(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混成集積回路基板の所望の導電路に導電性ロウ材を付着する工程と、
前記導電路上に少なくとも前記導電性ロウ材で固着される回路素子を一括してマウントする工程と、
前記混成集積回路基板を溶融炉内に設けたヒーターブロック上を移動するベルトに載置し、更に上方から赤外線ランプで加熱し且つＮ2ガスを循環させて、前記導電性ロウ材を一括溶融して、前記回路素子を前記導電路に固着する工程とを具備することを特徴とする回路装置の製造方法。
【請求項２】
前記導電性ロウ材として半田ペーストを用いることを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置の製造方法。
【請求項３】
前記半田ペーストをスクリーン印刷して前記所望の導電路に付着することを特徴とする請求項２記載の混成集積回路装置の製造方法。
【請求項４】
前記溶融炉内で排出管からＮ2ガスを流入させ、隣接した吸気管でＮ2ガスを吸い出して、前記混成集積回路基板上でＮ2ガスを循環させて前記導電性ロウ材を一括リフローすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された混成集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混成集積回路装置の製造方法に関し、特に工程をシンプルにした混成集積回路装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の混成集積回路装置の製造方法を図１３〜図２２を参照して説明する。
【０００３】
図１３は工程フロー図であり、ロット番号印刷、半田印刷、チップマウント、銀ペーストスタンプ、小信号トランジスタソルダー、バンプソルダー、半田溶融、銀ペースト硬化、細線ボンダー、アースボンダー、パワートランジスタソルダー、太線ボンダーの各工程から構成されている。このフローから明確なように、小型の部品から順序よく大型の部品を取り付ける工程に並べられている。また、各工程は単機能の製造装置で構成されているので、後で明白になるが各工程間には搬送設備が設けられている。
【０００４】
図１４から図２０に、各工程の断面図を示す。なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略している。
【０００５】
ロット番号印刷工程では混成集積回路基板（以下基板という。）の反対主面に製造管理のためのロット番号をインキで印刷する。
【０００６】
次に、図１４に示す如く半田印刷工程では、セラミックやガラスエポキシ樹脂の絶縁基板からなる基板１あるいは金属基板の表面を絶縁処理した基板１を準備し、この基板１の表面に所望のパターンの銅箔あるいは導電性塗料で形成された導電路２が形成され、この導電路２の所定の部分に半田クリーム３をスクリーン印刷して選択的に半田クリーム３を付着する。
【０００７】
更に、図１５に示す如くチップマウント工程では、中速のチップマウンタを用いて定型部品であるチップコンデンサやチップ抵抗等のチップ部品４を半田クリーム３上に仮接着する。
【０００８】
続いて、図１６に示す如く銀ペーストスタンプ工程で小信号トランジスタを搭載する導電路２上に先端に銀ペースト５を付着したスタンプ針で銀ペースト５を付着する。銀ペーストは有機溶剤で低粘度にしているので、有機溶剤がボンディング時の固着を阻害しないように約７時間放置して有機溶剤を蒸発させる必要がある。
【０００９】
続いて、図１７に示す如く小信号トランジスタソルダー工程では、前工程付着した銀ペースト５上に小信号トランジスタのチップ６を半導体用チップマウンタを用いて載置する。
【００１０】
続いて、図１８に示す如くバンプソルダー工程では予めセミパワーのトランジスタ８を固着した金属片よりなるバンプ７を異形部品用の多機能チップマウンタを用いて、所定の導電路２に本工程でディスペンサーで付着した銀ペースト５上に載置する。
【００１１】
続いて、図示しないが半田溶融工程では、半田クリーム３の溶融を行う。すなわち、ホットプレート上に基板１を配置し、２１０℃で約２〜３分間加熱をしてチップ部品４の固着を行う。
【００１２】
続いて、図示しないが銀ペースト硬化工程では、硬化炉内に多数の基板１を収納して、約１５０℃で４〜５時間還元雰囲気中で銀ペースト５の硬化をバッチ処理で行う。硬化中に発生する有機溶剤は直ちに炉内から排気されるので、基板１への付着は防止できる。
【００１３】
続いて、硬化炉から取り出された基板１は図１９に示す如く細線ボンダー工程に移行する。細線ボンダー工程では小信号トランジスタ６およびバンプ７に固着されたセミパワーのトランジスタのベースおよびエミッタ電極と対応する導電路２とを約５０μｍの径のアルミニウムのボンディング細線９で超音波ボンダーにより接続する。
