JP2021167004A - Sheet solder and soldering method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シートはんだ、およびはんだ付け方法に関し、より詳しくは、シートはんだを用いて複数のチップ部品を効率良く接合することができるシートはんだ、およびはんだ付け方法に関するものである。 The present invention relates to a sheet solder and a soldering method, and more particularly to a sheet solder and a soldering method capable of efficiently joining a plurality of chip parts by using the sheet solder.
半導体素子などのチップ部品を基板上にはんだ接合する技術において、品質向上(はんだの定量化、絶縁不良の低減)、環境問題(フラックスの洗浄に用いる薬品の低減や排液処理)、生産工程の簡素化(洗浄レス)の観点から、フラックスを用いない(フラックスレス)はんだ接合が主流になりつつある。 In the technology of solder bonding chip parts such as semiconductor elements on a substrate, quality improvement (quantification of solder, reduction of insulation defects), environmental problems (reduction of chemicals used for flux cleaning and drainage treatment), production process From the viewpoint of simplification (cleaning-less), flux-free (fluxless) solder joints are becoming mainstream.
フラックスレスのはんだ接合で用いられるはんだとしては、プリフォームはんだ、フォームはんだ、シートはんだ、はんだ板などと言われているフラックス成分を含有しない板状の純はんだ材を用いることが一般的である。本願では、板状のはんだ材のことを「シートはんだ」と言うことにする。 As the solder used for fluxless solder bonding, it is common to use a plate-shaped pure solder material that does not contain a flux component, such as preform solder, foam solder, sheet solder, and solder plate. In the present application, the plate-shaped solder material is referred to as "sheet solder".
このようなフラックスレスのシートはんだを用いた接合技術に加え、例えばパワー半導体のような大電流を扱うチップ部品の基板へのはんだ接合においては、接合面積の増大や発熱に対応した接合技術が要求される。 In addition to such bonding technology using fluxless sheet solder, for example, solder bonding of chip components that handle large currents such as power semiconductors to substrates requires bonding technology that can handle an increase in bonding area and heat generation. Will be done.
シートはんだを用いたはんだ接合技術として、特許文献1には、ハンダ付けされる基板と半導体チップの各々の接合面に十分に水素ガスを供給することができ、かつ基板に設けられるハンダ部材の取り扱い性が良好なハンダ付け方法が開示される。
As a solder joining technique using sheet solder,
特許文献2には、円弧状の第1部分と、第1部分の両側に位置する円弧状の第2部分および第3部分と、第1部分と第2部分の間に位置する直線状の第4部分と、第1部分と第3部分の間に位置する直線状の第5部分と、を有し、第1部分は、上側に凸であり、第2部分および第3部分は、下側に凸であり、第1部分、第2部分および第3部分の硬度は、第4部分および第5部分の硬度よりも大きい、半田シートが開示される。
特許文献3には、アルミニウム放熱体の平面部にはんだシートを載置し、これらを窒素雰囲気中で予熱し、その後、加熱されている超音波振動子をはんだシートに接触させるとともに加圧し、超音波振動を印加して予備的に熱融着する半導体装置の製造方法が開示される。
In
シートはんだを用いたはんだ付け方法では、はんだ材料の定量化や均一な接合による高い接続信頼性を得ることができる。しかし、基板上に複数のチップ部品をはんだ接合する場合、各チップ部品に対応して複数のシートはんだを基板上の正確な位置に載置し、はんだ溶融から接合まで位置ずれしないように保持しておくことは容易ではない。例えば、隣り合うシートはんだの間隔が狭いと溶融した際に意図せず一体化してしまうことがある。このため、複数のシートはんだを用いる場合、各シートはんだを正確に位置決めして配置する必要があるが、複数のシートはんだのそれぞれの位置決め精度を高める作業は、はんだ接合工程の効率を損なうことになる。 In the soldering method using sheet solder, high connection reliability can be obtained by quantifying the solder material and uniform joining. However, when soldering a plurality of chip components on a board, a plurality of sheet solders corresponding to each chip component are placed at accurate positions on the board and held so as not to be displaced from solder melting to joining. It's not easy to keep. For example, if the distance between adjacent sheet solders is narrow, they may be unintentionally integrated when they are melted. Therefore, when a plurality of sheet solders are used, it is necessary to accurately position and arrange each sheet solder, but the work of improving the positioning accuracy of each of the plurality of sheet solders impairs the efficiency of the solder joining process. Become.
本発明は、複数のチップ部品をはんだ接合する場合に、安定して効率良く接合することができるシートはんだ、およびはんだ付け方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sheet solder and a soldering method capable of stably and efficiently joining a plurality of chip parts by soldering.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、はんだ材料によって構成されるシート状のはんだであって、複数のチップ部品のそれぞれを載置するための複数の載置部と、複数の載置部の間に設けられ、載置部の幅よりも狭い幅を有する連結部と、を備えるシートはんだである。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a sheet-shaped solder composed of a solder material, which comprises a plurality of mounting portions for mounting each of a plurality of chip parts and a plurality of mounting portions. A sheet solder including a connecting portion provided between the mounting portions and having a width narrower than the width of the mounting portion.
このような構成によれば、複数のチップ部品を基板にはんだ接合するためのシートはんだにおいて、複数のチップ部品のそれぞれを載置する複数の載置部が連結部で連結されているため、複数の載置部の互いの位置関係を連結部によって保持した状態ではんだ接合を行うことができる。また、連結部の幅が載置部の幅よりも狭いため、連結部自体がはんだ接合に与える影響を少なくすることができる。 According to such a configuration, in sheet soldering for soldering a plurality of chip components to a substrate, a plurality of mounting portions for mounting each of the plurality of chip components are connected by a connecting portion, and thus a plurality of mounting portions are connected. Soldering can be performed while the positional relationship between the mounting portions of the above is maintained by the connecting portion. Further, since the width of the connecting portion is narrower than the width of the mounting portion, the influence of the connecting portion itself on the solder joint can be reduced.
