(57)【要約】【課題】半導体装置をはんだ槽に満たされた溶融はんだに浸漬することで、前記半導体装置の電極にはんだを付着させるはんだ付け方法において、はんだ付けの効率、及び、はんだ付け後の半導体装置の歩留まりを向上できるようにする。【解決手段】半導体装置１０を溶融はんだ１２Ａに浸漬する前、及び、半導体装置１０を溶融はんだ１２Ａから引き上げる前のみに、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに配された超音波振動子４によって超音波を液面１２ｃに印加することにより、液面１２ｃを振動させて液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａをはんだ槽２の外側に溢れ出させるはんだ付け方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置をはんだ槽に満たされた溶融はんだに浸漬することで、前記半導体装置の電極にはんだを付着させるはんだ付け方法であって、
前記半導体装置を前記溶融はんだに浸漬する前、及び、前記半導体装置を前記溶融はんだから引き上げる前のみに、前記溶融はんだの液面に配された超音波振動子によって超音波を前記液面に印加することにより、前記液面を振動させて前記液面近傍の前記溶融はんだを前記はんだ槽の外側に溢れ出させることを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項２】
前記液面に印加される前記超音波を、前記はんだ槽の開口部を画成する前記はんだ槽の周壁部の周方向の一端部から、これに対向する前記周壁部の他端部に向かう方向に伝播させることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け方法。
【請求項３】
前記半導体装置が半導体ウェハであり、
前記液面に印加される前記超音波を、浸漬された前記半導体ウェハの主面に沿う方向に伝播させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のはんだ付け方法。
【請求項４】
前記半導体装置を前記溶融はんだに浸漬する前に、
前記液面近傍の溶融はんだを前記超音波の伝播方向に流す噴流を発生させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のはんだ付け方法。
【請求項５】
前記半導体装置を前記溶融はんだから引き上げる際の引き上げ速度を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のはんだ付け方法。
【請求項６】
前記はんだ槽の外側に溢れ出た溶融はんだを排出槽に収容し、
当該排出槽に収容された前記溶融はんだを前記排出槽の底部から前記はんだ槽に戻すことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のはんだ付け方法。
【請求項７】
前記溶融はんだの液面の酸化を抑制する雰囲気中で実施することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のはんだ付け方法。
【請求項８】
溶融はんだで満たされたはんだ槽を備え、前記溶融はんだに半導体装置を浸漬することで前記半導体装置の電極にはんだを付着させるはんだ付け装置であって、
前記溶融はんだの液面に配されて、当該液面に超音波を印加して前記液面を振動させる超音波振動子を備えることを特徴とするはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、はんだ付け方法、及び、はんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置（例えば半導体ウェハ・半導体素子等）の電極にはんだを付着させるはんだ付け方法には、半導体装置をはんだ槽に満たされた溶融はんだに浸漬し、引き上げる、所謂フロー方式のはんだ付け方法が知られている。
この種のはんだ付け方法では、電極に対するはんだの濡れ性向上のために、半導体装置を溶融はんだに浸漬する前に、半導体装置にフラックス（電極に付着した酸化膜を除去するための還元剤）を塗布している。
【０００３】
また、この種のはんだ付け方法においては、溶融はんだが酸化して酸化物として溶融はんだの液面に浮遊していることがある。この酸化物が半導体装置（特に半導体ウェハ）に付着すると、半導体装置の品質に悪影響を及ぼす虞がある。このため、従来では、半導体装置を溶融はんだに浸漬する際や溶融はんだから引き上げる際に、酸化物が半導体装置に付着しないように、半導体装置を溶融はんだに浸漬する前や、半導体装置を溶融はんだから引き上げる前に、へら等を用いて手動で酸化物を液面から除去している。
【０００４】
また、フロー方式ではんだ付けする従来のはんだ付け方法では、例えば特許文献１のように、超音波振動子を浸漬された半導体装置の電極に対向配置させた状態で、超音波振動子により溶融はんだに超音波を印加し電極に直接到達させることで、電極から酸化膜を除去することが考えられている。この方法では、浸漬前の半導体装置に上述したフラックスを塗布する必要が無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フラックスを用いた上記従来のはんだ付け方法では、はんだ付けの終了後に、半導体装置を薬品等で洗浄してフラックスを除去する必要があるため、はんだ付けに要する工程数が多く、はんだ付けの効率が低い、という問題がある。また、洗浄用の薬品も必要となるため、はんだ付けのコストが高い、という問題もある。
