(57)【要約】【課題】半導体チップ等の部品の配線基板への実装において実装不良の発生を防止することができる配線基板の温度調整ユニットおよび該温度調整ユニットを備えるリフロー装置を提供すること。【解決手段】本発明の温度調整ユニット２３は、円柱状の送風管３０と、送風管３０の下端において接合された円盤状の送風ヘッド３１とを備えている。送風ヘッド３１は、送風管３０の内部３３と連通する内部４０と、上下方向に貫通する多数の貫通孔４２を有するパンチングメタルで構成される下面４１とを有している。送風管３０は、その内部３３において温度が調整されたガスを上方から下方へ導く。送風ヘッド３１は、送風管３０の内部３３から内部４０に導かれたガスを貫通孔４２を経由して搬送される配線基盤に吹き付ける。送風管３０および送風ヘッド３１は、送風管３０の外周面において周方向に沿って形成されたギヤ３４に伝達される回転駆動力によって回転する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点材料を介して部品が実装され、かつ所定の方向に搬送される配線基板の温度を調整するための温度調整ユニットであって、
温度が調整された気体を前記配線基板に吹き付ける送風手段を有し、
前記送風手段は、前記気体を吐出する吐出口が設けられた吐出面を有し、かつ、少なくとも前記吐出面が回転可能になっていることを特徴とする配線基板の温度調整ユニット。
【請求項２】
前記送風手段は、前記吐出面が前記配線基板にほぼ対向するように配置されたものである請求項１に記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項３】
前記回転に伴い、前記吐出口の位置が経時的に変化する請求項１または２に記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項４】
前記送風手段は、前記配線基板の上下面のいずれにも対向するように配設されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項５】
前記送風手段は、その外形が回転軸に沿う円柱状であり、該円柱の外周面において周方向に沿って形成されたギヤを有し、前記ギヤに係合する他のギヤから回転力が伝達される請求項１ないし４のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項６】
前記ギヤはチェーンを介して前記他のギヤと係合する請求項５に記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項７】
前記吐出面は円盤状を呈し、該円盤の直径は前記配線基板の幅以上である請求項１ないし６のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項８】
前記低融点材料は、実質的に鉛を含まない鉛フリー半田である請求項１ないし７のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項９】
前記吐出口はノズルである請求項１ないし８のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１０】
前記吐出口は、前記送風手段の回転軸に対して所定の角度だけ傾斜した方向に前記気体を吐出する請求項１ないし９のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１１】
前記送風手段は、複数の前記吐出口を有するものであり、前記複数の吐出口は、前記吐出面において互いにほぼ等間隔に配置されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１２】
前記送風手段は、複数の前記吐出口を有するものであり、前記複数の吐出口は、前記吐出面において互いに千鳥状に配置されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１３】
前記配線基板の加熱に用いられる請求項１ないし１２のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１４】
前記吐出口は、１００〜３５０℃に加熱された前記気体を吐出するものである請求項１３に記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１５】
前記配線基板の冷却に用いられる請求項１ないし１４のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１６】
前記吐出口は、１００〜３５０℃の前記気体を吐出するものである請求項１５に記載の配線基板の温度調整ユニット。
【請求項１７】
前記配線基板を搬送経路に沿って搬送する搬送装置と、前記搬送経路に沿って配設された請求項１ないし１６のいずれかに記載の配線基板の温度調整ユニットとを備えることを特徴とするリフロー装置。
【請求項１８】
前記配線基板の温度調整ユニットを複数個有する請求項１７に記載のリフロー装置。
【請求項１９】
前記送風手段は、搬送される前記配線基板の上下面のいずれにも対向するように配設されたものである請求項１７または１８に記載のリフロー装置。
【請求項２０】
前記搬送装置は２つの送り手段を有し、該２つの送り手段の各々は前記配線基板の幅方向に関する端部の各々を支持し、前記２つの送り手段のうち少なくとも１つは、前記配線基板の幅に対応して前記幅方向に移動可能である請求項１７ないし１９のいずれかに記載のリフロー装置。
【請求項２１】
前記２つの送り手段は、前記配線基板の幅方向の中心に関して対称に移動可能である請求項２０に記載のリフロー装置。
【請求項２２】
前記配線基板の搬送経路に沿って区分けされた少なくとも３つのゾーンを備え、該３つのゾーンの各々は少なくとも１つの前記配線基板の温度調整ユニットを有する請求項１７ないし２１のいずれかに記載のリフロー装置。
【請求項２３】
