(57)【要約】【課題】被接合物及びはんだ表面にカルボン酸を安定して供給することができ、カルボン酸の消費量を抑制することが可能なはんだ接合方法及びはんだ接合装置を提供する。【解決手段】カルボン酸供給領域３において、リフロー治具１０の切り欠き部１０４に液状のカルボン酸１１を滴下することにより、滴下されたカルボン酸１１がリードフレーム９１の第１の被接合面及び半導体チップ９３の第２の被接合面と板はんだ９２の各隙間を毛細管現象により移動し、各隙間に行き渡る。リフロー領域４において窒素ガスをパージしながら加熱を行うことにより、気化されたカルボン酸の大部分は凹部１０３内に留まるため、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜を除去するのに十分なカルボン酸ガス濃度が保持される。これにより、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜除去とはんだ接合が確実に行われ、生産性が向上し、カルボン酸の消費量を抑制することができる。【選択図】図２
2012121046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク側面に近接して該側面を囲む内壁を有する凹部と、カルボン酸供給部と、前記カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸を前記凹部内に導くカルボン酸導入経路が設けられた治具を用意し、はんだ層を介して対向配置された第１の被接合面と第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するワークに前記治具を装着する治具装着工程、前記治具の前記カルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、前記凹部内のワークにカルボン酸を供給するカルボン酸供給工程、
カルボン酸が供給された前記凹部内のワークを加熱し、カルボン酸を気化させると共に前記はんだ層を溶融する加熱溶融工程を含み、
前記カルボン酸供給工程において、前記治具の前記カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸は、前記カルボン酸導入経路を通って前記凹部の前記内壁とワーク側面の隙間に溜まり、さらに前記第１及び第２の被接合面と前記はんだ層の各隙間を毛細管現象により移動し、前記第１及び第２の被接合面及び前記はんだ層表面に供給されることを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載のはんだ接合方法であって、前記カルボン酸供給工程において、カルボン酸が毛細管現象により前記各隙間に行き渡るために必要な量を把握し、カルボン酸の供給量を決定することを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項３】
請求項１に記載のはんだ接合方法であって、前記カルボン酸供給工程において、カルボン酸が毛細管現象により前記各隙間に行き渡るために必要な時間を確保した後、前記加熱溶融工程を実施することを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項４】
請求項１に記載のはんだ接合方法であって、前記加熱溶融工程において、窒素ガスをパージしながら前記凹部内の前記ワークを加熱することにより、気化したカルボン酸の大部分が前記凹部内に留まるようにしたことを特徴とするはんだ接合方法。
【請求項５】
はんだ層を介して対向配置された第１の被接合面と第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するワークに、ワーク側面に近接して該側面を囲む内壁を有する凹部と、カルボン酸供給部と、前記カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸を前記凹部内に導くカルボン酸導入経路が設けられた治具を装着する治具装着領域、
前記治具の前記カルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、前記凹部内のワークにカルボン酸を供給するカルボン酸供給手段を有するカルボン酸供給領域、
前記カルボン酸供給手段によりカルボン酸が供給された前記凹部内のワークを加熱し、カルボン酸を気化させると共に前記はんだ層を溶融する加熱溶融領域、
