JP3133212B2 - 回路基板上の導体部の表面処理方法および回路基板 - Google Patents

回路基板上の導体部の表面処理方法および回路基板

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、回路基板上の導体部
の表面処理方法および回路基板に関し、詳しくは、半導
体パッケージのように、回路基板の上に金属材料からな
る導体部を形成しておき、この導体部を利用して半導体
チップと外部接続端子などとの電気的な接続を果たすよ
うにする回路基板において、導体部の特性向上のために
行われる表面処理方法と、このような表面処理方法を行
うのに適した回路基板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＰＧＡ（Pin Grid Array）、ＱＦ
Ｐ（Quard Flat Pakage ）、ＣＯＢ（Chip On Board ）
等と呼ばれる各種の半導体パッケージ製品においては、
合成樹脂などからなる回路基板に、銅や金などの金属材
料層からなる導体部を形成しておき、この導体部に半導
体チップなどの各種電子部品を電気的に接合して、電子
部品同士あるいは電子部品と外部回路との接続を果して
いた。このような半導体パッケージ用の回路基板に形成
される導体部は、半導体チップなどに合わせて極めて微
細な加工が必要であるとともに、微弱な電流や高い周波
数の電流が流されるため、その電気的特性には極めて高
い性能が要求される。
【０００３】ところが、回路基板を製造する雰囲気の影
響や、その他の製造工程上の種々の影響のために、回路
基板上の導体部表面が汚染されたり、導体部表面が金属
的に不活性になってしまったりして、導体部表面の絶縁
抵抗値が増大したり、電気的接合の信頼性が低下したり
する。このような導体部表面の信頼性低下は、回路基板
全体の特性に致命的なダメージを与えることになる。
【０００４】そこで、回路基板を洗浄したり、導体部の
表面改質等を行ったりして、導体部表面の信頼性を向上
させる方法が種々提案されている。従来における導体部
の洗浄方法としては、一般的には、フロン等の化学薬品
を用いた湿式化学的方法が多く採用されていた。しか
し、近年、地球環境問題等により、フロンを使用する洗
浄方法が問題とされ、フロンを使用しない方法が求めら
れている。そこで、フロンによる洗浄の代わりに、純水
を用いて洗浄する方法や、表面活性剤を用いる洗浄方法
が提案されている。
【０００５】しかし、これらの洗浄方法では、導体表面
に存在する汚染物質を完全に除去することができない。
また、洗浄剤が導体部表面に残留して、却って導体部の
特性を損なったりする問題がある。さらに、これらの方
法は、導体部表面に汚染物質が付着した程度であれば対
応できるが、導体部表面が金属的に不活性になってしま
ったものに対しては、前記のような洗浄方法では、電気
的接合の信頼性を回復させることができない。
【０００６】そこで、上記のような湿式洗浄方法に代わ
る乾式表面処理方法として、近年、レーザ光線などのエ
ネルギービームを導体部表面に照射して、汚染物質を除
去したり、導体部表面の金属的活性を回復させたりする
方法が提案されている。また、複数の金属材料層からな
る導体部にレーザ光線を照射して、表面のハンダ濡れ性
などが良い合金層を形成させる方法が、特開平２−２５
６２４９号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来におけるエネルギービームを用いた乾式表面処理
方法では、導体部表面の電気的接合信頼性が十分に向上
しないという問題があった。具体的には、例えば、導体
部周辺の樹脂などにエネルギービームが照射されると、
樹脂から飛散物が発生し、この飛散物が導体部表面に付
着して汚染するという問題がある。また、前記した、導
体部表面にレーザ光線を照射してハンダ濡れ性などの良
い合金層を形成させる方法では、金属材料層の間で金属
間化合物が形成されてしまって、導体部全体の抵抗値が
増大することになり、結果として導体部の電気的接合性
が低下するという問題があった。しかも、合金層を形成
させるに十分な大きなレーザ入熱量は、回路基板の導体
部以外の部分に熱影響を及ぼして非導体部分の特性を変
えてしまう結果、導体部間の絶縁抵抗値が悪くなり、回
路全体の電気的信頼性が低下するという問題も生じる。
【０００８】そこで、この発明の課題は、従来のエネル
ギービームを用いた乾式表面処理方法の問題点を解消し
て、回路基板上の導体部に対して、表面の電気的接合信
頼性を格段に向上させることができるとともに、導体部
の他の特性を損なったり、導体部以外の部分に悪影響を
与えたりすることのない回路基板上の導体部の表面処理
方法を提供することにある。また、このような表面処理
方法に適した回路基板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる回路基板上の導体部の表面処理方法は、
有機材料からなる基板上に、複数の金属材料層を積層し
た導体部が形成されてなる回路基板に対して、導体部表
面にエネルギービームを照射して導体部の表面処理を行
う方法において、導体部表面の金属材料層の厚み、熱伝
導率およびエネルギービームに対する閾値を含む材料特
性に合わせて、エネルギービームの波長、エネルギー密
度、ショット数、照射時間、パルス幅、ピークパワーお
よび照射時間を含むエネルギービームの照射条件のうち
少なくともひとつの照射条件を、導体部表面の金属材料
層の表面側に溶融層、裏面側に非溶融層が形成されるよ
うに設定して、導体部表面にエネルギービームを照射す
る。
【００１０】この発明を適用する回路基板の材料や構造
は、基本的には、従来の各種半導体パッケージなどに利
用されている通常の回路基板と同様でよい。例えば、半
導体パッケージでは、合成樹脂からなる基板に、半導体
チップを収容するキャビティーが凹入形成され、その周
囲の樹脂基板表面に、いわゆるインナーリードと呼ばれ
る導体部が設けられたものがある。このようなインナー
