JP2014157859A - Solder sputtering suppression reflow method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだ付けの方法に関し、特に、はんだスパッタを効果的に抑制することができるリフロー法に関する。 The present invention relates to a soldering method, and more particularly to a reflow method capable of effectively suppressing solder sputtering.
伝統的なプリント回路基板から高性能のチップ組立まで、受動部品及び電子デバイスをプリント回路基板に実装するためのものであれ、電子チップの積層を形成するためのものであれ、電気信号を伝達するためには電子デバイスとキャリアとの間又はキャリア同士の接合部としてはんだを用いるのが、一般的な方法である。
軽量化され小型化された携帯電子機器の最近の傾向及び、ますます増加するチップの動作やチップの一体化や複雑化により、用いられる電子デバイス又は部品の大きさは、ますます小さくなり、はんだ付けのスポットのピッチもますます狭くなっている。望まないブリッジや汚染を引き起こすことが多いはんだリフロー工程において起こるはんだスパッタの長年の課題は、はんだ間のピッチ又は距離が狭くなっているためにますます深刻になっている。
From traditional printed circuit boards to high performance chip assemblies, whether to mount passive components and electronic devices on a printed circuit board or to form a stack of electronic chips, carry electrical signals For this purpose, it is a common method to use solder as a junction between the electronic device and the carrier or between the carriers.
Due to the recent trend of lighter and smaller portable electronic devices and the increasing chip operation and chip integration and complexity, the size of electronic devices or components used is becoming smaller and soldering The pitch of the spot is also getting narrower. The long-standing problem of solder spatter that occurs in the solder reflow process, which often causes unwanted bridging and contamination, is becoming increasingly serious due to the narrower pitch or distance between solders.
図１を参照すると、従来のリフロー法のフローチャートが示されている。図１に示したように、まず、キャリアを用意する（ステップＳ１０１）。
そして、はんだ付けされるはんだ付け可能な物体がキャリアに配置されるが、少なくとも１つのはんだ付け可能な物体がプリント工程、ディスペンシング工程、ピックアンドプレース工程又はめっき工程を通してキャリアに位置付けされる（ステップＳ１０２）。
そして、接合する部品を、はんだ付け可能な物体に位置付ける（ステップＳ１０３）。
或いは、部品に取り付けられた少なくとも１つのはんだ付け可能な物体を支持する部品を直接キャリアに配置する（ステップＳ１０４）。
その後、キャリアを常圧・高温のリフロー炉又は低圧・高温のリフロー炉に移動させ、はんだ付け可能な物体を加熱し融解させてキャリアに接着させるようにリフロー工程を実行する（ステップＳ１０５）。
ここで、「低圧」という語は、１気圧より低い圧力を言う。また、ここで用いたはんだ付け可能な物体は、一般に、スズ、銀、銅、金、インジウム、鉛、ビスマス及び亜鉛のうちの少なくとも１つからなる。また、ここで用いたキャリアは、プリント回路基板、基板、ウエハー、チップ、シリコーンインターポーザ及びパッケージのうちの少なくとも１つを言う。
Referring to FIG. 1, a flowchart of a conventional reflow method is shown. As shown in FIG. 1, first, a carrier is prepared (step S101).
A solderable object to be soldered is then placed on the carrier, but at least one solderable object is positioned on the carrier through a printing process, a dispensing process, a pick and place process or a plating process (step S102).
Then, the parts to be joined are positioned on the solderable object (step S103).
Alternatively, the component that supports at least one solderable object attached to the component is placed directly on the carrier (step S104).
Thereafter, the carrier is moved to a normal-pressure / high-temperature reflow furnace or a low-pressure / high-temperature reflow furnace, and a reflow process is performed so that the solderable object is heated and melted to adhere to the carrier (step S105).
Here, the term “low pressure” refers to a pressure lower than 1 atmosphere. The solderable object used here is generally made of at least one of tin, silver, copper, gold, indium, lead, bismuth and zinc. The carrier used here refers to at least one of a printed circuit board, a substrate, a wafer, a chip, a silicone interposer, and a package.
