JP2009160483A - 循環型洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の循環型洗浄装置では、洗浄品質を安定しつつ洗浄液使用量の効率を高めることができない。
【解決手段】循環型洗浄装置１１０では、ポンプ５により洗浄液３が循環し、洗浄塔２から洗浄液タンク４へ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計１０５と、積算流量計１０５の測定結果に基づいて洗浄液タンク４から洗浄塔２へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部１０４を備えた構造を有している。かかる構造の循環型洗浄装置１１０によれば、洗浄容器１内での洗浄液３の液流が阻害された場合でも、排出洗浄液の積算された液量を測定するため、洗浄液を送出したり、洗浄液の送出を停止するなどして、洗浄バッチ毎の排出洗浄液量を一定にできる。これにより、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を測定するため、洗浄のばらつきを低減できる。また、循環型であるため、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を減少することなく洗浄液３を繰り返し使用できるため、洗浄むらを抑制して洗浄品質を安定しつつ洗浄液３を効率よく使用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環型洗浄装置に関する。

近年、半導体装置等の製造分野において、高速化・高集積化に伴い、フリップチップを用いた半導体パッケージが提案されている。特に、フリップチップタイプの接合では、はんだを使ったタイプのものが多く、フリップチップバンプとインターポーザーである基板などとの接合にフラックスが用いられている。このようなフラックスが半導体パッケージ内に汚れとして残留すると、チップ−基板間に注入するアンダーフィル樹脂の充填性に影響を及ぼし、ボイドが発生したり、基板−樹脂間又はチップ−基板間の界面での剥離を生じ、半導体パッケージの信頼性を損なうといった問題があった。
さらに、製品の小型化や技術進歩などにより、チップと基板との間隙は狭くなり、その間隙は５０マイクロメータ程度である。そのため、このようなチップ−基板間の間隙に残るフラックスの洗浄はより困難になっている。

このような問題を解決するための洗浄装置として、例えば特許文献１および２が挙げられる。図３を参照して、従来の洗浄装置について以下に説明する。

まず、従来の洗浄装置の構成について説明する。
図３は、従来の循環型強制液流で洗浄を行う洗浄装置を示す模式図である。図３に示すように、洗浄装置３００は、被洗浄対象物を収容する洗浄容器ａ、洗浄容器ａを保持する洗浄塔ｂ、洗浄を行う洗浄液ｃ、洗浄液ｃを貯蔵する洗浄液タンクｄ、洗浄液タンクｄ内の洗浄液ｃを洗浄塔ｂの内部へ送るポンプｅ、ポンプｅを介して、洗浄液タンクｄから洗浄塔ｂの内部へ洗浄液ｃを導く配管ｘを備えている。そして、洗浄液ｃが洗浄容器ａの内部を流れることで被洗浄物が洗浄される。さらに、洗浄装置３００は、洗浄液タンクｄまでの液返送を行う返送ラインｆ、液切りや乾燥を行う送風供給ラインｇ、乾燥させるための熱風を発生させるヒータｈと送風機ｉ、送風された風を排気する排風ラインｊ、排風に含まれる水分を分離する気液分離器ｋ、気液分離された液を洗浄液タンクｄに戻す返送ラインｌ、これらラインの切り替えを行う切り替えバルブＶａ〜Ｖｆを備えている。

次に、洗浄装置３００の動作について説明を行う。
まず、図３に示すようにして、被洗浄物を収容した洗浄容器ａは、洗浄塔ｂの内部に設置される。バルブＶｃ〜Ｖｆは閉じ、バルブＶａ、Ｖｂは開けられている。これにより、洗浄塔ｂは密閉された状態になっている。
つづけて、ポンプｅを作動し洗浄液ｃを循環させる。すなわち、ポンプｅにより、洗浄液タンクｄに貯蔵された洗浄液ｃは、配管ｘを通じて洗浄塔ｂに送られ、洗浄塔ｂの内部に配置された洗浄容器ａの内部を通り、洗浄塔ｂから返送ラインｆへ排出され、返送ラインｆを通じて洗浄液タンクｄに戻る。洗浄液ｃが洗浄容器ａの内部を通ることにより、洗浄容器ａ内の被洗浄物が洗浄される。

また特許文献３には、濾過ケーキの洗浄完了の判断を時間の経過によって行わずに、濾過洗浄機から排出される洗浄排出液量（重量）を測定し、この測定された洗浄排出液量の総量（重量）が一定量に達した時点で、濾過洗浄機による濾過ケーキの洗浄を停止させることが記載されている。
特開平８−３３２４６３号公報 特開平９−１５５３１０号公報 特開２００３−３４２３７７号公報

