KR20150005419A - 납땜 장치 및 방법 그리고 제조된 기판 및 전자 부품 - Google Patents

Abstract

[과제] 저비용으로, 제품 수율이 높고, 신뢰성이 높은 납땜을 실시할 수 있는 납땜 장치 및 납땜 방법을 제공한다.
[해결수단] 동전극을 가지는 피처리 부재(10)를 유기 지방산 함유 용액(31a)에 침지시키는 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)와, 유기 지방산 함유 용액(31a)과 같거나 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액(31b)의 증기 분위기의 공간부(24)로서, 피처리 부재(10)에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하는 분사 수단(33) 및 잉여의 용융 땜납에 액체를 분사하여 제거하는 분사 수단(34)을 수평 방향으로 구비한 공간부(24)와, 잉여의 용융 땜납을 제거한 후의 피처리 부재를 다시 유기 지방산 함유 용액(31c)에 침지시키는 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)를 적어도 구비하는 납땜 장치에 의해서 상기 과제를 해결한다.

Description

납땜 장치 및 방법 그리고 제조된 기판 및 전자 부품{SOLDERING DEVICE, SOLDERING METHOD, AND SUBSTRATE AND ELECTRONIC COMPONENT PRODUCED BY THE SOLDERING DEVICE OR THE SOLDERING METHOD}

본 발명은, 납땜 장치 및 방법 그리고 제조된 기판 및 전자 부품에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 저비용으로, 제품 수율이 높고, 신뢰성이 높은 납땜을 실시할 수 있는 납땜 장치 및 방법, 그리고 제조된 기판 및 전자 부품에 관한 것이다.

근년, 프린트 기판, 웨이퍼 및 플렉서블 기판 등의 기판(이하, 이들을 「실장 기판」이라고 한다)은, 배선 밀도나 실장 밀도가 더욱 더 향상하고 있다. 실장 기판은, 전자 부품을 납땜하기 위한 동전극(銅電極)을 다수 가지고 있다. 그 동전극상에는 땜납 범프가 설치되고, 전자 부품은 그 땜납 범프에 납땜되어 실장 기판에 실장된다.

땜납 범프는, 미세하고, 형상 및 치수 등이 갖추어져 있어 필요한 부분에만 땜납 범프가 형성되어 있는 것이 요구되고 있다. 그러한 요구를 만족시키는 땜납 범프의 형성 방법으로서, 특허 문헌 1에는, 페이스트로 페이스트 범프를 형성하기 위한 통로를 갖춘 스크린판으로서, 강성인 제1의 금속층, 수지계의 접착제층 및 제2의 금속층으로부터 되고, 한편 제1의 금속층의 통로에 대해서 접착제층 및 제2의 금속층의 통로가 축경되어 있는 것을 특징으로 하는 스크린판을 이용하여 치밀하고 일정 형상의 범프를 용이하게 형성하는 수법 등이 제안되고 있다.

그런데, 커넥터, QFP(Quad　Flat　Package), SOP(Small　Out　line　Package), BGA(Ball　Grid　Array) 등의 전자 부품은, 리드 단자 등의 접속 단자의 치수로 격차가 존재하는 일이 있다. 접속 단자의 치수가 불규칙한 전자 부품을 납땜이 불량하지 않은 납땜을 하기 위해서는, 실장 기판에 마련한 땜납 범프를 두껍게 함으로써, 전자 부품의 치수 격차의 영향을 작게 할 필요가 있다. 실장 기판에 실장하기 위한 전자 부품에 CSP(Chip　Size　Package) 등의 소형의 전자 부품이 혼재하는 경우, 그러한 소형 전자 부품용의 땜납 범프의 크기는 지극히 작고 미세하다.

일반적인 땜납 범프의 형성 방법으로서 동전극이 설치된 실장 기판을 그대로 용융 땜납 안에 디핑(침지)하는 방법이 알려져 있다. 그렇지만, 동전극에 땜납이 접촉하면, 동과 땜납에 포함되는 주석이 화합해 CuSn 금속간 화합물을 생성한다. 이 CuSn 금속간 화합물은, 동전극이 땜납 중의 주석으로 침식당하는 모양으로 형성되는 것 때문에 「동용식(銅溶食)」또는 「동잠식」등 (이하 「동용식」이라고 부른다)으로 불리는 것이 있다. 이러한 동용식은, 전기 접속부인 동전극의 신뢰성을 저하시켜, 실장 기판의 신뢰성을 해치게 할 우려가 있다. 그 때문에, 용융 땜납 중에 실장 기판의 디핑 시간을 단축해 동용식을 억제하는 것이 필요하고, 그 때문에, 실장 기판의 동전극 상에 예비 땜납층을 형성하고, 그 후에 실장 기판을 용융 땜납 안에 디핑하는 방법(디핑 방법)이 검토되고 있다.

일본 특허공개 평10-286936호 공보

상기한 땜납 범프의 형성 방법 가운데, 스크린판을 이용한 땜납 범프의 형성 방법은 생산성이 나쁘다는 난점이 있고, 디핑 방법으로의 땜납 범프의 형성 방법은, 최초로 디핑(침지)하는 부분과 마지막으로 디핑하는 부분에서, 동용식에 차이가 생겨 같은 기판의 각부에서 동전극의 신뢰성에 차이가 생긴다. 그 때문에, 동용식의 문제가 여전히 해결되어 있지 않다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 저비용으로, 제품 수율이 높고, 신뢰성이 높은 납땜을 실시할 수 있는 납땜 장치 및 납땜 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 그러한 납땜 장치나 납땜 방법으로 제조된 기판 및 전자 부품을 제공하는 데에 있다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명과 관련된 납땜 장치는, 동전극을 가지는 피처리 부재를 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 제1 유기 지방산 함유 용액조와, 상기 유기 지방산 함유 용액과 같은 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기의 공간부로서, 상기 피처리 부재에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하는 분사 수단 및 잉여의 용융 땜납에 액체를 분사하여 제거하는 분사 수단을 수평 방향으로 구비한 공간부와, 잉여의 상기 용융 땜납을 제거한 후의 피처리 부재를 다시 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 제2 유기 지방산 함유 용액조를, 적어도 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련된 납땜 장치에 있어서, (a1) 상기 유기 지방산 함유 용액이, 팔미트산(palmitic acid) 함유 용액인 것이 바람직하고, (b1) 상기 용융 땜납이 상기 유기 지방산 함유 용액으로 처리된 용융 땜납인 것이 바람직하고, (c1) 상기 잉여의 용융 땜납을 제거하는 액체가 상기 유기 지방산 함유 용액인 것이 바람직하고, (d1) 상기 제2 유기 지방산 함유 용액조의 뒤에 처리 후의 처리 부재의 표면에 부착한 유기 지방산 함유 용액을 제거하는 분사 수단을 한층 더 구비하는 것이 바람직하고, (e1) 상기 제1 유기 지방산 함유 용액조와 상기 제2 유기 지방산 함유 용액조의 온도가 상기 공간부 내의 온도와 같거나 또는 그 온도보다 낮고, 상기 공간부 내의 온도가 상기 공간부 내에서 분사하는 용융 땜납의 온도와 같거나 그 온도보다 높은 것이 바람직하다.

　본 발명과 관련된 납땜 장치에 있어서, (f1) 상기 피처리 부재에 분사된 용융 땜납을 재이용하기 위해서 회수하는 받침접시가, 상기 분사 수단의 하부의 상기 공간부 내에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또, (g1) 상기 분사 수단의 하부의 상기 유기 지방산 함유 용액의 바닥에 모인 용융 땜납을, 상기 용융 땜납을 분사하는 상기 분사 수단에 보내기 위한 순환 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

　(2) 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명과 관련된 납땜 방법은, 동전극을 가지는 피처리 부재를 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 공정과, 상기 침지 공정 후, 상기 유기 지방산 함유 용액과 같은 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기의 공간안으로, 상기 피처리 부재에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하는 공정과, 상기 분사 공정 후, 상기와 같은 공간내를 수평 방향으로 이동시켜, 분사된 상기 용융 땜납 중 잉여의 용융 땜납에 액체를 분사하여 제거하는 공정과, 잉여의 상기 용융 땜납을 제거한 후의 피처리 부재를 다시 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 공정을 적어도 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명과 관련된 납땜 방법에 있어서, (a2) 상기 유기 지방산 함유 용액이, 팔미트산(palmitic acid) 함유 용액인 것이 바람직하고, (b2) 상기 용융 땜납이 상기 유기 지방산 함유 용액으로 처리된 용융 땜납인 것이 바람직하고, (c2) 상기 잉여의 용융 땜납을 제거하는 액체가 상기 유기 지방산 함유 용액인 것이 바람직하고, (d2) 상기 유기 지방산 함유 용액에 다시 침지시킨 후의 처리 부재의 표면에 부착한 유기 지방산 함유 용액을 제거하는 것이 바람직하고, (e2) 최초로 침지한 유기 지방산 함유 용액과 다시 침지한 유기 지방산 함유 용액의 온도가 상기 공간 부내의 온도와 같거나 또는 그 온도보다 낮고, 상기 공간부 내의 온도가 상기 공간부내에서 분사하는 용융 땜납의 온도와 같거나 또는 그 온도보다 높은 것이 바람직하다.