【００１４】
続いて、図示しないがアースボンダー工程は基板１として金属基板を用いた場合の特有の工程であり、導電路２と基板１間の絶縁膜に起因する寄生容量を除去するために導電路２と露出させた金属基板とを接続するものである。
【００１５】
続いて、図２０に示す如くパワートランジスタソルダー工程では、放熱性の良いヒートシンク１０上にパワートランジスタ１１を固着したブロックの取り付けを行う。導電路２上には予め半田クリームを印刷して溶融した半田１２を付着しており、このブロック取り付ける際にホットプレート上で再び半田１２を溶融して巣が発生しないように超音波を加えてブロックを固着する。
【００１６】
最後に、図２１に示す如く太線ボンダー工程では、パワートランジスタ１１のベース電極およびエミッタ電極と所定の導電路２との接続を約３００μｍの径のアルミニウムのボンディング太線１３で超音波ボンダーを用いて行う。なお、本工程でクロス配線を必要とする導電路２間にはジャンパー線を形成する。
【００１７】
以上に詳述した従来の混成集積回路装置の製造方法を実現する製造ラインを図２２に示す。
【００１８】
所望のパターンに導電路２を形成された基板１はマガジンＭに収納されて各工程を流れる。
【００１９】
最初に、ロット番号印刷工程の基板を供給するロード装置ＬにマガジンＭを配置し、印刷が終了した基板１はアンロード装置ＵＬで基板をマガジンＭに収納する。
【００２０】
次に、半田印刷工程では、前工程からマガジンＭに収納された形で運ばれてきたものをロード装置Ｌにセットし、マガジンＭ内の基板１を１枚ずつ供給して半田クリーム３のスクリーン印刷を行い、アンロード装置ＵＬにセットしたマガジンＭに１枚ずつ収納していく。
【００２１】
更に、チップマウント工程では、２台のチップマウンタでチップ部品４の装着を行うことで、工程の処理能力を平準化している。
【００２２】
同様に、銀ペーストスタンプ工程、約７時間の常温放置、小信号トランジスタソルダー工程、バンプソルダー工程、半田溶融工程、銀ペースト硬化工程、細線ボンダー工程、アースボンダー工程、半田印刷工程、パワートランジスタソルダー工程、太線ボンダー工程と順次マガジンＭの形でロード装置Ｌ、アンロード装置ＵＬを用いて流すことで混成集積回路装置を完成させる。ただ銀ペースト硬化工程では硬化炉を用いるので、多数のマガジンＭを貯めて、バッチ処理で硬化炉に収納可能な数のマガジンＭを収容して処理する。
【００２３】
図２３に混成集積回路装置の上面図を示す。基板１の上側に並べられたのが外部リードを固着する電極であり、この電極から所望のパターンに導電路２が延在している。チップ部品４は抵抗あるいはコンデンサの回路記号を付したものが該当する。小信号トランジスタ６は導電路２上に大部分が菱形に見えるものが該当し、ベース電極Ｂとエミッタ電極Ｅが付されている。この小信号トランジスタ６からは２本のボンディング細線９が伸びており、導電路２との接続を行っている。バンプ７はその上に放熱を必要とするセミパワーのトランジスタが固着されている。下側の左側に４個並べられたブロックがヒートシンク１０上にパワートランジスタ１１を固着したブロックである。パワートランジスタ１１のベース電極Ｂおよびエミッタ電極Ｅからは２本のボンディング太線１３（図でも太く記載している。）が所定の導電路２との接続を行っている。このボンディング太線１３では交差導電路のジャンパー線Ｊやアース線Ａも形成される。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の混成集積回路装置の製造方法では、小型の部品から順序よく大型の部品を取り付ける工程に並べられているために各工程間が順次マガジンＭの形でロード装置Ｌ、アンロード装置ＵＬを用いて流す搬送設備を必要とし、各工程の加工設備と搬送設備で多くの作業面積を必要とする問題点があった。
【００２５】
また、チップマウント工程後の半田溶融工程とパワートランジスタソルダー工程の２カ所で半田を溶融するために、半田クリームの印刷工程と半田溶融工程が重複しており、工程数の増加になり工程日数を長期化する問題点となっていた。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した多くの問題点に鑑みて成され、混成集積回路基板の所望の導電路に導電性ロウ材を付着する工程と、前記導電路上に少なくとも前記導電性ロウ材で固着される回路素子を一括してマウントする工程と、前記混成集積回路基板を溶融炉内に設けたヒーターブロック上を移動するベルトに載置し、更に上方から赤外線ランプで加熱し且つＮ2ガスを循環させて、前記導電性ロウ材を一括溶融して、前記回路素子を前記導電路に固着する工程とを具備することを特徴とする。特に、半田ペーストで固着するチップ部品、バンプおよびパワートランジスタを半田クリーム印刷後に一括してマウントし、直ちに半田溶融炉で一括して溶融することで、従来の複数工程を１ライン化したシンプルラインを実現するものである。
