【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般電子部品や能
動部品等の回路部品の接合方法および電子回路装置に関
する。The present invention relates to a method for joining circuit parts such as general electronic parts and active parts, and an electronic circuit device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、抵抗やコンデンサ等の一般電
子部品やIC、半導体レーザ等の能動部品の実装において
は、はんだによる接合が広く一般的に行われている。し
かし、最近の電子回路装置の小型化、高密度化、多機能
化により、はんだ接合部も微細化、高集積化を要求され
ている。このため、実装形態も急速に変化しつつあり、
QFP等のパッケージの小型化、狭ピッチ化だけでなく、T
AB、フリップチップ方式といったベアチップ実装技術が
注目されている。その中で、フリップチップ方式は、QF
PやTAB方式がチップ周辺から端子を出すのに比べ、チッ
プ全面から取り出すため、チップの多端子化や、配線長
が短くなることにより優れた電気特性を示す。さらに、
この方式は、球状のはんだにより接合されているため、
部品の位置合わせ時に生じた位置ずれを、はんだ溶融時
に働く表面張力によって、ずれを自己補正するというセ
ルフアライメント効果が特徴である。2. Description of the Related Art Conventionally, in the mounting of general electronic components such as resistors and capacitors and active components such as ICs and semiconductor lasers, soldering has been widely and generally performed. However, with the recent miniaturization, high density, and multifunctionality of electronic circuit devices, miniaturization and high integration of solder joints are required. For this reason, the mounting form is also changing rapidly,
In addition to the miniaturization and narrow pitch of packages such as QFP,
Bare-chip mounting technologies such as AB and flip-chip methods are attracting attention. Among them, the flip chip method is QF
Compared to the P or TAB method in which the terminals are exposed from the periphery of the chip, since the terminals are extracted from the entire surface of the chip, excellent electrical characteristics are exhibited by increasing the number of terminals of the chip and shortening the wiring length. further,
Because this method is joined by spherical solder,
It is characterized by a self-alignment effect of correcting self-alignment caused by misalignment caused during component alignment by surface tension acting during solder melting.
【０００３】さて、上記実装方式に限らず、はんだ接合
においては、部品を基板上に搭載してから接合するまで
の仮固定は、粘性のあるフラックスや仮固定用接着剤に
より行われている。しかし、フラックスは、接合部表面
の清浄化や再酸化防止というはんだ接合に必要不可欠な
作用を及ぼす一方、その残渣を洗浄するために用いられ
るフロンやトリクロロエタン等の有機溶剤が、オゾン層
を破壊するという環境問題を引き起こしている。この問
題を解決するために、無洗浄フラックスが開発されてい
るが、フラックス残渣が接合部に残ってしまうため、マ
イグレーションや腐食など接続信頼性の点で問題がある
だけでなく、特に、上記フリップチップ方式の接合で
は、その粘性により、セルフアライメント効果を阻害す
る可能性がある。また、仮固定用接着剤についても、フ
リップチップ方式のような部品全面が接合部となるよう
な場合には、用いることができない。[0003] Not only in the above-mentioned mounting method, but in solder joining, temporary fixing from mounting of components on a substrate to joining is performed by viscous flux or temporary fixing adhesive. However, while the flux has an essential function for soldering, such as cleaning the joint surface and preventing re-oxidation, the organic solvent used to clean the residue, such as freon and trichloroethane, destroys the ozone layer. Is causing environmental problems. In order to solve this problem, non-cleaning flux has been developed.However, since flux residue remains at the joint, there is a problem not only in connection reliability such as migration and corrosion, but also in the above-mentioned flip-flop. In chip-type bonding, there is a possibility that the self-alignment effect may be impaired due to its viscosity. Also, the temporary fixing adhesive cannot be used in the case where the entire surface of the component becomes a joint, such as in a flip chip system.
【０００４】これらの問題を解決するために、はんだ融
点以上の沸点を有し、はんだ加熱溶融工程において接合
完了後に気化する液体、例えばアルコール類を、フラッ
クスの代わりに用いて固定する方式が、特開平6−32644
9号公報に示されている。これにより、液体の表面張力
により、部品が仮固定されるとともに、液体は気化して
しまうので、洗浄の必要もない。また、同一基板上に複
数個接合する場合も、一個ずつ上記液体により仮固定す
れば、すべて搭載した後に、一度に加熱溶融し接合する
ことができる。さらに、セルフアライメント効果を阻害
されないので、高精度の位置合わせ、搭載を必要とせず
に、高精度のはんだ接合が可能となる。In order to solve these problems, a method of fixing a liquid having a boiling point equal to or higher than the melting point of the solder and evaporating after the completion of the joining in the solder heating and melting step, for example, alcohols, instead of the flux, is used. Kaihei 6-32644
No. 9 discloses this. Thereby, the components are temporarily fixed by the surface tension of the liquid, and the liquid is vaporized, so that there is no need for cleaning. Also, in the case of joining a plurality of pieces on the same substrate, if they are temporarily fixed one by one with the liquid, after all of them are mounted, they can be heated and melted at once and joined. Furthermore, since the self-alignment effect is not hindered, high-precision solder joining is possible without requiring high-precision alignment and mounting.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前記、特開平6−32644
9号公報におけるはんだ仮固定および接合方法は、位置
合わせ搭載から接合の工程までに、長期保存を必要とす
る場合、その間の雰囲気により液体が蒸発してしまった
り、接合工程による加熱で、液体の突沸等により、セル
フアライメントで許容できない位置ずれを生じるという
問題がある。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Publication No.
In the solder temporary fixing and joining method described in Japanese Patent Publication No. 9, when long-term storage is required from the alignment mounting to the joining process, the liquid evaporates due to the atmosphere during the process, or the liquid is heated by the joining process. There is a problem that an unacceptable position shift occurs in self-alignment due to bumping or the like.
