JPH09235686A

JPH09235686A - はんだ接合用表面の清浄方法及び改質方法並びにはんだ付け方法

Info

Publication number: JPH09235686A
Application number: JP8042505A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sugiyama; 和夫杉山; Masahiko Furuno; 雅彦古野; Susumu Shigeta; 進繁田; Tsugunori Masuda; 二紀増田
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP4252631B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フラックスを用いず、真空装置のような大規
模でかつランニングコストの高い装置を必要とせず、か
つ実装密度がより高い場合であっても信頼性の高い電子
部品実装基板を提供することが可能な、はんだ接合表面
を清浄化する方法、はんだ接合表面の改質方法及びはん
だ付け方法を提供すること。【解決手段】はんだ接合する２つ以上の部材に大気圧
低温プラズマを照射して、前記部材の少なくともはんだ
接合するための表面を清浄する方法。はんだ接合する２
つ以上の部材に、フッ素含有ガスを用いた大気圧低温プ
ラズマを照射して、前記部材の少なくともはんだ接合す
るための表面を清浄し、かつ前記表面にフッ素含有層を
形成する方法。前記方法で清浄化またはフッ素含有層を
形成した表面に溶融はんだを供給するか、又は非溶融は
んだを供給し、次いでこの非溶融はんだを溶融して前記
部材間をはんだ付けする方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラックスを用い
ないはんだ接合表面の清浄化方法、表面改質方法及びは
んだ付け方法に関する。特に本発明は、はんだ接合表面
に存在する有機物や酸化物等のはんだ付けを阻害する物
質や有機防錆皮膜を大気圧低温プラズマを用いて除去
し、さらには、はんだ付け性に優れた表面に改質するこ
とにより、フラックス残渣の洗浄が不要であり、クリー
ンでかつ経済的で信頼性の高い、プリント回路基板に実
装された電子部品等の電子部品実装基板を生産する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント回路基板のはんだ接合面（銅ラ
ンド部）は、プリフラックスの塗膜、または、はんだ、
錫または金等でメッキされて表面の防錆処理が施されて
いる。このプリント回路基板に電子部品等をはんだ付け
する場合、プリフラックス塗布基板ではこれを溶解する
とともに電子部品の電極部分の酸化皮膜の除去やはんだ
付け性改善のため、ポストフラックスをはんだ付け前に
塗布する。メッキされた基板の場合も、メッキ表面およ
び電子部品の電極部分の酸化皮膜の除去やはんだ付け性
改善のために、ポストフラックスが用いられる。

【０００３】近年、電子機器の小型化に伴い、プリント
回路基板への電子部品の実装密度が高くなり、配線間隔
も微細化を極めている。このような高密度実装基板のは
んだ付けにおけるポストフラックスの使用は、その残渣
のために、はんだ付け後の電気的信頼性を損なうという
問題がある。さらに、電気特性評価用のコンタクトピン
の接触不良や防湿コーティング材の密着不良等の問題も
生じる。また、ポストフラックスの使用は、揮発性有機
化合物を大気中に放出することから、少なからず環境汚
染の恐れもある。

【０００４】そこで、電気的信頼性の確保等のための方
法として、はんだ付け後のフラックス残渣を洗浄する方
法と、低残渣や低活性のフラックスを用い、かつ不活性
ガス雰囲気中ではんだ付けを行う方法とがある。しかる
に、フラックス残渣を洗浄する方法では、洗浄装置設備
費が高いためコストアップは避けがたく、かつフロンに
代わる安価で信頼性を充分確保できる洗浄剤もないのが
現状である。また、低残渣のフラックスを用いる方法で
は、はんだ付け基板の電気的信頼性等に問題があり、さ
らなる高密度実装において対応には限界がある。さら
に、地球環境保護及びはんだ付け装置本体のフラックス
による汚染を防止するという観点からは、揮発性有機化
合物や固形分並びに活性剤を含むポストフラックスは使
用せずに済むことが最も好ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような状況下、フ
ラックスを使用しないはんだ付け方法としてプラズマを
使用する方法が提案されている（ドイツ特許公開 DE42
25378A1 、DE4228551A1リンデ社）。この方法は、１０
０ｍｂａｒ以下の低圧下で発生する、酸素、水素及びハ
ロゲン化炭化水素等を含む混合ガスのプラズマにより、
はんだ付け表面を清浄化し、はんだ付け性を改善するも
のである。しかし、上記処理は減圧下で行うことから、
装置コスト及びランニングコストが高くなるという問題
がある。さらに、清浄化された金属表面は空気に曝され
ると再酸化されて、はんだ付け性が損なわれるため、プ
ラズマ処理およびはんだ付け部を一体の真空容器内に納
める必要もあり、装置コストはさらに高くなる。また、
真空容器内での処理は、基板１枚毎のバッチ処理とな
り、量産設備には向かない。