上記シートはんだにおいて、連結部の一部に幅狭部分が設けられていてもよい。連結部の一部に幅狭部分が設けられていることで、シートはんだが溶融する際、連結部が幅狭部分で分離して隣り合う載置部のそれぞれに吸収させることができる。 In the sheet solder, a narrow portion may be provided in a part of the connecting portion. Since the narrow portion is provided in a part of the connecting portion, when the sheet solder melts, the connecting portion can be separated at the narrow portion and absorbed by each of the adjacent mounting portions.
上記シートはんだにおいて、載置部のチップ部品を載置する載置面とは反対側に突出する突出部をさらに備えていてもよい。これにより、シートはんだを基板の上に載置する際、突出部が基板と係合してシートはんだの位置を仮固定することができる。 The sheet solder may further include a protruding portion that protrudes to the side opposite to the mounting surface on which the chip component of the mounting portion is mounted. As a result, when the sheet solder is placed on the substrate, the protruding portion engages with the substrate and the position of the sheet solder can be temporarily fixed.
上記シートはんだにおいて、載置部の周辺に周辺部をさらに備えていてもよい。周辺部は、載置部におけるチップ部品を載置する載置面の側に立設された面または部分を有する。このように、載置部の周辺に周辺部が設けられていることで、載置面にチップ部品を載置することで周辺部の内側にチップ部品が載置され、チップ部品の位置ずれを周辺部で抑制することができる。 In the sheet solder, a peripheral portion may be further provided around the mounting portion. The peripheral portion has a surface or portion erected on the side of the mounting surface on which the chip component is mounted in the mounting portion. In this way, since the peripheral portion is provided around the mounting portion, the chip component is mounted on the inside of the peripheral portion by mounting the chip component on the mounting surface, and the misalignment of the chip component is prevented. It can be suppressed in the peripheral part.
本発明の一態様は、シートはんだを用いて基板に複数のチップ部品をはんだ付けする方法であって、シートはんだとして、複数のチップ部品のそれぞれを載置するための複数の載置部と、複数の載置部の間に設けられ、載置部の幅よりも狭い幅を有する連結部と、を備えるシートはんだを準備する工程と、基板の上にシートはんだを載置した状態でシートはんだを仮固定する工程と、シートはんだにおける複数の載置部のそれぞれにチップ部品を載置する工程と、シートはんだを加熱溶融し、基板に複数のチップ部品を一括ではんだ接合する工程と、を備えたはんだ付け方法である。 One aspect of the present invention is a method of soldering a plurality of chip parts to a substrate using sheet solder, which comprises a plurality of mounting portions for mounting each of the plurality of chip parts as sheet solder. A process of preparing a sheet solder having a connecting portion provided between a plurality of mounting portions and having a width narrower than the width of the mounting portion, and a sheet solder with the sheet solder mounted on a substrate. A process of temporarily fixing the solder, a process of mounting chip parts on each of a plurality of mounting portions in the sheet solder, and a process of heating and melting the sheet solder and soldering a plurality of chip parts to the substrate at once. This is a prepared soldering method.
このような構成によれば、複数のチップ部品をはんだ接合するためのシートはんだとして、複数のチップ部品のそれぞれ載置する複数の載置部が連結部によって連結されているため、シートはんだを基板の上に載置するだけで、複数の載置部の互いの位置関係を保持しておくことができる。すなわち、複数の載置部の互いの位置関係が保持されているため、複数のチップ部品のそれぞれを対応する載置部に的確に載置することができ、複数のチップ部品を一括して安定的にはんだ接合できるようになる。 According to such a configuration, as sheet solder for soldering a plurality of chip parts, a plurality of mounting portions on which the plurality of chip parts are mounted are connected by a connecting portion, so that the sheet solder can be used as a substrate. By simply placing it on the top, it is possible to maintain the positional relationship between the plurality of mounting portions. That is, since the positional relationship between the plurality of mounting portions is maintained, each of the plurality of chip parts can be accurately mounted on the corresponding mounting portions, and the plurality of chip parts can be stably mounted at once. You will be able to perform solder joints.
上記はんだ付け方法において、シートはんだを準備する工程は、連結部の一部に幅狭部分が設けられたシートはんだを準備することを含み、基板の上にシートはんだを載置して仮固定する工程は、基板に設けられた複数の導体パターンの間を幅狭部分がまたぐようにシートはんだを載置して仮固定することを含んでいてもよい。このように、連結部の幅狭部分が複数の導体パターンの間をまたぐように配置されると、シートはんだの溶融によって連結部が幅狭部分で分離して、導電パターン間でのはんだのブリッジを防止することができる。 In the above soldering method, the step of preparing the sheet solder includes preparing the sheet solder having a narrow portion provided in a part of the connecting portion, and the sheet solder is placed on the substrate and temporarily fixed. The step may include placing and temporarily fixing the sheet solder so that the narrow portion straddles between the plurality of conductor patterns provided on the substrate. In this way, when the narrow portion of the connecting portion is arranged so as to straddle between the plurality of conductor patterns, the connecting portion is separated at the narrow portion due to the melting of the sheet solder, and the solder bridge between the conductive patterns. Can be prevented.
上記はんだ付け方法において、基板の上にシートはんだを載置して仮固定する工程は、シートはんだを超音波溶着によって仮固定することを含んでいてもよい。このように、基板の上に載置したシートはんだを超音波溶着によって仮固定することで、シートはんだの形態を維持した状態でシートはんだの位置ずれを防止することができる。 In the above soldering method, the step of placing the sheet solder on the substrate and temporarily fixing the sheet solder may include temporarily fixing the sheet solder by ultrasonic welding. By temporarily fixing the sheet solder placed on the substrate by ultrasonic welding in this way, it is possible to prevent the sheet solder from being misaligned while maintaining the form of the sheet solder.
