JPH06333987A - 電子回路接合装置及び電子回路接合方法 - Google Patents

電子回路接合装置及び電子回路接合方法

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JPH06333987A
JPH06333987A JP5115916A JP11591693A JPH06333987A JP H06333987 A JPH06333987 A JP H06333987A JP 5115916 A JP5115916 A JP 5115916A JP 11591693 A JP11591693 A JP 11591693A JP H06333987 A JPH06333987 A JP H06333987A
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chamber
solder
gas
electronic circuit
heating
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JP5115916A
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Toru Nishikawa
徹 西川
Masahito Ijuin
正仁 伊集院
Ryohei Sato
了平 佐藤
Mitsugi Shirai
貢 白井
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】作業性および生産性のよい電子回路接合装置と
方法を提供する。 【構成】電子回路接合装置をＬＳＩ，配線基板等の被接
続部材のはんだやパッド面の酸化／汚染膜を除去するス
パッタクリーニング装置とスパッタエッチングをインプ
ロセスモニタリングおよび制御する装置と大気中にて位
置合わせする位置合せ装置と被接続部材を非酸化性また
は還元性ガス雰囲気内で加熱溶融するベルト炉により構
成する。 【効果】スパッタエッチングをインプロセスモニタリン
グ及び制御することにより、酸化膜をオーバーエッチン
グなく確実に除去することができ、特に化合物相が共存
するはんだに関して良好にフラックスレス接続を行なう
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子回路装置の接合に関
わり、とくにはんだ中に化合物相が共存する場合に、ス
パッタエッチングによる酸化膜の除去をインプロセスモ
ニタリング及び制御を行ない、フラックスレスではんだ
接合を行なうことできる電子回路接合装置と方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来からフラックスを含んだクリームは
んだによるはんだ接続が一般的におこなわれている。ま
た、最近は上記クリームはんだを使用した場合にフラッ
ク残渣洗浄用フロン、有機溶剤による公害を低減するた
めに無洗浄用の低残渣、低活性のフラックスが検討され
ている。
【０００３】この低活性のフラックスを用いた場合、は
んだを大気中で加熱溶融すると酸化して良好な接続が得
られないので、ベルト炉体内をＮ2で置換して行なって
いた。
【０００４】さらに、４ヶのシャッターにより炉体内を
入口ガスパージ室、加熱溶融接合室、出口ガスパージ室
に３区分し、大気をＮ2で置換し、加熱溶融接合室の酸
素濃度を約７０ｐｐｍと低く保っていた。
【０００５】上記クリームはんだによるはんだ付けは最
も簡便であるものの、フラックスが接続部内に巻き込ま
れて蒸発することによるボイド発生や、溶融接合後のフ
ラックス残渣洗浄に用いられるフロンや有機溶剤による
公害等の問題が伴うので、完全なフラックスレスはんだ
接続法が検討されている。
【０００６】例えば特開昭５８−３２３８号公報に記載
のように、真空室中に並べて設置した二つの部材のパッ
ド（接合面）やはんだ面にイオンビームを照射してクリ
ーニングし、同真空室中にて二つの部材を重ね合わせて