【０００６】プラズマを使用する別の方法として、特開
平５−５０００２６号（エムシーエヌシー社）に記載の
方法がある。この方法は、フッ素含有プラズマを用い
て、酸化したはんだ表面をフッ化物に転化してはんだリ
フロー（はんだ融解）する方法である。はんだ表面の酸
化物は、はんだの融点またはそれより高い温度において
も固体であるため、接合しようとする金属面を濡らすこ
となく、そのためはんだ付けができない。それをはんだ
付け温度で、はんだに溶解するか、コロイド状粒子に解
体するフッ化錫に転化する。これにより溶融はんだは、
接合しようとする金属面を濡らし、はんだ付けができる
というものである。しかるに、この方法でも、プラズマ
の発生は、減圧（５ミリトル〜１トル）が必要であり、
上記の方法と同様の問題、即ち、高価な真空装置が必要
であり、量産も難しい、という問題がある。

【０００７】さらに、この方法では、はんだ接合する金
属表面の洗浄はできず、例えば、水溶性や樹脂系プリフ
ラックスにより防錆処理を施された金属表面を洗浄し、
次いではんだ接合する方法へは適用できない。また、こ
の公報には、はんだ付け工法の１つであるリフロー法へ
の適用が記載されている。しかし、溶融したはんだに浸
漬させて、はんだ付けするフロー方式に応用する場合、
はんだ浴上にプラズマを照射する必要があるとともに、
この場合、フッ化物の生成によるはんだ組成のずれ（フ
ッ化錫と鉛リッチな合金への分離）の弊害もあり、更
に、基板はんだ付け表面（例えば、プリフラックスで防
錆処理された銅）の洗浄処理をいかに行うか等も問題で
ある。

【０００８】そこで本発明の目的は、フラックスを用い
ず、真空装置のような大規模でかつランニングコストの
高い装置を必要とせず、かつ実装密度がより高い場合で
あっても信頼性の高い電子部品実装基板を提供すること
が可能な、はんだ接合表面を清浄化する方法、はんだ接
合表面の改質方法及びはんだ付け方法を提供することに
ある。特に本発明は、地球環境保護を考慮した上で、良
好なはんだ接合が可能であり、電気的信頼性が高い電子
機器基板の生産が安価に生産できる、フラックスレスは
んだ付け技術を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、はんだ
接合する２つ以上の部材に大気圧低温プラズマを照射し
て、前記部材の少なくともはんだ接合するための表面を
清浄する方法に関する。さらに本発明は、はんだ接合す
る２つ以上の部材に、フッ素含有ガスを用いた大気圧低
温プラズマを照射して、前記部材の少なくともはんだ接
合するための表面を清浄し、かつ前記表面にフッ素含有
層を形成する方法に関する。

【００１０】加えて本発明は、はんだ接合する２つ以上
の部材に大気圧低温プラズマを照射して、前記部材のは
んだ接合するための表面を清浄化し、次いで溶融はんだ
を供給するか、又は非溶融はんだを供給し、次いでこの
非溶融はんだを溶融して前記部材間をはんだ付けする方
法に関する。また本発明は、はんだ接合する部材の少な
くとも１つは表面にはんだプリコート層を有し、前記は
んだプリコート層の表面を含むはんだ接合する２つ以上
の部材の表面を、大気圧低温プラズマを照射して清浄化
し、次いで前記はんだプリコート層を溶融して部材間を
はんだ付けする方法に関する。さらに本発明は、はんだ
接合する部材の少なくとも１つは表面に有機防錆皮膜を
有し、前記有機防錆皮膜を含むはんだ接合する２つ以上
の部材の表面に大気圧低温プラズマを照射して清浄化
し、次いで溶融はんだを供給するか、または非溶融はん
だを供給し、次いでこの非溶融はんだを溶融して前記部
材間をはんだ付けする方法に関する。

