JPH05283570A - Method and apparatus for soldering - Google Patents

Method and apparatus for soldering

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Publication number
JPH05283570A
JPH05283570A JP7699892A JP7699892A JPH05283570A JP H05283570 A JPH05283570 A JP H05283570A JP 7699892 A JP7699892 A JP 7699892A JP 7699892 A JP7699892 A JP 7699892A JP H05283570 A JPH05283570 A JP H05283570A
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JP
Japan
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solder
semiconductor element
vacuum
gas
airtight container
Prior art date
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Application number
JP7699892A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisao Tanaka
久雄 田中
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate bubbles generated in molten solder by introducing gas for preventing oxidation, corrosion of nitrogen gas, etc., into an airtight vessel in a state that the solder is heated to be melted, and raising gas pressure in a state that invasion of the air is prevented. CONSTITUTION:Vacuum evacuation means 9, 9a in an airtight vessel 10 which has a semiconductor element 6 and a heat sink 4 so arranged that connecting surfaces are opposed and solder 6 so arranged as to be interposed between opposed connecting surfaces of the element 6 and the heat sink 4 are vacuum- evacuated. Then, heating means 8 heats to melt solder 5 in the vessel 10. Further, gas supply means 17, 17a, 17b in the vessel 10 which contains the element 6, the heat sink 4 and the melted solder 5 introduce gas for preventing oxidation or corrosion such as nitrogen gas, etc., and raise gas pressure in the vessel 10. Thus, generation of bubbles in a connected part of the element 6 and the heat sink 4 is prevented, and they are connected in a satisfactory state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップを放熱基
板等に半田付けを行う半田付け方法並びに装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soldering method and device for soldering a semiconductor chip to a heat dissipation board or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子部品の実装密度を高めるための一つ
の方法として、金属製の放熱体、例えば放熱基板に、裸
のパワー半導体チップ等の半導体素子、例えば半導体チ
ップ、を接合固定し、電気的な接続をワイヤボンディン
グにて行う実装方法が普及してきている。この方法によ
れば、半導体チップは放熱基板に接合されるため、接合
が完全に行われれば所定の放熱特性が確保できる。な
お、この接合に当っては、清浄な部屋内で、フラックス
を使わずに半田付けする方法が通常採用される。
2. Description of the Related Art As one method for increasing the mounting density of electronic parts, a semiconductor element such as a bare power semiconductor chip, for example, a semiconductor chip is joined and fixed to a metal heat radiator, for example, a heat dissipation substrate, and electric A mounting method in which a physical connection is performed by wire bonding has become widespread. According to this method, the semiconductor chip is bonded to the heat dissipation substrate, so that if the bonding is completed, predetermined heat dissipation characteristics can be secured. In this connection, a method of soldering without using flux in a clean room is usually adopted.

【0003】図3は裸の半導体チップ(以下ベアチップ
と呼ぶ)と放熱基板とを半田付けする際に使用される従
来の半田付け装置の断面図である。図3に示す従来装置
の場合フラックスを用いないため、半田付けは還元性雰
囲気である水素雰囲気で行われる。図において、1は気
密容器、例えば、密封容器である。また、2aは密封容
器1に水素ガスを導入する水素ガス導入口、2bは密封
容器1に窒素ガスを導入する窒素ガス導入口、3は密封
容器1内の水素ガス及び窒素ガスを排出するガス排出口
である。このガス排出口3には空気が流入して爆発しな
いように安全装置(図示せず)が設けられている。
FIG. 3 is a sectional view of a conventional soldering apparatus used when soldering a bare semiconductor chip (hereinafter referred to as a bare chip) and a heat dissipation board. In the case of the conventional apparatus shown in FIG. 3, since no flux is used, soldering is performed in a hydrogen atmosphere which is a reducing atmosphere. In the figure, 1 is an airtight container, for example, a sealed container. Further, 2a is a hydrogen gas inlet for introducing hydrogen gas into the sealed container 1, 2b is a nitrogen gas inlet for introducing nitrogen gas into the sealed container 1, and 3 is a gas for discharging hydrogen gas and nitrogen gas in the sealed container 1. It is an outlet. A safety device (not shown) is provided to prevent air from entering the gas outlet 3 and exploding.

【0004】また、4は放熱基板、5は半田である。ま
た、6はベアチップ、7は重りである。なお、この半田
5は板状の形状をしている。これらの放熱基板4、半田
5、ベアチップ6、および重り7は放熱基板4の上に半
田5が載せられ、半田5の上にベアチップ6が載せら
れ、さらにベアチップ6の上に重り7が載せられた状態
で密封容器1内に置かれている。また、8は密封容器1
内に設けられた加熱手段、例えば、赤外線ヒータであ
る。また、密封容器1には、この密封容器1内に操作者
が放熱基板4、半田5、ベアチップ6、および重り7等
を入れたり取り出したり出来るように扉(図示せず)が
設けられている。
Reference numeral 4 is a heat dissipation board, and 5 is solder. Further, 6 is a bare chip, and 7 is a weight. The solder 5 has a plate shape. The heat dissipation board 4, the solder 5, the bare chip 6, and the weight 7 have the solder 5 placed on the heat dissipation board 4, the bare chip 6 placed on the solder 5, and the weight 7 placed on the bare chip 6. It is placed in the sealed container 1 in a closed state. 8 is a sealed container 1
It is a heating means provided inside, for example, an infrared heater. Further, the hermetically sealed container 1 is provided with a door (not shown) so that an operator can put in and take out the heat dissipation substrate 4, the solder 5, the bare chip 6, the weight 7, etc. in the hermetically sealed container 1. ..

