WO2011024813A1 - 加熱溶融処理装置および加熱溶融処理方法 - Google Patents

加熱溶融処理装置および加熱溶融処理方法 Download PDF

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阿部　英之
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    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder

Definitions

  • the present invention relates to a heating and melting apparatus and method for heating and melting an object to be processed including solder.
  • a heating and melting processing apparatus for heating and melting an object to be processed including solder such as a soldering processing apparatus and a forming apparatus for solder balls, is widely used.
  • solder such as a soldering processing apparatus and a forming apparatus for solder balls
  • a heating and melting treatment apparatus using formic acid and other carboxylic acids is known (Patent Documents 1 and 2).
  • the cooling plate is provided so as to be vertically movable below the heating plate provided with the heating means, and at the time of cooling, the cooling plate is closely attached to the lower surface of the heating plate. Force the substrate to cool.
  • the cooling plate is merely adhered to the heating plate provided with the heating means, instead of adhering the cooling plate to the processing object itself such as a soldered substrate.
  • this prior art heating and melting processing apparatus can only cool the object to be treated indirectly via the hot plate, and has the problem that the object to be treated itself can not be directly cooled. Furthermore, there is a problem that it is necessary to movably install a separate cooling plate in addition to the transport means for taking the processing object into and out of the chamber.
  • an object of the present invention is to provide a heating and melting treatment apparatus which can directly cool an object to be treated and does not need to have a separate cooling plate.
  • the heating and melting processing apparatus is a heating and melting processing apparatus for performing heating and melting processing on a processing target including solder in an atmosphere including carboxylic acid vapor, and for carrying and carrying the processing target on which the heating and melting processing is performed.
  • the hand portion of the present invention is also used as a cooling plate.
  • the heating and melting treatment of the object to be treated including solder is performed in an atmosphere containing carboxylic acid vapor, and the heating and melting treated object is used as a cooling plate in a hand portion. And conveying the sheet.
  • the present invention as compared with the case where the object to be treated is indirectly cooled through the heating plate provided with the heating means, rapid cooling becomes possible, and the working speed can be increased to improve the productivity.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 4;
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 7;
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8;
  • It is a figure which shows the temperature rising / falling characteristic by the soldering processing apparatus of FIG.
  • It is a figure which shows the temperature rising / falling characteristic by the soldering processing apparatus of a comparative example.
  • It is a figure which shows the temperature distribution measurement position of the temperature-rise characteristic of FIG. 10 and FIG.
  • It is a figure which shows the temperature rising / falling characteristic by the soldering processing apparatus of FIG.
  • FIG. 1 shows a first embodiment in which the heating and melting apparatus of the present invention is applied as a soldering apparatus.
  • the soldering processing apparatus 1 has a first chamber 2 and a second chamber 3 and also serves as a cooling plate that also serves as a cooling plate on which a soldering substrate as a processing object is placed and transported. is there.
  • the first chamber 2 and the second chamber 3 are connected via a gate valve 5 which can be opened and closed.
  • a gate valve 5 which can be opened and closed.
  • the first chamber 2 and the second chamber 3 can be separated by a plate-like shielding member which is a part of the gate valve 5.
  • the first chamber 2 and the second chamber 3 can be conducted to each other while maintaining the sealing performance from the outside of the first chamber 2 and the second chamber.
  • the above-described function of the gate valve 5 can be realized by, for example, sliding the shielding member which is a part of the gate valve 5 through the sealing material 55 into and out of the first chamber 2 or the second chamber 3.
  • the sealing material for example, an O-ring can be used.
  • the first chamber 2 constitutes a processing chamber for soldering the soldering substrate 100 which is a processing object including solder
  • the second chamber 3 constitutes a load lock chamber for charging the soldering substrate 100.
  • the soldering substrate 100 may be a pair of chips including at least a chip on the surface of which a plurality of solder bumps are formed. In this case, in the soldering process, the pair of chips are connected to the solder bumps. Alternatively, a flip chip bonding process is performed in which the solder bumps and the electrodes are stacked and bonded.
  • solder bumps are formed on the surfaces of both the first chip and the second chip, and the first chip and the second chip are mutually connected through these solder bumps. It may be soldered, and while a solder bump is formed on the surface of the first chip, an electrode portion is formed on the surface of the second chip, and the solder bump of the first chip and the electrode portion of the second chip The first chip and the second chip may be soldered to each other via
  • the chip and the wafer are soldered to each other on which a plurality of solder bumps are formed on the surface. It is also conceivable to mutually solder and bond a plurality of wafers having a plurality of solder bumps formed on the surface.
  • An exhaust pump (vacuum pump) 8 is connected to the first chamber 2 and the second chamber 3 via valves 6 and 7, respectively.
  • the exhaust pump 8 is an exhaust means for reducing the pressure in the first chamber and the second chamber.
  • one exhaust pump 8 is provided as an exhausting means for the first chamber 2 and the second chamber 3.
  • each of the chambers 2 and 3 is separately provided.
  • An exhaust pump may be provided.
  • a supply system (carboxylic acid supply means) 9 of a carboxylic acid vapor is connected to the first chamber 2 via a valve 10 in order to enable soldering without flux.
  • carboxylic acid formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthate, caprylic acid, pelargonic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, acrylic acid, salicylic acid, lactic acid and the like can be used. .
  • the carboxylic acid vapor supply system 9 mixes a carrier gas such as hydrogen, a reducing gas such as carbon monoxide, or an inert gas such as nitrogen into the carboxylic acid vapor and introduces it into the first chamber 2.
  • the carboxylic acid vapor supply system 9 has a closed container 11 containing a liquid of carboxylic acid, and a carrier gas supply pipe 13 for supplying a carrier gas via a valve 12 is connected to the closed container 11. .
  • the carrier gas supply pipe 13 is connected to a bubbling unit 14 for generating (bubbling) air bubbles in the container 11.
  • a heater may be provided around the container 11 to warm the liquid of carboxylic acid. The heater keeps the carboxylic acid liquid at a constant temperature.
  • the combined use of the carrier gas facilitates the introduction of the carboxylic acid vapor into the first chamber 2, and the carboxylic acid in a state of not sufficiently vaporized adheres on the object to be treated, resulting in residue Can be prevented.
  • the vapor is introduced into the first chamber 2 by communicating the closed container 11 containing a liquid of carboxylic acid with the first chamber 2 without using a carrier gas.
  • the carrier gas may be mixed in the middle of communicating the closed container 11 containing the liquid of carboxylic acid with the first chamber 2. In these cases, the amount of evaporation depends on the gas pressure in the first chamber 2.
  • carboxylic acid heating means for heating and vaporizing carboxylic acid is provided in the first chamber 2 and the liquid of carboxylic acid is supplied via the feed pipe (not shown) to the carboxylic acid in the first chamber. It can also be supplied to the acid heating means. In this case, the carboxylic acid heating means heats and vaporizes the liquid carboxylic acid in the first chamber 2 to provide a carboxylic acid vapor atmosphere.
  • the soldering processing apparatus 1 of the present embodiment includes a carboxylic acid recovery unit (recovery mechanism) 15 provided or attached to the intake or exhaust side of the exhaust pump 8 to recover the vaporized carboxylic acid.
  • the carboxylic acid recovery unit 15 may be a filter attached to the intake side or the exhaust side of the exhaust pump 8 or may be a scrubber attached to the exhaust side.
  • As the filter it is possible to employ a filter of a neutralization system with an alkaline solid substance using a mixture of Ca (OH) 2 or the like, and a filter of a thermal decomposition system that thermally decomposes a carboxylic acid.
  • filters of adsorption type using molecular sieves that capture carboxylic acid or filters of other types such as catalytic reaction type using catalytic decomposition reaction can also be adopted.
  • the scrubber a scrubber of a type in which carboxylic acid is neutralized by liquid treatment, or a scrubber of a type in which vaporized carboxylic acid is dissolved and recovered in a solution can be adopted.
  • the scrubber of the system that dissolves and recovers the vaporized carboxylic acid in the solution inserts the first exhaust pipe connected to the exhaust side of the exhaust pump into the solution in the liquid tank, and the second exhaust gas is installed at the top of the liquid tank. It has the structure which connects a pipe
  • a nitrogen supply pipe 16 for replacing the inside with a nitrogen atmosphere (purge) is connected to the first chamber 2 via a valve 17, and a nitrogen supply pipe 18 is similarly connected to the second chamber 3. It is connected via a valve 19.
  • a heating plate 20 as a heating unit is provided in the first chamber 2.
  • the soldered substrate 100 is placed on the upper surface of the heat plate 20 and heated.
  • the soldered substrate 100 can be disposed on the heat plate 20 through the tray 110 made of metal, ceramic or other material.
  • the tray 110 made of metal, ceramic or other material.
