JP3207506B2 - Manufacturing method of electronic circuit device - Google Patents
Manufacturing method of electronic circuit deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電子回路装置の接合に係
り、特に大型基板の位置合わせを容易にしてフラックス
レスではんだ接合を行なうことできる電子回路接合装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the joining of electronic circuit devices, and more particularly to an electronic circuit joining device capable of performing soldering without flux by facilitating positioning of a large substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来からフラックスを含んだクリームは
んだによるはんだ接続が一般的におこなわれている。ま
た、最近は上記クリームはんだを使用した場合にフラッ
クス残渣洗浄用フロン、有機溶剤による公害を低減する
ために無洗浄用の低残渣、低活性のフラックスが検討さ
れている。この低活性のフラックスを用いた場合、はん
だを大気中で加熱溶融すると酸化して良好な接続が得ら
れないので、ベルト炉体内をＮ2で置換して行なってい
た。さらに、４ヶのシャッターにより炉体内を入口ガス
パージ室、加熱溶融接合室、出口ガスパージ室に３区分
し、大気をＮ2で置換し、加熱溶融接合室の酸素濃度を
約７０ｐｐｍと低く保っていた。2. Description of the Related Art Conventionally, solder connection using cream solder containing flux has been generally performed. In addition, recently, when the above-mentioned cream solder is used, a fluorocarbon for cleaning a flux residue, and a low-residue, low-activity flux for no-cleaning have been studied in order to reduce pollution caused by an organic solvent. When this low-activity flux is used, if the solder is heated and melted in the air, the solder is oxidized and a good connection cannot be obtained. Therefore, the inside of the belt furnace is replaced with N 2 . In addition, the furnace was divided into three sections by a four shutters: an inlet gas purge chamber, a heat fusion bonding chamber, and an outlet gas purge chamber. The atmosphere was replaced with N 2 , and the oxygen concentration in the heat fusion chamber was kept low at about 70 ppm. .
【０００３】上記クリームはんだによるはんだ付けは最
も簡便であるものの、フラックスが接続部内に巻き込ま
れて蒸発することによるボイド発生や、溶融接合後のフ
ラックス残渣洗浄に用いられるフロンや有機溶剤による
公害等の問題が伴うので、完全なフラックスレスはんだ
接続法が検討されている。例えば特開昭５８−３２３８
号公報に記載のように、真空室中に並べて設置した二つ
の部材のパッド（接合面）やはんだ面にイオンビームを
照射してクリーニングし、同真空室中にて二つの部材を
重ね合わせて位置合わせを行ない、ついでイオンビーム
照射によりはんだを溶融して相互接合することが開示さ
れている。[0003] Although the soldering with the cream solder is the simplest, the flux is caught in the connection portion and evaporates, and voids due to the flux and the pollution by the fluorocarbon or the organic solvent used for cleaning the flux residue after the fusion bonding are caused. Due to the problems involved, a complete fluxless solder connection method is being considered. For example, JP-A-58-3238
As described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, the pad (joining surface) and the solder surface of two members arranged side by side in a vacuum chamber are cleaned by irradiating an ion beam, and the two members are overlapped in the same vacuum chamber. It is disclosed that alignment is performed, and then the solder is melted by ion beam irradiation to perform mutual joining.
【０００４】しかし、上記特開昭５８−３２３８号公報
記載の方法では、クリーニング、位置合わせ、溶融接合
の全作業を真空室中で行うため、作業性、生産性が悪い
という問題があった。とくに、上記位置合わせ作業にお
いては、少なくとも接合部材の一方を把持して反転し、
他方の接合部材上に搬送して多数の接合部位を正確に位
置合わせできる位置合わせ装置を真空室内に設置する必
要があり、その設置のために真空室のスペースが広が
り、真空室を広げれば装置が高価格となり効率も低下し
同時に真空室内が汚染されやすくなる。また、イオンビ
ーム照射により加熱溶融を行なうので熱容量に限界があ
り、大型基板を一括して加熱することが困難であった。However, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-3238 has a problem that workability and productivity are poor because all operations of cleaning, positioning, and fusion bonding are performed in a vacuum chamber. In particular, in the alignment work, at least one of the joining members is gripped and inverted,
It is necessary to install a positioning device that can be conveyed onto the other bonding member and accurately position a large number of bonding sites in the vacuum chamber. However, the cost is high, the efficiency is reduced, and the vacuum chamber is easily contaminated at the same time. In addition, since heat melting is performed by ion beam irradiation, the heat capacity is limited, and it has been difficult to heat a large substrate at a time.
【０００５】また、特開平３−１７１６４３号公報には
上記原子あるいはイオンビーム照射装置と以後の位置合
わせやはんだの加熱溶融等を行なう後処置装置とを分離
し、後処置装置内を不活性雰囲気に保ち、その中の準備
室にて二つの部材の位置合わせを行なってハンダボール
をその融点以下に圧接加熱して仮止めした後、加熱溶融
室に搬送してはんだ付けするようにしていた。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-171463 discloses that the above-mentioned atom or ion beam irradiation apparatus is separated from a post-treatment apparatus for performing subsequent alignment, heating and melting of solder, and the inside of the post-treatment apparatus is inert atmosphere. Then, the two members are aligned in a preparatory room therein, the solder balls are pressed and heated to a temperature lower than the melting point thereof, temporarily fixed, and then transported to a heat melting chamber for soldering.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】また、上記特開平３−
１７１６４３号公報の方法においては、イオンビーム照
射装置内に位置合わせ装置を持ち込まずにすむという利
点が得られるものの、後処置装置は真空室であり、その
中で位置合わせ、加熱、溶融接続を行なわなければなら
ないという問題が残されていた。The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei.
In the method disclosed in Japanese Patent No. 171643, although the advantage that the alignment device is not required to be brought into the ion beam irradiation device can be obtained, the post-treatment device is a vacuum chamber, in which the alignment, heating, and fusion connection are performed. The problem of having to do so remained.
【０００７】最近はコンピュータの実装をはじめ、民生
用装置の実装においても、微細なはんだボールで接続す
るフリップチップ接続のような微細で多点の接続が行な
われている。[0007] Recently, including the implementation of a computer, even in the implementation of consumer devices, it has been made connected multipoint fine such as a flip-chip connection that connects a fine solder ball.
【０００８】このようなはんだ接続点が多い部品の多数
を真空室内の不活性雰囲気中で位置合わせし、同時に位
置ずれなく加熱溶融することは極めて困難であった。ま
た、部材を真空室に出し入れする手間や排気等の作業が
煩雑であり、作業効率化の障害となっていた。[0008] It has been extremely difficult to position many of such components having many solder connection points in an inert atmosphere in a vacuum chamber and simultaneously heat and melt them without displacement. In addition, the work of taking the member in and out of the vacuum chamber and the work of evacuation and the like are complicated, which has been an obstacle to work efficiency.
【０００９】以上のような理由から大気中にて位置合わ
せできるようにし、また、大型基板への部品接続を一括
して行なえるようにすることが強く要望されていた。ま
た、大気中の位置合わせを可能にした場合、上記各真空
装置と位置合わせ装置間の部材搬送時の位置ずれを防止
するようにすることも重要な課題である。For the reasons described above, there has been a strong demand for positioning in the atmosphere and connection of components to a large-sized substrate at once. In addition, when positioning in the atmosphere is enabled, it is also an important issue to prevent a displacement of the vacuum device and the positioning device when the members are transported.
【００１０】本発明の目的は、上記の問題点を改善し、
作業性、生産性等に優れた電子回路接合装置を提供する
ことにある。An object of the present invention is to improve the above-mentioned problems,
An object of the present invention is to provide an electronic circuit joining device excellent in workability, productivity, and the like.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る電子回路装置の製造方法は、回路基板
や電子部品等の被接続部材上の電極にはんだ材をフラッ
クスレスで形成する電子回路装置の製造方法において、
前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸化膜また
は有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に前記はんだ
材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加熱溶融す
る工程を備えてなることを特徴とする製造方法である。 In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing an electronic circuit device according to the present invention comprises forming a solder material on an electrode on a connected member such as a circuit board or an electronic component in a fluxless manner. In a method for manufacturing an electronic circuit device,
A step of removing an oxide film or an organic contaminant film present on the surface of the electrode and the solder material; a step of supplying the solder material to the electrode in the air; and a step of heating and melting the solder material. Ru manufacturing method der, characterized in that.