位置合わせを行ない、ついでイオンビーム照射によりは
んだを溶融して相互接合することが開示されている。
【０００７】しかし、上記特開昭５８−３２３８号公報
記載の方法では、クリーニング、位置合わせ、溶融接合
の全作業を真空室中で行うため、作業性、生産性が悪い
という問題があった。
【０００８】とくに、上記位置合わせ作業においては、
少なくとも接合部材の一方を把持して反転し、他方の接
合部材上に搬送して多数の接合部位を正確に位置合わせ
できる位置合わせ装置を真空室内に設置する必要があ
り、その設置のために真空室のスペースが広がり、真空
室を広げれば装置が高価格となり効率も低下し同時に真
空室内が汚染されやすくなる。また、イオンビーム照射
により加熱溶融を行なうので熱容量に限界があり、大型
基板を一括して加熱することが困難であった。
【０００９】また、特開平３−１７１６４３号公報には
上記原子あるいはイオンビーム照射装置と以後の位置合
わせやはんだの加熱溶融等を行なう後処置装置とを分離
し、後処置装置内を不活性雰囲気に保ち、その中の準備
室にて二つの部材の位置合わせを行なってハンダボール
をその融点以下に圧接加熱して仮止めした後、加熱溶融
室に搬送してはんだ付けするようにしていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】また、上記特開平３−
１７１６４３号公報の方法においては、イオンビーム照
射装置内に位置合わせ装置を持ち込まずにすむという利
点が得られるものの、後処置装置は真空室であり、その
中で位置合わせ、加熱、溶融接続を行なわなければなら
ないという問題が残されていた。
【００１１】最近はコンピュータ実装をはじめ、民生用
装置のの実相においても、微細なはんだボールで接続す
るフリップチップ接続のような微細で多点の接続が行な
われている。
【００１２】このようなはんだ接続点が多い部品の多数
を真空室内の不活性雰囲気中で位置合わせし、同時に位
置ずれなく加熱溶融することは極めて困難であった。
【００１３】また、部材を真空室に出し入れする手間や
排気等の作業が煩雑であり、作業効率化の障害となって
いた。
【００１４】以上のような理由から大気中にて位置合わ
せできるようにし、また、大型基板への部品接続を一括
して行なえるようにすることが強く要望されていた。
【００１５】また、上記従来技術においては、イオンま
たはアトムビーム照射装置内に、スパッタエッチングを
インプロセスで制御する手段がないため、スパッタエッ
チングを時間で制御していた。はんだおよび被接合材表
面の酸化膜を、そのバラツキに応じて確実に除去するこ
とが困難であった。また、化合物相が共存するようなは
んだに対しては、過剰なエッチングを行なった場合、化
合物相と周囲の組織のエッチングレートの差違により、
化合物が露出して表面が凸凹化し、その凸凹に沿って酸
化されるとともに、化合物周囲にはんだ母材が少なくな
ることにより溶解速度が低下することがある。その結果
として、はんだ表面の剛性が増し、はんだ溶融時のはん
だの流動に悪影響を及ぼし、特に、フリップチップ接続
においては、はんだの表面張力による球帯化を妨げられ
るという問題があった。
【００１６】本発明の目的は、上記の問題点を改善し、
作業性、生産性等に優れた電子回路接合装置と方法を提
供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、はんだ表面の酸化膜を原子あるいはイオンによるス
パッタエッチングにより除去する手段と、スパッタエッ
チングをインプロセスモニタリング及び制御する手段
と、大気中にて被接続部材間の位置合わせを行なう手段
と、位置合わせした被接続部材を非酸化性または還元性
雰囲気内にて上記はんだを溶融する加熱手段とを備える
ようにする。
【００１８】また、上記スパッタエッチングをインプロ
セスモニタリング及び制御する手段内を、酸化膜がスパ
ッタエッチングされることにより発生する二次イオン、
光子、二次電子、中性原子を検出する手段を備えるよう
