WO2015064166A1 - 分解機構を備える半田付け装置および分解方法 - Google Patents

分解機構を備える半田付け装置および分解方法 Download PDF

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reducing agent
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exhaust
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直人 小澤
鈴木　隆之
豊 松月
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オリジン電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a soldering apparatus including a disassembly mechanism and a disassembly method.
  • solder is deposited on the pads, then the shape of the solder bumps is changed from a mushroom shape to a hemispherical shape, and then reflowed and soldered.
  • the surface oxide film of the solder is removed using a flux to clean the surface of the solder bump.
  • a small void may be formed in the solder bump due to the decomposition of the flux.
  • These voids not only degrade the electrical and mechanical properties of the formed solder joint, but also destroy the flatness of the semiconductor with solder bumps and may affect the subsequent semiconductor bonding process.
  • the decomposed flux volatile material may contaminate the reflow processing device (soldering device), thereby increasing the maintenance cost.
  • flux residues often remain on the semiconductor substrate, causing metal corrosion and reducing assembly performance.
  • post-cleaning the time required for soldering increases due to the addition of a new processing step called post-cleaning.
  • solder and a substrate or an electrode, which is a member to be joined are reduced using formic acid (see Patent Documents 1 to 3, etc.).
  • a reduction method when the substrate on which the solder member is mounted reaches a predetermined temperature, the solder member is exposed to a reducing gas containing formic acid to perform a reduction process for removing the oxide film on the surface, and then a melting process is performed. .
  • formic acid corrodes the chamber material, and the corrosive substance becomes a contamination source in the chamber as a metallic foreign substance, and may be scattered and attached to the substrate or electronic components mounted on the substrate. Must be removed from the chamber.
  • formic acid is irritating, it is desirable that formic acid recovered from the chamber is safely treated.
  • soldering apparatus formic acid is heated and vaporized at 150 to 200 ° C. in a heating chamber, decomposed as follows to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas, and the generated gas is soldered.
  • the oxide film is reduced by supplying to the attaching device.
  • this apparatus is an apparatus that uses a reducing gas (hydrogen, carbon monoxide) generated by thermal decomposition of formic acid, and is not an apparatus that removes an oxide film with formic acid.
  • reducing gas hydrogen, carbon monoxide
  • the soldering apparatus described in Patent Document 2 includes a processing chamber and a formic acid introduction mechanism that introduces an atmospheric gas containing formic acid into the processing chamber. Between the reflow processing unit of the processing chamber and the inner wall of the processing chamber, A formic acid decomposition means (heater) for thermally decomposing formic acid is disposed, and after reflow is completed, a formic acid atmosphere gas adhering to the shield material and chamber material is installed at a temperature of 200 ° C. so as to cover the inner wall surface. The heat decomposition treatment is performed as described above.
  • an exhaust pump and a formic acid recovery mechanism are installed at the exhaust port of the soldering apparatus, and the discharged formic acid is dissolved and recovered in water or alcohol. Further, a formic acid decomposition mechanism is attached to the exhaust port of the soldering apparatus, and the formic acid gas exhausted from the chamber is thermally decomposed to 200 to 300 ° C. with a heater.
  • Patent Document 4 is a soldering apparatus having a formic acid supply mechanism for supplying formic acid to the heating chamber and an exhaust mechanism for discharging formic acid out of the heating chamber. It is described that a formic acid decomposition mechanism or a formic acid recovery mechanism is connected, and the formic acid decomposition mechanism is a heating unit that heats the exhaust gas emitted from the exhaust mechanism to 400 ° C. or higher.
  • Patent Document 5 is a soldering apparatus having formic acid supply means for supplying formic acid into the heating and melting region and an exhaust mechanism for exhausting gas in the heating and melting region and supplying the formic acid to the heating and melting region.
  • the discharged formic acid is guided to the formic acid decomposition mechanism or the formic acid recovery mechanism by the exhaust mechanism, thereby preventing environmental destruction due to formic acid.
  • the inside of the through hole is heated to 200 to 300 ° C. by the heater. It is described that since it is heated, formic acid is decomposed into water and carbon and discharged while passing through the through-hole.
  • Patent Document 1 reduces the oxide film with hydrogen and carbon monoxide, and therefore, for lead-free solder having a melting point equal to or lower than the reduction start temperature of hydrogen (about 270 ° C.), before solder melting.
  • the reduction process cannot be performed.
  • Patent Documents 2 and 3 have an advantage that they can be widely used for solders having a relatively low melting point because formic acid (reduction starting temperature is about 150 ° C.) is used.
  • formic acid reduction starting temperature is about 150 ° C.
  • the recovered formic acid must be treated with an alkali.
  • the formic acid treatment process is complicated.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can safely and quickly treat a reducing agent such as formic acid, can prevent corrosion of the vacuum pump, and can secure an exhaust speed and a degree of vacuum in the chamber.
  • An object is to provide a soldering apparatus and a disassembling method.
  • the present inventors have made extensive studies, and as a result, the exhaust passage connecting the vacuum chamber and the vacuum pump, the passage having the catalyst layer, the bypass passage not passing through the catalyst layer, The inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by providing them in parallel, and have reached the present invention.
  • the present invention is as follows.
  • a soldering device having a decomposition mechanism capable of decomposing a reducing agent contained in exhaust gas exhausted from a vacuum chamber, As the decomposition mechanism, an exhaust passage connecting a vacuum chamber and a vacuum pump, a passage having a catalyst layer, a bypass passage having an opening / closing valve not passing through the catalyst layer, and oxygen or oxygen in the catalyst layer
  • a gas introduction mechanism for introducing gas containing After exhaust gas exhausted from the vacuum chamber is passed through only the catalyst layer provided in the exhaust passage together with oxygen or a gas containing oxygen, the reducing agent is decomposed to reduce the reducing agent concentration below a set value.
