JPH08139115A - 半導体素子の実装方法及び実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ｐｎ接合面が側面に露出している半導体素子
を、接合面を下にした状態でサブマウントまたはステム
に半田接合する半導体素子の実装方法ならびにこの実装
を行なう実装装置に関する。 【構成】 サブマウント１１付きステム１２を平板状の
加熱体１３の上に置き、ステムの温度が上昇したところ
で半田１４をコレット１５によってサブマウント１１の
上に搭載する。この半田が融けたところでへら１６によ
って半田を掻き拡げ、その後素早くコレット１７によっ
て半導体素子をこの上に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の実装方法
及び実装装置に関する。詳しくは、ｐｎ接合面が側面に
露出している半導体素子を、接合面を下にした状態でサ
ブマウントまたはステムに半田接合する半導体素子の実
装方法ならびにこの実装を行なう実装装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子、特に光通信に用いら
れる発光ダイオードや半導体レーザにおいては、高出力
化や高信頼性の観点からｐｎ接合面を下にした状態で半
導体素子をサブマウントまたはステムに半田接合すると
いう方法が多く採られている。すなわち、ｐｎ接合面を
下にした状態で実装することにより、発熱箇所である接
合面が放熱体であるサブマウントやステムに近づき効率
的な放熱が図れ、高出力にも対応できるようになる。ま
た、接合材に半田を用いることにより樹脂を用いた際に
比べて、放熱性が高く、また高温使用時のガス放出もな
く高信頼性を確保できる。ｐｎ接合面を下にして実装し
た場合にも問題がある。すなわち、半導体チップ側面に
露出したｐｎ接合面に半田が接触しショート不良を多く
起こすことである。この不良は半田の接合強度を増すべ
く融けた半田表面の酸化物や不純物層の除去効果がある
半導体素子へのスクラブ運動（チップに横方向の振動を
与え接合面に対しこすりつける運動）や超音波振動を行
なった場合に、特に多く発生する。

【０００３】従来の技術ではこの欠点に対し、大別して
３種類の方法で対処している。第１の方法は、図６に示
すように、半導体チップ６１の底面積と同面積の蒸着半
田６３を予めサブマウント６２上に付けておき、この真
上にチップ６１を実装するという方法であり、側面に回
り込む余分な半田がなければチップ側面まで半田が付く
ことはないというものである（特開昭６０−８３３４１
号公報）。第２の方法は、半導体チップ底面と同面積か
それ以下の面積を頂面に有する突起をサブマウントもし
くはステム上に形成し、その上に半田を間に挟んで半導
体チップを実装するという方法である（特開昭６０−１
０５２４０号公報）。この方法は、余分な半田があって
も、突起の周囲に流れ落とすようにし半導体チップ側面
には付かないようにする、というものである。又第３の
方法は、酸化膜除去のために水素などの還元性雰囲気で
作業を行い、ショート不良の引き金となるスクラブ運動
や超音波振動を行なわない方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これまで述べた従来の
３方法いづれの場合も、製造コストもしくは装置コスト
あるいは安全性の点で問題がある。まず前者の２方法の
場合はいづれも、チップは半田もしくは突起の真上に正
確に実装されなければショート不良の低減には効果が無
いのである。なぜならば２方法のうち前者の場合は、半
田と半導体チップがずれていれば、半導体チップの４面
のうちのいづれかの面に対しては半田が余分にあること
になり半田がはい上がる可能性が高くなる。後者の場合
も、突起が半導体チップに対してずれていれば、４側面
のうちいづれかの面では余分な半田が流れ落ちることな
く、側面にはい上がる可能性が高くなる。すなわち、前
２者の方法はこの半導体チップ実装位置の高精度の要求
から、製造コストの点でマイナスとなる。

【０００５】第３の方法である還元性雰囲気で行なう場
合には、代表的還元性ガスである水素ガスは強い可燃性
を持ち爆発の危険性があることから、装置内部の作業空
間から外気へと水素ガスが漏れないよう対策を施す必要
があり、装置のコストを引き上げることになる。すなわ
ち、この方法は安全性および装置のコストの面で問題が
ある。そこで本発明は、かかる問題点を解決した半導体
素子の実装方法及び実装装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる半導体素
子の実装方法は、ｐｎ接合部を下にした状態の半導体素
子をサブマウントあるいはステムの上に搭載して接合す
る半導体素子の実装方法であって、加熱されたサブマウ
ントあるいはステムの片隅に半田を置き、半田に対して
濡れ性の良い材質で形成されたへらを用いて前記半田を
掻き拡げて半田の薄膜を形成し、該薄膜の上に半導体素
子を搭載して接合することを特徴とし、半田の薄膜を半
導体素子の底面とｐｎ接合面との間隔より薄く形成する
ことが好ましい。

