JP2016051844A - 半田接合方法、半田接合装置およびリフロー炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品の電極と配線基板の電極を半田を介して対向配置した状態で接合させる過程において、接合部のエレクトロマイグレーション対策を施す、半田接合方法、半田接合装置およびリフロー炉を提供すること。【解決手段】 電極間で溶融した半田を冷却する過程の、液相と固相の半田が混在する状態で、接合部の電極面に磁場を印加して、半田に含まれる錫結晶のｃ軸を、磁場と垂直な方向に配向させながら冷却することを特徴とする半田接合方法、半田接合装置およびリフロー炉を提供する。【選択図】 図１１

Description

本発明は電極同士を半田を介して接合する半田接合方法および半田接合装置、ならびに半田を介して仮固定状態の電極同士を半田の溶融・冷却過程を経て接合させるリフロー炉に関する。

電子部品の電極と配線基板の電極を半田を介して接合する半田接合は、携帯機器等の小型電子機器用の電子素子から、電気自動車等に用いられるパワーモジュールのような種々の実装で採用されている。これは、半田接合が、比較的低温かつ低加重で、電気的および機械的に信頼性の高い接合が出来るためである。

半田接合の具体例としては、半田バンプを有する電子部品の電極と配線基板の電極を対向配置した後に、電子部品を加熱することにより半田バンプを溶融させて、配線基板の電極と接合されるフリップチップ接合がある（特許文献１）。また、別の例として、半田粉末とフラックスとを混練したソルダーペーストを電極上に塗布した配線基板に電子部品を仮固定し、配線基板を半田溶融温度以上のゾーンを通過させることにより電極同士を接合させるリフロー方式がある（特許文献２）。

特開平１１−１４５１９７号公報 特開２００６−１８５９８３号公報 特開２０１３−６５８０７号公報

近年、携帯機器向け等の電子部品における多バンプ高密度実装におけるバンプの小径化が進み、これに伴い接合部での電流密度が上昇している。また、ハイブリッド自動車・電気自動車用途のパワーモジュールではＳｉに比べて耐熱性に優れたＳｉＣを用いた素子の実用化が進み、接合部の電流密度が上がるとともに高温化している。

このように接合部の電流密度の上昇や動作温度の上昇により、エレクトロマイグレーションに起因する断線故障が、半田接合の信頼性において問題となってきている。

エレクトロマイグレーションは、電子流により金属原子が移動する現象であるが、金属の種類等によって輸送され易さに違いが生じる。このため、異種金属の界面では特に断線が生じやすい。この一例を図９、１０を用いて説明する。

図９は、陽極Ａと陰極Ｃを半田バンプＳを介して対向配置して接合し、両電極間に電流を流している状態を示す。ここで、陰極Ｃに銅を用い、電流密度１万Ａ／平方センチメートルの電流を流して、接合部分の経時的な状態変化を示したのが図１０（ａ）〜（ｄ）である。図１０（ａ）は、エレクトロマイグレーションにより半田バンプＳ内の構成原子の一部が領域Ｄに移動している状態である。前述のとおり、原子の種類によってエレクトロマイグレーションによる移動度には違いがあり、半田の主成分である錫は銅に比べて移動し易い。このため、電流を流す時間が増すと、領域Ｄの拡大とともに、陰極Ｃと半田バンプＳとの界面に空隙Ｖが生じ（図１０（ｂ））、この空隙が更に拡大する（図１０（ｃ））。このように空隙Ｖが拡大すると、空隙Ｖ部分では電流が流れないので、陽極Ｃと半田バンプＳの界面の、空隙以外の部分での電流密度が増していく。そうして、エレクトロマイグレーションの加速度的な進展と電流密度上昇による過熱により、図１０（ｄ）のように断線に至る。実験では、直径１００μｍの半田バンプを用いて、２００時間強で図１０（ｄ）の断線状態に至った。

上記の例のようなエレクトロマイグレーション現象は、電流密度が１万Ａ／平方センチメートル程の高電流密度ではなくても進展し、長時間使用によって断線に至る可能性がある。また、エレクトロマイグレーションは高温環境化で進行し易い傾向がある。このため、パワーモジュールでは、動作温度が１５０℃と元々高かったのが、ＳｉＣを用いた場合で２００℃以上となるため、エレクトロマイグレーション発生が更に懸念されている。