しかしながら、図３で説明した洗浄装置では、ポンプｅから吐出される洗浄液は一定量であるため、洗浄容器ａの内部を流れる洗浄液の液量は、被洗浄物の数、大きさおよび形状などによって洗浄バッチ毎に変化する。すなわち、同じ洗浄時間でも、被洗浄物の増減などによって洗浄容器ａの内部を流れる洗浄液の液量が変化し、洗浄バッチ毎の洗浄性にばらつきが生じてしまう。

図４は、従来の洗浄装置による洗浄時間毎の洗浄性実験の結果を示すグラフである。縦軸は半導体パッケージのフラックス残渣量を示し、横軸は半導体パッケージ１個あたりに流れる洗浄液量を示している。これにより、半導体パッケージに流れる洗浄液量が一定以下の量になるとフラックスの残渣量が多くなることが分かった。また、同じ洗浄時間でも、半導体パッケージ１個あたりに流れる洗浄液量が少なくなるとフラックスの残渣量が多くなることが分かった。すなわち、同じ洗浄時間でも被洗浄物が多くなると洗浄性が低下することが分かった。
このことからも、洗浄時間によって洗浄完了とすることによって洗浄むらが発生することが分かる。

また、特許文献３に記載の技術では、被洗浄物がある濾過洗浄機内に一定量の洗浄液を供給して濾過ケーキを洗浄するため、濾過洗浄機の濾過材の目詰まりによって洗浄容器内の圧力が高くなり、洗浄容器の許容耐圧を超えることにより、洗浄液の噴き出しが発生する場合がある。これを防ぐため、例えば、洗浄容器内の洗浄液の圧力が上昇した時に、洗浄容器内の圧力を下げるためのバイパス配管等を設けて、排出液貯留槽に洗浄液を逃がすことが考えられる。しかしこの場合、実質的に被洗浄物に流れる洗浄液の総量が減少するため、洗浄むらや洗浄品質が不安定になるという問題を生ずる。また、濾過洗浄機内を通過した洗浄液を排出液貯留槽に貯留して排出液の重量を測定するため、洗浄液を循環させて使用することができず、洗浄液の効率性において改善の余地があった。

本発明による循環型洗浄装置は、
流入口および流出口を有し、内部に被洗浄物を収容する洗浄容器と、
内部に前記洗浄容器を保持する洗浄塔と、
洗浄液を貯蔵する洗浄液タンクと、
前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ洗浄液が流入するように設けられた第１の配管と、
前記洗浄塔から前記洗浄液タンクへ洗浄液が排出されるように設けられた第２の配管と、
前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ洗浄液を送出するポンプと、
前記洗浄塔から前記洗浄液タンクへ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計と、
前記積算流量計の測定結果に基づいて前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部と、
を備え、
洗浄液が前記流入口から前記流出口へ流れることで前記被洗浄物が洗浄されるように構成されたことを特徴とする。

この循環型洗浄装置は、ポンプにより洗浄液が循環し、洗浄塔から洗浄液タンクへ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計と、積算流量計の測定結果に基づいて洗浄液タンクから洗浄塔へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部と、を備えた構造を有している。かかる構造の洗浄装置によれば、洗浄容器内に被洗浄物が存在することによって洗浄液の液流が阻害された場合でも、排出洗浄液の積算された液量を測定するため、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量が測定でき、洗浄バッチ毎の洗浄のばらつきを低減することができる。また、循環型洗浄装置であるため、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を減少することなく洗浄液を繰り返し使用できるため、洗浄むらを抑制して洗浄品質を安定しつつ洗浄液を効率よく使用できる。また装置全体のスペースも縮小できる。

本発明によれば、洗浄品質を安定しつつ洗浄液使用量の効率を高めた循環型洗浄装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による循環型洗浄装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による循環型洗浄装置の第１実施形態を示す断面図である。
循環型洗浄装置１１０は、被洗浄物を収容する洗浄容器１、洗浄容器１を保持する洗浄塔２、洗浄を行う洗浄液３、洗浄液３を貯蔵する洗浄液タンク４、洗浄液タンク４内の洗浄液３を洗浄塔２の内部へ送るポンプ５、ポンプ５を介して、洗浄液タンク４から洗浄塔２の内部へ洗浄液３を導く配管２０（第１の配管）と、洗浄塔２から洗浄液タンク４までの液返送を行う配管６（第２の配管）と、積算流量計１０５と、圧力計Ｐ１と、第１の制御部１０４と、を備えている。そして、洗浄液３が流入口から流出口へ流れることで被洗浄物が洗浄される。