  • substrate 100 is arrange
  • the heat plate 20 can be made of metal, ceramic or other material attached with a heater, and an electric resistance heating element such as a sheathed heater can be adopted as the heater.
  • the heat plate 20 is formed of a carbon plate-like body, and the carbon plate-like body 20 itself is energized to cause the heat plate 20 itself to generate heat. It is desirable to heat the
  • the second chamber 3 is provided with a lid 21 for taking in and out an object to be treated.
  • the soldering processing apparatus 1 includes a transport unit (transport means) 22 that transports the loaded processing target between the first chamber 2 and the second chamber 3.
  • the transport unit 22 includes a hand unit 4 and a moving mechanism (moving unit) 23 for moving the hand unit 4 back and forth.
  • the “hand unit” means a portion on which the processing object is placed when the processing object is transported.
  • the hand 4 is in the form of a plate.
  • the present invention is not limited to this case, and hand parts 4 of various shapes can be adopted.
  • the upper surface of the hand portion 4 be formed flat so as to be in close contact with the lower surface of the substrate 100 or the tray 110 or the like.
  • the hand portion 4 can be formed of metal, ceramic or other material.
  • FIG. 2 shows an example of the hand unit.
  • the hand portion 4 has a flow passage 24 through which the cooling medium flows.
  • a flow passage may be provided inside the hand unit 4.
  • the hand portion has a hand portion main body in which a groove forming a flow passage is formed, and a lid portion joined to the hand portion main body, and the flow passage is completed by joining the lid portion to the hand portion main body You may do so.
  • the flow passage 24 is preferably provided so as to meander in a plane so as to cool a wide range of the hand portion 4.
  • the flow passage 24 may be externally attached to the lower surface side which is the surface opposite to the surface on which the substrate 100 and the tray 100 are to be mounted.
  • the cooling medium flowing in the flow passage 24 may be liquid or gas. However, liquid is desirable from the viewpoint of cooling efficiency, and water is desirable from the viewpoint of handling convenience.
  • the inlet 25 and the outlet 26 of the flow passage 24 preferably extend outside the second chamber via a flexible pipe (not shown) and are connected to an external refrigerant circulating device (not shown) .
  • Such a hand unit 4 is attached to the moving mechanism 23.
  • the moving mechanism 23 is configured to move the hand 4 back and forth between the first chamber 2 and the second chamber 3.
  • the moving mechanism 23 has rails 27 (27a, 27b, 27c) and a moving stage 28 which moves on the rails 27 by motor power.
  • the rail 27 has a first rail portion 27 a located in the first chamber 2, a second rail portion 27 b located in the second chamber 3, and a third rail portion 27 c between them.
  • the third rail portion 27c is attached to the upper portion of the gate valve 5, moves in conjunction with the opening and closing operation of the gate valve 5 between the first chamber 2 and the second chamber 3, and the gate valve 5 In the open state, the first rail portion 27a and the second rail portion 27b are connected to complete the entire rail 27.
  • the moving mechanism 23 is not limited to this case, and the hand unit 4 may be used between the first chamber 2 and the second chamber 3.
  • Other various mechanisms such as a single-axis or multi-axis robot arm may be used as long as they can move.
  • the elevating mechanisms 29, 29 are mechanisms for performing an elevating operation while supporting the substrate 100 and the tray plate 110.
  • the raising and lowering mechanisms 29, 29 can move the objects to be processed, such as the substrate 100 and the tray plate 110 on which the substrate 100 is placed, up and away from the state placed on the upper surface of the heating plate 20 (heating means).
  • the processing object can be moved downward until the processing object is placed on the upper surface of the heating plate 20.
  • the present invention is not limited to this case. As long as it is possible to move up and down in the up and down direction while supporting an object to be treated, etc., it can be adopted as a lifting mechanism.
  • the lid 21 of the second chamber 3 is opened, and the substrate 100 to be processed is introduced into the second chamber 3.
  • the plurality of substrates 100 are loaded while being placed on the tray plate 110.
  • the tray 110 loaded is placed on the upper surface of the hand unit 4.
  • the lid 21 is then closed, as shown in FIG.
  • the valves 6 and 7 are opened, the exhaust pump 8 is driven, and the insides of the first chamber 2 and the second chamber 3 are evacuated.
  • the degree of vacuum can be determined as appropriate, but for example, a vacuum higher than 10000 Pa ( ⁇ 80 Torr) is desirable, and a vacuum higher than 10 Pa ( ⁇ 8 ⁇ 10 -2 Torr) is more preferable. Is desirable. In the present embodiment, the degree of vacuum is set to 6.6 Pa (5 ⁇ 10 ⁇ 2 Torr).
  • the gate valve 5 is opened.
  • the transport unit 22 transports the tray plate 110 from the second chamber 3 to the first chamber 2.
  • the first rail portion 27a, the second rail portion 27b, and the third rail portion 27c are connected, and the rail 27 is completed.
  • the motor power of the moving stage 28 is turned on to move the hand unit 4 into the first chamber 2 along the rail 27.
  • the moving stage 28 continues moving until the hand 4 is positioned above the heat plate 20.
  • the moving stage 28 is shaped so as to straddle the heat plate 20 so as not to contact the heat plate 20.
  • the lifting mechanisms 29, 29 are raised to receive the tray 110 on the hand 4. After the tray 110 is delivered to the elevating mechanism 29, the moving stage 28 returns the hand unit 4 into the second chamber 3.
  • the elevating mechanisms 29, 29 are lowered to place the tray 110 on the heat plate 20.
  • the gate valve 5 is closed, and the state between the first chamber 2 and the second chamber 3 is closed.
  • the carboxylic acid vapor supply system 9 mixes a carrier gas such as hydrogen, a reducing gas such as carbon monoxide, or an inert gas such as nitrogen into the carboxylic acid vapor to form the first chamber 2.
  • a carrier gas such as hydrogen
  • a reducing gas such as carbon monoxide
  • an inert gas such as nitrogen
  • the valve 12 is opened to introduce carrier gas into the closed container 9 for bubbling
  • the valve 10 is adjusted and opened to introduce carboxylic acid vapor into the first chamber 2 together with the carrier gas.
  • formic acid is used as the carboxylic acid.
  • the pressure in the first chamber 2 is introduced, for example, to a predetermined pressure as the carboxylic acid vapor and the carrier gas are introduced.
  • the pressure of the carboxylic acid vapor and the carrier gas is selected from a wide range of several Pa to 1 ⁇ 10 5 Pa in consideration of the degree of oxidation of the surface of the object to be treated.
  • the pressures of the carboxylic acid vapor and the carrier gas can be set by adjusting the opening degree of the valve 10 and the valve 6 or the like.
  • the carboxylic acid vapor exhausted by the exhaust pump 8 exhaust means
  • the heating plate 4 heats the substrate 100 in parallel with the introduction of the carboxylic acid vapor and the carrier gas.
  • the heat plate 20 is formed of a carbon plate-like body, it is possible to cause the heat plate 20 itself to generate heat by energizing the carbon plate-like body 20 itself. According to the configuration in which the carbon sheet 200 itself generates heat, it can be made less susceptible to carboxylic acid, and corrosion resistance can be improved.
  • the heat plate 4 heats the substrate 100 to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder of the substrate 100. For example, when the solder is Sn-3.5Ag (melting point 221 ° C.), the solder is heated to about 230 ° C. to 250 ° C. suitable for soldering.
  • heating is performed to about 330 ° C. to 360 ° C. suitable for soldering. From the viewpoint of preventing voids, it is desirable to introduce carboxylic acid vapor at least before the temperature of the substrate 100 reaches the melting point.
  • the energization to the heat plate 20 is stopped.
  • the valves 10 and 12 are closed to stop the supply of carboxylic acid vapor.
  • the valve 15 is closed to stop the operation of the exhaust pump 8, and the valves 17 and 19 are opened to introduce nitrogen gas to replace the inside of the first chambers 1 and 2 with nitrogen gas.
  • the gate valve 5 is opened. Along with this, the rail 27 is completed. Then, in the first chamber 2, the lifting mechanisms 29, 29 are lifted. The elevating mechanisms 29, 29 separate the tray plate 110 from the heat plate 20 while supporting the tray plate 110 on the heat plate 20. In conjunction with this, the moving stage 28 travels on the rail 27 from the inside of the second chamber 3 into the inside of the first chamber 2. Then, with the tray plate 110 (or the substrate 100 itself if the substrate 100 is not plural, the substrate 100 itself may be separated from the upper surface of the heat plate 20 by the lifting mechanism 29, 29), the moving stage (moving means) 28 The hand portion 4 is inserted between the tray plate 110 and the heat plate 20. At this time, the hand unit 4 does not contact the heat plate 20 itself.
