JP2003334498A - 洗浄保護方法、洗浄保護用溶液および装置ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置に用いられる小型導電接続体など
の対象物表面の汚れを取り除き、その表面がさらに汚れ
ることのないような洗浄保護方法を提供する。 【解決手段】 対象物を洗浄して保護する方法であっ
て、界面活性物質を溶かした有機溶剤に対象物を浸漬し
て洗浄し、その表面にコーティング層を形成する処理方
法であり、対象物表面の汚れを落とすステップと、界面
活性物質のコーティング層を形成するステップと、を含
む洗浄保護方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気・機械・化学
などの広い分野に関連する装置や製造方法にあって、そ
れら装置ユニットや構成された部材などを洗浄したり、
その表面に処理を施したりする技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明にかかわる産業分野の一例とし
て、半導体装置に関連する分野を見てみる。ここでは、
近年のＩＣの小チップ化・多機能化・高性能化等に伴
い、それを搭載するパッケージも様々に進化や変遷を遂
げつつあり、なかでも、小型化・薄型化・多ピン化等の
要求に最先の流れが見られる。半導体装置の実装におけ
るＬＳＩのパッケージングの面から見ると、従来からよ
く使用されていたリードフレームを用いる方式は、外部
端子数の増加に伴なって装置が大型化するため、近年の
軽薄短小化に伴なう多くの要望に応えられなくなってき
ている。

【０００３】そこで、外部端子として封止する樹脂基材
の底面に、ハンダによる突設電極部としてハンダ導電バ
ンプ部を形成する方式であるＢＧＡ(ボール・グリッド・
アレー)が有力になり、普及している。このＢＧＡをプ
リント基板に実装するには、ＢＧＡのリードにハンダ導
電バンプ部を形成しておいて、これらをプリント基板の
マウントに合わせて配置して設定したあと、ハンダ導電
バンプ部を溶融させてハンダ付けを行う。ハンダ導電バ
ンプ部の形成にはソルダーボールがよく用いられてい
る。

【０００４】これらのソルダーボールは一般に円球体を
なし、径０.７６mmのものが従来から使用されてきてい
たが、近年ではより小さくなって極小径の０.２０mmの
ものが出てきた。そして更には、それ以下の径(０.１０
mmやもっと小さいもの)も現出してきて用いられるよう
になっている。このようなソルダーボールは、接続すべ
き半導体素子や回路基板などの面状にあるパッド電極に
合わせて、多数個を配列して配置して、所望される導電
接続構造を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】製造されたソルダーボ
ールは、ガラス製、プラスチック製などの容器に収容し
て保管しておき、必要に応じて需用者らに届けられる。
ところが、製造されたばかりのときには表面が清浄な状
態であったソルダーボールではあるが、ＢＧＡ基板に整
列設置させる前によく調べてみると、表面が黒く変色し
ている黒化現象が見られることがある。この黒化現象の
見られるソルダーボールを用いてハンダ付けを行うと、
バンプ部形成箇所の汚れや接着の不完全などを生じて、
ハンダ導電バンプ部の導電接続構造が設計どおりに形成
することができず、不良品となってしまう。

【０００６】これらのソルダーボールは、通常のハンダ
材料では、軟質の金属である鉛(Ｐｂ)と錫(Ｓｎ)とから
なる。このような黒化現象は、ソルダーボールを静止状
態で保管している分には起こらないが、ソルダーボール
に輸送や移動などの外的な動作が加わるとよく起こつて
いる。このことから見ると、動作に伴う振動や揺れなど
がソルダーボールに加わり、ソルダーボール同士が衝突
したり擦れ合ったりするして、表面が削り取られて鉛
(Ｐｂ)分と錫(Ｓｎ)分の多くが粉末状になって出てくる
こととなり、またさらにそれが酸化することや、削り取
られた表面自体が今度は酸化してしまう、などの種々の
原因により黒化現象が起こるものと、推測されている。