【0005】次に図3に示す従来の半田付け装置による
半田付けの手順について説明する。まず、密封容器1の
外部において、放熱基板4、板状の半田5、ベアチップ
6、および重り7を重ねておく。このとき、放熱基板4
の所定の位置にベアチップ6が位置するように位置決め
治具(図示せず)が用いられる。このようにセットした
放熱基板4、半田5、ベアチップ6、および重り7を図
3に示すように、密封容器1のなかに入れ、密封容器1
の扉を閉め密封状態にする。
Next, the procedure of soldering by the conventional soldering device shown in FIG. 3 will be described. First, outside the hermetically sealed container 1, the heat dissipation substrate 4, the plate-shaped solder 5, the bare chip 6, and the weight 7 are stacked. At this time, the heat dissipation board 4
A positioning jig (not shown) is used so that the bare chip 6 is positioned at a predetermined position. The heat dissipating substrate 4, the solder 5, the bare chip 6, and the weight 7 set in this way are put into a sealed container 1 as shown in FIG.
Close the door of and seal it.

【0006】そして、窒素ガス導入口2bを介して密封
容器1内に窒素ガスを導入し、密封容器1のなかの空気
を窒素ガスに置換する。その後、水素ガス導入口2aを
介して水素ガスを導入し密封容器1内を水素雰囲気にす
る。次に、赤外線ヒータ8を点灯し、半田5を溶融す
る。そして、密封容器1内を水素雰囲気のまま赤外線ヒ
ータ8を消灯し、密封容器1内を冷却し半田5を固化さ
せて放熱基板4とベアチップ6を接合する。この場合、
密封容器1内は還元性の水素雰囲気なのでフラックスが
なくても半田接合が可能である。
Then, nitrogen gas is introduced into the sealed container 1 through the nitrogen gas inlet 2b to replace the air in the sealed container 1 with nitrogen gas. After that, hydrogen gas is introduced through the hydrogen gas introduction port 2a to make the sealed container 1 have a hydrogen atmosphere. Next, the infrared heater 8 is turned on to melt the solder 5. Then, the infrared heater 8 is turned off while the sealed container 1 is kept in a hydrogen atmosphere, the sealed container 1 is cooled to solidify the solder 5, and the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6 are bonded. in this case,
Since the sealed container 1 has a reducing hydrogen atmosphere, soldering can be performed without flux.

【0007】しかし、放熱板4とベアチップ6との接合
部に気泡が発生するのを防止するために、上述のように
ベアチップ6の上に重り7を載せた状態で半田5を溶融
する必要がある。このため、ベアチップ6表面を汚した
り、傷つけたりし、動作不良や信頼性の低下を生じさせ
ることがある。また、重り7を載せたとしても完全に気
泡の発生を防止することは困難であるという問題点があ
る。また、水素ガスを高温下で使用するため爆発の危険
性について十分配慮する必要があった。
However, in order to prevent bubbles from being generated at the joint between the heat sink 4 and the bare chip 6, it is necessary to melt the solder 5 with the weight 7 placed on the bare chip 6 as described above. is there. For this reason, the surface of the bare chip 6 may be soiled or damaged, resulting in malfunction or deterioration of reliability. Further, even if the weight 7 is placed, it is difficult to completely prevent the generation of bubbles. Also, since hydrogen gas is used at high temperature, it was necessary to give due consideration to the danger of explosion.

【0008】また、フラックスなしで半田付けする別の
方法として、密封容器1内を水素雰囲気にせずに真空に
し、真空中で半田付けを行う特開平2−137393号
公報に記載されている方法がある。図4は上記公報に示
されている半田付け装置の断面図である。
As another method for soldering without flux, there is a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-137393, in which the sealed container 1 is evacuated without hydrogen atmosphere and soldered in vacuum. is there. FIG. 4 is a sectional view of the soldering device shown in the above publication.

【0009】次に、図4によりこの方法について説明す
る。まず、0.001気圧以下の密封容器31の中に、
プリント基板41と半田(図示せず)および半導体装置
61をセットし、あらかじめヒータ81で50°C以上
150°C以下で加熱し、被接合物の水分を除去する。
次に、赤外線ヒータ8により半田を加熱溶融する。そし
て、その後、冷却してプリント基板41と半導体装置6
1との接合を完了する。この場合、水素ガスを使用しな
いので、爆発の危険性はない。なお、上記公報には、冷
却の方法については記載がない。真空状態のままで冷却
すれば半導体装置61の表面酸化の問題は発生しない
が、空気を導入し冷却する方法は、特に半導体装置61
がベアチップの場合、表面酸化の問題が生じるので採用
できない。
Next, this method will be described with reference to FIG. First, in a sealed container 31 of 0.001 atm or less,
The printed board 41, the solder (not shown), and the semiconductor device 61 are set and heated in advance by the heater 81 at 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower to remove moisture from the object to be bonded.
Next, the infrared heater 8 heats and melts the solder. Then, after that, the printed circuit board 41 and the semiconductor device 6 are cooled.
The joining with 1 is completed. In this case, since hydrogen gas is not used, there is no danger of explosion. Note that the above publication does not describe a cooling method. Although the problem of surface oxidation of the semiconductor device 61 does not occur if the semiconductor device 61 is cooled in a vacuum state, the method of cooling by introducing air is particularly suitable for the semiconductor device 61.
In the case of a bare chip, it cannot be used because it causes a problem of surface oxidation.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図3に示される従来装
置により水素雰囲気で接合を行う場合、フラックスなし
で半田付けが可能であるが、ベアチップ6の上に重り7
を載せた状態で半田5を溶融しても完全に気泡の発生を
防止することは困難である。このため、ベアチップ6と
放熱基板との間の熱伝導性、電気的伝導性および機械的
強度が阻害されるという問題点を有する。
When the conventional apparatus shown in FIG. 3 is used for joining in a hydrogen atmosphere, soldering is possible without flux, but the weight 7 is placed on the bare chip 6.
It is difficult to completely prevent the generation of bubbles even if the solder 5 is melted in the state where the solder is placed. Therefore, there is a problem that the thermal conductivity, electrical conductivity, and mechanical strength between the bare chip 6 and the heat dissipation substrate are impaired.

