JP2015186810A

JP2015186810A - Solder joint method, production method of ld module and solder joint device

Info

Publication number: JP2015186810A
Application number: JP2014064290A
Authority: JP
Inventors: 玄人吉野; Kurodo Yoshino; 真一阪本; Shinichi Sakamoto
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize solder jointing capable of efficiently discharging bubbles contained in a solder without needing the processing of the solder to be a specific configuration.SOLUTION: A solder joint method includes: an arrangement step arranging a solid solder 130 at the center of the joining surface 110A of a submount 110; a heating step melting the solder 130 to be a crest shape by heating the submount 110 so that the temperature of an outer peripheral side region is higher than that of a center side region on the joining surface 110A; and a pressing step pressing a semiconductor element 120 to the joining surface 110A in a state of melting the solder 130 to be the crest shape.

Description

本発明は、はんだ接合方法、ＬＤモジュールの製造方法、および、はんだ接合装置に関する。 The present invention relates to a solder joining method, an LD module manufacturing method, and a solder joining apparatus.

従来、２つの部材（例えば、半導体素子とサブマウント）同士を接合するための手段として、はんだ接合が利用されている。はんだ接合では、２つの部材の間に配置された固形状のはんだを加熱して、当該はんだを溶融することにより、上記２つの部材の間において、当該はんだを広範囲に濡れ広げさせることができる。これにより、上記２つの部材の接合強度を高めることが可能となる。 Conventionally, solder bonding is used as a means for bonding two members (for example, a semiconductor element and a submount). In solder bonding, the solid solder disposed between two members is heated to melt the solder, whereby the solder can be spread over a wide range between the two members. This makes it possible to increase the bonding strength between the two members.

このようなはんだ接合においては、はんだに含まれている気体がボイドとなってはんだ内に残留する場合がある。はんだ内に残留するボイドの量が多いほど、はんだの接合強度、熱伝導性、及び放熱性が低下することとなる。例えば、半導体素子とサブマウントとの接合に用いられるはんだにボイドが残留していると、半導体素子にて発生した熱がはんだを介してサブマウントに伝導し難くなり、放熱性能が低下することとなる。このような問題を解決するため、従来、はんだ接合時に、はんだに含まれている気泡を効率的に排出することを目的とした技術が考案されている。 In such solder joining, the gas contained in the solder may become a void and remain in the solder. The greater the amount of voids remaining in the solder, the lower the solder joint strength, thermal conductivity, and heat dissipation. For example, if voids remain in the solder used for joining the semiconductor element and the submount, the heat generated in the semiconductor element is difficult to conduct to the submount via the solder, and the heat dissipation performance is reduced. Become. In order to solve such a problem, conventionally, a technique has been devised for efficiently discharging bubbles contained in solder during solder joining.

例えば、下記特許文献１には、中央部が細く、且つ、中央部から両側に向けて徐々に太くなる鼓形状となるように、クリームはんだにくびれ部を形成する技術が開示されている。そして、下記特許文献１には、このような形状のクリームはんだを用いて、サーマルパットと電極とを互いに接合することにより、はんだの溶融が進行する過程において、はんだ内部に残留するボイドを上記くびれ部に集めながら外部に放出することができるとされている。 For example, Patent Document 1 below discloses a technique for forming a constricted portion in cream solder so that the central portion is thin and the drum shape gradually increases from the central portion toward both sides. In Patent Document 1 below, by using cream solder having such a shape, the thermal pad and the electrode are joined to each other, so that voids remaining in the solder are constricted in the process of melting the solder. It is said that it can be discharged to the outside while being collected in a part.

また、下記特許文献２には、基材の両面にはんだ材を積層することによってクラッド材を形成した後、当該クラッド材をプレス成型することによって、当該クラッド材の小片を形成し、さらに、当該小片における上記はんだを加熱溶融および冷却固化することにより、半田クラッド片を製造する方法が開示されている。当該方法によれば、凹状となっていた上記半田の表面を、加熱溶融および冷却固化することにより、平坦または凸状とし、これにより、ボイドの発生原因となる閉じた空間が形成されることを抑制できるとされている。 In Patent Document 2 below, after forming a clad material by laminating solder materials on both surfaces of a base material, the clad material is press-molded to form a small piece of the clad material, A method of manufacturing a solder clad piece by heating and melting and cooling and solidifying the solder in a small piece is disclosed. According to the method, the surface of the solder that has been concave is heated or melted and cooled and solidified to be flat or convex, thereby forming a closed space that causes voids. It can be suppressed.

特開２０１０−２０５７５６号公報（２０１０年９月１６日公開）JP 2010-205756 A (released on September 16, 2010) 特開２００５−７４１２号公報（２００５年１月１３日公開）Japanese Patent Laying-Open No. 2005-7412 (released on January 13, 2005)

しかしながら、上記特許文献１の技術では、クリームはんだに予めくびれ部を形成しておく必要があるため、コストの増加を招来する虞がある。また、上記特許文献２の技術では、クラッド片を製造するための多くの作業工程が必要なため、コストの増加を招来する虞がある。特に、上記特許文献１の技術では、くびれ部を有する形状にはんだを成形するために、フラックスを含有するクリームはんだを用いる必要がある。このため、ノンフラックスのはんだを用いたはんだ接合を行う場合（例えば、レーザダイオードをはんだ接合する場合）には、当該技術を適用することができない。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to form a constricted portion in advance in the cream solder, which may increase the cost. Moreover, since the technique of the said patent document 2 requires many working processes for manufacturing a clad piece, there exists a possibility of causing the increase in cost. In particular, in the technique of Patent Document 1 described above, it is necessary to use cream solder containing flux in order to form solder into a shape having a constricted portion. For this reason, the technique cannot be applied when performing solder bonding using non-flux solder (for example, when laser diodes are soldered).

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、はんだを特殊な形状に加工しておく必要なく、はんだに含まれている気泡を効率的に排出することが可能なはんだ接合を実現することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to efficiently discharge bubbles contained in the solder without the need to process the solder into a special shape. It is to realize a proper solder joint.

上述した課題を解決するため、本発明に係るはんだ接合方法は、第１の部材の接合面の中央に、固形状のはんだを配置する配置工程と、前記接合面において、その中心側の領域の温度よりも、その外周側の領域の温度が高くなるように、前記第１の部材を加熱することにより、前記はんだを山型に溶融する加熱工程と、前記はんだが山型に溶融した状態において、前記接合面に対し、第２の部材を押し付ける押付工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a solder joining method according to the present invention includes a placement step of placing solid solder at the center of the joint surface of the first member, and a region on the center side of the joint surface. A heating step of melting the solder into chevron by heating the first member so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature; and in a state in which the solder is melted into chevron And a pressing step of pressing the second member against the joint surface.

上記はんだ接合方法によれば、上記のとおりはんだを加熱することにより、はんだを山型に溶融することができる。このため、はんだを予め特別な形状に成形しておく必要はなく、一般的な形状（例えば、四角柱形状、円柱形状等）のはんだをそのまま用いることができる。したがって、コストの増加を招来する虞はない。特に、上記はんだ接合方法によれば、はんだの中央に、山型の頂上を形成することができる。 According to the solder joining method, the solder can be melted in a mountain shape by heating the solder as described above. For this reason, it is not necessary to shape the solder in a special shape in advance, and a solder having a general shape (for example, a quadrangular prism shape, a cylindrical shape, etc.) can be used as it is. Therefore, there is no risk of increasing the cost. In particular, according to the solder joining method, a mountain-shaped top can be formed at the center of the solder.

また、上記はんだ接合方法によれば、はんだが山型をなしている状態で、第１の部材および第２の部材を互いに押し付けるため、第１の部材と第２の部材との間ではんだが押し潰される過程において、山型のはんだの中央に形成された頂上部分の径が徐々に拡大するように、はんだをその外周方向に流動させることができ、それに伴って、はんだに残留している気泡を、外部へ放出することができる。したがって、はんだに含まれている気泡を効率的に排出することができる。 Further, according to the solder joining method, the solder is pressed between the first member and the second member in order to press the first member and the second member against each other in a state where the solder forms a mountain shape. In the process of being crushed, the solder can flow in the outer peripheral direction so that the diameter of the top portion formed at the center of the chevron-shaped solder gradually expands, and accordingly, remains in the solder. Air bubbles can be discharged to the outside. Therefore, bubbles contained in the solder can be efficiently discharged.

