專(zhuān)利名稱(chēng)：電子電路的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把半導(dǎo)體集成電路(LSI)等的電子裝置或部件與電路基板連起來(lái)的電子電路的制造方法，特別是涉及不使用助焊劑而用錫焊進(jìn)行連接的電子電路的制造方法。
在焊接電路基板和半導(dǎo)體集成電路(LSI)等的時(shí)候，歷來(lái)要求被焊對(duì)象金屬的表面保持清潔且不允許有礙浸潤(rùn)性之類(lèi)的物質(zhì)存在。
另外，在進(jìn)行鍍覆之際，也必須保持清潔、使被鍍對(duì)象金屬的表面上不存在氧化膜。
還有，在把Au絲或Au帶有超聲波熱壓焊法壓焊到對(duì)象金屬的表面上去的時(shí)候，由于對(duì)象金屬表面上的氧化膜會(huì)成為問(wèn)題，故對(duì)象金屬的表面必須保持清潔。
在這樣的有礙焊錫的浸潤(rùn)性的物質(zhì)中有氧化物、氯化物、硫化物、炭酸鹽和各種有機(jī)化合物等等。特別是在錫焊、鍍覆、Au絲或Au帶等的超聲波熱壓焊等的處理工藝中的最大妨害是在焊錫、鎳(Ni)，鎳合金(Ni與其他物質(zhì)的合金)等對(duì)象金屬的表面上所存在的氧化膜。
這種氧化膜，一般說(shuō)可借助于助焊劑使之進(jìn)行化學(xué)性溶解而變成液體的化合物。這樣一來(lái)，對(duì)象金屬的表面和焊錫的金屬原子就得到了因形成了共有外殼的電子殼的金屬鍵狀態(tài)而直接沖撞的機(jī)會(huì)，對(duì)象金屬與焊錫的合金化就有了可能。但是，由于表面上殘存有助焊劑的殘?jiān)时仨殞⒅锤蓛簟?br> 此外，對(duì)于鍍覆來(lái)說(shuō)，如果中間介以氧化膜就不可能鍍覆。比如，作為鍍的代表性例子有電鍍，但氧化膜將形成絕緣膜，形不成電鍍所必須的電氣通導(dǎo)，故鍍覆是不可能的。
此外，對(duì)于置換鍍覆，仍然是氧化膜會(huì)形成妨害，使對(duì)象金屬的表面與鍍液之間的置換反應(yīng)喪失，使鍍覆變成為不可能。
關(guān)于這些鍍覆，也需要用鹽酸等處理液除去氧化膜，但由于也會(huì)剩下殘?jiān)兂蔀槭菇雍系目煽啃韵陆档闹饕蛩?。所以歷來(lái)實(shí)施用氟立昂等進(jìn)行的清洗。
對(duì)此，在最近進(jìn)行了通過(guò)采用把微量的所剩殘?jiān)俚乃上阃?abiefin)酸(松香rosin)和己二酸(adipin)用作助焊劑的辦法而不需要清洗的技術(shù)，但在接合的可靠性這一點(diǎn)上還不完善。
關(guān)于這種技術(shù)，在“鋁釬科技術(shù)雜志(AL-mit technicalJourna(19“(1992年)”和關(guān)于用于無(wú)清洗化的助焊劑的作用機(jī)構(gòu)和存在的問(wèn)題”((株)日本工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究所、洼器規(guī))中有詳細(xì)的說(shuō)明。
另一方面，對(duì)于金屬材料、鋼材、炭化物物等等人們提出了借助于照射激光光束可以得到具有超微細(xì)均一組織或非晶質(zhì)構(gòu)造、且具有優(yōu)秀的耐蝕性、耐磨損性的材料的分品法(grad-ing法)。這種分品法可以在加工曝露于高溫高壓之下的金屬材料，比如說(shuō)汽車(chē)葉輪機(jī)所用材料時(shí)使用，比如在“續(xù)激光加工(小林昭著、PP164，開(kāi)發(fā)社發(fā)行)中就有論述。
此外，作為不使用助焊劑或鹽酸等的金屬表面的氧化膜涂去方法，有用氬濺射器除去氧化膜的方法。
此外，如特開(kāi)昭63-97382號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的那樣，有在金屬部件的噴砂加工形成在粗糙面上的表面上鍍以合金屬元素之后，在其上邊照射激光以熔融處理鍍層，以此來(lái)形成無(wú)針孔的緊密粘接性高的被覆膜的技術(shù)。
再有，如特開(kāi)昭62-256961號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的那樣，有在由鋁或其合金所形成基體材料的表面上，通過(guò)采用形成陽(yáng)極氧化被膜的辦法，形成耐蝕性良好且易于焊接的表面處理層的技術(shù)。
本發(fā)明對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行研討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題(1)在焊接電路基板和集成電路之時(shí)，若在其焊接之前，使用助焊劑除去氧化膜的方法，則存在著一定要有清洗助焊劑殘?jiān)墓に嚨膯?wèn)題。此外還存在著作為殘?jiān)鴼埓嫦聛?lái)的酸等將成為金屬腐蝕的原因的問(wèn)題。
