JP2003103361A

JP2003103361A - 表面改質装置および表面改質方法

Info

Publication number: JP2003103361A
Application number: JP2002192601A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mori; 義明森; Takuya Miyagawa; 拓也宮川; Yasuhiko Asano; 康彦浅野; Osamu Kurashina; 修倉科; Satoshi Miyamori; 聡宮森; Yohei Kurashima; 羊平倉島; Makoto Anami; 誠阿南
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2003-04-08
Also published as: US6158648A; JP3365511B2; US5735451A; WO1994022628A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう材を用いて２個の部材を接合するろう接
技術において、接合面のぬれ性を容易にかつ十分に改善
し得る方法及び装置を提供する。【解決手段】大気圧またはその近傍の圧力下におい
て、所定のガスを媒体にして放電を生じさせ、その放電
雰囲気により、前記ガス中に形成される励起もしくはイ
オン等の活性種ガスに被処理材の表面を曝露する。これ
と同時にまたは被爆後に、被処理材に腐食性の低いフラ
ックスを用いてまたはフラックス無しではんだ付けを行
う。また、はんだけ後に被処理材表面を活性種ガスに曝
露することによってフラックス等の有機物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ろう材を用いて部
材同士を接合するろう接技術に関し、特に、例えばプリ
ント配線板に電子部品等を接続する場合のように、微細
な部分におけるはんだ付けに適したはんだ付け方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、一般に工業的量産に適したはんだ付け技術としてフ
ロー方式とリフロー方式とが用いられている。例えば、
フロー方式のはんだ付けによってプリント配線板（以
下、基板という）に部品類を実装する場合には、予め部
品を搭載した基板にフラックスを塗布し、溶融したはん
だ槽に該基板を通過させてはんだ付けする。リフロー方
式のはんだ付けでは、部品を接続しようとする基板の部
分にフラックスとはんだペーストとの混合物を印刷し、
部品を搭載した後にリフロー炉という加熱炉を通過させ
ることによってはんだ付けする。しかし、フラックスを
はんだ接合面に安定的にかつ均一に塗布するのは困難で
あり、特に基板のファインパターン化、高密度実装化に
伴ない自動化の大きな問題となっている。更に、これら
のいずれの場合にも、基板に残存するフラックスは腐蝕
性を有するので、はんだ付け後に基板を洗浄する必要が
ある。また、例えば液晶パネルにＴＡＢ基板をはんだ付
けする際には、フラックスが飛散して偏光板を汚染する
可能性がある。このため、予め偏光板に保護フィルムを
貼り付け、かつこれをはんだ付け後に引きはがす工程が
必要であり、そのために工数が多くなり、時間及び労力
が増大して製造コストを増大させていた。

【０００３】フラックスのような有機物を除去する方法
としては、有機溶剤によるウェット洗浄法や、オゾン・
紫外線等を照射し、有機物に化学反応を生じさせて除去
するドライ洗浄法が知られている。しかし、ウェット法
では、有機物の洗浄後に洗浄剤を除去するリンス工程と
基板を乾燥させる工程、及びこれらを実行するために固
定された設備が必要であり、多大な時間及び労力を要す
ると共に製造コストが高くなるという問題があった。ま
た、ドライ法では、特に分子量の大きい有機物の除去能
力が低いために、十分な洗浄効果は期待できない。

【０００４】このため、最近では、塩素等の活性種を全
く含まないまたはごく微量しか含まない無洗浄用フラッ
クスが使用されているが、通常のフラックスに比してぬ
れ性が劣るために、はんだ付けが不完全なものになった
り、十分な接合強度が得られない等の不都合を生じる虞
れがあった。

【０００５】また、基板の両面に部品等をはんだ付けす
る場合には、工程の途中でそれまでに行なわれた熱処理
によって、銅のパッド、電極の表面に酸化膜（ＣｕＯ）
が生じ、もとのぬれ性さえ失われ、更にはんだ付けの際
に接触抵抗の増大を招くことがある。

【０００６】特開平０３−１７４９７２号公報には、真
空中のアルゴンガス雰囲気中において放電を発生させ、
それにより基板表面の不純物を除去して、基板のぬれ性
を改善した後、基板表面に半田付け材料を塗布すること
により、良好に基板に付着させる方法が開示されてい
る。しかしながら、この方法では、真空雰囲気を得るた
めに真空ポンプや真空チャンバが必要となるので、装置
全体が大型化しかつ複雑化する。しかも、使用するガス
がアルゴンであるため、はんだクリームの溶媒と基板と
のぬれ性が向上して、クリームはんだの印刷性は良くな
るが、酸化膜は除去されないから、はんだ基板とのぬれ
性が上がらない。このために、はんだ付けの際に酸化膜
を除去するためにはんだ付け面へのフラックスの塗布が
必要であり、かつはんだ付け後にこのフラックスを洗浄
する必要がある。

【０００７】また、特開昭３−１２７９６５号公報に
は、はんだ付けする部品との間にアーク放電を発生させ
るための第２スイッチを備えることによって、該部品を
短時間で加熱し、部品の熱容量が大きい場合でも、容易
にはんだ付けを可能にする装置が開示されている。しか
しながら、この装置では、放電の熱をはんだ付けに利用
するものであり、放電によって酸化膜を除去する能力は
ない。また、使用するガスが不活性ガスのために原理的
にも酸化膜の除去は不可能である。この方法も同様に酸
化膜除去のためにはんだ付け面へのフラックスの塗布が
必要であり、はんだ付け後にフラックスを洗浄する必要
がある。