このような、半田接合のエレクトロマイグレーション対策として、電極と半田の界面に銀等の薄膜をバッファ層として設けることも提案されているが、バッファ層として有効に機能するためにはスパッタ等で真空成膜した緻密な膜が必要であることから、工程増によるコストアップが避けられない。また、特許文献３では、配線基板の銅電極を無配向とすることで抑制する旨の発明が記載されている。しかし、一般的に用いられる、めっきで形成した銅電極では特許文献３の発明は適用できない。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、電子部品の電極と配線基板の電極を半田を介して対向配置した状態で接合させる過程において、接合部のエレクトロマイグレーション対策を施す、半田接合方法、半田接合装置およびリフロー炉を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
電子部品の電極と配線基板の電極を、半田を介して対向配置した状態で、
半田が溶融温度以上になるまで加熱して接合する半田接合方法であって、
電極間で溶融した半田を冷却する過程の、液相と固相の半田が混在する状態で、接合部の電極面に磁場を印加して、
半田に含まれる錫結晶のｃ軸を、磁場と垂直な方向に配向させることを特徴とする半田接合方法である。

本発明を用いると、図１１に示す半田溶融後の冷却過程で、液相中に固相が形成される段階において、半田の主成分である錫の結晶を配向させ、その状態を接合完了後も維持することが出来る。しかも、はんだ接合を行った対向電極の面内方向、すなわち動作状態で接合面を流れる電流方向に対して垂直に配向させることが出来る。これは、図１２に示す錫の結晶構造に異方性があり、ｃ軸は磁場に対して直角方向に配向するという特性を利用したものである。例えば、対向する陽極Ａと陰極Ｃを半田Ｓを介して接合した状態において、磁場を印加しない場合は図１３（ａ）のように錫結晶ｃ軸の方向（矢印線の向き）がバラバラであるのに対して、電極面に垂直な方向の磁場を印加すると図１３（ｂ）のように動作電流の方向に対して垂直に配向させることが出来る。これにより、エレクトロマイグレーションを抑制することが可能になる。

なお、図１３（ｂ）では、磁場Ｈを印加することによって錫結晶ｃ軸の方向がＸ方向のみに向いているように見えるが、実際にはＸＹ平面内において様々な方向を向いている。すなわち、本発明における電極面に平行な方向とは、電極面が形成されている２次元内の様々な方向のことを意味している。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半田接合方法であって、
印加する磁場が磁束密度０．５テスラ以上であることを特徴とする半田接合方法である。

本発明によれば、半田溶融後の冷却過程で、液相中に固相が形成される段階において、微結晶化された錫結晶ｃ軸に対して、錫結晶ｃ軸を磁場と垂直方向に配向させる力を与えることが出来る。

請求項３に記載の発明は、
電子部品の電極と配線基板の電極を、半田を介して対向配置した状態で、接合する半田接合装置であって、
半田を溶融点以上に加熱する加熱機構と、
電極面に対して垂直な磁場を発生する励磁機構を備え、
前記加熱機構で溶融させた半田を冷却する過程の、液相と固相の半田が混在する状態で、
前記励磁機構で、接合部分の電極面に磁場を印加する機能を有することを特徴とする半田接合装置である。

本発明によれば、電子部品を加熱圧着する実装装置において、請求項１の効果を得ることが出来る。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半田接合装置であって、半田近傍の温度を測定する温度測定手段をそなえ、前記温度測定手段の値から、磁場印加のオン・オフを判断する機能を有することを特徴とする半田接合装置である。

本発明によれば、溶融後の冷却過程の半田が、液相と固相の混合状態になったか否かが判り、励磁を行うべき適切な時期を判定することが出来る。

請求項５に記載の発明は、
未溶融半田を介して電子部品を仮固定した状態の配線基板を、
温度の異なる複数のゾーンを通過させて、半田の加熱溶融から冷却までを行い、
電子部品を配線基板に接合させるリフロー炉であって、
液相と固相の半田が混在する状態となる冷却過程のゾーンに、
電極面に磁場を印加する励磁機構を配置したことを特徴とするリフロー炉である。

本発明によれば、リフローを用いる半田接合において、請求項１の効果を得ることが出来る。

本発明を用いれば、電子部品の電極と配線基板の電極を半田を介して対向配置した状態で接合させる過程において、半田の主成分である錫の結晶を特定の方向に揃えて接合部のエレクトロマイグレーション対策を施すことが出来る。

