JP6709944B2 - 接合構造体の製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/13311—Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/13313—Bismuth [Bi] as principal constituent
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    • H01L2224/13301—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13316—Lead [Pb] as principal constituent
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    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/13198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/13298—Fillers
    • H01L2224/13299—Base material
    • H01L2224/133—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13317—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/13318—Zinc [Zn] as principal constituent
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
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    • H01L2224/13198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
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    • H01L2224/13299—Base material
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    • H01L2224/13317—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/1332—Antimony [Sb] as principal constituent
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/13198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/13298—Fillers
    • H01L2224/13299—Base material
    • H01L2224/133—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13339—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/13338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13347—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
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Description

本発明は、接合構造体の製造方法に関する。
電子部品等の接合部品が基板に接合された接合構造体は、例えば、はんだ合金とフラックスとを含むソルダペーストを基板表面の電極部に塗布し、その後、電子部品の電極部を、前記ソルダペーストを介して前記基板表面の電極部に接触させて加熱（リフロー）することにより、製造することができる。このような接合構造体は、ソルダペーストからなる接合部を介して、基板と電子部品とが接合される。
従来、このような接合構造体では、リフロー時に発生するガスが接合部中にボイド（気泡）となって残存することが問題となっていた。特に、接合部品としてＳｉチップを用いた接合構造体では、接合部中に多量のボイドが発生することが知られている。接合部中にボイドが存在すると、接合部品と基板との接触面積が低下して電気抵抗が増加するため、接合構造体の電気的な信頼性を損なう。また、接合部中のボイドは熱伝導を妨げるため、接合構造体の放熱性を低下させる。
近年、リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い圧力に減圧してリフロー（以下、真空リフローともいう）を行う方法が知られている（例えば、特許文献１）。当該方法では、リフロー炉内の雰囲気を減圧することにより、接合部中に形成されたボイドが膨張して接合部の外へ排出されやすくなるため、接合部中のボイドを低減することができる。
国際公開第２０１７／０５７６５１号