  • the bypass flow path provided in the exhaust flow path connecting the vacuum chamber and the vacuum pump without opening the catalyst layer is opened, and the inside of the vacuum chamber is vacuumed via the bypass flow path.
  • Soldering device characterized by
  • a method for decomposing a reducing agent contained in exhaust gas exhausted from a vacuum chamber The exhaust gas exhausted from the vacuum chamber After passing through only the catalyst layer provided in the exhaust flow path connecting the vacuum chamber and the vacuum pump together with oxygen or a gas containing oxygen, the reducing agent is decomposed to reduce the reducing agent concentration below a set value, The bypass channel provided in the exhaust channel connecting the vacuum chamber and the vacuum pump is not opened, and the bypass channel is not opened.
  • a disassembling method wherein the vacuum chamber is evacuated through the bypass flow path.
  • the soldering apparatus and decomposition method of the present invention can safely and quickly decompose the reducing agent contained in the exhaust gas exhausted from the vacuum chamber, and can secure a sufficient exhaust speed and a vacuum degree inside the chamber. Moreover, it is possible to prevent corrosion of the vacuum pump existing in the exhaust gas flow path.
  • soldering apparatus and a disassembling method according to the present invention will be described in detail.
  • the soldering apparatus and decomposition method of the present invention can be suitably applied to reducing agents such as formic acid and formaldehyde.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a soldering apparatus of the present invention, and shows an example using formic acid as a reducing agent.
  • reference numeral 10 denotes a vacuum chamber for performing a reduction process, which includes an open / close valve 20 for introducing a reducing agent and an open / close valve 21 for exhausting exhaust gas after the reduction process.
  • Reference numeral 11 denotes a vacuum pump for bringing the vacuum chamber into a vacuum state, and exhaust gas in the chamber is finally exhausted from the exhaust port 6 through the vacuum pump 11.
  • the exhaust flow path connecting the vacuum chamber 10 and the vacuum pump 11 includes a flow path 16 having a catalyst layer 15 filled with a reducing agent (formic acid) decomposition catalyst, and a bypass flow path 12 not passing through the catalyst layer 15. Is provided.
  • the bypass channel 12 is configured to be opened and closed by an opening / closing valve 24.
  • the flow path 16 having the catalyst layer 15 is provided with a gas introduction mechanism 13 for introducing oxygen or oxygen-containing gas for decomposing the reducing agent (formic acid) into the catalyst layer.
  • Reference numeral 17 denotes a mass flow controller provided in the gas introduction mechanism 13.
  • the catalyst layer 15 is filled with a reducing agent (formic acid) decomposition catalyst.
  • a reducing agent formic acid
  • thermocouple T for temperature measurement.
  • the capacity and shape of the catalyst layer are not particularly limited, and are appropriately selected according to the amount and type of the reducing agent to be decomposed. As other devices, general devices such as a catalyst heating heater may be provided.
  • the downstream flow path 3 of the vacuum pump 11 has a secondary decomposition mechanism for decomposing the reducing agent contained in the exhaust gas exhausted through the flow path 16 having the bypass flow path 12 and the catalyst layer 15.
  • the secondary decomposition mechanism does not have a bypass flow path, but the other basic configuration is the same as the primary decomposition mechanism.
  • 7 is a second catalyst layer filled with a reducing agent (formic acid) decomposition catalyst
  • 4 is a second gas introduction mechanism for introducing oxygen or a gas containing oxygen for reducing agent (formic acid) decomposition into the second catalyst layer.
  • 9 is a mass flow controller.
  • the apparatus configuration of the second catalyst layer 7 may be the same as that of the catalyst layer 15 and may be provided with a catalyst heating heater or the like.
  • the exhaust gas containing the reducing agent is exhausted from the vacuum chamber 10, and the flow rate of the exhaust gas is measured by a flow meter 23 provided at the outlet of the vacuum chamber 10.
  • the exhaust gas is generally a mixed gas of a gaseous reducing agent and an inert gas.
  • the inert gas include nitrogen gas, argon gas, and helium gas, but nitrogen gas is preferably used because of its availability.
  • the composition of the exhaust gas varies depending on the type of reducing agent and the reducing conditions, but when formic acid is used as the reducing agent, formic acid, inert gas containing carbon dioxide and water generated by formic acid decomposition are exhausted.
  • the reducing agent reacts with oxygen in the presence of the catalyst and decomposes into water and carbon dioxide.
  • any known catalyst can be used without limitation as long as it can decompose formic acid, and the type thereof is not particularly limited.
  • platinum group catalysts such as palladium, platinum, ruthenium, rhodium and iridium
  • metal catalysts such as copper and nickel
  • oxide catalysts such as molybdenum, vanadium, iron and chromium.
  • a metal such as palladium, platinum, ruthenium, rhodium, iridium, etc., with respect to a carbon material such as activated carbon, carbon fiber, activated carbon fiber, or a carrier such as silica, alumina, silica alumina, zeolite, etc.
  • a catalyst carrying 0.8 g / L to 3 g / L is preferred.
  • the catalyst layer is filled with a catalyst of an arbitrary shape such as powder, granule, granule, or a platinum group catalyst supported on a molded body obtained by molding the above carrier into an arbitrary shape such as a honeycomb shape or a corrugated shape. It can be formed by filling.
  • the molded body has advantages such as high decomposition efficiency, high reaction rate, excellent durability, and easy catalyst replacement.
  • the molded body is preferably a porous body having a large specific surface area, and the cell density of the molded body is preferably 200 cells / in 2 or more in order to rapidly and reliably decompose the reducing agent.
