JP2002509583A - ドライプロセスを用いた金属表面処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも金属表面部分を処理するドライプロセス表面処理方法であって、この部分を励起されたまたは不安定な種を含有する処理ガスの流れを用いて大気圧に近い圧力で処理し、金属表面部分に対する処理ガスの圧力を局所的に増加させて、種を表面に実質的に垂直な方向に沿って移動させることを特徴とする方法に関する。本発明は、プリント回路ウェハー上の電子部品をウェーブブレージングするのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】 ドライプロセスを用いた金属表面処理方法および装置 本発明は、ドライ手段を用いた少なくとも１つの金属表面部分の表面処理方法 であって、前記部分を励起されたまたは不安定な種を含有する処理ガスを用いて 大気圧に近い圧力で処理する方法に関する。 このような表面処理は、例えば、電子回路たとえばプリント回路基板の製造で の平坦な製品または中空な物体を製造するまたは利用するプロセスの間に用いて 、クリーニングまたはフラックス添加、脱脂または表面活性化作用を、しばしば 次のプロセスたとえばアニーリング作業、亜鉛、アルミニウム、スズまたはこれ らの合金の電着、ろう付け作業（たとえばプリント回路基板上の電子部品のろう 付け）、あるいは有機コーティングたとえばワニスもしくは塗料、または無機コ ーティングたとえば窒化物もしくはシリコン系フィルムの堆積の前に、行う場合 がある。 プリント回路基板の製造分野においては、これらの金属表面処理の工程は特に 、デスケーリング、クリーニング、コネクションホールのばり取り（または汚れ 落とし）、あるいはスズメッキまたはソルダリングの前のフラックス添加である 。 ドライ手段を用いたこのような表面処理プロセスの例は、以下の文献に報告さ れている：EP-658,391およびEP-658,637。 電子回路、特にプリント回路基板上の電子部品のソルダリングについては、こ のようなソルダリング作業を行うために最も普通に用いられる２つの方法は、「 ウェーブソルダリング」と「リフローソルダリング」である。 リフローソルダリング技術では、金属合金およびフラックスの混合物を含有す るハンダペーストをプリント回路上の部品接続筒所に堆積して、次に部品を基板 上に配置する。部品が取り付けられた基板を、次にリフローオーブンの中に入れ て、金属合金を溶かしペーストに含まれるフ ラックス成分を活性化するのに必要な熱量が与えられる。 ウェーブソルダリングについては、これはソルダリングする部品を有する基板 を、タンクに収容されたハンダ浴のノズルによる循環によって得られる１または 複数の液体ハンダ合金のウェーブと接触させることからなる。 一般に、回路はウェーブソルダリング装置の上流の領域で、フラックススプレ ーまたはフラックスフォームを用いて事前にフラックス添加され、次に予熱され て予め堆積されたフラックスが活性化され、ソルダリングする表面が洗浄されて 酸化物および有機汚染物が除去される。 リフローソルダリングの場合のように、合金がメタライゼーションを濡らして 接続部を形成するためには、メタライゼーションすなわちプリント回路基板とそ れが有する部品とを、デスケーリングする必要がある。このデスケーリングは、 一般に液体またはガス状で存在し得る薬剤（ａｇｅｎｔ）によって行われる。 ガス状の手段を用いてソルダリング作業をするために、プリント回路に送られ る活性化されたまたは不安定な化学種を含有するガスの流れを用いる。この流れ はメタライゼーションをソルダリング工程の前にデスケーリングする。 金属表面にソルダリングまたはスズメッキの前にドライ手段を用いてフラック ス添加するこの分野では、出願人によって成功裏に終わった研究によって、効果 的にデスケーリングするためには、化学種はすべてのメタライゼーション（基板 上の接続箇所に作られたホール、さらにスルーホール部品のリードを含む）を処 理する必要があることが示されている。 現在利用できるドライ手段を用いた処理方法では、プリント回路基板を処理す るガスの流れは一般に基板にほぼ垂直な方向に放出されるが、流れは自然に平坦 になる傾向があるため、粒子、特に周辺に位置する粒子は基板の表面に対して接 線方向に移動する傾向がある。 従って、このタイブのデスケーリング技術は、特に、いわゆる「リー ドが付けられた」または「挿入可能な」電子部品のリードを挿入するために基板 中に作られたホールのより効果的で体系的なデスケーリングを保証するために、 さらに改善する必要があることが想像されることが明らかである。 