(57)【要約】【課題】プリント基板中のランドと、端子の間を確実にはんだ付けし、かつ周辺にはんだボールやフラックス残渣を飛散させないためのはんだ付け方法、およびそれに用いるはんだごてを提供する。【解決手段】軸方向に貫通し両端が開口した筒を備え、筒の先端部内面がはんだに対して濡れにくい材料で形成され、筒は糸はんだ及びアシスト気体が通過可能な筒内径を有し、アシスト気体による筒内部の圧力上昇を防止する圧力逃がし部を有するはんだごてを用いることにより、溶融はんだにより筒の先端部が塞がった場合においても、アシスト気体による筒内部の圧力上昇が防止できるため、周辺にはんだボールやフラックス残渣が飛散するのを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通し両端が開口した筒を備え、前記筒の先端部内面がはんだに対して接触角が９０度より大きい材料で形成され、前記筒は糸はんだ及びアシスト気体が通過可能な筒内径を有し、前記アシスト気体による前記筒内部の圧力上昇を防止する圧力逃がし部を有するはんだごてと、前記先端部を加熱させる加熱手段と、前記筒内部を通じ後端部より前記先端部に向かって気体を流入させる気体流入手段と、を準備し、前記気体流入手段により前記先端部に向けて前記アシスト気体を流入させ、前記先端部を半導体装置の端子に接近させ、前記糸はんだを前記後端部より前記先端部に投入させ、前記加熱手段により前記先端部において前記糸はんだを溶融させ、前記圧力逃がし部により前記筒内部の圧力上昇を防止することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記圧力逃がし部が、前記筒内部と前記筒の外部側面を貫通させたガス排出口であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記圧力逃がし部に、前記筒内部の圧力上昇時に開放する弁が設けられていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
軸方向に貫通し両端が開口した筒を備え、前記筒の先端部内面がはんだに対して接触角が９０度より大きい材料で形成され、前記筒は糸はんだ及びアシスト気体が通過可能な筒内径を有するとともに、前記アシスト気体による前記筒内部の圧力上昇を防止する圧力逃がし部を有することを特徴とする、はんだごて。
【請求項５】
前記圧力逃がし部が、前記筒内部と前記筒の外部側面を貫通させたガス排出口であることを特徴とする、請求項４に記載のはんだごて。
【請求項６】
前記圧力逃がし部に、前記筒内部の圧力上昇時に開放する弁が設けられていることを特徴とする、
請求項４または５に記載のはんだごて。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法、特に接合対象物をはんだ付けする方法、およびそれに用いるはんだごてに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールなどの半導体装置の製造工程において、プリント基板のランドと金属ピンやワイヤなどの端子のはんだ付けを行う際に、はんだごてのこて先が円筒状であり、また先端部内面がはんだに対して濡れにくい材料で形成されるはんだごてを用いて行う方法が知られている（特許文献１）。このはんだごてを用い、一回のはんだ付けに必要な長さに切断した糸はんだを筒の後端部から投入すれば、糸はんだは先端部まで落下してランドや端子に達する。そして先端部で糸はんだを溶融させることにより、ランドと端子が一定量のはんだで接合される。具体的な製造方法を以下に述べる。
【０００３】
図８及び図９は、上記はんだごてを用いた従来のはんだ付け方法を示した断面図である。
図８（ａ）は従来のはんだ付け方法を実施する前の状態を示している。はんだごて１はこて先が円筒状であり、また先端部内面がはんだに対して濡れにくい材料で形成されている。またはんだごて１には抵抗体や磁性体などで構成された加熱手段（図示せず）が搭載され、はんだ付けの際に先端部での加熱溶融を可能としている。