  • the hand portion 4 is provided with a flow passage 24 through which water or other cooling medium circulates. Therefore, when the tray plate 110 (or the substrate 100) is placed on the hand portion 4, the cooling of the substrate 100 is already started. In addition, the hand unit 4 directly cools the substrate 100 itself or the tray plate 110 instead of indirectly cooling the substrate 100 via the heat plate 20, so that it can be rapidly cooled.
  • the transport unit 22 transports the tray plate 110 from the first chamber 2 to the second chamber 3. That is, since the hand unit 4 on which the processing target is placed when transporting the processing target between the first chamber 2 and the second chamber 3 is also used as a cooling plate, while transporting the processing target, Forced cooling can also be continued during the transport time.
  • the tray plate 110 returns into the second chamber 3, the gate valve 5 is closed. Then, the lid 21 is opened, and the substrate 100 after soldering is taken out together with the tray plate 110. Then, if there is a substrate 100 to be processed next, it returns to the state of FIG. 4, and the tray 110 loaded with the substrate 100 is put on the hand unit 4 and the soldering operation is repeated.
  • FIG. 10 shows temperature rising / falling characteristics when the soldering processing apparatus 1 of this embodiment is used
  • FIG. 11 shows a conventional type of soldering processing in which a cooling plate is closely attached to a heating plate provided with a heater as a comparative example. It is a temperature rise and fall characteristic at the time of using a device.
  • a carbon tray plate 110 of 300 ⁇ 300 mm and 5 mm in thickness is placed on a hot plate (carbon heater) of a carbon plate-like body, and The temperature was measured at each of 11 points.
  • the same conditions as shown in FIG. 13 were adopted in the case of the soldering processing apparatus of the present embodiment and in the case of the soldering processing apparatus of the comparative example.
  • soldering processing apparatus of the present embodiment there is no need to indirectly cool the processing object via the hot plate provided with the heating means when rapidly cooling the processing object. Furthermore, rapid cooling becomes possible. That is, it can be understood that the working speed can be increased and the productivity can be enhanced by shortening the temperature lowering time.
  • the hand portion 4 functioning as a cooling plate does not contact the heating plate 20 and the heating plate There is no need to cool 20. Therefore, the next object to be treated can be treated while maintaining the temperature of the heat plate 20 itself at a predetermined temperature or higher, for example, about 70 ° C. to 300 ° C. Therefore, the temperature rise time can also be shortened as necessary. That is, according to the conventional method as described in patent document 1 mentioned above, in order to cool a process target object, it is necessary to cool a hot plate.
  • the processing object it is necessary to cool the processing object from the viewpoint of preventing the oxidation of the solder in the processing object or preventing the burn of the operator, but according to the conventional method, it is also necessary to cool the hot plate.
  • the hot plate it was necessary to lower the heat plate to a normal temperature (20 ⁇ 15 ° C. according to JIS), but according to the solder processing apparatus of this embodiment, the heat plate 20 There is no need to drop to near normal temperature. Therefore, for example, the temperature rising time can be shortened by raising the temperature of the heat plate 20 functioning as the heating means to a temperature range of 70 ° C. or more in advance.
  • FIG. 14 shows the temperature rise and fall temperature characteristics in the case where the object to be treated is delivered by the hand unit 4 functioning as a cooling plate while maintaining the heat plate 20 itself at a temperature of about 270.degree.
  • the vertical axis in FIG. 14 indicates the temperature (° C.), and the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes).
  • dotted lines indicate the temperature of the heat plate 20, and solid lines indicate the temperatures at points 1 to 12 of the tray (object to be processed) shown in FIG.
  • the target temperature is preferably set to 230 ° C. to 250 ° C. suitable for soldering, and is set to 250 ° C. in this embodiment.
  • FIG. 14 shows the temperature rise and fall temperature characteristics in the case where the object to be treated is delivered by the hand unit 4 functioning as a cooling plate while maintaining the heat plate 20 itself at a temperature of about 270.degree.
  • the vertical axis in FIG. 14 indicates the temperature (° C.), and the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes).
  • the heating plate 20 maintains the energization and maintains the heating state. Then, the tray plate (processing object) is placed while maintaining the heat plate 20 itself at about 270 ° C., which is a set temperature higher than the target temperature. At the moment when the tray is placed, the temperature of the heat plate 20 is temporarily lowered to about 230 ° C. because heat is taken away from the tray. However, the temperature returns to the set temperature again by the subsequent temperature control.
  • the processing temperature of the asymmetry is around room temperature by delivering the processing target while maintaining the temperature of the heating plate 20 itself near the target temperature (preferably, a temperature range higher than the target temperature).
  • the time required to raise the temperature to the target temperature 250.degree. C.
  • the time required to raise the temperature from room temperature to the target temperature 250 ° C.
  • the soldering processing apparatus of the present embodiment has the following effects. (1) When the object to be treated is rapidly cooled, the temperature lowering time can be shortened as compared with the case where the object to be treated is indirectly cooled via the heating plate provided with the heating means. (2) The next object to be treated can be treated while maintaining the temperature of the heat plate 20 itself high. Therefore, the temperature rise time can also be shortened as necessary. (3) Since the hand portion 4 which is a component of the transport means can be used also as a cooling plate, the transport time can also be used as a forced cooling period. Moreover, it is not necessary to provide the transport system and the cooling system as separate machine configurations. (4) A carbon plate-like body is adopted as the heat plate 20, and the carbon plate-like body itself can be caused to generate heat by energization to the carbon plate-like body, so that the corrosion resistance can be improved.
  • the above first embodiment has described the case of using the hand unit 4 having the flow passage through which the cooling liquid flows.
  • the hand unit 4 does not have a flow passage through which the cooling liquid flows.
  • FIG. 15 shows a schematic plan view of the inside of the soldering processing apparatus of the second embodiment as viewed from above. Description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
  • the hand portion 4 of the soldering apparatus according to the present embodiment is preferably formed of a material having a high thermal conductivity such as copper (398 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ), and preferably the thermal conductivity is preferably It is desirable to be formed of a substance of 100 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more. And in this embodiment, hand part 4 itself does not have a flow passage through which the cooling fluid flows.
  • a cooling unit (forced cooling means) 30 for forcibly cooling the hand unit 4 is provided in the second chamber 3.
  • the cooling unit 30 has, for example, a cooling path through which a cooling liquid flows like the hand unit in the first embodiment, and may be always cooled or may be air-cooled. It may be cooled by other means.
  • the moving mechanism (in FIG. 15, only the rail portion 27 is shown) not only moves the hand portion 4 back and forth freely between the first chamber 2 (especially, the heat plate 20) and the second chamber 3 , Move the hand unit 4 so as to abut on the cooling unit 30.
  • the soldering processing apparatus of this embodiment performs the following operation.
  • the moving mechanism moves the hand unit 4 onto the cooling unit 30 so as to abut on the cooling unit 30.
  • the hand unit 4 is forcedly cooled.
  • the moving mechanism separates the hand unit 4 from the cooling unit 30.
  • it moves from the second chamber 3 to the first chamber 2 and then receives the tray 100 on which the substrate 100 and the substrate 100 are loaded in the first chamber 2, and the hand unit 4 receives the first chamber 2 from the first chamber 2.
  • the processing object is placed on the chamber 3 and transported.
  • the hand unit 4 whose temperature has been increased by loading and conveying the heating target object is moved to the cooling unit 30 by the hand unit 4 and is forcibly cooled.
  • the hand unit 4 takes the heated processing object out of the first chamber 2 and at least once by the cooling unit 30 until the heated processing object is removed from the first chamber 2. It will be forced cooling.
  • the hand unit 4 can be used to carry the newly introduced processing object from the second chamber 3 to the first chamber 2 in order to heat the treatment object, the second chamber 3 to Since it is not necessary to use the hand unit 4 which is also used as a cooling plate for carrying in to the chamber 2, another hand unit for carrying in is prepared, and the hand unit 4 which is also used as a cooling plate is another The forced cooling can also be continued by the cooling unit 30 in preparation for the next removal even during the loading process by the hand unit.
  • reception and conveyance of a process target object are the same as that of the case of 1st Embodiment described with reference to FIG. 8 and FIG. 9, detailed description is abbreviate
  • the processing object is transported using the hand unit 4 after forced cooling, so that the transport time can also be used as a forced cooling period. . Therefore, the same effect as that of the first embodiment described above is obtained. Further, it is not necessary to circulate the cooling liquid in the hand unit 4 itself, and it is not necessary to arrange a pipe for the cooling liquid in the moving part. Therefore, maintenance of the facility is easy.
