JPH0240425B2 - - Google Patents

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JPH0240425B2
JPH0240425B2 JP60505418A JP50541885A JPH0240425B2 JP H0240425 B2 JPH0240425 B2 JP H0240425B2 JP 60505418 A JP60505418 A JP 60505418A JP 50541885 A JP50541885 A JP 50541885A JP H0240425 B2 JPH0240425 B2 JP H0240425B2
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JP
Japan
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solder
soldering
assembly
inert
chip carrier
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JP60505418A
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Japanese (ja)
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JPS62501546A (en
Inventor
Gerarudo Bii Sumisu
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co filed Critical Hughes Aircraft Co
Publication of JPS62501546A publication Critical patent/JPS62501546A/en
Publication of JPH0240425B2 publication Critical patent/JPH0240425B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/012Soldering with the use of hot gas
    • B23K1/015Vapour-condensation soldering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K3/00Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/06Solder feeding devices; Solder melting pans
    • B23K3/0646Solder baths
    • B23K3/0661Oscillating baths

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Molten Solder (AREA)

Description

請求の範囲 1 半田を含むアツセンブリのフラツクスレス半
田付けをおこなう半田付け装置であつて、 半田付け温度で液化可能な材料と半田付け温度
で蒸発する不活性材料とを入れる容器と、 上記容器に接続された加熱手段であつて、上記
液化可能な材料を半田付け温度に加熱して、上記
液化可能な材料が次に上記不活性材料を上記半田
付け温度に加熱して、上記容器内に不活性蒸気雰
囲気を作り出すようにした加熱手段と、 上記容器に接続され、上記液化可能な材料を振
動させる振動手段と、 上記不活性蒸気雰囲気中で上記半田を溶融する
に十分な時間、上記アツセンブリを固定し、また
上記アツセンブリの位置決めをするとともに、上
記アツセンブリを上記液化可能な材料の表面上に
浮遊させる位置決め手段とを具備し、上記アツセ
ンブリの振動と、そこに含まれる半田の連続溶融
とを同時におこなつてフラツクスレス半田付けを
達成するようにした半田付け装置。
Claim 1: A soldering device for fluxless soldering of an assembly containing solder, comprising a container containing a material that can be liquefied at a soldering temperature and an inert material that evaporates at the soldering temperature, and a container that is connected to the container. heating means for heating the liquefiable material to a soldering temperature, the liquefiable material in turn heating the inert material to the soldering temperature and discharging inert vapor into the container; heating means adapted to create an atmosphere; vibration means connected to the container for vibrating the liquefiable material; and fixing the assembly for a sufficient time to melt the solder in the inert vapor atmosphere. and positioning means for positioning the assembly and suspending the assembly on the surface of the liquefiable material, vibrating the assembly and continuously melting the solder contained therein at the same time. A soldering device that achieves fluxless soldering.

2 特許請求の範囲第1項記載の半田付け装置に
おいて、上記容器の底部に配置され、上記液化材
料を保持するのに適応された第二の容器を更に備
え、上記振動手段は上記第二の容器に接続されて
いる半田付け装置。
2. The soldering apparatus according to claim 1, further comprising a second container arranged at the bottom of the container and adapted to hold the liquefied material, and the vibrating means is connected to the second container. Soldering equipment connected to the container.

3 特許請求の範囲第2項記載の半田付け装置に
おいて、上記容器の上部に近接し、そこから不活
性蒸気雰囲気が逃げるのを阻止する手段を更に備
えた半田付け装置。
3. The soldering apparatus according to claim 2, further comprising means proximate to the top of the container for preventing escape of an inert vapor atmosphere therefrom.

4 特許請求の範囲第3項記載の半田付け装置に
おいて、不活性蒸気雰囲気が逃げるのを阻止する
手段は、上記容器の上部に近接して上記容器内に
配置された冷却コイルを備えている半田付け装
置。
4. In the soldering apparatus according to claim 3, the means for preventing the inert vapor atmosphere from escaping comprises a soldering coil provided within the container adjacent to the top of the container. attaching device.