リードの他、各種の電子部品において、樹脂などの有機
材料からなる基板と、この基板の上に形成される導体部
とを備えた回路基板であれば、任意の形状および構造を
採用することができる。
【００１１】基板材料としては、例えば半導体パッケー
ジであれば、変性ポリイミド樹脂など通常の半導体パッ
ケージ用樹脂材料が使用でき、その他にも一般的な基板
用合成樹脂など、いわゆる有機材料からなる基板が用い
られる。基板材料としては、エネルギービーム照射時
に、出来るだけ飛散物が発生し難いものが好ましい。セ
ラミックなどの無機材料からなる基板は、前記したエネ
ルギービームの照射による飛散物の発生のような問題点
は生じ難いが、製造加工性やコストなどの点で、有機材
料からなる基板が用いられる。
【００１２】導体部の材料としては、銅、ニッケル、
金、銀、アルミニウムその他、従来の各種回路基板で導
体部を構成する金属材料層として使用されていた導電性
金属が使用できる。この発明では、これらの金属材料か
らなる層を、複数積層して導体部を構成する。金属材料
層の組み合わせは、従来の回路基板に形成される導体部
と同様に、回路基板の用途、基板材料、導体部に接続す
る配線の材料など、種々の条件を考慮して選択すればよ
い。
【００１３】エネルギービームとは、光、放射線、プラ
ズマその他、導体部表面に対して、何らかの表面処理作
用を行うことのできるエネルギー線を照射できるもので
あれば、従来、半導体製造技術などで利用されているよ
うな、各種のエネルギービームが使用できる。導体部表
面に対する汚染物除去あるいは改質作用に優れ、取扱い
易いエネルギービームとして、レーザビームがあり、特
に、エキシマレーザが望ましい。エキシマレーザ以外
に、ＹＡＧレーザやＣＯ2 レーザなども使用でき、これ
らのレーザの高調波を利用してもよい。エキシマレーザ
を用いる場合、照射エネルギー密度は０．５〜３．０ J
/cm2程度で、１〜１０ショット程度を照射するのが望ま
しい。
【００１４】エネルギービームは、回路基板の表面のう
ち、出来るだけ、導体部表面のみに照射されるようにす
るのが好ましいが、この発明では、導体部周辺の基板表
面の一部などに、エネルギービームが照射されても構わ
ない。但し、導体部表面以外の部分に照射されたエネル
ギービームは無駄になるので、ビームを走査したり、マ
スクを介在させたりして、導体部表面およびその周辺の
みにエネルギービームが効率的に照射されるようにする
ことが望ましい。
【００１５】エネルギービームを、導体部表面の金属材
料層が別の金属材料層との間で合金を形成することなく
導体部に表面処理が施される条件に設定して照射する。
すなわち、金属材料層同士が合金を形成するのに必要な
エネルギーは、この発明の目的とする導体部表面の汚染
物除去や表面改質に必要なエネルギーよりも大きいの
で、この発明の目的を達成するのに十分ではあるが、前
記合金が形成されない程度のエネルギーに設定しておく
のである。エネルギービームの設定条件は、回路基板お
よび導体部の構成材料および構造と、達成しようとする
表面処理効果によって変わってくる。例えば、表面処理
効果として、導体部表面の汚染物除去だけを目的とする
のであれば、比較的小さなエネルギーでも十分な場合も
ある。基板材料からの飛散物が少なければ、エネルギー
ビームも少なくて済む。
【００１６】さらに具体的には、エネルギービームの照
射条件として、導体部表面の金属材料層の厚み、熱伝導
率およびエネルギービームに対する閾値を含む材料特性
に合わせて、エネルギービームの波長、エネルギー密
度、ショット数、照射時間、パルス幅、ピークパワーお
よび照射時間を含む少なくともひとつの照射条件を調整
しておくのが好ましい。これらの照射条件は、エネルギ
ービームの照射装置で変更調整することができる。ま
た、材料特性と照射条件との関係は、実験的に、あるい
は一部理論的に解析することにより、知ることができ
る。
【００１７】つぎに、エネルギービームの照射条件を予
め決めておくのでなく、回路基板にエネルギービームを
照射したときの、導体部および／またはその周辺の表面
状態の観測結果から、エネルギービームの照射条件を制
御する方法も採用できる。すなわち、導体部表面の汚染
物が除去されているか否か、あるいは、導体部表面の微
細な凹凸などが解消されているか否か、さらには、導体
部周辺の基板表面から飛散物が発生しているか否かなど
は、エネルギービームを照射しながら、導体部やその周
辺の表面状態を観察することによって、知ることができ
る。したがって、導体部などの表面状態を観察しなが
ら、目的とする表面状態が得られるように、エネルギー
ビームの照射条件を制御すればよいのである。エネルギ
ービームを照射中に、導体部などの表面状態を観察する
には、ＣＣＤカメラなどの観察手段を設置しておけばよ
い。このような観察手段とエネルギービームの照射装置
を、コンピュータなどの制御装置でつないで、観察され
た表面状態を解析し、その解析結果に基づいて、自動的
にエネルギービームの照射条件を変更調整すれば、適切
な表面処理が行える。一般的には、導体部の表面に凹凸
があったり汚染物が付着している状態から、導体部の表
面のみが溶融して平滑な表面を構成するようになった状
態が、汚染物除去や表面改質が十分に達成された状態を
表しているので、前記したＣＣＤカメラで、導体部表面
の反射率などを検出すれば、適切なエネルギービーム照
射条件を容易に知ることができる。
【００１８】ＣＣＤカメラのような視覚的な観測手段す
なわち観察手段の他にも、導体部などの表面状態を検知
できる各種測定手段を用いれば、前記同様に、エネルギ
ービーム照射条件を適切に制御することができる。具体
的には、例えば、導体部およびその周辺に発生した飛散
物を、化学的あるいは物理的な検出器で検出し、導体部
からの汚染物の飛散あるいは基板表面からの樹脂などの
飛散が適切な量になるように、エネルギービーム照射条
件を制御すればよい。飛散物の成分分析を行って、導体
部の表面状態を推測し、導体部の表面状態が適切になる
ように、エネルギービームの照射条件を制御することも