【０００８】そこで、本発明は、上述した従来技術の問
題点を解消するものであり、その目的は、ろう材を用い
て２個の部材を接合するろう接技術において、接合面の
ぬれ性を容易にかつ十分に改善し得る方法及び装置を提
供することにある。

【０００９】本発明の第２の目的は、腐食性の低い無洗
浄用フラックスを用いてまたはフラックス無しではんだ
付けをすることができる方法および装置を提供すること
にある。

【００１０】また、本発明の別の目的は、はんだ付けに
より基板に電子部品等を接続する場合に、基板にダメー
ジを与えることなくぬれ性を向上させて、配線のファイ
ンパターン化や微細な部分の接続に対しても、常に良好
なはんだ付けを可能にするはんだ付け方法及び装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理部材の
表面に所定の処理を施す表面改質装置であって、高周波
電圧を発生する高周波電源と、前記高周波電圧を印加す
る一対の電極と、少なくとも酸素とヘリウム、又はフッ
素化合物とヘリウムを含むガスのうちいずれかを供給す
るガス供給手段と、を有し、前記一対の電極間で、前記
ガスに放電を発生させて生成した活性種を前記被処理物
の表面に曝露することを特徴とする。

【００１２】また、本発明によれば、載置される前記被
処理物上に金属メッシュが設けられてなることが好まし
い。

【００１３】また、本発明によれば、前記ガス供給手段
から供給されるガスに水分を付加する水分付加手段をさ
らに有することが好ましい。

【００１４】本発明によれば、被処理物の表面を改質す
る処理を行なうことによって、ぬれ性を向上させること
ができる。また、前記ガスを導入する際に水蒸気を添加
することで、上述した効果をより一層高めることができ
る。

【００１５】更に本発明は、被処理部材の表面を改質す
る表面改質方法であって、少なくとも酸素とヘリウムを
含むガス又は、フッ素化合物とヘリウムを含むガスのう
ちいずれかを供給するガス供給工程と、前記ガスに放電
を発生させて活性種を生成させる活性種生成工程と、生
成された前記活性種を前記被処理部材に曝露させる曝露
工程と、を有することを特徴とする。

【００１６】本発明によれば、前記曝露工程において、
前記活性種生成工程により生成された前記活性種を、金
属メッシュを通して前記被処理物に曝露することが好ま
しい。

【００１７】また、本発明によれば、前記ガス供給工程
は、前記ガスに水分を付加する工程をさらに有すること
が好ましい。

【００１８】本発明によれば、被処理物の表面を改質す
る処理を行なうことによって、ぬれ性を向上させること
ができる。また、前記ガスを導入する際に水蒸気を添加
することで、上述した効果をより一層高めることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しつつ好
適な実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。第１
図には、本発明に適用される表面処理装置の構成が概略
的に示されている。電源１に接続された細長い丸棒状の
放電発生用電極２が、接地されかつ下方に開放された概
ね円筒形をなす金属カバー３の中心に、絶縁取付具４に
よって電気的に浮いた状態にして垂直に保持されてい
る。金属カバー３の下端から突出する電極２先端の直ぐ
下側には、所定の間隔をもって基板５が、はんだ付けに
より電子部品等を接続するべき接合面６を上向きにし
て、図示されない支持テーブル上に水平に配置されてい
る。また、金属カバー３の内部は、放電用のガスを供給
するガス供給装置７に連通している。

【００２０】先ず、ガス供給装置７から金属カバー３内
に前記放電用ガスを供給し、電極２と基板５との間及び
その近傍の雰囲気を前記放電用ガスで置換する。次に、
電極２に電源１から電圧を印加すると、電極２の先端部
と接地されている基板５との間で気体放電が起こる。こ
の電極２と基板５間の放電状態にある領域８には、プラ
ズマによる前記放電用ガスの解離、電離、励起等の種々
の反応が存在する。これらの反応により前記ガス中に生
成された活性種に基板５の接合面６を曝露することによ
って、該接合面が改質されてはんだとのぬれ性が大幅に
向上する。これにより、フラックスを用いない場合、ま
たはぬれ性の低い無洗浄用フラックを使用した場合で
も、良好なはんだ付けが可能となる。電極２に印加され
る電圧として、本実施例では、放電用ガスの種類に応じ
て、１３．５６ＭＨｚ、２０ＫＨｚの高周波電圧を使用
するのと、好都合である。

【００２１】ガス供給装置７から供給される放電用ガス
には、ヘリウム等の希ガス、窒素、圧縮空気、酸素等基
板に悪影響を与えるものでない限り、全ゆるガスを用い
ることができる。しかしながら、例えば、基板５にとっ
て酸化が好ましくない場合には、酸素以外のガスを用い
るのが好ましい。一般に、ヘリウム等の希ガスを大気圧
又はその近傍の圧力下で用いて高周波数の電圧を印加す
ると、気体放電を発生させ易く、かつその放電が均一で
曝露される部材に与えるダメージを少くできるが、ガス
自体が高価なため、コストが増大する。そこで、放電開
始時のみ、電極２と基板５近傍の雰囲気を、放電を起こ
し易いヘリウムやアルゴン等の希ガスに置換しておき、
電圧を印加して放電を発生させた後は、他の適当な安価
なガスに変更することもできる。