前記配線基板の搬送速度は、０．１〜２．０ｍ／分である請求項１７ないし２２のいずれかに記載のリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ等の部品が実装される配線基板の温度調整ユニットおよび該温度調整ユニットを備えるリフロー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップ等の部品を配線基板に実装する装置として、配線基板に熱風を吹き付け、これにより、配線基板上に載置された部品の端子部に形成された半田層を溶融し、該溶融した半田層によって配線基板上の配線と上記部品とを接合するリフロー装置が用いられる。
【０００３】
ところで、上記のようなリフロー半田付けを行う場合、配線基板の各部位で、温度のばらつきを生じることがある。このような温度のばらつきが発生すると、部分的に半田の溶融が十分に進行せず、半田付け不良が起こる場合があった。また、半田を十分に溶融させるために熱風の温度を高くすると、端子上から半田が流れ出し、短絡や接合不良等を引き起こす場合があった。
【０００４】
上記のような問題を解決する目的で、整流された熱風を吹き付ける試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示されている送風装置は、図１１に示すように、細孔１００としてのスリットを多数備えた面状のヒータでなる面状体１０１と、該面状体１０１に対し回転軸１０２が直交状に配設されたシロッコファンで構成される送風機１０３と、該送風機１０３の回転軸１０２と同心状に配設され、吹出し口１０４に向かって径が徐々に縮小された円錐形の外形部１０５を備える風洞１０６と、該風洞１０６の吹出し口１０４に設けられ、気体を面状体１０１に向けて拡散させて導くための拡散部１０７と、風洞１０６内においてその先端部１０８を上記面状体１０１に対向させた状態で上記回転軸１０２と同心状に配設された円錐体１０９と、該円錐体１０９および風洞１０６の内周面の間で形成される通風路１１０と、該通風路１１０において風洞１０６の軸心回りに等間隔の状態で、風洞１０６の内周面に４枚溶接されて配設される固定翼１１１とによって構成され、チェーンコンベア１１２で搬送される電子部品１１３が実装された印刷回路基板１１４に対向するように配設される。
【０００５】
そして、この送風装置では、送風機１０３が回転すると、ガスが通風路１１０を経て吹出し口１０４から面状体１０１に送られるが、上記の通り、通風路１１０は吹出し口１０４に向かって径が縮小された円錐形に形成され、この通風路１１０に固定翼１１１が配設されているので、ガスは、通風路１１０で風洞１０６の軸心側に絞り込まれ、固定翼１１１で渦流化して吹出し口１０４の周辺部を流れる。これにより、円錐形の通風路１１０と固定翼１１１との相乗作用で、吹出し口１０４からその開口面の全域において、同じ風圧風速でガスが吹出される。そして、吹出されたガスは、面状体１０１の細孔１００を通る間に熱交換されて加熱ガスとなり、この加熱ガスが、印刷回路基板１１４の全域に均一に吹き付けられて電子部品１１３の端子部に形成された半田層を溶融させ、電子部品１１３を印刷回路基板１１４に半田付けする。
【０００６】
しかしながら、上記送風装置では、印刷回路基板１１４に吹き付けられる加熱ガスは、面状体１０１の細孔１００によって一方向に整流されるため、印刷回路基板１１４に対して一方向から吹き付けられるのみであり、例えば、基板上において加熱ガスの流れ方向に沿って複数の電子部品が配設されている場合（特に、高さの異なる電子部品が近接している場合）、流れ方向に関して下流側に配設された電子部品の端子部が、上流側に配設された電子部品が発生させる加熱ガスの流れにおける影に隠れてしまうため、電子部品の端子部に供給された半田層が溶融せず、その結果、基板の半田付け不良が発生するという問題がある。この問題は、近年、電子部品の配置の高密度化が進んだ基板において一層顕著に現れる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２０４９３２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体チップ等の部品の配線基板への実装において実装不良の発生を効果的に防止することができる配線基板の温度調整ユニットおよび該温度調整ユニットを備えるリフロー装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の配線基板の温度調整ユニットは、低融点材料を介して部品が実装され、かつ所定の方向に搬送される配線基板の温度を調整するための温度調整ユニットであって、
温度が調整された気体を前記配線基板に吹き付ける送風手段を有し、
前記送風手段は、前記気体を吐出する吐出口が設けられた吐出面を有し、かつ、少なくとも前記吐出面が回転可能になっていることを特徴とする。
これにより、半導体チップ等の部品の配線基板への実装において実装不良の発生を効果的に防止できる配線基板の温度調整ユニットを提供することができる。
【００１０】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記送風手段は、前記吐出面が前記配線基板にほぼ対向するように配置されたものであることが好ましい。
これにより、配線基板をその全面にわたって、より精確に温度調整することができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記回転に伴い、前記吐出口の位置が経時的に変化することが好ましい。
これにより、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
【００１１】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記送風手段は、前記配線基板の上下面のいずれにも対向するように配設されたものであることが好ましい。
これにより、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記送風手段は、その外形が回転軸に沿う円柱状であり、該円柱の外周面において周方向に沿って形成されたギヤを有し、前記ギヤに係合する他のギヤから回転力が伝達されることが好ましい。