さらに、上記はんだ接合方法によれば、はんだの接触面の面積を、比較的小さくすることができるため、ボイドの発生を抑制することができる。はんだの接触面と、部材の接合面との間に隙間が生じた場合、当該隙間内の空気を逃がすことができず、当該空気がはんだ内に残留してしまう場合がある。はんだの接触面の面積が小さいほど、上記隙間が発生する可能性が減少する。したがって、上記はんだ接合方法によれば、ボイドの発生を抑制することができる。 Furthermore, according to the solder joining method, since the area of the contact surface of the solder can be made relatively small, generation of voids can be suppressed. When a gap is generated between the contact surface of the solder and the joint surface of the member, the air in the gap cannot be released and the air may remain in the solder. As the area of the contact surface of the solder is smaller, the possibility that the gap is generated is reduced. Therefore, according to the solder joining method, generation of voids can be suppressed.

上記はんだ接合方法において、前記加熱工程では、前記接合面において、前記中心側の領域の温度よりも前記外周側の領域の温度が高くなるように、前記第１の部材の外周縁部に沿って、前記第１の部材を加熱することが好ましい。 In the solder bonding method, in the heating step, along the outer peripheral edge portion of the first member, in the bonding surface, the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region. It is preferable to heat the first member.

上記構成によれば、上記第１の部材の外周側の領域から、上記第１の部材の中心側の領域に向けて、線型的に温度が変化するように、上記第１の部材を加熱することができる。これにより、上記第１の部材上に載置されたはんだを、なだらかな斜面を有する山型に溶融することができる。はんだをこのような山型とすることで、上記押付工程において当該はんだが不自然な形状に押しつぶされることを防止し、結果的に、気泡を効率的に排出することが可能となる。 According to the above configuration, the first member is heated so that the temperature changes linearly from the outer peripheral region of the first member toward the central region of the first member. be able to. Thereby, the solder placed on the first member can be melted into a mountain shape having a gentle slope. By making the solder into such a mountain shape, it is possible to prevent the solder from being crushed into an unnatural shape in the pressing step, and as a result, it is possible to efficiently discharge bubbles.

上記はんだ接合方法において、前記押付工程では、前記接合面に対し、予め加熱された前記第２の部材を押し付けることが好ましい。 In the solder bonding method, it is preferable that in the pressing step, the second member heated in advance is pressed against the bonding surface.

上記構成によれば、はんだに第２の部材が接触したときに、はんだが冷却されてしまうことを防止することができる。はんだの上記冷却は、はんだを固化させてしまい、はんだ内に気泡を生じさせてしまう虞がある。したがって、第２の部材を予め加熱しておくことで、はんだ内における気泡の発生を抑制することができる。 According to the above configuration, it is possible to prevent the solder from being cooled when the second member comes into contact with the solder. The above cooling of the solder may solidify the solder and cause bubbles in the solder. Therefore, generation of bubbles in the solder can be suppressed by heating the second member in advance.

上記はんだ接合方法において、前記固形状のはんだは、前記第２の部材の接合面と接触する接触面の面積が、前記第２の部材の接合面の面積の０．１０〜０．３０倍であることが好ましい。 In the solder bonding method, the solid solder has a contact surface area in contact with the bonding surface of the second member of 0.10 to 0.30 times the area of the bonding surface of the second member. Preferably there is.

上記構成によれば、より効率的に、はんだに含まれている気泡を排出できることが、発明者らの知見により明らかである。 According to the knowledge of the inventors, it is clear that according to the above configuration, bubbles contained in the solder can be discharged more efficiently.

上記はんだ接合方法において、前記固形状のはんだは、前記第２の部材の接合面と接触する接触面の各辺の長さが、当該辺と平行な、前記第２の部材の接合面の辺の長さの０．３０〜０．６０倍であることが好ましい。 In the solder joining method, the solid solder is a side of the joint surface of the second member, wherein the length of each side of the contact surface that contacts the joint surface of the second member is parallel to the side. It is preferable that it is 0.30-0.60 times the length of.

上記はんだ接合方法において、前記固形状のはんだは、厚さが１５０〜３００μｍであることが好ましい。 In the solder joining method, the solid solder preferably has a thickness of 150 to 300 μm.

上記はんだ接合方法において、前記加熱工程では、前記第１の部材の加熱時間を８〜２０秒とすることが好ましい。 In the soldering method, in the heating step, it is preferable that the heating time of the first member is 8 to 20 seconds.

上記構成によれば、より効率的に、はんだに含まれている気泡を排出できることが、発明者らの知見により明らかである。なお、上記「加熱時間」とは、上記第１の部材を加熱したまま待機した時間を意味する「待機時間」と表現することもできる。 According to the knowledge of the inventors, it is clear that according to the above configuration, bubbles contained in the solder can be discharged more efficiently. The “heating time” can also be expressed as a “waiting time” that means a time during which the first member is kept waiting while being heated.

上記はんだ接合方法において、前記加熱工程では、前記接合面において、前記外周側の領域の温度が、前記中心側の領域の温度よりも５〜２０℃高い温度となるように、前記第１の部材を加熱することが好ましい。 In the solder bonding method, in the heating step, the first member is configured such that, in the bonding surface, the temperature of the outer peripheral region is higher by 5 to 20 ° C. than the temperature of the central region. Is preferably heated.

上記はんだ接合方法において、前記加熱工程では、前記接合面において、前記中心側の領域の温度および前記外周側の領域の温度が、いずれも前記はんだの融点よりも４０〜６０℃高い温度となるように、前記第１の部材を加熱することが好ましい。 In the solder bonding method, in the heating step, the temperature of the central region and the temperature of the outer peripheral region are both 40 to 60 ° C. higher than the melting point of the solder in the bonding surface. In addition, it is preferable to heat the first member.

上記はんだ接合方法において、前記加熱工程では、前記接合面において、前記中心側の領域と前記外周側の領域との単位距離あたりの温度変化が、２．５℃／ｍｍよりも大きくなるように、前記第１の部材を加熱することが好ましい。 In the solder bonding method, in the heating step, a temperature change per unit distance between the central region and the outer peripheral region is larger than 2.5 ° C./mm in the bonding surface. It is preferable to heat the first member.

本発明に係るＬＤモジュールの製造方法は、上記はんだ接合方法において、ＬＤモジュールを構成する前記第２の部材を、前記ＬＤモジュールを構成する前記第１の部材に接合する接合工程を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing an LD module according to the present invention includes a joining step of joining the second member constituting the LD module to the first member constituting the LD module in the solder joining method. And

上記ＬＤモジュールの製造方法によれば、上記はんだ接合方法と同様の効果を奏することができる。 According to the manufacturing method of the LD module, the same effect as the soldering method can be obtained.

本発明に係るはんだ接合装置は、第１の部材の接合面の中央に、固形状のはんだを配置する配置手段と、前記接合面において、その中心側の領域の温度よりも、その外周側の領域の温度が高くなるように、前記第１の部材を加熱することにより、前記はんだを山型に溶融する加熱手段と、前記はんだが山型に溶融した状態において、前記接合面に対し、第２の部材を押し付ける押付手段とを備えることを特徴とする。 The solder bonding apparatus according to the present invention includes a disposing means for disposing solid solder at the center of the bonding surface of the first member, and the outer surface of the bonding surface is closer to the outer side than the temperature of the central region. By heating the first member so that the temperature of the region becomes high, a heating means for melting the solder into a chevron, and in a state where the solder is melted into a chevron, And pressing means for pressing the two members.

上記はんだ接合装置によれば、上記はんだ接合方法と同様の効果を奏することができる。 According to the solder bonding apparatus, the same effects as the solder bonding method can be achieved.

本発明によれば、はんだを特殊な形状（例えば、上記特許文献１に開示されているくびれ形状、上記特許文献２に開示されている凸形状、等）に加工しておく必要なく、はんだに含まれている気泡を効率的に排出することが可能なはんだ接合を実現することができる。 According to the present invention, it is not necessary to process the solder into a special shape (for example, the constricted shape disclosed in Patent Document 1 or the convex shape disclosed in Patent Document 2), and the solder can be used. Solder joint capable of efficiently discharging the contained bubbles can be realized.

本発明の実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of LD module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the soldering method which concerns on embodiment of this invention. 図２に示す手順により、本発明の実施形態に係る積層構造体が製造される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the laminated structure which concerns on embodiment of this invention is manufactured by the procedure shown in FIG. 本発明の実施形態に係るはんだ接合装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the soldering apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の実施例１〜１１において適用した各条件を示す。Each condition applied in Examples 1-11 of the soldering method which concerns on embodiment of this invention is shown. 実施例１〜１１の積層構造体を、上方から見たときの平面図であり、各構成部材の配置位置を示している。It is a top view when the laminated structure of Examples 1-11 is seen from the upper part, and has shown the arrangement position of each constituent member. 本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の参考例１〜１４において適用した各条件を示す。Each condition applied in the reference examples 1-14 of the soldering method which concerns on embodiment of this invention is shown.