【０００６】また、光素子などの接合では、光軸を合わ
せるために、他の部品に比べ、より高精度のアライメン
トが必要となるだけでなく、上記液体の使用で、光が入
出射する部分が液体に接触し、液体中のわずかの不純物
が気化後もその部分に残っていると、入出力損失を起こ
してしまう等の問題がある。[0006] In addition, in joining optical elements and the like, not only does it require higher precision alignment than other parts in order to align the optical axis, but also a portion through which light enters and exits due to the use of the liquid. If the liquid comes into contact with the liquid and a small amount of impurities in the liquid remain in that part even after vaporization, there is a problem that input / output loss occurs.
【０００７】さらに、光素子などの部品を同一基板上に
複数個接合する場合、高精度の光軸調整を必要とするた
め、一個ずつ位置合わせ搭載、接合を行うので、時間を
要するとともに、次の素子を接合する際に、前の接合部
のはんだが再溶融してずれてしまうという問題がある。
また、部品を接合するごとに加熱されるため、電極上の
メタライズが、拡散により消費されてはがれてしまう可
能性がある。つまり、微細かつ多点の接合部を簡便に仮
固定するともに、高精度にはんだ接合することが、重要
な課題である。Further, when a plurality of components such as optical elements are bonded on the same substrate, high-precision optical axis adjustment is required. When the elements are joined, there is a problem that the solder at the previous joint is re-melted and displaced.
In addition, since the heating is performed every time the components are joined, the metallization on the electrodes may be consumed and peeled off by diffusion. In other words, it is an important task to easily temporarily fix fine and multipoint joints and to perform high-precision solder joining.
【０００８】したがって、本発明の目的は、簡便なプロ
セスで、作業性、生産性に優れ、低コストな高精度はん
だ接合を行うはんだ接合方法および電子回路装置を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a soldering method and an electronic circuit device for performing high-precision soldering at low cost with excellent workability and productivity in a simple process.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題は、被接合部の
一方にはんだ材を、他方にメタライズを設けて、両者を
接触、加熱することで仮固定を行い、その後の本接合の
加熱時には、はんだ中にメタライズをすべて拡散・溶解
させることで解決される。The object of the present invention is to provide a temporary fixing by providing a solder material to one of the parts to be joined and a metallization to the other part, and contacting and heating the two parts. The problem is solved by diffusing and dissolving all the metallization in the solder.
【００１０】本発明では、仮固定を行うため、接合部の
片方の電極上にはんだ材を形成させ、もう片方の電極上
に、メタライズを形成させる。この際、はんだとメタラ
イズは溶解や拡散しやすいものを選択することが望まし
い。これにより、はんだとメタライズとを接触、加熱す
ることで両者の一部が固相拡散または溶解し、仮固定さ
れる。そして、本接合を行う際、仮固定部のはんだ中に
メタライズが、全て拡散・溶解してしまうように、加熱
温度、加熱時間を設定することで、仮固定部がフリーと
なる。このため、フラックスや接着剤、液体等を用い
ず、接合部やその周辺を清浄に保ったまま仮固定できる
とともに、本接合時に仮固定が解除されることで、本接
合部に影響を与えずに接合が完了できる。In the present invention, in order to perform the temporary fixing, a solder material is formed on one electrode of the joint and a metallization is formed on the other electrode. In this case, it is desirable to select a solder and a metallization that are easily melted or diffused. In this way, by contacting and heating the solder and the metallization, a part of the two is solid-phase diffused or melted and temporarily fixed. Then, when performing the actual bonding, the temporary fixing portion is free by setting the heating temperature and the heating time so that the metallization in the temporary fixing portion is completely diffused and dissolved in the solder. For this reason, it is possible to temporarily fix the joint and its surroundings without using a flux, an adhesive, a liquid, or the like, while keeping the joint and the periphery thereof clean. Can be completed.
【００１１】また、仮固定部のはんだやメタライズの量
を一定に保つことで、メタライズが全て拡散・溶解した
後の仮接合部のはんだにより、被接合部間の距離を一定
にほじすることが可能となる。Also, by keeping the amount of solder and metallization in the temporary fixing portion constant, the distance between the portions to be bonded can be fixed by the solder in the temporary bonding portion after all the metallization is diffused and melted. It becomes possible.
【００１２】図２の工程図を代表例として、本発明の原
理を具体的に説明する。まず、同図（ａ）に示すよう
に、仮固定を行うため、部品または、基板側電極上に、
はんだを蒸着やめっき等により形成させるとともに、そ
れに対応した、もう一方の基板または部品電極上にメタ
ライズを蒸着やめっき等により形成させる。その際、接
合時の加熱によって、メタライズがはんだ中へ全て拡散
・溶解するように、はんだおよびメタライズの量を決め
て形成させる。次に同図（ｂ）に示すように、被接合部
どうしを接触させ、加熱することで、はんだとメタライ
ズの一部が固相拡散または溶解して接合され、仮固定さ
れる。そして同図（ｃ）のように、本接合を行うため、
加熱する。なお、加熱は、本接合部のはんだが溶融する
だけでなく、雁固定部のメタライズ全てが、仮固定部の
はんだに拡散または溶解するように、加熱温度や加熱時
間等の設定する。これにより、本接合部のはんだが溶融
してはんだがぬれ広がって行く際、仮固定部はメタライ
ズが全て消費されているため、仮固定部はんだとメタラ
イズ側の電極は接合が解除されている。The principle of the present invention will be specifically described with reference to the process chart of FIG. First, as shown in FIG. 2A, in order to perform temporary fixing, on a component or a substrate-side electrode,
The solder is formed by vapor deposition or plating, and a metallization is formed on the other substrate or component electrode by vapor deposition or plating. At this time, the amounts of the solder and the metallization are determined so that the metallization is completely diffused and dissolved in the solder by heating at the time of joining. Next, as shown in FIG. 2B, the parts to be joined are brought into contact with each other and heated, so that the solder and a part of the metallization are solid-phase diffused or melted and joined and temporarily fixed. Then, as shown in FIG.