一方、超音波を利用した上記従来のはんだ付け方法では、上記フラックスが不要となるものの、超音波が浸漬された半導体装置に直接到達するため、特に、半導体装置が半導体ウェハである場合には、超音波によって半導体ウェハに割れや欠けなどの不具合が発生して、製品の歩留まりが低下する、という問題がある。なお、近年では、半導体ウェハの大口径化や薄型化の要求が高まっているため、上述した超音波による半導体ウェハの割れや欠けは顕著なものとなる。
さらに、上述したいずれのはんだ付け方法でも、溶融はんだの液面に浮遊する酸化物を手動で除去する必要があり面倒であるため、はんだ付けの効率が低くなってしまう、という問題もある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、はんだ付けの効率向上、及び、はんだ付け後の半導体装置の歩留まり向上を図ることが可能なはんだ付け方法及びはんだ付け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】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明のはんだ付け方法は、半導体装置をはんだ槽に満たされた溶融はんだに浸漬することで、前記半導体装置の電極にはんだを付着させる方法であって、前記半導体装置を前記溶融はんだに浸漬する前、及び、前記半導体装置を前記溶融はんだから引き上げる前のみに、前記溶融はんだの液面に配された超音波振動子によって超音波を前記液面に印加することにより、前記液面を振動させて前記液面近傍の前記溶融はんだを前記はんだ槽の外側に溢れ出させることを特徴とする。
なお、半導体装置を溶融はんだに浸漬した状態は、超音波振動子による超音波が半導体装置に直接到達しにくくなるように、半導体装置を溶融はんだの液面よりも下方に十分沈めた状態のことを示している。
【０００９】
また、本発明のはんだ付け装置は、溶融はんだで満たされたはんだ槽を備え、前記溶融はんだに半導体装置を浸漬することで前記半導体装置の電極にはんだを付着させるものであって、前記溶融はんだの液面に配されて、当該液面に超音波を印加して前記液面を振動させる超音波振動子を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記はんだ付け方法及びはんだ付け装置によれば、溶融はんだの液面を振動させることで、はんだ槽の外側に溢れ出る溶融はんだと共に液面に浮遊する酸化物をはんだ槽の外側に排出することができる。したがって、半導体装置を溶融はんだに浸漬する際、及び、溶融はんだから引き上げる際に、酸化物が半導体装置に付着することを抑制することができる。また、超音波振動子の動作を制御するだけで酸化物を容易に溶融はんだの液面から除去することができるため、はんだ付けを効率よく行うことができる。
【００１１】
また、液面を振動させる超音波がはんだ槽の内面で反射した上で、半導体装置の電極に到達することで、酸化膜を電極上から除去することもできる。したがって、従来のようにフラックスを用いることなく、電極に対するはんだの濡れ性を向上させることができる。すなわち、従来のように、はんだ付けの終了後に半導体装置を薬品等で洗浄する必要が無くなり、効率よくはんだ付けを行うことができる。また、はんだ付けのコストも低く抑えることができる。
さらに、反射後の超音波は反射前の超音波と比較してそのエネルギーが弱くなるため、半導体装置が半導体ウェハ等のように薄くて割れ易いものであっても、半導体装置に割れや欠けが発生することも抑制できる。
【００１２】
そして、前記はんだ付け方法では、前記液面に印加される前記超音波を、前記はんだ槽の開口部を画成する前記はんだ槽の周壁部の周方向の一端部から、これに対向する前記周壁部の他端部に向かう方向に伝播させることが好ましい。
上記はんだ付け方法では、溶融はんだ及び酸化物を、周壁部の他端部の一箇所のみからはんだ槽の外側に排出することができるため、排出された溶融はんだ及び酸化物を収容するための排出槽をコンパクトに構成することが可能となる。すなわち、はんだ槽及び排出槽を備えるはんだ付け装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、前記はんだ付け方法において、前記半導体装置が半導体ウェハである場合には、前記液面に印加される前記超音波を、浸漬された前記半導体ウェハの主面に沿う方向に伝播させるとよい。
上記はんだ付け方法によれば、若干の超音波が半導体ウェハに直接到達したとしても、超音波のエネルギーによってウェハが受ける応力を低減することができる。また、はんだ槽の内面において反射した超音波の伝播方向も半導体ウェハの主面に沿う方向と一致する、あるいは、当該方向に近い方向となるため、反射後の超音波のエネルギーによって半導体ウェハが受ける応力を低減することができる。その結果として、半導体ウェハに割れや欠けが発生することをより確実に抑えることができる。
【００１４】
さらに、前記はんだ付け方法では、前記半導体装置を前記溶融はんだに浸漬する前に、前記液面近傍の溶融はんだを前記超音波の伝播方向に流す噴流を発生させるとよい。
なお、前記噴流を発生させるタイミングは、超音波の印加の直前あるいは同時であることがより好ましい。