【００２２】上述した放電による表面処理は、基板５の
ぬれ性を改善するだけでなく、はんだ付けをするための
前処理または後処理にも使用することができる。基板５
の接合面６に付着した有機物を事前に、またははんだ付
け後にフラックスを除去したい場合は、ヘリウムと酸素
との混合ガスをガス供給装置７から供給する。これによ
り、酸素のイオン、励起種等の活性種が生成され、これ
が前記有機物と反応して一酸化炭素、二酸化炭素と水の
蒸気となって接合面６から離れる。この反応ガスは、基
板５の近傍に配設したダクト９によって排気することが
できる。放電用ガスとしてヘリウムと酸素との混合ガス
に代えて、圧縮空気、窒素と酸素との混合ガスを用いて
も、同様に有機物を除去する効果即ちアッシング効果が
得られる。

【００２３】また、放電用ガスとして窒素、フッ素化合
物（ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，ＳＦ6 等）、または有機物を含む
ガスを用いることによって、基板５の接合面６から酸化
物を除去することができる。この場合、前記酸化物は、
窒素のイオン、励起種等の活性種と反応して窒素酸化物
になり、またはフッ素のイオン、励起種等の活性種と反
応してフッ化物となって基板５の表面から離れる。有機
物を含むガスの場合、前記基板表面の酸化物は、前記有
機物が解離、電離、励起して生成する有機物、炭素、水
素のイオン、励起種等の活性種と反応してヒドロキシ化
合物、オキソ化合物カルボン酸、二酸化炭素、水蒸気等
になって前記基板表面から離れる。前記有機物は、放電
用ガスに加える代わりに、基板５の表面に塗布すること
もできる。この場合には、放電領域８においてプラズマ
によりガスが解離、電離、励起してエネルギー状態が高
くなる。基板表面に塗布された前記有機物は、一部が蒸
発しかつ放電にさらされて解離、電離、励起し、有機
物、炭素、水素のイオン、励起種等の活性種となる。ま
た、他の一部は、エネルギー状態の高いガスの活性種か
らエネルギーを受け取り、解離、電離、励起して有機
物、炭素、水素のイオン、励起種等の活性種となる。

【００２４】これらの活性種によって、放電用ガスに有
機物を添加した場合と同種の作用効果が得られる。しか
も、この活性種は、フラックスに含まれる塩素化合物の
ように基板表面に残留しない。このように基板５表面か
ら酸化物を除去するエッチング効果が得られる放電用ガ
スとしては、例えばヘリウムまたは圧縮空気と四フッ化
炭素との混合ガスがある。当然ながら、これらの混合ガ
ス等では放電を起こし難い場合には、上述したように放
電開始時のみヘリウム単体を導入してやればよい。ま
た、圧縮空気の代わりに酸素を用いてもよい。更に、本
願発明者によれば、ヘリウムに対してフッ素化合物（例
えば、ＣＦ4 ）が０.５〜５％、好適には１％、酸素０.
５〜５％、好適には１％が含まれる混合ガス系であれ
ば、エッチング効果が最大となることが確認された。

【００２５】また、本発明の別の実施例によれば、上述
したガス供給装置からは希ガスのみを導入して放電を発
生させ、かつこれとは別個のガス供給手段を設けて、処
理目的に応じて窒素、フッ素化合物等の反応性ガスを基
板５近傍の放電領域に供給する。これにより、前記反応
性ガスの活性種が生成されて、所望の表面処理が行われ
る。

【００２６】このようにして本発明によれば、はんだ付
けを行う前に接合面を改質してぬれ性を大幅に向上さ
せ、酸化物をエッチング除去して、良好なはんだ付けを
可能とし、またははんだ付け後に残存するフラックスを
容易にかつ確実に除去することもできる。

【００２７】更に本発明によれば、前記活性種を含む反
応性ガスに水分を加えることによって、これらの効果を
より一層高めることができる。特に、エッチング効果
は、その処理速度が著しく早くなることが本願発明者に
よって確認された。例えば、基板の銅パッド表面のＣｕ
Ｏ膜を除去するために、ヘリウム・四フッ化炭素混合ガ
スを使用しかつこれに水蒸気等の水分を加えた場合、水
分を加えない場合に約２０分かかっていた除去作業を、
僅か約２０秒で実現することができた。

【００２８】第１７図乃至第１９図には、それぞれ本発
明による放電処理の効果を高めるように水分を付加する
ための具体的な構成が示されている。第１７図に示す実
施例では、ガス供給装置７から処理装置３７にガスを供
給するパイプ３８の途中にバイパスを設けて分岐し、前
記ガスの一部を、バルブ３９により調節してタンク４０
内に送り込む。タンク４０内には、水、好適には純水４
１が貯留され、ヒータ４２によって加熱されて水蒸気を
発生させ易くしている。タンク４０内に導入されたガス
は、水蒸気を含んで再びパイプ３８に戻され、ガス供給
装置７から直接送給される前記ガスと混合して処理装置
３７に供給される。

