專利名稱：焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接方法。
背景技術(shù)：
為了容易地將硅片、硅基片或者印刷線路基板上的回路和其他的回路電連接，存在著在硅片、硅基片或者印刷線路基板上的回路上，焊接例如作為半球狀的焊錫的焊錫凸塊的情況。作為該焊錫凸塊的焊接方法，例如在專利文獻1中已公開。
專利文獻1特開2001-58259號公報該技術(shù)在焊接時不需要助焊劑。在該技術(shù)中，在真空室內(nèi)配置被焊接的基板。在該基板上的規(guī)定位置上配置焊錫凸塊。真空室被減壓至真空狀態(tài)。其后，一面向真空室供給作為游離基氣體的氫基，一面使真空室的溫度上升到焊錫的熔融溫度，熔融焊錫，其后進行冷卻。因此，在焊錫熔融的狀態(tài)下，進行氫基的供給。
但是，判斷出若通過該技術(shù)進行焊接，則存在空穴不能從被焊接的焊錫凸塊消失，凸塊膨脹，或是空穴消失，焊錫凸塊破裂的情況?？梢哉J為膨脹是由于氫氣在熔融狀態(tài)的焊錫內(nèi)被捕集而產(chǎn)生。破裂是因為即使焊錫被加熱到熔融以上的溫度成為液相狀態(tài)，通過繼續(xù)供給氫基，在從熔融狀態(tài)的焊錫上除去氧化膜的同時，空穴從液相狀態(tài)的焊錫消失而產(chǎn)生的。
本發(fā)明以提供一種品質(zhì)良好的焊接方法為目的。

發(fā)明內(nèi)容
在基于本發(fā)明的焊接方法中，使配置著具有固體狀的焊錫的被處理物的真空室減壓到真空狀態(tài)。接著，使真空室內(nèi)產(chǎn)生游離基氣體，通過該游離基氣體，除去焊錫的氧化膜。其后，停止游離基氣體的產(chǎn)生，使真空室內(nèi)成為無氧化環(huán)境，在該無氧化環(huán)境中，使焊錫達到焊錫的熔點以上的溫度，熔融焊錫。作為焊錫，使用只是錫或者含有銀、鉛、銅、鉍、銦、鋅中的一種或者兩種以上的成分以及錫的焊錫。作為游離基氣體，可以使用例如氫基，但也可以使用其他的各種游離基氣體。
雖然焊錫在其表面具有氧化膜的情況很多，但即使是在比焊錫的熔點低的溫度下，也能夠通過使焊錫曝露于游離基氣體，而除去焊錫的氧化膜。因此，在除去氧化膜后，在停止供給游離基氣體的狀態(tài)下，若使焊錫的溫度達到焊錫的熔點以上的溫度，則因為已經(jīng)除去了氧化膜，所以即使焊錫達到熔融溫度以上的溫度，也難以產(chǎn)生破裂。另外，因為在焊錫成為熔融狀態(tài)時，停止了游離基氣體的供給，所以也不存在氣體被熔融狀態(tài)的焊錫捕集的情況。
另外，焊錫相對于被處理物的固定，可以使用不會留有殘渣的助焊劑或者粘接劑，例如可以使用借助酒精或者有機酸為主要成分的助焊劑或者粘接劑，或是也可以不使用助焊劑或者粘接劑，而是在基板上形成凹陷，通過將焊錫配置在該凹陷來固定焊錫。


圖1是在本發(fā)明的一個實施方式的焊接方法中使用的裝置的示意圖。
圖2是表示在上述焊接方法中的圖1的裝置的溫度以及壓力的變化狀態(tài)的示意圖。
圖3是表示將焊錫球向在圖1的裝置中的被處理物進行固定的過程的立體圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的一個實施方式的焊接方法中使用的焊接裝置如圖1所示，具有真空室2。真空室2例如具有腔4，腔4由下部室4a和上部室4b構(gòu)成。下部室4a在上緣具有開口的箱形?？筛采w該開口的上部室4b例如通過鉸鏈被結(jié)合在下部室4a。另外，其構(gòu)成為，在上部室4b覆蓋在下部室4a的狀態(tài)下，兩者的內(nèi)部成為氣密狀態(tài)。在下部室4a的底部，安裝排氣機構(gòu)，例如真空泵6。在上部室4b覆蓋在下部室4a的狀態(tài)下，通過使真空泵6動作，可以使真空室2的內(nèi)部成為真空狀態(tài)。另外，真空泵6是能夠控制該排氣速度的真空泵。