본 발명과 관련된 납땜 방법에 있어서, (f2) 상기 피처리 부재에 분사된 용융 땜납을 재이용하기 위해서 회수하는 것이 바람직하다. 또, (g2) 상기 분사 수단의 하부의 상기 유기 지방산 함유 용액의 바닥에 모인 용융 땜납을, 상기 용융 땜납을 분사하는 상기 분사 수단으로 보내는 것이 바람직하다.

(3) 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명과 관련된 기판은, 상기 본 발명과 관련된 납땜 장치 또는 납땜 방법으로 제조된 기판이며, 상기 기판이 가지는 동전극은, 그 표면으로부터 동용식 방지층, 땜납층 및 유기 지방산 코팅층의 순서로 설치되어 있는 것에 특징을 가진다.

(4) 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명과 관련되는 전자 부품은, 상기 본 발명과 관련된 납땜 장치 또는 납땜 방법으로 제조된 전자 부품이며, 상기 전자 부품이 가지는 동전극은, 그 표면으로부터 동용식 방지층, 땜납층 및 유기 지방산 코팅층의 순서로 설치되어 있는 것에 특징을 가진다.

본 발명과 관련된 납땜 장치 및 납땜 방법에 의하면, 제1 유기 지방산 함유 용액에의 침지 처리, 공간 부내에서의 용융 땜납의 분사 처리, 동일한 공간부 내를 수평 이동시켜 실시하는 잉여의 용융 땜납의 제거 처리, 및 제2 유기 지방산 함유 용액에의 침지 처리를 연속하여 실시하므로, 종래의 디핑 처리와 같은 동전극의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 그 후의 여러 가지의 실장 공정에서의 동용식을 일으키지 않는 기판이나 전자 부품을 제조할 수 있다. 그 결과, 전기적 접속부인 동전극의 신뢰성이 높고, 제품 수율이 좋은 기판이나 전자 부품을 저비용으로 제조할 수 있다.

특히, 유기 지방산 함유 용액에 침지한 후에, 그 유기 지방산 함유 용액과 같거나 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기의 공간안으로, 피처리 부재에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하고 게다가 그 공간내를 수평 이동시킨 후에 잉여의 용융 땜납에 액체를 내뿜어 제거하므로, 청정화된 동전극 표면에, 동용식 방지층이 결함이 없고 한결같게 형성되어 게다가 잉여의 용융 땜납을 제거한 상태로 다시 유기 지방산 함유 용액에 침지하여 유기 지방산 코팅층을 마련하고 있다. 그 결과, 동용식 방지층상에 최소한의 땜납층을 마련한 상태로 그 땜납층의 땜납 습윤성을 유지하는 유기 지방산 코팅층이 설치되어 있으므로, 그 후의 실장 공정에서, 여러 가지의 용융 땜납조에 디핑되거나 페이스트 땜납을 인쇄한 후에 리플로우노에 투입되거나 소성로에 투입되거나 했을 경우에도, 동전극의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 땜납 습윤성을 해치지 않고, 그 후에 실장 공정에서 처리할 수 있다.

본 발명과 관련된 기판 및 전자 부품에 의하면, 기판 및 전자 부품이 가지는 동전극은, 그 표면으로부터, 동용식 방지층, 땜납층 및 유기 지방산 코팅층의 순서로 설치되어 있으므로, 그 후의 리플로우 노나 소성로 등으로 열이 더해져도, 동용식 방지층에서 동전극의 용식이 차단된다. 그 결과, 여러 가지의 공정을 거쳐 행해지는 전자 부품의 실장 공정에서의 전기적 접속부(동전극부)의 신뢰성이 저하하지 않고, 게다가 높은 수율로 제조할 수 있으므로, 저비용으로 신뢰성이 높은 기판 및 전자 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 납땜 장치의 일례를 나타내는 모식적인 구성도이다.
도 2는 피처리 부재인 기판의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 3은 처리 후의 기판(처리 부재)의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 4는 각 처리부 또는 각 공정을 거친 후의 피처리 부재의 형태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 납땜 장치의 다른 일례를 나타내는 모식적인 구성도이다.
도 6은 용융 땜납을 분사하여 용융 땜납을 동전극상에 담는 공정을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 7은 유기 지방산 함유 용액을 분사하여 잉여의 용융 땜납을 제거하는 공정을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8은 동전극상에 형성된 금속간 화합물층의 예이며, (A)는 비교예로 형성된 동전극부의 모식적인 단면도이며, (B)는 실시예로 형성된 동전극부의 모식적인 단면도이다.
도 9는 유지 지그에 유지되어 연속 처리된 전자 부품의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10은 제조된 전자 부품의 일례를 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 11은 제조된 전자 부품의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 12는 납땜된 동전극부를 가열한 후의 마이크로 보이드의 발생 형태의 예이며, (A)(B)는 비교예의 결과이며, (C)(D)는 실시예의 결과이다.
도 13은 실시예로 얻을 수 있던 땜납 접속부의 단면의 원소 매핑상이다.

이하, 본 발명과 관련된 납땜 장치 및 납땜 방법, 및 제조된 기판 및 전자 부품에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 덧붙여 본 출원에서는, 「본 발명」을 「본원의 실시 형태」라고 하여 바꿀 수 있다. 덧붙여 「동용식 방지층」이란, 전극을 구성하는 동전극이 땜납에 의해서 용식(溶食)(동 원자가 확산해 녹아내는 모양) 되는 것을 막도록 기능하는 층이다.

［납땜 장치 및 방법］

본 발명과 관련된 납땜 장치(20) 및 방법은, 도 1 및 도 5에 나타나듯이, 제1 유기 지방산 함유 용액(31a)에의 침지 처리, 공간부(24)내에서의 용융 땜납(5a)의 분사 처리, 동 공간부(24)내를 수평 이동시켜 실시하는 잉여의 용융 땜납(5a)의 제거 처리, 및 제2 유기 지방산 함유 용액(31c)에의 침지 처리를 연속해 실시하는 장치 및 방법이다. 이러한 납땜 장치(20) 및 방법에 의해, 종래의 디핑 처리와 같은 동전극의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 그 후의 여러 가지의 실장 공정에서의 동용식을 일으키지 않는 기판이나 전자 부품을 제조할 수 있다. 그 결과, 전기적 접속부인 동전극의 신뢰성이 높고, 제품 수율이 좋은 기판이나 전자 부품을 저비용으로 제조할 수 있다.

이하, 장치의 각 구성 및 공정에 대해 자세하게 설명한다.

(피처리 부재)

피처리 부재(10)는, 납땜 장치(20) 및 방법에 적용되는 것으로, 구체적으로는 프린트 기판, 웨퍼 및 플렉서블 기판 등의 기판(「실장 기판」이라고도 말한다)이나, 커넥터, QFP(Quad　Flat　Package), SOP(Small　Out　line　Package), BGA(Ball　Grid　Array), 반도체 칩, 칩 저항, 칩 콘덴서, 점퍼 배선재 등의 전자 부품을 들 수 있다. 또, 여기에 예시한 것 이외의 공지의 기판이나 전자 부품, 또 향후 개발되는 새로운 기판이나 전자 부품을 포함한다.

피처리 부재(10)에는, 동전극(2)이 설치되어 있으며, 본 발명과 관련된 납땜 장치(20) 및 방법은 그러한 동전극(2)으로 납땜을 할 때에 적용하는 장치 및 방법이다.

