(57)【要約】【課題】溶融はんだの表面から溶融酸化物被膜を除去する程度を高め、ボイドの発生を十分に抑制する。【解決手段】溶融酸化物除去冶具４は、取り付部４ｂによってロボットアームの先端に取り付けられており、ロボットアームによって溶融はんだ表面に接触される。溶融酸化物除去冶具４が溶融はんだ表面に接する下面には、微細凹所４ａが格子状に分散配置されている。微細凹所４ａは溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引し、溶融はんだ表面から溶融酸化物被膜を除去する。溶融酸化物除去治具４には突起部４ｃを取り付けることもでき、その場合には突起部４ｃによって接触高さが精度よく制御される。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融はんだ表面の溶融酸化物を除去するための治具であり、
溶融はんだ表面に接する面に、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具。
【請求項２】
第一部品の表面に第二部品の底面がはんだ付けされている電子装置を製造する装置であり、
還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく手段と、
溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具と、
前記治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段と、
表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段とを備えることを特徴とする電子装置製造装置。
【請求項３】
第一部品の表面に第二部品の底面をはんだ付けして電子装置を製造する方法であり、
還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく工程と、
溶融酸化物の表面張力を利用して微細凹所に溶融酸化物を吸引する工程と、
表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる工程とを備えることを特徴とする電子装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、溶融はんだの表面に存在する溶融酸化物を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】第一部品（例えばリードフレームやセラミック基板等）の表面に第二部品（例えばチップ素子）の底面をはんだ付けして電子装置を製造することが多い。通常は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させる。還元雰囲気を利用しても、溶融したはんだの表面には溶融した酸化物が浮上し、溶融酸化物の被膜で覆われる。この溶融酸化物被膜は、部品（チップ素子等）に対するはんだの濡れ性を低下させる。はんだが部品に十分に濡れないと、はんだ表面と部品との間に気泡（ボイド）が発生することがある。ボイドが発生すると、部品同士の接合強度が低下する。また、電気的特性を劣化させる。溶融はんだ表面に浮上する溶融酸化物被膜はボイドの原因となって電子装置の品質不良を招くために、溶融はんだの表面から溶融酸化物被膜を除去することが必要となる。
従来では、溶融酸化物被膜を除去するために、溶融はんだを還元雰囲気に維持して除去する技術や、治具に吸着保持したチップ素子を利用して溶融はんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜を攪拌して粉砕する技術が知られている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２から５にもはんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜に対策する技術が紹介されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７８１１号公報
【特許文献２】
特開平３−８３４７号公報
【特許文献３】
特開昭６４−７４７３０号公報
【特許文献４】
特開平５−２６９５７６号公報
【特許文献５】
特開平１０−３２５８５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の技術では、溶融酸化物被膜の除去の程度が低く、ボイドの発生が十分には抑制されていなかった。
【０００５】