在該真空室2的內(nèi)部，例如下部室4b側(cè)，設(shè)置加熱機構(gòu)，例如加熱裝置8。該加熱裝置8具有平板狀的支撐臺12。在該支撐臺12的表面?zhèn)戎沃惶幚砦?，例如形成焊錫凸起的硅片或者印刷基板10。該支撐臺12是由熱容量小的材質(zhì)，例如陶瓷或者碳制成，在其內(nèi)部埋設(shè)有加熱器14。另外，可以使用紅外線加熱裝置替代加熱器14。
該加熱器14的加熱用電源(未圖示出)設(shè)置在真空室2的外部，加熱器14的導線在保持真空室2的氣密狀態(tài)的情況下，被導出到外部，與加熱用電源連接。
尺寸為能夠與支撐臺12的內(nèi)面整個面接觸的冷卻裝置(未圖示出)被設(shè)置成在真空室2內(nèi)，可在與支撐臺12的內(nèi)面?zhèn)冉佑|以及非接觸中進行選擇。該冷卻裝置通過流體例如水，冷卻支撐臺12。
在加熱器14被通電，加熱被處理物10的期間，冷卻裝置與支撐臺12為非接觸，在對加熱器14的通電結(jié)束時，與支撐臺12的內(nèi)面接觸，冷卻支撐臺12。因為支撐臺12熱容量小，所以可以進行快速加熱，并且可以快速冷卻。
在腔4的上部室4b上設(shè)置著游離基氣體產(chǎn)生機構(gòu)，例如氫基產(chǎn)生裝置16。該氫基產(chǎn)生裝置16通過等離子產(chǎn)生機構(gòu)，使氫氣等離子化，產(chǎn)生氫基。該氫基產(chǎn)生裝置16在上部室4b的外部具有微波產(chǎn)生器18。再有，在微波產(chǎn)生器18中，傳送被振動的微波的導波管20安裝在上部室4b的上壁上。該導波管20具有微波導入窗22。該微波導入窗22被形成為與支撐臺12相對，并且覆蓋支撐臺12的整個面的形狀。因此，微波如圖1箭頭所示，遍及覆蓋著支撐臺12的整個面的廣大區(qū)域，侵入到上部室4b內(nèi)。
在該導入窗22的附近，氫氣供給機構(gòu)，例如氫氣供給管24被設(shè)置在上部室4b內(nèi)。該氫氣供給管24用于從設(shè)置在真空室4的外部的氫氣源25向上部室4b內(nèi)供給氫氣。氫氣源25可控制向腔4內(nèi)的供給量。該被供給的氫氣被通過借助微波導入窗22導入的微波等離子化，產(chǎn)生氫基。該氫基通過為了捕集離子那樣的不需要的荷電粒子而設(shè)置在上部室4b的內(nèi)部的金屬網(wǎng)26，接近被處理物10的整個區(qū)域。另外，氫氣供給管24可以設(shè)置多根。另外，在上部室4b上，設(shè)置著氮氣供給機構(gòu)，例如氮氣供給管27a。該氮氣供給管27a用于從設(shè)置在真空室4的外部的氮氣源27b將氫氣向上部室4b內(nèi)供給。氮氣源27b可控制向腔4內(nèi)的供給量。
為了控制氫氣源25、氮氣源27b以及真空泵6，設(shè)置了控制裝置28。為了利用在該控制裝置28中的控制，在腔4上設(shè)置壓力計29。
使用了該焊接裝置的本發(fā)明的一個實施方式的焊接方法，例如按照下述程序進行。首先，打開上部室4b，將已經(jīng)形成的硅片或者印刷線路基板作為被處理物10配置在支撐臺12上。在該被處理物10上，隔開間隔配置成為焊錫凸塊的原料的多個焊錫層或者焊錫球。作為焊錫，使用只是錫或者含有銀、鉛、銅、鉍、銦、鋅中的一種或者兩種以上的成分以及錫的固體狀的焊錫。焊錫層或者焊錫球被直接配置在被處理物10上。例如，在使用焊錫球13的情況下，如圖3所示，在被處理物10的上面形成凹陷15，通過將焊錫球13配置在該凹陷15內(nèi)來固定焊錫球13。
其后，關(guān)閉上部室4b，使真空泵6動作，例如如圖2所示，對腔4內(nèi)排氣直至大約0.01Torr(約1.33Pa)，使腔4內(nèi)成為真空狀態(tài)。接著，向腔4內(nèi)供給氫氣。此時的腔4內(nèi)的壓力例如為大約0.1至1Torr(約13.3Pa至133.3Pa)。
若腔4內(nèi)的壓力達到上述的壓力，則對加熱器14通電，加熱被處理物10，一直加熱到比焊錫的熔點低的溫度，例如大約攝氏150度，并保持該狀態(tài)。在該溫度的狀態(tài)下，使微波產(chǎn)生器18動作，使腔4內(nèi)產(chǎn)生氫基。持續(xù)該氫基的產(chǎn)生狀態(tài)例如大約1分鐘。據(jù)此，在低于熔點的溫度下，氫基還原，除去附屬于焊錫的氧化膜。