【0011】また図4に示す従来装置により真空中で接
合を行う場合においても、真空状態のまま冷却するの
で、図3に示す従来装置の場合と同様に接合部に気泡が
できやすい。従って、この場合も図3に示す従来装置の
場合と同様の問題点を有している。
Further, even when the conventional apparatus shown in FIG. 4 is used for joining in a vacuum, since cooling is performed in the vacuum state, bubbles are likely to be formed in the joining section as in the case of the conventional apparatus shown in FIG. Therefore, this case also has the same problems as those of the conventional apparatus shown in FIG.

【0012】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体素子と放熱体との接合部
における気泡の発生が防止され、半導体素子と放熱体と
の間の熱伝導性、電気的伝導性および機械的強度が良好
な状態で接合できる半田付け方法並びに装置を得ること
を目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and prevents bubbles from being generated at the joint between the semiconductor element and the heat radiator, thereby allowing heat conduction between the semiconductor element and the heat radiator. It is an object of the present invention to obtain a soldering method and a device capable of joining in a state of good electrical conductivity, electrical conductivity and mechanical strength.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明による半田付け
方法は、接合面が対向するように配設された半導体素子
および放熱体と、半導体素子および放熱体の対向する接
合面にはさまれるように配設されるか、または、加熱さ
れたとき半導体素子および放熱体の対向する接合面の間
に溶融半田が流れるように配設された半田と、を収納す
る気密容器内を真空排気手段が真空排気するステップ
と、加熱手段が気密容器内の半田を加熱溶融するステッ
プと、半導体素子および放熱体と溶融状態にある半田と
が収納されている気密容器内にガス供給手段が窒素ガス
などの酸化または腐食を阻止するガスを導入し気密容器
内の気圧を上昇させるステップと、を有するようにした
ものである。
In the soldering method according to the present invention, a semiconductor element and a heat dissipating member arranged so that the joint surfaces face each other are sandwiched between the semiconductor element and the heat dissipating member. Or a solder arranged so that the molten solder flows between the opposing joint surfaces of the semiconductor element and the radiator when heated, and a vacuum exhaust means is provided inside the airtight container. The step of evacuating, the step of heating and melting the solder in the airtight container by the heating means, the gas supply means in the airtight container in which the semiconductor element and the radiator and the solder in the molten state are stored, such as nitrogen gas A step of introducing a gas that inhibits oxidation or corrosion to raise the atmospheric pressure in the airtight container.

【0014】また、この発明による半田付け装置は、接
合面が対向するように配設された半導体素子および放熱
体と、半導体素子および放熱体の対向する接合面にはさ
まれるように配設されるか、または、加熱されたとき溶
融半田が半導体素子および放熱体の対向する接合面の間
に流れるように配設された半田と、を収納する気密容器
と、気密容器内を真空排気する真空排気手段と、気密容
器内が所定の真空状態にあることを検出する真空検出手
段と、気密容器内の半田を加熱溶融する加熱手段と、半
田が所定の溶融状態にあることを検出する温度検出手段
と、真空検出手段による気密容器内が所定の真空状態に
あることの検出および温度検出手段による半田が所定の
溶融状態にあることの検出にもとづき気密容器内に窒素
ガスなどの酸化または腐食を阻止するガスを導入するガ
ス供給手段と、を備えるようにしたものである。
Further, the soldering device according to the present invention is arranged so as to be sandwiched between the semiconductor element and the heat dissipating body which are disposed so that the joint surfaces face each other, and the opposing joint surface of the semiconductor element and the heat dissipating body. Or a vacuum that evacuates the inside of the airtight container and an airtight container that contains the solder that is arranged so that the molten solder flows between the facing surfaces of the semiconductor element and the heat radiator when heated. Exhaust means, vacuum detection means for detecting that the inside of the airtight container is in a predetermined vacuum state, heating means for heating and melting the solder in the airtight container, and temperature detection for detecting that the solder is in a predetermined molten state Means and the vacuum detection means to detect that the inside of the airtight container is in a predetermined vacuum state and the temperature detection means to detect that the solder is in a predetermined molten state. Are those as provided with gas supply means for introducing a gas to prevent corrosion, the.