上記はんだ付け方法において、シートはんだを準備する工程は、載置部のチップ部品を載置する載置面とは反対側に突出する突出部を備えたシートはんだを準備することを含み、基板の上にシートはんだを載置して仮固定する工程は、シートはんだの突出部を基板に係合することで仮固定することを含んでいてもよい。これにより、シートはんだを基板の上に載置して突出部を基板と係合させることで、シートはんだの位置ずれを防止することができる。 In the above soldering method, the step of preparing the sheet solder includes preparing the sheet solder having a protruding portion protruding on the side opposite to the mounting surface on which the chip component of the mounting portion is mounted, and the step of preparing the sheet solder of the substrate. The step of placing the sheet solder on the sheet and temporarily fixing the sheet solder may include temporarily fixing the sheet solder by engaging the protruding portion of the sheet solder with the substrate. As a result, the sheet solder can be placed on the substrate and the protruding portion can be engaged with the substrate to prevent the sheet solder from being displaced.
本発明によれば、複数のチップ部品をはんだ接合する場合に、安定したはんだ接合を効率良く行うことができるシートはんだ、およびはんだ付け方法を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a sheet solder and a soldering method capable of efficiently performing stable solder joining when soldering a plurality of chip parts.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are designated by the same reference numerals, and the description of the members once described will be omitted as appropriate.
(シートはんだの構成)
図1(a)および(b)は、本実施形態に係るシートはんだの構成を例示する図である。図1(a)にはシートはんだ1の斜視図が示され、図1(b)にはシートはんだ1の平面図が示される。
図2は、本実施形態に係るシートはんだの使用状態を説明する分解斜視図である。
本実施形態に係るシートはんだ1は、はんだ材料によって構成され、複数のチップ部品2を基板3上にはんだ接合するために用いられるシート状(板状)のはんだである。
(Composition of sheet solder)
1A and 1B are diagrams illustrating the configuration of the sheet solder according to the present embodiment. FIG. 1A shows a perspective view of the
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a usage state of the sheet solder according to the present embodiment.
The
図1(a)に示すように、本実施形態に係るシートはんだ1は、複数の載置部11と、複数の載置部11の間に設けられる連結部13とを備える。シートはんだ1に用いられるはんだ材料の主成分はスズ(Sn)であり、融点は約270℃である。シートはんだ1は、フラックスを含有しないフラックスレスであることが好ましい。
As shown in FIG. 1A, the
シートはんだ1の複数の載置部11のそれぞれにはチップ部品2(図2参照)が載置される。このため、載置部11の大きさはチップ部品2の底面のサイズとほぼ同じか、やや大きく設けられる。
Chip parts 2 (see FIG. 2) are mounted on each of the plurality of mounting
図1および図2に示す例では、2つの載置部11が並置され、それぞれの載置部11にチップ部品2が載置される。すなわち、1つのシートはんだ1で2つのチップ部品2をはんだ接合することができる。なお、載置部11の数は一例であり、2つに限定されない。
In the examples shown in FIGS. 1 and 2, two mounting
連結部13は、複数の載置部11の間を繋ぐ(連結する)部分である。連結部13も載置部11と同じはんだ材料によって構成される。連結部13の幅は、載置部11の幅よりも狭い。図1および図2に示す例では、並置される2つの載置部11の対向する縁の両端部にそれぞれ設けられる。このため、2つの連結部13の間にはスリット14(はんだ材料の無い部分)が設けられる。
The connecting
連結部13は、複数の載置部11の間を繋ぐことでこれらの位置関係を保持する役目を果たす。また、連結部13の幅を載置部11の幅よりも狭くすることで、連結部13自体がはんだ接合に与える影響を少なくすることができる。例えば、連結部13の幅を、シートはんだ1の溶融によって載置部11に吸収される程度の幅(はんだ材料の量)にすると、溶融した際に複数の載置部11どうしを一体化させないようにすることができる。
The connecting
載置部11の周辺には、チップ部品2を載置する載置面11aの側に立設された面または部分を有する周辺部12が設けられていてもよい。例えば、周辺部12は載置部11の縁から載置面11a側(上側)に立ち上がる立片121を有する。図1および図2に示す例では、矩形の載置部11の各辺のそれぞれに立片121が設けられる。
A