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る積層構造体について説明する。以下に説明する実施形態では、サブマウント（本発明に係る第１の部材の一例）の表面上に、半導体素子（本発明に係る第２の部材の一例）をはんだ接合することにより、ＬＤモジュールの一部をなす積層構造体を製造する例を説明する。但し、これに限らず、本発明は、様々な部材同士のはんだ接合に適用可能である。 Hereinafter, a laminated structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiment described below, a semiconductor element (an example of a second member according to the present invention) is solder-bonded onto the surface of a submount (an example of a first member according to the present invention), thereby forming an LD module. The example which manufactures the laminated structure which makes a part of will be described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to solder joining between various members.

〔積層構造体１００の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る積層構造体１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る積層構造体１００の構成を示す側面図である。積層構造体１００は、互いに積層されたサブマウント１１０（第１の部材）および半導体素子１２０（第２の部材）を備えている。サブマウント１１０および半導体素子１２０は、いずれも平板状の部材である。 [Configuration of Laminated Structure 100]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the laminated structure 100 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a side view showing a configuration of a laminated structure 100 according to an embodiment of the present invention. The stacked structure 100 includes a submount 110 (first member) and a semiconductor element 120 (second member) stacked on each other. Both the submount 110 and the semiconductor element 120 are flat members.

サブマウント１１０および半導体素子１２０は、これら２つの部材の間に介在するはんだ１３０によって、互いにはんだ接合されている。すなわち、当該はんだ接合により、半導体素子１２０が、サブマウント１１０の表面上に固着されているといえる。上記はんだ接合のため、サブマウント１１０の接合面１１０Ａ（図３参照）は、上記はんだ１３０との親和性の高い材料（例えば、銅）によって形成されている。同様に、半導体素子１２０の接合面１２０Ａ（図３参照）は、上記はんだ１３０との親和性の高い材料（例えば、銅）によって形成されている。 The submount 110 and the semiconductor element 120 are soldered to each other by solder 130 interposed between these two members. That is, it can be said that the semiconductor element 120 is fixed on the surface of the submount 110 by the solder bonding. For the solder joint, the joint surface 110A (see FIG. 3) of the submount 110 is formed of a material (for example, copper) having a high affinity with the solder 130. Similarly, the bonding surface 120A (see FIG. 3) of the semiconductor element 120 is formed of a material having high affinity with the solder 130 (for example, copper).

積層構造体１００は、ＬＤモジュール（図示省略）の一部を構成するものである。上記ＬＤモジュールは、サブマウント１１０の表面上に実装された半導体素子１２０に駆動電流が供給されることにより、当該半導体素子１２０からレーザ光を出射する光源装置である。ＬＤモジュールを製造する際には、図１に示す積層構造体１００に対し、さらにボンディングワイヤ等の他の構成部材（図示省略）が設けられる。上記ＬＤモジュールの具体的な構成については、従来から知られている構成を用いることができるため、説明を省略する。以降では、図１に示す積層構造体１００をはんだ接合する際のはんだ接合方法について、詳細に説明する。 The laminated structure 100 constitutes a part of an LD module (not shown). The LD module is a light source device that emits laser light from the semiconductor element 120 when a drive current is supplied to the semiconductor element 120 mounted on the surface of the submount 110. When manufacturing the LD module, other structural members (not shown) such as bonding wires are further provided to the laminated structure 100 shown in FIG. The specific configuration of the LD module can be a conventionally known configuration and will not be described. Hereinafter, a solder joining method when soldering the laminated structure 100 shown in FIG. 1 will be described in detail.

なお、以下に説明するはんだ接合方法は、ＬＤモジュールを構成する半導体素子１２０（第２の部材）を、上記ＬＤモジュールを構成するサブマウント１１０（第１の部材）に接合する接合工程として、上記ＬＤモジュールの製造方法に組み込まれ得る。 The solder joining method described below is performed as a joining step for joining the semiconductor element 120 (second member) constituting the LD module to the submount 110 (first member) constituting the LD module. It can be incorporated into the manufacturing method of the LD module.

〔はんだ接合方法〕
次に、図２および図３を参照して、本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の手順について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の手順を示すフローチャートである。図３は、図２に示す手順により、本発明の実施形態に係る積層構造体１００が製造される様子を示す図である。図３においては、図中下側（ｚ軸負側）を、重力方向における下側とし、図中上側（ｚ軸正側）を、重力方向における上側とする。 [Soldering method]
Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the procedure of the soldering method according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the soldering method according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the laminated structure 100 according to the embodiment of the present invention is manufactured by the procedure shown in FIG. In FIG. 3, the lower side (z-axis negative side) in the figure is the lower side in the gravity direction, and the upper side (z-axis positive side) in the figure is the upper side in the gravity direction.

（ステップＳ２０２：配置工程）
まず、加熱ヒーター１５０の表面上に、サブマウント１１０を配置する。そして、サブマウント１１０の接合面１１０Ａに、固形状のはんだ１３０を配置する。特に、本配置工程では、図３（ａ）に示すように、サブマウント１１０の接合面１１０Ａの中央に、固形状のはんだ１３０を配置する。すなわち、基準軸Ｘと同軸上に、サブマウント１１０の接合面１１０Ａの中心と、はんだ１３０の中心とが位置するように、両者を配置する。これにより、後述する加熱工程において、サブマウントの接合面１１０Ａ上において、はんだ１３０を、上記接合面１１０Ａの中央（すなわち、基準軸Ｘ）から、上記接合面１１０Ａの外周側（すなわち、基準軸Ｘの周囲）に向かって、各方向に濡れ広げさせることができる。その結果、図３（ｂ）に示すように、はんだ１３０を、（１）その中心側の領域に頂上を有し、且つ、（２）その中心側の領域からその外周側の領域に向かって徐々に標高が低くなるように、山型（凸形状）に溶融することができる。このように、はんだ１３０を山型に溶融することで、はんだ１３０が押し潰されたときに、はんだ１３０の周囲の全方向に向けて、はんだ１３０を流動させることができる。このため、はんだ１３０内に在留している気泡を、はんだ１３０の周囲の全方向へ放出することができる。したがって、はんだ１３０に残留する気泡を、効率的に排出することができる。例えば、上記固形状のはんだ１３０には、四角柱形状のものが用いられる。但し、これに限らず、上記固形状のはんだ１３０には、例えば、円柱形状のものを用いてもよい。 (Step S202: Arrangement process)
First, the submount 110 is disposed on the surface of the heater 150. Then, a solid solder 130 is disposed on the joint surface 110 </ b> A of the submount 110. In particular, in this arrangement step, as shown in FIG. 3A, the solid solder 130 is arranged at the center of the joint surface 110 </ b> A of the submount 110. That is, both are arranged so that the center of the joint surface 110A of the submount 110 and the center of the solder 130 are positioned on the same axis as the reference axis X. Thereby, in the heating process described later, the solder 130 is moved from the center of the joining surface 110A (ie, the reference axis X) to the outer peripheral side (ie, the reference axis X) of the joining surface 110A on the joining surface 110A of the submount. Can be spread out in each direction. As a result, as shown in FIG. 3B, the solder 130 has (1) a top in the central region, and (2) from the central region toward the outer peripheral region. It can be melted into a mountain shape (convex shape) so that the altitude is gradually lowered. In this manner, by melting the solder 130 in a chevron shape, the solder 130 can flow in all directions around the solder 130 when the solder 130 is crushed. For this reason, the bubbles staying in the solder 130 can be discharged in all directions around the solder 130. Therefore, bubbles remaining in the solder 130 can be efficiently discharged. For example, the solid solder 130 is a quadrangular prism. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a cylindrical solder may be used as the solid solder 130.

特に、上記固形状のはんだ１３０には、上記サブマウント１１０の接合面１１０Ａと上記半導体素子１２０の接合面１２０Ａとが互いに押し付けられたとき（すなわち、はんだ１３０が所定の厚さまで押し潰されたとき）に、上記サブマウント１１０の接合面１１０Ａおよび上記半導体素子１２０の接合面１２０Ａのうち、少なくとも一方の接合面（ここでは、上記半導体素子１２０の接合面１２０Ａ）の全面を覆うことが可能な体積を有するものを用いることが好ましい。これにより、接触面の面積が比較的小さいはんだ１３０を用いつつ、上記２つの部材同士の接合強度を十分に高めることができる。 In particular, when the joint surface 110A of the submount 110 and the joint surface 120A of the semiconductor element 120 are pressed against the solid solder 130 (that is, when the solder 130 is crushed to a predetermined thickness). ), A volume capable of covering at least one of the bonding surface 110A of the submount 110 and the bonding surface 120A of the semiconductor element 120 (here, the bonding surface 120A of the semiconductor element 120). It is preferable to use one having Thereby, the joint strength between the two members can be sufficiently increased while using the solder 130 having a relatively small area of the contact surface.