またはんだごて１の内部には、先端部に向けてアシスト気体４が常時流されている。このアシスト気体４の役割としては、一つは端子やランドなどのはんだ付け対象物、及びはんだの酸化を防止することである。またもう一つは筒内をアシスト気体４が通過する際に高温化させ、はんだ付け対象物を対流熱伝導によりアシスト加熱することである。
プリント基板２ａのはんだ付けが必要な箇所にはスルーホールが設けられ、そのスルーホールの内部及び表面近傍を覆うようにランド２ｂが設けられている。はんだ付けを実施するに際し、端子３をプリント基板２ａのはんだごて１が位置する側の反対側から挿入し、固定している。
【０００４】
図８（ｂ）は従来のはんだ付け方法の第一段階を示している。前記加熱手段により加熱されているはんだごて１の先端部を、ランド２ｂ及び端子３に近接もしくは当接させ、輻射熱や伝導熱を用いてランド２ｂ及び端子３への加熱を実施している。また筒内で加熱されたアシスト気体４をプリント基板２ａのスルーホール内に送り込むことにより、はんだごて１の近傍のみならず、ランド２ｂや端子３全体の加熱を行っている。
【０００５】
図９（ａ）は従来のはんだ付け方法の第二段階を示している。はんだごて１の他端に設置された糸はんだ供給手段（図示せず）を用い、はんだ付けに必要な量の糸はんだ５ａをはんだごて１の先端に供給している。なお、この時点では糸はんだ５ａはすべて溶融しておらず、隙間が存在するため、アシスト気体４はプリント基板２ａの反対側に抜けている。
図９（ｂ）は従来のはんだ付け方法の第三段階を示している。はんだごてに搭載された加熱手段やアシスト気体からの対流熱伝導により、供給されたはんだは溶融して溶融はんだ５ｂとなり、ランド２ｂと端子３の間を塞ぐようにはんだ付けされていることがわかる。
このように円筒状のはんだごてを用い、筒内部の閉鎖空間ではんだ付けを行うことで、はんだボールやフラックス残渣の周辺への飛散を抑えることができるのが本方法の利点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特再公表２００８−２３４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら本発明者の鋭意研究の結果、上記方法によるはんだ付けでは、はんだボールやフラックス残渣の周辺への飛散を完全に抑えることができないことが明らかとなった。原因を以下に示す。
図９（ｂ）において、供給された糸はんだは溶融して溶融はんだ５ｂとなり、ランド２ｂと端子３、さらにははんだごて１との間を塞ぐようにはんだ付けされているが、この間にもアシスト気体４は常時はんだごて１の先端部に向けて供給されている。そのため供給されたアシスト気体４は行き場を失い、はんだごて１の筒内部は圧力が上昇することとなる。
【０００８】
その状態ではんだごて１をはんだ付け部から離した場合、図１０に示すように筒内の圧力が一気に開放されることから、はんだボール５ｃやフラックス残渣６が周囲に飛散してしまうのが原因であることが明らかとなった。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ランドと端子の間を確実にはんだ付けし、かつ周辺にはんだボールやフラックス残渣を飛散させないための半導体装置の製造方法、およびそれに用いるはんだごてを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、この発明の一態様では、半導体装置の製造方法は、軸方向に貫通し両端が開口した筒を備え、前記筒の先端部内面がはんだに対して接触角が９０度より大きい材料で形成され、前記筒は糸はんだ及びアシスト気体が通過可能な筒内径を有し、前記アシスト気体による前記筒内部の圧力上昇を防止する圧力逃がし部を有するはんだごてと、前記先端部を加熱させる加熱手段と、前記筒内部を通じ後端部より前記先端部に向かって気体を流入させる気体流入手段と、を準備し、前記気体流入手段により前記先端部に向けて前記アシスト気体を流入させ、前記先端部を半導体装置の端子に接近させ、前記糸はんだを前記後端部より前記先端部に投入させ、前記加熱手段により前記先端部において前記糸はんだを溶融させ、前記圧力逃がし部により前記筒内部の圧力上昇を防止する構成とする。