にする。
【００１９】また、上記加熱手段内を真空排気する排気
手段と、上記加熱手段内に非酸化性または還元性ガスを
供給する手段とを備え、上記非酸化性ガスをＮ2，Ａ
ｒ，Ｈｅ、等のいずれかまたはこれらの混合したものと
し、上記還元性ガスをＨ2とＮ2を混合したものとして、
上記各ガスの純度（不純物ガスの濃度）制御手段を備え
るようにする。
【００２０】さらに、上記加熱手段内をそれぞれが真空
排気系とガス導入系を備えた準備室と、上記被接続部材
のはんだを加熱溶融するベルト炉を備えた加熱溶融室
と、上記電子回路部材を冷却する冷却室とに区分し、さ
らに外気と上記準備室とを連接するゲートバルブ、上記
準備室と加熱溶融室とを連接するゲートバルブ、上記加
熱溶融室と冷却室とを連接するゲートバルブ、および上
記冷却室と外気とを連接するゲートバルブとを備えるよ
うにする。
【００２１】上記準備室を真空排気、または加熱しなが
ら真空排気して被接合材に吸着された水分、ガス等を脱
ガスすることにより、加熱溶融室内の雰囲気ガス純度の
低下を防止する。
【００２２】
【作用】上記原子あるいはイオンによるスパッタエッチ
ングを行なう手段は被接続部材のはんだ表面やパッド面
の酸化膜、汚染膜等を除去する。
【００２３】また、上記スパッタエッチングをインプロ
セスモニタリングおよび制御する手段は、はんだ表面の
酸化膜、汚染膜等を各はんだ、被接合材のバラツキに応
じて確実に除去するとともに、はんだ表面のオーバーエ
ッチングを防止する。
【００２４】また、上記位置合わせ手段は被接続部材を
大気中にて位置合わせする。
【００２５】また、上記加熱手段はＮ2，Ａｒ，Ｈｅ、
等の非酸化性ガス雰囲気またはＨ2とＮ2を混合した上記
還元性ガス雰囲気内で被接続部材を予備脱気した後、は
んだを溶融加熱し、接続後冷却する。
【００２６】また、上記排気手段は加熱手段内を真空排
気し、上記ガス供給手段は上記ガスを加熱手段内に供給
する。
【００２７】さらに、上記ゲートバルブは上記準備室と
加熱溶融室と冷却室間の開閉を行ない、上記ベルトコン
ベアは被接続部材を上記各室に搬送する。
【００２８】
【実施例】図１は本発明による電子回路接合装置実施例
の構成図である。
【００２９】図１において、スパッタクリーニング装置
１００は予備排気室１、クリーニング室２、および取出
室３の３つの真空チャンバからなり、各室はゲートバル
ブ４により接続されている。
【００３０】また、各室には排気系５とガス導入系６が
接続され、予備排気室１と取出室３では真空排気と大気
リークによるパージが行われる。
【００３１】クリーニング室２では、真空排気と、室内
に設置されているイオン／アトムを放射するガン７への
ガス供給をおこなう。
【００３２】スパッタクリーニング装置１００内に搬送
された被接合材１４のはんだ部（ハンダボール）および
接続パッド等は上記イオン／アトムの照射によりその表
面から酸化膜、有機物汚染膜等が除去される。
【００３３】また、クリーニング室２は相互接続する複
数の被接合材を同時に処理することができる。
【００３４】次いで被接合材１４は位置合わせ機構３０
０に搬送されて位置合わせされ、ベルト炉２００に搬送
されて接合部を加熱溶融される。
【００３５】スパッタクリーニング装置１００から位置
合わせ機構３００、および位置合わせ機構３００からベ
ルト炉２００への搬送はベルトコンベアにより連続的に
行われる。
【００３６】ベルト炉２００は、準備室１０、加熱溶融
室１１、および冷却室１２の３つの真空チャンバからな
り、各室はゲートバルブ４により接続されている。
【００３７】各室にはそれぞれ排気系５とガス導入系６
が接続され、真空排気と非酸化性ガスによるパージが行
なわれる。
【００３８】ベルト炉２００内の被接合材１４は各室内
のベルトコンベア１３により搬送される。
【００３９】図２は上記の装置によりフラックスレスは
んだ接合を行なう工程のフローチャートである。最初は
ゲートバルブ４は全て閉じている。
【００４０】ステップ４００はスパッタクリーニング装