上記はんだ付け方法によれば、上記噴流によって、はんだ槽の開口部を画成する周壁部の周方向の端部に、溶融はんだの液面に浮遊する酸化物を寄せ集めることができる。そして、噴流の流れ方向を超音波の伝播方向に一致させることで、周壁部の端部に寄せ集められた酸化物を、超音波によって効率よくはんだ槽の外側に排出することが可能となる。
【００１５】
また、前記はんだ付け方法では、前記半導体装置を前記溶融はんだから引き上げる際の引き上げ速度を調整してもよい。
上記はんだ付け方法のように、半導体装置の引き上げ速度を調整することで、電極に付着するはんだの厚さを自由に調整することが可能となる。例えば、引き上げ速度が速いほど、表面張力によって電極上に残留するはんだ量が増えるため、電極に付着するはんだの厚さを厚く設定することができる。
【００１６】
さらに、前記はんだ付け方法では、前記はんだ槽の外側に溢れ出た溶融はんだを排出槽に収容し、当該排出槽に収容された前記溶融はんだを前記排出槽の底部から前記はんだ槽に戻してもよい。
上記はんだ付け方法では、はんだ槽と排出槽との間で溶融はんだが循環するため、はんだ槽に新たな溶融はんだを追加することなく、多量の半導体装置に対して継続的にはんだ付けを行うことができる。
また、はんだ槽の液面上に浮遊する酸化物は溢れ出る溶融はんだと共に排出槽に収容されるが、この酸化物は排出槽においても溶融はんだの液面に浮遊することになる。したがって、上述したように、排出槽に収容された溶融はんだを排出槽の底部からはんだ槽に戻すことで、排出槽に収容された酸化物がはんだ槽に戻ることを防止できる。
【００１７】
また、前記はんだ付け方法は、前記溶融はんだの液面の酸化を抑制する雰囲気中で実施するとよい。
なお、前記雰囲気は、例えば窒素ガス（Ｎ２ガス）等の不活性ガスのように酸素を含まない気体のことを示している。
【００１８】
上記はんだ付け方法によれば、溶融はんだの液面に浮遊する酸化物の発生自体を抑えることができるため、半導体装置を溶融はんだに浸漬する際、及び、溶融はんだから引き上げる際に、酸化物が半導体装置に付着することをさらに抑制することができる。
また、酸化物の発生が抑えられるため、例えば、半導体装置の浸漬及び引き上げを複数回繰り返してはんだ付けを実施する場合には、超音波の印加を、一回目の半導体装置の浸漬前、及び、最後に半導体装置を溶融はんだから引き上げる前の計二回だけに抑えることができる。言い換えれば、超音波を印加する回数を最小限に抑えることが可能となる。
【００１９】
具体的に説明すれば、溶融はんだの液面の酸化を抑制する雰囲気（以下、酸化抑制雰囲気と呼ぶ。）中ではんだ付けを行う場合、はんだ槽を酸化抑制雰囲気で満たされた収容ケース内に配置するが、一回目の半導体装置の浸漬の際、及び、最後の半導体装置の引き上げの際には、半導体装置を収容ケースに対して出し入れする必要がある。そして、このように半導体装置を出し入れする際には、溶融はんだの液面が収容ケース外の雰囲気（例えば大気など酸素を含む雰囲気）に触れて酸化物が発生し易くなる。したがって、一回目の半導体装置の浸漬前、及び、最後の半導体装置の引き上げ前には、超音波を印加して液面付近の溶融はんだをはんだ槽の外側に溢れ出させることが好ましい。
一方、一回目の半導体装置の引き上げから最後の半導体装置の浸漬までの間は、半導体装置を収容ケースに対して出し入れする必要が無いため、溶融はんだの液面が収容ケース外の雰囲気に触れることは殆ど無い。したがって、一回目の半導体装置の引き上げ前から、最後の半導体装置の浸漬後までの間に、超音波を印加する必要は無い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、超音波振動子の動作を制御するだけで酸化物を容易に溶融はんだの液面から除去することができるため、また、はんだ付けの終了後に半導体装置を薬品等で洗浄する必要も無いため、効率よくはんだ付けを行うことができると共に、はんだ付けのコストも低く抑えることが可能となる。
また、半導体装置に割れや欠けが発生することも抑制できるため、はんだ付け後の半導体装置の歩留まり向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係るはんだ付け装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すはんだ付け装置を液面の上方から見た状態を示す概略上面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るはんだ付け装置を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第一実施形態〕
以下、図１，２を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１，２に示すように、この実施形態に係るはんだ付け装置１は、半導体ウェハ（半導体装置）１０の主面１０ａに設けられた電極にはんだを付着させるためのものであり、溶融はんだ１２Ａで満たされたはんだ槽２と、半導体ウェハ１０を支持する支持アーム３と、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに超音波を印加して液面１２ｃを振動させる超音波振動子４と、はんだ槽２から溢れ出た溶融はんだ１２を収容する排出槽５と、を備えて大略構成されている。
