JP3120695B2 - 電子回路の製造方法 - Google Patents

電子回路の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路（ＬＳ
Ｉ）等の部品と回路基板を接続する電子回路の製造方法
に関し、特に、フラックスを使用せずにハンダ付けで接
続する電子回路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回路基板と半導体集積回路（ＬＳ
Ｉ）等とをハンダ付けする際は、接合される対象金属の
表面は清浄に保たれ、かつ濡れ性を妨げるような物質が
存在してはならないことが要求される。また、メッキを
施す対象金属の表面にも酸化膜等が存在せず、対象金属
の表面は清浄に保たなければならない。さらに、Ａｕ線
やＡｕリボン等を対象金属の表面に超音波熱加圧方法に
より接合する際にも、対象金属の表面の酸化膜が問題に
なり、対象金属の表面は清浄に保たなければならない。
【０００３】こうしたハンダの濡れ性を妨げる物質に
は、酸化物、塩化物、硫化物、炭酸塩、各種有機化合物
等がある。特に、ハンダ付け、メッキ付け、Ａｕ線やＡ
ｕリボン等の超音波熱加圧接合等の処理プロセスにおけ
る最大の障害は、ハンダ、ニッケル（Ｎi）、ニッケル
合金（Ｎiと他物質との合金）等の対象金属の表面に存
在する酸化膜である。
【０００４】この酸化膜は、一般にフラックスによって
化学的に溶解して液体の化合物に変化させる。これによ
って、対象金属の表面とハンダの金属原子とが外殻の電
子殻を共有する金属結合状態を形成するための直接衝突
の機会が得られ、合金化が可能となる。また、メッキ付
けに対しては、酸化膜を介してはメッキ付けは不可能で
ある。代表的な例として電気メッキがあるが、酸化膜が
絶縁膜となり電気メッキに必要な電気的導通がとれない
ため、メッキ付けが不可能になる。
【０００５】また、置換メッキ付けに対しても、やはり
酸化膜が障害となり、対象金属の表面とメッキ液間の置
換反応が無くなり、メッキ付けが不可能となる。
【０００６】これらのメッキ付けに関しても塩酸等の液
処理による酸化膜除去では、残渣が残ってしまい、接合
の信頼性を低下させる要因となる。そこで、従来からフ
ロン等による洗浄が実施されている。
【０００７】これに対し、最近では、フラックスとして
アビエチン酸（ロジン）とアジピン酸等を微量使用する
ことにより、フラックス残渣洗浄を不要とする技術開発
が行われているが、接合の信頼性の点で不十分である。
【０００８】この技術については、「アルミットテクニ
カルジャーナル１９」（１９９２年）、および「無洗浄
化のためのフラックスの作用機構と問題点について」
（（株）日本工業技術開発研究所、窪田 規）に詳しく
説明されている。
【０００９】一方、金属材料、鋼材、炭化物等に対し
て、レーザビームを照射することにより、超微細均一組
織あるいは非晶質構造を有し、耐食性、耐摩耗性に優れ
た材料を得るグレージング方法が提案されている。この
グレージング方法は、高温高圧下に晒される金属材料、
例えば自動車タービン用材料等を加工する場合に使用さ
れるもので、例えば「続・レーザ加工」（小林 昭 著
ｐｐ１６４、開発社発行）に論じられている。
【００１０】また、フラックスや塩酸等を使用しない金
属表面の酸化膜除去方法として、アルゴンスパッタによ
る酸化膜除去方法がある。
【００１１】この他に、特開昭６３−９７３８２号公報
に開示されているように、金属部材のブラスト加工によ
り粗面に形成された表面に、合金元素をメッキした後、
その上にレーザ光を照射してメッキ層を熔融処理するこ
とにより、ピンホールのない密着性の高いコーティング
被膜を形成する技術がある。
【００１２】さらに、特開昭６２−２５６９６１号公報
に開示されているように、アルミニウムまたはその合金
から成る基材の表面に、陽極酸化被膜を形成することに
より、耐食性が良好で、ハンダ付けが容易な表面処理層
を形成する技術がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【００１４】（１）回路基板と集積回路等とをハンダ付
けする際に、そのハンダ付け前にフラックスによって酸
化膜を除去する方法にあっては、フラックスの残渣を洗
浄するプロセスが必ず必要になるという問題がある。ま
た、残渣として残存した酸等による腐食の原因が残ると
いう問題がある。
【００１５】さらに、洗浄後の乾燥プロセスが必ず必要
になるという問題がある。
【００１６】（２）アルゴンスパッタによる酸化膜除去