【００２７】
また、本発明では前記回路素子としてチップ部品等の定型回路素子とヒートシンクに固着されたパワートランジスタ等の非定型回路素子を含み、前記定型回路素子および非定型回路素子を連続して前記導電路上にマウントすることに特徴を有し、従来の小型の部品から順序よく大型の部品を取り付ける工程に並べるのではなく、回路素子を固着する導電性ロウ材に着目して工程日数の短縮を図る混成集積回路装置の製造方法を提供するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の混成集積回路装置の製造方法を図１から図１２を参照して説明する。
【００２９】
図１は工程フロー図であり、ロット番号印刷、半田印刷、チップマウント、多機能マウンタ（バンプソルダー、パワートランジスタソルダー）、半田溶融、銀ペーストスタンプ／小信号トランジスタソルダー、銀ペースト硬化、細線ボンダー、アースボンダー、太線ボンダーの各工程から構成されている。このフローから明確なように、半田ペーストで固着する回路素子を一括してまとめたことで、工程のシンプル化を実現している。
【００３０】
図２から図９に、各工程の断面図を示す。なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略している。従来と同一構成要素には同一符号を付した。
【００３１】
ロット番号印刷工程では混成集積回路基板（以下基板という。）の反対主面に製造管理のためのロット番号をレーザーで印刷する。
【００３２】
次に、図２に示す如く半田印刷工程では、セラミックやガラスエポキシ樹脂の絶縁基板からなる基板１あるいは金属基板の表面を絶縁処理した基板１を準備し、この基板１の表面に所望のパターンの銅箔あるいは導電性塗料で形成された導電路２が形成され、この導電路２のチップ部品、バンプおよびパワートランジスタを載置する所定の部分に半田クリーム３をスクリーン印刷して選択的に半田クリーム３を付着する。本工程の特徴は半田クリーム５で固着する回路素子はすべてこの工程で半田クリーム５の印刷を行う点である。
【００３３】
更に、図３に示す如くチップマウント工程では、中速のチップマウンタを用いて定型部品であるチップコンデンサやチップ抵抗等のチップ部品４を半田クリーム３上に仮接着する。
【００３４】
続いて、図４に示す如く多機能マウンター工程の前半では、予めセミパワーのトランジスタ８を固着した金属片よりなるバンプ７を準備し、異形部品用の多機能チップマウンタを用いて、所定の導電路２上の半田クリーム３に仮接着する。
【００３５】
続いて、図５に示す如く多機能マウンター工程の後半では、放熱性の良いヒートシンク１０上にパワートランジスタ１１を固着したブロックを準備し、同様に異形部品用の多機能チップマウンタを用いて、所定の導電路２上の半田クリーム３に仮接着する。この際、半田クリーム３は溶融されない状態である。
【００３６】
続いて、図６に示す如く半田溶融工程では、半田クリーム３の一括溶融を行い、チップ部品４、バンプ７およびヒートシンク１０の導電路２への固着を行う。
【００３７】
本工程は、Ｎ2リフロー半田溶融炉内で半田クリーム３を加熱溶融処理されることが特徴である。このＮ2リフロー半田溶融炉は基板１を載置して定速で移動する金属メッシュのベルト２１と、このベルト２１の下に設けたヒーターブロック２２と、基板１の上面にＮ2ガスのリフローを行う交互に配置した排出管２３と吸入管２４と、上面から基板１を加熱する赤外線ランプ２５から構成されている。赤外線ランプ２５とヒーターブロック２２とで両面から基板１を均一に早く加熱し、ヒートシンク１０上にパワートランジスタ１１を固着したブロックの最適な固着ができるリフロー条件下（投入時常温→溶融時約２１０℃で４〜５秒間→冷却時１００℃以下）で４〜５分間で半田クリーム３を一括して加熱溶融する。またＮ2ガスのリフローを矢印で示すように近接した排出管２３と吸入管２４とで行うので、フラックスの飛散も無く、半田ボールの発生も無く、銅箔等の導電路２表面の酸化も防止できる。本工程で用いる半田溶融炉は後で図１２を参照して説明する。
【００３８】
続いて、図７および図８に示す如く銀ペーストスタンプ／小信号トランジスタソルダー工程で小信号トランジスタを搭載する導電路２上に先端に銀ペースト５を付着したスタンプ針で銀ペースト５を付着し、付着した銀ペースト５上に小信号トランジスタのチップ６を半導体用チップマウンタを用いて載置する。
【００３９】
本工程では、銀ペーストは有機溶剤で低粘度にしているが、銀ペースト硬化工程まで加熱工程が無いので有機溶剤が飛散する恐れはないので、従来のように約７時間放置なしに直ちに小信号トランジスタのチップ６を載置して、次工程に送る。なお、この工程は銀ペースト５の常温乾燥をしないので、半導体用チップマウンタ内で連続して処理されることで処理のスピード化を図れる。