【００２３】
はんだ槽２は、底壁部２１と、はんだ槽２の底面をなす底壁部２１の上面の周縁に立設された周壁部２２とを備え、上方に開口する箱状に形成されている。また、このはんだ槽２は平面視矩形状に形成されている。さらに、はんだ槽２の深さ寸法（周壁部２２の高さ寸法）は、半導体ウェハ１０全体を十分に溶融はんだ１２Ａに侵漬できるように設定されている。なお、半導体ウェハ１０は、その主面１０ａが平面視矩形状とされた周壁部２２の第一辺（図示例では長辺）の長手方向に平行するように、はんだ槽２内に収容されるようになっている。
支持アーム３は、半導体ウェハ１０をはんだ槽２に対して出し入れする際に、半導体ウェハ１０を支持するものである。すなわち、支持アーム３は、はんだ槽２の開口部２０を通過するように少なくとも上下方向に移動可能となっている。また、この支持アーム３の移動速度は調整可能とされている。
【００２４】
超音波振動子４は、はんだ槽２の開口部２０を画成する周壁部２２の上端部のうち、周壁部２２の周方向の一端部２３に設けられている。なお、本実施形態では、周壁部２２の一端部２３が、平面視矩形状とされた周壁部２２の第一辺（長辺）に直交する一対の第二辺（図示例では一対の短辺）のうちの一方となっている。
この超音波振動子４は、少なくとも液面１２ｃを振動させることが可能な位置に配されていればよいが、超音波振動子４において生じる超音波が液面１２ｃよりも下方に直接伝播しにくい位置に配されることがより好ましい。したがって、超音波振動子４は、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに配されることが好ましい。具体的には、図示例のように、超音波振動子４の一部が溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃよりも上方に位置しているとよい。
【００２５】
以上のように配される超音波振動子４の振動方向は、平面視した周壁部２２の一端部２３から、これに対向する周壁部２２の他端部２４に向かう方向（図示例におけるＡ方向）に設定されている。すなわち、本実施形態では、超音波振動子４の振動方向が、一方の第二辺（一端部２３）から他方の第二辺（他端部２４）に向かう方向に設定されている。したがって、超音波振動子４によって溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに印加される超音波の伝播方向は、周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向かう方向（図示例におけるＢ方向）となる、すなわち、溶融はんだ１２Ａに侵漬された半導体ウェハ１０の主面１０ａに沿う方向となる。そして、この超音波振動子４において発生する超音波の振動数は、１８．０ｋＨｚ以上１８．６ｋＨｚ以下に設定されている。
この超音波振動子４によって超音波が溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに印加されると、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃが振動し、図１中の符号Ｃで示すように、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａが周壁部２２の他端部２４のみからはんだ槽２の外側に溢れ出ることになる。
【００２６】
排出槽５は、前述したはんだ槽２と同様に、上方に開口する箱状に形成され、周壁部２２の他端部２４に設けられている。本実施形態では、排出槽５が、平面視矩形状とされた周壁部２２の他方の第二辺及びその両端の角部を外側から囲むように形成されている。
なお、図示例では、排出槽５の上方開口部５０がはんだ槽２の開口部２０よりも低く位置しているが、これに限ることはない。また、図示例の排出槽５は、はんだ槽２の周壁部２２に一体に形成されているが、少なくともはんだ槽２から溢れ出た溶融はんだ１２が入り込むように配されていればよく、例えば、はんだ槽２と別個に形成されてもよい。
【００２７】
また、本実施形態のはんだ付け装置１は、はんだ槽２内の溶融はんだ１２Ａを攪拌する噴流が発生するように構成されている。そして、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａは、この噴流によって周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向けてＢ方向に流れるようになっている。
さらに、本実施形態のはんだ付け装置１は、排出槽５に収容された溶融はんだ１２Ｂを排出槽５の底部からはんだ槽２に戻す循環機構６を備えている。循環機構６は、排出槽５の底部とはんだ槽２の底部とを接続する管路部６１と、管路部６１の途中に設けられたポンプ６２とを備えて構成されている。ポンプ６２は、溶融はんだ１２を管路部６１の排出槽５側からはんだ槽２側に送出するように構成されている。
【００２８】
また、本実施形態のはんだ付け装置１は、はんだ槽２及び排出槽５を収容する収容ケース（不図示）を備えている。この収容ケースは、溶融はんだ１２の酸化を抑制する雰囲気（以下、酸化抑制雰囲気と呼ぶ。）によって収容ケースの内部を満たせるように構成されている。なお、酸化抑制雰囲気は、例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスのように酸素を含まない気体のことを示す。
