JPS62104672A - 無フラツクスはんだ付け方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、シラン含有雰囲気を用いた、無フラックスは
んだ付け方法に関するものである。
んだ付け方法に関するものである。
米国特許第３１３３３４８号には、液状四塩化炭素中に
アルゴンなどの不活性気体を通して、液状四塩化炭素を
気体に変え、それを溶接区域に導いて、溶接作業全空気
の作用から保護し、溶接する表面から酸化物を除去する
という、溶接またはろう付けの方法が開示されているう 米国特許第３６６５５９０号には、半導体フリップ・フ
ロップのはんだ付け法が開示されている。
アルゴンなどの不活性気体を通して、液状四塩化炭素を
気体に変え、それを溶接区域に導いて、溶接作業全空気
の作用から保護し、溶接する表面から酸化物を除去する
という、溶接またはろう付けの方法が開示されているう 米国特許第３６６５５９０号には、半導体フリップ・フ
ロップのはんだ付け法が開示されている。
高温の還元性気体を還元性気体案内装置中に通して、ク
リップ・フロップの電極上にある表面が酸化されたはん
だ上に導き、表面が酸化されたはんだを溶融し、精製す
る。同時に、高温の遅元性気体をフリップ・フロップ・
パッケージの接合ノくラド上の表面が酸化されたはんだ
上にも導いて、それを溶融し精製する。表面が酸化され
たはんだが精製されるだめ、電極上のはんだと接合パッ
ド上のはんだを一緒にすると、精製されたはんだは容易
に合着する。高温の還元性気体の例としては、水素ガス
、高温分解アンモニア・ガス、および表面が酸化された
はんだを還元し溶融できるその他の気体がある。
リップ・フロップの電極上にある表面が酸化されたはん
だ上に導き、表面が酸化されたはんだを溶融し、精製す
る。同時に、高温の遅元性気体をフリップ・フロップ・
パッケージの接合ノくラド上の表面が酸化されたはんだ
上にも導いて、それを溶融し精製する。表面が酸化され
たはんだが精製されるだめ、電極上のはんだと接合パッ
ド上のはんだを一緒にすると、精製されたはんだは容易
に合着する。高温の還元性気体の例としては、水素ガス
、高温分解アンモニア・ガス、および表面が酸化された
はんだを還元し溶融できるその他の気体がある。
米国特許第３６８１１３２号には、半導体ウェハの表面
に８１０２保護層を作成する方法が開示されている。Ｓ
ＩＨ４と不活性気体の気体ジェットを基板上の加熱し
た半導体ウニ／・の上に通し、ウニ・・領域の基板全厚
く被覆し、同時にウエノ・に酸素を作用させてウェハ上
に均一なＳ Ｌｏ ２層を設ける。
に８１０２保護層を作成する方法が開示されている。Ｓ
ＩＨ４と不活性気体の気体ジェットを基板上の加熱し
た半導体ウニ／・の上に通し、ウニ・・領域の基板全厚
く被覆し、同時にウエノ・に酸素を作用させてウェハ上
に均一なＳ Ｌｏ ２層を設ける。
はんだ環境でＳ ｉ Ｈ４を使うことは、開示されてい
ない。不活性気体の例としては、窒素、アルゴンおよび
その他の希ガスが挙げられている。
ない。不活性気体の例としては、窒素、アルゴンおよび
その他の希ガスが挙げられている。
米国特許第３７０５４５７号には、プリント回路基板な
ど比較的平らな加工片用のウェーブ・ンルダリング法が
開示されている。基板を予備はんだ付けし、溶融はんだ
をノズルから上方に押し上げて、加工行程方向に平行な
方向に緩やかに曲った、溶融はんだの定常波を形成する
技法を使ってはんだ付けする。平らな加工片を、その下
面を定常波と接触させながら加工行程方向に移動させ、
その前端が波から出たとき、波の表面によっである空間
を画定する。加圧不活性気体をこの空間に注入して、加
工片のはんだで被覆された下面から空気全排除し、よっ
て酸化を防止する。
ど比較的平らな加工片用のウェーブ・ンルダリング法が
開示されている。基板を予備はんだ付けし、溶融はんだ
をノズルから上方に押し上げて、加工行程方向に平行な
方向に緩やかに曲った、溶融はんだの定常波を形成する
技法を使ってはんだ付けする。平らな加工片を、その下
面を定常波と接触させながら加工行程方向に移動させ、
その前端が波から出たとき、波の表面によっである空間
を画定する。加圧不活性気体をこの空間に注入して、加
工片のはんだで被覆された下面から空気全排除し、よっ
て酸化を防止する。
半導体チップをセラミック基板に実際に接合する前には
んだ’ｋ ＩＪフローするのが、半導体デバイス製造の
技術分野では常法であることが多い。かかるリフローの
目的は、所期の目的をもたらすため、はんだが確実に所
期の形状をとるようにすることである。
んだ’ｋ ＩＪフローするのが、半導体デバイス製造の
技術分野では常法であることが多い。かかるリフローの
目的は、所期の目的をもたらすため、はんだが確実に所
期の形状をとるようにすることである。
さらに、フラックスを使わずにキャリア・ガスないし炉
頂ガス中ではんだ付け（接合）を行うチップ接合技法を
使って、半導体チップをセラミック基板上の適当な接点
にはんだ付けできることが知られている。
