(57)【要約】【課題】高価な装置を用いることなくろう接の状態を検査判定することを課題とする。【解決手段】ろう１０４を介してベース基板１０３と半導体チップ１０２を接合してろう接する際に、治具１０１によりろう接後の露出したろう表面に接合状態を判定する第１の凸部１０６−１と第２の凸部１０６−２を形成し、第１の凸部１０６−１は、ベース基板１０３とろう１０４との接合面からろう１０４の厚みに要求される許容下限値ｈminの高さに形成し、第２の凸部１０６−２は、ベース基板１０３とろう１０４との接合面からろう１０４の厚みに要求される許容上限値ｈmaxの高さに形成することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろうを介して第１の部材と第２の部材を接合してろう接するろう接装置において、
ろう接後の露出したろう表面に接合状態を判定する判定指標を形成し、前記判定指標は、凹部または凸部形状で、前記第１の部材とろうとの接合面から所定の高さに形成される
ことを特徴とするろう接装置。
【請求項２】
前記第１の部材とろうとの接合面からの高さが異なる前記判定指標が複数形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のろう接装置。
【請求項３】
前記判定指標は、連続もしくは離散して前記第１の部材とろうとの接合面から同一の高さに形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のろう接装置。
【請求項４】
前記判定指標は、第１の部材とろうとの接合面を始点として形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のろう接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう接の良否を容易に判定するようにしたろう接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線板等の実装基板に半導体チップ等の電子部品がろう接されて実装されて、所望の動作を行う電気回路が構成されていた。このようにプリント配線板等にろう接されて接合された半導体チップは、他との電気的な接続や放熱板を介して放熱がなされていた。
【０００３】
このように実装基板に搭載される半導体チップのろう接が不良であった場合には、良好な場合に比べて多くの温度ストレスが半導体チップに加わることになる。ここで、ろう接の不良とは、半導体チップが傾いて実装基板にろう接されたり、実装基板と半導体チップとの間に介在するろうの厚さが予め設定された規定値よりも厚すぎたりもしくは薄すぎたりすること等である。したがって、半導体チップは、規定の厚さで実装基板に対して水平にろう接される必要がある。
【０００４】
このため、ろう接後ろう接の状態を検査する必要があるが、ろう上面や側面からの目視による検査ではろうの厚さやフィレットの状態を確認することが困難な場合があった。そこで、従来では以下に示す特許文献１に示すようなＸ線透過画像を用いたＸ線検査装置や、特許文献２に示すような３次元画像を用いた３次元画像検出装置等により検査を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９３４４５５号公報
【特許文献２】特許第２７９３９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなＸ線検査装置や３次元画像検出装置等は、極めて高価な装置であり、これらの装置を用意することは、設備費用が膨大となり、ろう接状態の検査に費やされるコストが上昇するといった不具合を招いていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高価な装置を用いることなくろう接の状態を検査確認できるろう接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、第１の部材と第２の部材とをろう接するろうの露出した表面に、第１の部材とろうとの接合面から所定の高さの凹部または凸部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ろう表面に形成された凹部または凸部の判定指標によりろう接の状態が検査判定されるので、ろう接の検査確認に要するコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係るろう接装置によるろう接の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係るろう接装置によるろう接の様子を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３に係るろう接装置によるろう接の