(57)【要約】【課題】従来のはんだ接合方法では、半導体チップを平行に接合する機器の構造が複雑になるとともに、はんだ層内に混在するスペーサ等が原因ではんだ層内に気泡が生じ、半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。【解決手段】回路基板１１に対して半導体素子１２をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、回路基板１１にはんだ１４を介して半導体素子１２を載置する工程と、はんだ１４を加熱して溶融させる工程と、はんだ１４が溶融した状態で、前記半導体素子１２の表面における複数の箇所に、それぞれ同じ高さの上方位置から同じ流量の不活性ガスをガス噴射ノズル２５により吹き付ける工程とを備える。【選択図】  図１
2008227189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、
基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、
はんだを加熱して溶融させる工程と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面における複数の箇所に、それぞれ同じ高さの上方位置から同じ流量の不活性ガスを吹き付ける工程と、
を備えることを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項２】
前記半導体素子表面における複数の不活性ガス吹き付け箇所からなるガス吹き付け箇所群の平面視における重心位置を、前記接合部材の重心位置と一致させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け接合方法。
【請求項３】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、
基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、
はんだを加熱して溶融させる工程と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材の複数の側面外側方向における該側面から同じ距離だけ離れた位置から、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて水平方向に同じ流量の不活性ガスを吹き付ける工程と、
を備えることを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項４】
前記不活性ガスを前記接合部材と基材との間のはんだ層に向けて吹き付ける工程では、さらに、前記接合部材の表面に上方から不活性ガスが吹き付けられる、
ことを特徴とする請求項３に記載のはんだ接合方法。
【請求項５】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、
基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、
はんだを加熱して溶融させる工程と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材がはんだを介して載置された基材に対して微少振動を付与する工程と、
を備えることを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項６】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、
基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、
はんだを加熱して溶融させる工程と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面近傍の雰囲気を、該接合部材の上方位置から吸引する工程と、
を備えることを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項７】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、
基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、
前記接合部材の上方に配置され、該接合部材の表面に向けて不活性ガスを吹き付ける複数のノズルとを備え、
前記複数のノズルは、それぞれ同じ高さ位置に配置されるとともに、同じ流量の不活性ガスを接合部材の上面に吹き付ける、
ことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項８】
前記複数のノズルは、該複数のノズルからなるノズル群の平面視における重心位置が、前記接合部材の重心位置と一致するように配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載のはんだ付け接合装置。
【請求項９】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、
基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、