【0015】[0015]

【作用】この発明に係わる半田付け方法並びに装置は、
接合面が対向するように配設された半導体素子および放
熱体と、半導体素子および放熱体の対向する接合面には
さまれるように配設されるか、または、加熱されたとき
半導体素子および放熱体の対向する接合面の間に溶融半
田が流れるように配設された半田と、を収納する気密容
器内を真空排気した後、半田を加熱し、半田が加熱溶融
された状態で、この気密容器内に窒素ガスなどの酸化ま
たは腐食を阻止するガスを導入し、空気の侵入が阻止さ
れた状態で気密容器内の気圧を上昇させ、溶融された半
田の中に生じている気泡を消滅させる。
The soldering method and apparatus according to the present invention are
The semiconductor element and the heat sink are arranged so that the joint surfaces face each other, and the semiconductor element and the heat sink are placed so as to be sandwiched between the facing joint surfaces of the semiconductor element and the heat sink, or when heated. After evacuating the inside of the airtight container containing the solder arranged so that the molten solder flows between the facing joint surfaces of the body, and then heating the solder, the solder is heated and melted. A gas such as nitrogen gas that prevents oxidation or corrosion is introduced into the container, and the air pressure inside the airtight container is raised with the invasion of air blocked, so that the bubbles generated in the molten solder disappear. ..

【0016】[0016]

【実施例】実施例1.図1はこの発明の一実施例におけ
る半田付け装置のブロック構成図である。図において、
4、5、6、8は図3に示す従来装置におけるものと同
様である。20はプログラマブルコントローラ(以下P
Cと略す)である。9は真空排気手段、例えば、真空ポ
ンプである。そして、9aはPC20により与えられる
指令にもとづき真空ポンプ9の電源をON・OFF駆動
する真空ポンプ電源ON・OFF駆動部である。10は
密封容器、10aは密封容器10に設けられた窒素ガス
導入口、10bは密封容器10に設けられた窒素ガス排
出口、10cは密封容器10に設けられ、ここから密封
容器10の内部の気体を排出し密封容器10内を真空に
する真空排気口である。また、11は密封容器10内の
真空度を測定する真空検出手段、例えば、真空検出器で
ある。なお、この真空検出器11はピラニ真空計と称さ
れるもので、大気中において通電すると寿命を短くする
ので、大気中においては電源をOFFするようにして使
用する。
EXAMPLES Example 1. 1 is a block diagram of a soldering device according to an embodiment of the present invention. In the figure,
4, 5, 6, and 8 are the same as those in the conventional device shown in FIG. 20 is a programmable controller (hereinafter P
(Abbreviated as C). Reference numeral 9 is a vacuum evacuation means, for example, a vacuum pump. A vacuum pump power ON / OFF drive unit 9a drives the power of the vacuum pump 9 ON / OFF based on a command given by the PC 20. 10 is a hermetic container, 10a is a nitrogen gas inlet provided in the hermetic container 10, 10b is a nitrogen gas outlet provided in the hermetic container 10, and 10c is provided in the hermetic container 10. This is a vacuum exhaust port that discharges gas to evacuate the inside of the sealed container 10. Further, 11 is a vacuum detecting means for measuring the degree of vacuum in the sealed container 10, for example, a vacuum detector. The vacuum detector 11 is called a Pirani vacuum gauge, and its life is shortened when it is energized in the atmosphere, so the power is turned off in the atmosphere.

【0017】12は密封容器10内の窒素ガスの圧力を
検出する圧力検出器、13は放熱基板4に温度検出部が
取り付けられている熱電対、13aは熱電対13が検出
した温度信号を増幅しPC20へ送出する温度信号増幅
器である。なお、熱電対13および温度信号増幅器13
aにより温度検出手段が構成される。また、14はPC
20の指令にもとづく大きさの電力を赤外線ヒータ8に
供給する赤外線ヒータ駆動部である。なお、PC20は
温度信号増幅器13aから送出される温度信号と半田5
の所要加熱温度との差異をなくすように赤外線ヒータ駆
動部14に指令を与える。
Reference numeral 12 is a pressure detector for detecting the pressure of nitrogen gas in the hermetically sealed container 10, reference numeral 13 is a thermocouple having a temperature detecting portion attached to the heat dissipation board 4, and reference numeral 13a is a temperature signal detected by the thermocouple 13. This is a temperature signal amplifier for sending to the PC 20. The thermocouple 13 and the temperature signal amplifier 13
The temperature detecting means is constituted by a. Also, 14 is a PC
It is an infrared heater driving unit that supplies the infrared heater 8 with electric power based on the command of 20. In addition, the PC 20 receives the temperature signal sent from the temperature signal amplifier 13a and the solder 5
A command is given to the infrared heater driving unit 14 so as to eliminate the difference from the required heating temperature.

【0018】15は赤外線ヒータ8と赤外線ヒータ駆動
部14の出力との間を接続または遮断する赤外線ヒータ
スイッチである。また、15aは赤外線ヒータスイッチ
15をON・OFF駆動する赤外線ヒータスイッチON
・OFF駆動部である。なお、赤外線ヒータスイッチO
N・OFF駆動部15aはPC20の指令にもとづき動
作する。16は真空検出器11の電源をON、OFFさ
せる真空検出器電源ON・OFF駆動部である。なお、
この真空検出器電源ON・OFF駆動部16はPC20
の指令にもとづき動作する。
An infrared heater switch 15 connects or disconnects the infrared heater 8 and the output of the infrared heater driving section 14. Further, 15a is an infrared heater switch ON for driving the infrared heater switch 15 ON / OFF.
・ OFF drive unit. In addition, infrared heater switch O
The N / OFF drive unit 15a operates based on a command from the PC 20. Reference numeral 16 denotes a vacuum detector power supply ON / OFF drive unit for turning on / off the power supply of the vacuum detector 11. In addition,
This vacuum detector power ON / OFF drive unit 16 is a PC 20
It operates based on the command.