  • the hot plate is, as shown in FIG. 16, to keep the object to be treated at a reduction treatment temperature (preferably 130.degree. C. or more, particularly preferably 150.degree. C. or more) lower than the melting point of the solder for several minutes. May be By keeping the temperature at the reduction treatment temperature as described above, the reduction treatment of the solder can be sufficiently performed. As described above, according to the present invention, even when the temperature is maintained at the reduction processing temperature where the reduction processing is promoted, the hand portion 4 functioning as a cooling plate does not come in contact with the heating plate 20 and the heating plate 20 needs to be cooled. Absent. Therefore, the temperature of the heat plate 20 itself can be always maintained at the reduction treatment temperature.
  • a reduction treatment temperature preferably 130.degree. C. or more, particularly preferably 150.degree. C. or more
  • the temperature in the atmosphere of the carboxylic acid vapor before the reduction treatment may be raised by heating in vacuum, or may be raised in an inert gas atmosphere such as nitrogen.
  • the carboxylic acid may be introduced into the first chamber 2 after the reduction treatment temperature is reached.
  • an inert gas atmosphere such as nitrogen, it is advantageous in increasing the heating rate.
  • the inside of the first chamber 2 is once evacuated to an atmosphere of the carrier gas and the carboxylic acid vapor.
  • the evacuating process can be omitted.
  • the inside of the first chamber 2 can be sufficiently replaced with an inert gas such as nitrogen, and carboxylic acid vapor can be introduced into the chamber when reaching a temperature at which the reduction process is promoted.
  • the soldering apparatus has inert gas supply means for supplying an inert gas into the first chamber 2 and / or the second chamber 3 in place of the evacuation means.
  • the insides of the first chamber 2 and the third chamber 3 are replaced with nitrogen gas, and the temperature is lowered in the nitrogen gas atmosphere to be treated It is not limited to the case of taking things out. Certainly, it is preferable to lower the temperature in the nitrogen gas atmosphere to remove the object to be treated from the viewpoint of accelerating the temperature reduction rate, but if necessary it may be cooled in vacuum to avoid surface oxidation. It is also possible to take out the object to be processed from the first chamber 2 to the second chamber 3 without exhausting the carboxylic acid atmosphere.
  • the soldering substrate is taken as an example of the processing object, and the soldering processing apparatus is taken as an example of the heating and melting processing apparatus.
  • the present invention is not limited to this case.
  • the present invention can be applied as long as the processing object including the solder is subjected to the heating and melting processing of the solder.
  • it can be used for a solder ball forming apparatus which melts solder and forms solder balls and the like, and other heating and melting processing apparatuses.
  • the substrate is not limited to the soldered substrate.
  • the heating and melting processing apparatus having the first chamber and the second chamber has been described, but the present invention is not limited to this case.
  • the hand portion of the conveyance means can also be used as a cooling plate by conveying from the first chamber to the outside of the apparatus and taking it out.
  • the heating and melting treatment apparatus may have three or more chambers. For example, there is a loading side chamber for loading a processing target before heat treatment into the first chamber, and a discharge side chamber for unloading the processing target after heat treatment from the inside of the first chamber. It may be done.
  • the hand part for conveying the processing target after heating among a plurality of hand parts can also be used as a cooling plate.
  • a heating and melting processing apparatus that performs heating and melting processing on a processing target including solder in an atmosphere including carboxylic acid vapor, and a hand unit for mounting and transporting the processing target on which the heating and melting processing is performed is used as a cooling plate.
  • the present invention can be applied as long as it is used in combination.

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Abstract

