(57)【要約】【課題】  はんだ表面にしわが発生することを防止する。【解決手段】  はんだ溶融温度よりも低い温度であってかつ大気圧よりも低い圧力の加熱チャンバー２において、はんだと、このはんだが接合される被はんだ付け部とを有する処理物６に、水素ラジカルを照射する。加熱チャンバー２を大気圧またはその近傍圧力の還元性雰囲気または不活性雰囲気として、はんだ溶融温度以上の温度に処理物を加熱板４によって加熱する。大気圧またはその近傍圧力の還元性雰囲気または不活性雰囲気にある冷却チャンバー２４において、冷却装置３０によって被処理物６を冷却する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ溶融温度よりも低い温度であってかつ大気圧よりも低い圧力で、はんだと、このはんだが接合される被はんだ付け部とを有する処理物に、遊離基ガスを照射する照射過程と、
この過程に続いて、大気圧またはその近傍圧力の還元性雰囲気または不活性雰囲気において、前記はんだ溶融温度以上の温度に前記処理物を加熱する加熱過程と、
この過程に続いて、大気圧またはその近傍圧力の還元性雰囲気または不活性雰囲気において、前記処理物を冷却する冷却過程とを、
具備するはんだ付け方法。
【請求項２】
請求項１記載のはんだ付け方法において、前記加熱過程は、加熱手段を前記処理物に直接に接触させることによって行い、前記冷却過程は、冷却手段を前記処理物に直接に接触させることによって行うはんだ付け方法。
【請求項３】
請求項２記載のはんだ付け方向において、前記被はんだ付け部は、電極を有する基板であって、前記はんだは、はんだバンプであって、このはんだバンプが前記電極上に配置され、前記冷却手段は、前記基板よりも大きい冷却ブロックを有し、この冷却ブロックが、前記電極を形成している前記基板の面とは反対側の面に直接に接触するはんだ付け方法。
【請求項４】
はんだと、このはんだが接合される被はんだ付け部とを有する処理物に直接に接触して加熱する加熱手段を、内部に有する加熱チャンバーと、
前記処理物に直接に接触して冷却する冷却手段を、内部に有する冷却チャンバーと、
前記加熱チャンバーと前記冷却チャンバーとの間で前記処理物を移送する移送手段と、
前記加熱手段における加熱時に前記加熱チャンバー内をほぼ大気圧の還元性または不活性ガス雰囲気とし、前記冷却手段における冷却時に前記冷却チャンバー内をほぼ大気圧の還元性又は不活性ガス雰囲気とする圧力設定手段とを、
具備するはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け方法及びはんだ付け装置に関し、特に、リフローはんだ付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
リフローはんだ付け技術には、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。このはんだ付け技術では、真空室内に１３３Ｐａの圧力となるように水素ガスを導入した状態で、マイクロ波を発生させて、水素ラジカルを発生させる。この状態において、基板とはんだとからなる処理物をはんだの融点温度以上の温度に加熱し、この加熱状態を所定時間継続した後、マイクロ波の発生を停止することによって水素雰囲気とし、処理物を冷却する。加熱は、ヒータを備えた支持台上に処理物を配置した状態で行い、冷却は、この支持台に冷却装置を接触させることによって行う。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１４０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このリフローはんだ付け技術によって基板上にはんだバンプを形成すると、はんだバンプの表面に微細なしわが発生することが判った。これは、冷却速度に起因するものである。はんだ、例えばＳｎ−Ａｇ溶融はんだを冷却すると、初晶であるβ−Ｓｎのデンドライト（樹枝状結晶）が発生し、成長する。このＳｎデンドライトが成長することにより、溶融しているはんだ内の銀が濃化し、共晶組成に達し、瞬間に凝固する。このＳｎのデンドライトがバンプの表面に形成されると、しわができる。このしわの発生を防止するには、冷却速度を非常に高速として、デンドライトの成長を抑制して、はんだバンプの表面にデンドライトが表面に達するまでに固化させるか、非常に低速で冷却して、発生した初晶を消滅させる必要がある。しかし、非常に低速で冷却することは、はんだ付けの効率から好ましくない。
【０００５】
本発明は、はんだ表面にしわが発生することを防止するはんだ付け方法及び装置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】
【０００６】