【００４０】
続いて、図示しないが銀ペースト硬化工程では、硬化炉内に多数の基板１を収納して、約１５０℃で４〜５時間還元雰囲気中で銀ペースト５の硬化をバッチ処理で行う。硬化中に発生する有機溶剤は直ちに炉内から排気されるので、基板１への付着は防止できる。
【００４１】
続いて、硬化炉から取り出された基板１は図９に示す如く細線ボンダー工程に移行する。細線ボンダー工程では小信号トランジスタ６およびバンプ７に固着されたセミパワーのトランジスタのベースおよびエミッタ電極と対応する導電路２とを約５０μｍの径のアルミニウムのボンディング細線９で超音波ボンダーにより接続する。
【００４２】
続いて、図示しないがアースボンダー工程は基板１として金属基板を用いた場合の特有の工程であり、導電路２と基板１間の絶縁膜に起因する寄生容量を除去するために導電路２と露出させた金属基板とを接続するものである。
【００４３】
最後に、図１０に示す如く太線ボンダー工程では、パワートランジスタ１１のベース電極およびエミッタ電極と所定の導電路２との接続を約３００μｍの径のアルミニウムのボンディング太線１３で超音波ボンダーを用いて行う。なお、本工程でクロス配線を必要とする導電路２間にはジャンパー線を形成する。
【００４４】
以上に詳述した本発明の混成集積回路装置の製造方法を実現する製造ラインを図１１に示す。
【００４５】
所望のパターンに導電路２を形成された基板１はマガジンＭに収納されて各工程を流れる。
【００４６】
本発明の特徴は、ロット番号印刷工程、半田印刷工程、チップマウント工程、多機能マウンター工程（バンプソルダー、パワートランジスタソルダー）および半田溶融工程を１ライン化したことにある。これらの工程では基板１は連続して流れ、搬送設備は設けない。
【００４７】
最初に、基板１を供給するロード装置ＬにマガジンＭを配置し、ロット番号印刷工程へ基板１を送る。この工程ではレーザー印刷により基板１の裏面にロット番号を印刷して、次工程の半田印刷工程からの送り信号待っている。送り信号が来ると次工程に基板１を送り、次の基板１にロット番号を印刷して待機する。
【００４８】
次に、半田印刷工程では、前工程から１枚ずつ基板１が供給されて半田クリーム３のスクリーン印刷を行い待機する。
【００４９】
更に、チップマウント工程では、中速のチップマウンタでチップ部品４の装着を行い待機する。その後多機能マウンター工程では異形部品用の多機能チップマウンタを用いて、前半でバンプソルダー、後半でパワートランジスタソルダーを行い、直ちに半田溶融工程に送られ、Ｎ2リフロー半田溶融炉内で半田クリーム３を加熱溶融処理される。アンロード装置ＵＬのマガジンＭに１枚ずつ収容される。
【００５０】
その後は、銀ペーストスタンプ／小信号トランジスタソルダー工程、銀ペースト硬化工程、細線ボンダー工程、アースボンダー工程、太線ボンダー工程と順次マガジンＭの形でロード装置Ｌ、アンロード装置ＵＬを用いて流すことで混成集積回路装置を完成させる。ただ銀ペースト硬化工程では硬化炉を用いるので、従来同様に多数のマガジンＭを貯めて、バッチ処理で硬化炉に収納可能な数のマガジンＭを収容して処理する。
【００５１】
図１２に、本発明に用いる半田溶融炉を示す。
【００５２】
金属メッシュのベルト２１はエンドレス構造で、モータで駆動されて一方向に定速で動く。従って半田溶融に必要な時間４〜５分で基板１が炉内から出るスピードに設定される。
【００５３】
このベルト２１の下にはヒーターブロック２２が設けられ、上には一定の間隔で赤外線ランプ２５が設けられている。赤外線ランプ２５とヒーターブロック２２とで両面から基板１を均一に早く加熱し、ヒートシンク１０上にパワートランジスタ１１を固着したブロックの最適な固着ができるリフロー条件下（投入時常温→溶融時約２１０℃で４〜５秒間→冷却時１００℃以下）で４〜５分間で半田クリーム３を一括して加熱溶融できる。
【００５４】
またベルト２１の上には近接してＮ2ガスのリフローを行う交互に配置した排出管２３と吸入管２４とが設けられている。すなわち、ベルト２１の上方にＮ2ガスを貯めたリフロー室２６が５個連続して配置され、各リフロー室２６の天井に設けたファン２７で排出管２３からＮ2ガスを送り出している。吸入管２４は排出管２３と交互に配列され、各吸入管２４にはファン２８が設けられ排出管２３から送り出されたＮ2ガスを直ちに回収することでリフローを実現している。
【００５５】
上述した本発明に用いる半田溶融炉では、半田クリーム３を印刷後に直ちにチップ部品４、バンプ７およびヒートシンク１０の導電路２への固着を行い、ヒートシンク１０の半田溶融を行える条件で流せる特徴がある。特に、Ｎ2リフローによりフラックスの飛散も無く、半田ボールの発生も無く、銅箔等の導電路２表面の酸化も防止できる。また、本発明に用いる半田溶融炉では、従来のＮ2リフロー装置に比べて銅箔等の導電路２表面の酸化も防止する酸素濃度５００ｐｐｍ以下の還元雰囲気を作るために消費するＮ2消費量が５００Ｌ／ｍｉｎからＮ2ガスを循環させることで２５０Ｌ／ｍｉｎと半分で済む。