（ステップＳ２０４：加熱工程）
次に、はんだ１３０を加熱することにより、当該はんだ１３０を溶融する。本加熱工程では、加熱ヒーター１５０によってサブマウント１１０を加熱することにより、間接的に、はんだ１３０を加熱および溶融する。特に、図３（ｂ）に示すように、サブマウント１１０の接合面において、その中心側の領域の温度よりも、その外周側の領域の温度が高くなるように、サブマウント１１０を加熱する。これにより、上記外周側の領域では、上記中心側の領域に比べて、はんだ１３０が濡れ広がりやすくなる。その結果、はんだ１３０は、前記サブマウント１１０からの熱により、図３（ｂ）に示すように、（１）上記中心側の領域に頂上を有し、且つ、（２）上記中心側の領域から上記外周側の領域に向かって徐々に標高が低くなるように、山型に溶融する。 (Step S204: heating step)
Next, the solder 130 is melted by heating the solder 130. In the main heating step, the submount 110 is heated by the heater 150 to indirectly heat and melt the solder 130. In particular, as shown in FIG. 3B, the submount 110 is heated so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region on the bonding surface of the submount 110. As a result, the solder 130 is more likely to spread in the outer peripheral region than in the central region. As a result, as shown in FIG. 3B, the solder 130 has a top in the central region, and (2) the central region due to heat from the submount 110. From the outer periphery to the region on the outer peripheral side so that the altitude is gradually lowered.

なお、本加熱工程では、はんだ１３０をその下部から加熱した状態で、はんだ１３０が上記山型をなすまで待機する。例えば、上記のとおり加熱した状態で、予め定められた時間待機することにより、はんだ１３０を上記山型に溶融し、その後、次の押付工程へ進む。または、上記のとおり加熱した状態で、はんだ１３０の形状をモニタし、はんだ１３０が上記山型に溶融したことを確認した時点で、次の押付工程へ進んでもよい。 In this heating step, the process waits until the solder 130 forms the above-described mountain shape with the solder 130 heated from below. For example, the solder 130 is melted into the chevron by waiting for a predetermined time in the heated state as described above, and then proceeds to the next pressing step. Alternatively, the shape of the solder 130 may be monitored while being heated as described above, and the process may proceed to the next pressing step when it is confirmed that the solder 130 has melted into the chevron.

（ステップＳ２０６：押付工程）
次に、上記サブマウント１１０の接合面に対し、上記半導体素子１２０を押し付ける。具体的には、上記サブマウント１１０の接合面上において、上記はんだ１３０が上記山型を成している状態（図３（ｂ）に示す状態）で、上記サブマウント１１０の接合面に対し、上記半導体素子１２０を、下方（図中矢印Ａ方向）に押圧する。これにより、はんだ１３０は、サブマウント１１０と半導体素子１２０との間で押し潰され、図３（ｄ）に示すように、薄膜状となって、上記サブマウント１１０と上記半導体素子１２０との隙間を満たす。上記のとおり、はんだ１３０は、山型をなしている。このため、当該押付工程において、図３（ｃ）に示すように、（１）まず、はんだ１３０の頂上部分（すなわち、中心部分）が上記半導体素子１２０と接触し、（２）当該頂上部分の径が徐々に拡大するように、はんだ１３０が外側（図中矢印Ｂ方向）に向かって流動する。これに伴い、はんだ１３０内に在留している気泡は、はんだ１３０の外周表面側に寄せ集められ、やがて、はんだ１３０の外周表面から放出される。 (Step S206: pressing process)
Next, the semiconductor element 120 is pressed against the bonding surface of the submount 110. Specifically, on the joint surface of the submount 110, the solder 130 forms the mountain shape (the state shown in FIG. 3B) with respect to the joint surface of the submount 110. The semiconductor element 120 is pressed downward (in the direction of arrow A in the figure). As a result, the solder 130 is crushed between the submount 110 and the semiconductor element 120, forming a thin film as shown in FIG. 3D, and the gap between the submount 110 and the semiconductor element 120. Meet. As described above, the solder 130 has a mountain shape. For this reason, in the pressing step, as shown in FIG. 3C, (1) first, the top portion of the solder 130 (ie, the central portion) comes into contact with the semiconductor element 120, and (2) the top portion The solder 130 flows outward (in the direction of arrow B in the figure) so that the diameter gradually increases. Along with this, bubbles staying in the solder 130 are gathered together on the outer peripheral surface side of the solder 130 and eventually discharged from the outer peripheral surface of the solder 130.

特に、本押付工程では、上記サブマウント１１０の接合面に対し、予め加熱された上記半導体素子１２０を押し付けることが好ましい。これにより、はんだ１３０に半導体素子１２０が接触したときに、はんだ１３０が冷却されてしまうことを防止することができる。はんだ１３０の上記冷却は、はんだ１３０を固化させてしまい、はんだ１３０内に気泡を生じさせてしまう虞がある。したがって、上記半導体素子１２０を予め加熱しておくことで、はんだ１３０内における気泡の発生を抑制することができる。 In particular, in this pressing step, it is preferable to press the semiconductor element 120 heated in advance against the bonding surface of the submount 110. Thereby, it is possible to prevent the solder 130 from being cooled when the semiconductor element 120 comes into contact with the solder 130. The cooling of the solder 130 may solidify the solder 130 and cause bubbles in the solder 130. Therefore, by heating the semiconductor element 120 in advance, the generation of bubbles in the solder 130 can be suppressed.

（ステップＳ２０８：冷却工程）
最後に、上記はんだ１３０をその融点以下となるまで冷却することにより、上記はんだ１３０を固化させる。これにより、上記サブマウント１１０の表面上に、上記半導体素子１２０が固着された状態となる。本冷却工程では、例えば、周囲の大気による自然冷却により、上記はんだを冷却する。代わりに、従来から知られている何らかの冷却方式により、上記はんだ１３０を強制的に冷却してもよい。なお、自然冷却以外の強制的な冷却方式としては、例えば、圧縮空気を吹き付ける空冷方式や冷却水を供給する水冷方式などが挙げられる。 (Step S208: Cooling step)
Finally, the solder 130 is solidified by cooling the solder 130 to a melting point or lower. As a result, the semiconductor element 120 is fixed on the surface of the submount 110. In the main cooling step, the solder is cooled by, for example, natural cooling by the surrounding air. Instead, the solder 130 may be forcibly cooled by any conventionally known cooling method. Examples of forced cooling methods other than natural cooling include an air cooling method in which compressed air is blown and a water cooling method in which cooling water is supplied.

上記のとおり、本実施形態のはんだ接合方法は、（１）上記配置工程において、サブマウント１１０の接合面１１０Ａの中央に、固形状のはんだ１３０を配置する。また、（２）上記加熱工程において、サブマウント１１０の接合面において、その中心側の領域の温度よりも、その外周側の領域の温度が高くなるように、サブマウント１１０を加熱する。これにより、はんだ１３０が溶融する過程において、当該はんだ１３０を山型に成形することができる。そして、（３）はんだ１３０が山型を成している状態で、サブマウント１１０の接合面に半導体素子１２０の接合面を押し付ける。これにより、はんだ１３０に含まれている気泡を効率的に排出することができる。特に、本実施形態のはんだ接合方法によれば、はんだ１３０を予め特別な形状に成形しておく必要はなく、一般的な形状（例えば、四角柱形状、円柱形状等）のはんだをそのまま用いることができる。このため、コストの増加を招来する虞はない。 As described above, in the solder bonding method of the present embodiment, (1) in the arrangement step, the solid solder 130 is arranged at the center of the bonding surface 110A of the submount 110. (2) In the heating step, the submount 110 is heated so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region of the bonding surface of the submount 110. Thereby, in the process in which the solder 130 is melted, the solder 130 can be formed into a mountain shape. (3) With the solder 130 having a mountain shape, the bonding surface of the semiconductor element 120 is pressed against the bonding surface of the submount 110. Thereby, bubbles contained in the solder 130 can be efficiently discharged. In particular, according to the solder joining method of the present embodiment, it is not necessary to form the solder 130 in a special shape in advance, and a solder having a general shape (for example, a quadrangular prism shape, a cylindrical shape, etc.) is used as it is. Can do. For this reason, there is no possibility of causing an increase in cost.

