JPH03241755A - 電子回路装置の製造方法 - Google Patents
電子回路装置の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
電子回路装置の製造方法において、ノンフラックスで接
合した電子回路装置の製造方法に関する。
ついては、ジェイ・バキューム・サイエンス・テクノロ
ジー、 20(3)、 3月号、 1982年、第35
9頁から第363頁(J 、 Vac、 Sci、Te
chnol、。
−363)において論じられている。
部材を接合する場合、フラックスが用いられている。フ
ラックスを用いることにより、材料あるいは部材および
ろう材の表面の酸化皮膜を除去し、再酸化を防止して表
面の清浄さを保ち、ろう材の材料あるいは部材へのぬれ
を促進させることができる。しかし、従来、フラックス
を用いて接合を行った場合、第1図に示すように、フラ
ックスの気化によるボイドが発生し接合強度が低下する
という問題があった。
クリーニング後ろう材表面に酸化皮膜が成長するのを防
止するために、部材等の位置合わせを非酸化雰囲気中で
行っていた。
信頼性の高い接合部形成ができない事、およびフラック
スの洗浄作業による環境汚染(オゾン層の破壊)という
問題があった。
し、接合信頼性を低下させる。
洗浄する工程が必要である。また、フラックス残渣を完
全に洗浄することが難しい。
を行っていたので、設備が複雑かつ大型になるという問
題があった。また、非酸化雰囲気中での位置合わせは非
常に困難であった。
る。
いは部材およびろう材を大気中で位置合わせ等の作業を
行い、これをノンフラックス接合することにある。
面の汚染層、酸化層を原子あるいはイオンでスパッタク
リーニングで除去し、非酸化性雰囲気中で加熱溶融した
ものである。
ろう材の再酸化、再汚染との関係から、大気中で作業可
能な時間を求めたものである。
化層および有機物汚染層が存在する。そのため、スパッ
タクリーニングしないで、H2/ N2゜N2等の非酸
化性雰囲気中で加熱溶融接合した場合、第2図(b)、
(C)に示すように、ぬれ。
よびセルフアライメントが不十分である。
段を採用した。第3図(、)は初期のろう材表面状態、
第3図(b)はスパッタクリーニング後の表面状態、第
3図(c)は大気中での再酸化状態、第3図(d)は加
熱溶融した時の表面状態、第3図(e)は溶融接合後の
表面状態を示している。第3図(b)に示すように、ろ
う材表面の酸化層および有機物汚染層を除去する。その
後、大気中で作業をした後、非酸化性雰囲気中でノンフ
ラックス接合を行うものである。スパッタクリーニング
後、大気中を経過させても、ろう材表面に生成する再酸
化層、再汚染層は、第3図(c)に示すように、クリー
ニング前の初期の状態と比較して非常に薄い。そこで、
第3図(d)に示すように、非酸化性雰囲気中で加熱溶
融した際、ろう材が膨張して薄い酸化皮膜が破れ表面が
再酸化しないので、新生な露出面が現れる。この状態で
接合すると、メタライズ等の被接合材に新生面がぬれ初
め、全体にスムーズにぬれ拡がり、第3図(e)に示す
ように、良好な接合が得られる。
タクリーニングすることにより、表面の酸化層および汚
染層を除去することができる。
により、再酸化を防止して表面の清浄さを保ち、ろう材
のぬれ性を良好な状態に保つことができる。
は作業及び簡単な設備で位置合わせ作業を行うことがで
きる。
クス接合可能な限界の経過時間を求めることにより、そ
の時間内で大気中作業後、非酸化性雰囲気炉中で接合を
行うことにより、ノンフラックス接合を可能にしている
。
。
いてタングステンやモリブデンを焼付けその上にNi、
Auを順次めっきを施して形成したメタライゼーション
パッド8に、Pb5Snはんだ9を用いて接合したもの
である。第4図(a)に示すように、Pb5Snはんだ
9.メタライゼーションパッド8ともに、Ar原子7に
よりスパッタクリーニングし、酸化層および有機物汚染
層を除去する。次に、第4図(b)に示すように、大気
中で30分以内で位置合わせた後、H2/N2(H2:
N2=1 : 3)炉中で加熱溶融し。
な良好な接合部を得ることができた。本実施例の全体像
を第4図(d)に示している。同様に、大気中で1時間
、2時間、5時間、8時間暴露後、H2/ N Z炉中
で加熱接合を行った結果、5時間までは良好な接続を示
したが、8時間では接合はするが、形状が球帯形状から
はずれることがわかった。この程度の時間が接合限界と
推定される。
lOを用いて接合する封止構造体を示したものである。
ミック基板3に供給されている5n37Pbはんだ10
の表面をスパッタクリーニングし、酸化層、汚染層を除
去する。次に、第5図(b)に示すように、大気中で3
0分以内で位置合わせた後、H2/N2炉中で加熱溶融
