JPH09300093A

JPH09300093A - 半田接合方法及び装置

Info

Publication number: JPH09300093A
Application number: JP12119896A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hasegawa; 健二長谷川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】接合強度の向上を安価な装置で実現させるこ
とができる半田接合方法及び装置を提供する。【解決手段】第１の部品と第２の部品との間を半田付
けする方法として、ペレット半田を用いて真空中で半田
付けし、酸化物が半田の中に巻き込まれるのを抑えて半
田接合部分における耐熱及び耐疲労性を高めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子機器に
おける部品を半田付けする半田接合方法及び装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子機器における電子部品を接
合する手段としては半田付けが行われている。また、従
来における半田付けは、大気中や、Ｎ₂等の不活性ガス
雰囲気中、またはＨ₂等の還元ガス雰囲気中で行われて
いた。なお、一般に大気中及び不活性ガス雰囲気中にお
ける半田付けではフラックスを含有したペースト半田を
使用し、還元ガス雰囲気中における半田付けではフラッ
クスを含まないペレット半田を使用している。さらに、
半田の中に発生する気泡、すなわちボイドを除去するの
に、従来では、半田溶融時に、接合する部品同志をすり
合わせるスクラブを実施する方法をとる場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
大気中及び不活性ガス雰囲気中で、フラックスを含有し
た半田ペーストを使用して半田付けを行った場合では、
半田溶融時に発生するフラックス及び揮発成分のガス化
に伴い、半田の中にボイド（気泡）が発生する。そし
て、このボイドが半田材の冷却後も閉じこめられたまま
になることによって接合強度が弱くなり、さらに使用時
の耐熱及び耐疲労性も弱くなると言う問題点があった。
また、不活性ガス及び還元ガスを使用する半田付け方法
においては、ガスの供給及び回収に係わる設備が必要と
なり、この設備の保守作業を含めた経費等がかかる。さ
らに、スクラブを行うようにした場合では、この設備も
必要となり、この設備の保守作業を含めた経費もかかる
ことになる。このため、これらが半田付け工程における
コストアップの要因ともなっていた。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は接合強度の向上を安価な装置で実
現させることができる半田接合方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次の技術手段を講じたことを特徴とする。
すなわち、第１の部品と第２の部品との間を半田付けす
る方法として、ペレット半田を用いて真空中で半田付け
するようにしたものである。この方法では、半田溶融時
に真空であることから、大気中での半田溶融に対して半
田材の酸化を抑制することができることになり、半田接
合部分における耐熱及び耐疲労性を弱める原因となって
いたところの、酸化物が半田の中に巻き込まれるのを簡
単な方法で抑えることができる。

【０００６】また、上記目的を達成するために、第１の
部品と第２の部品との間に半田材を挟んで真空室内に配
置する工程と、前記真空室内を第１真空度にする工程
と、前記半田材を加熱して前記両接合部品との間で溶融
させる工程と、前記真空室内の真空度を前記第１真空度
よりも高い第２真空度にする工程とを設けたものであ
る。この工程を経て半田接合すると、第１真空度中で溶
融された半田内にボイドが含まれていた場合、真空室内
を第１真空度よりも真空度の高い第２真空度にして高め
ると、ボイドが膨張して破裂し消滅する。これにより、
ボイドを抑えて接合の強度を高めることができ、従来方
法でボイドを無くすのに行っていたようなスクラブも必
要なくなる。

【０００７】また、上記目的を達成するために、真空室
と、間に接合用の半田材を挟んで前記第１部品と第２の
部品が乗せられる前記真空室内に配置されているヒータ
ーと、前記ヒーターを加熱させて前記半田材を溶融させ
る手段と、前記真空室内の真空度を第１真空度と該第１
真空度よりも高い第２真空度とに切り換える手段とを備
えた半田接合装置の構成にすると、上記各方法を簡単に
達成することが可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図６は本発明の半田接合方法を実
施するための半田接合装置の一例を示す概略構成断面図
である。図６において、符号１は真空雰囲気を形成する
ことができる室で、この真空室１内には半田溶融用のヒ
ーター２が配設されている。ここで、ベアチップ状のパ
ワトランジスタ３をヒートシンク４上に搭載する場合を
一例として半田接合の概略を説明すると、まずヒートシ
ンク４の上にはフラックスを含まないペレット半田５を
乗せ、このペレット半田５の上にさらにパワトランジス
タ３を乗せる。その後、この状態で真空室１に入れて、
ヒーター２に乗せる。図７には図６のＡ部におけるヒー
トシンク４，ペレット半田５，パワトランジスタ３を分
解し、拡大して示している。次いで、真空室１内を真空
にし、この状態でヒーター２を加熱させてペレット半田
５を溶融し、その後冷却させて半田接合を終えるもので
ある。

【０００９】図１は本発明に係る半田接合方法の手順を
示す流れ図である。そこで、本発明の半田接合方法の手
順を図１の流れに沿って（１）〜（６）の順に説明す
る。（１）まず、ヒートシンク４の上にペレット半田５，パ
ワトランジスタ３を順に乗せ、この状態で真空室１に入
れて、ヒーター２の上に乗せる（ステップＳ１）。（２）次いで、真空室１を密閉状態にする（ステップＳ
２）。（３）真空室１内を、例えば１０^-2トール（Torr）程度
の第１真空度にした後、ヒーター２を加熱し、ペレット
半田５を溶融させる（ステップＳ３，Ｓ４）。（４）さらに真空度を例えば１０^-4トール程度まで上げ
た第２真空度にする（ステップＳ５）。（５）その後、ヒーター２の加熱を断ち、冷却工程に移
る（ステップＳ６）。（６）冷却後は、真空室１内の真空動作を断つと共に、
真空室１の扉を開けて開放し、半田接合を終了して一体
化されたパワトランジスタ３とヒートシンク４を真空室
１内より取り出す（ステップＳ７）。これにより１サイ
クルが終了し、以後、同じ動作が繰り返されることにな
る。

