of molten oxide floats at the top of the molten solder. A large amount of molten oxide can be sucked near the radiation center where the density of the arrangement of the suction grooves is high, by locating the radiation center of the suction grooves and the top portion in correspondence.
(Embodiment 4) Each recess is formed by a through hole. The through holes are easy to process, and jigs can be manufactured at low cost. Further, it is easy to clean the sucked oxide. However, each recess does not need to penetrate the jig, and the upper part may be closed.
(Mode 5) The jig is made of a material having a low bonding strength with the solidified solder while a strong surface tension acts between the jig and the molten solder.
[0010]
Next, a first embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the first embodiment, an electronic device manufacturing apparatus having a robot arm is used. At the tip of the robot arm, a holder (a collet or the like) for holding a molten oxide removing jig or a chip element (a second component in the claims) can be attached. In addition, a solder foil is heated and melted to join the components, and a chip element (a second component in the claims) is mounted on a substrate (a first component in the claims) via the heated and melted solder.
First, a solder foil 2 is set on a substrate 1 as shown in FIG. At this time, the solder foil 2 is solidified, and the entire surface is covered with the oxide film 2a.
Next, as shown in FIG. 2, the substrate 1 is placed in a reflow furnace (not shown) in a reducing atmosphere, the substrate 1 is placed on a heater 66, and the solder foil 2 is heated via the substrate 1. The heating melts the solder foil 2 to form a molten solder 3. The surface of the molten solder 3 has a dome shape due to surface tension. The bottom surface 3b of the molten solder 3 is in close contact with the surface of the substrate 1. The oxide film 2a covering the surface of the solder foil 2 is heated and melted. When the oxide film 2 a covering the lower surface of the solder foil 2 melts, the molten oxide floats because the specific gravity is lower than that of the molten solder 3. No oxide or void remains between the bottom surface 3b of the molten solder 3 and the surface of the substrate 1. The dome-shaped surface of the molten solder 3 has a floating molten oxide derived from the oxide film 2 a covering the lower surface of the solder foil 2, and an oxidized surface covering the upper surface of the solder foil 2. It is covered with the molten oxide derived from the material coating 2a (this is referred to as a molten oxide coating 3a).
Next, as shown in FIG. 3, the molten oxide removing jig 4 attached to the tip of the arm 60 of the robot 62 of the electronic device manufacturing apparatus is lowered from above, and the flat lower surface of the molten oxide removing jig 4 is The molten solder 3 is brought into contact with the top of the dome-shaped surface.
FIG. 4A is a diagram in which the lower surface of the molten oxide removing jig 4 is viewed from below, and FIG. 4B is a BB cross-sectional view. As shown in FIG. 4, on the lower surface of the molten oxide removing jig 4, recesses 4a having a square cross section are dispersedly arranged in a lattice. The cross section of each of the recesses 4a is sufficiently small, and the molten oxide is sucked into the recess 4a by the surface tension acting between the wall forming the recess 4a and the molten oxide, and rises up the recess 4a. It is configured to have a size that allows a capillary action to occur. The molten oxide removing jig 4 is made of a material (for example, carbon or glass) having a low bonding strength with the solidified solder while a strong surface tension acts on the molten solder. By arranging the recesses 4a in a lattice shape, it is possible to sufficiently secure the length of the wall forming the recesses 4a that comes into contact with the molten solder per unit area of the lower surface of the molten oxide removing jig 4. . Therefore, a sufficient amount of the molten oxide can be sucked into the recesses 4a.
Each recess 4a penetrates from the lower surface to the upper surface of the molten oxide removing jig 4, and the sucked oxide can be easily cleaned by an air jet. Since the molten oxide removing jig 4 is made of a material having a low bonding strength with the solidified solder, it can be easily cleaned by an air jet.
The group of recesses 4a can be processed by physical processing or chemical processing. For example, the group of recesses 4a can be processed by mechanical processing using die punching or scribing, laser processing using excimer laser, etching, or the like.
Projections 4c adjusted to a predetermined length extend from four corners of the lower surface of the molten oxide removing jig 4. For this reason, the height (distance from the surface of the substrate 1) of the lower surface of the molten oxide removing jig 4 when the molten oxide removing jig 4 is brought close to the substrate 1 by the robot arm 60 is determined by the protrusion 4c. It is controlled precisely. Further, the molten oxide removing jig 4 includes a mounting portion 4 b connected to the tip of the robot arm 60.
As shown in FIG. 5, when the molten oxide removing jig 4 comes into contact with the top of the molten solder 3, surface tension acts between the molten oxide and the surface of the molten oxide removing jig 4. That is, surface tension acts between the wall forming the recess 4a and the molten oxide, and the molten oxide film 3a is sucked into the recess 4a group by the capillary action. As a result, the molten oxide film 3a on the surface of the molten solder 3 is removed.