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４に係るろう接装置によるろう接の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施形態５に係るろう接装置によるろう接の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るろう接装置によるろう接の様子を示す断面図であり、同図（ａ）はろう接完了後の上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のａ−ａ線に沿った断面図、同図（ｃ）〜同図（ｅ）は治具を取り外す前の同図（ｂ）の破線で囲まれた領域１ｂを拡大した拡大断面図である。
【００１３】
図１に示す実施形態１の装置は、ろう接により２つの部材を接合して固着する際に使用する治具１０１として機能する。この実施形態１ならびに以下に説明する実施形態では、この治具１０１を用いて例えば半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接する実施形態として説明するが、本発明は、以下に説明することから明らかとなるようにろう接される双方の部材に限定を与えるものではない。
【００１４】
治具１０１は、耐熱性に優れた例えばカーボン製で、半導体チップ１０２が位置する箇所が開口した例えば枠状に形成され、ろう接する際に半導体チップ１０２を固定する。治具１０１は、枠内の内周壁面、すなわち半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するろう１０４と接する面が上部に向かって狭められるように傾斜して形成されている。治具１０１の内周壁面には、窪み形状の凹部１０５が２つ形成されている。各凹部１０５は、半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するろう１０４が溶融した際にろう１０４が充填されて、ろう接が完了して治具１０１を取り外した際に各凹部１０５に充填されたろう１０４が点もしくは線状に突起して視認できる凸部を形成し得る程度に窪んで形成されている。
【００１５】
第１の凹部１０５−１と第２の凹部１０５−２は、治具１０１の底部とベース基板１０３とが接する面（基点となる位置）、すなわち半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するろう１０４がベース基板１０３と接する面からの高さが異なるように形成されている。第１の凹部１０５−１の高さｈ１と第２の凹部１０５−２の高さｈ２は、第１の凹部１０５−１の高さｈ１＜第２の凹部１０５−２の高さｈ２となるように設定されている。第１の凹部１０５−１の高さｈ１は、半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するろう１０４の厚みに要求される下限値の許容下限値ｈminに設定されている。第２の凹部１０５−２の高さｈ２は、半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するろう１０４の厚みに要求される上限値の許容上限値ｈmaxに設定されている。ろう１０４の厚みに要求される許容下限値ｈminならびに許容上限値ｈmaxは、ろう接する双方の部材の種類や用途等に応じて適宜設定され、この実施形態１の場合には、ろう接の耐久性や半導体チップ１０２の放熱性に応じて設定される。また、第１の凹部１０５−１の高さｈ１と第２の凹部１０５−２の高さｈ２は、上記許容下限値ｈminならびに許容上限値ｈmaxを正確に示すように、溶融後のろう１０４が固化したときのろう１０４ならびに治具１０１の線膨張係数による収縮率を考慮に入れて設定されている。
【００１６】
このような治具１０１を用いて半導体チップ１０２をベース基板１０３にろう接するには、例えばろう接において多用されている所謂リフロー方式を用いることができる。すなわち、上記治具１０１でベース基板１０３上に半導体チップ１０２を固定した状態で、上記リフロー方式のろう接工程を実施する。このろう接の工程において、加熱によりろう１０４が溶融すると、溶融したろう１０４の厚みに応じて治具１０１の凹部１０５に充填される。
【００１７】
ろう接が完了してろう１０４が固化し治具１０１を取り外すと、治具１０１の凹部１０５に充填されたろう１０４は突起した状態で残存し、半導体チップ１０２ならびにベース基板１０３に接合していない露出したろう１０４の表面に凸部１０６が形成される。この凸部１０６を視認することでろう接の状態を判定する。
【００１８】
先ず、図１（ｃ）に示すように、第１の凹部１０５−１に対応した第１の凸部１０６−１ならびに第２の凹部１０５−２に対応した第２の凸部１０６−２が視認できる場合には、ろう１０４の厚みは第２の凹部１０５−２の高さｈ２、すなわち許容上限値ｈmaxを超えていることが判明する。これにより、ろう１０４は厚すぎてろう接の状態は不良であると判定される。