本発明によるはんだ付け方法では、はんだ溶融温度よりも低い温度であって、かつ大気圧よりも低い圧力、例えば１０乃至１０００Ｐａの圧力範囲で、はんだと、このはんだが接合される被はんだ付け部とを有する処理物に、遊離基ガスを照射する。はんだとしては、例えばＳｎ−Ａｇはんだを使用することができる。遊離基ガスとしては、例えば水素ガスをプラズマ化した水素ラジカルを使用することができる。この過程に続いて、大気圧またはその近傍圧力の還元性雰囲気または不活性雰囲気において、はんだ溶融温度以上の温度に前記処理物を昇温させ、その後に、このはんだ溶融温度以上の一定温度に保持する。還元性雰囲気は、例えば水素ガスを満たすことによって実現することができ、不活性雰囲気は、例えば窒素ガス等の不活性ガスを満たすことによって行うことができる。この過程に続いて、同じ条件で処理物を冷却する。
【０００７】
このはんだ付け方法によれば、遊離基ガスの照射によって、はんだや非はんだ付け部の表面に付着している酸化物が除去され、その後に昇温及び温度保持が行われる。この昇温及び温度保持は、加熱手段から処理物への直接伝導の他に、加熱手段と処理物との間に介在する気体の対流による対流伝導によっても行われる。この圧力が大気圧またはこれに近い圧力であるので、この対流伝導が、大気圧よりも低い圧力下で行われている場合よりも良好に行われ、急速に昇温することができる。なお、大気圧またはその近傍の圧力下で加熱を行うと、溶融固化されたはんだの表面が良好でない可能性があるが、加熱前に遊離基ガスによって酸化物を除去しているので、表面を良好にすることができる。また、冷却も直接伝導の冷却の他に対流伝導によっても行われ、しかも、冷却時の圧力が大気圧またはそれに近い圧力であるので、冷却時の対流伝導も良好に行われる。その結果、急速に処理物を冷却することができ、固化したはんだの表面にしわが生じることを防止できる。
【０００８】
昇温及び温度保持は、加熱手段を前記処理物に直接に接触させることによって行った上に、冷却過程は、冷却手段を前記処理物に直接に接触させることによって行うこともできる。このように構成すると、直接加熱と対流加熱とが同時に行われ、急速に加熱することができ、冷却手段が処理物に接触することによる直接冷却と、上述した対流による冷却とが同時に行われ、より急速に処理物を冷却することができる。
【０００９】
さらに、被はんだ付け部は、電極を有する基板とすることができる。この場合、前記はんだは、はんだバンプとする。このはんだバンプが電極上に配置される。更に、冷却手段は、前記基板よりも大きい冷却ブロックを有し、この冷却ブロックが、電極を形成している前記基板の面とは反対側の面に直接に接触する。
【００１０】
このように構成すると、冷却は、基板を通じてその基板上の電極に接触しているはんだの内部から行われる。従って、はんだの表面が冷却される前に、その内部から冷却することができ、固化したはんだの表面にしわがよることを防止できる。
【００１１】
本発明によるはんだ付け装置は、加熱チャンバーを有している。加熱チャンバーは内部に加熱手段を有し、この加熱手段は、はんだと、このはんだが接合される被はんだ付け部とを有する処理物に直接に接触して加熱する。この加熱は、はんだの溶融温度以上に処理物の温度を上昇させ、このはんだの溶融温度以上の温度を保持するように行われる。このはんだ付け装置は、冷却チャンバーも有している。この冷却チャンバーは、内部に冷却手段を有し、この冷却手段は、前記処理物に直接に接触して冷却する。この加熱チャンバーと冷却チャンバーとは連設することが望ましい。前記加熱チャンバーと前記冷却チャンバーとの間で前記処理物を移送するように移送手段が設けられている。移送手段は、冷却手段の一部を兼ねることができる。前記加熱手段における加熱時に前記加熱チャンバー内をほぼ大気圧の還元性または不活性ガス雰囲気とし、前記冷却手段における冷却時に前記冷却チャンバー内をほぼ大気圧の還元性又は不活性ガス雰囲気とする圧力設定手段が設けられている。この圧力設定手段は、加熱チャンバーと冷却チャンバーとに個別に設けることもできるし、共通に設けることもできる。また、加熱チャンバーには、加熱前に処理物の酸化物を除去するために遊離基ガスの供給手段を設けることもできる。
【００１２】
このように構成すると、処理物は加熱手段に直接に接触することによる直接伝導と、ほぼ大気圧の還元性又は不活性ガス雰囲気下での対流伝導とによって加熱されるので、急速な加熱が行え、また処理物は冷却手段に直接に接触することによる直接伝導と、ほぼ大気圧の還元性又は不活性ガス雰囲気下での対流伝導とによって冷却されるので、急速な冷却が行える。従って、溶融後の冷却されたはんだの表面にしわが発生することがない。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、固化されたはんだの表面にしわが発生することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の１実施形態のはんだ付け方法に使用するはんだ付け装置は、図１に示すように、加熱チャンバー２を有している。