本発明の目的の１つは、このような改善を行うことである。 本発明においては、この目的は、励起されたまたは不安定な種が基板に対して 実質的に垂直な速度成分を持つことで達成される。 従って本発明の課題は、ドライ手段を用いた少なくとも１つの金属表面部分の 表面処理方法であって、前記部分を励起されたまたは不安定な種を含有する処理 ガスを用いて大気圧に近い圧力で処理し、金属表面に対する処理ガスの圧力を局 所的に増加させて、化学種を前記表面に対してほぼ垂直な方向に移動させること を特徴とする表面処理方法である。 本発明に係る方法は、１または複数の以下の特徴をさらに備えても良い。 処理ガスには電荷を帯びた種が実質的にない。 処理ガスは主ガス混合物、および適切であれば隣接（ａｄｊａｃｅｎｔ）ガス 混合物から得られ、主ガス混合物は、不活性ガスおよび／または還元ガスおよび ／または酸化ガスを含むイニシャルガス混合物を変化させて励起されたまたは不 安定なガス種を形成する少なくとも１つの装置のガス出口において得られ、隣接 混合物は装置を通過していない。 処理ガスの流れは表面に向かって一般に表面に垂直な方向に放出され、また周 辺において表面に対してほぼ接線方向に動く励起されたまたは不安定な粒子を含 むため、表面に対する処理ガスの流れの圧力を流れの周辺で増加させる。 表面に対する処理ガスの圧力を、表面に垂直に噴射される少なくとも１つの吹 き込みガス（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ ｇａｓ）の流れによって増加させる。 吹き込みガスは窒素を含有する。 変形として、処理する表面部分は処理チャンバー内に置かれているの で、表面に対する処理ガスの圧力を表面に面する少なくとも１つのファンを用い て増加させ、処理ガスの流れを表面に、表面にほぼ垂直な方向で当てる。 励起されたまたは不安定な化学種を、放電にイニシャルガスを通して得る。 励起されたまたは不安定な化学種を含有する処理ガスを、窒素および水素を含 むイニシャルガス混合物を還元して生成する。 励起されたまたは不安定なガス種の形成装置の例は、すでに述べた文献EP-658 ,391で説明されている。 また本発明は、電子回路上の電子部品のウェーブソルダリング方法であって、 部品を回路上に形成された接続箇所へ配置し、 回路へのフラックス添加作業を、励起されたまたは不安定な化学種を含有する 処理ガスの流れを用いて大気圧に近い圧力で回路を処理して行い、 部品を有する回路を少なくとも１つのハンダ合金のウェーブと接触させ、 電子回路へのフラックス添加作業の間に、回路に対する処理ガスの圧力を局所 的に増加させて化学種を回路にほぼ垂直な方向に移動させることを特徴とする方 法に関する。 また本発明の主題は、上記のように定義したプロセスを実施するための、ドラ イ手段を用いた少なくとも１つの金属表面部分の表面処理装置であって、励起さ れたまたは不安定な化学種を含有する処理ガス源と、前記少なくとも１つの金属 表面部分を含む部品を搬送して部品を処理ガスの流れと接触させる装置とを備え 、各部品に対する処理ガスの圧力を局所的に増加させて化学種を部品にほぼ垂直 な方向に移動させる手段を備えることを特徴とする装置に関する。 また本発明の主題は、上記のように定義したプロセスを実施するための電子回 路上の電子部品のウェーブソルダリング装置であって、少なく とも一方の側にこの側の接続箇所でソルダリングされる部品を有する回路を、励 起されたまたは不安定な化学種を含有する処理ガスの流れによって回路を処理す る、回路へのフラックス添加装置の少なくとも１つを通して、次に部品をソルダ リングするためのハンダ合金を収容するタンクを通して搬送する装置を備え、少 なくとも１つの前記フラックス添加装置は各回路に対する処理ガスの流れの圧力 を局所的に増加させて化学種を回路にほぼ垂直な方向に移動させる手段を備える ことを特徴とする装置に関する。 他の特徴および利点は、例としてのみ与えられた以下の説明から、および添付 された図を参照して明らかになる 図１は、本発明に係るウェーブソルダリング装置を示す図である。 図２は、図１のウェーブソルダリング装置のフラックス添加装置の一部である 励起されたまたは不安定な化学種の形成装置を示す断面図である。 図３は、処理ガスの圧力を局所的に増加させる手段の第１の態様を示す図であ る。 図４は、処理ガスの圧力を局所的に増加させる手段の第２の態様を示す図であ る。 