此外還有在清洗之后一定要有干燥工藝的問(wèn)題。
(2)如果使用氬濺射器除去氧化膜的方法，則因?yàn)橐谡婵罩羞M(jìn)行處理、故除去設(shè)備管理困難之外，還存在著氬濺射器將給電子裝置或電子裝置的有源器件帶來(lái)不良影響的問(wèn)題。
(3)如果使用激光光束的分品法和特開(kāi)昭63-97382號(hào)公報(bào)所公開(kāi)了的激光加工處理方法，則由于不論是哪一種方法，都是用高能激光而強(qiáng)制性地使表面的金屬組織熔融變化而得到金屬表面的耐磨損性和致密性，故存在著在金屬表面固化的過(guò)程中生成了氧化膜的問(wèn)題。
此外，公布于特開(kāi)昭62-256961號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的表面處理方法，不是除去氧化膜的技術(shù)，不可能使用那種方法。
本發(fā)明的目的是提供一種電子電路的制造方法，這種方法可以解決上邊說(shuō)過(guò)的現(xiàn)有技術(shù)的那些問(wèn)題，適用不需使用復(fù)雜的工藝就可以簡(jiǎn)單地，而且不給電子裝置，部件或電路其板帶來(lái)不利影響地除去金屬表面的氧化膜和有機(jī)物、炭等的金屬表面處理方法、不使用助焊劑就可以焊接。
倘采用本發(fā)明，則通過(guò)采用在把電子裝置或部件與電路基板用焊料連接起來(lái)之際、向焊料上照射激光使焊料清潔化，再把電子裝置進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)之后裝到上述電路基板上去，并在低氧濃度的氣氛中使焊料加熱熔融之后，把電子裝置與電路基板連接起來(lái)的辦法達(dá)到上述目的。
在上述方法中，對(duì)于焊料等的金屬表面、用比使金屬表面的組織產(chǎn)生變化的能量小的能量的激光進(jìn)行照射。這樣，由于表面的金屬組織不熔融、用激光的能量?jī)H僅解除了表面的金屬原子與氧原子之間的結(jié)合、因而除掉了金屬表面的氧化膜、同時(shí)還可除去金屬表面的有機(jī)物和炭等等。
此外，上述照射激光的氣氛、不論是在大氣中、真空中、He氣中都沒(méi)問(wèn)題地可以除去金屬表面氧化膜。
其次，在用臨時(shí)固定液把要用焊料連接的電子裝置或部件和電路基板進(jìn)行了位置對(duì)準(zhǔn)之后，在低氧濃度氣氛中對(duì)已經(jīng)除掉上述氧化膜的焊料加熱熔融以進(jìn)行焊接。這樣一來(lái)，就可以進(jìn)行良好的焊接而不會(huì)使焊接面氧化。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的金屬表面處理方法的實(shí)施例1的斷面圖。
圖2是用于說(shuō)明本實(shí)施例1的變形例的斷面圖，在這里代替示于圖1的焊錫層，向半導(dǎo)體集成電路(LSI)等的焊錫點(diǎn)的表面上，介以透鏡和鏡子照射激光。
圖3是向本實(shí)施例1的焊錫層表面上照射激光之前的掃描電鏡曝光。
圖4是圖3的擴(kuò)大照片。圖5是本實(shí)施例1的焊錫層表面的激光照射之后的掃描電鏡照片。
圖6是圖5的放大照片。
圖7的曲線圖繪出的是把Sn-Pb表面的氧化膜量(％)取為縱軸。把脈沖式激光照射能量密度(J/cm2)取為橫軸的本實(shí)施例1中兩者之間的關(guān)系。
圖8的曲線，繪出的是把Sn-Pb表面的氧化膜量(％)取為縱軸，并使能量密度保持為恒定值1.5(J/cm2)取為橫軸時(shí)本實(shí)施例1中的照射次數(shù)。
圖9的斷面圖示出了用本實(shí)施例1焊接的電子電路的一個(gè)例子。
圖10的斷面圖示出了用本實(shí)施例1焊接的電子電路的另一個(gè)例子。
圖11的斷面圖用于說(shuō)明本發(fā)明的金屬表面處理方法的實(shí)施例2。
圖12的曲線繪出了把本實(shí)施例2中的對(duì)鎳層的同一部分的激光照射次數(shù)取為恒定的條件下，把形成于鎳上的氧化的厚度(單位nm)取為縱軸、把激光照射能量密度(J/cm2)取為橫軸時(shí)兩者的關(guān)系。
圖13的曲線繪出了把本實(shí)施例2中的激光照射能量密度取為恒定、把形成于鎳層表面上的氧化的厚度(單位nm)取為縱軸，把對(duì)上述鎳層的同一部分照射的激光照射次數(shù)取為橫軸時(shí)，兩者的關(guān)系。
圖14的斷面圖用于說(shuō)明本發(fā)明的電子裝置的制造方法的實(shí)施例3。
圖15是在本實(shí)施例3中具體地采用了再氧化防止方法的電子裝置的構(gòu)成斷面圖。
