JP3336822B2 - はんだ付け方法 - Google Patents
はんだ付け方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
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- H01L2924/3511—Warping
-
- H—ELECTRICITY
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばパワート
ランジスタなどの半導体チップを搭載する大面積セラミ
ック絶縁基板（約６００ｍｍ2 〜１００００ｍｍ2 ）を
放熱板に固着するために用いられるはんだ付け方法に関
する。
ランジスタなどの半導体チップを搭載する大面積セラミ
ック絶縁基板（約６００ｍｍ2 〜１００００ｍｍ2 ）を
放熱板に固着するために用いられるはんだ付け方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、絶縁基板であるセラミック基板と
放熱板との接合は、セラミック基板側にはんだの濡れ性
を向上させるためのフラックスを塗布し、一方放熱板側
にはフラックスを塗布したのち、予備はんだを施し、熱
板上で両者を加熱し、組合わせたのち、冷却、凝固させ
てはんだ接合し、その後、フラックスや汚れを除去する
洗浄をしていた。
放熱板との接合は、セラミック基板側にはんだの濡れ性
を向上させるためのフラックスを塗布し、一方放熱板側
にはフラックスを塗布したのち、予備はんだを施し、熱
板上で両者を加熱し、組合わせたのち、冷却、凝固させ
てはんだ接合し、その後、フラックスや汚れを除去する
洗浄をしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記方法では、空気中
で加熱するため、フラックスによる発生ガスや空気中の
酸素による酸化膜の影響で接合部のはんだ中にボイドが
発生しやすい。超音波探査装置でボイドの測定をしたと
ころ、接合面積に対し１０％程度以上のボイド率（ボイ
ド全面積を接合面積で割った値を１００分率で示したも
の）を有しているものがあることが分かった。超音波探
査装置で観測した写真を模式的に示した図が図４であ
る。この例ではボイド率は１６．５％であった。またボ
イド率が１０％以上のものは熱抵抗不良となり、製造歩
留りを悪化させる主要因となる。またフラックスを使用
したはんだ付けであるため、はんだ付け後の洗浄工程は
不可欠であった。
で加熱するため、フラックスによる発生ガスや空気中の
酸素による酸化膜の影響で接合部のはんだ中にボイドが
発生しやすい。超音波探査装置でボイドの測定をしたと
ころ、接合面積に対し１０％程度以上のボイド率（ボイ
ド全面積を接合面積で割った値を１００分率で示したも
の）を有しているものがあることが分かった。超音波探
査装置で観測した写真を模式的に示した図が図４であ
る。この例ではボイド率は１６．５％であった。またボ
イド率が１０％以上のものは熱抵抗不良となり、製造歩
留りを悪化させる主要因となる。またフラックスを使用
したはんだ付けであるため、はんだ付け後の洗浄工程は
不可欠であった。
【０００４】この発明の目的は、前記課題を解決し、ボ
イドの発生を減少させ、熱抵抗不良による製造歩留りの
低下を防止し、さらに、はんだ付け後の洗浄工程を削除
し、低コストで信頼性の高い半導体素子の製造を可能と
するはんだ付け方法を提供することにある。
イドの発生を減少させ、熱抵抗不良による製造歩留りの
低下を防止し、さらに、はんだ付け後の洗浄工程を削除
し、低コストで信頼性の高い半導体素子の製造を可能と
するはんだ付け方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、窒素と水素の混合ガス中にて、二つの部材の互いに
接合すべき面を対向させ、一方の部材の接合すべき領域
の周縁部に二個以上の突起を設け、該突起で他方の部材
を支持し、一方の部材と対向する他方の部材の中央部を
支持体で押さえ、一方の部材と、他方の部材の中央部と
の間隙を、他方の部材の周縁部との間隙より狭くし、溶
融したはんだを接合すべき領域に侵入させたのち冷却、
凝固させるとよい。
に、窒素と水素の混合ガス中にて、二つの部材の互いに
接合すべき面を対向させ、一方の部材の接合すべき領域
の周縁部に二個以上の突起を設け、該突起で他方の部材
を支持し、一方の部材と対向する他方の部材の中央部を
支持体で押さえ、一方の部材と、他方の部材の中央部と
の間隙を、他方の部材の周縁部との間隙より狭くし、溶
融したはんだを接合すべき領域に侵入させたのち冷却、
凝固させるとよい。
