JP2000061628A

JP2000061628A - 溶融接合方法および実装方法

Info

Publication number: JP2000061628A
Application number: JP10233319A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mori; 義明森; Osamu Kurashina; 修倉科
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】同じ温度特性のロウ材を用いて部品の実装を
複数回に分けて行えるようにする。【解決手段】実装部品１２の端子１４にメッキしてあ
る半田をＨＦガスと水蒸気との混合ガスに晒してフッ化
したのち、回路基板３０の金バンプ３２の上に配置す
る。フッ化処理された半田は、フッ化処理される前の融
点より２０〜５０℃低い温度で融解する。そこで、実装
部品１２を配置した回路基板３０をリフロー炉３４に入
れ、フッ化処理する前の半田の融点より低い温度に加熱
して半田を融解して端子１４と金バンプ３２とを接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロウ材を融解して
被接合材を接合する接合方法に係り、特に各種の電子部
品をマザーボードに搭載するマルチチップ実装などに好
適な溶融接合方法および実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高精度化、小型化に伴
い、表面実装技術などを用いて１つのプリント配線基板
などの回路基板に半導体チップや樹脂製のコネクタなど
各種の電子部品を搭載するようにしている。そして、プ
リント配線基板への電子部品の実装は、プリント配線基
板の所定位置にロウ材である半田を塗着しておき、その
上に多数の電子部品を配置してリフロー炉に入れて加熱
し、半田を融解（溶融）して多数の電子部品を一度に接
合するようにしている。

【０００３】しかし、すべての電子部品を一度に実装す
ることができない場合があり、何回かに分けて実装しな
ければらないことがある。この場合、その都度回路基板
は加熱されることになる。そして、このような場合、同
じ融点の半田材を使用すると、先に接合した部品の半田
が溶けて接合不良となるため、一般に先に接合する部品
については高融点の半田を用い、後に接合する部品に対
してはより融点の低い半田を使用し、先に接合した部品
の半田が溶けるのを防止している。また、すべての部品
を一度に実装することができない場合、後から回路基板
に搭載する部品の近傍のみを局所的に加熱して半田部の
一部のみを融解して接合する方法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した電子部品を何
度かに分けて回路基板に実装する場合、先に接合した部
品の半田が溶けるのを防止するために融点の異なる半田
を何種類も使うことになって面倒である。また、電子部
品を接合するための半田は、部品を実装した回路基板を
組み込んだ機器の使用環境を考慮すると、融点の下限が
１８０℃であって、これより融点が低い場合には、過酷
な環境での使用が困難となる。さらに、例えば抵抗器や
コンデンサなどの電子部品は、耐熱温度が２５０℃程度
であり、部品の耐熱性の制約から半田の融点は、２５０
℃が上限となる。すなわち、電子機器に使用しうる半田
の融点の範囲は、下限が１８０℃、上限が２５０℃程度
である。このため、この温度範囲にある融点の異なる半
田を何種類か用意することができたとしても、電子部品
の実装時に温度を微妙に制御することが困難であり、そ
れが可能であったとしても生産性が著しく低下する。

【０００５】しかも、金属を融解する場合、そのものの
融点より４０℃前後高い温度にしないと実際には融解し
ないことが知られており、半田もその例外でない。この
ため、実際の半田付けにおいては、半田の融点より４０
℃前後高い温度に加熱して行われ、回路基板を何度も加
熱することによる部品の熱によるダメージを考慮する
と、半田の融点をより低くして部品の熱によるダメージ
を軽減するとともに、半田付け工程の環境や設備の各種
条件の緩和を図ることが望まれる。

【０００６】一方、局所的に加熱して半田の一部を融解
する実装方法は、現在のように実装密度が向上して各部
品が接するように配置されている細密実装に対しては限
界にきつつあり、今後ますます細密化されることを考え
ると、新たな加熱方式の提案を待たなければならない。

【０００７】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、同じ温度特性のロウ材を用いて
部品の実装を複数回に分けて行えるようにすることを目
的としている。

【０００８】また、本発明は、ロウ材の本来の融点より
低い温度で融解して接合できるようにすることを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る溶融接合方法は、融解したロウ材を
介して被接合材を接合する溶融接合方法において、前記
ロウ材の表面をフッ化処理し、前記ロウ材をフッ化処理
前の融点より低い温度に加熱して融解することを特徴と
している。

【００１０】このように構成した本発明は、フッ化処理
によってロウ材に取り込まれたフッ素がロウ材を融解す
るために加熱するとロウ材内を移動、拡散する。この
際、フッ素は、他の原子と結合しやすい性質のために、
ロウ材を構成している金属同士の結合を切る作用をな
し、結晶構造を崩す。このため、ロウ材は、フッ化処理
をする前の融点より低い温度で融解するようになる。