【００２９】このように処理装置３７に送られるガス中
に水分を含ませることによって、被処理材５に結露を生
じる虞れが無く、好都合である。また、添加する水分の
量は、バルブ３９の開度及びヒータ４２よりタンク４０
内の水４１の温度を調節することによって調整される。

【００３０】第１８図に示す別の実施例では、ガス供給
装置７から前記処理装置へ通じるパイプ３８の途中に霧
化器４３を設け、これにタンク４０から水４１を供給す
る。これにより、前記処理装置に送られるガスに水分を
付加することができる。この場合、タンク４０内に第１
７図の実施例と同様のヒータを設けて温水を霧化器４３
に供給することにより、水の微粒化を促進することもで
きる。また、ガス供給装置７及びパイプ３８とは別個に
送風手段及び管路を設け、霧化器４３により霧化された
水分を強制的に前記処理装置に直接、例えば第１、第２
実施例における金属カバー３内に送給することもでき
る。

【００３１】更に、第１９図の実施例では、タンク４０
内の水４１をヒータ４２で加熱して水蒸気を発生させ、
パイプ４４によって放電処理が行われる被処理材５の表
面付近に直接供給することができる。この場合、比較的
温度の低い被処理材５の表面で結露を生じる可能性があ
るが、結露により被処理材５に好ましくない影響を及ぼ
す虞れがある場合には、パイプ４４を前記処理装置にま
たはパイプ３８の途中に接続して放電を生じる以前に前
記ガスに添加することもできる。

【００３２】また、部品を接続するために基板５の接合
面に予め付着させたはんだが酸化している場合には、こ
のはんだにも同様に放電処理を行うと、はんだ表面の酸
化物を除去することができるので、酸化したはんだでも
良好なはんだ付けを行うことができる。また、部品が酸
化している場合には、同じく部品にも放電処理を行うの
がよい。

【００３３】更に本発明によれば、放電処理を行なって
はんだ付けを行なう前記基板の表面や部品も、必ずしも
銅等の金属材料である必要はない。本願発明者によれ
ば、ガラスやＩＴＯ等の酸化物であっても本発明により
良好にはんだ付けできることが確認されている。

【００３４】例えば、ガラス材料に対しては、放電用ガ
スとして窒素単体を用いた場合に、フラックスを全く使
用しなくてもはんだをぬれ性及び密着性の点で良好に被
着させ得ることが確認された。従って、液晶パネルのガ
ラス面に予めはんだのプリコートを形成しておき、ＴＡ
Ｂ基板を介して接続することなくＩＣチップ等を直接実
装することも可能となる。

【００３５】また、当然ながら、放電を行う条件とし
て、金属カバー３は必ずしも具備する必要はない。更
に、金属カバー３は、金属以外のセラミック製であって
も良い。

【００３６】第２図には、本発明による表面処理装置の
第２実施例が示されている。本実施例では、第１実施例
のように接地された基板５即ち被処理材を一方の電極と
して使用する代わりに、電源電極２に対する接地電極が
別個に独立して設けられている。即ち、金属カバー３の
下端を電極２の先端近傍まで、電極２が金属カバー３内
に完全に収容される位置まで延長させ、これを放電発生
のための対電極１０とする。そして、対電極１０によっ
て形成される金属カバー３の下端開口１１の下方に基板
５を、加熱手段又は冷却手段としての機能を有するホル
ダ１２の上に水平に配置する。また、電極２は、冷却装
置１３からパイプ１４、１５を用いて冷却水を循環させ
ることによって、長時間に亘る放電処理により電極３が
過度に加熱しないように冷却できるようになっている。
更に、金属カバー３の下端開口には、基板５との間に金
属メッシュ１６が配設されている。

【００３７】第１実施例の場合と同様に、ガス供給装置
７から放電用ガスを供給し、該ガスで金属カバー３内部
を置換する。電極２に電源１から電圧を印加すると、電
極３の先端部と対電極１０との間で気体放電が生じる。
ガス供給装置７からは前記放電用ガスが連続的に送給さ
れているので、放電領域８を前記ガスが通過する過程
で、その一部はイオン、励起種等の活性種となり、金属
カバー３の下端開口１１より、反応性ガス流１７となっ
て下方へ噴出する。この反応性ガス流に含まれる前記活
性種によって基板５の接合面６が、第１実施例の場合と
同様に、ガス供給装置７から供給されるガスの種類によ
って改質され、アッシングされ、またはエッチングされ
る。

【００３８】また、別の実施例によれば、第１実施例の
場合と同様に、ガス供給装置７からヘリウム等の希ガス
のみを導入して放電させ、かつ別個のガス供給手段から
処理目的に応じて窒素、フッ素化合物等の反応性ガスを
基板５近傍に供給する。前記放電により生成されかつ開
口１１からガス流となって噴出するヘリウムラジカル
と、前記反応性ガスとのエネルギー変換によって、反応
活性種が生成され、これによって所望の表面処理が行わ
れる。