【０００６】また一方の部材と対向する他方の部材の中
央部を支持体で押さえ、一方の部材と他方の部材とを中
央部で接触させて、溶融したはんだを接合すべき領域に
侵入させたのち冷却、凝固させるとよい。前記の突起の
高さを０．０５ｍｍないし０．５ｍｍとするとよい。ま
た窒素と水素の混合比を窒素：水素＝１０：１ないし
４：１にするとよい。
央部を支持体で押さえ、一方の部材と他方の部材とを中
央部で接触させて、溶融したはんだを接合すべき領域に
侵入させたのち冷却、凝固させるとよい。前記の突起の
高さを０．０５ｍｍないし０．５ｍｍとするとよい。ま
た窒素と水素の混合比を窒素：水素＝１０：１ないし
４：１にするとよい。
【０００７】つぎに、この発明の作用について説明す
る。一方の部材である放熱板上で溶融したはんだは、他
方の部材であるセラミック基板のはんだ付け部に達する
と毛細管現象により両部材の間に侵入し、はんだ接合が
なされる。はんだの侵入の過程で放熱板の周縁部に設け
られた突起で支えられたセラミック基板の中央部を支持
体である加圧棒で押さえることで、セラミック基板を放
熱板側に湾曲させ、この中央部の隙間をある一定の距離
にすることではんだの毛細管現象がセラミック基板の中
央部の方が周縁部より強く生じるようにし、はんだが取
り巻いて形成される未接合部であるボイドの発生を抑制
する。尚、窒素と水素の混合ガス中でのはんだ付けはは
んだの酸化を防止し、ボイドの発生を抑制する。
る。一方の部材である放熱板上で溶融したはんだは、他
方の部材であるセラミック基板のはんだ付け部に達する
と毛細管現象により両部材の間に侵入し、はんだ接合が
なされる。はんだの侵入の過程で放熱板の周縁部に設け
られた突起で支えられたセラミック基板の中央部を支持
体である加圧棒で押さえることで、セラミック基板を放
熱板側に湾曲させ、この中央部の隙間をある一定の距離
にすることではんだの毛細管現象がセラミック基板の中
央部の方が周縁部より強く生じるようにし、はんだが取
り巻いて形成される未接合部であるボイドの発生を抑制
する。尚、窒素と水素の混合ガス中でのはんだ付けはは
んだの酸化を防止し、ボイドの発生を抑制する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施例のはん
だ付け方法を示した図を示す。放熱板２の上にセラミッ
ク基板１を載せ、治具３を取り付け窒素と水素の混合ガ
ス中の加熱炉１１に入れる。このときの窒素と水素の混
合比は窒素：水素＝１０：１ないし４：１の範囲で行っ
た。特に、この比が窒素：水素＝６：１の場合は酸素濃
度は１００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍで酸化膜の形成は殆ど
なく、最適であった。加熱時間は３分程度で放熱体２の
温度は２６０℃〜４２０℃の範囲に設定する。この温度
は使用するはんだの種類で異なり、Ｓｎ６３％─Ｐｂ３
７％、Ｓｎ４０％─Ｐｂ６０％の場合は２６０℃〜２９
０℃、Ｐｂ９３．５％─Ｓｎ５％─Ａｇ１．５％の場合
は３７０℃〜４２０℃である。セラミック基板１はセラ
ミックの絶縁層を銅板が挟む構造であり、セラミック層
と銅板の厚さは０．２ｍｍから０．２５ｍｍ程度であり
全体の厚さは０．７５ｍｍ程度である。一方、放熱板２
は厚さは１ｍｍから数ｍｍ程度の銅板からなり、その表
面には電解ニッケルメッキが施されている。放熱板２上
に形成される突起５の高さは０．０５〜０．５ｍｍ程度
であるが、望ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが溶融し
たはんだの浸透性がよい。またこの突起の数は２個以上
で、形状は円柱や角柱などでよい。また加熱源８は底
面、側面、上面が耐熱部材１０で囲まれている。放熱板
２を加熱した後、パイプ７を治具３の孔に挿入し、加圧
棒４にてセラミック基板１の中央部を加圧しながら、は
んだ６をパイプ７に挿入する。はんだ６は溶融し、治具
３の下方についている開口部から流れ出し、セラミック
基板１と放熱板２の間に侵入する。このとき、セラミッ
ク基板１の中央部の放熱板２との隙間が狭いため、この
部分の毛細管現象が強く起こり、この部分の隙間が先ず
埋められ、その後、はんだは中央部から外周に向かって
順次埋まって行き、例えガスが発生しても、ボイドがは
んだ内に閉じ込められることはない。また中央部の毛細
管現象をより一層強めるために、セラミック基板２の中
央部を放熱板２に軽く接触させてもよい。
だ付け方法を示した図を示す。放熱板２の上にセラミッ
ク基板１を載せ、治具３を取り付け窒素と水素の混合ガ
ス中の加熱炉１１に入れる。このときの窒素と水素の混