【0019】17は圧縮された窒素ガスを蓄えている窒
素ボンベ、17aは窒素ボンベ17と密封容器10の窒
素ガス導入口10aとの間を結ぶ気体通路を開閉する窒
素バルブ、17bはPC20の指令にもとづき窒素バル
ブ17aを開閉駆動する窒素バルブ駆動部である。な
お、窒素バルブ17aが開くと窒素ボンベ17より窒素
ガスが密封容器10内に導入される。なお、窒素ボンベ
17、窒素バルブ17a、および、窒素バルブ駆動部1
7bよりガス供給手段が構成される。
Reference numeral 17 is a nitrogen cylinder storing compressed nitrogen gas, 17a is a nitrogen valve for opening and closing a gas passage connecting the nitrogen cylinder 17 and the nitrogen gas inlet 10a of the hermetically sealed container 10, and 17b is a command of the PC 20. It is a nitrogen valve drive unit that drives the nitrogen valve 17a to open and close based on the above. When the nitrogen valve 17a is opened, nitrogen gas is introduced into the sealed container 10 from the nitrogen cylinder 17. The nitrogen cylinder 17, the nitrogen valve 17a, and the nitrogen valve drive unit 1
Gas supply means is constituted by 7b.

【0020】18は密封容器10の真空排気口10cと
真空ポンプ9との間を結ぶ気体通路を開閉するゲートバ
ルブ、18aはPC20の指令にもとづきゲートバルブ
18を開閉駆動するゲートバルブ駆動部である。19は
密封容器10の窒素ガス排出口10bと密封容器10の
外部を結ぶ気体通路を開閉するリークバルブ、19aは
PC20の指令によりリークバルブ19を開閉駆動する
リークバルブ駆動部である。なお、リークバルブ19が
開くと密封容器10内に蓄えられている窒素ガス等の気
体は密封容器10の外部に放出される。
Reference numeral 18 denotes a gate valve that opens and closes a gas passage that connects between the vacuum exhaust port 10c of the sealed container 10 and the vacuum pump 9, and 18a denotes a gate valve drive unit that drives the gate valve 18 to open and close based on a command from the PC 20. .. Reference numeral 19 is a leak valve that opens and closes a gas passage that connects the nitrogen gas outlet 10b of the sealed container 10 and the outside of the sealed container 10, and 19a is a leak valve drive unit that opens and closes the leak valve 19 in response to a command from the PC 20. When the leak valve 19 is opened, the gas such as nitrogen gas stored in the sealed container 10 is released to the outside of the sealed container 10.

【0021】次に、図2によりこの発明による半田付け
装置を用いた半田付けの手順について説明する。動作に
先立ち、あらかじめ放熱基板4の上に半田5を載せ、さ
らに半田5の上にベアチップ6を載せたものを密封容器
10の中に入れ、扉を閉めておく。そして、図2のステ
ップ1において、各部の状態を初期状態に設定してお
く。
Next, the procedure of soldering using the soldering apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Prior to the operation, the solder 5 is placed on the heat dissipation substrate 4 in advance, and the bare chip 6 placed on the solder 5 is put in the sealed container 10 and the door is closed. Then, in step 1 of FIG. 2, the state of each part is set to the initial state.

【0022】すなわち、真空ポンプ9をOFF状態に
し、リークバルブ19を閉じ、ゲートバルブ18を閉
じ、真空検出器11の電源をOFFにし、赤外線ヒータ
スイッチ15を消灯し、温度信号増幅器13aの出力が
130°C以下の温度を示すように密封容器10内の温
度を下げ、電磁バルブ17aを閉じ、密封容器内10の
気圧を大気圧になるように、それぞれあらかじめ設定し
ておく。そして、この状態において操作者がPC20か
ら動作開始指令を入力すると、次のステップ2に進み、
動作を開始する。
That is, the vacuum pump 9 is turned off, the leak valve 19 is closed, the gate valve 18 is closed, the vacuum detector 11 is turned off, the infrared heater switch 15 is turned off, and the output of the temperature signal amplifier 13a is turned off. The temperature in the sealed container 10 is lowered so that the temperature is 130 ° C. or less, the electromagnetic valve 17a is closed, and the atmospheric pressure in the sealed container 10 is set to the atmospheric pressure in advance. When the operator inputs an operation start command from the PC 20 in this state, the process proceeds to the next step 2,
Start operation.

【0023】ステップ2において、PC20は真空ポン
プ電源ON・OFF駆動部9aに指令を与え、真空ポン
プ9の電源をONにするとともに、ゲートバルブ駆動部
18aに指令を与え、ゲートバルブ18を開く。そし
て、密封容器10内の真空排気を開始し次のステップ3
に進む。ステップ3において、PC20は真空検出器電
源ON・OFF駆動部16に指令を与え、真空検出器1
1の電源をONにしステップ4に進む。
In step 2, the PC 20 gives a command to the vacuum pump power supply ON / OFF drive unit 9a to turn on the power supply of the vacuum pump 9 and also gives a command to the gate valve drive unit 18a to open the gate valve 18. Then, evacuation of the sealed container 10 is started and the next step 3
Proceed to. In step 3, the PC 20 gives a command to the vacuum detector power ON / OFF drive unit 16, and the vacuum detector 1
Turn on the power source of No. 1 and proceed to Step 4.

