JP3346280B2 - 半田の表面処理方法および半田ならびに半田付け方法 - Google Patents
半田の表面処理方法および半田ならびに半田付け方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品などの半
田付けに用いられる半田の表面処理方法および半田なら
びに半田付け方法に関するものである。
田付けに用いられる半田の表面処理方法および半田なら
びに半田付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子や回路基板などの電子部品を
相互に接合する方法として、半田付けが広く用いられて
いる。半田付けの方法としては、相互に接合される電子
部品の接合面のいずれかに半田部を予め形成しておき、
この半田部を被接合部にフラックスで仮固定し、リフロ
ー炉で加熱することにより半田部を溶融固化させる方法
が知られている。この方法では、フラックスは電子部品
相互を仮固定する以外に、半田部の表面の酸化膜を除去
して半田接合性を向上させる機能をも有している。
相互に接合する方法として、半田付けが広く用いられて
いる。半田付けの方法としては、相互に接合される電子
部品の接合面のいずれかに半田部を予め形成しておき、
この半田部を被接合部にフラックスで仮固定し、リフロ
ー炉で加熱することにより半田部を溶融固化させる方法
が知られている。この方法では、フラックスは電子部品
相互を仮固定する以外に、半田部の表面の酸化膜を除去
して半田接合性を向上させる機能をも有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のフラ
ックスを用いる方法では、半田付け後もフラックスの固
形部や活性剤が基板上にフラックスの残渣として残留す
る。従って従来の方法ではフラックスの残渣により配線
回路面の腐食が生じ信頼性を低下させるため、半田付け
後の洗浄が必要とされる。しかしながら、フラックスの
洗浄工程は、従来用いられていたフロンなどの溶剤を使
用する簡便な洗浄法が使用できなくなったことから複雑
化、高コスト化し、コスト低減を妨げる要因となってい
た。
ックスを用いる方法では、半田付け後もフラックスの固
形部や活性剤が基板上にフラックスの残渣として残留す
る。従って従来の方法ではフラックスの残渣により配線
回路面の腐食が生じ信頼性を低下させるため、半田付け
後の洗浄が必要とされる。しかしながら、フラックスの
洗浄工程は、従来用いられていたフロンなどの溶剤を使
用する簡便な洗浄法が使用できなくなったことから複雑
化、高コスト化し、コスト低減を妨げる要因となってい
た。
【０００４】この問題を解決するためフラックスを使用
しない半田付け方法が提案され、この方法では、半田付
けに先だって半田の表面に生成する酸化膜などの接合阻
害物を除去する表面処理が行われる。表面処理の方法と
して、プラズマ処理による方法が知られている。
しない半田付け方法が提案され、この方法では、半田付
けに先だって半田の表面に生成する酸化膜などの接合阻
害物を除去する表面処理が行われる。表面処理の方法と
して、プラズマ処理による方法が知られている。
【０００５】しかしながら、プラズマ処理等で表面の酸
化膜を除去しても除去後に半田が大気に暴露されると表
面が再酸化されるため、従来はプラズマ処理の直後に半
田付けを行うか、またはプラズマ処理から半田付けに至
る工程を低酸素雰囲気で行うなどの条件が必要とされ、
無洗浄の半田付け工法を実現するための方策として実用
的でないという問題点があった。
化膜を除去しても除去後に半田が大気に暴露されると表
面が再酸化されるため、従来はプラズマ処理の直後に半
田付けを行うか、またはプラズマ処理から半田付けに至
る工程を低酸素雰囲気で行うなどの条件が必要とされ、
無洗浄の半田付け工法を実現するための方策として実用
的でないという問題点があった。
【０００６】そこで本発明は、無洗浄の半田付け工法を
実現するための実用的な半田の表面処理方法および半田
ならびにこの半田を使用した無洗浄の半田付け方法を提
供することを目的とする。
実現するための実用的な半田の表面処理方法および半田
ならびにこの半田を使用した無洗浄の半田付け方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半田の表
面処理方法は、半田表面に生成した酸化膜を除去する工
程と、前記半田を酸素濃度０．１％以下、温度２００℃
以下の環境下にて所定時間放置することにより前記半田
の表面に再酸化膜を形成する工程とを含む。
面処理方法は、半田表面に生成した酸化膜を除去する工
程と、前記半田を酸素濃度０．１％以下、温度２００℃
以下の環境下にて所定時間放置することにより前記半田
の表面に再酸化膜を形成する工程とを含む。
【０００８】請求項２記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記再酸化
膜の厚さは４０オングストロームから６０オングストロ
ームの範囲であるようにした。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記再酸化
膜の厚さは４０オングストロームから６０オングストロ