立片121は、載置部11の各辺から外方に延出するはんだ材料の一部を折り曲げるようにして構成される。例えば、板状のはんだ材料をプレス加工することで、図1および図2に示すような載置部11、連結部13および周辺部12を備えたシートはんだ1が構成される。
The standing
立片121の立ち上がり寸法は、例えば0.1ミリメートル(mm)以上2.5mm以下程度で、立ち上がりの角度は、例えば30度以上85度以下程度(上に向かうほど外方に向く角度)が好ましい。シートはんだ1は、チップ部品2のはんだ接合に必要なはんだ量を確保できる大きさ、形状、長さ、連結部13および周辺部12の形状や長さに設けられる。
The rising dimension of the standing
図2に示すように、シートはんだ1は、複数のチップ部品2を基板3にはんだ接合するために用いられる。基板3としては、DBC(Direct Bonded Copper)基板、プリント基板、銅ベースなどが用いられる。なお、本実施形態では、特に示す場合を除き、説明の便宜上、母材と導体パターンとを含めて基板3と称することにする。
As shown in FIG. 2, the
チップ部品2は、半導体プロセスによって製造されたチップ状の部材であり、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FRD(Fast Recovery Diode)や、窒化ガリウム(GaN)や炭化珪素(SiC)等を用いた半導体素子、シリコン抵抗、サーミスタ、放熱用スプレッダなどである。
The
本実施形態に係るシートはんだ1を用いてはんだ接合する場合、基板3の上にシートはんだ1を載置して仮固定を行う。仮固定の一例としては、基板3とシートはんだ1との接触部分の一部(例えば、載置部11の一部)に超音波を印加して溶着を行う。これにより、シートはんだ1が基板3の所定位置からずれてしまうことを防止することができる。なお、シートはんだ1の超音波溶着による仮固定位置は、載置部11の中央部であっても、端部であってもよいし、1箇所でも複数箇所であってもよい。なお、仮固定は超音波溶着以外にも、後述するシートはんだ1の突出部を基板3に係合することで行ってもよい。
When soldering is performed using the
複数のチップ部品2のそれぞれは、シートはんだ1の複数の載置部11のそれぞれに載置される。周辺部12が設けられている場合、チップ部品2を載置部11に載置することで、周辺部12の内側(例えば、4つの立片121で囲まれる領域内)にチップ部品2が収容される。このように、チップ部品2を載置部11に載置することで、チップ部品2の周囲に周辺部12(例えば、立片121)が位置することになり、チップ部品2の載置面11aに沿った位置ずれを周辺部12によって抑制することができる。
Each of the plurality of
周辺部12によってチップ部品2の位置ずれを抑制するには、載置部11にチップ部品2を載置した状態でチップ部品2と周辺部12との隙間が少ないほど効果的である。一方、チップ部品2と周辺部12との隙間が少ないほど、チップ部品2を載置部11に載置する際の位置制御が難しくなる。そこで、立片121の立ち上がり角度として上(載置面11aから離れる方向)に向かうほど外側を向くようにすれば、チップ部品2を載置する際の間口が拡がり、チップ部品2を載置する際の位置合わせが容易となるとともに、多少の位置ずれであっても立片121の傾斜を利用してチップ部品2を載置部11の載置面11aの所定位置に正確に呼び込むことができる。
In order to suppress the misalignment of the
このように、本実施形態では、複数のチップ部品2を基板3にはんだ接合するシートはんだ1において、複数のチップ部品2のそれぞれを載置する複数の載置部11が連結部13で連結されているため、複数の載置部11の互いの位置関係を連結部13によって保持した状態ではんだ接合を行うことができる。また、連結部13の幅が載置部11の幅よりも狭いため、連結部13自体がはんだ接合に与える影響を少なくすることができる。
As described above, in the present embodiment, in the
(はんだ付け方法)
次に、本実施形態に係るはんだ付け方法について説明する。
図3は、本実施形態に係るはんだ付け方法を例示するフローチャートである。
図4(a)から図6(c)は、本実施形態に係るはんだ付け方法を例示する断面図である。
本実施形態に係るはんだ付け方法には、先に説明したシートはんだ1が用いられる。
図2に示すように、本実施形態に係るはんだ付け方法は、シートはんだ1を準備する工程(ステップS101)と、基板3の上にシートはんだ1を載置する工程(ステップS102)と、シートはんだ1を仮固定する工程(ステップS103)と、シートはんだ1の上に複数のチップ部品2を載置する工程(ステップS104)と、シートはんだ1を溶融して基板3と複数のチップ部品2とをはんだ接合する工程(ステップS105)と、を備える。
(Soldering method)
Next, the soldering method according to this embodiment will be described.
FIG. 3 is a flowchart illustrating the soldering method according to the present embodiment.
4 (a) to 6 (c) are cross-sectional views illustrating the soldering method according to the present embodiment.
In the soldering method according to the present embodiment, the
As shown in FIG. 2, the soldering method according to the present embodiment includes a step of preparing the sheet solder 1 (step S101), a step of placing the
次に、各工程の具体例について説明する。
ステップS101に示すシートはんだ1の準備では、例えば図1に示す本実施形態に係るシートはんだ1を用意する。次に、ステップS102に示すシートはんだ1の載置を行う。具体的には、図4(a)に示すように、基板用治具50を用意し、この基板用治具50に基板3を嵌め込む。基板用治具50は、セラミックスやカーボン(C/Cコンポジット材を含む)の基材51に凹部52が設けられたものでる。基板用治具50の凹部52に基板3が嵌め込まれる。
Next, specific examples of each step will be described.