方法にあっては、真空中での処理が必要になるので、設
備管理が困難なうえ、アルゴンスパッタによって電子部
品もしくは電子装置の能動素子に悪影響を与えてしまう
という問題がある。
【００１７】（３）レーザビームを用いるグレージング
方法および特開昭６３−９７３８２号公報に開示された
レーザ加工処理方法にあっては、いずれも、高エネルギ
ーのレーザ光によって表面の金属組織を強制的に熔融変
化させ、金属表面の耐摩耗性や緻密性を得るものである
ため、金属表面が固化する過程で酸化膜が成長してしま
うという問題がある。
【００１８】（４）特開昭６２−２５６９６１号公報に
開示されている表面処理方法は、酸化膜を除去する技術
ではない。
【００１９】本発明の目的は、複雑なプロセスを使用す
ることなく簡単に、かつ電子部品もしくは電子装置に悪
影響を及ぼすことなく金属表面の酸化膜や有機物、カー
ボン等を除去することができる金属表面処理方法を適用
して、フラックスを使用せずにハンダ接続できる電子回
路の製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、部品と回路基板をはんだ材で接続する際に、はんだ
材にレーザ光を照射してはんだ材をクリーニングし、前
記部品を前記回路基板上に位置合わせして搭載し、低酸
素濃度雰囲気中ではんだ材を加熱溶融して、部品と回路
基板を接続することにより達成される。
【００２１】
【作用】前述の手段によれば、はんだ材等の金属表面に
対し、金属表面の組織を変化させるエネルギーより小さ
なエネルギーのレーザ光を照射する。
【００２２】これにより、表面の金属組織は熔融せず、
レーザ光のエネルギーによって表面の金属原子と酸素原
子との結合のみが解かれるので、金属表面の酸化膜が除
去され、また、同時に金属表面の有機物、カーボン等が
除去される。
【００２３】前記レーザ光を照射する雰囲気は、大気
中、真空中、Ｈｅガス中のいずれであっても、問題なく
金属表面酸化膜を除去することができる。
【００２４】次に、はんだ材で接続される部品と回路基
板を仮固定液で位置合わせした後、低酸素濃度雰囲気中
で前記酸化膜を除去したはんだ材を加熱溶融してはんだ
接続する。これにより、はんだ接続面を酸化させること
なく良好なはんだ接続を実現することができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【００２６】（実施例１）図１は、本発明による金属表
面処理方法の実施例１を説明するための断面図であり、
１はセラミック基板、２はメタライズ層、３ａはハンダ
層、４は酸化膜、５はレーザ光、６はレンズ、７はミラ
ーである。
【００２７】本実施例１の金属表面処理方法は、図１に
示すように、セラミック基板１の上層に形成したメタラ
イズ層２の表面のハンダ層３ａの表面の酸化物４（また
は有機物、カーボン等の残渣）を除去する方法である。
前記メタライズ層２は、例えば、チタン（Ｔi）膜、ニ
ッケル（Ｎi）膜、ニッケル合金膜等からなる。
【００２８】前記メタライズ層２の表面のハンダ層３ａ
の表面の酸化物４（または有機物、カーボン等の残渣）
を除去する方法は、前記ハンダ層３ａの表面に対し、レ
ンズ６およびミラー７を介してレーザ光５が照射するこ
とにより酸化物４を除去する方法である。
【００２９】図２は、前記ハンダ層３ａに代えて、半導
体集積回路（ＬＳＩ）等の電子装置の製造方法における
ハンダバンプ３ｂの表面にレンズ６およびミラー７を介
してレーザ光５を照射する本実施例１の変形例である。
【００３０】前記本実施例１において使用されるレーザ
光５は、ハンダ層３ａ，３ｂの金属組織を変化させるエ
ネルギーより小さなエネルギーのレーザ光である。詳し
くは、ハンダ層３ａ，３ｂの表面のＳｎ原子とＯ2原子
との結合エネルギーより大きく、Ｓｎ-Ｐｂ原子同士の
結合エネルギーより小さなエネルギーのレーザ光であ
る。
【００３１】このレーザ光５をハンダ層３ａ，３ｂに照
射すると、表面のハンダ層３ａ，３ｂは熔融せず、レー
ザ光５のエネルギーによって表面のＳｎ-Ｐｂ原子とＯ2
原子との結合のみが解かれることにより、ハンダ層３
ａ，３ｂの表面の酸化膜４が除去される。また、同時に
金属表面の有機物、カーボン等が除去される。
【００３２】この場合、表面のＳｎ-Ｐｂ原子とＯ2原子
との結合を解くことがレーザ光５を照射する主目的であ
るので、レーザ光５は、例えば、パルス幅が１μｓ以下
のパルスレーザ光であることが好ましい。
【００３３】また、パルス幅が１μｓ以下のパルスレー