頂ガス中ではんだ付け（接合）を行うチップ接合技法を
使って、半導体チップをセラミック基板上の適当な接点
にはんだ付けできることが知られている。
また、フラックスを使って上記のはんだ付け技法全実施
できることも知られている。
できることも知られている。
最後に、半導体チップをセラミック基板に接合するため
のはんだとして、鉛−すずはんだが最も広く使われてい
ることが知られている。
のはんだとして、鉛−すずはんだが最も広く使われてい
ることが知られている。
通常のキャリア・ガスないし炉頂ガス、たとえば窒素や
水素を使う場合、はんだリフローおよびチップ接合後の
分析で、すすが存在する場合ははんだ表面に酸化すず（
Ｓ ｎ Ｏ２）などの残留酸化物が存在し、また、鉛が
存在する場合ははんだ表面に酸化鉛（ＰｂＯ）が存在す
ることがしばしば明らかにされている。これらの残留酸
化物は、接合部のはんだによるぬれを阻害するので接合
性を悪化する。
水素を使う場合、はんだリフローおよびチップ接合後の
分析で、すすが存在する場合ははんだ表面に酸化すず（
Ｓ ｎ Ｏ２）などの残留酸化物が存在し、また、鉛が
存在する場合ははんだ表面に酸化鉛（ＰｂＯ）が存在す
ることがしばしば明らかにされている。これらの残留酸
化物は、接合部のはんだによるぬれを阻害するので接合
性を悪化する。
本発明の一つの主目的は、無フラックス・リフロ一方法
または無フラックスはんだ接合方法を提供することであ
る。
または無フラックスはんだ接合方法を提供することであ
る。
第２の主目的は、たとえば空隙率の小さなはんだ接合全
得ることを含めて、はんだ接合の金属被覆構造および性
質を改良できる方法を提供することである。
得ることを含めて、はんだ接合の金属被覆構造および性
質を改良できる方法を提供することである。
リフロー、はんだ付け、その他の金属被覆操作たとえば
回路基板の組立て中に、通常使用されているキャリア・
ガスないし炉頂ガス中に少量のシラン（Ｓ ｉ Ｈ４）
を加える。これにより酸化すずや酸化鉛などの形成され
た酸化物が還元されてそれぞれすすと鉛に戻るようにす
る。
回路基板の組立て中に、通常使用されているキャリア・
ガスないし炉頂ガス中に少量のシラン（Ｓ ｉ Ｈ４）
を加える。これにより酸化すずや酸化鉛などの形成され
た酸化物が還元されてそれぞれすすと鉛に戻るようにす
る。
本発明によ、れば、無フラックス・リフロー技法または
無フラックスはんだ付け技法で通常使用されている１種
または数種のキャリア・ガスないし炉頂ガス（本明細書
では、この２つの言葉は同じ意味で用いるンを使用する
。
無フラックスはんだ付け技法で通常使用されている１種
または数種のキャリア・ガスないし炉頂ガス（本明細書
では、この２つの言葉は同じ意味で用いるンを使用する
。
キャリア・ガスの性質は、余９重要ではない。
キャリア・ガスの例としては、水素、窒素、フォーミン
グ・ガス（Ｎ −１−５Ｉ（２Ｌその他の窒素−水素
混合物、アルゴンやヘリウムなどの希ガス、蒸気相接合
用の・・ロゲン化ガスが挙げられる。
グ・ガス（Ｎ −１−５Ｉ（２Ｌその他の窒素−水素
混合物、アルゴンやヘリウムなどの希ガス、蒸気相接合
用の・・ロゲン化ガスが挙げられる。
はんだ付け中、炉頂ガス中に有効量のシランが存在する
。シランの量は余り重要ではないことがわかっており、
約０．０１体積チという僅かな量で有効なことがわかっ
ている。現在までの結果にもとづけば、商用スケールで
は通常少なくとも約０゜１体積チ、より一般的には約２
−１０体積チのシラン全キャリア・ガスに加えると、本
発明の結果がもたらされるものと思われる。
。シランの量は余り重要ではないことがわかっており、
約０．０１体積チという僅かな量で有効なことがわかっ
ている。現在までの結果にもとづけば、商用スケールで
は通常少なくとも約０゜１体積チ、より一般的には約２
−１０体積チのシラン全キャリア・ガスに加えると、本
発明の結果がもたらされるものと思われる。
別設の指示がない限り、本明細書では体積係の値はすべ
てキャリア（または炉頂）ガスとシランの合計体積？基
準にした値である。
てキャリア（または炉頂）ガスとシランの合計体積？基
準にした値である。
シラン（Ｓ １Ｈ４）は、基本的に、本発明にもとづく
通常のはんだ付け操作の際に、酸化物の捕集剤として機
能し、酸化すずや酸化鉛などの酸化物音すずおよび鉛に
還元し、この還元からＳｉＯ２とＨ２０ｋ生成し、それ
がキャリア・ガスおよび未消費７ランと共に存在する。
通常のはんだ付け操作の際に、酸化物の捕集剤として機
能し、酸化すずや酸化鉛などの酸化物音すずおよび鉛に
還元し、この還元からＳｉＯ２とＨ２０ｋ生成し、それ
がキャリア・ガスおよび未消費７ランと共に存在する。
本発明のはんだの性質は、余り限定されていない。しか
し前述のように電子産業で最も広く使われているはんだ
は、通常鉛とすすを含むものである。鉛とすすは、通常
の割合で使用できる。しかし、通常は、最も広く使われ
ているはんだは、はんだ重量に対して約０．１〜５重量
係のすすを含む（以下では重量係の値はすべてはんだの
重量を基準にしたものとする）ものであシ、すすの割合