【００１２】さらに、回路基板や電子部品等の被接続部
材上の電極間をフラックスレスではんだ接続する電子回
路装置の製造方法において、前記被接続部材の一方の電
極に前記はんだ材を形成する工程と、前記電極に形成さ
れたはんだ材およびはんだ材が形成されていない他方の
電極の表面に存在する酸化膜または有機汚染膜を除去す
る工程と、前記電極に形成されたはんだ材とはんだ材が
形成されていない他方の電極を大気中で位置あわせする
工程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を備えてなるこ
とを特徴とする製造方法である。さらに、回路基板や電
子部品等の被接続部材上の電極間をフラックスレスでは
んだ接続する電子回路装置の製造方法において、前記被
接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する工程
と、前記電極に形成されたはんだ材の表面に存在する酸
化膜または有機汚染膜を除去する工程と、はんだ材が形
成されていない電極の表面に酸化を抑制することができ
る膜を形成する工程と、前記電極に形成されたはんだ材
とはんだ材が形成されていない他方の電極を大気中で位
置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を
備えてなることを特徴とする製造方法である。 Further, in a method for manufacturing an electronic circuit device in which electrodes on a member to be connected such as a circuit board and an electronic component are soldered without flux, a step of forming the solder material on one electrode of the member to be connected. Removing the oxide film or the organic contaminant film present on the surface of the other electrode where the solder material formed on the electrode and the solder material is not formed, and the solder material and the solder material formed on the electrode are A manufacturing method comprising: a step of positioning the other electrode not formed in the atmosphere; and a step of heating and melting the solder material. Further, in a method of manufacturing an electronic circuit device for soldering between electrodes on a member to be connected such as a circuit board or an electronic component in a fluxless manner, a step of forming the solder material on one electrode of the member to be connected, Removing the oxide film or organic contamination film present on the surface of the solder material formed on the electrode, and forming a film capable of suppressing oxidation on the surface of the electrode where the solder material is not formed; and a step of the other electrode solder material and the solder material formed on the electrode is not formed to align in the air, Ru manufacturing method der to characterized in that it comprises a step of heating and melting the solder material .
【００１３】またさらに、前項に記載の電子回路装置の
製造方法において、前記被接続部材の一方の電極に前記
はんだ材を形成する工程が、前記電極および前記はんだ
材の表面に存在する酸化膜または有機汚染膜を除去する
工程と、前記電極に前記はんだ材を大気中で供給する工
程と、該はんだ材を加熱溶融する工程を備えてなること
を特徴とする製造方法である。 Still further, in the method for manufacturing an electronic circuit device according to the above item, the step of forming the solder material on one of the electrodes of the connected member may include the step of forming an oxide film or a surface on the surface of the electrode and the solder material. removing organic contamination layer, and a step of supplying the solder material to the electrodes in the atmosphere, Ru manufacturing method der to characterized in that it comprises a step of heating and melting the solder material.
【００１４】またさらに、前項に記載の電子回路装置の
製造方法において、前記電極と前記はんだ材の表面に存
在する酸化膜または有機汚染膜を除去する工程が、原子
あるいはイオンビーム照射によるスパッタエッチング工
程であることを特徴とする製造方法である。またさら
に、前項に記載の電子回路装置の製造方法において、前
記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または有
機汚染膜を除去する工程が、研磨、研削、切削等の機械
的な表面除去工程であることを特徴とする製造方法であ
る。またさらに、前項に記載の電子回路装置の製造方法
において、前記はんだ材を非酸化性雰囲気中で加熱溶融
することを特徴とする製造方法である。前項に記載の電
子回路装置の製造方法において、前記非酸化性雰囲気が
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスまたはこれら
を混合したガスを含む雰囲気であることを特徴とする製
造方法である。またさらに、前項に記載の電子回路装置
の製造方法において、前記はんだ材を還元性雰囲気中で
加熱溶融することを特徴とする製造方法である。 またさ
らに、前項に記載の電子回路装置の製造方法において、
前記還元性雰囲気が水素と窒素を混合したガスの雰囲気
であることを特徴とする製造方法である。 Still further, in the method for manufacturing an electronic circuit device according to the above item, the step of removing an oxide film or an organic contaminant film present on the surface of the electrode and the solder material may be performed by a sputter etching step using atomic or ion beam irradiation. A manufacturing method characterized in that: Still further, in the method for manufacturing an electronic circuit device according to the above item, the step of removing an oxide film or an organic contaminant film present on the surface of the electrode and the solder material may be performed by mechanical surface removal such as polishing, grinding, or cutting. A manufacturing process characterized by being a process.
You. Still further, a method of manufacturing an electronic circuit device according to the preceding paragraph
Heating the solder material in a non-oxidizing atmosphere
The manufacturing method is characterized in that: The electricity described in the previous section
In the method for manufacturing a slave circuit device, the non-oxidizing atmosphere may be
Inert gas such as nitrogen, argon, helium or these
Characterized by an atmosphere containing a gas mixed with
Manufacturing method. Furthermore, the electronic circuit device according to the preceding paragraph.
In the manufacturing method, the solder material is placed in a reducing atmosphere.
This is a manufacturing method characterized by heating and melting. Again
Further, in the method of manufacturing an electronic circuit device according to the preceding paragraph,
The reducing atmosphere is a gas atmosphere in which hydrogen and nitrogen are mixed.
A manufacturing method characterized in that:
【００１５】[0015]
【作用】上記スパッタクリーニング装置や機械的除去装
置は被接続部材のはんだ表面やパッド面の酸化膜、汚染
膜等を除去する。また、上記位置合わせ手段は被接続部
材を大気中にて位置合わせする。また、上記加熱手段は
Ｎ2，Ａｒ，Ｈｅ、等の非酸化性ガス雰囲気またはＨ2と
Ｎ2を混合した上記還元性ガス雰囲気内で被接続部材を
予備脱気した後、はんだを溶融加熱し、接続後冷却す
る。The sputter cleaning device and the mechanical removal device remove an oxide film, a contaminant film and the like on the solder surface and pad surface of the member to be connected. Further, the positioning means positions the connected member in the atmosphere. In addition, the heating means preliminarily degasses the member to be connected in a non-oxidizing gas atmosphere such as N 2 , Ar, He, or a reducing gas atmosphere in which H 2 and N 2 are mixed, and then melts and heats the solder. After connecting, cool.
【００１６】また、上記排気手段は加熱手段内を真空排
気し、上記ガス供給手段は上記ガスを加熱手段内に供給
する。さらに、上記ゲートバルブは上記準備室と加熱溶
融室と冷却室間の開閉を行ない、上記ベルトコンベアは
被接続部材を上記各室に搬送する。また、上記Ａｕめっ
きハンダボールはハンダボール表面の酸化皮膜形成を防
止するので上記酸化皮膜除去工程の省略を可能にする。The exhaust means evacuates the inside of the heating means, and the gas supply means supplies the gas into the heating means. Further, the gate valve opens and closes the preparation chamber, the heating and melting chamber, and the cooling chamber, and the belt conveyor conveys the connected members to the respective chambers. In addition, the Au-plated solder ball prevents the formation of an oxide film on the surface of the solder ball, thereby making it possible to omit the oxide film removing step.
【００１７】また、上記ハンダボールの還元工程はハン
ダボール表面の酸化皮膜を除去するので、その上にＡｕ
めっき膜を良好に形成できるようにする。また、接合す
べき被接続部材に設けた上記突起部と凹部を有する突起
部により回路基板等の被接続部材間の位置合わせをおこ
なう。In the above solder ball reduction step, an oxide film on the surface of the solder ball is removed.
A plating film can be favorably formed. Further, the positioning between the connected members such as a circuit board is performed by the above-mentioned protrusion provided on the connected member to be joined and the protrusion having the concave portion.