図１に示すように、循環型洗浄装置１１０は、さらに、液切りや乾燥を行う送風供給ライン７、乾燥させるための熱風を発生させるヒータ８と送風機９、送風された風を排気する排風ライン１０、排風に含まれる水分を分離する気液分離器１１、気液分離された液を洗浄液タンク４に戻す返送ライン１２、洗浄液３の経路の切り替えを行うバルブＶ１〜Ｖ６を備えている。
さらに、洗浄塔２を通過した洗浄液３の流量を測定する流量計１００、洗浄容器１の液出口の洗浄液３の圧力を測定する圧力計Ｐ２を備えている。

洗浄容器１は、上部に洗浄液が流入する流入口と、下部に流入口から流入した洗浄液が液出される流出口と、を有している。洗浄容器１は、かご状の容器であり、上部の開口部から洗浄液が流入し、下部および側面の開口部から洗浄液が流出するようになっている。被洗浄物を収容した状態で洗浄塔２の内部に設置される。
洗浄容器１は、洗浄容器１の流入口周辺の縁が洗浄塔２の内壁に形成された突起部によって洗浄塔２の内部に保持される。

洗浄塔２には、洗浄液タンク４から洗浄塔２へ洗浄液３を導く配管２０（第１の配管）、洗浄塔２から洗浄液タンク４へ洗浄液を導く配管６（第２の配管）、およびバルブＶ５を備えた配管が接続されている。洗浄塔２の上面は開閉式の蓋で覆われている。

配管２０（第１の配管）および配管６（第２の配管）は、洗浄塔２と洗浄液タンク４との間を洗浄液が循環するように配置されている。配管２０には、バルブＶ１が設けられている。バルブＶ１が開状態の時、洗浄液３は、配管２０を通じて洗浄液タンク４から洗浄塔２へ送られる。配管６には、バルブＶ２が設けられている。バルブＶ２が開状態の時、洗浄液３は、配管６を通じて洗浄塔２から洗浄液タンク４へ送られる。

ポンプ５は、配管２０に設けられ、洗浄液タンク４から洗浄塔２へ洗浄液３を送出する。ポンプ５は、任意に設定された時間、一定量の洗浄液を送出する。洗浄液３は、ポンプ５により強制的に循環型洗浄装置１１０内を循環され、被洗浄物を洗浄できる。循環型洗浄装置１１０の洗浄液３の循環をコントロールする機能を有している。

圧力計Ｐ１は、洗浄容器１の上部にある流入口の洗浄液３の圧力を測定する。これにより、被洗浄物により洗浄液３が液詰まりし流入口の圧力が上昇した場合や、ポンプ５の異常により洗浄液３が排出されない場合等、洗浄異常の発生を検知できる。
圧力計Ｐ２は、洗浄容器１の下部にある液出口の洗浄液３の圧力を測定する。

積算流量計１０５は、洗浄塔２から洗浄液タンク４へ排出された排出洗浄液の総量を測定する。すなわち、洗浄開始から被洗浄物を通過した洗浄液の液量の合計量を測定する。

流量計１００は、洗浄容器１の内部を通過して洗浄塔２から排出された洗浄液３の配管６における液流量を測定する。

第１の制御部１０４は、ポンプ５に備えられ、積算流量計１０５の測定結果に基づいて洗浄液タンク４から洗浄塔２へ送出する洗浄液の液量を制御する。たとえば、排出洗浄液量が所定の総量に達した場合、洗浄液タンク４から洗浄塔２へ送出する洗浄液を停止することができる。また、洗浄時間の設定時間内に排出洗浄液量が所定の総量に達しない場合は、洗浄時間を延長することができる。これにより、洗浄バッチ毎の排出洗浄液量を一定とし、洗浄のばらつきを抑えることができる。

次に、循環型洗浄装置１１０の動作について説明を行う。
まず、図１に示すようにして、被洗浄物を収容した洗浄容器１は、洗浄塔２の内部に設置される。バルブＶ３〜Ｖ６は閉じ、バルブＶ１、Ｖ２は開けられている。これにより、洗浄塔２は密閉された状態になっている。
つづけて、ポンプ５を作動し洗浄液３を循環させる。すなわち、ポンプ５により、洗浄液タンク４に貯蔵された洗浄液３は、配管２０を通じて洗浄塔２に送られ、洗浄塔２の内部に配置された洗浄容器１の流入口から流出口を通り、洗浄塔２から配管６へ排出され、配管６を通じて洗浄液タンク４に戻る。洗浄液３が洗浄容器１の流入口から流出口を流れることにより、洗浄容器１内の被洗浄物が洗浄される。