置１００により被接合材１４の接合面とと半田部表面の
酸化膜、有機物汚染膜等を除去する工程であり、その細
部はステップ４０１〜４０６を含んでいる。クリーニン
グ室２は１０~5Ｔｏｒｒ以上の真空度を保つように常時
排気されている。
【００４１】ステップ４０１にて予備排気室１入口のゲ
ートバルブ４を開き、ハンダボールを所定位置に搭載し
た被接合材１４を予備排気室１に搬入し、ステップ４０
２にて予備排気室１を真空排気する。プリント板等の被
接合材１４に吸着されたガスや水分等が多い場合には、
予備排気室１を真空排気すると同時に加熱して脱ガスを
行なってクリーニング室２中の真空度低下を防止する。
また、予備排気室１に被接合材１４を導入する前にベー
キング（真空排気と加熱）装置を設けることによりクリ
ーニング装置の処理時間を短縮することができる。
【００４２】次いでステップ４０３にて、予備排気室１
とクリーニング室２との間のゲートバルブ４を開きクリ
ーニング室２に被接合材１４を搬送してゲートバルブ４
を閉じ、ステップ４０４にて、被接合材１４を回転、水
平移動をさせながらガン７のイオン／アトムビーム８を
被接合材１４に照射してそのハンダボールと接続パッド
面をスパッタクリーニングする。
【００４３】ステップ４０５では、ゲートバルブ４を開
いてスパッタクリーニングされた被接合材１４を真空排
気された取出室３に搬送しゲートバルブを閉じる。
【００４４】次いでステップ４０６にて、取出室３を大
気圧に戻してから取出室３出口のゲートバルブ４を開
き、被接合材１４を取り出す。
【００４５】次いでステップ５００にて、大気中で被接
合材間の位置合わせを行う。
【００４６】次にステップ６００にて、ベルト炉を用い
てフラックスレスの加熱溶融接合を行なう。このステッ
プ６００はステップ６０１〜６０６を含んでいる。な
お、加熱溶融室１１内は真空排気後、非酸化性ガスを導
入して常に高純度の非酸化性雰囲気に保つようにする。
【００４７】ステップ６０１にて、準備室１０入口のゲ
ートバルブ４５を開いて位置合わせ／組立後の被接合材
１４を搬入し、ステップ６０２にて準備室１０を真空排
気して非酸化性ガスを導入し高純度雰囲気を形成する。
【００４８】ついでステップ６０３にて、準備室１０と
加熱溶融室１１の間のゲートバルブ４６を開いて被接合
材１４を搬送し、ステップ６０４にてゲートバルブ４６
を閉じて接合部の加熱溶融を行なう。
【００４９】ついでステップ６０５にて、加熱溶融室１
１と冷却室１２の間のゲートバルブ４７を開いて被接合
材１４を高純度不活性雰囲気に保たれた冷却室１２に搬
送し、冷却後、ステップ６０６にて冷却室１２を大気圧
にして出口のゲートバルブ４８を開いて被接合材１４を
取り出す。
【００５０】なお、上記高純度不活性雰囲気中の不純物
ガス濃度は、真空排気時の真空度とそこに導入する不活
性ガスの純度により任意に設定することができるので、
種々のはんだ材と被接合材の組み合わせ毎に最適なフラ
ックスレス接続条件を設定することができる。
【００５１】なお、上記フラックスレス接続において、
例えばＳｎ系はんだのようにぬれ性のよいはんだを用い
る場合には、準備室１０と冷却室１２を省略し、加熱溶
融室１１内をＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等のガス雰囲気にするよ
うにしてフラックスレスはんだ接合を行なうことができ
る。
【００５２】さらに、上記雰囲気にＨ2を混合して酸素
と反応させて雰囲気の酸素濃度を低く抑えることができ
る。
【００５３】また、真空排気系を省略し、大気を上記各
雰囲気ガスで置換するベルト炉を用いてもフラックスレ
スはんだ接合を行なうことができる。
【００５４】図３は上記本発明におけるハンダボールの
溶着過程を説明する図である。
【００５５】図３（ａ）に示すように、まず、スパッタ
クリーニング装置１００にてＬＳＩ１４１上とセラミッ
ク基板１４２の接合面にＡｒ原子等の粒子線を照射して
ハンダボール２０面とパッド１４３面の酸化層や汚染層