【００１８】[0018]
【実施例】図１は本発明による電子回路接合装置実施例
の構成図である。図１において、スパッタクリーニング
装置１００は予備排気室１、クリーニング室２、および
取出室３の３つの真空チャンバからなり、各室はゲート
バルブ４により接続されている。また、各室には排気系
５とガス導入系６が接続され、予備排気室１と取出室３
では真空排気と大気リークによるパージが行われる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an electronic circuit joining apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the sputter cleaning apparatus 100 includes three vacuum chambers, a preliminary exhaust chamber 1, a cleaning chamber 2, and an extraction chamber 3, and each chamber is connected by a gate valve 4. An exhaust system 5 and a gas introduction system 6 are connected to each chamber, and a preliminary exhaust chamber 1 and an extraction chamber 3 are connected.
Then, a vacuum exhaust and a purge by an atmospheric leak are performed.
【００１９】クリーニング室２では、真空排気と、室内
に設置されているイオン／アトムを放射するガン７への
ガス供給をおこなう。スパッタクリーニング装置１００
内に搬送された被接合材１４のはんだ部（ハンダボー
ル）および接続パッド等は上記イオン／アトムの照射に
よりその表面から酸化膜、有機物汚染膜等が除去され
る。また、クリーニング室２は相互接続する複数の被接
合材を同時に処理することができる。In the cleaning chamber 2, vacuum exhaust and gas supply to a gun 7 that emits ions / atoms installed in the chamber are performed. Sputter cleaning device 100
An oxide film, an organic contaminant film, and the like are removed from the surface of the solder portion (solder ball), the connection pad, and the like of the material 14 to be joined conveyed therein by the irradiation of the ions / atoms. Further, the cleaning chamber 2 can simultaneously process a plurality of materials to be interconnected.
【００２０】次いで被接合材１４は位置合わせ機構３０
０に搬送されて位置合わせされ、ベルト炉２００に搬送
されて接合部を加熱溶融される。スパッタクリーニング
装置１００から位置合わせ機構３００、および位置合わ
せ機構３００からベルト炉２００への搬送はベルトコン
ベアにより連続的に行われる。ベルト炉２００は、準備
室１０、加熱溶融室１１、および冷却室１２の３つの真
空チャンバからなり、各室はゲートバルブ４により接続
されている。各室にはそれぞれ排気系５とガス導入系６
が接続され、真空排気と非酸化性ガスによるパージが行
なわれる。Next, the material to be joined 14 is aligned with the positioning mechanism 30.
The belt is conveyed to zero and aligned, and then conveyed to the belt furnace 200 to heat and fuse the joint. The transfer from the sputter cleaning device 100 to the positioning mechanism 300 and from the positioning mechanism 300 to the belt furnace 200 are continuously performed by a belt conveyor. The belt furnace 200 includes three vacuum chambers, a preparation chamber 10, a heating / melting chamber 11, and a cooling chamber 12, and each chamber is connected by a gate valve 4. Each room has an exhaust system 5 and a gas introduction system 6
Is connected, and vacuum evacuation and purging with a non-oxidizing gas are performed.
【００２１】ベルト炉２００内の被接合材１４は各室内
のベルトコンベア１３により搬送される。図２は上記の
装置によりフラックスレスはんだ接合を行なう工程のフ
ローチャートである。最初はゲートバルブ４は全て閉じ
ている。ステップ４００はスパッタクリーニング装置１
００により被接合材１４の接合面とと半田部表面の酸化
膜、有機物汚染膜等を除去する工程であり、その細部は
ステップ４０１〜４０６を含んでいる。クリーニング室
２は１０~5Ｔｏｒｒ以上の真空度を保つように常時排気
されている。The workpiece 14 in the belt furnace 200 is conveyed by the belt conveyor 13 in each room. FIG. 2 is a flowchart of a step of performing fluxless soldering by the above-described apparatus. Initially, the gate valves 4 are all closed. Step 400 is the sputter cleaning device 1
00 is a step for removing an oxide film, an organic contaminant film, and the like on the bonding surface of the material to be bonded 14 and the surface of the solder portion, and the details include steps 401 to 406. The cleaning chamber 2 is constantly evacuated so as to maintain a degree of vacuum of 10 to 5 Torr or more.
【００２２】ステップ４０１にて予備排気室１入口のゲ
ートバルブ４を開き、ハンダボールを所定位置に搭載し
た被接合材１４を予備排気室１に搬入し、ステップ４０
２にて予備排気室１を真空排気する。プリント板等の被
接合材１４に吸着されたガスや水分等が多い場合には、
予備排気室１を真空排気すると同時に加熱して脱ガスを
行なってクリーニング室２中の真空度低下を防止する。
また、予備排気室１に被接合材１４を導入する前にベー
キング（真空排気と加熱）装置を設けることによりクリ
ーニング装置の処理時間を短縮することができる。次い
でステップ４０３にて、予備排気室１とクリーニング室
２との間のゲートバルブ４を開きクリーニング室２に被
接合材１４を搬送してゲートバルブ４を閉じ、ステップ
４０４にて、被接合材１４を回転、水平移動をさせなが
らガン７のイオン／アトムビーム８を被接合材１４に照
射してそのハンダボールと接続パッド面をスパッタクリ
ーニングする。In step 401, the gate valve 4 at the entrance of the pre-evacuation chamber 1 is opened, and the material 14 to which the solder ball is mounted at a predetermined position is carried into the pre-evacuation chamber 1.
In step 2, the preliminary exhaust chamber 1 is evacuated. When a large amount of gas or moisture is adsorbed on the material to be joined 14 such as a printed board,
The pre-evacuation chamber 1 is evacuated and heated at the same time as heating to degas, thereby preventing the degree of vacuum in the cleaning chamber 2 from decreasing.
Further, by providing a baking (vacuum evacuation and heating) apparatus before introducing the workpiece 14 into the preliminary exhaust chamber 1, the processing time of the cleaning apparatus can be reduced. Next, in step 403, the gate valve 4 between the preliminary exhaust chamber 1 and the cleaning chamber 2 is opened, the workpiece 14 is conveyed to the cleaning chamber 2 and the gate valve 4 is closed, and in step 404, the workpiece 14 The workpiece 14 is irradiated with the ion / atom beam 8 of the gun 7 while rotating and horizontally moving the solder ball to sputter-clean the solder balls and the connection pad surfaces.
【００２３】ステップ４０５では、ゲートバルブ４を開
いてスパッタクリーニングされた被接合材１４を真空排
気された取出室３に搬送しゲートバルブを閉じる。次い
でステップ４０６にて、取出室３を大気圧に戻してから
取出室３出口のゲートバルブ４を開き、被接合材１４を
取り出す。次いでステップ５００にて、大気中で被接合
材間の位置合わせを行う。次にステップ６００にて、ベ
ルト炉を用いてフラックスレスの加熱溶融接合を行な
う。このステップ６００はステップ６０１〜６０６を含
んでいる。なお、加熱溶融室１１内は真空排気後、非酸
化性ガスを導入して常に高純度の非酸化性雰囲気に保つ
ようにする。In step 405, the gate valve 4 is opened to transport the sputter-cleaned workpiece 14 to the evacuated discharge chamber 3, and the gate valve is closed. Next, in Step 406, the discharge chamber 3 is returned to the atmospheric pressure, and then the gate valve 4 at the outlet of the discharge chamber 3 is opened to take out the workpiece 14. Next, in step 500, alignment between the materials to be joined is performed in the atmosphere. Next, in step 600, fluxless heat fusion bonding is performed using a belt furnace. This step 600 includes steps 601 to 606. After evacuation of the inside of the heating / melting chamber 11, a non-oxidizing gas is introduced so as to always maintain a high-purity non-oxidizing atmosphere.
【００２４】ステップ６０１にて、準備室１０入口のゲ
ートバルブ４５を開いて位置合わせ／組立後の被接合材
１４を搬入し、ステップ６０２にて準備室１０を真空排
気して非酸化性ガスを導入し高純度雰囲気を形成する。
ついでステップ６０３にて、準備室１０と加熱溶融室１
１の間のゲートバルブ４６を開いて被接合材１４を搬送
し、ステップ６０４にてゲートバルブ４６を閉じて接合
部の加熱溶融を行なう。In step 601, the gate valve 45 at the entrance of the preparation chamber 10 is opened to carry in the aligned / assembled workpiece 14. In step 602, the preparation chamber 10 is evacuated to remove non-oxidizing gas. Introduce to form a high purity atmosphere.