加熱チャンバー２の内部には、急速に昇温及び冷却が可能な加熱手段、例えば内部にヒータ（図示せず）を有する平板状の加熱板４が配置されている。この加熱板４上に処理物６が配置されている。処理物６は、図２に示すように、例えば被はんだ付け部、具体的には基板、より詳しくはウエハー６ａと、このウエハー６ａの上面上に形成されている電極６ｂ上に配置されたはんだ、例えばはんだボール６ｃとからなる。加熱板４は、処理物６が配置された状態で、処理物６よりも充分に大きい大きさに形成されている。電極６ｂ上にはんだボール６ｃを半田付けするために、このはんだ付け装置が使用される。はんだボール６ｃは、例えばＳｎ−Ａｇはんだからなるものである。
【００１５】
ウエハー６ａは、図１に示すように、加熱チャンバー２内に設けた昇降装置８のピン８ａをウエハー６ａの下面に接触させることによって支持されている。ピン８ａが降下した状態で、加熱板４上にウエハー６ａの下面が接触して、ウエハー６ａが加熱板４に載せられて、直接に加熱される。
【００１６】
加熱チャンバー２内での加熱条件を整えるために、加熱チャンバー２には、排気手段、例えば真空ポンプ１４が取り付けられている。真空ポンプ１４によって加熱チャンバー２内が排気される。また、加熱チャンバー２内を所定の不活性ガス、例えば窒素ガスで満たすために、不活性ガス供給源、例えば窒素ガス源１６も加熱チャンバー２に取り付けられている。これら真空ポンプ１４及び窒素ガス源１６が加熱チャンバー用の圧力設定手段を構成している。
【００１７】
また、加熱条件を整えるために、遊離基ガス、例えば水素ラジカルを加熱チャンバー２内に供給する遊離基ガス供給手段が加熱チャンバー２には設けられている。例えば、遊離基ガスの元となるガスの供給源、例えば水素ガス源１８と、この水素ガスを遊離化、即ちプラズマ化するためのマイクロ波発生装置２０とが加熱チャンバー２には設けられている。マイクロ波発生装置２０は、処理物６のはんだボール６ｃと対向するように加熱チャンバー２の上方に取り付けられ、このマイクロ波発生装置２０からのマイクロ波に晒されるように水素ガスを供給するように水素ガス源１８が設けられている。
【００１８】
このはんだ付け装置では、加熱チャンバー２によって加熱された処理物６は、加熱チャンバー２の他方の端部に設けた出口２２から、加熱チャンバー２に連設して設けられている冷却チャンバー２４に供給される。冷却チャンバー２４の加熱チャンバー２と接している端部には、加熱チャンバー２の出口２２と対向して出入り口２６が設けられ、これら出口２２と出入り口２６との間にはゲートバルブ２８が設けられている。このゲートバルブ２８は、処理物６を冷却チャンバー２４と加熱チャンバー２との間で移送する際に開かれ、その後に閉じられる。ゲートバルブ２８が閉じられている状態で、加熱チャンバー２は気密状態となる。
【００１９】
この冷却チャンバー２４内には、冷却手段、例えば冷却装置３０が配置されている。この冷却装置３０は、移送手段、例えばアーム３２を有している。このアーム３２は、ブロック状に形成され、ピン８ａを上昇させることによって処理物６を加熱板４から持ち上げた状態で、ウエハー６ａの下面に、出入り口２６、出口２２を通過して進入する。このアーム３２は処理物６をすくいとった後、冷却チャンバー２４へ後退して、冷却装置３０上に載せる。なお、アーム３２自体も処理物６を冷却する機能を有している。冷却装置は、液冷、例えば水冷の冷却装置である。図２に示すようにアーム３２は、その上に処理物６が載置された状態で、処理物６よりも大きく形成されている。
【００２０】
冷却チャンバー２４における冷却条件を整えるために、冷却チャンバー２４には、冷却チャンバー２４内を排気する排気手段、例えば真空ポンプ３４が取り付けられている。この真空状態において、冷却チャンバー２４内に不活性ガス、例えば窒素ガスを供給するために、不活性ガス源、例えば窒素ガス源３６が冷却チャンバー２４に設けられている。これら真空ポンプ３４及び窒素ガス源３６が、冷却チャンバー２４用の圧力設定手段を構成している。
【００２１】
なお、加熱チャンバー２用に真空ポンプ１４を、冷却チャンバー２４用に真空ポンプ３４を設けたが、１台の真空ポンプを両チャンバー２、２４に共通に使用することもできる。同様に、加熱チャンバー２用に窒素ガス源１６を、冷却チャンバー２４用に窒素ガス源３６をそれぞれ設けたが、１台の窒素ガス源を両チャンバー２、２４に共通に使用することもできる。即ち、圧力設定手段を加熱チャンバー２及び冷却チャンバー２４に共通に設けることもできる。
【００２２】
冷却チャンバー２４において冷却された処理物６は、冷却チャンバー２４の加熱チャンバー２と反対側の端部に設けた出入り口３８から外部に取り出される。出入り口３８にはゲートバルブ４０が設けられている。通常には、このゲートバルブ４０は閉じられている。ゲートバルブ４０、２８を閉じた状態において、冷却チャンバー２４は気密状態とされる。はんだ付けされる処理物６は、この出入り口３８から冷却チャンバー２４内に搬入される。