が約２〜５重景チのものがより一般的に使われている。
し前述のように電子産業で最も広く使われているはんだ
は、通常鉛とすすを含むものである。鉛とすすは、通常
の割合で使用できる。しかし、通常は、最も広く使われ
ているはんだは、はんだ重量に対して約０．１〜５重量
係のすすを含む（以下では重量係の値はすべてはんだの
重量を基準にしたものとする）ものであシ、すすの割合
が約２〜５重景チのものがより一般的に使われている。
もちろん、はんだの残シの部分は一般的に鉛であるが、
当技術分野で周知のように、他の金属が存在してもよい
。しかし、本発明の系は、無フラックス・リフローまた
は無フラックスはんだ付け中に酸化物が形成さ九得る他
のはんだでも働くように、とくに企図されている。
当技術分野で周知のように、他の金属が存在してもよい
。しかし、本発明の系は、無フラックス・リフローまた
は無フラックスはんだ付け中に酸化物が形成さ九得る他
のはんだでも働くように、とくに企図されている。
本発明が適用できる、すすをベースにした他のはんだと
しては、すすを約５０チ以上含み、残りは鉛または主と
して鉛である高すすはんだが挙げられる。たとえば、１
）すすが約５０−５５重量係で残り・は鉛のもの、２）
すすが約６０−６５重ｉ１％で残りは鉛のもの（少量の
銀を加えることもある）、′５）すずが約９５−１００
％で、オプションとして約１〜５％のアンチモンまたは
銀ヲ含むものである。はんだ２）は、回路基板の組立て
用に特に適している。
しては、すすを約５０チ以上含み、残りは鉛または主と
して鉛である高すすはんだが挙げられる。たとえば、１
）すすが約５０−５５重量係で残り・は鉛のもの、２）
すすが約６０−６５重ｉ１％で残りは鉛のもの（少量の
銀を加えることもある）、′５）すずが約９５−１００
％で、オプションとして約１〜５％のアンチモンまたは
銀ヲ含むものである。はんだ２）は、回路基板の組立て
用に特に適している。
本発明にもとづく無フラックス・リフローまたは無フラ
ックスはんだ付けの温度は、通常の温度であり、当業者
なら気づくように基本的にリフローまたははんだ付けを
施される糸に合わせて調節する。
ックスはんだ付けの温度は、通常の温度であり、当業者
なら気づくように基本的にリフローまたははんだ付けを
施される糸に合わせて調節する。
しかし、良好な手順にもとづき、次に温度プロフィルに
ついて考察する。
ついて考察する。
本発明を好ましい形で実施するとき、それは集積工程全
体の一部分、すなわち初期はんだウニノー・リフロー・
ステップであり、その後にチップ／セラミック基板はん
だ接合ステップが続く。処理は普通は通常のベルト炉で
行うが、その他の装置も使用できる。したがって、処理
は普通は連続式であるが、工業スケールでは魅力がない
もののバッチ処理も当然使える。
体の一部分、すなわち初期はんだウニノー・リフロー・
ステップであり、その後にチップ／セラミック基板はん
だ接合ステップが続く。処理は普通は通常のベルト炉で
行うが、その他の装置も使用できる。したがって、処理
は普通は連続式であるが、工業スケールでは魅力がない
もののバッチ処理も当然使える。
当技術分野で周知のように、はんだ接点は通常マスクを
通した蒸着によって半導体ウェハ上に形成する。鉛の蒸
気圧はすすの蒸気圧よｐも高いので、普通はすず一鉛は
んだを蒸着させると、厚い鉛層とそれよりは薄いすす層
ができる。半導体ウェハ上の個々のはんだ区域ｋ ＩＪ
フローして、鉛とすすを合金にするのが常法である。
通した蒸着によって半導体ウェハ上に形成する。鉛の蒸
気圧はすすの蒸気圧よｐも高いので、普通はすず一鉛は
んだを蒸着させると、厚い鉛層とそれよりは薄いすす層
ができる。半導体ウェハ上の個々のはんだ区域ｋ ＩＪ
フローして、鉛とすすを合金にするのが常法である。
それは、通常はベルト炉で、半導体ウェハを加熱して、
セラミック基板に接着すべき適切な点のはんだを、好ま
しくは水素雰囲気中で、すず−鉛はんだの融点よりも高
い温度、通常は約３５０−３７５°Ｃの温度範囲にして
行うとうまくいく。ただし、ここでは窒素雰囲気を使っ
た。はんだをリフローすると、はんだの初期゛こぶ”が
均一な鉛−すず合金に改質される。この合金は、特に有
用なある工業用途では、高さ約６−５ミル、ベース直径
約４−６１／２ミルである。
セラミック基板に接着すべき適切な点のはんだを、好ま
しくは水素雰囲気中で、すず−鉛はんだの融点よりも高
い温度、通常は約３５０−３７５°Ｃの温度範囲にして
行うとうまくいく。ただし、ここでは窒素雰囲気を使っ
た。はんだをリフローすると、はんだの初期゛こぶ”が
均一な鉛−すず合金に改質される。この合金は、特に有
用なある工業用途では、高さ約６−５ミル、ベース直径
約４−６１／２ミルである。
リフローされたセラミック基板上の各はんだ点を、最終
的にセラミック構造上の金属性パターンに接合する。こ
の金属性パターンは、普通は、通常のやり方による蒸着
およびフォトリソグラフィー・エツチング、またはふる
い分は操作および通常のやシ方でセラミック・フリット