【００１１】さらに本発明は、はんだ接合する２つ以上
の部材に、フッ素含有ガスを用いた大気圧低温プラズマ
を照射して、前記部材のはんだ接合するための表面を清
浄し、かつ前記表面にフッ素含有層を形成し、次いで溶
融はんだを供給するか、又は非溶融はんだを供給し、次
いでこの非溶融はんだを溶融して前記部材間をはんだ付
けする方法に関する。また本発明は、はんだ接合する部
材の少なくとも１つは表面にはんだプリコート層を有
し、前記はんだプリコート層を含むはんだ接合する２つ
以上の部材の表面に、フッ素含有ガスを用いた大気圧低
温プラズマを照射してフッ素含有層を形成し、次いで前
記はんだプリコート層を溶融して部材間をはんだ付けす
る方法に関する。加えて本発明は、はんだ接合する部材
の少なくとも１つは表面に有機防錆皮膜を有し、前記有
機防錆皮膜を含むはんだ接合する２つ以上の部材の表面
に、フッ素含有ガスを用いた大気圧低温プラズマを照射
してフッ素含有層を形成し、次いで溶融はんだを供給す
るか、または非溶融はんだを供給し、次いでこの非溶融
はんだを溶融して前記部材間をはんだ付けする方法に関
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明の方法においては、「大気圧低温プラズマ」
を用いる。ここで大気圧低温プラズマとは、例えば、電
磁波を照射したエネルギー変換体に、実質的に大気圧
下、希ガスまたは希ガスと酸素とを含有する混合ガスを
接触させて発生させるプラズマである。

【００１３】上記エネルギー変換体とは、電磁波のエネ
ルギーを吸収した後、エネルギーを放出し、希ガス、希
ガスと酸素との混合ガス、若しくは希ガスと酸素とフッ
素含有ガスとの混合ガスを励起するものである。そのた
めエネルギー変換体には、結晶格子に欠陥があり、エネ
ルギーを吸収し放出しやすいものが好適に使用できる。
エネルギー変換体としては、酸化物、炭化物、窒化物、
ホウ化物、ケイ化物などのセラミックスや炭素材料を例
示することができる。

【００１４】エネルギー変換体のより具体的な例として
は、一般式が、ＭＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃（Ｍ＝Ｂａ²⁺、Ｍ
ｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｕ²⁺、Ｚｎ²⁺）で表
されるフェライト類、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ
₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＦｅＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、
ＺｒＯ₂、ＢｅＯ等の少なくとも１種を含む酸化物、Ｙ
ＢＣ（イットリウム、バリウム、カッパー）酸化物のよ
うな超伝導物質等を挙げることができる。

【００１５】さらに、ＡサイトとＢサイトとの組み合わ
せが１価と５価、２価と４価、３価と３価或いはとちら
かが６価であり、一般式がＡＢＯ₃（Ａ＝Ｎａ⁺、
Ｋ⁺、Ｌｉ⁺、Ｒｂ⁺、Ａｇ²⁺、Ｂａ²⁺、Ｓｒ²⁺、Ｃｄ
²⁺、Ｐｂ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｌａ³⁺、Ｙ³⁺、Ｓｍ³⁺、Ｌｕ³⁺、
Ｇｄ³⁺、Ｐｒ³⁺、Ｎｄ³⁺、Ｂｉ³⁺、Ｃｅ⁴⁺、Ｔｈ⁴⁺、Ｂ
＝Ｍｏ⁶⁺、Ｗ⁶⁺、Ｒｅ⁶⁺、Ｔａ⁵⁺、Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺、Ｚ
ｒ⁴⁺、Ｓｎ⁴⁺、Ｃｅ⁴⁺、Ｃｒ⁴⁺、Ｍｎ⁴⁺、Ｈｆ⁴⁺、
Ｖ⁴⁺、Ｍｏ⁴⁺、Ｆｅ⁴⁺、Ｒｕ⁴⁺、Ｉｒ⁴⁺、Ｐｔ⁴⁺、Ｓｃ
³⁺、Ｔｉ³⁺、Ｒｕ³⁺、Ｒｈ³⁺、Ｍｎ³⁺、Ｃｒ³⁺、Ｎ
ｉ³⁺、Ｃｏ³⁺、Ｙ³⁺、Ｖ³⁺、Ｆｅ³⁺、Ｍｇ²⁺、Ｃｕ²⁺）
で表されるペロブスカイト型複合酸化物もエネルギー変
換体として使用できる。

【００１６】中でもペロブスカイト型複合酸化物は、エ
ネルギーを放出し、プラズマを発生しやすいため、特に
好適に使用できる。ペロブスカイト型複合酸化物として
は、Ａサイトがランタンである、ＬａＣｏＯ₃、ＬａＴ
ｉＯ₃、ＬａＭｎＯ₃、ＬａＦｅＯ₃、ＬａＮｉＯ₃、
ＬａＣｒＯ₃等や、Ａサイトがストロンチウムである、
ＳｒＭｏＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、さらにＡサイトがイット
リウムである、ＹＮｉＯ₃等が好ましい。また、Ａサイ
ト、Ｂサイトを構成する金属イオンの一部を異なる原子
価の金属イオンで置換したペロブスカイト型複合酸化物
は、結晶格子に欠陥を持ち、エネルギーを放出してプラ
ズマを発生しやすいため、エネルギー変換体としてより
好適に使用できる。