【０００７】本発明による洗浄保護方法、洗浄保護用溶
液および装置ユニットは、汚れを有している対象物につ
いて、効果的な洗浄を施したり、その表面を処理したり
する洗浄処理技術を、コストをかけることなく大幅に向
上させることを目的とする。本発明にかかる洗浄／保護
を実施できる対象物としては、種々様々な分野における
装置や製造方法に関連して多くの物が存在している。そ
の一例として述べたソルダーボールのような小型の導電
接続体においては、導電接続体同士の衝突やこすれ合い
などによって、その表面などが黒く変色(黒化)するひど
い汚れの現象が生じるが、本発明を適用することによ
り、この黒化現象を効率的に防止するか抑制することが
できる。本発明を適用するのに好適な例をあげれば、半
導体産業において装置などを構成する半導体素子や回路
基板の他、導電バンプやはんだボールなどと呼ばれる小
型立体形状の導電接続体、クリームはんだ、はんだワイ
ヤー、亜鉛はんだ、パウダー製品全般、チップ抵抗、コ
ンデンサ、各種の金属からなる部品などがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明による「洗浄保護方法、洗浄保護用
溶液および装置ユニット」では、次のような手段を用い
た。 （１）対象物を洗浄してその表面にコーティング層を形
成する洗浄保護方法であって、界面活性物質を溶かした
有機溶剤に前記対象物を浸漬して、物理的な力を加えて
前記対象物表面の汚れを落とす洗浄ステップと、洗浄さ
れた前記対象物表面に前記界面活性物質からなるコーテ
ィング層が形成される保護層形成ステップと、を含む、
洗浄保護方法とした。 （２）(１)に記載の洗浄保護方法において、前記界面活
性物質は、パルミチン酸、ステアリン酸、オイレン酸、
ミリスチン酸、ラウリン酸のいずれかの脂肪酸である。 （３）(１)または(２)の洗浄保護方法において、前記対
象物は、半導体装置の構成部材または半導体装置の製造
に関連する部材である。 （４）有機溶剤に界面活性物質を溶かした洗浄保護用溶
液であって、この洗浄保護用溶液は、前記対象物が浸漬
されて物理的な力が加えられることにより、前記対象物
表面の汚れを落とす洗浄手段と、洗浄された前記対象物
表面に前記界面活性物質からなるコーティング層を形成
する保護層形成手段と、を備える、洗浄保護用溶液とし
た。 （５）表面が洗浄されて保護された対象物を備える装置
ユニットにおいて、前記対象物は、請求項１〜３いずれ
か１項の洗浄保護方法によって処理が行われたものであ
る、装置ユニットとした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜５を参照して、本発
明による「洗浄保護方法、洗浄保護用溶液および装置ユ
ニット」について、詳細に説明する。図１は、本発明で
用いる界面活性物質(脂肪酸)の分子構造の一例を示す図
であり、図２は、本発明により対象物表面に界面活性物
質(脂肪酸)からなるコーティング層が形成された一例を
示す構造説明図であり、図３は、対象物に本発明による
洗浄保護方法を実施する様子を示す段階的な説明図であ
る。また、図４は、本発明の一実施の形態として、対象
物の洗浄／保護のために、本発明を適用するときの手順
を示す説明図であり、この図４における対象物は導電接
続体であるソルダーボール３０である。そして、図５
は、導電接続体(ソルダーボール３０)と他の導体間（導
体基部100と導体基部200）とで形成された導電構造の一
例を示す断面による説明図である。

【００１０】図１は、本発明で用いる界面活性剤の分子
構造の一例を示す説明図であり、ここでは界面活性剤は
脂肪酸であって、その代表的分子構造を示す。その構造
は、分子の炭素数12〜18の炭素原子が長い鎖状に連らな
った親油性のアルキル基(非極性炭化水素基)と、水に溶
けてイオン解離する親水性のカルボキシル基(極性基)
と、から成っている。図１を１本のマッチ棒に例えれ
ば、頭の部分は親水性の極性基であり、軸の部分は親油
性の非極性炭化水素基に相当する。