When all of the molten oxide film 3a covering the surface of the molten solder 3 is sucked, the molten oxide removing jig 4 is raised and separated from the molten solder 3 as shown in FIG. The molten oxide film 3a is removed from the surface of the molten solder 3, and no molten oxide remains on the surface of the molten solder 3. Since the above processing is performed in a reducing atmosphere, the surface of the molten solder from which the molten oxide film 3a has been removed does not oxidize again.
Next, as shown in FIG. 7, the bottom surface of the chip element 5 held by a holding jig such as a collet 64 attached to the tip of the robot arm 60 of the electronic device manufacturing apparatus is brought into contact with the molten solder 3 at that position. Hold. The molten solder 3 is cooled and solidified, and the chip element 5 is joined to the substrate 1 by the solder. According to the above steps, since the molten oxide 3a is removed from the surface of the molten solder 3 and the chip element 5 is positioned therefrom, no void is generated between the solidified solder 3 and the chip element 5. Therefore, a high-quality electronic device is manufactured. Further, the molten oxide can be removed by a simple method of attaching the molten oxide removing jig 4 to the tip of the robot arm 60 which has been conventionally used.
As shown in FIG. 8, the molten oxide removing jig 4 sucking the molten oxide film 3a is cleaned by an air jet ejected from an air jet ejection port 6 provided at an upper part of the reflow furnace. The oxide 3 a separated from the molten oxide removing jig 4 is dropped on an oxide reservoir 8 along an inclined plate 7 provided below, and is discarded from a pipe 9.
[0011]
(Second embodiment of jig for removing molten oxide)
In the molten oxide removing jig 14 of the second embodiment, as shown in FIG. 9A, the recesses 14a having a square cross section are dispersedly arranged in a lattice, and as shown in FIG. 9B. Thus, the upper part of each recess 14a is covered. That is, it does not penetrate to the upper surface of the molten oxide removing jig 14. The recess may penetrate like the recess 4a shown in FIG. 4B, or may not penetrate like the recess 14a shown in FIG. 9B.
[0012]
(Third embodiment of molten oxide removing jig)
In the molten oxide removing jig 24 of the third embodiment, as shown in FIG. 10A, each recess 24a extends in a stripe shape, and a large number of groove-shaped recesses 24a are parallel at equal intervals. Are located in The groove width is set to a width at which the molten oxide rises in each recess 24a by the capillary phenomenon. Each recess 24a penetrates from the lower surface to the upper surface of the molten oxide removing jig 24 as shown in FIG. This molten oxide removing jig 24 can be easily machined and manufactured at low cost.
(Fourth embodiment of a jig for removing molten oxide)
In the molten oxide removing jig 34 of the fourth embodiment, as shown in FIG. 11A, each recess 34a extends in a stripe shape, and a large number of groove-shaped recesses 34a are parallel at equal intervals. Are located in The groove width is set to a width at which the molten oxide rises in each recess 34a by the capillary phenomenon. Each recess 34a does not penetrate to the upper surface of the molten oxide removing jig 34 as shown in FIG. The recess may penetrate like the recess 24a shown in FIG. 10B, or may not penetrate like the recess 34a shown in FIG. 11B. The molten oxide removing jig 34 can be easily machined and manufactured at low cost.
(Fifth embodiment of the molten oxide removal jig)
In the molten oxide removing jig 44 of the fifth embodiment, as shown in FIG. 12A, each recess 44a is formed by a groove extending linearly, and a plurality of groove-like recesses 44a are formed radially. Are located in The groove width is set to a width at which the molten oxide rises in each recess 44a by the capillary phenomenon. Each recess 44a penetrates from the lower surface to the upper surface of the molten oxide removing jig 44 as shown in FIG. The molten oxide removing jig 44 can be easily machined and manufactured at low cost. Further, by positioning the radiation center 44d at the top of the dome-shaped molten solder 3, a large amount of molten oxide can be sucked in the vicinity of the radiation center 44d where the groove-shaped recesses 44a are arranged at a high density. .
(Sixth embodiment of a device for removing molten oxide)
In the molten oxide removing jig 54 of the sixth embodiment, as shown in FIG. 13A, each recess 54a is formed by a groove extending linearly, and a plurality of groove-like recesses 54a are formed radially. Are located in The groove width is set to a width at which the molten oxide rises in each recess 54a by a capillary phenomenon. Each recess 54a does not penetrate to the upper surface of the molten oxide removing jig 54 as shown in FIG. The recess may penetrate like the recess 44a shown in FIG. 12B or may not penetrate like the recess 54a shown in FIG. 13B. The molten oxide removing jig 54 can be easily machined and manufactured at low cost. Also, by positioning the radiation center 54d at the top of the dome-shaped molten solder 3, a large amount of molten oxide can be sucked in the vicinity of the radiation center 54d where the groove-shaped recesses 54a are arranged at a high density. .
[0013]
As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above.
In addition to the techniques shown in the above application examples, various modified and modified techniques can be used as follows.