前記治具装着領域から前記カルボン酸供給領域を経て前記加熱溶融領域にワークを搬送する搬送手段を備えたことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項６】
請求項５に記載のはんだ接合装置であって、前記カルボン酸供給手段は、所定量のカルボン酸を任意のタイミングで滴下することが可能なディスペンサと、前記ディスペンサの位置を前記カルボン酸供給部に合わせるアライメント機能を備えたことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載のはんだ接合装置であって、前記ディスペンサは、その先端に突起状ロッドを有するニードルを備えたことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項８】
請求項６に記載のはんだ接合装置であって、前記ディスペンサは、マイクロインジェクタを備えたことを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項９】
請求項５に記載のはんだ接合装置であって、前記治具の前記凹部は、その内壁に前記カルボン酸供給部と前記カルボン酸導入経路を兼ねた切り欠き部を有することを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１０】
請求項５に記載のはんだ接合装置であって、前記カルボン酸供給部は、複数の前記カルボン酸導入経路を介して複数の前記凹部に連通していることを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のはんだ接合装置であって、複数の前記カルボン酸導入経路は、その長さが互いに等しく形成されていることを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１２】
請求項５に記載のはんだ接合装置であって、前記加熱溶融領域は、窒素ガス供給手段を備えていることを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のはんだ接合装置であって、前記加熱溶融領域内雰囲気の圧力は、前記カルボン酸供給領域内雰囲気の圧力よりも高く、前記カルボン酸供給領域内雰囲気の圧力は、外気圧よりも高くなるように調整されることを特徴とするはんだ接合装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のはんだ接合装置であって、前記カルボン酸供給領域の搬入口に設置された第１のガス排気手段と、前記カルボン酸供給領域の搬出口と前記加熱溶融領域の搬入口の間に設置された第２のガス排気手段を備え、前記第１のガス排気手段の排気能力を、前記第２のガス排気手段の排気能力よりも高くした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、パワーモジュールデバイスに代表される半導体装置の製造工程において、電子部品と絶縁基板、あるいは絶縁基板と金属ベース板等をはんだ接合する際のはんだ接合方法及びはんだ接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のはんだ接合装置においては、はんだ溶融の際にフラックスを使用し、被接合物及びはんだ表面の酸化膜を除去し清浄化しながら、はんだ接合を行っていた。電子部品モジュールの実装工程においても、フラックスまたはフラックス含有ペーストを配線基板の表面に塗布した状態で、電子部品モジュールの端子をその配線基板上に実装する工程が一般的である。被接合物及びはんだ表面に塗布されたフラックスは、加熱により該表面を活性化しながら酸化膜を除去すると共に加熱による酸化を防止し、その活性状態を維持する。これと同時にはんだが溶融し、被接合物の表面に拡がる。
【０００３】
はんだ溶融温度まで加熱されたフラックスの一部は分解され、はんだが冷却されて凝固すると、被接合物上に残ったフラックスと分解生成物も固化する。はんだ接合後に残った固化したフラックスは、腐食等の原因となるため、フロン、トリクレン等を含む有機溶剤を使用した洗浄により除去する必要があった。
【０００４】
また、加熱によりフラックスが分解し有害ガスが発生するため、作業の安全性を確保する必要があった。さらに、残渣フラックスとしてハロゲン成分がモジュール内に残ると、配線の腐食、マイグレーションが助長されるため徹底的な洗浄が要求され、これらは製造コストが高くなる原因となっていた。
【０００５】