のグリーン・シートを焼成することによって形成された
ものであり、もしくは単に事前購入した圧縮グリーン・
コンパクトである。
的にセラミック構造上の金属性パターンに接合する。こ
の金属性パターンは、普通は、通常のやり方による蒸着
およびフォトリソグラフィー・エツチング、またはふる
い分は操作および通常のやシ方でセラミック・フリット
のグリーン・シートを焼成することによって形成された
ものであり、もしくは単に事前購入した圧縮グリーン・
コンパクトである。
セラミック基板上の゛フットプリント”ないし金属被覆
パターンは、そこに接合すべき半導体チップ上のはんだ
“こぶ”と面対称である。゛フットプリント”は、はん
だ”こぶ”の組成と対応する組成の合金ですす引きする
ことが多いが、すす引きはオプションであり、たとえば
すす引きしない銅からでも”フンドブリント”は形成で
きると考えられる。
パターンは、そこに接合すべき半導体チップ上のはんだ
“こぶ”と面対称である。゛フットプリント”は、はん
だ”こぶ”の組成と対応する組成の合金ですす引きする
ことが多いが、すす引きはオプションであり、たとえば
すす引きしない銅からでも”フンドブリント”は形成で
きると考えられる。
たとえば水素雰囲気は、無スラックスはんだウェハ・リ
フローに対して比較的有効でないことがわかった。少量
のシランをそれに加えると、あらゆるはんだ付け操作そ
の他の金属被覆操作のための強い還元性雰囲気ができる
。
フローに対して比較的有効でないことがわかった。少量
のシランをそれに加えると、あらゆるはんだ付け操作そ
の他の金属被覆操作のための強い還元性雰囲気ができる
。
ウェハ・リフロー・ステップの場合、後でチップ接合操
作に関して考察する温度直線に沿った温度が使用できる
。ただＵ７、通常はウエノ・・リフローに約６６０°Ｃ
の最高温度を用いることが好ましい。シランの量は、前
記の通りである。
作に関して考察する温度直線に沿った温度が使用できる
。ただＵ７、通常はウエノ・・リフローに約６６０°Ｃ
の最高温度を用いることが好ましい。シランの量は、前
記の通りである。
ウェハ・リフロー操作中にシランが存在すると、はんだ
の形状が改善されてチップと接合しゃすくなり、また酸
化すずや酸化鉛などの酸化物が除去されるために、表面
特性も改善される。
の形状が改善されてチップと接合しゃすくなり、また酸
化すずや酸化鉛などの酸化物が除去されるために、表面
特性も改善される。
ウェハ・リフローの後、−股にウェハ’ｔ／コ引きして
、セラミック基板に接合しやすい形のチップにする。
、セラミック基板に接合しやすい形のチップにする。
チップ接合ステップについては、一般にキャリア・ガス
として窒素（工場用純度、水や酸素などの不純物が約１
０ｐｐｍ以下）？使用することが好ましい。
として窒素（工場用純度、水や酸素などの不純物が約１
０ｐｐｍ以下）？使用することが好ましい。
ある良好な温度プロフィルでは、温度が少なくとも約２
分間３２０°Ｃを越え、ピーク温度が約５６５−３７５
°Ｃ前後になる。
分間３２０°Ｃを越え、ピーク温度が約５６５−３７５
°Ｃ前後になる。
使用できるもう一つの秀れた温度プロフィルは、約３２
０°Ｃまで上昇してその温度に約６−４分間保ち、続い
て６５０°Ｃ以上でたとえば１分間短いピークがあり、
次に常温まで下降することである。
０°Ｃまで上昇してその温度に約６−４分間保ち、続い
て６５０°Ｃ以上でたとえば１分間短いピークがあり、
次に常温まで下降することである。
上記の２通りの温度プロフィルは良好ではらるが例にす
ぎず、当業者には自明のように、他のキャリア・ガスが
使えるだけでなく、リフローおよびチップ接合操作に他
の温度プロフィルも使用できる。
ぎず、当業者には自明のように、他のキャリア・ガスが
使えるだけでなく、リフローおよびチップ接合操作に他
の温度プロフィルも使用できる。
リフローおよびチップ接合操作中のキャリア・ガス十シ
ランの流速は、当技術分野でキャリア・ガス単独の場合
に普通用いるものと同じである。
ランの流速は、当技術分野でキャリア・ガス単独の場合
に普通用いるものと同じである。
シランは幾分不安定な性質なので、比較的少量のシラン
を用いることが好ましい。キャリア・ガス使用の主な理
由は、系から酸素と水分を排除することである。したが
って、僅かな過圧力を維持する限り、流速は余り重要で
なく、圧力も同様である。
を用いることが好ましい。キャリア・ガス使用の主な理
由は、系から酸素と水分を排除することである。したが
って、僅かな過圧力を維持する限り、流速は余り重要で
なく、圧力も同様である。
図面金倉めて全体をここに引用するハイムズ（Ｈｙｍｅ
Ｓ）等の米国特許第３１０３３９３号には、本発明の方
法が特に適している超小型回路素子用の典型的な接着操
作が開示されている。
Ｓ）等の米国特許第３１０３３９３号には、本発明の方
法が特に適している超小型回路素子用の典型的な接着操
作が開示されている。
図面を含めて全体音ここに引用するう／トン（Ｌａｎｇ
ｄｏｎ ）等の米国特許第３４０１０５５号には、本発
明で有用な、はんだを基板に蒸着する典型的な方法が開