其后，使微波產(chǎn)生器18停止，停止氫基的產(chǎn)生，通過真空泵6，對腔4內(nèi)抽真空，直至大約0.01Torr(約1.33Pa)，其后，從氮氣源27b向腔4內(nèi)供給氮氣，腔4內(nèi)的壓力恢復到例如大約0.1至1Torr(約13.3Pa至133.3Pa)。然后，增加對加熱器14的通電量，使被處理物10的溫度成為焊錫的熔點以上的溫度。據(jù)此，被處理物10上的焊錫被熔融。其后，斷開對加熱器14的通電，冷卻裝置與支撐臺12接觸，對被處理物10進行冷卻。該冷卻也可以快速地進行，例如大約1分鐘恢復到室溫。另外，在冷卻開始的大致同一時間，調(diào)整氮氣的供給量，成為大氣壓。另外，對真空泵6、氫氣供給源25以及氮氣供給源27b的控制，是由控制部28根據(jù)設(shè)置在腔4的壓力計29的壓力信號來進行的。
象這樣，因為將還原力強的游離基氣體例如氫基向被處理物10供給，所以即使不使用助焊劑，也可以還原焊錫氧化物。而且，因為是在低于焊錫的熔點的溫度的狀態(tài)下向被處理物10供給氫基，所以可以在焊錫熔融前除去氧化膜。因為是在除去了氧化膜后，在導入了氮氣的無氧環(huán)境下熔融、冷卻焊錫，所以氫氣不會被熔融狀態(tài)的焊錫捕集，假設(shè)即使在焊錫內(nèi)產(chǎn)生了空穴，也因為氧化膜已經(jīng)被除去，所以不存在氧化膜的除去成為起因，凸塊破裂的情況。
例如，進行下面的實驗，即，作為焊錫球，使用直徑為400μm的Sn63％/Pb37％(熔點攝氏183度)的焊錫球，和Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％(熔點攝氏220度)的焊錫球，在室溫、攝氏50度、攝氏100度、攝氏150度中的每個比焊錫的熔點溫度低的溫度狀態(tài)下，都持續(xù)60秒進行游離基氣體的供給，其后，加熱到焊錫的熔點以上的溫度225度。其結(jié)果為，通過掃描電子顯微鏡以及X線透視，觀察所形成的焊錫凸塊，在任何一個中都沒有產(chǎn)生空穴。另外，象這樣制造出的焊錫凸塊的剪斷強度在為Sn63％/Pb37％的焊錫球的情況下是3.2至4.8N的范圍，在Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％的焊錫球的情況下是3至5.5N的范圍，得到了足夠的接合強度。
在上述的實施方式中，雖然焊錫向被處理物的固定是在被處理物上形成凹陷，將焊錫配置在該凹陷，但也可以使用不會留有殘渣的助焊劑或者粘接劑，例如可以使用以酒精或者有機酸為主要成分的助焊劑或者粘接劑，將焊錫固定在被處理物上。
另外，在上述的實施方式中，雖然是在被處理物上形成焊錫凸塊，但例如也可以象下述那樣進行。通過上述實施方式的焊接方法，在硅片或者印刷線路基板的電極極板上形成焊錫凸塊。進而，使其他的硅片或者印刷線路基板的電極與該焊錫凸塊接觸，使腔4成為真空狀態(tài)，在焊錫的熔點以上的溫度產(chǎn)生游離基氣體，熔融焊錫，其后進行冷卻。據(jù)此，進行兩個硅片或者兩個印刷線路基板的焊接。在該焊接處理中，既不使用助焊劑也不使用粘接劑。另外，也可以在將腔4減壓到真空狀態(tài)后，在焊錫的熔點以下的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使焊錫熔融。
另外，也可以象下述那樣進行。準備兩個通過上述的實施方式的焊接方法，形成了焊錫凸塊的硅片或者印刷線路基板。在使這些焊錫凸塊接觸的狀態(tài)下配置在腔4內(nèi)。將腔4減壓到真空狀態(tài)，在焊錫的熔點以上的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使接觸的焊錫分別熔融，其后進行冷卻，進行焊接。另外，也可以在將腔4減壓到真空狀態(tài)后，在焊錫的熔點以下的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使焊錫熔融。