図１において、本発明に係るウェーブソルダリング装置は、示した態様では、 回路１２（ここでは例えばプリント回路基板）を、基板を予熱する第１のステー ション１４から、励起されたまたは不安定な化学種を用いて基板１２をソルダリ ング前に処理する装置１６へ、次にソルダリングする電子部品を有する基板を少 なくとも１つのハンダ合金のウェーブと接触させるウェーブソルダリングステー ション１８へ搬送する装置１０を備える。 図１から分かるように、搬送装置１０は１または複数の搬送ベルトたとえば２ ０（この図で鎖線で示す）を備え、この上にプリント回路基板１２が置かれる。 それぞれの基板１２はここでは、ソルダリングするべき電子部品たと えば２２と２４のリードが挿入される複数のスルーホールを備える。 図１から分かるように、ベルト２０は２つのガイドローラーたとえば２６（少 なくとも１つは被駆動ローラー）の間に渡っている。 基板１２はベルト２０の上に置かれて、最初に、適切な熱処理装置２８が配置 される第１の予熱ステーション１４から、基板を励起されたまたは不安定なガス 種と接触させて基板に汚染除去および脱酸作用を施す第２のフラックス添加ステ ーション１６へと、搬送される。 次に、このようにフラックス添加された基板は、少なくとも１つのハンダ合金 ウェーブ３０とソルダリングステーション１８で接触する。ステーション１８で は、ウェーブ３０はタンク３２に収容されたハンダ浴をノズル３４を通してポン ピングして得られる。 基板１２をフラックス添加ステーション１６で処理する励起されたまたは不安 定なガス種は、ここでは、適切なイニシャルガスたとえば窒素および水素などを 含有する還元ガス混合物を、励起されたまたは不安定な化学種を放電にイニシャ ルガスを通して形成する装置たとえば３６を通過させて得られる。 図２に示すように、励起されたまたは不安定な化学種を形成するそれぞれの装 置３６は、示した態様では、例えば金属ブロック３８の内面によって形成される 第１の管状電極３７と、その中に同軸に配置される、誘電体たとえばセラミック スからなるチューブ４０から形成されるアセンブリーと、その内面にメタライゼ ーションによって堆積される第２の電極４１（図２では厚みを誇張してより明瞭 に示している）とを備える 誘電体チューブ４０と第２の電極４１とは、第１の 電極３７とともに、ガスのための管状の経路４２と、内部に、冷媒が流される内 部容積４４とを規定する。 ブロック３８は直径上で対向する長手方向の２つのスロット４６と４８とを備 え、それぞれ励起されるイニシャルガスの経路４２への入口と励起されたまたは 不安定なガス種を含有する処理ガスの流れの出口とを 形成する。 スロット４６と４８とは、空洞４２の軸方向の長さの全体に渡っている。 また、ブロック３８は、第１の電極３７の周囲に冷媒たとえば水を通すための 複数のダクトたとえば５０をさらに備えることが好ましい。 また、図２において、ガス入口スロット４６は、ブロック３８に固定されイニ シャルガスの供給パイプ５６を有するケーシング５４内に形成された均質化チャ ンバー５２と連絡している。 モジュールは、高電圧高周波数発電機５８によって完成する。発電機５８は、 ガス経路４２を流れるガス混合物中で放電を発生させてそれが構成されるガス分 子を励起し、その結果、出口４８で、励起されたまたは不安定な化学種を含有す るが電荷を帯びた種が実質的にない処理ガス混合物を生成するためのものである 。処理ガス混合物は、プリント回路基板２０の外表面を脱酸し汚染除去する（図 １）。 従って当業者には明らかとなるように、基板はここでは放電後の状態（ｐｏｓ ｔ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ）にある。 従って、励起されたまたは不安定な化学種を形成するそれぞれの装置３６は、 出力として、処理すべき基板１２の表面に一般に垂直な方向に放出される化学種 を含むガスの流れを生成する。 図３および４から分かるように、基板へのフラックス添加を保証するための化 学種を含むガスの流れは自然に広がる傾向にあり、その結果、フラックスの周辺 にある粒子は基板の表面とほぼ平行な方向に動く傾向がある。 上述したように、この流れの部分は、部品をマウントするために基板内に作ら れたホールを処理する上では、それほど効果的ではない。 この欠点を緩和するために、また本発明においては、励起された粒子を強制的 にほぼ基板に垂直に伝搬させてホール内に入れる。 これを行うために、各基板１２に対する化学種を含むガスの流れの圧力を局所 的に増加させる。 