【００１０】
またこの発明の他の様態では、はんだごては、軸方向に貫通し両端が開口した筒を備え、前記筒の先端部内面がはんだに対して接触角が９０度より大きい材料で形成され、前記筒は糸はんだ及びアシスト気体が通過可能な筒内径を有するとともに、前記アシスト気体による前記筒内部の圧力上昇を防止する圧力逃がし部を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の手段によれば、円筒状のはんだごての先端部がすべて塞がれている状態であっても、圧力逃がし部からアシスト気体を逃がすことができるように構成されているため、アシスト気体によるはんだごて内の圧力上昇を防止することが可能となる。
このことから、従来はんだごて内部で圧力が高まったアシスト気体が先端部の隙間から一気に放出されることにより、はんだボールやフラックス残渣が周囲に飛散していたのに対し、この発明においてははんだごての内部圧力は上昇していないためこのような現象は発生しない。
それゆえはんだボールやフラックス残渣の周囲への飛散を防止することが可能となり、半導体装置の信頼性を向上させ、また製造時の不良率の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の第１実施例に係るはんだごてを示した全体図である。
【図２】この発明の第１実施例に係るはんだ付け方法（その１）を示した断面図である。
【図３】この発明の第１実施例に係るはんだ付け方法（その２）を示した断面図である。
【図４】この発明の第１実施例に係るはんだ付け方法（その３）を示した断面図である。
【図５】この発明の第２実施例に係るはんだ付け方法（その１）を示した断面図である。
【図６】この発明の第２実施例に係るはんだ付け方法（その２）を示した断面図である。
【図７】この発明の第２実施例に係るはんだ付け方法（その３）を示した断面図である。
【図８】この発明の従来例に係るはんだ付け方法（その１）を示した断面図である。
【図９】この発明の従来例に係るはんだ付け方法（その２）を示した断面図である。
【図１０】この発明の従来例に係るはんだ付け方法（その３）を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
＜実施例１＞
図１から図４は、本発明に係るはんだごてを用いたはんだ付け方法の第１実施例を示した断面図である。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例に係るはんだごての全体図を示している。はんだごて１は軸方向に貫通し両端が開口した筒を備えており、こて先が円筒状であり、また少なくとも先端部内面は耐熱性でかつはんだに対して接触角が９０度より大きく、濡れにくい材料で形成されている。材料としては例えばセラミック、またはステンレス、チタンなどの非はんだ濡れ性金属が望ましい。またセラミックの場合は、窒化アルミニウム、炭化珪素などの高熱伝導性セラミックが特に望ましい。はんだが濡れにくい材質で構成されるため、はんだ食われによる消耗が発生しにくく、また高熱伝導性材料であるため、はんだ及びはんだ付け部材を素早く加熱することが可能だからである。
【００１５】
またはんだごて１にはこて自体もしくはその周辺に加熱手段９が搭載され、はんだ付けの 際に先端部での加熱溶融を可能としている。例えばこて自体を抵抗体あるいは発熱体を埋め込んだセラミックで成形し、直接通電してもよい。またこて自体を磁性体で成形し、外周にコイルを巻いて高周波電力を印加することにより加熱してもよい。もしくはこてとは別体のヒータを周囲に配置してもよい。
【００１６】
なお本発明の実施の形態に係るはんだごて１は、上記の条件に適合するものであれば単一材料から成っていても、複数部材の組み合わせであってもよい。
またはんだごて１の内部には、アシスト気体流入手段（図示せず）からガイド管１０を通じてアシスト気体４が常時流されている。このアシスト気体４の役割としては、第一にははんだや端子の酸化を防止することである。また第二には筒内をアシスト気体４が通過する際に高温化させ、はんだ付け対象を対流熱伝導によりアシスト加熱することである。アシスト気体４としては、第一の役割を優先する場合は窒素やアルゴンなどの不活性ガスが適している。また第二の役割を優先する場合にはコストもかんがみて空気が適している。