ームの範囲であるようにした。
【０００９】請求項３記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記酸化膜
を除去する方法が、プラズマ処理によるスパッタリング
を利用するようにした。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記酸化膜
を除去する方法が、プラズマ処理によるスパッタリング
を利用するようにした。
【００１０】請求項４記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、記酸化膜を
除去する方法が、前記半田の表面に還元性を有する有機
材料を塗布するようにした。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、記酸化膜を
除去する方法が、前記半田の表面に還元性を有する有機
材料を塗布するようにした。
【００１１】請求項５記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
電子部品に形成された半田バンプである。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
電子部品に形成された半田バンプである。
【００１２】請求項６記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
基板の電極上にプリコートされた半田である。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
基板の電極上にプリコートされた半田である。
【００１３】請求項７記載の半田の表面処理方法は、請
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
半田ボールである。
求項１記載の半田の表面処理方法であって、前記半田が
半田ボールである。
【００１４】請求項８記載の半田は、半田表面に生成し
た酸化膜を除去する工程と、前記半田を酸素濃度０．１
％以下、温度２００℃以下の環境下にて所定時間放置す
ることにより前記半田の表面に再酸化膜を形成する工程
によって表面処理されたものである。
た酸化膜を除去する工程と、前記半田を酸素濃度０．１
％以下、温度２００℃以下の環境下にて所定時間放置す
ることにより前記半田の表面に再酸化膜を形成する工程
によって表面処理されたものである。
【００１５】請求項９記載の半田は、請求項８記載の半
田であって、前記再酸化膜の厚さは４０オングストロー
ムから６０オングストロームの範囲であるようにした。
田であって、前記再酸化膜の厚さは４０オングストロー
ムから６０オングストロームの範囲であるようにした。
【００１６】請求項１０記載の半田は、請求項８記載の
半田であって、前記半田が電子部品に形成された半田バ
ンプである。
半田であって、前記半田が電子部品に形成された半田バ
ンプである。
【００１７】請求項１１記載の半田は、請求項８記載の
半田であって、前記半田が基板の電極にプリコートされ
た半田である。
半田であって、前記半田が基板の電極にプリコートされ
た半田である。
【００１８】請求項１２記載の半田は、請求項８記載の
半田であって、前記半田が半田ボールである。
半田であって、前記半田が半田ボールである。
【００１９】請求項１３記載の半田付け方法は、半田表
面に生成した酸化膜を除去する工程と、前記半田を酸素
濃度０．１％以下、温度２００℃以下の環境下にて所定
時間放置することにより前記半田の表面に再酸化膜を形
成する工程と、前記半田を被接合部に位置合わせして加
熱し、前記半田を溶融固化させることにより被接合部に
半田付けする用にした。
面に生成した酸化膜を除去する工程と、前記半田を酸素
濃度０．１％以下、温度２００℃以下の環境下にて所定
時間放置することにより前記半田の表面に再酸化膜を形
成する工程と、前記半田を被接合部に位置合わせして加
熱し、前記半田を溶融固化させることにより被接合部に
半田付けする用にした。
【００２０】請求項１４記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、前記半田を仮固定剤
で前記被接合部に仮固定した状態で加熱し、溶融させる
ようにした。
１３記載の半田付け方法であって、前記半田を仮固定剤
で前記被接合部に仮固定した状態で加熱し、溶融させる
ようにした。
【００２１】請求項１５記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、前記仮固定剤が、前
記加熱によって蒸発・揮発もしくは昇華する有機材料で
あるようにした。
１３記載の半田付け方法であって、前記仮固定剤が、前
記加熱によって蒸発・揮発もしくは昇華する有機材料で
あるようにした。
【００２２】請求項１６記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、前記加熱・溶融を低
酸素雰囲気下で行わせるようにした。
１３記載の半田付け方法であって、前記加熱・溶融を低
酸素雰囲気下で行わせるようにした。
【００２３】請求項１７記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、記再酸化膜の厚さは