本発明の一実施形態を説明する図である。 本発明の一実施形態に用いる励磁機構の例を説明する図である。 本発明の別の実施形態に用いる仮圧着装置を説明する図である。 本発明の別の実施形態に用いる本圧着装置を説明する図である。 本発明に係るリフロー炉を説明する図である。 本発明に係るリフロー炉内での接合状態を説明する図である。 本発明に係るリフロー炉に関連した仮固定を説明する図である。 本発明に係るリフロー炉に用いる励磁機構の例を説明する図である。 エレクトロマイグレーションを説明するための図である。 エレクトロマイグレーションが進行する様子を説明する図である。 半田が冷却する過程における相状態の変化を説明する図である。 錫結晶および錫結晶ｃ軸を説明する図である。 磁場印加有無と錫結晶ｃ軸の配向との関係を説明する図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１では、本発明の一実施形態を説明するための実装装置１の主要構成および実装工程を示す。実装装置１は、電極２１を有する電子部品である半導体チップ２と、電極３１を有する配線基板３をフリップチップ接合する装置であり、本実施の形態においては半導体チップ２の電極２１に半田バンプ２２が形成されている。

実装装置１は、配線基板３を吸着保持する基板保持ステージ５、半導体チップ２を吸着保持して配線基板３に加熱圧着する機能を有する熱圧着ツール４、配線基板３と半導体チップ２の相対位置合わせを行う際に用いる２視野カメラ６、磁場を発生する励磁機構７、およびこれらの機能を制御する制御装置８を主な構成要素としている。ここで、熱圧着ツール４は、半導体チップ２を吸着保持するアタッチメントツール４１、フリップチップ接合時に半田バンプ２２を溶融点以上まで加熱する加熱機構であるヒータ４２、熱圧着ツール４全体を上下に駆動する駆動機構４３を基本構成要素としている。また、基板保持ステージ５は、図示しないステージ駆動テーブルにより、ＸＹ方向およびθ方向に移動可能になっている。

実装装置１では、基板保持ステージ５に吸着保持された配線基板３上に、熱圧着ツール４に吸着保持された半導体チップ２を位置合わせした後に加熱圧着してフリップチップ接合する。フリップチップ接合に際しては、半導体チップ２と配線基板３の位置合わせを行うために２視野カメラ６が用いられる。また、励磁機構７は、対向配置した電極２１と電極３１の電極面に対して垂直な方向、すなわち半導体チップ２および配線基板３に対して垂直な方向に磁場を印加する機能を有している。なお、励磁機構７としては、磁場をオンオフする必要があることから電磁石が望ましく、図２に示すような磁性体であるコア７０Ｃにコイル７０Ｓを巻いた電磁コイル７０を用いた。

以下、本実施の形態において、実装装置１を用いてフリップチップ接合を行う工程の説明を行う。まず、図１（ａ）では、２視野カメラ６を、半導体チップ２と配線基板３の間に配置して、両者の位置関係を認識する。位置関係の認識に際しては、それぞれのアライメントマークや電極を利用する。位置関係の認識後は、半導体チップ２の電極２１が配線基板の電極３１の上に配置されるよう位置合わせを行う。位置合わせに際しては、先の位置関係の認識結果に基づいて、制御装置８が基板ステージ５を駆動することによって移動させる。

次に、２視野カメラ６を待避させた状態で、駆動機構４３により熱圧着ツール４を下降して、基板３の電極３１に半田バンプ２２を押しつけた状態でヒータ４２を昇温して、半田バンプ２２を加熱する（図１（ｂ））。その後、溶融点以上に加熱された半田バンプ２２は溶融する（図１（ｃ））。なお、半田バンプ２２の溶融に際して、熱圧着ツール４によって加圧力過剰にならないように、半導体チップ２の電極２１と配線基板３の電極３１の間隔が一定になるように、制御装置８は駆動機構４３で高さ位置制御を行う。