이러한 피처리 부재(10)는, 예를 들면 도 1 및 도 5에 화살표를 포함한 점선으로 루프시킨 벨트 컨베이어에 의해서, 연속적으로 장치내로 반송된다. 그러한 벨트 컨베이어로 반송될 때에, 피처리 부재(10)를 벨트 컨베이어에 설치하는 설치 지그는, 반송하는 피처리 부재(10)의 형상을 고려해 각종의 것을 이용할 수 있다.예를 들면 도 2에 나타내는 프린트 기판의 경우에는, 그 직사각형의 프린트 기판을 둘레로 끼워 유지하는 틀 모양 지그(도시하지 않는다)를 임의로 이용할 수 있어, 예를 들면, 도 9에 나타내는 전자 부품(40)의 경우에는, 그 전자 부품(40)의 형상에 맞춘 유지 지그(42)를 임의로 이용할 수 있다.

(제1 유기 지방산 함유 용액에의 침지 처리)

피처리 부재(10)는, 도 1 및 도 5의 투입부 A에서, 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)에 투입된다. 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)는, 제1 유기 지방산 함유 용액(31a)을 일정량 채워 있다. 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)의 크기 및 형상은 특히 한정되지 않지만, 피처리 부재(10)를 유기 지방산 함유 용액(31a)에 침지할 수 있는 충분한 크기와 형상이며, 피처리 부재(10)의 연속적인 반송에 지장이 없는 크기와 형상으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 5의 예에서는, 상부에서 하부로 향하고 세로로 길게 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조의 투입부 A와 그 투입부 A에 계속해서 설치되어 아래로부터 기울어진 상부로 향해 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조의 예열부 B로 구성되어 있다. 투입부 A와 예열부 B의 형태는, 물론 이것들로 한정되지 않는다.

투입부 A는, 도 1 및 도 5에 예시하듯이, 상부에서 하부로 향하고 세로로 길게 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조이다. 이 투입부 A에서는, 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)중의 유기 지방산 함유 용액(31a)은 별로 고온이 아니ㅁ며 예를 들면, 30℃이상 100℃이하 정도로 제어되고 있는 것이 바람직하다. 그 제어 수단으로서는, 투입부 A의 조 주위에 히터나 냉각기를 휘감아 제어해도 괜찮고, 투입부 A의 조 가운데에 히터나 냉각관을 삽입하여 제어해도 괜찮다. 바람직한 온도는 30℃이상 70℃이하 정도이며, 이러한 너무 높지 않은 온도 범위로 하는 것으로, 유기 지방산 함유 용액(31a)의 증발을 억제할 수 있는 것과 동시에, 상온의 피처리 부재(10)가 갑자기 고온의 유기 지방산 함유 용액(31a)에 투입되어 열팽창에 의한 결함 등이 생기는 것을 막을 수 있다.

예열부 B는, 도 1 및 도 5에 예시하듯이, 하부에서 상부를 향해 비스듬하게 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조이다. 이 예열부 B에서는, 제1 유기 지방산 함유 용액조(21) 중의 유기 지방산 함유 용액(31a)은 비교적 높은 온도이며, 예를 들면 100℃ 이상 240℃ 이하 정도로 제어되고 있는 것이 바람직하다. 그 제어 수단으로서는, 예열부 B의 주위에 히터나 냉각기를 휘감아 제어해도 괜찮고, 예열부 B의 조 가운데에 히터나 냉각관을 삽입해 제어해도 괜찮다. 바람직한 온도는 140℃이상 220℃이하 정도이며, 이러한 온도 범위로 하는 것으로, 피처리 부재(10)가 약 250℃전후의 온도 분위기로 제어된 공간부(24)에 투입되었을 경우의 급격한 열팽창 등에 의한 결함 등이 생기는 것을 막을 수 있다. 덧붙여 이 예열부 B에서는, 조가 공간부(24)에 연속하고 있으므로, 유기 지방산 함유 용액(31a)의 증발은 문제가 되지 않는다는 이점이 있다.

유기 지방산 함유 용액(31a)은, 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)중에 수용되어 있다. 이 유기 지방산 함유 용액(31a)은, 탄소수가 12 이상 20 이하의 유기 지방산을 포함한 용액인 것이 바람직하다. 탄소수 11 이하의 유기 지방산에서도 사용 가능하기는 하지만, 그러한 유기 지방산은 흡수성이 있어, 예열부 B로 제어하는, 예를 들면, 100℃이상 240℃이하의 온도 범위로 사용하는 경우에는 별로 바람직하지 않다. 또, 탄소수 21 이상의 유기 지방산은 융점이 높고, 침투성이 나쁘고, 취급하기 어렵다는 등의 난점이 있다. 대표적인 것으로서는, 탄소수 16의 팔미트산이 바람직하다. 유기 지방산으로서는, 탄소수 16의 팔미트산을 이용하는 것이 특히 바람직하고, 필요에 따라서 탄소수 12 이상 20 이하의 유기 지방산, 예를 들면 탄소수 18의 스테아린산을 함유시킬 수도 있다.

유기 지방산 함유 용액(31a)은, 5 질량% 이상 25 질량% 이하의 팔미트산을 포함하고, 잔부가 에스테르 합성유로부터 되는 것이 바람직하게 이용된다. 이러한 유기 지방산 함유 용액(31a)을 투입부 A와 예열부 B로 각각의 온도로 가온하여 이용하는 것으로, 그 유기 지방산 함유 용액(31a)이 피처리 부재(10)의 동전극(2)의 표면에 존재하는 산화물이나 플럭스 성분 등의 불순물을 선택적으로 흡수하여, 동전극(2)의 표면을 청정화할 수 있다. 특히, 탄소수 16의 팔미트산을 10 질량% 전후(예를 들면, 5 질량%이상 15 질량%이하) 함유하는 유기 지방산 함유 용액(31a)이 바람직하다. 덧붙여 유기 지방산 함유 용액(31a)에는, 니켈염이나 코발트염 등의 금속염이나 산화 방지제 등의 첨가제는 포함되지 않았다.

유기 지방산의 농도가 5 질량% 미만에서는, 동전극(2)의 표면에 존재하는 산화물이나 플럭스 성분 등의 불순물을 선택적으로 흡수하여 정제하는 효과가 약간 낮고, 한층 더 저농도로의 관리가 번잡하게 되는 일이 있다. 한편, 유기 지방산의 농도가 25 질량%를 넘으면, 유기 지방산 함유 용액(31a)의 점도가 높아지는 것, 300℃이상의 고온 영역에서는 발연과 악취의 문제를 일으키는 것, 등의 문제가 있다. 따라서, 유기 지방산의 함유량은, 5 질량% 이상 20 질량% 이하인 것이 바람직하고, 특히 탄소수 16의 팔미트산을 이용하는 경우는, 10 질량% 전후(예를 들면, 5 질량%이상 15 질량%이하)의 함유량인 것이 바람직하다.

제1 유기 지방산 함유 용액조(21)에서는, 상기한 유기 지방산 함유 용액(31a)에 투입된 피처리 부재(10)를 침지하여, 그 결과, 피처리 부재(10)가 가지는 동전극(2)의 표면에 존재하는 산화물이나 불순물 등이 제거되어 청정화된다. 그리고, 동전극(2)의 표면은, 유기 지방산 함유 용액(31a)을 구성하는 유기 지방산의 코팅층(3)(도 4(B) 참조)이 형성된다. 이 코팅층(3)은, 동전극(2)의 표면을 청정하게 하고, 또 동전극(2)의 표면의 산화를 억제하여 산화 피막의 생성을 막을 수 있다.

(공간부)

피처리 부재(10)는, 도 1 및 도 5에 나타나듯이, 투입부 A와 예열부 B의 제1 유기 지방산 함유 용액조(21)로 처리된 후, 처리부 C인 공간부(24)로 이동한다. 공간부(24)는, 유기 지방산 함유 용액(31a)과 같은 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액(31b)의 증기 분위기의 가압된 공간부로서, 피처리 부재(10)에 설치되어 있는 동전극(2)을 향해서 용융 땜납(5a)의 기류(5＇)를 분사하는 분사 수단(33) 및 잉여의 용융 땜납(5a)에 액체를 분사하여 제거하는 분사 수단(34)을 수평 방향으로 구비하고 있는 공간부이다.