5 フラツクスレス半田付け方法において、半田
付け温度で液体になる液化可能な材料と半田付け
温度で蒸発する不活性材料とを含む容器を用意す
る工程と、 上記液化可能な材料を半田付け温度に加熱し
て、上記液化可能な材料が次に上記不活性材料を
上記半田付け温度に加熱して、上記容器内に不活
性蒸気雰囲気を作り出す工程と、 半田を含むアツセンブリを上記不活性蒸気雰囲
気内に配置して、上記半田を溶融する工程と、 上記アツセンブリを上記液化材料の表面に浮遊
させて、上記アツセンブリの半田可能な領域を上
記不活性蒸気雰囲気に暴露させておく工程と、 アツセンブリを浮遊させて上記不活性蒸気雰囲
気中で上記半田を溶融させている間に同時に上記
液化可能な材料を振動させるてフラツクスレス半
田付けを達成する工程とを具備した方法。
5. In a fluxless soldering method, the steps include: preparing a container containing a liquefiable material that becomes liquid at the soldering temperature and an inert material that evaporates at the soldering temperature; and heating the liquefiable material to the soldering temperature. the liquefiable material then heating the inert material to the soldering temperature to create an inert vapor atmosphere within the container; and placing an assembly including the solder in the inert vapor atmosphere. floating the assembly on the surface of the liquefied material and exposing a solderable area of the assembly to the inert vapor atmosphere; simultaneously vibrating the liquefiable material while melting the solder in the inert vapor atmosphere to achieve fluxless soldering.

6 特許請求の範囲第5項記載の方法において、
上記液化可能な材料は半田を含んでいる上記方
法。
6. In the method described in claim 5,
The above method, wherein the liquefiable material includes solder.

7 特許請求の範囲第5項記載の方法において、
上記不活性材料は大分子量のハロゲン化有機材料
である上記方法。
7 In the method described in claim 5,
The above method, wherein the inert material is a large molecular weight halogenated organic material.

8 半田を含むアツセンブリをフラツクスレス半
田付け方法において、 上記液化可能な材料を半田付け温度に加熱し、
上記液化可能な材料が次に上記半田付け温度で蒸
気となる不活性材料を加熱して、上記液化可能な
材料の上方に不活性蒸気雰囲気を作り出す工程
と、 半田を含む上記アツセンブリを上記不活性蒸気
雰囲気に十分な時間置いて、上記半田を溶融する
工程と、 上記アツセンブリを上記液化材料の表面に浮遊
させて、半田付けされる表面を上記不活性蒸気雰
囲気に暴露させておく工程と、 上記液化可能な材料及び上記浮遊アツセンブリ
を振動させ、一方上記半田を溶融し続けて上記ア
ツセンブリのフラツクスレス半田付けを達成する
工程と、を具備した上記方法。
8. In a fluxless soldering method for assemblies containing solder, heating the liquefiable material to a soldering temperature;
heating an inert material such that the liquefiable material then becomes a vapor at the soldering temperature to create an inert vapor atmosphere above the liquefiable material; melting the solder by placing it in a steam atmosphere for a sufficient period of time; suspending the assembly on the surface of the liquefied material to expose the surface to be soldered to the inert steam atmosphere; vibrating the liquefiable material and the floating assembly while continuing to melt the solder to achieve fluxless soldering of the assembly.

9 特許請求の範囲第8項の方法において、上記
液化可能な材料は半田を含んでいる上記方法。
9. The method of claim 8, wherein the liquefiable material comprises solder.

10 特許請求の範囲第8項記載の方法におい
て、上記不活性材料は大分子量のハロゲン化有機
材料である上記方法。
10. The method of claim 8, wherein the inert material is a high molecular weight halogenated organic material.

背景技術 本発明は、半田付け装置および方法に関するも
ので、これにより、半田を含有するアツセンブリ
を蒸気加熱処理および超音波振動の両方を同時に
実施することによつてフラツクス(接合部に塗る
物質)の無い半田付け(以下、フラツクスレス半
田付けという)が実現される。このような方法お
よび装置は、半田付けおよび半田フラツクス塗布
の準備におけるクリニング作業に影響を受けやす
いアツセンブリに対して特に有益なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a soldering apparatus and method whereby solder-containing assemblies are subjected to both steam heat treatment and ultrasonic vibration at the same time to reduce flux (a substance applied to the joint). Soldering without soldering (hereinafter referred to as fluxless soldering) is realized. Such methods and apparatus are particularly useful for assemblies that are susceptible to cleaning operations in preparation for soldering and solder flux application.