Next, in step 603, the preparation room 10 and the heating and melting room 1
In step 604, the gate valve 46 is closed to heat and melt the joint.
【００２５】ついでステップ６０５にて、加熱溶融室１
１と冷却室１２の間のゲートバルブ４７を開いて被接合
材１４を高純度不活性雰囲気に保たれた冷却室１２に搬
送し、冷却後、ステップ６０６にて冷却室１２を大気圧
にして出口のゲートバルブ４８を開いて被接合材１４を
取り出す。なお、上記高純度不活性雰囲気中の不純物ガ
ス濃度は、真空排気時の真空度とそこに導入する不活性
ガスの純度により任意に設定することができるので、種
々のはんだ材と被接合材の組み合わせ毎に最適なフラッ
クスレス接続条件を設定することができる。Next, in step 605, the heating and melting chamber 1
The gate valve 47 between the first chamber 1 and the cooling chamber 12 is opened to transport the workpiece 14 to the cooling chamber 12 maintained in a high-purity inert atmosphere. After cooling, the cooling chamber 12 is set to the atmospheric pressure in Step 606. The outlet gate valve 48 is opened to take out the workpiece 14. The impurity gas concentration in the high-purity inert atmosphere can be arbitrarily set depending on the degree of vacuum at the time of evacuation and the purity of the inert gas introduced therein. Optimal fluxless connection conditions can be set for each combination.
【００２６】なお、上記フラックスレス接続において、
例えばＳｎ系はんだのようにぬれ性のよいはんだを用い
る場合には、準備室１０と冷却室１２を省略し、加熱溶
融室１１内をＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等のガス雰囲気にするよ
うにしてフラックスレスはんだ接合を行なうことができ
る。さらに、上記雰囲気にＨ2を混合して酸素と反応さ
せて雰囲気の酸素濃度を低く抑えることができる。ま
た、真空排気系を省略し、大気を上記各雰囲気ガスで置
換するベルト炉を用いてもフラックスレスはんだ接合を
行なうことができる。In the above fluxless connection,
For example, when a solder having good wettability such as Sn-based solder is used, the preparation chamber 10 and the cooling chamber 12 are omitted, and the inside of the heating and melting chamber 11 is set to a gas atmosphere such as N 2 , Ar, or He. Fluxless solder joining can be performed. Further, H 2 can be mixed with the above atmosphere to react with oxygen, so that the oxygen concentration in the atmosphere can be kept low. Also, the fluxless soldering can be performed by omitting the vacuum evacuation system and using a belt furnace in which the atmosphere is replaced with each of the above atmosphere gases.
【００２７】図３は上記本発明におけるハンダボールの
熔着過程を説明する図である。図３（ａ）に示すよう
に、まず、スパッタクリーニング装置１００にてＬＳＩ
１４１上とセラミック基板１４２の接合面にＡｒ原子等
の粒子線を照射してハンダボール２０面とパッド１４３
面の酸化層や汚染層等を除去する。次いで同図（ｂ）に
示すようにハンダボール２０とパッド１４３とを大気中
にて位置合わせした後、ベルト炉２００内にて加熱する
と同図（ｃ）に示すようにハンダボール２０とパッド１
４３が熔着し、同図（ｄ）に示すようにＬＳＩ１４１上
とセラミック基板１４２が多数のハンダボール２０を介
して熔着される。FIG. 3 is a view for explaining the solder ball welding process in the present invention. First, as shown in FIG.
The surface of the solder ball 20 and the pad 143 are irradiated with a particle beam of Ar
The oxide layer and contamination layer on the surface are removed. Next, after the solder ball 20 and the pad 143 are aligned in the atmosphere as shown in FIG. 2B, and heated in the belt furnace 200, the solder ball 20 and the pad 1 are formed as shown in FIG.
43 is welded, and the LSI 141 and the ceramic substrate 142 are welded via a large number of solder balls 20 as shown in FIG.
【００２８】なお、上記ハンダボール２０にはＰｂ５Ｓ
ｎ，Ｓｎ３．５Ａｇ，Ｓｎ３７Ｐｂ，Ａｕ１２Ｇｅ等、
広く用いられている通常のはんだ材を用いることがで
き、ベルト炉２００内の雰囲気には例えば、Ｈ2とＮ2の
組成比が１：１、１：３の不活性ガスが用いられる。ま
た、これらのガス雰囲気の組成ははんだ接続条件に応じ
て適宜設定される。また、ＬＳＩ１４１上にハンダボー
ル２０を熔着する際にも同様のプロセスを適用すること
ができる。The solder ball 20 is made of Pb5S
n, Sn3.5Ag, Sn37Pb, Au12Ge, etc.
An ordinary solder material widely used can be used, and the atmosphere in the belt furnace 200 is, for example, an inert gas having a composition ratio of H 2 and N 2 of 1: 1, 1: 3. The composition of these gas atmospheres is appropriately set according to the solder connection conditions. A similar process can be applied when the solder balls 20 are welded on the LSI 141.
【００２９】図４の実線は上記プロセスにおけるハンダ
ボール２０表面の酸化膜厚みの変化を示すデータの一例
である。はＬＳＩ１４１の初期状態を示し、ハンダボ
ール２０の表面は厚い酸化膜／汚染膜２１に被覆されて
いる。は上記スパッタクリーニングにより酸化膜／汚
染膜２１が除去された状態であり、例えば酸化膜／汚染
膜２１の厚みが初期の略１０ｎｍから略ゼロに低減され
る。The solid line in FIG. 4 is an example of data indicating a change in the thickness of the oxide film on the surface of the solder ball 20 in the above process. Indicates the initial state of the LSI 141, and the surface of the solder ball 20 is covered with a thick oxide film / contamination film 21. Is a state in which the oxide film / contamination film 21 has been removed by the sputter cleaning. For example, the thickness of the oxide film / contamination film 21 is reduced from approximately 10 nm in the initial stage to approximately zero.
【００３０】は上記大気中における位置合わせにより
ハンダボール２０の表面に再び酸化膜２２が形成された
状態である。しかし、ここではハンダボール２０は加熱
されないので酸化膜２２の成長は遅く図示のようにその
厚みは２〜３ｎｍ以下の厚みで止まる。上記の試料を
ベルト炉２００内にて加熱するとに示すようにハンダ
ボール２０が溶融膨張しに示すように酸化膜２２が破
れて内部のはんだが露出する。はの溶融はんだによ
りＬＳＩ１４１とセラミック基板１４２とを接続した状
態である。また、上記加熱溶融により熔着後のハンダボ
ール表面には比較的厚い酸化皮膜が形成される。FIG. 3 shows a state in which the oxide film 22 is formed again on the surface of the solder ball 20 by the above-described positioning in the atmosphere. However, here, since the solder ball 20 is not heated, the growth of the oxide film 22 is slow and stops at a thickness of 2 to 3 nm or less as shown in the figure. When the above sample is heated in the belt furnace 200, the solder ball 20 melts and expands as shown in FIG. Is a state in which the LSI 141 and the ceramic substrate 142 are connected by the molten solder. Further, a relatively thick oxide film is formed on the surface of the solder ball after welding by the above-mentioned heat melting.
【００３１】図４の実線に対して鎖線は上記スパッタク
リーニングを行なわない場合の特性であり、初期の厚い
酸化膜が残存するための溶融プロセスにおいて接続不
良が多発する。The dashed line with respect to the solid line in FIG. 4 is a characteristic in the case where the above-mentioned sputter cleaning is not performed, and a connection failure frequently occurs in a melting process in which an initial thick oxide film remains.