〔はんだ接合装置〕
上記はんだ接合方法は、例えば、コンピュータによって制御されたはんだ接合装置によって自動的に実施され得る。但し、上記はんだ接合方法は、その少なくとも一部の工程が、人的に実施されてもよい。図４は、本発明の実施形態に係るはんだ接合装置４００の構成例を示す図である。図４に示すはんだ接合装置４００は、吸着ステージ４１０、上部加熱ヒーター４２０、吸着コレット４３０、熱伝導セラミック４４０、および下部加熱ヒーター４５０を備えている。図４では、接合装置４００において、吸着コレット４３０によって半導体素子１２０が保持され、熱伝導セラミック４４０によってサブマウント１１０が保持されている。 [Solder bonding equipment]
The soldering method can be automatically performed by a soldering apparatus controlled by a computer, for example. However, at least a part of the soldering method may be carried out manually. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the solder bonding apparatus 400 according to the embodiment of the present invention. A solder bonding apparatus 400 shown in FIG. 4 includes an adsorption stage 410, an upper heater 420, an adsorption collet 430, a heat conducting ceramic 440, and a lower heater 450. In FIG. 4, in the bonding apparatus 400, the semiconductor element 120 is held by the suction collet 430, and the submount 110 is held by the heat conductive ceramic 440.

吸着ステージ４１０は、吸着コレット４３０を吊持しており、当該吸着コレット４３０の水平移動（図中ｘ軸方向およびｙ軸方向への移動）、垂直移動（図中ｚ軸方向への移動）、および吸着エアのＯＮおよびＯＦＦを制御する。吸着コレット４３０は、対象物（例えば、半導体素子１２０）を保持することができる。具体的には、吸着コレット４３０は、内部にその底面４３０Ａに通じる通路が形成されており、吸着ステージ４１０の制御によって当該通路内に発生した吸着エアにより、底面４３０Ａに上記対象物を吸着させる。吸着コレット４３０は、上記対象物を保持した状態で、水平移動および垂直移動することができる。上部加熱ヒーター４２０は、吸着コレット４３０の一部を挟持しており、吸着コレット４３０における熱伝導を介して、吸着コレット４３０によって保持された上記対象物を加熱する。熱伝導セラミック４４０は、その表面上において、対象物（例えば、サブマウント１１０）を保持する。下部加熱ヒーター４５０は、熱伝導セラミック４４０の底面を支持しており、上記熱伝導セラミック４４０における熱伝導を介して、上記熱伝導セラミック４４０によって保持された対象物を加熱する。 The suction stage 410 suspends the suction collet 430. The suction collet 430 moves horizontally (moves in the x-axis direction and y-axis direction in the figure), vertically moves (moves in the z-axis direction in the figure), Further, ON / OFF of suction air is controlled. The suction collet 430 can hold an object (for example, the semiconductor element 120). Specifically, the suction collet 430 has a passage communicating with the bottom surface 430 </ b> A therein, and the bottom surface 430 </ b> A is caused to adsorb the object by suction air generated in the passage by the control of the suction stage 410. The suction collet 430 can move horizontally and vertically while holding the object. The upper heater 420 sandwiches a part of the adsorption collet 430 and heats the object held by the adsorption collet 430 through heat conduction in the adsorption collet 430. Thermally conductive ceramic 440 holds an object (eg, submount 110) on its surface. The lower heater 450 supports the bottom surface of the heat conductive ceramic 440 and heats the object held by the heat conductive ceramic 440 through heat conduction in the heat conductive ceramic 440.

熱伝導セラミック４４０の底面は、その中央部に凹部が形成されている。このため、当該中央部は加熱ヒーター４５０と接触していない。一方、熱伝導セラミック４４０の底面の外周部は、加熱ヒーター４５０と接触している。このため、加熱ヒーター４５０から発せられた熱は、熱伝導セラミック４４０の外周部を介して、熱伝導セラミック４４０によって保持された対象物へと伝わる。これにより、上記対象物は、中央の温度よりも、外周側の温度が高くなるように、加熱されることとなる。すなわち、当該構成は、上記対象物の外周縁部に沿って、上記対象物を加熱する構成といえる。このように、上記対象物の外周縁部に沿って上記対象物を加熱することで、上記対象物の外周側の領域から、中心側の領域に向けて、線型的に温度が変化するように、上記対象物を加熱することができる。これにより、上記対象物上に載置されたはんだを、なだらかな斜面を有する山型に溶融することができる。はんだをこのような山型とすることで、当該はんだが不自然な形状に押しつぶされることを防止し、結果的に、気泡を効率的に排出することが可能となる。 The bottom surface of the heat conductive ceramic 440 has a recess formed at the center. For this reason, the central portion is not in contact with the heater 450. On the other hand, the outer peripheral portion of the bottom surface of the heat conductive ceramic 440 is in contact with the heater 450. For this reason, the heat generated from the heater 450 is transmitted to the object held by the heat conductive ceramic 440 via the outer peripheral portion of the heat conductive ceramic 440. Thereby, the said target object will be heated so that the temperature of the outer peripheral side becomes higher than the temperature of the center. That is, the said structure can be said to be the structure which heats the said target object along the outer periphery part of the said target object. In this way, by heating the object along the outer peripheral edge of the object, the temperature linearly changes from the outer peripheral side region to the center side region of the object. The object can be heated. Thereby, the solder placed on the object can be melted into a mountain shape having a gentle slope. By making the solder into such a mountain shape, it is possible to prevent the solder from being crushed into an unnatural shape, and as a result, it is possible to efficiently discharge bubbles.

例えば、上記配置工程では、サブマウント１１０が熱伝導セラミック４４０によって保持された状態において、吸着コレット４３０（配置手段）により、サブマウント１１０の表面上に固形状のはんだ１３０が載置される。 For example, in the arrangement step, the solid solder 130 is placed on the surface of the submount 110 by the suction collet 430 (arrangement means) in a state where the submount 110 is held by the heat conductive ceramic 440.

また、上記加熱工程では、下部加熱ヒーター４５０（加熱手段）によってサブマウント１１０が、予め設定された温度に加熱される。これにより、はんだ１３０が溶融され、当該はんだ１３０は、山型をなす。 In the heating step, the submount 110 is heated to a preset temperature by the lower heater 450 (heating means). As a result, the solder 130 is melted, and the solder 130 has a mountain shape.

また、上記押付工程では、上部加熱ヒーター４２０（加熱手段）によって半導体素子１２０が、予め設定された温度に加熱される。そして、吸着コレット４３０（押付手段）の移動により、半導体素子１２０がサブマウント１１０に向かって（図中ｚ軸負方向に）押し当てられる。これにより、サブマウント１１０の接合面と半導体素子１２０の接合面との間ではんだ１３０が押し潰され、当該はんだ１３０により、サブマウント１１０と半導体素子１２０とが互いに押し付けられる。 In the pressing step, the semiconductor element 120 is heated to a preset temperature by the upper heater 420 (heating means). Then, the semiconductor element 120 is pressed toward the submount 110 (in the negative z-axis direction in the drawing) by the movement of the suction collet 430 (pressing means). Thereby, the solder 130 is crushed between the bonding surface of the submount 110 and the bonding surface of the semiconductor element 120, and the submount 110 and the semiconductor element 120 are pressed against each other by the solder 130.

また、上記冷却工程では、上部加熱ヒーター４２０による加熱、および、下部加熱ヒーター４５０による加熱が停止される。これにより、はんだ１３０が常温まで冷却される。はんだ接合装置４００は、はんだ１３０を強制的に冷却するための冷却手段（従来知られている何らかの冷却手段）を備えてもよい。 In the cooling process, heating by the upper heater 420 and heating by the lower heater 450 are stopped. Thereby, the solder 130 is cooled to room temperature. The solder bonding apparatus 400 may include a cooling means for forcibly cooling the solder 130 (any kind of conventionally known cooling means).

上述したはんだ接合装置４００の各動作は、例えば、メモリに格納されているプログラムを、プロセッサが実行することにより、実現される。上記メモリおよび上記プロセッサは、はんだ接合装置４００が備えていてもよく、外部装置が備えていてもよい。 Each operation of the solder bonding apparatus 400 described above is realized by, for example, a processor executing a program stored in a memory. The memory and the processor may be included in the solder bonding apparatus 400 or an external apparatus.