이 공간부(24)는, 유기 지방산 함유 용액의 증기 등으로 채워져 있어 가압 상태가 되어 있는 것이 바람직하다. 공간부(24)의 압력은 특히 한정되지 않지만 0.1 Pa 전후인 것이 바람직하다. 특히 유기 지방산 함유 용액의 증기에 의해서 상기 범위의 가압 상태가 되어 있는 것으로, 피처리 부재(10)의 동전극(2)이 산화하거나 불순물로 오염되는 일이 없다. 이 공간부(24)는, 유기 지방산 함유 용액(31)으로 공간부(24)의 천정면까지 채운 후, 먼저 질소 가스를 도입하여 유기 지방산 함유 용액의 액면을 낮추어 도 1에 나타내는 공간부(24)를 형성하고, 그 후 유기 지방산 함유 용액(31b)을 가온하여 공간부(24)를 그 증기로 채우는 것에 의해서 형성된다.

공간부(24)의 분위기 온도는, 납땜하는 용융 땜납(5a)의 온도와 같거나 또는 그에 가까운 온도인 것이 바람직하다. 같은 온도여도 괜찮지만, 용융 땜납(5a)의 온도보다 약간 높게 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 용융 땜납(5a)의 기류 온도에 비해, 2℃이상 10℃이하의 높이로 설정되어 있는 것이 바람직하고, 2℃이상 5℃이하의 분위기 온도로 설정되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이 온도 범위내로 함으로써, 동전극(2)의 표면에 분사한 후의 용융 땜납(5a)의 기류(5＇)를 그 동전극(2)의 표면에 고르게 유동시킬 수 있어 특히 미세 피치(fine pitch)의 동전극이나 소면적의 동전극의 표면의 구석구석에까지 용융 땜납(5a)을 펼칠 수 있다. 분위기 온도가 용융 땜납(5a)의 기류 온도보다 낮은 경우는, 용융 땜납(5a)의 점도가 저하하여 용융 땜납(5a)의 유동성이 저하하는 일이 있고, 한편, 분위기 온도가 10℃을 넘는 높이로 설정되면, 온도가 너무 높아서 피처리 부재(10)에 열 피해를 줄 우려가 있다.

공간부(24) 아래에는 유기 지방산 함유 용액조(22)가 있어, 그 유기 지방산 함유 용액조(22)로부터 증발한 유기 지방산 함유 용액의 증기가 공간부(24)를 채우고 있다. 유기 지방산 함유 용액조(22)는, 유기 지방산 함유 용액(31b)을 일정량 채우고 있다. 유기 지방산 함유 용액조(22)의 크기 및 형상은 특히 한정되지 않지만, 공간부(24)의 압력을 0.1 MPa 전후로 하는 증기를 발생시킬 수 있는 정도의 유기 지방산 함유 용액(31b)을 수용할 수 있는 충분한 크기와 형상인 것이 바람직하다. 도 1 및 도 5의 예에서는, 공간부(24)의 바로 밑에 직사각형 또는 원통형의 수조 구조로 구성되어 있다.

유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도는, 거기로부터 증발한 증기로 공간부(24)의 온도를 용융 땜납(5a)의 기류 온도와 같은 또는 거의 같은 온도로 하는 것 때문에, 용융 땜납(5a)의 기류 온도에 의해서 정해진다. 예를 들면 용융 땜납(5a)의 기류 온도가 250℃인 경우는, 유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도도 같거나 동일한 정도의 온도인 것이 바람직하다. 이러한 온도로 설정하는 것에 의해, 유기 지방산 함유 용액(31b)으로부터 증발한 증기의 온도를, 용융 땜납(5a)의 기류 온도와 같은 또는 동일한 정도의 온도로 할 수 있다. 유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도의 제어 수단으로서는, 유기 지방산 함유 용액조(22)의 주위에 히터나 냉각기를 휘감거나 조 가운데에 히터나 냉각관을 삽입하거나 조 가운데의 유기 지방산 함유 용액(31b)을 온도 조절 기기(도시하지 않는다)로 순환하여 온도 제어해도 괜찮다.

유기 지방산 함유 용액(31b)은, 제1 유기 지방산 함유 용액조(21) 중의 유기 지방산 함유 용액(31a)과 같이, 탄소수가 12 이상 20 이하의 유기 지방산을 포함한 용액인 것이 바람직하다. 대표적인 것으로서는, 탄소수 16의 팔미트산이 바람직하다. 유기 지방산으로서는, 탄소수 16의 팔미트산만을 이용하는 것이 특히 바람직하고, 필요에 따라서 탄소수 12 이상 20 이하의 유기 지방산, 예를 들면 탄소수 18의 스테아린산을 함유시킬 수도 있다.

유기 지방산 함유 용액(31b)은, 5 질량% 이상 25 질량% 이하의 팔미트산을 포함하고, 잔부가 에스테르 합성유로부터 되는 것이 바람직하게 이용된다. 이러한 유기 지방산 함유 용액(31b)을 유기 지방산 함유 용액조(22)로 가온하여 증기 발생원으로서 이용하는 것으로, 발생한 증기가 피처리 부재(10)의 동전극(2)의 표면에 존재하는 산화물이나 플럭스 성분 등의 불순물을 선택적으로 흡수하여, 동전극(2)의 표면을 청정화할 수 있다. 특히, 탄소수 16의 팔미트산을 10 질량% 전후(예를 들면, 5 질량%이상 15 질량%이하) 함유하는 유기 지방산 함유 용액(31b)이 바람직하다. 덧붙여 유기 지방산 함유 용액(31b)에는, 니켈염이나 코발트염 등의 금속염이나 산화 방지제 등의 첨가제는 포함되지 않았다. 덧붙여 유기 지방산의 농도의 상하한은, 유기 지방산 함유 용액(31a)로 설명한 것과 같으므로, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

(용융 땜납의 분사 처리)

처리부 C인 공간부(24)에서는, 피처리 부재(10)의 동전극(2)을 향해서 용융 땜납(5a)의 분사 처리를 한다. 분사 처리는, 용융 땜납(5a)의 기류(5＇)를 분사하는 분사 수단(33)에 의해서 행해지며, 예를 들면, 도 1 및 도 5에 나타내는 분사 노즐(33)이 바람직하게 이용된다.

최초로, 분사 노즐(33)로부터 분사되는 용융 땜납(5a)에 대해 설명한다. 용융 땜납(5a)으로서는, 땜납을 가열하여 용융시켜, 기류(5＇)로서 분사할 수 있는 정도로 유동화시킨 것을 이용한다. 그 가열 온도는, 땜납 조성에 의해서 임의로 선택되지만, 통상, 150℃이상 300℃이하 정도의 범위내로부터 양호한 온도가 설정된다. 본 발명에서는, 주석을 주성분으로 하고, 니켈을 부성분으로서 적어도 포함하고, 또한 은, 동, 아연, 비스무스(bismuth), 안티몬 및 게르마늄으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 부성분으로서 임의로 포함한 용융 납 프리 땜납이 이용된다.

바람직한 땜납 조성은, Sn-Ni-Ag-Cu-Ge 합금이며, 구체적으로는, 니켈 0.01 질량%이상 0.5 질량%이하, 은 2 질량%이상 4 질량%이하, 동 0.1 질량%이상 1 질량%이하, 게르마늄 0.001 질량%이상 0.02 질량%이하, 잔부가 주석인 땜납 합금을 이용하는 것이, 동용식을 안정되게 막을 수 있는 CuNiSn 금속간 화합물층(4)(도 8(B) 참조.)을 형성하기 위해서 바람직하다. 그러한 CuNiSn 금속간 화합물층(4)을 형성하기 위한 특히 바람직한 조성은, 니켈 0.01 질량%이상 0.07 질량%이하, 은 0.1 질량%이상 4 질량%이하, 동 0.1 질량%이상 1 질량%이하, 게르마늄 0.001 질량%이상 0.01 질량%이하, 잔부가 주석인 땜납 합금이다. 이러한 Sn-Ni-Ag-Cu-Ge 합금으로 납땜하는 경우는, 240℃이상 260℃이하의 온도의 용융 땜납(5a)으로서 이용하는 것이 바람직하다.

또, 비스무스를 포함한 땜납은, 용융 땜납(5a)의 가열 온도를 한층 더 저온화할 수 있어 그 성분 조성을 조정함으로써, 예를 들면 150℃ 근처까지 저온화 시킬 수 있다. 이러한 저온화는, 공간부(24)내의 증기의 온도도 내릴 수 있으므로 보다 바람직하다. 비스무스를 함유하는 땜납 조성도, 상기와 같이, 니켈을 0.01 질량% 이상 0.5 질량% 이하 함유하는 것이 바람직하고, 0.01 질량% 이상 0.07 질량% 이하 함유하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써, CuNiSn 금속간 화합물층(4)을 용이하게 형성할 수 있는 저온형의 용융 땜납(5a)으로 할 수 있다.