半田バンプ２２が溶融したら、ヒータ４２は降温され、半田バンプ２２の温度は低下する。この際、半田バンプ２２では、半田が液相から固相に変化していくが、液相と固相が混在する状態で、制御装置８は励磁機構７を稼働させて、対向配置した電極２１と電極３１の電極面に対して垂直な方向に磁場を印加する（図１（ｄ））。この磁場印加により、固相を形成する錫結晶が、結晶ｃ軸が磁場方向に垂直に配向するような力を受ける。すなわち、錫結晶ｃ軸が電極面に平行な方向に配向されるような力を受ける。なお、本明細書において、電極面に平行方向とは、電極面が形成されている２次元内の様々な方向のことを意味している。

ヒータ４２の降温に際しては、急速に冷却すると図１１における液相と固相が混在する時間が短くなりすぎ、錫結晶を有効に配向出来なくなる可能性があるので注意が必要である。

図１（ａ）では励磁機構７を基板ステージ５の下側に配置しているが、基板ステージ５に磁性体が用いられていると磁場の方向が乱れることから、基板ステージ５には非磁性体を用いることが望ましい。また、励磁機構７を熱圧着ツール４側に組み込むことも可能であるが、基板ステージ５に磁性体が用いられていると励磁による磁気力が加圧力に加わるので、励磁に伴う加圧力変化を補正する制御が必要となる。

磁場の強さとしては、磁束密度が０．５Ｔ以上であれば、エレクトロマイグレーション対策として効果が生じる程度に、錫結晶配向に変化が生じることが判っている。ただし、０．５Ｔ程度の磁束密度では、錫結晶ｃ軸を磁場方向に対して完全に垂直配向させることは出来ない。このため、磁束密度は高い方が有効であるが、高すぎると励磁オンオフ時の電磁ノイズ等の弊害も大きく、励磁機構自体が巨大化するため、３．０Ｔが上限である。

図１（ｄ）で励磁機構７をオンオフするタイミングとしては、図１１に示す、冷却過程の半田の温度カーブを参考とすることが出来る。このため、半田バンプ２２の温度変化を測定することが望ましい。ただし、現実的には半田バンプ２２の温度を直接測定することは困難であるので、半田バンプ近傍の温度を、例えば図１（ｄ）に示すようにアタッチメントツールに組み込んだ温度センサ４４により測定して励磁機構７のオンオフを判断する。なお、図１１においては、液相と固相が共存する時間帯のみで磁場印加となっているが、液相のみの状態で磁場印加を開始することに問題はなく、固相のみの状態になってから磁場印加を止めても結晶の配向性に関しては問題ない。

最後に、半田バンプ２２内の半田が固相のみになり、接合部が固定された段階で、アタッチメントツール４１による吸着を解除し、駆動機構４３により熱圧着ツール４を上部に移動させることにより接合は完了し（図１（ｅ））、基板保持ステージ５による配線基板３の吸着を解除すれば実装は完了となる。

次に、図３、図４を用いて本発明の別の実施形態について説明する。図３、図４では仮圧着装置１００および本圧着装置２００の主要構成および実装工程を示すが、図１の実装装置と対応するものについては同じ符号を付けて説明を省略する。

図３の仮圧着装置１００において、配線基板３Ｍは複数の半導体チップ２を実装する配線基板であって、基板保持ステージ５Ｍは配線基板３Ｍを吸着する機能を有している。また、図４の本圧着装置２００は、配線基板３Ｍに仮圧着された半導体チップ２を、一括で本圧着して接合する装置であり、複数の半導体チップ２が仮圧着された基板３Ｍを吸着保持する基板保持ステージ５Ｇ、複数の半導体チップ２を一括して熱圧着する熱圧着ツール４Ｇ、磁場を発生する励磁装置７、および図示していないが熱圧着ツール４Ｇおよび励磁装置７等の機能を制御する制御装置８を構成要素としている。ここで、熱圧着ツール４Ｇは、半導体チップ２に接触して加圧するアタッチメントツール４１Ｇ、半田バンプ２２を溶融点以上まで加熱する加熱機構であるヒータ４２Ｇ、熱圧着ツール４全体を上下に駆動する駆動機構４３Ｇを基本構成要素としている。