〔実施例〕
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の実施例１〜１１について説明する。図５は、本発明の実施形態に係るはんだ接合方法の実施例１〜１１において適用した各条件を示す。図６は、実施例１〜１１の積層構造体２００を、上方（図中ｚ軸正方向）から見たときの平面図であり、各構成部材の配置位置を示している。実施例１〜１１では、図５に示すように、各条件を具体的に規定した。そして、実施例１〜１１では、上記実施形態で説明したはんだ接合方法を用いて、下側部材２１０（実施形態のサブマウント１１０に相当する）の表面上に上側部材２２０（実施形態の半導体素子１２０に相当する）を、はんだ２３０（実施形態のはんだ１３０に相当する）によってはんだ接合し、積層構造体２００（実施形態の積層構造体１００に相当する）を形成した。なお、加熱工程では、図４に示す下部加熱ヒーター４５０および熱伝導セラミック４４０を用いて、下側部材２１０を加熱した。さらに、実施例１〜１１では、はんだ接合後の積層構造体２００において、はんだ２３０におけるボイド率を、Ｘ線透過装置により測定した。ボイド率とは、はんだに含まれるボイドの割合である。実施例１〜１１では、ボイド率が１０％以下であれば、合格とした。〔Example〕
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, Examples 1 to 11 of the soldering method according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows each condition applied in Examples 1 to 11 of the soldering method according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view of the laminated structure 200 of Examples 1 to 11 when viewed from above (in the positive z-axis direction in the drawing), and shows the arrangement positions of the constituent members. In Examples 1 to 11, each condition was specifically defined as shown in FIG. In Examples 1 to 11, the upper member 220 (the semiconductor element of the embodiment) is formed on the surface of the lower member 210 (corresponding to the submount 110 of the embodiment) using the soldering method described in the above embodiment. 120) (corresponding to the laminated structure 100 of the embodiment) was soldered by solder 230 (corresponding to the solder 130 of the embodiment) to form a laminated structure 200 (corresponding to the laminated structure 100 of the embodiment). In the heating step, the lower member 210 was heated using the lower heater 450 and the heat conductive ceramic 440 shown in FIG. Furthermore, in Examples 1-11, the void ratio in the solder 230 was measured with the X-ray transmissive apparatus in the laminated structure 200 after soldering. The void ratio is the ratio of voids contained in the solder. In Examples 1-11, if the void rate was 10% or less, it was set as the pass.

（共通条件）
下記条件は、実施例１〜１１に共通して適用した条件である。 (Common conditions)
The following conditions are conditions commonly applied to Examples 1-11.

・はんだの材料：ＡｕＳｎ９０（融点：２１７℃）
・上側部材の材料：Ｍｏ板（金メッキ品）
・下側部材の材料：Ｍｏ板（金メッキ品）
・上側部材の温度：２７０℃
さらに、実施例１〜１１では、図６に示すように、基準軸Ｘと同軸上に、下側部材２１０の接合面の中心と、上側部材２２０の接合面の中心と、はんだ２３０の中心とが位置するように、各構成部材を重ね合せた。 Solder material: AuSn90 (melting point: 217 ° C.)
・ Material of upper member: Mo plate (gold-plated product)
・ Lower material: Mo plate (gold-plated product)
-Upper member temperature: 270 ° C
Furthermore, in Examples 1 to 11, as shown in FIG. 6, the center of the joint surface of the lower member 210, the center of the joint surface of the upper member 220, and the center of the solder 230 are coaxial with the reference axis X. Each structural member was overlaid so that is located.

〔実施例１，２〕
実施例１では、下記条件（１）〜（６）を適用した。 Examples 1 and 2
In Example 1, the following conditions (1) to (6) were applied.

（１）上側部材の接合面のサイズ：４．２ｍｍ×３．５ｍｍ（＝１４．７ｍｍ^２）
（２）はんだの接触面のサイズ：２．０ｍｍ×１．８ｍｍ（＝３．６ｍｍ^２）
（３）はんだの厚さ：１９０μｍ
（４）熱伝導セラミックの低温部の温度：２５７℃
（５）熱伝導セラミックの高温部の温度：２６５℃
（６）加熱工程における待機時間：１０秒
ここで、熱伝送セラミックの高温部とは、熱伝送セラミックの表面の外周部において、最も温度が高い部分（すなわち、外周縁部）を意味する。また、熱伝送セラミックの低温部とは、熱伝送セラミックの表面の中央部において、最も温度が低い部分（すなわち、中心）を意味する。 (1) Size of joint surface of upper member: 4.2 mm × 3.5 mm (= 14.7 mm ² )
(2) Size of solder contact surface: 2.0 mm × 1.8 mm (= 3.6 mm ² )
(3) Solder thickness: 190 μm
(4) Temperature of the low temperature part of the heat conductive ceramic: 257 ° C
(5) Temperature of the high temperature part of the heat conducting ceramic: 265 ° C
(6) Standby time in heating step: 10 seconds Here, the high temperature portion of the heat transfer ceramic means a portion having the highest temperature (that is, an outer peripheral edge portion) in the outer peripheral portion of the surface of the heat transfer ceramic. Further, the low temperature part of the heat transfer ceramic means a part having the lowest temperature (that is, the center) in the central part of the surface of the heat transfer ceramic.

実施例１では、上記のとおり、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２６５℃」に設定した。その結果、実施例１では、ボイド率「８．９％」が得られた。また、実施例２では、上記実施例１から、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２７０℃」に変更した。その結果、実施例２では、ボイド率「９．２％」が得られた。実施例１、２の結果を鑑み、上記高温部の温度を、上記低温部の温度よりも５〜２０℃高い温度とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。また、上記低温部の温度および上記高温部の温度を、いずれもはんだの融点よりも４０〜６０℃高い温度とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。また、上記低温部と上記高温部との間の単位距離あたりの温度変化を、２．５℃／ｍｍよりも大きくすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 In Example 1, as described above, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conductive ceramic” was set to “265 ° C.”. As a result, in Example 1, the void ratio “8.9%” was obtained. In Example 2, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conductive ceramic” was changed from “Example 1” to “270 ° C.”. As a result, in Example 2, the void ratio “9.2%” was obtained. In view of the results of Examples 1 and 2, it was found that the void ratio can be reduced to 10% or less by setting the temperature of the high temperature part to a temperature 5 to 20 ° C. higher than the temperature of the low temperature part. It has also been found that the void ratio can be reduced to 10% or less by setting the temperature of the low temperature part and the temperature of the high temperature part to a temperature that is 40 to 60 ° C. higher than the melting point of the solder. It has also been found that the void ratio can be made 10% or less by making the temperature change per unit distance between the low temperature part and the high temperature part larger than 2.5 ° C./mm.

〔実施例３，４〕
実施例３では、上記実施例１から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．１ｍｍ×２．１ｍｍ（＝４．４１ｍｍ^２）」に変更した。また、「（３）はんだの厚さ」を、「１５０μｍ」に変更した。また、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２６７℃」に変更した。その結果、実施例３では、ボイド率「８．７％」が得られた。実施例４では、上記実施例１から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「１．３ｍｍ×１．４ｍｍ（＝１．８２ｍｍ^２）」に変更した。また、「（３）はんだの厚さ」を、「２９０μｍ」に変更した。また、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２６７℃」に変更した。その結果、実施例４では、ボイド率「９．７％」が得られた。 [Examples 3 and 4]
In Example 3, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 1” to “2.1 mm × 2.1 mm (= 4.41 mm ² )”. In addition, “(3) Solder thickness” was changed to “150 μm”. In addition, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conductive ceramic” was changed to “267 ° C.”. As a result, in Example 3, the void ratio “8.7%” was obtained. In Example 4, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 1” to “1.3 mm × 1.4 mm (= 1.82 mm ² )”. In addition, “(3) Solder thickness” was changed to “290 μm”. In addition, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conductive ceramic” was changed to “267 ° C.”. As a result, in Example 4, the void ratio “9.7%” was obtained.

実施例３，４の結果を鑑み、はんだの厚さを、１５０〜３００μｍとすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 In view of the results of Examples 3 and 4, it was found that the void ratio can be reduced to 10% or less by setting the thickness of the solder to 150 to 300 μm.

〔実施例５，６〕
実施例５では、上記実施例３から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．５ｍｍ×１．７ｍｍ（＝４．２５ｍｍ^２）」に変更した。その結果、実施例５では、ボイド率「９．５％」が得られた。実施例６では、上記実施例４から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「１．３ｍｍ×１．２ｍｍ（＝１．５６ｍｍ^２）」に変更した。その結果、実施例６では、ボイド率「９．９％」が得られた。実施例５，６の結果を鑑み、はんだの接触面の面積を、上側部材の接合面の面積の０．１０〜０．３０倍とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 [Examples 5 and 6]
In Example 5, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 3” to “2.5 mm × 1.7 mm (= 4.25 mm ² )”. As a result, in Example 5, the void ratio “9.5%” was obtained. In Example 6, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 4” to “1.3 mm × 1.2 mm (= 1.56 mm ² )”. As a result, in Example 6, the void ratio “9.9%” was obtained. In view of the results of Examples 5 and 6, the void ratio can be reduced to 10% or less by setting the area of the contact surface of the solder to 0.10 to 0.30 times the area of the bonding surface of the upper member. There was found.