ザ光で表面のＳｎ-Ｐｂ原子とＯ2原子との結合を解くこ
とになるので、レーザ光５としては、例えば、波長が短
い（光子エネルギーが高い）エキシマレーザ光が好まし
い。
【００３４】前記レーザ光５を照射する雰囲気は、大気
中、真空中、Ｈｅガス中のいずれであっても、問題なく
ハンダ層３ａ，３ｂの表面の酸化膜４を除去することが
できた。
【００３５】図３は、レーザ光照射前のハンダ層３ａ，
３ｂ表面状態を走査型電子顕微鏡によって観察した写真
であり、図４はその拡大写真である。
【００３６】これらの写真からハンダ層３ａ，３ｂの表
面に有機物やカーボン等の黒色残渣が確認される。
【００３７】図５は、レーザ光照射後のハンダ層３ａ，
３ｂの表面状態を同様に走査型電子顕微鏡によって観察
した写真であり、図６はその拡大写真である。この写真
からその酸化膜や有機物、カーボン等の残渣が完全に除
去されていることが確認される。
【００３８】図７は、縦軸にＳｎ−Ｐｂ表面の酸化膜量
（％）を、横軸に１パルスのレーザ光照射エネルギー密
度（Ｊ／cm2）をとり、両者の関係をプロットしたもの
である。この図７からレーザ光照射エネルギー密度０.
５Ｊ／cm2〜４.０Ｊ／cm2の範囲で未処理の酸化膜量よ
り少ないことが明らかとなっている。その中でも、レー
ザ光照射エネルギー密度１.５Ｊ／cm2が最も良好である
ことがわかる。
【００３９】この場合、縦軸の酸化膜量は、エネルギー
分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により測定した酸素濃度であ
る。
【００４０】図８は、縦軸にＳｎ−Ｐｂ表面の酸化膜量
（％）を、横軸にレーザ光照射エネルギー密度を１.５
（Ｊ／cm2）に一定値に保った時の照射回数を示したも
のである。
【００４１】この図８から明らかなように、照射回数が
８回付近で酸化膜量が最小となることがわかる。
【００４２】以上のことから、Ｓｎ−Ｐｂ表面の酸化膜
量はレーザ光照射エネルギー密度１.５Ｊ／cm2で８回照
射する場合が最小になり、ハンダ３ａ，３ｂの濡れ性が
向上することがわかる。
【００４３】図９は、前記ハンダバンプ３ｂの表面の酸
化膜除去を行い、フラックスのない状態で集積回路（Ｌ
ＳＩ）８をセラミック基板１の上層に形成したメタライ
ズ層２にハンダ接合した実施例１の要部断面を示すもの
であり、図１０は封止キャップ９の部分のハンダバンプ
３ｂの表面の酸化膜除去を行い、フラックスのない状態
でハンダ接合を実施した半導体装置の要部断面を示すも
のである。
【００４４】（実施例２）図１１は、本発明による金属
表面処理方法の実施例２を説明するための断面図であ
る。本実施例２の金属表面処理方法は、図１１に示すよ
うに、セラミック基板１の上層に形成したニッケル（Ｎ
i）層（もしくはニッケル合金層）２ａの表面の酸化物
４（または有機物、カーボン等の残渣）を除去する方法
である。
【００４５】ニッケル（Ｎi）層（もしくはニッケル合
金層）２ａは、一般的に酸化しやすいために、ニッケル
（Ｎi）層もしくはニッケル合金層２ａの表面に簡単に
酸化膜４が形成される。
【００４６】前記ニッケル層２ａの表面の酸化物４を除
去する方法は、前記実施例１と同様に、前記ニッケル層
２ａの表面に対し、レンズ６およびミラー７を介してレ
ーザ光５が照射して酸化物４を除去する。
【００４７】図１２は、前記ニッケル層２ａの同一部分
に対するレーザ光５の照射回数を１０回一定として、縦
軸にニッケル２ａに形成された酸化膜４の厚さ（単位：
ｎｍ）をとり、横軸にレーザ光照射エネルギー密度（Ｊ
／ｃｍ2）（単位面積当りのレーザ光照射エネルギー）
をとって、両者の関係をプロットした図である。図１２
からわかるように、レーザ光５の照射エネルギー密度が
大きくなるにつれ、酸化膜４は除去できることが理解で
きる。
【００４８】さらに、初期酸化膜の厚さが変わっても同
様に酸化膜４を除去することができる。
【００４９】図１３は、前記レーザ光５の照射エネルギ
ー密度を０.７５（Ｊ／ｃｍ2）一定として、縦軸にニッ
ケル層２ａの表面に形成される酸化膜４の厚さ（単位：
ｎｍ）をとり、前記ニッケル層２ａの同一部分に対する
レーザの照射回数をとって、両者の関係をプロットした
図である。図１３からわかるように、照射回数が多くな
る程、酸化膜の厚さも減少する。
【００５０】（実施例３）図１４は、本発明による半導
体集積回路（ＬＳＩ）等の電子装置の製造方法の実施例
３を説明するための断面図である。
【００５１】本実施例３の電子装置の製造方法は、図１