前記接合部材の複数の側面外側方向に配置され、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて水平方向に不活性ガスを吹き付ける複数のノズルとを備え、
前記複数のノズルは、それぞれ前記接合部材の側面から同じ距離だけ離れた位置に配置されるとともに、同じ流量の不活性ガスを噴射する、
ことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１０】
前記はんだ接合装置は、前記接合部材の表面に上方から不活性ガスを吹き付けるノズルを、さらに備える、
ことを特徴とする請求項９に記載のはんだ接合装置。
【請求項１１】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、
基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材がはんだを介して載置された基材に対して微少振動を付与する加振装置とを、
備えることを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１２】
基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、
基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、
はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面近傍の雰囲気を、該接合部材の上方位置から吸引するノズルとを、
備えることを特徴とするはんだ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、絶縁性セラミック板にて構成される絶縁基板に一側面に半導体チップを接合し、他側面にベース基板を接合して構成されるモジュール型の半導体装置等においては、前記絶縁基板と半導体チップ、および絶縁基板とベース基板とは、はんだ接合により接合されている。
これらの半導体チップ、絶縁基板、およびベース基板を、それぞれはんだ接合する場合、例えば、半導体チップと絶縁基板との間、および絶縁基板とベース基板との間にはんだを介装した状態で、上方から順に半導体チップ、絶縁基板、およびベース基板を積層させ、積層状態の半導体チップ、絶縁基板、およびベース基板をリフロー炉内に通過させて、はんだを加熱して溶融させるとともに、その後に冷却してはんだを凝固させることで、はんだ接合を行っている。
このように、半導体チップと絶縁基板や、絶縁基板とベース基板とをリフローはんだ付けする場合、これらの間に介装したはんだは、場所により溶融速度や溶融状態が異なる場合があり、例えば同じ半導体チップ内の各箇所ではんだの溶融状態が異なると、半導体チップの自重によるはんだへの沈み込み度合いが各箇所で異なって、半導体チップが絶縁基板に対して傾いた状態ではんだ接合されてしまうことがある。
【０００３】
半導体チップが絶縁基板に対して傾いてはんだ接合されると、はんだの膜厚が不均一になり、はんだの薄肉部からクラックが進展する恐れがあり、半導体装置の信頼性を低下させる原因となる。
また、半導体チップの表面にワイヤボンディングを施す必要があるときには、該半導体チップが傾いてはんだ接合されていると、ボンディング作業中に半導体チップに偏荷重がかかって、安定したワイヤボンディングを行うことができず、さらには半導体チップを破壊する恐れがある。
【０００４】
前述のように、半導体チップが絶縁基板に対して傾いてはんだ接合されていると、信頼性の面等から好ましくないため、従来では、次のようにして半導体チップを絶縁基板に対して平行にはんだ接合するようにしていた。
例えば、図１０に示す半導体装置１０１においては、半導体チップ１１２がはんだ１１４により絶縁基板１１１に接合されており、該半導体チップ１１２と絶縁基板１１１との間には、半導体チップ１１２を絶縁基板１１１に対して支持して、はんだ１１４の厚さを一定の厚さに保持するためのスペーサ１１３・１１３が設けられている。
前記スペーサ１１３は、例えば熱伝導率に優れた金属部材等で構成されており、また、ボンディングワイヤをスペーサ１１３として用いることもできる。
【０００５】
さらに、図１１に示すように、はんだ１１４内に所定の粒径を有したフィラー（充填物）１１５を混入させ、このフィラー１１５により半導体チップ１１２を絶縁基板１１１に対して支持して、はんだ１１４の厚さを一定の厚さに保持するように構成することもできる。
このように、半導体チップと絶縁基板との間に前記スペーサやフィラー等を介装して、半導体チップを絶縁基板に対して平行にはんだ接合するように構成した半導体装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１６８２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のごとく、半導体チップと絶縁基板との間に前記スペーサやフィラー等を介装して、該半導体チップを絶縁基板に対して平行にはんだ接合することは可能であるが、このように半導体チップと絶縁基板との間に前記スペーサやフィラー等を介装すると、該半導体チップと絶縁基板との接合構造が複雑になる。
また、はんだ層内に混在されるスペーサやフィラー等が原因となってはんだ層内に気泡が生じ、半導体チップから絶縁基板への熱伝達効率が低下して半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。