In the preparation of the
次に、図4(b)に示すように、基板3が嵌め込まれた基板用治具50の上にはんだ用治具60を載置する。はんだ用治具60は、アルミニウムや樹脂の基材61に開口62が設けられたものである。図4(c)に示すように、基板用治具50の上に載置されたはんだ用治具60の開口62にシートはんだ1を載置する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図5(a)に示すように、はんだ押圧用治具70をはんだ用治具60およびシートはんだ1の上に載置する。はんだ押圧用治具70は、アルミニウムや樹脂の基材71に凸部72が設けられたものである。はんだ押圧用治具70を載置することで、凸部72によってシートはんだ1の載置部11が押圧される。これにより、シートはんだ1の載置部11に歪みがあっても平坦性を高めることができる。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、ステップS103に示す仮固定では、図5(b)に示すように、シートはんだ1に超音波を印加して基板3へ仮固定する。はんだ押圧用治具70には貫通孔73が設けられており、この貫通孔73から超音波印加用のホーン1021を差し込み、シートはんだ1の載置部11に当接させる。そして、ホーン1021から超音波をシートはんだ1の載置部11に与え、シートはんだ1を基板3に仮固定する。複数の載置部11が連結されたシートはんだ1では、例えばそれぞれの載置部11にホーン1021を当接させて複数箇所にて超音波による仮固定を行うことが好ましい。
Next, in the temporary fixing shown in step S103, as shown in FIG. 5B, ultrasonic waves are applied to the
シートはんだ1の仮固定が完了した後は、はんだ押圧用治具70およびはんだ用治具60を取り外す。次に、ステップS104に示すチップ部品2の載置では、図6(a)に示すように、複数のチップ部品2のそれぞれをシートはんだ1の複数の載置部11のそれぞれに載置する。図6(b)に示すように、各チップ部品2がシートはんだ1の対応する載置部11に載置されると、周辺部12の内側に配置され、位置ずれを起こすことなく配置される。
After the temporary fixing of the
次に、ステップS105に示すはんだ溶着では、図6(c)に示すようにシートはんだ1を溶融し、複数のチップ部品2を基板3にはんだ接合する。シートはんだ1の溶融は加熱装置(リフロー炉など)によって行われる。加熱装置には、図6(b)に示すような基板用治具50に基板3、シートはんだ1およびチップ部品2が重ねられた状態で送り込まれる。
Next, in the solder welding shown in step S105, the
シートはんだ1において連結部13の幅を載置部11の幅よりも狭くしているため、シートはんだ1の溶融によって連結部13は載置部11側に吸収されやすい。連結部13の幅および長さの設定によっては、シートはんだ1が溶融した際、液状となったはんだ材料の表面(界面)張力によって隣接するそれぞれの載置部11に吸収される。すなわち、連結部13の幅および長さ(スリット14の長さおよび幅)を調整することにより、隣り合う載置部11どうしを一体化させずに互いに分離した状態にすることもできるし、隣り合う載置部11どうしを意図的に一体化させることもできる。
Since the width of the connecting
ここで、上記の意図的な一体化のメリットは以下の通りである。
例えば、並置された2つのチップ部品2を一定幅の1枚のシートはんだで接合する場合、チップ部品2の間のはんだ材料の量が過多となり、溶融したはんだ材料の表面(界面)張力によって2つのチップ部品2の接近や立ち上がりなどの位置ずれを起こす可能性がある。本実施形態のように、複数の載置部11を分けて連結部13で繋いでおくことで、複数の載置部11を溶融によって一体化させる場合でもチップ部品2の間のはんだ材料の量を適切にコントロールすることができ、はんだ材料が溶融した際の2つのチップ部品2の位置ずれを抑制することができる。
Here, the merits of the above intentional integration are as follows.
For example, when two juxtaposed
チップ部品2を基板3にはんだ接合した後は、基板用治具から完成品(半導体装置)を取り出す。
After the
上記のはんだ付け方法において、シートはんだ1を溶融する際、還元性ガスを供給しながらシートはんだ1を加熱溶融してもよい。還元性ガスとしては、ギ酸が好ましい。これにより、フラックスレスのシートはんだ1を用いても、はんだ接合面(シートはんだ1の表面、チップ部品2の裏面電極表面、基板3の導通部表面)の酸化膜を除去して接続信頼性を高めることができる。
In the above soldering method, when melting the
一方、必要に応じてフラックスを用いてもよい。フラックスが必要な場合には、シートはんだ1を基板3に載置する前に基板3のシートはんだ1が載置される位置にフラックスを塗布してもよいし、シートはんだ1にチップ部品2を載置する前にシートはんだ1の載置部11にフラックスを塗布してもよい。
On the other hand, flux may be used if necessary. When flux is required, the flux may be applied to the position where the
また、シートはんだ1を溶融する際にはんだの飛散防止対策を施したい場合には、シートはんだ1を加熱装置で溶融する際、はんだ飛散防止治具(図示せず)を搭載するようにしてもよい。
Further, if it is desired to take measures to prevent the solder from scattering when the
本実施形態に係るはんだ付け方法では、複数のチップ部品2のはんだ接合において、本実施形態に係るシートはんだ1を用いるため、1つのシートはんだ1を基板3の上に載置するだけで、複数の載置部11の互いの位置関係を保持した状態で配置することができる。すなわち、複数の載置部11の互いの位置関係が保持されているため、複数のチップ部品2のそれぞれを対応する載置部11に的確に載置することができ、複数のチップ部品2を一括して安定的にはんだ接合できるようになる。
In the soldering method according to the present embodiment, since the
また、基板3の上に載置したシートはんだ1を例えば超音波溶着によって仮固定するため、加熱装置への出し入れや搬送なで振動が加わっても、基板3上のシートはんだ1がずれることはない。したがって、シートはんだ1の位置ずれ防止の治具が不要となる。また、シートはんだ1に周辺部12を設けておくと、シートはんだ1にチップ部品2を載置した際、周辺部12によってチップ部品2の位置ずれが防止されるため、チップ部品2の位置ずれを防止するための治具も不要となる。
Further, since the
ここで、フラックスを用いないはんだ接合を行う場合、還元性ガスとして水素やギ酸が用いられる。水素を供給して加熱を行う水素還元炉を用いた場合、シートはんだの主成分であるスズ(Sn)は270℃程度から還元作用が発生し、シートはんだを溶融することが可能である。しかし、一般的なはんだ(例えば、クリームはんだ)の融点である230℃付近よりも高くなるため、搭載部品への熱ストレスが懸念される。 Here, when soldering without using flux, hydrogen or formic acid is used as the reducing gas. When a hydrogen reduction furnace for supplying hydrogen and heating is used, tin (Sn), which is the main component of the sheet solder, undergoes a reducing action from about 270 ° C., and the sheet solder can be melted. However, since it is higher than the melting point of general solder (for example, cream solder) around 230 ° C., there is a concern about thermal stress on the mounted parts.
ギ酸を還元性ガスとして用いる場合、150℃から200℃程度で還元作用が発生し、シートはんだを溶融させることが可能である。この融点は一般的なはんだの融点付近と同等か、それ以下であることから、搭載部品への熱ストレスの影響は高くない。 When formic acid is used as a reducing gas, a reducing action occurs at about 150 ° C. to 200 ° C., and the sheet solder can be melted. Since this melting point is equal to or lower than the melting point of general solder, the influence of thermal stress on the mounted parts is not high.