【００１７】また、炭素材料は層構造をもつため層間で
振動したり、層構造の欠陥により層間でひずみが生じ、
エネルギーを放出しやすいと考えられ、エネルギー変換
体として使用できる。炭素材料としてはガスカーボン、
スス、木炭、獣炭、コークスなどの無定形炭素や、炭素
原子を含む物質や無定形炭素を黒鉛化して得られるグラ
ファイトなどを例示することができる。また、炭素材料
表面を鉄、ニッケル、クロム、タングステン、ステンレ
ス合金、窒化チタンなどの高融点をもつ化合物により表
面を被覆しておけば、炭素材料の損失がないため、より
好ましい使用態様である。なお、上記エネルギー変換体
は、１種類のみではなく、２種類以上を混合して使用す
ることもできる。

【００１８】上記エネルギー変換体は、ハニカム状に成
型したものや、多孔性の織物、編物、不織布、フェルト
などの支持体に担持させることができる。特に支持体を
用いると、希ガス等が支持体を通過する際に、エネルギ
ー変換体からエネルギーを受け取って、希ガス等の励起
が起こりやすいので好ましい。また、このような支持体
を使用すると、エネルギー変換体の反対側でプラズマが
発生するため、エネルギー変換体への電磁波の照射を妨
害することなく、被処理物を連続的に処理することが可
能となる。

【００１９】炭素材料も多孔性の織物、編物、不織布、
フェルトなどを保持体として保持させたり、ハニカム
状、炭素材料を使用して多孔性の織物、編物、不織布、
フェルトに加工することができる。このように空隙を有
する炭素材料を用いると、希ガス等が炭素材料の空隙を
通過する際に、炭素材料からエネルギーを受け取って、
希ガス等の励起が起こりやすいので好ましい。また、空
隙を有する炭素材料を使用すると、希ガス等の流路にお
いて炭素材料の反対側でプラズマが発生するため、炭素
材料への電磁波の照射を妨害することなく、被処理物を
連続的に処理することが可能となる。

【００２０】プラズマ発生に用いる電磁波は、エネルギ
ー変換体にエネルギーを与え、エネルギー変換体からエ
ネルギーを放出させるものであればよい。そのような電
磁波としては、周波数が数キロヘルツ（ＫＨｚ）〜数百
ギガヘルツ（ＧＨｚ）の電磁波が使用できる。中でも周
波数が１〜数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）のマイクロ波はエ
ネルギー変換体がエネルギーを放出するのに十分なエネ
ルギーを持つために、特に好適に使用できる。

【００２１】希ガス、希ガスと酸素の混合ガス、若しく
は希ガスと酸素とフッ素含有ガスとの混合ガスは、エネ
ルギー変換体から放出されるエネルギーにより励起さ
れ、プラズマを発生する。希ガスとしては、アルゴン、
ヘリウム、ネオンなどを例示できる。中でも、アルゴン
はプラズマになりやすく、コスト的に優れているので好
ましい。また、ヘリウムはプラズマ状態が連続的になり
やすいという観点から好ましい。特に、アルゴンは、ヘ
リウムよりも比重が空気により近く、大気圧下での取扱
が容易であるため、より好適に使用することができる。
また、フッ素含有ガスとしては、例えば、フッ素
（F₂）、四フッ化炭素（CF₄)、六フッ化エタン（C₂F₆)
、トリフロロメタン（CHF₃) 、テトラフロロエタン（C
₂H₂F₄) 、及び六フッ化硫黄（SF₆)等を例示することが
できる。また、これらのガスを組み合わせて使用するこ
ともできる。

【００２２】混合ガス中の酸素の量、及び酸素とフッ素
含有ガスの量は、必要に応じて適宜変更できる。但し、
安定なプラズマを得るという観点から、混合ガス中の酸
素の量、及び酸素とフッ素含有ガスの量は、０．１〜１
０％にするのが好ましく、より好ましくは、１〜５％で
ある。また、フッ素含有ガスを使用する場合、酸素とフ
ッ素含有ガスの混合割合は、除去する有機皮膜、ソルダ
ーレジストの耐プラズマ性（レジストの種類によりビニ
ルエステル樹脂の多いものはエポキシ主体の物に比べ弱
い。これはフッ素ラジカルのトラップ等によるプロセス
ガスの組成変化をもたらす）、処理基板の大きさによっ
て、また、プロセスガスの流量や基板温度（通常室温）
処理時間などを考慮して任意に決めることができる。