  • the temperature of the catalyst before starting the decomposition reaction of the reducing agent is not particularly limited, but the higher the temperature, the faster the decomposition rate. However, if the temperature is high, the apparatus becomes large, and if the temperature exceeds 500 ° C., the catalyst may deteriorate. Therefore, the temperature is preferably within the range of 20 to 200 ° C., more preferably within the range of 50 to 100 ° C. It is good to adjust to. Further, by heating the catalyst, the water produced as a by-product can be evaporated and gasified, so that it can be reliably discharged out of the apparatus via the exhaust port.
  • reaction between the reducing agent and oxygen or a gas containing oxygen is sufficient under normal pressure, but may be performed under pressure or under reduced pressure.
  • the molar ratio of reducing agent to oxygen is preferably 1.5 or more, and is appropriately selected in consideration of the type of catalyst used, reaction conditions, cost, etc., and there is no upper limit.
  • the soldering apparatus of the present invention is suitable as a soldering apparatus using formic acid as a reducing agent.
  • the exhaust gas exhausted after reducing the surface oxide film of the solder or the member to be joined with the reducing agent is introduced into a decomposition mechanism capable of decomposing the reducing agent, and contains oxygen or oxygen
  • the formic acid concentration can be reduced to 0 ppm (below the detection limit) simply by passing through the catalyst layer together with the gas and exhausting from the exhaust port.
  • the temperature of the exhaust gas from the soldering apparatus varies depending on the reduction process conditions such as the type of solder used for the reduction process, but is generally 150 ° C. or higher and the solder melting point or lower.
  • the exhaust gas is preferably introduced into the catalyst layer without being heated.
  • the solder may be either lead solder or lead-free solder.
  • the vacuum pump 11 is operated with the open / close valve 24 provided in front of the bypass flow path 12 closed, and the exhaust gas containing the reducing agent exhausted from the vacuum chamber 10 is introduced into the gas. Together with oxygen or oxygen-containing gas supplied from the mechanism 13, the gas is introduced only into the catalyst layer 15 provided in the exhaust passage connecting the vacuum chamber 10 and the vacuum pump 11. In this catalyst layer 15, the reducing agent is decomposed to reduce the reducing agent concentration.
  • the vacuum pump 11 when the vacuum pump 11 is operated via the catalyst layer 15 without opening the bypass flow path 12, the reducing agent can be decomposed, but the pressure loss increases, so that the exhaust speed becomes slow, and the process In addition, the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 cannot be secured within the necessary time. Further, when the catalyst layer 15 is not provided, there arises a problem that the vacuum pump is corroded by formic acid contained in the exhaust gas.
  • the gas introduction mechanism 13 preferably has an inlet for oxygen or oxygen-containing gas (preferably air in terms of cost and supply), a mass flow controller, and a flow meter. It is preferable to adjust the molar ratio of oxygen according to the amount of exhaust gas to be exhausted.
  • the cracked gas can be exhausted via the vacuum pump 11, but the second catalyst layer 7 is further provided downstream of the vacuum pump 11.
  • a secondary decomposition mechanism including a second gas introduction mechanism 4 that introduces oxygen or oxygen-containing gas into the second catalyst layer 7, and remains without being decomposed by the primary decomposition mechanism.
  • the second gas introduction mechanism 4 preferably has an inlet for oxygen or a gas containing oxygen (preferably air in terms of cost and supply), a mass flow controller, and a flow meter. It is desirable to adjust the ratio.
  • oxygen for reducing agent decomposition or a gas containing oxygen may be directly introduced into the catalyst layer, but is exhausted from the vacuum chamber 10. After mixing with the gas to be introduced, it is possible to improve the uniformity of the reaction and to easily adjust the gas flow rate by introducing it into the catalyst layer as a mixed gas.
  • the amount of exhaust gas exhausted from the vacuum chamber 10 and oxygen or a gas containing oxygen is appropriately selected in consideration of the concentration of the reducing agent used in the decomposition reaction, the type of catalyst used, the reaction temperature, and the like. There is no particular limitation. In order to maintain the decomposition rate in a good state, it is desirable to change the catalyst amount in accordance with the amount of these gases introduced. Further, the concentration of the reducing agent in the exhaust gas is not particularly limited.
  • the decomposition reaction between the reducing agent and oxygen or a gas containing oxygen may be performed by any of batch, semi-batch, and continuous methods.
  • the soldering apparatus of the present invention is not limited as long as it is a soldering apparatus having a vacuum chamber, and may be a continuous reflow furnace equipped with a semiconductor substrate transfer mechanism.
  • Comparative Example 2 Using the soldering apparatus having the configuration shown in FIG. 3, the decomposition treatment of the gas remaining in the chamber (formic acid concentration: 2.5%, the balance: nitrogen gas) was performed.
  • the configuration of each catalyst layer was the same as in Comparative Example 1.
  • the formic acid concentration before the vacuum pump decreased to 100 ppm or less, but the pressure loss due to the catalyst was large, the exhaust speed was slow, and a predetermined degree of vacuum could not be secured within the process time.
  • Example 1 Using the soldering apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the gas remaining in the chamber (formic acid concentration: 2.5%, the balance: nitrogen gas) was decomposed in accordance with the process flow shown in FIGS. 4 and 5. .
  • Each catalyst layer was formed by filling 500 mL of alumina carrying platinum in an amount of 1.8 g / L to 3 g / L, and the set temperature before starting the reaction was 100 ° C.
  • valve 20 closed, valve 21: closed, valve 24: closed, gas introduction mechanism 13: OFF, vacuum pump 11: ON, gas introduction mechanism 4: ON.
  • the catalyst layer 15 and the second catalyst layer 7 were heated to 100 ° C.
  • the valve 20 was opened, and a mixed gas of formic acid / nitrogen (formic acid concentration: 3%) was introduced into the vacuum chamber 10 (about 10 minutes). As soon as formic acid was introduced into the vacuum chamber, the valve 20 was closed and reduction treatment was performed in the vacuum chamber.