等を除去する。
【００５６】次いで同図（ｂ）に示すようにハンダボー
ル２０とパッド１４３とを大気中にて位置合わせした
後、ベルト炉２００内にて加熱すると同図（ｃ）に示す
ようにハンダボール２０とパッド１４３が溶着し、同図
（ｄ）に示すようにＬＳＩ１４１上とセラミック基板１
４２が多数のハンダボール２０を介して溶着される。
【００５７】なお、上記ハンダボール２０にはＰｂ５Ｓ
ｎ，Ｓｎ３．５Ａｇ，Ｓｎ３７Ｐｂ，Ａｕ１２Ｇｅ等、
広く用いられている通常のはんだ材を用いることがで
き、ベルト炉２００内の雰囲気には例えば、Ｈ2とＮ2の
組成比が１：１、１：３の不活性ガスが用いられる。ま
た、これらのガス雰囲気の組成ははんだ接続条件に応じ
て適宜設定される。
【００５８】また、ＬＳＩ１４１上にハンダボール２０
を溶着する際にも同様のプロセスを適用することができ
る。
【００５９】図４の実線は上記プロセスにおけるハンダ
ボール２０表面の酸化膜厚みの変化を示すデータの一例
である。
【００６０】はＬＳＩ１４１の初期状態を示し、ハン
ダボール２０の表面は厚い酸化膜／汚染膜２１に被覆さ
れている。
【００６１】は上記スパッタクリーニングにより酸化
膜／汚染膜２１が除去された状態であり、例えば酸化膜
／汚染膜２１の厚みが初期の略１０ｎｍから略ゼロに低
減される。
【００６２】は上記大気中における位置合わせにより
ハンダボール２０の表面に再び酸化膜２２が形成された
状態である。しかし、ここではハンダボール２０は加熱
されないので酸化膜２２の成長は遅く図示のようにその
厚みは２〜３ｎｍ以下の厚みで止まる。
【００６３】上記の試料をベルト炉２００内にて加熱
するとに示すようにハンダボール２０が溶融膨張し
に示すように酸化膜２２が破れて内部のはんだが露出す
る。はの溶融はんだによりＬＳＩ１４１とセラミッ
ク基板１４２とを接続した状態である。また、上記加熱
溶融により溶着後のハンダボール表面には比較的厚い酸
化皮膜が形成される。
【００６４】図４の実線に対して鎖線は上記スパッタク
リーニングを行なわない場合の特性であり、初期の厚い
酸化膜が残存するための溶融プロセスにおいて接続不
良が多発する。
【００６５】図５は、スパッタエッチング条件の差違に
よるはんだ表面酸化状態および接続形状を比較して示す
断面図である。
【００６６】上記図４に示したように、はんだ表面の酸
化膜のスパッタクリーニングを行なわない、または、不
足した場合、厚い酸化膜により球帯化不十分、セルフア
ライメント不十分等という接続不良が発生する。
【００６７】また、例えばＳｎ３Ａｇはんだのようには
んだ中に化合物相２３が共存する場合においては、スパ
ッタエッチングが過剰な場合にも、同様の接続不良が発
生する。過剰なスパッタエッチングを行なった場合、化
合物２３と周囲の組織のエッチングレートの差違によ
り、エッチングレートの遅い化合物が表面に露出し、表
面が凸凹化するようになる。その凸凹に沿って、大気中
位置合わせ時に再酸化されること、および周囲にはんだ
組織が少なくなることによる化合物の溶解速度の低下に
より、化合物２３の溶融が不十分となる。この結果、は
んだの表面の剛性が増し、はんだの表面張力による球帯
形状への復元力を妨げるため、接続形状不良が発生する
ものである。
【００６８】上記図５に示したように、良好な接続形状
を得るためには、はんだのスパッタエッチングをインプ
ロセスモニタリングおよび制御して酸化膜をオーバーエ
ッチング無しに確実に除去する手段が必要である。
【００６９】図６は、本発明によるスパッタクリーニン
グ制御手段を示すブロック図である。上記図１のスパッ
タクリーニング室２において、例えばスパッタエッチン
グにより発生する２次イオンを検出する四重極型質量分
析装置のような手段を備えたスパッタエッチングのイン
プロセスモニタリング手段１０００を設け、それによ
り、酸化膜のエッチング終点検出を行なうものである。
【００７０】図７は、本発明によるはんだ表面酸化膜の
モニタリングを示す特性図例である。上記図６に示した