【０００７】
また、半導体チップを絶縁基板に対して平行にはんだ接合する方法としては、図１２に示すように、リフロー炉１１７内で加熱されてはんだ１１４が溶融した状態の前記半導体装置１０１における、半導体チップ１１２表面の複数箇所の絶縁基板１１１表面からの距離Ｌａ・Ｌｂを、リフロー炉１１７内に設置された複数のレーザ変位計１１６・１１６により検出し、検出した前記距離Ｌａ・Ｌｂから半導体チップ１１２の傾きを算出し、算出した半導体チップ１１２の傾きを補正するように構成することが考えられる。
しかし、このような方法では、前記レーザ変位計１１６・１１６や半導体チップ１１２の傾きを算出する演算装置等の各種機器が必要になるとともに、リフロー炉１１７内ははんだ１１４が溶融する程の高温状態にあるため、前記レーザ変位計１１６・１１６の耐熱性を確保する必要があるため、半導体チップ１１２を平行に接合するための機器の構造が複雑になってしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明においては、簡単な構成で、半導体装置の信頼性を損なうことなく、半導体チップを絶縁基板に対して平行にはんだ接合することが可能なはんだ接合方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するはんだ接合方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、はんだを加熱して溶融させる工程と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面における複数の箇所に、それぞれ同じ高さの上方位置から同じ流量の不活性ガスを吹き付ける工程とを備える。
これにより、はんだ接合時における接合部材の傾斜を変位計等の機器を用いて計測することなく、該接合部材の傾斜を補正することができ、該接合部材を基材に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易に接合部材の傾きを補正して、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
また、前記接合部材表面に噴射する不活性ガスは、はんだ接合が行われる加熱炉内に充填するための不活性ガスを用いることができるため、接合部材表面に噴射するガスを別途用意する必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。
さらに、本方法においては、接合部材と基材との間にスペーサやフィラー等を介装しないので、はんだ層内に気泡が生じることがなく、接合部材から基材への熱伝達効率が低下せず、基材と接合部材とをはんだ接合して構成した装置の信頼性が低下することもない。
【００１０】
また、請求項２記載の如く、前記半導体素子表面における複数の不活性ガス吹き付け箇所からなるガス吹き付け箇所群の平面視における重心位置を、前記接合部材の重心位置と一致させる。
これにより、接合部材表面における各不活性ガス吹き付け箇所へ同じ流量の不活性ガスを吹き付けると、自動的に接合部材の姿勢を基材に対して平行になるように補正することができ、接合部材の傾き度合いの測定等を行うことなく、容易に該接合部材の傾きの補正を行うことができ、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、はんだを加熱して溶融させる工程と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材の複数の側面外側方向における該側面から同じ距離だけ離れた位置から、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて水平方向に同じ流量の不活性ガスを吹き付ける工程と、を備える。
これにより、はんだ接合時における接合部材の傾斜を変位計等の機器を用いて計測することなく、該接合部材の傾斜を補正することができ、該接合部材を基材に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易に接合部材の傾きを補正して、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００１２】
また、請求項４記載の如く、前記不活性ガスを前記接合部材と基材との間のはんだ層に向けて吹き付ける工程では、さらに、前記接合部材の表面に上方から不活性ガスが吹き付けられる。
これにより、接合部材の上方から吹き付けられる不活性ガスにより、接合部材に対して下方向きの押圧力が付与されることとなるので、前記接合部材の側面外側方向から、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて不活性ガスを吹き付けた際に、接合部材が基材から浮いてしまうことを防止できる。
【００１３】
また、請求項５記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、はんだを加熱して溶融させる工程と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材がはんだを介して載置された基材に対して微少振動を付与する工程と、を備える、