し、ノンフラックス接合を行うことにより、第5図(、
)に示すような良好な接合部を得ることができる。同様
に、大気中暴露時間を変えて接合した結果、第4図の例
と同じ傾向を示した。被接合材へのろう材の供給も同様
にノンフラックスで行う。
Ag、AuとSn、AuとGeおよびAuとSiからな
る他のろう材についてもノンフラックスで接合できる。
ンフラックス接合と接合時の位置合わせ作業を容易かつ
簡単な設備で行うためには、大気中での作業と従来から
使用されている非酸化性雰囲気炉とにより、加熱溶融で
きることが重要である。そこで、これを可能とするため
、ろう材の許容酸化皮膜の観点から酸化特性を調べたの
が、第6図である。その酸化に対する大気中暴露時間の
限界は、大気中暴露時間と酸化膜厚との関係から定量的
に求めることができ、第4,5図で示した結果とほぼ一
致する約6時間以上である。また、Pb5Snの100
℃と150℃の結果より温度上昇に伴い酸化膜厚の成長
速度が大きくなるため、高温環境では大気中暴露時間を
短くする必要がある。
は、さらに以下の特性を満足しなければならなかった。
性が良好なこと、ボイドが少ないこと、接合形状が溶融
はんだの表面張力に従った形状になること、位置合わせ
ずれを溶融接合時に修正するセルフアライメントが起こ
ること、および信頼性(’l’ oo 、高温放置強度
)が良好なことである。本発明を用いた接合(H2/N
2雰囲気)と従来法(スパッタクリーニング無、フラシ
クス有無)を用いた接合−について、これらの特性を比
較したのが第1表である。
アライメント性において、従来法のフラックス有での接
合と同程度の優れた特性を示している。ボイドに関して
は、発生が少なくノンフラックスの効果が表われている
。また、温度サイクル寿命についても、従来法のフラッ
クス有の場合よりもさらに優れた特性をもっている。こ
れに対して、フラックスを用いない従来の方法では、い
ずれの特性も悪い。さらに、A r 、 He 、N2
雰囲気炉、フレオンペーパー炉でも同様な傾向を示す。
える必要がある。
より優れており、すべての特性を満足する。
ージ等のはんだ接続に適用し同様な結果が得られている
。
材で接合する場合に、接合に必要な特性をすべて満足で
きるので、ノンフラックス接合で大気中での位置合わせ
作業で、かつ熱容量の大きな被接合材も接合することが
できるという効果が・ 11・ ・ 12゜ ある。これにより、益々増加する電子回路装置を組立て
る際、容易な作業、簡単な設備により無公害で、信頼性
の向上が図れる。
断面図、第2図はろう材表面をスパッタクリーニングし
ないでノンフラックス接合を行った1例を示した断面図
、第3図はろう材表面をスパッタクリーニング後、ノン
フラックス接合を行った1例を示した断面図、第4図は
本発明の第1の実施例の半導体集積回路とセラミック基
板との接合を示した断面図、第5図は本発明の第2の実
施例の封止構造体における接合を示した断面図、第6図
は各種ろう材のスパッタクリーニング後の大気中暴露時
間と酸化膜厚との関係を示した図である。 1・・・半導体集積回路、 2・・・はんだ、3・・・
セラミック基板、 4・・・フラックス、5・・・ボイ
ド、 6・・・酸化層及び有機物汚染層。 7・・・Ar原子、 8・・・メタライゼーションパッドW / Hi /
A u、9− P b 5 S nはんだ、 10−
S n 37P bはんだ、11・・・AQNキャップ
。 N 像 ロ 怖 殺 西 刈 峻 聰4 鴨 噌
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、2つの異なる材料あるいは部材をろう材で接合する
電子回路装置の製造方法において、被接合材およびろう
材の表面の汚染層、酸化層を、原子あるいはイオンでス
パッタクリーニング除去後、大気中で位置合わせ作業し
、非酸化性雰囲気中でろう材を加熱溶融することにより
、ノンフラックスで接合したことを特徴とする電子回路
装置の製造方法。 2、ろう材がPbとSn、SnとAg、AuとSn、A
uとGe、AuとSi、およびこれらの組合せからなり
、スパッタクリーニング後の大気中暴露時間が6時間以
内であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。 3、雰囲気が、フロリナート蒸気であることを特徴とす
る請求項1記載の製造方法。 4、雰囲気が、N_2、Ar、He等の不活性雰囲気で
あるとを特徴とする請求項1記載の製造方法。 5、雰囲気が、H_2/N_2、H_2等の活性雰囲気
であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
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