【００１９】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１の凹部１０５−１に対応した第１の凸部１０６−１が視認できる一方、第２の凹部１０５−２に対応した第２の凸部１０６−２が視認できない場合には、ろう１０４の厚みは第１の凹部１０５−１の高さｈ１すなわち許容下限値ｈmin以上で、かつ第２の凹部１０５−２の高さｈ２すなわち許容上限値ｈmax以下であることが判明する。これにより、ろう１０４の厚さは下限ならびに上限許容値を満足しているのでろう接の状態は良好であると判定される。
【００２０】
次に、図１（ｅ）に示すように、第１の凹部１０５−１に対応した第１の凸部１０６−１ならびに第２の凹部１０５−２に対応した第２の凸部１０６−２がともに視認できない場合には、ろう１０４の厚みは第１の凹部１０５−１の高さｈ１、すなわち許容下限値ｈminを下回っていることが判明する。これにより、ろう１０４は薄すぎてろう接の状態は不良であると判定される。
【００２１】
このように、ベース基板１０３に半導体チップ１０２をろう接するろう１０４の露出面に形成される凸部１０６は、視認によりろう接の状態を判定する判定指標として機能する。この判定指標の有無に基づいて、ろう接の状態を検査判定することが可能になるので、Ｘ線検査装置や３Ｄ測定器等の高価な装置を用いることなく、ろう接の状態を検査判定することが可能になる。これにより、検査に係わるコストを大幅に低減することができる。また、ろう１０４の周辺に大きなスペースがなくとも、突起形状を目視できる程度の空間があれば、簡便かつ容易に検査を実施することが可能である。
【００２２】
なお、上記実施形態１ならびに以下に説明する実施形態２〜５では、判定指標を異なる高さの凸部１０６として２つ形成したが、ろう厚の要求値が下限値だけの場合には、その下限値に対応した凸部を１つだけ形成することで、ろう厚を判定することが可能となる。
【００２３】
また、判定指標をろう表面に対して凸形状として形成したが、目視により判定確認できれば、いずれの形状であってもよく、例えば凹部であってもかまわない。この場合には、治具１０１の対応する箇所に凸部を形成するようにすればよい。さらに、判定指標の形状に鋭角な角がある場合には、熱ストレスが印加された際に応力の集中が懸念される場合がある。その場合には、アール形状にしたり、複数の形状を形成ことにより応力を緩和することが可能である。また、判定指標として立体的な形状を形成するのが困難な場合には、判定指標を形成する部分と形成しない部分とで治具１０１の表面に粗さの変化を設ける。この粗さの変化に対応してろう１０４の表面に粗さが異なる面を形成し、それを視認することでろう接の状態を検査判定することが可能となる。治具１０１は、枠状でなくとも半導体チップを固定できる形状で、かつ露出したろうの表面に判定指標の凸部や凹部の形状を形成できるものであれば、コの字状やかぎ状であってもよい。
【００２４】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２に係るろう接装置によるろう接完了後の様子を示す上面図である。
【００２５】
この実施形態２の特徴とするところは、先の実施形態１で説明した例えば凸部１０６の判定指標を、矩形状の半導体チップ１０２の４辺各辺に対応したろう１０４表面の４辺各辺にそれぞれ形成したことにある。
【００２６】
図２（ａ）は、第１の凸部１０６−１ならびに第２の凸部１０６−２がともに形成されて視認できる場合を示しており、この場合には、先の実施形態１の図１（ｃ）で示す場合と同様となりろう厚が厚すぎて不良であることを判定することができる。
【００２７】
図２（ｂ）は、第１の凸部１０６−１が形成されて視認できる一方、第２の凸部１０６−２は形成されず視認できない場合を示しており、この場合には、先の実施形態１の図１（ｄ）で示す場合と同様となりろう厚の状態が良好であることを判定することができる。
【００２８】
図２（ｃ）は、第１の凸部１０６−１ならびに第２の凸部１０６−２がともに形成されず視認できない場合を示しており、この場合には、先の実施形態１の図１（ｅ）で示す場合と同様となりろう厚が薄すぎて不良であることを判定することができる。
【００２９】
さらに、図２（ａ）〜同図（ｃ）では、ろう１０４の各辺に均等に凸部１０６が形成もしくは非形成されている。これにより、半導体チップ１０２の各４辺下部のろう１０４の厚みは概ね同等であることが推定され、半導体チップ１０２はベース基板１０３に対してほぼ水平にろう接されていることが判明する。
【００３０】