従来のリフロー工程には、予熱ゾーン、浸漬ゾーン、リフローゾーン及び冷却ゾーンが含まれる。はんだスパッタは、異なる種類のはんだを用いるために異なるゾーンにおいて起こることがある。例えば、はんだペーストは、予熱ゾーン、浸漬ゾーン及びリフローゾーンでスパッタが発生する傾向がある。一方、はんだボールは、リフローゾーンでスパッタが発生する傾向がある。
はんだスパッタは一般的に、溶剤の高温による気化や、はんだに含まれるはんだフラックスによって形成され適切に解放されない気体又は、高温で形成される気泡を含む高圧気泡又は、プリント工程においてはんだに含まれ適切に解放されない水分によって起こる。融解したはんだ又はまだ融解していない他のはんだビーズが押しつぶされ、はじけて外向きに飛び散り、汚染やはんだブリッジを起こす。
そのため、はんだスパッタの問題を改善するため、はんだに含まれる気体をリフロー工程で取り除かねばならない。そこで、リフロー炉の昇温率に関する処理の環境やパラメータ、リフロー前の材料の保持時間、周囲の湿度、プリント工程後のはんだの気泡の含有などについて、特定の制御がなされてきたが、はんだスパッタの問題を効果的に改善することは未だに不可能である。
Conventional reflow processes include a preheating zone, an immersion zone, a reflow zone, and a cooling zone. Solder spatter can occur in different zones due to the use of different types of solder. For example, solder paste tends to sputter in preheating zones, immersion zones and reflow zones. On the other hand, the solder ball tends to generate spatter in the reflow zone.
Solder sputtering is generally suitable for solder vaporization due to vaporization of solvent at high temperature, gas that is formed by solder flux contained in solder and not released properly, or high-pressure bubbles containing bubbles formed at high temperature, or solder in the printing process. Caused by moisture not being released into. Molten solder or other unmelted solder beads are crushed and splattered outwards, causing contamination and solder bridging.
Therefore, in order to improve the problem of solder sputtering, the gas contained in the solder must be removed by a reflow process. Therefore, specific control has been performed on the processing environment and parameters related to the temperature rise rate of the reflow furnace, the retention time of the material before reflow, the ambient humidity, the inclusion of solder bubbles after the printing process, etc. It is still impossible to improve this problem effectively.
現在、存在する気体又は抽出された気体を、真空を通して追放するために、低圧の真空環境においてリフロー工程を実行する真空リフロー炉が利用可能である。しかしながら、真空リフロー炉には、真空ゾーンの前後における加熱ゾーンの温度差、はんだが深刻に酸化された場合、はんだからの気体排出に明らかな効果がないことや、ユニットスループットの影響、過度に高額な施設費用など、未知の要素が存在する。産業界にとって、真空リフロー炉の利点は、多くの大量生産作業を通してまだ確認されていない。 Currently, vacuum reflow furnaces that perform the reflow process in a low pressure vacuum environment are available to expel the gas present or extracted gas through the vacuum. However, the vacuum reflow furnace has a temperature difference between the heating zone before and after the vacuum zone, and if the solder is severely oxidized, there is no obvious effect on the gas discharge from the solder, the influence of the unit throughput, excessively expensive There are unknown factors such as expensive facility costs. For industry, the benefits of vacuum reflow furnaces have not been confirmed through many mass production operations.
よって、本発明は、はんだスパッタを抑制する効果を実現するために、高圧環境の存在を利用して、はんだに存在する気体又ははんだから発生する気体を追放して、高い品質、高いスループット、低価格、大量生産を実現するリフロー法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to realize the effect of suppressing the solder sputtering, the present invention uses the existence of a high-pressure environment to expel the gas existing in the solder or the gas generated from the solder so that high quality, high throughput, low The purpose is to provide a reflow method that realizes price and mass production.