できる。勿論、飛散物の検出器のような物理的化学的情
報の測定手段とＣＣＤカメラのような観察手段を組み合
わせて、エネルギービームの照射条件を制御することも
可能である。
【００１９】エネルギービームの照射を、減圧雰囲気下
で行うことができる。具体的には、回路基板に対して表
面処理を行う処理室に真空吸引装置などを設置しておい
て、処理室内を減圧雰囲気に維持できるようにしておけ
ばよい。処理室や真空吸引装置の構造は、通常の表面処
理装置の場合と同様でよい。減圧雰囲気の圧力として
は、表面処理に伴って発生する飛散物の導体部への再付
着が防止できる程度に設定しておけばよい。具体的に
は、１０-1〜１０-3Torr程度が好ましい。
【００２０】エネルギービームの照射装置は、処理室内
に設けておいてもよいし、処理室外に設けられた照射装
置から処理室内にエネルギービームを照射するようにし
てもよい。処理室外から処理室内にエネルギービームを
照射する場合、処理室の壁面の一部には、エネルギービ
ームを透過する透過窓を設けておく。透過窓の材料や構
造は、使用するエネルギービームの種類に合わせて、そ
のエネルギービームを良好に透過し、かつ、処理室内を
所定の減圧雰囲気に維持できるようになっていればよ
い。
【００２１】エネルギービームによる回路基板の表面処
理を行いながら、透過窓の汚染状態を監視することがで
きる。具体的には、透過窓を通過したエネルギービーム
のエネルギー量を検出器で測定すればよい。表面処理に
用いられるエネルギービームとは別のエネルギービーム
を透過窓に照射して、通過エネルギー量を測定するよう
にしてもよい。別のエネルギービームは、表面処理用の
エネルギービームと同じように、処理中は連続的に照射
するようにしておいてもよいし、一定時間毎に断続的に
照射するようにしてもよい。
【００２２】透過窓の汚染状態を監視した結果にもとづ
いて、前記した表面処理用のエネルギービームの強度そ
の他の照射条件を調整したり、透過窓の洗浄や交換を指
令することができる。減圧雰囲気中の不純物混入状態を
監視することができる。減圧雰囲気中に不純物が混入す
ると、透過窓の汚染も進むことになるので、前記した透
過窓の汚染状態の監視を行うことで、間接的に、減圧雰
囲気中の不純物混入状態を監視してもよい。
【００２３】不純物混入状態の監視情報にもとづいて、
前記した表面処理用のエネルギービームの照射条件を調
整したり、処理室内の雰囲気の洗浄処理や交換処理を行
うことができる。減圧雰囲気のガス組成を測定して、減
圧雰囲気中の不純物混入状態を監視することができる。
ガス組成の測定装置は、各種処理装置などに組み込まれ
ている通常のガス分析装置や元素分析装置などが用いら
れる。ガス組成の測定は、雰囲気中の全てのガスや元素
の組成について測定する必要はなく、不純物混入量の変
化を適切に反映するような特定のガスや元素について、
その存在量を測定すればよい。
【００２４】減圧雰囲気中の不純物混入状態を、減圧雰
囲気のレーザ光透過率を測定することで監視することが
できる。レーザ光透過率の測定には、前記した透過窓の
汚染状態を監視する際に使用されるようなレーザ照射装
置およびエネルギー量の検出器を用いることができる。
表面処理によって発生するプラズマの発光量を測定し
て、減圧雰囲気中の不純物混入状態を監視することがで
きる。プラズマの発光量を測定するには、ＣＣＤカメラ
などの撮影手段と、撮影手段で撮影された映像情報から
プラズマ発光量の情報を取得するコンピュータなどの解
析処理手段とを備えておけばよい。
【００２５】減圧雰囲気の圧力変化を検出して、減圧雰
囲気中の不純物混入状態を監視することができる。減圧
雰囲気の圧力変化を検出するには、通常の圧力測定装置
を用いることができる。以上に説明した不純物混入状態
を監視する手段は、それぞれを単独で用いてもよいし、
複数の監視手段を組み合わせることもできる。透過窓の
汚染状況の監視と雰囲気中の不純物混入状態の監視とを
併用することもできる。
【００２６】前記したような表面処理が行われた回路基
板に対して、導体部の表面特性を検査して処理結果を評
価することができる。検査する表面特性としては、レー
ザビームの反射率、表面粗さ、Ｘ線回析結果など、目的
とする表面処理が良好に行われた場合と処理不良の場合
で、何らかの変化が生じる特性であれば採用することが
できる。但し、表面特性を検査したときに、導体部の表
面に何らかの悪影響を与えるような検査手段は好ましく
ない。
【００２７】つぎに、上記したようなエネルギービーム
の照射による導体部の表面処理を行う場合に、回路基板
として、以下に説明するようなものを用いると、好まし
い結果が得られる。導体部の形成個所を含む、エネルギ
ービームが照射される範囲の基板表面を構成する有機材
料として、その他の部分の基板を構成する有機材料より
も、エネルギービームに対する閾値の大きな材料を用い
る。エネルギービームに対する閾値は、樹脂の構成成分
など有機材料の種類によって異なるので、予め、回路基
板に用いる各種有機材料のエネルギービームに対する閾
値を求めておいて、これらの有機材料の中から、前記条
件に合うものを選択して使用する。回路基板の全体は、
回路基板としての要求性能を満足させ得るような通常の
基板材料を用い、エネルギービームが照射される可能性
のある導体部とその周囲の一定範囲の基板部分のみを、
他の基板部分とは別の、前記閾値の大きな材料を用いれ
ばよい。この発明で用いられる閾値の大きな材料として
は、エキシマレーザに対する閾値の高いテフロン（商品
名：デュポン社製、ポリテトラフロオロエチレン）など
が挙げられる。
【００２８】閾値の大きな有機材料からなる部分は、回
路基板の所定範囲の表面を覆い、エネルギービームが照
射されたときに、その下方の基板材料に悪影響を与えな
い程度の厚みを有していればよい。通常、閾値の大きな
有機材料は、他の部分を構成する通常の基板材料よりも
コストが高くついたり成形性が劣ったりする場合がある
ので、閾値の大きな有機材料からなる部分は、必要最小
限の範囲に限定しておくのが好ましい。回路基板に、閾
値の大きな有機材料からなる部分と、これよりも閾値の