本発明では、溶融はんだの表面から溶融酸化物被膜を除去する程度を高め、ボイドの発生を十分に抑制できる技術を創作する。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】上記の目的を達成するために、本願発明では溶融酸化物を除去する冶具を創作した。この治具は、溶融はんだの表面に接する面に溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されていることを特徴とする。
この治具の溶融はんだの表面に接する面には、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている。したがって、治具を溶融はんだの表面に接触させると、溶融はんだの表面に存在していた溶融酸化物が微細凹所に吸引されて溶融はんだの表面から除去される。溶融酸化物を微細凹所に吸引して除去する技術によると、溶融はんだを還元雰囲気に維持して溶融酸化物を除去する技術や、溶融はんだ表面に浮上した溶融酸化物被膜を攪拌して粉砕する技術に比して、除去の程度を向上させることができる。
【０００７】
また、本願発明では、第一部品の表面に第二部品の底面がはんだ付けされている電子装置を製造する装置をも創作した。この装置は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく手段と、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具と、前記治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段と、表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段とを備える。
この装置は、第一部品（例えばリードフレームやセラミック基板等）の表面に第二部品（例えばチップ素子）の底面をはんだ付けして電子装置を製造するものである。そのためにこの装置は、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させる手段を備えている。また、溶融酸化物の表面張力を利用して溶融酸化物を吸引する微細凹所が分散配置されている治具を備えている。さらに、その治具を溶融はんだ表面に接触させてから離反する手段を備えている。治具を溶融はんだ表面に接触させることによって溶融はんだ表面に存在する溶融酸化物は微細凹所に吸引され、微細凹所に溶融酸化物を吸引した治具を溶融はんだ表面から離反させることによって、溶融はんだの表面から溶融酸化物を効果的に除去することができる。表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる手段を備えていために、第二部品の底面とはんだとの間にボイドが生成されないようにはんだ付けすることが可能となる。
本発明の製造装置によれば、溶融はんだ表面に存在する溶融酸化物を除去してから第二部品をはんだ付けるために、ボイドの生成を防ぐことができ、品質良好な電子装置を安定的に製造することができる。
【０００８】
さらに、本願発明では、第一部品の表面に第二部品の底面をはんだ付けして電子装置を製造する方法をも創作した。この方法では、還元雰囲気で第一部品の表面上のはんだを加熱して溶融させておく工程と、溶融酸化物の表面張力を利用して微細凹所に溶融酸化物を吸引する工程と、表面から溶融酸化物が除去された溶融はんだに第二部品の底面を接触させる工程とを備えることを特徴とする。
この方法によれば、溶融はんだ表面から溶融酸化物を除去してから第二部品をはんだ付けることができ、ボイドのない品質良好な電子装置を製造することが可能となる。
【０００９】
【実施の形態】下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）　溶融酸化物除去冶具の溶融はんだ表面に接する面には、断面が正方形・長方形または円形等のスポット状の凹所が、格子状に分散配置されている。この場合、治具表面の単位面積あたりの凹所を形成する壁の長さを長く確保することができ、多量の溶融酸化物を凹所群に吸引して除去することができる。
（形態２）　各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝が平行に配置されている。この治具は直線状に伸びる溝を加工することで製造できるために安価に製造できる。
（形態３）　各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝が放射状に配置されている。この治具は直線状に伸びる溝を加工することで製造できるために安価に製造できる。また、溶融はんだの表面はドーム状となり、その頭頂部分に多量の溶融酸化物が浮上している。吸引溝群の放射中心と頭頂部分を対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を吸引溝群の配置密度の高い放射中心近傍で吸引することができる。