これにより、送風手段の内部に回転駆動用の動力源を配設する必要がなくなる。
【００１２】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記ギヤはチェーンを介して前記他のギヤと係合することが好ましい。
これにより、他のギヤの配置場所に関する自由度が増し、温度調整ユニットのレイアウトの自由度を増すことができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記吐出面は円盤状を呈し、該円盤の直径は前記配線基板の幅以上であることが好ましい。
これにより、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
【００１３】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記低融点材料は、実質的に鉛を含まない鉛フリー半田であることが好ましい。
これにより、配線基板と前記部品との接合の信頼性を十分に高いものとしつつ、環境に対する悪影響の発生をより効果的に防止することができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記吐出口はノズルであることが好ましい。
これにより、ガスの流れを任意の方向へより確実に形成することができる。
【００１４】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記吐出口は、前記送風手段の回転軸に対して所定の角度だけ傾斜した方向に前記気体を吐出することが好ましい。
これにより、より広範囲にわたってガス（雰囲気ガス）の流れを乱すことができ、ガスの流れにおける影の発生をより確実に防止することができる。
【００１５】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記送風手段は、複数の前記吐出口を有するものであり、前記複数の吐出口は、前記吐出面において互いにほぼ等間隔に配置されていることが好ましい。
これにより、吐出面における気体の吐出量の分布をより均一性の高いものとすることができ、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
【００１６】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記送風手段は、複数の前記吐出口を有するものであり、前記複数の吐出口は、前記吐出面において互いに千鳥状に配置されていることが好ましい。
これにより、隣接する吐出口同士のピッチを詰めることができ、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
【００１７】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記配線基板の加熱に用いられることが好ましい。
これにより、前記部品と配線基板とをより確実に（強固に）接合させることができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記吐出口は、１００〜３５０℃に加熱された前記気体を吐出するものであることが好ましい。
これにより、前記部品と配線基板とをより確実に（強固に）接合させることができる。
【００１８】
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記配線基板の冷却に用いられることが好ましい。
これにより、前記部品と配線基板とをより確実に（強固に）接合させることができる。
本発明の配線基板の温度調整ユニットでは、前記吐出口は、１００〜３５０℃の前記気体を吐出するものであることが好ましい。
これにより、前記部品と配線基板とをより確実に（強固に）接合させることができる。
【００１９】
本発明のリフロー装置は、前記配線基板を搬送経路に沿って搬送する搬送装置と、前記搬送経路に沿って配設された本発明の記載の配線基板の温度調整ユニットとを備えることを特徴とする。
これにより、半導体チップ等の部品の配線基板への実装において実装不良の発生を効果的に防止できるリフロー装置を提供することができる。
【００２０】
本発明のリフロー装置では、前記配線基板の温度調整ユニットを複数個有することが好ましい。
これにより、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
本発明のリフロー装置では、前記送風手段は、搬送される前記配線基板の上下面のいずれにも対向するように配設されたものであることが好ましい。
これにより、配線基板全体を、より精確に温度調整することができる。
【００２１】
本発明のリフロー装置では、前記搬送装置は２つの送り手段を有し、該２つの送り手段の各々は前記配線基板の幅方向に関する端部の各々を支持し、前記２つの送り手段のうち少なくとも１つは、前記配線基板の幅に対応して前記幅方向に移動可能であることが好ましい。
これにより、幅の異なる種々の配線基板に好適に対応することができる。
【００２２】
本発明のリフロー装置では、前記２つの送り手段は、前記配線基板の幅方向の中心に関して対称に移動可能であることが好ましい。
これにより、送風手段からの気体の流れの中心を配線基板の中心とほぼ一致させることができ、配線基板の幅方向に関する温度分布のばらつきをさらに低減することができる。
本発明のリフロー装置では、前記配線基板の搬送経路に沿って区分けされた少なくとも３つのゾーンを備え、該３つのゾーンの各々は少なくとも１つの前記配線基板の温度調整ユニットを有することが好ましい。
これにより、例えば、配線基板と前記部品とを、より効率よく接合することができるとともに、配線基板や前記部品の急激な温度変化を防止し、配線基板や前記部品の熱衝撃による悪影響の発生をより効果的に防止することができる。
【００２３】
