JP2012054328A - ダイボンド方法及びダイボンド用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】半田箔の加工や配置に係り設備費をコストアップさせることなく、半田箔を使用して電子部品を基板に好適に接合すること。
【解決手段】基板２に、その板厚方向に貫通する複数の通り孔２ｃと、上面に位置するバンプ７を予め形成しておく。基板２の上面側にて、バンプ７に対し電子部品３をバンプ８により接続し、基板２を治具１にて水平に支持する。水平に支持された基板２の下面に半田箔６を密着させて配置すると共に、半田箔６を伝熱板１２により基板２へ向けて押圧する。そして、押圧された半田箔６に伝熱板１２を介して熱を加えることにより、半田箔６を溶融させ、その溶融した半田を複数の通り孔２ｃを介して基板２の上面側へ押し上げて基板２と電子部品３との間に流動させて拡げる。その後、拡げられた半田を冷やすことにより、電子部品３と基板２を半田により接合する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、基板上に電子部品をリフロー半田付けにより接合するダイボンド方法及びダイボンド用治具に関する。

従来より、半導体チップ等の電子部品をリードフレーム等の基板上にリフロー半田付けにより接合する以下の方法が知られている。すなわち、例えば、図９に示すように、基板３１上に形成されたバンプ３２に対して電子部品３３をバンプ３４により接続すると共に、その接続部分以外につき電子部品３３と基板３１とを半田箔３５をリフロー処理により溶融させて接合する方法である。

一方、下記の特許文献１及び２には、半導体素子と回路基板を半田シート（半田箔）により接合する際、治具を使用してコイルばねや錘などで半導体素子を回路基板側に押し付けながら半田シートにリフロー処理を施すことが記載されている。

従って、図９に示す接合方法についても、半田箔３５にリフロー処理を施す際には、特許文献１及び２に示すような治具を使用することが考えられる。

特開２０１０−６２２４８号公報 特開２００７−１８０４５６号公報

ところが、図９に示すように、半田箔３５をリフロー処理により溶融させて電子部品３３を基板３１に接合するためには、電子部品３３のバンプ３４の配置と整合させて、半田箔３５に予め孔３５ａをあけておく必要がある。また、バンプ３４の配置は、電子部品３３の種類の違いによって異なる。このため、各種電子部品３３により異なるパターンにより、半田箔３５に複数の孔３５ａを精密にあける必要がある。そのため、高性能な孔あけ設備が必要となり、また、孔３５ａのあいた半田箔３５を基板３１上に精度良く配置できる設備が必要となり、設備費のコストアップにつながる懸念があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、半田箔の加工や配置に係り設備費をコストアップさせることなく、孔のない半田箔を使用して電子部品を基板に好適に接合することを可能としたダイボンド方法及びダイボンド用治具を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のダイボンド方法は、基板に、その板厚方向に貫通する複数の通り孔を予め形成すると共に、その上面にバンプを予め形成しておき、基板の上面側にて、バンプに対し電子部品をバンプにより接続すると共に、基板を水平に支持し、水平に支持された基板の下面に半田箔を密着させて配置すると共に、半田箔を伝熱板により基板へ向けて押圧し、押圧された半田箔に伝熱板を介して熱を加えることにより、半田箔を溶融させ、その溶融した半田を複数の通り孔を介して基板の上面側へ押し上げて基板と電子部品との間に流動させて拡げ、拡げられた半田を冷やすことにより、電子部品と基板を半田により接合することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、基板の下面に密着させて配置された半田箔が、伝熱板により基板へ向けて押圧される。また、半田箔に伝熱板を介して熱が加えられることにより、半田箔が溶融し、その溶融した半田が基板の複数の通り孔を介して基板の上面側へ押し上げられ、基板と電子部品との間に流動して拡がる。その後、拡げられた半田を冷やすことにより、電子部品と基板が半田により接合される。従って、従来例とは異なり、バンプ等の配置に整合した孔を予め半田箔にあける必要がなく、孔のあいた半田箔を電子部品と基板との間に精密に配置する必要がない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のダイボンド方法に使用されるダイボンド用治具であって、基板を水平に支持するためのベースフレームと、水平に支持された基板の下面に対向可能に配置されると共に、ベースフレームに対して移動可能に設けられ、基板との対向面上に半田箔が載置され、外部から熱が加えられる伝熱板と、伝熱板を、水平に支持された基板へ向けて付勢するための付勢手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、基板がベースフレームにより水平に支持される。伝熱板の、基板との対向面上に半田箔が載置される。また、付勢手段を機能させることにより、伝熱板が基板へ向けて付勢され、半田箔が伝熱板により基板へ向けて押圧され、これによって基板の下面に半田箔が密着して配置される。また、伝熱板に熱を加えることにより、伝熱板を介して半田箔に熱が加えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、基板に形成される各通り孔は、その内周面が基板の上面側へ向けて広がるテーパをなすことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、各通り孔に入った溶融した半田が、基板の上面側へ向けて流れ易くなる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、基板に形成される各通り孔は、その内周面が基板の下面側へ向けて広がるテーパをなすことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、溶融して伝熱板により押し上げられる半田が各通り孔へ入り易くなる。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、付勢手段は、伝熱板を構成する磁性体と、基板上に配置され、伝熱板に磁力を付与するための磁石とを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、基板上に配置された磁石により、伝熱板に磁力が付与されることにより、水平に支持された基板へ向けて伝熱板が付勢され、半田箔が基板へ向けて押し上げられる。また、基板に磁石を近付けることにより、伝熱板へ磁力が速やかに付与され、磁石を基板から遠ざけることにより、伝熱板への磁力の付与が速やかに解除される。