【課題】処理対象物を直接的に冷却することができ、別途の冷却板を設置する必要がない加熱溶融処理装置を提供する。 【解決手段】　本発明の加熱溶融処理装置は、半田を含む処理対象物１００についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する加熱溶融処理装置１であって、加熱溶融処理した処理対象物１００を載せて搬送するためのハンド部４を冷却板として兼用する。

Description

加熱溶融処理装置および加熱溶融処理方法
　本発明は、半田を含む処理対象物を加熱溶融処理するための加熱溶融処理装置およびその方法に関する。
　半田付け処理装置や半田ボールの成形装置などのように、半田を含む処理対象物を加熱溶融処理するための加熱溶融処理装置が広く用いられている。特に、フラックスを用いることなく半田付け処理や半田ボール成形処理を可能とするために、ギ酸その他のカルボン酸を用いる加熱溶融処理装置が知られている（特許文献１、２）。
　これらの加熱溶融処理装置では、半田が溶融してから冷却するまでの時間を短縮することが、作業速度の向上の見地から要求される。この点、特許文献１に記載の装置では、加熱手段を備えている熱板の下方に、冷却板を昇降可能に設け、冷却時には、冷却板を熱板の下面に密着させることによって、半田付け基板を強制冷却する。
特開平１１－２３３９３４号公報 特開２００１－２４４６１８号公報
　しかしながら、上記の従来の加熱溶融処理装置では、半田付け基板など処理対象物自体に冷却板を密着させるのではなく、加熱手段が設けられた熱板に冷却板を密着させるものにすぎない。
　したがって、この従来技術の加熱溶融処理装置は、熱板を介して間接的に処理対象物を冷却できるにすぎず、処理対象物自体を直接的に冷却することができないという問題がある。さらに、処理対象物をチャンバ内に出し入れするための搬送手段のほかに、別途の冷却板を移動可能に設置する必要があるという問題がある。
　そこで本発明は、処理対象物を直接的に冷却することができ、別途の冷却板を設置する必要がない加熱溶融処理装置を提供することを目的とする。
　本発明の加熱溶融処理装置は、半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する加熱溶融処理装置であって、前記加熱溶融処理した処理対象物を載せて搬送するためのハンド部を冷却板として兼用することを特徴とする。
　本発明の加熱溶融処理方法は、半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する段階と、前記加熱溶融処理した処理対象物を、冷却板として兼用されるハンド部に載せて搬送する段階と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、加熱手段を備えた熱板を介して処理対象物を間接的に冷却する場合に比べて、急速冷却が可能となり、作業速度を高めて生産性を高めることができる。
本発明の第１実施形態の半田付け処理装置を示す概略断面図である。 図１の半田付け処理装置のハンド部を示す平面図（Ａ）とＡ－Ａ断面図（Ｂ）である。 図１の半田付け処理装置による半田付け処理の工程を示す概略断面図である。 図３に後続する工程を示す概略断面図である。 図４に後続する工程を示す概略断面図である。 図５に後続する工程を示す概略断面図である。 図６に後続する工程を示す概略断面図である。 図７に後続する工程を示す概略断面図である。 図８に後続する工程を示す概略断面図である。 図１の半田付け処理装置による昇降温特性を示す図である。 比較例の半田付け処理装置による昇降温特性を示す図である。 図１０および図１１の昇降温特性の温度分布測定位置を示す図である。 図１０および図１１の昇降温特性の測定の際のプロセス条件を示す図である。 加熱状態を維持したまま、処理対象物を受け渡す場合における図１の半田付け処理装置による昇降温特性を示す図である。 第２の実施形態の半田付け処理装置の内部を上方から見た概略断面図である。 本発明の変形例における昇温特性の一例を示す図である。
　＜第１の実施形態＞
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　図１は、本発明の加熱溶融処理装置を半田付け処理装置として適用した場合の第１の実施形態を示している。半田付け処理装置１は、第１チャンバ２と、第２チャンバ３とを有し、これらの間で処理対象物たる半田付け基板を載せて搬送するハンド部４を冷却板としても兼用するものである。
　ここで、第１チャンバ２と第２チャンバ３とは、開閉可能なゲートバルブ５を介して連結されている。ゲートバルブ５を閉じることで、ゲートバルブ５の一部をなす板状の遮蔽部材により第１チャンバ２と第２チャンバ３とを隔離することができる。また、ゲートバルブ５を開くことで、第１チャンバ２及び第２チャンバの外部からの密封性を保ったまま、第１チャンバ２と第２チャンバ３とを互いに導通させることができる。ここで、例えば、ゲートバルブ５の一部をなす遮蔽部材をシール材５５を通して第１チャンバ２又は第２チャンバ３の内外へスライドさせることで、ゲートバルブ５の上記機能を実現することができる。シール材としては、例えば、Ｏリングを用いて構成することができる。第１チャンバ２は、半田を含む処理対象物である半田付け基板１００を半田付けするための処理室をなし、第２チャンバ３は、半田付け基板１００を投入するためのロードロック室をなす。なお、半田付け基板１００は、表面に複数の半田バンプが形成されているチップを少なくとも含む一対のチップであってもよく、この場合、前記半田付け処理として、前記一対のチップを前記半田バンプ同士または前記半田バンプと電極とを介して積層して接合するフリップチップボンディング処理が実行される。つまり、フリップチップボンディング処理を採用する場合は、第１のチップと第２のチップの双方の表面に半田バンプが形成され、これら半田バンプ同士を介して第１のチップと第２のチップとが半田接合されてもよく、第１のチップの表面に半田バンプが形成される一方、第２のチップの表面に電極部が形成され、第１のチップの半田バンプと第２のチップの電極部とを介して第１のチップと第２のチップとが半田接合されてもよい。
　以上の説明では、第１のチップと第２のチップの双方を半田接合する場合について述べたが、これ以外に、表面に複数の半田バンプが形成されているチップとウェハーの相互を半田接合すること、または、表面に複数の半田バンプが形成されている複数のウェハー同士を相互に半田接合することも考えられる。
　＜給排気系について＞
　まず、第１チャンバ２および第２チャンバ３へ接続される給排気系について説明する。第１チャンバ２および第２チャンバ３には、それぞれバルブ６、７を介して排気ポンプ（真空ポンプ）８が接続されている。この排気ポンプ８は、第１チャンバ内および第２チャンバ内を減圧するための排気手段である。なお、本実施形態では、第１チャンバ２および第２チャンバ３用の排気手段として、１つの排気ポンプ８が設けられているが、本実施形態と異なり、それぞれのチャンバ２、３に別個独立した排気ポンプを設けてもよい。
　また、第１チャンバ２には、フラックスなしで半田付けを可能とするためにカルボン酸蒸気の供給系（カルボン酸供給手段）９がバルブ１０を介して接続される。カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブチリック酸、バレリック酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、アクリル酸、サリチル酸、乳酸等を用いることができる。
　カルボン酸蒸気の供給系９は、水素、一酸化炭素のような還元性ガス、または窒素のような不活性ガス等のキャリアガスをカルボン酸蒸気に混合して第１チャンバ２内に導入する。カルボン酸蒸気の供給系９は、カルボン酸の液体を収容した密閉容器１１を有し、その密閉容器１１には、バルブ１２を介してキャリアガスを供給するキャリアガス供給管１３が接続されている。キャリアガス供給管１３は、容器１１内において気泡を発生（バブリング）させるためのバブリング部１４に接続される。なお、容器１１の周辺には、カルボン酸の液体を温めるためのヒータを設けてもよい。ヒータは、カルボン酸の液体を一定の温度に保つ。このように、キャリアガスを併用することにより、第１チャンバ２内へのカルボン酸蒸気の導入が容易になり、かつ十分に気化していない状態のカルボン酸が処理対象物上に付着して残渣を生じさせることを防止することができる。
　なお、本実施形態と異なり、キャリアガスを用いることなく、カルボン酸の液体を収容した密閉容器１１を第１チャンバ２に連通させることにより、その蒸気を第１チャンバ２内に導入するようにしてよい。また、カルボン酸の液体を収容した密閉容器１１を第１チャンバ２に連通させる途中でキャリアガスを混合するようにしてもよい。これらの場合、その蒸発量は、第１チャンバ２内のガス圧力に依存する。
　また、第１チャンバ２内にカルボン酸を加熱して気化させるカルボン酸加熱手段（不図示）を設けておき、カルボン酸の液体を供給管（不図示）を介して前記第１チャンバ内のカルボン酸加熱手段に供給することもできる。この場合、第１チャンバ２内でカルボン酸加熱手段が、液体のカルボン酸を加熱して気化することによって、カルボン酸蒸気雰囲気が提供されることになる。
　次に、カルボン酸回収部について説明する。本実施形態の半田付け処理装置１は、排気ポンプ８の吸気又は排気側に設けられ又は取り付けられて、気化したカルボン酸を回収するカルボン酸回収部（回収機構）１５を有する。カルボン酸回収部１５は、排気ポンプ８の吸気側または排気側に取り付けられるフィルタであってもよく、排気側に取り付けられるスクラバであってもよい。フィルタとしては、Ｃａ（ＯＨ）２などの混合物を用いたアルカリ固形物による中和方式のフィルタやカルボン酸を熱分解する熱分解方式のフィルタを採用することができる。また、カルボン酸を捕捉するモレキュラーシーブを用いた吸着方式のフィルタ、または触媒分解反応を用いた触媒反応方式などその他の方式のフィルタを採用することもできる。一方、スクラバとしては、カルボン酸を液体処理により中和する方式のスクラバ、または気化したカルボン酸を溶液に溶かして回収する方式のスクラバを採用することができる。気化したカルボン酸を溶液に溶かして回収する方式のスクラバは、排気ポンプの排気側に連結された第１の排気管を液槽内の溶液に挿入するとともに、液槽の上部に第２の排気管を接続する構成を有する。
　さらに、第１チャンバ２には、内部を窒素雰囲気に置換（パージ）するための窒素供給管１６がバルブ１７を介して接続されており、第２チャンバ３には、同様に窒素供給管１８がバルブ１９を介して接続されている。
　＜加熱手段について＞
　次に、第１チャンバ２内に設けられる加熱手段について説明する。