真空リフローでは、リフロー炉内において減圧する圧力の大きさが大きいほど、ボイドが接合部の外へ排出されやすくなるため、結果として、接合部中のボイドをより低減することができる。しかしながら、リフロー炉内において減圧する圧力の大きさを大きくすると、リフロー時にボイドが多量に接合部の外へ排出されるため、はんだ材料（はんだ箔、ソルダペースト等）が飛散しやすくなる。その結果、接合部品の電極間のショート、基板の汚染等を生じさせるという問題があった。このような問題は、接合部品がはんだ材料を介して基板に接合された接合構造体だけでなく、基板にはんだ材料を塗布することにより形成された接合構造体（例えば、はんだバンプ等）でも生じていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制した接合構造体の製造方法を提供することを課題とする。
はんだ溶融直後は、ガスが多量に発生し、接合部中に形成されたボイド内部の圧力が高くなる。これにより、ボイドは膨張し、接合部の外へ排出されやすくなる。一方、はんだが溶融してある程度の時間が経過すると、ガスの発生量が少なくなり、接合部中に形成されたボイド内部の圧力とリフロー炉内の圧力との差が小さくなる。これにより、ボイドは接合部の外へ排出されにくくなり、結果として、接合部中に小さなボイドとして残存する。このような事情に鑑みて、本発明者らは、リフロー工程において、リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い圧力まで減圧した状態ではんだ合金を溶融させた後、さらに低い圧力まで減圧した状態ではんだ合金を溶融させることにより、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制した接合構造体が得られることを見出した。本発明の要旨は、以下の通りである。
本発明に係る接合構造体の製造方法は、リフロー炉内で、はんだ材料と第１部材とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させるリフロー工程を備える接合構造体の製造方法であって、前記リフロー工程は、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い第１圧力Ｐ１まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる第１リフロー工程と、前記第１リフロー工程後、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる第２リフロー工程と、を含む。
前記第２リフロー工程では、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い前記第２圧力Ｐ２まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる。これにより、前記第１リフロー工程において接合部に残った小さなボイドを、接合部の外へ排出することができる。その結果、接合部におけるボイドを低減することができる。また、前記第２リフロー工程では、前記第１リフロー工程に比べて、接合部の外へ排出されるボイドの量が少ないため、前記第１圧力Ｐ１よりも低い前記第２圧力Ｐ２まで減圧したとしても、はんだ材料の飛散を抑制することができる。
本発明に係る接合構造体の製造方法において、前記リフロー工程は、リフロー炉内で、はんだ材料を介して第１部材と第２部材とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させてもよい。
斯かる構成においても、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制することができる。
本発明に係る接合構造体の製造方法において、前記第１圧力Ｐ１に対する前記第２圧力Ｐ２の比（Ｐ２／Ｐ１）は、０．００１７〜０．８であることが好ましい。
斯かる構成により、接合部におけるボイドをより低減し、かつ、はんだ材料の飛散をより抑制した接合構造体が得られる。
本発明に係る接合構造体の製造方法において、前記第１リフロー工程では、ピーク温度で第１保持時間Ｔ１保持し、前記第２リフロー工程では、ピーク温度で第２保持時間Ｔ２保持し、前記第１保持時間Ｔ１に対する前記第２保持時間Ｔ２の比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．０１７〜５９であることが好ましい。
斯かる構成により、接合部におけるボイドをより低減し、かつ、はんだ材料の飛散をより抑制した接合構造体が得られる。
本発明に係る接合構造体の製造方法において、前記リフロー工程は、さらに、前記第２リフロー工程後、前記はんだ合金の融点以上の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧する第３リフロー工程を含むことが好ましい。
斯かる構成により、接合部におけるボイドをより低減した接合構造体が得られる。
本発明によれば、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制した接合構造体の製造方法を提供することができる。