  • the valve 21 is opened, decomposition air is introduced from the gas introduction mechanism 13 into the gas flow path, the gas in the vacuum chamber 10 is passed through the catalyst layer 15, and vacuum is further applied.
  • the second catalyst layer 7 provided downstream of the pump 11 was passed through and exhausted from the exhaust port.
  • the formic acid concentration before the vacuum pump 11 became 100 ppm or less
  • the formic acid concentration in the gas that passed through the second catalyst layer 7 provided downstream of the vacuum pump 11 became 0 ppm (below the detection limit).
  • FIG. 6 shows the gas exhaust flow rate and the decomposition air flow rate in the above-described series of processing operations.
  • the operation of FIG. 4 is performed until a preset time, and the operation of FIG. 5 is performed thereafter.
  • the flow rate of the exhaust gas becomes maximum immediately after the start of exhaust, and then gradually decreases. Therefore, the flow rate of the decomposition air is adjusted according to the flow rate of the exhaust gas.
  • the valve 24 is opened and the operation shown in FIG. 5 is performed to ensure the vacuum degree of the vacuum chamber 10 and decompose the exhaust gas without corroding the vacuum pump 11. Can do.
  • the timing of flowing the exhaust gas through the bypass flow path 12 (opening the valve 24) may be after a predetermined time if it is equal to or less than a set value.
  • Example 2 The catalyst layer remained in the chamber according to the same soldering apparatus and method as in Example 1, except that 280 mL of honeycomb-like alumina (500 cells / in 2 ) was supported on 0.56 g of platinum. Gas (formic acid concentration: 2.5%, balance: nitrogen gas) was decomposed. As a result, as in Example 1, the formic acid concentration in the gas before the vacuum pump 11 was 100 ppm or less, and the formic acid concentration in the gas that passed through the second catalyst layer 7 provided downstream of the vacuum pump 11 was 0 ppm (detection Below the limit).

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

　ギ酸を安全かつ迅速に処理することが可能で、真空ポンプの腐食がなく、排気速度、チャンバー内真空度も確保できる半田付け装置および分解方法を提供する。真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤を分解する分解機構を備える半田付け装置であって、前記分解機構が、真空チャンバー（１０）と真空ポンプ（１１）とを接続する排気流路に、触媒層（１５）を有する流路（１６）と、バイパス流路（１２）と、触媒層（１５）に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構（１３）と、を設けた装置である。前記還元剤の分解方法では、真空チャンバー（１０）から排気される排ガスを、酸素あるいは酸素を含むガスとともに触媒層（１５）のみを通過させて還元剤濃度を低減させた後、バイパス流路（１２）を開放して真空チャンバー（１０）内部を真空状態にし、第２触媒層（７）で還元剤の分解処理を行う。

Description

分解機構を備える半田付け装置および分解方法
　本発明は、分解機構を備える半田付け装置および分解方法に関する。
　半導体チップ上に半田バンプを形成する際には、パッド上に半田を付着させ、次いで、マッシュルーム形状から半球体形状へ半田バンプの形状を変化させ、次いで、リフローさせて半田接合する。従来の半田付け方法では、均一な半田バンプを形成するために、フラックスを用いて半田の表面酸化膜を除去し、半田バンプ表面を清浄化していた。　
