(57)【要約】      （修正有）【課題】支持板と電子部品とを固着するろう材に気泡が形成されるのを防止する。【解決手段】ろう材3の溶融温度より低いが常温よりも高い温度に線状のろう材3をフィーダ4内で加熱し、ろう材3の溶融温度より高い温度に加熱されてフィーダ4の下方に配置された支持板1に接触させる。次に、支持板1の熱によりろう材3の下端部を溶融させて、自重により滴下させ、更にそのろう材3上に電子部品2を付着させる。その後、支持板1を冷却して電子部品2を支持板1上に固着させる。半田材3は予め加熱されており、かつ支持板1に接触するまでフィーダ4内で溶融しないので、所定量の溶融半田を確実に供給でき、かつ気泡を巻き込むのを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材の溶融温度より低いが常温よりも高い温度に線状の前記ろう材をフィーダ内で加熱する過程と、
ろう材の溶融温度より高い温度に加熱されて前記フィーダの下方に配置された支持板に向かい前記ろう材を移動させて、前記フィーダから繰り出した前記ろう材の下端部を前記支持板に接触させる過程と、
前記支持板の熱により前記ろう材の下端部を溶融させて、前記支持板上に溶融した所定量の前記ろう材を自重により滴下する過程と、
前記支持板上に付着した前記ろう材上に電子部品を付着させる過程と、
前記支持板を冷却して前記ろう材により電子部品を支持板上に固着する過程とを含む支持板上への電子部品の固着法。
【請求項２】
前記ろう材の溶融温度より２０℃〜８０℃低い温度で前記ろう材を前記フィーダ内に保持する過程を含む請求項１に記載の支持板上への電子部品の固着法。
【請求項３】
２１０℃〜２３０℃の溶融温度にある錫(Sn)、銀(Ag)及び銅(Cu)の合金により線状の前記ろう材を形成する過程と、
前記溶融温度よりも低い１３０℃〜２１０℃の温度に前記ろう材を前記フィーダ内で加熱する過程とを含む請求項１又は２に記載の支持板上への電子部品の固着法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう材内の気泡形成を防止して電子部品を支持板に確実に固着する支持板上への電子部品の固着法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の支持板及びリード端子をタイバー（連結細条）によって相互に連結するリードフレームを用意し、ダイボンダを使用して支持板の主面に半導体チップを固着するトランジスタ又はＩＣ等の半導体装置の製法は公知である。図２に示すように、半導体チップを支持板(1)上に固着する際に、搬送装置(10)、フィーダ（半田供給装置）(14)及びダイボンダ（電子部品実装装置）を備えた半田付け装置が使用される。搬送装置(10)は、リードフレーム(11)の長手方向に延伸する金属製のレール(6)と、レール(6)を半田材(3)の溶融温度以上に加熱する図示しないヒータと、レール(6)上に配置されたリードフレーム(11)をレール(6)に沿ってリードフレーム(11)の長手方向に搬送する図示しない駆動装置とを備える。搬送装置(10)の周囲を包囲するカバー(5)内には、リードフレーム(11)又はその上に供給される半田材(3)の酸化を防止する窒素等のフォーミングガスが充填されるため、カバー(5)内でフォーミングガス雰囲気に暴露されるレール(6)及びリードフレーム(11)は、半田付け工程中に外気に触れず、酸化されない。
【０００３】
線状又は糸状に形成された半田材(3)をリードフレーム(11)上に供給するフィーダ(14)は、搬送装置(10)の上方に設置される。フィーダ(14)は、ローラ送り又はクランク送りにより線状の半田材(3)をフィーダ(14)の先端のノズル(19)から繰り出す図示しない繰り出し装置と、搬送装置(10)のカバー(5)に形成された開孔(16)を通じて、レール(6)に対して進退自在にフィーダ(14)を垂直方向に移動する図示しないフィーダ駆動装置とを備えている。図示しないダイボンダは、半導体チップを保持し且つ半導体チップをリードフレーム(11)の支持板(1)上に配置するコレットと、搬送装置(10)のカバー(5)に形成された開孔(16)を通じてレール(6)に対してコレットを進退自在に垂直方向に移動するコレット駆動装置と、半導体チップをコレットに真空吸引して保持する真空吸引装置とを備えている。
【０００４】