４に示すように、セラミック基板１の上層に形成したニ
ッケル（Ｎi）層（もしくはニッケル合金層）２ａの表
面の酸化物（または有機物、カーボン等の残渣）を、前
記実施例１，２の酸化物を除去する方法で除去した後、
メッキ層１０を施すものである。前記メッキ付けは、電
気メッキ、無電界メッキ、置換メッキのどれを用いても
よいが、メッキ材は一般に金（Ａｕ）を用いて再酸化を
防ぐ。このようにすることにより、メタライズ層のニッ
ケル（Ｎi）層もしくはニッケル合金層２ａ上の酸化膜
を除去し、その上層にメッキ層１０を施すことによりそ
の再酸化を防止することができる。
【００５２】前記本実施例３の再酸化防止手段を具体的
に適用した電子装置の構成断面図を図１５に示す。この
具体例の半導体集積回路（ＬＳＩ）等の電子装置の製造
方法は、図１５に示すように、セラミック基板１にメタ
ライズ層のニッケル（Ｎi）層（もしくはニッケル合金
層）２ａを形成し、その上に有機系絶縁層１５を形成
し、この有機系絶縁層１５に穴をあけて前記ニッケル
（Ｎi）層２ａを露出させ、その露出したニッケル（Ｎ
i）層２ａの表面の酸化物を、前記実施例１，２の酸化
物を除去する方法で除去した後、再酸化防止用のメッキ
層１０を施し、ロウ材（もしくはハンダ材）１１で電子
装置の入出力（Ｉ／Ｏ）ピン１２を取り付けるものであ
る。
【００５３】前記ニッケル合金層２ａの表面の酸化物を
除去した後、再酸化防止用のメッキ層１０を施すことに
より、半導体集積回路（ＬＳＩ）等の電子装置の入出力
（Ｉ／Ｏ）ピン１２とセラミック基板１との電気的接続
を良好にすることができる。なお、前記レーザ光５によ
り酸化膜４を除去した後は、約１週間程度なら再酸化防
止用のメッキ（Ａｕメッキ）層１０を施さなくてもロウ
材（もしくはハンダ材）１１により電子装置の入出力
（Ｉ／Ｏ）ピン１２とセラミック基板１上のニッケル
（Ｎi）層２ａとを電気的に接続することができる。
【００５４】図１６は、前記図１５に示す入出力（Ｉ／
Ｏ）ピン１２を用いないで電子装置と直接のロウ材（も
しくはハンダ材）１１によりセラミック基板１上のニッ
ケル（Ｎi）層２ａとを電気的接続した場合を示してい
る。従来は必ずフラックス等を用いて接合しているが、
前記本実施例の方法ではフラックス等は不要である。 （実施例４）図１７は、本発明による半導体集積回路等
の電子装置の製造方法の実施例４を説明するための図で
あり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ
線で切った断面図である。
【００５５】本実施例４の電子装置の製造方法は、図１
７（ａ），（ｂ）に示すように、有機系絶縁層１５の上
層に該有機系絶縁層１５と密着性のよい金属膜１３（例
えば、クローム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ）を用いる）を
形成し、その上層に形成したニッケル（Ｎi）層（もし
くはニッケル合金層）２ａの表面の酸化物（または有機
物、カーボン等の残渣）を、前記実施例１，２の酸化物
を除去する方法で除去した後、超音波加熱圧方式を用い
て金（Ａｕ）リボンや金（Ａｕ）ワイヤ１４を接合した
ものである。
【００５６】通常、ニッケル（Ｎi）層もしくはニッケ
ル合金層２ａでは酸化膜のためこのような接合は困難で
あるが、前記実施例１，２の方法で酸化物を除去するこ
とにより、良好に接合することができる。
【００５７】なお、前記実施例においては、表面処理対
象の金属をニッケル（Ｎi）層２ａ、ハンダ層３ａとし
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化膜
や有機物等を除去する必要のある各種の金属に適用する
ことができる。この場合、金属の材質によってレーザ光
のエネルギーを適宜に調節することは言うまでもない。
【００５８】また、パルスレーザ光を例に挙げたが、金
属組織自体を熔融しないようにする制御手段を付加すれ
ば、ＣＯ2レーザ等の波長の長いレーザ光を連続照射す
ることによっても同様の効果が達成できる。
【００５９】なお、レーザ照射によって表面の金属組織
が熔融してしまうことがあり得るが、短時間であれば支
障はない。
【００６０】（実施例５）図１８は本発明の一実施例の
製造装置によりはんだ接続を行う電子部品を仮固定した
回路基板の構成を示す断面図、図１９は本発明の一実施
例による電子回路基板の製造装置の構成を示す斜視図、
図２０は処理容器の内部構造を示す断面図、図２１は電
子部品の仮固定用に使用する液体の例を説明する図であ