示されている。
ｄｏｎ ）等の米国特許第３４０１０５５号には、本発
明で有用な、はんだを基板に蒸着する典型的な方法が開
示されている。
例
処理は、通常のマツフル炉で行った。セラミック基板は
、当技術分野で通常使われているものから選んだ。この
例では９６％Ａρ２０３で残りは通常の添加物であった
。その上に通常のやり方で銅パッド全形成し、次に基板
をすすが５チで残りが鉛の溶融しまた合金に浸漬した。
、当技術分野で通常使われているものから選んだ。この
例では９６％Ａρ２０３で残りは通常の添加物であった
。その上に通常のやり方で銅パッド全形成し、次に基板
をすすが５チで残りが鉛の溶融しまた合金に浸漬した。
ウェハば、通常の半導体ウニ・・を用いた。その上に通
常のやり方で蒸着によってばんだ°°こぶ”を形成した
。こぶは、すすが２−５重量係で残９が鉛からなるもの
であった。この特定のウェハは、直接ラインから取った
ものなので、水素中で３２０°Ｃ以上の温度で（２分間
は６６０°Ｃのピーク温度、で）リフローした。
常のやり方で蒸着によってばんだ°°こぶ”を形成した
。こぶは、すすが２−５重量係で残９が鉛からなるもの
であった。この特定のウェハは、直接ラインから取った
ものなので、水素中で３２０°Ｃ以上の温度で（２分間
は６６０°Ｃのピーク温度、で）リフローした。
酸素と水分を確実に排除するため、圧力を大気圧より少
し高くした。リフロー後の分析で、はんだ表面に酸化す
ずが存在することが示された。次にウェハを切断して所
期の半導体チップを得だ。
し高くした。リフロー後の分析で、はんだ表面に酸化す
ずが存在することが示された。次にウェハを切断して所
期の半導体チップを得だ。
また、かかるウェハを、２体積係のシランを含む窒素中
で３２０°Ｃ以上の温度で、２分間は５６０°Ｃのピー
ク温度でうまくりフローできた。分析によれば、酸化す
ずはほぼ完全に存在しないことがわかった。酸素と水分
を確実に排除するため、圧力は大気圧より少し高くした
。
で３２０°Ｃ以上の温度で、２分間は５６０°Ｃのピー
ク温度でうまくりフローできた。分析によれば、酸化す
ずはほぼ完全に存在しないことがわかった。酸素と水分
を確実に排除するため、圧力は大気圧より少し高くした
。
次に２体積係のシランを含む窒素雰囲気中で半導体チッ
プをセラミック基板に接合した。窒素は工場用純度であ
り、酸素と水分を確実に排除するため、やはり圧力を大
気圧より少し高くした。半導体チップを、少量の粘着性
プロピレン・グリコールでセラミック基板上に保持した
。このプロピレン・グリコールは、接合中に揮発する。
プをセラミック基板に接合した。窒素は工場用純度であ
り、酸素と水分を確実に排除するため、やはり圧力を大
気圧より少し高くした。半導体チップを、少量の粘着性
プロピレン・グリコールでセラミック基板上に保持した
。このプロピレン・グリコールは、接合中に揮発する。
他の通常の方法を使っても、やはりうまくいく。
温度は、３５５−３６５°Ｃに約２−１５分間保つと、
酸化物をほとんど含まない表面が得られた。
酸化物をほとんど含まない表面が得られた。
２体積チのシランを加えた場合、３５５−３６５０Ｃの
時間が約２分より下回ると、時間の減少につれて酸化物
の量が増加するのが認められたが、同じ条件で時間を１
５分以上にしても、それよりもよい結果は得られなかっ
た。２体積係のシランを使って５５５−５６５°Ｃに６
分間保つと、理想的な結果が得られる。
時間が約２分より下回ると、時間の減少につれて酸化物
の量が増加するのが認められたが、同じ条件で時間を１
５分以上にしても、それよりもよい結果は得られなかっ
た。２体積係のシランを使って５５５−５６５°Ｃに６
分間保つと、理想的な結果が得られる。
６２０°Ｃまで温度を上昇させ（６−４分間保ち）３５
０’Ｃを越える温度で１分間短いピークを設け、続いて
常温まで下降させると、チップ接合でも同様の結果が得
られるものと考える。
０’Ｃを越える温度で１分間短いピークを設け、続いて
常温まで下降させると、チップ接合でも同様の結果が得
られるものと考える。
本発明によれば、酸化すずや酸化鉛などの金属酸化物が
すずおよび鉛に還元され、したがって酸化物を含まない
溶融はんだが、たとえば基板上のそれに対応するすす引
きはんだ点に接触することができ、高いぬれ性が確保さ
れ、キャリア・ガス中に存在するシランによる酸化すず
および酸化鉛に対する強い還元作用のために接合収率は
１００チ近くになる。
すずおよび鉛に還元され、したがって酸化物を含まない
溶融はんだが、たとえば基板上のそれに対応するすす引
きはんだ点に接触することができ、高いぬれ性が確保さ
れ、キャリア・ガス中に存在するシランによる酸化すず
および酸化鉛に対する強い還元作用のために接合収率は
１００チ近くになる。
Claims (3)
- （１）キャリア・ガス中でのはんだ付けにより、半導体
チップを基板に接合する方法において、ＳｉＨの存在下
ではんだ付けステップを実施することによつてはんだ中
の酸化物を還元し、形成されたＨ＿２ＯとＳｉＯ＿２を
キャリア・ガスおよびＳｉＨ＿４と一緒に排出すること