【0024】ステップ4において、真空検出器11の真
空検出出力が所定の真空度10ー3Torrに達するまで
待ち、ステップ5に進む。ステップ5において、PC2
0は赤外線ヒータスイッチON・OFF駆動部15aに
指令を与え、赤外線ヒータ8に通電が可能な状態にし、
ステップ6に進む。ステップ6では、放熱基板4の温度
が上昇し、温度信号増幅器13aから送られてくる温度
信号が350°Cを示すまでこのステップに留まり、次
のステップ7に進む。
In step 4, the process waits until the vacuum detection output of the vacuum detector 11 reaches a predetermined degree of vacuum of 10 -3 Torr, and then proceeds to step 5. In step 5, PC2
0 gives a command to the infrared heater switch ON / OFF drive unit 15a to enable the infrared heater 8 to be energized,
Go to step 6. In step 6, the temperature of the heat dissipation board 4 rises, the temperature signal amplifier 13a stays in this step until the temperature signal sent from the temperature signal amplifier 13a indicates 350 ° C., and proceeds to the next step 7.

【0025】ステップ7では、PC20は真空検出器電
源ON・OFF駆動部16に指令を与え、真空検出器1
1の電源をOFFにし、ゲートバルブ駆動部18aに指
令を与え、ゲートバルブ18を閉じ、さらに真空ポンプ
電源ON・OFF駆動部9aに指令を与え、真空ポンプ
9の電源をOFFにし、ステップ8に進む。ステップ8
では、PC20は窒素バルブ駆動部17bに指令を与
え、窒素バルブ17aを開き密封容器10内に窒素ガス
を導入し、ステップ9に進む。
In step 7, the PC 20 gives a command to the vacuum detector power ON / OFF drive unit 16 to cause the vacuum detector 1 to operate.
1 is turned off, a command is given to the gate valve driving unit 18a, the gate valve 18 is closed, and a command is given to the vacuum pump power ON / OFF driving unit 9a to turn off the power of the vacuum pump 9, and the process goes to Step 8. move on. Step 8
Then, the PC 20 gives a command to the nitrogen valve drive unit 17b, opens the nitrogen valve 17a, introduces nitrogen gas into the sealed container 10, and proceeds to step 9.

【0026】ステップ9では、圧力検出器12の検出出
力が大気圧より0.5Kg/cm2高い値に達するまで
待ち、ステップ10に進む。ステップ10では、PC2
0は赤外線ヒータスイッチON・OFF駆動部15aに
指令を与え、赤外線ヒータスイッチ15をOFFにする
とともに、リークバルブ駆動部19aに指令を与え、リ
ークバルブ19を開きステップ11に進む。
In step 9, the process waits until the detection output of the pressure detector 12 reaches a value 0.5 Kg / cm 2 higher than the atmospheric pressure, and the process proceeds to step 10. In step 10, PC2
0 gives an instruction to the infrared heater switch ON / OFF drive section 15a to turn off the infrared heater switch 15 and also gives an instruction to the leak valve drive section 19a to open the leak valve 19 and proceed to step 11.

【0027】なお、リークバルブ19および窒素バルブ
17aが開の状態においては、窒素ボンベ17より密封
容器10内に新しい窒素ガスが導入されるとともに、す
でに導入されている窒素ガスがリークバルブ19より外
部へ排出されるため、冷却が速やかに行われる。このと
き、PC20により密封容器10の内部の圧力は大気圧
より0.5Kg/cm2高い値に保持されるように制御
されるので、リークバルブ19より外気が侵入すること
はない。
When the leak valve 19 and the nitrogen valve 17a are open, new nitrogen gas is introduced into the sealed container 10 from the nitrogen cylinder 17 and the already introduced nitrogen gas is discharged from the leak valve 19 to the outside. Since it is discharged to, the cooling is performed promptly. At this time, the pressure inside the sealed container 10 is controlled by the PC 20 so as to be maintained at a value higher than the atmospheric pressure by 0.5 Kg / cm 2, so that the outside air does not enter through the leak valve 19.

【0028】ステップ11では、PC20は温度信号増
幅器13aの出力が130°C以下の温度を示すように
なるまで待ち、ステップ12に進む。ステップ12で
は、PC20は窒素バルブ駆動部17bに指令を与え、
窒素バルブ17aを閉じさせ、窒素ボンベ17から密封
容器10への窒素ガスの導入を中止する。このとき、リ
ークバルブ19は開の状態なので密封容器10内は速や
かに大気圧にもどる。このあと、密封容器10の扉を開
き、接合が完了した放熱基板4およびベアチップ6を取
り出せばよい。
In step 11, the PC 20 waits until the output of the temperature signal amplifier 13a shows a temperature of 130 ° C. or less, and proceeds to step 12. In step 12, the PC 20 gives a command to the nitrogen valve drive unit 17b,
The nitrogen valve 17a is closed, and the introduction of nitrogen gas from the nitrogen cylinder 17 into the sealed container 10 is stopped. At this time, since the leak valve 19 is in the open state, the inside of the sealed container 10 quickly returns to atmospheric pressure. After that, the door of the hermetically sealed container 10 may be opened, and the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6 that have been joined may be taken out.

【0029】次に、図2に示す手順により下記に示すサ
ンプルを半田付けした場合の半田接合の結果について述
べる。サンプルのベアチップ6は接合面に金蒸着が施さ
れ、大きさが4mmX4.5mm、厚さが0.4mmあ
る。また、サンプルの放熱基板4は銅にニッケルメッキ
が施され、大きさが6mmX8mm、厚さ2mmある。
そして、半田5の溶融範囲は270〜312°Cであ
り、組成は5%SnーPbである。
Next, the result of solder joining when the samples shown below are soldered by the procedure shown in FIG. 2 will be described. The bare chip 6 of the sample is gold vapor-deposited on the bonding surface and has a size of 4 mm × 4.5 mm and a thickness of 0.4 mm. The heat dissipation board 4 of the sample has a size of 6 mm × 8 mm and a thickness of 2 mm in which copper is plated with nickel.
The melting range of the solder 5 is 270 to 312 ° C, and the composition is 5% Sn-Pb.