【０００７】上記の方法において、半田を掻き拡げるに
際し、へらをサブマウントあるいはステムの上をその一
端から他端に向かって移動し、次いで、前記最初の端部
から横にずれた位置を起点に前記移動方向とほぼ平行に
移動し、以下、順次へらを移動して半田の薄膜を形成す
ることを特徴とし、また、半田を掻き拡げるに際し、次
に掻く隣の移動方向に半田が掃き寄せられるようにへら
の面の法線を移動方向に対して傾けたことを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明に係わる半導体素子の実装装
置は、半導体素子をサブマウントあるはステムの上に搭
載して接合する半導体素子の実装装置であって、平面状
の加熱体と、その上に配置されるサブマウントあるいは
ステムと、半田をサブマウントあるいはステム上に搭載
するコレットと、半導体素子をサブマウントあるいはス
テム上に搭載するコレットと、サブマウントあるいはス
テム上に搭載された半田を掻き拡げるへらとを備え、サ
ブマウントあるいはステム上に搭載された半田をへらに
よって掻き拡げて半田の薄膜を形成し、その上に半導体
素子を搭載して接合することを特徴とする。

【０００９】上記の装置において、へらの材質がステン
レス鋼であること、また、へらの先端が円弧状をなし、
粒度０．５μｍ以下の研磨材で鏡面仕上げされることが
好ましい。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、本発明のへらは、半田に
対して濡れ性の良い材料で形成しており、かつ表面を鏡
面仕上げをしているため、半田の掻き拡げを行なった際
の再現性が高く保つことができる。また、その先端が円
弧状をなし、そして半田を掃き寄せるような軌跡をとる
ことにより、半田を薄く均一に掻き拡げることができ、
同時に半田表面の酸化膜等を除去でき、スクラブ運動等
を与えなくとも接合強度を確保できる。本発明の方法に
よるとスクラブ処理を省けること、ならびに半田の厚み
を薄く均一にできるので、素子のｐｎ接合部に半田が接
触する危険を抑えることができ、ショート不良を低減す
ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は本発明の実施例に係わる実装装置の構
成を示す概略図である。この実施例では、サブマウント
１１付きステム１２を平板状の加熱体１３の上に置き、
ステムの温度が上昇したところで半田１４をコレット１
５によってサブマウント１１の上に搭載する。この半田
が融けたところでへら１６によって半田を掻き拡げ、そ
の後素早くコレット１７によって半導体素子をこの上に
設置する。そのために、半田表面の酸化膜・不純物層を
除去することができ、スクラブ運動あるいは超音波振動
を与えることなく接合強度を確保できる。なお、ステム
上部近傍が不活性の雰囲気になるように、加熱体上にリ
ング状の窒素吹き付け口１８を設けている。半導体素子
のｐｎ接合部を下にした状態でサブマウントの上に半田
で接合され、また、ｐｎ接合面は素子の側面に露出して
いる。

【００１２】図２はこの実施例で実装する半導体素子の
断面図である。ｐｎ接合部２１は素子の底面２２から５
μｍの高さの位置にある。すなわち、素子端面に露出し
ているｐｎ接合部に半田が接触しショート不良が起こら
ないようにするには、素子とサブマウント２３の間に挟
まれる半田２４の厚みの１μｍを含んで６μｍ以下にな
るように薄く均一に拡げることが必要である。

【００１３】図３はこの実施例で用いるへら１６の拡大
図である。へら１６は半田に対して濡れ性の良いＳＵＳ
３０４で形成され、表面は粒度０．５μｍの研磨紙を用
い鏡面になるように磨かれている。さらに、へら１６は
厚みは薄く、幅方向に対しては先端が円弧状をなし、先
端部の厚みは５０μｍ、円弧の曲率半径は５５０μｍで
ある。

【００１４】図４を用いてへら１６が融けた半田を薄く
均一に掻き拡げる方法を説明する。なお、素子の大きさ
５００×３００×１００μｍ、サブマウントの大きさ１
０００×１０００×３５０μｍに対し、半田の大きさは
３００×３００×５０μｍである。まず、半田をサブマ
ウント上の隅に近い地点４３にコレット１５で運んでく
る。次いで、この半田を図中の右方向に一旦棒状になる
ようにへらによって伸ばす。その後へらを起点４３の近
傍４４の位置に戻して、ここから図中奥の方向に向かっ
て動かし半田を縦方向に７００μｍ掻き拡げる。掻きお
わった後、へらを４４の位置に対して７０μｍ右の位置
４５に戻し、ここから再び図中奥の方向に７００μｍ掻
き拡げる。以下このように毎回７０μｍずつ右にシフト
しながら６回縦方向に掻き拡げる。

【００１５】へらは図４に示すように、縦方向の動きに
対して３０°傾くようにホルダ１９に固定している。そ
のために、半田を次に掻く右隣の縦線の方向に掃き寄せ
るように作用する。このようにして半田は図中手前から
奥に、同時に左から右へと掃き寄せられることとなる。

【００１６】図５は縦方向に半田を掻き拡げるへらを図
４の矢印４６の方向から観察し、３回分重ねて図示した
ものである。すなわち、半田は何度も掻かれながら奥へ
右へと掃き寄せられる。どのへらにも掃き寄せられない
半田５１が波状に現われるが、この半田５１は最も厚い
ところでも、