　第１チャンバ２内には、加熱手段としての熱板２０が設けられている。熱板２０の上面には、半田付け基板１００が載せられ加熱される。しかしながら、半田付け基板１００の個数が多い場合などは、金属、セラミックその他の材料で形成されたトレー板１１０を介して半田付け基板１００を熱板２０上に配置することもできる。図１では、トレー板１１０を介して半田付け基板１００が配置される場合を例示する。したがって、以下の説明では、説明の便宜上、半田付け基板１００のみならずトレー板１１０を処理対象物と称する場合がある。
　なお、熱板２０としては、ヒータが附設された金属、セラミックスその他の材料で構成することができ、ヒータとしてはシーズヒータのような電気抵抗発熱体を採用することができる。しかしながら、より好適には、耐食性を向上する見地から、熱板２０をカーボン板状体で形成し、このカーボン板状体２０自体に通電することによって、熱板２０自体を発熱させて処理対象物を加熱することが望ましい。
　＜搬送部などについて＞
　次に、本実施形態の半田付け処理装置における搬送部について説明する。
　第２チャンバ３には、処理対象物を出し入れするめの蓋２１が設けられている。そして、半田付け処理装置１は、投入された処理対象物を第１チャンバ２と第２チャンバ３との間で搬送する搬送部（搬送手段）２２を具える。
　搬送部２２は、ハンド部４と、ハンド部４を進退自在に移動するための移動機構（移動手段）２３とを有する。ここで、本出願において、「ハンド部」とは、処理対象物を搬送する際に、この処理対象物を載せる部分を意味する。本実施形態では、ハンド部４は、板状体をしている。しかしながら、この場合に限られるものではなく、種々の形状のハンド部４を採用することができる。また、冷却効率を高める見地からは、ハンド部４の上面は、基板１００あるいはトレー板１１０などの下面に密着できるように平坦に形成されることが望ましい。ハンド部４は、金属、セラミックその他の材料で形成することができる。
　図２は、ハンド部の一例を示す。ハンド部４は、冷却用媒体が内部を流通する流通路２４を有する。図２に示す例では、ハンド部４の内部に流通路を設けてもよい。たとえば、ハンド部は、流通路をなす溝が形成されたハンド部本体と、ハンド部本体に接合される蓋部とを有し、ハンド部本体に蓋部を接合することで流通路が完成するようにしてもよい。流通路２４は、ハンド部４の広い範囲を冷却するべく面内で蛇行するように設けられることが望ましい。なお、本実施形態と異なり、基板１００やトレー板１００を載せる面と反対側の面である下面側に流通路２４を外付けしてもよい。流通路２４内を流れる冷却用媒体は、液体でも気体でもよい。しかしながら、冷却効率の観点からは液体であることが望ましく、特に取り扱いの便宜の見地からは水が望ましい。流通路２４の流入口２５および流出口２６は、好ましくは、可撓性を有する管（不図示）を介して第２チャンバの外部に延びて外部の冷媒循環装置（不図示）に接続される。
　このようなハンド部４は、移動機構２３に取り付けられている。移動機構２３は、第１チャンバ２と第２チャンバ３との間で前記ハンド部４を進退自在に移動するものである。図１では、移動機構２３は、レール２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ）と、当該レール２７上をモータ動力で移動する移動ステージ２８とを有する。レール２７は、第１チャンバ２内に位置する第１レール部２７ａと、第２チャンバ３内に位置する第２レール部２７ｂと、それらの間にある第３レール部２７ｃとを有する。なお、第３レール部２７ｃは、ゲートバルブ５の上部に取り付けられており、第１チャンバ２と第２チャンバ３との間のゲートバルブ５の開閉動作に連動して移動し、ゲートバルブ５が開いた状態で、第１レール部２７ａと第２レール部２７ｂとを連結して全体のレール２７を完成させる。
　なお、本実施形態では、レール２７と移動ステージ２８とを移動機構２３として用いたが、移動機構は、この場合に限られず、ハンド部４を第１チャンバ２と第２チャンバ３との間で移動可能であるものである限り、一軸または多軸のロボットアームなどその他の各種機構であってもよい。
　次に、第１チャンバ２内において、ハンド部４との間で処理対象物を受け渡すために処理対象物を昇降する昇降機構について説明する。図１に示すように、昇降機構２９、２９は、基板１００やトレー板１１０を支持しつつ昇降動作をするための機構である。昇降機構２９、２９は、基板１００や基板１００が載せられたトレー板１１０など処理対象物を熱板２０（加熱手段）の上面に置かれた状態から離間させるように上昇移動させることができる。また、逆に熱板２０から離間した状態で処理対象物を受け取った後、熱板２０の上面に処理対象物を載置する状態となるまで処理対象物を下降移動させることができる。
本実施形態では、棒形状の昇降桿を昇降機構２９、２９として用いる場合を説明したが、この場合に限られない。処理対象物などを支持しつつ上下方向に昇降動作することが可能である限り、昇降機構として採用することができる。
　次に、以上のように構成される本実施形態の半田付け処理装置１の動作について説明する。
　まず、図３に示されるように、第２チャンバ３の蓋２１が開かれて、処理対象物である基板１００が第２チャンバ３内に投入される。本実施形態では、複数の基板１００が、トレー板１１０に載せられた状態で投入される。投入されたトレー板１１０は、ハンド部４の上面に載せられる。
　次いで、図４に示されるように、蓋２１が閉じられる。バルブ６、７が開かれて排気ポンプ８が駆動され、第１チャンバ２および第２チャンバ３内が真空排気される。真空度は、適宜に決定することができるが、たとえば、１００００Ｐａ（≒８０Ｔｏｒｒ）よりも高真空にすることが望ましい、さらに好もしくは１０Ｐａ（≒８×１０－２Ｔｏｒｒ）よりも高真空にすることが望ましい。本実施形態では、真空度を、６．６Ｐａ（５×１０－２Ｔｏｒｒ）としている。
　次に、図５に示されるように、ゲートバルブ５を開く。そして、搬送部２２が第２チャンバ３から第１チャンバ２へとトレー板１１０を搬送する。具体的には、ゲートバルブ５が開かれるのに連動して、第１レール部２７ａ、第２レール部２７ｂ、第３レール部２７ｃが繋がった状態となり、レール２７が完成する。そして、移動ステージ２８のモータ動力がオンされレール２７に沿ってハンド部４を第１チャンバ２内へと移動させる。移動ステージ２８は、ハンド部４が熱板２０の上方に位置するまで移動を続ける。たとえば、移動ステージ２８は、熱板２０と接触しないように熱板２０を跨ぐような形状をしている。
　次いで、図６に示されるように、昇降機構２９、２９が上昇してハンド部４上のトレー板１１０を受け取る。トレー板１１０を昇降機構２９，２９に受け渡した後、移動ステージ２８は、ハンド部４を第２チャンバ３内へ戻す。
　次いで、図７に示されるように、昇降機構２９、２９が降下して、トレー板１１０を熱板２０上に載置する。これとともに、ゲートバルブ５が閉じられて、第１チャンバ２と第２チャンバ３との間が閉鎖された状態となる。
　この状態で、カルボン酸蒸気の供給系９は、水素、一酸化炭素のような還元性ガス、または窒素のような不活性ガス等のキャリアガスをカルボン酸蒸気に混合して第１チャンバ２内に導入する。具体的には、バルブ１２を開いてキャリアガスを密閉容器９内に導入してバブリングし、バルブ１０を調整しつつ開いて、キャリアガスとともにカルボン酸蒸気を第１チャンバ２内に導入する。本実施形態では、カルボン酸としてギ酸を用いている。
　第１チャンバ２内の圧力は、カルボン酸蒸気およびキャリアガスの導入に伴って、たとえば、所定の圧力まで導入する。具体的には、カルボン酸蒸気およびキャリアガスの圧力は、処理対象物の表面の酸化の程度を考慮して、数Ｐａ～１×１０５Ｐａまでの広い範囲の中から選択される。カルボン酸蒸気およびキャリアガスの圧力は、バルブ１０およびバルブ６の開度などを調整することによって設定することができる。なお、排気ポンプ８（排気手段）によって排気されたカルボン酸蒸気は、排気手段の吸気又は排気側に設けられ又は取り付けられて、気化したカルボン酸を回収するカルボン酸回収部（回収機構）１５によって回収されて、無害化される。
　このようなカルボン酸蒸気およびキャリアガスの導入に並行して熱板４により基板１００の加熱がなされる。熱板２０をカーボン板状体で形成した場合には、このカーボン板状体２０自体に通電することによって、熱板２０自体を発熱させることが可能である。カーボン板状体２００自体を発熱させる構成によれば、カルボン酸に侵されにくくすることができ、耐食性を向上させることができる。熱板４は、基板１００の半田の融点以上の温度となるまで、基板１００を加熱する。たとえば、半田がＳｎ－３．５Ａｇ（融点２２１℃）である場合には、半田付けに適した２３０℃～２５０℃程度まで加熱する。Ｐｂ－５Ｓｎ(融点３１４℃)である場合には、半田付けに適した３３０℃～３６０℃程度まで加熱する。なお、ボイドを防止する観点からは、カルボン酸蒸気は、基板１００の温度が融点に達する前には少なくとも導入することが望ましい。
　たとえば、所定時間（たとえば、５分～１０分程度）が経過すると、熱板２０への通電を停止する。そして、バルブ１０、１２を閉めてカルボン酸蒸気の供給を停止する。次いで、バルブ１５を閉じて排気ポンプ８の運転を停止し、バルブ１７、１９を開いて窒素ガスを導入して第１チャンバ１、２の内部を窒素ガスで置換する。
　次に、図８に示されるように、ゲートバルブ５を開く。これに伴ってレール２７が完成する。そして、第１チャンバ２内においては、昇降機構２９、２９が上昇する。昇降機構２９、２９は、熱板２０上のトレー板１１０を支持しつつトレー板１１０を熱板２０から離間させる。これに連動して、移動ステージ２８が、第２チャンバ３内から第１チャンバ２内へとレール２７上を走行する。そして、昇降機構２９、２９によってトレー板１１０（あるいは、基板１００が複数でないならば、基板１００自身でもよい）が熱板２０の上面から離間された状態で、移動ステージ（移動手段）２８は、ハンド部４をトレー板１１０と熱板２０との間に挿入する。このとき、ハンド部４は、熱板２０自身には接触しない。
　次いで、昇降機構２９、２９が下降し、トレー板１１０をハンド部４上に受け渡す。ハンド部４は、流通路２４が設けられており、その流通路２４の内部を水その他の冷却用媒体が循環している。したがって、ハンド部４上にトレー板１１０（あるいは基板１００）が載置された時点で、既に基板１００の冷却が開始される。しかも、ハンド部４は、熱板２０を介して基板１００を間接的に冷却するのではなく、基板１００自体あるいはトレー板１１０を直接に冷却するので、急速に冷却することができる。