圖16是一個(gè)不用示于圖15的輸入輸出(I/O)管腳而是直接釬料或者焊料，把電子裝置和陶瓷基板上的鎳(Ni)層或者鎳合金層電連起來(lái)的例子。
圖17A和圖17B用于說(shuō)明本發(fā)明的電子電路的制造方法的實(shí)施例4。
圖18的斷面圖示出了應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造裝置把要進(jìn)行焊接的電子裝置臨時(shí)固定好了的電路基板的構(gòu)成。
圖19的斜視圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子電路的制造裝置的構(gòu)成。
圖20的斷面圖示出了處理容器的內(nèi)部的狀態(tài)。
圖21用于說(shuō)明在電子裝置的臨時(shí)固定中所使用的液體的例子。
以下利用附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的金屬表面處理方法的實(shí)施例1的斷面圖，圖中1是陶瓷基板，2是金屬化層、3a是焊錫層、4是氧化膜、5是激光、6是透鏡、7是鏡子。
如圖1所示，本實(shí)施例1的金屬表面處理方法是一種把在形成于陶瓷基板1的上層上的金屬化層2的表面的焊錫層3a的表面上生長(zhǎng)的氧化物4(或者有機(jī)物、炭等的殘?jiān)?除去的方法。
上述金屬化層2，例如，由鈦(Ti)膜，鎳(Ni)膜、鎳合金膜等構(gòu)成。
為除去焊錫層3a的表面氧化物4(或者有機(jī)物、炭等的殘?jiān)?，要對(duì)上述焊錫層3a的表面介以透鏡6和鏡子7照射激光5，以除去氧化物4。
圖2是本實(shí)施例1的變形例，它不向圖1的焊錫層3a上照射激光，而代之以向半導(dǎo)體集成電路(LSI)等中的焊錫點(diǎn)3b的表面上通過(guò)透鏡6和鏡子7照射激光5。
在本實(shí)施例1中所使用的激光5是一種其能量比使焊錫層3a或者焊錫點(diǎn)3b的金屬組織發(fā)生變化的能量小的激光。詳細(xì)地講就是這種激光的能量比焊錫層3a、焊錫點(diǎn)3b的表面的Sn原子與O原子之間的結(jié)合能大，比Sn-Pb原子彼此間的結(jié)合能小。
當(dāng)把激光5照射到焊錫層3a、焊錫點(diǎn)3b上的時(shí)候，表面的焊錫不熔融，僅僅是表面的Sn-Pb原子和O原子之間的結(jié)合被激光5的能量拆開(kāi)。這樣，就除去了焊錫層3a、焊錫點(diǎn)3b的表面的氧化膜4。另外，與此同時(shí)也除去了金屬表面的有機(jī)物和炭等等。
在這種情況下，由于照射激光5的主要目的是拆開(kāi)表面的Sn-Pb原子與O原子之間的結(jié)合，故激光5，比如說(shuō)，理想的是脈寬1μs以下的脈沖激光。
此外，由于用脈寬1μs以下的脈沖激光來(lái)拆開(kāi)表面的Sn-Pb原子與O原子的結(jié)合鍵，故作為激光、理想的是比如說(shuō)是波長(zhǎng)短(光子能量高)的受激準(zhǔn)分子激光。
另外，照射激光5的氣氛無(wú)論是在大氣中，真空中，或在He氣中都可以，因此，可以除去焊錫層3a、焊錫點(diǎn)3b的表面的氧化膜4而沒(méi)什么問(wèn)題。
圖3是用掃描電鏡觀察到的激光照射之前的焊錫層3a的表面狀態(tài)的照片，圖4是其放大照片。從這些照片可以確認(rèn)在焊錫層3a的表面上有有機(jī)物或炭等等的黑色殘?jiān)?br> 圖5是在激光照射后，同樣地用掃描電鏡觀察到的焊錫層3a的表面狀態(tài)的照片，圖6是放大照片。
從這些圖中可以確認(rèn)其有機(jī)物與炭之類(lèi)的殘?jiān)淹耆ァ?br> 圖7是縱軸為Sn-Pb表面的氧化膜量(％)，橫軸為1個(gè)脈沖的激光照射能密度(J/cm2)(每單位面積的激光照射能量)的兩者關(guān)系的曲線圖。
從圖7可知，在激光照射能密度為0.5J/cm2～4.0J/cm2的范圍內(nèi)，殘留氧化膜量比未處理的氧化膜量減少了，其中，激光照射能量密度為1.5J/cm2時(shí)，殘留氧化膜量變得最小。
這時(shí)的氧化膜量，是用能量分散X射線分光法(EDX)測(cè)定的氧濃度。
圖8是激光照射次數(shù)的曲線圖，縱軸是Sn-Pb表面的氧化膜量(％)、橫軸是把激光照射能量密度保持為1.5J/cm2的恒定值。
從圖8可知，在照射次數(shù)為6次-10次的范圍內(nèi)，殘留氧化膜量變少，特別是在照射次數(shù)為8次時(shí)該值最小。
從以上可知，Sn-Pb表面的氧化量在激光照射能量密度為1.5J/cm2且照射次數(shù)為8次時(shí)將減至最小，從而提高了焊錫層3a或焊錫點(diǎn)3b的浸潤(rùn)性。