従来技術の問題を克服するために本発明において採用されたはんだスパッタ抑制リフロー法には、以下のステップが含まれる。
すなわち、（Ａ）キャリアを用意するステップと、（Ｂ）はんだ付け可能な物体を前記キャリアに配置するステップと、（Ｃ）前記キャリアを閉鎖されたチャンバに移動させて、高温・高圧のリフロー工程を実行して前記はんだ付け可能な物体を加熱し融解させて前記キャリアに接着させるステップとを含む。そして、前記高温・高圧のリフロー工程では、前記閉鎖されたチャンバの圧力は、１．３ａｔｍよりも高く設定され、温度は、セ氏４００度よりも低く設定される。
The solder sputter suppression reflow method employed in the present invention to overcome the problems of the prior art includes the following steps.
That is, (A) a step of preparing a carrier, (B) a step of placing a solderable object on the carrier, and (C) a reflow process of high temperature and high pressure by moving the carrier to a closed chamber. To heat and melt the solderable object to adhere to the carrier. In the high temperature / high pressure reflow process, the pressure of the closed chamber is set higher than 1.3 atm, and the temperature is set lower than 400 degrees Celsius.
本発明は、当業者であれば、以下の本発明の実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで理解できるものである。 The present invention can be understood by those skilled in the art by reading the following description of embodiments of the present invention in conjunction with the accompanying drawings.
特に図２を参照する。図２は、本発明の好適な実施形態に係るはんだスパッタ抑制リフロー法のフローチャートである。
図に示したように、リフロー法は、キャリアを用意する（ステップＳ２０１）ことから始まり、はんだ付けされるはんだ付け可能な物体をキャリアに配置し、好ましくは、プリンタを採用してはんだ付け可能な物体をキャリアにプリントする工程、ディスペンサを採用してはんだ付け可能な物体をキャリアにディスペンスする工程、ボール実装装置を採用してはんだ付け可能な物体をキャリアに実装する工程、又は、はんだ付け可能な物体のめっき装置ではんだ付け可能な物体をキャリアに配置し（ステップ２０２）、はんだ付け可能な物体に接合する部品を配置し（ステップＳ２０３）、或いは又は加えて、部品に取り付けられた少なくとも１つのはんだ付け可能な物体を支持する部品をキャリアに直接配置する（ステップＳ２０４）。
ここで、はんだ付け可能な物体は、スズ、銀、銅、金、インジウム、ビスマス及び亜鉛のうち望ましくは１つを含む組成を含み、キャリアを閉鎖されたチャンバに移動させて、はんだ付け可能な物体を融解させてキャリアに接着させるように高温・高圧のリフロー工程を実行する（ステップＳ２０５）。
With particular reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of a solder sputtering suppression reflow method according to a preferred embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the reflow method starts with preparing a carrier (step S201), placing a solderable object to be soldered on the carrier, and preferably using a printer for soldering. The process of printing an object on a carrier, the process of dispensing a solderable object on a carrier using a dispenser, the process of mounting a solderable object on a carrier using a ball mounting device, or solderable An object that can be soldered by an object plating apparatus is placed on the carrier (step 202), a part to be joined to the solderable object is placed (step S203), or in addition, at least one attached to the part The component that supports the solderable object is directly placed on the carrier (step S204).
Here, the solderable object includes a composition including preferably one of tin, silver, copper, gold, indium, bismuth and zinc, and the carrier is moved to a closed chamber to be solderable. A high-temperature and high-pressure reflow process is performed so that the object is melted and adhered to the carrier (step S205).
ステップＳ２０３において、はんだ付け可能な物体に配置した部品は、部品はんだがなくてもよい。或いは、部品は、キャリアの上のはんだ付け可能な物体に対応する少なくとも１つの部品はんだをその上に支持してもよい。
部品の部品はんだは、加熱され融解されて、ステップＳ２０５における高温・高圧のリフロー工程においてキャリア上のはんだ付け可能な物体に接着される。
In step S203, the component placed on the solderable object may not have component solder. Alternatively, the component may support thereon at least one component solder corresponding to a solderable object on the carrier.