そこで近年、フラックスを用いずに、蟻酸、酢酸等のカルボン酸を還元剤として付与することにより、被接合物及びはんだ表面の酸化膜を除去し清浄化する方法が開発されている。カルボン酸をはんだ加熱溶融領域（処理室）に導入する方法としては、カルボン酸薬液に窒素ガス等のキャリアガスをバブリングし、キャリアガス内に蒸気として混入させて導入する方法（キャリアガスバブリング法）や、タンク等の容器に入れたカルボン酸を恒温槽で加熱、蒸発させ、その蒸気を導入する方法（タンク内酸蒸気パージ法）が用いられていた。
【０００６】
例えば、特許文献１では、減圧雰囲気内で加熱中にカルボン酸（蟻酸）ガスを含む雰囲気ガスを処理室に導入することにより、引火性のあるカルボン酸ガスの雰囲気中濃度を十分に下げ、安全性を向上させる方法が提示されている。また、この特許文献１では、はんだ層を加熱溶融する前に、蟻酸をはんだ層上に供給する方法も提示されている（酸薬液直接投入法）。さらに、特許文献２では、はんだを加熱溶融する処理室内にガス状の蟻酸を供給する蟻酸スプレー装置を備えたはんだ接合装置が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４４２８３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１０５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来のカルボン酸の導入方法には、以下のような課題があった。まず、キ
ャリアガスバブリング法では、キャリアガス内に混入させるカルボン酸の蒸気量が、カルボン酸の液温、蒸発雰囲気圧力、キャリアガス温度等により変動するため、処理室内のカルボン酸濃度が安定しないという問題があった。特に、蒸発気化潜熱によるカルボン酸の液温変動が著しく、これに伴い蒸発量すなわちカルボン酸濃度が大きく変動する。
【０００９】
また、タンク内酸蒸気パージ法も同様に、処理室内に均一なカルボン酸濃度を得ることは困難であった。さらに、タンク内のカルボン酸蒸気を処理室に輸送するためのドライビングフォースがなく、単なる圧力差もしくは拡散で導入しているため、カルボン酸蒸気の導入に時間を要し、生産性が低いという問題があった。
【００１０】
さらに、酸薬液直接投入法では、薬液が投入された領域で酸濃度が高くなり、処理室内全体にわたって均一なカルボン酸濃度を得ることが困難であった。このため、はんだ接合プロセスが不安定で且つ制御が難しいという問題があった。また、上記のいずれの方法においても、カルボン酸の消費量を抑制することが課題であり、さらに、高温環境下の処理室においてカルボン酸ガスが構成部材の大部分に接触し、構成部材の腐食が進行するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被接合物及びはんだ表面にカルボン酸を安定して供給することができると共に、カルボン酸の消費量を抑制することが可能なはんだ接合方法を提供し、生産性向上及び生産コストの低減を図ることを目的とする。
【００１２】
また、被接合物及びはんだ表面にカルボン酸を安定して供給することができると共に、カルボン酸の消費量を抑制することが可能であり、さらにカルボン酸による処理室内構成部材の腐食を抑制することが可能なはんだ接合装置を提供し、生産性向上及び生産コスト低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るはんだ接合方法は、ワーク側面に近接して該側面を囲む内壁を有する凹部と、カルボン酸供給部と、カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸を凹部内に導くカルボン酸導入経路が設けられた治具を用意し、はんだ層を介して対向配置された第１の被接合面と第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するワークに治具を装着する治具装着工程と、治具のカルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、凹部内のワークにカルボン酸を供給するカルボン酸供給工程と、カルボン酸が供給された凹部内のワークを加熱し、カルボン酸を気化させると共にはんだ層を溶融する加熱溶融工程を含み、カルボン酸供給工程において、治具のカルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸は、カルボン酸導入経路を通って凹部の内壁とワーク側面の隙間に溜まり、さらに第１及び第２の被接合面とはんだ層の各隙間を毛細管現象により移動し、第１及び第２の被接合面及びはんだ層表面に供給されるものである。