【0030】放熱基板4、板状の半田5、およびベアチ
ップ6を重ねたサンプルを、重り7は載せずに密封容器
10の中に入れ、図2に示す手順で半田接合を行なっ
た。結果は、重り7を使用しないにもかかわらず、接合
を完了したサンプルは、半田5が放熱基板4及びベアチ
ップ6によくなじみ、良好な状態で半田付けがなされて
いた。また、放熱基板4、半田5およびベアチップ6が
高温状態において外気に曝されることがないため、これ
らの表面は酸化による影響を殆ど受けていない。
A sample in which the heat dissipation substrate 4, the plate-shaped solder 5 and the bare chip 6 were stacked was placed in the sealed container 10 without the weight 7 placed thereon, and solder bonding was performed in the procedure shown in FIG. As a result, although the weight 7 was not used, the solder 5 was well fit to the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6 in the sample that had been joined, and the soldering was performed in a good state. Further, since the heat dissipation board 4, the solder 5 and the bare chip 6 are not exposed to the outside air in a high temperature state, their surfaces are hardly affected by oxidation.

【0031】また、図2に示す手順によれば、真空の密
封容器10内で半田5が溶融している状態において密封
容器10内に窒素ガスを導入し、この導入された窒素ガ
スにより密封容器10内の気圧が上昇した後に冷却する
ので、図4に示すように重り7を使用して真空中で半田
を溶融し、そのまま真空中で冷却した場合に比べて格段
に半田5内の気泡が少ないことがX線透過試験により判
明した。また、真空の密封容器10内で半田5が溶融し
ている状態において密封容器10内に導入するガスは窒
素ガスに限らず酸化および腐食を発生させないガスであ
ればいずれであってもよい。
Further, according to the procedure shown in FIG. 2, nitrogen gas is introduced into the sealed container 10 in a state where the solder 5 is melted in the vacuum sealed container 10, and the sealed container is sealed by the introduced nitrogen gas. Since the cooling is performed after the atmospheric pressure in 10 rises, as shown in FIG. 4, the air bubbles in the solder 5 are remarkably increased as compared with the case where the weight 7 is used to melt the solder in a vacuum and the solder is cooled in the vacuum as it is. It was found to be low by an X-ray transmission test. Further, the gas introduced into the sealed container 10 in a state where the solder 5 is melted in the vacuum sealed container 10 is not limited to nitrogen gas, and may be any gas as long as it does not cause oxidation and corrosion.

【0032】また、放熱基板4、半田5およびベアチッ
プ6を垂直に重ねずに、水平に重ね、放熱基板4および
ベアチップ6により半田5が押圧されるように放熱基板
4、半田5およびベアチップ6を支持するようにしても
よい。また、半田5を放熱基板4およびベアチップ6の
間に挟まずに、加熱されたとき溶融半田が放熱基板4お
よびベアチップ6の対向する接合面の間に流れるように
半田5を配設するようにしてもよい。なお、この場合、
半田5の形状は板状でなくてもよい。
Further, the heat dissipation substrate 4, the solder 5 and the bare chip 6 are not vertically stacked, but are stacked horizontally, and the heat dissipation substrate 4, the solder 5 and the bare chip 6 are pressed so that the solder 5 is pressed by the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6. It may be supported. In addition, the solder 5 is not sandwiched between the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6, but the solder 5 is arranged so that the molten solder flows between the facing joint surfaces of the heat dissipation substrate 4 and the bare chip 6 when heated. May be. In this case,
The shape of the solder 5 may not be a plate shape.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上に説明したように、接合面が対向す
るように配設された半導体素子および放熱体と、半導体
素子および放熱体の対向する接合面にはさまれるように
配設されるか、または、加熱されたとき半導体素子およ
び放熱体の対向する接合面の間に溶融半田が流れるよう
に配設された半田と、を収納する気密容器内を真空排気
した後、加熱し半田が溶融された状態において、この気
密容器内に窒素ガスなどの酸化または腐食を阻止するガ
スを導入し、空気の侵入が阻止された状態で気密容器内
の気圧を上昇させ、溶融された半田の中に生じている気
泡を消滅させるので、半導体素子および放熱体の表面の
酸化が防止できるとともに、半田接合部における気泡の
発生が防止され、半導体素子と放熱体との間の電気的伝
導性および機械的強度を向上させることができるととも
に、半導体素子と放熱体との間の熱伝導性を著しく向上
させることができ放熱特性の良い半田接合ができる効果
がある。
As described above, the semiconductor element and the heat dissipating body are disposed so that the joint surfaces face each other, and the semiconductor element and the heat dissipating body are disposed so as to be sandwiched between the opposing joint surfaces. Or, after evacuating the inside of an airtight container containing the solder arranged so that the molten solder flows between the facing joint surfaces of the semiconductor element and the radiator when heated, the solder is heated to In the melted state, a gas such as nitrogen gas that prevents oxidation or corrosion is introduced into this airtight container, and the air pressure inside the airtight container is raised with the invasion of air blocked. Since the air bubbles generated in the semiconductor element and the heat sink can be eliminated, the surfaces of the semiconductor element and the heat sink can be prevented from being oxidized, and the generation of the air bubble in the solder joint can be prevented. Target It is possible to improve the degree, there is a good solder joint can be effectively heat dissipation characteristics can significantly improve the thermal conductivity between the semiconductor element and heat radiator.

