(57)【要約】【課題】固体金属と液体金属との接触部温度を正確に測定することが容易な温度測定方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】温度測定方法は、異種金属である、プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９とを接触させる工程と、プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９とを熱電対として、プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９との接触部の温度を測定する工程とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種金属である、固体金属と液体金属とを接触させる工程と、
前記固体金属と前記液体金属とを熱電対として、前記固体金属と前記液体金属との接触部の温度を測定する工程とを備えた、温度測定方法。
【請求項２】
前記固体金属がプリント配線板の導電部であり、前記液体金属が溶融はんだである、請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記プリント配線板のスルーホール内に前記導電部が形成された、請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項４】
前記溶融はんだがＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだおよびＳｎ−Ｐｂ系はんだよりなる群から選ばれる１種以上を含む、請求項２または３に記載の温度測定方法。
【請求項５】
スルーホールを有し、前記スルーホール内に導電部を有するプリント配線板を準備する工程と、
前記プリント配線板の前記スルーホール内に半導体素子のリードを挿入した状態で前記プリント配線板の前記導電部と前記リードとが液体状態のはんだに接触するように、前記プリント配線板を前記はんだに浸漬させる工程と、
前記はんだに浸漬された前記導電部と前記はんだとを熱電対として前記導電部と前記はんだとの接触部の温度を測定する工程と、
前記温度測定後に、前記はんだを固化させることにより前記プリント配線板に前記半導体素子を前記はんだで固定する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、熱電対による温度測定方法および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
はんだ付け部材を溶融はんだに浸漬させる、いわゆるディップはんだ付けにおいて、適切なはんだ付けが望まれる。そのためには、はんだ付け装置において、はんだ付けの際のはんだ温度およびはんだ付け時間などの条件が適切に設定されることが重要である。そして、はんだ付け装置におけるはんだ付け条件の適正化には、はんだ付け時のはんだ温度を把握することが特に重要である。
【０００３】
ディップはんだ付け時のはんだ温度の測定方法としては、はんだ付け部材の所望箇所に熱電対（たとえば、アルメル−クロメル）を固定して測定する方法が一般的である。そのような方法での一般的な測定方法について、はんだ付け部材としてのプリント配線板のはんだ温度を測定する方法を例に挙げて説明する。
【０００４】
プリント配線板にはスルーホールが形成されている。そして、スルーホールに部品のリードが挿入されている。このプリント配線板が溶融はんだに浸漬されて、そのスルーホールの内部にはんだが充填されることによりはんだ付けが行われる。このはんだ付けの際、プリント配線板の所望箇所に熱電対が固定されてはんだ温度が測定される。この熱電対の固定方法としては、熱電対をテープで貼り付ける方法、熱電対を接着剤で接着する方法、熱電対を高温はんだではんだ付けする方法などが広く使用されている。
【０００５】
しかしながら、上記の各々の熱電対の固定方法を用いたはんだ温度の測定方法には、それぞれ問題点がある。まず、熱電対をテープで貼り付ける方法では、測定中にテープが剥がれる場合が多いため、安定した温度測定ができない。
【０００６】
また、熱電対を接着剤で接着する方法では、一般的に樹脂系の接着剤が用いられる。樹脂は熱伝導性が悪いため、熱電対先端と測定対象物の間に接着剤が入り込むと正確な温度測定ができない場合がある。また、接着剤自体の熱容量により熱が吸収されるため、熱電対に正確な温度測定値が反映されない。
【０００７】
また、熱電対を高温はんだではんだ付けする方法では、上記のテープや接着剤を用いる方法と比較すると、はんだが金属材質であるため熱伝導性が良好である。また、はんだ付けしているため、熱電対と測定対象物との固定も確実である。しかし、熱電対を測定対象箇所に高温はんだで固定する作業は、極めて困難であり、作業者の熟練を要する。
【０００８】
上記の問題点に対して、熱電対（クロメル・アルメル型）の測温部が溶接された銅板を温度測定箇所（プリント基板に実装されている部品のリード線）に巻いて圧着することにより、測温部を温度測定箇所に固定する温度測定補助具が提案されている（たとえば、特開２００３−１６１６５８号公報：特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１６１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ディップはんだ付け時の温度測定は、プリント配線板のスルーホールへのはんだ上がり性を評価する場合に行われることが多い。そのため、スルーホール内部の温度を測定したいとの要望がある。
【００１０】
しかし、従来技術においては、熱電対の固定箇所は、たとえば、プリント配線板のはんだ付け面側のランド、部品などの搭載面側のランドまたは部品のリードである。したがって、スルーホール内部の温度を正確に測定することは困難である。
【００１１】
また、スルーホール内部のような狭い箇所に熱電対を固定することは困難である。さらに、高温の液体状のはんだにはんだ部材が浸漬される際に、熱電対が温度測定箇所から剥がれることにより、安定した温度測定をすることは困難である。