〔実施例７，８〕
実施例７では、上記実施例４から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「１．３ｍｍ×２．１ｍｍ（＝２．７３ｍｍ^２）」に変更した。その結果、実施例７では、ボイド率「９．３％」が得られた。実施例８では、上記実施例３から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．１ｍｍ×２．１ｍｍ（＝４．４１ｍｍ^２）」に変更した。その結果、実施例８では、ボイド率「９．７％」が得られた。実施例７，８の結果を鑑み、はんだの接触面の辺の長さを、上側部材の接合面の対応する辺（平行な辺）の長さの０．３０〜０．６０倍とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 [Examples 7 and 8]
In Example 7, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 4” to “1.3 mm × 2.1 mm (= 2.73 mm ² )”. As a result, in Example 7, the void ratio “9.3%” was obtained. In Example 8, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example ² ” to “2.1 mm × 2.1 mm (= 4.41 mm ² )”. As a result, in Example 8, the void ratio “9.7%” was obtained. In view of the results of Examples 7 and 8, the length of the side of the contact surface of the solder is 0.30 to 0.60 times the length of the corresponding side (parallel side) of the joint surface of the upper member. Thus, it has been found that the void ratio can be made 10% or less.

〔実施例９〕
実施例９では、上記実施例１から、「（６）加熱工程における待機時間」を、「１８秒」に変更した。その結果、実施例９では、ボイド率「８．９％」が得られた。実施例９の結果を鑑み、加熱工程における待機時間を、８〜２０秒とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 Example 9
In Example 9, “(6) Standby time in the heating step” was changed from “Example 1” to “18 seconds”. As a result, in Example 9, the void ratio “8.9%” was obtained. In view of the result of Example 9, it was found that the void ratio can be 10% or less by setting the standby time in the heating step to 8 to 20 seconds.

〔実施例１０，１１〕
実施例１０では、上記実施例１から、「（１）上側部材の接合面のサイズ」を、「４．０ｍｍ×５．９ｍｍ（＝２３．６ｍｍ^２）」に変更した。また、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．０ｍｍ×２．５ｍｍ（＝５．０ｍｍ^２）」に変更した。また、「（３）はんだの厚さ」を、「１６０μｍ」に変更した。その結果、実施例１０では、ボイド率「７．２％」が得られた。実施例１１では、上記実施例１から、「（１）上側部材の接合面のサイズ」を、「６．２ｍｍ×３．５ｍｍ（＝２１．７ｍｍ^２）」に変更した。また、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．０ｍｍ×１．３ｍｍ（＝２．６ｍｍ^２）」に変更した。また、「（３）はんだの厚さ」を、「２００μｍ」に変更した。その結果、実施例１１では、ボイド率「３．５％」が得られた。実施例１０，１１の結果を鑑み、その他の条件を満たしていれば、上側部材の接合面のサイズによらず、ボイド率を１０％以下とすることができることが判明した。 [Examples 10 and 11]
In Example 10, “(1) size of the joining surface of the upper member” is changed from “Example 1” to “4.0 mm × 5.9 mm (= 23.6 mm ² )”. In addition, “(2) Size of contact surface of solder” was changed to “2.0 mm × 2.5 mm (= 5.0 mm ² )”. In addition, “(3) Solder thickness” was changed to “160 μm”. As a result, in Example 10, the void ratio “7.2%” was obtained. In Example 11, “(1) size of the joining surface of the upper member” was changed from “Example 1” to “6.2 mm × 3.5 mm (= 21.7 mm ² )”. In addition, “(2) Size of contact surface of solder” was changed to “2.0 mm × 1.3 mm (= 2.6 mm ² )”. In addition, “(3) Solder thickness” was changed to “200 μm”. As a result, in Example 11, the void ratio “3.5%” was obtained. In view of the results of Examples 10 and 11, it was found that the void ratio could be 10% or less regardless of the size of the joint surface of the upper member as long as other conditions were satisfied.

〔参考例〕
次に、図７を参照して、上述した各実施例が特に好ましい実施例であることを示す参考例１〜１４について説明する。図７は、参考例１〜１４において適用した各条件を示す。参考例１〜１４では、図７に示すように、各条件を具体的に規定した。そして、参考例１〜１４では、上記実施形態で説明したはんだ接合方法を用いて、下側部材（実施形態のサブマウント１１０に相当する）の表面上に上側部材（実施形態の半導体素子１２０に相当する）をはんだ接合し、積層構造体（実施形態の積層構造体１００に相当する）を形成した。さらに、参考例１〜１４では、はんだ接合後の積層構造体において、はんだにおけるボイド率を、Ｘ線透過装置により測定した。参考例１〜１４では、ボイド率が１０％以下であれば、合格とした。 [Reference example]
Next, with reference to FIG. 7, Reference Examples 1 to 14 showing that the above-described embodiments are particularly preferable embodiments will be described. FIG. 7 shows the conditions applied in Reference Examples 1-14. In Reference Examples 1 to 14, each condition was specifically defined as shown in FIG. In Reference Examples 1 to 14, the upper member (on the semiconductor element 120 of the embodiment) is formed on the surface of the lower member (corresponding to the submount 110 of the embodiment) using the solder bonding method described in the above embodiment. (Corresponding to the laminated structure 100 of the embodiment) to form a laminated structure. Furthermore, in Reference Examples 1 to 14, the void ratio in the solder was measured with an X-ray transmission device in the laminated structure after soldering. In Reference Examples 1 to 14, if the void ratio was 10% or less, it was determined to be acceptable.

〔参考例１，２〕
参考例１では、上記実施例１から、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２５７℃」に変更した。その結果、参考例１では、ボイド率「１０．４％」が得られた。また、参考例２では、上記実施例１から、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を、「２８２℃」に変更した。その結果、参考例２では、ボイド率「１１．３％」が得られた。参考例１、２の結果を鑑み、上記高温部の温度を、上記低温部の温度よりも５〜２０℃高い温度とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 1 and 2]
In Reference Example 1, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conducting ceramic” was changed to “257 ° C.” from Example 1 above. As a result, in Reference Example 1, a void ratio of “10.4%” was obtained. In Reference Example 2, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conductive ceramic” was changed from “Example 1” to “282 ° C.”. As a result, in Reference Example 2, a void ratio of “11.3%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 1 and 2, by confirming that the temperature of the high temperature portion is 5 to 20 ° C. higher than the temperature of the low temperature portion, confirmation that the void ratio can be 10% or less is obtained. It was.

〔参考例３，４〕
参考例３では、上記実施例３から、「（３）はんだの厚さ」を、「１３０μｍ」に変更した。その結果、参考例３では、ボイド率「１０．８％」が得られた。また、参考例４では、上記実施例４から、「（３）はんだの厚さ」を、「３５０μｍ」に変更した。その結果、参考例４では、ボイド率「１０．７％」が得られた。参考例３，４の結果を鑑み、はんだの厚さを、１５０〜３００μｍとすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 3 and 4]
In Reference Example 3, “(3) Solder Thickness” was changed to “130 μm” from Example 3 above. As a result, in Reference Example 3, a void ratio “10.8%” was obtained. Further, in Reference Example 4, “(3) Solder thickness” was changed to “350 μm” from Example 4 above. As a result, in Reference Example 4, a void ratio “10.7%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 3 and 4, confirmation that the void ratio can be 10% or less was obtained by setting the solder thickness to 150 to 300 μm.

〔参考例５，６〕
参考例５では、上記実施例５から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．５ｍｍ×２．０ｍｍ（＝５．０ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例５では、ボイド率「１０．８％」が得られた。また、参考例６では、上記実施例６から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「１．３ｍｍ×１．１ｍｍ（＝１．４３ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例６では、ボイド率「１０．５％」が得られた。参考例５，６の結果を鑑み、はんだの接触面の面積を、上側部材の接合面の面積の０．１０〜０．３０倍とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 5 and 6]
In Reference Example 5, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 5” to “2.5 mm × 2.0 mm (= 5.0 mm ² )”. As a result, in Reference Example 5, the void ratio “10.8%” was obtained. In Reference Example 6, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 6” to “1.3 mm × 1.1 mm (= 1.43 mm ² )”. As a result, in Reference Example 6, a void ratio of “10.5%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 5 and 6, the void ratio can be reduced to 10% or less by setting the area of the contact surface of the solder to 0.10 to 0.30 times the area of the bonding surface of the upper member. The confirmation was obtained.

〔参考例７，８〕
参考例７では、上記実施例８から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．７ｍｍ×１．５ｍｍ（＝４．０５ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例７では、ボイド率「１１．３％」が得られた。参考例８では、上記実施例７から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．７ｍｍ×１．０ｍｍ（＝２．７ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例８では、ボイド率「１０．５％」が得られた。参考例７，８の結果を鑑み、はんだの接触面の辺の長さを、上側部材の接合面の対応する辺（平行な辺）の長さの０．３０〜０．６０倍とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 7 and 8]
In Reference Example 7, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 8” to “2.7 mm × 1.5 mm (= 4.05 mm ² )”. As a result, in Reference Example 7, a void ratio of “11.3%” was obtained. In Reference Example 8, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 7” to “2.7 mm × 1.0 mm (= 2.7 mm ² )”. As a result, in Reference Example 8, the void ratio “10.5%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 7 and 8, the length of the side of the solder contact surface is 0.30 to 0.60 times the length of the corresponding side (parallel side) of the joint surface of the upper member. Thus, confirmation that the void ratio can be 10% or less was obtained.