請求項１に記載の発明によれば、半田箔の加工や配置に係り設備費をコストアップさせることなく、孔のない半田箔を使用して電子部品を基板に好適に接合することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のダイボンド方法に対して有効に使用することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、溶融した半田を基板と電子部品との間へ流動し易くすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、溶融した半田を各通り孔へ速やかに流動させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、伝熱板の上下動を容易に操作することができる。

一実施形態に係り、治具を用いたダイボンド方法の構成を示す断面図。 同実施形態に係り、図１に示す構成を分解して示す断面図。 同実施形態に係り、ダイボンド方法の一工程に係る治具等を示す断面図。 同実施形態に係り、ダイボンド方法の一工程に係り、伝熱板、半田箔及びリードフレーム等の関係を示す断面図。 同実施形態に係り、ダイボンド方法の一工程に係る治具等を示す断面図。 同実施形態に係り、パワー半導体を半田付けにより実装したリードフレームを示す断面図。 別の実施形態に係り、リードフレームの中心部分を示す断面図。 別の実施形態に係り、リードフレームの中心部分を示す断面図。 従来例に係り、リフロー半田付けの一工程を示す断面図。

以下、本発明におけるダイボンド方法及びダイボンド用治具を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のダイボンド用治具１を用いたダイボンド方法の構成を断面図により示す。図２に、図１に示す構成を分解して断面図により示す。この実施形態のダイボンド方法は、基板に相当するリードフレーム２の上面に電子部品に相当するパワー半導体３をリフロー処理により半田付けするために実施される。

図１，２に示すように、治具１は、リードフレーム２を水平に支持するためのベースフレーム１１と、水平に支持されたリードフレーム２の下面側に対向可能に配置されると共に、ベースフレーム１１に対して移動可能に設けられた伝熱板１２と、その伝熱板１２を、水平に支持されたリードフレーム２へ向けて付勢するための付勢手段とを備える。伝熱板１２のリードフレーム２との対向面上には、半田箔６が載置されるようになっている。

ベースフレーム１１は、平面視で、中央に空間１３を有する略四角形をなしている。この実施形態で、リードフレーム２は、中心部分２ａが外周部分２ｂよりも厚板に形成される。リードフレーム２は、その外周部分２ｂがベースフレーム１１の上面に載置され、中心部分２ａが空間１３に整合して配置される。リードフレーム２は、その外周部分２ｂが複数のピン１４によりベースフレーム１１に対して位置決めされる。伝熱板１２は、中央の空間１３において、ベースフレーム１１に支持された複数のガイドピン１５に沿って上下方向へ移動可能に設けられる。このガイドピン１５には、伝熱板１２を下方へ、すなわち、伝熱板１２をリードフレーム２から引き離す方向へ付勢するスプリング１６が設けられる。伝熱板１２は、板状の磁性体１７をコアとし、その表裏両面がカーボン１８により覆われて構成される。伝熱板１２の上面側には、載置された半田箔６を囲うように堤部１２ａが形成される。この堤部１２ａは、半田箔６が熱で溶融したときに、その溶融した半田を伝熱板１２の外へ流出させないように堰き止めるようになっている。

この実施形態で、上記した付勢手段は、伝熱板１２を構成する磁性体１７と、伝熱板１２に磁力を付与するための磁石１９とを含む。磁石１９は、伝熱板１２に磁力を付与するときに、リードフレーム２上に配置されるようになっている。磁石１９は、永久磁石であっても電磁石であってもよい。

次に、この実施形態のダイボンド方法について説明する。図３に、ダイボンド方法の一工程に係る治具１等を断面図により示す。図４に、ダイボンド方法の一工程に係り、伝熱板１２、半田箔６及びリードフレーム２等の関係を断面図により示す。図５に、ダイボンド方法の一工程に係る治具１等を断面図により示す。