図２の半田付け装置を使用して半導体チップの半田付けを行う際に、まず、レール(6)をヒータにより半田材(3)の溶融温度以上に加熱し、加熱されたレール(6)上にリードフレーム(11)を配置する。次に、搬送装置(10)のレール(6)に沿って所定のピッチ間隔でリードフレーム(11)の長手方向にリードフレーム(11)を搬送し、半田材(3)を供給すべき支持板(1)をフィーダ(14)の下方に配置して停止させる。続いて、図２に示すように、繰り出し装置によりフィーダ(14)内の線状の半田材(3)をノズル(19)から所定量繰り出した状態で、フィーダ駆動装置によりフィーダ(14)を下降させる。線状の半田材(3)の先端がリードフレーム(11)の上面に対して進退自在に移動するフィーダ(14)をリードフレーム(11)に向かって下降させると、フィーダ(14)から繰り出された線状の半田材(3)がリードフレーム(11)に接触する。リードフレーム(11)に接触した半田材(3)は、レール(6)を介してヒータによって半田材(3)の溶融温度以上の温度にリードフレーム(11)が既に加熱されているため、図２に示すように、支持板(1)上で溶融する。この際、ノズル(19)から繰り出された所定量の半田材(3)が溶融されて自重により滴下し、支持板(1)上に付着する。この後、フィーダ(14)は、上方の初期位置に上昇し、次の支持板(1)が下方に搬送されるまで、初期位置に保持される。
【０００５】
次に、リードフレーム(11)を再び所定のピッチ間隔でリードフレーム(11)の長手方向に搬送し、溶融半田が付着した支持板(1)をダイボンダの下方に配置して停止する。続いて、半導体チップを真空吸着したコレットを下降させて、溶融半田上に半導体チップを配置する。コレットに保持された半導体チップの下面が溶融半田を介して支持板(1)の上面に付着した状態で、コレットを支持板(1)に対して平行に反復移動させると、溶融半田を半導体チップの下面全体に広げることができる。この後、半田材(3)を冷却硬化すれば、半導体チップを支持板(1)上に固着できる。この固着法では、線状の半田材(3)を加熱した支持板(1)に接触させて溶融するため、フィーダ(14)から繰り出す半田材(3)の量を調整して、支持板(1)上に供給される半田材(3)の量を比較的良好に制御できる利点がある。
【０００６】
しかしながら、従来の固着法では、支持板(1)上に供給された溶融半田内に気泡（ボイド）が封入され易い欠点があった。溶融半田内に気泡が包含されると、半導体チップと支持板(1)との間の気泡により半田層の熱伝導性が損なわれ、また、半導体チップの支持板(1)に対する機械的接着強度も低下する。特にヒートサイクル試験を行うと、気泡の膨張と収縮が反復され、支持板(1)と半導体チップとの電気的接続不良が発生する危険がある。溶融半田内に気泡が発生する理由は必ずしも明確ではないが、半田材(3)の不十分な加熱によるものと考えられる。即ち、十分に加熱されない線状の半田材(3)がフィーダ(14)から供給されて支持板(1)に接触すると、図３に示すように、半田材(3)が接触した支持板(1)の中央面(18)は、中央面(18)の周囲の外側面(20)よりも部分的に且つ顕著に温度が低下する。中央面(18)よりも表面温度の高い外側面(20)に向かって、溶融半田(13)は、中央面(18)から急激に広がる。溶融半田(13)が周囲の高温領域に急激に広がる際に、周囲の気体を巻き込んで溶融半田(13)内に気泡を封入する。また、溶融半田(13)の外側面(20)への移動により、中央面(18)での半田材(3)の量が相対的に少なくなって、溶融半田(13)の表面に凹凸を発生させ、半導体チップを配置する際にも、溶融半田(13)と半導体チップとの界面に気泡が形成される。
【０００７】
これに対し、下記特許文献１は、フィーダから繰り出された溶融半田材を下方の支持板へ滑り落とす傾斜部材を有する半導体チップの固着装置を開示する。傾斜部材上を滑り落ちる半田材は、表面の酸化膜が撹拌されて濡れ性が改善されるため、支持板との密着が良好となり、溶融半田と半導体チップとの界面での気泡形成を抑制できる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１７６８９３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の半導体チップの固着装置では、溶融半田内及び溶融半田と半導体チップとの界面での気泡の形成を抑制できるが、溶融半田を傾斜部材により斜めに滑り落とすため、支持板上で半田材を所定の位置に付着できない欠点があった。また、傾斜面表面の摩耗又は半田の付着が生じる傾斜部材は、生産性を低下させる要因となり、好ましくない。