【００３２】図５はＬＳＩや基板等のパッドにハンダボ
ールを熔着する方法の一例を示す工程図である。まず、
図５に示すようにハンダボール２０の位置に凹部を備
えた例えばガラス繊維材のはんだ位置決め型１４４を用
意し、その上に無数のハンダボールを供給して転がすと
に示すように上記各凹部内にハンダボール２０がはま
り込むので、これにＡｒ原子等をスパッタしてハンダボ
ール２０の酸化膜を除去する。ついで、に示すように
上記のハンダボール上にプリント板１４２のパッド１
４３を位置合わせして重ね、加熱するとのように各ハ
ンダボール２０が対応するパッド１４３面に熔着され
る。FIG. 5 is a process chart showing an example of a method for welding a solder ball to a pad such as an LSI or a substrate. First,
As shown in FIG. 5, a solder positioning die 144 made of, for example, a glass fiber material having a concave portion at the position of the solder ball 20 is prepared, and a number of solder balls are supplied thereon and rolled. Since the solder ball 20 fits into the solder ball 20, Ar atoms or the like are sputtered on the solder ball 20 to remove the oxide film of the solder ball 20. Next, the pad 1 of the printed board 142 is placed on the solder ball as shown in FIG.
Each solder ball 20 is welded to the surface of the corresponding pad 143 as if the solder balls 43 were aligned and stacked and heated.
【００３３】図６は上記原子（アトム）スパッタを行な
ったハンダボール２０の大気中放置時の酸化膜２２の膜
厚変化を測定したデータである。酸化膜厚は大気中放置
後数分間で１ｎｍに達するが、その後数日を経ても２〜
３ｎｍの範囲に止まっていることがわかる。図４で述べ
たように、この酸化膜厚が２〜３ｎｍ以下であれば図１
のベルト炉における加熱溶融処理を良好に行なうことが
できる。FIG. 6 shows data obtained by measuring a change in the thickness of the oxide film 22 when the solder ball 20 subjected to the atom (atom) sputtering is left in the air. The oxide film thickness reaches 1 nm in a few minutes after being left in the air,
It can be seen that it stays within the range of 3 nm. As described with reference to FIG. 4, if this oxide film thickness is 2-3 nm or less, FIG.
The heating and melting treatment in the belt furnace can be favorably performed.
【００３４】図６の円印および三角印の特性はそれぞ
れ、図１のベルト炉２００内の雰囲気ガスをＮ2および
Ｈ2／Ｎ2として上記試料を同様にイオンスパッタした他
の試料のパッド面に加熱熔着した場合のハンダのぬれ拡
がり長さと同拡がり率の特性である。上記ぬれ拡がり長
さと同広がり率特性ははんだペレットを用いて測定し
た。両特性値は大気中放置時間と共にわずかに低下する
傾向がみられものの、例えば大気中放置７日後において
もはんだのぬれ性は良く、フラックスレスで良好な接続
が得られることを示している。The characteristics of the circles and triangles in FIG. 6 are respectively the pad surface of another sample obtained by ion-sputtering the above sample with the atmosphere gas in the belt furnace 200 of FIG. 1 being set to N 2 and H 2 / N 2. Are the characteristics of the wet spreading length and the same spreading ratio of the solder when heat welding is performed. The above wetting spread length and the same spread rate characteristics were measured using a solder pellet. Although both characteristic values tend to slightly decrease with time in the air, the wettability of the solder is good even after 7 days in the air, indicating that good connection can be obtained without flux.
【００３５】また、図６より上記酸化膜厚が実用上の限
度と考えられる５ｎｍに達するにはさらに多くの時日が
かかると判断できるので、実用上上記大気中放置時間を
制限する必要がないことがわかる。この点は本発明によ
り見出されたことである、図７はベルト炉２００内の酸
素濃度を変えて上記酸化膜厚とハンダボールのぬれ拡が
り長さ、同拡がり率等を測定した結果である。酸素濃度
が２０ｐｐｍを越えると酸化膜厚は一気に急増して２０
０ｎｍを越え、また、ぬれ拡がり長さ、同広がり率等は
酸素濃度が２０ｐｐｍに達するまでに急激に低下するこ
とがわかる。また、２０ｐｐｍを越えると酸化によりは
んだ表面が青紫色化し実用にならない。In addition, it can be determined from FIG. 6 that it takes more time for the oxide film thickness to reach 5 nm, which is considered to be a practical limit, so that it is not practically necessary to limit the time of leaving in the atmosphere. You can see that. This point has been discovered by the present invention. FIG. 7 shows the results of measuring the above oxide film thickness, the wet spreading length of the solder ball, the spreading ratio, and the like while changing the oxygen concentration in the belt furnace 200. . When the oxygen concentration exceeds 20 ppm, the oxide film thickness suddenly increases and
It can be seen that the thickness exceeds 0 nm, and that the wet spread length, the spread ratio, and the like rapidly decrease until the oxygen concentration reaches 20 ppm. On the other hand, if it exceeds 20 ppm, the surface of the solder becomes bluish purple due to oxidation, which is not practical.
【００３６】次ぎに図８に示すようなメタライズ部１４
５を有する基板１４２上にフレーム１４６を備えた天板
１４７を接続する本発明の実施例について説明する。ま
ず図９（１）に示すように、メタライズ部１４５とはん
だ２１の双方に例えばＡｒの原子イオンをスパッタし、
（２）にて表面の酸化／汚染層を除去したはんだ２１を
メタライズ部１４５上に置き、（３）にて上記非酸化性
雰囲気内ではんだ２１を熔着する。次いで（４）にてフ
レーム１４５とメタライズ部１４５上のはんだを再びイ
オンスパッタしてクリーニングし、（５）にてフレーム
１４５をメタライズ部１４５上に位置合わせして（６）
に示すように両者を上記非酸化性雰囲気内で溶融接続す
る。Next, the metallizing section 14 as shown in FIG.
An embodiment of the present invention will be described in which a top plate 147 having a frame 146 is connected to a substrate 142 having a five. First, as shown in FIG. 9A, for example, atomic ions of Ar are sputtered on both the metallized portion 145 and the solder 21.
The solder 21 from which the surface oxidation / contamination layer has been removed in (2) is placed on the metallized portion 145, and in (3) the solder 21 is welded in the non-oxidizing atmosphere. Next, in (4), the solder on the frame 145 and the metallized portion 145 is again cleaned by ion sputtering, and in (5) the frame 145 is positioned on the metallized portion 145 (6).
As shown in (1), the two are melt-connected in the non-oxidizing atmosphere.
【００３７】図１０は上記はんだ２１の酸化膜、汚染膜
（物）等を機械的に除去する本発明の方法を示す図であ
る。すなわち、棒状のはんだ２１を切削用ダイス３０に
通して表面の酸化／汚染層を除去するようにする。この
ように処理したはんだ２１と溶接部に研磨布等により機
械的に研磨したフレーム１４６を用いると図９の（１）
および（４）に示したにおけるイオンスパッタ工程を省
略することができる。また、図３においてはんだ２０と
パッド１４３等も機械的に研磨すれば同様にイオンスパ
ッタ工程を省略することができる。また、酸化膜、汚染
膜、有機物等を除去する方法として、スパッタクリーニ
ングと機械的除去方法を組合せて用いてもよい。FIG. 10 is a view showing a method of the present invention for mechanically removing an oxide film, a contaminant film (material), etc. of the solder 21. That is, the rod-shaped solder 21 is passed through the cutting die 30 to remove the oxidized / contaminated layer on the surface. When a frame 146 mechanically polished with a polishing cloth or the like for the solder 21 and the welded portion thus processed is used, (1) in FIG.
And the ion sputtering step in (4) can be omitted. In FIG. 3, if the solder 20 and the pads 143 are mechanically polished, the ion sputtering step can be omitted in the same manner. As a method for removing an oxide film, a contaminant film, an organic substance, and the like, a combination of sputter cleaning and a mechanical removal method may be used.
【００３８】図１１は機械的に研磨した基板（またはＬ
ＳＩ等）１４２上のパッド１４３にはんだ２０を熔着す
る方法の説明図である。同図（ａ）に示すように、凹部
を備えた例えばガラス繊維材のはんだ位置決め型１４４
上にはんだ２０をおさめ、その上から研磨布４０を押し
当て横方向に走行または振動させて研磨する。次いで同
図（ｂ）のように頂部の酸化膜２２が除去されハンダボ
ール２０に基板１４２のパッド１４３を当てて非酸化雰
囲気内で加熱溶融する。FIG. 11 shows a mechanically polished substrate (or L
FIG. 14 is an explanatory diagram of a method of welding the solder 20 to the pad 143 on the SI 142). As shown in FIG. 9A, a solder positioning mold 144 made of, for example, a glass fiber material having a concave portion is provided.