小さな有機材料からなる部分を形成するには、予め両方
の部分を成形してから、接着、熱融合などの手段で一体
接合してもよいし、いわゆる同時成形によって、成形と
同時に一体化させたり、閾値の大きな有機材料液を、予
め成形された基板の表面に塗布硬化させたりすることも
できる。
【００２９】
【作用】回路基板上の導体部表面にエネルギービームを
照射すると、エネルギービームの強さや線量などの照射
条件によって、回路基板に与える作用が異なる。この発
明では、エネルギービームの照射により、以下の作用が
達成されるように、照射条件を決める。
【００３０】導体部の表面のみを瞬間的に溶融させ、そ
の表面に存在する有機物などからなる汚染物を蒸発させ
て除去する。また、導体部の表面に吸着されているガス
などを解放して表面から除去する。導体部をメッキ形成
した場合に表面に生じる微細な穴を、表面の溶融によっ
て埋め、表面を平滑化する。このような作用を生じさせ
るには、通常、エネルギービームが強いほど良い。
【００３１】これに対し、エネルギービームが強すぎる
と、導体部表面の金属材料層と、その下の他の金属材料
層との間で合金が形成される。この合金の形成は、導体
部全体の電気抵抗値を低下させるので、この発明では、
このような合金の形成が起こらない程度に、エネルギー
ビームの強さを抑える。また、導体部表面へのエネルギ
ービーム照射の際に、同時にエネルギービームの一部が
照射されることになる基板材料の表面では、基板材料の
構成物質が飛散して導体部表面に付着する可能性がある
ので、このような基板材料の飛散が抑制される程度に、
エネルギービームの強さを加減する。すなわち、基板材
料のエネルギービームに対する閾値を超えないように、
エネルギービームの強さを抑える。
【００３２】この発明では、上記のような作用が確実に
達成できるような照射条件でエネルギービームを照射す
るので、導体部の表面処理が良好に行われると同時に、
合金の形成による導体部の特性低下が生じず、電気的接
合信頼性を含む導体部の品質性能に優れた回路基板が得
られることになる。具体的なエネルギービームの照射条
件としては、導体部表面の金属材料層の厚み、熱伝導率
およびエネルギービームに対する閾値を含む材料特性に
合わせて、エネルギービームの波長、エネルギー密度、
ショット数、照射時間、パルス幅、ピークパワーおよび
照射時間を含む少なくともひとつの照射条件を設定して
おくことができる。これらの条件を適宜に組み合わせて
調整すれば、前記した、この発明の目的とする作用を達
成するのに必要なエネルギービームの照射条件を、簡単
かつ確実に適切な範囲に設定することができる。
【００３３】つぎに、上記のような適切なエネルギービ
ームの照射条件は、予め理論的な考察あるいは実験の結
果から導き出すこともできるが、回路基板の材質構造や
要求性能によって、適切な条件を予め知ることが難しい
場合がある。このような場合、回路基板にエネルギービ
ームを照射したときの、導体部および／またはその周辺
の表面状態の観測結果から、エネルギービームの照射条
件を制御すれば、実際に表面処理されている導体部表面
などの状態に合わせて、最適な照射条件を設定すること
が可能になり、信頼性の高い表面処理が行える。
【００３４】エネルギービームの照射を、減圧雰囲気下
で行えば、飛散物の導体部への再付着を少なくできる。
すなわち、減圧雰囲気下では、飛散物と衝突する可能性
のある雰囲気中分子の量が少なくなり、飛散物が大気中
分子と衝突する回数が減るので、導体部への再付着が減
少するのである。エネルギービームによる回路基板の表
面処理を行いながら、エネルギービームが透過する処理
室における透過窓の汚染状態を監視しておけば、透過窓
の汚染や劣化による、処理性能の低下を防ぐことができ
る。透過窓は、回路基板からの飛散物が付着することで
エネルギービームの透過率が低下する。透過窓の汚染程
度に合わせて、エネルギービームの照射条件を調整すれ
ば、回路基板に対して、表面処理に必要なエネルギー量
を確実に照射することができる。透過窓の汚染がひどく
なれば、透過窓を洗浄したり、透過窓を新しいものに変
えればよい。
【００３５】減圧雰囲気中の不純物混入状態を監視して
おけば、不純物混入による処理性能の低下を防ぐことが
できる。回路基板に対して表面処理を行えば、前記した
飛散物の発生によって、雰囲気中の不純物混入量が増え
てくる。不純物は、導体部に再付着する可能性があると
ともに、新たに発生する飛散物と衝突して導体部に再付
着させる原因になる。そこで、不純物の混入量が増えた
ときに、雰囲気中の不純物を除去する雰囲気洗浄処理や
雰囲気交換処理を行えば、処理性能の低下が防げるので
ある。また、不純物の混入量が増えると導体部の表面に
照射されるエネルギー量が少なくなるので、不純物の混
入量に合わせてエネルギービームの照射条件を調整する
ことで、処理性能の低下を防ぐことができる。
【００３６】減圧雰囲気中の不純物混入状態を監視する
手段として、減圧雰囲気のガス組成を測定する方法、減
圧雰囲気のレーザ光透過率を測定する方法、表面処理に
よって発生するプラズマの発光量を測定する方法、減圧
雰囲気の圧力変化を検出する方法が採用できる。これら
の方法は、エネルギービームによる表面処理に悪影響を
与えることが少なく、不純物混入状態を確実に監視する
ことができる。
【００３７】表面処理が行われた回路基板に対して、導
体部の表面特性を検査して処理結果を評価すれば、表面
処理された導体部の表面に悪影響を与えることなく、処
理結果を評価することができる。前記した、導体部の周
辺の基板材料にエネルギービームが照射されて、基板材
料が飛散し導体部表面に付着するという問題を解決する
には、回路基板として、有機材料からなる基板上に、複
数の金属材料層を積層した導体部が形成されてなる回路
基板であって、導体部の形成個所を含む、エネルギービ
ームが照射される範囲の基板表面を構成する有機材料
が、その他の部分の基板を構成する有機材料よりも、エ
ネルギービームに対する閾値の大きな材料で形成されて
いるものを用いることが有効である。