Heat. The heating is performed by setting the heating temperature and the heating time so that not only the solder in the main bonding portion is melted but also all the metallized portions in the goose fixing portion are diffused or dissolved in the solder in the temporary fixing portion. As a result, when the solder in the main bonding portion is melted and the solder spreads, the metallization is completely consumed in the temporary fixing portion, so that the bonding between the temporary fixing portion solder and the electrode on the metalized side is released.
【００１３】したがって、本接合部において、はんだの
表面張力によって接合部の位置ずれを補正するセルフア
ライメント等の溶融はんだの動きが、仮固定部に妨げら
れることなく、接合が完了し、同図（ｄ）に示すとお
り、良好な接合が行われる。これにより、接合する部品
を簡便にかつ、清浄に仮固定するとともに、本接合時
に、仮固定部の接合を解除することで接合部の溶融はん
だの動きを妨げないような仮固定を行うことが可能とな
る。Therefore, in the main joint, the joining is completed without the movement of the molten solder such as self-alignment for correcting the displacement of the joint due to the surface tension of the solder being hindered by the temporary fixing part. As shown in d), good bonding is performed. This makes it possible to simply and cleanly temporarily fix the components to be joined, and to temporarily fix such that the movement of the molten solder in the joined portion is not hindered by releasing the joining of the temporarily fixed portion during the actual joining. It becomes possible.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面にしたがって本発明の
実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１５】（実施例１）図１は本発明における第１の
実施例の説明図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is an explanatory view of a first embodiment of the present invention.
【００１６】同図に示すとおり、電子部品１上の電極２
ａに、はんだ３例えばAu20wt％Sn共晶はんだを蒸着やめ
っき等により形成させる。それと同様に、仮固定するた
めの電極４ａ上に、仮固定用はんだ５例えばSnを蒸着や
めっき等により形成する。また、電子回路基板６上に、
電子部品１の電極２ａと対応して、電極２ｂおよびメタ
ライズ７例えばAuを蒸着またはめっきで形成する。さら
に、電子部品１の仮固定用電極４ａに対応した基板６上
の仮固定用電極４ｂに仮固定用メタライズ８例えばAuを
蒸着またはめっきにより形成する。この場合、仮固定用
はんだSn５および仮固定用メタライズAu８は、その一部
が固相拡散により接合されることで仮固定される。さら
に、本接合、つまりAu20wt％Sn共晶はんだ３による接合
時に、溶融した仮固定用はんだ５のSn中に仮固定用メタ
ライズ７のAuがすべて溶解してしまうように、それぞれ
Sn、Auの量を設定して形成する。As shown in FIG.
a, a solder 3, for example, a eutectic solder of Au 20 wt% Sn is formed by vapor deposition or plating. Similarly, a temporary fixing solder 5 such as Sn is formed on the electrode 4a for temporary fixing by vapor deposition, plating, or the like. Also, on the electronic circuit board 6,
In correspondence with the electrode 2a of the electronic component 1, an electrode 2b and a metallization 7 such as Au are formed by vapor deposition or plating. Further, a temporary fixing metallization 8 such as Au is formed on the temporary fixing electrode 4b on the substrate 6 corresponding to the temporary fixing electrode 4a of the electronic component 1 by vapor deposition or plating. In this case, the temporary fixing solder Sn5 and the temporary fixing metallized Au8 are temporarily fixed by partially joining them by solid phase diffusion. Further, at the time of the main bonding, that is, the bonding with the Au 20 wt% Sn eutectic solder 3, the Au of the temporary fixing metallization 7 is completely dissolved in the molten Sn of the temporary fixing solder 5.
It is formed by setting the amounts of Sn and Au.
【００１７】図２は本発明によるはんだ仮固定方法を用
いて、基板６上に部品１を接合する断面工程図を示した
ものである。FIG. 2 is a sectional process view of bonding the component 1 on the substrate 6 by using the solder temporary fixing method according to the present invention.
【００１８】同図（ａ）に示すとおり、電子部品例えば
レーザダイオード等の光素子１の電極２ａ上に、光回路
基板６と接続するためはんだ３例えばAu20wt％Sn共晶は
んだ（融点：280℃）を蒸着により形成する。また、仮
固定用の電極４ａ上にもはんだ５例えばSn（融点：２３
２℃）を同じく蒸着により形成する。一方、光回路基板
６上の電極２ｂにはメタライズ７例えばAuを蒸着により
形成させるとともに、仮固定用電極４ｂ上にも、仮固定
用のメタライズ８例えばAuを蒸着にて形成する。但し、
仮固定用のはんだ５とメタライズ８については、本接合
の加熱時に、仮固定用のはんだ５が溶融し、仮固定用の
メタライズ８がそのはんだ５中にすべて溶解してしまう
ように、それぞれの量を決定する必要がある。例えば、
本接合のためのはんだとしてAu20wt％Sn共晶はんだを、
仮固定用のはんだとメタライズとしてSn，Auをそれぞれ
用いる場合、Au20wt％Sn共晶はんだ接合のために320℃
まで加熱するとすれば、SnとAuの重量比が約７：３より
もAuが少なくなるように設定する。次に同図（ｂ）に示
すように、仮固定を行うため、仮固定用はんだ５と仮固
定用メタライズ８を接触させ、加熱することで、一部を
固相拡散させて仮固定する。仮固定用のはんだとメタラ
イズがSnとAuの場合、例えば、Snの融点以下である200
℃まで加熱する。その際、SnとAuの表面の酸化膜や汚染
膜を除去するために、荷重を加えた方が望ましい。ま
た、部品１を基板６上の位置合わせ搭載する際には、仮
固定用はんだ５と仮固定用メタライズ８が接触するだけ
でなく、本接合の加熱時に、電極２ａ上のはんだ３が溶
融して、対応するメタライズ７に接触するように搭載す
る必要がある。As shown in FIG. 1A, a solder 3 such as Au 20 wt% Sn eutectic solder (melting point: 280 ° C.) for connecting to an optical circuit board 6 is placed on an electrode 2 a of an optical element 1 such as a laser diode or the like. ) Is formed by vapor deposition. The solder 5 such as Sn (melting point: 23) is also provided on the electrode 4a for temporary fixing.