The solder 20 is placed on the top, and the polishing pad 40 is pressed from above to run or vibrate in the lateral direction to polish. Next, as shown in FIG. 3B, the top oxide film 22 is removed, and the solder balls 20 are heated and melted in a non-oxidizing atmosphere by applying the pads 143 of the substrate 142 to the solder balls 20.
【００３９】図１２は基板１４２上のパッド１４３に熔
着されているはんだ２０の頂部を機械的研磨する方法の
説明図である。同図（ａ）に示すように、基板１４２上
のパッド１４３に熔着されているハンダボール２０の頂
部に研磨布４０を押し当て横方向に走行または振動させ
て研磨すると、同図（ｂ）に示すようにハンダボール２
０頂部の酸化膜２２が除去されハンダ２０が露出する。
したがって、この頂部のハンダ部をパッド１４３に当て
非酸化雰囲気内で加熱溶融することにより良好な接続を
得ることができる。FIG. 12 is an explanatory view of a method of mechanically polishing the top of the solder 20 welded to the pad 143 on the substrate 142. When the polishing pad 40 is pressed against the top of the solder ball 20 welded to the pad 143 on the substrate 142 as shown in FIG. Solder ball 2 as shown
The oxide film 22 at the top is removed and the solder 20 is exposed.
Therefore, a good connection can be obtained by applying the solder portion on the top to the pad 143 and heating and melting it in a non-oxidizing atmosphere.
【００４０】図１３は上記図１０〜１２に示したはんだ
を大気中放置した場合にその機械的研磨部面に形成され
る酸化皮膜の厚みの測定データをスパッタクリーニング
した場合と比較して示したものである。黒丸が機械的研
磨部面のデータ、白丸がスパッタクリーニング面のデー
タであり、両者の間には有為差がないことがわかる。上
記した本発明の各実施例においては、はんだやハンダボ
ール等の酸化膜をスパッタクリーニングや機械的研磨に
より除去することが一つの眼目であった。FIG. 13 shows the measured data of the thickness of the oxide film formed on the surface of the mechanically polished portion when the solder shown in FIGS. Things. The black circles are the data of the mechanically polished part surface, and the white circles are the data of the sputter cleaning surface, and it can be seen that there is no significant difference between the two. In each of the above-described embodiments of the present invention, it was one eye to remove oxide films such as solder and solder balls by sputter cleaning or mechanical polishing.
【００４１】しかし、上記酸化膜が形成されないように
ハンダボールを予め表面処理しておけば上記スパッタク
リーニングや機械的研磨工程を省略することができる。
このため、図１４（ａ）に示すように表面をＡｕ層で覆
ったハンダボール２５を用いるようにする。同図（ｂ）
に示すように、Ａｕめっきしたハンダボール２５を型１
４４の凹部に納めて基板１４２のパッド１４３を位置合
わせし加熱溶融すると、同図（ｃ）のようにハンダボー
ル２５をパッド１４３上に熔着することができる。However, if the surface of the solder ball is preliminarily treated so that the oxide film is not formed, the sputter cleaning and mechanical polishing steps can be omitted.
Therefore, as shown in FIG. 14A, a solder ball 25 whose surface is covered with an Au layer is used. FIG.
As shown in FIG.
When the pad 143 of the substrate 142 is positioned and melted by heating in the recessed portion 44, the solder ball 25 can be welded onto the pad 143 as shown in FIG.
【００４２】また、同様にして同図（ｄ）、（ｅ）に示
すように個別部品１４７のリード線等にもはんだを熔着
することができる。このとき、パッド１４３、個別部品
１４７のリード線の表面の酸化、汚染膜等はスパッタク
リーニングや機械的除去方法等により除去したり、Ａｕ
めっきしておくようにする。上記ハンダボール２５のＡ
ｕ層２４は例えばバレルめっき法によりめっきすること
ができる。バレルめっき法ではめっき篭内に入れた多数
のハンダボール２０をめっき液に浸してかき廻しながら
電気めっきする。ハンダボール２５はアトマイズ法や油
槽法等で作られる。アトマイズ法では非酸化雰囲気中に
滴下した溶融ハンダが表面張力により円形に凝縮するこ
とを利用し、固化したハンダボールをサイズ毎に仕分け
るようにする。Similarly, the solder can be welded to the lead wire of the individual component 147 as shown in FIGS. At this time, oxidation and contamination films on the surfaces of the lead wires of the pads 143 and the individual components 147 are removed by sputter cleaning, a mechanical removal method, or the like.
Make sure it is plated. A of the solder ball 25
The u layer 24 can be plated by, for example, a barrel plating method. In the barrel plating method, a large number of solder balls 20 placed in a plating basket are immersed in a plating solution and stirred to perform electroplating. The solder balls 25 are made by an atomizing method, an oil tank method, or the like. In the atomizing method, solidified solder balls are sorted according to size by utilizing the fact that molten solder dropped in a non-oxidizing atmosphere is condensed in a circular shape due to surface tension.
【００４３】油槽法では所定重量のハンダペレットをハ
ンダの融点以上に熱した油槽中に投入する方法である。
ハンダペレットは油槽表層部で溶融して表面張力により
円形に凝縮し、比較的低温の下層部を落下する過程で固
化する。このようにして作られたハンダボールの表面に
は酸化膜が形成されるので、例えば弱酸液にて酸化膜の
還元処理を行なった後、上記バレルめっき槽内に投入し
てＡｕ層２４をめっきするようにする。The oil tank method is a method in which a predetermined weight of solder pellets is charged into an oil tank heated above the melting point of solder.
The solder pellets are melted in the surface layer of the oil tank, condensed in a circular shape by surface tension, and solidified in a process of falling down a relatively low temperature lower layer. Since an oxide film is formed on the surface of the solder ball formed in this manner, for example, after performing a reduction treatment of the oxide film with a weak acid solution, it is charged into the barrel plating tank to plate the Au layer 24. To do it.
【００４４】本発明においては、図１に示したように被
接続部材をベルトコンベアにより位置合せ機構３００か
らベルト炉２００に搬送し、ベルト炉２００内の各室間
もベルトコンベアにより搬送するようにしていた。位置
合せ済の被接続部材を仮止めしないので、上記搬送過程
における振動により位置ずれが発生する懸念がある。そ
こで本発明では図１５〜１７に示すようにして上記位置
ずれを防止する。In the present invention, as shown in FIG. 1, the members to be connected are transferred from the positioning mechanism 300 to the belt furnace 200 by a belt conveyor, and between the chambers in the belt furnace 200 are also transferred by the belt conveyor. I was Since the connected member that has been aligned is not temporarily fixed, there is a concern that a displacement may occur due to the vibration during the transfer process. Therefore, in the present invention, the above-described displacement is prevented as shown in FIGS.
【００４５】図１５（ａ）に示すように、被接続部材１
４１に位置合せ用のハンダボール２６を設け、被接続部
材１４２には同２７〜２９を設け、同図（ｂ）に示すよ
うにハンダボール２６を同２７〜２９が形成する三角形
の中心部に嵌め込んで位置合わせをする。また、ハンダ
ボール２６は同２７〜２９が形成する三角形の中心部に
自然と落ち込むので、上記搬送時の振動により位置ずれ
をおこすことがなく、また、両被接続部材を重ね合わせ
る際の合わせ精度を従来の位置合わせ精度に比べて緩和
することができる。As shown in FIG. 15A, the connected member 1
A solder ball 26 for positioning is provided at 41, and 27 to 29 are provided at the connected member 142, and the solder ball 26 is provided at the center of the triangle formed by 27 to 29 as shown in FIG. Fit and align. In addition, since the solder ball 26 falls naturally into the center of the triangle formed by the solder balls 27 to 29, no displacement occurs due to the vibration during the transfer, and the alignment accuracy when the two connected members are overlapped. Can be reduced as compared with the conventional positioning accuracy.