　しかしながら、フラックスを用いた半田付けでは、フラックスの分解によって、小さな空隙（ボイド）が半田バンプ中に形成されることがある。これらの空隙は、形成された半田接合の電気的及び機械的性質を低下させるだけでなく、半田バンプ付き半導体の平坦性を破壊し、かつ以降の半導体接合工程に影響を及ぼすこともある。分解したフラックスの揮発性物質がリフロー処理装置（半田付け装置）内を汚染する場合もあり、それによってメンテナンスコストが増大することもある。加えて、フラックス残留物がしばしば半導体基板上に残り、金属の腐食を引き起こし、アセンブリの性能を低下させることがある。さらに、リフロー後にフラックス残留物を洗浄除去する方法では、後洗浄という新たな処理工程が加わることで、半田付けに要する時間が増加する。
　このため、フラックスを用いない半田付け方法として、半田及び被接合部材である基板や電極等を、ギ酸を用いて還元する方法が知られている（特許文献１～３等参照）。かかる還元方法では、半田部材が搭載された基板が所定温度に達したとき、半田部材を、ギ酸を含む還元性ガスに晒して表面の酸化膜を除去する還元処理を行った後、溶融処理する。
　しかしながら、ギ酸はチャンバー材を腐食させ、腐食物が金属性異物としてチャンバー内の汚染源になり、基板や基板上に搭載された電子部品などに飛散、付着することがあるため、還元処理終了後にギ酸をチャンバー内から除去する必要がある。また、ギ酸は刺激性があるため、チャンバーから回収したギ酸は安全に処理されることが望ましい。
　特許文献１に記載された半田付け装置では、加熱室内でギ酸を１５０～２００℃で加熱して気化させ、以下のように分解して水素ガスおよび一酸化炭素ガスを生成し、生成ガスを半田付け装置に供給して酸化膜を還元している。しかし、この装置は、ギ酸の加熱分解により生成する還元性ガス（水素、一酸化炭素）を用いる装置であり、ギ酸で酸化膜を除去する装置ではない。
　　　　　ＨＣＯＯＨ　→　Ｈ２Ｏ　＋　ＣＯ
　　　　　ＨＣＯＯＨ　→　Ｈ２　＋　ＣＯ２
　特許文献２に記載された半田付け装置では、処理チャンバーと、該処理チャンバー内にギ酸を含む雰囲気ガスを導入するギ酸導入機構を備え、処理チャンバーのリフロー処理部と処理チャンバー内壁との間に、ギ酸を加熱分解するためのギ酸分解手段（加熱ヒーター）を配設し、リフロー完了後に、シールド材やチャンバー材に付着したギ酸雰囲気ガスを、内壁面を覆うように設置した加熱ヒーターで、２００℃以上で加熱分解処理している。
　特許文献３に記載された半田付け装置では、半田付け装置の排気口に、排気ポンプとギ酸回収機構を設置し、排出したギ酸を水またはアルコールに溶解させて回収している。また、半田付け装置の排気口に、ギ酸分解機構を取り付け、チャンバーから排気されるギ酸ガスを加熱ヒーターで２００～３００℃に加熱分解している。
　また、特許文献４には、半田付け装置であって、加熱室へギ酸を供給するギ酸供給機構と、ギ酸を加熱室の外に排出する排気機構を有し、排気機構の排気部分には、ギ酸分解機構又はギ酸回収機構が接続され、前記ギ酸分解機構は、排気機構から出た排気ガスを４００℃以上に加熱する加熱部であることが記載されている。
　さらに、特許文献５には、半田付け装置であって、加熱溶融領域内にギ酸を供給するギ酸供給手段と、ギ酸を加熱溶融領域でガスを排気する排気機構を有し、加熱溶融領域に供給されたギ酸は、排気機構によってギ酸分解機構又はギ酸回収機構に導かれ、これによりギ酸による環境破壊が防止されること、また、ギ酸分解機構では、ヒーターによって貫通孔の内部が２００～３００℃に加熱されるので、ギ酸は貫通孔を通過する間に水と炭素に分解されて排出されることが記載されている。
特開２０１１－０６０８５６号公報 特開２００７－１２５５７８号公報 特開２００１－２４４６１８号公報 特開２００２－３６１４７２号公報 特開２００２－２１０５５５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された方法は、酸化膜を水素と一酸化炭素で還元するため、水素の還元開始温度（約２７０℃）以下の融点をもつ鉛フリー半田に対して、半田溶融前に還元処理を行うことができないという問題点がある。
　この点、特許文献２、３に記載された方法は、ギ酸（還元開始温度が約１５０℃）を用いるため、比較的低融点の半田にも幅広く用いることができるという利点を有している。しかし、特許文献２の方法では、ギ酸分解後に半田付け装置内に残存する水を除去する必要があり、特許文献３の方法では、回収したギ酸をアルカリで処理しなければならず、いずれの方法もギ酸の処理工程が煩雑である。
　本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、ギ酸などの還元剤を安全かつ迅速に処理することが可能で、真空ポンプの腐食がなく、排気速度、チャンバー内真空度も確保できる半田付け装置および分解方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、真空チャンバーと真空ポンプを接続する排気流路に、触媒層を有する流路と、触媒層を介さないバイパス流路と、を並列に設けることで、前記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
　すなわち、本発明は、以下の通りである。
　真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤を分解可能な分解機構を備える半田付け装置であって、
　前記分解機構として、真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に、触媒層を有する流路と、該触媒層を介さない開閉バルブを有するバイパス流路と、該触媒層に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を設け、
　真空チャンバーから排気される排ガスを、前記排気流路に設けた触媒層のみに、酸素あるいは酸素を含むガスとともに通過させ、前記還元剤を分解して還元剤濃度を設定値以下に低減させた後、真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた、触媒層を介さないバイパス流路を開放状態とし、前記バイパス流路を介して真空チャンバー内部を真空状態とするように構成したことを特徴とする半田付け装置。
　真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤の分解方法であって、
　真空チャンバーから排気される排ガスを、
　真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた触媒層のみに、酸素あるいは酸素を含むガスとともに通過させ、前記還元剤を分解して還元剤濃度を設定値以下に低減させた後、