【００１２】
すなわち、スルーホール内部などの固体金属と液体状のはんだとの接触部の温度を正確に測定することが困難である。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体金属と液体金属との接触部温度を正確に測定することが容易な温度測定方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の温度測定方法は、異種金属である、固体金属と液体金属とを接触させる工程と、固体金属と液体金属とを熱電対として、固体金属と液体金属との接触部の温度を測定する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の温度測定方法によれば、異種金属である、固体金属と液体金属とを熱電対として、固体金属と液体金属との接触部温度を測定するので、固体金属と液体金属との接触部温度を正確に測定することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。図１を参照して、まずプリント配線板が準備される。このプリント配線板は、基材１と、導電部３と、配線パターン４と、ランド６と、ランド７とを有するように形成される。プリント配線板の基材１にはスルーホール２が形成されている。スルーホール２の壁面には導電部３が形成されている。基材１の一方表面（部品搭載面）には、スルーホール２の周囲を取り囲むようにランド７が形成されており、このランド７に接続された配線パターン４が形成されている。基材１の他方表面（はんだ付け面）には、スルーホール２の周囲を取り囲むようにランド６が形成されている。ランド６とランド７とは、導電部３により電気的に接続されている。
【００１８】
基材１は、たとえばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた構成を有している。導電部３、配線パターン４およびランド６、７は、たとえば銅めっきで形成されており、互いに同じ銅めっきの層により形成されていてもよい。
【００１９】
このプリント配線板のスルーホール２内に部品８（たとえば半導体素子）のリード５が挿入される。この状態で、プリント配線板のはんだ付け面が溶融はんだ９に浸漬される。これにより、スルーホール２壁面の導電部３とリード５との双方が溶融はんだ９に接する。つまり、互いに異種金属である、導電部３（固体金属）と溶融はんだ９（液体金属）とが接触する。そして、はんだ上がりにより、スルーホール２の内部に溶融はんだ９が充填される。
【００２０】
溶融はんだ９には、たとえば、一般的な鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだが適用され得る。また、たとえば、溶融はんだ９の温度は、２５０℃とされ得る。なお、フラックスは、たとえば、標準的なＲＭＡ（Mildly Activated Rosin base：弱活性ロジンフラックス）タイプが使用され得る。
【００２１】
プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９とが接触した状態でこの導電部３と溶融はんだ９とを熱電対として、導電部３と溶融はんだ９との接触部である測温部１１の温度が測定される。つまり、スルーホール２の内部の温度測定方法として、互いに異種金属である固体金属（導電部３）と液体金属（溶融はんだ９）とを熱電対として、固体金属と液体金属との接触部の温度が測定される。
【００２２】
この温度測定時には、配線パターン４に銅線１３が接続され、溶融はんだ９に端子１２が挿入され、端子１２の溶融はんだ９に挿入された先端にコンスタンタン線１５が接続される。そして、銅線１３、１４およびコンスタンタン線１５は電圧計１０に接続される。
【００２３】
これにより、固体金属であるプリント配線板の導電部３と液体金属である溶融はんだ９とを熱電対として、スルーホール２内の導電部３と溶融はんだ９との接触部である測温部１１の温度が測定される。
【００２４】
この後、プリント配線板がはんだ浴より引き上げられて、スルーホール２内のはんだが固化することにより部品８がプリント配線板にはんだにより固定される。これにより、図３に示す半導体装置が製造される。
【００２５】
図３に示す半導体装置は、上記のプリント配線板（基材１と、導電部３と、配線パターン４と、リード５と、ランド６と、ランド７とを有する）と、部品８と、はんだフィレット３１とを有している。溶融はんだ９が固化したはんだフィレット３１は、導電部３とリード５との隙間、リード５とランド６の下面との間、リード５とランド７の上面との間に形成されている。
【００２６】
続いて、上記の半導体装置の製造方法における導電部３と溶融はんだ９との接触部の温度測定方法の詳細を説明する。
【００２７】
図２は、本実施の形態における温度測定方法の回路図を模式的に示す図である。図２を参照して、銅線２３と銅線２４との間に発生する電圧値Ｖ１と、銅線２４とコンスタンタン線２５との間に発生する電圧値Ｖ２とが電圧計２１にて測定される。接触部温度Ｔは、プリント配線板のスルーホール２２内の導電部３と溶融はんだ２７との接触部温度である。基準温度Ｔ１は、熱電対の基準温度である。接触温度Ｔ２は、端子２６と溶融はんだ２７との接触温度である。また、接触部２８は、スルーホール２２内の導電部３と溶融はんだ２７との接触部である。接触部２９は、端子２６と溶融はんだ２７との接触部である。
【００２８】
測定の目的である接触部温度Ｔは、式（１）より得ることができる。また、ここでは測定精度を向上させるため接触温度Ｔ２が用いられている。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
式（１）において、Ｔはスルーホール２２内の導電部３と溶融はんだ２７との接触部温度［℃］である。Ｔ２は端子２６と溶融はんだ２７の接触温度［℃］である。Ｋ１は銅とはんだとの間の熱起電力係数［℃／Ｖ］である。Ｖ１は銅線２３と銅線２４の間に発生する電圧値［Ｖ］である。Ｋ２は銅とコンスタンタン間との熱起電力係数［℃／Ｖ］である。Ｖ２は端子（銅）２６とコンスタンタン線２５との間に発生する電圧値［Ｖ］である。ここでは熱起電力係数は、いわゆるゼーベック係数の逆数と定義している。