本発明のリフロー装置では、前記配線基板の搬送速度は、０．１〜２．０ｍ／分であることが好ましい。
これにより、配線基板に前記部品を実装することにより得られる半導体装置（半導体実装基板）の生産性を十分に高いものとしつつ、配線基板と前記部品との接合をより信頼性の高いものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配線基板の温度調整ユニットおよびリフロー装置の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明で用いられる半導体チップおよび配線基板の一例を示す断面図、図２は、本発明のリフロー装置の概略構成を示す断面図、図３は、図２のリフロー装置における搬送装置の概略構成を示す斜視図、図４は、本発明のリフロー装置の他の実施形態の概略構成を示す断面図、図５は、本発明の基板の温度調整ユニットの概略構成を示す正面図、図６は、図５の温度調整ユニットにおける送風ヘッドの概略構成を示す断面図、図７は、図６の送風ヘッドにおける下面の概略構成を示す平面図、図８は、図６の送風ヘッドにおける下面の概略構成を示す平面図、図９は、図５の温度調整ユニットにおける送風管および送風ヘッドの他の回転機構の概略構成を示す正面図、図１０は、本発明の配線基板の温度調整ユニットの他の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【００２５】
まず、本発明で用いられる部品および配線基板の一例について、図１に基づいて説明する。なお、以下の説明では図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１に示す部品としての半導体チップ１は、基板２と、基板２の一方の面（下面）に設けられた複数の端子３とを有している。
【００２６】
基板２は、例えば、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。基板２の厚さ（平均）は、特に限定されないが、通常、０．０５〜１ｍｍ程度とされる。また、基板２は、単層で構成されたもののみならず、複数の層の積層体で構成されたものでもよい。
この基板２の下面には、集積回路（図示せず）が形成され、この集積回路の配線パターン（図示せず）の一部に接触するように端子３が配設されている。
【００２７】
なお、集積回路は、基板２の他方の面（上面）に形成されていてもよく、上面および下面の双方に形成されていてもよい。また、基板２が複数の層の積層体で構成される場合には、集積回路は、基板２の内部に形成されていてもよい。
端子３は、無電解メッキ法により形成されたものである。無電解メッキ法を用いて端子３を形成することにより、端子３同士の間隔（ピッチ）をより小さく（例えば、５〜３０μｍ程度）なるように設定（設計）することができる。これにより、プリンタなどの電子機器の高性能化、小型化に伴って要求される、狭ピッチ化（端子の配設密度の高密度化）に対応することができる。
【００２８】
端子３の構成材料としては、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｇまたはこれらを含む合金等が挙げられるが、これらの中でも、特に、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎまたはこれらを含む合金であるのが好ましい。これらのものは、導電性に優れ、密着性も高い。
端子３は、それぞれ、ほぼ等しい厚さ（高さ）に設定されており、その厚さ（平均）は、特に限定されないが、例えば、５〜３０μｍ程度とされる。また、端子３の横断面積も、特に限定されず、例えば、５×１０−３〜５×１０−２ｍｍ２程度とされる。
このような端子３は、例えば、基板２の下面上に、フォトリソグラフィー法により、所望のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして無電解メッキ法を行うことにより形成することができる。
【００２９】
一方、図１に示す配線基板（回路基板）４は、基板５と、基板５の上面に設けられた複数の端子６とを有している。
この基板５の一方の上面には、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇまたはこれらを含む合金等で構成される配線パターンが形成されている。そして、この配線パターン（リード）の端部が各端子６を構成している。なお、配線パターンは、基板５が複数の層の積層体で構成される場合には、基板５の内部に形成されていてもよい。
【００３０】
基板５は、例えば、各種ガラス、各種セラミックス、Ｓｉ等の半導体材料、各種樹脂材料、またはこれらを任意に組み合わせたもの等で構成されている。基板５の厚さ（平均）は、特に限定されないが、通常、０．１〜３ｍｍ程度とされる。また、基板５は、単層で構成されたもののみならず、上述したように複数の層の積層体で構成されたものでもよい。
【００３１】
そして、複数の半導体チップ１を配線基板４に実装する際には、例えば、まず、各半導体チップ１の端子３の端部に低融点金属層７を形成し、複数の半導体チップ１の各々を、低融点金属層７と配線基板４の端子６とが接触するように配線基板４に載置した後、当該低融点金属層７を溶融して端子３と端子６とを接合する。
【００３２】
低融点金属層７の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、ディッピング法、印刷法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合等が挙げられるが、特に、ディッピング法または印刷法が好ましい。かかる方法によれば、低融点金属層７を容易かつ確実に形成することができる。
ディッピング法を用いる場合、低融点金属層７は、例えば、溶融状態の低融点金属層７の構成材料中に、端子３の端部を浸漬させることにより形成することができる。
【００３３】