【００１１】本発明の洗浄保護方法にあっては、脂肪酸
などの界面活性物質を溶かした有機溶剤に対象物を浸漬
した状態としたまま、この対象物に対して、振動・揺動
・回転・回動・流水による力・吹きつけ力などによる機
械的また物理的な力を加えることにより、この対象物表
面の汚れを落とす洗浄ステップが実施される。そして、
洗浄されてきれいになった対象物の表面には、脂肪酸な
どの界面活性物質からなるコーティング層が形成される
保護層形成ステップが実施される。なお、この洗浄ステ
ップから保護層形成ステップへの移行は、別々に分けて
行うものではなく、対象物は溶剤に浸漬した状態となっ
ているので、この洗浄ステップが終わって表面がきれい
になると、自然に保護層形成ステップへ移行するもので
ある。

【００１２】図２は、本発明により対象物表面に界面活
性物質(ここでは脂肪酸)からなるコーティング層形成さ
れた一例を示す構造説明図である。図２において、洗浄
保護の処理がなされる対象物Ａは、例えばここではソル
ダーボールＡであるものとして、また、界面活性物質と
しては脂肪酸のひとつのパルミチン酸を用いるものとす
る。このｃソルダーボールＡは、界面活性物質であるパ
ルミチン酸を溶かした有機溶剤に浸漬されて、前に述べ
たような物理的な力が加えられることによって、このソ
ルダーボールＡの表面の汚れが除去される洗浄ステップ
が行われる。

【００１３】洗浄されてきれいになった対象物の表面に
は、パルミチン酸からなるコーティング層Ｂが形成され
る保護層形成ステップが行われる。図２に示したコーテ
ィング層Ｂは、パルミチン酸の多数分子が同じ方向に配
向して配列した構造から成り、分子の頭部分を対象物表
面に付けて表面略鉛直方向に多数個数が配向して集合配
列し、ソルダーボールＡの表面全域を被覆するようにし
て、コーティング層Ｂ(表面薄膜層)を形成する。また、
この図２に示す構造では、ソルダーボールＡ表面上での
パルミチン酸の化学吸着の状態で、パルミチン酸の単分
子膜が生成されたものとなっている。

【００１４】このコーティング層Ｂの厚みは、脂肪酸な
どの界面活性物質の単一分子の長さにほぼ等しくなる。
図２に示すものは、脂肪酸のひとつであるパルミチン酸
の例であって、パルミチン酸１分子の長さは概ね２６Å
であるので、コーティング層Ｂもこれとほぼ同じ長さの
厚みを有することとなる。また、パルミチン酸１分子の
横幅(表面水平側の長さ)は約５Åであって、この分子が
多数個数が凝集されて配向して配列され、コーティング
層Ｂが生成される。

【００１５】図３は、対象物に本発明による洗浄保護方
法を実施する様子を段階的に示す説明図である。まず図
３(１)において、本発明により洗浄保護される対象物１
０は、その表面に汚れ１２を有する。この対象物１０
が、鉛(Ｐｂ)と錫(Ｓｎ)の材料からなるソルダーボール
であるとすると、黒化現象によってボール表面には多く
の鉛(Ｐｂ)または錫(Ｓｎ)を成分とする物質が粉末状に
なって出てくるので、それらを含んだものが汚れ１２と
なる。図３(２)は、溶液１４に対象物１０を浸漬(湿潤)
する過程を示す。ここでの溶液１４は、脂肪酸などの界
面活性物質が溶けている有機溶剤である。溶液１４に対
象物１０を浸すと、対象物１０の表面に付着している汚
れ１２に溶液１４が吸着していき、汚れ１２の中まで溶
液１４が浸透していく。

【００１６】図３(３)は、溶液１４が含有する界面活性
物質(界面活性分子１６)の働きによって、付着していた
汚れ１２が対象物１０から離脱する過程を示す。ここで
は、汚れ１２に溶液１４が浸透していく浸透作用が大き
く働き、界面活性分子１６が汚れ１２に吸着していく。
そして、汚れ１２と対象物１０との界面エネルギーが減
少し、汚れ１２と対象物１０との付着力は減少する。こ
のような状態になると、物理的な外力(振動・攪拌・水
流変化など)を与えることで、それが僅かなものであっ
ても、汚れ１２は容易に剥がれてきて溶液１４中に浮き
出してくる。図３(４)は、汚れ１２が対象物１０から離
脱していき、対象物１０の表面がきれいになると、こん
どは、界面活性分子１６が、対象物１０の表面に次第に
付着してくる過程を示す。