-The electronic device manufacturing apparatus of the present embodiment is provided with a robot arm to which a molten oxide removing jig can be attached at the tip. However, the present invention is not limited to this, and may be any electronic device manufacturing apparatus provided with means such as a shaft to which a molten oxide removing jig is attached.
In this embodiment, the electronic device is manufactured by soldering the chip element and the substrate. However, the present invention is not limited to these, and can be used for any combination of components constituting an electronic device such as an electronic element, a terminal, a heat sink, and a housing.
In this embodiment, the solder foil placed on the first component is heated and melted, but is not limited to this. For example, molten solder may be supplied from a supply nozzle onto the first component.
In the present embodiment, the height is controlled by the protrusion attached to the molten oxide removing jig itself, but the present invention is not limited to this. For example, a method for controlling the height of the robot arm may be adopted without providing a portion for controlling the height in the molten oxide removing jig itself. The molten oxide removing jig 54 of FIG. 13 does not have a projection for adjusting the height.
In the present embodiment, the molten oxide removing jig is cleaned by the air jet, but is not limited to this. For example, the oxide may be sucked out using a vacuum.
In the present embodiment, as the molten oxide removing jig, recesses having a square cross section are dispersedly arranged in a lattice, and each recess is formed by a groove extending linearly. The ones arranged in parallel and the ones in which each recess is formed by a groove extending linearly and these grooves are arranged radially are cited. However, the recesses are not limited to these forms, and may be rectangular, circular, etc., as long as they exhibit the action of capillary action, or may be arranged in any manner.
In the present embodiment, the recess of the molten oxide removing jig is provided on the entire lower surface, but is not limited to this, and may be provided at least in a portion in contact with the solder surface.
In the present embodiment, the lower surface of the molten oxide removing jig has a square shape, but the present invention is not limited to this.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[0014]
As described above, according to the present invention, the molten oxide generated on the surface of the molten solder can be completely removed. Therefore, a high-quality electronic device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first stage of a manufacturing process of an electronic device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a second stage of the manufacturing process of the electronic device.
FIG. 3 is a diagram illustrating a third stage of the manufacturing process of the electronic device.
FIG. 4 is a view showing a first embodiment of a molten oxide removing jig.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth stage of the manufacturing process of the electronic device. .
FIG. 6 is a view showing a fifth stage of the manufacturing process of the electronic device.
FIG. 7 is a view showing a sixth stage of the manufacturing process of the electronic device.
FIG. 8 is a view showing a cleaning process of the molten oxide removing jig.
FIG. 9 is a view showing a second embodiment of a molten oxide removing jig.
FIG. 10 is a view showing a third embodiment of a molten oxide removing jig.
FIG. 11 is a view showing a fourth embodiment of a molten oxide removing jig.
FIG. 12 is a view showing a fifth embodiment of a molten oxide removing jig.
FIG. 13 is a view showing a sixth embodiment of a molten oxide removing jig.
[Explanation of symbols]
1: substrate,
2: Solder foil,
3: molten solder,
3a: molten oxide coating 4: molten oxide removal jig,
5: chip element,
6: Air jet spout,
7: inclined plate,
8: Oxide reservoir,
9: Pipe

Claims (3)

溶融はんだ表面の溶融酸化物を除去するための治具であり、
溶融はんだ表面に接する面に、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具。
A jig for removing the molten oxide on the surface of the molten solder,
A jig in which fine recesses for sucking the molten oxide by utilizing the surface tension of the molten oxide are dispersedly arranged on a surface in contact with the surface of the molten solder.
第一部品の表面に第二部品の底面がはんだ付けされている電子装置を製造する装置であり、
還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく手段と、
溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具と、
前記治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段と、
表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段とを備えることを特徴とする電子装置製造装置。
A device for manufacturing an electronic device in which the bottom surface of the second component is soldered to the surface of the first component,
Means for heating and melting the solder on the surface of the first component in a reducing atmosphere;
A jig in which fine recesses for sucking the molten oxide using the surface tension of the molten oxide are dispersedly arranged,
Means for bringing the jig into contact with the molten solder surface and then separating,
Means for bringing the bottom surface of the second component into contact with the molten solder from which the molten oxide has been removed from the surface.
第一部品の表面に第二部品の底面をはんだ付けして電子装置を製造する方法であり、
還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく工程と、
溶融酸化物の表面張力を利用して微細凹所に溶融酸化物を吸引する工程と、
表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる工程とを備えることを特徴とする電子装置製造方法。
A method of manufacturing an electronic device by soldering the bottom surface of the second component to the surface of the first component,
Heating and melting the solder on the surface of the first component in a reducing atmosphere;
A step of sucking the molten oxide into the fine recess using the surface tension of the molten oxide,
Bringing the bottom surface of the second component into contact with the molten solder from which the molten oxide has been removed from the surface.
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CN111745253A (en) * 2020-07-28 2020-10-09 康耐威(苏州)半导体科技有限公司 Soldering device and method with low bubble generation rate for semiconductor package

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