2 ° C.). On the other hand, a metallization 7 such as Au is formed on the electrode 2b on the optical circuit board 6 by vapor deposition, and a metallization 8 such as Au is temporarily formed on the temporary fixing electrode 4b by vapor deposition. However,
The solder 5 for temporary fixing and the metallized 8 are respectively melted so that the solder 5 for temporary fixing is melted and the metallized 8 for temporary fixing is completely dissolved in the solder 5 at the time of heating of the final bonding. The amount needs to be determined. For example,
Au20wt% Sn eutectic solder is used as the solder for this bonding.
When Sn and Au are used as the solder for temporary fixing and metallization, respectively, 320 ° C for Au20wt% Sn eutectic solder joint
If heating is performed up to, the weight ratio of Sn to Au is set so that Au is less than about 7: 3. Next, as shown in FIG. 2B, in order to perform temporary fixing, the temporary fixing solder 5 and the temporary fixing metallization 8 are brought into contact with each other and heated, whereby a part is solid-phase diffused and temporarily fixed. When the solder and metallization for temporary fixing are Sn and Au, for example, the melting point of Sn is 200 or less.
Heat to ° C. At this time, it is desirable to apply a load in order to remove an oxide film and a contaminant film on the surface of Sn and Au. In addition, when the component 1 is mounted on the substrate 6 for alignment, not only the temporary fixing solder 5 and the temporary fixing metallization 8 come into contact with each other, but also the solder 3 on the electrode 2a melts during the heating of the final bonding. Therefore, it is necessary to mount it so as to contact the corresponding metallization 7.
【００１９】次に同図（ｃ）に示すように、本接合を行
うために、加熱を行う。例えば、Au20wt％Sn共晶はんだ
の場合、約320℃まで加熱する。この時、仮固定用はん
だ５も溶融して、メタライズ８は、はんだ５中へ、すべ
て溶解してしまう。この結果、仮固定用はんだ５と基板
６上の仮固定用電極４ｂは接合が解除される。一方、本
接合部では、溶融したはんだ３の表面張力により、素子
１と基板６との位置ずれを自己補正するセルフアライメ
ントが行われる。その際、仮固定部分の接合は、解除さ
れているため、セルフアライメント挙動を妨げること無
く、同図（ｄ）に示すように、位置ずれを補正して、良
好な接合が完了する。また、加熱中の雰囲気について
は、はんだやメタライズの表面酸化をおさえるために、
N2やAr等の不活性雰囲気中、または、H2とN2の混合等に
よる還元雰囲気中である方が望ましい。Next, as shown in FIG. 1C, heating is performed to perform the main bonding. For example, in the case of Au 20 wt% Sn eutectic solder, it is heated to about 320 ° C. At this time, the temporary fixing solder 5 is also melted, and the metallization 8 is completely dissolved in the solder 5. As a result, the bonding between the temporary fixing solder 5 and the temporary fixing electrode 4b on the substrate 6 is released. On the other hand, at the main joint, self-alignment for self-correction of a displacement between the element 1 and the substrate 6 is performed by the surface tension of the molten solder 3. At this time, since the bonding of the temporarily fixed portion has been released, the positional deviation is corrected without hindering the self-alignment behavior, as shown in FIG. In addition, for the atmosphere during heating, to suppress surface oxidation of solder and metallization,
It is desirable to be in an inert atmosphere such as N2 or Ar, or in a reducing atmosphere by mixing H2 and N2.
【００２０】以上のような工程により、部品や素子を複
数個、簡便に仮固定した後、一挙にリフローしても、仮
固定部がはんだのセルフアライメント挙動を阻害するこ
となく、高精度の接合が効率よく可能となる。According to the above-described steps, even if a plurality of components and elements are temporarily temporarily fixed easily and then reflowed all at once, the temporary fixing portion does not hinder the self-alignment behavior of the solder, and a high-precision bonding is performed. Can be efficiently performed.
【００２１】（実施例２）図３は、本発明における第２
の実施例の説明図である。同図（ａ）に示すとおり、電
子部品１、例えば、ＢＧＡ部品上の電極２ａに、電子回
路基板６と接合するために、球状はんだ３ａを形成させ
る。その際のはんだとしては、例えば、Sn3.5wt％Agの
はんだを用いる。また、基板６の電極２ｂ上には、メタ
ライズ７として、例えばCr、Ni、Auの順で蒸着により形
成する。次に、同図（ｂ）に示す通り、部品１の電極２
ａと基板６上の電極２ｂを対応させて、接触、加圧しな
がら、加熱する。例えば、加熱温度は、Sn3.5wt％Agは
んだの融点以下である、200℃である。これにより、Sn
3.5wt％Agはんだ３ａとメタライズ７のAuとの間で、固
相拡散を起こして、一部が接合されることにより、仮固
定される。そして、同図（ｃ）のように、本接合を行う
ために、加熱する。例えば、Sn3.5wt％Agはんだ３ａで
接合する場合、約250℃前後である。この加熱の際に、S
n3.5wt％Agはんだ３ａが溶融すると、メタライズ７のAu
が瞬間的にはんだ中へ、全て溶解してしまう。これによ
り、仮固定が解除されるが、それと同時にAuの下地のメ
タライズであるNiとSn3.5wt％Agはんだ３ａが反応して
化合物を形成するとともに、溶融はんだの表面張力によ
るセルフアライメント効果により、部品１と基板６の位
置ずれを補正して、同図（ｄ）に示すように良好な接合
が行われる。なお、加熱中の雰囲気については、はんだ
やメタライズの表面酸化をおさえるために、N2やAr等の
不活性雰囲気中、または、H2とN2の混合等による還元雰
囲気中である方が望ましい。(Embodiment 2) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the embodiment. As shown in FIG. 1A, a spherical solder 3a is formed on an electrode 2a on an electronic component 1, for example, a BGA component, in order to join the electronic circuit board 6. As the solder at that time, for example, Sn3.5 wt% Ag solder is used. The metallized layer 7 is formed on the electrode 2b of the substrate 6 by vapor deposition in the order of, for example, Cr, Ni, and Au. Next, as shown in FIG.