よって、本発明は、生産性を低下させずに、半田材内及び半田材と半導体チップ等の電子部品との界面での気泡形成を防止する支持板上への電子部品の固着法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の支持板上への電子部品の固着法は、ろう材(3)の溶融温度より低いが常温よりも高い温度に線状のろう材(3)をフィーダ(4)内で加熱する過程と、ろう材(3)の溶融温度より高い温度に加熱されてフィーダ(4)の下方に配置された支持板(1)に向かいろう材(3)を移動させて、フィーダ(4)から繰り出したろう材(3)の下端部を支持板(1)に接触させる過程と、支持板(1)の熱によりろう材(3)の下端部を溶融させて、支持板(1)上に溶融した所定量のろう材(3)を自重により滴下する過程と、支持板(1)上に付着したろう材(3)上に電子部品(2)を付着させる過程と、支持板(1)を冷却してろう材(3)により電子部品(2)を支持板(1)上に固着する過程とを含む。
【００１１】
溶融温度より低いが常温より高い温度に予め加熱したろう材(3)を支持板(1)に接触させて、支持板(1)の熱によりろう材(3)の下端部を所定量だけ溶融させるので、下端部のろう材(3)は、支持板(3)上で放射状に面積を拡大させながら迅速且つ均一に溶融する。フィーダ(4)内で溶融温度よりも低い温度に保持されるろう材(3)は、支持板(1)に接触するまでフィーダ(4)内で溶融しないため、支持板(1)上の所定の位置に所定量の溶融半田を確実に供給できる。その後、支持板(1)に付着した溶融半田の表面張力が重力より大きくなると、溶融半田は、面積拡大を停止するが、予め加熱されたろう材(3)を支持板(1)に接触させるため、ろう材(3)が接触した支持板(1)の表面温度のみが部分的に低下させない。このため、支持板(1)に付着した溶融半田が急激に周囲の高温領域に広がり、溶融半田内への気泡封入又は溶融半田表面での凹凸面発生を防止することができる。従って、溶融半田上に電子部品(2)を付着したときに、溶融半田内への気泡の封入又は溶融半田と電子部品(2)との界面での気泡形成を防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
電子部品と支持板とを固着するろう材内の気泡形成を防止して、電子部品と支持板とを機械的接着強度の低下、ろう材の熱伝導性の低下を防止し、電気的特性不良の発生を回避して、信頼性の高い電子部品を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、ろう材として半田材を使用して、半導体チップを支持板に固着する本発明による支持板上への電子部品の固着法の一実施の形態を図１について説明する。図１では、図２に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態の支持板上への電子部品の固着法には、搬送装置(10)、フィーダ(4)及びダイボンダ(7)を備えた半田付け装置が使用される。搬送装置(10)は、従来と同様に、リードフレーム(11)を搬送するレール(6)と、レール(6)を半田材(3)の溶融温度以上に加熱する図示しないヒータと、レール(6)上に配置されたリードフレーム(11)をレール(6)に沿って搬送する図示しない駆動装置とを備える。図２を参照するが、レール(6)は、その両縁に対向する一対の突起部(6a)を有し、突起部(6a)の間隔はリードフレーム(11)の幅にほぼ等しい。レール(6)上に配置されたリードフレーム(11)は、一対の突起部(6a)間に挟持されて搬送されるため、レール(6)上から脱落しない。搬送装置(10)の周囲は、カバー(5)により包囲され、従来と同様に、窒素等のフォーミングガスがカバー(5)内に充填される。搬送装置(10)は、フォーミングガスを充填したカバー(5)のトンネル内に配置され、レール(6)上を搬送されるリードフレーム(11)は、トンネル内のフォーミングガス中を移動する。
【００１５】
本実施の形態のフィーダ(4)は、ローラ送り又はクランク送りにより線状又は糸状に形成された半田材(3)をフィーダ(4)の先端のノズル(9)から繰り出す図示しない繰り出し装置と、フィーダ(4)を搬送装置(10)のカバー(5)に形成された開孔(16)を通じてレール(6)上面に対して進退自在に垂直方向に移動する図示しないフィーダ駆動装置を備え、フィーダ(4)内の線状の半田材(3)を加熱する加熱装置(15)を有する点で従来のフィーダ(14)と異なる。半田材(3)には、鉛(Pb)を含まない錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)若しくはアルミニウム(Al)等の材料からなる鉛フリー半田が使用されるが、錫(Sn)及び鉛(Pb)からなる一般半田又は他の周知の半田を使用してもよい。フィーダ(4)は、リードフレーム(11)上に線状の半田材(3)を供給する搬送装置(10)の上方に設置される。図１に示すように、加熱装置(15)は、例えば、フィーダ(4)の周囲に配置された加熱コイル(12)と、加熱コイル(12)に高周波交流電流を流す図示しない電源装置と、加熱コイル(12)又はフィーダ(4)内の温度に基づいて高周波交流電流値を制御する制御装置(15)とにより構成され、フィーダ(4)内で搬送される半田材(3)を所定の温度にまで加熱する。