また、印刷法を用いる場合、低融点金属層７は、端子３の横断面形状に対応した貫通孔を有するマスクを用いて、スキージで溶融状態の低融点金属層７の構成材料を掃くことにより、貫通孔を介して端子３の端面に当該構成材料を供給して形成することができる。
このマスクには、端子３を無電解メッキ法により形成する際のレジストパターンを用いることもできる。
【００３４】
なお、本実施形態では、半導体チップ１の端子３の端部に低融点金属層７を設ける場合を代表して説明したが、低融点金属層７は、例えば、配線基板４の端子６上に設けるようにしてもよく、また、半導体チップ１を配線基板４に載置した際に、シート状（薄片状）の低融点金属層７を端子３と端子６とで挟持するような構成としてもよい。
【００３５】
なお、低融点金属層７の取り扱いや形成が容易であるという点で、低融点金属層７は、半導体チップ１の端子３の端部に設けるのが好ましい。この場合、低融点金属層７は予め端子３に接合されていてもよい。
また、半導体チップ１の端子３に、予め低融点金属層７を接合しておく場合、端子３と低融点金属層７との間に、例えば、端子３と低融点金属層７との密着性を向上させる層を、１層または２層以上を設けるようにしてもよい。
【００３６】
低融点金属層７の構成材料は、特に限定されないが、ろう材を主とするものであるのが好ましい。ろう材は、比較的低温で溶融するとともに、導電性に優れ、また、入手も容易である。ろう材としては、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系半田等のＰｂ含有半田や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｚｎ系半田、Ｓｎ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田等のような、実質的にＰｂを含まない鉛フリー半田（Ｐｂ不含半田）、銀ろう、銅ろう、リン銅ろう、黄銅ろう、アルミろう、ニッケルろう等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、中でも、Ｐｂ含有半田、鉛フリー半田（Ｐｂ不含半田）等の半田が好ましい。ろう材層６の構成材料として、半田を用いることにより、前述した効果はさらに顕著なものとなる。また、鉛フリー半田（Ｐｂ不含半田）は、接合強度と環境に対する影響との両立の観点から、特に有利である。
【００３７】
次に、本発明のリフロー装置の一例について、図２、図３に基づいて説明する。なお、本発明のリフロー装置を構成する温度調整ユニットについては、後に詳述する。また、以下の説明では図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図２に示すように、リフロー装置２０は、直方体状の筐体からなる本体２１と、該本体２１の内部において配線基板４を上記筐体の長手方向に関して搬送する搬送装置２２と、配線基板４の搬送方向に沿って配設された複数の温度調整ユニット２３とを有する。
【００３８】
本体２１の寸法は、特に限定されないが、例えば、長手方向の寸法は４〜７ｍであり、幅方向および高さ方向の寸法は後述する温度調整ユニット２３を筐体内部に収容可能なだけの値であり、具体的には、幅方向の寸法が１〜１．５ｍ程度、高さ方向の寸法が１．０〜１．８ｍ程度である。
なお、本実施形態では、本体２１が直方体状の筐体である場合について説明するが、本体２１の形状は、このような形状に限定されず、いかなる形状であってもよい。
【００３９】
図２に示すように、本実施形態においては、本体２１の内部は、搬送方向に沿う順番に、予熱ゾーン２４、本加熱ゾーン２５、および冷却ゾーン２６に区分けされ、隣接するゾーン同士は仕切壁２７によって仕切られている。また、各ゾーンには、所定の数の温度調整ユニット２３が、搬送される配線基板４に対向するように搬送装置２２の上方に配設されている。具体的には、予熱ゾーン２４には３つの温度調整ユニット２３が、本加熱ゾーン２５には２つの温度調整ユニット２３が、さらに冷却ゾーン２６には２つの温度調整ユニット２３がそれぞれ配設されている。そして、予熱ゾーン２４では、配線基板４および配線基板４に載置された複数の半導体チップ１を温度調整ユニット２３により予加熱（予備加熱）してこれらの温度を低融点金属層７の材料の融点より低い所定の温度まで上昇させ、本加熱ゾーン２５では、半導体チップ１の温度を温度調整ユニット２３により低融点金属層７の融点以上、かつ端子３の融点以下まで上昇させて低融点金属層７を溶融し、冷却ゾーン２６では、半導体チップ１の温度を温度調整ユニット２３により低融点金属層７の凝固点以下まで低下させて低融点金属層７を凝固させる。このように、本実施形態では、配線基板４および配線基板４に載置された複数の半導体チップ１を、順に、予熱（予備加熱）し、本加熱し、さらに急冷（冷却）するため、配線基板４と半導体チップ１とをより確実に接合することができる。
【００４０】
本実施形態では、各ゾーンにおいて温度調整ユニット２３が搬送装置２２の上方に配設される場合について説明したが、温度調整ユニット２３の配設場所はこれに限定されず、搬送装置２２の下方、搬送装置２２の側方等いかなる部位に配設されていてもよい。特に、図４に示すように、温度調整ユニット２３が搬送装置２２の上方および下方の両方に配設された場合（配線基板４の上面および下面に対向するように配設された場合）、配線基板４の温度を上下方向に関してより均一に調整できる。
【００４１】
また、各ゾーンに設置される温度調整ユニット２３の数は、上述した数に制限されるものでなく、各ゾーンにおいて配線基板４および半導体チップ１を所望の温度に調整できるのであれば、いくつでもよい。
また、本体２１の内部には（前記各ゾーンには）、不活性ガスが充填されているのが好ましい。これにより、配線基板４や半導体チップ１等の部品が、不本意な反応（特に、本加熱ゾーンでの反応）を起こすのをより確実に防止することができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス（Ｎ２）やＮｅ、Ａｒ等の希ガス等が挙げられるが、特に窒素ガスが入手容易であることから好ましい。また、本体２１の内部は、不活性ガスの代わりに空気等の気体で充填されるものであってもよいし、また、本体２１の内部は、減圧されていてもよいし、加圧されていてもよい。