a and the electrodes 2b on the substrate 6 are brought into contact with each other and heated while contacting and pressing. For example, the heating temperature is 200 ° C., which is lower than the melting point of Sn3.5 wt% Ag solder. As a result, Sn
Solid-phase diffusion is caused between the 3.5 wt% Ag solder 3a and the Au of the metallization 7, and a part thereof is temporarily fixed by being joined. Then, as shown in FIG. 3C, heating is performed to perform the main bonding. For example, when joining with Sn3.5wt% Ag solder 3a, the temperature is about 250 ° C. During this heating, S
When the 3.5wt% Ag solder 3a melts, Au of metallization 7
Are instantaneously dissolved into the solder. As a result, the temporary fixation is released. At the same time, Ni and the Sn 3.5 wt% Ag solder 3 a, which are the metallization of the Au base, react to form a compound, and due to the self-alignment effect due to the surface tension of the molten solder, By correcting the positional deviation between the component 1 and the substrate 6, good joining is performed as shown in FIG. The atmosphere during heating is desirably in an inert atmosphere such as N2 or Ar, or in a reducing atmosphere such as a mixture of H2 and N2 in order to suppress surface oxidation of solder and metallization.
【００２２】（実施例３）図４は本発明による第３の実
施例の説明図である。同図（ａ）に示す通り、電子部品
１、例えば半導体ベアチップ上の電極２ａに、電子回路
基板６、例えばセラミック基板と接合を行うため、はん
だ３、例えばAu20wt％Sn共晶はんだを蒸着により形成す
る。それと同時に、仮固定用電極４ａ上に、仮固定用は
んだ５例えばPb25wt％Inはんだ（融点：264℃）を蒸着
により形成する。また、基板６上の電極２ｂにはメタラ
イズ７例えばAuをめっきにより形成する。さらに、基板
６上の仮固定用電極４ｂには、仮固定用メタライズ８例
えばAlを蒸着により形成させるとともに、エッチング等
によりAl表面を荒くする。次に同図（ｂ）のように、部
品１上の仮固定はんだ５と仮固定用メタライズ８を接触
させ、加圧する。この時、仮固定用はんだ５であるPb25
wt％Inはんだは軟らかいため、仮固定用はんだであるAl
の表面荒さに対応して変形しながら密着する。これによ
り、アンカー効果で、部品１と基板６が仮固定される。
但し、部品１を基板６上に位置合わせ加圧する際には、
仮固定用はんだ５と仮固定用メタライズ８が接触するだ
けでなく、本接合の加熱時に、電極２ａ上のはんだ３が
溶融して、対応する電極２ｂ上メタライズ７に接触する
ように搭載する必要がある。(Embodiment 3) FIG. 4 is an explanatory view of a third embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 1A, a solder 3, for example, Au 20 wt% Sn eutectic solder is formed by vapor deposition on an electronic component 1, for example, an electrode 2 a on a semiconductor bare chip, for bonding with an electronic circuit board 6, for example, a ceramic substrate. I do. At the same time, a temporary fixing solder 5, for example, a Pb 25 wt% In solder (melting point: 264 ° C.) is formed on the temporary fixing electrode 4 a by vapor deposition. The metallization 7 such as Au is formed on the electrode 2b on the substrate 6 by plating. Further, the temporary fixing electrode 4b on the substrate 6 is formed with the temporary fixing metallization 8 such as Al by vapor deposition, and the Al surface is roughened by etching or the like. Next, as shown in FIG. 2B, the temporary fixing solder 5 on the component 1 is brought into contact with the temporary fixing metallization 8, and pressure is applied. At this time, Pb25 which is the solder 5 for temporary fixing is used.
Since the wt% In solder is soft, it is Al
It adheres while deforming according to the surface roughness of the surface. Thereby, the component 1 and the board 6 are temporarily fixed by the anchor effect.
However, when the component 1 is positioned on the substrate 6 and pressed,
It is necessary not only that the temporary fixing solder 5 and the temporary fixing metallization 8 come into contact with each other, but also that the solder 3 on the electrode 2a is melted and heated so that the solder 3 on the electrode 2a comes into contact with the corresponding metallization 7 on the electrode 2b. There is.
【００２３】次に同図（ｃ）に示す通り、接合を行うた
めに加熱する。例えば、Au20wt％Sn共晶はんだの場合、
約320まで加熱すると、アンカー効果により、仮固定さ
れていたPb25wt％Inはんだが融点の264℃を越えると溶
融し、表面張力により、球状になろうとする。ここで、
加熱中の雰囲気については、はんだやメタライズの表面
酸化をおさえるために、N2やAr等の不活性雰囲気中、ま
たは、H2とN2の混合等による還元雰囲気中である方が望
ましい。また、仮固定用メタライズ８であるAlは、表面
を酸化膜が覆っているため、Pb25wt％Inはんだは、ぬれ
ないので仮固定が解除される。その後、２８０℃でAu20
wt％Sn共晶はんだ３が溶融して、メタライズ７にぬれ広
がり、同図（ｄ）に示すように、接合が完了する。Next, as shown in FIG. 2C, heating is performed for bonding. For example, in the case of Au20wt% Sn eutectic solder,
When heated to about 320, the temporarily fixed Pb 25 wt% In solder melts above the melting point of 264 ° C. due to the anchor effect, and tends to become spherical due to surface tension. here,
The atmosphere during heating is desirably in an inert atmosphere such as N2 or Ar, or in a reducing atmosphere such as a mixture of H2 and N2, in order to suppress surface oxidation of solder and metallization. Further, since the surface of the temporary fixing metallization 8 Al is covered with an oxide film, the temporary fixing is released because the Pb 25 wt% In solder is not wetted. Then, at 280 ° C, Au20
The wt% Sn eutectic solder 3 melts and spreads on the metallization 7, and the joining is completed as shown in FIG.