另外，也可以象下述那樣進行。準備通過上述的實施方式的焊接方法，在電極極板上形成了焊錫凸塊的硅片或者印刷線路基板，以及通過上述的實施方式的焊接方法，在電極極板上形成了焊錫鍍層的硅片或者印刷線路基板。在使這些焊錫凸塊和焊錫鍍層接觸的狀態(tài)下配置在腔4內(nèi)。將腔4減壓到真空狀態(tài)，在焊錫的熔點以上的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使接觸的焊錫分別熔融，其后進行冷卻，進行焊接。另外，也可以在將腔4減壓到真空狀態(tài)后，在焊錫的熔點以下的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使焊錫熔融。
另外，也可以象下述那樣進行。準備一個通過上述的實施方式的焊接方法，在電極極板上形成了焊錫凸塊的硅片或者印刷線路基板。也準備一個在電極極板上涂敷著焊劑的硅片或者印刷線路基板。在使焊錫凸塊和焊劑接觸的狀態(tài)下配置在腔4內(nèi)。將腔4減壓到真空狀態(tài)，在焊錫的熔點以上的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使接觸的焊錫凸塊和焊劑分別熔融，其后進行冷卻，進行焊接。另外，也可以在將腔4減壓到真空狀態(tài)后，在焊錫的熔點以下的溫度產(chǎn)生游離基氣體，使焊錫熔融。
在上述的實施方式中，作為焊錫，顯示了Sn63％/Pb37％的焊錫和Sn96％/Ag3.0％/Cu0.5％的焊錫，但是并非僅限于此，例如也可以使用只是錫或者含有銀、鉛、銅、鉍、銦、鋅中的一種或者兩種以上的成分以及錫的焊錫，若為固體狀，則不僅限于焊錫球，也可以使用用于形成焊錫鍍層的焊錫。另外，焊接裝置的腔14設(shè)有將被處理物送入腔14內(nèi)的入口，和從腔14送出被處理物的出口，在這些入口以及出口設(shè)置半真空部分，可連續(xù)處理被處理物。
權(quán)利要求
1.一種焊接方法，其特征在于，使配置著具有固體狀的焊錫的被處理物的真空室減壓到真空狀態(tài)，該固體狀的焊錫只是錫或者含有銀、鉛、銅、鉍、銦、鋅中的一種或者兩種以上的成分以及錫，其后，使上述真空室內(nèi)產(chǎn)生游離基氣體，除去上述焊錫的氧化膜后，停止上述游離基氣體的產(chǎn)生，使上述真空室成為無氧化環(huán)境，使上述焊錫達到焊錫的熔點以上的溫度，熔融焊錫。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，上述焊錫相對于上述被處理物被固定，該固定是在上述被處理物上形成凹陷，將上述焊錫配置在該凹陷。
3.如權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于，上述焊錫相對于上述被處理物被固定，該固定是借助以酒精或者有機酸為主要成分的助焊劑或者粘接劑進行的。
全文摘要
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，進行品質(zhì)良好的焊接。解決該技術(shù)問題的技術(shù)手段是，使配置著具有固體狀的焊錫的被處理物(10)的真空室(2)減壓到真空狀態(tài)，該固體狀的焊錫只是錫或者含有銀、鉛、銅、鉍、銦、鋅中的一種或者兩種以上的成分以及錫。產(chǎn)生游離基氣體，除去上述焊錫的氧化膜后，停止上述游離基氣體的產(chǎn)生，在無氧化環(huán)境中，使上述焊錫達到焊錫的熔點以上的溫度，熔融焊錫。
文檔編號B23K3/08GK1921977SQ20058000522
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者大野恭秀, 中森孝, 末永誠, 竹內(nèi)達也, 加加見丈二, 萩原泰三 申請人:神港精機株式會社