このダイボンド方法を実施するために、図１，２に示すように、リードフレーム２の中心部分２ａには、その板厚方向に貫通する複数の通り孔２ｃを予め形成しておく。これらの通り孔２ｃは、上下方向に通直に形成される。また、リードフレーム２の中心部分２ａの上面には、複数のバンプ７を予め形成しておく。

そして、図１に示すように、リードフレーム２の上面側にて、バンプ７に対しパワー半導体３をバンプ８により予め接続しておく。この接続状態では、リードフレーム２とパワー半導体３との間に所定の隙間９が存在している。

次に、「セッティング工程」において、図１に示すように、リードフレーム２と半田箔６を治具１にセッティングする。すなわち、予めパワー半導体３がバンプ７及びバンプ８を介して接続されたリードフレーム２を、ベースフレーム１１の上面に載置し、複数のピン１４により位置決めする。また、伝熱板１２の上面には、半田箔６を載置しておく。

次に、図３に示すように、磁石１９をリードフレーム２の上に配置して付勢手段を機能させる。これにより、水平に支持されたリードフレーム２の下面に半田箔６を密着させて配置すると共に、半田箔６を伝熱板１２によりリードフレーム２へ向けて押圧する。すなわち、リードフレーム２の上に磁石１９を配置して磁性体１７からなる伝熱板１２に磁力を付与することにより、伝熱板１２をスプリング１６に抗してリードフレーム２へ向けて付勢するのである。

次に、「リフロー処理工程」では、上記のようにセッティングした治具１を、周知のリフロー半田付け装置（図示略）の中に投入する。この装置の中では、ハロゲンランプ２１（図５参照）が発する赤外線により治具１の伝熱板１２が加熱される。そして、伝熱板１２により押圧された半田箔６に伝熱板１２を介して熱を加えることにより、半田箔６を溶融させる。これにより、図４に矢印で示すように、溶融した半田６Ａを複数の通り孔２ｃを介してリードフレーム２の上面側へ向けて押し上げ、最終的には、図５に示すように、リードフレーム２とパワー半導体３との間に流動させて拡げる。

次に、「冷却処理工程」では、図５に示すように拡げられた半田６Ａを冷却することにより、パワー半導体３とリードフレーム２とを半田６Ａにより接合する。

その後、治具１から磁石１９とピン１４を取り外すことにより、図６に断面図により示すように、パワー半導体３を半田付けにより実装したリードフレーム２が得られる。この状態では、図６からも分かるように、リードフレーム２の各通り孔２ｃが、半田６Ａにより埋まったままとなっている。

上記したようにこの実施形態のダイボンド方法は、リードフレーム２に、その板厚方向に貫通する複数の通り孔２ｃを予め形成すると共に、その上面にバンプ７を予め形成しておく。そして、リードフレーム２の上面側にて、バンプ７に対しパワー半導体３をバンプ８により接続すると共に、リードフレーム２を水平に支持する。その後、水平に支持されたリードフレーム２の下面に半田箔６を密着させて配置すると共に、半田箔６を伝熱板１２によりリードフレーム２へ向けて押圧し、押圧された半田箔６に伝熱板１２を介して熱を加える。これにより、半田箔６を溶融させ、その溶融した半田６Ａを複数の通り孔２ｃを介してリードフレーム２の上面側へ押し上げてリードフレーム２とパワー半導体３との隙間９に流動させて拡げる。そして、拡げられた半田６Ａを冷やすことにより、パワー半導体３とリードフレーム２を半田６Ａにより接合するようにしている。

以上説明したこの実施形態のダイボンド方法によれば、リードフレーム２の下面に密着させて配置された半田箔６が、伝熱板１２によりリードフレーム２へ向けて押圧される。また、半田箔６に伝熱板１２を介して熱が加えられることにより、半田箔６が溶融し、その溶融した半田６Ａがリードフレーム２の複数の通り孔２ｃを介してリードフレーム２の上面側へ押し上げられ、リードフレーム２とパワー半導体３との隙間９に流動して拡がる。その後、拡げられた半田６Ａを冷やすことにより、パワー半導体３とリードフレーム２が半田６Ａにより接合される。従って、従来例とは異なり、バンプ８等の配置に整合した孔を予め半田箔６にあける必要がなく、孔のあいた半田箔をパワー半導体３とリードフレーム２との間に精密に配置する必要がない。このため、半田箔６の加工や配置に係り設備費をコストアップさせることなく、孔のない半田箔６を使用してパワー半導体３をリードフレーム２に対して好適に接合することができる。

ここで、治具１を設けることで、その分だけ初期設備費はアップするものの、治具１は汎用性があることから、各種電子部品のリフロー半田付けのために共通して使用することができる。このため、各種電子部品の違いに応じて半田箔に異なるパターンで毎回孔をあけるよりも、その後の経費を削減することができ、コストアップを抑えることができる。