図１は、本実施形態に係る接合構造体の製造方法におけるリフロー温度プロファイル及びリフロー炉内の圧力変化の一例を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態に係る接合構造体の製造方法について説明する。
＜接合構造体の製造方法＞
本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、リフロー炉内で、はんだ材料を介して基板（第１部材）と接合部品（第２部材）とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させるリフロー工程を備える接合構造体の製造方法であって、前記リフロー工程は、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い第１圧力Ｐ１まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる第１リフロー工程と、前記第１リフロー工程後、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる第２リフロー工程と、を含む。
本実施形態に係る接合構造体の製造方法に用いられるはんだ材料としては、特に限定されず、例えば、はんだ合金からなるはんだ箔、はんだ合金粉末とフラックスとからなるソルダペースト等を用いることができる。前記はんだ合金としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金（ＳＡＣ系合金）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ系合金等の公知のはんだ合金を用いることができる。前記フラックスとしては、特に限定されず、例えば、ベース樹脂、活性剤、溶剤、チキソ剤等を含む公知のフラックスを用いることができる。
このようなはんだ材料は、はんだ印刷装置による印刷、転写印刷、ディスペンサーによる塗布、マウンターによる搭載等の公知の方法を用いて、基板（第１部材）の表面に配置することができる。前記基板（第１部材）としては、特に限定されず、例えば、プリント基板、ＤＢＣ基板、ベースプレート板、リードフレーム、シリコンウエハ等の公知の基板を用いることができる。
そして、前記はんだ材料を介して前記基板（第１部材）と接触するように、前記接合部品（第２部材）を配置する。前記接合部品（第２部材）としては、特に限定されず、例えば、チップ部品（ＩＣチップ等）、抵抗器、ダイオード、コンデンサ、トランジスタ、半導体チップ（Ｓｉチップ等）、ヒートシンク等の公知の接合部品を用いることができる。特に、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、前記接合部品としてＳｉチップを用いた場合にも、優れた効果を発揮する。
ここで、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、第１部材が基板であることに限定されるものではない。基板以外の第１部材としては、例えば、チップ部品（ＩＣチップ等）、抵抗器、ダイオード、コンデンサ、トランジスタ、半導体チップ（Ｓｉチップ等）、ヒートシンク等が挙げられる。また、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、第２部材が接合部品であることに限定されるものではない。接合部品以外の第２部材としては、例えば、プリント基板、ＤＢＣ基板、ベースプレート、リードフレーム、ヒートシンク等が挙げられる。
なお、本実施形態に係る接合構造体の製造方法では、第２部材を用いず、はんだ材料と第１部材とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させてもよい。このようにして形成される接合構造体としては、例えば、はんだバンプ等が挙げられる。
はんだ材料を介して接触した基板（第１部材）と接合部品（第２部材）とは、リフロー炉内に配置される。当該リフロー炉は、開閉可能なシャッターを有しており、当該シャッターを閉めることにより、炉内を密閉することができる。また、前記リフロー炉は、真空ポンプを用いて炉内の気体を排気することにより、炉内の雰囲気を１０Ｐａ程度まで減圧することができる。さらに、前記リフロー炉内には、窒素等の不活性ガス、ギ酸、水素等の還元ガス等を導入することができる。
なお、はんだ材料を介して接触した基板（第１部材）と接合部品（第２部材）とを配置した前記リフロー炉は、該リフロー炉内の気体を排気した後、窒素等の不活性ガスを導入する工程を繰り返すことにより、前記リフロー炉内の酸素濃度を低下させておくことが好ましい。
次に、リフロー炉内で、前記はんだ材料を介して前記基板（第１部材）と前記接合部品（第２部材）とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させる（リフロー工程）。図１は、本実施形態に係る接合構造体の製造方法におけるリフロー温度プロファイル及びリフロー炉内の圧力変化の一例を示すグラフである。
前記リフロー工程では、まず、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い第１圧力Ｐ１まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる（第１リフロー工程）。以下、前記第１リフロー工程について、詳細に説明する。