これにより、はんだ接合時における接合部材の傾きの補正が、前記基材に微少な上下振動が付与されることで自動的に行われるので、接合部材の傾きを測定する変位計等の機器を用いることなく、容易に接合部材の姿勢を補正して、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００１４】
また、請求項６記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合方法であって、基材にはんだを介して接合部材を載置する工程と、はんだを加熱して溶融させる工程と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面近傍の雰囲気を、該接合部材の上方位置から吸引する工程と、を備える。
これにより、接合部材の上方の雰囲気を吸引するといった簡単な構成により接合部材の傾きを補正することができることとなるため、はんだ接合装置の構成が簡単となり、容易に接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００１５】
また、請求項７記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、前記接合部材の上方に配置され、該接合部材の表面に向けて不活性ガスを吹き付ける複数のノズルとを備え、前記複数のノズルは、それぞれ同じ高さ位置に配置されるとともに、同じ流量の不活性ガスを接合部材の上面に吹き付ける。
これにより、接合部材の傾斜を変位計等の機器を用いて計測することなく、該接合部材の傾斜を補正することができ、該接合部材を基材に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易に接合部材の傾きを補正することができる。
また、前記ノズルから接合部材表面に噴射する不活性ガスは、はんだ接合が行われる加熱炉内に充填するための不活性ガスを用いることができるため、接合部材表面に噴射するガスを別途容易する必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。
さらに、本装置ではんだ接合を行う際には、接合部材と基材との間にスペーサやフィラー等を介装しないので、はんだ層内に気泡が生じることがなく、接合部材から基材への熱伝達効率が低下せず、基材と接合部材とをはんだ接合して構成した装置の信頼性が低下することもない。
【００１６】
また、請求項８記載の如く、前記複数のノズルは、該複数のノズルからなるノズル群の平面視における重心位置が、前記接合部材の重心位置と一致するように配置される。
これにより、前記各ノズルから接合部材表面に対して同じ流量の不活性ガスを吹き付けると、自動的に接合部材の姿勢を回路基板に対して平行になるように補正することができ、接合部材の傾き度合いの測定等を行うことなく、容易に該接合部材の傾きの補正を行うことができる。
【００１７】
また、請求項９記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、前記接合部材の複数の側面外側方向に配置され、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて水平方向に不活性ガスを吹き付ける複数のノズルとを備え、前記複数のノズルは、それぞれ前記接合部材の側面から同じ距離だけ離れた位置に配置されるとともに、同じ流量の不活性ガスを噴射する。
これにより、はんだ接合時における接合部材の傾斜を変位計等の機器を用いて計測することなく、該接合部材の傾斜を補正することができ、該接合部材を基材に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易に接合部材の傾きを補正して、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００１８】
また、請求項１０記載の如く、前記はんだ接合装置は、前記接合部材の表面に上方から不活性ガスを吹き付けるノズルを、さらに備える。
これにより、接合部材の上方から吹き付けられる不活性ガスにより、接合部材に対して下方向きの押圧力が付与されることとなるので、前記接合部材の側面外側方向から、該接合部材と基材との間のはんだ層に向けて不活性ガスを吹き付けた際に、接合部材が基材から浮いてしまうことを防止できる。
【００１９】
また、請求項１１記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材がはんだを介して載置された基材に対して微少振動を付与する加振装置とを、備える。
これにより、はんだ接合時における接合部材の傾きの補正が、前記加振装置によって基材に微少な上下振動が付与されることで自動的に行われるので、接合部材の傾きを測定する変位計等の機器を用いることなく、容易に接合部材の姿勢を補正して、接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【００２０】
また、請求項１２記載の如く、基材に対して接合部材をはんだ接合させるはんだ接合装置であって、基材と接合部材との間にはんだを介装した状態で、該はんだを溶融させるための加熱装置と、はんだが溶融した状態で、前記接合部材の表面近傍の雰囲気を、該接合部材の上方位置から吸引するノズルとを、備える。