一方、ギ酸は還元作用が強く、金属を錆びさせることに繋がり、治具に適用可能な材料の選択の幅が狭くなる。ギ酸に耐性があり、治具として加工が可能な材料としては、SUS316(L)、チタン、カーボン、セラミックス、カーボン素材の樹脂、セラミックス基材の樹脂などが挙げられる。 On the other hand, formic acid has a strong reducing action, which leads to rusting of the metal and narrows the range of selection of materials applicable to the jig. Examples of the material that is resistant to formic acid and can be processed as a jig include SUS316 (L), titanium, carbon, ceramics, resin of carbon material, resin of ceramic base material, and the like.
上記の材料の中で、リフロー炉内で使用する治具を前提とした場合、熱伝導率および熱膨張率の観点から、SUS316(L)は不向きである。SUS316(L)以外の材料は治具として適用可能ではあるが、可能な限り熱伝導率の高いグレードを選択する必要があるため、材料自体のコストが高くなると同時に、難加工の材料のため治具を多数用意するとコスト高となる。 Among the above materials, SUS316 (L) is unsuitable from the viewpoint of thermal conductivity and coefficient of thermal expansion, assuming a jig used in a reflow furnace. Materials other than SUS316 (L) can be applied as jigs, but since it is necessary to select a grade with the highest thermal conductivity possible, the cost of the material itself increases, and at the same time, it is cured because it is a difficult-to-process material. If you prepare a lot of ingredients, the cost will be high.
このため、可能な限り治具の数を減らすか、治具として加工難易度の低い材料を用いることが望まれる。 Therefore, it is desirable to reduce the number of jigs as much as possible or to use a material having a low degree of processing difficulty as a jig.
本実施形態では、上記のように、シートはんだ1の位置ずれ防止のための治具や、チップ部品2の位置ずれ防止のための治具が不要となるため、フラックスレスのシートはんだ1を用い、還元性ガス、特にギ酸を用いたはんだ接合を行うはんだ付けのニーズに合致している。
In the present embodiment, as described above, the jig for preventing the misalignment of the
(はんだ付け装置)
次に、本実施形態に係るはんだ付け装置について説明する。
図7は、本実施形態に係るはんだ付け装置を例示する模式図である。
本実施形態に係るはんだ付け装置100は、先に説明したシートはんだ1を用いて基板3に複数のチップ部品2をはんだ付けする装置である。
(Soldering equipment)
Next, the soldering apparatus according to this embodiment will be described.
FIG. 7 is a schematic view illustrating the soldering apparatus according to the present embodiment.
The
はんだ付け装置100は、シートはんだ1を基板3の上に載置するはんだ載置部101と、基板3の上に載置されたシートはんだ1に超音波振動を与える超音波溶着部102と、シートはんだ1の載置部11に複数のチップ部品2を載置する部品載置部103と、シートはんだ1を加熱溶融して、基板3にチップ部品2をはんだ接合する加熱接合部104と、を備える。
The
はんだ載置部101は、シートはんだ1をピックアップ(例えば、真空吸着)する保持部1011を有する。保持部1011は、例えばXYZ方向に移動可能に設けられる。保持部1011は、シートはんだ1をピックアップした状態で基板3上の所定位置へシートはんだ1を移動させ、ピックアップを解除してシートはんだ1を基板3上に載置する。
The
超音波溶着部102は、超音波を印加するホーン1021を有する。ホーン1021をシートはんだ1の載置部11に当接させて超音波を印加することでシートはんだ1の基板3側が僅かに溶融して、シートはんだ1を基板3に仮固定することができる。シートはんだ1の複数箇所に超音波を印加する場合、複数のホーン1021を設けておき同時に複数箇所に超音波を印加できるようにしてもよいし、ホーン1021とシートはんだ1との相対的な当接位置を変えてそれぞれ超音波を印加できるようにしてもよい。
The
部品載置部103は、チップ部品2をピックアップ(例えば、真空吸着)する保持部1031を有する。保持部1031は、例えばXYZ方向に移動可能に設けられる。保持部1031は、チップ部品2をピックアップした状態でシートはんだ1の載置部11へチップ部品2を移動させ、ピックアップを解除してチップ部品2を載置部11上に載置する。部品載置部103は、複数のチップ部品2のそれぞれを載置部11上に載置する。
The
加熱接合部104は、シートはんだ1を加熱溶融する加熱装置である。加熱接合部104では、シートはんだ1を加熱溶融するための温度コントロールが行われる。また、加熱接合部104は、シートはんだ1を加熱溶融する際に還元性ガス(例えば、ギ酸、水素)を供給する還元性ガス供給部(図示せず)を有していてもよい。
The heat
また、加熱接合部104は、完成製品の品質上の観点から、はんだ接合面のボイドを除去するため減圧機能を備えていることが好ましい。
Further, from the viewpoint of quality of the finished product, the heat-bonded
このようなはんだ付け装置100において、はんだ載置部101、超音波溶着部102、部品載置部103および加熱接合部104のそれぞれの間で基板3を搬送する搬送部105をさらに備えていてもよい。搬送部105は、例えばベルトコンベアである。これにより、シートはんだ1の載置、シートはんだ1の超音波溶着による仮固定、複数のチップ部品2の載置およびシートはんだ1の加熱溶融接合の一連の工程を搬送部105で基板3を搬送しながら連続して行うことができる。なお、搬送部105は、はんだ付け装置100の一連の工程の一部に設けられていてもよい。
Even if the
このようなはんだ付け装置100を用いることで、基板3の上にシートはんだ1を載置した状態で超音波溶着部102によってシートはんだ1を仮固定するため、シートはんだ1の形態を維持した状態でシートはんだ1の位置ずれを防止することができる。また、シートはんだ1として複数の載置部11と連結部13とを有するものを使用することで、シートはんだ1を基板3の上に載置するだけで、複数の載置部11の互いの位置関係を保持した状態で載置できる。これにより、複数のチップ部品2のそれぞれを対応する載置部11に的確に載置することができ、複数のチップ部品2を一括して的確かつ効率的にはんだ接合できるようになる。
By using such a
(シートはんだの他の例)
次に、本実施形態に係るシートはんだ1の他の例について説明する。
図8(a)から図9は、シートはんだの他の例について説明する斜視図である。
図8(a)に示すシートはんだ1Bは、載置部11の縁から延出する延出部15を有する構成である。例えば、延出部15は矩形の載置部11の互いに対角となる隅部に設けられる。延出部15を設けることで、延出部15の位置に超音波を印加してシートはんだ1Bを基板3に仮固定することができる。すなわち、延出部15に超音波を印加して仮固定するようにすれば、載置部11に超音波を印加する必要がなくなり、載置部11へのダメージを与えずに済む。
(Other examples of sheet solder)
Next, another example of the
8 (a) to 9 are perspective views illustrating another example of sheet solder.