【００４６】このようなハンダボール配置を少なくとも
２ヵ所設けることにより被接続部材１４１と同１４２を
正確に位置合わせすることができる。また、上記各ハン
ダボールは両被接続部材の電気回路配線から絶縁するよ
うにする。図１６（ａ），（ｂ）は上記ハンダボール２
７〜２９を他の突起３１〜３３に置き換えた場合であ
り、同様にして位置合わせを行なうことができる。By providing at least two such solder ball arrangements, the connected members 141 and 142 can be accurately positioned. Each of the solder balls is insulated from the electric circuit wiring of both connected members. FIGS. 16 (a) and (b) show the above solder balls 2
This is a case where 7 to 29 are replaced with other protrusions 31 to 33, and positioning can be performed in the same manner.
【００４７】突起３１〜３３には他のハンダボールの加
熱熔着時に溶解しないもの、あるいは溶解しても両被接
続部材間に位置ずれを生じない程度の粘着力を有するも
のを用い、例えばＰＩＱ樹脂等を用いることができる。
また、上記突起２７〜２９、同３１〜３３を図１７
（ａ），（ｂ）の３４のように中央に凹部を備えたリン
グ状に形成しても同様の効果を得ることができる。さら
に上記位置合わせマークは互いに嵌合して位置ずれをお
こさないものであれば他の形状であっても良いことは勿
論である。また、上記各はんだボールは必ずしも被接続
部材の電気配線から絶縁されている必要はなく、位置合
わせに十分なスペースが確保できる場合には溶融接続用
のはんだボールを上記位置合わせ用に形成することがで
きる。また、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、被接
続部材１４１と１４２を位置合わせ状態で治具４０によ
り保持するようにしてもよい。As the projections 31 to 33, those which do not dissolve during the heating and welding of other solder balls, or those which have such adhesive strength as to cause no displacement between the two connected members even if they are melted, are used, for example, PIQ. Resin or the like can be used.
The protrusions 27 to 29 and 31 to 33 are shown in FIG.
The same effect can be obtained by forming a ring having a concave portion in the center as indicated by reference numeral 34 in (a) and (b). Further, it is a matter of course that the alignment marks may have other shapes as long as they are fitted to each other and do not cause positional shift. In addition, each of the solder balls does not necessarily need to be insulated from the electric wiring of the member to be connected. If a sufficient space can be secured for alignment, a solder ball for fusion connection is formed for the alignment. Can be. Alternatively, as shown in FIGS. 18A and 18B, the connected members 141 and 142 may be held by the jig 40 in the aligned state.
【００４８】[0048]
【発明の効果】本発明では、被接続部材のはんだ表面や
パッド面の酸化／汚染膜をスパッタクリーニングした
後、大気中にて位置合わせするので、位置合せ装置を真
空中に設置する必要がなくなり、加熱溶融接続を汎用ベ
ルト炉を用いて行なうことができるので、作業性、生産
性等を向上することができる。さらに上記はんだ表面や
パッド面の酸化／汚染膜を機械的に削除できるので、上
記スパッタクリーニング装置を省略し、またはスパッタ
クリーニングを行なう接合数を減らして接合工程を効率
化することができる。According to the present invention, the position is adjusted in the atmosphere after the oxidation / contamination film on the solder surface and pad surface of the member to be connected is sputter-cleaned. In addition, since the heat fusion connection can be performed using a general-purpose belt furnace, workability, productivity, and the like can be improved. Furthermore, since the oxidation / contamination film on the solder surface or pad surface can be mechanically removed, the sputter cleaning device can be omitted or the number of joints for performing sputter cleaning can be reduced, and the joining process can be made more efficient.
【００４９】さらに、ハンダボール表面のＡｕめっきす
ることにより上記ハンダボール表面層のスパッタクリー
ニングや機械的削除工程を省略し作業性、生産性等を向
上することができる。また、アトマイズ法や油槽法等で
作成したハンダボールを弱酸液にて還元処理してから上
記Ａｕめっきを行ない、Ａｕめっき層とハンダボール表
面間の酸化／汚染膜を除去するので、熔着性に優れたＡ
ｕめっきハンダボールを提供し、接合工程を効率化する
ことができる。Further, by performing Au plating on the surface of the solder ball, it is possible to omit the steps of sputter cleaning and mechanical removal of the surface layer of the solder ball, thereby improving workability and productivity. In addition, the above-mentioned Au plating is performed after reducing the solder balls prepared by the atomizing method or the oil tank method with a weak acid solution to remove the oxidation / contamination film between the Au plating layer and the surface of the solder balls. Excellent A
By providing a u-plated solder ball, the joining process can be made more efficient.
【００５０】また、接合すべき被接続部材の双方に設け
た突起部と凹部を有する突起部により、位置合わせを容
易化し、さらに搬送中等の振動による位置ずれを防止す
ることができる。また、位置合わせした被接続部材をベ
ルト炉の準備室にいれて真空排気し吸着有害ガスを除去
後、非酸化性または還元性ガス雰囲気内で加熱溶融する
ので、はんだ溶融前にその表面が酸化されることを防止
し、フラックスレスで信頼度高く接続することができ
る。Also, the projections provided on both of the connected members to be joined and the projections having the concave portions facilitate the alignment and prevent the displacement due to the vibration during transportation or the like. Also, the aligned connected members are placed in the preparation room of the belt furnace and evacuated to remove the adsorbed harmful gas, and then heated and melted in a non-oxidizing or reducing gas atmosphere. Connection can be prevented and the connection can be made with high reliability without flux.
【００５１】また、上記加熱溶融手段内の非酸化性また
は還元性ガス濃度等の制御により、上記はんだ接合条件
を最適に設定することができる。また、被接続部材をベ
ルトコンベアにより搬送することにより、電子回路接合
装置を効率化することができる。Further, by controlling the concentration of the non-oxidizing or reducing gas in the heating and melting means, the above-mentioned soldering conditions can be optimally set. In addition, the efficiency of the electronic circuit joining device can be improved by transporting the connected members by a belt conveyor.
【図１】本発明による電子回路接合装置の構成をしめす
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic circuit bonding apparatus according to the present invention.
【図２】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
フローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of a fluxless soldering method according to the present invention.
【図３】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
工程図である。FIG. 3 is a process chart of a fluxless soldering method according to the present invention.
【図４】本発明装置により形成されるハンダボール表面
の酸化膜の厚みを従来装置の場合と比較してしめすデー
タである。FIG. 4 is data showing the thickness of an oxide film on the surface of a solder ball formed by the apparatus of the present invention, as compared with the conventional apparatus.
【図５】本発明においてハンダボールをプリント板に熔
着する工程図である。FIG. 5 is a process chart of welding a solder ball to a printed board in the present invention.
【図６】大気中放置時間に対するハンダボール表面の酸
化膜厚と熔着性の特性図例である。FIG. 6 is an example of a characteristic diagram of an oxide film thickness and a weldability of a solder ball surface with respect to a standing time in the air.
【図７】はんだ加熱溶融時の酸素濃度に対するハンダボ
ール表面の酸化膜厚と熔着性の特性図例である。FIG. 7 is an example of a characteristic diagram of an oxide film thickness and a weldability of a solder ball surface with respect to an oxygen concentration at the time of solder heating and melting;
【図８】基板とその天板の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a substrate and a top plate thereof.
【図９】本発明による基板に天板のフレームを熔着する
工程図である。FIG. 9 is a process diagram of welding a frame of a top plate to a substrate according to the present invention.
【図１０】本発明によりはんだ表面の酸化膜厚を機械的
に削除する方法の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a method for mechanically removing an oxide film thickness on a solder surface according to the present invention.
【図１１】本発明によりハンダボールの酸化膜を機械的
に削除し、基板上に熔着する工程図である。FIG. 11 is a process diagram of mechanically removing an oxide film of a solder ball according to the present invention and welding the oxide film on a substrate.
【図１２】本発明により基板上のハンダボールの酸化膜
を機械的に削除する方法の工程図である。FIG. 12 is a process diagram of a method for mechanically removing an oxide film of a solder ball on a substrate according to the present invention.
【図１３】本発明におけるハンダボール表面の酸化膜厚
の大気中放置時間特性図例である。FIG. 13 is an example of the characteristic of the oxide film thickness on the surface of the solder ball in the present invention, which is left standing in air.