또, 그 외의 아연이나 안티몬도, 필요에 따라서 배합된다. 어느 경우에도, 땜납 조성은, 적어도 니켈을 0.01 질량% 이상 0.5 질량% 이하 함유하는 것이 바람직하고, 0.01 질량% 이상 0.07 질량% 이하 함유하는 것이 보다 바람직하다.

이러한 조성의 용융 땜납(5a)은, 납을 포함하지 않는 납 프리 땜납인 것과 동시에, 상기 함유량의 니켈을 필수로 포함하므로, 도 8(B)에 나타나듯이, 용융 땜납(5a)에 포함되는 니켈이 동전극(2)의 동과 화합하고, 또한 용융 땜납(5a)의 주석과도 화합하고, CuNiSn 금속간 화합물층(4)을 동전극(2)의 표면에 용이하게 형성할 수 있다. 형성된 CuNiSn 금속간 화합물층(4)은, 동전극(2)의 동용식 방지층으로서 작용해, 동전극(2)의 결손이나 소실을 막도록 작용한다. 따라서, CuNiSn 금속간 화합물층(4)을 가지는 땜납층(5)은, 그 후에 있어 그 땜납층(5)이 형성된 기판을 땜납조 중에 디핑하는 디핑 공정에 투입하는 경우와 같이, 동전극(2)에 있어서 가혹이라고도 말할 수 있는 처리에도 용이하게 견딜 수 있다. 그 때문에, 저비용의 땜납 디핑 공정을 적용해도, 제품 수율이 좋고, 신뢰성이 높은 땜납층(5)을 형성할 수 있다. 게다가 그 땜납층(5)을 이용한 전자 부품의 실장을 저비용으로 신뢰성 높게 실시할 수 있는 실장 기판의 제품 수율을 잘 얻을 수 있다.

용융 땜납(5a)에 포함되는 니켈 함유량은, 후술의 실시예에 나타나듯이, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께에 영향을 준다. 구체적으로는, 니켈 함유량이 0.01 질량% 이상, 0.5 질량% 이하(바람직하지는 0.07 질량% 이하)의 범위에서는, 1μm이상 3μm이하 정도의 대략 균일한 두께의 CuNiSn 금속간 화합물층(4)을 생성할 수 있다. 이 범위내의 두께의 CuNiSn 금속간 화합물층(4)은, 동전극(2)중의 동이 용융 땜납(5a) 중 또는 땜납층(5) 중에 용해되어 용식되는 것을 막을 수 있다.

니켈 함유량이 0.01 질량%에서는, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께가 약 1μm이상 1.5μm이하 정도가 되어, 니켈 함유량이 예를 들면 0.07 질량%에서는, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께가 약 2μm정도가 되어, 니켈 함유량이 0.5 질량%에서는, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께가 약 3μm 정도가 된다.

니켈 함유량이 0.01 질량% 미만에서는, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께가 1μm 미만이 되고, 그 CuNiSn 금속간 화합물층(4)이 동전극(2)을 가리지 못하는 곳이 생겨 그 곳으로부터 동의 용식이 일어나기 쉬워지는 일이 있다. 니켈 함유량이 0.5 질량%를 넘으면, 딱딱한 CuNiSn 금속간 화합물층(4)이 두께 3μm를 넘고 게다가 두꺼워져, 그 CuNiSn 금속간 화합물층(4)에 균열이 생기는 일이 있다. 그 결과, 그 균열 부분으로부터 동의 용식이 일어나기 쉬워진다. 덧붙여 바람직한 니켈 함유량은 0.01 질량% 이상 0.07 질량% 이하이며, 이 범위의 니켈 함유량을 가지는 용융 땜납(5a)은, 니켈 함유량이 0.07 질량%를 넘어 0.5 질량%이하의 경우에 비해, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 균열을 일으키는 일이 없고, 평활한 균일층을 형성할 수 있다.

용융 땜납(5a)으로서 이용하는 땜납은, 정제 처리되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 탄소수 12~20의 유기 지방산을 5 질량%이상 25 질량%이하 함유 하는 용액을 180℃이상 350℃이하로 가열하고, 그 가열된 용액과 용융 땜납(5a)을 접촉시켜 격렬하고 교반혼합한다. 이렇게 하는 것으로, 산화동과 플럭스 성분 등으로 오염된 정제 처리전의 용융 땜납(5a)을 청정화할 수 있어 산화동이나 플럭스 성분 등을 제거한 용융 땜납(5a)을 얻을 수 있다. 그 후, 산화동이나 플럭스 성분 등이 제거된 용융 땜납(5a)을 포함한 혼합액을, 유기 지방산 함유 용액저조(도시하지 않는다)에 도입해, 그 유기 지방산 함유 용액저조 중에 있어 비중차이로 분리한 청정화 후의 용융 땜납(5a)을 그 유기 지방산 함유 용액저조의 저부로부터 펌프로 납프리 땜납 액저조로 되돌린다. 이러한 정제 처리를 실시하는 것으로, 기류로서 사용하는 용융 땜납(5a)중의 동농도 및 불순물 농도의 경시적인 상승을 억제하고, 한편 산화동이나 플럭스 찌꺼기 등의 불순물을 납 프리 땜납 액저조에 반입시키지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 납 프리 땜납 액저조 내의 용융 땜납(5a)의 경시적인 조성 변화를 억제할 수 있으므로, 안정된 접합 신뢰성이 높은 용융 땜납(5a)을 이용한 땜납층(5)을 연속하여 형성할 수 있다. 또, 그러한 땜납층(5)을 구비한 실장 기판을 연속하여 제조할 수 있다.

정제된 용융 땜납(5a)은, 땜납층(5)의 접합 품질에 영향을 주는 산화동이나 플럭스 찌꺼기 등의 불순물을 포함하지 않는다. 그 결과, 땜납층(5)으로 전자 부품과의 접합 품질의 로트 간 격차가 없어져, 경시적인 품질 안정성에 기여할 수 있다.

정제에 이용하는 유기 지방산 함유 용액에 포함되는 유기 지방산은, 상기한 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b)을 포함하는 것과 같은 것으로, 여기에서는 그 설명을 생략한다. 덧붙여 정제에 이용하는 유기 지방산 함유 용액의 온도는, 정제 하는 용융 땜납(5a)의 융점에서 정해져, 유기 지방산 함유 용액과 용융 땜납(5a)은, 적어도 용융 땜납(5a)의 융점 이상의 고온 영역(일례로서는 240℃~260℃)에서 격렬하게 교반접촉시킨다. 또, 유기 지방산 함유 용액의 상한 온도는, 발연의 문제나 에너지 절약의 관점으로부터 350℃정도이며, 바람직하게는 정제 처리하는 용융 땜납(5a)의 융점 이상의 온도~300℃의 범위이다. 예를 들면, 니켈 0.01 질량%이상 0.07 질량% 이하, 은 0.1 질량%이상 4 질량% 이하, 동 0.1 질량% 이상 1 질량% 이하, 게르마늄 0.001 질량% 이상 0.01 질량% 이하, 잔부가 주석인 땜납 합금은, 240℃ 이상 260℃ 이하의 온도로 용융 땜납(5a)으로서 이용하므로, 유기 지방산 함유 용액의 온도도 그와 같은 240℃ 이상 260℃ 이하 정도인 것이 바람직하다.

이러한 유기 지방산 함유 용액으로 정제한 용융 땜납(5a)은, 도 1 및 도 6에 나타나듯이, 분사 수단(33)으로부터 피처리 부재(10)로 향해 기류(5＇)로서 분사된다. 분사 수단(33)으로부터의 용융 땜납(5a)의 분사 압력은 특히 한정되지 않고, 용융 땜납(5a)의 종류, 온도, 점도 등에 따라 임의로 설정된다. 통상은 0.3MPa ~ 0.8MPa 정도의 압력으로 분사한다. 분위기 온도는, 상기한 것처럼, 용융 땜납(5a)의 기류 온도와 같은 또는 거기에 가까운 온도(바람직하게는 약간 높은 온도)인 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 도 4 및 도 6에 나타나듯이, 부풀어오른 용융 땜납(5a)이 설치된다. 또, 분사 수단(33)으로부터 분사한 용융 땜납의 기류(5＇)의 유속과 분사 처리 시간은, 용융 땜납(5a)의 종류 등을 고려해 임의로 설정한다. 또, 분사 수단(33)의 형상과 분사 각도 등의 조건에 대해서도, 용융 땜납(5a)의 종류 등을 고려해 임의로 적용 또는 설정한다.