通常のプリント基板には、その一表面上には回
路網が形成され、反対表面には個別部品が設けら
れている。これらデイスクリート部品上のリード
は、プリント基板中を貫通する開口であり、プリ
ント回路側上に延在している。ここで、プリント
基板を半田付けして前述の回路網を完成してい
る。この基板を洗浄し、フラツクス塗布し、この
プリント回路側を不純物の無い半田に接触させて
いる。半田ウエーブ(solder wave)によつて不
純物の無い表面が得られるようになる。溶解した
半田によりプリント回路およびリードが湿潤され
て、高信頼性の半田付けが行われるようになる。
このような半田による湿潤可能な表面が実現でき
るもう1つの方法としては、溶融した超音波半田
ポツト(ultrasonic solder pot)を採用すること
である。この場合、超音波エネルギによつて半田
をプリント回路およびリードの湿潤可能な表面上
で移動することができ、この結果、酸化物、フラ
ツクスおよび不純物を除去できるので、高信頼性
の半田付け作業が実現できる。いずれの場合で
も、フラツクスは、半田が直接接触するまでの
間、湿潤可能な表面を維持するために必要なもの
である。このような半田付けシステムは、半田を
接続部分に加えるために有効なもので、これら接
続部分は、ポツトから半田を加えるために準備さ
れるものである。
A typical printed circuit board has a circuit network formed on one surface and individual components on the opposite surface. The leads on these discrete components are openings through the printed circuit board and extend onto the printed circuit side. Now, the printed circuit board is soldered to complete the circuit network described above. The board is cleaned and fluxed, and the printed circuit side is brought into contact with pure solder. The solder wave ensures a clean surface. The molten solder wets the printed circuit and leads, resulting in a reliable solder joint.
Another way in which such solder wettable surfaces can be achieved is by employing molten ultrasonic solder pots. In this case, ultrasonic energy can move the solder over the wettable surfaces of the printed circuit and leads, thereby removing oxides, fluxes, and impurities, resulting in a reliable soldering operation. realizable. In either case, the flux is necessary to maintain a wettable surface until direct contact with the solder. Such soldering systems are useful for applying solder to connections that are prepared for application of solder from a pot.

蒸気相半田付けは、半田を含むアツセンブリを
この蒸気中で半田付け可能温度まで加熱するシス
テムを意味するものである。この蒸気によつて不
活性気体(inert atmosphere)が得られると共
に、アツセンブリを半田付け温度まで上昇させる
熱が得られる。このような蒸気相半田付け
(vapor phase soldering)は、半田がすでにア
ツセンブリ中に存在すると共に、加熱によつて接
合部へ再び流入するような状況の下では有効なも
のである。このような半田付けは炉の中で実現さ
れ、この炉の中での不活性気体を利用することに
より、高信頼性の半田接続が実現される助けとな
る。しかし乍ら、半田によつて表面を再び接合す
る場合には、これを洗浄し、酸化物フラツクスお
よび不純物の無いものにする必要があり、これは
高信頼性の半田付けに対する半田付け温度にした
時に要求されるものである。
Vapor phase soldering refers to a system in which an assembly containing solder is heated in the vapor to a soldering temperature. This steam provides an inert atmosphere and provides heat to bring the assembly up to soldering temperature. Such vapor phase soldering is useful in situations where solder is already present in the assembly and is forced back into the joint by heating. Such soldering is accomplished in a furnace, and the use of an inert gas within the furnace helps achieve a highly reliable solder connection. However, if the surfaces are to be rejoined by solder, it must be cleaned and free of oxide fluxes and impurities, and this must be at soldering temperatures for reliable soldering. It is sometimes required.

現在の半田付けシステムによれば、洗浄やフラ
ツクス塗布作業によつて有害な影響を受けてしま
うデバイスを含んだアツセンブリの信頼性の高い
半田付け作業が実現できなかつた。このようなデ
バイスとしては、半導体チツプおよび薄膜回路が
含まれている。従つて、このような半導体デバイ
スを含むコンポーネントを基板に接触させると共
に/または電気的に接続することのできる半田付
け装置および方法が要求されていた。
Current soldering systems do not permit reliable soldering of assemblies containing devices that are subject to deleterious effects from cleaning and fluxing operations. Such devices include semiconductor chips and thin film circuits. Therefore, there is a need for a soldering apparatus and method that can contact and/or electrically connect components including such semiconductor devices to a substrate.

発明の概要 本発明をよりよく理解するために、本発明の半
田付け装置および方法によれば、アツセンブリの
2つの部分間に半田を有するアツセンブリを、半
田を溶解させるのに十分な高い温度での不活性気
体にさらすと共に、これと同時に、これら2つの
部分間に相対的な動きを生じさせる振動を与え
て、これら部分間で半田ボンデイングを行わせた
ことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION To better understand the present invention, the soldering apparatus and method of the present invention provides for soldering an assembly having solder between two parts of the assembly at a temperature high enough to melt the solder. This method is characterized in that solder bonding is performed between these two parts by exposing them to an inert gas and at the same time applying vibrations that cause relative movement between these two parts.

従つて、本発明の目的および利益は、以下のよ
うな半田付け装置および方法を提供することであ
る。即ち、この装置においては、2つの部分の一
方が通常の半田接合クリニング(洗浄)およびフ
ラツクス塗布作業に反応しやすいと共に保護され
ることにより、信頼性の高い半田付けボンデイン
グが実現されるようになる。
Accordingly, it is an object and advantage of the present invention to provide a soldering apparatus and method as follows. That is, in this device, one of the two parts is susceptible to and protected from normal solder joint cleaning and fluxing operations, resulting in highly reliable solder bonding. .