【００３８】エネルギービームに対する閾値の大きな材
料からなる部分の基板表面にエネルギービームが照射さ
れたとしても、材料の飛散は生じない。閾値の大きな材
料で、回路基板の全体を製造すると、回路基板としての
他の性能や特性に劣るものとなったり、コストが高くつ
いたりする心配があるが、エネルギービームが照射され
る範囲の基板表面を構成する材料のみに、閾値の大きな
材料を用いるのであれば、回路基板全体の性能を損なう
心配はなく、材料コストが高くつく心配もない。
【００３９】
【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。 〔基本的な実施例〕図２(a) (b) は、回路基板の具体例
として、ＰＧＡ基板を表している。変性ポリイミド樹脂
からなる矩形板状の回路基板１０には、上面中央に小さ
な矩形状に凹入されたキャビィティ１２が形成されてい
る。このキャビィティ１２に、半導体チップ（図示せ
ず）が収容される。回路基板１０の下面には、多数の端
子ピン１４が全面にわたって植えられており、この端子
ピン１４を、外部の基板などに設けられた端子孔に突き
刺して、電気的な接続を果たす。端子ピン１４は、回路
基板１０の内部あるいは表面に形成された導体回路に接
続されている。キャビィティ１２の四方周辺には、小さ
な短冊状をなすインナーリード２０が多数並んで形成さ
れている。このインナーリード２０は、端子ピン１４に
接続された導体回路につながっている。また、キャビィ
ティ１２に収容された半導体チップの各端子がインナー
リード２０に接続される。このインナーリード２０が、
導体金属からなる導体部となっている。
【００４０】図１(a) には、インナーリードすなわち導
体部２０の周辺部分の拡大断面を表している。導体部２
０は、基板１０の上に銅箔２６を張り、その上に、ニッ
ケル層２４および金層２２を、それぞれメッキで形成し
ている。したがって、導体部２０の表面を構成する金属
材料層は金層２２である。金層２２の厚みは、数μｍ程
度に形成されている。
【００４１】図１(b) に示すように、回路基板１０の導
体部２０表面に対して、エネルギービームとしてＫｒＦ
エキシマレーザ（波長：λ＝２４８nm）Ｒを照射した。
レーザビームＲは、図２において、多数の導体部２０が
並んだ領域を含む概略長方形状の範囲を走査するように
照射した。したがって、導体部２０の周辺および間の基
板１０表面にも、ある程度はレーザビームＲが照射され
ることになる。レーザのエネルギー密度は、０．５〜
３．０ J/cm2程度の範囲で調整し、ショット数は１〜１
０ショットの範囲で調整した。エネルギー密度やショッ
ト数を変えて、繰り返し実験を行い、最も良好な表面処
理効果が得られる照射条件を見い出した。
【００４２】その結果、図１(b) に示すような断面構造
が得られた場合に、良好な効果が達成されることが判っ
た。すなわち、導体部２０の金層２２として、表面の一
部厚み部分２３が、レーザ照射によって一旦は溶融した
後、冷却硬化した状態になっている。金層２２が、溶融
層２３と非溶融層２２の２層に分かれているのである。
また、レーザ照射は、金層２２の下のニッケル層２４ま
では到達しておらず、非溶融層２２が存在しているの
で、溶融層２３とニッケル層２４との間で合金が形成さ
れることもない状態である。
【００４３】処理前および処理後の導体部２０表面を観
察したところ、処理前には微細な凹凸が明確に確認でき
たが、処理後には凹凸がなく平滑な表面になっているこ
とが確認できた。 〔表面の観測を行う実施例：ＣＣＤカメラ〕つぎに、図
３には、回路基板１０の表面を観測しながらエネルギー
ビームＲの照射を行う方法を表している。
【００４４】前記実施例と同じ回路基板１０を用い、エ
ネルギービームＲも同様であった。レーザ照射装置３０
から照射されたレーザビームＲは、ミラー３２で反射し
た後、回路基板１０の導体部２０表面に照射される。導
体部２０表面からは、汚染物Ｘなどが蒸発除去される。
このような導体部２０の表面状態を、ＣＣＤカメラ４０
で撮影する。ＣＣＤカメラ４０で撮影された映像は、電
子情報として、コンピュータからなる制御装置５０に入
力される。制御装置５０では、映像情報を解析し、その
結果にもとづいて、レーザ照射装置３０の発振回路など
をフィードバック制御する。具体的には、導体部２０の
表面が溶融して、表面光沢が変化する状態を捉えて、レ
ーザ照射装置３０におけるレーザビームＲの照射エネル
ギー密度やショット数が過大にならないように、変更調
整する。なお、表面光沢の変化を観察することは、言い
換えると、表面の反射率を測定していることになる。し
たがって、ＣＣＤカメラの代わりに、反射率計を設けて
おいても、同様の機能を果たすことができる。また、表
面の色の変化から、表面の溶融状態などを知ることもで
きる。この場合には、色度計などを用いることができ
る。ＣＣＤカメラ４０で、映像とともに反射率や色など
を総合的に観察すれば、より正確な制御が可能になる。 〔表面の観測を行う実施例：飛散物検知器〕図４には、
導体部２０の表面状態を観測する方法の別の実施例を表
している。
【００４５】この実施例では、ＣＣＤカメラ４０の代わ
りに、飛散物検知器４２を用いている。飛散物検知器４
２は、導体部２０の表面から雰囲気中に飛散するガスや
金属蒸気などの物質Ｘを取り込んで、そこに含まれる成
分を検知分析する装置である。飛散物検知器４２で得ら
れた成分分析結果に、導体部２０表面の合金化を示すよ
うな情報が含まれるようになると、制御装置５０でレー
ザ照射装置３０を制御して、レーザビームＲのエネルギ
ー密度を小さくしたり、ショット数を少なくしたりす
る。また、飛散物検知器４２で、金の蒸発を検知した状
態を、レーザビームＲの照射の限度とすればよい。 〔回路基板の構造が異なる実施例〕つぎに、図５には、
この発明の表面処理方法に適した回路基板１０の構造を
表している。図５は、前記図１などとは直交する方向の
断面を示している。
【００４６】複数本の導体部２０が一定間隔毎に並んで
設けられている。これら複数の導体部２０に対して、連