(잉여의 용융 땜납 제거 처리)

용융 땜납(5a)이 올려진 피처리 부재(10)는, 도 6에 나타나듯이, 처리부 C인 공간부(24)내를 수평 이동하고, 잉여의 용융 땜납(5a)에 액체를 분사하여 제거하는 공정으로 이행한다. 이러한 잉여의 용융 땜납(5a)의 제거 공정은, 도 4(C) 및 도 7에 나타나듯이, 동전극(2) 상에 부풀어 오른 용융 땜납(5a)을 제거하고, 제거할 수 없는 용융 땜납(5a)만을 남기는 공정이다. 제거할 수 없는 용융 땜납(5a)은, 동전극(2)상에 형성된 CuNiSn 금속간 화합물층(4)에 부착한 용융 땜납(5a)인 것이고, 그 부착한 용융 땜납(5a)이 땜납층(5)을 구성한다.

용융 땜납(5a)을 제거하기 위한 액체는, 액체이면 특히 한정되지 않지만, 공간부(24)가 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기인 것 때문에, 유기 지방산 함유 용액이 이용된다. 덧붙여 질소 가스 등의 불활성 가스를 일부 혼입시켜도 괜찮지만, 산소를 포함한 공기나 물 등은, 땜납층(5)의 산화나 유기 지방산 함유 용액에의 상용성(相溶性)의 관점으로 인해 혼입시키지 않는다. 분사 수단(34)으로부터의 액체의 분사 압력은 특히 한정되지 않고, 용융 땜납(5a)의 종류, 온도, 점도 등에 따라 임의로 설정된다. 통상은 0.2MPa ~ 0.4 MPa 정도의 압력으로 분사한다.

분사 액체로서 이용하는 유기 지방산 함유 용액으로서는, 유기 지방산 함유 용액조(22) 중의 유기 지방산 함유 용액(31b)과 같은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 액체는, 유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도를 용융 땜납(5a)의 온도(예를 들면 250℃ 전후)와 같거나 거의 같게 되도록 가열한 액체를 이용한다. 이렇게 하여 잉여의 용융 땜납(5a)을 날려 버림과 동시에, 노출한 용융 땜납(5a)의 표면에는, 유기 지방산의 코팅층(6)(도 10(B) 참조)을 형성할 수 있다.

(용융 땜납의 재이용)

공간부(24) 내의 분사 수단(33) 아래에는, 도 1에 나타나듯이, 분사된 용융 땜납(5a)을 재이용하기 위해서 회수하는 받침접시(37)가 설치되어 있어도 괜찮다. 또, 도 5에 나타나듯이, 분사 수단(33)의 하부의 유기 지방산 함유 용액(31b)의 바닥에 모인 용융 땜납(5a)을, 용융 땜납(5a)을 분사하는 분사 수단(33)으로 보내기 위한 순환 장치(37a)를 갖추고 있어도 괜찮다.

마찬가지로, 공간부(24) 내의 분사 수단(34) 아래에도, 도 1에 나타나듯이, 잉여의 용융 땜납의 제거에 의해 제거된 용융 땜납(5a)을 재이용하기 위해서 회수하는 받침접시(38)가 설치되어 있어도 괜찮다. 또, 잉여의 용융 땜납의 제거에 의해 제거된 용융 땜납(5a)이 아래쪽으로 떨어지고, 하부의 유기 지방산 함유 용액(31b)이 바닥에 모였을 경우도, 도 5에 나타나듯이, 용융 땜납(5a)을 분사하는 분사 수단(33)으로 보내기 위한 순환 장치(37a)를 구비하고 있어도 괜찮다.

덧붙여, 분사한 유기 지방산 함유 용액과 그 유기 지방산 함유 용액과 함께 제거된 용융 땜납(5a)은, 비중 차이로 분리되어 유기 지방산 함유 용액의 바닥에 가라앉은 용융 땜납(5a)을 꺼내고, 유기 지방산 함유 용액과 분리할 수 있다. 분리된 용융 땜납(5a)과 유기 지방산 함유 용액은 재이용할 수 있다.

(제2 유기 지방산 함유 용액에의 침지 처리)

잉여의 용융 땜납(5a)을 제거한 후의 피처리 부재(10)는, 처리부 C인 공간부(24)로부터 재투입부 D 및 냉열부 E를 포함한 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)에 반송되어, 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)중의 제2 유기 지방산 함유 용액(31c)에 다시 침지된다. 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)는, 온도가 높은 재투입부 D와 그 재투입부 D에 한층 더 후속 공정에 위치하여 온도가 낮은 냉열부 E로 구성되어 있다.

재투입부 D는, 예를 들면 도 1 및 도 5에 나타나듯이, 상부에서 하부로 향해 비스듬하게 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조이며, 처리부 C로 처리된 피처리 부재(10)가 다시 유기 지방산 함유 용액(31c)에 투입되는 영역이다. 재투입부 D에서는, 유기 지방산 함유 용액(31c)의 온도가 상기의 예열부 B와 같은 온도로 제어되고 있는 것이 바람직하다. 즉, 재투입부 D에서는, 제2 유기 지방산 함유 용액조(23) 중의 유기 지방산 함유 용액(31c)은 비교적 높은 온도이며, 예를 들면 100℃이상 240℃이하 정도로 제어되고 있는 것이 바람직하다. 그 제어 수단으로서는, 재투입부 D의 주위에 히터나 냉각기를 휘감아 제어해도 괜찮고, 재투입부 D의 조 가운데에 히터나 냉각관을 삽입하여 제어해도 괜찮다. 바람직한 온도는 140℃이상 220℃이하 정도이다. 이러한 온도 범위로 함으로써, 약 250℃전후의 온도 분위기에 제어된 공간부(24)내로부터 반송되는 피처리 부재(10)가 급냉되는 것을 막아, 급격한 열수축 등에 의한 결함 등이 생기는 것을 막을 수 있다. 덧붙여 이 재투입부 D에서는, 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)로 공간부(24)가 연속하고 있으므로, 유기 지방산 함유 용액(31c)의 증발은 문제가 되지 않는다고 하는 이점이 있다.

유기 지방산 함유 용액(31c)은, 제2 유기 지방산 함유 용액조(23) 중에 수용되어 있다. 이 유기 지방산 함유 용액(31c)은, 전술한 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b)과 같은 것이 바람직하고, 여기에서는 그 설명을 생략한다. 덧붙여, 이 유기 지방산 함유 용액(31c)은, 전술한 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b)과는 달라, 약간 다른 조성의 유기 지방산 함유 용액(31c)으로 하는 것도 가능하다. 그 이유는, 전술한 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b)은, 모두 동전극(2)의 표면에 직접 작용하는 것이고, 동전극 표면의 청정화나 용융 땜납(5a)의 청정화를 실시하는 것이지만, 여기서의 유기 지방산 함유 용액(31c)은, 이미 동용식 방지층(4)과 땜납층(5)이 설치된 후의 재투입부 D이기 때문이다. 따라서, 유기 지방산으로서 탄소수 16의 팔미트산만을 이용하는 것이 바람직한 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b)과는 달라, 탄소수가 12이상 20 이하의 유기 지방산을 포함한 용액에서도 상관없다.

냉열부 E는, 예를 들면 도 1 및 도 5에 나타나듯이, 재투입부 D에 계속 이어져서 제2 유기 지방산 함유 용액조(23)내에 배치되어 있다. 냉열부 E는, 하방에서 상방으로 향하여 연장되는 직사각형 또는 원통형의 수조 구조이며, 재투입부 D에서 처리된 처리 부재(11)가 한층 더 낮은 온도의 유기 지방산 함유 용액(31c)로 냉각되는 영역이다. 그 냉열부 E에서는, 유기 지방산 함유 용액(31c)의 온도가 상기의 투입부 A와 같은 온도로 제어되고 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 냉열부 E에서는, 제2 유기 지방산 함유 용액조(23) 중의 유기 지방산 함유 용액(31c)은, 별로 고온이 아니고, 예를 들면 30℃이상 100℃이하 정도로 제어되고 있는 것이 바람직하다. 그 제어 수단으로서는, 냉열부 E의 조 주위에 히터나 냉각기를 휘감아 제어해도 괜찮고, 냉열부 E의 조 가운데에 히터나 냉각관을 삽입하여 제어해도 괜찮다. 바람직한 온도는 30℃이상 60℃이하 정도이며, 이러한 너무 높지 않은 온도 범위로 함으로써, 유기 지방산 함유 용액(31c)의 증발을 억제할 수 있음과 동시에, 고온의 처리 부재(11)가 갑자기 상온의 바깥 공기에 노출해져 열수축에 의한 결함 등이 생기는 것을 막을 수 있다.