これにより、前記ノズルにより接合部材の上方の雰囲気を吸引するといった簡単な構成により接合部材の傾きを補正することができることとなるため、はんだ接合装置の構成が簡単となり、容易に接合部材を基材に対して平行にはんだ接合することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体素子を回路基板に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易にはんだ接合時における半導体素子の傾きを補正することができる。
また、はんだ層内に気泡が生じて半導体素子から回路基板への熱伝達効率が低下するといったこと等がなく、半導体装置の信頼性が低下することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００２３】
図１に示すはんだ接合装置２は、半導体装置１の基材となる回路基板１１に接合部材となる半導体素子１２をはんだ１４により接合するための接合装置であり、回路基板１１と半導体素子１２との間にはんだ１４を介装した状態の半導体装置１を収容する加熱炉２１と、回路基板１１の下方に配置され、該回路基板１１を通じてはんだ１４を加熱する加熱装置２２と、ガス供給管２４を通じて前記加熱炉２１内に不活性ガスを供給するための不活性ガス源２３と、不活性ガス源２３からの不活性ガスを半導体素子１２の上面に吹き付けるための複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・とを備えている。
【００２４】
なお、本例では、はんだ接合を行う基材および接合部材として、それぞれ回路基板１１および半導体素子１２を適用しているが、前記基材および接合部材としては、それぞれ回路基板および放熱板といったように他の部材を適用することも可能である。
また、前記不活性ガス源２３から供給される不活性ガスとしては、例えば窒素ガス（Ｎ２）が用いられている。
【００２５】
前記加熱炉２１は、例えば箱状に形成されており、内部に収容した回路基板１１と半導体素子１２とのはんだ１４接合時には、該加熱炉２１内は前記不活性ガス源２３から供給される不活性ガスが充填された状態となっており、加熱装置２２により加熱されて溶融したはんだ１４が酸化することを防止している。
また、前記加熱炉２１を長尺のトンネル状に構成して、回路基板１１と半導体素子１２とのはんだ１４接合を行う半導体装置１をベルトコンベアに載置して、該加熱炉２１内を搬送するように構成することもできる。
【００２６】
前記加熱装置２２は、例えばホットプレートにて構成されており、該加熱装置２２上に回路基板１１を載置して、該回路基板１１を介してはんだ１４を加熱し、溶融させるように構成している。
なお、はんだ１４の加熱・溶融は、加熱炉２１内の雰囲気を加熱して、半導体装置１全体を加熱することにより行うことも可能である。
【００２７】
図２に示すように、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・の下端位置は、それぞれ該ガス噴射ノズル２５・２５・・・の下端から前記半導体素子１２の上面までの距離Ｌが全て同じ距離となるような高さ位置に位置しており、各ガス噴射ノズル２５・２５・・・からは、同じ流量の不活性ガスが略下方に噴射されるように構成されている。
また、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・は、上下移動可能に構成されており、不活性ガスを吹き付けない待機状態にあるときには上方に移動して、半導体素子１２上面から離れた位置にあり、半導体素子１２上面に不活性ガスを吹き付けるガス噴射状態にあるときには下降して、該半導体素子１２上面に対して所定の間隙をもって近接する。
【００２８】
図３に示すように、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・は、例えば４本設けられており、該各ガス噴射ノズル２５・２５・・・は、平面視において略矩形に形成される前記半導体素子１２の四隅に、それぞれ配置されている。
また、複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・は、平面視において、前記半導体素子１２の重心位置Ｏと、複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・からなるガス噴射ノズル群２５Ａの重心位置Ｏａとが、一致するように配置されている。
【００２９】
ここで、前記ガス噴射ノズル群２５Ａの重心位置Ｏａ位置とは、前記各ガス噴射ノズル２５・２５・・・の下端から前記半導体素子１２の上面までの距離Ｌが全て同じ距離となるような高さに配置された該複数の放出ノズル２５・２５・・・から、それぞれ半導体素子１２表面に向けて同じ流量の不活性ガスを噴射した場合に該半導体素子１２が受ける下方向きの押圧力を、仮に１本のガス噴射ノズル２５から不活性ガスを噴射させて半導体素子１２に与えようとした場合に、その１本のガス噴射ノズル２５が配置される位置である。
【００３０】
このように構成されるはんだ接合装置２においては、次のようにして、回路基板１１と半導体素子１２とのはんだ１４接合が行われる。
図４（ａ）に示すように、まず、不活性ガス源２３からの不活性ガスを充填して不活性ガス雰囲気とした加熱炉２１内に、回路基板１１と半導体素子１２との間にはんだ１４を介装した半導体装置１を収納し、前記加熱装置２２により回路基板１１を介してはんだ１４を加熱し、溶融させる。