【００２４】（実施例４）図５に本発明における第４の
実施例の説明図を示す。同図（ａ）に示す通り、電子部
品１の電極２ａ上に、電子回路基板６と接続するためは
んだ３例えばAu20wt％Sn共晶はんだ（融点：280℃）を
蒸着により形成する。また、仮固定用の電極４ａ上にも
はんだ５例えばSnをめっきにより形成する。一方、電子
回路基板６上の電極２ｂには、メタライズ７例えばAuを
蒸着により形成させるとともに、仮固定用電極４ｂ上に
も、仮固定用のメタライズ８例えばSiO2を蒸着で形成し
た後、その上に、Zn、Auの順で蒸着にて形成する。(Embodiment 4) FIG. 5 is an explanatory view of a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, a solder 3 such as an Au 20 wt% Sn eutectic solder (melting point: 280 ° C.) is formed on the electrode 2 a of the electronic component 1 for connection to the electronic circuit board 6 by vapor deposition. The solder 5 such as Sn is also formed on the temporary fixing electrode 4a by plating. On the other hand, a metallization 7 such as Au is formed on the electrode 2b on the electronic circuit board 6 by vapor deposition, and a metallization 8 such as SiO2 for temporary fixing is also formed on the temporary fixing electrode 4b by vapor deposition. Then, Zn and Au are formed by vapor deposition in this order.
【００２５】次に同図（ｂ）に示すように、電子部品１
の仮固定用はんだ５と、それと対応する電子回路基板６
上の仮固定用メタライズ８とを接触させ、加熱すること
で、SnとAuの固相拡散接合により、仮固定される。但
し、部品１を基板６上に位置合わせ加圧する際には、仮
固定用はんだ５と仮固定用メタライズ８が接触するだけ
でなく、本接合の加熱時に、電極２ａ上のはんだ３が溶
融して、対応する電極２ｂ上のメタライズ７に接触する
ように搭載する必要がある。Next, as shown in FIG.
Temporary fixing solder 5 and the corresponding electronic circuit board 6
The temporary fixing metallization 8 is brought into contact with and heated to temporarily fix by solid phase diffusion bonding of Sn and Au. However, when the component 1 is positioned on the substrate 6 and pressed, not only does the temporary fixing solder 5 and the temporary fixing metallization 8 come into contact with each other, but the solder 3 on the electrode 2a melts when the final bonding is heated. Therefore, it is necessary to mount it so as to contact the metallization 7 on the corresponding electrode 2b.
【００２６】次に同図（ｃ）に示す通り、本接合を行う
ために、加熱する。例えば、Au20wt％Sn共晶はんだ３を
用いる場合、約320℃まで加熱する。この加熱工程にお
いて、仮固定部では、約232℃で仮固定用はんだ５のSn
が溶融し、仮固定用のメタライズ８の一部であるAuがSn
中にすべて溶解する。さらに、溶融したSnに下地のメタ
ライズのZnも一部溶解する。その後、さらに温度が上昇
していくと、Znとその下地メタライズのSiO2との間で、
両者の熱膨張率の違いにより、剥離してしまうため、仮
固定が解除される。ここで、加熱中の雰囲気について
は、はんだやメタライズの表面酸化をおさえるために、
N2やAr等の不活性雰囲気中、または、H2とN2の混合等に
よる還元雰囲気中である方が望ましい。これにより、本
接合のAu20wt％Sn共晶はんだ３は、溶融後、電子回路基
板６上のメタライズ８にぬれ広がって、セルフアライメ
ントし、同図（ｄ）に示す通り、位置ずれを自己補正し
て、接合が完了する。Next, as shown in FIG. 2C, heating is performed to perform the main bonding. For example, when using Au 20 wt% Sn eutectic solder 3, it is heated to about 320 ° C. In this heating step, at the temporary fixing part, the Sn
Is melted, and Au, which is a part of the metallization 8 for temporary fixing, becomes Sn
Dissolve everything in. Furthermore, Zn of the metallization of the base is partially dissolved in the molten Sn. Then, when the temperature further rises, between Zn and its underlying metallized SiO2,
The temporary fixation is released because they are separated due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two. Here, regarding the atmosphere during heating, in order to suppress surface oxidation of solder and metallization,
It is desirable to be in an inert atmosphere such as N2 or Ar, or in a reducing atmosphere by mixing H2 and N2. As a result, the Au20wt% Sn eutectic solder 3 of the main joint melts and spreads over the metallization 8 on the electronic circuit board 6 after being melted, and is self-aligned. As shown in FIG. The joining is completed.
【００２７】（実施例５）図６に本発明における第５の
実施例の説明図を示す。同図（ａ）のように、例えば、
光素子１の電極２ａ上に、光回路基板６と接続するため
はんだ３例えばAu20wt％Sn共晶はんだ（融点：280℃）
を蒸着により形成する。さらに、仮固定用の電極４ａ上
にもはんだ５例えばSnを蒸着により形成する。また、光
回路基板６上の電極２ｂには、メタライズ７例えばAuを
蒸着により形成させるとともに、仮固定用電極４ｂ上に
も、仮固定用のメタライズ８例えばAuを蒸着にて形成す
る。なお、仮固定用のはんだ５とメタライズ８について
は、本接合の加熱時に、仮固定用のはんだ５が溶融し、
仮固定用のメタライズ８がそのはんだ５中にすべて溶解
するとともに、はんだとメタライズによる合金を形成し
て融点が上昇して、本接合のはんだ３の融点よりも高く
なるようにする。例えば、Au20wt％Sn共晶はんだ３によ
る接合で、仮固定用はんだ５およびメタライズ７とし
て、Sn、Auをそれぞれ用いる場合について述べる。Au20
wt％Sn共晶はんだの融点である280℃以上に、SnとAuと
の合金の融点を上げるには、SnとAuの重量比が約7.5：3
よりも、Auが多くなるように設定する必要がある。次に
同図（ｂ）に示すように、仮固定を行うため、仮固定用
はんだ５のSnと仮固定用メタライズ８のAuを接触させて
加熱することで、接触している部分で固相拡散させて仮
固定する。その時の加熱温度は、Snの融点以下である、
例えば200℃まで加熱する。その際、SnとAuの表面の酸
化膜や汚染膜を除去するために、荷重を加えた方が望ま
しい。(Embodiment 5) FIG. 6 is an explanatory view of a fifth embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG.