【００２３】
このはんだ付け装置を使用した本発明によるはんだ付け方法では、まず、ゲートバルブ４０を開いて、搬送アーム３２上に処理物６を配置する。次に、ゲートバルブ４０を閉じて、冷却チャンバー２４内を真空排気する。このとき、加熱チャンバー２も予め真空排気しておく。続いて、ゲートバルブ２８を開き、搬送アーム３２を加熱チャンバー２内に進行させ、加熱チャンバー２内の上昇させたピン８ａ上に処理物６を配置する。続いて、搬送アーム３２を後退させ、ゲートバルブ２８を閉じた後、ピン８ａを下降させ、処理物６をはんだ溶融温度よりも低い温度に予め温度が制御されている加熱板４の上に配置する。この温度は、室温よりも高いことが望ましい。この配置と前後して、水素ガス源１８から水素ガスを加熱チャンバー２内に供給して、加熱チャンバー２内の圧力を図３に示すように例えば１３３Ｐａとする。この状態において、マイクロ波発生装置２０を動作させて、水素ガスをプラズマ化して、遊離基ガス、例えば水素ラジカルを発生させ、これを処理物６に照射する。これによって、処理物６のはんだ６ｃの表面の酸化物が除去される。
【００２４】
次に、水素ガスの供給を停止し、排気した後に、窒素ガスを窒素ガス源１６から加熱チャンバー２内に導入し、加熱チャンバー２内の圧力をほぼ大気圧とする。続いて、加熱板４の温度をはんだ溶融温度以上に上昇させる。加熱板４に直接に処理物６のウエハー６ａの下面が接触し、かつ処理物６と加熱版４との間に窒素ガスが介在しているので、直接伝導と対流伝導とにより、処理物６は、図３に示すように急速に加熱が行われる。この加熱状態が所定時間継続して行われる。
【００２５】
一方、冷却チャンバー２４においては、窒素ガス源３６から窒素ガスが導入され、冷却チャンバー２４内の圧力は、加熱チャンバー２の圧力と同じほぼ大気圧とされている。
【００２６】
はんだボール６ｃが完全に溶融すると、昇降装置８によってピン８ａが上昇させられ、処理物６が加熱板４から離れるように上昇する。このとき、加熱板４のヒータへの通電も終了する。
【００２７】
この状態において、ゲートバルブ２８が開かれ、アーム３２が加熱チャンバー２内に進行して、処理物６のウエハー６ａの下面に接触し、処理物６を支持した状態で後退し、冷却チャンバー２４内の冷却装置３０上に戻る。アーム３２が進行する状態で既にアーム３２の冷却は行われており、しかも、図２に実線で示すように直接にアーム３２が処理物６に接触しているので、直接伝導によって急速に冷却が行われる。しかも、この冷却は、窒素雰囲気がほぼ大気圧であるので、図２に破線で示すように対流によっても行われ、さらに急速に冷却される。
【００２８】
このように急速に冷却が行われるので、溶融はんだ中でのデンドライトの成長を抑制することができ、はんだバンプの表面にデンドライトが達するまでにはんだが固化され、固化されたはんだの表面にしわが発生することはない。
【００２９】
なお、はんだの固化が完了すると、ゲートバルブ４０を開いて、処理物６が冷却チャンバー２４から取り出される。
【００３０】
上記の実施の形態では、加熱チャンバー２と冷却チャンバー２４とを別個に設けたが、１つのチャンバー内において加熱と冷却とを行うこともできる。また、上記の実施の形態では、加熱及び冷却を窒素ガス雰囲気中で行ったが、窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気中で行うこともできるし、還元性雰囲気、例えば水素ガス雰囲気中で行うこともできる。また、水素プラズマの発生は、１３３Ｐａの圧力下で行ったが、１０乃至１０００Ｐａの圧力下で行うことができる。上記の実施の形態では、加熱チャンバー２に処理物を搬入する際、冷却チャンバーを通って加熱チャンバー２に搬入したが、例えば加熱チャンバーの冷却チャンバー２４と反対側の端部に入り口を設け、この入り口から処理物６を搬入するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１実施形態によるはんだ付け方法に使用するはんだ付け装置の概略図である。
【図２】図１のはんだ付け装置における冷却過程を示す図である。
【図３】図１のはんだ付け装置における温度及び圧力プロファイル図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  加熱チャンバー
４  加熱板
６  処理物
２４  冷却チャンバー
３０  冷却装置
【図１】
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【図２】
2007053245.tif 000004
【図３】
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