【００１４】
また、本発明に係るはんだ接合装置は、はんだ層を介して対向配置された第１の被接合面と第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するワークに、ワーク側面に近接して該側面を囲む内壁を有する凹部と、カルボン酸供給部と、カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸を凹部内に導くカルボン酸導入経路が設けられた治具を装着する治具装着領域、治具のカルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、凹部内のワークにカルボン酸を供給するカルボン酸供給手段を有するカルボン酸供給領域、カルボン酸供給手段によりカルボン酸が供給された凹部内のワークを加熱し、カルボン酸を気化させると共にはんだ層を溶融する加熱溶融領域、治具装着領域からカルボン酸供給領域を経て加熱溶融領域にワークを搬送する搬送手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るはんだ接合方法によれば、治具のカルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、滴下されたカルボン酸は、カルボン酸導入経路を通って凹部の内壁とワーク側面の隙間に溜まり、さらに毛細管現象により第１及び第２の被接合面とはんだ層の各隙間に行き渡るため、ワークの第１及び第２の被接合面及びはんだ層表面にカルボン酸を安定して供給することができる。さらに、加熱溶融工程において気化されたカルボン酸の大部分は凹部内に留まり、第１及び第２の被接合面及びはんだ層表面の酸化膜を除去するのに十分なカルボン酸ガス濃度が保持され、はんだ接合が確実に行える。その結果、生産性が向上すると共に、カルボン酸の消費量を抑制することができ、生産コスト低減が図られる。
【００１６】
また、本発明に係るはんだ接合装置によれば、治具のカルボン酸供給部に液状のカルボン酸を滴下し、凹部内のワークにカルボン酸を供給するカルボン酸供給手段を備えることにより、ワークの第１及び第２の被接合面及びはんだ層表面にカルボン酸を安定して供給することができると共に、カルボン酸の消費量を抑制することができる。また、加熱溶融領域において気化されたカルボン酸の大部分は凹部内に留まり、加熱溶融領域におけるカルボン酸ガスの接触領域が限定されるため、構成部材の腐食を抑制することができる。さらに、真空チャンバや真空装置が不要であるため、従来に比べて装置の低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るリフロー装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るリフロー装置のカルボン酸供給領域を示す側面図、上面図、及び部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るリフロー装置のカルボン酸供給領域を示す部分拡大断面図及び部分拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るリフロー装置のカルボン酸供給領域を示す側面図及び部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下に、本実施の形態１に係るはんだ接合装置及びはんだ接合方法について、図面に基づいて説明する。本実施の形態１に係るはんだ接合装置（以下、本リフロー装置という）は、リフロー領域の前段に、蟻酸、酢酸等の液状のカルボン酸を還元剤として付与するカルボン酸供給領域を設けたことを特徴とする。また、本リフロー装置におけるワークは、被接合物としてリードフレームと半導体チップ、接合媒体として板はんだを備えたものである。ただし、ワークはこれに限定されるものではなく、はんだ層を介して対向配置された第１の被接合面と第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するものであればよい。
【００１９】
本リフロー装置の全体構成について、図１を用いて簡単に説明する。本リフロー装置は、主に６つの処理ゾーン、すなわち治具セット部１、チップ・板はんだマウンタ２、カルボン酸供給領域３、リフロー領域４、冷却領域５、及び治具分離部６から構成されている。