　真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた、触媒層を介さないバイパス流路を開放状態とし、
　前記バイパス流路を介して真空チャンバー内部を真空状態とする
ことを特徴とする分解方法。
　本発明の半田付け装置及び分解方法は、真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤を安全かつ迅速に分解処理できるとともに、充分な排気速度とチャンバー内部の真空度を確保することができ、しかも排ガスの排気流路に存在する真空ポンプの腐食防止を図ることができる。
本発明の半田付け装置の構成例を示す図である。 比較例の半田付け装置を用いた分解方法を説明するブロック図である。 比較例の半田付け装置を用いた分解方法を説明するブロック図である。 本発明の半田付け装置を用いた分解方法を説明するブロック図である。 本発明の半田付け装置を用いた分解方法を説明するブロック図である。 経時による排気流量と分解用エアー流量を示すグラフ図である。
　以下、本発明に係る半田付け装置および分解方法について、詳細に説明する。
　本発明の半田付け装置および分解方法は、ギ酸、ホルムアルデヒドなどの還元剤に好適に適用することができる。
　図１は、本発明の半田付け装置の構成例を示す図であり、還元剤としてギ酸を用いた例を示す。図１において、１０は還元処理を行う真空チャンバーで、還元剤を導入するための開閉バルブ２０と、還元処理後の排ガスを排気するための開閉バルブ２１を備えている。１１は真空チャンバーを真空状態にするための真空ポンプであり、チャンバー内の排ガスを、該真空ポンプ１１を介して、最終的に排気口６から排気する。
　真空チャンバー１０と真空ポンプ１１とを接続する排気流路には、還元剤（ギ酸）分解用の触媒を充填した触媒層１５を有する流路１６と、触媒層１５を介さないバイパス流路１２が設けられている。バイパス流路１２は、開閉バルブ２４で開閉できるように構成されている。触媒層１５を有する流路１６には、触媒層に還元剤（ギ酸）分解用の酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構１３が設けられている。１７はガス導入機構１３に設けられたマスフローコントローラーである。
　上記した還元剤を分解する分解機構（以下、「１次分解機構」と言うことがある。）において、触媒層１５には、還元剤（ギ酸）分解用触媒が充填され、触媒層１５内には温度測定用の熱電対Ｔが備えられる。触媒層の容量や形状は、特に限定されるものではなく、分解処理する還元剤の量や種類に応じて適宜選択される。その他の装置として、触媒加熱用ヒーターなどの一般的な装置が設けられていても良い。
　さらに、真空ポンプ１１の後流の流路３には、バイパス流路１２および触媒層１５を有する流路１６を介して排気される排ガスに含まれる還元剤を分解するための２次分解機構が設けられている。ここでは、バイパス流路１２を介して流れるガスと触媒層１５を有する流路１６を介して流れるガスとが真空ポンプ１１から２次分解機構を通じて排出される。２次分解機構は、バイパス流路を有しないが、それ以外の基本的構成は１次分解機構と同じである。７は還元剤（ギ酸）分解用の触媒を充填した第２触媒層であり、４は第２触媒層に還元剤（ギ酸）分解用の酸素あるいは酸素を含むガスを導入する第２ガス導入機構、９はマスフローコントローラーである。第２触媒層７の装置構成は、触媒層１５と同様であって良く、触媒加熱用ヒーターなどが設けられていても良い。
　真空チャンバー１０からは、還元剤を含む排ガスが排気され、この排ガスの流量は、真空チャンバー１０の出口に設けた流量計２３で測定される。排ガスは、一般的には、ガス状の還元剤と不活性ガスとの混合ガスである。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが挙げられるが、入手のし易さでは窒素ガスが好ましく用いられる。排ガス組成は、還元剤の種類や還元条件によって異なるが、還元剤としてギ酸を用いた場合は、ギ酸と、ギ酸分解で生成する二酸化炭素と水を含む不活性ガスが排気される。
　排ガスが、ガス導入機構から導入した酸素あるいは酸素を含むガスとともに、触媒層に導入されると、還元剤が触媒存在下で酸素と反応し、水と二酸化炭素に分解する。
　ギ酸と酸素の反応式は以下に示され、反応は発熱反応である。
　　ＨＣＯＯＨ　＋　１／２Ｏ２　→　Ｈ２Ｏ　＋　ＣＯ２　
　ホルムアルデヒドと酸素の反応は以下に示され、ギ酸を生成した後、水と二酸化炭素に分解する。
　　ＨＣＨＯ　＋　１／２Ｏ２　→　ＨＣＯＯＨ　＋　１／２Ｏ２　→　Ｈ２Ｏ　　＋　ＣＯ２
　触媒層に充填する触媒としては、ギ酸を分解できるものであれば公知の触媒を制限なく用いることができ、その種類は特に限定されない。例えば、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等の白金族触媒；銅、ニッケルなどの金属触媒；モリブデン、バナジウム、鉄、クロムなどの酸化物触媒等を挙げることができる。
　白金族の触媒としては、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等の金属を、活性炭、炭素繊維、活性炭素繊維等の炭素材、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、ゼオライト等の担体に対して、１．８ｇ／Ｌ～３ｇ／Ｌ担持した触媒が好ましい。
　触媒層は、粉状、粒状、顆粒状など任意の形状の触媒を充填する、あるいは、上記の担体をハニカム状、コルゲート状など任意の形状に成形した成形体に白金族触媒を担持させたものを充填することにより、形成することができる。成形体は、分解効率が良く反応速度が大きいうえに、耐久性に優れており、触媒の交換が容易といった利点がある。成形体は、比表面積が大きい多孔質体とすることが好ましく、還元剤を迅速かつ確実に分解するためには、成形体のセル密度が２００セル／ｉｎ２以上であることが好ましい。
　還元剤の分解反応を開始する前の触媒の温度は、特に限定されないが、温度が高い方が分解速度は速くなる。ただし、高温になると装置が大型化し、５００℃を超えると触媒が劣化する可能性があるため、好ましくは２０～２００℃の範囲内、より好ましくは５０～１００℃の範囲内とし、一定の温度に調整しておくのが良い。また、触媒を加熱することで、副生する水を蒸発させてガス化できるため、排気口を介して、確実に装置外へ排出することができる。
