JP5031677B2 - 接合構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
(ステップB1)チャンバー内の空気を排気し、水素またはフォーミングガスを大気圧まで導入する。このとき、室温を維持する。
(ステップB2)大気圧状態を保持したまま加熱を開始し、半田の固相線温度以下の温度で一定時間予熱を行う。ここで、錫(Sn)を主成分とする鉛(Pb)フリー半田の場合、一般的に融点が210〜235度程度であるので、予熱温度は200度程度とする必要がある。
(ステップB3)大気圧状態を保持したまま、半田の液相線温度以上までさらに加熱し、半田を溶融させる。上記表面処理が貴金属メッキの場合は、半田中にボイドは含むものの、濡れ性は良好である。しかし、NiメッキまたはSnメッキの場合は、予熱で表面が清浄化されていないため、半田が溶融しても十分な濡れが得られず、はじいた状態となる。この場合、半田の液相線温度以上の温度を一定時間保持することにより、還元効果が得られ表面が清浄化される。
(ステップB4)半田溶融状態を保持したまま減圧する。これにより、半田中のボイドの脱泡が行われる。
(ステップB5)半田溶融状態を保持したまま、窒素、水素、またはフォーミングガスをチャンバー内に導入し、大気圧に戻す。
(ステップB6)大気圧状態を保持したまま冷却する。これにより、半田が固化し、半導体素子、ヒートスプレッダ、および基材の接合が完了する。
(ステップC1)チャンバー内の空気を排気し、水素またはフォーミングガスを大気圧まで導入する。
(ステップC2)大気圧状態を保持したまま加熱を開始し、半田の固相線温度以下の温度で一定時間予熱を行う。
(ステップC3)半田の固相線温度以下の温度の状態を保持したまま、ボイドを排除可能な圧力まで減圧する。Snを主成分としたPbフリー半田の場合、一般的には0.05気圧以下に減圧することが好ましい。
(ステップC4)減圧状態を保持したまま、半田の液相線温度以上まで加熱し、半田を溶融させる。このとき、溶融状態の半田が雰囲気のガスを巻き込みボイドが発生する場合がある。しかし、ボイド内の圧力もチャンバー内同様減圧状態であり、また、図6に示した半田付け方式のようにボイドが半田の外に出て行く状況が起こらないため、外部とつながったボイドは発生しにくい。
(ステップC5)半田溶融状態を保持したまま、窒素、水素、またはフォーミングガスをチャンバー内に導入し、大気圧に戻す。これにより、ボイド内の圧力とチャンバー内の気圧との間で圧力差が生じ、ボイドが収縮する。
(ステップC6)大気圧状態を保持したまま冷却する。これにより、半田が固化し、半導体素子、ヒートスプレッダ、および基材の接合が完了する。
図1は、半導体装置100の一構成例を示す断面図である。
次に、上記半導体装置100の製造方法について説明する。
101 半導体素子
102 ヒートスプレッダ(第1の接合部材、第2の接合部材)
103 基材(第1の接合部材、第2の接合部材)
104 半田
105 ボイド
Claims (8)
- チャンバー内に設置された、半田を介して重ね合わせられている第1の接合部材および第2の接合部材を、該半田により接合する接合構造体の製造方法において、
上記半田を介して重ね合わせられている第1の接合部材および第2の接合部材が設置されたチャンバー内の空気を排気し、少なくとも水素を含むガスを導入して、大気圧よりも低い第1の圧力の状態に設定する第1のステップと、
上記第1の圧力の状態を保持したまま、上記チャンバー内を上記半田の液相線温度よりも高い第1の温度まで加熱する第2のステップと、
上記第1の温度の状態を保持したまま、上記チャンバー内を上記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで減圧する第3のステップと、
上記第1の温度の状態を保持したまま、上記チャンバー内に少なくとも水素または窒素を含むガスを導入して、大気圧まで加圧する第4のステップと、
上記大気圧の状態を保持したまま、上記チャンバー内を上記半田の固相線温度よりも低い第2の温度まで冷却する第5のステップとを含むことを特徴とする接合構造体の製造方法。 - 上記第1のステップと上記第2のステップとの間に、上記第1の圧力の状態を保持したまま、上記半田の固相線温度よりも低い第3の温度で所定時間予熱を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第1の温度は、270度以上であることを特徴とする請求項1に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第2のステップでは、上記第1の温度の状態を所定時間保持することを特徴とする請求項3に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第1の圧力は、0.3気圧〜0.5気圧であることを特徴とする請求項1に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第2の圧力は、0.05気圧以下であることを特徴とする請求項5に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記半田として、鉛フリー半田を用いることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の接合構造体の製造方法。
- 上記第1の接合部材および第2の接合部材のうちのいずれか一方として、表面処理がニッケルメッキまたはスズメッキである、ヒートスプレッダまたは基材を用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の接合構造体の製造方法。
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