【００２０】
治具装着領域である治具セット部１とチップ・板はんだマウンタ２は、ワーク９にリフロー治具を装着する領域である（ワーク９及びリフロー治具については、後に図２を用いて詳細に説明する）。治具セット部１では、第１の被接合面を有するリードフレームにリフロー治具がセットされる。チップ・板はんだマウンタ２では、治具セット部１でリードフレーム上にセットされたリフロー治具の開口部に、はんだ層としての板はんだと、第２の被接合面を有する半導体チップが載置される。チップ・板はんだマウンタ２の搬入口２
１は、トンネル型の処理ゾーンの入口となり、大気中に開放されている。ただし、搬入口２１にはトンネル内のガスを排出するガス排気系（図示せず）を備えることが望ましい。
【００２１】
カルボン酸供給領域３は、リフロー治具に設けられたカルボン酸供給部に、液状のカルボン酸を滴下することにより、ワーク９にカルボン酸を供給するカルボン酸供給手段を有している。本リフロー装置では、カルボン酸供給手段として、所定量のカルボン酸を任意のタイミングで滴下することが可能なニードル３２を有するディスペンサ３１を備えている。カルボン酸供給領域３の搬入口３３と搬出口３４はそれぞれ、ガス排気手段である第１のガス排気系７ａと第２のガス排気系７ｂに接続されている。
【００２２】
加熱溶融領域であるリフロー領域４は、カルボン酸が供給されたワーク９を加熱し、カルボン酸を気化させると共に板はんだを溶融するためのホットプレート４１を備えている。また、窒素ガス供給系４２と窒素ガス整流部４３を備えることにより、窒素ガスをパージしながら外気よりも高い圧力下でワーク９を加熱するようにしている。リフロー領域４では、カルボン酸ガスによりワーク９の第１及び第２の被接合面、及び板はんだ表面の酸化膜を除去しながら、はんだ接合を行う。リフロー領域４の搬入口４４は、第２のガス排気系７ｂに接続されている。
【００２３】
冷却領域５は、はんだ接合処理を終えたワーク９を徐冷するコールドプレート５１を備えている。冷却領域５は、リフロー領域４と同様に、窒素ガス供給系５２と窒素ガス整流部５３を備え、外気よりも高い圧力に調整されている。リフロー領域４と冷却領域５の間には第３のガス排気系７ｃが、冷却領域５の後方には第４のガス排気系７ｄがそれぞれ設けられ、冷却領域５の搬出口５４は大気中に開放されている。なお、カルボン酸ガスには刺激臭があるため、第１のガス排気系７ａ〜第４のガス排気系７ｄの外側にはさらに排気ガス処理手段（図示せず）を設けることが好ましい。
【００２４】
治具分離部６は、ワーク９とリフロー治具を分離する手段（図示せず）を備えている。また、本リフロー装置は、治具装着領域からカルボン酸供給領域３を経てリフロー領域４、さらに冷却領域５及び治具分離部６にワーク９を搬送する搬送手段として、搬送ベルト８を備えている。搬送ベルト８は、処理ゾーン毎に分割されており、各々が周回動作となっている。
【００２５】
次に、本リフロー装置のカルボン酸供給領域３について、図２を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、カルボン酸供給領域の側面図（一部断面図）、図２（ｂ）はリフロー治具の上面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ部を示す部分拡大断面図であり、図２（ｃ）において、黒い部分はカルボン酸１１を示している。なお、図２中、図１と同一、相当部分には同一符号を付している。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、カルボン酸供給領域３に設置されたディスペンサ３１は、所定量のカルボン酸を任意のタイミングで滴下することが可能なニードル３２を備えている。ディスペンサ３１は、ニードル３２の位置をカルボン酸供給部に合わせるアライメント機能を有しており、駆動手段（図示せず）により間欠的にカルボン酸が供給されている。
【００２７】
リフロー治具１０は、リッド板１０１及びベース板１０２から構成されている。また、ワーク９は、リードフレーム９１、板はんだ９２、及び半導体チップ９３から構成され、リードフレーム９１はリフロー治具１０のリッド板１０１とベース板１０２により挟まれ固定されている。
【００２８】
また、リフロー治具１０は、リッド板１０１の開口部により形成される凹部１０３を有している。凹部１０３の底面にはリードフレーム９１が露出しており、この凹部１０３内