この実施形態のダイボンド用治具１によれば、リードフレーム２がベースフレーム１１により水平に支持される。伝熱板１２の、リードフレーム２との対向面上に半田箔６が載置される。また、磁石１９を磁性体１７に近付けて付勢手段を機能させることにより、伝熱板１２がリードフレーム２へ向けて付勢され、半田箔６が伝熱板１２によりリードフレーム２へ向けて押圧され、これによってリードフレーム２の下面に半田箔６が密着して配置される。また、伝熱板１２に熱を加えることにより、伝熱板１２を介して半田箔６に熱が加えられる。このように、この実施形態の治具１によれば、上記したダイボンド方法に対して有効に使用することができる。また、この治具１によれば、付勢手段を構成する磁石１９をリードフレーム２に近付けることにより、伝熱板１２へ磁力が速やかに付与され、磁石１９をリードフレーム２から遠ざけることにより、伝熱板１２への磁力の付与が速やかに解除される。このため、伝熱板１２の上下動を容易に操作することができる。

また、この実施形態では、治具１を構成する伝熱板１２の上面に堤部１２ａが形成されるので、熱で溶融した半田６Ａが伝熱板１２の外へ流出することを未然に防止することができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記実施形態では、リードフレーム２の複数の通り孔２ｃを、上下方向に通直に形成したが、図７に断面図に示すように、各通り孔２ｃを、その内周面がリードフレーム２の上面側へ向けて広がるテーパをなすように形成してもよい。この場合、図７に矢印で示すように、各通り孔２ｃに入った溶融した半田が、リードフレーム２の上面側へ向けて流動し易くなる。このため、溶融した半田をリードフレーム２とパワー半導体との間へ流動し易くすることができる。

（２）前記実施形態では、リードフレーム２の複数の通り孔２ｃを、上下方向に通直に形成したが、図８に断面図に示すように、各通り孔２ｃを、その内周面がリードフレーム２の下面側へ向けて広がるテーパをなすように形成してもよい。この場合、図８に矢印で示すように、溶融して伝熱板１２により押し上げられる半田が各通り孔２ｃへ入り易くなる。このため、溶融した半田を各通り孔６へ速やかに流動させることができる。

（３）前記実施形態では、基板をリードフレーム２とし、電子部品をパワー半導体３としたが、リフロー半田付けに適用される基板や電子部品であれば、リードフレームやパワー半導体に限定されるものではない。

この発明は、基板に電子部品を実装するために使用されるリフロー半田付けの技術に適用可能である。

１ 治具
２ リードフレーム（基板）
２ｃ 通り孔
３ パワー半導体（電子部品）
６ 半田箔
６Ａ 溶融した半田
７ バンプ
８ バンプ
１１ ベースフレーム
１２ 伝熱板
１３ 空間
１７ 磁性体
１９ 磁石

Claims (5)

1. 基板に、その板厚方向に貫通する複数の通り孔を予め形成すると共に、その上面にバンプを予め形成しておき、
   前記基板の上面側にて、前記バンプに対し電子部品をバンプにより接続すると共に、前記基板を水平に支持し、
   前記水平に支持された基板の下面に半田箔を密着させて配置すると共に、前記半田箔を伝熱板により前記基板へ向けて押圧し、
   前記押圧された半田箔に前記伝熱板を介して熱を加えることにより、前記半田箔を溶融させ、その溶融した半田を前記複数の通り孔を介して前記基板の上面側へ押し上げて前記基板と前記電子部品との間に流動させて拡げ、
   前記拡げられた半田を冷やすことにより、前記電子部品と前記基板を前記半田により接合する
   ことを特徴とするダイボンド方法。
2. 請求項１に記載のダイボンド方法に使用されるダイボンド用治具であって、
   前記基板を水平に支持するためのベースフレームと、
   前記水平に支持された基板の下面に対向可能に配置されると共に、前記ベースフレームに対して移動可能に設けられ、前記基板との対向面上に前記半田箔が載置され、外部から熱が加えられる伝熱板と、
   前記伝熱板を、前記水平に支持された基板へ向けて付勢するための付勢手段と
   を備えたことを特徴とするダイボンド用治具。
3. 前記基板に形成される各通り孔は、その内周面が前記基板の上面側へ向けて広がるテーパをなすことを特徴とする請求項２に記載のダイボンド用治具。
4. 前記基板に形成される各通り孔は、その内周面が前記基板の下面側へ向けて広がるテーパをなすことを特徴とする請求項２に記載のダイボンド用治具。
5. 前記付勢手段は、前記伝熱板を構成する磁性体と、前記基板上に配置され、前記伝熱板に磁力を付与するための磁石とを含むことを特徴とする請求項２に記載のダイボンド用治具。

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