〔参考例９，１０〕
参考例９では、上記実施例１から、「（６）加熱工程における待機時間」を、「５秒」に変更した。その結果、参考例９では、ボイド率「１０．２％」が得られた。また、参考例１０では、上記実施例１から、「（６）加熱工程における待機時間」を、「２５秒」に変更した。その結果、参考例１０では、ボイド率「１１．８％」が得られた。参考例７，８の結果を鑑み、加熱工程における待機時間を、８〜２０秒とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 9 and 10]
In Reference Example 9, “(6) Standby time in heating step” was changed to “5 seconds” from Example 1 above. As a result, in Reference Example 9, a void ratio of “10.2%” was obtained. In Reference Example 10, “(6) Standby time in heating step” was changed to “25 seconds” from Example 1 above. As a result, in Reference Example 10, the void ratio “11.8%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 7 and 8, it was confirmed that the void ratio could be 10% or less by setting the standby time in the heating step to 8 to 20 seconds.

〔参考例１１，１２〕
参考例１１では、上記実施例１０から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．８ｍｍ×３．０ｍｍ（＝８．４ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例１１では、ボイド率「１１．５％」が得られた。また、参考例１２では、上記実施例１１から、「（２）はんだの接触面のサイズ」を、「２．８ｍｍ×２．５ｍｍ（＝７．０ｍｍ^２）」に変更した。その結果、参考例１２では、ボイド率「１３．８％」が得られた。参考例１１，１２の結果を鑑み、はんだの接触面の面積を、上側部材の接合面の面積の０．１０〜０．３０倍とすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Examples 11 and 12]
In Reference Example 11, “(2) size of contact surface of solder” was changed from “Example 10” to “2.8 mm × 3.0 mm (= 8.4 mm ² )”. As a result, in Reference Example 11, a void ratio “11.5%” was obtained. In Reference Example 12, “(2) Size of contact surface of solder” was changed from “Example 11” to “2.8 mm × 2.5 mm (= 7.0 mm ² )”. As a result, in Reference Example 12, a void ratio “13.8%” was obtained. In view of the results of Reference Examples 11 and 12, the void ratio can be 10% or less by setting the area of the contact surface of the solder to 0.10 to 0.30 times the area of the bonding surface of the upper member. The confirmation was obtained.

〔参考例１３〕
参考例１３では、上記参考例１１から、「（１）上側部材の接合面のサイズ」を、「６．０ｍｍ×６．０ｍｍ（＝３６．０ｍｍ^２）」に変更した。これにより、上記低温部と上記高温部との間の単位距離あたりの温度変化を、２．０℃／ｍｍとした。その結果、参考例１３では、ボイド率「１２．５％」が得られた。参考例１３の結果を鑑み、上記低温部と上記高温部との間の単位距離あたりの温度変化を、２．５℃／ｍｍよりも大きくすることで、ボイド率を１０％以下とすることができることの確証が得られた。 [Reference Example 13]
In Reference Example 13, “(1) Size of the joining surface of the upper member” was changed from “Reference Example 11” to “6.0 mm × 6.0 mm (= 36.0 mm ² )”. Thereby, the temperature change per unit distance between the low temperature part and the high temperature part was 2.0 ° C./mm. As a result, in Reference Example 13, a void ratio of “12.5%” was obtained. In view of the result of Reference Example 13, by setting the temperature change per unit distance between the low temperature part and the high temperature part to be larger than 2.5 ° C./mm, the void ratio may be 10% or less. I have confirmed that I can do it.

〔参考例１４〕
参考例１４では、上記実施例１から、「（４）熱伝導セラミックの低温部の温度」を「２６５℃」に変更した。また、「（５）熱伝導セラミックの高温部の温度」を「２５７℃」に変更した。これにより、上記低温部（すなわち、中央部）の温度を、上記高温部（すなわち、外周部）の温度よりも高くした。その結果、参考例１４では、ボイド率「１８．８％」が得られた。はんだをうまく山型に溶融できなかったためと考えられる。参考例１４の結果を鑑み、上記高温部（すなわち、外周部）の温度を、上記低温部（すなわち、中央部）よりも高くすることで、ボイド率をより低下させることができることの確証が得られた。 [Reference Example 14]
In Reference Example 14, “(4) Temperature of the low temperature portion of the heat conductive ceramic” was changed to “265 ° C.” from Example 1 above. In addition, “(5) Temperature of the high temperature portion of the heat conducting ceramic” was changed to “257 ° C.”. Thereby, the temperature of the said low temperature part (namely, center part) was made higher than the temperature of the said high temperature part (namely, outer peripheral part). As a result, in Reference Example 14, a void ratio of “18.8%” was obtained. This is probably because the solder could not be melted into a chevron shape. In view of the result of Reference Example 14, by confirming that the temperature of the high temperature portion (that is, the outer peripheral portion) is higher than that of the low temperature portion (that is, the central portion), confirmation that the void ratio can be further reduced is obtained. It was.

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 [Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、２つの部材同士をはんだ接合する際のはんだ接合方法として好適に利用することができる。また、本発明は、２つの部材同士のはんだ接合を伴うＬＤモジュールの製造方法として、好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used as a soldering method for soldering two members together. Moreover, this invention can be utilized suitably as a manufacturing method of LD module with the solder joining of two members.

１００積層構造体（ＬＤモジュールの一部）
１１０サブマウント（第１の部材）
１１０Ａ接合面
１２０半導体素子（第２の部材）
１２０Ａ接合面
１３０はんだ
１５０加熱ヒーター（加熱手段）
４００はんだ接合装置
４１０吸着ステージ
４２０上部加熱ヒーター（加熱手段）
４３０吸着コレット（配置手段）
４４０熱伝導セラミック
４５０下部加熱ヒーター（加熱手段） 100 Laminated structure (part of LD module)
110 Submount (first member)
110A Bonding surface 120 Semiconductor element (second member)
120A Joint surface 130 Solder 150 Heating heater (heating means)
400 Solder bonding apparatus 410 Adsorption stage 420 Upper heater (heating means)
430 Adsorption collet (placement means)
440 Heat conduction ceramic 450 Lower heater (heating means)

Claims

An arrangement step of arranging solid solder in the center of the joint surface of the first member;
A heating step of melting the solder in a chevron shape by heating the first member so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region of the bonding surface; ,
And a pressing step of pressing the second member against the bonding surface in a state where the solder is melted into a mountain shape.

In the heating step,
Heating the first member along the outer peripheral edge of the first member so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region of the joint surface. The soldering method according to claim 1, wherein

In the pressing step,
The solder joining method according to claim 1 or 2, wherein the second member heated in advance is pressed against the joining surface.

The solid solder is
The area of the contact surface that contacts the bonding surface of the second member is 0.10 to 0.30 times the area of the bonding surface of the second member. The soldering method according to claim 1.

The solid solder is
The length of each side of the contact surface that contacts the joint surface of the second member is 0.30 to 0.60 times the length of the side of the joint surface of the second member that is parallel to the side. The soldering method according to any one of claims 1 to 4, wherein the soldering method is provided.

The solid solder is
The soldering method according to claim 1, wherein the thickness is 150 to 300 μm.

In the heating step,
The heating time for the first member is 8 to 20 seconds. The solder joining method according to claim 1, wherein the first member is heated for 8 to 20 seconds.

In the heating step,
2. The first member is heated so that a temperature of the outer peripheral region is 5 to 20 ° C. higher than a temperature of the central region on the bonding surface. The solder joint method as described in any one of 7 to 7.

In the heating step,
Heating the first member so that the temperature of the central region and the temperature of the outer peripheral region are 40 to 60 ° C. higher than the melting point of the solder on the joining surface. The soldering method according to claim 1, wherein:

In the heating step,
The first member is heated so that a temperature change per unit distance between the central region and the outer peripheral region is greater than 2.5 ° C./mm on the bonding surface. The soldering method according to any one of claims 1 to 9.

A joining step of joining the second member constituting the LD module to the first member constituting the LD module using the solder joining method according to any one of claims 1 to 10. An LD module manufacturing method characterized by the above.

An arrangement means for arranging a solid solder at the center of the joint surface of the first member;
Heating means for melting the solder in a chevron shape by heating the first member so that the temperature of the outer peripheral region is higher than the temperature of the central region of the joining surface; ,
And a pressing means for pressing the second member against the bonding surface in a state where the solder is melted into a mountain shape.