スパッタクリーニング制御手段により、Ｓｎ３Ａｇはん
だ表面酸化膜（ＳｎＯ、ＳｎＯ2）からスパッタエッチ
ングにより発生する２次イオンを検出し、スパッタエッ
チングのインプロセスモニタリングを行なった例であ
る。図７に示すように、酸化膜に対応した部分で２次イ
オンが大きく検出され、母材部分では小さくなり、酸化
膜のスパッタエッチング終点検出を行なうことができ
る。すなわち、２次イオン検出値がある酸化膜終点レベ
ル以下になったときに、スパッタエッチングを終了する
ように制御すれば、酸化膜を確実に除去し、かつオーバ
ーエッチングのないスパッタクリーニングを実現でき
る。
【００７１】これにより、Ｓｎ３Ａｇのような化合物相
が共存するはんだに関しても良好な接続を行なうことが
できる。
【００７２】上記実施例では、二次イオンを例に説明し
たが、二次イオンに限らず酸化膜がスパッタエッチング
されることにより発生する二次電子、光子、中性原子等
を検出することにより、同様にスパッタエッチングのイ
ンプロセスモニタリング及び制御を行なうことができ
る。
【００７３】図８はＬＳＩや基板等のパッドにハンダボ
ールを熔着する方法の一例を示す工程図である。
【００７４】まず、図８に示すようにハンダボール２
０の位置に凹部を備えた例えばガラス繊維材のはんだ位
置決め型１４４を用意し、その上に無数のハンダボール
を供給して転がすとに示すように上記各凹部内にハン
ダボール２０がはまり込むので、これにＡｒ原子等をス
パッタしてハンダボール２０の酸化膜を除去する。
【００７５】ついで、に示すように上記のハンダボ
ール上にプリント板１４２のパッド１４３を位置合わせ
して重ね、加熱するとのように各ハンダボール２０が
対応するパッド１４３面に熔着される。
【００７６】図９は上記原子（アトム）スパッタを行な
ったハンダボール２０の大気中放置時の酸化膜２２の膜
厚変化を測定したデータである。
【００７７】酸化膜厚は大気中放置後数分間で１ｎｍに
達するが、その後数日を経ても２〜３ｎｍの範囲に止ま
っていることがわかる。
【００７８】図４で述べたように、この酸化膜厚が２〜
３ｎｍ以下であれば図１のベルト炉における加熱溶融処
理を良好に行なうことができる。
【００７９】図９の円印および三角印の特性はそれぞ
れ、図１のベルト炉２００内の雰囲気ガスをＮ2および
Ｈ2／Ｎ2として上記試料を同様にイオンスパッタした他
の試料のパッド面に加熱熔着した場合のハンダのぬれ拡
がり長さと同拡がり率の特性である。上記ぬれ拡がり長
さと同広がり率特性ははんだペレットを用いて測定し
た。両特性値は大気中放置時間と共にわずかに低下する
傾向がみられものの、例えば大気中放置７日後において
もはんだのぬれ性は良く、フラックスレスで良好な接続
が得られることを示している。
【００８０】また、図９より上記酸化膜厚が実用上の限
度と考えられる５ｎｍに達するにはさらに多くの時日が
かかると判断できるので、実用上上記大気中放置時間を
制限する必要がないことがわかる。この点は本発明によ
り見出されたことである、図１０はベルト炉２００内の
酸素濃度を変えて上記酸化膜厚とハンダボールのぬれ拡
がり長さ、同拡がり率等を測定した結果である。
【００８１】酸素濃度が、２０ｐｐｍを超えると酸化膜
厚さは一気に急増して２００ｎｍを超え、また、ぬれ広
がり長さ、同広がり率等は酸素濃度が２０ｐｐｍに達す
るまでに急激に低下することがわかる。また、２０ｐｐ
ｍを越えると酸化によりはんだ表面が青紫色化し実用に
ならない。
【００８２】次ぎに図１１に示すようなメタライズ部１
４５を有する基板１４２上にフレーム１４６を備えた天
板１４７を接続する本発明の実施例について説明する。
【００８３】まず図１２（１）に示すように、メタライ
ズ部１４５とはんだ２０の双方に例えばＡｒの原子イオ
ンをスパッタし、（２）にて表面の酸化／汚染層を除去
したはんだ２１をメタライズ部１４５上に置き、（３）
にて上記非酸化性雰囲気内ではんだ２１を熔着する。
【００８４】次いで（４）にてフレーム１４５とメタラ