(그 후의 공정)

제2 유기 지방산 함유 용액조(23)의 뒤에 있어서는, 도 1 및 도 5에 나타나듯이, 처리 후의 처리 부재(11)의 표면에 부착한 유기 지방산 함유 용액(31c)을 제거한다. 이 제거는, 에어 노즐 등의 분사 수단(39)을 이용하는 것이 바람직하다. 이때의 분사 수단(39)의 분사 압력은 특히 한정되지 않고, 처리 부재(11)의 크기나 형상에 따라 임의로 설정된다. 이렇게 하여, 처리 후의 처리 부재(11)를 얻을 수 있다.

얻어진 처리 부재(11)가 프린트 기판 등의 기판인 경우는, 그 기판의 동전극(2)의 표면에는, 동용식 방지층(4)으로 최소한의 땜납층(5)과 유기 지방산 코팅층(6)이 그 순서로 설치되어 있다. 그 결과, 그 기판이 그 실장 공정에서, 여러 가지의 용융 땜납조에 디핑되거나 페이스트 땜납을 인쇄한 후에 리플로우 노에 투입되거나 소성로에 투입되거나 했을 경우에도, 동전극(2)의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 땜납 습윤성을 해치지 않고, 그 후에 실장 공정에서 처리할 수 있다.

얻어진 처리 부재(11)가 전자 부품인 경우도, 그 전자 부품의 동전극(2)의 표면에는, 동용식 방지층(4)과 최소한의 땜납층(5)과 유기 지방산 코팅층 (6)이 그 순서로 설치되어 있다. 그 결과, 그 전자 부품의 실장 공정에서, 여러 가지의 용융 땜납조에 디핑되거나 인쇄된 페이스트 땜납 위에 재치된 후에 리플로우 노에 투입되거나 소성로에 투입되거나 했을 경우에도, 전자 부품의 동전극(2)의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 땜납 습윤성을 해치지 않고, 그 후에 실장 공정에서 처리할 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 본 발명과 관련된 납땜 장치(20) 및 방법은, 제1 유기 지방산 함유 용액(31a)에의 침지 처리, 공간부(24)내에서의 용융 땜납(5a)의 분사 처리, 동공간부(24)내를 수평 이동시켜 실시하는 잉여의 용융 땜납(5a)의 제거 처리, 및 제2 유기 지방산 함유 용액(31c)에의 침지 처리를 연속하여 실시하므로, 종래의 디핑 처리와 같은 동전극의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 그 후의 여러 가지의 실장 공정에서의 동용식을 일으키지 않는 기판이나 전자 부품을 제조할 수 있다. 그 결과, 전기적 접속부인 동전극(2)의 신뢰성이 높고, 제품 수율이 좋은 기판이나 전자 부품을 저비용으로 제조할 수 있다.

특히, 유기 지방산 함유 용액(31a)에 침지한 후에, 그 유기 지방산 함유 용액(31a)과 같은 또는 거의 같은 유기 지방산 함유 용액(31b)의 증기 분위기의 공간 (24) 중에서, 피처리 부재(10)에 설치되어 있는 동전극(2)을 향해서 용융 땜납(5a)의 기류(5＇)를 분사하고, 게다가 그 공간(24) 내를 수평 이동시킨 후에 잉여의 용융 땜납(5a)에 액체(31＇)을 분사하여 제거하므로, 청정화된 동전극 표면에 동용식 방지층(4)이 결함 없고 한결같게 형성되고 또한 잉여의 용융 땜납(5a)을 제거한 상태로 다시 유기 지방산 함유 용액(31c)에 침지하여 유기 지방산 코팅층(6)을 마련하고 있다. 그 결과, 동용식 방지층(4) 상에 최소한의 땜납층(5)을 마련한 상태로 그 땜납층(5)의 땜납 습윤성을 유지하는 유기 지방산 코팅층(6)이 설치되어 있으므로, 그 후의 실장 공정에서, 여러 가지의 용융 땜납조에 디핑되거나 페이스트 땜납을 인쇄한 후에 리플로우 노에 투입되거나 소성로에 투입되거나 했을 경우라도, 동전극의 동용식이 일어나지 않고, 게다가 땜납 습윤성을 해치지 않고, 그 후에 실장 공정에서 처리할 수 있다.

［제조된 기판 및 전자 부품］

본 발명과 관련되는 기판(10)은, 도 3에 나타나듯이, 상기 본 발명과 관련된 납땜 장치(20) 또는 납땜 방법으로 제조된 기판이며, 그 기판(10)이 가지는 동전극(2)은, 그 표면으로부터 동용식 방지층(4), 땜납층(5) 및 유기 지방산 코팅층(6)의 순서로 설치되어 있다. 기판(10)으로서는, 프린트 기판, 웨이퍼 및 플렉서블 기판 등의 각종의 기판을 들 수 있다. 특히 웨이퍼는, 전극의 폭이나 피치가 좁기 때문에, 본 발명과 관련되는 장치 및 방법을 적용하는 것이 바람직하고, 협피치의 미세 전극에, 땜납층(5)을 정밀하게 설치할 수 있다. 또, 큰 전자 부품을 설치하는 프린트 기판이나 플렉서블 기판의 경우도, 그 땜납층(5)의 표면을 청정화한 상태로 유지하고, 또는 그 후의 공정으로 처리할 수 있으므로, 신뢰성이 있는 기판으로서 이용할 수 있다.

또, 본 발명과 관련된 전자 부품은, 도 10 및 도 11에 나타나듯이, 상기 본 발명과 관련된 납땜 장치(20) 또는 납땜 방법으로 제조된 전자 부품(40, 51, 52)이며, 그 전자 부품(40, 51, 52)이 가지는 동전극(2)은, 그 표면으로부터 동용식 방지층(4), 땜납층(5) 및 유기 지방산 코팅층(6)의 순서로 설치되어 있다. 전자 부품으로서는, 반도체 칩, 반도체 모듈, IC 칩, IC 모듈, 유전체 칩, 유전체 모듈, 저항체 팁, 저항체 모듈 등등을 들 수 있다.

이러한 기판 및 전자 부품에 의하면, 그 후의 리플로우 노나 소성로 등으로 열이 더해져도, 동용식 방지층(4)으로 동전극(2)의 동용식이 차단된다. 그 결과, 여러 가지의 공정을 거쳐 행해지는 전자 부품의 실장 공정에서의 전기적 접속부(동전극부)의 신뢰성이 저하하지 않고, 게다가 제품 수율을 좋게 제조할 수 있으므로, 저비용으로 신뢰성이 높은 기판 및 전자 부품을 제공할 수 있다.

[ 실시예 ]

이하, 실시예와 비교예를 들어, 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명한다.

［실시예 1］

일례로서 기재(1)에 폭이 예를 들면 200μm로, 두께가 예를 들면 10μm의 동배선 패턴이 형성된 기판(10)(예를 들면 도 2를 참조)을 준비했다. 이 기판(10)은, 동배선 패턴 가운데, 전자 부품의 실장 부분이 되는 폭이 예를 들면 200μm로, 길이가 예를 들면 50μm의 동전극(2)만이 다수 노출되고, 다른 동배선 패턴은 절연층으로 덮여 있다.

도 1에 나타내는 각부의 유기 지방산 함유 용액(31a, 31b, 31c)으로서 니켈염이나 코발트염 등의 금속염이나 산화 방지제 등이 포함되지 않은 에스테르 합성유에 팔미트산을 10 질량%가 되도록 함유시키고, 유기 지방산 함유 용액을 조제했다. 투입부 A의 유기 지방산 함유 용액(31a)의 온도를 50℃로 제어하고, 예열부 B의 유기 지방산 함유 용액(31a)의 온도를 200℃로 제어하고, 처리부 C의 유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도를 250℃로 제어하고, 재투입부 D의 유기 지방산 함유 용액(31c)의 온도를 200℃로 제어하고, 냉열부 E의 유기 지방산 함유 용액(31c)의 온도를 50℃로 제어했다.