このとき、洗浄容器１内の被洗浄物の増加などによって、洗浄容器１の内部を洗浄液３が流れにくくなり、流入口の洗浄液量が流出口の洗浄液量よりも多くなり、被洗浄物を洗浄する洗浄液３の量が減少する場合がある。また、ポンプ５から流入口へ送出される洗浄液は一定量である。このため、流入口の洗浄液３の量が増大し、流入口の圧力が上昇する場合がある。すなわち、洗浄容器１の流入口での洗浄液３の圧力が高くなり、洗浄塔２内の圧力が不均一となる場合がある。

本実施形態の効果を説明する。
本実施形態における循環型洗浄装置１１０では、ポンプ５により洗浄液３が循環し、洗浄塔２から洗浄液タンク４へ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計１０５と、積算流量計１０５の測定結果に基づいて洗浄液タンク４から洗浄塔２へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部１０４を備えた構造を有している。かかる構造の循環型洗浄装置１１０によれば、洗浄容器１内での洗浄液３の液流が阻害された場合でも、排出洗浄液の積算された液量を測定するため、洗浄液を送出したり、洗浄液の送出を停止するなどして、洗浄バッチ毎の排出洗浄液量を一定にできる。これにより、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を測定するため、洗浄のばらつきを低減できる。また、循環型洗浄装置１１０は、循環型であるため、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を減少することなく洗浄液３を繰り返し使用できるため、洗浄むらを抑制して洗浄品質を安定しつつ洗浄液３を効率よく使用できる。

また、洗浄液３の液流が阻害により流入口の洗浄液量が流出口の洗浄液量よりも多くなり、さらにポンプ５により送出される洗浄液３によって流入口の圧力が上昇した場合においても、流入口の洗浄液の圧力を測定する圧力計Ｐ１を有しているため、このような圧力の上昇を検知することができる。またポンプの異常などにより洗浄液の送出が停止するなどの洗浄異常も検知できる。これにより、洗浄液の吹き出し、洗浄塔の損傷などを抑制できる。

さらにまた、洗浄液３を繰り返し使用できる循環型洗浄装置であるため、装置全体のスペースも縮小できる。

このように、本実施形態によれば、洗浄品質が安定し洗浄液使用量の効率を高めた循環型洗浄装置１１０が実現される。

（第２実施形態）
図２は、本発明による洗浄装置の第２実施形態を示す模式図である。第１実施形態に対し、本実施形態は洗浄塔の上部から洗浄液を排出する第３の配管によって洗浄異常を低減する構成である。

洗浄装置２２０においては、洗浄塔２の上部から洗浄液タンク４へ洗浄液を排出する配管１０１（第３の配管）と、配管１０１への液流量を検知する流量計１０２と、配管１０１の液流を制御するバルブＶ１００を備えている。
その他の構成および動作は第１実施形態と同様である。

配管１０１（第３の配管）は、洗浄塔２の上部に設けられている。洗浄塔２の上部とは、洗浄容器１の流入口よりも上方であり、かつ、洗浄塔２から洗浄液タンク４までの液返送を行う配管６よりも上方であることを意味する。洗浄容器１の内部を流れる洗浄液３の液量の減少によって、洗浄液３の圧力が特に上昇する部分に、配管１０１が設けられることにより、該圧力の上昇を抑えることができる。

また、配管１０１には、バルブＶ１００が設けられている。バルブＶ１００が開状態の時、洗浄塔２の上部から洗浄液３が排出され、洗浄液タンク４へ送られる。すなわち、洗浄容器１の流入口の洗浄液３は、洗浄容器１の内部および配管１０１のいずれかを流れることにより、洗浄塔２と洗浄液タンク４との間を循環するようになる。
流量計１０２は、洗浄容器１の内部を通過せずに洗浄塔２から排出された洗浄液３の配管１０１における液流量を測定する。

第２の制御部１０３は、圧力計Ｐ１により洗浄容器１の流入口における洗浄液３の圧力を測定し、圧力計Ｐ１の測定結果に基づいてバルブＶ１００を開状態として、流入口にある洗浄液３を配管１０１へ導くことにより、流入口における洗浄液３の液量を減らし、その圧力を下げることができる。すなわち、第２の制御部１０３は、圧力計Ｐ１の示す値が、任意に設定される圧力値以上になった場合、バルブＶ１００を閉状態から開状態とする機能を有する。