この実施形態においては、まず、図３の仮圧着装置１００で、配線基板３Mに複数の半導体チップ２を仮圧着する。仮圧着に際しては、複数箇所それぞれについて、位置合わせ（図３（ａ））及び仮圧着を行う。その際、配線基板３Mの、どの箇所に半導体チップ２を仮圧着するかについては制御装置８によって決定される。また、仮圧着装置１００による仮圧着では、熱圧着ツール４を下降して、基板３Mの電極３１に半田バンプ２２を押しつける状態までは実装装置１と同じであるが、半田バンプ２２が軟化する程度まではヒータ４２を昇温するが、半田バンプ２２を溶融させることはない（図３（ｂ））。この仮圧着により、配線基板３Ｍに複数の半導体チップ２が仮固定された状態となる。なお、仮圧着は配線基板３Ｍに半導体チップ２が保持される状態に出来るのであれば、超音波接合やフラックスを使用しての仮止めなどいかなる方法であっても良い。また、配線基板３Ｍと半導体チップ２の間にＮＣＰやＮＣＦ等の樹脂を介在させれば、以下の本圧着で樹脂封止も一括で行えるので工程の短縮になる。

次に、複数チップが仮圧着装置１００により仮固定された基板３Ｍを、図４（ａ）に示す本圧着装置２００の基板ステージ５Ｇに配置して吸着保持する。本圧着装置２００において、半導体チップ２は配線基板３Ｍに仮固定された状態であることから、アタッチメントツール４１Ｇに吸着機能はない。ヒータ４２Ｇは、半田バンプ２２を溶融点以上まで加熱する機能を有している。４３Ｇは駆動機構であり、アタッチメントツール４１Ｇ、ヒータ４２Ｇおよび駆動機構４３Ｇからなる本圧着ツール４Ｇを上下に駆動する機能を有している。なお、ヒータ４２Ｇの加熱制御および駆動機構４３Ｇの駆動制御は制御装置８によって行われる。

本圧着装置２００は、次に本圧着ツール４Ｇを下降して、アタッチメントツール４１Ｇが半導体チップ２に接触して所定圧で加圧した状態、すなわち基板３Ｍの電極３１に半田バンプを押しつけた状態でヒータ４２Ｇを昇温して、半田バンプを加熱する（図４（ｂ））。その後、溶融点以上に加熱された半田バンプ２２は溶融する（図４（ｃ））。なお、半田バンプの溶融に際して、本圧着ツール４Ｇが加圧力過剰にならないように、半導体チップ２の電極２１と配線基板３Ｍの電極３１の間隔が一定となるように、半田が溶融する前に駆動機構４３Ｇを高さ位置制御に切り替えておく。

半田バンプ２２が溶融したら、ヒータ４２Ｇは降温され、半田バンプ２２の温度は低下する。この際、半田バンプ２２では、半田が液相から固相に変化していくが、液相と固相が併存する状態で、制御装置８は励磁機構７を稼働させて、全ての半導体チップ２の配置位置に関して、対向配置した電極２１と電極３１の電極面に対して垂直な方向に磁場を印加する（図４（ｄ））。この磁場印加により、固相を形成する錫結晶が、結晶ｃ軸が磁場方向に垂直に配向するような力を受ける。すなわち、錫結晶ｃ軸が電極面に平行な方向に配向されるような力を受ける。

実装装置１と同様に、ヒータ４２Ｇの降温に際しては、急速に冷却すると図１１における液相と固相が混在する時間が短くなりすぎ、錫結晶を有効に配向出来なくなる可能性があるので注意が必要である。

図４（ａ）では励磁機構７を基板ステージ５Ｇの下側に配置しているが、基板ステージ５Ｇに磁性体が用いられていると磁場の方向が乱れることから、基板ステージ５には非磁性体を用いることが望ましい。また、励磁機構７を本圧着ツール４Ｇ側に組み込むことも可能であるが、基板ステージ５Ｇに磁性体が用いられていると励磁による磁気力が加圧力に加わるので、励磁に伴う加圧力変化を補正する制御が必要となる。

磁場の強さとしては、磁束密度が０．５Ｔ以上であれば、エレクトロマイグレーション対策として効果が生じる程度に、錫結晶配向に変化が生じることが判っている。ただし、０．５Ｔ程度の磁束密度では、錫結晶ｃ軸を磁場方向に対して完全に垂直配向させることは出来ない。このため、磁束密度は高い方が有効であるが、高すぎると励磁オンオフ時の電磁ノイズ等の弊害も大きく、励磁機構自体が巨大化するため、３．０Ｔが上限である。