イズ部１４５上のはんだを再びイオンスパッタしてクリ
ーニングし、（５）にてフレーム１４５をメタライズ部
１４５上に位置合わせして（６）に示すように両者を上
記非酸化性雰囲気内で溶融接続する。
【００８５】
【発明の効果】本発明では、被接続部材のはんだ表面や
パッド面の酸化／汚染膜をスパッタクリーニングした
後、大気中にて位置合わせするので、位置合せ装置を真
空中に設置する必要がなくなり、加熱溶融接続を汎用ベ
ルト炉を用いて行なうことができるので、作業性、生産
性等を向上することができる。
【００８６】また、スパッタエッチングをインプロセス
モニタリングおよび制御することができるので、酸化
膜、汚染膜を確実に除去するとともに、オーバーエッチ
ングを防止することにより、はんだの表面張力によるは
んだの復元力を妨げず良好な接続を行なうことができ
る。
【００８７】さらに上記はんだ表面やパッド面の酸化／
汚染膜を機械的に削除できるので、上記スパッタクリー
ニング装置を省略し、またはスパッタクリーニングを行
なう接合数を減らして接合工程を効率化することができ
る。
【００８８】また、位置合わせした被接続部材をベルト
炉の準備室にいれて真空排気し吸着有害ガスを除去後、
非酸化性または還元性ガス雰囲気内で加熱溶融するの
で、はんだ溶融前にその表面が酸化されることを防止
し、フラックスレスで信頼度高く接続することができ
る。
【００８９】また、上記加熱溶融手段内の非酸化性また
は還元性ガス濃度等の制御により、上記はんだ接合条件
を最適に設定することができる。
【００９０】また、被接続部材をベルトコンベアにより
搬送することにより、電子回路接合装置を効率化するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子回路接合装置の構成をしめす
ブロック図である。
【図２】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
フローチャートである。
【図３】本発明によるフラックスレスはんだ接合方法の
工程図である。
【図４】本発明装置により形成されるハンダボール表面
の酸化膜の厚みを従来装置の場合と比較してしめすデー
タ図である。
【図５】スパッタエッチング条件の差違によるはんだ表
面酸化および接続形状を比較して示す断面図である。
【図６】本発明によるスパッタクリーニング制御手段を
しめすブロック図である。
【図７】本発明によるはんだ表面酸化膜のモニタリング
を示す特性図例である。
【図８】本発明においてハンダボールをプリント板に熔
着する工程図である。
【図９】大気中放置時間に対するハンダボール表面の酸
化膜厚と熔着性の特性図例である。
【図１０】はんだ加熱溶融時の酸素濃度に対するハンダ
ボール表面の酸化膜厚と熔着性の特性図例である。
【図１１】基板とその天板の斜視図である。
【図１２】本発明による基板に天板のフレームを熔着す
る工程図である。
【符号の説明】
１…予備排気室、 ２…クリーニング室、 ３…取出室、 ４…ゲートバルブ、 ５…排気系、 ６…ガス導入系、 ７…ガン、 ８…アルゴンイオンあるいはアトムビーム、 １０…準備室、 １１…加熱溶融室、 １２…冷却室、 １３…ベルトコンベア、 １４…被接合材およびはんだ、 １５…テーブル、 １００…スパッタクリーニング装置、 ２００…ベルト炉、 ３００…位置合わせ機構。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 貢 神奈川県奏野市堀山下１番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＬＳＩ、回路基板等の被接続部材間をフラ
    ックスレスではんだ接合する電子回路接合装置におい
    て、はんだ表面の酸化膜を原子あるいはイオンによるス
    パッタエッチングにより除去する手段と、スパッタエッ
    チングをインプロセスモニタリング及び制御を行なう手
    段と、大気中にて被接続部材間の位置合わせを行なう手