続してレーザビームＲの照射を行う。したがって、レー
ザビームＲは、導体部２０の表面から、導体部２０同士
の間の基板表面にわたって照射されることになる。回路
基板１０は、全体的には前記した変性ポリイミド樹脂で
形成されているが、導体部１０の形成個所とその間の表
面部分１６のみが、エキシマレーザに対する閾値の大き
なテフロンで形成されている。すなわち、このテフロン
部分１６に、所定の閾値以下のレーザビームＲを照射し
ても、表面から樹脂成分が飛散することはない。したが
って、前記した各実施例では、変性ポリイミド樹脂から
なる回路基板１０からの樹脂の飛散が生じないように、
レーザビームＲの照射条件を抑える必要があったのに対
し、この実施例では、それよりもはるかに強いレーザビ
ームＲの照射条件が採用できることになる。その結果、
導体部２０の表面に対する表面処理効果を高めたり、処
理時間を短くしたりすることが可能になる。 〔減圧雰囲気下で処理を行う実施例〕図６に示すよう
に、気密構造を備えた減圧処理室６０に、回路基板１０
が収容される。減圧処理室６０には、真空ポンプ６４が
接続されていて、減圧処理室６０内の空気を排気して減
圧雰囲気に維持できるようになっている。減圧処理室６
０のうち、レーザビームＲの照射経路となる個所には、
レーザビームＲを透過させる合成石英からなる透過窓６
２が設けられている。 〔透過窓の汚染状態を監視する実施例〕図７に示すよう
に、減圧処理室６０内で回路基板１０と並ぶ位置にエネ
ルギー量の検出器６５を設けている。検出器６５で得ら
れた測定情報は、コンピュータを備えた制御装置５０に
入力される。ミラー３２などの光学系を制御すること
で、レーザビームＲを、回路基板１０および検出器６５
の何れかに選択的に照射することができる。回路基板１
０および検出器６５の何れかを選択的に移動させて、レ
ーザビームＲの当たる位置に配置するようにしてもよ
い。
【００４７】照射されるレーザビームＲのエネルギー量
が同じであれば、検出器６５で検出されるエネルギー量
が減るほど、透過窓６２の汚染が進行していることにな
る。透過窓６２の汚染が一定限度を超えれば、制御装置
５０から、透過窓６２を交換したり、透過窓６２を洗浄
するように指令を出すことになる。したがって、透過窓
６２が交換可能に取り付けられているか、透過窓６２の
洗浄手段を備えておくことが好ましい。
【００４８】検出器６５へのレーザビームＲの照射は、
一定時間毎に定期的に行う。予め、回路基板１０へのレ
ーザ処理個数と透過窓６２の汚染進行との関係を求めて
おけば、ある程度の時間をあけて検出器６５へのレーザ
ビームＲの照射による汚染状態の測定を行うだけで、透
過窓６２の交換時期を予測したり、透過窓６２の汚染状
態に見合うレーザビームＲの照射条件の調整量を知るこ
とができる。
【００４９】図８に示すフローチャートにしたがって、
制御装置５０における処理制御を行うことができる。ス
テップで処理を開始する。ステップで検出器６５か
らの出力を読み込み、ステップで透過窓６２の透過率
が９０％以下になったと判定されれば、ステップで透
過窓６２の洗浄操作を指示し、ステップの洗浄処理が
終われば、再びステップに戻って検出器６５からの出
力読み込みを行う。ステップで透過率が９０％以上あ
る場合には、ステップで処理終了であるか否かを判断
し、ステップで終了するか、再びステップに戻って
検出器６５からの出力読み込みを行う。 〔透過窓の汚染状態を監視する別の実施例〕図９に示す
ように、検出器６５による透過率の測定を行うレーザビ
ームＲｍを、回路基板１０への表面処理を行うレーザビ
ームＲとは別にしている。透過率測定用のレーザビーム
Ｒｍには、ＹＡＧレーザもしくは半導体レーザが用いら
れ、レーザ照射装置３０ｍから照射される。
【００５０】この実施例では、レーザビームＲによる表
面処理とは別個に、レーザビームＲｍによる透過率の測
定が行えるので、レーザビームＲを回路基板１０と検出
器６５に交互に当てる必要がない。制御装置５０におけ
る処理制御のフローチャートは、前記実施例と同じよう
に行える。 〔不純物混入状態を監視する実施例：ガス組成測定〕図
１０に示すように、減圧処理室６０に、元素分析装置６
６を備えている。元素分析装置６６は、雰囲気内に混入
しているガスをイオン化し、電圧と高周波により質量数
を推定して元素分析を行う四重極質量分析器を用いてい
る。元素分析装置６６で検出する元素として、飛散物の
混入度合いを最も良く示す炭素を分析する。目的とする
元素の検出量は、他の元素の検出量との相対比較によっ
て行う。
【００５１】レーザビームＲを回路基板１０に照射して
表面処理を行っていると、回路基板１０の樹脂部分から
飛散物が発生して減圧処理室６０の雰囲気を汚染する。
飛散物のうちの炭素が元素分析装置６６で検出される。
元素検出のピーク値に変化が生じると、その情報が制御
装置５０に入力され、制御装置５０からは、減圧処理室
６０の雰囲気内洗浄を行うように指令が出される。雰囲
気内洗浄の具体的手段としては、アルコールを用いた超
音波洗浄が採用される。 〔不純物混入状態を監視する実施例：レーザ透過率測
定〕図１１に示すように、表面処理用のレーザビームＲ
を照射するレーザ照射装置３０とは別に、レーザ照射装
置３０ａを備えている。レーザ照射装置３０ａから照射
されたレーザビームＲａは、減圧処理室６０に設けられ
た透過窓６２ａを経て減圧処理室６０内の雰囲気を通過
した後、減圧処理室６０の壁面に設けられた検出器６５
ａで検出される。すなわち、雰囲気中のレーザビームＲ
ａの透過率を測定することになる。雰囲気内の不純物混
入量が多くなるほど、検出器６５ａで検出されるエネル
ギー量は少なくなる。レーザビームＲａとしては、ＹＡ
Ｇレーザや半導体レーザを用いる。レーザビームＲａの
出力を一定にしておき、検出器６５ａにおける出力値
が、発振出力の９０％以下になると、制御装置５０か
ら、減圧処理室６０の雰囲気内洗浄を行うように指令が
出される。 〔不純物混入状態を監視する実施例：プラズマ発光量測
定〕図１２に示すように、減圧処理室６０に設けられた
透過窓６２ｃを通じて回路基板１０の表面処理部分をＣ