【００１７】図３(５)では、離脱された汚れ１２の粒子
１２'をより小さな粒子に分散させ、一旦離脱した粒子
１２'が凝集しないよう、溶液１４の作用によって溶液
中に粒子１２'を安定的に乳化分散をさせて、再度の汚
れが付着することがないようにする過程を示す。汚れ１
２がなくなった対象物１０の表面には、界面活性分子１
６が次第に配向配列しながら付着してくる。そして、対
象物１０表面全域に渡って、界面活性分子１６によるコ
ーティング層１６Ａを生成する。このコーティング層１
６Ａが形成されることにより、再度の汚れが付着するこ
とがなくなるとともに、対象物１０表面を保護して、対
象物１０に含まれる成分などが外に出てくることをも防
止することができる。

【００１８】ところで、図３(１) 〜(５)を行うにあた
って、具体的な実施例をひとつ挙げてみる。発明者の鋭
意なる実験の結果、対象物１０がソルダーボール(Pb37
％＋Sn63％)であるとすると、その溶液１４としては、
有機溶剤はＨＣＦＣの１４１Ｂとして、これに界面活性
物質であるパルミチン酸(脂肪酸のひとつ)を溶融させた
もの用いると、その洗浄保護の効果が大きいことがわか
り、また、その溶液１４中のパルミチン酸は0.15〜1.0w
t％とした場合、特に大きな効果が期待できることが判
明した。そして、洗浄に用いられたソルダーボール洗浄
液を分析して、その汚れの成分を調べてみると、元のは
んだ成分であるPb37％：Sn63％の比率とは全く異なる、
Ｐｂ：Ｓｎが２５：１の割合で含まれた汚れが検出され
た。このことにより、洗浄前の黒化現象のあった汚れを
構成する成分の多くは、鉛(Ｐｂ)であったことがわかっ
た。

【００１９】また、図３(３) 〜(５)では、頭部と軸部
とからなる界面活性分子１６は、その頭部(親水性側)に
おいて汚れ１２に付着し、また、同じ頭部側で対象物１
０の表面にも付着する図として示したが、これはソルダ
ーボールの黒化現象を防止するために、上記した溶液１
４を用いて本発明を実施した場合を想定したものであ
る。よって、対象物１０や溶液の成分が異なる場合にお
いては、界面活性分子１６の付着の様子も、図３とは異
なってくることもありうる。

【００２０】図４は本発明の一実施の形態を示す図であ
り、洗浄保護の処理がなされる対象物は球体形状のソル
ダーボール３０である。図４(Ｉ)に示す対象物のソルダ
ーボール３０は、その表面に汚れ３２を有している。こ
れを、界面活性物質を溶解した有機溶剤に浸漬すること
によって、ソルダーボール３０の表面の汚れは落とされ
てきれいになり、図４(II)の状態となる。表面がきれい
になると、そのまま自然に、有機溶剤に含まれている界
面活性物質によって、表面全体に均一な薄膜状のコーテ
ィング層３４が形成される(図４(III))、ソルダーボー
ル３０表面は保護されて、ソルダーボールの表面材料が
露出されることがなくなる。この図４で示した実施の形
態でも、界面活性物質を溶かした有機溶剤に導電接続体
などの対象物を浸漬して洗浄を行って、また表面にコー
ティング層を形成するという、本発明による洗浄保護方
法を示していて、対象物の表面の汚れを落とすステップ
と、界面活性物質のコーティング層を形成するステップ
とを、ここに含んでいる。

【００２１】この図４の各段階(Ｉ) (II) (III)は、ソ
ルダーボール３０の球面状の表面全域が(Ｉ)→(II)→(I
II)の順に一律に変化して進むわけではなく、たとえ
ば、段階(Ｉ)において汚れがない部分ではすぐに(II)→
(III)と進むであろうし、段階(Ｉ)において汚れが多い
部分では(II)に至るまでやや時間を要する場合もありう
る。すなわち、ソルダーボール３０の部分的な球面(表
面)状態によって、(II)→(III)に至る過程の経過時間は
それぞれ異なることが予測されるが、最終的には(III)
の段階に達して、表面全体に均一な薄膜状のコーティン
グ層３４が形成される。