Solder 3 for connection to optical circuit board 6 on electrode 2a of optical element 1, for example, Au 20 wt% Sn eutectic solder (melting point: 280 ° C.)
Is formed by vapor deposition. Further, solder 5 such as Sn is formed on the temporary fixing electrode 4a by vapor deposition. Further, a metallized layer 7 such as Au is formed on the electrode 2b on the optical circuit board 6 by vapor deposition, and a metallized layer 8 such as Au is temporarily formed on the temporary fixing electrode 4b by vapor deposition. In addition, regarding the solder 5 for temporary fixing and the metallized 8, the solder 5 for temporary fixing is melted during the heating of the main joining,
The metallization 8 for temporary fixation is completely dissolved in the solder 5 and an alloy is formed by the metallization with the solder so that the melting point rises and becomes higher than the melting point of the solder 3 of the actual bonding. For example, a case in which Sn and Au are used as the temporary fixing solder 5 and the metallization 7 in the joining with the Au 20 wt% Sn eutectic solder 3 will be described. Au20
In order to raise the melting point of the alloy of Sn and Au to 280 ° C. or higher, which is the melting point of the wt% Sn eutectic solder, the weight ratio of Sn to Au is about 7.5: 3.
It is necessary to set so that Au increases. Next, as shown in FIG. 2B, in order to perform temporary fixing, Sn of the temporary fixing solder 5 and Au of the temporary fixing metallization 8 are brought into contact with each other and heated, so that the solid phase is formed at the contacting portion. Diffusion and temporarily fix. The heating temperature at that time is equal to or lower than the melting point of Sn.
For example, it is heated to 200 ° C. At this time, it is desirable to apply a load in order to remove an oxide film or a contamination film on the surface of Sn and Au.
【００２８】そして、同図（ｃ）に示す通り、本接合の
はんだ３であるAu20wt％Sn共晶はんだで接合を行うた
め、例えば、約320℃まで加熱する。この時、仮固定部
は、溶融した仮固定用はんだ５であるSn中に仮固定用の
メタライズ８であるAuが全て溶解し、仮固定は解除され
るが、仮固定用はんだの融点は上昇して、加熱中に凝固
する。これにより、溶融したAu20wt％Sn共晶はんだ３に
よるセルフアライメント挙動を、仮固定部が横方向に妨
げることは無いが、高さ方向には、仮固定用はんだ５が
凝固しているため、その高さ以下には沈み込むことはな
い。つまり、あらかじめ仮固定用はんだ５とメタライズ
８の供給量を一定にしておけば、メタライズ８が溶解し
て凝固した後の仮固定用はんだ５の高さも一定となるた
め、光素子など高精度の位置合わせ、搭載を必要とする
部品においては、接合時の高さ方向を高精度に制御する
ことが容易に可能となる。これにより、同図（ｄ）のよ
うに、高精度の接合が完了する。なお、この場合、仮固
定用の電極は、３個以上設けることにより、高さ方向に
対し、より高精度な接合ができる。Then, as shown in FIG. 3C, in order to perform joining with Au 20 wt% Sn eutectic solder which is the solder 3 of the actual joining, the joint is heated to about 320 ° C., for example. At this time, in the temporary fixing portion, all of the temporary fixing metallization 8 Au is dissolved in the molten temporary fixing solder 5 Sn, and the temporary fixing is released, but the melting point of the temporary fixing solder increases. And solidify during heating. As a result, the self-alignment behavior of the molten Au 20 wt% Sn eutectic solder 3 does not hinder the temporary fixing portion in the horizontal direction, but the temporary fixing solder 5 is solidified in the height direction. It does not sink below its height. That is, if the supply amounts of the temporary fixing solder 5 and the metallization 8 are made constant in advance, the height of the temporary fixing solder 5 after the metallization 8 is melted and solidified becomes constant, so that a high-precision optical element or the like can be used. For components that need to be aligned and mounted, the height direction at the time of joining can be easily controlled with high accuracy. This completes the high-precision joining as shown in FIG. In this case, by providing three or more electrodes for temporary fixing, more accurate bonding can be performed in the height direction.
【００２９】（実施例６）図７に本発明における第６の
実施例の説明図を示す。同図（ａ）のように、これまで
の実施例と同様、レーザダイオード等、光素子１の電極
２ａ上に、例えばAu20wt％Sn共晶はんだ（融点：280
℃）を蒸着により形成する。さらに、仮固定用の電極４
ａ上にも仮固定はんだ５例えばSnを蒸着により形成す
る。また、光回路基板６上の電極２ｂには、メタライズ
７例えばAuを蒸着により形成させるとともに、仮固定用
電極４ｂ上にも、仮固定用のメタライズ８例えばAuを蒸
着にて形成する。さらに、仮固定用はんだ５とメタライ
ズ８の間には、導電性粒子９例えばガラスの粒子にSnを
めっきでコーティングしたものを複数個介在させる。そ
して、加圧、加熱する。これにより、仮固定はんだ５の
Snと導電性粒子９表面のSnとは自己拡散して接合され、
仮固定用メタライズのAuと導電性粒子９表面のSnとは相
互拡散により接合されることで、光素子１と光回路基板
６が仮固定される。次に、同図（ｂ）に示す通り、Au20
wt％Sn共晶はんだによる接合を行うために加熱する。こ
の際、仮固定部は、仮固定はんだ５および導電性粒子表
面のSnが溶融するため、導電性粒子９が仮固定はんだ５
中に溶け込む。また、仮固定用メタライズ８のAuも、溶
融したSn中に全て溶解するため、仮固定は解除される。
一方、Au20wt％Sn共晶はんだ３は、溶融後、基板６上メ
タライズ７にぬれ広がり、セルフアライメントする。た
だし、仮固定部に導電性粒子９が介在しているため、高
さは、粒子径によって決定される。つまり、実施例５と
同様に、導電性粒子径により、光素子１と基板６の間隔
を一定に保持できる高精度な搭載が可能となる。これに
より、同図（ｄ）に示すように、高精度な接合が完了す
る。(Embodiment 6) FIG. 7 is an explanatory view of a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7A, as in the previous embodiments, for example, a Au 20 wt% Sn eutectic solder (melting point: 280) is formed on the electrode 2 a of the optical element 1 such as a laser diode.