　また、還元剤と、酸素あるいは酸素を含むガスとの反応は、常圧下で十分であるが加圧下あるいは減圧下で行っても良い。還元剤と酸素のモル比（酸素／還元剤）は１．５以上であることが好ましく、使用される触媒の種類、反応条件、コストなどを勘案して適宜選択され、上限はない。
　本発明の半田付け装置は、ギ酸を還元剤として用いる半田付け装置として好適である。還元処理が行われる真空チャンバー内で、半田や被接合部材の表面酸化膜を還元剤で還元処理した後に排気される排ガスを、還元剤を分解可能な分解機構に導入し、酸素あるいは酸素を含むガスと共に、触媒層を通過させ、排気口から排気するだけで、ギ酸濃度を０ｐｐｍ（検出限界以下）にすることができる。
　次に、本発明の半田付け装置において、真空チャンバーから排気される還元剤を分解処理する方法について、詳細に説明する。
　半田付け装置からの排ガスの温度は、還元処理に用いる半田の種類など還元処理条件によって異なるが、一般的には、１５０℃以上、半田融点以下である。本発明では、排ガスを特に加熱することなく触媒層に導入するのが良い。半田は、鉛半田、鉛フリー半田のいずれでも良い。
　排ガスの分解処理においては、先ず、バイパス流路１２の前方に設けた開閉バルブ２４を閉じた状態で、真空ポンプ１１を作動させ、真空チャンバー１０から排気される還元剤を含む排ガスを、ガス導入機構１３から供給する酸素あるいは酸素を含むガスとともに、真空チャンバー１０と真空ポンプ１１とを接続する排気流路に設けた触媒層１５のみに導入する。この触媒層１５において還元剤を分解し、還元剤濃度を低減させる。
　真空チャンバー１０から排気される排ガスの流量が設定値以下になった場合、あるいは、排気開始から一定時間経過した後などにより還元剤を分解して還元剤濃度を設定値以下に低減させた後に、バイパス流路１２に設けた開閉バルブ２４を開放し、排ガスが、触媒層１５およびバイパス流路１２を通過するようにする。こうすることで、短時間で、触媒層１５において、排ガス中に残存する還元剤を分解処理することができ、また、バイパス流路１２を介して、真空チャンバー１０の内部を真空状態とすることができる。
　一方、バイパス流路１２を開かずに触媒層１５を介して真空ポンプ１１を作動させた場合は、還元剤を分解処理することはできるが、圧力損失が大きくなるため排気速度が遅くなり、プロセス上必要な時間内で真空チャンバー１０内の真空度を確保できなくなる。また、触媒層１５を設けない場合は、排ガスに含まれるギ酸によって、真空ポンプが腐食する問題が生じる。
　ガス導入機構１３は、酸素あるいは酸素を含有するガス（コスト、供給面で空気が好ましい）の導入口、マスフローコントローラー、流量計を有していることが好ましく、マスフローコントローラー１７により、真空チャンバー１０から排気される排ガスの量に応じて、酸素のモル比を調整するのが良い。
　真空チャンバー１０から排気される排ガス中の還元剤濃度が低い場合には、真空ポンプ１１を介して、分解ガスを排気することもできるが、真空ポンプ１１の後流に、さらに第２触媒層７を有する流路３と、該第２触媒層７に酸素あるいは酸素を含むガスを導入する第２ガス導入機構４を含む２次分解機構を設けることにより、１次分解機構で分解されずに残存する還元剤を分解できる利点がある。第２ガス導入機構４は、酸素あるいは酸素を含有するガス（コスト、供給面で空気が好ましい）の導入口、マスフローコントローラー、流量計を有していることが好ましく、マスフローコントローラー９により酸素のモル比を調整することが望ましい。
　また、上記の第１分解機構および第２分解機構においては、還元剤分解用の酸素あるいは酸素を含むガス（空気など）は、直接触媒層に導入しても良いが、真空チャンバー１０から排気されるガスと混合した後、混合ガスとして触媒層に導入する方が、反応の均一性を高めることができ、ガスの流量調整も容易である。
　真空チャンバー１０から排気される排ガス、および、酸素あるいは酸素を含むガスの導入量は、分解反応に供される還元剤の濃度、使用される触媒の種類、反応温度などを勘案して適宜選択されれば良く、特に制限はない。分解速度を良好な状態に維持するには、これらのガスの導入量に応じて触媒量を変えることが望ましい。また、排ガス中の還元剤濃度も特に限定はない。
　本発明の半田付け装置および分解処理方法においては、還元剤と、酸素あるいは酸素を含むガスとの分解反応を、回分式、半回分式、連続式のいずれの方法で実施しても良い。
　本発明の半田付け装置は、真空チャンバーを有する半田付け装置であれば、その種類は限定されるものではなく、半導体基板の移送機構を具備した連続リフロー炉であってもよい。
　以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。また、実施例および比較例において、図１の装置と同じ構成部分には同じ符号を付した。
［ガス中のギ酸濃度測定］
　ガスクロマトグラフィーにより測定した。
（比較例１）
　図２に示す構成の半田付け装置を用い、チャンバー内部に残存するガス（ギ酸濃度：２．５％、残部：窒素ガス）の分解処理を実施した。触媒層は、アルミナに白金を１．８ｇ／Ｌ～３ｇ／Ｌ担持させたもの５００ｍＬを充填することで形成し、反応開始前の設定温度を１００℃とした。
　その結果、チャンバー内部の排気に使用した真空ポンプの内部部品が、高濃度のギ酸により腐食した。
（比較例２）
　図３に示す構成の半田付け装置を用い、チャンバー内部に残存するガス（ギ酸濃度：２．５％、残部：窒素ガス）の分解処理を実施した。各触媒層の構成は、比較例１と同様とした。
　その結果、真空ポンプ手前におけるギ酸濃度は１００ｐｐｍ以下に減少したが、触媒による圧力損失が大きく、排気速度が遅くなり、プロセス時間内で、所定の真空度を確保することができなかった。
（実施例１）
　図１に示す構成の半田付け装置を用い、図４および図５に示すプロセスフローにしたがって、チャンバー内部に残存するガス（ギ酸濃度：２．５％、残部：窒素ガス）の分解処理を実施した。各触媒層は、アルミナに白金を１．８ｇ／Ｌ～３ｇ／Ｌ担持させたもの５００ｍＬを充填することにより形成し、反応開始前の設定温度を１００℃とした。
　装置の初期状態では、バルブ２０：閉、バルブ２１：閉、バルブ２４：閉、ガス導入機構１３：ＯＦＦ、真空ポンプ１１：ＯＮ、ガス導入機構４：ＯＮ、とした。触媒層１５および第２触媒層７は１００℃に加熱した。
　バルブ２０を開き、ギ酸／窒素の混合ガス（ギ酸濃度：３％）を真空チャンバー１０に導入した（約１０分間）。真空チャンバー内にギ酸が導入され次第、バルブ２０を閉じ、真空チャンバー内にて還元処理を行った。
　還元処理の後、図４に示すように、バルブ２１を開くとともに、ガス導入機構１３より分解用エアーを、ガス流路に投入し、真空チャンバー１０内のガスを触媒層１５に通し、さらに真空ポンプ１１、その後流に設けた第２触媒層７を通過させて、排気口から排気した。