　次いで、図９に示されるように、搬送部２２は、第１チャンバ２から第２チャンバ３へとトレー板１１０を搬送する。すなわち、第１チャンバ２と第２チャンバ３との間で処理対象物を搬送する際に処理対象物を載せるハンド部４が、冷却板としても兼用されるので、処理対象物を搬送しつつ、その搬送時間も強制冷却を継続することができる。第２チャンバ３内にトレー板１１０が戻ると、ゲートバルブ５を閉じられる。そして、蓋２１を開いて半田付けを終わった基板１００をトレー板１１０ごと取り出す。そして、次に処理する基板１００があれば、図４の状態に戻り、基板１００を載せたトレー板１１０をハンド部４上に投入し、半田付け操作を繰り返す。
　以上のような処理を行う半田付け処理装置を用いた効果について説明する。図１０は、本実施形態の半田付け処理装置１を用いた場合の昇降温特性であり、図１１は、比較例として、ヒータを備える熱板に冷却板を密着させる従来のタイプの半田付け処理装置を用いた場合の昇降温特性である。なお、測定は、図１２に示すように、カーボン板状体の熱板（カーボンヒータ）上に、３００×３００ｍｍで厚さ５ｍｍのカーボンのトレー板１１０を載せ、トレー板１１０の点１～点１１の各点で温度を測定した。また、プロセス条件としては、本実施形態の半田付け処理装置の場合も比較例の半田付け処理装置の場合も、図１３に示すような同一の条件を採用した。
　図１１に示されるように、従来のタイプの半田付け処理装置では、トレー板１１０上の温度が２５０℃から５０℃になるまでに１６分程度の時間が必要であったのに対し、本実施形態の半田付け処理装置では、トレー板１１０上の温度が２５０℃から５０℃になるまで３分程度の時間で足りた。また、カーボン板状体を採用して、カーボン板状体への通電によってカーボン板状体自体を発熱させることができるので、測定点１～１１の各温度分布が均一であった。
　このように、本実施形態の半田付け処理装置によれば、処理対象物を急速冷却する際に、加熱手段を備えた熱板を介して処理対象物を間接的に冷却する必要がないので、さらに急速冷却が可能となる。つまり、降温時間を短縮することにより、作業速度を高めて生成性を高めることができることがわかる。
　なお、上述した条件では、室温から昇温を開始する場合を説明したが、本実施形態の半田処理装置によれば、冷却板として機能するハンド部４が熱板２０に接触せず、熱板２０を冷却する必要がない。したがって、熱板２０自体の温度を所定温度以上、たとえば、７０℃～３００℃程度に維持したまま、次の処理対象物の処理を行うことができる。したがって、必要に応じて、昇温時間についても短縮することもできる。つまり、上述した特許文献１に記載されているような従来の方法によれば、処理対象物を冷却するために熱板を冷却する必要がある。つまり、処理対象物における半田の酸化を防止したり、オペレータの火傷などを防止したりする見地から処理対象物を冷却する必要があるが、従来の方法によれば、熱板までも冷却する必要がある。この結果、従来の方法によれば、熱板を常温（ＪＩＳ規格によれば２０±１５℃）近くまで下降する必要があったが、本実施形態の半田処理装置によれば、熱板２０を常温近くまで下降する必要がない。したがって、たとえば、加熱手段として機能する熱板２０の温度を、予め７０℃以上の温度範囲に上げておくことで、昇温時間を短縮することができる。
　図１４は、熱板２０自体を２７０℃程度の温度に維持したまま、冷却板として機能するハンド部４により処理対象物を受け渡す場合における昇降温特性を示している。図１４の縦軸は温度（℃）を示し、横軸は経過時間（分）を示している。なお、図１４において、点線は熱板２０の温度を示し、各実線は、図１２に示すトレー板（処理対象物）の点１～点１２の各点での温度を示す。図１４では、目標温度は、半田付けに適した２３０℃～２５０℃に設定することが望ましく、本実施例では、２５０℃に設定している。図１４に示される例では、処理対象物が載せられていない場合にも、熱板２０は通電を維持して加熱状態を保つ。そして、熱板２０自体を目標温度よりも高い設定温度である２７０℃程度に維持したまま、トレー板（処理対象物）が載せられる。このトレー板を載せた瞬間は、トレー板に熱が奪われるので、熱板２０の温度は一旦は２３０℃程度まで低下する。しかし、その後の温度制御により再び設定温度に復帰する。
　図１４に示されるように、熱板２０自体の温度を目標温度付近（好ましくは、目標温度より高い温度領域）に維持したまま処理対照物を受け渡すことにより、非対称物の処理温度を室温付近から目標温度（２５０℃）まで昇温するのに要する時間を短縮することができる。図１４に示す場合には、室温から目標温度（２５０℃）までに昇温するのに要する時間は、１分程度に抑えられている。なお、図１１のように熱板２０自体の温度を昇降する制御をする場合には室温付近から目標温度まで昇温するのに５分程度かかっていることと比較すると、図１４に示すように、熱板２０自体の温度を目標温度付近（好ましくは、目標温度より高い温度）に維持したまま処理対照物を受け渡すことによって、大幅な処理時間の短縮が可能であることがわかる。
　また、図１４に示されるように、熱板２０自体の温度を目標温度付近（好ましくは、目標温度より高い温度）に維持したまま処理対照物を受け渡す場合には、図１１に示されるように熱板２０自体の温度の昇降する場合と比べて、熱板２０の温度がオーバーシュートすることがない。したがって、制御も容易になる。
　以上、図１４に示したように、本実施形態の半田付け処理装置は、処理対象物を急速冷却する際に、加熱手段を備えた熱板を介して処理対象物を間接的に冷却する必要がないので、さらに急速冷却が可能となる。つまり、降温時間を短縮することにより、作業速度を高めて生成性を高めることができることがわかる。
　以上のように本実施形態の半田付け処理装置は、以下の効果を奏する。
（１）処理対象物を急速冷却する際に、加熱手段を備えた熱板を介して処理対象物を間接的に冷却する場合に比べて、降温時間を短縮することができる。
（２）熱板２０自体の温度を高いまま維持しつつ、次の処理対象物の処理を行うことができる。したがって、必要に応じて、昇温時間についても短縮することもできる。
（３）搬送手段の構成部分であるハンド部４を冷却板として兼用することができるので、搬送時間をも強制冷却期間として利用することができる。また、搬送系と冷却系とを別々の機械構成として設ける必要がなくなる。
（４）熱板２０として、カーボン板状体を採用して、カーボン板状体への通電によってカーボン板状体自体を発熱させることができるので、耐腐食性を向上することができる。
　＜第２の実施形態＞
　上記の第１の実施形態では、冷却用液体が内部を流通する流通路を有するハンド部４を用いる場合を説明した。第２の実施形態では、ハンド部４は、冷却用液体が内部を流通する流通路を有しない。
　図１５は、第２の実施形態の半田付け処理装置の内部を上方から見た概略平面図を示す。なお、第１の実施形態と同様の構成について説明を省略する。本実施形態の半田付け装置のハンド部４は、銅（３９８ Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１）などのように熱伝導率が大きい物質で形成されることが望ましく、好ましくは熱伝導率が１００Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１以上の物質で形成されることが望ましい。そして、本実施形態では、ハンド部４自体は、冷却用液体が流通する流通路を有しない。
　図１５に示されるように、第２チャンバ３内には、ハンド部４を強制冷却する冷却部（強制冷却手段）３０を有する。冷却部３０は、たとえば、第１の実施形態におけるハンド部のように冷却用液体が流通する冷却路を有しており常に冷却されていてもよく、また、空冷されていてもよく、ペルチェ冷却など他の手段により冷却されていてもよい。
　移動機構（図１５では、レール部２７のみを示している）は、第１チャンバ２（特に、熱板２０）と第２チャンバ３との間でハンド部４を進退自在に移動させるのみならず、ハンド部４を冷却部３０上に当接させるように移動させる。
　本実施形態の半田付け処理装置は、以下のような動作を行う。まず、移動機構は、ハンド部４を冷却部３０上に移動させて、冷却部３０に当接させる。冷却部３０に当接されることによって、ハンド部４は強制冷却される。そして、移動機構は、ハンド部４を冷却部３０から離間させる。そして、第２チャンバ３から第１チャンバ２へと移動し、次いで、第１チャンバ２において基板１００や基板１００が載せられたトレー板１１０を受け取り、ハンド部４は、第１チャンバ２から前記第２チャンバ３へと処理対象物を載せて搬送する。そして、加熱済みの処理対象物を載せて搬送することによって温度が高まってしまったハンド部４は、ハンド部４を冷却部３０上に移動されて強制冷却される。つまり、ハンド部４は、加熱された処理対象物を第１チャンバ２から取り出した後、加熱された処理対象物を第１チャンバ２から取り出すまでの間に、少なくとも１回は、冷却部３０により強制冷却されることとなる。なお、新たに投入された処理対象物を加熱処理するために第２チャンバ３から第１チャンバ２へ搬入する場合にもハンド部４を用いることはできるが、このように第２チャンバ３から第１チャンバ２への搬入には冷却板として兼用されるハンド部４を用いる必要はないので、搬入用の別のハンド部を用意しておき、冷却板として兼用されるハンド部４は、別のハンド部による搬入処理の間も、次の取り出しに備えて冷却部３０により強制冷却を継続することもできる。なお、処理対象物の受け取りと搬送は、図８および図９を参照しつつ説明した第１の実施形態の場合と同様であるので、詳しい説明を省略する。
　以上のように本実施形態の半田付け処理装置も、強制冷却した後のハンド部４を用いて処理対象物を搬送するので、搬送時間をも強制冷却期間として利用することができるという効果を奏する。したがって、上記の第１の実施形態の場合と同様の効果を奏する。また、ハンド部４自体には、冷却用液体を循環させる必要がなく、移動する部分には冷却用液体の管を配置する必要がない。したがって、設備のメンテナンスが容易である。
　＜変形例＞
　第１の実施形態の昇温過程では、（ア）第１チャンバ２および第２チャンバ３内を真空排気し、（イ）第１チャンバ２内に、キャリアガスをカルボン酸蒸気に混合して第１チャンバ２内に導入しつつ、キャリアガスとカルボン酸蒸気の雰囲気中で基板の加熱をし、還元処理をしつつ半田の融解をした。また、第１の実施形態の降温過程では、（ウ）第１チャンバ２内からカルボン酸蒸気とキャリアガスの混合ガスを排気して、（エ）第１チャンバ２および第３チャンバ３内を窒素ガスで置換した後、窒素ガス雰囲気中で、第１チャンバ２から第２チャンバ３へ処理対象物を搬出した。また、図１３に示すように、昇温過程において温度を常に上昇する場合を例にとって説明した。