【００４２】
また、本実施形態のリフロー装置２０における搬送装置２２は、図３に示すように、２本のベルトコンベア８０を有している。２つのベルトコンベア８０は、互いに、所定の幅だけ離間して略平行に設置されている。また、各々のベルトコンベア８０は、搬送方向に展張されたベルト８１と、該ベルト８１を搬送方向に送り出す少なくとも１つの駆動プーリ８２と、ベルト８１を回転支持する複数のローラ８３とを有している。そして、２つのベルトコンベア８０の各々は、配線基板４の幅方向に関する端部の各々をベルト８１上に載荷し、当該ベルト８１を搬送方向に送り出すことにより、配線基板４を搬送方向に搬送する。
【００４３】
搬送装置２２による配線基板４の搬送速度は、特に限定されないが、０．１〜２．０ｍ／分であるのが好ましく、０．５〜１．５ｍ／分であるのがより好ましい。配線基板４の搬送速度が前記範囲内の値であると、配線基板４に半導体チップ１を実装することにより得られる半導体装置（半導体実装基板）の生産性を十分に高いものとしつつ、配線基板４と半導体チップ１との接合をより信頼性の高いものとすることができる。
【００４４】
本実施形態では、配線基板４をベルト８１上に直接載荷する場合について説明したが、配線基板４が載置された板状のキャリアをベルト上に載荷してもよい。この場合、２つのベルトコンベア８０の各々は、キャリアをその幅方向に関する端部の各々において支持し、配線基板４が載置されたままのキャリアを搬送方向に搬送することができる。また、搬送装置２２は、２本のチェーンコンベアによって構成されていてもよい。この場合、各々のチェーンコンベアは、例えば、搬送方向に展張されたチェーン、該チェーンを搬送方向に送り出す少なくとも１つの駆動スプロケット、およびチェーンを回転支持する複数のガイドスプロケットによって構成される。
【００４５】
また、本実施形態では、２つのベルトコンベア８０は、互いの離間距離が変更可能に設置されたものであってもよい。これにより、幅の異なる種々の配線基板４に好適に対応することができる。２つのベルトコンベア８０の間隔の最大幅は、特に限定されないが、８０〜１００ｃｍ程度であるのが好ましい。配線基板４の幅は、通常、最大でも、１００ｃｍ程度であるため、２つのベルトコンベア８０の間隔の最大幅が上記のような範囲の値であると、様々な種類の配線基板に好適に適用することができる。
【００４６】
また、２つのベルトコンベア８０の離間距離が変更可能である場合には、２つのベルトコンベア８０のうち少なくとも一方が移動可能であればよいが、互いにギヤトレイン等を介して同調されて配線基板４の幅方向の中心に関して対称に移動することが好ましく、これにより、後に詳述する温度調整ユニット２３（下面４１）からのガス流における中心を常に配線基板４の中心とほぼ一致させることができ、配線基板４の幅方向に関する温度分布のばらつきをさらに低減できる。
【００４７】
次に、本発明の配線基板の温度調整ユニットの一例である温度調整ユニット２３について、図５〜図１０に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では図５、図６、図９、図１０中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図５に示すように、温度調整ユニット２３は、上下方向に沿って配設された円柱状の送風管３０と、該送風管３０の下端において接合された所定の厚みを有する円盤状の送風ヘッド３１と、送風管３０の上端側に配設された基台３２とを有している。
【００４８】
送風管３０は、その内部３３が空洞である円筒であり、その内部３３において後述する送風機から送られたガスを図中上方から下方へ導く。なお、温度調整ユニット２３が搬送装置２２の下方に配設される場合には、図５に示した構成の上下が逆転した構成となるのが好ましい。すなわち、送風ヘッド３１が送風管３０の上端に接合されるとともに、基台３２は送風管３０の下端側に配設され、送風管３０がガスを下方から上方へ導くのが好ましい。
【００４９】
送風ヘッド３１は、図６に示すように、空洞である内部４０が送風管３０の内部３３と連通し、搬送される配線基板４に対向する下面（吐出面）４１が上下方向に貫通する多数の貫通孔（吐出口）４２を有するパンチングメタルで構成されている（図６（ａ））。これにより、送風管３０によって導かれたガスは、当該内部４０に到達し、該到達したガスは各貫通孔４２から配線基板４へ向けて吐出される。なお、温度調整ユニット２３が搬送装置２２の下方に配設される場合には、送風ヘッド３１はその上面において多数の貫通孔４２を有する。
【００５０】
また、下面４１は貫通孔４２を有するパンチングメタルに限られず、例えば、多数のノズル４３を有する平板であってもよい（図１０参照）。ノズルはガスの流れを整えることができ、当該ガスの流れを任意の方向へより確実に形成することができる。
基台３２は、円筒体の本体（図示せず）を有し、その内部にはガスを所定の温度に加熱可能なパネルヒータ（図示せず）と、加熱されたガスの流れを所定の速度まで加速するシロッコファンやプロペラファンなどの送風機（図示せず）と、所定の速度のガス流を送風管３０の内部３３に導く導流路（図示せず）とが配設されている。また、基台３２の本体は、リフロー装置２０に固定される一方、例えば、送風管３０の内部３３に遊嵌されるか、もしくは、ローラベアリング等を介して送風管３０に接合される。これにより、送風管３０がリフロー装置２０に対して相対的に回転する際に、基台３２を回転させる必要がないので、送風管３０の回転駆動力を小さくできる。一方、基台３２の本体は送風管３０に溶接等で直接接合されてもよく、このとき送風管３０が回転すると基台３２も回転するが、送風管３０と基台３２との間に隙間が発生することがなく、それにより、ガスの流れを効率よく基台３２から送風管３０の内部３３へ導くことができる。
【００５１】