The component solder of the component is heated and melted, and is bonded to the solderable object on the carrier in the high temperature / high pressure reflow process in step S205.
ここで、高温・高圧チャンバを独立した装置に設けてもよく、或いは、継続的な処理用のチャンバを提供するために、常圧・高温リフロー炉と一列に接続してもよい。 Here, the high temperature / high pressure chamber may be provided in an independent apparatus, or may be connected in line with a normal pressure / high temperature reflow furnace in order to provide a chamber for continuous processing.
チャンバが独立した装置に設けられている場合、チャンバは、少なくとも１つの開口部を備えるので、ユーザは、チャンバ内の温度及び圧力を設定することができる。気体の圧力源は、外部から供給された窒素などの不活性ガスである。高温・高圧のリフロー工程では、閉鎖されたチャンバは、圧力が１．３ａｔｍよりも高く、温度がセ氏４００度よりも低く設定されている。 If the chamber is provided in a separate device, the chamber comprises at least one opening so that the user can set the temperature and pressure in the chamber. The gas pressure source is an inert gas such as nitrogen supplied from the outside. In the high temperature / high pressure reflow process, the closed chamber is set to a pressure higher than 1.3 atm and a temperature lower than 400 degrees Celsius.
リフロー工程を実行するために、そこに配置されたはんだ付け可能な物体を有するキャリアをチャンバ内に置き、全ての開口部が閉鎖されたチャンバを形成する。チャンバ内の所望の内部温度及び圧力、時間に従って設定及び実行が行われ、リフロー工程が終了した後、気体の圧力を解放し、チャンバの温度を低下させて、はんだ付けが完成したキャリアの除去が最終的に可能となる。 To perform the reflow process, a carrier having a solderable object disposed thereon is placed in the chamber to form a chamber with all openings closed. After the reflow process is completed and set according to the desired internal temperature and pressure and time in the chamber, the pressure of the gas is released, the temperature of the chamber is lowered, and the removal of the soldered carrier is completed. Finally possible.
リフロー炉が従来の常圧・高温リフロー炉に一列に接続されて連続的チャンバを形成している場合、高温・高圧のチャンバは、少なくとも１つの開口部を有するので、ユーザが、はんだ付けされるキャリアを高温・高圧チャンバの内部に配置することを可能とする。
そして、開口部は閉じられ、所望の温度、圧力、時間で、設定及び実行が行われる。リフロー工程が完了すると、気体の圧力が解放され、開口部が開かれ、以降の工程が実行される。
If the reflow furnace is connected in a row to a conventional atmospheric / high temperature reflow furnace to form a continuous chamber, the high temperature / high pressure chamber has at least one opening so that the user is soldered The carrier can be placed inside the high temperature / high pressure chamber.
Then, the opening is closed, and setting and execution are performed at a desired temperature, pressure, and time. When the reflow process is completed, the gas pressure is released, the opening is opened, and the subsequent processes are executed.
本発明に係るはんだスパッタ抑制リフロー法は、高密度の気体圧力を加えるためのものであり、均一温度及び均質性を実現しやすいので、はんだ付け可能な物体の溶剤又はフラックスは、高温で気化する時に適切に解放される。
また、加えられた周囲の高圧によって、融解した低粘度の状態において、はんだ付け可能な物体を、派生物である低圧の気泡又は既存の気泡に侵入させて、気泡を内から外へと押し出すことを可能とする。
ここで、はんだ付け可能な物体は、外部から内部に向けて空洞に満たされるが、これは、気泡をはんだ付け可能な物体の内部から外側へと解放する又は取り出すために常圧又は真空で行われる従来の方法とは異なる。外部の高圧環境をはんだ付け可能な物体に供給することにより、圧力差が大きくなり、改善された脱泡結果を得ることができる。異なる気体を解放するためのメカニズムによって、はんだスパッタ問題がなくなる。
The solder sputtering suppression reflow method according to the present invention is for applying a high-density gas pressure, and it is easy to achieve uniform temperature and homogeneity. Therefore, the solvent or flux of the solderable object is vaporized at high temperature. Sometimes released properly.