C) is formed by vapor deposition. Furthermore, the electrode 4 for temporary fixing
A temporary fixing solder 5, for example, Sn is also formed on the substrate a. Further, a metallized layer 7 such as Au is formed on the electrode 2b on the optical circuit board 6 by vapor deposition, and a metallized layer 8 such as Au is temporarily formed on the temporary fixing electrode 4b by vapor deposition. Further, a plurality of conductive particles 9, for example, glass particles coated with Sn by plating are interposed between the temporary fixing solder 5 and the metallization 8. Then, pressure and heat are applied. Thereby, the temporary fixing solder 5
Sn and Sn on the surface of the conductive particles 9 are self-diffused and joined,
The optical element 1 and the optical circuit board 6 are temporarily fixed by joining Au of the temporary fixing metallization and Sn on the surface of the conductive particles 9 by mutual diffusion. Next, as shown in FIG.
Heating is performed to perform joining by wt% Sn eutectic solder. At this time, since the temporary fixing solder 5 and the Sn on the surface of the conductive particles are melted, the conductive particles 9
Blends in. Also, the Au of the temporary fixing metallization 8 is also completely dissolved in the molten Sn, so that the temporary fixing is released.
On the other hand, the Au 20 wt% Sn eutectic solder 3 spreads over the metallization 7 on the substrate 6 after melting, and self-aligns. However, since the conductive particles 9 are interposed in the temporary fixing portion, the height is determined by the particle diameter. That is, similarly to the fifth embodiment, a highly accurate mounting that can maintain a constant distance between the optical element 1 and the substrate 6 can be performed by the conductive particle diameter. This completes the highly accurate joining as shown in FIG.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明では、はんだとメタライズを拡
散、溶解により仮固定し、本接合の加熱時に、仮固定さ
れたはんだ中にメタライズが全て溶解して消費されるこ
とで、仮固定の拘束が解除される。これにより、従来の
フラックスや接着剤、仮固定用液体等を用いずに、接合
部やその周辺に残渣等を残さずに清浄を保ったまま仮固
定できるため、光素子等クリーンな実装を要求される接
合に適している。しかも、本接合に仮固定が解除される
ことで、本接合部のぬれ広がりやセルフアライメント挙
動等に影響を与えず接合が完了できる。According to the present invention, the solder and the metallization are temporarily fixed by diffusion and melting, and the metallization is completely dissolved and consumed in the temporarily fixed solder during the heating of the main joint, thereby restraining the temporary fixing. Is released. As a result, it is possible to temporarily fix the junction and its surroundings without leaving any residue, etc., without using conventional fluxes, adhesives, liquids for temporary fixing, etc., and clean mounting such as optical elements is required. Suitable for joining. In addition, since the temporary fixing is released from the main bonding, the bonding can be completed without affecting the wet spreading and the self-alignment behavior of the main bonding part.
【００３１】また、仮固定部のはんだやメタライズの量
を一定に保つことで、メタライズが全て拡散・溶解後の
仮接合部の凝固したはんだ等により、被接合部間の距離
を一定に保持することが可能となる。したがって、はん
だのセルフアライメント効果と組み合わせることで、簡
便な仮固定で、高精度な実装ができる。つまり、作業
性、量産性に優れ、低コストで高精度なはんだ接合が可
能である。Further, by keeping the amount of solder and metallization in the temporary fixing portion constant, the distance between the portions to be bonded is kept constant by solidification of the temporary bonding portion after diffusion and melting of the metallization. It becomes possible. Therefore, by combining with the self-alignment effect of solder, simple temporary fixing and high-precision mounting can be performed. In other words, the workability and the mass productivity are excellent, and low-cost and high-precision solder joining is possible.
【図１】本発明におけるはんだ接合方法の実施例の説明
図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a solder bonding method according to the present invention.
【図２】本発明におけるはんだ接合方法を用いて、基板
上に部品を接合する断面工程図である。FIG. 2 is a cross-sectional process diagram for bonding components onto a substrate using the solder bonding method according to the present invention.
【図３】本発明におけるはんだ接合方法の実施例の断面
工程図である。FIG. 3 is a sectional process view of an embodiment of the solder joining method according to the present invention.
【図４】本発明におけるアンカー効果の仮固定方法を用
いた実施例の接合断面工程図である。FIG. 4 is a joining cross-sectional process diagram of an embodiment using a method for temporarily fixing an anchor effect according to the present invention.
【図５】本発明における仮固定方法を用いた接合断面工
程図である。FIG. 5 is a sectional view showing a bonding process using a temporary fixing method according to the present invention.
【図６】本発明における高精度はんだ接合を行う断面工
程図である。FIG. 6 is a cross-sectional process drawing for performing high-precision solder bonding in the present invention.
【図７】本発明における導電性粒子を用いた仮固定方法
による接合の工程図である。FIG. 7 is a process chart of joining by a temporary fixing method using conductive particles in the present invention.
１…電子部品、または光素子、２ａ，２ｂ…電極３…は
んだ、３ａ…球状はんだ、４ａ，４ｂ…仮固定用電極、
５…仮固定用はんだ、６…電子回路基板、または光回路
基板、７…メタライズ、８…仮固定用メタライズ、９…
導電性粒子。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electronic component or optical element, 2a, 2b ... Electrode 3 ... Solder, 3a ... Spherical solder, 4a, 4b ... Temporary fixing electrode,
5: solder for temporary fixing, 6: electronic circuit board or optical circuit board, 7: metallized, 8: metallized for temporary fixing, 9:
Conductive particles.
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|---|---|---|---|
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