る。図１８〜図２０において、２１は電子部品、２２は
電子部品２１を仮固定する液体、２３は接続面、２４は
回路基板、２５ははんだ材、２６は処理容器、２７は圧
力制御部、２８は酸素濃度モニター部、２９は温度制御
部、３０は電子回路基板搬送部、３１は制御部、３２は
被処理電子回路基板、３３はカーボンヒータ、３４は冷
却板、３５はガス導入系、３６は真空排気系である。
【００６１】本発明によりはんだ接続が行われる電子部
品と回路基板とによる被処理電子回路基板３２は、図１
８に示すように、はんだ材２５によるはんだバンプ端子
が設けられているＬＳＩ等の電子部品２１が、セラミッ
ク、ガラスエポキシ等により形成された回路基板２４上
に、電子部品２１を仮固定する液体２により仮固定され
て構成される。その際、はんだ接続される回路基板２４
に設けられている接続面３と電子部品のはんだ材２５と
の位置が一致するように位置合わせされている。
【００６２】前述のように電子部品２１が回路基板２４
に仮固定されている被処理電子回路基板３２に対して処
理を行い、電子部品２１に設けられているはんだ材２５
と回路基板２４に設けられている接続面３とをはんだ接
続する本発明の一実施例による電子回路基板の製造装置
は、図１９に示すように、図１８に示す被処理電子回路
基板に対して加熱、冷却等の処理を行いはんだ接続を行
う処理容器２６と、液体２２の蒸発速度を制御するため
の圧力制御部２７、処理容器２６内に形成した低酸素濃
度雰囲気の酸素濃度をモニターする酸素濃度モニター部
２８と、被処理電子回路基板３２を加熱するカーボンヒ
ータの温度制御部２９と、一連の動作を自動処理するた
めの電子回路基板搬送部３０と、装置全体の自動制御処
理を行う制御部３１とにより構成されている。
【００６３】そして、前述した処理容器２６内には、図
２０に示すように、被処理電子回路基板３２を加熱する
ためのカーボンヒータ３３と、加熱されたカーボンヒー
タ３３と被処理電子回路基板３２とを冷却する金属製の
水冷タイプの冷却板３４とが配置されており、被処理電
子回路基板３２は、カーボンヒータ３３上に載置されて
処理される。また、処理容器２６には、ガス導入系３５
と、真空排気系３６とが接続されており、処理容器２６
内の処理雰囲気の制御が行われる。なお、前述した密閉
処理容器２６とガス導入系３５と真空排気系３６とカー
ボンヒータ３３の加熱手段とが、リフロー加熱装置を構
成している。
【００６４】次に、本発明の一実施例による電子回路基
板の製造装置を使用してはんだ接続を行う方法を説明す
る。
【００６５】まず、ディスペンサーにより予めコントロ
ールされた量の液体２２を回路基板２４上に供給する。
この供給量は、はんだ材２５と接続面２３とを覆い、か
つ、液体２２の表面張力等により電子部品２１を持ち上
げることのない量に制御される。次に、予めはんだ材２
５が供給されたＬＳＩ等の電子部品２１と、液体２２を
塗布した回路基板２４上の接続面２３と位置合わせを行
って、電子部品２１を回路基板２４上に搭載する。 電
子部品２１を搭載した回路基板２４は、図１８に示すよ
うな被処理電子回路基板３２となり、この被処理電子回
路基板３２は、図１９に示す電子回路基板の製造装置の
電子回路基板搬送部３０にセットされる。搬送部３０に
セットされた被処理電子回路基板３２は、処理容器２６
内のカーボンヒータ３３上にロボットにより移動され
る。この結果、処理容器２６内は図２０に示すようにな
る。
【００６６】次に、ロータリーポンプ等で構成された真
空排気系３６により、処理容器２６内のガスを排気し、
流量、圧力を調整することができるガス導入系３５によ
り、Ｈｅ、Ｎ2 等の非酸化性ガス又は、Ｈ2 とＮ2 を混
合した還元性ガス等を導入して、処理容器２６の内部を
一度大気圧にまで戻す。このとき、酸素濃度モニター部
２８により処理容器２６内の酸素濃度を測定し、酸素濃
度が所定の濃度（好ましくは１０ｐｐｍ以下）まで下が
らない場合、前述の真空排気とガス導入とを所定の低酸
素濃度雰囲気を形成するまで繰り返す。低酸素濃度雰囲
気は、加熱中の被処理電子回路基板３２における回路基
板２４、電子部品２１の接続面、はんだ材２５の酸化を
防止する効果がある。
【００６７】前述した処理容器２６内の低酸素濃度雰囲
気の形成終了後、加熱中に異常が生じていないかを常時
モニターしながら、カーボンヒータ３３からの直接熱伝
導により被処理電子回路基板３２を加熱する。この加熱
は、温度制御部２９によりコントロールし、はんだ材２
５の融点よりも高くなるように設定して行われる。例え