この収容ケースの大きさは、支持アーム３によって支持された半導体ウェハ１０がはんだ槽２における溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃよりも上方に離れて配された状態であっても、収容ケースの内部に配することができるように設定されている。
また、収容ケースの上部には、半導体ウェハ１０を支持した状態で上下方向に移動する支持アーム３が、収容ケースの内外に出し入れするための挿通孔が形成されている。なお、この挿通孔は、収容ケース内部の酸化抑制雰囲気を維持できるように、できる限り小さく形成されることが好ましい。
【００２９】
次に、上記はんだ付け装置１を用いたはんだ付け方法の一例について説明する。
半導体ウェハ１０の電極にはんだ付けする場合には、予め収容ケース内部を酸化抑制雰囲気で満たしておく。また、半導体ウェハ１０をはんだ槽２内の溶融はんだ１２Ａに侵漬する前には、溶融はんだ１２Ａの温度が均一化されるように、噴流を発生させて溶融はんだ１２Ａを攪拌しておく。この噴流によって、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａは周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向けてＢ方向に流れる。
【００３０】
さらに、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに侵漬する前には、超音波振動子４によって超音波をはんだ槽２に満たされた溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに印加して、液面１２ｃを振動させる。ここで、液面１２ｃに印加される超音波は、周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向かうＢ方向に伝播する。したがって、超音波を印加した際には、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａが、周壁部２２の他端部２４からはんだ槽２の外側に溢れ出る。そして、溢れ出た溶融はんだ１２は排出槽５に収容される。
なお、超音波振動子４による液面１２ｃの振動は、上述した噴流の発生中、あるいは、噴流を停止した直後に実施されることが好ましい。
【００３１】
その後、噴流や超音波の印加を停止した上で、支持アーム３に支持された半導体ウェハ１０を、収容ケースの外側からはんだ槽２内に挿入して溶融はんだ１２Ａに侵漬する。なお、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに浸漬した状態では、超音波振動子４による超音波が半導体ウェハ１０に直接到達しにくくなるように、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃよりも下方に十分沈めた状態となる。
【００３２】
そして、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに所定時間だけ浸漬した後、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａから引き上げる前に、再度、超音波振動子４によって超音波を溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに印加し、液面１２ｃを振動させる。この際、超音波の伝播方向は前述と同様であるため、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａは、周壁部２２の他端部２４からはんだ槽２の外側に溢れ出る。
【００３３】
最後に、上記超音波の印加を停止した上で、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａから液面１２ｃの上方に引き上げ、収容ケースの外側に移動させることにより、半導体ウェハ１０の電極に対するはんだ付けが終了する。なお、半導体ウェハ１０を引き上げる際には、その引き上げ速度が調整される。また、はんだ付けの終了後には、噴流を発生させてはんだ槽２内の溶融はんだ１２Ａを攪拌してもよい。
【００３４】
また、上記はんだ付け方法においては、循環機構６のポンプ６２を作動させて、排出槽５に収容された溶融はんだ１２Ｂを排出槽５の底部からはんだ槽２に戻す。ポンプ６２は、常時作動していてもよいが、例えば、液面１２ｃを振動させる際、噴流を発生させる際、あるいは、半導体ウェハ１０が溶融はんだ１２Ａに侵漬されていない状態でのみ作動してもよい。
【００３５】
さらに、上記はんだ付け方法において、例えば、溶融はんだ１２Ａに対する半導体ウェハ１０の侵漬及び引き上げを複数回繰り返す場合、最後の引き上げを除く半導体ウェハ１０の引き上げの際には、半導体ウェハ１０を収容ケース内に配されたままの状態とする、すなわち、半導体ウェハ１０を収容ケース外まで移動させない。
また、半導体ウェハ１０の侵漬及び引き上げを複数回繰り返す場合には、一回目に半導体ウェハ１０を侵漬する前のみに、液面１２ｃに対する超音波の印加、及び、噴流の発生を実施し、二回目以降に半導体ウェハ１０を侵漬する前には、これら超音波の印加及び噴流の発生を実施しない。さらに、最後に半導体ウェハ１０を引き上げる前のみに、液面１２ｃに対する超音波の印加を実施し、最後を除く半導体ウェハ１０の引き上げの前には、超音波の印加を実施しない。