なお、回路基板１１と半導体素子１２とのはんだ１４接合は、本例では不活性ガス雰囲気下にて行っているが、減圧雰囲気下で行うことも可能である。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、回路基板１１と半導体素子１２との間のはんだ１４が溶融した状態で、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・を下降させて半導体素子１２表面に近接させ、該ガス噴射ノズル２５・２５・・・から半導体素子１２表面に向けて不活性ガスを吹き付ける。
【００３２】
ここで、回路基板１１と半導体素子１２との間に介装したはんだ１４を加熱して溶融させると、はんだ１４の場所によって溶融速度や溶融状態が異なる場合があり、例えば同じ半導体素子１２内の各箇所ではんだ１４の溶融状態が異なると、半導体素子１２の自重によるはんだ１４への沈み込み度合いが各箇所で異なって、半導体素子１２が回路基板１１に対して傾くことがある（図４（ｂ）において２点鎖線で示す状態）。
【００３３】
このように、はんだ１４の溶融時に半導体素子１２が回路基板１１に対して傾いたときに、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・から噴射される不活性ガスが半導体素子１２の表面に吹き付けられると、吹き付けられた不活性ガスにより半導体素子１２の傾きが矯正され、半導体素子１２が回路基板１１に対して平行な姿勢となる。
【００３４】
これは、複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・のうち、傾いた半導体素子１２における上側に位置する隅に相当する箇所に配置されるガス噴射ノズル２５から噴射される不活性ガスにより該半導体素子１２表面に作用する下方への押し付け力の方が、前記半導体素子１２における下側に位置する隅に相当する箇所に配置されるガス噴射ノズル２５から噴射される不活性ガスにより該半導体素子１２表面に作用する下方への押し付け力よりも大きくなるため、半導体素子１２の上側の隅が下側の隅に対して相対的に下方へ押し下げられることによる。
なお、各ガス噴射ノズル２５・２５・・・から噴射する不活性ガスの流量は、溶融したはんだ１４の粘性や表面張力の大きさ等を考慮して、半導体素子１２の傾き補正がスムーズに行われるような流量に設定される。
【００３５】
複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・からの不活性ガスの噴射により半導体素子１２が回路基板１１に対して平行になると、図４（ｃ）に示すように、前記加熱装置２２による加熱を停止して、半導体装置１を冷却してはんだ１４を凝固させる。
これにより、半導体素子１２が回路基板１１に対して平行にはんだ接合されることとなる。
【００３６】
次に、はんだ１４溶融時に各ガス噴射ノズル２５・２５・・・から同じ流量で噴射される不活性ガスを半導体素子１２表面に吹き付けることで、傾いた半導体素子１２を回路基板１１に対して平行な姿勢に補正する機構について詳しく説明する。
【００３７】
つまり、図５（ａ）に示すように、半導体素子１２が回路基板１１に対して傾斜していると、該半導体素子１２の下方側に位置する隅に相当する箇所のガス噴射ノズル２５ａの下端と半導体素子１２の表面との距離ｄａよりも、半導体素子１２の上方側に位置する隅に相当する箇所のガス噴射ノズル２５ｂの下端と半導体素子１２の表面との距離ｄｂの方が小さくなるため、前記ガス噴射ノズル２５ａと半導体素子１２の表面との間の空間の容量Ｖａよりも前記ガス噴射ノズル２５ｂと半導体素子１２の表面との間の空間の容量Ｖｂの方が小さくなる。
【００３８】
従って、前期ガス噴射ノズル２５ａから噴射される不活性ガスが半導体素子１２表面に吹き付けられることにより、半導体素子１２表面から上方へ向って生じる噴射抵抗圧Ｒａおよび該噴射抵抗圧Ｒａの反力として半導体素子１２表面に対して生じる下方向きの押し付け力Ｐａよりも、半導体素子１２表面から上方へ向って生じる噴射抵抗圧Ｒｂおよび該噴射抵抗圧Ｒｂの反力として半導体素子１２表面に対して生じる下方向きの押し付け力Ｐｂの方が大きくなる。
半導体素子１２表面に下方向きの押し付け力Ｐａ・Ｐｂが付与されると、溶融したはんだ１４上に載置されている半導体素子１２は下方へ沈み込むこととなるが、前述のように押し付け力Ｐｂの方が押し付け力Ｐａよりも大きいため、上方に位置するガス噴射ノズル２５ｂ側の半導体素子１２の隅が、下方に位置するガス噴射ノズル２５ａ側の半導体素子１２の隅よりも沈み込み量が多くなる。
【００３９】
図５（ｂ）に示すように、前記ガス噴射ノズル２５ｂ側の半導体素子１２の隅が、ガス噴射ノズル２５ａ側の半導体素子１２の隅よりも大きく沈み込み、ガス噴射ノズル２５ｂ側の前記距離ｄａとガス噴射ノズル２５ｂ側の前記距離ｄｂとが等しくなって、半導体素子１２の姿勢が回路基板１１に対して平行になると、前記容量Ｖａと容量Ｖｂとが等しくなり、その結果、前記噴射抵抗圧Ｒａと噴射抵抗圧Ｒｂ、および前記押し付け力Ｐａと押し付け力Ｐｂとが等しくなって平衡状態となり、該半導体素子１２と回路基板１１とが平行な状態が維持される。
【００４０】