また、本発明の他の目的によれば、ベツセル中
に包合された高温度の不活性気体および高周波振
動源とによつてアツセンブリを加熱することによ
つて、このアツセンブリが加熱および振動を同時
に受けて適切な半田ボンデイングが確保されるよ
うな半田付け装置および方法を提供することであ
る。
In accordance with another object of the invention, the assembly is heated and vibrated simultaneously by heating the assembly by means of a high temperature inert gas encapsulated in a vessel and a high frequency vibration source. It is an object of the present invention to provide a soldering device and method that can ensure proper solder bonding.

また、本発明の他の目的は、半田の再流入によ
り半田付けすべきアツセンブリを流体半田ポツト
上に浮遊させ、この流体半田を高周波振動させる
ことにより、振動をこのアツセンブリに当てる一
方、このアツセンブリを高温度の不活性気体にさ
らし、この不活性気体はアツセンブリ中の再流入
半田を溶解させるのに十分な高温としたことを特
徴とする半田付け装置および方法を提供すること
である。
Another object of the present invention is to suspend the assembly to be soldered above the fluid soldering pot by re-inflowing the solder, and to vibrate the fluid solder at a high frequency, thereby applying vibrations to the assembly while An object of the present invention is to provide a soldering apparatus and method characterized by exposure to a high temperature inert gas, the inert gas being sufficiently hot to melt re-entered solder in the assembly.

本発明の他の目的および利益は、以下の明細書
の部分、請求の範囲および添付の図面を参照する
ことによつて明らかとなる。
Other objects and advantages of the invention will become apparent by reference to the following portion of the specification, claims, and accompanying drawings.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明による半田付け装置の垂直中
央断面図であり、カバー、冷却コイルおよび半田
ポツトが側面拡大図で描かれている。
FIG. 1 is a vertical center cross-sectional view of a soldering apparatus according to the invention, with the cover, cooling coil and solder pot depicted in an enlarged side view.

第2図は、本発明の装置および方法で半田付け
すべきアツセンブリの斜視図で、部分的に破断さ
れている。
FIG. 2 is a perspective view, partially cut away, of an assembly to be soldered with the apparatus and method of the present invention.

説 明 本発明の半田付け方法と組合わされた本発明の
半田付け装置は、一般に第1図において10で表
示されている。この装置には、ベース12が設け
られており、このベース12によつて半田付けポ
ツト(以下ポツトと略称する)14を支持する。
このポツト14には、半田16が含まれており、
これを、ポツトのエツジ付近で破断図で表わして
いる。半田16を液(流)体の状態となるよう
に、半田をヒータコイル18で加熱している。こ
のコイル18はポツト14を包含するように設置
されている。ヒータ電源20によつて、ヒータ電
力を供給する。このヒータ電源にフイードバツク
を設けて、これによつてヒータ電力の制御を行な
い、半田16を予じめ選択された温度となるよう
に保持する。電気機械的トランスデユーサ22を
このポツトに固定する。トランスデユーサ22に
電源24から電力を供給し、この電源24によ
り、高周波電力をトランスデユーサ22に印加し
ている。この周波数は超音波またはこれに近い周
波数が望ましいものである。トランスデユーサ2
2を半田ポツト14に機械的に結合させ、電源2
4で付勢した時に、このトランスデユーサ22よ
り超音波振動のような高周波が半田16に供給さ
れるようになる。
DESCRIPTION The soldering apparatus of the present invention in combination with the soldering method of the present invention is generally designated at 10 in FIG. This device is provided with a base 12, which supports a soldering pot (hereinafter abbreviated as "pot") 14.
This pot 14 contains solder 16,
This is shown in a cutaway view near the edge of the pot. The solder is heated by a heater coil 18 so that the solder 16 becomes a liquid (fluid) state. This coil 18 is installed so as to encompass the pot 14. A heater power supply 20 supplies heater power. A feedback is provided to the heater power supply to control the heater power and maintain the solder 16 at a preselected temperature. An electromechanical transducer 22 is secured to this pot. Power is supplied to the transducer 22 from a power source 24, and high frequency power is applied to the transducer 22 by the power source 24. This frequency is preferably ultrasonic or a frequency close to it. Transducer 2
2 to the solder pot 14, and the power supply 2
4, this transducer 22 supplies high frequency waves such as ultrasonic vibrations to the solder 16.