合比は窒素：水素＝１０：１ないし４：１の範囲で行っ
た。特に、この比が窒素：水素＝６：１の場合は酸素濃
度は１００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍで酸化膜の形成は殆ど
なく、最適であった。加熱時間は３分程度で放熱体２の
温度は２６０℃〜４２０℃の範囲に設定する。この温度
は使用するはんだの種類で異なり、Ｓｎ６３％─Ｐｂ３
７％、Ｓｎ４０％─Ｐｂ６０％の場合は２６０℃〜２９
０℃、Ｐｂ９３．５％─Ｓｎ５％─Ａｇ１．５％の場合
は３７０℃〜４２０℃である。セラミック基板１はセラ
ミックの絶縁層を銅板が挟む構造であり、セラミック層
と銅板の厚さは０．２ｍｍから０．２５ｍｍ程度であり
全体の厚さは０．７５ｍｍ程度である。一方、放熱板２
は厚さは１ｍｍから数ｍｍ程度の銅板からなり、その表
面には電解ニッケルメッキが施されている。放熱板２上
に形成される突起５の高さは０．０５〜０．５ｍｍ程度
であるが、望ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが溶融し
たはんだの浸透性がよい。またこの突起の数は２個以上
で、形状は円柱や角柱などでよい。また加熱源８は底
面、側面、上面が耐熱部材１０で囲まれている。放熱板
２を加熱した後、パイプ７を治具３の孔に挿入し、加圧
棒４にてセラミック基板１の中央部を加圧しながら、は
んだ６をパイプ７に挿入する。はんだ６は溶融し、治具
３の下方についている開口部から流れ出し、セラミック
基板１と放熱板２の間に侵入する。このとき、セラミッ
ク基板１の中央部の放熱板２との隙間が狭いため、この
部分の毛細管現象が強く起こり、この部分の隙間が先ず
埋められ、その後、はんだは中央部から外周に向かって
順次埋まって行き、例えガスが発生しても、ボイドがは
んだ内に閉じ込められることはない。また中央部の毛細
管現象をより一層強めるために、セラミック基板２の中
央部を放熱板２に軽く接触させてもよい。
【０００９】このようにして行ったはんだ付けの状態を
前記の超音波探査装置で測定した。図２は従来法とこの
発明の方法でのボイド率の比較図を示す。この図から、
従来法に相当する突起無、加圧無の条件ではボイド率が
４％〜２３％で平均は１１．２％であったものが、この
発明の方法である突起有、加圧有の条件では、ボイド率
は１％〜５％で平均が２．４２％と改善され、熱抵抗不
良は発生しなくなった。また図３に超音波探査装置で観
測した写真を模式図で示したもので、ボイド率は２．３
％であった。
前記の超音波探査装置で測定した。図２は従来法とこの
発明の方法でのボイド率の比較図を示す。この図から、
従来法に相当する突起無、加圧無の条件ではボイド率が
４％〜２３％で平均は１１．２％であったものが、この
発明の方法である突起有、加圧有の条件では、ボイド率
は１％〜５％で平均が２．４２％と改善され、熱抵抗不
良は発生しなくなった。また図３に超音波探査装置で観
測した写真を模式図で示したもので、ボイド率は２．３
％であった。
【００１０】
【発明の効果】この発明によれば、二つの部材の形成す
る隙間を所定の間隔にすることで、はんだの毛細管現象
が部材の端部と比べ中央部で強く起こり、はんだが取り
巻いてできる未接合部つまりボイド部を減少させ、熱抵
抗不良の発生を防止し、製造歩留りを上げ、さらにフラ
ックスを不要とすることで、洗浄工程を削除し、製造コ
ストの大幅な低減を図ることができる。またボイド率が
低減することで、耐熱サイクル性等が向上し、高信頼性
の半導体素子の製造が可能となる。
る隙間を所定の間隔にすることで、はんだの毛細管現象
が部材の端部と比べ中央部で強く起こり、はんだが取り
巻いてできる未接合部つまりボイド部を減少させ、熱抵
抗不良の発生を防止し、製造歩留りを上げ、さらにフラ
ックスを不要とすることで、洗浄工程を削除し、製造コ
ストの大幅な低減を図ることができる。またボイド率が
低減することで、耐熱サイクル性等が向上し、高信頼性
の半導体素子の製造が可能となる。
【図１】この発明の一実施例のはんだ付け方法を示した
図
図
【図２】従来法と本発明の方法でのボイド率の比較図
【図３】超音波探査装置で測定したボイド分布の模式図
【図４】従来法によるボイド分布の模式図
１ セラミック基板 ２ 放熱板 ３ 治具 ４ 加圧棒 ５ 突起 ６ はんだ ７ パイプ ８ 加熱源 ９ 加熱源の足 １０ 耐熱部材 １１ 加熱炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−97250（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167454（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−160309（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12 B23K 3/00 310