まず、リフロー炉内を加熱し、はんだ合金が溶融する前、すなわち、リフロー温度がはんだ合金の融点に達する前に、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い第１圧力Ｐ１まで減圧する。はんだ合金が溶融する前に前記第１圧力Ｐ１への減圧を行うことにより、はんだ材料の飛散をより抑制することができる。なお、昇温速度は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、０．５〜５．０℃／ｓの範囲とすることができる。また、前記第１圧力Ｐ１は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、２００Ｐａ〜３００００Ｐａの範囲とすることができる。
続いて、リフロー炉内をさらに加熱し、リフロー温度がピーク温度に達した後、第１保持時間Ｔ１保持する。前記ピーク温度は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、２３０〜４００℃の範囲とすることができる。また、前記第１保持時間Ｔ１は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、１０〜３００ｓの範囲とすることができ、好ましくは、３０〜１２０ｓの範囲とすることができる。
なお、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、はんだ合金が溶融する前に前記第１圧力Ｐ１への減圧を行ったが、これに限定されるものではなく、はんだ合金が溶融し始めてから、すなわち、リフロー温度がはんだ合金の融点以上になってから前記第１圧力Ｐ１への減圧を開始してもよい。
また、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、ピーク温度で第１保持時間Ｔ１保持したが、これに限定されるものではなく、ピーク温度での保持を行わなくてもよい。
前記リフロー工程では、前記第１リフロー工程後、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる（第２リフロー工程）。以下、前記第２リフロー工程について、詳細に説明する。
まず、前記第１リフロー工程において第１保持時間Ｔ１での保持が終了した後、リフロー温度をピーク温度に保つとともに、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧する。前記第２圧力Ｐ２は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、５０Ｐａ〜５０００Ｐａの範囲とすることができる。
前記リフロー炉内の雰囲気を第２圧力Ｐ２まで減圧した後、リフロー温度をピーク温度に保つとともに、第２保持時間Ｔ２保持する。前記ピーク温度は、前記第１リフロー工程におけるピーク温度と同様の範囲とすることができる。また、前記第２保持時間Ｔ２は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、１０〜３００ｓの範囲とすることができ、好ましくは、３０〜１２０ｓの範囲とすることができる。
なお、本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、ピーク温度で第２保持時間Ｔ２保持したが、これに限定されるものではなく、ピーク温度での保持を行わなくてもよい。
前記第１圧力Ｐ１に対する前記第２圧力Ｐ２の比（Ｐ２／Ｐ１）は、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制する観点から、０．００１７以上であることが好ましく、０．８以下であることが好ましい。また、前記Ｐ２／Ｐ１は、０．０５以上であることがより好ましく、０．１以上であることが特に好ましく、０．５以下であることがより好ましく、０．２５以下であることが特に好ましい。
前記第１保持時間Ｔ１に対する前記第２保持時間Ｔ２の比（Ｔ２／Ｔ１）は、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制する観点から、０．０１７以上であることが好ましく、５９以下であることが好ましい。また、前記Ｔ２／Ｔ１は、０．３３以上であることがより好ましく、３以下であることがより好ましい。
前記リフロー工程では、さらに、前記第２リフロー工程後、前記はんだ合金の融点以上の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧する（第３リフロー工程）。具体的には、リフロー炉内に窒素等の不活性ガスを導入することにより大気圧まで加圧することができる。
前記はんだ合金の融点以上の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧することにより、接合部におけるボイドをより低減することができる。
なお、本実施形態に係る接合構造体の製造方法では、前記はんだ合金の融点以上の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧したが、これに限定されるものではなく、前記はんだ合金の融点未満の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧してもよい。
本実施形態に係る接合構造体の製造方法では、リフロー工程が、リフロー炉内の雰囲気を大気圧よりも低い第１圧力Ｐ１まで減圧した状態ではんだ合金を溶融させる第１リフロー工程と、該第１リフロー工程後、リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧した状態ではんだ合金を溶融させる第２リフロー工程と、を含む。これにより、前記第２リフロー工程では、前記第１リフロー工程において接合部に残った小さなボイドを、接合部の外へ排出することができる。その結果、接合部におけるボイドを低減することができる。また、前記第２リフロー工程では、前記第１リフロー工程に比べて、接合部の外へ排出されるボイドの量が少ないため、前記第１圧力Ｐ１よりも低い前記第２圧力Ｐ２まで減圧したとしても、はんだ材料の飛散を抑制することができる。
本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、上述のリフロー工程の前に、予熱工程を行ってもよい。前記予熱工程は、例えば、前記リフロー炉内で、前記はんだ材料を介して接触させた前記基板と前記接合部品とを予熱温度まで加熱して保持することにより行う。前記予熱温度は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、１２０〜３１０℃の範囲とすることができる。また、前記予熱温度における保持時間は、特に限定されず、はんだ材料に応じて適宜選択することができ、例えば、０〜９００ｓの範囲とすることができる。
前記予熱工程では、前記予熱温度での保持中に、真空ポンプを用いて前記リフロー炉内の気体を排気し、保持した後、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧してもよい。また、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧する際、ギ酸、水素等の還元ガスを導入してもよい。前記予熱工程において、前記リフロー炉内に還元ガスを導入することにより、上述のリフロー工程において、接合部におけるボイドをより低減することができる。なお、前記還元ガスは、前記リフロー炉内の気体を排気する前に導入を開始し、前記予熱工程において連続して導入し続けてもよい。また、前記予熱工程を開始する前に、真空ポンプを用いて前記リフロー炉内の気体を排気した後、ギ酸、水素等の還元ガスを導入してもよい。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
［試験１］
＜試験基板の作製＞
（試験Ｎｏ．１−１〜１−１４）
合金Ａ（９６．５Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）からなるはんだ箔（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚さ：１００μｍ）を介して、無酸素Ｃｕ板（サイズ：４４×３５ｍｍ）の基板と、Ａｕ／ＮｉめっきされたＳｉチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ）とが接触した状態でリフロー装置（商品名：ＶＳ１、オリジン電気社製）のリフロー炉内に配置した。そして、後述する予熱工程及びリフロー工程を行うことにより、試験Ｎｏ．１−１〜１−１４の試験基板を作製した。
予熱工程では、まず、窒素雰囲気下において、昇温速度１．７℃／ｓで予熱温度２００℃まで加熱した。そして、該予熱温度において、真空ポンプを用いてリフロー炉内の気体を排気して３０ｓ保持した後、ギ酸（３％）を導入することによりリフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧して２４０ｓ保持した。
続いて、リフロー工程では、まず、リフロー炉内の雰囲気を第１圧力Ｐ１へ減圧した後、昇温速度２．６℃／ｓでピーク温度２５０℃まで加熱し、第１保持時間Ｔ１保持した（第１リフロー工程）。次に、リフロー炉内の雰囲気を第２圧力Ｐ２まで減圧した後、第２保持時間Ｔ２保持した（第２リフロー工程）。最後に、ピーク温度２５０℃にて、リフロー炉内に窒素を導入することにより大気圧まで加圧した。前記第１リフロー工程及び前記第２リフロー工程の詳細な条件を表１に示す。
（試験Ｎｏ．２−１〜２−６）
前記第２リフロー工程を行わなかったこと以外は、試験Ｎｏ．１−１〜１−１４と同様に試験Ｎｏ．２−１〜２−６の試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表１に示す。
（試験Ｎｏ．１−１５）
合金Ａ（９６．５Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）からなるはんだ箔（サイズ：１５×１５ｍｍ、厚さ：１００μｍ）を介して、ＮｉめっきＣｕ板（サイズ：４４×３５ｍｍ）の基板と、Ｎｉ板（サイズ：１５×１５ｍｍ）とが接触した状態でリフロー装置（商品名：ＶＳ１、オリジン電気社製）のリフロー炉内に配置した。リフロー工程では、ピーク温度まで大気圧で昇温し、ピーク温度に到達してから第１圧力Ｐ１へ減圧を行ったこと以外は、試験Ｎｏ．１−１〜１−１４と同様に試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表１に示す。
（試験Ｎｏ．２−７）
前記第２リフロー工程を行わなかったこと以外は、試験Ｎｏ．１−１５と同様に試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表１に示す。
＜ボイド評価＞
各試験基板のＳｉチップ搭載箇所におけるＸ線透過写真を撮影した。撮影装置はＴＵＸ−３１００（マース東研社製）を用い、撮影条件は管電圧：７５．０Ｖ、管電流：８０．０μＡ、フィラメント電流：３．１３０Ａとした。次に、撮影した写真を二値化処理することにより、接合部のボイド率を算出した。なお、試験Ｎｏ．１−１〜１−１４の試験基板は、試験Ｎｏ．２−１〜２−６の試験基板のうち、第１リフロー工程における第１圧力Ｐ１の値、並びに、第１リフロー工程及び第２リフロー工程におけるピーク温度での合計保持時間（Ｔ１＋Ｔ２）が等しい試験基板と比較することにより、ボイド率の低減率を算出した。結果を表１に示す。
＜飛散評価＞
各試験基板を上面から目視で観察し、下記の基準に基づき評価した。
◎：飛散がほとんど無かった。
○：飛散がわずかに確認された。
×：飛散が多く確認された。
Figure 0006709944
表１の結果から分かるように、本発明の構成要件をすべて満たす試験Ｎｏ．１−１〜１−１５の試験基板は、第２リフロー工程を行わない試験Ｎｏ．２−１〜２−７の試験基板と比較して、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制することができる。
［試験２］
＜試験基板の作製＞
（試験Ｎｏ．３−１）
まず、合金Ａ（９６．５Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）粉末とフラックス（２−エチルー１，３−ヘキサンジオール：９０質量％、ステアリン酸アミド：１０質量％）とを混合して、ソルダペーストを作製した。次に、無酸素Ｃｕ板（サイズ：４４×３５ｍｍ）の基板に該ソルダペーストを、厚さ２００μｍのメタルマスクを用いて開口率１００％となるように塗布した。塗布したソルダペーストの厚さは２００μｍであった。その後、Ａｕ／ＮｉめっきされたＳｉチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ）を搭載し、該ソルダペーストを介して、無酸素Ｃｕ板（サイズ：４４×３５ｍｍ）の基板と、Ａｕ／ＮｉめっきされたＳｉチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ）とが接触した状態でリフロー装置（商品名：ＶＳ１、オリジン電気社製）のリフロー炉内に配置した。そして、後述する予熱工程及びリフロー工程を行うことにより、試験Ｎｏ．３−１の試験基板を作製した。
予熱工程では、まず、ギ酸（３％）雰囲気下において、昇温速度１．７℃／ｓで予熱温度２００℃まで加熱し、２４０ｓ保持した。
続いて、リフロー工程では、まず、リフロー炉内の雰囲気を第１圧力Ｐ１へ減圧した後、昇温速度２．６℃／ｓでピーク温度２５０℃まで加熱し、第１保持時間Ｔ１保持した（第１リフロー工程）。次に、リフロー炉内の雰囲気を第２圧力Ｐ２まで減圧した後、第２保持時間Ｔ２保持した（第２リフロー工程）。最後に、ピーク温度２５０℃にて、リフロー炉内に窒素を導入することにより大気圧まで加圧した。リフロー工程の詳細な条件を表２に示す。
（試験Ｎｏ．３−２）
予熱工程を窒素雰囲気下で行ったこと以外は、試験Ｎｏ．３−１と同様に試験基板を作製した。
（試験Ｎｏ．３−３）
予熱工程を行わず、ギ酸雰囲気下において、リフロー炉内の雰囲気を第１圧力Ｐ１へ減圧した後、ピーク温度まで加熱したこと以外は、試験Ｎｏ．３−１と同様に試験基板を作製した。
（試験Ｎｏ．３−４）
はんだ粉末として合金Ｂ（８９．０Ｓｎ／３．０Ａｇ／８．０Ｓｂ）を用い、リフロー工程におけるピーク温度を変更したこと以外は、試験Ｎｏ．３−１と同様に試験基板を作製した。
（試験Ｎｏ．３−５）
はんだ粉末として合金Ｃ（９５．０Ｐｂ／５．０Ｓｎ）を用い、予熱保持温度を２３０℃とし、さらに、リフロー工程における第１圧力Ｐ１及びピーク温度を変更したこと以外は、試験Ｎｏ．３−１と同様に試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表２に示す。
（試験Ｎｏ．４−１〜４−５）
第２リフロー工程を行わなかったこと以外は、それぞれ、試験Ｎｏ．３−１〜３−５と同様に試験Ｎｏ．４−１〜４−５の試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表２に示す。
＜ボイド評価＞
試験１と同様の方法で、ボイドの評価を行った。結果を表２に示す。
＜飛散評価＞
試験１と同様の方法で、ボイドの評価を行った。結果を表２に示す。
Figure 0006709944
表２の結果から分かるように、本発明の構成要件をすべて満たす試験Ｎｏ．３−１〜３−５の試験基板は、第２リフロー工程を行わない試験Ｎｏ．４−１〜４−５の試験基板と比較して、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制することができる。
［試験３］
＜試験基板の作製＞
（試験Ｎｏ．５）
まず、合金Ａ（９６．５Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ）粉末とフラックスとを混合して、ソルダペーストを作製した。前記フラックスは、ペーストフラックス（弘輝社製、製品名：ペーストフラックス（ＲＭＡタイプ））を用いた。次に、ガラスエポキシ基板（サイズ：５０×５０ｍｍ、厚み：１．６ｍｍ）を準備した。前記基板上には銅箔にてφ０．２ｍｍのパターンを形成し、プリフラックス（商品名「タフエース」、四国化成社製）で処理した。前記基板に前記ソルダペーストを、厚さ１５０μｍのメタルマスクを用いて開口率４００％となるように塗布し、リフロー装置（商品名：ＶＳ１、オリジン電気社製）のリフロー炉内に配置した。塗布したソルダペーストの厚さは１５０μｍであった。そして、後述する予熱工程及びリフロー工程を行うことにより、試験Ｎｏ．５の試験基板を作製した。
予熱工程では、まず、窒素雰囲気下において、昇温速度１．７℃／ｓで予熱温度２００℃まで加熱した。そして、該予熱温度において、真空ポンプを用いてリフロー炉内の気体を排気して３０ｓ保持した後、ギ酸（３％）を導入することによりリフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧して２４０ｓ保持した。
続いて、リフロー工程では、まず、リフロー炉内の雰囲気を５０００Ｐａ（第１圧力Ｐ１）へ減圧した後、昇温速度２．６℃／ｓでピーク温度２５０℃まで加熱し、６０ｓ（第１保持時間Ｔ１）保持した（第１リフロー工程）。次に、リフロー炉内の雰囲気を１００Ｐａ（第２圧力Ｐ２）まで減圧した後、６０ｓ（第２保持時間Ｔ２）保持した（第２リフロー工程）。最後に、ピーク温度２５０℃にて、リフロー炉内に窒素を導入することにより大気圧まで加圧した。前記第１リフロー工程及び前記第２リフロー工程の条件を表３に示す。
（試験Ｎｏ．６）
第２リフロー工程を行わなかったこと以外は、試験Ｎｏ．５と同様に試験Ｎｏ．６の試験基板を作製した。リフロー工程の詳細な条件を表３に示す。
＜ボイド評価＞
試験１と同様の方法で、ボイドの評価を行った。結果を表３に示す。
＜飛散評価＞
試験１と同様の方法で、ボイドの評価を行った。結果を表３に示す。
Figure 0006709944
表３の結果から分かるように、本発明の構成要件をすべて満たす試験Ｎｏ．５の試験基板は、第２リフロー工程を行わない試験Ｎｏ．６の試験基板と比較して、接合部におけるボイドを低減し、かつ、はんだ材料の飛散を抑制することができる。

Claims (6)

  1. リフロー炉内で、はんだ材料と第１部材とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させるリフロー工程を備える接合構造体の製造方法であって、
    前記リフロー工程は、
    前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧から第１圧力Ｐ１まで減圧した状態で保持し、前記はんだ合金を溶融させる第１リフロー工程と、
    前記第１リフロー工程後、前記リフロー炉内の雰囲気を前記第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２まで減圧した状態で前記はんだ合金を溶融させる第２リフロー工程と、
    を含む、接合構造体の製造方法。
  2. 前記リフロー工程は、リフロー炉内で、はんだ材料を介して第１部材と第２部材とを接触させた状態で加熱し、前記はんだ材料を構成するはんだ合金を溶融させる、請求項１に記載の接合構造体の製造方法。
  3. 前記第１圧力Ｐ１に対する前記第２圧力Ｐ２の比（Ｐ２／Ｐ１）は、０．００１７〜０．８である、請求項１又は２に記載の接合構造体の製造方法。
  4. 前記第１リフロー工程では、ピーク温度で第１保持時間Ｔ１保持し、
    前記第２リフロー工程では、ピーク温度で第２保持時間Ｔ２保持し、
    前記第１保持時間Ｔ１に対する前記第２保持時間Ｔ２の比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．０１７〜５９である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の接合構造体の製造方法。
  5. 前記リフロー工程は、さらに、前記第２リフロー工程後、前記はんだ合金の融点以上の温度で、前記リフロー炉内の雰囲気を大気圧まで加圧する第３リフロー工程を含む、請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合構造体の製造方法。
  6. 前記第１圧力Ｐ １ が２００Ｐａ〜３００００Ｐａであり、前記第２圧力Ｐ ２ が５０Ｐａ〜５０００Ｐａである、請求項１〜５のいずれか一つに記載の接合構造体の製造方法。
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