圖9示出了應(yīng)用本實(shí)施例1的金屬表面處理方法進(jìn)行焊錫點(diǎn)3b的表面的氧化膜清除，并在無(wú)助焊劑的狀態(tài)下，把集成電路(LSI)8焊接到形成了陶瓷基板1上的金屬化層2上去的電子電路的關(guān)鍵部分的斷面圖。而圖10是同樣地除去封閉管帽9的部分的焊錫點(diǎn)3b的表面的氧化膜、并在無(wú)助焊劑的狀態(tài)下實(shí)施焊接的電子電路的關(guān)鍵部分的斷面圖。
實(shí)施例2圖11是用于說(shuō)明本發(fā)明的金屬表面處理方法的實(shí)施例2的斷面圖。
本實(shí)施例2的金屬表面處理方法，如圖11所示，是一種除去在陶瓷基板1的上層形成的鎳(Ni)層(或者鎳合金層)2a的表面的氧化物4(或有機(jī)物、炭等的殘?jiān)?的方法。
鎳(Ni)層(或鎳合金層)2a由于一般易于氧化，故在鎳(Ni)層或鎳合金層2a的表面上簡(jiǎn)單地形成了氧化膜4。
除去鎳層2a的表面的氧化物4的方法和上述實(shí)施例1一樣，對(duì)鎳層2a的表面介以透鏡6和鏡子7照射激光5。
圖12的曲線圖作為一個(gè)例子，在保持對(duì)鎳層2a的同一部分激光5的照射次數(shù)固定為10次這一恒定值的情況下，縱軸取為在鎳層2a上形成的氧化膜4的厚度(單位nm)，橫軸取為激光照射能量密度(J/cm2)(單位面積的激光能量)、示出了兩者的關(guān)系。
由圖12可知，隨著激光5的照射能量密度變大可以除去氧化膜。而且，即便是初始氧化膜的厚度變了，也可同樣地除去氧化膜4。
圖13的曲線圖作為一個(gè)例子，畫(huà)出了在把激光5的照射能量密度保持為0.75(J/cm2)這一恒定值的情況下，縱軸取為在鎳層2a的表面上形成的氧化膜4的厚度(單位nm)，橫軸取為對(duì)鎳層2a的同一部分的激光照射次數(shù)時(shí)的兩者的關(guān)系。
由圖13可知，照射次數(shù)越多，氧化膜的厚度就越減小。
實(shí)施例3圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路(LSI)等電子裝置的制造方法的實(shí)施例3的斷面圖。
在本實(shí)施例3中，如圖14所示，在把已形成于陶瓷基板1的上層上的鎳(Ni)層(或鎳合金層)2a的表面氧化物(或有機(jī)物、炭等的殘?jiān)?用實(shí)施例1或?qū)嵤├?的金屬表面處理方法除去之后，鍍以鍍層10。
鍍覆雖然也可以用電鍍、無(wú)電場(chǎng)度、置換鍍中的任何一個(gè)，但鍍材一般用金(Au)以防再度氧化。
這樣，就可以除去金屬化層的鎳層或鎳合金層2a上的氧化膜并可防止其再度氧化。
在圖15中，畫(huà)出了具體地采用了本實(shí)施例3的防止再度氧化方法的電子裝置的構(gòu)成斷面圖。
本實(shí)施例3的制造方法，如圖15所示，是在陶瓷基板1上形成金屬化層的鎳(Ni)層(或鎳合金層)2a，再在其上邊形成有機(jī)系絕緣級(jí)層15。在此有機(jī)系絕緣層15上開(kāi)孔使上述鎳(Ni)層2a露出來(lái)，在把已露了出來(lái)的鎳(Ni)層2a的表面的氧化物用上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?的表面處理方法除去之后，鍍以防止再度氧化的鍍層10。接著，就可以用釬料(或焊料)11焊接輸入輸出(I/O)管腳12。
在除去了鎳合金層2a的表面的氧化物4之后，通過(guò)鍍以用于防止再度氧化的鍍層10，半導(dǎo)體集成電路(LSI)等的輸入輸出(I/O)管腳12與陶瓷基板1之間的電連就可以變?yōu)榱己谩?br> 此外，在用激光5除去了氧化膜4之后，在約過(guò)了一周之后，則即便是不鍍用于防止再度氧化的鍍層10(鍍金)，也可以電性良好的狀態(tài)用釬料(或焊料)11把輸入輸出(I/O)管腳12與陶瓷基板1上的鎳(Ni)層2a連接起來(lái)。
圖16示出了不用示于圖15的輸入輸出(I/O)管腳12，用釬料(或焊料)11直接把電子裝置與陶瓷基板1上的鎳(Ni)層2a電連起來(lái)的情況。
在這樣的情況下，雖然現(xiàn)有技術(shù)必須用助焊劑進(jìn)行連接，但在本實(shí)施例3的方法中，不需要助焊劑。
實(shí)施例4圖17A和圖17B是用于說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路等電子裝置的制造方法的實(shí)施例4的圖，圖17A是平面圖、圖17B是圖17A的A-A線剖開(kāi)的斷面圖。