The
図8(b)に示すシートはんだ1Cは、載置部11のチップ部品2を載置する載置面11aとは反対側(下側)に突出する突出部16をさらに備えていてもよい。突出部16は、載置部11の載置面11aとは反対側(下側)の面(裏面11b)よりも下側(裏面11b側)に突出して設けられる。突出部16は突出片であってもよいし、突起(柱状突起や半球状突起など)であってもよい。突出部16は少なくとも3つ設けられているとよく、少なくとも3つの突出部16は同一直線上に配置されていないことが好ましい。
The
このような突出部16が設けられていることで、シートはんだ1Cを基板3の上に載置する際、突出部16を基板3と係合させるようにする。例えば、突出部16を基板3の縁に掛けたり、基板3に設けられた孔、凹部、溝に嵌合させたり、段差部分に掛けたりする。これにより、シートはんだ1Cを基板3の上に載置した際の位置を仮固定することができる。この場合、超音波溶着によるシートはんだ1Cの仮固定は必ずしも行う必要はない。
By providing such a protruding
図9に示すシートはんだ1Dは、4つの載置部11を有し、隣り合う載置部11の間をそれぞれ連結部13で連結したものである。シートはんだ1Dは、第1の大きさを有する2つの載置部111と、第1の大きさよりも大きい第2の大きさを有する2つの載置部112とを有する。2つの載置部111の間には連結部131が設けられ、2つの載置部112の間に連結部132が設けられる。また、2つの載置部111と2つの載置部112との間には連結部133が設けられる。
The
図10(a)から図11(c)は、図9に示すシートはんだ1Dを用いて半導体モジュールを製造する例を示す模式平面図である。
図10(a)に示すように、基板3には所定の導体パターン31が設けられる。この基板3にチップ部品2をはんだ接合する場合、図10(b)に示すように、導体パターン31の上にシートはんだ1Dを載置する。シートはんだ1Dの形は導体パターン31の形に対応している。図10および図11に示す例では2つのシートはんだ1Dをそれぞれの導体パターン31の上に載置する。
10 (a) to 11 (c) are schematic plan views showing an example of manufacturing a semiconductor module using the
As shown in FIG. 10A, a
シートはんだ1Dでは、4つの載置部11が連結部13によって連結されているため、一体として1つのシートはんだ1Dを載置すれば全ての載置部11の位置関係を保持したまま導体パターン31の所定位置に正確に配置することができる。シートはんだ1Dを載置した後、シートはんだ1Dは超音波溶着などで仮固定される。
In the
次に、図10(c)に示すように、仮固定されたシートはんだ1Dの載置部11に複数のチップ部品2を載置する。シートはんだ1Dに周辺部12が設けられていれば、載置したチップ部品2の位置ずれが防止される。
Next, as shown in FIG. 10C, a plurality of
次に、この状態で加熱装置(リフロー炉など)によってシートはんだ1Dを溶融し、チップ部品2を基板3の導体パターン31にはんだ接合する。これにより、複数のチップ部品2を一括してはんだ接合することができる。
Next, in this state, the
次に、図11(a)に示すように銅ベース4を用意し、図11(b)に示すように銅ベース4の上にシートはんだ10を載置する。このシートはんだ10は平板状のものであってもよいし、縁に周辺部12が設けられているものであってもよい。シートはんだ10は超音波溶着などで仮固定することが好ましい。次に、図11(c)に示すように、図10(c)で複数のチップ部品2をはんだ接合した基板3を載置し、シートはんだ10を溶融してはんだ接合する。これにより、銅ベース4の上に基板3および複数のチップ部品2が実装された半導体モジュール500が完成する。
Next, the copper base 4 is prepared as shown in FIG. 11 (a), and the
図12は、他のシートはんだを例示する斜視図である。
図12に示すシートはんだ1Eは、連結部13の一部に幅狭部分13aを有している。図12に示すシートはんだ1Eは、第1の大きさを有する2つの載置部111と、第1の大きさよりも大きい第2の大きさを有する2つの載置部112とを有する。4つの載置部11は2つずつ縦横に配置されている。2つの載置部111の間には連結部136が設けられ、2つの載置部112の間に連結部132が設けられる。また、隣り合う載置部111および112の間には連結部137が設けられる。
FIG. 12 is a perspective view illustrating another sheet solder.
The
これらの連結部13のうち、例えば連結部136および137の一部に幅狭部分13aが設けられる。連結部136および137の一部に幅狭部分13aが設けられていても、複数の載置部11の位置関係を保持する十分な連結強度が確保される幅および長さで設けられている。
Of these connecting
図13は、幅狭部分と導体パターンとの位置関係を例示する平面図である。
図14は、幅狭部分の拡大平面図である。
シートはんだ1Eを基板3の上に載置すると、連結部136および137の幅狭部分13aが隣り合う導体パターン31の間をまたぐように配置される。すなわち、幅狭部分13aと導体パターン31が設けられていない部分31aとが重なるようにシートはんだ1Eが配置される。
FIG. 13 is a plan view illustrating the positional relationship between the narrow portion and the conductor pattern.