【００１１】フッ化処理したロウ材の融解される温度
は、ロウ材に取り込まれたフッ素の量に依存し、フッ素
の量が多いほど融解できる温度が低下する。例えば、ロ
ウ材が半田である場合、フッ化処理をすることにより、
融解できる温度をフッ化前の融点より容易に２０〜５０
℃程度低下させることができる。従って、フッ化処理し
たロウ材をフッ化処理前の融点より低い温度に加熱する
ことにより、ロウ材を融解することが可能となって被接
合材を接合することができる。

【００１２】また、本発明に係る実装方法は、複数種類
の実装部品を複数回に分けてロウ材を介して基板に接合
する実装方法において、接合部に設けたロウ材をフッ化
処理し、前記ロウ材をフッ化処理前の融点より低い温度
に加熱して融解して接合することを特徴としている。

【００１３】このように構成した本発明は、フッ化処理
されたロウ材がフッ化処理前の融点よりも低い温度で融
解するため、フッ化処理前の融点より低い温度に加熱す
ることにより、実装部品である電子部品を回路基板に接
合することができる。また、フッ化処理によってロウ材
に取り込まれたフッ素は、ロウ材を加熱して融解すると
気体として大気中に放出される。このため、実装の際に
融解したロウ材は、凝固すると融点がほぼフッ化処理前
の値に戻る。従って、複数回に分けて実装部品の接合を
行う場合、接合部のロウ材をフッ化処理することによ
り、フッ化処理した部分のロウ材だけを他の部分のロウ
材より低い温度で融解することができ、同じ温度特性を
有するロウ材を用いて先に接合した部分のロウ材を融解
させることなく容易に複数回の実装を行うことができ、
基板に対して複数回の接合処理をしたとしても、先に接
合した部品の接合不良を生ずることがない。しかも、接
合時の加熱温度を低くできるため、部品の熱によるダメ
ージを軽減することができ、接合条件の緩和を図ること
ができる。また、ロウ材は、凝固すると本来の融点を有
するため、フッ化処理して機器に対して要求される耐熱
温度（例えば、１８０℃）より低い温度で部品の接合を
行ったとしても、部品の接合後は、耐熱温度を充分に満
たすことができ、過酷な使用条件下における使用に対し
ても問題を生ずることがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る溶融接合方法および
実装方法の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳
細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施の形態に係る実装方
法の説明図である。図１において、フッ化処理部１０
は、半導体チップなどの実装部品１２の接合部となる端
子１４をフッ化処理するためのものであって、実装部品
１２を反応性フッ素系ガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガ
スに晒すためのフッ化処理室１６を備えている。そし
て、フッ化処理室１６には、配管１８、２０を介してＨ
Ｆガス供給部２２と水蒸気発生部２４とが接続してあ
り、ＨＦガスと水蒸気との混合ガスが供給されるように
なっている。また、実装部品１２は、コンベヤなどの搬
送機２６によって矢印２８のように搬送され、フッ化処
理室１６の下部を通過する際に、ＨＦガスと水蒸気との
混合ガスと接触して端子１４にメッキされたロウ材であ
る半田がフッ化される。このメッキされた半田は、例え
ば錫９０重量％、鉛１０重量％であって、融点が２１５
℃近傍である。

【００１６】端子１４がＨＦガスと水蒸気との混合ガス
にさらされると、ＨＦとＨ₂Ｏとが端子１４の表面にお
いて、

【００１７】

【化１】２ＨＦ＋Ｈ_２Ｏ→ＨＦ_２ ^-＋Ｈ₃Ｏ^＋の反応を生じ、フッ素系イオン（ＨＦ_２ ^-）が端子１４
にメッキした半田と反応し、半田の表面をフッ化する。
すなわち、半田は、一般の金属と同様に、空気中に置か
れた場合に表面が自然酸化膜によって覆われており、こ
の酸化膜の酸素とＨＦ_２ ^-のＦとの置換反応が生じて表
面がフッ化される。なお、端子１４のフッ化処理を行な
う場合、搬送機２６を停止させるとともに、フッ化処理
室１６の下部を図示しないシャッタによって閉じ、混合
ガスが外部に漏れないようにすることができる。

【００１８】このように端子１４がフッ化処理された実
装部品１２は、部品搭載工程に搬送され、図示しない搭
載ロボットによって基板である回路基板３０に搭載され
る。すなわち、回路基板３０の所定位置には、金バンプ
３２が設けてあって、この金バンプ３２の上に実装部品
１２の端子１４が配置される。その後、複数の実装部品
１２を搭載した回路基板３０は、半田付け工程となるリ
フロー炉３４に搬入され、例えば窒素雰囲気のもとに所
定温度に加熱される。