【００３６】
以上のように、本実施形態のはんだ付け装置１及びはんだ付け方法によれば、超音波振動子４により溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃを振動させることで、はんだ槽２の外側に溢れ出る溶融はんだ１２Ａと共に液面１２ｃに浮遊する酸化物をはんだ槽２の外側に排出することができる。したがって、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに浸漬する際、及び、溶融はんだ１２Ａから引き上げる際に、酸化物が半導体ウェハ１０に付着することを抑制することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、半導体ウェハ１０を侵漬する前に、噴流を発生させて液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａを周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向けて流すため、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに浮遊する酸化物を周壁部２２の他端部２４に寄せ集めることができる。そして、液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａは、前述したように、超音波によって周壁部２２の他端部２４からはんだ槽２の外側に溢れ出るため、周壁部２２の他端部２４に寄せ集められた酸化物を効率よくはんだ槽２の外側に排出することが可能となる。したがって、本実施形態では、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに浸漬する際に、酸化物が半導体ウェハ１０に付着することを特に抑制することができる。
そして、このように超音波振動子４の動作を制御するだけで酸化物を容易に溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃから除去することができるため、はんだ付けを効率よく行うことが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では、酸化抑制雰囲気中ではんだ付けが実施されるため、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃに浮遊する酸化物の発生自体を抑えることができる。したがって、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに浸漬する際、及び、溶融はんだ１２Ａから引き上げる際に、酸化物が半導体ウェハ１０に付着することをさらに抑制することができる。
【００３９】
また、このように酸化抑制雰囲気によって液面１２ｃにおける酸化物の発生が抑えられることは、半導体ウェハ１０の浸漬及び引き上げを複数回繰り返してはんだ付けを実施する場合に特に有効である。すなわち、一回目の半導体ウェハ１０の侵漬後から最後に半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａから引き上げる前までの間は、前述したように、酸化抑制雰囲気中で半導体ウェハ１０の侵漬及び引き上げを収容ケース内において行うことで、超音波の印加を、一回目の半導体ウェハ１０の浸漬前、及び、最後に半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａから引き上げる前の計二回だけに抑えても、また、噴流の発生を、一回目の半導体ウェハ１０の浸漬前のみに抑えても、酸化物が半導体ウェハ１０に付着することを十分に抑制することができる。言い換えれば、超音波を印加する回数、及び、噴流を発生させる回数を最小限に抑えることが可能となる。
【００４０】
なお、一回目の半導体ウェハ１０の侵漬の際、及び、最後の半導体ウェハ１０の引き上げの際には、半導体ウェハ１０を収容ケースに対して出し入れすることで、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃが収容ケース外の雰囲気（例えば大気など酸素を含む雰囲気）に触れて酸化する場合がある。したがって、一回目の半導体ウェハ１０の侵漬の際、及び、最後の半導体ウェハ１０の引き上げの際に、超音波の印加や噴流の発生を実施して液面１２ｃ上の酸化物を除去することは非常に有効である。
【００４１】