に板はんだ９２と半導体チップ９３を載置することにより、ワーク９が位置決めされる。凹部１０３の内壁１０３ａは、ワーク９の側面に近接して該側面を囲んでいる。
【００２９】
さらに、リフロー治具１０は、カルボン酸供給部に滴下されたカルボン酸を凹部１０３内に導くカルボン酸導入経路を有している。本リフロー治具１０では、凹部１０３の内壁１０３ａに形成された切り欠き部１０４が、カルボン酸供給部とカルボン酸導入経路を兼ねている。切り欠き部１０４は、図２（ｂ）に示すように、凹部１０３の内壁に法面状に加工されている。
【００３０】
ディスペンサ３１のニードル３２は、カルボン酸供給部である切り欠き部１０４にカルボン酸１１を滴下する。滴下されたカルボン酸１１は、図２（ｃ）に示すように、切り欠き部１０４を通って凹部１０３内に導かれ、凹部１０３の内壁１０３ａとワーク９側面の隙間に溜まる。さらに、リードフレーム９１の第１の被接合面及び半導体チップ９３の第２の被接合面と板はんだ９２の各隙間を毛細管現象により移動して、第１及び第２の被接合面及び板はんだ表面に供給される。
【００３１】
なお、本リフロー装置では、リフロー治具１０の凹部１０３の内壁１０３ａに、カルボン酸供給部とカルボン酸導入経路を兼ねた切り欠き部１０４を設けたが、カルボン酸供給部とカルボン酸導入経路はこれに限定されるものではない。例えば、カルボン酸供給部を凹部から離れた位置とし、複数のカルボン酸導入経路を介して複数の凹部に連通させてもよい。その際、複数のカルボン酸導入経路の長さを互いに等しく形成することにより、カルボン酸供給量を安定化できる。これにより、ニードル３２を交換せずに複数の製品に適用することも可能となり、装置が簡略化され生産効率が上がる。
【００３２】
次に、本リフロー装置におけるはんだ接合方法について、図１及び図２を用いて説明する。なお事前に、ワーク９側面に近接して該側面を囲む内壁１０３ａを有する凹部１０３と、カルボン酸供給部とカルボン酸導入経路を兼ねた切り欠き部１０４が設けられたリフロー治具１０を用意しておく。
【００３３】
まず、治具セット部１において、開口部を有するリッド板１０１及びベース板１０２からなるリフロー治具１０でリードフレーム９１を挟む。続いて、チップ・板はんだマウンタ２において、リフロー治具１０の開口部に、板はんだ９２と半導体チップ９３を順次載置する。これにより、板はんだ９２を介して対向配置されたリードフレーム９１の第１の被接合面と半導体チップ９３の第２の被接合面、及びこれら被接合面に略垂直な側面を有するワーク９に、リフロー治具１０が装着される（治具装着工程）。
【００３４】
続いて、カルボン酸供給領域３において、リフロー治具１０に設けられた切り欠き部１０４に液状のカルボン酸１１を滴下し、凹部１０３内のワーク９にカルボン酸１１を供給する。滴下されたカルボン酸１１は、切り欠き部１０４を通って凹部１０３内に導かれ、凹部１０３の内壁１０３ａとワーク９側面の隙間に溜まり、さらに、リードフレーム９１の第１の被接合面及び半導体チップ９３の第２の被接合面と板はんだ９２の各隙間を、毛細管現象により移動し、各被接合面及び板はんだ表面に供給される（カルボン酸供給工程）。
【００３５】
カルボン酸供給工程においては、カルボン酸１１が毛細管現象により前記各隙間に拡がるために必要な量を把握してカルボン酸１１の供給量を決定し、過剰に供給しないことが重要である。また、カルボン酸１１の蒸発を防ぐため、カルボン酸供給領域３におけるワーク９の温度は、カルボン酸１１の沸点以下とする。さらに、カルボン酸１１が毛細管現象により前記各隙間に拡がるために必要な時間を確保した後、次の加熱溶融工程を実施しなければならない。なお、搬送ベルト８の速度を調整することにより必要な時間を確保することができる。
【００３６】
続いて、リフロー領域４において、カルボン酸１１が供給された凹部１０３内のワーク９をホットプレート４１により加熱し、カルボン酸１１を気化させると共に、板はんだ９２を溶融する。リフロー領域４では、窒素ガス供給系４２により窒素ガスをパージしながら凹部１０３内のワーク９を加熱する。気化されたカルボン酸の大部分は、凹部１０３内の狭小空間に留まり、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜を除去するのに十分なカルボン酸ガス濃度が保持される。これにより、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜が除去され、同時に板はんだ９２が溶融されて各被接合面がはんだ接合される（加熱溶融工程）。なお、ワーク９の昇温プロファイルは、ホットプレート４１の温度や搬送ベルト８の速度により調整され、はんだ接合が適正に行われるように設定される。