そして、該半導体素子１２と回路基板１１との平行が維持された状態にあるときに、前記加熱装置２２による加熱を停止して半導体装置１を冷却し、はんだ１４を凝固させる。
これにより、前記半導体素子１２を回路基板１１に対して平行にはんだ接合することが可能となっている。
【００４１】
このように、はんだ１４溶融時に各ガス噴射ノズル２５・２５・・・から同じ流量の不活性ガスを半導体素子１２表面に吹き付けて、はんだ１４の溶融時に傾いた半導体素子１２の姿勢を補正して、半導体素子１２を回路基板１１に対して平行にはんだ接合した場合は、半導体素子１２と回路基板１１との間に前記スペーサやフィラー等を介装していないので、はんだ１４層内に気泡が生じることがなく、半導体素子１２から回路基板１１への熱伝達効率が低下しないので、半導体装置１の信頼性が低下することもない。
【００４２】
また、本例の場合、半導体素子１２の傾斜を変位計等の機器を用いて計測する必要がないため、該半導体素子１２を回路基板１１に対して平行に接合するための構成を簡単にすることができ、容易に傾きを補正することができる。
また、前記複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・から噴射する不活性ガスは、加熱炉２１内に不活性ガスを充填するために、もともとはんだ接合装置２に備えられている不活性ガス源２３から供給することができるため、装置構成を簡単にすることができる。
【００４３】
さらに、複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・から噴射する不活性ガスにより半導体素子１２の傾きを補正する構成は、押圧部材等を半導体素子１２の表面に押し当てて傾きを補正する場合とは異なり、半導体素子１２表面に非接触で傾きを補正することができるため、該半導体素子１２表面にダメージを与えることがなく、半導体装置１の信頼性を損なうことがない。
【００４４】
特に、本はんだ接合装置２においては、各ガス噴射ノズル２５・２５・・・の高さ位置を同じに設定するとともに、複数のガス噴射ノズル２５・２５・・・からなる前記ガス噴射ノズル群２５Ａの重心位置と、半導体素子１２の重心とを平面視にて一致させているので、各ガス噴射ノズル２５・２５・・・から同じ流量の不活性ガスを半導体素子１２表面へ向けて吹き付けると、半導体素子１２の重心位置に対して下向きの力をかけた場合と同じ押圧力が、該半導体素子１２にかかることとなるので、自動的に半導体素子１２の姿勢を回路基板１１に対して平行になるように補正することができ、半導体素子１２の傾き度合いの測定等を行うことなく、容易に該半導体素子１２の傾きの補正を行うことができる。
【００４５】
また、はんだ１４の溶融時における半導体素子１２の回路基板１１に対する傾きの補正は、次のようにして行うこともできる。
例えば、図６に示すように、半導体素子１２の各側面外側方向から、該半導体素子１２と回路基板１１との間のはんだ１４層に向けて水平方向に不活性ガスを噴射する、複数のガス噴射水平ノズル２６・２６・・・を設ける。
各ガス噴射水平ノズル２６・２６・・・は、半導体素子１２の各側面から同じ距離だけ離れた位置に配置され、同じ流量の不活性ガスを噴射するように構成されている。
【００４６】
本例の場合、回路基板１１にはんだ１４を介して半導体素子１２を載置した状態の半導体装置１を、前記加熱装置２２により加熱してはんだ１４を溶融させた後に、半導体素子１２と回路基板１１との間のはんだ１４層に、前記ガス噴射水平ノズル２６・２６・・・からの不活性ガスを水平方向に吹き付けると、半導体素子１２と回路基板１１との間には、吹き付けた不活性ガスにより該半導体素子１２と回路基板１１とが離間する方向の力が働く。
【００４７】
吹き付けられた不活性ガスにより半導体素子１２と回路基板１１とが離間する方向にかかる力は、該半導体素子１２と回路基板１１との間隔が短い方が大きくなるため、半導体素子１２が回路基板１１に対して傾いていた場合は、下方に位置する半導体素子１２の側面（図６における左側の側面）が上方へ持ち上げられる。これに対して、上方に位置する半導体素子１２の側面（図６における右側の側面）は、半導体素子１２と回路基板１１とが溶融した一定の容積のはんだ１４により接続されているため、相対的に下方へ沈み込むこととなる。
【００４８】
そして、半導体素子１２の全ての側面の高さ位置が同じ高さになると（つまり半導体素子１２と回路基板１１との間隔が全ての側面で同じ大きさになると）、全ての側面部分にかかる半導体素子１２と回路基板１１とが離間する方向の力が同じ大きさとなって平衡状態となり、半導体素子１２の回路基板１１に対する平行姿勢が維持される。
この平行姿勢が保持された状態で半導体装置１を冷却することで、半導体素子１２を回路基板１１に対して平行にはんだ接合することができる。
本例の場合も、はんだ１４接合時における半導体素子１２の傾斜を変位計等の機器を用いて計測することなく、該半導体素子１２の傾斜を補正することができ、該半導体素子１２を回路基板１１に対して平行に接合するための構成を簡単にして、容易に半導体素子１２の傾きを補正することができる。
【００４９】
また、図７に示すように、前記ガス噴射水平ノズル２６・２６・・・から不活性ガスを噴射して半導体素子１２の傾きを補正する場合、半導体素子１２の上方から、該半導体素子１２表面に向けて不活性ガスを吹き付けるガス噴射垂直ノズル２７を設けることもできる。