図４（ｄ）で励磁機構７をオンオフするタイミングとしては、図１１に示す、冷却過程の半田の温度カーブを参考とすることが出来る。このため、半田バンプ２２の温度変化を測定することが望ましい。ただし、現実的には半田バンプ２２の温度を直接測定することは困難であるので、半田バンプ近傍の温度のを測定して、制御装置８は励磁機構７のオンオフを判断する。なお、図１１においては、液相と固相が共存する時間帯のみで磁場印加となっているが、液相のみの状態で磁場印加を開始することに問題はなく、固相のみの状態になってから磁場印加を止めても結晶の配向性に関しては問題ない。

最後に、半田バンプ２２内の半田が固相のみになり、接合部が固定された段階で、駆動機構４３Ｇにより本圧着ツール４Ｇを上部に移動させることにより接合は完了し（図４（ｅ））、基板保持ステージ５Ｇによる配線基板３Ｍの吸着を解除すれば実装は完了となる。

なお、本実施の形態において、一つの配線基板３Ｍに複数の半導体チップ２を実装する例について説明したが、これに限定されるものではない。仮圧着装置１００で、複数の基板３それぞれに一つずつの半導体チップ２を仮圧着した後に、複数の配線基板３を本圧着装置２００の基板ステージ５Ｇに配置して一括で本圧着するケースにも適用可能である。

次に、本発明に係るリフロー炉の一例ついて、図５〜図７を用いて説明する。図５は、本発明に用いるリフロー炉９であり、電子部品である半導体チップ２を仮固定した配線基板３を炉入口９１から炉出口９５にかけてコンベア９Ｃで搬送し、この間に、予備加熱ゾーン９２、本加熱ゾーン９３、および冷却過程のゾーンである冷却ゾーン９４を通過する。予備加熱ゾーン９２および本加熱ゾーン９３にはヒータが配置されており、徐々に温度が上がるようになっているが、そのために各ゾーン内が設定温度の異なる複数ブロックに分割しても良い。また、冷却ゾーンについても、複数のブロックに分割しても良く、徐々に温度を下げるように設定温度が半田溶融点以下のヒーターを配置しても良い。また、半導体チップ２および配線基板３に対して垂直方向、すなわち接合面に対して垂直方向に磁場を発生する励磁機構７が冷却ゾーンが配置されている。また、半田の酸化を防ぐために、リフロー炉９の各ゾーン内に不活性ガスが充填されていても良い。

図６（ａ）に半導体チップ２を仮固定した配線基板３を記すが、配線基板３の電極３上には、半田粉末とフラックスとを混練したソルダーペースト３４が塗布されている。ソルダーペースト３４には粘着性があるため、半導体チップ２は配線基板３上に仮固定される。なお、ソルダーペースト３４は半導体チップ２側に塗布されていても良い。また、ソルダーペースト３４の代わりに半田バンプを用いても、配線基板３Ｍにチップ部品２が保持される状態に出来るのであれば、超音波接合やフラックスを使用して仮固定しても良い。

半導体チップ２を配線基板３上に仮固定するのに際しては、図７（ａ）に示すマウント装置３００を用いる。マウント装置３００では、基板ステージ５に吸着保持した配線基板３とアタッチメントツール４１Ｐに吸着保持した半導体チップ２の位置合わせを行った後に、半導体チップ２の電極がソルダーペースト３４に接触するまでマウントツール４Ｐを駆動機構４３Ｐにより下降させる（図７（ｂ））。その際、ソルダーペースト３４の粘着力が常温において不十分な場合は、ヒータ４２Ｐで半導体チップ２を適温に加熱するか、図示しない基板ステージ用ヒータを用いて配線基板を適温に加熱する。

その後に、アタッチメントツール４１Ｐによる半導体チップ２の吸着を解除するとともに、基板ステージ５による配線基板３の吸着を解除し（図７（ｃ））、半導体チップ２を仮固定した配線基板３はリフロー炉９の炉入口９１側のコンベア９Ｃ上に配置される（図６（ａ））。