（形態４）　各凹所は貫通孔で形成されている。貫通孔は加工しやすく、治具を安価に製造できる。また、吸引した酸化物をクリーニングしやすい。しかしながら各凹所が治具を貫通している必要はなく、上方が閉塞されていてもよい。
（形態５）　治具は、溶融はんだとの間で強い表面張力が作用する一方、凝固したはんだとの接合強度が低い材料で形成されている。
【００１０】
【実施例】次に、本願発明に係る第１実施例を、図１から図８を参照して詳細に説明する。第１実施例では、ロボットアームを備えた電子装置製造装置を用いる。ロボットアームの先端には、溶融酸化物除去冶具やチップ素子（請求項でいう第二部品）を保持する保持具（コレット等）を取り付けることができる。また部品同士を接合するためにはんだ箔を加熱溶融して用い、加熱溶融したはんだを介して基板（請求項でいう第一部品）にチップ素子（請求項でいう第二部品）を実装する。
最初に、図１に示すように、基板１の上にはんだ箔２をセットする。このときはんだ箔２は凝固しており、全表面が酸化物被膜２ａで覆われている。
次に図２に示すように、還元雰囲気のリフロー炉（図示しない）に入れ、基板１をヒータ６６に載せて基板１を介してはんだ箔２を加熱する。加熱することによってはんだ箔２が溶融して溶融はんだ３となる。溶融はんだ３の表面は表面張力によってドーム状となる。溶融はんだ３の底面３ｂは基板１の表面に密着する。はんだ箔２の表面を覆っていた酸化物被膜２ａが加熱されて溶融する。はんだ箔２の下側の表面を覆っていた酸化物被膜２ａが溶融すると、その溶融酸化物は溶融はんだ３よりも比重が軽いために浮上する。溶融はんだ３の底面３ｂと基板１の表面との間には、酸化物もボイドも残らない。溶融はんだ３のド−ム状の表面は、はんだ箔２の下側の表面を覆っていた酸化物被膜２ａに由来する浮上した溶融酸化物と、はんだ箔２の上側の表面を覆っていた酸化物被膜２ａに由来する溶融酸化物によって膜状に覆われる（これを溶融酸化物被膜３ａという）。
次に図３に示すように、電子装置製造装置のロボット６２のアーム６０の先端に取り付けられた溶融酸化物除去治具４を上方より下降させ、溶融酸化物除去治具４の平坦な下面を溶融はんだ３のドーム状の表面の頭頂部分に接触させる。
図４の（Ａ）は、溶融酸化物除去治具４の下面を下から見上げた図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図４に示すように、溶融酸化物除去治具４の下面には、断面正方形の凹所４ａが、格子状に分散配置されている。一つ一つの凹所４ａの断面は十分に小さく、凹所４ａを形成する壁と溶融酸化物との間に作用する表面張力によって溶融酸化物が凹所４ａに吸引され、凹所４ａを上昇する毛細管現象が得られるサイズに構成されている。溶融酸化物除去治具４は、溶融はんだとの間で強い表面張力が作用する一方、凝固したはんだとの接合強度が低い材料（例えばカーボンまたはガラス）で製造されている。凹所４ａ群を格子状に配置することで、溶融酸化物除去治具４の下面の単位面積あたりの溶融はんだと接触する凹所４ａを形成する壁の長さを十分に確保することができる。そのために十分な量の溶融酸化物を凹所４ａ群の中に吸引することが可能となる。
各凹所４ａは、溶融酸化物除去治具４の下面から上面までを貫通しており、吸引した酸化物をエアジェットによって容易にクリーニングすることができる。溶融酸化物除去治具４は凝固したはんだとの接合強度が低い材料で製造されているためにエアジェットによって容易にクリーニングすることができる。
凹所４ａ群は、物理的加工又は化学的加工で加工することができる。例えば、ダイパンチやけがきによる機械加工、エキシマレーザによるレーザ加工、エッチング加工等によって凹所４ａ群を加工することができる。
溶融酸化物除去治具４の下面の４隅からは所定の長さに調整された突起部４ｃが伸びている。このために、ロボットアーム６０によって溶融酸化物除去治具４を基板１に接近させたときの溶融酸化物除去治具４の下面の高さ（基板１の表面からの距離）が突起部４ｃによって精度よく制御される。また、溶融酸化物除去治具４は、ロボットアーム６０の先端に連結する取付部４ｂを備えている。
図５に示すように、溶融はんだ３の頭頂部分に溶融酸化物除去治具４が接触すると、溶融酸化物と溶融酸化物除治具４の表面との間に表面張力が作用する。即ち、凹所４ａを形成する壁と溶融酸化物との間に表面張力が作用し、溶融酸化物被膜３ａは毛細管現象によって凹所４ａ群に吸引される。その結果、溶融はんだ３の表面にあった溶融酸化物被膜３ａが除去される。