支持プレート24をベース12上に設置し、こ
れに開口を形成する。この開口中に半田ポツト1
4が装着されている。壁26にはベツセル(容
器)の壁が設けられており、これに対して支持プ
レート24および半田ポツト14が底部となつて
いる。第1図に示したように、全体の構造は、一
般に水平方向において四角形または矩形形状であ
るが、垂直軸に対して円形円筒状となつている。
これら壁26は二重壁になつており、これら二重
壁には、内側スキン28、外側スキン30および
これらの間で熱絶縁32が設けられている。この
ように規定されたベツセル34をカバー36によ
つて閉鎖させると共に、内側スペース38を包囲
する。カバー36を移動可能としてこの内側スペ
ースに接近させることができる。
A support plate 24 is placed on the base 12 and an opening is formed therein. Solder pot 1 is inserted into this opening.
4 is installed. Wall 26 is provided with a vessel wall, to which support plate 24 and solder pot 14 form a bottom. As shown in FIG. 1, the overall structure is generally square or rectangular in the horizontal direction, but circular cylindrical in the vertical axis.
The walls 26 are double-walled with an inner skin 28, an outer skin 30, and thermal insulation 32 therebetween. The vessel 34 thus defined is closed by the cover 36 and the inner space 38 is enclosed. The cover 36 can be moved to access this interior space.

冷却用コイル40をこのベツセルの上部内側の
周りに装着する。このコイル40には、流体入口
42および流体出口44が設けられており、これ
によつてベツセルの上側部分に冷却ゾーンを形成
できる。この冷却コイルを用いることによつて、
スペース38で生成される蒸気を凝縮させて装置
の使用時に、ベツセルの頂部から蒸気が消失する
のを防止できる。この冷却コイル中に採用した流
体は、内部スペース内で用いた加熱用流体の蒸発
点に関連性を有している。本例によれば、この蒸
気の適当な凝縮が、室温の水を下記の蒸発材料と
一緒に冷却コイル内の流体として利用した場合に
実現される。内側スペース38内の材料は動作温
度において蒸気状態である。この好適な材料は、
大きな分子のハロゲン化有機材料であり、この材
料は、ミネソタ州セントポールの3M社から入手
可能な流本FC70である。この冷却材料は215℃で
蒸発し、半田材料に関して不活性であると共に、
半田付け可能な接合部を有する殆んどのアツセン
ブリに対しても不活性である。215℃の気化点
(蒸発点)を有するこの流体は好適な材料であり、
殆んどの半田に対して適合できるものである。多
段ステツプの半田付け作業が要求される場合に
は、同じ3M社より入手可能なFC71が存在し、こ
の流体は253℃の気化点を有している。中間の温
度が、これら2つの流体を適当な比率で混合する
ことによつて得られるようになる。
A cooling coil 40 is mounted around the upper inside of this vessel. The coil 40 is provided with a fluid inlet 42 and a fluid outlet 44, which allow a cooling zone to be created in the upper portion of the vessel. By using this cooling coil,
The steam produced in space 38 can be condensed to prevent it from escaping from the top of the vessel when the device is in use. The fluid employed in this cooling coil is related to the evaporation point of the heating fluid employed within the interior space. According to the present example, adequate condensation of this vapor is achieved when room temperature water is utilized as the fluid in the cooling coil together with the evaporative materials described below. The material within interior space 38 is in a vapor state at operating temperatures. This preferred material is
A large molecule halogenated organic material, this material is Nabumoto FC70, available from 3M Company, St. Paul, Minn. This cooling material evaporates at 215°C, is inert with respect to the solder material, and
It is also inert to most assemblies with solderable joints. This fluid has a vaporization point (evaporation point) of 215°C and is a suitable material;
It is compatible with most solders. If multi-step soldering operations are required, there is FC71, also available from 3M, which has a vaporization point of 253°C. Intermediate temperatures can be obtained by mixing these two fluids in appropriate proportions.

本発明の装置の利用法をより良く理解するため
に、本発明の装置および方法によつて半田付けさ
れるべきアツセンブリの例を第2図に示す。この
アツセンブリ50には、チツプ52が設けられて
おり、このチツプには、複数個の半導体電子デバ
イスが設けられている。チツプ52をエポキシを
用いてチツプキヤリア54上に装着し、このキヤ
リア54をチツプを支持するためのセラミツクサ
ポートとする。このチツプ52を固定させる前
に、チツプキヤリア54をシルクスクリーン処
理、エツチング処理するか、またはその上にリー
ドをメツキ処理してある。これらリードは、この
チツプキヤリアのエツジの周りチツプキヤリアの
頂部上のパツドからこれの底部コーナーまで延在
するように図示してある。この底部コーナーにお
いて、これらリードを半田によつて湿らせること
ができる。チツプ上のパツドをチツプキヤリア上
のパツドにリードワイヤ、例えばリード58上の
パツドに接続されたリードワイヤ60のようなワ
イヤにより接続する。
In order to better understand the use of the apparatus of the invention, an example of an assembly to be soldered by the apparatus and method of the invention is shown in FIG. The assembly 50 includes a chip 52 on which a plurality of semiconductor electronic devices are mounted. The chip 52 is mounted using epoxy onto a chip carrier 54, which is a ceramic support for supporting the chip. Before the chip 52 is fixed, the chip carrier 54 is silkscreened, etched, or has leads plated thereon. The leads are shown extending around the edges of the chip carrier from a pad on the top of the chip carrier to its bottom corner. At this bottom corner, the leads can be wetted with solder. The pads on the chip are connected to the pads on the chip carrier by lead wires, such as lead wire 60 connected to the pads on lead 58.