【００２３】希ガス、希ガスと酸素の混合ガス、若しく
は希ガスと酸素とフッ素含有ガスとの混合ガスとエネル
ギー変換体との接触は、希ガス又は混合ガスの少なくと
も一部がプラズマ状態になる程度に行うことが適当であ
る。そのため、ガスの流量、電磁波の照射量、エネルギ
ー変換体の量、形状等は、希ガス又は混合ガスの少なく
とも一部がプラズマ状態になるように適宜決めることが
できる。又、ガス圧は、通常は大気圧付近であること
が、操作が容易であることから好ましい。但し、必要に
より、減圧下、又は加圧下で操作することも可能であ
る。

【００２４】本発明の方法では、前記「大気圧低温プラ
ズマ」をはんだ接合する２つ以上の部材に照射、接触さ
せる。接触方法に特に制限はない。但し、固定した被処
理物にプラズマ状態のガス流を接触させるか、又はプラ
ズマ状態のガスを充填した容器（処理室）に被処理物を
連続的に導入することもできる。尚、処理室へのガスの
導入は、被処理物の面に対してできる限り直交に、また
面内に一様にするように工夫されることが好ましい。こ
れは、プラズマ状態のガス（ラジカル）の処理面への均
一供給と、反応生成物の迅速な基板表面からの除去のた
めである。

【００２５】また、被処理物とプラズマ状態のガスとの
接触も通常、大気圧付近の圧力で行うことができる。但
し、プラズマ発生部からプラズマ状態のガス（ラジカ
ル）を処理部まで搬送する為に、若干の圧力が付加され
るか、もしくは処理室側を若干負圧にすることもでき
る。圧力付与の場合、ガスボンベの充填圧力を利用する
ことができる。一方、負圧にする場合、処理室の排気用
にロータリーポンプか送風機の利用ができる。また、プ
ラズマ発生部から、ラジカルはキャリアガスによって、
輸送管を通って処理室に運ばれることもできる。また処
理時間は、除去する有機防錆皮膜の膜厚や、熱履歴によ
るキレート錯体の結合状態に依存して、適宜決定でき
る。

【００２６】プラズマ状態のガスとの接触の際に、被処
理物は、特に加熱をする必要はない。但し、有機物の除
去速度は高温になる程早くなる傾向があるので、はんだ
付けする電子部品の耐熱性や耐圧性を考慮して、予備加
熱することで、処理時間の短時間化を図ることはでき
る。尚、予備加熱温度は、部品の耐熱性を考慮すると、
通常、室温から１１０℃程度の範囲が適当である。

【００２７】被処理物である、はんだ接合する部材には
特に限定はない。例えば、プリント回路基板等の基板や
電子部品等を挙げることができる。電子部品がはんだ接
合されるプリント回路基板は、通常、電子部品等と電気
的接続を得る必要のある部分を除きソルダーレジストが
塗布されている。ソルダーレジストは、基板上の銅配線
の酸化や断線を防止する他、はんだ付け時に不必要な部
分へのはんだ付着防止、はんだ槽への銅溶出防止等の機
能を有する。また、電子部品との電気的接続を必要とす
る部位には、銅表面が酸化することを防止するために、
防錆処理が施されている。このような防錆膜は、一般的
には樹脂系プリフラックスまたは水溶性プリフラックス
（イミダゾール誘導体の銅キレート錯体皮膜）の塗膜
か、もしくは、はんだ、錫、金等のメッキである。

【００２８】本発明では、例えば、上述したプリント基
板に電子部品をはんだ付けする場合に、ポストフラック
スを用いることなく、上記「大気圧低温プラズマ」を大
気圧下でプリント回路基板に照射する。希ガスまたは希
ガスと酸素とを含有する混合ガスを用いて発生させた
「大気圧低温プラズマ」を照射すると、部材表面の酸化
皮膜や有機皮膜が除去される。また、部材表面にはんだ
プリコート層が形成されている場合に、はんだプリコー
ト層の表面に存在する酸化皮膜や有機皮膜が除去され
る。

【００２９】フッ素含有ガスを用いた「大気圧低温プラ
ズマ」を照射すると、部材表面の酸化皮膜や有機皮膜が
除去され清浄し、かつフッ素含有層が形成される。ここ
で、フッ素含有ガスとは、例えば、希ガスとフッ素含有
ガスとの混合ガスまたは希ガスと酸素とフッ素含有ガス
との混合ガスである。また、部材表面にはんだプリコー
ト層が形成されている場合に、はんだプリコート層の表
面に存在する酸化皮膜や有機皮膜が除去され、さらに、
はんだプリコート層の表面にフッ素含有層が形成され
る。このようなプラズマ処理を施した被はんだ接合表面
に形成されたフッ素含有層について、表面分析した結果
は実施例１に示した。