【図１４】本発明によりＡｕめっきしたハンダボールを
基板、部品等に熔着する工程図である。FIG. 14 is a process diagram of welding a Au-plated solder ball to a substrate, a component, or the like according to the present invention.
【図１５】本発明における位置合わせ方法を示す断面図
である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a positioning method according to the present invention.
【図１６】本発明における他の位置合わせ方法を示す断
面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing another alignment method according to the present invention.
【図１７】本発明におけるさらに他の位置合わせ方法を
示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing still another alignment method according to the present invention.
【図１８】本発明におけるさらに他の位置合わせ方法を
示す断面図である。FIG. 18 is a sectional view showing still another alignment method according to the present invention.
１…予備排気室、２…クリーニング室、３…取出室、４
…ゲートバルブ、５…排気系、６…ガス導入系、７…ガ
ン、８…アルゴンイオンあるいはアトムビーム、１０…
準備室、１１…加熱溶融室、１２…冷却室、１３…ベル
トコンベア、１４…被接合材およびはんだ、１５…テー
ブル、１００…スパッタクリーニング装置、２００…ベ
ルト炉、３００…位置合わせ機構。1: Preliminary exhaust room, 2: Cleaning room, 3: Extraction room, 4
... Gate valve, 5 ... Exhaust system, 6 ... Gas introduction system, 7 ... Gun, 8 ... Argon ion or atom beam, 10 ...
Preparation room, 11: Heating / melting room, 12: Cooling room, 13: Belt conveyor, 14: Material to be joined and solder, 15: Table, 100: Sputter cleaning device, 200: Belt furnace, 300: Positioning mechanism.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 正英 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 林田 哲哉 東京都青梅市今井2326番地 株式会社 日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 白井 貢 神奈川県秦野市堀山下１番地 日立製作 作所 神奈川工場内 (56)参考文献 特開 平３−171643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−212094（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−258131（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 H05K 3/34 B23K 1/00 B23K 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahide Harada 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Production Engineering Laboratory (72) Inventor Tetsuya Hayashida 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. (72) Inventor: Mitsuru Shirai 1st Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Hitachi, Ltd. Kanagawa Factory (56) References JP-A-3-1711643 (JP, A) JP-A-63-212094 JP, A) JP-A-4-258131 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/60 H01L 23/12 H05K 3/34 B23K 1/00 B23K 35 / 00
Claims (10)
極にはんだ材をフラックスレスで形成する電子回路装置
の製造方法において、 前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸化膜また
は有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に前記はんだ
材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加熱溶融す
る工程を備えてなることを特徴とする電子回路装置の製
造方法。 1. A power supply on a connected member such as a circuit board or an electronic component.
Electronic circuit device that forms solder material on the poles without flux
In the manufacturing method of the above, an oxide film existing on the surface of the electrode and the solder material or
Removing the organic contaminant film; and
Supplying the soldering material in the air and heating and melting the soldering material.
Manufacturing an electronic circuit device characterized by comprising a step of:
Construction method.
極間をフラックスレスではんだ接続する電子回路装置の
製造方法において、 前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程と、前記電極に形成されたはんだ材およびはんだ材
が形成されていない他方の電極の表面に存在する酸化膜
または有機汚染膜を除去する工程と、前記電極に形成さ
れたはんだ材とはんだ材が形成されていない他方の電極
を大気中で位置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶
融する工程を備えてなることを特徴とする電子回路装置
の製造方法。 2. A power supply on a connected member such as a circuit board or an electronic component.
Fluxless solderless connection between electronic circuits
In the manufacturing method, the solder material is formed on one electrode of the connected member.
Process and solder material and solder material formed on the electrode
Oxide film on the surface of the other electrode where no
Or a step of removing an organic contaminant film;
Solder and the other electrode without solder
Aligning the solder material in the atmosphere and heating and melting the solder material.
An electronic circuit device comprising a melting step.
Manufacturing method.
極間をフラックスレスではんだ接続する電子回路装置の
製造方法において、 前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程と、前記電極に形成されたはんだ材の表面に存在す
る酸化膜または有機汚染膜を除去する工程と、 はんだ材
が形成されていない電極の表面に酸化を抑制することが
できる膜を形成する工程と、前記電極に形成されたはん
だ材とはんだ材が形成されていない他方の電極を大気中
で位置あわせする工程と、該はんだ材を加熱溶融する工
程を備えてなることを特徴とする電子回路装置の製造方
法。3. A power supply on a connected member such as a circuit board or an electronic component.
Fluxless solderless connection between electronic circuits
In the manufacturing method, the solder material is formed on one electrode of the connected member.
Process and the surface of the solder material formed on the electrode.
Removing an oxide film or an organic contaminant film, forming a film capable of suppressing oxidation on the surface of the electrode on which the solder material is not formed , and removing the solder material and the solder material formed on the electrode. A method for manufacturing an electronic circuit device, comprising: a step of positioning the other electrode that is not formed in the atmosphere; and a step of heating and melting the solder material.
電子回路装置の製造方法において、 前記被接続部材の一方の電極に前記はんだ材を形成する
工程が、前記電極及び前記はんだ材の表面に存在する酸
化膜または有機汚染膜を除去する工程と、前記 電極に前
記はんだ材を大気中で供給する工程と、該はんだ材を加
熱溶融する工程を備えてなることを特徴とする電子回路
装置の製造方法。 4. The method according to claim 2, wherein
In the method for manufacturing an electronic circuit device, the solder material is formed on one electrode of the connected member.
The step is to remove the acid existing on the surface of the electrode and the solder material.
Removing the film or organic contamination layer, prior to the electrode
Supplying the solder material in the air, and adding the solder material;
Electronic circuit characterized by comprising a step of heat melting
Device manufacturing method.
子回路装置の製造方法において、 前記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または
有機汚染膜を除去する工程が、原子あるいはイオンビー
ム照射によるスパッタエッチング工程であることを特徴
とする電子回路装置の製造方法。 5. The power supply according to claim 1, wherein
In the method of manufacturing a slave circuit device, the oxide film or the surface of the electrode and the solder material
The process of removing the organic contaminant film is an atomic or ion beam.
It is a sputter etching process by irradiation
Of manufacturing an electronic circuit device.
子回路装置の製造方法において、 前記電極と前記はんだ材の表面に存在する酸化膜または
有機汚染膜を除去する工程が、研磨、研削、切削等の機
械的な表面除去工程であることを特徴とする電子回路装
置の製造方法。6. The power supply according to claim 1, wherein
In the method of manufacturing a slave circuit device, the step of removing an oxide film or an organic contaminant film present on the surface of the electrode and the solder material is a mechanical surface removal step such as polishing, grinding, or cutting. Of manufacturing an electronic circuit device.
子回路装置の製造方法において、 前記はんだ材を非酸化性雰囲気中で加熱溶融することを
特徴とする電子回路装置の製造方法。 7. The power supply according to claim 1, wherein
A method for manufacturing an electronic circuit device , comprising: heating and melting the solder material in a non-oxidizing atmosphere.
において、 前記非酸化性雰囲気が窒素、アルゴン、ヘリウム等の不
活性ガスまたはこれらを混合したガスを含む雰囲気であ
ることを特徴とする電子回路装置の製造方法。 8. A method for manufacturing an electronic circuit device according to claim 7.
In the non-oxidizing atmosphere of nitrogen, argon, helium or the like not
An atmosphere containing an active gas or a mixture of these gases
A method of manufacturing an electronic circuit device, comprising:
子回路装置の製造方法において、 前記はんだ材を還元性雰囲気中で加熱溶融することを特
徴とする電子回路装置の製造方法。 9. The electrodeposition according to any one of claims 1 to 4
In the method for manufacturing a slave circuit device, the method is characterized in that the solder material is heated and melted in a reducing atmosphere.
A method for manufacturing an electronic circuit device.
法において、 前記還元性雰囲気が水素と窒素を混合したガスの雰囲気
であることを特徴とする電子回路装置の製造方法。10. A method of manufacturing the electronic circuit device according to claim 9.
A method of manufacturing an electronic circuit device , wherein the reducing atmosphere is an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and nitrogen.
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