【００３７】
続いて冷却領域５に搬送されたワーク９は、搬送ベルト８下部に設けられたコールドプレート５１により徐冷される。その後、治具分離部６において、ワーク９すなわち半導体チップ９３が接合されたリードフレーム９１と、リフロー治具１０が分離される。以上で本リフロー装置における処理は終了する。
【００３８】
なお、リフロー領域４と冷却領域５は、窒素ガス供給系４２、５２及び窒素ガス整流部４３、５３とガス排気系７ｂ、７ｃ、７ｄの作用により、各領域内に大気（酸素）が混入しないように構成されている。すなわち、リフロー領域４では、窒素ガス供給系４２から導入された窒素ガスを、窒素ガス整流部４３を通してガス排気系７ｂ、７ｃから導出し、逆流、乱流が起こらないようにしている。なお、本リフロー装置では窒素ガスをパージしているが、その他の不活性ガスであってもよい。
【００３９】
窒素ガス整流部４３、５３は、例えば格子状の流路を経てガスを導入し、層流を任意の方向に形成する。なお、リフロー領域４内に大気が混入しない構成であれば他の手法でもよく、例えばエアカーテンを用いてもよい。このようにして、リフロー領域４内雰囲気の残存酸素濃度は５０ｐｐｍ以下に管理される。リフロー領域４の酸素濃度をできるだけ低濃度とすることにより、はんだ付け時のボイドや不濡れを防止することができる。
【００４０】
また、リフロー領域４内雰囲気の圧力は、カルボン酸供給領域３内雰囲気の圧力よりも高く、且つカルボン酸供給領域３内雰囲気の圧力は、外気圧よりも高くなるように調整される。これにより、カルボン酸ガスの流出防止とリフロー領域４の酸素濃度低減（大気混入防止）を両立することができる。
【００４１】
具体的には、リフロー領域４（及び冷却領域５）において窒素ガスをパージしながら、カルボン酸供給領域３の搬入口３３に設置された第１のガス排気系７ａの排気能力を、カルボン酸供給領域の搬出口３４とリフロー領域４の搬入口４４の間に設置された第２のガス排気系７ｂの排気能力よりも高くすることにより、上記のような圧力差が実現できる。
【００４２】
なお、本リフロー装置では、各処理ゾーンの間に仕切りを設けているが、外気へのカルボン酸ガスの流出を防止するためには、仕切りをできる限り低位置まで設けることが望ましい。あるいは、仕切りとしてシャッターを用いてもよいが、その場合はシャッター動作による空気の巻き込みを防止する機能を有するものが望ましい。
【００４３】
以上のように、本実施の形態１に係るはんだ接合方法によれば、カルボン酸供給領域３において、リフロー治具１０の切り欠き部１０４に液状のカルボン酸１１を滴下することにより、滴下されたカルボン酸１１がリードフレーム９１の第１の被接合面及び半導体チップ９３の第２の被接合面と板はんだ９２の各隙間を毛細管現象により移動し、各隙間に行き渡るようにしたので、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜除去とはんだ接合が
確実に行われ、生産性が向上する。
【００４４】
また、リフロー領域４において窒素ガスをパージしながら凹部１０３内のワーク９を加熱することにより、気化されたカルボン酸の大部分は凹部１０３内の狭小空間に留まるため、各被接合面及び板はんだ９２表面の酸化膜を除去するのに十分なカルボン酸ガス濃度が保持され、はんだ接合が確実に行われる。また、従来方法のようにリフロー領域（処理室）の全容積に渡って均一にカルボン酸ガスを供給する必要がないため、カルボン酸の消費量を著しく抑制することができる。さらに、リフロー領域４内の構成部材へのカルボン酸ガスの接触領域が限定されるため、高温環境下での構成部材の腐食耐久性が顕著に向上する。
【００４５】
また、従来方法では、カルボン酸ガスを確実に被接合面へ到達させるために、真空引きによるガス置換が必要であったが、本実施の形態１では液状のカルボン酸１１を直接ワーク９に供給し、毛細管現象により被接合面全域へ行き渡らせるようにしたので、従来のリフロー装置が備えていた真空チャンバや真空装置が不要である。これにより、装置の低コスト化が図られると共に、従来のようなガスパージのための真空引きやガス供給（サイクルパージ）の必要がなく、生産性が向上する。