を特徴とする無フラックスはんだ付け方法。 - （２）キャリア・ガスが窒素である、 特許請求の範囲第（１）項記載の方法。
- （３）キャリア・ガスが水素である、 特許請求の範囲第（１）項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US793404 | 1985-10-31 | ||
| US06/793,404 US4646958A (en) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | Fluxless soldering process using a silane atmosphere |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62104672A true JPS62104672A (ja) | 1987-05-15 |
| JPH0223266B2 JPH0223266B2 (ja) | 1990-05-23 |
Family
ID=25159847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61230242A Granted JPS62104672A (ja) | 1985-10-31 | 1986-09-30 | 無フラツクスはんだ付け方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4646958A (ja) |
| EP (1) | EP0221326B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62104672A (ja) |
| DE (1) | DE3685475D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0292454A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-03 | Kanto Yakin Kogyo Kk | 雰囲気熱処理方法 |
| JPH03180265A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-08-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 絶縁型ヒートパイプの接合方法 |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4821947A (en) * | 1988-02-08 | 1989-04-18 | Union Carbide Corporation | Fluxless application of a metal-comprising coating |
| US4937006A (en) * | 1988-07-29 | 1990-06-26 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for fluxless solder bonding |
| US5225711A (en) * | 1988-12-23 | 1993-07-06 | International Business Machines Corporation | Palladium enhanced soldering and bonding of semiconductor device contacts |
| US5048744A (en) * | 1988-12-23 | 1991-09-17 | International Business Machines Corporation | Palladium enhanced fluxless soldering and bonding of semiconductor device contacts |
| DE68907033T2 (de) * | 1988-12-23 | 1993-12-02 | Ibm | Löten und Verbinden von Halbleiterkontakten. |
| US4979664A (en) * | 1989-11-15 | 1990-12-25 | At&T Bell Laboratories | Method for manufacturing a soldered article |
| US5057969A (en) * | 1990-09-07 | 1991-10-15 | International Business Machines Corporation | Thin film electronic device |
| US5139704A (en) * | 1991-02-12 | 1992-08-18 | Hughes Aircraft Company | Fluxless solder |