４０オングストロームから６０オングストロームの範囲
であるようにした。
１３記載の半田付け方法であって、記再酸化膜の厚さは
４０オングストロームから６０オングストロームの範囲
であるようにした。
【００２４】請求項１８記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、前記半田が電子部品
に形成された半田バンプである。
１３記載の半田付け方法であって、前記半田が電子部品
に形成された半田バンプである。
【００２５】請求項１９記載の半田付け方法は、請求項
１３記載の半田付け方法であって、前記半田が半田ボー
ルである。
１３記載の半田付け方法であって、前記半田が半田ボー
ルである。
【００２６】各請求項記載の発明によれば、半田表面の
酸化膜を除去した後に酸素濃度０．１％。温度２００℃
の環境下に半田を所定時間放置して、半田の表面に緻密
な酸化膜を形成させることにより大気中に半田を暴露し
てもそれ以上の酸化膜の生成が抑制され、フラックスを
使用することなく無洗浄の半田付け工法を実現すること
ができる。
酸化膜を除去した後に酸素濃度０．１％。温度２００℃
の環境下に半田を所定時間放置して、半田の表面に緻密
な酸化膜を形成させることにより大気中に半田を暴露し
てもそれ以上の酸化膜の生成が抑制され、フラックスを
使用することなく無洗浄の半田付け工法を実現すること
ができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形
態の電子部品の側面図，図１（ｂ）は同プラズマ処理装
置の断面図、図１（ｃ）は同電子部品の部分断面図、図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）、図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）は同電子部品の半田付け方法の工程説明図、図４
（ａ）は同電子部品の半田付け方法のリフロー炉の断面
図、図４（ｂ）は同電子部品の半田付け方法の加熱プロ
ファイルを示すグラフ、図５は大気暴露時間に対する半
田の表面酸化膜成厚の変化を示すグラフ、図６は半田表
面酸化膜成厚と半田付け性（半田拡がり性）との関係を
示すグラフ、図７は半田拡がり率の測定方法の説明図で
ある。
を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形
態の電子部品の側面図，図１（ｂ）は同プラズマ処理装
置の断面図、図１（ｃ）は同電子部品の部分断面図、図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）、図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）は同電子部品の半田付け方法の工程説明図、図４
（ａ）は同電子部品の半田付け方法のリフロー炉の断面
図、図４（ｂ）は同電子部品の半田付け方法の加熱プロ
ファイルを示すグラフ、図５は大気暴露時間に対する半
田の表面酸化膜成厚の変化を示すグラフ、図６は半田表
面酸化膜成厚と半田付け性（半田拡がり性）との関係を
示すグラフ、図７は半田拡がり率の測定方法の説明図で
ある。
【００２８】図１（ａ）において、ウェハ状の電子部品
１の上面には、半田部としての半田バンプ２が多数形成
されている。半田バンプ２の表面には半田が空気に触れ
ることにより酸化膜２ａが生成している。この状態で、
電子部品１はプラズマ処理工程に送られる。このプラズ
マ処理工程は、半田バンプ２の表面に生成した酸化膜
を、プラズマ処理によるスパッタリングを利用して除去
するために行われるものである。
１の上面には、半田部としての半田バンプ２が多数形成
されている。半田バンプ２の表面には半田が空気に触れ
ることにより酸化膜２ａが生成している。この状態で、
電子部品１はプラズマ処理工程に送られる。このプラズ
マ処理工程は、半田バンプ２の表面に生成した酸化膜
を、プラズマ処理によるスパッタリングを利用して除去
するために行われるものである。
【００２９】図１（ｂ）に示すように、電子部品１は真
空チャンバ３内の電極４上に載置され、真空チャンバ３
内を真空排気した後に、真空チャンバ３内にはガス供給
部５により、アルゴンガスなどのプラズマ発生用ガスが
導入される。この後電極４に高周波電源６を駆動して高
周波電圧を印加することにより、アルゴンイオンや電子
などが電子部品１の上面に衝突する。これにより、電子
部品１上の半田バンプ２の表面の酸化膜２ａは除去さ
れ、半田バンプ２の表面は清浄化される。
空チャンバ３内の電極４上に載置され、真空チャンバ３
内を真空排気した後に、真空チャンバ３内にはガス供給
部５により、アルゴンガスなどのプラズマ発生用ガスが
導入される。この後電極４に高周波電源６を駆動して高
周波電圧を印加することにより、アルゴンイオンや電子
などが電子部品１の上面に衝突する。これにより、電子
部品１上の半田バンプ２の表面の酸化膜２ａは除去さ
れ、半田バンプ２の表面は清浄化される。
【００３０】この後、電子部品１は真空チャンバ３内の
アルゴンガス雰囲気中で所定時間放置される。このとき
真空チャンバ３酸素濃度０，１％以下、温度２００℃以
下となるように内部環境が設定される。この工程は、酸
化膜２ａが除去され清浄化された半田バンプ２の表面に
緻密な薄い酸化膜（再酸化膜）の層を形成するためのも
のである。この結果、図１（ｃ）に示すように半田バン
プ２の表面に再酸化膜２ｂが形成される。ここで形成さ
れる再酸化膜２ｂの厚さは１００オングストローム以下
とし、望ましくは４０〜６０オングストロームの範囲で
ある。なお、真空チャンバ３内で上記の再酸化膜形成を
行う替わりに、専用の処理チャンバを設置し、この処理
チャンバ内で再酸化膜形成を行うようにしてもよい。
アルゴンガス雰囲気中で所定時間放置される。このとき
真空チャンバ３酸素濃度０，１％以下、温度２００℃以
下となるように内部環境が設定される。この工程は、酸
化膜２ａが除去され清浄化された半田バンプ２の表面に
緻密な薄い酸化膜（再酸化膜）の層を形成するためのも
のである。この結果、図１（ｃ）に示すように半田バン
プ２の表面に再酸化膜２ｂが形成される。ここで形成さ
れる再酸化膜２ｂの厚さは１００オングストローム以下
とし、望ましくは４０〜６０オングストロームの範囲で
ある。なお、真空チャンバ３内で上記の再酸化膜形成を
行う替わりに、専用の処理チャンバを設置し、この処理
チャンバ内で再酸化膜形成を行うようにしてもよい。
【００３１】このようにして表面処理が行われ、半田バ
ンプ２の表面に再酸化膜２ｂが形成されたウエハ状の電
子部品１は個片の電子部品１に切断され、仮固定剤の塗
布工程に送られる。図２（ａ）に示すように、半田部と
しての半田バンプ２が形成された電子部品１は移載ヘッ
ド１３に保持されている。電子部品１の半田付けに際し
ては、まずこの電子部品１を保持した移載ヘッド１３を
仮固定剤の塗布部１４上に移動させる。図２（ｂ）に示
すように、塗布部１４の容器１５の底面には、仮固定剤
１６がスキージ１７により塗布されている。容器１５に
対して電子部品１を下降させてバンプ２を容器１５の底
面に当接させ、次いで移載ヘッド１３を上昇させると、
図２（ｃ）に示すように電子部品１のバンプ２の下端部
には仮固定剤１６が転写により塗布される。
ンプ２の表面に再酸化膜２ｂが形成されたウエハ状の電
子部品１は個片の電子部品１に切断され、仮固定剤の塗
布工程に送られる。図２（ａ）に示すように、半田部と
しての半田バンプ２が形成された電子部品１は移載ヘッ
ド１３に保持されている。電子部品１の半田付けに際し
ては、まずこの電子部品１を保持した移載ヘッド１３を
仮固定剤の塗布部１４上に移動させる。図２（ｂ）に示
すように、塗布部１４の容器１５の底面には、仮固定剤
１６がスキージ１７により塗布されている。容器１５に
対して電子部品１を下降させてバンプ２を容器１５の底
面に当接させ、次いで移載ヘッド１３を上昇させると、
図２（ｃ）に示すように電子部品１のバンプ２の下端部
には仮固定剤１６が転写により塗布される。
【００３２】ここで仮固定剤１６について説明する。仮
固定剤１６は高粘性の揮発性有機材料であるグリセリン
などを主成分としている。グリセリンの粘度は２５℃に
おいて３Ｐａｓ（マルコム粘度計 ０．５ｒｐｍ）であ
る。電子部品１を仮固定するためには、一般に０．５Ｐ
ａｓ以上の粘度が必要とされるが、グリセリンの粘度は
これより十分に大きいものとなっている。また、仮固定
剤１６としては、グリセリン以外にも、ポリエチレング
リコールなどの高粘性の揮発性有機材料、もしくはこれ
ら以外の高粘性の昇華性有機材料を用いることができ
る。
固定剤１６は高粘性の揮発性有機材料であるグリセリン
などを主成分としている。グリセリンの粘度は２５℃に
おいて３Ｐａｓ（マルコム粘度計 ０．５ｒｐｍ）であ
る。電子部品１を仮固定するためには、一般に０．５Ｐ
ａｓ以上の粘度が必要とされるが、グリセリンの粘度は
これより十分に大きいものとなっている。また、仮固定
剤１６としては、グリセリン以外にも、ポリエチレング
リコールなどの高粘性の揮発性有機材料、もしくはこれ
ら以外の高粘性の昇華性有機材料を用いることができ
る。
【００３３】次に、バンプ２に上述の仮固定剤１６が塗
布された電子部品１を、電子部品である基板８に搭載す
る。図３（ａ）に示すように、半田バンプ２を被接合部
である電極９に位置合せし、次いで図３（ｂ）に示すよ
うに半田バンプ２を電極９上に移載する。このとき、半
田バンプ２と電極９の当接面には仮固定剤１６が介在し
ており、前述のように仮固定剤１６の粘度は電子部品１
を基板８の電極９上に仮固定するのに十分な値であるた
め、電子部品１は基板８の搬送時に位置ずれを起こすこ
となく電極９上に保持される。
布された電子部品１を、電子部品である基板８に搭載す
る。図３（ａ）に示すように、半田バンプ２を被接合部
である電極９に位置合せし、次いで図３（ｂ）に示すよ
うに半田バンプ２を電極９上に移載する。このとき、半
田バンプ２と電極９の当接面には仮固定剤１６が介在し
ており、前述のように仮固定剤１６の粘度は電子部品１
を基板８の電極９上に仮固定するのに十分な値であるた
め、電子部品１は基板８の搬送時に位置ずれを起こすこ
となく電極９上に保持される。
【００３４】電子部品１が移載された基板８は、この後
リフロー工程に送られる。図４（ａ）に示すように、基
板８はリフロー炉２０に送り込まれ、予熱ゾーン２１、
均熱ゾーン２２、本加熱ゾーン２３を順次通過する。予
熱ゾーン２１、均熱ゾーン２２、本加熱ゾーン２３にて
基板８を加熱することにより半田バンプ２を溶融・固化
させて、図３（ｃ）に示すように電子部品１を基板８に
半田付けする。
リフロー工程に送られる。図４（ａ）に示すように、基
板８はリフロー炉２０に送り込まれ、予熱ゾーン２１、
均熱ゾーン２２、本加熱ゾーン２３を順次通過する。予
熱ゾーン２１、均熱ゾーン２２、本加熱ゾーン２３にて
基板８を加熱することにより半田バンプ２を溶融・固化
させて、図３（ｃ）に示すように電子部品１を基板８に
半田付けする。
【００３５】このときの半田付けの過程を図４（ｂ）の
加熱プロファイルを参照して説明する。電子部品１の温
度は、予熱ゾーン２１を通過することにより上昇し、均
熱ゾーンにて所定時間の間予熱温度が保持される。そし
て本加熱ゾーン２３を通過することにより温度は更に上
昇し、半田の融点温度Ｔｓ（１８３°Ｃ）を越えて最高
加熱温度Ｔｍａｘ（２３０°Ｃ）まで上昇する。この加
熱過程で半田バンプ２は溶融し、電極９に半田付けされ
る。
加熱プロファイルを参照して説明する。電子部品１の温
度は、予熱ゾーン２１を通過することにより上昇し、均
熱ゾーンにて所定時間の間予熱温度が保持される。そし
て本加熱ゾーン２３を通過することにより温度は更に上
昇し、半田の融点温度Ｔｓ（１８３°Ｃ）を越えて最高
加熱温度Ｔｍａｘ（２３０°Ｃ）まで上昇する。この加
熱過程で半田バンプ２は溶融し、電極９に半田付けされ
る。
【００３６】このとき、半田バンプ２の表面は再酸化膜
２ｂで覆われているが、この再酸化膜２ｂは低酸素雰囲
気で徐々に生成されたものであるため組成が緻密で膜厚
が非常に薄い。しかもこの再酸化膜２ｂが形成されると
それ以上の酸化の進行が抑制され酸化膜の成長は非常に
緩やかであるため、半田接合性を阻害する程度の膜厚ま
で成長するには長時間を要する。したがって、通常想定
される程度の工程待ち時間で半田付けが行われる場合に
は、この再酸化膜２ｂは半田接合性に悪影響を及ぼすこ
とがない。
２ｂで覆われているが、この再酸化膜２ｂは低酸素雰囲
気で徐々に生成されたものであるため組成が緻密で膜厚
が非常に薄い。しかもこの再酸化膜２ｂが形成されると
それ以上の酸化の進行が抑制され酸化膜の成長は非常に
緩やかであるため、半田接合性を阻害する程度の膜厚ま
で成長するには長時間を要する。したがって、通常想定
される程度の工程待ち時間で半田付けが行われる場合に
は、この再酸化膜２ｂは半田接合性に悪影響を及ぼすこ
とがない。
【００３７】以下、スパッタリングおよびアルゴンガス
中での放置の効果について、図５〜図７を参照し実験デ
ータに即して説明する。図５はＳｎ−Ｐｂ共晶半田にス
パッタリングを行った後大気暴露したときの、半田表面
の酸化膜厚（ＳｉＯ２換算）の時間的変化を示すもので
ある。図５のハッチングを施した範囲は、スパッタリン
グを行わない未処理の状態での酸化膜の膜厚分布の範囲
を示しており、図中■印および破線で示すグラフは、ス
パッタリング処理を行った直後に大気暴露した場合の半
田表面の酸化膜厚の変化を、また●印および実線で示す
グラフは、スパッタリングを行った直後にアルゴンガス
中（酸素濃度０，０８％）に３０分間放置し、その後に
大気暴露した場合の半田表面の酸化膜厚の変化をそれぞ
れ示している。
中での放置の効果について、図５〜図７を参照し実験デ
ータに即して説明する。図５はＳｎ−Ｐｂ共晶半田にス
パッタリングを行った後大気暴露したときの、半田表面
の酸化膜厚（ＳｉＯ２換算）の時間的変化を示すもので
ある。図５のハッチングを施した範囲は、スパッタリン
グを行わない未処理の状態での酸化膜の膜厚分布の範囲
を示しており、図中■印および破線で示すグラフは、ス
パッタリング処理を行った直後に大気暴露した場合の半
田表面の酸化膜厚の変化を、また●印および実線で示す
グラフは、スパッタリングを行った直後にアルゴンガス
中（酸素濃度０，０８％）に３０分間放置し、その後に
大気暴露した場合の半田表面の酸化膜厚の変化をそれぞ
れ示している。
【００３８】図５より、スパッタリングを行わない未処
理の状態では、酸化膜の膜厚は１００オングストローム
以上であるのに対し、スパッタリング直後の酸化膜の膜
厚は５０オングストローム程度まで減少することがわか
る。しかし、スパッタリングのみを行ったものでは、大
気暴露開始後は時間の経過とともに膜厚は増加してい
る。これに対し、スパッタリングを行った後にアルゴン
ガス中に放置したものでは、大気暴露開始後１００時間
以上経過してもほとんど膜厚の増加がみられない。
理の状態では、酸化膜の膜厚は１００オングストローム
以上であるのに対し、スパッタリング直後の酸化膜の膜
厚は５０オングストローム程度まで減少することがわか
る。しかし、スパッタリングのみを行ったものでは、大
気暴露開始後は時間の経過とともに膜厚は増加してい
る。これに対し、スパッタリングを行った後にアルゴン
ガス中に放置したものでは、大気暴露開始後１００時間
以上経過してもほとんど膜厚の増加がみられない。
【００３９】図６は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田の表面酸化膜