さらにはんだごて１には、筒内のアシスト気体４の圧力上昇を防止するため、圧力逃がし部７が新たに設けられている。具体的には、はんだごて１の円筒部に、筒内部と筒の外部側面を貫通させるように設けられた圧力抜き用のガス排出口が設けられている。
【００１７】
図２（ａ）は本発明の第１実施例に係るはんだ付けを実施する前の状態を示している。上記はんだごて１の他に、はんだ付け対象物としてプリント基板２ａ及びピン３が用意される。プリント基板２ａのはんだ付けが必要な箇所にはスルーホールが設けられ、そのスルーホールの内部及び表面近傍を覆うようにランド２ｂが設けられている。はんだ付けを実施するに際し、はんだ付けしたい端子３をプリント基板２ａのはんだごて１が位置する側の反対側から挿入し、固定している。
図２（ｂ）は本発明の第１実施例に係るはんだ付け方法の第一段階を示している。前記加熱手段により加熱されているはんだごて１の先端部を、ランド２ｂ及び端子３に近接もしくは当接させ、輻射熱や伝導熱を用いて、ランド２ｂ及び端子３への加熱を実施している。またはんだごて１の筒内で加熱されたアシスト気体４をプリント基板２ａのスルーホール内に送り込むことにより、はんだごて１の近傍のみならず、はんだ付けを行うランド２ｂ及び端子３全体の加熱を行っている。
【００１８】
図３（ａ）は本発明の第１実施例に係るはんだ付け方法の第二段階を示している。糸はんだ供給手段（図示せず）から前記ガイド管１０を通じて、はんだ付けに必要な量の糸はんだ５ａをはんだごて１の先端に供給している。なお、この時点では糸はんだ５ａはすべて溶融しておらず、隙間が存在するため、アシスト気体４はスルーホールを通じてプリント基板２ａの反対側に抜けており、はんだごて１内の圧力は上昇していない。
図３（ｂ）は本発明の第１実施例に係るはんだ付け方法の第三段階を示している。はんだごてに搭載された前記加熱手段９やアシスト気体からの対流熱伝導により、供給されたはんだは溶融して溶融はんだ５ｂとなり、ランド２ｂと端子３の間を塞ぐようにはんだ付けされていることがわかる。
【００１９】
先に述べたように、この段階においてはんだごて１の先端部はランド２ｂ、端子３及び溶融はんだ５ｂですべて塞がれている状態である。しかし図３（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係るはんだごて１は圧力逃がし部７からアシスト気体４を逃がすことができるように構成されているため、アシスト気体４によるはんだごて１内の圧力上昇を防止することが可能となっている。
【００２０】
図４は本発明の第１実施例に係るはんだ付け方法の最終段階を示している。溶融はんだ５ｂがはんだ付け部全体に十分浸透したところで、はんだごて１をはんだ付け部から離すことにより、溶融はんだ５ｂが冷却され、はんだ付けが完了する。この際従来例では、はんだごて１内部で圧力が高まったアシスト気体４が先端部の隙間から一気に放出されることにより、はんだボールやフラックス残渣が周囲に飛散していた。しかし本実施例においては、はんだごて１の内部圧力は上昇していないためこのような現象は発生せず、はんだボールやフラックス残渣の周囲への飛散を防止することが可能となっている。
【００２１】
＜実施例２＞
図５から図７は、本発明に係るはんだごてを用いたはんだ付け方法の第２実施例を示した断面図である。以下、第１実施例とは異なる点を主に説明し、共通する構成については一部説明を省略する。
【００２２】
図５（ａ）は本発明の第２実施例に係るはんだ付けを実施する前の状態を示している。はんだごて１には、筒内のアシスト気体４の圧力上昇を防止するため、圧力逃がし部７が設けられている。さらに本実施例においては、第１実施例と異なる点として、圧力逃がし部７を構成するはんだごて１の圧力抜き用ガス排出口に弁８が設けられている。
【００２３】