ば、はんだ材２５の融点が２２１℃の場合、カーボンヒ
ータ３３の温度を２５０℃に設定する。
【００６８】加熱が開始されると回路基板２４上に電子
部品２１を仮固定するために使用した液体２２が蒸発を
開始する。この蒸発を促進、あるいは、抑制したい場
合、前述の低酸素濃度雰囲気を形成する際のガス導入圧
力を、大気圧より低く、あるいは、高くしておけばよ
い。
【００６９】そして、はんだ材２５が溶融してはんだ接
続が完了した後、金属製の水冷タイプの冷却板３４に冷
却水が供給され、加熱されたカーボンヒータ３３と被処
理電子回路基板３２とが冷却され、基板搬送部３０によ
り被処理電子回路基板３２が取り出される。
【００７０】次に、前述した本発明の一実施例による装
置を使用して、被処理電子回路基板３２における液体２
２を全て蒸発させ、はんだ接続後の洗浄工程を省略し
て、電子部品２１を回路基板２４にはんだ接続する方法
を具体的に説明する。
【００７１】本発明の一実施例においては、使用するは
んだ材として融点２２１℃のものを使用し、カーボンヒ
ータ３３の温度を２５０℃に設定するものとする。ま
た、電子部品２１を回路基板２４に固定するための液体
として、例えば、図２１に示すようなアルコール系の液
体を使用するものとする。
【００７２】図２１に示す液体Ａは、エチレングリコー
ルで、その沸点が１９７℃であり、使用するはんだ材２
５の融点２２１℃に比べて比較的その沸点が低い。この
ような液体を使用する場合、カーボンヒータ３３により
加熱を開始し、被処理電子回路基板３２の温度が上昇す
るに従って液体の蒸発が始まる。この例では、融点が２
２１℃のはんだ材を用い、カーボンヒータ３３の温度が
２５０℃まで上昇するので、はんだ接続が完了する前に
液体が全て蒸発してしまうことになる。
【００７３】液体が全て蒸発し、はんだ材２５が完全に
溶融して、はんだ接続が行われた状態で、冷却板３４に
冷却水が供給され、加熱されたカーボンヒータ３３と被
処理電子回路基板３２とが冷却され、基板搬送部３０に
より被処理電子回路基板３２が取り出される。
【００７４】前述したように、使用するはんだ材２５の
融点に比べて沸点の低い液体により電子部品２１が回路
基板２４に仮固定されている場合、本発明の一実施例
は、仮固定のために使用した液体を全く残すことなくは
んだ接続を行うことができるので、はんだ接続後の洗浄
等の工程を省略することができる。
【００７５】また、図２１に示す液体Ｂは、トリエチレ
ングリコールで、その沸点が２８７℃であり、使用する
はんだ材２５の融点２２１℃に比べて比較的その沸点が
高い。このような液体を使用する場合、カーボンヒータ
３３により加熱を開始し、被処理電子回路基板３２の温
度が上昇しても、液体の蒸発が遅く、はんだ接続完了時
に液体が完全に蒸発せずに残ることになる。
【００７６】本発明の一実施例は、これを解決するため
に、はんだ接続完了後に処理容器２６内を真空排気して
その内部圧力を下げる。これにより、被処理電子回路基
板３２が冷却板３４により冷却されるまでに、液体を全
て蒸発させることができ、前述した液体Ａを使用した場
合と同様に、はんだ接続後の洗浄等の工程を省略するこ
とができる。
【００７７】前述における液体Ａ、Ｂの蒸発の制御は、
はんだ接続の処理を行っている間、前記電子部品を仮固
定している液体が、はんだの溶融まで残り、かつ、はん
だの溶融によりはんだ接続が完了したときになくなるよ
うに、処理容器２６内の圧力を制御して前記液体の蒸発
速度を制御するように行われる。はんだが溶融するまで
液体が残ることにより、ある程度酸素が残っている雰囲
気中で処理が行われた場合にも、はんだ接続部の酸化を
防止して、より信頼性の高いはんだ接続を行うことがで
きる。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、は
んだ材等の金属表面に対し、金属表面の組織を変化させ
るエネルギーより小さなエネルギーのレーザ光を照射す
ることにより、フラックスを使用することなく、金属表
面の酸化膜を除去することができる。さらに、部品と回
路基板を液体で仮固定し、低酸素濃度雰囲気中ではんだ
材を加熱溶融することにより、加熱中の回路基板、電子
部品の接続面、はんだ材の酸化を防止して、信頼性の高
いはんだ接続を行うことができる。
【００７９】また、本発明により、フロン等を使用する
フラックス洗浄プロセスが不要となり、地球環境に対す
る悪影響を防止することができると共に、生産設備及び