如圖17A、17B所示，本實(shí)施例4的制造方法是先在有機(jī)系絕緣層15的上層上形成與有機(jī)系絕緣層15緊密粘接性好的金屬膜13(例如鉻(Cr)、鈦(Ti))，再在其上邊形成鎳(Ni)層(或鎳合金層)2a。在用上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?的表面處理方法除去了該鎳(Ni)層(或鎳合金層)2a的表面的氧化物(或有機(jī)物、炭等的殘?jiān)?之后，用超聲波熱壓方式把金帶或金絲14壓焊上去。
通常由于表面的氧化膜的緣故。在鎳(Ni)層或者鎳合金層2a上這種壓焊是困難的，但用上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?的方法除去氧化物，則可以良好地壓焊。
另外，在上述實(shí)施例中，假定表面處理的對(duì)象金屬為焊錫層3a鎳(Ni)層2a，但本發(fā)明不受限于此，可以應(yīng)用于需要除去氧化物或有機(jī)物等的各種金屬。
不用說(shuō)在這種情況下因金屬材質(zhì)的不同要適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)激光的能量。
此外，以脈沖激光為例進(jìn)行了說(shuō)明，但如果加上控制方法使金屬組織本身不熔融的話，則即使是用CO激光器等長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光連續(xù)進(jìn)行照射也可獲得同樣的效果。
還有，有時(shí)也會(huì)因用激光照射而使表面的金屬組織熔融掉，但如果時(shí)間短就不要緊。
實(shí)施例5圖18的斷面圖示出了用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造裝置把要進(jìn)行焊接的電子裝置臨時(shí)固定上的電路基板的構(gòu)成。圖19的斜視圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子電路的制造裝置的構(gòu)成。圖20的斷面圖示出了處理容器的內(nèi)部構(gòu)造。圖21的說(shuō)明圖說(shuō)明了電子裝置的臨時(shí)固定中所使用的液體的例子。
在圖18-圖20中，示出了電子裝置21，臨時(shí)固定電子裝置21的液體22、焊接面23、電路基板24、焊料25、處理容器26、壓力控制部分27、氧濃度監(jiān)測(cè)部分28、溫度控制部分29、電子電路基板搬運(yùn)部分30、控制部分31、被處理電子電路基板32、炭膜電阻加熱器33、冷卻板34、氣體導(dǎo)入系統(tǒng)35和真空排氣系統(tǒng)36。
由用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行焊接的電子裝置和電路基板組成的被處理電子電路基板32如圖18所示，設(shè)有用焊料25制成的焊錫點(diǎn)端子的LSI等的電子裝置21，在用陶瓷、玻璃樹(shù)脂等形成的電路基板24上邊被構(gòu)成為用臨時(shí)固定液體22把電子裝置21臨時(shí)固定起來(lái)。這時(shí)，要進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，使將被焊接的電路基板24上所設(shè)置的焊接面23與電子裝置的焊料25之間的位置對(duì)準(zhǔn)。
對(duì)如上所述把電子裝置21臨時(shí)固定到電路基板24上的被處理電子電路基板32進(jìn)行處理，并把設(shè)于電子裝置21上的焊料25和設(shè)于電路基板24上的焊接面23焊接起來(lái)的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子電路的制造裝置，如圖19所示，由對(duì)示于圖18的被處理電子電路基板32進(jìn)行加熱、冷卻之類(lèi)的處理并進(jìn)行焊接的處理容器26、用于控制液體22的蒸發(fā)速度的壓力控制部分27、對(duì)形成于處理容器26的內(nèi)部的低氧濃度氣氛的氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的氧濃度監(jiān)測(cè)部分28、對(duì)被處理電子電路基板32加熱的炭膜電阻加熱器進(jìn)行溫度控制的溫度控制部分29，用于自動(dòng)處理一連串動(dòng)作的電子電路基板搬運(yùn)部分30和對(duì)整個(gè)裝置的自動(dòng)控制進(jìn)行處理的控制器31構(gòu)成。
而且，在處理容器26里邊，如圖20所示，配置有用于對(duì)被處理電子電路基板32進(jìn)行加熱的炭膜電阻加熱器33、和把已被加熱的炭膜電阻加熱器33及被處理電子電路基板32進(jìn)行冷卻的金屬制的水冷式冷卻板34，而且被處理電子電路基板32被裝到炭膜電阻加熱器33上進(jìn)行處理。