이용한 용융 땜납(5a)은, Ni：0.05 질량%, Ge：0.005 질량%, Ag：3 질량%, Cu：0.5 질량%, 잔부가 Sn으로 되는 5원계 납 프리 땜납을 이용하고, 250℃로 가열하여 용융 땜납(5a)으로서 준비했다.

공간부(24)는, 최초로 유기 지방산 함유 용액을 천정면까지 채운 후에 질소 가스를 도입하여 상부 공간을 형성하고, 그 상태로 유기 지방산 함유 용액(31b)의 온도를 250℃까지 높이고, 상부 공간을 유기 지방산 함유 용액(31b)의 증기로 채웠다. 이렇게 해 준비된 납땜 장치(20)에 기판(10)을 투입했다.

도 2(A)에 나타내는 기판(10)을 반송하여 투입부 A와 예열부 B를 지나는 동안에, 유기 지방산 코팅층(3)을 동전극(2)의 표면에 부착시켰다. 이 유기 지방산 코팅층(3)은, 유기 지방산 함유 용액(31a)으로 동표면을 청정화한 결과로서 부착되는 것이다. 기판(10)을, 예열부 B를 거친 후에 처리부 C에 넣어 도 6에 나타나듯이, 기판(10)의 윗면과 아래쪽 면으로 향하여 설정한 분사 노즐(33)로부터, 예를 들면 250℃의 용융 땜납(5a)의 기류(5＇)를 분사했다. 용융 땜납(5a)이 분사된 동전극(2)상에는, 도 4(C)에 나타나듯이, 용융 땜납(5a)이 올려진 상태가 되었다. 계속해서, 도 7에 나타나듯이, 기판(10)의 윗면과 아래쪽 면에 모두 예를 들면 30°(도 7 참조)로 기울여 설정한 분사 노즐(34)로부터, 예를 들면 250℃의 유기 지방산 함유 용액(31a)를 분사했다. 그 결과, 도 4(D)에 나타내는 형태의 기판을 얻었다. 덧붙여 이 기판(11)의 땜납층(5)상에는, 유기 지방산 코팅층(6)이 설치되어 있다. 그 후, 기판(11)을, 재투입부 D 및 냉열부 E 순서로 반송하여, 그 냉열부 E로 유기 지방산 함유 용액(31c)으로부터 나온 직후에, 에어 노즐로부터의 에어 분사에 의해 액을 제거했다. 이렇게 하여 기판(11)을 얻었다.

얻어진 기판(11)의 땜납층(5)의 단면의 주사형 전자현미경 사진 형태를 도 12(C)에 나타냈다. 도 12(C)에 나타내는 단면 사진으로부터, CuNiSn 금속간 화합물층(4)의 두께를 주사형 전자현미경 사진으로 측정했는데, 1.5μm의 두께로 균일하게 형성되어 있었다. 또, 도 12(D)는, 150℃으로 240시간 에이징한 후의 땜납층(5)의 단면의 주사형 전자현미경 사진 형태이다. 보이드 등의 결함은 발생하지 않았다. 또, 그 단면을 X선 마이크로 애널라이저(EPMA)의 원소 매핑으로 평가하여, 도 13에 나타냈다.

［비교예 1］

실시예 1에 있어서, 땜납 재료로서 Ag：3 질량%, Cu：0.5 질량%, 잔부가 Sn으로 되는 3원계 납 프리 땜납을 이용한 외에는, 실시예 1과 같게 하고, 비교예 1과 관련된 기판을 얻었다. 실시예 1과 같게, 단면의 주사형 전자현미경 사진으로부터, CuNiSn 금속간 화합물층은 존재하지 않고(도 12(A)를 참조), 동전극(2)상에는 CuSn 금속간 화합물층(13b)이 형성되어 있었다. 또, 도 12(B)는 150℃으로 240시간 에이징한 후의 땜납층(5)의 단면의 주사형 전자현미경 사진 형태이다. 보이드 등의 결함이 발생하고 있었다.

　1: 피처리 부재(기판)
2: 동전극
　3: 코팅층
4: 동용식 방지층
　5: 땜납층
5＇: 용융 땜납의 기류
　5a: 용융 땜납
6: 코팅층
　7:　CuSn 화합물층
10:　피처리 부재(기판 또는 전자 부품)
　11: 처리 부재(기판 또는 전자 부품)
20:　납땜 장치
　21: 제1 유기 지방산 함유 용액조
22:　유기 지방산 함유 용액조
　23:　제2 유기 지방산 함유 용액조
24:　공간부
　31, 31a, 31b, 31c:　유기 지방산 함유 용액
　31＇:　유기 지방산 함유 용액의 기류
　32: 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기
　33: 분사 수단(용융 땜납의 분사 노즐)
　34:　분사 수단(유기 지방산 함유 용액의 분사 노즐)
　35:　용융 땜납 공급 경로
　36:　유기 지방산 함유 용액의 공급 경로
　37, 38: 용융 땜납을 회수하는 받침접시
　37a:　용융 땜납의 순환 장치
　39:　분사 수단(잉여의 유기 지방산 함유 용액의 제거 수단)
　40:　전자 부품
　41:　소자
　42:　전자 부품의 유지 지그
　51, 52: 반도체 칩
　A:　투입부
　B:　예열부
　C:　처리부
　D:　재투입부
　E:　냉열부

Claims (11)

1. 동전극을 가지는 피처리 부재를 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 제1 유기 지방산 함유 용액조와,
   상기 유기 지방산 함유 용액과 같은 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기의 공간부로서, 상기 피처리 부재에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하는 분사 수단 및 잉여의 용융 땜납에 액체를 분사하여 제거하는 분사 수단을 수평 방향으로 구비한 공간부와,
   잉여의 상기 용융 땜납을 제거한 후의 피처리 부재를 다시 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 제2 유기 지방산 함유 용액조를, 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
2. 제1항에 있어서,　
   상기 유기 지방산 함유 용액이 팔미트산 함유 용액인 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 용융 땜납이 상기 유기 지방산 함유 용액으로 처리된 용융 땜납인 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 잉여의 용융 땜납을 제거하는 액체가 상기 유기 지방산 함유 용액인 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 유기 지방산 함유 용액조의 뒤에 처리 후의 처리 부재의 표면에 부착한 유기 지방산 함유 용액을 제거하는 분사 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 유기 지방산 함유 용액조와 제2 유기 지방산 함유 용액조의 온도가 상기 공간부 내의 온도보다 높고, 상기 공간부 내의 온도가 상기 공간부 내에서 분사하는 용융 땜납의 온도와 같거나 그 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피처리 부재에 분사된 용융 땜납을 재이용하기 위해서 회수하는 받침접시가, 상기 분사 수단의 하부의 상기 공간부 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분사 수단의 하부의 상기 유기 지방산 함유 용액의 바닥에 모인 용융 땜납을, 상기 용융 땜납을 분사하는 상기 분사 수단으로 보내기 위한 순환 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 납땜 장치.
9. 동전극을 가지는 피처리 부재를 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 공정과,
   상기 침지 공정 후, 상기 유기 지방산 함유 용액과 같은 또는 실질적으로 같은 유기 지방산 함유 용액의 증기 분위기의 공간안으로, 상기 피처리 부재에 설치되어 있는 동전극을 향해서 용융 땜납의 기류를 분사하는 공정과,
   상기 분사 공정 후, 상기와 동일한 공간내를 수평 방향으로 이동시켜, 분사된 상기 용융 땜납 중의 잉여의 용융 땜납에 액체를 분사하여 제거하는 공정과,
   잉여의 상기 용융 땜납을 제거한 후의 피처리 부재를 다시 유기 지방산 함유 용액에 침지시키는 공정을, 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 납땜 방법.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 납땜 장치 또는 제9항에 기재된 납땜 방법으로 제조된 기판으로서, 상기 기판이 가지는 동전극은, 그 표면으로부터 동용식 방지층, 땜납층 및 유기 지방산 코팅층의 순서로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 납땜 장치 또는 제9항에 기재된 납땜 방법으로 제조된 전자 부품으로서, 상기 전자 부품이 가지는 동전극은, 그 표면으로부터 동용식 방지층, 땜납층 및 유기 지방산 코팅층의 순서로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품.

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