半導体チップ２を仮固定した配線基板３は、コンベア９Ｃにより、炉入口９１から予備加熱ゾーン９２、本加熱ゾーン９３に移動する。この移動により、本加熱ゾーン９３で、ソルダーペースト３４は半田溶融点以上の温度に加熱され溶融する（図６（ｂ））。次に、半導体チップ２を仮固定した配線基板３は冷却ゾーン９４に入り、半田は図１１のように液相から固相に状態変化していく。そこで、冷却ゾーン９４に配置された励磁機構７により、対向配置した電極２１と電極３１の電極面に対して垂直な方向に磁場を印加し、液相と固相が混在する半田中で、錫結晶は結晶ｃ軸が磁場方向に垂直に配向するような力を受ける。すなわち、錫結晶ｃ軸が電極面に平行な方向に配向されるような力を受ける。

ここで、励磁機構７は、磁場中を配線基板３が通過することから常時オンでも良く、電磁石ではなく永久磁石を用いることも可能である。また、コンベア９Ｃ上に半導体チップ２を仮固定した配線基板３が乗った状態の上下には空間が空いていることから、図８（ａ）の磁気回路７１や、図８（ｂ）の磁気回路７２を励磁機構に用いることも可能となる。磁気回路７１（および磁気回路７２）では、コイル７１Ｓ（７２Ｓ）が磁性体７１Ｃ（７２Ｃ）に巻かれており、コイル７１Ｓ（７２Ｓ）に電流を流すことにより、ギャップ７１Ｇ（ギャップ７２Ｇ）部分に均一な磁場を発生することが可能となり、それ以外の部分への漏洩磁場も減らせるので好ましい。ただし、コンベア９Ｃの材質として非磁性体を用いる必要がある。

最終的に、半導体チップ２を仮固定した配線基板３は、ソルダーペースト３４中で錫結晶ｃ軸が電極面に平行な方向に配向された状態で冷却・固相化して接合が完了し（図６（ｄ））、炉出口９５の外にコンベア９Ｃにより運ばれる。

なお、本発明において、電子部品を半導体チップ２としたが、半導体チップ２にはパワーモジュール用の素子も含まれる。また、電子部品は、半導体チップに限定されるものではなく、配線基板の電極と対向する電極を半田を介して接合するものであれば、抵抗素子等の受動部品であっても良い。

本発明は電流を流すための接合部を有する製品の信頼性向上に有効である。高電流密度で使用したり、高温状態で使用する素子を用いる製品において特に有効である。

１ 実装装置
２ 半導体チップ
３ 配線基板
４ 熱圧着ツール
５ 基板保持ステージ
６ ２視野カメラ
７ 励磁機構
８ 制御装置
９ リフロー装置
２１ 電極
３１ 電極
３２ 半田バンプ
３４ ソルダーペースト
４１ アタッチメントツール
４２ ヒータ
４４ 温度センサ

Claims (5)

1. 電子部品の電極と配線基板の電極を、半田を介して対向配置した状態で、
   半田が溶融温度以上になるまで加熱して接合する半田接合方法であって、
   電極間で溶融した半田を冷却する過程の、液相と固相の半田が混在する状態で、接合部の電極面に磁場を印加して、
   半田に含まれる錫結晶のｃ軸を、磁場と垂直な方向に配向させながら冷却することを特徴とする半田接合方法。
2. 請求項１に記載の半田接合方法であって、印加する磁場が磁束密度０．５テスラ以上であることを特徴とする半田接合方法。
3. 電子部品の電極と配線基板の電極を、半田を介して対向配置した状態で、接合する半田接合装置であって、
   半田を溶融点以上に加熱する機能を有する加熱機構と、
   電極面に対して垂直な磁場を発生する励磁機構と、
   加熱機構と励磁機構を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記加熱機構で溶融させた半田が冷却されることにより、液相と固相の半田が混在する状態で、前記励磁機構により、接合部分の電極面に磁場が印加されるよう制御することを特徴とする半田接合装置。
4. 請求項３に記載の半田接合装置であって、半田近傍の温度を測定する温度測定手段を備え、
   前記制御装置が、前記温度測定手段で測定された温度に基づいて、前記励磁機構による磁場印加のオン・オフを判断する機能を有することを特徴とする半田接合装置。
5. 未溶融半田を介して電子部品を仮固定した状態の配線基板を、
   温度の異なる複数のゾーンを通過させて、半田の加熱溶融から冷却までを行い、
   電子部品を配線基板に接合させるリフロー炉であって、
   液相と固相の半田が混在する状態となる冷却過程のゾーンに、
   電極面に磁場を印加する励磁機構を配置したことを特徴とするリフロー炉。