另外，在處理容器26上，連接有氣體導(dǎo)入系統(tǒng)35和真空排氣系統(tǒng)36，以控制處理容器26里邊的處理氣氛。
還有，用處理容器26，氣體導(dǎo)入系統(tǒng)35、真空排氣系統(tǒng)36和炭膜電阻加熱器33的加熱方法構(gòu)成了回流加熱裝置。
其次，說(shuō)明用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子電路的制造裝置進(jìn)行焊接的方法。
首先，用分配器(沒(méi)有畫(huà)出來(lái))事先向電路基板24上供給已控制其量的液體22。該供給量被控制為覆蓋上焊料25和焊接面23、而且，不會(huì)因液體22的表面張力等等使電子裝置21往上抬。其次，使已事先供給焊料25的LSI等電子裝置21和已涂上液體22的電路基板24上的焊接面23進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，把電子裝置21裝到電路基板24上邊。
已裝上電子裝置21的電路基板24將變成如圖18所示的那種被處理電子電路基板32，該被處理電子電路基板32被放到圖19的制造裝置的電子電路基板搬運(yùn)部分30上。被放到電子電路基板搬運(yùn)部分30上的被處理電子電路基板32、如圖20所示，用機(jī)器手移往處理容器26中的碳膜電阻加熱器33上。
其次，用由旋轉(zhuǎn)泵等構(gòu)成的真空排氣系統(tǒng)36排出處理容器26里邊的氣體，并用可以調(diào)整流量、壓力的氣體導(dǎo)入系統(tǒng)35，導(dǎo)入已把He、N等的非氧化性氣體，或者H和N進(jìn)行了混合的還原性氣體等等。使處理容器26的內(nèi)部一次返回到大氣壓。這時(shí)，用氧濃度監(jiān)測(cè)器部分28測(cè)定處理容器26內(nèi)的氧濃度，并在氧濃度未下降到指定的濃度(理想的是10ppm以下)的時(shí)候，反復(fù)進(jìn)行上述的真空排氣和氣體導(dǎo)入直到形成了指定的低氧濃度氣氛為止。低氧濃度氣氛具有防止加熱中的被處理電子電路基板32中的電路基板24、電子裝置21的焊接面、焊料25氧化的效果。
在處理器26內(nèi)的低氧濃度氣氛的形成結(jié)束后，在長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)加熱中是否有異常產(chǎn)生的同時(shí)，要用來(lái)自炭膜電阻加熱器33的直接熱傳導(dǎo)加熱被處理電子電路基板32。這種加熱用溫度控制部分29進(jìn)行控制，溫度被設(shè)定為此焊料25的熔點(diǎn)高。比如說(shuō)，在焊料25的熔點(diǎn)為221℃的情況下，把炭膜電阻加熱器33的溫度設(shè)定為250℃。
加熱開(kāi)始后，為了所電子裝置21臨時(shí)固定到電路基板24上而使用的液體22就開(kāi)始蒸發(fā)。在想促進(jìn)或抑制這一蒸發(fā)的時(shí)候，可把形成上述低氧濃度氣氛時(shí)的氣體導(dǎo)入壓力事先設(shè)定為比大氣壓低或者高。接下來(lái)，在焊料25熔融且焊接完畢之后，把冷卻水供往金屬制的水冷式冷卻板34，冷卻已被加熱的碳膜電阻加熱器33和被處理電子電路基板32，并用基板搬運(yùn)部分30取出被處理電子電路基板32。
其次，具體地說(shuō)明使用本發(fā)明的裝置使被處理電子電路基板32中的液體22全部蒸發(fā)，略去焊接后的清洗工序，在電路基板24上焊接電子裝置21的方法。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)作為所使用的焊料使用的是熔點(diǎn)221℃的焊料，且把炭膜電阻加熱器33的溫度設(shè)定為250℃。
此外，作為用于把電子21固定到電路基板24上的液體，比如說(shuō)使用圖21所示的那種不含松香的酒精系統(tǒng)的液體。
示于圖21的液體A是一種乙二醇、其沸點(diǎn)為197℃，與所用焊料25的熔點(diǎn)221℃相比其沸點(diǎn)比較低。在使用這樣的液體的時(shí)候，隨著用炭膜電阻加熱器33開(kāi)始加熱、被處理電子電路基板32的溫度上升，液體開(kāi)始蒸發(fā)。在本實(shí)施例中，由于用的是熔點(diǎn)為221℃的焊料且炭膜電阻加熱器33的溫度最大上升到250℃，故在焊接完畢之前液體就全部被蒸發(fā)了。在液體全部蒸發(fā)、焊料25完全熔融并進(jìn)行完焊接的狀態(tài)下，向冷卻板34供給冷卻水，以冷卻已被加熱了的炭膜電阻加熱器33和被處理電子電路基板32，并用基板搬運(yùn)部分30取出被處理電子電路基板32。