【００３１】
次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、異種金属である、固体金属と液体金属とを熱電対として、固体金属と液体金属との接触部の温度を測定するので、固体金属と液体金属との接触部温度を正確に測定することが容易となる。
【００３２】
すなわち、従来技術では熱電対の固定箇所は、たとえば、部品のリードであったのに対して、本実施の形態では、スルーホール２壁面の導電部３（固体金属）と溶融はんだ９（液体金属）とを熱電対としてその接触部温度を測定しているので、直接その接触部温度を測定することができる。また、端子１２が溶融はんだ９に挿入されていればよく、スルーホール２の内部に熱電対が接着剤などにより固定されている必要がない。また、液体金属であるため、溶融はんだ９をスルーホール２の内部のような狭い箇所でも容易に接触することができる。さらに、高温の液体状のはんだに浸漬される温度測定箇所に熱電対が接着剤などにより固定されていないので、熱電対が温度測定箇所から剥がれることがない。
【００３３】
また、本実施の形態においては、プリント配線板を溶融はんだ９に浸漬させるはんだ付けにおいて、固体金属がプリント配線板の導電部３であり、液体金属が溶融はんだ９である。したがって、プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９の接触部である測温部１１の温度を正確に測定することが容易となる。
【００３４】
また、本実施の形態においては、プリント配線板のスルーホール２内に導電部３が形成されている。したがって、スルーホール２内部の温度を正確に測定することが容易となる。スルーホール２内部の温度を正確に測定することで、はんだ付け装置のはんだ条件を適正化することができる。
【００３５】
これにより、適正なはんだ上がり量を実現することができる。はんだ上がり量が少ないと、はんだに亀裂が入った場合にすぐに破断に至り、製品の機能を維持できなくなる問題がある。適正なはんだ上がり量を実現することでこの問題を防ぐことができる。適正なはんだ上がり量にすることで、信頼性の高いプリント配線板、半導体装置および電子機器を得ることができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、溶融はんだ９がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだである。したがって、プリント配線板の導電部３と溶融はんだ９の接触部温度を正確に測定することが容易となる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、溶融はんだ９に浸漬された導電部３と溶融はんだ９とを熱電対として導電部３とはんだとの接触部である測温部１１の温度が測定される。そして、この温度測定後に、溶融はんだ９の固化によりプリント配線板に半導体素子である部品８がはんだ９で固定される。したがって、はんだ付け装置のはんだ条件を適正化することができ、信頼性の高いプリント配線板、半導体装置および電子機器を製造することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、固体金属としてプリント配線板のスルーホール２内の導電部３と、液体金属として溶融はんだ９とを用いた熱電対により、プリント配線板のスルーホール２内の導電部３と溶融はんだ９との接触部の温度を測定する温度測定方法を記載したが、これに限定されない。異種金属である、固体金属と液体金属とを接触させて熱電対としてその接触部の温度を測定する温度測定方法であればよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、基材１としてガラスクロスにエポキシ樹脂を含有させた基材の場合について説明したが、これに限定されない。絶縁性を有する材料、たとえば、ガラス不織布、紙基材などにポリイミド樹脂、フェノール樹脂などを含有させた基材が用いられ得る。
【００４０】
また、本実施の形態では、溶融はんだ９は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの場合について説明したが、これに限定されない。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだおよびＳｎ−Ｐｂ系はんだよりなる群から選ばれる１種以上を含むはんだが用いられ得る。
【００４１】
また、本実施の形態では、コンスタンタン線２５を用いる場合について説明したが、これに限るものではない。銅と異種金属材料である、鉄、アルメル、クロメルなどが用いられ得る。
【００４２】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、はんだ部材を溶融はんだに浸漬させるはんだ付けにおける温度測定方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施の形態１の温度測定方法を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１の温度測定方法の回路図を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  基材、２  スルーホール、３  導電部、４  配線パターン、５  リード、６  ランド、７  ランド、８  部品、９  溶融はんだ、１０  電圧計、１１  測温部、１２  端子、１３  銅線、１４  銅線、１５  コンスタンタン線、２１  電圧計、２２  スルーホール、２３  銅線、２４  銅線、２５  コンスタンタン線、２６  端子、２７  溶融はんだ、２８  接触部、２９  接触部、３１  はんだフィレット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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