【００３０】このように、被はんだ付け部材やその上の
はんだプリコート層の表面の酸化皮膜や有機皮膜を除去
することで、はんだ濡れ性を改善することができる。さ
らに、フッ素含有層を形成することで、再酸化の防止と
はんだ濡れ性を改善することもできる。そして、本発明
の方法によれば、ポストフラックスを使用しないはんだ
付けが実現できる。そして、ポストフラックスを使用し
ないため、はんだ付け後の基板の残渣洗浄の必要もな
く、電気的信頼性の高いはんだ接合が実現できる。この
結果、安価に信頼性の高い電子部品実装基板の生産が可
能となり、揮発性溶剤を使用しない点から、地球環境に
与える負荷も殆どない。更に、プラズマ処理は大気圧下
で行われる為、大がかりな真空排気設備は不必要であ
り、プラズマ発生部と処理部が分かれている為、処理毎
の処理室内の排気処理は必要なくスループットの点でも
問題がない。

【００３１】本発明の方法により処理された被はんだ接
合面のはんだ付け性が優れる理由を以下に説明する。例
えばロジンフラックスを用いたはんだ付けでは、酸化銅
とアビエチン酸の反応からアビエチン酸銅を生じ、この
アビエチン酸銅が溶融はんだと接触すると、アビエチン
酸中の銅は還元され錫と置換され、金属銅が溶融はんだ
中に溶解して、はんだ接合がなされる。これに対して、
本発明のプラズマ処理をなされた銅表面のはんだ付け機
構も同様で、さらに表面に形成されているフッ素含有層
は大気中での酸化を抑制している。溶融はんだがこの表
層に接触すると、フッ化銅のフッ素は錫と置換され弗化
錫を形成するとともに、金属銅が溶融はんだ中に溶融し
てはんだ接合がなされる。この場合、銅表面にハロゲン
化物層を形成することで、はんだ付け性が改善されると
考えることができ、塩酸アニリン（C₆H₅NH₃・ HCl)や塩
化亜鉛（ZnCl₂)のフラックス作用とも同様と考えられ
る。

【００３２】次に、本発明のはんだ付け方法について説
明する。本発明の方法では、表面を清浄化した部材、ま
たは表面にフッ素含有層を形成した部材に、溶融はんだ
を供給するか、又は非溶融はんだを供給し、次いでこの
非溶融はんだを溶融して前記部材間をはんだ付けするこ
とができる。溶融はんだを供給する方法としては、例え
ば、フローソルダリング法を用いることができる。ま
た、非溶融はんだとしては、例えば、固体やペースト状
のはんだを挙げることができる。さらに、はんだ接合す
る部材、例えば、基板が、その表面にはんだプリコート
層を有する場合、表面を清浄化した部材、または表面に
フッ素含有層を形成した部材の、はんだプリコート層を
溶融して部材間をはんだ付けすることができる。はんだ
プリコート層は、例えば、ペースト状のはんだをプリン
トしたものであることができる。本発明で用いるはんだ
やはんだ付けの方法には特に制限はなく、従来使用され
ているもの及び方法をそのまま使用することができる。

【００３３】はんだ接合時の雰囲気に関しては、そのは
んだ接合時に、周囲の酸素により表層のフッ化銅が酸化
され、濡れ性が悪くなる懸念があることと、フローはん
だ付け工法等では、大気にさらされたはんだ槽中のはん
だ表面は酸化されている。また、はんだ接合に供給され
る噴流はんだも大気にさらされる表面には酸化皮膜があ
る。はんだ接合時にこの酸化皮膜が基板側に付着すると
ランド間をショートすることが懸念される。従って、で
きれば、酸素濃度の低い雰囲気中でのはんだ付けが好ま
しい。また、本発明のはんだ付け方法では、リフローは
んだ付け工程でも当然利用可能である。プリント回路基
板のはんだ接合面（金属銅）に銅キレート錯体皮膜（プ
リフラックス）が防錆材として塗布されている場合、当
該プラズマ処理を行うことで、プリフラックスを除去
し、さらにフッ素含有層等が形成される。次いではんだ
ペースト印刷、電子部品実装の後、リフロー炉において
はんだが溶融される。この時溶融はんだと接合面のフッ
素含有層が反応して銅と溶融はんだとの合金層を形成
し、はんだ接合がなされる。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。実施例１大気圧低温プラズマ処理により有機皮膜が除去できるこ
とを以下の試験で確認した。寸法５０mm角、厚さ1.６mm
のガラスエポキシ基板（ＧＥ−４Ｆ）に、３５μｍの銅
箔を設けた基板（以下、単に基板と呼ぶ）にイミダゾー
ル誘導体のキレート錯体皮膜（以下、水溶性プリフラッ
クスと呼ぶ）形成による防錆処理を施したテスト基板を
用いた。使用した水溶性プリフラックスは、タムラ化研
（株）製ＷＰＦ−１０６Ａである。基板を酢酸エチルで
脱脂洗浄後、硫酸−過酸化水素系のソフトエッチング材
で１分間、銅表面をエッチング後、イオン交換水で洗
浄、４５℃に加熱した水溶性プリフラックス溶液中に２
分間浸漬して基板の銅表面に防錆皮膜を形成した。水溶
性プリフラックスを塗布した基板は、３日間室内に放置
後、酸素濃度１００ppm の雰囲気のもと、２３０℃のリ
フローはんだ付け装置に３回通して熱履歴を付与した。
その後、相対湿度４０％のデシケータ中で７日間保管し
た後、試験に供した。水溶性プリフラックスの膜厚は0.
２μｍである。