【００１９】従来、融点が２１５℃程度の半田を融解し
て半田付けする場合、融点より４０℃前後高い２５０〜
２６０℃程度に加熱するのが一般的であった。しかし、
この実施の形態においては、実装部品１２の端子１４に
メッキされている半田をフッ化処理しているため、半田
に取り込まれたフッ素が加熱されることによって半田の
金属結合を切断し、１８０℃ぐらいの温度で融解するこ
とが可能となる。従って、リフロー炉３４によって端子
１４を半田のフッ化処理前の融点より低い温度である１
８０〜１９０℃程度に加熱することにより半田が融解す
るため、端子１４を回路基板３０の金バンプ３２に接合
することができる。

【００２０】すなわち、従来よりも半田付けの温度を大
幅に低くすることができ、搭載部品１２の半田付け時に
受ける熱的ダメージを小さくすることができて信頼性が
向上するとともに、半田付けのための熱的条件が緩和さ
れて環境や設備などの各種条件を緩和でき、半田付けの
容易化が可能となる。しかも、フッ化処理した半田は、
溶融するとフッ素が気体となって大気中に放出されるた
め、凝固されたのちの融点が元の２１５℃程度に戻る。
このため、すべての実装部品を一度に半田付けすること
ができずに複数回に分けて半田付けする場合、温度特性
が同じ半田を使用したとしても、半田付けする実装部品
１２の接合部（半田部）をフッ化処理することにより、
半田付けするための加熱温度を１８０〜１９０℃とする
ことができ、先に半田付けした部分の半田が溶けるのを
防ぐことができ、接合不良を生ずることがなく、また半
田の管理や半田付け作業が容易となる。

【００２１】なお、前記実施の形態においては、ロウ材
が半田である場合について説明したが、ロウ材は錫−亜
鉛合金、錫−銀合金などの錫系合金であってもよい。

【００２２】図２ないし図４は、フッ化処理方法の他の
実施形態を示したものである。

【００２３】図２は、安定なフッ素系ガスを放電によっ
て活性なガスにして実装部品を配置したフッ化処理室に
導入するようにしたもので、原料ガス供給部４０と水バ
ブリングユニット４２と放電ユニット４４とを有してい
る。原料ガス供給部４０からのＣＦ₄やＳＦ₆などの安定
なフッ素系ガスは、原料ガス配管４６を介して水バブリ
ングユニット４２に流入する。そして、水バブリングユ
ニット４２と放電ユニット４４とは、供給配管４８によ
って接続してあり、水バブリングユニット４２において
水蒸気を含ませたＣＦ₄を放電ユニット４４に供給でき
るようにしてある。

【００２４】放電ユニット４４は、放電チャンバ５０内
に一対の放電電極５２、５４を備えていて、電極５２、
５４間を大気圧状態のＣＦ₄と水蒸気との混合ガスが通
過するようになっている。そして、放電ユニット４４
は、一方の放電電極５２に高周波電源５６が接続してあ
り、他方の放電電極５４が接地してあって、電極５２、
５４間に高周波電圧を印加することにより、混合ガスを
介した気体放電を発生することができるようにしてあ
る。また、放電ユニット４４には、処理ガス配管５８を
介して実装部品１２を配置したフッ化処理室６０が接続
してある。

【００２５】このように構成した実施の形態において
は、原料ガス供給部４０からの原料ガスであるＣＦ₄に
水バブリングユニット４２において水蒸気が添加され、
大気圧状態で放電ユニット４４に導入される。放電ユニ
ット４４は、高周波電源５６によって放電電極５２、５
４間に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印加され
ており、ＣＦ₄と水蒸気（Ｈ₂Ｏ）との混合ガスを介して
放電し、ＣＦ₄と水蒸気とを反応させてＨＦやＦ₂、ＣＯ
Ｆ₂などの反応性フッ素系ガスを生成する。この生成さ
れた反応性フッ素系ガスは、反応しなかったＣＦ₄とと
もにフッ化処理室６０に送られ、実装部品１２と接触し
て端子１４にメッキしてある半田をフッ化する。