生産工程数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属表面処理方法の実施例１を説
明するための断面図である。
【図２】図１に示す前記ハンダ層に代えて、半導体集積
回路（ＬＳＩ）等の電子装置の製造方法におけるハンダ
バンプの表面にレンズおよびミラーを介してレーザ光を
照射する本実施例１の変形例である。
【図３】本実施例１のハンダ層表面のレーザ光照射前の
走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】図３の拡大写真である。
【図５】本実施例１のハンダ層表面のレーザ光照射後の
走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】図５の拡大写真である。
【図７】本実施例１の縦軸にＳｎ−Ｐｂ表面の酸化膜量
（％）を、横軸に１パルスのレーザ光照射エネルギー密
度（Ｊ／cm2）をとり、両者の関係をプロットしたグラ
フである。
【図８】本実施例１の縦軸にＳｎ−Ｐｂ表面の酸化膜量
（％）を、横軸にエネルギー密度を１.５（Ｊ／cm2）に
一定値に保った時の照射回数を示したグラフである。
【図９】本実施例１によりハンダ接合した電子装置の一
例を示す断面図である。
【図１０】本実施例１によるハンダ接合した電子装置の
他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明による金属表面処理方法の実施例２を
説明するための断面図である。
【図１２】本実施例２のニッケル層の同一部分に対する
レーザ光の照射回数を１０回一定として、縦軸にニッケ
ルに形成された酸化膜４の厚さ（単位：ｎｍ）をとり、
横軸にレーザ光照射エネルギー密度（Ｊ／cm2）をとっ
て、両者の関係をプロットした図である。
【図１３】本実施例２のレーザ光照射エネルギー密度を
０.７５（Ｊ／ｃｍ2）に一定として、縦軸にニッケル層
の表面に形成される酸化膜の厚さ（単位：ｎｍ）をと
り、前記ニッケル層の同一部分に対するレーザの照射回
数をとって、両者の関係をプロットした図である。
【図１４】本発明による電子装置の製造方法の実施例３
を説明するための断面図である。
【図１５】本実施例３の再酸化防止手段を具体的に適用
した電子装置の構成断面図である。
【図１６】図１５に示す入出力（Ｉ／Ｏ）ピンを用いな
いで電子装置と直接ロウ材もしくはハンダ材によりセラ
ミック基板上のニッケル（Ｎi）層もしくはニッケル合
金層とを電気的接続した場合を示す図である。
【図１７】本発明による電子装置の製造方法の実施例４
を説明するためのである。
【図１８】本発明の一実施例の製造装置によりはんだ接
続を行う電子部品を仮固定した回路基板の構成を示す断
面図である。
【図１９】本発明の一実施例による電子回路基板の製造
装置の構成を示す斜視図である。
【図２０】処理容器の内部の状態を示す断面図である。
【図２１】電子部品の仮固定用に使用する液体の例を説
明する図である。
【符号の説明】
１ セラミック基板 ２ メタライズ ２ａ ニッケル（Ｎi）層もしくはニッケル合金層 ３ ハンダ層 ３ｂ ハンダバンプ ４ 酸化膜 ５ レーザ光 ６ レンズ ７ ミラー ８ 半導体集積回路（ＬＳＩ） ９ 封止キャップ １０ 再酸化防止用のメッキ層 １１ ロウ材（もしくはハンダ材） １２ 電子装置の入出力（Ｉ／Ｏ）ピン １３ 有機系絶縁層と密着性のよい金属膜 １４ 金（Ａu）リボンもしくはや金（Ａu）ワイヤ １５ 有機系絶縁層 ２１ 電子部品 ２２ 液体 ２３ 接続面 ２４ 回路基板 ２５ はんだ材 ２６ 処理容器 ２７ 圧力制御部 ２８ 酸素濃度モニター部 ２９ 温度制御部 ３０ 搬送部 ３１ 制御部 ３２ 被処理電子回路基板 ３３ カーボンヒータ ３４ 冷却板 ３５ ガス導入系 ３６ 真空排気系
フロントページの続き (72)発明者 太田 敏彦 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 岩田 泰宏 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 白井 貢 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 田村 光範 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (56)参考文献 特開 平７−99382（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−87067（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−38757（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/34 B23K 1/005