これらチツプキヤリアとこれらのリードとの支
持、固定および接続が問題となる。アツセンブリ
50には基板62が設けられており、これもまた
セラミツクである。この基板62の頂部上に複数
個のリードおよびパツドがシルクスクリーン処理
されている。リード64,66が特に、複数のこ
のようなリードとして表わされている。リード6
8および70は、チツプキヤリア54と他のチツ
プキヤリアとの間および/または基板62上に装
着、スクリーン印刷、メツキ処理またはエツチン
グ処理された他の個別デバイス間を接続するよう
に表示されている。基板上のリードは、チツプキ
ヤリア54のエツジの寸度下側で終端されてい
る。リード72の終端部が破線で示されたチツプ
キヤリアのエツジの処に表わされている。基板6
2の頂部のリードおよびパツドが正しい位置でシ
ルクスクリーン処理されているか、または他の従
来の方法によつて設けられている。
Problems arise in supporting, fixing, and connecting these chip carriers to these leads. Assembly 50 is provided with a substrate 62, which is also ceramic. A plurality of leads and pads are silk screened onto the top of this substrate 62. Leads 64, 66 are specifically represented as a plurality of such leads. lead 6
8 and 70 are shown connecting between chip carrier 54 and other chip carriers and/or other discrete devices mounted, screen printed, plated or etched onto substrate 62. The leads on the board are terminated one dimension below the edge of the chip carrier 54. The termination of lead 72 is shown at the edge of the chip carrier shown in phantom. Board 6
The top leads and pads of 2 are silk screened in place or applied by other conventional methods.

これらリードおよびパツドに加えて、複数個の
装着用四角形(スクエア)を基板62の頂部表面
上にシルクスクリーン処理する。これらスクエア
の位置は、接触点(コンタクトポイント)として
作用すると共に、チツプキヤリア54の下側に存
在するような位置である。これらコンタクトポイ
ントの2つを74,76で表示する。これらポイ
ントは、上述のリードから離間している。これら
ポイントは、チツプキヤリアを基板の頂部表面に
接触させると共にボンデイングさせるために用い
られ、チツプキヤリアの基板への物理的接続のみ
ならず、これらエレメント間の良好な熱的通路が
形成されるようになる。第2図では、複数個の小
さなコンタクトポイントを設けていたが、所望に
応じて大きなコンタクトポイントを少数設けるこ
ともできる。
In addition to the leads and pads, a plurality of mounting squares are silk screened onto the top surface of substrate 62. The location of these squares is such that they act as contact points and are located on the underside of the chip carrier 54. Two of these contact points are indicated at 74 and 76. These points are spaced apart from the leads mentioned above. These points are used to contact and bond the chip carrier to the top surface of the substrate, creating not only a physical connection of the chip carrier to the substrate, but also a good thermal path between these elements. In FIG. 2, a plurality of small contact points are provided, but a small number of large contact points may be provided if desired.