【００２２】本発明による対象物の洗浄保護方法におい
ては、界面活性物質の中でも石鹸の類に入る脂肪酸を用
いるのが実用的であり、その脂肪酸としては、パルミチ
ン酸・ステアリン酸・オイレン酸・ミリスチン酸・ラウ
リン酸のいずれかが用いられるとよい。発明者の実験に
よれば、なかでもパルミチン酸は40〜50℃で溶けやすく
洗浄保護効果も高く、好適なものである。また、界面活
性物質を溶かすための有機溶剤は、界面活性物質を溶か
せるものであるなら、いかなる溶剤を用いてもよいが、
本発明に用いられる溶剤としては、先にも述べたＨＣＦ
Ｃの１４１Ｂが好適であるが、トリクレンやメチクロな
どの従来から普及している有機溶剤を用いてもよい。

【００２３】本発明にかかる表面処理によって形成され
た、界面活性物質によるコーティング層３４は、イオン
結合によってカルボン塩となっている堅固な一層膜であ
って、ある程度以上の層さから、さらに厚くなることは
なく、この状態で100℃でも溶融することはなく、べた
つかず、表面はさらさらしている。発明者の実験では、
パルミチン酸を用いた場合では、0.5重量％のパルミチ
ン酸を溶かした有機溶剤に、ソルダーボールを浸漬する
ことにより、コーティング層３４が形成されて、その膜
厚としては約８０Åのものが得られた。このような一層
の膜ができると、この層の上にさらに別の層を形成され
るとしても、すぐに剥がれ落ちてしまうので、ある程度
以上の厚さより大きくはならない。よって、本発明によ
り得られる界面活性物質によるコーティング層３４は、
表面の黒化を防止して、導電構造を形成するための膜と
しては、真に適正なものであり、本発明を実施すること
で極めて容易に得ることができる。

【００２４】また、本発明によるコーティング層３４の
生成は、使用される有機溶剤に溶かした界面活性物質の
濃度に大きく依存されることはないが、堅固な一層膜を
確実に生成するには、洗浄後のすすぎ工程を適正に行う
ことが大切である。さらに、洗浄保護工程実施後の溶液
は、そこに汚れの成分を多く含んでいるので、これらの
汚れを蒸留などの手段によって除去すれば、その溶液は
再使用することができる。よって、作業現場ではリサイ
クルの工程を組んで本発明を実施することができるの
で、大変効率がよくて、コストアップにもならない。

【００２５】図５は、本発明による導電接続体３０'(ソ
ルダーボール)が、他の導体間に介在して配設された構
造を示す。ソルダーボール３０'は、導体基体100と導体
基体200との間に介在設置されて、パッド電極４０など
による導通接続用の補助部材を介してこれらをつないで
導通接続する構造となっている。この図５に示したソル
ダーボール３０'は、半導体装置においては多数の導電
バンプが平面状に均等間隔に割り付けられて配置設定さ
れる構造で用いられ、例えばＩＣチップ用の導電構造の
構築に好適である。

【００２６】図５では、他の導体として導体基体100と
導体基体200の二つの基体だけが示されているが、これ
らの導体基体は、半導体装置においては積層形の導電構
造を形成するための導電層か、または導電用装置の構成
部材に当たるものである。具体的には、半導体素子・回
路基板・プリント配線パターン・ＩＣチップを含むパッ
ケージ、などの半導体装置において、その半導体装置の
内部には導電接続体１０'(ソルダーボールなど)を含ん
でいる構成となっている。

【００２７】本発明の洗浄保護の対象物としては、半導
体素子・回路基板・プリント配線パターン・ＩＣチッ
プ、パッケージ基体、抵抗、コンデンサ、クリームはん
だ、はんだパウダーなど多くの半導体関連の装置や構成
部品が挙げられるが、これらに限られるものではなく、
他の分野にある対象物についても適宜に本発明が適用で
きるものである。たとえば、亜鉛はんだは、活性力が強
くフラックスと反応し、酸化し易い性質を有するもので
あるが、本発明を十分に適用することができる。また、
微小寸法立体形状や細かい粉末からなるクリームはんだ
やはんだパウダーにおいても、本発明を適用することが
大変容易である。