より好ましくは、問題となる粒子が処理の流れの周辺にある限り、処理の流れ の圧力を流れの周辺で増加させる。 第１の態様においては、図３に示すように、励起されたガスの流れの圧力を、 補助吹き込みガス（放電を通らない）たとえば窒素、または励起された粒子の生 成に用いるガス（たとえば水素と混合した窒素、および適切ならば水蒸気）と同 一のガスの噴流を用いて増加させる。 図３に見られるように、吹き込みガスの噴流は吹き込み手段６０を用いて生成 される。吹き込み手段６０は、チャンバー６２から取出された吹き込みガスをホ ールの軸とほぼ平行な方向に、すなわち処理すべき表面に垂直に（矢印Ｆで示し たように）、相対的に高速たとえば１０ないし１００ｍ／ｓで放出するのに適し ている。 手段６０は、たとえばベンチュリー効果ナイフまたは流れ増幅器（ｆｌｏｗ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）から構成されても良い。 その結果、この吹き込みガスの噴流の作用下で、励起されたまたは不安定な粒 子は処理すべきホールの軸と平行に強制的に移動させられる。 こうして、励起された粒子の流れによって処理される領域の広さは著しく改善 される。 他の態様によれば、図４に示すように、各基板はフラックス添加ステーション １６（好ましくはシールされたチャンバー内）にあり、基板に対する処理ガスの 圧力を、基板に面しガスの流れの周辺と同じ位置に配置される少なくとも１つの ファン６４によって増加させて、この領域の処理ガスの流れを基板とほぼ垂直な 方向に強制的に動かす。 この態様では、吹き込みガスをチャンバー内に存在する処理ガスから除くこと を意図している。 こうして、図３を参照して上述した態様でのように、励起されたまたは不安定 な種を含むガスの流れによって処理される表面積を、この吹き込み装置を用いて 著しく増加させることができる。 本発明を特定の態様について説明してきたが、本発明はそれによって何ら限定 されるものではなく、反対に、当業者にとって明らかな変更お よび変形が下記のクレームの文脈内で可能である。 従って、本発明を前述の電子回路上の部品のウェーブソルダリングの文脈でよ り詳細に例証してきたが、これは他の多くの表面処理に対して、それらが単層ま たは多層プリント回路の製造（デスケーリング、クリーニング、コネクションホ ールのばり取り（または汚れ落とし）作業、あるいはスズメッキもしくは他の何 らかの金属層の堆積の前のフラックス添加作業）およびもちろん他のタイプの金 属表面を含む他の業界で用いられる表面処理であろうとなかろうと、より広く適 用されると理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シンジングレ、ティエリー フランス国、エフ―94230 カシャン、リ ュ・ドゥ・ロワン 33

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ドライ手段を用いた少なくとも１つの金属表面部分の表面処理方法であって 、励起されたまたは不安定な種を含有する処理ガスの流れによって前記部分を大 気圧に近い圧力で処理し、金属表面部分に対する処理ガスの圧力を局所的に増加 させて、化学種を前記表面にほぼ垂直な方向に移動させることを特徴とする表面 処理方法。 ２．励起されたまたは不安定な化学種を、放電にイニシャルガスを通して得るこ とを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記処理ガスには電荷を帯びた種が実質的にないことを特徴とする請求項１ または２記載の方法。 ４．前記処理ガスは主ガス混合物、および適切であれば隣接ガス混合物から得ら れ、前記主ガス混合物は、不活性ガスおよび／または還元ガスおよび／または酸 化ガスを含むイニシャルガス混合物を変化させて励起されたまたは不安定なガス 種を形成する少なくとも１つの装置のガス出口において得られ、前記隣接混合物 は前記装置を通過していないことを特徴とする請求項３記載の方法。 ５．処理ガスの流れは前記表面部分に向かって一般に表面部分に垂直な方向に放 出され、また周辺において、前記表面部分に対してほぼ接線方向に動く励起され たまたは不安定な粒子を含むため、前記表面部分に対する処理ガスの流れの圧力 を前記流れの周辺で増加させることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項 記載の方法。 ６．