如上所述，用與所使用的焊料25的熔點(diǎn)相比為低沸點(diǎn)的液體臨時(shí)把電子裝置21固定到電路基板24上的情況下，由于在本實(shí)施例中，可以進(jìn)行焊接而不會(huì)留下一點(diǎn)為了監(jiān)時(shí)固定而使用的液體，故可以省去焊接后的清洗等等的工序。
另一方面，示于圖21的液體B是三甘醇，其沸點(diǎn)是287℃、與所用焊料25的熔點(diǎn)221℃相比其沸點(diǎn)較高。在使用這種液體的情況下，即使用炭膜電阻加熱器33開(kāi)始加熱，被處理電子電路基板32的溫度上升，液體的蒸發(fā)遲緩，結(jié)果是焊接完畢時(shí)液體也不會(huì)完全蒸發(fā)而剩下來(lái)。
因而，為了解決這一問(wèn)題，在焊接結(jié)束之后對(duì)處理容器26內(nèi)進(jìn)行真空排氣以使其內(nèi)部壓力下降。這樣，到用冷卻板34冷卻被處理電子電路基板32之前，能夠使液體完全蒸發(fā)，與使用液體A時(shí)的情況相同，可以省去焊接后的清洗等等的工序。
上述液體A，B的蒸發(fā)控制，要這樣進(jìn)行控制處理容器26內(nèi)的壓力并控制液體的蒸發(fā)速度，使得在進(jìn)行焊接處理期間，臨時(shí)固定電子裝置的液體一直殘存到焊錫熔融，而且，在用焊錫的熔融完成焊接時(shí)全蒸發(fā)掉。借助于焊錫熔融之前留有液體的辦法，在某種程度的氧殘存著的氣氛中進(jìn)行處理時(shí)，也可以防止焊接部分的氧化，從而得以進(jìn)行可靠性更高的焊接。
如以上所說(shuō)明的那樣，倘采用本發(fā)明，則通過(guò)采用對(duì)焊料等的金屬表面照射以其能量比使金屬表面的組織產(chǎn)生變化的能量小的激光的辦法，不使用助焊劑就可以除去金屬表面的氧化膜。
此外，用特定的液體把電子裝置和電路基板臨時(shí)固定，并在低氧濃度氣氛中加熱熔融焊料，通過(guò)采用這種辦法就可以防止加熱中的電路基板，電子裝置的焊接面和焊接的氧化，從而可進(jìn)行可靠性高的焊接。
另外，采用本發(fā)明，則不再需要使用氟立昂等助焊劑清洗工藝，可以防止對(duì)地球環(huán)境的不利影響的同時(shí)，還可以謀求生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工序數(shù)的削減。
權(quán)利要求
1.一種把電子裝置配置于電路基板上并使已形成于上述電子裝置或上述電路基板上的焊料加熱熔融以把上述電子裝置和上述電路基板連接起來(lái)的電子電路的制造方法，其特征為包括下述工序向上述焊料上照射激光的工序；使上述電子裝置對(duì)準(zhǔn)上述電路基板上的所希望的位置并安裝上去的工序；在低氧濃度氣氛中加熱熔融上述焊料的工序；把上述電子裝置和上述電路基板連接起來(lái)的工序。
2.權(quán)利要求1所述的電子電路的制造方法，其特征為上述照射激光的工序中還包括把上述激光的能量密度調(diào)整為比此使上述焊料熔融的能量密度小的能量密度的工序。
3.權(quán)利要求2所述的電子電路的制造方法，其特征為上述調(diào)整激光的能量密度的工序中還包括把上述激光的能量密度調(diào)整為0.5J/cm2到4.0J/cm2中任何一個(gè)值的工序。
4.權(quán)利要求3所述的電子電路的制造方法，其特征為上述照射激光的工序中還包括把上述激光照到上述焊料的一部分上并照射6-10次中的任何次數(shù)的工序。
5.權(quán)利要求1所述的電子電路的制造方法，其特征為把上述電裝置裝到上述電路基板上的工序中還包括把液體供給到上述電路基板上的工序；使上述電子裝置對(duì)準(zhǔn)并裝配到已供給上述液體的上述電路基板上所希望位置上去的工序。
6.權(quán)利要求5所述的電子電路的制造方法，其特征為還包括上述液體是不含松香的酒精溶液。
7.權(quán)利要求5所述的電子電路的制造方法，其特征為，在上述處理容器中加熱熔融上述焊料的工序中還包括控制上述處理容器內(nèi)部的壓力以控制上述液體的蒸發(fā)速度的工序。
8.權(quán)利要求1所述的電子電路的制造方法，其特征為在上述低氧濃度氣氛中加熱熔融焊料的工序中還包括把上述電路基板配置于處理容器內(nèi)的工序；在上述處理容器的內(nèi)部形成指定濃度的低氧濃度氣氛的工序；在上述處理容器中加熱熔融上述焊料的工序。
9.權(quán)利要求8所述的電子電路的制造方法，其特征為，在上述處理容器內(nèi)部形成指定氧濃度的低氧濃度氣氛的工序中還包括對(duì)上述處理容器內(nèi)部進(jìn)行真空排氣的工序；向上述處理容器內(nèi)部導(dǎo)入氣體的工序。
10.權(quán)利要求9所述的電子電路的制造方法，其特征為包括作為上述氣體，導(dǎo)入非氧化性氣體或還原性氣體的工序。