また、本実施形態では、液面１２ｃを振動させる超音波が、周壁部２２の他端部２４の内面において反射することで、半導体ウェハ１０の電極に到達できるため、酸化膜を電極から除去することもできる。したがって、従来のようにフラックスを用いることなく、電極に対するはんだの濡れ性を向上させることができる。すなわち、従来のように、はんだ付けの終了後に半導体ウェハ１０を薬品等で洗浄する必要が無くなり、効率よくはんだ付けを行うことができる。また、はんだ付けのコストも低く抑えることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、半導体ウェハ１０を侵漬する際及び引き上げる際に超音波を停止しており、また、半導体ウェハ１０を溶融はんだ１２Ａに侵漬した状態であっても超音波は半導体ウェハ１０に直接到達しにくくなっている。さらに、周壁部２２の内面において反射してから半導体ウェハ１０に到達する超音波のエネルギーは、反射前の超音波と比較して弱くなる。以上の三点から、薄くて割れ易い半導体ウェハ１０であっても、はんだ付けの際に半導体ウェハ１０に割れや欠けが発生することを抑制できる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、超音波の伝播方向が、侵漬された半導体ウェハ１０の主面１０ａに沿う方向に設定されているため、若干の超音波が半導体ウェハ１０に直接到達したとしても、超音波のエネルギーによってウェハが受ける応力を低減することができる。また、周壁部２２の内面において反射した超音波の伝播方向も、半導体ウェハ１０の主面１０ａに沿う方向と一致する、あるいは、当該方向に近い方向となるため、反射後の超音波のエネルギーによってウェハが受ける応力も低減することができる。その結果として、超音波によって半導体ウェハ１０に割れや欠けが発生することをより確実に抑えることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、超音波の振動数が１８．０ｋＨｚ以上１８．６ｋＨｚ以下に設定されていることで、半導体ウェハ１０の電極上に付着した酸化物を確実に除去することができる。また、溶融はんだ１２Ａを超音波のエネルギーによってはんだ槽２の外側に確実に溢れ出させることもでき、さらに、周壁部２２において反射した超音波によって半導体ウェハ１０に応力が生じて割れや欠けが生じることを確実に防止できる。
言い換えれば、超音波の振動数が、１８．０ｋＨｚ未満である場合、あるいは、１８．６ｋＨｚよりも大きい場合には、半導体ウェハ１０の電極上に付着した酸化物を十分に除去できないことがある。また、超音波の振動数が１８．０ｋＨｚ未満であると、溶融はんだ１２Ａをはんだ槽２の外側に溢れ出させるための振動エネルギーを十分に得られない場合がある。さらに、超音波の振動数が１８．６ｋＨｚよりも大きい場合には、周壁部２２において反射した超音波でも半導体ウェハ１０に応力が生じて割れや欠けが生じる虞がある。
【００４５】
さらに、本実施形態では、半導体ウェハ１０が溶融はんだ１２Ａに触れていない状態でのみ噴流を発生させているため、噴流に基づく溶融はんだ１２Ａの流れによって、半導体ウェハ１０に割れや欠けが発生することも抑制できる。
また、本実施形態のはんだ付け装置１及びはんだ付け方法によれば、超音波を液面１２ｃに印加した際に、はんだ槽２の溶融はんだ１２Ａ及び浮遊する酸化物が、周壁部２２の他端部２４の一箇所のみからはんだ槽２の外側に排出されるため、排出槽５をコンパクトに構成することが可能となる。すなわち、はんだ槽２及び排出槽５を備えるはんだ付け装置１の小型化を図ることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、半導体ウェハ１０の引き上げ速度が調整可能となっているため、電極に付着するはんだの厚さを自由に調整することが可能となる。例えば、引き上げ速度が速いほど、表面張力によって電極上に残留するはんだ量が増えるため、電極に付着するはんだの厚さを厚く設定することができる。
また、本実施形態では、循環機構６によりはんだ槽２と排出槽５との間で溶融はんだ１２が循環するため、はんだ槽２に新たな溶融はんだ１２を追加することなく、多量の半導体ウェハ１０に対して継続的にはんだ付けを行うことができる。
さらに、はんだ槽２から排出された酸化物は排出槽５においても溶融はんだ１２Ｂの液面１２ｄに浮遊するため、循環機構６により排出槽５に収容された溶融はんだ１２Ｂを排出槽５の底部からはんだ槽２に戻すことで、排出槽５に収容された酸化物がはんだ槽２に戻ることを防止できる。
【００４７】
〔第二実施形態〕
次に、図３を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態のはんだ付け装置１と比較して、主に、はんだ槽２に収容される半導体ウェハ１０の数、及び、超音波振動子４の数及び配置が異なっており、その他の構成については第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同一の構成要素について同一符号を付す等して、その詳細説明を省略する。
【００４８】
図３に示すように、本実施形態のはんだ付け装置８は、第一実施形態のはんだ付け装置１と同様のはんだ槽２、超音波振動子４及び排出槽５を備えており、排出槽５は、第一実施形態と同様にはんだ槽２の周壁部２２の他端部２４に設けられている。なお、図３には記載されていないが、第一実施形態と同様の支持アーム３、循環機構６及び収容ケースも備えている。
【００４９】
はんだ槽２は、複数の半導体ウェハ１０を同時に収容できるように構成されている。各半導体ウェハ１０は、第一実施形態の場合と同様に、これらの主面１０ａが平面視矩形状とされた周壁部２２の第一辺の長手方向に平行するように、はんだ槽２内に収容されるようになっている。
そして、複数の半導体ウェハ１０は、その板厚方向に間隔をあけて配列されるように、第一実施形態と同様の支持アーム３（図１参照）によって支持された状態で、はんだ槽２内に収容されるようになっている。
【００５０】