　しかし、本発明は、この場合に限られない。熱板は、図１６に示されるように、処理対象物を半田の融点よりも低い還元処理温度（好ましくは１３０℃以上、特に好ましくは１５０℃以上）に数分程度の間、保持するようにしてもよい。このように還元処理温度に保持することによって、十分に半田の還元処理をすることができる。このように還元処理が促進される還元処理温度に保持する場合においても、本発明によれば、冷却板として機能するハンド部４が熱板２０に接触せず、熱板２０を冷却する必要がない。したがって、熱板２０自体の温度を常に、還元処理温度に保持しておくこともできる。
　また、還元処理する前の時点では、カルボン酸蒸気の雰囲気中で昇温する必要は必ずしもない。たとえば、還元処理温度になるまでの間は、真空中で昇温加熱してもよく、窒素など不活性ガス雰囲気中で昇温加熱してもよい。これらの場合、還元処理温度に達した後に、第１チャンバ２内にカルボン酸を導入すればよい。窒素など不活性ガス雰囲気中で昇温する場合には、昇温速度を高める点で有利である。
　さらに、第１の実施形態では、第１チャンバ２内をキャリアガスとカルボン酸蒸気の雰囲気とする前に、一旦、真空排気する場合を説明した。確かに、第１チャンバ２内の酸素を低減するためには、一旦、真空排気することが望ましいが、必要に応じて、真空排気処理を省略することもできる。たとえば、窒素などの不活性ガスにより第１チャンバ２内を十分に置換し、還元処理が促進される温度に到達する時点で、カルボン酸蒸気をチャンバ内に導入することもできる。この場合、半田付け装置は、真空排気手段に代えて、第１チャンバ２内および／または第２チャンバ３内に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段を有することになる。
　また、降温過程においても、第１実施形態のように、カルボン酸雰囲気を排気した後、第１チャンバ２および第３チャンバ３内を窒素ガスで置換し、窒素ガス雰囲気中で降温して処理対象物を取り出す場合に限られるわけではない。確かに、窒素ガス雰囲気中で降温して処理対象物を取り出すことは、降温することは降温速度を速める見地からは好ましいが、必要に応じて表面の酸化を避けるべく真空中で降温してもよく、カルボン酸雰囲気を排気しないまま第１チャンバ２から第２チャンバ３へと処理対象物を取り出すようにすることもできる。
　以上のように本発明の実施形態および変形例について説明したが、これらに本発明は限定されるものではない。
　たとえば、上記の説明では、処理対象物として半田付け基板を例にとるとともに、加熱溶融処理装置として半田付け処理装置を例にとって説明したが、本発明は、この場合に限られない。本発明は、半田を含む処理対象物について半田の加熱溶融処理するものである限り適用することができる。たとえば、半田を溶融して半田ボールなどを成形する半田ボール成形装置、その他の加熱溶融処理装置に利用することができる。また、基板は、半田付け基板に限られない。
　また、以上の説明では、第１チャンバと第２チャンバとを有する加熱溶融処理装置を説明したが、本発明はこの場合に限れない。半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する加熱溶融処理装置において、第１チャンバから装置外部に搬送して取り出す搬送手段のハンド部を冷却板として兼用することもできる。また、加熱溶融処理装置は、３つ以上のチャンバを有していてもよい。たとえば、加熱処理前の処理対象物を第１チャンバ内に投入するための投入側チャンバと、加熱処理後の処理後の処理対象物を第１チャンバ内から搬出するための搬出側チャンバとを有していてもよい。この場合も、複数のハンド部のうち、加熱後の処理対象物を搬送するためのハンド部を冷却板として兼用することもできる。
　すなわち、半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する加熱溶融処理装置であって、前記加熱溶融処理した処理対象物を載せて搬送するためのハンド部を冷却板として兼用するものであれば、本発明を適用することができる。
　本発明は、特許請求の範囲から逸脱しない範囲で追加、削除、変更などが可能である。
　　１　　半田付け処理装置、
　　２　　第１チャンバ、
　　３　　第２チャンバ、
　　４　　ハンド部、
　　５　　ゲートバルブ（開閉可能なバルブ）、
　　８　　排気ポンプ（排気手段）、
　　９　　カルボン酸蒸気の供給系（供給手段）、
　　１０　　原稿読取部、
　　１１　　密閉容器、
　　１３　　キャリアガス供給管、
　　１４　　バブリング部、
　　１５　　カルボン酸回収部（回収機構）、
　　２０　　熱板（加熱手段）、
　　２１　　入力装置
　　２２　　搬送部（搬送手段）、
　　２３　　移動機構、
　　２４　　流通路、
　　２９　　昇降機構、
　　１００　　基板、
　　１１０　　トレー板。

Claims (17)

  1. 　半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する加熱溶融処理装置であって、
    　前記加熱溶融処理した処理対象物を載せて搬送するためのハンド部を冷却板として兼用することを特徴とする加熱溶融処理装置。
  2. 　半田を含む前記処理対象物を加熱溶融処理するための第１チャンバと、
    　前記第１チャンバとの間で開閉可能なバルブを介して連結される第２チャンバと、
    　前記第１チャンバ中に前記カルボン酸を供給するカルボン酸供給手段と、
    　前記処理対象物を加熱するために前記第１チャンバ中に設けられた加熱手段と、
    　前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で前記処理対象物を搬送する際に前記処理対象物を載せる前記ハンド部を有しており当該ハンド部が冷却板として兼用される搬送手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱溶融処理装置。
  3. 　前記ハンド部は、冷却用液体が内部を流通する流通路を有することを特徴とする請求項２に記載の加熱溶融処理装置。
  4. 　前記第２チャンバ内に設けられて、当接された前記ハンド部を強制冷却する強制冷却手段を有し、
    　強制冷却手段によって冷却された後のハンド部が、前記第１チャンバから前記第２チャンバへと前記処理対象物を載せて搬送することを特徴とする請求項２に記載の加熱溶融処理装置。
  5. 　前記搬送手段は、前記ハンド部を進退自在に移動するための移動機構を含むことを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  6. 　前記加熱手段は、前記処理対象物が載置されるカーボン板状体であり、当該カーボン板状体への通電によって前記処理対象物を加熱することを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  7. 　前記加熱手段の上面に載置された前記処理対象物を昇降する昇降機構を有し、
    　前記ハンド部は、前記昇降機構によって前記処理対象物が前記加熱手段の上面から離間された状態で、前記処理対象物と前記加熱手段との間に挿入されることを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  8. 　前記カルボン酸供給手段は、
    　カルボン酸の液体を収容する容器と、
    　前記容器において生じたカルボン酸蒸気と混合されるキャリアガスを供給するために前記容器に連通される供給管とを備えることを特徴とする請求項２～７のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  9. 　前記カルボン酸供給手段は、
    　カルボン酸の液体を前記第１チャンバ内に供給する供給管と、
    　前記第１チャンバ内に設けられて前記カルボン酸の液体を気化させるカルボン酸加熱手段と、を有することを特徴とする請求項２～７のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  10. 　さらに、前記第１チャンバ内および前記第２チャンバ内を減圧するための一または複数の排気手段を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  11. 　さらに、前記排気手段の吸気又は排気側に設けられ又は取り付けられて、気化したカルボン酸を回収する回収機構を有することを特徴とする請求項１０に記載の加熱溶融処理装置。
  12. 　さらに、前記第１チャンバ内および／または前記第２チャンバ内に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  13. 　前記処理対象物は、半田付け基板であり、
    　前記加熱溶融処理は、半田付け処理であることを特徴とする請求項２～１２のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  14. 　前記半田付け基板は、表面に複数の半田バンプが形成されているチップを少なくとも含む一対のチップであり、
    　前記半田付け処理は、前記一対のチップを前記半田バンプ同士または前記半田バンプと電極とを介して接合するフリップチップボンディング処理であることを特徴とする請求項１３に記載の加熱溶融処理装置。
  15. 　前記半田付け基板は、表面に複数の半田バンプが形成されているチップとウェハー、または、表面に複数の半田バンプが形成されている複数のウェハー同士であることを特徴とする請求項１４に記載の加熱溶融処理装置。
  16. 　前記冷却板として兼用される前記ハンド部は、前記加熱手段に触れることなく前記処理対象物を載せるものであり、
    　昇温時間を短くするために、予め加熱手段の温度を７０℃以上の温度に上げておくことを特徴とする請求項２～９のいずれか１項に記載の加熱溶融処理装置。
  17. 　半田を含む処理対象物についてカルボン酸蒸気を含む雰囲気中で加熱溶融処理する段階と、
    　前記加熱溶融処理した処理対象物を、冷却板として兼用されるハンド部に載せて搬送する段階と、を有することを特徴とする加熱溶融処理方法。
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