図５（ｂ）は本発明の第２実施例に係るはんだ付け方法の第一段階を示している。加熱手段により加熱されているはんだごて１の先端部を、ランド２ｂ及び端子３に近接もしくは当接させ、輻射熱や伝導熱を用いて、ランド２ｂ及び端子３への加熱を実施している。またはんだごて１の筒内で加熱されたアシスト気体４をプリント基板２ａのスルーホール内に送り込むことにより、はんだごて１の近傍のみならず、はんだ付けを行うランド２ｂ及び端子３全体の加熱を行っている。
【００２４】
図６（ａ）は本発明の第２実施例に係るはんだ付け方法の第二段階を示している。糸はんだ供給手段（図示せず）からガイド管１０を通じて、はんだ付けに必要な量の糸はんだ５ａをはんだごて１の先端に供給している。
なお図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）に示すように、上記前段階、第一段階及び第二段階において、弁８は圧力逃がし部７を構成するはんだごて１の圧力抜き用ガス排出口を閉鎖する位置に配置されている。
【００２５】
図６（ｂ）は本発明の第２実施例に係るはんだ付け方法の第三段階を示している。はんだごて１に搭載された加熱手段やアシスト気体４からの対流熱伝導により、供給されたはんだは溶融して溶融はんだ５ｂとなり、ランド２ｂと端子３の間を繋ぐようにはんだ付けされていることがわかる。
【００２６】
さらにこの段階において、弁８に付随する開閉制御手段（図示せず）を用い、弁８が開放するように制御されている。
先に述べたように、この段階においてはんだごて１の先端部はランド２ｂ、端子３及び溶融はんだ５ｂですべて塞がれている状態である。しかし図６（ｂ）に示すように、この段階では弁８が開放され、圧力逃がし部７からアシスト気体４を逃がすことができるように構成されているため、アシスト気体４によるはんだごて１内の圧力上昇を防止することが可能となっている。
【００２７】
図７は本発明に係るはんだ付け方法の最終段階を示している。溶融はんだ５ｂがはんだ付け部全体に十分浸透したところで、はんだごて１をはんだ付け部から離すことにより、溶融はんだ５ｂを冷却することにより、はんだ付けが完了する。本実施例においても実施例１と同様、はんだごて１の内部圧力は上昇していないため、はんだボールやフラックス残渣の周囲への飛散を防止することが可能となった。
このようにすることにより、前記第一段階及び第二段階においては弁８が閉鎖されているため、この段階でのアシスト気体４の外部への漏えいや外部雰囲気によるコンタミネーションを防止することができる。
【００２８】
なお弁８の開閉の制御に関しては、はんだごて１内に圧力計（図示せず）を設置し、内部圧力が変化した場合に制御信号を発するようにして開閉手段を動作させてもよい。また弁８を逆止弁にしてもよい。例えばばね等の弾性体を用いて開閉手段を構成し、圧力が上昇していない場合には前記弾性体の弾性力を用いて弁８を閉鎖させるとともに、はんだごて１内が外部に比べて圧力が上昇し、弾性力より内部圧力が上回った場合には弁８が自動的に開放するようにすることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    はんだごて
２ａ  プリント基板
２ｂ  ランド
３    端子
４    アシスト気体
５ａ  糸はんだ
５ｂ  溶融はんだ
５ｃ  はんだボール
６    フラックス残渣
７    圧力逃がし部
８    弁
９    加熱手段
１０  ガイド管
【図１】
2014146630.tif 000003
【図２】
2014146630.tif 000004
【図３】
2014146630.tif 000005
【図４】
2014146630.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014146630.tif 000008
【図７】
2014146630.tif 000009
【図８】
2014146630.tif 000010
【図９】
2014146630.tif 000011
【図１０】
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