ＣＤカメラ４０で観測する。レーザビームＲによる表面
処理が行われると、回路基板１０の近くの空間にプラズ
マＰが発生して発光する。雰囲気中への不純物の混入が
増えると、プラズマＰの発光量が増える。このプラズマ
Ｐの発光状況をＣＣＤカメラ４０で観測するのである。
ＣＣＤカメラ４０で撮影された映像を、電子情報として
制御装置５０に入力する。制御装置５０では、映像情報
を解析し、その結果から雰囲気中への不純物の混入状態
を知ることができる。具体的には、プラズマＰの発光量
が、ピーク発光量の９０％以下になったときに、制御装
置５０から、減圧処理室６０の雰囲気内洗浄を行うよう
に指令が出される。 〔不純物混入状態を監視する実施例：圧力変化測定〕図
１３に示すように、減圧処理室６０に、雰囲気内の圧力
を検出する圧力測定器７０を設けておく。圧力測定器７
０の検出情報は、制御装置５０に入力される。雰囲気中
への不純物の混入が増えれば、雰囲気内の圧力が高くな
る。この圧力が、予め設定された一定限度を超えると、
制御装置５０から、減圧処理室６０の雰囲気内洗浄を行
うように指令が出される。通常、回路基板１０に表面処
理を施す際には、減圧処理室６０の圧力は１×１０-2〜
５×１０-2Torrに設定されるので、圧力測定器７０で測
定される圧力が、この設定圧力範囲を超えたときに、前
記洗浄指令を出すようにすればよい。 〔処理結果の評価方法の実施例：レーザビームの反射特
性〕図１４に示すように、前記した各実施例に記載され
た方法で表面処理が施された回路基板１０に対して、評
価用のレーザ照射装置８０からレーザビームＲｅを照射
し、回路基板１０の表面で反射したレーザビームＲｅを
検出器８２で検出する。このレーザビームＲｅは、回路
基板１０の表面に変化を起こさないような微弱なエネル
ギー量に設定しておく。また、処理済の回路基板１０の
表面を変化させないことから、可視光を用いるのが好ま
しい。
【００５２】回路基板１０の表面の凹凸状態によって、
レーザビームＲｅの反射量すなわち検出器８２で検出さ
れるエネルギー量が変化する。具体的には、適切な表面
処理が施された回路基板１０の表面は平滑であるが、処
理前あるいは処理が不十分な回路基板１０の表面には微
細な凹凸が存在している。したがって、良好な表面処理
が行われた回路基板１０の表面は、処理が不十分な表面
よりも検出エネルギー量が大きくなる。
【００５３】予め、適切な表面処理が行われた回路基板
１０の表面における検出器８２の出力値や、処理前ある
いは処理が不十分な表面における検出器８２の出力値を
調べておけば、表面処理を終えた回路基板１０に、上記
レーザビームＲｅの照射を行うだけで、処理品質を評価
することができる。例えば、レーザビームＲｅの照射エ
ネルギー出力に対して、検出器８２におけるエネルギー
検出量が、半分以下であった場合に、処理不良であると
判定する。
【００５４】回路基板１０の表面に対するレーザ照射装
置８０と検出器８２の配置、言い換えると、レーザビー
ムＲｅの入射および反射角度によって、回路基板１０の
表面の凹凸状態による反射量の変化が影響を受ける。し
たがって、表面処理の良品と不良品とで反射量に明確な
違いが生じるように、レーザビームＲｅの入射反射角度
を設定しておくのが好ましい。 〔処理結果の評価方法の実施例：表面粗さ〕図１５に示
すように、処理後の回路基板１０に対して、レーザ粗さ
計８４を用いて、表面粗さを測定する。レーザ粗さ計８
４は、照射部８５から回路基板１０の表面に向かってレ
ーザビームＲｒを照射し、その反射光をディテクタ部８
６で捉えることで、表面粗さが測定できる。前記したと
おり、表面粗さが小さなほど、十分な表面処理が行われ
ていることになる。例えば、表面のバラツキが、最大１
〜２μｍ以上ある場合に、処理不良であると判定する。 〔処理結果の評価方法の実施例：Ｘ線の回析〕図１６
(a) に示すように、処理後の回路基板１０に対して、Ｘ
線発振器８７からＸ線Ｒｘを照射し、回路基板１０の表
面で反射したＸ線ＲｘをＸ線ディテクタ８８で検出す
る。回路基板１０の表面の材質あるいは組織構造の違い
によって、Ｘ線ディテクタ８８における出力情報が変わ
る。具体的には、回路基板１０の導体部２０を構成する
金層２２の表面が、表面処理によって図１６(a) に示す
ような溶融層２３になっている場合と、図１６(b) に示
すような合金層２７になっている場合とで、Ｘ線ディテ
クタ８８の出力情報が違ってくる。出力情報から、合金
層２７の形成が認められた場合には、処理不良であると
判定する。
【００５５】
【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる回路基
板上の導体部の表面処理方法によれば、導体部に照射す
るエネルギービームの照射条件を適切に設定することに
より、導体部の表面に良好な表面処理を施し、導体部の
総合的な品質性能を低下させずに、電気的接合信頼性を
向上させることができる。
【００５６】その結果、従来のエネルギービームを用い
る乾式表面処理方法の問題点を解消して、導体部に対す
る表面処理を良好に行うことが可能になり、このような
導体部の表面処理が必要とされる半導体製造技術分野な
どの生産性あるいは品質向上に大きく貢献することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例を表す回路基板の、表面処
理前（ａ）および表面処理時（ｂ）における断面図
【図２】 回路基板の全体構造を表す、一部拡大図を含
む斜視図（ａ）および導体部周辺の拡大平面図（ｂ）
【図３】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図４】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図５】 別の実施例を表す回路基板の断面図
【図６】 減圧処理室を備えた処理装置の全体構成図
【図７】 透過窓の汚染監視手段を備えた実施例を表す
処理装置の全体構成図
【図８】 処理制御の流れ図