超音波振動子４は、第一実施形態と同様に、平面視矩形状とされた周壁部２２の第一辺に直交する一方の第二辺（一端部２３）に設けられている。そして、本実施形態では、超音波振動子４が、周壁部２２の一方の第二辺の長手方向に互いに間隔をあけて複数配列されている。これら複数の超音波振動子４の配列方向は、はんだ槽２に満たされた溶融はんだ１２Ａに侵漬される複数の半導体ウェハ１０の配列方向に平行している。
また、各超音波振動子４の振動方向は、第一実施形態と同様に、それぞれ周壁部２２の第一辺に沿う方向（Ａ方向）に設定されている。したがって、超音波振動子４によって溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃ（図１参照）に印加される超音波は、周壁部２２の一端部２３から他端部２４に向かう方向（Ｂ方向）伝播する。すなわち、超音波は、溶融はんだ１２Ａに侵漬された半導体ウェハ１０の主面１０ａに沿う方向に伝播する。
【００５１】
そして、本実施形態のはんだ付け装置８では、各超音波振動子４が、侵漬された複数の半導体ウェハ１０に対してその配列方向にずらして配されている。言い換えれば、超音波振動子４と侵漬された半導体ウェハ１０とが千鳥状に交互に配列され、さらに、千鳥状配列の両端に超音波振動子４が配されている。これにより、互いに隣り合う二つの超音波振動子４，４において生じる超音波は、平面視で同一の半導体ウェハ１０の両主面１０ａ，１０ａに沿ってそれぞれ伝播することになる。
【００５２】
以上のように構成される本実施形態のはんだ付け装置８では、第一実施形態と同様のはんだ付け方法を実施することが可能であり、複数の半導体ウェハ１０に対して同時にはんだ付けを実施することができる。
そして、本実施形態のはんだ付け装置８及びはんだ付け方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００５３】
なお、上述した第二実施形態において、各超音波振動子４は、侵漬けされた半導体ウェハ１０に対してその配列方向にずらして配されるとしたが、例えば図２に示す第一実施形態と同様に、侵漬された各半導体ウェハ１０に対して超音波の伝播方向（Ｂ方向）に並べて配されてもよい。
また、第二実施形態において、超音波振動子４は、複数配列されることに限らず、少なくとも超音波振動子４において生じる超音波が、侵漬された全ての半導体ウェハ１０上方の液面１２ｃにおいて主面１０ａに沿う方向に伝播すれば、例えば一つだけ配されてもよい。
【００５４】
以上、二つの実施形態により本発明の詳細を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、半導体ウェハ１０の侵漬及び引き上げを複数回繰り返してはんだ付けを行う場合には、二回目以降の半導体ウェハ１０の侵漬前に、液面１２ｃに対する超音波の印加、及び、噴流の発生を実施しないとしたが、例えば、毎回の半導体ウェハ１０の侵漬前に、液面１２ｃに対する超音波の印加、及び、噴流の発生を実施してもよい。また、最後を除く半導体ウェハ１０の引き上げの前には、超音波の印加を実施しないとしたが、例えば、毎回の半導体ウェハ１０の引き上げ前に超音波の印加を実施してもよい。これらの場合、はんだ槽２の周囲を酸化抑制雰囲気で満たす収容ケースは特に設けられなくても構わない。
【００５５】
さらに、超音波振動子４において生じる超音波は、平面視で半導体ウェハ１０の主面１０ａに沿う方向に伝播するとしたが、これに限ることはなく、例えば半導体ウェハ１０の主面１０ａに交差するように伝播してもよい。言い換えれば、半導体ウェハ１０は、その主面１０ａが超音波振動子の振動方向に交差するようにはんだ槽２に収容されてもよい。
【００５６】
また、超音波振動子４は、周壁部２２の周方向の一端部２３に設けられるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも超音波によって液面１２ｃ近傍の溶融はんだ１２Ａがはんだ槽２の外側に溢れ出るように、溶融はんだ１２Ａの液面１２ｃの任意の位置に設けられればよい。したがって、超音波振動子４は、例えば平面視で周壁部２２の内面から離間したはんだ槽２の中央領域に配されても構わない。なお、このように超音波振動子４を配した場合には、周壁部２２の周方向全体を囲むように排出槽５を設ければよい。
【００５７】
さらに、はんだ槽２は、平面視矩形状に形成されるとしたが、少なくとも上方に開口する箱状に形成されていれば、任意の平面視形状に形成されていてよい。
また、循環機構６を構成する管路部６１は、はんだ槽２の底部に接続されているが、例えばはんだ槽２の側部に接続されてもよい。
【００５８】
そして、本発明のはんだ付け方法及びはんだ付け装置は、上述した実施形態のように半導体ウェハ１０に限らず、例えば半導体素子や、半導体素子を樹脂封止した半導体パッケージ等のように、電極を有する半導体装置のはんだ付けに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１，８  はんだ付け装置
２  はんだ槽
２０  開口部
２２  周壁部
２３  一端部
２４  他端部
４  超音波振動子
５  排出槽
１０  半導体ウェハ（半導体装置）
１０ａ  主面
１２，１２Ａ，１２Ｂ  溶融はんだ
１２ｃ，１２ｄ  液面
【図１】
2013091075.tif 000003
【図２】
2013091075.tif 000004
【図３】
2013091075.tif 000005