なお、上記の説明では、温度調整ユニット２３の基台３２がヒータを有するものとして説明したが、冷却ゾーン２６に配設される温度調整ユニット２３では、基台３２がヒータを有さなくてもよく、さらに、ヒータの代わりにクーラを有していてもよい。これにより、冷却ゾーン２６内のガスを冷却でき、該冷却されたガスによって配線基板４を効率よく冷却することができる。
【００５２】
以上のような構成により、温度調整ユニット２３は、温度調整された（ヒータによる加熱等がなされた）ガスを送風ヘッド３１から配線基板４へ吹き付けて配線基板４の温度を調整することができる。
配線基板４の加熱に用いられる（予熱ゾーン２４、本加熱ゾーン２５に配設される）温度調整ユニット２３では、貫通孔４２から吐出されるガスの温度は、例えば、１００〜３５０℃であるのが好ましく、１００〜３００℃であるのがより好ましい。これにより、半導体チップ１と配線基板４とをより確実に（強固に）接合させることができる。より具体的には、予熱ゾーン２４に配設された温度調整ユニット２３では、貫通孔４２から吐出されるガスの温度は、１００〜２００℃程度であるのが好ましく、本加熱ゾーン２５に配設された温度調整ユニット２３では、貫通孔４２から吐出されるガスの温度は、２００〜３００℃程度であるのが好ましい。
【００５３】
また、配線基板４の冷却に用いられる（冷却ゾーン２６に配設される）温度調整ユニット２３では、貫通孔４２から吐出されるガスの温度は、例えば、１００〜３５０℃であるのが好ましく、１００〜１５０℃であるのがより好ましい。これにより、配線基板４と半導体チップ１とをより確実に接合することができる。
また、送風ヘッド３１では、図７に示すように複数の貫通孔４２を下面４１において互いにほぼ等間隔に配置するのが好ましい。貫通孔４２がほぼ等間隔に配置されると、下面４１の水平方向に関して、下面４１におけるガスの吹き付け量の分布をより均一性の高いものとすることができ、結果として、配線基板４の温度を水平方向に関してより均一性の高いものとすることができる。さらに、送風ヘッド３１では、図８に示すように複数の貫通孔４２を下面４１において互いに千鳥状に配置するのがより好ましい。貫通孔４２が千鳥状に配設されると、隣接する貫通孔４２同士のピッチを詰めることができ、配線基板４の温度をより精確に制御することができる。
【００５４】
貫通孔４２の大きさは、特に限定されないが、貫通孔４２下面における形状がが略円形である場合、その直径が３〜１５ｍｍ程度であるのが好ましく、５〜１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。貫通孔４２の大きさが小さすぎると、ガス流の速度が大きすぎて、搭載部品の位置ずれを引き起こす可能性がある。一方、貫通孔４２の大きさが大きすぎると、ガス流の速度を十分に大きくするのが困難になる可能性がある。
また、送風ヘッド３１の大きさは、特に限定されないが、その直径が配線基板４の幅方向の長さ以上であるのが好ましい。これにより、配線基板４の各部位での温度をより均一性の高いものとすることができる。
【００５５】
上述した送風管３０、送風ヘッド３１、基台３２の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属やポリアミドイミド等の耐熱樹脂等が挙げられるが、耐熱性および耐食性の観点からステンレス鋼が好ましい。
また、図５に示すように、温度調整ユニット２３において、送風管３０は、その外周面側において周方向に沿って形成されたギヤ３４を有し、該ギヤ３４は回転動力源、例えばモータ３６によって回転する駆動ギヤ３５と係合している。そして、駆動ギヤ３５が回転すると、その回転駆動力がギヤ３４を介して送風管３０に伝達され、送風管３０は駆動ギヤ３５の回転方向と反対方向に回転する。このとき、基台３２の本体は、送風管３０の内部３３に遊嵌されているため、送風管３０はリフロー装置２０に対して相対的に回転する。その結果、送風ヘッド３１が配線基板４に対して下面４１を対向させたまま、上下方向に沿う回転軸を中心に回転する。そして、このように送風ヘッド３１が回転するのに伴い、貫通孔４２の位置が経時的に変化する。その結果、下面４１から配線基板４へ吹き付けられる温度が調整されたガス流を経時的に変化させて（乱して）、当該ガス流における半導体チップ１の影の発生を防止することができる。その結果、配線基板４上の各半導体チップ１において、低融点金属層７をムラなく溶融、凝固させることができ、よって、半導体チップ１の配線基板４への実装における実装不良の発生を効果的に防止することができる。
【００５６】
ところで、従来のように、ガスを配線基板に一方向から吹き付ける場合、ガス流における半導体チップの影に含まれる端子の低融点金属層を確実に溶融するため、例えば、低融点金属層の材料として鉛フリー半田を使用する際には、前記ガスの温度を３００℃程度まで上昇させる必要がある。しかし、このような温度は端子３を構成する材料の融点に近く、端子３の構成材料が溶融し、端子３の変形等の悪影響を発生するおそれがある。また、このような悪影響を回避するために、ガスの温度を比較的低くした場合には、低融点金属層が十分に、軟化、溶融せず、半導体チップの配線基板への実装における実装不良の発生をある程度許容しなければならなくなる。これに対し、本発明では、上述したように、配線基板４の全面を均一に加熱することができるため、例えば、前記ガスの温度が比較的低い温度（例えば、２６０℃程度）であっても、低融点金属層７を十分に軟化、溶融することができるとともに、端子３の溶融、変形等の悪影響の発生を効果的に防止することができる。換言すれば、温度調整ユニット２３は、リフロー装置２０を鉛フリー半田の使用に好適な装置にすることができる。
【００５７】
ここで、送風ヘッド３１および送風管３０の回転軸は、配線基板４の主面（上面、下面）に対して必ずしも垂直である必要はなく、当該主面の垂直方向に対して、所定角度だけ傾斜してもよいが、配線基板４の全面にわたって、より精確な温度に加熱または冷却できることから、特に、前記主面に略垂直であるのが好ましい。