溶融はんだ３の表面を覆っていた溶融酸化物被膜３ａの全部が吸引された時点で、図６に示すように、溶融酸化物除去治具４を上昇させて溶融はんだ３から離反させる。溶融酸化物被膜３ａは溶融はんだ３の表面から除去され、溶融はんだ３の表面には、溶融酸化物が残存していない状態となっている。上記の処理は還元雰囲気で実行されるために、溶融酸化物被膜３ａが除去された溶融はんだ表面が再度酸化することはない。
次に図７に示すように、電子装置製造装置のロボットアーム６０の先端に取り付けられたコレット６４等の保持冶具によって保持されたチップ素子５の底面を、溶融はんだ３に接触させてその位置に保持する。溶融はんだ３は冷却されて凝固し、チップ素子５がはんだによって基板１に接合される。以上の工程によると、溶融はんだ３の表面から溶融酸化物３ａが除去され、それからチップ素子５が位置決めされるために、凝固したはんだ３とチップ素子５との間にはボイドが生成されない。よって、品質良好な電子装置が製造される。また、従来から用いられていたロボットアーム６０の先端に溶融酸化物除去冶具４を取り付けるという簡易な方法によって溶融酸化物を除去することができる。
溶融酸化物被膜３ａを吸引した溶融酸化物除去治具４は、図８に示すように、リフロー炉の上部に設けられたエアジェット噴出口６から噴出されるエアジェットによりクリーニングされる。溶融酸化物除去治具４から離間した酸化物３ａは下方に設けられた傾斜板７を伝って酸化物溜８に投下され、パイプ９より廃棄される。
【００１１】
（溶融酸化物除去治具の第２実施例）
第２実施例の溶融酸化物除去治具１４は、図９の（Ａ）に示すように、断面正方形の凹所１４ａが格子状に分散配置されていると共に、図９の（Ｂ）に示すように各凹所１４ａの上部が蓋されている。即ち、溶融酸化物除去治具１４の上面にまで貫通していない。凹所は、図４の（Ｂ）に示した凹所４ａのように貫通していてもよく、この図９の（Ｂ）に示す凹所１４ａのように貫通していなくてもよい。
【００１２】
（溶融酸化物除去治具の第３実施例）
第３実施例の溶融酸化物除去治具２４は、図１０の（Ａ）に示すように、各凹所２４ａがストライプ状に伸びており、多数の溝状の凹所２４ａが等間隔で平行に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所２４ａを上昇する幅に設定されている。各凹所２４ａは、（Ｂ）に示すように、溶融酸化物除去治具２４の下面から上面までを貫通している。この溶融酸化物除去治具２４は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。
（溶融酸化物除去治具の第４実施例）
第４実施例の溶融酸化物除去治具３４は、図１１の（Ａ）に示すように、各凹所３４ａがストライプ状に伸びており、多数の溝状の凹所３４ａが等間隔で平行に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所３４ａを上昇する幅に設定されている。各凹所３４ａは、（Ｂ）に示すように、溶融酸化物除去治具３４の上面までは貫通していない。凹所は、図１０の（Ｂ）に示した凹所２４ａのように貫通していてもよく、この図１１の（Ｂ）に示す凹所３４ａのように貫通していなくてもよい。この溶融酸化物除去治具３４は簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。
（溶融酸化物除去冶具の第５実施例）
第５実施例の溶融酸化物除去冶具４４は、図１２の（Ａ）に示すように、各凹所４４ａが直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝状の凹所４４ａが放射状に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所４４ａを上昇する幅に設定されている。各凹所４４ａは、（Ｂ）に示すように、溶融酸化物除去治具４４の下面から上面までを貫通している。この溶融酸化物除去治具４４は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。また、放射中心４４ｄをドーム状の溶融はんだ３の頭頂部分に対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を溝状の凹所４４ａの配置密度の高い放射中心４４ｄの近傍で吸引することができる。
（溶融酸化物除去具の弟６実施例）