前記表面部分に対する処理ガスの圧力を、前記表面部分に垂直に噴射される 少なくとも１つの吹き込みガスの流れによって増加させることを特徴とする請求 項１ないし５いずれか１記載の方法。 ７．吹き込みガスは窒素を含有することを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．前記表面部分は処理チャンバー内に置かれているので、前記表面部分に対す る処理ガスの圧力を前記表面に面する少なくとも１つのファン を用いて増加させ、処理ガスの流れを前記表面部分に、前記表面部分にほぼ垂直 な方向で当てることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の方法。 ９．前記金属表面部分はプリント回路基板上に存在し、前記表面処理は１または 複数の以下の機能：クリーニング、脱脂、表面活性化、ばり取り、ソルダリング またはスズメッキ前のフラックス添加を、前記表面に対して行うことを特徴とす る請求項１ないし８いずれか１項記載の方法 １０．電子回路上の電子部品のウェーブソルダリング方法であって、 部品を回路上に形成された接続箇所へ配置し、 回路へのフラックス添加作業を、請求項１ないし９いずれか１項記載の表面処 理方法を用いて処理ガスの流れを用いて大気圧に近い圧力で回路を処理して行い 、 部品を有する回路をハンダ合金のウェーブと接触させることを特徴とする方法 。 １１．処理ガスの流れは前記回路に向かって一般に回路に垂直な方向に放出され 、また周辺において、回路の表面に対してほぼ接線方向に動く励起されたまたは 不安定な粒子を含むため、回路に対する処理ガスの流れの圧力を前記流れの周辺 で増加させることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２．回路に対する処理ガスの圧力を、回路に垂直に噴射される少なくとも１つ の吹き込みガスの流れによって増加させることを特徴とする請求項１０または１ １記載の方法。 １３．吹き込みガスは窒素を含有することを特徴とする請求項１２記載の方法。 １４．フラックス添加工程の間、回路は処理チャンバー内に置かれ、回路に対す る処理ガスの圧力を回路に面する少なくとも１つのファンを用いて増加させ、処 理ガスの流れを回路に、回路にほぼ垂直な方向で当てることを特徴とする請求項 １０または１１記載の方法。 １５．励起されたまたは不安定な化学種を、放電にイニシャルガスを通して得る ことを特徴とする請求項１０ないし１４いずれか１項記載の方法。 １６．励起されたまたは不安定な化学種を含有する処理ガスを、窒素および水素 を含む還元ガス混合物から生成することを特徴とする請求項１０ないし１５いず れが１項記載の方法。 １７．前記処理ガスには電荷を帯びた種が実質的にないことを特徴とする請求項 １０ないし１６いずれか１項記載の方法。 １８．前記処理ガスは主ガス混合物、および適切であれば隣接ガス混合物から得 られ、前記主ガス混合物は、不活性ガスおよび／または還元ガスおよび／または 酸化ガスを含むイニシャルガス混合物を変化させて励起されたまたは不安定なガ ス種を形成する少なくとも１つの装置のガス出口において得られ、前記隣接混合 物は前記装置を通過していないことを特徴とする請求項１７記載の方法。 １９．処理される電子回路はプリント回路基板であることを特徴とする請求項１ ０ないし１８いずれか１項記載の方法。 ２０．請求項１ないし９いずれか１項記載の方法を実施するための、ドライ手段 を用いた少なくとも１つの金属表面部分の処理装置であって、励起されたまたは 不安定な化学種を含有する処理ガス源と、前記少なくとも１つの金属表面部分を 含む部品を搬送して部品を処理ガスの流れと接触させる手段とを備え、各部品に 対する処理ガスの圧力を局所的に増加させて化学種を部品にほぼ垂直な方向に移 動させる手段を備えることを特徴とする装置。 ２１．請求項１０ないし１９いずれが１項記載の方法を実施するための、プリン ト回路基板上の電子部品のウェーブソルダリング装置であって、少なくとも一方 の側にこの側の接続箇所でソルダリングされる部品を有する基板を、励起された または不安定な化学種を含有する処理ガスの流れによって基板を処理する、基板 へのフラックス添加装置の少なくとも１つを通して、次に部品をソルダリングす るためのハンダ合金を収容 するタンクを通して搬送する装置を備え、その又はそれぞれのフラックス添加装 置は各基板に対する処理ガスの圧力を局所的に増加させて化学種を基板にほぼ垂 直な方向に移動させる手段を備えることを特徴とする装置。