【００２６】図３は、実装部品を放電領域中に配置して
フッ化処理をする実施形態を示したものである。この実
施形態に係るフッ化処理部６２は、高周波電源５６に接
続した高周波電極６４と、接地した接地電極６６とを備
えていて、接地電極６６にフッ化すべき実装部品１２を
配置するようになっている。また、高周波電極６４と接
地電極６６との間には、少なくともフッ素系ガスを含ん
だ放電ガス６８が大気圧状態で供給されるようになって
いる。放電ガス６８としては、例えばアルゴン（Ａｒ）
に数％〜十数％のＣＦ₄を添加したものや、これに酸素
を添加したもの、さらには前記したＨＦやＦ₂、ＣＯＦ₂
などの反応性フッ素系ガスなどであってよい。

【００２７】このように構成した本実施形態において
は、高周波電極６４と接地電極６６との間に放電ガス６
８を導入するとともに、高周波電源５６によって高周波
電極６４と接地電極６６との間に高周波電圧を印加し、
気体放電７０を発生させる。これにより、放電ガス６８
は活性化され、フッ素系イオンやフッ素系ラジカル、単
体のフッ素原子などの活性なフッ素が生成される。これ
らの活性なフッ素は、放電領域内の接地電極６６の上面
に配置してある実装部品１２に衝突して端子１４をフッ
化する。

【００２８】図４は、さらに他のフッ化処理方法を示し
たものである。この実施形態に係るフッ化処理部７２
は、放電ユニット７４の高周波電極７６が高周波電源５
６に接続してある。そして、高周波電極７６には、絶縁
体７８を介して接地電極８０が取り付けてある。接地電
極８０は、高周波電極７６の両側または高周波電極７６
を囲むように設けてあり、下端が高周波電極７６の下端
より下方に位置している。

【００２９】接地電極８０は、下端部が内側に絞り込ま
れて照射口８２を形成している。また、接地電極８０の
上部には、導入口９２が設けてあって、接地電極８０の
内部に放電ガス６８を導入できるようにしてある。そし
て、接地電極８０の下端部と高周波電極７６の下端部と
の間が気体放電を生ずる放電領域９４となっていて、放
電領域９４において生成された活性なフッ素９６を照射
口８２から下方に吹き出すことができるようにしてあ
る。また、照射口８２の下方には、実装部品１２を配置
するテーブル９８が配設してある。

【００３０】このように構成した本実施形態において
は、高周波電源５６によって高周波電極７６と接地電極
８０との間に高周波電圧を印加し、導入口９２から接地
電極８０の内部に放電ガス６８を導入すると、放電領域
９４において放電ガス６８を介した気体放電が発生す
る。そして、放電ガス６８に含まれているフッ素系ガス
は、気体放電により活性なフッ素となり、照射口８２か
ら下方の実装部品１２に照射され、その端子１４をフッ
化する。

【００３１】この実施形態においては、実装部品１２を
放電領域９４内に配置していないため、高エネルギーの
電子やイオンが衝突するのを避けることができ、放電に
よるダメージを防ぐことができる。

【００３２】なお、フッ化処理は、上記した方法の他、
例えば実装部品１２をフッ酸の蒸気に晒したり、安定な
フッ素系ガスを紫外線や熱によって分解して活性なフッ
素を生成し、これを実装部品１２に接触させるようにし
てもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ロウ材をフッ化処理することにより、ロウ材をフッ
化処理する前の融点より低い温度で融解することが可能
となり、しかも融解して凝固するとフッ素が飛んで融点
が元に戻るため、同じ温度特性のロウ材を用いて複数回
に分けた実装が可能となるとともに、接合のための温度
が低下して実装部品の熱的ダメージを小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る実装方法の説明図で
ある。

【図２】実施の形態に係る他のフッ化処理方法の説明図
である。

【図３】実施の形態に係るさらに他のフッ化処理方法の
説明図である。

【図４】実施の形態に係るさらに他のフッ化処理方法の
説明図である。

【符号の説明】

１０フッ化処理部１２実装部品１４接合部（端子）１６、６０フッ化処理室２２ＨＦガス供給部２４水蒸気発生部３０基板（回路基板）３２金バンプ３４リフロー炉４０原料ガス供給部４２水バブリングユニット４４放電ユニット６２、７２フッ化処理部６８放電ガス７４放電ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】融解したロウ材を介して被接合材を接合
する溶融接合方法において、前記ロウ材の表面をフッ化
処理し、前記ロウ材をフッ化処理前の融点より低い温度
に加熱して融解することを特徴とする溶融接合方法。
【請求項２】複数種類の実装部品を複数回に分けてロ
ウ材を介して基板に接合する実装方法において、接合部
に設けたロウ材をフッ化処理し、前記ロウ材をフッ化処
理前の融点より低い温度に加熱して融解して接合するこ
とを特徴とする実装方法。
【請求項３】前記フッ化処理は、前記実装部品の接合
部をフッ化することを特徴とする請求項２に記載の実装
方法。