| US5145104A (en) * | 1991-03-21 | 1992-09-08 | International Business Machines Corporation | Substrate soldering in a reducing atmosphere |
| FR2686212B1 (fr) * | 1992-01-13 | 1994-03-11 | Air Liquide | Procede d'application de composition de soudure sur des broches de composants electroniques. |
| US5249733A (en) * | 1992-07-16 | 1993-10-05 | At&T Bell Laboratories | Solder self-alignment methods |
| US5604831A (en) * | 1992-11-16 | 1997-02-18 | International Business Machines Corporation | Optical module with fluxless laser reflow soldered joints |
| JPH06209058A (ja) * | 1993-01-12 | 1994-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法，並びにその実装方法 |
| US5299731A (en) * | 1993-02-22 | 1994-04-05 | L'air Liquide | Corrosion resistant welding of stainless steel |
| US5499754A (en) * | 1993-11-19 | 1996-03-19 | Mcnc | Fluxless soldering sample pretreating system |
| US6021940A (en) * | 1993-12-15 | 2000-02-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method and apparatus for reflow soldering metallic surfaces |
| FR2713528B1 (fr) * | 1993-12-15 | 1996-01-12 | Air Liquide | Procédé et dispositif de fluxage par voie sèche de surfaces métalliques avant brasage ou étamage. |
| US5411200A (en) * | 1994-02-28 | 1995-05-02 | American Air Liquide, Inc. | Process and apparatus for the wave soldering of circuit boards |
| US5409159A (en) * | 1994-02-28 | 1995-04-25 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Apparatus and methods for inerting solder during wave soldering operations |
| US5615825A (en) * | 1995-05-12 | 1997-04-01 | Mcnc | Fluorinated fluxless soldering |
| US6013381A (en) * | 1996-12-06 | 2000-01-11 | Mcnc | Fluorinated fluxless soldering |
| US6092714A (en) * | 1999-03-16 | 2000-07-25 | Mcms, Inc. | Method of utilizing a plasma gas mixture containing argon and CF4 to clean and coat a conductor |
| US6489229B1 (en) | 2001-09-07 | 2002-12-03 | Motorola, Inc. | Method of forming a semiconductor device having conductive bumps without using gold |
| WO2006124625A2 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-23 | Nanosys, Inc. | Use of nanoparticles in film formation and as solder |
| SG192011A1 (en) * | 2011-01-17 | 2013-08-30 | Orthodyne Electronics Corp | Systems and methods for processing ribbon and wire in ultrasonic bonding systems |