本発明の方法および装置は、チツプキヤリア5
4を基板62に取付けるための半田付けステツプ
を実現するために利用するのが特に好適である。
チツプキヤリア54に半田付けすべき基板62上
の領域、例えばチツプキヤリア54のエツジのす
ぐ下側のリードの熱伝導領域および/またはコン
タクトポイント74,76には、量が制御された
半田が設けられており、この半田は、チツプキヤ
リア54を導入する前に、これら領域に流入させ
ると共に湿潤させる。冷却用流体を冷却コイル4
0中を通過させ、ヒータコイル80を付勢し、更
に、不活性気体材料(inert atomosphere
matenal)をスペース38に配置する。半田槽1
6によつてこの不活性材料を加熱する。この材料
は、室温で流体であると共に、蒸発するように加
熱すると、半田を溶解するのに十分な高い温度で
の蒸気がベツセルのアクテイブな内部スペース中
に生成される。この蒸気は空気より重いので、こ
のベツセル中に残存するようになる。しかし乍
ら、この蒸気が消失しないようにするために、冷
却コイル40によつて蒸気の上側層を凝縮させ、
これがベツセルの内部壁を下げることにより戻つ
てくるようになる。電源24を付勢させるので、
半田槽16を高周波で振動させることができる。
The method and apparatus of the present invention utilize a chip carrier 5
4 to the substrate 62 is particularly preferred.
Areas on the substrate 62 to be soldered to the chip carrier 54, such as the thermally conductive areas of the leads and/or contact points 74, 76 just below the edges of the chip carrier 54, are provided with a controlled amount of solder. , this solder is allowed to flow and wet these areas before introducing the chip carrier 54. Cooling fluid cooling coil 4
0 to energize the heater coil 80, and inert gas material (inert atomosphere).
matenal) in space 38. Solder tank 1
Heat this inert material by 6. This material is a fluid at room temperature and when heated to vaporize creates vapor in the active interior space of the Bethel at a temperature high enough to melt the solder. Since this vapor is heavier than air, it will remain in this vessel. However, in order to prevent this vapor from disappearing, the upper layer of the vapor is condensed by the cooling coil 40.
This will return by lowering the inner walls of Bethel. Since the power supply 24 is energized,
The solder bath 16 can be vibrated at high frequency.

半田が溶解し、少なくとも半田付け温度で不活
性気体材料の溶解が行われる適当な温度に到達す
ると、第2図のアツセンブリ50を運搬してく
る。このアツセンブリ50には、基板62の頂部
上に配置されたチツプキヤリア54が設けられて
いる。このアツセンブリ50は洗浄したり、融剤
処理ができない。この理由は、半導体チツプ52
が存在すると共に、フラツクスがチツプキヤリア
54と基板62との間に落ちてしまうからであ
る。完全に除去できない場合には問題が生じてし
まう。このアツセンブリをクランプ、テンプレー
ト、または他の位置決めデバイスで保持し、カバ
ー36を取外し、更に、このアツセンブリをゆつ
くりベツセル中に下ろして行く。このアツセンブ
リは、半田を実質的に溶解させるのに十分な長い
時間、ベーパーゾーン(蒸気ゾーン)内に残留さ
れている。このアツセンブリ50は、高周波振動
を受けている半田16上に浮遊している。この振
動によつて表面の洗浄を行なつており、フラツク
スが無い場合には、不純物の無い半田表面が得ら
れ、これらは確実に接合できるものである。この
接合には、チツプキヤリア54の基板62への固
着が包含されている。これはコンタクトポイント
74および76を含むコンタクトポイントに半田
を溶解させることにより固着している。これらコ
ンタクトポイントの半田は、セラミツクチツプキ
ヤリア54の下側表面に接触しており、これによ
つてチツプキヤリアが正しい位置に固着されると
共に、チツプ52からの熱伝導路が基板62内に
形成される。更に、これらリード56,58のそ
れぞれは、リード64,66に接触して、チツプ
キヤリア上のパツドから基板上のパツドへの電気
的接続が形成される。このようにして、チツプキ
ヤリアから基板への全ての電気的接続が、エツジ
への半田付けボンデイング処理によつて実現され
るようになる。
Once the solder has melted and a suitable temperature has been reached at which melting of the inert gas material occurs at least at the soldering temperature, the assembly 50 of FIG. 2 is delivered. The assembly 50 is provided with a chip carrier 54 located on top of the substrate 62. This assembly 50 cannot be cleaned or fluxed. The reason for this is that the semiconductor chip 52
This is because there exists flux and the flux falls between the chip carrier 54 and the substrate 62. Problems will arise if it cannot be completely removed. Holding the assembly with a clamp, template, or other positioning device, cover 36 is removed and the assembly is slowly lowered into the vessel. The assembly remains in the vapor zone long enough to substantially melt the solder. This assembly 50 is floating on the solder 16 which is subjected to high frequency vibrations. This vibration cleans the surface, and when there is no flux, a solder surface free of impurities is obtained, and these can be reliably joined. This bonding includes fixing the chip carrier 54 to the substrate 62. This is secured by melting solder to the contact points, including contact points 74 and 76. The solder at these contact points contacts the underside surface of the ceramic chip carrier 54, thereby securing the chip carrier in place and creating a heat conduction path from the chip 52 into the substrate 62. . Additionally, each of these leads 56 and 58 contacts leads 64 and 66 to form an electrical connection from a pad on the chip carrier to a pad on the substrate. In this way, all electrical connections from the chip carrier to the substrate are realized by edge solder bonding processes.