【００３９】本実施例は、上述した反応性ガス流により
被処理材を曝露させる構成を採用しているため、第１実
施例の場合に比してイオンの介在という意味において処
理効果が幾分小さくなる。当然ながら、基板５を金属カ
バー３の下端開口１１から離隔する程にその傾向が強く
なる。しかしながら、逆にイオンの介在が基板１にとっ
て弊害をもたらす場合は、上述したように、下端開口１
１に設けた金属メッシュ１６により反応性ガス流１７に
含まれるイオンをトラップしてニュウトライズし、噴出
する反応性ガスにイオンが含まれないようにすれば良
い。従って、イオンを含まない活性種によって基板１が
表面処理されることになる。

【００４０】また、基板５は、放電自体によりまたは電
極３の輻射熱により、条件によっては２００℃以上に加
熱される。そこで基板５を熱に対して保護することが必
要な場合には、ホルダ１２によって基板５を冷却しなが
ら処理することができる。他方、基板５が熱に対する保
護を必要としないときは、逆に積極的に加熱を行うべき
である。本発明は、化学反応を利用した還元処理方法の
一種であるから、加熱は反応を促進させることが多いか
らである。また基板５上にはんだ及び部品を搭載した状
態ではんだの融点以上に加熱しながら本発明による放電
処理を行うと、表面処理と同時にはんだ付けを行うこと
ができる。

【００４１】別の加熱方法としては、ハロゲンランプ等
の光源を用いることができる。この方法によれば、洗浄
すべき面を早く加熱することが可能であり、時間の損失
を少なくできるだけでなく、被処理材が凹凸の激しい複
雑な形状であっても比較的簡単に加熱できる。また、前
記光源を用いて短波長の光即ち紫外線を照射してもよ
い。この場合には、加熱効果だけでなく、有機物の化学
的結合を切断して、更に洗浄能力を向上させる効果も得
られる。

【００４２】また、別の補助的な手段としては、ブロー
装置を用いて基板にガス流を噴射する方法がある。これ
により、基板表面の有機物を除去しつつ、該有機物に覆
われているまたは接着されている無機物のごみ等を、前
記ガス流で基板表面から飛ばしてしまうことができる。
これは、別個のブロー装置を設けずに、金属カバー内に
供給される放電用ガスの流量を大きくすることによって
も可能である。また、前記ブロー装置によるガス流は、
その温度を調整することによって基板の冷却または加熱
する手段として使用することも可能である。更に、使用
条件によって電極２に水滴等が付着する恐れがある場合
には、図示していないが適当なヒータを用いて電極２及
び金属カバー３の周囲を加熱しても良い。

【００４３】第３図及び第４図には、上記第２実施例を
変形させた本発明の第３実施例が示されている。上述し
た第１、第２実施例と同様に細長い棒状をなす放電発生
用電極２は、金属カバー３の内部に絶縁取付具４によっ
て水平に保持されている。

【００４４】金属カバー３は、電極２に対応する長さの
細長い概ね断面正方形の箱形をなし、その対角線がそれ
ぞれ垂直・水平をなす向きに配置されると共に、前記正
方形の下側の角部が全長に亘って所定の幅で切除されて
下向きに細長い開口１１が形成され、反応性ガス流を金
属カバー３内から下方へ噴出できるようになっている。
そして、長手方向に沿って開口１１両側の辺縁部１０
が、第２実施例と同様の対電極を構成している。当然な
がら、金属カバー３の開口１１の幅を相当拡大して電極
２を金属カバー３の下端から下方に突出させたり、また
は金属カバー３自体を取り外すことによって、第１実施
例と同様に、電極２と接地された基板５との間で放電を
発生させる構造にすることもできる。

【００４５】同様に、放電用のガスを供給し、放電発生
用電極２及び基板５近傍の雰囲気を前記ガスで置換す
る。そして、電極２に電源１から電圧を印加すると、電
極２の全長に亘って金属カバー３の対電極部１０との間
で気体放電する。放電によって生成された前記放電用ガ
スの活性種は、第２実施例の場合と同様に、開口１１か
らその略全長に亘って下向きに反応性ガス流１７となっ
て噴出される。これにより、基板５の上面６は、電極２
の長手方向に直線状に前記活性種に曝露される。このと
き、上述した表面処理装置と基板５とを電極２の横方向
及び場合によっては更に長手方向に相対的に移動させる
ことによって、基板５が大型であってもその全面を容易
に処理することができる。

【００４６】第５Ａ図及び第５Ｂ図には、上述した第３
実施例の電極２及び金属カバー３の構造の変形例がそれ
ぞれ示されている。いずれの実施例も、放電発生用電極
２が、断面逆Ｔ字形の内部空腔１８を有する金属カバー
３内に包まれるように構成されている。そして、金属カ
バー３の底面１９には、多数のガス噴出口２０が幅方向
及び長手方向に開設されている。