本例では、前記ガス噴射垂直ノズル２７から半導体素子１２表面に向けて不活性ガスを吹き付けることで、該半導体素子１２に対して下方への押圧力を付与するようにしている。
【００５０】
このように、ガス噴射垂直ノズル２７により半導体素子１２に下方への押圧力を付与することで、前記ガス噴射水平ノズル２６・２６・・・から付与される半導体素子１２と回路基板１１とが離間する方向の力によって、半導体素子１２が回路基板１１から浮いてしまうことを防止できる。
【００５１】
また、はんだ１４の溶融時における半導体素子１２の回路基板１１に対する傾きの補正は、次のようにして行うこともできる。
例えば、図８に示すように、回路基板１１と半導体素子１２との間にはんだ１４を介装した状態の半導体装置１を加振ステージ２８の上に載置し、該半導体装置１を加熱してはんだ１４が溶融状態にあるときに、該加振ステージ２８により半導体装置１に対して微少な上下振動を付与することで、半導体素子１２の傾きを補正することができる。
なお、前記加振ステージ２８は、半導体装置１を加熱する加熱装置の機能も備えている。
【００５２】
この場合、半導体装置１に微少な上下振動が付与されることにより、半導体素子１２の自重がかかっているはんだ１４の厚みが均一にならされて、半導体素子１２の姿勢が回路基板１１に対して平行となる。
このように、本例の構成では、半導体素子１２の傾きの補正は、半導体装置１に微少な上下振動が付与することで自動的に行われるので、半導体素子１２の傾きを測定する変位計等の機器を用いることなく、容易に半導体素子１２の姿勢を補正することができる。
【００５３】
また、はんだ１４の溶融時における半導体素子１２の回路基板１１に対する傾きの補正は、次のようにして行うこともできる。
例えば、図９に示すように、回路基板１１と半導体素子１２との間にはんだ１４を介装した状態の半導体装置１を加熱してはんだ１４が溶融状態にあるときに、該半導体素子１２の上方に、加熱炉２１内の雰囲気を吸引する吸引ノズル２９を配置し、該吸引ノズル２９にて、傾斜した半導体素子１２表面における下方に位置する部分の近傍の雰囲気を吸引することで、その雰囲気の吸引により生じる吸引力により、下方に位置する部分の半導体素子１２表面を上方へ引き上げて、該半導体素子１２の傾きを補正することができる。
【００５４】
この場合、前記吸引ノズル２９は１本だけ設けて、該吸引ノズル２９を半導体素子１２表面のうち最も下方に位置している部分に移動させて吸引を行うことが可能であり、また、複数の吸引ノズル２９・２９・・・を設けて、半導体素子１２表面のうち最も下方に位置している部分の近くに配置されている１本または複数本の吸引ノズル２９により吸引を行うことも可能である。
なお、本例の場合は、半導体素子１２の傾きを測定して、半導体素子１２表面のうち最も下方に位置している部分を検知する必要があるが、吸引ノズル２９といった簡単な部材により半導体素子１２の傾きを補正することができるため、装置構成が簡単となり、容易に半導体素子１２を回路基板１１に対して平行にはんだ接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】はんだ接合装置を示す斜視図である。
【図２】はんだ接合装置を示す側面断面図である。
【図３】ガス噴射ノズルの配置位置を示す平面図である。
【図４】はんだ接合の過程を示す側面断面図である。
【図５】ガス噴射ノズルから半導体素子表面へ不活性ガスを吹き付けて、半導体素子の姿勢を補正する機構を説明するための側面断面図である。
【図６】はんだ接合装置の第２の実施形態を示す側面断面図である。
【図７】はんだ接合装置の第３の実施形態を示す側面断面図である。
【図８】はんだ接合装置の第４の実施形態を示す側面断面図である。
【図９】はんだ接合装置の第５の実施形態を示す側面断面図である。
【図１０】従来の、半導体素子と回路基板との間にスペーサを介装して半導体素子の傾きを補正するようにした様子を示す側面断面図である。
【図１１】従来の、半導体素子と回路基板との間にフィラーを介装して半導体素子の傾きを補正するようにした様子を示す側面断面図である。
【図１２】従来の、半導体素子の傾きをレーザ変位計にて測定して半導体素子の傾きを補正するようにした様子を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    半導体装置
２    はんだ接合装置
１１    回路基板
１２    半導体素子
１４    はんだ
２１    加熱炉
２２    加熱装置
２３    不活性ガス源
２５    ガス噴射ノズル
２５Ａ  ガス噴射ノズル群
Ｏ    （半導体素子の）重心
Ｏａ  （ガス噴射ノズル群）の重心
【図１】
2008227189.tif 000003
【図２】
2008227189.tif 000004
【図３】
2008227189.tif 000005
【図４】
2008227189.tif 000006
【図５】
2008227189.tif 000007
【図６】
2008227189.tif 000008
【図７】
2008227189.tif 000009
【図８】
2008227189.tif 000010
【図９】
2008227189.tif 000011
【図１０】
2008227189.tif 000012
【図１１】
2008227189.tif 000013
【図１２】
2008227189.tif 000014