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

【図1】本発明の一実施例半田付け装置のブロック構成
図である。
FIG. 1 is a block diagram of a soldering device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す半田付け装置による半田付けの手順
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a procedure of soldering by the soldering device shown in FIG.

【図3】従来の半田付け装置(水素雰囲気中)の断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional soldering device (in a hydrogen atmosphere).

【図4】従来の半田付け装置(真空雰囲気中)の断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view of a conventional soldering device (in a vacuum atmosphere).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 放熱基板 5 半田 6 ベアチップ 8 赤外線ヒータ 9 真空ポンプ 9a 真空ポンプ電源ON・OFF駆動部 10 密封容器 10a 窒素ガス導入口 10b 窒素ガス排出口 10c 真空排気口 11 真空検出器 12 圧力検出器 13 熱電対 13a 温度信号増幅器 14 赤外線ヒータ駆動部 15 赤外線ヒータスイッチ 15a 赤外線ヒータスイッチON・OFF駆動部 16 真空検出器電源ON・OFF駆動部 17 窒素ガスボンベ 17a 窒素バルブ 17b 窒素バルブ駆動部 18 ゲートバルブ 18a ゲートバルブ駆動部 19 リークバルブ 19a リークバルブ駆動部 20 プログラマブルコントローラ 4 Heat dissipation board 5 Solder 6 Bare chip 8 Infrared heater 9 Vacuum pump 9a Vacuum pump power ON / OFF drive unit 10 Sealed container 10a Nitrogen gas inlet 10b Nitrogen gas outlet 10c Vacuum exhaust port 11 Vacuum detector 12 Pressure detector 13 Thermocouple 13a Temperature signal amplifier 14 Infrared heater driving unit 15 Infrared heater switch 15a Infrared heater switch ON / OFF driving unit 16 Vacuum detector power ON / OFF driving unit 17 Nitrogen gas cylinder 17a Nitrogen valve 17b Nitrogen valve driving unit 18 Gate valve 18a Gate valve driving Section 19 leak valve 19a leak valve drive section 20 programmable controller

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 接合面が対向するように配設された半導
体素子および放熱体と、上記半導体素子および放熱体の
対向する接合面にはさまれるように配設されるか、また
は、加熱されたとき上記半導体素子および放熱体の対向
する接合面の間に溶融半田が流れるように配設された半
田と、を収納する気密容器内を真空排気手段が真空排気
するステップ、 加熱手段が上記気密容器内の上記半田を加熱溶融するス
テップ、 上記半導体素子および放熱体と溶融状態にある上記半田
とが収納されている上記気密容器内にガス供給手段が窒
素ガスなどの酸化または腐食を阻止するガスを導入し上
記気密容器内の気圧を上昇させるステップ、 を有することを特徴とする半田付け方法。
1. A semiconductor element and a heat radiator arranged such that their joint surfaces face each other, and a semiconductor element and a heat radiator disposed so as to be sandwiched between the joint surfaces of the semiconductor element and the heat radiator facing each other, or heated. When the semiconductor element and the heat radiator are arranged so that molten solder flows between the facing joint surfaces of the semiconductor element and the heat-dissipating body, the step of evacuating the inside of the airtight container by the vacuum evacuation means, A step of heating and melting the solder in a container, a gas for preventing oxidation or corrosion of nitrogen gas by the gas supply means in the airtight container in which the semiconductor element and the radiator and the solder in a molten state are stored And a step of increasing the atmospheric pressure in the airtight container, the soldering method comprising:
【請求項2】 接合面が対向するように配設された半導
体素子および放熱体と、上記半導体素子および放熱体の
対向する接合面にはさまれるように配設されるか、また
は、加熱されたとき溶融半田が上記半導体素子および放
熱体の対向する接合面の間に流れるように配設された半
田と、を収納する気密容器、上記気密容器内を真空排気
する真空排気手段、上記気密容器内が所定の真空状態に
あることを検出する真空検出手段、上記気密容器内の上
記半田を加熱溶融する加熱手段、上記半田が所定の溶融
状態にあることを検出する温度検出手段、上記真空検出
手段による上記気密容器内が所定の真空状態にあること
の検出および上記温度検出手段による上記半田が所定の
溶融状態にあることの検出にもとづき上記気密容器内に
窒素ガスなどの酸化または腐食を阻止するガスを導入す
るガス供給手段、を備えた半田付け装置。
2. A semiconductor element and a heat radiator arranged such that their joint surfaces face each other, and a semiconductor element and a heat radiator disposed so as to be sandwiched between the joint surfaces of the semiconductor element and the heat radiator facing each other, or heated. An airtight container for containing molten solder so that the molten solder flows between the facing surfaces of the semiconductor element and the radiator, a vacuum evacuation unit for evacuating the airtight container, and the airtight container Vacuum detecting means for detecting that the inside is in a predetermined vacuum state, heating means for heating and melting the solder in the airtight container, temperature detecting means for detecting that the solder is in a predetermined molten state, the vacuum detection Oxidation of nitrogen gas or the like in the airtight container based on the detection of the predetermined vacuum state in the airtight container by the means and the detection of the solder in the predetermined molten state by the temperature detection means. Alternatively, a soldering device including a gas supply unit that introduces a gas that prevents corrosion.
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