【００１６】
加熱装置(15)による半田材(3)の加熱温度は、非常に重要である。前記特許文献１に示すように、加熱温度は、半田材(3)が溶融する高温であってはならず、加熱装置(15)は、線状を維持する程度に半田材(3)を加熱する。線状の半田材(3)の溶融温度以上に加熱すると、溶融半田(13)の支持板(1)上での供給位置及び供給量を制御することが難しい。また、溶融半田(13)がフィーダ(4)内に付着する不具合が生じる。逆に、線状の半田材(3)の加熱温度が低すぎると、従来技術のように溶融半田(13)内に気泡が発生する。従って、加熱装置(15)による線状の半田材(3)の加熱温度は、半田材(3)の溶融温度よりも２０℃〜８０℃低い温度範囲に設定するのが好ましく、更には３０℃〜６０℃低い温度範囲が望ましい。また、加熱装置(15)による線状の半田材(3)の加熱温度は、常温より高い温度が選択されるが、７０℃以上に設定するのが好ましく、更には９０℃以上が望ましい。加熱温度が７０℃に満たないと本発明の効果は著しく低下する。具体的には、溶融温度２１０℃〜２３０℃の錫(Sn)、銀(Ag)及び銅(Cu)の合金により線状の半田材(3)を形成するとき、溶融温度より低く且つ１３０℃〜２１０℃の温度に半田材(3)をフィーダ(4)内で加熱する。
【００１７】
図１に示すように、ダイボンダ(7)は、従来と同様に、コレット(17)と、搬送装置(10)のカバー(5)に形成された開孔(16)を通じてレール(6)の上面に対して進退自在にコレット(17)を垂直方向に移動する図示しないコレット駆動装置と、半導体チップ(2)をコレット(17)に真空吸引して保持する図示しない真空吸引装置とを備える。
【００１８】
図１の半田付け装置を使用して半導体チップ(2)の半田付けを行う際に、まず、レール(6)をヒータによって半田材(3)の溶融温度以上に加熱し、加熱したレール(6)上にリードフレーム(11)を配置する。次に、半田材(3)の溶融温度より高い温度に加熱されたリードフレーム(11)の支持板(1)をフィーダ(4)の下方に配置する。続いて、レール(6)に沿って所定のピッチ間隔で搬送装置(10)によりリードフレーム(11)を搬送し、半田材(3)を供給すべき支持板(1)をフィーダ(4)の下方に配置して停止する。その後、フィーダ(4)内に供給した線状の半田材(3)を加熱装置(15)により半田材(3)の溶融温度より低いが常温よりも高い温度に加熱する。
【００１９】
繰り出し装置によってノズル(9)から所定量だけ線状の半田材(3)をフィーダ(4)内から繰り出す。フィーダ駆動装置によりフィーダ(4)と共に半田材(3)を垂直下方に移動させて、フィーダ(4)から所定量繰り出された半田材(3)の下端部を支持板(1)に接触させる。加熱された支持板(1)の熱が線状の半田材(3)に伝わり、半田材(3)の下端部を所定量だけ溶融させて、支持板(1)上に溶融した所定量の半田材(3)を線状の半田材(3)から分離させて自重により滴下する。図１に示すように、支持板(1)の上面に溶融半田(13)が供給される。
【００２０】
溶融温度より低いが常温より高い温度に予め加熱した半田材(3)を支持板(1)に接触させて、支持板(1)の熱により半田材(3)の下端部を所定量だけ溶融させるので、下端部の半田材(3)は、支持板(3)上で放射状に面積を拡大させながら迅速且つ均一に溶融する。フィーダ(4)内で溶融温度よりも低い温度に保持される半田材(3)は、支持板(1)に接触するまでフィーダ(4)内で溶融しないので、支持板(1)上の所定の位置に所定量の溶融半田(13)を確実に供給できる。本実施の形態では、支持板(1)上に供給される半田材(3)の量を良好に制御でき、半田材(3)の供給量が少ないため、接触不良が発生したり、供給量が多いため、半田材(3)が半導体チップ(2)の側面に付着して発生する電気的短絡を防止できる。
【００２１】
その後、支持板(1)に付着した溶融半田(13)の表面張力が重力より大きくなると、溶融半田(13)は、面積拡大を停止するが、予め加熱された半田材(3)が支持板(1)に接触するため、半田材(3)が接触した支持板(1)の表面温度のみを部分的に大幅に低下させない。よって、支持板(1)に付着した溶融半田(13)が急激に周囲の高温領域に広がって、溶融半田(13)内の気泡形成又は溶融半田(13)の表面上での凹凸発生が阻止され、溶融半田(13)上に半導体チップ(2)を付着したときに、溶融半田(13)内又は溶融半田(13)と半導体チップ(2)との界面での気泡形成を防止できる。本実施の形態では、実測した結果、支持板(1)の表面温度は、半田材(3)が接触した領域とその外周側領域とでほぼ等しい。
【００２２】