【００４７】第５Ａ図の実施例では、電極２が、金属カ
バー３の長手方向に沿って延長する断面Ｉ字形の板状を
なしているので、放電が発生するのは、電極２とその直
ぐ下側に位置する金属カバー底面１９の中央部分のみで
ある。従って、中央付近の噴出口２０のみから反応性ガ
ス流１７が噴出することになる。これに対して第５Ｂ図
の実施例では、電極２が、金属カバー３の内部空腔１８
の形状に対応する逆Ｔ字形の断面形状を有する。このた
め、電極２の幅方向にフランジ状に延出する下端部２１
とそれに対面する金属カバー底面１９との間で、略全面
的に放電が発生する。従って、この場合には、略全ての
噴出口２０から反応性ガス流を噴射することができる。
このように、放電を発生させる位置、その数、及びガス
噴出口等は、使用条件や処理材に応じて適当にかつ任意
に変えることができる。また、このような構成にするこ
とで、処理面積をより一層大きくできるから、多数の基
板を同時に処理することが可能である。また、第５Ａ図
及び第５Ｂ図に示されるような金属カバー３及び電極の
構造は、第１、第２実施例の放電処理構造についても同
様に適用することができる。

【００４８】第６図は、はんだ付けを行なう現場で必要
に応じて局所的に基板等の被処理材を放電処理するため
の処理装置２２を概略的に示している。処理装置２２
は、必要に応じて作業者が手に持って作業できるような
所謂ガンタイプの構造を有し、その先端に開口を有する
円筒状のノズル２３の内部に、放電発生部２４が設けら
れている。放電発生部２４は、その基本構造が第２実施
例と同じであり、図示されないガス供給装置及び電源に
接続されると共に、放電により生成される活性種を含む
反応性ガス流が、放電発生部２４の下部から、ノズル２
３の先端開口２５に案内されて、基板５の表面６に向け
て噴出する。

【００４９】第７Ａ図には、放電発生部２６と反応性ガ
ス流を噴射するノズル部２７ａとを別個に設け、これら
をフレキシブルチューブ２８で連結した表面処理装置２
９が示されている。放電発生部２６は、図示されない電
源やガス供給装置等を一体に組み込んだ固定式または移
動式の本体３０に内蔵され、そこで発生させた反応性ガ
ス流が、フレキシブルチューブ２８を介して送給され、
ノズル部２７ａから基板５に噴出させるようになってい
る。フレキシブルチューブ２８の長さは、活性種を有効
に基板５に到達させることができる点から、最大で約５
ｍ、好ましくは２ｍ程度が望ましい。このようにノズル
部２７ａを別体にすることによって、作業性が向上する
と共に、装置２９の処理能力を必要に応じて高めること
ができる。

【００５０】ノズル部２７ａは、フレキシブルチューブ
２８の先端に取外可能に装着されている。第７Ｂ図に
は、このような交換可能なノズル部２７ｂが示されてい
る。第７Ａ図のノズル部２７ａが、比較的大きな円盤状
をなし、広い面積を一度に処理できるのに対し、第７Ｂ
図のノズル部２７ｂは、長方形をなし、比較的小さな部
分を処理するのに適している。このようにノズル部を適
当に交換することによって、被処理物や使用条件の変化
に容易に対応することができ、作業上のフレキシビリテ
ィが向上する。

【００５１】また、本発明によれば、マスク手段を用い
ることなく、放電を発生させる高周波電極の形状によっ
て、被処理材の表面を選択的に処理することができる。
例えば、第８図に示すように、その両面に多数の電子部
品類４５を実装した基板５の表面６に、新たな部品をは
んだ付けにより接続する場合、はんだ付け面の位置、形
状、範囲等に合わせて電極２の先端形状を形成する。前
記部品が４辺にリードを有する正方形のＩＣパッケージ
であれば、電極先端の形状をロ字形にすればよい。この
場合の形状精度、即ち電極の形状に対する実際に処理さ
れる面の形状の比は、電極への印加電圧、使用するガス
の流量比等により変化するが、２〜３mm程度の誤差で実
行することができる。また、被処理材が基板のような絶
縁物でない場合には、その下側に接地された電極を配置
し、その形状を処理したい部分の形状に合わせることに
よって精度が高くなる。このようにすれば、基板５上の
他の部品に放電の影響を与えることなく、ぬれ性の改
善、アッシング、エッチング等の処理をすることが可能
である。

【００５２】以上、はんだ付けを行なう基板の表面処理
の方法、及び手段について説明したが、これらの表面処
理装置をはんだ付け装置に作業上一体的に組み合わせる
ことによって、より一層良好なはんだ付け、はんだ付け
作業の効率化及び自動化による生産性の向上を達成する
ことができる。更に、微細な部分についても常に良好な
はんだ付けができるので、配線板のファインパターン化
に対応して、回路基板や配線パターンの設計自由度が高
くなるという利点がある。以下に、これらの表面処理を
伴なうはんだ付けの方法、及び装置について具体的に説
明する。

【００５３】第９図には、本発明による基板のはんだ付
け装置の実施例の構成がブロック図により示されてい
る。本発明による表面処理装置３１の下流側にクリーム
はんだ印刷機３２、マウンタ３３及びリフロー炉３４が
順に配置されている。先ず、表面処理手段３１により基
板に表面処理を施した後、クリームはんだ印刷機３２に
より前記基板上にクリームはんだを印刷し、次にマウン
タ３３により部品を搭載し、最後にリフロー炉２４にて
加熱してはんだ付けを行う。このように最初に基板の表
面処理を行なうことによってぬれ性が向上し、クリーム
はんだに含まれるフラックスの量が少なくても、または
含まれていなくても、若しくはフラックスに含まれる活
性種の量が少なくても良好なはんだ付けが可能となる。