【図９】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図１０】 不純物混入状態の監視手段を備えた実施例
を表す処理装置の全体構成図
【図１１】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図１２】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図１３】 別の実施例を表す処理装置の全体構成図
【図１４】 処理結果の評価方法の実施例を表す概略説
明図
【図１５】 別の実施例を表す概略説明図
【図１６】 別の実施例を表す概略説明図
【符号の説明】
１０ 回路基板 ２０ 導体部 ２２ 金層 ２３ 溶融層 ３０ レーザー照射装置 ４０ ＣＣＤカメラ ４２ 飛散物検知器 ５０ 制御装置 ６０ 減圧処理室 ６２ 透過窓 Ｒ レーザビーム
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−94440（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69271（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167441（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87680（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−185252（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256249（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 H05K 1/00 H05K 3/00 H01L 21/268

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機材料からなる基板上に、複数の金属
    材料層を積層した導体部が形成されてなる回路基板に対
    して、導体部表面にエネルギービームを照射して導体部
    の表面処理を行う方法において、導体部表面の金属材料
    層の厚み、熱伝導率およびエネルギービームに対する閾
    値を含む材料特性に合わせて、エネルギービームの波
    長、エネルギー密度、ショット数、照射時間、パルス
    幅、ピークパワーおよび照射時間を含むエネルギービー
    ムの照射条件のうち少なくともひとつの照射条件を、導
    体部表面の金属材料層の表面側に溶融層、裏面側に非溶
    融層が形成されるように設定して、導体部表面にエネル
    ギービームを照射することを特徴とする回路基板上の導
    体部の表面処理方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の方法において、回路基板にエ
    ネルギービームを照射したときの、導体部および／また
    はその周辺の表面状態の観測結果から、エネルギービー
    ムの照射条件を制御する回路基板上の導体部の表面処理
    方法。
  3. 【請求項３】 請求項１〜２の何れかの方法において、
    エネルギービームの照射を減圧雰囲気下で行う回路基板
    上の導体部の表面処理方法。
  4. 【請求項４】 請求項３の方法において、減圧雰囲気下
    の処理室に収容された回路基板に、処理室に設けられた
    透過窓を通してエネルギービームを照射し、エネルギー
    ビームによる回路基板の表面処理を行いながら、透過窓
    の汚染状態を監視する回路基板上の導体部の表面処理方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項３または４の方法において、エネ
    ルギービームによる回路基板の表面処理を行いながら、
    減圧雰囲気のガス組成を測定して、減圧雰囲気中の不純
    物混入状態を監視する回路基板上の導体部の表面処理方
    法。
  6. 【請求項６】 請求項３〜５の何れかの方法において、
    エネルギービームによる回路基板の表面処理を行いなが
    ら、減圧雰囲気のレーザ光透過率を測定して、減圧雰囲
    気中の不純物混入状態を監視する回路基板上の導体部の
    表面処理方法。
  7. 【請求項７】 請求項３〜６の何れかの方法において、
    エネルギービームによる回路基板の表面処理を行いなが
    ら、回路基板にエネルギービームを照射した際に発生す
    るプラズマの発光量を測定して、減圧雰囲気中の不純物
    混入状態を監視する回路基板上の導体部の表面処理方
    法。
  8. 【請求項８】 請求項３〜７の何れかの方法において、
    エネルギービームによる回路基板の表面処理を行いなが
    ら、減圧雰囲気の圧力変化を検出して、減圧雰囲気中の
    不純物混入状態を監視する回路基板上の導体部の表面処
    理方法。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れかの方法において、
    表面処理が行われた回路基板に対して、導体部の表面特
    性を検査して処理結果を評価する回路基板上の導体部の
    表面処理方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかの表面処理方法
    に用いる回路基板であり、有機材料からなる基板上に、
    複数の金属材料層を積層した導体部が形成されてなる回
    路基板であって、導体部の形成個所を含む、エネルギー
    ビームが照射される範囲の基板表面を構成する有機材料
    が、その他の部分の基板を構成する有機材料よりも、エ
    ネルギービームに対する閾値の大きな材料で形成されて
    いることを特徴とする回路基板。
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