【００５６】
完成された混成集積回路装置は図２３に示すものと同じであるが、その製造ラインは従来より大幅に短縮されている。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に依れば、第１に、半田ペーストで固着するチップ部品、バンプおよびパワートランジスタを半田クリーム印刷後に一括してマウントし、半田溶融炉で一括して溶融するすることで、従来の複数工程を１ライン化したシンプルラインを実現するので、ロット番号印刷工程から半田溶融工程までを連続して処理でき、処理日数を０．５日に短縮できる。また、最初から銀ペースト硬化工程まででも１日から１．５日で処理でき、従来の４日から約１／３以下に短縮できる。
【００５８】
第２に、ロット番号印刷工程から半田溶融工程までを１ライン化するので、各工程の前後に設けたロード装置Ｌ、アンロード装置ＵＬ等の搬送設備が不要となり、設備面積を大幅に削減でき、設備投資額を抑えることができる。
【００５９】
第３に、Ｎ2リフロー半田溶融炉内で半田クリームを一括して加熱溶融処理されるので、チップ部品、バンプおよびヒートシンクの固着が同時に行え、しかもフラックスの飛散も無く、半田ボールの発生も無く、銅箔等の導電路表面の酸化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図３】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図４】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図５】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図６】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図７】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図８】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図９】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】      本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】      本発明の混成集積回路装置の製造方法に用いる半田溶融炉を説明する図である。
【図１３】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２１】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】      従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２３】      本発明および従来の混成集積回路装置を説明する図である。
【符号の説明】
１            混成集積回路基板
２            導電路
３            半田ペースト
４            チップ部品
５            銀ペースト
６            小信号トランジスタ
７            バンプ
１０          ヒートシンク
１１          パワートランジスタ
【図２】
0003869643.tif 000002
【図３】
0003869643.tif 000003
【図４】
0003869643.tif 000004
【図５】
0003869643.tif 000005
【図７】
0003869643.tif 000006
【図８】
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【図９】
0003869643.tif 000008
【図１０】
0003869643.tif 000009
【図１１】
0003869643.tif 000010
【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0003869643.tif 000017
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１】
0003869643.tif 000022
【図６】
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【図１３】
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