これにより、圧力計Ｐ１の測定結果に基づいてバルブＶ１００の開閉状態を適宜調整することにより、流入口における洗浄液３の液流量を制御し、流入口における洗浄液３の圧力をより正確に調整することができ、さらに洗浄異常の抑制が可能となる。

本実施形態においても、洗浄容器１の内部を流れる洗浄液３の液量の減少によって、洗浄液３の圧力が特に上昇する場合、配管１０１によって洗浄塔１の上部から洗浄液タンク４へ洗浄液が排出されるため、圧力上昇を低減し、洗浄異常の発生を抑えることができる。また、積算流量計１０５が洗浄容器１の流出口側に設けられているため、洗浄液３が洗浄容器１の内部に流れるこむ前に配管１０１によって洗浄液タンク４へ排出された場合でも、実質的に洗浄容器１の内部を流れた洗浄液の流量を測定することができる。

さらに、第２の制御部１０３により、圧力計Ｐ１の測定結果に基づいてバルブＶ１００を開閉させるため、流入口の圧力上昇をさらに抑えることができる。クローズドループシステムにすることで洗浄中に発生する異常を回避することが出来、安定した洗浄品質が得られる。
本実施形態のその他の効果は、上記実施形態と同様である。

なお、本発明による洗浄装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。本実施形態においては、第１の制御部１０４がポンプ５に備えられている例を示したが、これに限られない。

また、例えば、本実施形態においては、第２の制御部１０３が圧力計Ｐ１を用いて流入口の圧力を測定する例を示したが、さらに圧力計Ｐ２を用いて流出口の圧力測定を行い、圧力計Ｐ１、Ｐ２の両方の測定結果に基づいて、流入口の洗浄液の液流量を制御してもよい。これにより、洗浄塔２内の洗浄の状態をより正確に検知し、洗浄液の液流量のより適切な調整が可能となる。

さらに、圧力計Ｐ１、Ｐ２による測定に加え、流量計１００、１０２のいずれかまたは両方を用いてもよい。これにより、液圧力や液流量を常時モニタリングすることとなり、洗浄中の異常を素早く検知し、作業者などにその異常発生を知らせることができる。
また、洗浄容器１は、内部に被洗浄物が収容できる容器であればよく、流入口、流出口の数や大きさは特に限定されない。

本発明による洗浄装置の第１実施形態を示す模式図である。 本発明による洗浄装置の第２実施形態を示す模式図である。 従来の洗浄装置を示す模式図である。 従来の洗浄装置による洗浄時間毎の洗浄性実験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１１０ 洗浄装置
２２０ 洗浄装置
１ 洗浄容器
２ 洗浄塔
３ 洗浄液
４ 洗浄液タンク
５ ポンプ
６ 配管
７ 送風供給ライン
８ ヒータ
９ 送風機
１０ 排風ライン
１１ 気液分離器
１２ 返送ライン
２０ 配管
Ｖ１〜Ｖ６ バルブ
Ｐ１ 圧力計
Ｐ２ 圧力計
１００ 流量計
１０１ 配管
１０２ 流量計
１０３ 第２の制御部
１０４ 第１の制御部
１０５ 積算流量計
Ｖ１００ バルブ

Claims (3)

1. 流入口および流出口を有し、内部に被洗浄物を収容する洗浄容器と、
   内部に前記洗浄容器を保持する洗浄塔と、
   洗浄液を貯蔵する洗浄液タンクと、
   前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ洗浄液が流入するように設けられた第１の配管と、
   前記洗浄塔から前記洗浄液タンクへ洗浄液が排出されるように設けられた第２の配管と、
   前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ洗浄液を送出するポンプと、
   前記洗浄塔から前記洗浄液タンクへ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計と、
   前記積算流量計の測定結果に基づいて前記洗浄液タンクから前記洗浄塔へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部と、
   を備え、
   洗浄液が前記流入口から前記流出口へ流れることで前記被洗浄物が洗浄されるように構成されたことを特徴とする循環型洗浄装置。
2. 請求項１に記載の循環型洗浄装置において、
   前記流入口の洗浄液の圧力を測定する測定部と、
   前記洗浄塔の上部から洗浄液を排出する第３の配管をさらに備えることを特徴とする循環型洗浄装置。
3. 請求項２に記載の循環型洗浄装置において、
   前記流入口の洗浄液の圧力を測定し、前記測定の結果に基づいて前記流入口における洗浄液を前記第３の配管へ導くことにより、前記流入口の洗浄液の前記圧力を下げる第２の制御部をさらに備えることを特徴とする循環型洗浄装置。

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