ここで重要な点は、スペース33中の蒸気は不
活性気体材料であると共に、半田を溶解するため
の基本的な熱を供給するためのものである。半田
槽16によつて熱をこの不活性気体材料に供給す
る。更に、この槽16によつてアツセンブリ50
が浮遊することができるようになると共に、この
場合においてトランスデユーサ22とアツセンブ
リ50との間のカツプリングを確立するとができ
る。従つて、この槽16は、特に半田である必要
はないが、液体の沸点より20℃〜40℃上の温度が
作用温度となるような液体であり、そして液体が
沸騰して加熱用蒸気を生成し、さらにアツセンブ
リ50よりも高い密度のものでなければならな
い。このことによりこのアツセンブリは、機械的
振動を受けている間では、熱および不活性材料を
保持し乍らこの流体の上に浮遊することができ
る。前述のベーパーゾーンによつて、半田付けす
べきアツセンブリを予じめ加熱でき、このアツセ
ンブリが半田層の上部のベツセル中のスペース内
に存在している間に加熱される。また、このゾー
は、不活性雰囲気に保持されており、このことに
より半田くずが形成されるのを阻止している。更
に、この蒸気によつて熱が加わるので、実際の半
田付け温度が蒸気の凝縮によつて達成されると共
に、超音波エネルギが半田付け温度でアツセンブ
リに印加されるので、この結果フラツクスの発生
しない、信頼性の高い半田付けが実現できる。す
なわち、アツセンブリ50は不活性蒸気雰囲気内
で、半田を溶融するに十分な温度に、十分な時間
加熱されて、ベツセルの上部内に引下げられる。
そして、アツセンブリ50が下げられて、液化可
能な材料の表面に浮遊して、半田付される表面は
不活性ガス雰囲気中に暴露される。液化可能な材
料は振動され、これはついでアツセンブリ50を
振動する。半田はアツセンブリ50上で溶融し続
け、そのことによりフラツクスレス半田付けが達
成される。
It is important to note that the steam in space 33 is an inert gaseous material and provides the basic heat for melting the solder. Heat is supplied to this inert gas material by a solder bath 16. Furthermore, this tank 16 allows the assembly 50
can be suspended and in this case a coupling can be established between the transducer 22 and the assembly 50. Therefore, this tank 16 is not necessarily made of solder, but is a liquid whose operating temperature is 20°C to 40°C above the boiling point of the liquid, and when the liquid boils, it releases heating steam. must be of higher density than assembly 50. This allows the assembly to float above the fluid while retaining heat and inert material while being subjected to mechanical vibrations. The aforementioned vapor zone allows the assembly to be soldered to be preheated, and is heated while the assembly is present in the space in the vessel above the solder layer. The zone is also maintained in an inert atmosphere, which prevents solder debris from forming. Furthermore, because heat is added by this steam, the actual soldering temperature is achieved by condensation of the steam, and the ultrasonic energy is applied to the assembly at the soldering temperature, resulting in no flux. , highly reliable soldering can be achieved. That is, the assembly 50 is heated in an inert vapor atmosphere to a temperature sufficient to melt the solder for a sufficient period of time and then lowered into the top of the vessel.
The assembly 50 is then lowered to float on the surface of the liquefiable material, exposing the surface to be soldered to an inert gas atmosphere. The liquefiable material is vibrated, which in turn vibrates the assembly 50. The solder continues to melt on the assembly 50, thereby achieving fluxless soldering.

なお、ここでの不活性気体材料は、上述したハ
ロゲン化有機材料に限らない。これは、不活性材
料の一例である。同等の材料には、3Mから入手
できるモデルP70及びP71が含まれる。他の材料
は、米国特許第4315042に記載されているフルオ
リナート(Fluorinert)FC−70、及びイ−・ア
イ・デイユポン社で製造されているFREON ES
である。これは、米国特許3866307号でも引用さ
れている。従つて、不活性気体材料は、上述した
ような大きなハロゲン化分子を持つ材料に限定さ
れるものではない。
Note that the inert gas material here is not limited to the above-mentioned halogenated organic material. This is an example of an inert material. Comparable materials include models P70 and P71 available from 3M. Other materials include Fluorinert FC-70, described in U.S. Pat. No. 4,315,042, and FREON ES, manufactured by E.I.
It is. This is also cited in US Pat. No. 3,866,307. Therefore, the inert gas material is not limited to materials having large halogenated molecules as described above.

本発明の最良モードについてのみ説明したが、
他の変形は種々考案できることは当業者にとつて
容易である。
Although only the best mode of the invention has been described,
It will be readily apparent to those skilled in the art that other modifications can be devised.

JP60505418A 1984-12-27 1985-11-25 Soldering equipment and method Granted JPS62501546A (en)

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US686957 1984-12-27

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GB2178990B (en) 1988-08-24
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