【００５４】第９図の実施例に基いて、基板としてＩＴ
Ｏ配線したガラス基板と銅箔で配線したガラスエポキシ
基板を用いて実験を行ったところ、以下の表１に示す結
果が得られた。ここで表面処理手段３１に用いるガス種
としては、希ガスとしてヘリウム、酸化性ガスとして酸
素、空気、空気と希ガスの混合ガス、還元性ガスとして
プロパン、プロパンと希ガスの混合ガスを用いた。ま
た、表面処理前に有機物としてｎ−ヘキサンを塗布した
実験も同時に行った。この実験では、放電を発生させる
電源として１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いた。

【００５５】

【表１】

【００５６】ここで、結果はＡ・・・はんだ付け性良好Ｂ・・・処理前と同等Ｃ・・・処理前よりもはんだ付け性が悪化による３段階評価とした。

【００５７】以上の結果から、ＩＴＯ配線したガラス基
板及び銅箔で配線したガラスエポキシ基板のいずれにお
いても、有機物を含む還元性ガスを含むガスを用いたも
のと表面処理前に有機物を塗布したもののはんだ付け性
が向上することが分かった。また、４００ＫＨｚ及び１
０ＫＨｚの電源を用いた場合にも同様の結果が得られ
た。即ち、還元性ガスを供給しなくても、何らかの手段
により被処理面に還元性ガスの供給源が存在すれば、は
んだ付け性は向上する。また、放電は、基板側の導電性
材料がある部分との間で選択的に発生するため、前記ガ
ラス基板ではＩＴＯ配線部と、またエポキシ基板であれ
ば銅配線部との間で選択的に放電が起こり表面処理が行
われるため、上述した配線部以外には、表面処理が行わ
れないので、マスク等で他の部分をダメージ等から保護
する必要がない。

【００５８】第１０図乃至第１４図には、それぞれ第９
図のはんだ付け装置の別の実施例が示されている。第１
０図の実施例では、クリームはんだ印刷機３２とマウン
タ３３との間に、表面処理装置３１が配置されている。
従って、前記基板上にクリームはんだをクリームはんだ
印刷機３２により印刷した後に、基板を表面処理手段３
１により前記表面処理をし、そしてマウンタ３３により
部品を搭載し、その後リフロー炉３４にて加熱しはんだ
付けを行う。

【００５９】第１１図の実施例は、マウンタ３３とリフ
ロー炉３４との間に表面処理装置３１が配置されてい
る。そして、前記基板上にクリームはんだをクリームは
んだ印刷機３２により印刷した後に、マウンター３３に
より部品を搭載し、そして前記基板を表面処理手段３１
により前記表面処理をし、その後リフロー炉３４にては
んだ付けを行う。

【００６０】第１２図の実施例は、リフロー炉３４と表
面処理装置３１とは一体に設けられている。前記基板上
にクリームはんだをクリームはんだ印刷機３２により印
刷した後に、マウンタ３３により部品を搭載し、そして
前記基板を表面処理手段３１により前記表面処理をし、
その後リフロー炉３４にて加熱しながら前記表面処理を
し、はんだ付けを行う。

【００６１】第１３図の実施例は、基板に部品をフロー
はんだ付けするための装置であり、表面処理装置３１の
下流にインサータ３５及びフローはんだ付け機３６が配
置されている。前記基板を表面処理手段３１により前記
表面処理をなした後に、インサータ３５により部品を搭
載し、その後フローはんだ付け機３６によりはんだ付け
することにより、フラックスの量が少くても、あるいは
含まれていなくてもはんだ付けが可能となる。

【００６２】第１４図は、第１３図の実施例の変形であ
って、インサータ３５とフローはんだ付け機３５との間
に表面処理装置が配置されている。この場合には、イン
サータ３５により部品を搭載し、前記基板を表面処理手
段３１により前記表面処理をし、その後フローはんだ付
け機３６によりはんだ付けすることにより、フラックス
の量が少なくても、あるいは含まれていなくてもはんだ
付けが可能となる。

【００６３】次に、本発明によるはんだ付け方法を用い
て、ＳＭＴ（Surface Mount Technology）実装とＣＯＢ
（Chip On Board）実装とを併用して、電子部品類を基
板に混載実装する方法について説明する。一般に、ＳＭ
Ｔ実装では、基板への部品搭載後にリフロー炉で加熱し
てはんだ付けするから、はんだ付け時のフラックス飛散
等による基板接合面の汚れや酸化膜の形成を回避するた
めに、先にベアチップ等のＣＯＢ実装を行った後にＳＭ
Ｔ実装を行うのが通例である。本発明によれば、先にＳ
ＭＴ実装を行った後に、ＣＯＢ実装を行うことができ
る。

【００６４】第１５図に示すように、先ず、基板表面の
所定個所にクリームはんだを印刷し、ＣＯＢ実装される
ベアチップ以外の表面実装部品を搭載した後、リフロー
炉で加熱しすることによってはんだ付けする。次に、前
記基板表面に本発明の放電による表面処理を行い、ワイ
ヤボンディングすべきパッド表面に付着したフラックス
や、加熱工程で形成された酸化膜を容易にかつ確実に除
去することができる。この後、ベアチップを基板上のマ
ウント位置に接着し、ワイヤボンディングにより接続
し、その表面を樹脂で封止することにより完了する。ま
た、本発明によれば、基板上の必要な部分のみを約２〜
３mmの精度で選択的に処理することができ、特に金属パ
ッドの場合には、その間で放電し易いので、より選択的
なかつ有効な処理が可能である。