【数１】 より３μｍを越えないことが分かる。実際には融けた半
田は粘性が低いため流れやすく、半田の厚みは平均化さ
れるためより薄くなる。

【００１７】このようにして、半田は３μｍ以下に薄く
均一に４２０×７００μｍ程度の広さに掻き拡げられ
る。半導体素子は半田が掻き拡げられた後、速やかに半
田の上に荷重をかけながら静置される。掻き拡げられた
あとの半田は酸化膜が掻きだされた清浄なものになって
おり上に素子を静置するだけで接合強度は充分確保する
ことができるため、スクラブ処理や超音波振動を加える
等の必要はない。また、へらの表面を粒度０．５μｍの
研磨紙を用いて鏡面に磨いているため、１万回程度の実
装を行なった後でも半田のへらへの凝着を防ぐことがで
きる。すなわち、へらの先端形状の保持が容易にでき、
メインテナンスフリーでの装置の連続運転が可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のへらは、
半田に対して濡れ性の良い材料で形成しており、かつ表
面を鏡面仕上げをしているため、半田の掻き拡げを行な
った際の再現性が高く保つことができる。また、その先
端が円弧状をなし、そして半田を掃き寄せるような軌跡
をとることにより、半田を薄く均一に掻き拡げることが
でき、同時に半田表面の酸化膜等を除去でき、スクラブ
運動等を与えなくとも接合強度を確保できる。本発明の
方法によるとスクラブ処理を省けること、ならびに半田
の厚みを薄く均一にできるので、素子のｐｎ接合部に半
田が接触する危険を抑えることができ、ショート不良を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる実装装置の構成を示す
概略図である。

【図２】本実施例で実装する半導体素子の断面図であ
る。

【図３】本実施例で用いるへらの拡大図である。

【図４】へらによって半田を薄く均一に掻き拡げる方法
を説明するための図である。

【図５】へらによって半田を薄く均一に掻き拡げた状態
を説明するための図である。

【図６】従来接合方法を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１１：サブマウント １２：ステム １３：加熱体 １４：半田 １５：コレット １６：へら １７：コレット １８：不活性ガス吹き付け口 １９：ホルダー ２１：ｐｎ接合部 ２２：素子の底面 ２３：サブマウント ２４：半田 ４１：へらの法線 ４２：へらの縦方向の動きの方向 ４３：半田を最初に置く位置 ４４：最初に半田を掻き拡げる際のへらの起点 ４５：２回目に半田を掻き拡げる際のへらの起点 ４６：図５の観察方向 ５１：掃き寄せられない半田

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐｎ接合部を下にした状態の半導体素子
   をサブマウントあるいはステムの上に搭載して接合する
   半導体素子の実装方法であって、 加熱されたサブマウントあるいはステムの片隅に半田を
   置き、半田に対して濡れ性の良い材質で形成されたへら
   を用いて前記半田を掻き拡げて半田の薄膜を形成し、該
   薄膜の上に半導体素子を搭載して接合することを特徴と
   する半導体素子の実装方法。
2. 【請求項２】 半田の薄膜を半導体素子の底面とｐｎ接
   合面との間隔より薄く形成することを特徴とする請求項
   １の半導体素子の実装方法。
3. 【請求項３】 半田を掻き拡げるに際し、へらをサブマ
   ウントあるいはステムの上をその一端から他端に向かっ
   て移動し、次いで、前記最初の端部から横にずれた位置
   を起点に前記移動方向とほぼ平行に移動し、以下、順次
   へらを移動して半田の薄膜を形成することを特徴とする
   請求項１又は２の半導体素子の実装方法。
4. 【請求項４】 半田を掻き拡げるに際し、次に掻く隣の
   移動方向に半田が掃き寄せられるようにへらの面の法線
   を移動方向に対して傾けたことを特徴とする請求項１〜
   ３のいづれかの半導体素子の実装方法。
5. 【請求項５】 半導体素子をサブマウントあるいはステ
   ムの上に搭載して接合する半導体素子の実装装置であっ
   て、 平面状の加熱体と、その上に配置されるサブマウントあ
   るいはステムと、半田をサブマウントあるいはステム上
   に搭載するコレットと、半導体素子をサブマウントある
   いはステム上に搭載するコレットと、サブマウントある
   いはステム上に搭載された半田を掻き拡げるへらとを備
   え、 サブマウントあるいはステム上に搭載された半田をへら
   によって掻き拡げて半田の薄膜を形成し、その上に半導
   体素子を搭載して接合することを特徴とする半導体素子
   の実装装置。
6. 【請求項６】 へらの材質がステンレス鋼であることを
   特徴とする請求項５の半導体素子の実装装置。
7. 【請求項７】 へらの先端が円弧状をなし、粒度０．５
   μｍ以下の研磨材で鏡面仕上げされたことを特徴とする
   請求項５又は６の半導体素子の実装装置。