11.權(quán)利要求1所述的電子電路的制造方法，其特征為包括把上述電子裝置和上述電路基板連接上之后，冷卻上述電路基板的工序。
12.一種先把部件配置到電路基板上，再在處理容器內(nèi)加熱熔融已形成于上述部件或上述電路基板上的焊錫點(diǎn)或焊錫層、把上述電子裝置和上述電路基板連接起來(lái)的電子電路的制造方法，其特征為包括以下工序向上述焊錫點(diǎn)或焊錫層上照射激光的工序；向上述電路基板供給不含松香的酒精溶液的工序；把上述部件對(duì)準(zhǔn)并裝配到已供給上述液體的上述電路基板上所希望的位置上的工序；把上述電路基板配置到處理容器內(nèi)的工序；在上述處理容器內(nèi)部形成指定濃度的低氧濃度氣氛的工序；在上述處理容器中加熱熔融焊錫點(diǎn)或焊錫層的工序；把上述部件和上述電路基板連接起來(lái)的工序。
13.權(quán)利要求12所述的電子電路的制造方法，其特征為上述照射激光的工序中還包括把上述激光的能量密度調(diào)整為使其能量密度比使上述焊錫點(diǎn)或者焊錫層熔融的能量密度小的工序。
14.權(quán)利要求13所述的電子電路的制造方法，其特征為，上述激光的能量密度調(diào)整工序中還包括把上述激光的能量密度調(diào)整為0.5J/cm2～4.0J/cm2中的任何一個(gè)值的工序。
15.權(quán)利要求12所述的電子電路的制造方法，其特征為包括上述酒精溶液是乙醇或者三甘醇。
16.權(quán)利要求12所述的電子電路的制造方法，其特征為，在上述處理容器內(nèi)部形成指定濃度的低氧濃度氣氛的工序中還包括對(duì)上述處理容器內(nèi)部進(jìn)行真空排氣的工序；向上述處理容器內(nèi)部導(dǎo)入非氧化性氣體或者還原性氣體的工序。
17.權(quán)利要求12所述的電子電路的制造方法，其特征為，在上述處理容器內(nèi)加熱熔融上述焊錫點(diǎn)或焊錫層的工序中還包括控制上述處理容器內(nèi)部的壓力以控制上述液體的蒸發(fā)速度的工序。
18.權(quán)利要求12所述的電子電路的制造方法，其特征為包括把上述部件與上述電路基板連起來(lái)之后，冷卻上述電路基板的工序。
19.一種把在下表面上已形成多個(gè)焊錫點(diǎn)的LSI配置在電路基板上，再在處理容器中加熱熔融上述LSI下表面上的焊錫點(diǎn)以把上述LSI和上述電路基板連起來(lái)的電子電路的制造方法，其特征為包括以下工序向上述焊錫點(diǎn)上照射已把能量密度調(diào)整為比使上述焊錫點(diǎn)熔融的能量密度小的能量密度的激光以?xún)艋稿a點(diǎn)的工序；向上述電路基板上供給不含松香的酒精溶液的工序；把上述LSI對(duì)準(zhǔn)并裝載到已供給上述酒精溶液的上述電路基板上所希望的位置并進(jìn)行臨時(shí)固定的工序；把上述電路基板配置于處理容器內(nèi)的工序；在上述處理容器內(nèi)部形成指定濃度的低氧濃度氣氛的工序；在上述處理容器中加熱熔融上述焊錫點(diǎn)的工序；連接上述LSI和上述電路基板的工序；冷卻上述電路基板的工序。
20.權(quán)利要求19所述的電子電路的制造方法，其特征為，在上述處理容器中加熱熔融上述焊錫點(diǎn)的工序中還包括控制上述處理容器內(nèi)部的壓力，以控制蒸發(fā)速度，使得在上述焊錫點(diǎn)已熔融時(shí)上述酒精溶液應(yīng)全部蒸發(fā)。
全文摘要
提供一種應(yīng)用金屬表面處理方法，不使用助焊劑就可進(jìn)行焊接的電子電路的制造方法。上述金屬表面處理方法不必使用復(fù)雜的工藝就可以簡(jiǎn)單且不給電子裝置或電路基板帶來(lái)不利影響地除去金屬表面的氧化膜或有機(jī)物、炭等等。在用焊料連接電子裝置和電路基板之際，先向焊料上照射激光以?xún)艋噶?，然后把電子裝置進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)并裝配到上述電路基板上，再在低氧濃度氣氛中加熱熔融焊料把電子裝置和電路基板連起來(lái)。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1140389SQ9610029
公開(kāi)日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1996年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者片山薰, 福田洋, 和井伸一, 太田敏彥, 巖田泰宏, 白井貢, 田村光范 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所