　この間、真空チャンバー１０から排気する排ガスの流量を流量計で測定し、酸素とギ酸の割合が、酸素／ギ酸＝１．７５／１（モル比）となるよう酸素量を調整しながら、分解用エアーを投入した。その結果、真空ポンプ１１手前におけるギ酸濃度は１００ｐｐｍ以下となり、真空ポンプ１１の後流に設けた第２触媒層７を通過したガス中のギ酸濃度は０ｐｐｍ（検出限界以下）となった。
　真空チャンバーからの排ガスの流量が設定値以下になったことを確認した後（あるいは、予め設定した所定の時間経過後でも構わない。）、図５に示すように、バルブ２４を開くと共に、マスフローコントローラー１７のバルブを閉じて分解用エアー１３を停止し、真空チャンバー１０内の真空度を上げた。この際、真空チャンバーからの排気流量は非常に小さく、またそのほとんどは抵抗の少ないバイパス流路１２を通過して排気された。真空ポンプ１１の後流に設けた第２触媒層７を通過したガス中のギ酸濃度は０ｐｐｍ（検出限界以下）であった。
　真空チャンバー１０内のガスが全て排気された後は、バルブ２１およびバルブ２４を閉じた。また、分解用エアー４の供給を停止した。
　図６は、上記一連の処理操作における、ガスの排気流量と分解用エアー流量を示したものである。図６において、予め設定した時間までは図４の動作、それ以降は図５の動作を行っている。図６より、排ガスの流量は、排気を開始した直後に最大となり、その後次第に減少する傾向が見られるので、排ガスの流量に合わせて分解用エアーの流量を調整する。そして、排ガスの流量が設定値以下に減少したらバルブ２４を開き、図５の動作を行うことにより、真空チャンバー１０の真空度を確保し、真空ポンプ１１を腐食させずに排ガスを分解処理することができる。排ガスをバイパス流路１２に流す（バルブ２４を開放する）タイミングとしては、設定値以下であれば所定の時間経過後としても構わない。
（実施例２）
　触媒層を、２８０ｍＬのハニカム状アルミナ（５００セル／ｉｎ２）に白金０．５６ｇを担持させたもので形成した以外は、実施例１と同様の半田付け装置および方法にしたがい、チャンバー内部に残存するガス（ギ酸濃度：２．５％、残部：窒素ガス）の分解処理を実施した。その結果、実施例１と同様、真空ポンプ１１手前におけるガス中のギ酸濃度は１００ｐｐｍ以下となり、真空ポンプ１１の後流に設けた第２触媒層７を通過したガス中のギ酸濃度は０ｐｐｍ（検出限界以下)となった。
　上記結果より、本発明の分解処理を採用することにより、チャンバーからの排気系に、触媒層を有する流路を設け、該流路と並列にバイパス流路を設けることにより、真空ポンプの腐食がなく、しかも、ガスの排気速度が速く、真空チャンバー内の真空度を確保できた。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形及び変更が可能である。
　３　流路
　４　第２ガス導入機構
　６　排気口
　７　第２触媒層
　９　マスフローコントローラー
１０　真空チャンバー
１１　真空ポンプ
１２　バイパス流路
１３　ガス導入機構
１５　触媒層
１６　流路
１７　マスフローコントローラー
２０　バルブ
２１　バルブ
２３　流量計
２４　バルブ
 

Claims (12)

  1. 　真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤を分解可能な分解機構を備える半田付け装置であって、
    　前記分解機構として、真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に、触媒層を有する流路と、該触媒層を介さない開閉バルブを有するバイパス流路と、該触媒層に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を設け、
    　真空チャンバーから排気される排ガスを、前記排気流路に設けた触媒層のみに、酸素あるいは酸素を含むガスとともに通過させ、前記還元剤を分解して還元剤濃度を設定値以下に低減させた後、真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた、触媒層を介さないバイパス流路を開放状態とし、前記バイパス流路を介して真空チャンバー内部を真空状態とするように構成したことを特徴とする半田付け装置。
  2. 　真空ポンプの後流に、第２触媒層を有する流路と、該第２触媒層に酸素あるいは酸素を含むガスを導入する第２ガス導入機構と、を備える請求項１記載の半田付け装置。
  3. 　前記還元剤が、ギ酸である請求項１記載の半田付け装置。
  4. 　前記排ガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである請求項１記載の半田付け装置。
  5. 　前記酸素を含むガスが、空気である請求項１記載の半田付け装置。
  6. 　真空チャンバーから排気される排ガスに含まれる還元剤の分解方法であって、
    　真空チャンバーから排気される排ガスを、
    　真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた触媒層のみに、酸素あるいは酸素を含むガスとともに通過させ、前記還元剤を分解して還元剤濃度を設定値以下に低減させた後、
    　真空チャンバーと真空ポンプとを接続する排気流路に設けた、触媒層を介さないバイパス流路を開放状態とし、
    　前記バイパス流路を介して真空チャンバー内部を真空状態とする
    ことを特徴とする分解方法。
  7. 　前記排気流路を介して排気される排ガスを、酸素あるいは酸素を含むガスとともに、真空ポンプの後流に設けた第２触媒層を通過させる請求項６記載の分解方法。
  8. 　前記還元剤が、ギ酸である請求項６記載の分解方法。
  9. 　前記排ガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである請求項６記載の分解方法。
  10. 　前記酸素を含むガスが、空気である請求項６記載の分解方法。
  11. 　前記排ガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、還元剤と酸素のモル比（酸素／還元剤）１．５以上で用いる請求項６記載の分解方法。
  12. 　前記触媒層の温度が、２０～２００℃の範囲である請求項６記載の分解方法。
     
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