Claims (4)
- 【請求項１】窒素と水素の混合ガス中にて、二つの部材
の互いに接合すべき面を対向させ、一方の部材の接合す
べき領域の周縁部に二個以上の突起を設け、該突起で他
方の部材を支持し、一方の部材と対向する他方の部材の
中央部を支持体で押さえ、一方の部材と他方の部材の中
央部との間隙を、他方の部材の周縁部との間隙より狭く
し、溶融したはんだを接合すべき領域に侵入させたのち
冷却、凝固させることを特徴とするはんだ付け方法。 - 【請求項２】一方の部材と対向する他方の部材の中央部
を支持体で押さえ、一方の部材と他方の部材とを中央部
で接触させて、溶融したはんだを接合すべき領域に侵入
させたのち冷却、凝固させることを特徴とする請求項１
記載のはんだ付け方法。 - 【請求項３】突起の高さが０．０５ｍｍないし０．５ｍ
ｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載のはんだ付け方法。 - 【請求項４】窒素と水素の混合比を窒素：水素＝１０：
１ないし４：１にすることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載のはんだ付け方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20411995A JP3336822B2 (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | はんだ付け方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20411995A JP3336822B2 (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | はんだ付け方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951049A JPH0951049A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3336822B2 true JP3336822B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=16485139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20411995A Expired - Fee Related JP3336822B2 (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | はんだ付け方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3336822B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5811648B2 (ja) * | 2011-07-12 | 2015-11-11 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の組立治具およびそれを用いた半導体装置の製造方法 |
| PL3230003T3 (pl) * | 2014-12-09 | 2019-03-29 | Pink Gmbh Thermosysteme | Urządzenie do przenoszenia ciepła dla wytwarzania połączenia lutowanego elektrycznych części składowych |
| JP7305465B2 (ja) * | 2019-07-03 | 2023-07-10 | 株式会社関電工 | はんだ付け治具及び方法 |
| JP2021090030A (ja) | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-08-10 JP JP20411995A patent/JP3336822B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0951049A (ja) | 1997-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |