JP7843321B2 - 表面処理方法 - Google Patents

Description

本出願は半導体製造の分野に属する。本出願は表面処理方法に関し、特にプラズマを使用することにより表面洗浄を行う方法に関する。

半導体素子の製造プロセスは半田付け技術の使用を要求する。処理される一般的対象物はしばしばいくつかの金属材料であり、そしてこれらの金属材料は酸素の存在下で容易に酸化される。酸化後に形成される酸化膜は、劣悪濡れ展延性、劣悪接合性能及び空隙増加などの接合欠陥に至り得る。更に、金属材料が高温条件下で溶融すると、酸化膜は更に厚くなる。厚くなった酸化膜は接合後に接合済み対象物間に混合され、劣悪伝導性を引き起こすことになる。

現在、一般的に使用される半田付けプロセスはフラックス半田付けである。フラックスは被処理物の表面張力を低減し得、そして被処理物の表面上の酸化膜を除去し得るが、様々なタイプのフラックスは避け難い欠点を依然として有する。フラックス半田付けの１つの欠点は半田スポットのまわりの腐食性フラックス残留物の形成であり、これは長期信頼性課題に至り得、そして熱交換の観点で不利である。フラックス半田付けの別の欠点は内部空隙の問題である。フラックスの蒸発及び気化に起因して、内部空隙はほとんど不可避である。内部空隙及びフラックス残渣を低減するために、真空リフローオーブンがフラックス残渣を吸い去るために使用される。しかし、真空プロセスは以下の欠点を有する：第１に、いくつかの部品が真空中で過度にガス抜きすることになり、従って標的真空圧力は非常にゆっくり到達される必要がある。第２に、熱は、対流を介し真空中では転送され得ないが赤外線放射又は熱伝導を介し転送され得るだけである。第３に、真空機器の価格は非常に高価である。例えば、「Ｔｏｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ株式会社」の見積りによると、真空機器の価格は非真空機器の６～７倍である。

半田付けは金属表面上の高い半田付け活動を要求するので、金属表面の処理は特に重要である。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を一例として挙げると、これは、風力発電、高速鉄道、電気自動車、船などの多くの高出力シナリオにおいて広範に使用される。ＩＧＢＴアプリケーションにおける傾向は、より大きな出力密度、より高いスイッチング周波数及びより小さな容積に向かっている。従って、ＩＧＢＴの信頼性は非常に重要である。更に、半田付けプロセス中に必然的に出現する空隙は、動作中にＩＧＢＴの信頼性に深刻な影響を与えることになる。典型的ＩＧＢＴパッケージモジュールが図１に示される。同図では、１０１は主半田層を表し、１０２はＤＢＣを表し、１０３は２次半田層を表し、１０４は絶縁層を表し、１０５は接合銅を表し、１０６は放熱基板を表わす。放熱基板の主機能はＩＧＢＴスイッチング過程中に生成される熱を迅速に転送することである。放熱基板は通常は銅で作成される。放熱基板の厚さは通常３～８ｍｍである。直接接合銅（ＤＢＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄ ｃｏｐｐｅｒ）の主機能は、チップと放熱基板との間の電気的絶縁、熱伝導及び電流伝達能力を保証することである。チップとＤＢＣとの間の半田付けは主半田付けと呼ばれる。放熱のさらなる要件に起因して、ＤＢＣは放熱基板上に直接はんだ付けされることになり、これは２次半田付けと呼ばれる。２次半田付けは主半田付けより大きな半田付けエリアを有し、従ってより多くの空隙が生成され得る。新エネルギー分野などのいくつかの極めて要求の厳しい業界のために、ＩＧＢＴの個々の空隙率は１％未満であるべきであり、そして全体空隙率は１．５％未満であるべきである。安定且つ低い空隙率を保証することはＩＧＢＴモジュールパッケージングの緊急要件であるということが分かり得る。

この観点で、従来技術における上述の欠陥及び欠点を無くすためにそしていくつかの技術分野における半田付け品質の高い要求を実現するためにどのように新しい表面処理方法を設計すべきかは当業者が解決すべき緊急課題である。

本出願は表面処理方法に関する。特に、本出願は、被処理物が半田付け後に信頼性要件を満足するように、フラックス及び有機半田付け性保存剤（ＯＳＰ：ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ）を使用すること無く金属表面を洗浄するための改善された方法に関する。本出願のこの改善された方法は金属表面を処理するために大気圧プラズマを使用することを含む。

本発明の上述の目的を達成するために、以下の工程を含む表面処理方法が本出願において開示される：大気圧プラズマを提供する工程、及び被処理物を大気圧プラズマ大気中に置く工程、ここで、大気圧プラズマ大気中の残留酸素レベルは所定値より低い。

本出願の別の態様によると、大気圧プラズマはアルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はその組み合わせを供給することにより生成される。

本出願の別の態様によると、大気圧プラズマはアルゴン及び水素、又は窒素及び水素を供給することにより生成される。

本出願の別の態様によると、水素は大気圧プラズマの容積の１％～１０％を占め、そして、好適には水素は大気圧プラズマの容積の１％～４％を占める。

本出願の別の態様によると、所定値は、２００ｐｐｍ、好適には１００ｐｐｍ、より好適には５０ｐｐｍ、及び最も好適には１０ｐｐｍである。

本出願の別の態様によると、被処理物の表面は有機半田付け性防腐剤により被覆されない。

本出願の別の態様によると、表面処理方法は更に、大気圧プラズマ処理後に被処理物を半田付けシステムへ入れる工程を含み：ここでは、いかなるフラックスも半田付けシステムにおいて使用されない。

本出願の別の態様によると、大気圧プラズマは被処理物を１０ｍｍ／ｓ～３００ｍｍ／ｓ、好適には２５ｍｍ／ｓ～１５０ｍｍ／ｓ、そしてより好適には２５ｍｍ／ｓ～１００ｍｍ／ｓの速度で掃引する。

本出願の別の態様によると、本処理方法は被処理物の表面の空隙率を１％未満にさせる。

本出願の別の態様によると、大気圧プラズマは大気圧プラズマ生成器により生成され、そして、大気圧プラズマ生成器は、被処理物が大気圧プラズマ大気により覆われ得るようなやり方で配置された一系列のノズルを有するプラズマ噴射トーチを含む。

本出願の別の態様によると、大気圧プラズマは被処理物の表面に対し垂直に又は斜めに発射される。

本出願により提供される技術的解決策は、ＩＧＢＴなどの要求の厳しい分野における大面積金属表面半田付けに特に適用可能であり、そして、以下の利点を持つ：
（１）これは、フラックス及びギ酸などの環境に優しくなく且つ健康を損なう化合物の使用を要求しない「環境に優しい」溶液である。
（２）プラズマ処理はいかなる残留物も残さなく、フラックス又はギ酸残留物により引き起こされる信頼性ハザードを回避する。
（３）表面のプラズマ処理は空隙率を大幅に低減し、そして金属表面上の内部空隙率を著しく低減し得る。
（４）真空プラズマ方法と比較して、本出願の方法は、プロセスフローが組立ラインの中断を引き起こすことなく同じ組立ラインへ一体化されることを可能にする。更に、真空プラズマ方法は、ＤＢＣ及び放熱基板がバッチで真空室内へ置かれることを要求する。このプロセスは必然的に、洗浄されたＤＢＣ表面を酸素大気に晒すことになり、表面酸化を悪化させ、そして組立ラインの中断を引き起こす。

本出願の利点及び精神は本発明及び添付図面の以下の詳細説明から更に理解され得る。

図１は、典型的ＩＧＢＴパッケージモジュールを示す。 図２は、本出願の一実施形態における大気圧プラズマにより表面を処理するフローチャートを示す。 図３ａ－３ｃは、様々な掃引速度及び様々なＲＯＬにおける本出願の一実施形態におけるプラズマ噴射トーチのＤＢＣ上の半田スポットの概略線図をそれぞれ示す。 図４ａ－４ｄは、フラックス半田付け及び大気圧プラズマ処理後に取得された、空隙を有する半田スポットの概略線図をそれぞれ示す。

本出願の特定実施形態が添付図面を参照して以下に詳細に説明される。しかし、本出願は以下に説明される実装形態へ制限されないということが理解されるべきであり、そして、本出願の技術的概念は、それらのよく知られている技術と同じ機能を有する他のよく知られている技術又は他の技術と組み合わせて実装され得る。

以下の特定実施形態の説明では、本出願の動作の構造及びやり方を明確に示すために、多くの方向用語が説明のために使用されることになるが、「前」、「後」、「左」、「右」、「外側」、「内側」、「外方」、「内方」、「軸方向」、「半径方向」などの用語は制限的用語よりむしろ便宜のための用語であると理解されるべきである。

以下の特定実施形態の説明では、「長さ」、「幅」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「頂」、「底」、「内側」、及び「外側」などの用語により指示される方位的又は位置的関係は添付図面において示される方位的又は位置的関係に基づくということと、参照されるデバイス又は要素が特定方位を有しなければならない又は特定方位で構築又は操作されなければならないということを指示又は暗示することなく本出願の説明を容易及び単純化するようにだけ意図されており、従って本出願の制限として理解されてはならないということとが理解されるべきである。

加えて、用語「第１」及び「第２」は、時系列的順番、量又は重要性を制限することよりむしろ記述的目的のためだけに使用され、相対的重要性を指示若しくは暗示するとして又は指示された技術的特徴の数を暗黙的に規定することとして解釈されるべきでなく、１つの技術的特徴を現在の技術的解決策の別の技術的特徴から区別するようにだけ意図されている。従って、「第１」及び「第２」により定義される特徴は１つ又は複数の特徴を明示的に又は暗黙的に含み得る。本出願の明細書では、「複数」は別途明示的且つ具体的に表明されない限り２つ以上を意味する。同様に、本明細書に出現する「ａ」のような修飾子は量の定義を指示しないが、先行テキスト内に出現しなかった技術的特徴を記述する。同様に、特定量測度により修正されない限り、本明細書における名詞は単数及び複数の両方を含むと見なされるべきである、即ち、技術的解決策は、当該の技術的特徴のうちの１つだけを含み得るが、また技術的特徴のうちの複数を含み得る。同様に、本明細書において数字の前に出現する「凡そ」及び「約」のような修飾子は通常その数を含み、そしてその具体的意味は文脈に照らして理解されるべきである。

本出願では、「少なくとも１つ（のアイテム）」は１つ又は複数を意味し、そして「複数の」は２つ以上を意味するということが理解されるべきである。表現「及び／又は」は、関連対象物間の関連性関係を記述するために使用され、そして、以下の３つのタイプの関係が存在し得るということを指示する；例えば、「Ａ及び／又はＢ」は次の３つの状況を意味し得る：即ちＡだけが存在する、Ｂだけが存在する、そしてＡ及びＢが両方とも存在する、ここで、Ａ及びＢは単数であっても複数であってもよい。シンボル（「／」）は一般的に、先行関連対象物及び続く関連対象物が「又は」関係を有することを意味する。表現「以下の（アイテム）の少なくとも１つ」などは、これらのアイテムの任意の組み合わせ（単一（のアイテム）又は複数（のアイテム）の任意の組み合わせを含む）を意味する。例えば、ａ、ｂ又はｃの少なくとも１つの（アイテム）は次のことを意味し得る：ａ、ｂ、ｃ、「ａ及びｂ」、「ａ及びｃ」、「ｂ及びｃ」、又は「ａ及びｂ及びｃ」、ここで、ａ、ｂ及びｃは単数であってもよいし複数であってもよい。

本明細書において説明される「ユニット」、「メンバー」、「対象物」及び「モジュール」は、少なくとも１つの機能及び動作を処理するために使用される単位を指示し、そしてハードウェア部品又はソフトウェア部品及びその組み合わせにより実装され得る。

別途明確に指示されない限り、本明細書において定義される各態様又は実施形態は、任意の他の態様又は実施形態と組み合わられ得る。特に、指示された任意の好ましい又は有利な特徴は指示された任意の他の好ましい又は有利な特徴と組み合わせられ得る。

用語の説明
本明細書で使用されるように、電気的プラズマとも呼ばれるプラズマは、いくつかの電子が剥ぎ取られた後の原子及び原子団のイオン化により生成される正及び負イオンからなるイオン化ガス状物質である。プラズマの運動は、電磁力により主として支配され、そして一団となって重要な振る舞いを呈示する。大気圧プラズマは、一気圧において又はその近くで生成される電気的プラズマを指す。大気圧プラズマ及び真空プラズマの両方は高エネルギー粒子を有するが、大気圧プラズマは、真空プラズマのように閉鎖反応室及び真空ポンプシステムの設置を要求しない。従って、大気圧プラズマは真空プラズマと比較して、巨大真空室及び真空ポンプを省き、そして、機器費用の点で絶対的優位性を有する。本アプリケーションにおける表面処理温度は約２５℃～約１５０℃の範囲内であり得る。プラズマは任意選択的に、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素又はその組み合わせから選択される少なくとも１つの気体を含み得る。いくつかの非限定的実装形態では、水素は、大気圧プラズマの容積の１％～１０％、好適には約２％～８％、そしてより好適には４％～７％を占め得る。

本明細書で使用されるように、大気圧プラズマと処理される表面との接触は、任意の好適な手段（表面を掃引するためにプラズマジェットを使用することなど）により達成され得る。掃引速度は特定プロセスのために要求される効率を標的とするために必要に応じ変動され得る。例えば、掃引速度は約１～約５００ｍｍ／ｓ（約１０～約３００ｍｍ／ｓ、２５～３００ｍｍ／ｓ、２５～２５０ｍｍ／ｓ、２５～１５０ｍｍ／ｓ、５０～１５０ｍｍ／ｓ、及び５０～１００ｍｍ／ｓなど）の範囲（すべての範囲とその間の副範囲とを含む）内であり得る。

同様に、大気圧プラズマが被処理面と接触状態に在る時間の長さ（滞留時間と呼ばれ得る）は掃引速度及び所望表面性質により変動し得る。非限定的例として、滞留時間は１秒～数分（約１秒～約２０分、約１０秒～約１０分、約３０秒～約９分、約１分～約８分、約２分～約７分、約３分～約６分、又は約４分～約５分など）の範囲（すべての範囲とその間の副範囲とを含む）内であり得る。

本明細書で使用されるように、本アプリケーションにおいてプラズマを生成するために使用されるデバイスはＯｐｅｎＡｉｒ^ＴＭプラズマ噴射トーチ又はＡｔｏｍｆｌｏ^ＴＭプラズママシンを使用し得る。具体的には、再構築される処理パラメータが、掃引速度とプラズマトーチから被処理面までの距離とに従って精確に評価され得る。

本明細書で使用されるように、自然酸化（ＮＯ：ｎａｔｕｒａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）は、転送過程中の被処理物の自然酸化の影響を模擬するために被処理物を室温において２週間の間空気に晒すことを指す。

本明細書で使用されるように、深い酸化（ＤＯ：ｄｅｅｐ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）は、ＩＧＢＴパッケージ化中の第１の半田付け後のＤＢＣの表面状況を模擬するために１０分間２５０℃及び５０ｐｐｍの窒素雰囲気内にクエン酸により洗浄されたＤＢＣを置くことを指す。

一実装形態では、大気圧プラズマは、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はその組み合わせ（アルゴン及び水素、窒素及び水素、ヘリウム及び水素など）を供給することにより生成される。

本明細書で使用されるように、「清浄表面」、「表面洗浄」、「洗浄」などは、より効果的且つより強い機械的及び電気的接続が金属材料間に生成されるように被処理面上の有機汚染物質及び無機汚染物質を洗浄することを指す。

本明細書で使用されるように、半田スポット分析は当該技術領域において知られているＸ線検査技術を使用することにより行われ得る。Ｘ線はパッケージ内部に侵入し、そして半田スポットの品質を直接検査し得る。

以下の実施形態は、一例としてＩＧＢＴパッケージ化プロセス中のＤＢＣ表面上の汚染物質及び酸化膜の処理を取り上げる。窒素雰囲気内で、本実施形態は、他の化学的方法の代わりにＤＢＣ表面を処理するために大気圧プラズマを使用する。

フラックス半田付けにおいて使用される半田はＳｎ_３Ｏ_５であり、その融点は２１７℃である。

ＤＢＣの表面は通常は銅であるので、容易に酸化される。有機半田付け性保存剤は従来技術において一般的な保護手段である。ＯＳＰは、化学的方法を使用することにより銅の表面上に成長される有機銅複合膜の層である。ＯＳＰは、安価であり、そして良い半田付け性を当初有するが、一定期間の間使用された後、その半田付け性は著しく悪化し、その寿命は不十分であり、そして、ＯＳＰは表面変色、不均一膜厚、過剰（余りに厚い又は余りに薄い）膜厚及び他の課題に対し脆弱である。銅表面の真上のＯＳＰ内に穴があれば、銅表面は穴から酸化し始めることになり劣悪アセンブリを生じる。更に、ＯＳＰが厚ければ厚いほどＯＳＰは銅箔をより良く保護する。しかし、それに応じて、より活性なフラックスがＯＳＰを除去することも要求する。

この実施形態では、ＤＢＣの表面は、いかなるフラックスも使用されない一方でいかなる有機半田付け性保存剤によっても被覆されないということを前提として、大気圧プラズマは被処理物の表面処理を行うために使用され、そして濡れ展延性及び空隙率の要件が到達される。

この実施形態では、大気圧プラズマを使用する表面処理のプロセスが図２に示される。被処理物は、コンベヤーデバイスによりリフロー半田付けデバイスの方向に移動する。大気圧プラズマ処理室は、リフロー半田付けデバイスの前に置かれ、そして、大気圧プラズマ大気を提供し得る。ここで、任意の既知プラズマ生成器（プラズマ噴射トーチなど）が大気圧プラズマ大気を提供するために使用され得る。典型的プラズマ噴射トーチは、被処理領域がプラズマ雰囲気により覆われることが確実にされ得るようようなやり方で配置された一系列のノズルを含む。ノズルの配置は当業者により自由に選択される。

図２に示すように、２０１及び２０６は被処理物を置きそして固定するための搬送プラットホームを表わす。大気圧プラズマ処理システム全体は遷移室２０２及び２０５、大気圧プラズマ処理室２０３及びリフロー半田付け室２０４を含む。それらの中でも、遷移室２０２及び２０５並びに大気圧プラズマ処理室２０３は、要求残留酸素レベルを維持するために大気を置換するために不活性気体（窒素など）を使用する必要がある。大気圧プラズマ処理室２０３は大気圧プラズマ生成器を装備しており、ここで、大気圧プラズマ生成器はパイプラインを介しガス源へ接続される。リフロー半田付けプロセスはリフロー半田付け室２０４内で完了される。特定リフロー半田付けプロセスが、当業者によく知られた方法に従って行われ得、そして本アプリケーションでは制限されない。

大気圧プラズマ処理室２０３内の大気圧プラズマ生成器は表面処理に好適な任意の気体（窒素、アルゴン、ヘリウム又はそれらの水素との混合気体）を生成し得る。

上述の大気圧プラズマ処理システムの全作業環境内の残留酸素レベル（ＲＯＬ：ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｌｅｖｅｌ）は所定値より低くなければならないということが予期せず発見された。従来研究では、残留酸素レベルが低減される必要がある度合いは完全には実現されていなかった。残留酸素レベルが低ければ低いほどより理想的である：即ち残留酸素レベルが０ｐｐｍに近ければ近いほどより理想的であるということが期待される。従って、残留酸素レベルは、３００ｐｐｍ未満、好適には２００ｐｐｍ未満、より好適には１００ｐｐｍ未満、最適には５０ｐｐｍ未満、更には１０ｐｐｍ未満、又は更には５ｐｐｍ未満である必要がある。酸素分析器が残留酸素レベルを監視するために大気圧プラズマ処理室内に構成される。一例として、燃料電池酸素分析器が使用され得る。

一例として、窒素雰囲気が作業環境全体を保護するために利用され得る。当初、作業環境の大気は窒素により置換される。ＲＯＬが約２００ｐｐｍまで低減された後、ＲＯＬは交換のための窒素を使用し続けることにより又は残存酸素を消費するために水素含有プラズマの燃焼を使用することにより例えば１０ｐｐｍ以下まで迅速に低減され得る。

この実施形態では、リフロー半田付け室内のハンダ付け温度は２５０℃に設定される。

プラズマ噴射トーチの掃引速度範囲は推定され得る。余りに速い掃引速度は十分なプラズマ強度を提供し得ない一方で、余りに遅い掃引速度は余りに高い温度と余りに少ないユニット／時間（ＵＰＨ：ｕｎｉｔｓ ｐｅｒ ｈｏｕｒ）を生じ得る。一例として、プラズマ噴射トーチの掃引速度は１０～２５０ｍｍ／秒の間であり得る。換言すれば、単位面積当たりのプラズマ処理時間（掃引速度に反比例する）が最適化されるべきである。長期処理はＤＢＣの表面温度を急激に上昇させそして再酸化を引き起こすことになる。しかし、短期処理はＤＢＣ表面上の酸化膜を除去し得ない。薄い酸化膜ですら、望ましくない半田付け失敗を引き起こし得る。

表面濡れ性は半田付けが良いかどうかの指示子である。被処理表面上に何らかのしっかりと取り付いた汚染物質（酸化膜など）があれば、これらは金属接続に対する障壁として働き、従って表面濡れ性を邪魔する。半田スポットは標準的円でないかもしれないので、金属表面の半田スポットの接触角を直接測定するのは困難である。半田スポットの面積は表面濡れ性を評価するために以下のように使用されることになる。半田スポットの面積が大きければ大きいほど、そして半田スポットがより十分且つより一様になればなるほど、表面濡れ性はより良くなる。

図２に示すプロセスによると、ＤＢＣは様々な掃引速度及び様々なＲＯＬで処理され、そして図３ａ、３ｂ及び３ｃの半田スポット画像が取得された。図３ａに示すように、大気圧プラズマ処理室内のＲＯＬは５ｐｐｍ未満となるように維持され、そしてプラズマ噴射トーチの掃引速度は２５ｍｍ／ｓだった。図３ｂでは、大気圧プラズマ処理室内のＲＯＬは約１３０～１８０ｐｐｍの範囲内であり、そしてプラズマ噴射トーチの掃引速度は２５ｍｍ／ｓだった。図３ｃでは、大気圧プラズマ処理室内のＲＯＬは５ｐｐｍ未満となるように維持され、そして、プラズマ噴射トーチの掃引速度は左から右へそれぞれ１５０ｍｍ／ｓ、１００ｍｍ／ｓ及び５０ｍｍ／ｓであった。

より低い掃引速度は、より長い処理時間と良い表面濡れ性を達成するより高い尤度とを意味する。しかし、図３ｂの半田スポットは激しい収縮を示す。考えられる説明は、より高いＲＯＬに起因して再酸化過程が図３ｂの処理面上で発生したということである。思いがけず、図３ｃに示すように、より速い掃引速度において取得された半田スポットは一様且つ十分である。過度に速い掃引速度はＤＢＣ表面の不十分な処理時間を生じることになるということが通常考えられる。しかし、本アプリケーションの結果は、ＲＯＬが十分に低いと酸素は常に非常に薄いので掃引速度の影響は明白ではないということを示す。

内部空隙は半田付けが良いかどうかに関する別の重要評価判断基準である。以下の２つの指示子が考慮されることになる。第１のものは、すべての半田スポットの面積により割られた標的領域内のすべて空隙の面積を表わす空隙率である。第２の指示子は、空隙を有する半田スポットの比率であり、これは空隙を有する半田スポットの数÷すべての半田スポットの数を表わす。

この目的を達成するために、深く酸化されたＤＢＣを半田付け基材として使用することにより、本発明者らは、フラックス半田付け後と大気圧プラズマ処理後との半田スポットの空隙率を比較した。結果は以下の表１に示される。フラックス半田付けでは、フラックス型番はＳＡＣ３０５（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｕａｑｉｎｇ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈ株式会社から購入される）であり、フラックス割合は０．２％～５％であり、そして活動レベルはＲＯＬ０である。大気圧プラズマ処理は５０ｐｐｍ未満のＲＯＬを有する大気中で行われる。各グループは７５個の半田スポットにより設定される。空隙を有する半田スポットの中で、最も少ない空隙を有する半田スポット及び最も多い空隙を有する半田スポットが図４ａ及び４ｄに示すように一例として選択される。

表１は、フラックス半田付けと比較して、大気圧プラズマ処理は、空隙率と空隙を有する半田スポットの比率とを著しく低減し得る。フラックス半田付け後、半田スポットの１００％が空隙を有し、そして平均空隙率は２．７％だった。しかし、大気圧プラズマにより処理されたＤＢＣは大幅に低減された空隙率を有し、そして半田スポットの品質はより高かった。

従って、プラズマ処理は空隙率の観点だけでなく空隙半田スポットの数の観点でもより良い性能を示した。これは、フラックス半田付けは、半田付けエリアが増加されれば空隙の迅速な増加に至り得る（これは大気圧プラズマ処理のケースではないが）ということを意味する。本出願は新しい表面処理方法を提供する。半田付けプロセスはいかなるフラックス保護も無しに大気圧プラズマ処理システムへ一体化され、そして、「大気中の酸素レベルが、表面半田付け性能の高い必要要件を満足し得る極端な低レベルへ低減される」ということが保証される。

本明細書において説明されるのは、本出願の好ましい特定実施形態に過ぎなく、そして、上記実施形態は、本出願を制限することなく本出願の技術的解決策について説明するためだけに使用される。本出願の概念による論理的分析、推論又は制限された実験により当業者により取得可能なすべての技術的解決策は本出願の範囲内であるべきである。

１０１ 主半田層
１０２ ＤＢＣ
１０３ ２次半田層
１０４ 絶縁層
１０５ 接合銅
１０６ 放熱基板
２０１ 搬送プラットホーム
２０２ 遷移室
２０３ 大気圧プラズマ処理室
２０４ リフロー半田付け室
２０５ 遷移室
２０６ 搬送プラットホーム

Claims (8)

1. 大気圧プラズマを提供する工程、及び半田付けが行われる金属表面を有する被処理物を大気圧プラズマ大気中に置く工程を含むことを特徴とし、被処理物を載置して固定するための搬送プラットフォーム、遷移室、大気圧プラズマ処理室、およびリフロー半田付け室を備えた大気圧プラズマ処理システムにおいて用いられる表面処理方法であって、
   前記被処理物の前記金属表面は有機半田付け性防腐剤により被覆されない構成であり、
   前記遷移室および前記大気圧プラズマ処理室は、不活性ガスを使用して大気を置き換え、必要な残留酸素レベルを維持する構成であり、
   前記大気圧プラズマ大気中の前記残留酸素レベルは所定値より低く、前記所定値は、５０ｐｐｍであり、
   前記大気圧プラズマは、前記被処理物を２５ｍｍ／ｓ～１５０ｍｍ／ｓの速度で掃引し、
   表面処理後の前記被処理物の前記金属表面に形成される半田スポットの空隙率は１％未満である、
   表面処理方法。
2. 前記大気圧プラズマは、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はその組み合わせを供給することにより生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
3. 前記大気圧プラズマはアルゴン及び水素、又は窒素及び水素を供給することにより生成される、ことを特徴とする請求項２に記載の表面処理方法。
4. 前記水素は前記大気圧プラズマの容積の１％～４％を占める、ことを特徴とする請求項３に記載の表面処理方法。
5. 前記所定値は、１０ｐｐｍである、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
6. 大気圧プラズマ処理後、前記被処理物を前記リフロー半田付け室内へ入れる工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法であって、いかなるフラックスも前記リフロー半田付け室において使用されない、表面処理方法。
7. 前記大気圧プラズマは前記被処理物を２５ｍｍ／ｓ～１００ｍｍ／ｓの速度で掃引する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
8. 前記大気圧プラズマは前記被処理物の前記金属表面に対し垂直に又は斜めに発射される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。