【００３５】図１に示す装置を用いて、大気圧下で、上
記防錆処理を施したテスト基板に本発明の方法によりプ
ラズマを照射した。電磁波としてマイクロ波を用い、エ
ネルギー変換体としてペロブスカイト型複合酸化物（Ｌ
ａＣｏＯ₃）１ｇを用いた。図中、１はマイクロ波発生
装置、２は導波路、３は石英管、４はサンプル台、５は
被処理物（基板）、６はペロブスカイト型複合酸化物を
それぞれ示す。実験条件は、マイクロ波の出力を２５０
Ｗとし、ガスの種類は８％酸素−２％四フッ化炭素−９
０％アルゴンとし、ガス流量は９００ｍｌ／ｍｉｎと
し、エネルギー変換体と被処理物との間の距離は７ｃｍ
とし、処理時間は５分間とした。

【００３６】上記プラズマ処理前後の基板表面をＸＰＳ
により分析した。結果を図２に示す。処理前のＸＰＳス
ペクトルにはイミダゾール誘導体起源のＮ（窒素）及び
Ｃ（炭素）が観測された。それに対して、処理後のＸＰ
ＳスペクトルではＮ（窒素）は観測されず、Ｃ（炭素）
のピークは小さくなり、さらにフッ素含有層の形成を示
すＦ（フッ素）のピークが観測された。このことは、本
発明の方法により、基板表面に存在するイミダゾール誘
導体のキレート錯体皮膜のような有機皮膜を除去でき、
さらにフッ素含有層を形成できることを示すものであ
る。

【００３７】実施例２実施例１と同様の防錆処理を施したテスト基板を用い
て、大気圧低温プラズマ処理の条件と有機皮膜除去のエ
ッチング速度との関係を求めた。プラズマ処理には、実
施例１と同様の装置を用い、アルゴン、酸素と四フッ化
炭素の混合比率を変えたときのエッチング速度を求め
た。但し、全ガスの流量は６００ｍｌ／ｍｉｎとした。
エッチング速度はプラズマ処理後、テスト基板を希塩酸
中に浸漬し残留する水溶性プリフラックスを除去し、水
溶性プリフラックスを溶出させた希塩酸溶液の２７０nm
の吸光度を分光光度計を用いて測定、残留膜厚を算出し
て求めた。結果を表１に示す。表１の結果から、大気圧
プラズマより水溶性プリフラックスが迅速に除去できる
ことが分かる。このように銅表面の有機防錆皮膜を除去
することで、溶融はんだは銅表面を容易に濡らすことが
可能となり、金属接合がなされる。

【００３８】

【表１】

【００３９】実施例３実施例１と同様の条件で大気圧低温プラズマ処理した基
板に対するはんだ濡れ性の試験を行った。試験は、タム
ラ製作所製はんだ付け装置ＨＣ２５−３２ＳＮＸを用
い、窒素雰囲気下でフローはんだ付けを行い、フローは
んだ付け面のはんだ付け性を目視で観察した。その結
果、実施例１と同様の条件で大気圧低温プラズマ処理し
た基板は、不濡れやディウェッティングがなく、一様に
はんだが濡れ広がっており、良好なはんだ付け性を示し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いた大気圧低温プラズマ
発生及び処理装置の説明図。