これに対して、図２（ｄ）では、第２の凸部１０６−２は紙面の右半分だけに形成されて視認される。このような場合には、第２の凸部１０６−２が形成された右半分側のろう１０４の厚みが左半分に比べて厚く形成されていることが推定される。これにより、半導体チップ１０２はベース基板１０３に対して左側に傾いてろう接されたことが判定される。
【００３１】
したがって、この実施形態２では、先の実施形態１で得られる効果に加えて、ろう厚の良否とともにろう接後の半導体チップ１０２の傾きの有無を判定することができる。
【００３２】
上記図２（ａ）〜同図（ｄ）では、判定指標の凸部１０６を半導体チップ１０２を取り囲むようにろう１０４の各４辺に連続して線状に形成した一例を示すが、半導体チップ１０２の対角領域において熱ストレスが印加された際の応力が大きくなることが懸念される場合がある。この場合には、図２（ｅ）に示すように、対角領域を除いたろう１０４の露出表面の各辺毎に離散して判定指標の凸部１０６を形成するようにしてもよい。このような場合でも、上述したと同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、上記図２（ａ）〜（ｅ）では、ベース基板１０３からの高さが異なる２つの判定指標の第１の凸部１０６−１と第２の凸部１０６−２とは半導体チップ１０２の各辺に対応して並行して形成している。しかし、構造上第１の凸部１０６−１と第２の凸部１０６−２とが並行して形成できない制約がある場合がある。この場合には、例えば図２（ｆ）に示すように、第１の凸部１０６−１と第２の凸部１０６−２とを離散的に並行せず（非並行）に形成しても、上述したと同様の効果を得ることが可能である。
【００３４】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３に係るろう接装置によるろう接後の治具を取り外す前の様子を示す一部断面図である。
【００３５】
この実施形態３の特徴とするところは、先の実施形態１に比べてベース基板１０３と接する治具３０１の底部に凹部３０２を形成し、この凹部３０２に対応してろう接完了後ろう１０４の露出した表面のベース基板１０３と接する外周端部に凸部３０３を形成したことにある。
【００３６】
先の実施形態１、２で説明した手法によりろう接の状態を正確に検査判定するには、ろう接を行う際に治具３０１の底面はベース基板１０３の底面に接触している必要がある。しかし、治具３０１の底面がベース基板１０３の底面に接触していない場合には、治具３０１の底面の位置、すなわち先の実施形態１で説明した基点となる位置が変化してしまい、正確にろう接の状態を判定することができなくなるおそれがある。
【００３７】
この実施形態３で採用した治具３０１を用いてろう接を行い、治具３０１の底面がベース基板１０３の底面に接触している場合には、ろう１０４の外周端部に図３（ａ）に示すような凸部３０３が形成される。一方、治具３０１の底面がベース基板１０３の底面に接触せずに両者の間に隙間がある場合には、ろう１０４の外周端部は図３（ｂ）に示すような形状となる。すなわち、治具３０１の底面がベース基板１０３の底面に接触しているか否かで、凸部３０３の形状が異なることになる。図３（ｂ）に示す例では、ろう１０４は同図（ａ）に示す正常な場合に比べて同図（ｂ）に３ｂで示す分だけ厚く形成されることになる。これにより、ろう厚や傾き等のろう接の状態を正確に判定することができなくなる。
【００３８】
そこで、ろう接の完了後治具３０１を取り外した際に、凸部３０３の形状を視認し、その形状が治具３０１の底面がベース基板１０３の底面に接触している状態とは異なる場合には、ろう接状態を正確に判定することができないことが判明する。
【００３９】
したがって、上記凸部３０３は、ろう接状態を正確に検査判定できるか否かを判定する検査可否の判定指標として機能することになる。
【００４０】
このように、この実施形態３では、治具３０１により検査可否の判定指標となる凸部３０３を形成することで、上記実施形態１，２で得られる効果に加えて、正確にろう接状態を検査判定で得きるか否かを判断することが可能となり、正確な判定結果を得ることができる。
【００４１】
（実施形態４）
図４は本発明の実施形態４に係るろう接装置によるろう接後の治具を取り外す前の様子を示す一部断面図である。
【００４２】
この実施形態４では、先の実施形態３で採用した治具３０１を用いて、半導体チップ１０２の底面ならびに側面にろう４０１を接合してベース基板１０３に半導体チップ１０２をろう接した。
【００４３】
半導体チップ１０２の側面にろう４０１をフィレット状にぬれ上がるようにして付着させることで、半導体チップ１０２の底面のみにろう４０１を付けてベース基板１０３に接合する場合に比べて接合強度が増して耐久性を向上することができる。
【００４４】
このような、ろう接の構造においても、先の実施形態３で採用した治具３０１を用いて上記実施形態１〜３で説明した凸部１０６、３０２を形成することで、上記実施形態１〜３で得られる効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態においては、フィレット部のろう厚の状態、傾きの状態などを容易に検査可能にし、低コストでの検査を可能にできる。