Also, by applying the high ambient pressure, in the melted low viscosity state, the solderable object is allowed to enter the low-pressure bubble or existing bubble that is a derivative, and the bubble is pushed out from the inside. Is possible.
Here, the solderable object is filled into the cavity from the outside to the inside, which is carried out at normal pressure or vacuum to release or remove the bubbles from the inside to the outside of the solderable object. This is different from the conventional method. By supplying an external high pressure environment to the solderable object, the pressure differential is increased and improved defoaming results can be obtained. The mechanism for releasing different gases eliminates solder spatter problems.
さらに、はんだスパッタ抑制リフロー法によると、高圧環境の適用を、閉鎖された昇圧可能な高温炉に提供し、ここで、高密度の気体を含む閉鎖された炉の内部に熱対流が加わる。
従来の開放型リフロー炉と比較すると、本発明は、酸化防止のために用いられる窒素の量を効果的に低減することができる。
また、閉鎖型真空リフロー炉と比較すると、本発明は、広い範囲のはんだに対して優れた温度の均質性を実現することができるとともに、リフローのバッチ処理を可能とする。
その結果、本発明のリフロー法は、高い品質、高いスループット、低価格及び大量生産の目的を効果的に実現することができる。
Furthermore, the solder sputter suppression reflow method provides the application of a high pressure environment to a closed boostable high temperature furnace where thermal convection is applied inside the closed furnace containing a dense gas.
Compared with a conventional open reflow furnace, the present invention can effectively reduce the amount of nitrogen used for oxidation prevention.
In addition, compared with a closed-type vacuum reflow furnace, the present invention can realize excellent temperature homogeneity over a wide range of solders and enables reflow batch processing.
As a result, the reflow method of the present invention can effectively realize the objectives of high quality, high throughput, low cost and mass production.
本発明について、好適な実施形態を参照して説明してきたが、添付の請求項の範囲によって定義されるように、意図された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を行ってよいことが当業者には明らかである。 Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, various modifications and changes can be made without departing from the intended scope of the invention as defined by the appended claims. It will be clear to those skilled in the art.
Claims (18)
（Ｂ）前記キャリアに少なくとも１つのはんだ付け可能な物体を配置するステップと、
（Ｃ）前記キャリアを閉鎖されたチャンバに移動させ、高温・高圧のリフロー工程を実行して、前記はんだ付け可能な物体を加熱し融解させて前記キャリアに接着させるステップと、を含むことを特徴とする、
はんだスパッタ抑制リフロー法。 (A) preparing a carrier;
(B) placing at least one solderable object on the carrier;
(C) moving the carrier to a closed chamber and performing a high temperature, high pressure reflow process to heat and melt the solderable object to adhere to the carrier. And
Solder spatter suppression reflow method.
（Ｂ）前記キャリアに少なくとも１つのはんだ付け可能な物体を支持する部品を配置するステップと、
（Ｃ）前記キャリアを閉鎖されたチャンバに移動させ、高温・高圧のリフロー工程を実行して、前記部品の前記はんだ付け可能な物体を加熱し融解させて前記キャリアに接着させるステップと、を含むことを特徴とする、
はんだスパッタ抑制リフロー法。 (A) preparing a carrier;
(B) placing a component supporting at least one solderable object on the carrier;
(C) moving the carrier to a closed chamber and performing a high temperature, high pressure reflow process to heat and melt the solderable object of the part to adhere to the carrier. It is characterized by
Solder spatter suppression reflow method.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140605 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140916 |