の膜厚と、半田を溶融させた際の半田拡がり率との関係
を示している。半田拡がり率は、銅箔等の半田が比較的
濡れ広がりやすい金属の表面において、溶融した半田が
濡れ拡がる性質の程度を示す指標であり、図７に示すよ
うな半田ボールの場合では、半田溶融前の半田ボールの
高さＧと半田溶融後の高さＨとの差を半田溶融後の高さ
Ｈで除算して得られる割合を、百分比で表したもので定
義される。すなわち半田拡がり率が大きいほど、溶融時
に半田が濡れ拡がることを示している。図６で明らかな
ように、酸化膜の膜厚が増加するとともに半田拡がり率
は低下し、半田の濡れ性が悪化することがわかる。
の膜厚と、半田を溶融させた際の半田拡がり率との関係
を示している。半田拡がり率は、銅箔等の半田が比較的
濡れ広がりやすい金属の表面において、溶融した半田が
濡れ拡がる性質の程度を示す指標であり、図７に示すよ
うな半田ボールの場合では、半田溶融前の半田ボールの
高さＧと半田溶融後の高さＨとの差を半田溶融後の高さ
Ｈで除算して得られる割合を、百分比で表したもので定
義される。すなわち半田拡がり率が大きいほど、溶融時
に半田が濡れ拡がることを示している。図６で明らかな
ように、酸化膜の膜厚が増加するとともに半田拡がり率
は低下し、半田の濡れ性が悪化することがわかる。
【００４０】以上、図５，図６から次のような結論を得
ることができる。半田に対してスパッタリングを行った
直後にアルゴンガス中放置を行うことにより、大気暴露
後も半田の表面の酸化膜の膜厚は長時間にわたって４０
〜６０オングストロームの範囲に保たれる。このこと
は、半田濡れ性が長時間にわたって良好に保持されるこ
とを意味している。したがって、この半田濡れ性が良好
に保持される時間内に半田付けを行うようにすれば、従
来の方法による半田付けに際して半田濡れ性を改善する
ために必要とされたフラックスを使用せず、良好な半田
付けを行うことができる。
ることができる。半田に対してスパッタリングを行った
直後にアルゴンガス中放置を行うことにより、大気暴露
後も半田の表面の酸化膜の膜厚は長時間にわたって４０
〜６０オングストロームの範囲に保たれる。このこと
は、半田濡れ性が長時間にわたって良好に保持されるこ
とを意味している。したがって、この半田濡れ性が良好
に保持される時間内に半田付けを行うようにすれば、従
来の方法による半田付けに際して半田濡れ性を改善する
ために必要とされたフラックスを使用せず、良好な半田
付けを行うことができる。
【００４１】このとき、リフロー炉１０内に窒素ガスな
どの不活性ガスを供給して半田バンプ２の加熱と溶融を
低酸素雰囲気下で行わせるようにすれば、さらに良好な
半田付け性を得ることができる。この半田付け過程で昇
華性や揮発性の仮固定剤１６は徐々に気化し、最高加熱
温度Ｔｍａｘ（２３０°Ｃ）に到達した時点では大部分
が蒸発しており、半田付け後には完全に蒸発して接合部
には残存しない。このため半田付け後には被接合部周囲
には有害な成分の残留がなく半田付け後の洗浄を必要と
しない。
どの不活性ガスを供給して半田バンプ２の加熱と溶融を
低酸素雰囲気下で行わせるようにすれば、さらに良好な
半田付け性を得ることができる。この半田付け過程で昇
華性や揮発性の仮固定剤１６は徐々に気化し、最高加熱
温度Ｔｍａｘ（２３０°Ｃ）に到達した時点では大部分
が蒸発しており、半田付け後には完全に蒸発して接合部
には残存しない。このため半田付け後には被接合部周囲
には有害な成分の残留がなく半田付け後の洗浄を必要と
しない。
【００４２】なお、本発明の半田や半田の表面処理方法
で処理された半田は、洗浄を必要としない半田付け工法
において特に効果的であることはいうまでもないが、洗
浄を必要とする従来の半田付け工法にも使用可能であ
り、洗浄を必要としない半田付け工法にのみ用途が限定
されるものではない。
で処理された半田は、洗浄を必要としない半田付け工法
において特に効果的であることはいうまでもないが、洗
浄を必要とする従来の半田付け工法にも使用可能であ
り、洗浄を必要としない半田付け工法にのみ用途が限定
されるものではない。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、半田付けに先立って半
田部をプラズマ処理し、その後低酸素雰囲気下で所定時
間放置することにより、半田の表面に緻密でごく薄い酸
化膜を生成させることができる。この再酸化膜は大気中
に暴露してもそれ以上半田表面の酸化膜が成長せず、ご
く薄い状態を保つため半田接合性を阻害せず、したがっ
てフラックスを使用することなく良好な半田付けを行う
ことができる。また、半田付けされる接合部に、半田付
け工程で加熱によって消滅する性質の仮固定剤を使用す
れば、移載後半田付けされるまでの間の電子部品の位置
ずれを防止することができ、仮固定剤は半田付け時の加
熱工程で揮発や蒸発して半田付け後には基板上に残留し
ないので、従来のフラックスを使用する方法で必要とさ
れた半田付け後の洗浄を省略することができる。
田部をプラズマ処理し、その後低酸素雰囲気下で所定時
間放置することにより、半田の表面に緻密でごく薄い酸
化膜を生成させることができる。この再酸化膜は大気中
に暴露してもそれ以上半田表面の酸化膜が成長せず、ご
く薄い状態を保つため半田接合性を阻害せず、したがっ
てフラックスを使用することなく良好な半田付けを行う
ことができる。また、半田付けされる接合部に、半田付
け工程で加熱によって消滅する性質の仮固定剤を使用す
れば、移載後半田付けされるまでの間の電子部品の位置
ずれを防止することができ、仮固定剤は半田付け時の加
熱工程で揮発や蒸発して半田付け後には基板上に残留し
ないので、従来のフラックスを使用する方法で必要とさ
れた半田付け後の洗浄を省略することができる。
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品の側面
図 （ｂ）本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面
図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の部分断面図
図 （ｂ）本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面
図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の部分断面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田
付け方法の工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図
付け方法の工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田
付け方法の工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図
付け方法の工程説明図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の工程説明図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田
付け方法のリフロー炉の断面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の加熱プロファイルを示すグラフ
付け方法のリフロー炉の断面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法
の加熱プロファイルを示すグラフ
【図５】大気暴露時間に対する半田の表面酸化膜成厚の
変化を示すグラフ
変化を示すグラフ
【図６】半田表面酸化膜成厚と半田付け性（半田拡がり
性）との関係を示すグラフ
性）との関係を示すグラフ
【図７】半田拡がり率の測定方法の説明図
１ 電子部品 ２ 半田バンプ ２ａ 酸化膜 ２ｂ 再酸化膜 ８ 基板 ９ 電極 １３ 移載ヘッド １６ 仮固定剤 ２０ リフロー炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−235061（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−232742（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−241755（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/34
Claims (19)
- 【請求項１】半田表面に生成した酸化膜を除去する工程
と、前記半田を酸素濃度０．１％以下、温度２００℃以
下の環境下にて所定時間放置することにより前記半田の
表面に再酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半田の表面処理方法。 - 【請求項２】前記再酸化膜の厚さは４０オングストロー
ムから６０オングストロームの範囲であることを特徴と
する請求項１記載の半田の表面処理方法。 - 【請求項３】前記酸化膜を除去する方法が、プラズマ処
理によるスパッタリングを利用することを特徴とする請
求項１記載の半田の表面処理方法。 - 【請求項４】前記酸化膜を除去する方法が、前記半田の
表面に還元性を有する有機材料を塗布することを特徴と
する請求項１記載の半田の表面処理方法。 - 【請求項５】前記半田が電子部品に形成された半田バン
プであることを特徴とする請求項１記載の半田の表面処
理方法。 - 【請求項６】前記半田が基板の電極上にプリコートされ
た半田であることを特徴とする請求項１記載の半田の表
面処理方法。 - 【請求項７】前記半田が半田ボールであることを特徴と
する請求項１記載の半田の表面処理方法。 - 【請求項８】半田表面に生成した酸化膜を除去する工程
と、前記半田を酸素濃度０．１％以下、温度２００℃以
下の環境下にて所定時間放置することにより前記半田の
表面に再酸化膜を形成する工程によって表面処理された
ことを特徴とする半田。 - 【請求項９】前記再酸化膜の厚さは４０オングストロー
ムから６０オングストロームの範囲であることを特徴と
する請求項８記載の半田。 - 【請求項１０】前記半田が電子部品に形成された半田バ
ンプであることを特徴とする請求項８記載の半田。 - 【請求項１１】前記半田が基板の電極にプリコートされ
た半田であることを特徴とする請求項８記載の半田。 - 【請求項１２】前記半田が半田ボールであることを特徴
とする請求項８記載の半田。 - 【請求項１３】半田表面に生成した酸化膜を除去する工
程と、前記半田を酸素濃度０．１％以下、温度２００℃
以下の環境下にて所定時間放置することにより前記半田
の表面に再酸化膜を形成する工程と、前記半田を被接合
部に位置合わせして加熱し、前記半田を溶融固化させる
ことにより被接合部に半田付けすることを特徴とする半
田付け方法。 - 【請求項１４】前記半田を仮固定剤で前記被接合部に仮
固定した状態で加熱し、溶融させることを特徴とする請
求項１３記載の半田付け方法。 - 【請求項１５】前記仮固定剤が、前記加熱によって蒸発
・揮発もしくは昇華する有機材料であることを特徴とす
る請求項１４記載の半田付け方法。 - 【請求項１６】前記加熱・溶融を低酸素雰囲気下で行わ
せることを特徴とする請求項１３記載の半田付け方法。 - 【請求項１７】前記再酸化膜の厚さは４０オングストロ
ームから６０オングストロームの範囲であることを特徴
とする請求項１３記載の半田付け方法。 - 【請求項１８】前記半田が電子部品に形成された半田バ
ンプであることを特徴とする請求項１３記載の半田付け
方法。 - 【請求項１９】前記半田が半田ボールであることを特徴
とする請求項１３記載の半田付け方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14267898A JP3346280B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 半田の表面処理方法および半田ならびに半田付け方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14267898A JP3346280B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 半田の表面処理方法および半田ならびに半田付け方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340614A JPH11340614A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3346280B2 true JP3346280B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=15320980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14267898A Expired - Fee Related JP3346280B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 半田の表面処理方法および半田ならびに半田付け方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346280B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6926190B2 (en) * | 2002-03-25 | 2005-08-09 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuit assemblies and assembly methods |
| JP2004119430A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Tadatomo Suga | 接合装置および方法 |
| JP3704113B2 (ja) | 2002-09-26 | 2005-10-05 | 住友大阪セメント株式会社 | ボンディングステージ及び電子部品実装装置 |
| WO2004030078A1 (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-08 | Toray Engineering Co., Ltd. | 接合装置 |
| WO2005097396A1 (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 接合方法及びその装置 |
| DE102010040063A1 (de) * | 2010-08-31 | 2012-03-01 | Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung bleifreier Lotkugeln mit einer stabilen Oxidschicht auf der Grundlage eines Plasmaprozesses |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP14267898A patent/JP3346280B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11340614A (ja) | 1999-12-10 |
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