【図２】実施例１で求めた大気圧低温プラズマ処理前
後の基板表面のＸＰＳ分析結果。

【符号の説明】１・・・マイクロ波発生装置２・・・導波路３・・・石英管４・・・サンプル台５・・・被処理物（基板）６・・・ペロブスカイト型複合酸化物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｇ 5/00 Ｃ２３Ｇ 5/00 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０１Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０１Ｚ (72)発明者繁田進東京都練馬区東大泉町１丁目19番43号株式会社タムラ製作所中央研究所内 (72)発明者増田二紀東京都練馬区東大泉町１丁目19番43号株式会社タムラ製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】はんだ接合する２つ以上の部材に大気圧
低温プラズマを照射して、前記部材の少なくともはんだ
接合するための表面を清浄する方法。
【請求項２】大気圧低温プラズマが、電磁波を照射し
たエネルギー変換体に希ガスまたは希ガスと酸素とを含
有する混合ガスを接触させて発生させるプラズマである
請求項１記載の方法。
【請求項３】エネルギー変換体がペロブスカイト型複
合酸化物及び炭素材料からなる群から選ばれる少なくと
も１種の物質であり、電磁波がマイクロ波である請求項
２記載の方法。
【請求項４】はんだ接合する２つ以上の部材に、フッ
素含有ガスを用いた大気圧低温プラズマを照射して、前
記部材の少なくともはんだ接合するための表面を清浄
し、かつ前記表面にフッ素含有層を形成する方法。
【請求項５】大気圧低温プラズマが、電磁波を照射し
たエネルギー変換体に希ガスとフッ素含有ガスとの混合
ガスまたは希ガスと酸素とフッ素含有ガスとの混合ガス
を接触させて発生させるプラズマである請求項４記載の
方法。
【請求項６】エネルギー変換体がペロブスカイト型複
合酸化物及び炭素材料からなる群から選ばれる少なくと
も１種の物質であり、かつ電磁波がマイクロ波である請
求項５記載の方法。
【請求項７】フッ素含有ガスが、フッ素（F₂）、四フ
ッ化炭素（CF₄)、六フッ化エタン（C₂F₆) 、トリフロロ
メタン（CHF₃) 、テトラフロロエタン（C₂H₂F₄)、及び
六フッ化硫黄（SF₆)からなる群から選ばれる１種以上の
ガスである請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】請求項１〜３のいずれか１項に記載の方
法により、はんだ接合する２つ以上の部材の表面を清浄
化し、次いで溶融はんだを供給するか、又は非溶融はん
だを供給し、次いでこの非溶融はんだを溶融して前記部
材間をはんだ付けする方法。
【請求項９】はんだ接合する部材の少なくとも１つは
表面にはんだプリコート層を有し、前記はんだプリコー
ト層の表面を含むはんだ接合する２つ以上の部材の表面
を請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により清浄
化し、次いで前記はんだプリコート層を溶融して部材間
をはんだ付けする方法。
【請求項１０】はんだ接合する部材の少なくとも１つ
は表面に有機防錆皮膜を有し、前記有機防錆皮膜を含む
はんだ接合する２つ以上の部材の表面を請求項１〜３の
いずれか１項に記載の方法により清浄化し、次いで溶融
はんだを供給するか、または非溶融はんだを供給し、次
いでこの非溶融はんだを溶融して前記部材間をはんだ付
けする方法。
【請求項１１】請求項４〜７のいずれか１項に記載の
方法により、はんだ接合する２つ以上の部材の表面にフ
ッ素含有層を形成し、次いで溶融はんだを供給するか、
又は非溶融はんだを供給し、次いでこの非溶融はんだを
溶融して前記部材間をはんだ付けする方法。
【請求項１２】はんだ接合する部材の少なくとも１つ
は表面にはんだプリコート層を有し、前記はんだプリコ
ート層を含むはんだ接合する２つ以上の部材の表面を請
求項４〜７のいずれか１項に記載の方法によりフッ素含
有層を形成し、次いで前記はんだプリコート層を溶融し
て部材間をはんだ付けする方法。
【請求項１３】はんだ接合する部材の少なくとも１つ
は表面に有機防錆皮膜を有し、前記有機防錆皮膜を含む
はんだ接合する２つ以上の部材の表面に請求項４〜７の
いずれか１項に記載の方法によりフッ素含有層を形成
し、次いで溶融はんだを供給するか、または非溶融はん
だを供給し、次いでこの非溶融はんだを溶融して前記部
材間をはんだ付けする方法。
【請求項１４】はんだ接合する部材の表面の清浄、ま
たはフッ素含有層の形成と、部材間のはんだ付けとを同
一の装置内で行う請求項８〜１３のいずれか１項に記載
の方法。
【請求項１５】有機防錆皮膜がイミダゾール誘導体の
キレート錯体の皮膜である請求項１０または１３に記載
の方法。