    段と、位置合わせした被接続部材を非酸化性または還元
    性雰囲気内にて上記はんだを溶融する加熱手段とを備え
    たことを特徴とする電子回路接合装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、上記スパッタエッチン
    グをインプロセスモニタリングおよび制御する手段内
    を、酸化膜がスパッタエッチングされることにより発生
    する二次イオン、光子、二次電子、中性原子を検出する
    手段を備えたことを特徴とする電子回路接合装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、上記加熱手段内を真空
    排気する排気手段と、上記加熱手段内に非酸化性または
    還元性ガスを供給する手段とを備えたことを特徴とする
    電子回路接合装置。
  4. 【請求項４】請求項３において、上記非酸化性ガスをＮ
    2，Ａｒ，Ｈｅ等のいずれかまたはこれらの混合したも
    のとし、上記還元性ガスをＨ2とＮ2を混合したものとし
    て、上記各ガスの濃度制御手段を備え、上記真空度と上
    記各ガスの濃度とにより上記加熱手段内の雰囲気ガスの
    不純物ガス成分の濃度を制御するようにしたことを特徴
    とする電子回路接合装置。
  5. 【請求項５】請求項１において、上記加熱手段内を真空
    排気系とガス導入系を備えた準備室と、上記被接続部材
    のはんだを加熱溶融するベルト炉を備えた加熱溶融室
    と、上記電子回路部材を冷却する冷却室とに区分し、さ
    らに外気と上記準備室とを連接するゲートバルブ、上記
    準備室と加熱溶融室とをそれぞれが連接するゲートバル
    ブ、上記加熱溶融室と冷却室とを連接するゲートバル
    ブ、および上記冷却室と外気とを連接するゲートバルブ
    とを備えたことを特徴とする電子回路接合装置。
  6. 【請求項６】ＬＳＩ、回路基板等の被接続部材間をフラ
    ックスレスではんだ接合する電子回路接合方法におい
    て、原子あるいはイオンによるスパッタエッチングのイ
    ンプロセスモニタリング、制御を行ないながら、はんだ
    表面の酸化膜を除去し、次いで大気中にて被接続部材間
    の位置合わせを行ない、位置合わせした被接続部材のは
    んだを非酸化性または還元性雰囲気内にて加熱溶融する
    ようにしたことを特徴とする電子回路接合方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、酸化膜がスパッタエッ
    チングされることにより発生する二次イオン、光子、二
    次電子、中性原子を検出することにより、スパッタエッ
    チングをインプロセスモニタリング及び制御するように
    したことを特徴とする電子回路接合方法。
  8. 【請求項８】請求項６において、上記非酸化性または還
    元性雰囲気を真空中に非酸化性または還元性ガスを供給
    して形成するようにしたことを特徴とする電子回路接合
    方法。
  9. 【請求項９】請求項８において、上記非酸化性ガスをＮ
    2，Ａｒ，Ｈｅ、等のいずれかまたはこれらの混合した
    ものとし、上記還元性ガスをＨ2とＮ2を混合したものと
    して、上記真空度と各ガスの濃度を制御して上記加熱雰
    囲気を制御するようにしたことを特徴とする電子回路接
    合方法。
  10. 【請求項１０】請求項６において、上記被接続部材をゲ
    ートバルブを備えた真空排気系とガス導入系を備えた準
    備室にて予備脱気し、次いでゲートバルブを備えた真空
    排気系とガス導入系を備えたベルト炉により加熱溶融
    し、冷却室により冷却するようにしたことを特徴とする
    電子回路接合方法。
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