【００４５】
（実施形態５）
図５は本発明の実施形態５に係るろう接装置によるろう接後の治具を取り外す前の様子を示す一部断面図である。
【００４６】
この実施形態５では、治具５０１を用いてろう接により３つの部材を同時に接合した実施形態であり、ベース基板１０３の上に例えばモリブデンで構成されたヒートスプレッダ５０２を介して半導体チップ１０２を積層したものである。すなわち、ベース基板１０３と、半導体チップ１０２で発生した熱を効果的に放散させるために設けられた構造部材としてのヒートスプレッダ５０２とをろう５０３によりろう接して接合する。これと同時に、ヒートスプレッダ５０２と半導体チップ１０２とをろう５０４によりろう接して接合する。
【００４７】
このような積層構造物を構築する際のろう接において、この実施形態５で採用した治具５０１は、先の実施形態３で説明した治具３０１と同様の機能を２箇所に備えて構成されている。すなわち、治具５０１には、ベース基板１０３とヒートスプレッダ５０２との間のろう５０３のろう接状態を判定する凸部５０５を形成する凹部５０６ならびに検査可否を判定する凸部５０７を形成する凹部５０８が形成されている。また、治具５０１には、ヒートスプレッダ５０２と半導体チップ１０２との間のろう５０４のろう接状態を判定する凸部５１０を形成する凹部５１１ならびに検査可否を判定する凸部５１２を形成する凹部５１３が形成されている。
【００４８】
これにより、ろう接が完了して治具５０１を取り除いた後、先の実施形態１〜４で説明したようにろう接状態の良否に応じて、ろう５０３の露出した表面には凸部５０５、５０７が形成され、ろう５０４の露出した表面には凸部５１０、５１２が形成される。したがって、これらの凸部５０５、５０７、５１０、５１２の有無を視認することで、各ろう５０３、５０４のそれぞれに対してろう接状態を検査判定することができる。図５（ａ）ならびに同図（ｂ）に示す例では、ろう５０３には１つの凸部５０５が形成され、ろう５０４には１つの凸部５１０が形成されている。
【００４９】
また、先の実施形態３で説明したと凸部３０３と同様の機能する凸部５０７、５１２が形成されるので、これらの凸部５０７、５１２の形状を視認することで、治具５０１の底面がベース基板１０３ならびにヒートスプレッダ５０２の底面に接触した状態でろう接が行われた否かを判定することができる。図５（ａ）に示す例では、凸部５０７、５１２の形状は、治具５０１の底面がベース基板１０３ならびにヒートスプレッダ５０２の底面に接触した状態でろう接が行われたことを示している。一方、図５（ｂ）に示す例では、凸部５１２の形状は、治具５０１の底面がベース基板１０３ならびにヒートスプレッダ５０２の底面に接触していない状態でろう接が行われたことを示している。
【００５０】
これらのことから、図５（ａ）に示す例では、治具５０１が正常に機能し、かつろう厚が許容範囲に収まっていることが判定され、ろう接の状態は良好であると判定することができる。一方、図５（ｂ）に示す例では、ろう５０３の厚みは許容範囲に収まっており、かつ治具５０１とベース基板１０３とは接触した状態でろう接が行われているので、ベース基板１０３とヒートスプレッダ５０２とのろう接状態は良好であることが判定できる。一方、治具５０１とヒートスプレッダ５０２とは接触していない状態でろう接が行われたことが判定されるので、ろう５０４の厚みを正確に検査判定することができないものと判断することができる。
【００５１】
このように、この実施形態５においては、ろう接により３つの部材を接合する場合であっても、先の実施形態３と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、上記実施形態５では、３つの部材をろう接したが、ろう接部材は４以上であっても、検査判定するろうの各層にそれぞれ対応して上記判定指標を形成することで、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１，３０１，５０１…治具
１０２…半導体チップ
１０３…ベース基板
１０４，４０１，５０３，５０４…ろう
１０５，３０２，５０６，５０８，５１０、５１３…凹部
１０６，３０３，５０５，５０７，５１０，５１２…凸部
５０２…ヒートスプレッダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011228328.tif 000005
【図４】
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【図５】
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