続いて、図１に示すように、再び所定のピッチ間隔でリードフレーム(11)を搬送し、溶融半田(13)を供給した支持板(1)をダイボンダ(7)の下方に配置する。半導体チップ(2)を真空吸着したコレット(17)を下降させて、支持板(1)上に付着した溶融半田(13)上に半導体チップ(2)を配置し、半導体チップ(2)を支持板(1)に付着させる。この際、従来と同様に、コレット(17)に保持された半導体チップ(2)の下面を溶融半田(13)を介して支持板(1)の上面に付着させた状態で、コレット(17)を支持板(1)に対して平行に反復移動させると、半導体チップ(2)の下面全体に溶融半田(13)を敷衍可能であるが、敷衍工程を省略してもよい。支持板(1)を冷却して半田材(3)により半導体チップ(2)が支持板(1)上に固着される。
【００２３】
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、更に種々の変更が可能である。例えば、本発明による支持板上への電子部品の固着法は、半導体チップ(2)を支持板(1)に固着する半導体装置の製造のみならず、チップコンデンサ等の他の電子部品(2)の固着工程に適用できる。本発明で述べるろう材(3)は、溶融温度の低いろう材を示す半田材を包含する。
【実施例】
【００２４】
本発明者による実施例の一部を下記に示す。
実施例１は、溶融温度２１７℃の錫(Sn)、銀(Ag)及び銅(Cu)の合金からなる半田材(3)をフィーダ(4)内で溶融温度より低いが常温よりも高い温度に加熱し、半田材(3)の溶融温度より高い温度に加熱した支持板(1)上で溶融させた。フィーダ(4)内での半田材(3)の加熱温度を１４０℃〜２００℃の範囲内で変動させ、実験を複数回行った。
【００２５】
実施例２は、溶融温度２２７℃の錫(Sn)、銅(Cu)及びニッケル(Ni)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内での半田材(3)を１５０℃〜２０５℃の温度範囲で加熱する実施例１と同様の実験を行った。実施例３では、溶融温度２２１℃の錫(Sn)及び銀(Ag)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内での半田材(3)を１４５℃〜２００℃の温度範囲で加熱して実施例１と同様の実験を行った。実施例４では、溶融温度２０２℃の錫(Sn)、銀(Ag)、インジウム(In)及びビスマス（蒼鉛）(Bi)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内での半田材(3)を１２５℃〜１８０℃の温度範囲で加熱して実施例１と同様の実験を行った。実施例５では、溶融温度１３９℃の錫(Sn)及びビスマス(Bi)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内で７０℃〜１１５℃の範囲内として実施例１と同様の実験を行った。実施例６では、溶融温度２０８℃の錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)及びビスマス(Bi)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内で１３０℃〜１８５℃の範囲内として実施例１と同様の実験を行った。実施例７では、溶融温度２３６℃の錫(Sn)及びアンチモン(Sb)の合金からなる半田材(3)を使用し、フィーダ(4)内で１６０℃〜２１５℃の範囲内として実施例１と同様の実験を行った。
【００２６】
実施例１〜実施例７の溶融半田(13)により、支持板(1)と半導体チップ(2)とを接着させたところ、フィーダ(4)内で半田材(3)を加熱しない従来の固着法と比較して、良好に半田材(3)内及び半田材(3)と半導体チップ(2)との間に気泡が発生するのを抑制できた。詳述しない他の実施例では、鉛(Pb)を含む一般半田又は低融点半田若しくは高温半田も実験されたが、同様の結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、半導体チップをろう材層で確実に接着する半導体装置等の精密装置の製造に適する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による支持板上への電子部品の固着法を実施する半田付け装置の断面図
【図２】従来の半田付け装置の断面図
【図３】支持板上の温度差により気泡が形成された半田材を示す断面図
【符号の説明】
【００２９】
(1)・・支持板、  (2)・・電子部品（半導体チップ）、  (3)・・ろう材（半田材）、  (4)・・フィーダ、
【図１】
2006100492.tif 000003
【図２】
2006100492.tif 000004
【図３】
2006100492.tif 000005