送風ヘッド３１および送風管３０は、配線基板４が搬送される際に回転するものであればよく、それらの回転数等は特に限定されないが、例えば、２ｒｐｍ以上であるのが好ましい。これにより、搬送される配線基板４に対して、十分に流れの乱れたガスを吹き付けることができる。
【００５８】
また、送風管３０は、ギヤ３４を介して駆動ギヤ３５から伝達される回転駆動力によって回転するため、内部３３に回転駆動用の動力源を配設する必要が無く、これにより内部３３を流れるガスの流れが乱されることがない。
また、温度調整ユニットにおける送風管および送風ヘッドの回転機構は、図９に示すようなものであってもよい。すなわち、送風管３０は、その外周面において周方向に沿って形成されたスプロケット７０を有し、該スプロケット７０はモータ７３の駆動により回転する駆動スプロケット７１とチェーン７２とを介して係合していてもよい。これにより、駆動スプロケット７１を送風管３０から離して配設することができ、その結果、温度調整ユニット２３のリフロー装置２０におけるレイアウトの自由度を増すことができる。また、送風管３０は、その外周面において周方向に沿って形成されたプーリを有し、該プーリはモータによって回転される駆動プーリとゴムベルトとを介して係合してもよく、これにより、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
上記の実施形態では、送風ヘッド３１の下面４１に形成された多数の貫通孔４２は、上下方向に貫通するものとして説明したが（図６（ａ）参照）、これらの貫通孔４２は送風管３０の回転軸に対して所定の角度だけ傾斜した角度に貫通してもよい（図６（ｂ）参照）。これにより、より広範囲にわってガス（雰囲気ガス）の流れを乱すことができ、各半導体チップ１においてガスの流れにおける影の発生をより確実に防止することができる。この場合、送風管３０の回転軸に対する、貫通孔４２の傾斜角度は、２〜１５°であるのが好ましく、２〜１０°であるのがより好ましい。貫通孔４２の傾斜角度が前記範囲内の値であると、前記の効果は特に顕著なものとなる。また、例えば、下面４１が多数のノズルを有する平板である場合（図１０参照）においても同様に、ノズルの方向を送風管３０の回転軸に対して所定の角度だけ傾斜した角度に向けることにより同様の効果が得られる。
【００６０】
以上、本発明の配線基板の温度調整ユニットおよびリフロー装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、温度調整ユニットおよびリフロー装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、配線基板に実装される部品として半導体チップを用いる構成について説明したが、前記部品としてはいかなるものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる半導体チップおよび配線基板の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のリフロー装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２のリフロー装置における搬送装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明のリフロー装置の他の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の基板の温度調整ユニットの概略構成を示す正面図である。
【図６】図５の温度調整ユニットにおける送風ヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図７】図６の送風ヘッドにおける下面の概略構成を示す平面図である。
【図８】図６の送風ヘッドにおける下面の概略構成を示す平面図である。
【図９】図５の温度調整ユニットにおける送風管および送風ヘッドの他の回転機構の概略構成を示す正面図である。
【図１０】本発明の配線基板の温度調整ユニットの他の実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図１１】従来のリフロー半田付け機の送風装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１……半導体チップ  ２……基板  ３……端子  ４……配線基板  ５……基板６……端子  ７……低融点金属層  ２０……リフロー装置  ２１……本体  ２２……搬送装置  ２３……温度調整ユニット  ２４……予熱ゾーン  ２５……本加熱ゾーン  ２６……冷却ゾーン  ２７……仕切壁  ３０……送風管  ３１……送風ヘッド  ３２……基台  ３３……内部  ３４……ギヤ  ３５……駆動ギヤ  ３６……モータ  ４０……内部  ４１……下面  ４２……貫通孔  ４３……ノズル  ７０……スプロケット  ７１……駆動スプロケット  ７２……チェーン  ７３……モータ  ８０……ベルトコンベア  ８１……ベルト  ８２……駆動プーリ８３……ローラ  ９０……本体  １００……細孔  １０１……面状体  １０２……回転軸  １０３……送風機  １０４……吹出し口  １０５……外形部  １０６……風洞  １０７……拡散部  １０８……先端部  １０９……円錐体  １１０……通風路  １１１……固定翼  １１２……チェーンコンベア  １１３……電子部品  １１４……印刷回路基板
【図１】
2004266232.tif 000003
【図２】
2004266232.tif 000004
【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】
2004266232.tif 000009
【図８】
2004266232.tif 000010
【図９】
2004266232.tif 000011
【図１０】
2004266232.tif 000012
【図１１】
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