【００１０】そして、この方法により半田接合をした場
合では、フラックスを含有しない半田材（ペレット半田
５）を使用するので、半田溶融中に発生するガスは無
く、ガスによるボイドが半田の中に発生することはな
い。また、半田溶融終了時の真空度（第２真空度）を、
溶融開始時の真空度（第１真空度）より上げることで、
パワトランジスタ３とペレット半田５の間、及びヒート
シンク４の隙間が原因で発生したボイドは次に述べる原
理により除去することができる。

【００１１】その原理を図２乃至図５を用いて説明す
る。まず、図２は図１のステップＳ１に示す状態、すな
わちヒートシンク４の上にペレット半田５，パワトラン
ジスタ３を順次重ねてヒーター２の上に乗せた状態を示
している。この状態ではペレット半田５の歪みによっ
て、ヒートシンク４とペレット半田５との間、及びペレ
ット半田５とパワトランジスタ３との間に隙間２０（図
１中に斜線で示す部分）が形成されている。

【００１２】図３は図１のステップＳ４に示す状態、す
なわち真空室１内を第１真空度（１０-2トール）にして
ヒーター２を加熱し、ペレット半田５を溶融させた状態
を示している。この状態では、溶融された半田（５）の
中にボイド２１（図３中に斜線で示す部分）が発生す
る。すなわち、このボイド２１が接合強度を弱めたり、
使用時の耐熱及び耐疲労性を弱くする原因になってい
る。

【００１３】図４は図１のステップＳ５に示す状態、す
なわちヒーター２を加熱したまま、真空室１内を第２真
空度（１０^-4トール）に高めた状態を示している。この
第２真空度にすると、第１真空度の時に形成されたボイ
ド２１が膨張して破裂し、消滅する。この膨張の度合い
は、（Ｐ1 Ｖ1 ＝Ｐ2 Ｖ2 ）の式で説明できる。すなわ
ち、例えば第１真空度Ｐ1 が１０^-1トール、第２真空度
Ｐ2 が１０^-2トールであるとすると、第１真空度Ｐ1 は
第２真空度の１／１０となり、第１真空度のときのボイ
ド２１の体積Ｖ1 に対して第２真空度Ｐ2 の体積Ｖ2 は
１０倍の体積となる。これにより、溶融された半田
（５）の側面に達したボイド２１は膨張して破裂し、消
滅することが分かる。また、半田溶融時に真空であるこ
とから大気中での半田溶融に対して、半田材の酸化を抑
制することができ、半田接合部分における耐熱及び耐疲
労性を弱める原因となる、酸化物が半田の中に巻き込ま
れるのを抑えることができる。図５は、こうして半田接
合が終了した後の状態を示している。

【００１４】したがって、この半田接合方法によれば、
溶融された半田の中に発生したボイド２１を消滅させ、
これにより低減させることができる効果と合わせて、耐
熱及び耐疲労性が向上する効果が期待できる。

【００１５】なお、上記形態例では、ベアチップのパワ
トランジスタ３とヒートシンク４の半田付けを一例とし
て説明したが、これ以外にも、パッケージタイプのパワ
トランジスタ３をヒートシンクに半田付けする場合や、
放熱板を回路基板へ半田付けする場合等にも適用できる
もので、特に広い面積を半田付けする場合に顕著な効果
が得られる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
半田の中に発生したボイドを消滅させ、これによりボイ
ドを低減させて半田接合強度を高めることができるとと
もに、耐熱及び耐疲労性が向上させることができる。ま
た、従来方法のようにボイドを無くすのに部品同志をす
り合わせするスクラブ等を無くすことができるので、設
備の簡略化が図れ、コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半田接合方法の接合手順の一例を
示す流れ図である。

【図２】本発明方法の原理説明図である。

【図３】本発明方法の原理説明図である。

【図４】本発明方法の原理説明図である。

【図５】本発明方法の原理説明図である。

【図６】本発明方法に使用する半田接合装置の一例を示
す概略構成断面図である。

【図７】図６のＡ部拡大分解斜視図である。

【符号の説明】１真空室２ヒーター３パワトランジスタ４ヒートシンク５ペレット半田（５）溶融された半田２０隙間２１ボイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の部品と第２の部品との間を半田付
けする方法において、ペレット半田を用いて真空中で半田付けすることを特徴
とする半田接合方法。
【請求項２】第１の部品と第２の部品との間に半田材
を挟んで真空室内に配置する工程と、前記真空室内を第１真空度にする工程と、前記半田材を加熱して前記両接合部品との間で溶融させ
る工程と、前記真空室内の真空度を前記第１真空度よりも高い第２
真空度にする工程、とを設けてなること特徴とする半田接合方法。
【請求項３】前記半田材としてペレット半田を用いる
請求項２に記載の半田接合方法。
【請求項４】第１の部品と第２の部品との間を半田付
けする半田接合装置において、真空室と、間に接合用の半田材を挟んで前記第１部品と第２の部品
が乗せられる前記真空室内に配置されているヒーター
と、前記ヒーターを加熱させて前記半田材を溶融させる手段
と、前記真空室内の真空度を第１真空度と該第１真空度より
も高い第２真空度とに切り換える手段、とを備えたこと特徴とする半田接合装置。
【請求項５】前記半田材としてペレット半田を用いる
請求項４に記載の半田接合装置。