第６実施例の溶融酸化物除去冶具５４は、図１３の（Ａ）に示すように、各凹所５４ａが直線状に伸びる溝で形成されており、複数の溝状の凹所５４ａが放射状に配置されている。溝幅は、毛細管現象によって溶融酸化物が各凹所５４ａを上昇する幅に設定されている。各凹所５４ａは、（Ｂ）に示すように、溶融酸化物除去冶具５４の上面までは貫通していない。凹所は、図１２の（Ｂ）に示した凹所４４ａのように貫通していてもよく、この図１３の（Ｂ）に示す凹所５４ａのように貫通していなくてもよい。この溶融酸化物除去治具５４は、簡単に機械加工でき、安価に製造することができる。また、放射中心５４ｄをドーム状の溶融はんだ３の頭頂部分に対応位置させることによって、多量の溶融酸化物を溝状の凹所５４ａの配置密度の高い放射中心５４ｄの近傍で吸引することができる。
【００１３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
なお、以上の適用例に示した他にも、以下のように様々に変形、変更した技術を用いることができる。
・本実施例の電子装置製造装置は、先端に溶融酸化物除去冶具を取り付けられるロボットアームを備えている。しかしこれに限るものではなく、溶融酸化物除去冶具を取り付けられる軸等の手段を備えた電子装置製造装置であればいずれであってもよい。
・本実施例では、チップ素子と基板をはんだ付けして電子装置を製造している。しかしこれらに限るものではなく、電子素子、ターミナル、放熱板、ハウジング等の電子装置を構成する部品の任意の組合せに用いることができる。
・本実施例では、第一部品上に置かれたはんだ箔を加熱溶融して用いているが、これに限るものではない。例えば、第一部品上に供給ノズルから溶融はんだを供給してもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去治具自体に取り付けられた突起で高さ制御を行っているが、これに限るものではない。例えば、溶融酸化物除去治具自体には高さ制御を行う部位を設けず、ロボットアームの高さを制御する方式を取り得る。図１３の溶融酸化物除去治具５４は高さ調整のための突起を備えていない。
・本実施例では、溶融酸化物除去治具をエアジェットによってクリーニングするが、これに限るものではない。例えば、バキュームを用いて酸化物を吸い出してもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具として、断面が正方形の凹所が格子状に分散配置されているものと、各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、これらの溝が平行に配置されているものと、各凹所が直線状に伸びる溝で形成されており、これらの溝が放射状に配置されているものを挙げている。しかしながら凹所はこれらの形態に限るものではなく、毛細管現象の作用を呈する形状であれば長方形や円形等であってもよいし、どのように配置されていてもよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具の凹所が下面の全面に設けられているが、これに限るものではなく、少なくともはんだ表面に接触する部分に設けられていればよい。
・本実施例では、溶融酸化物除去冶具の下面が正方形となっているが、これに限るものではない。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、溶融したはんだの表面に生成される溶融酸化物を完全に除去することができる。したがって、品質の良好な電子装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子装置の製造工程の第１段階を示す図である。
【図２】電子装置の製造工程の第２段階を示す図である。
【図３】電子装置の製造工程の第３段階を示す図である。
【図４】溶融酸化物除去冶具の第１実施例を示す図である。
【図５】電子装置の製造工程の第４段階を示す図である。。
【図６】電子装置の製造工程の第５段階を示す図である。
【図７】電子装置の製造工程の第６段階を示す図である。
【図８】溶融酸化物除去冶具のクリーニング工程を示す図である。
【図９】溶融酸化物除去冶具の弟２実施例を示す図である。
【図１０】溶融酸化物除去冶具の弟３実施例を示す図である。
【図１１】溶融酸化物除去冶具の弟４実施例を示す図である。
【図１２】溶融酸化物除去冶具の弟５実施例を示す図である。
【図１３】溶融酸化物除去冶具の弟６実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　：基板、
２　：はんだ箔、
３　：溶融はんだ、
３ａ：溶融酸化物被膜
４　：溶融酸化物除去冶具、
５　：チップ素子、
６　：エアジェット噴出口、
７　：傾斜板、
８　：酸化物溜、
９　：パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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