| DE102011009964A1 (de) | 2011-02-01 | 2012-08-02 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zum Weich-, Hart- und Hochtemperaturlöten |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2768278A (en) * | 1954-06-11 | 1956-10-23 | Union Carbide & Carbon Corp | Gas shielded metal arc welding |
| US3012903A (en) * | 1960-05-03 | 1961-12-12 | Coast Metals Inc | Method of brazing |
| US3381081A (en) * | 1965-04-16 | 1968-04-30 | Cts Corp | Electrical connection and method of making the same |
| DE1552919A1 (de) * | 1966-12-06 | 1970-03-05 | Licentia Gmbh | Verfahren zum flussmittelfreien Weichloeten |
| US3665590A (en) * | 1970-01-19 | 1972-05-30 | Ncr Co | Semiconductor flip-chip soldering method |
| US3754698A (en) * | 1970-10-29 | 1973-08-28 | North American Rockwell | Hot gas fusion apparatus |
| US3921285A (en) * | 1974-07-15 | 1975-11-25 | Ibm | Method for joining microminiature components to a carrying structure |
| US4576659A (en) * | 1982-12-02 | 1986-03-18 | International Business Machines Corporation | Process for inhibiting metal migration during heat cycling of multilayer thin metal film structures |
-
1985
- 1985-10-31 US US06/793,404 patent/US4646958A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-09-26 EP EP86113231A patent/EP0221326B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-26 DE DE8686113231T patent/DE3685475D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-09-30 JP JP61230242A patent/JPS62104672A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0292454A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-03 | Kanto Yakin Kogyo Kk | 雰囲気熱処理方法 |
| JPH0579434B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1993-11-02 | Kanto Yakin Kogyo | |
| JPH03180265A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-08-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 絶縁型ヒートパイプの接合方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0221326A3 (en) | 1988-01-27 |
| JPH0223266B2 (ja) | 1990-05-23 |
| US4646958A (en) | 1987-03-03 |
| EP0221326B1 (en) | 1992-05-27 |
| DE3685475D1 (de) | 1992-07-02 |
| EP0221326A2 (en) | 1987-05-13 |
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