【００４６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、本実施の形態２におけるカルボン酸供給領域の部分拡大断面図、図３（ｂ）は、本実施の形態２におけるカルボン酸供給領域で用いられるニードルの先端を示す部分拡大図である。なお、図３中、図１及び図２と同一、相当部分には同一符号を付している。また、本実施の形態２におけるリフロー装置の全体構成は、上記実施の形態１（図１）と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態２では、図３（ａ）に示すように、カルボン酸供給手段であるディスペンサのニードル３２の先端に突起状のロッド３５を設け、リフロー治具１０に設けられた切り欠き部１０４に、液状のカルボン酸１１を滴下するようにしたものである。
【００４８】
突起状のロッド３５は、図３（ｂ）に示すように、ニードル３２先端周縁部の一部に設けられている。これにより、カルボン酸１１は、ニードル３２先端から突起状ロッド３５を伝わってスムーズに滴下される。また、リフロー治具１０のカルボン酸供給部（切り欠き部１０４）に対してカルボン酸１１を正確に滴下することが容易となる。さらに、ニードル３２先端部のカルボン酸１１の液残りを防止することができる。
【００４９】
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、ニードル３２の先端に突起状ロッド３５を備えることにより、カルボン酸１１を正確且つスムーズに滴下することが可能となり、ニードル３２先端部の液残りを防止することができるため、生産性がさらに向上し、カルボン酸１１の消費量をさらに抑制することができる。
【００５０】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施の形態３におけるカルボン酸供給領域の側面図（一部断面図）、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ部を示す部分拡大断面図である。なお、図４中、図１及び図２と同一、相当部分には同一符号を付している。また、本実施の形態３におけるリフロー装置の全体構成は、上記実施の形態１（図１）と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態３では、図４（ａ）に示すように、カルボン酸供給手段であるディスペンサ３１にマイクロインジェクタ３６を備え、図４（ｂ）に示すように、リフロー治具１０
のカルボン酸供給部（切り欠き部１０４）に対して、液状のカルボン酸１１を滴下するようにしたものである。マイクロインジェクタ３６は、上記実施の形態１及び実施の形態２で用いたニードル３２よりも高速且つ極小範囲にカルボン酸１１を吐出することが可能である。
【００５２】
本実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、ディスペンサ３１にマイクロインジェクタ３６を備えることにより、カルボン酸１１を正確且つ高速に滴下することが可能となり、生産性がさらに向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、半導体装置製造工程において電子部品と絶縁基板、あるいは絶縁基板と金属ベース板等をはんだ接合するためのリフロー装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  治具セット部、２  チップ・板はんだマウンタ、３  カルボン酸供給領域、
４  リフロー領域、５  冷却領域、６  治具分離部、７ａ  第１のガス排気系、
７ｂ  第２のガス排気系、７ｃ  第３のガス排気系、７ｄ  第４のガス排気系、
８  搬送ベルト、９  ワーク、１０  リフロー治具、１１  カルボン酸、
２１  搬入口、３１  ディスペンサ、３２  ニードル、３３  搬入口、３４  搬出口、
３５  突起状ロッド、３６  マイクロインジェクタ、
４１  ホットプレート、４２  窒素ガス供給系、４３  窒素ガス整流部、４４  搬入口、５１  コールドプレート、５２  窒素ガス供給系、５３  窒素ガス整流部、
５４  搬出口、９１  リードフレーム、９２  板はんだ、９３  半導体チップ、
１０１  リッド板、１０２  ベース板、１０３  凹部、１０３ａ  内壁、
１０４  切り欠き部。
【図１】
2012121046.tif 000003
【図２】
2012121046.tif 000004
【図３】
2012121046.tif 000005
【図４】
2012121046.tif 000006