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】部品をはんだ材を介して回路基板上に搭載
    し、部品と回路基板を接続する電子回路の製造方法であ
    って、前記はんだ材にレーザ光を照射して前記はんだ材
    の表面をクリーニングし、前記回路基板上に前記部品を
    仮固定するための液体を供給し、前記部品を前記回路基
    板上に位置合わせして前記液体を介して搭載し、低酸素
    濃度雰囲気中で前記はんだ材を加熱溶融しながら、前記
    低酸素濃度雰囲気の圧力を制御することにより前記液体
    の蒸発速度を制御し、前記部品と前記回路基板を接続す
    ると共に前記液体を蒸発させることを特徴とする電子回
    路の製造方法。
  2. 【請求項２】部品をはんだ材を介して回路基板上に搭載
    し、部品と回路基板を接続する電子回路の製造方法であ
    って、前記回路基板の接続部または前記はんだ材にレー
    ザ光を照射して表面をクリーニングし、前記回路基板上
    に前記部品を仮固定するための液体を供給し、前記部品
    を前記回路基板上に位置合わせして搭載し、低酸素濃度
    雰囲気中で前記はんだ材を加熱溶融しながら、前記低酸
    素濃度雰囲気の圧力を制御することにより前記液体の蒸
    発速度を制御し、前記液体を蒸発させながら前記部品と
    前記回路基板を接続することを特徴とする電子回路の製
    造方法。
  3. 【請求項３】複数のハンダバンプが形成された集積回路
    を印刷回路基板に接続する電子回路装置の製造方法であ
    って、前記ハンダバンプにレーザ光を照射して表面をク
    リーニングし、前記印刷回路基板上に前記集積回路を仮
    固定するための液体を供給し、前記集積回路を前記印刷
    回路基板上に位置合わせして搭載し、低酸素濃度雰囲気
    中で前記ハンダバンプを加熱溶融しながら、前記低酸素
    濃度雰囲気の圧力を制御することにより前記液体の蒸発
    速度を制御し、前記集積回路を前記印刷回路基板に接続
    すると共に前記液体を蒸発させることを特徴とする電子
    回路装置の製造方法。
  4. 【請求項４】複数のハンダバンプが形成されたＬＳＩを
    セラミック基板に接続する電子回路の製造方法であっ
    て、前記複数のハンダバンプにレーザ光を照射して表面
    をクリーニングし、前記セラミック基板上に前記ＬＳＩ
    を仮固定するための液体を供給し、前記ＬＳＩを前記セ
    ラミック基板上に位置合わせして搭載し、低酸素濃度雰
    囲気中で前記複数のハンダバンプを加熱溶融しながら、
    前記低酸素濃度雰囲気の圧力を制御することにより前記
    液体の蒸発速度を制御し、前記液体を蒸発させながら前
    記ＬＳＩを前記セラミック基板に接続することを特徴と
    する電子回路の製造方法。
  5. 【請求項５】部品をはんだ材を介して回路基板上に搭載
    し、部品と回路基板を接続する電子回路の製造方法であ
    って、前記回路基板の接続部または前記はんだ材にレー
    ザ光を照射して前記接続部または前記はんだ材の表面を
    クリーニングする工程と、前記部品を仮固定するための
    液体を前記回路基板上に供給する工程と、前記部品を前
    記液体が供給された前記回路基板上に位置合わせして搭
    載する工程と、低酸素濃度雰囲気中で前記はんだ材を加
    熱溶融して前記部品と前記回路基板を接続する工程とを
    有し、前記接続する工程において、前記低酸素濃度雰囲
    気の圧力を制御することにより前記液体の蒸発速度を制
    御し、前記液体を蒸発させることを特徴とする電子回路
    の製造方法。
  6. 【請求項６】前記液体の蒸発速度の制御は、前記はんだ
    材の溶融まで前記液体を残し、かつ、前記接続が完了し
    たときに前記液体を蒸発させる制御であることを特徴と
    する請求項１乃至５記載の電子回路の製造方法。
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