【００２８】

【発明の効果】このように、本発明は、界面活性物質を
溶かした有機溶剤に対象物を浸すことによって表面を洗
浄するとともにコーティング層を形成するという、対象
物を洗浄／保護する方法であり、対象物の表面に対し
て、汚れを落とすステップと、界面活性物質のコーティ
ング層を形成する保護層形成ステップと、を含んでい
る。これにより、ソルダーボールなど導電接続体を例に
あげれば、その表面が黒く変色している黒化現象への対
応として、既に黒化しているもの対してはその表面をき
れいにしてその後の黒化現象を防止させ、また、未だ黒
化していないものに対してもその後の黒化現象を防止さ
せる、という大きな効果をあげることができる。そし
て、本発明による界面活性物質のコーティング層は、保
護層として堅固で安定性のある均質で単一な薄膜の形成
ができるもので、効果的な洗浄保護の工程を、多くのコ
ストや手間を増加させることなく、容易に実現させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる界面活性物質(脂肪酸)の分子構
造の一例を示す説明図である。

【図２】本発明により対象物表面に界面活性物質(脂肪
酸)からなるコーティング層が形成された一例を示す構
造説明図である。

【図３】対象物に本発明による洗浄保護方法を適用する
様子を示す段階的に説明する図である。

【図４】本発明の一実施の形態を示す図であり、対象物
(ここではソルダーボール３０)に表面処理を行う方法の
手順を示す説明図である。

【図５】本発明にかかる対象物であるソルダーボール３
０(導電接続体)を含む導電構造を示す断面による説明図
であって、ソルダーボール３０(導電接続体)と他の導体
間（導体基部100と導体基部200）とで形成された導電構
造を示す。

【符号の説明】 Ａ 対象物 Ｂ コーティング層 １０ 対象物 １２ 汚れ １４ 溶液 １６ 界面活性分子 １６Ａ 界面活性分子によるコーティング層 ３０、３０’ ソルダーボール(導電接続体) ３２ ボール表面の汚れ ３４ コーティング層 ４０ パッド電極 １００ 上側の導体基体 ２００ 下側の導体基体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3B201 AA47 BB01 BB87 BB95 BB96 BC05 CC00 4H003 DA15 DC02 EB07 ED01 FA21 4K053 PA01 PA11 QA01 QA04 QA07 RA08 RA45 RA46 RA47 RA63 RA64 SA06 SA08 SA09 SA19 XA09 XA11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を洗浄してその表面にコーティン
   グ層を形成する洗浄保護方法であって、 界面活性物質を溶かした有機溶剤に前記対象物を浸漬し
   て、物理的な力を加えて前記対象物表面の汚れを落とす
   洗浄ステップと、 洗浄された前記対象物表面に前記界面活性物質からなる
   コーティング層が形成される保護層形成ステップと、を
   含む、 ことを特徴とする洗浄保護方法
2. 【請求項２】 請求項１に記載の洗浄保護方法におい
   て、 前記界面活性物質は、パルミチン酸、ステアリン酸、オ
   イレン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸のいずれかの脂肪
   酸である、ことを特徴とする洗浄保護方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の洗浄保護方法
   において、 前記対象物は、半導体装置の構成部材または半導体装置
   の製造に関連する部材である、ことを特徴とする洗浄保
   護方法。
4. 【請求項４】 有機溶剤に界面活性物質を溶かした洗浄
   保護用溶液であって、 この洗浄保護用溶液は、 前記対象物が浸漬されて物理的な力が加えられることに
   より、前記対象物表面の汚れを落とす洗浄手段と、 洗浄された前記対象物表面に前記界面活性物質からなる
   コーティング層を形成する保護層形成手段と、を備え
   る、 ことを特徴とする洗浄保護用溶液
5. 【請求項５】 表面が洗浄されて保護されるべき対象物
   を備える装置ユニットにおいて、 前記対象物は、請求項１〜３いずれか１項の洗浄保護方
   法によって処理が行われたものである、ことを特徴とす
   る装置ユニット。