FIG. 14 is an enlarged plan view of the narrow portion.
When the
図15(a)から(c)は、幅狭部分を有するシートはんだの溶融の状態を例示する模式断面図である。
図15(a)に示すように、基板3の隣り合う導体パターン31の上にシートはんだ1Eを載置し、連結部13の幅狭部分13aが隣り合う導体パターン31の間(導体パターン31が設けられていない部分31a)をまたぐように配置する。それぞれの載置部11にチップ部品2を載置した状態でシートはんだ1Eを溶融すると、図15(b)に示す状態から図15(c)に示すような状態となる。すなわち。シートはんだ1Eの溶融によって、液状となったはんだ材料の表面(界面)張力によって周辺部12および連結部13が載置部11側に吸収されていく。この際、連結部13に幅狭部分13aが設けられていると、連結部13の分離が効果的に行われる。したがって、隣り合う導体パターン31にはんだ材料が跨がるブリッジ現象を防止することができる。
15 (a) to 15 (c) are schematic cross-sectional views illustrating a molten state of the sheet solder having a narrow portion.
As shown in FIG. 15A, the
以上説明したように、本実施形態によれば、安定したはんだ接合を効率良く行うことができるシートはんだ1、1B、1C、1D、1Eおよびはんだ付け方法を提供することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide
なお、上記に本実施形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、載置部11の数、連結部13の数や位置、レイアウトは上記説明したものに限定されない。また、チップ部品2には例えば複数の素子をベース部材に実装してモジュール化された部品も含まれる。また、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
Although the present embodiment and its modifications have been described above, the present invention is not limited to these examples. For example, the number of mounting
1,1B,1C,1D,1E…シートはんだ
2…チップ部品
3…基板
4…銅ベース
10…シートはんだ
11,111,112…載置部
11a…載置面
11b…裏面
12…周辺部
13,131,132,133,136,137…連結部
13a…幅狭部分
14…スリット
15…延出部
16…突出部
31…導体パターン
31a…導体パターンが設けられていない部分
50…基板用治具
51…基材
52…凹部
60…はんだ用治具
61…基材
62…開口
70…はんだ押圧用治具
71…基材
72…凸部
73…貫通孔
100…はんだ付け装置
101…はんだ載置部
102…超音波溶着部
103…部品載置部
104…加熱接合部
105…搬送部
121…立片
1011…保持部
1021…ホーン
1031…保持部
500…半導体モジュール
1,1B, 1C, 1D, 1E ...
Claims (8)
複数のチップ部品のそれぞれを載置するための複数の載置部と、
前記複数の載置部の間に設けられ、前記載置部の幅よりも狭い幅を有する連結部と、
を備えるシートはんだ。 A sheet of solder made of solder material,
Multiple mounting parts for mounting each of multiple chip parts,
A connecting portion provided between the plurality of mounting portions and having a width narrower than the width of the previously described mounting portion,
Sheet solder with.
前記シートはんだとして、前記複数のチップ部品のそれぞれを載置するための複数の載置部と、前記複数の載置部の間に設けられ、前記載置部の幅よりも狭い幅を有する連結部と、を備える前記シートはんだを準備する工程と、
前記基板の上に前記シートはんだを載置した状態で前記シートはんだを仮固定する工程と、
前記シートはんだにおける前記複数の載置部のそれぞれに前記チップ部品を載置する工程と、
前記シートはんだを加熱溶融し、前記基板に前記複数のチップ部品を一括ではんだ接合する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ付け方法。 It is a method of soldering multiple chip parts to a board using sheet solder.
As the sheet solder, a plurality of mounting portions for mounting each of the plurality of chip parts and a connection provided between the plurality of mounting portions and having a width narrower than the width of the previously described mounting portions. The process of preparing the sheet solder including the part and
A step of temporarily fixing the sheet solder with the sheet solder placed on the substrate, and a step of temporarily fixing the sheet solder.
A step of mounting the chip component on each of the plurality of mounting portions in the sheet solder,
A process of heating and melting the sheet solder and solder-bonding the plurality of chip parts to the substrate at once.
A soldering method characterized by being equipped with.
前記基板の上に前記シートはんだを載置して仮固定する工程は、前記基板に設けられた複数の導体パターンの間を前記幅狭部分がまたぐように前記シートはんだを載置して仮固定することを含む、請求項5記載のはんだ付け方法。 The step of preparing the sheet solder includes preparing the sheet solder having a narrow portion provided in a part of the connecting portion.
In the step of placing and temporarily fixing the sheet solder on the substrate, the sheet solder is placed and temporarily fixed so that the narrow portion straddles between the plurality of conductor patterns provided on the substrate. The soldering method according to claim 5, wherein the soldering method comprises the above.
前記基板の上に前記シートはんだを載置して仮固定する工程は、前記シートはんだの前記突出部を前記基板に係合することで仮固定することを含む、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のはんだ付け方法。
The step of preparing the sheet solder includes preparing the sheet solder having a protruding portion protruding to the side opposite to the mounting surface on which the chip component is mounted in the above-described mounting portion.
A fifth to seventh aspect of the present invention, wherein the step of placing the sheet solder on the substrate and temporarily fixing the sheet solder includes temporarily fixing the sheet solder by engaging the protruding portion of the sheet solder with the substrate. The soldering method according to any one item.
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JP2020070895A JP2021167004A (en) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | Sheet solder and soldering method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115055772A (en) * | 2022-04-25 | 2022-09-16 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Method for controlling size of brazing seam in vacuum eutectic process |
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