【００６５】このような有機物を除去する方法として、
上述したウェット法による洗浄では、洗浄剤が基板上の
電子部品に影響を与える虞があり、また真空中でのアッ
シング処理では、一般に処理速度が遅いために多大の時
間を要し、また凹凸の多い部分に有効な処理を施すこと
が困難である。従来のように先にＣＯＢ実装した場合、
樹脂モールドしたベアチップの直ぐ周辺には、はんだペ
ーストを塗布し難いために表面実装部品を配置すること
ができず、しかもＳＭＴ実装に使用するはんだクリーム
印刷用のマスクに、ＣＯＢ実装の樹脂モールド部分の逃
げを設ける必要があるため、マスクの製造コストが高く
なる。また、基板が薄い場合には、ＣＯＢ実装後に基板
に反りが生じて、後のＳＭＴ実装が困難になることもあ
る。しかし、本発明によれば、これらの問題が解消され
るので、より良好なはんだ付けが実現できるだけでな
く、回路基板の設計自由度が高くなり、基板の小型化、
高密度実装に適したはんだ付けが可能になる。

【００６６】また、第１６図には、基板の両面に部品を
はんだ付けにより実装する工程がフロー図で示されてい
る。先ず、クリームはんだ印刷機によって基板の上向き
の一方の面にクリームはんだを印刷し、実装部品を搭載
した後、リフロー炉を通して加熱し、前記一方の面のは
んだ付けを行なう。次に、前記基板を反転させて、他方
の面を上向きにし、本発明の放電による表面処理を行な
う。この後は、通常の実装作業と同様に、クリームはん
だを印刷し、部品を搭載し、リフロー炉によって加熱す
ることによって、前記基板の両面への部品等の実装が完
了する。

【００６７】このような両面実装基板では、先に一方の
面にはんだ付けする際の熱処理によって他方の面に設け
られている銅パッド、電極等が酸化するが、酸化膜を放
電処理により除去することによって、熱酸化していない
ものと同程度にぬれ性を回復し、前記他方の面へのはん
だ付けを良好に行なうことができる。また、本発明によ
る放電処理は、基板の向き拘らず上下いずれの面に対し
ても行なうことができるから、前記一方の面へのリフロ
ー、はんだ付けの後、基板を反転させる前に放電処理を
行なうこともできる。更に、基板の前記一方の面に対し
てクリームはんだを印刷する前に、及び搭載する部品に
対しても放電処理を行なえば、より一層良好なはんだ付
けが可能となることは言うまでもない。

【００６８】以上、本発明についてその好適な実施例を
用いて詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲内に
おいて上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施する
ことができる。例えば、放電発生用の電極は、棒状、板
状のもの以外に球状、非球状湾曲形状等様々な形状とす
ることができる。これによって処理条件に適した放電状
態を生じさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は、本発明によるはんだ付け装置に使用
する表面処理装置の第１実施例を概略的に示す図であ
る。

【図２】第２図は、表面処理装置の第２実施例を概略的
に示す図である。

【図３】第３図は、表面処理装置の第３実施例を概略的
に示す図である。

【図４】第４図は、第３図のIV−IV線における断面図で
ある。

【図５】第５図は、第２実施例の現場で使用可能な表面
処理装置に使用するノズルを示す部分断面斜視図であ
る。

【図６】第６Ａ図、第６Ｂ図は、それぞれノズルの構造
を示す断面図である。

【図７】第７Ａ図は、放電発生部とノズルとを別個にし
た表面処理装置の構成を示す部分断面斜視図であり、第
７Ｂ図はノズル部分の変形例を示す図である。

【図８】第８図は、本発明により基板の表面を選択的に
処理する場合について説明する概略図である。

【図９】第９図は、本発明によるはんだ付け装置を概略
的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を示し
ている。

【図１０】第１０図は、本発明によるはんだ付け装置を
概略的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を
示している。

【図１１】第１１図は、本発明によるはんだ付け装置を
概略的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を
示している。

【図１２】第１２図は、本発明によるはんだ付け装置を
概略的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を
示している。

【図１３】第１３図は、本発明によるはんだ付け装置を
概略的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を
示している。

【図１４】第１４図は、本発明によるはんだ付け装置を
概略的に示すブロック図であり、異なる構成の実施例を
示している。

【図１５】第１５図は、本発明によるはんだ付け方法及
び装置を用いて基板に部品をＳＭＴ方式及びＣＯＢ方式
で混載両面実装する工程を示すフロー図である。

【図１６】第１６図は、本発明によるはんだ付け方法及
び装置を用いて基板に部品を両面実装する工程を示すフ
ロー図である。

【図１７】第１７図は、雰囲気ガスに添加して水分を供
給するための実施例の構成を示すブロック図である。

【図１８】第１８図は、活性種を含むガスに水分を供給
するための第１７図とは異なる実施例を示すブロック図
である。

【図１９】第１９図は、活性種を含むガスに水分を供給
するための第１７図とは異なる実施例を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１電源２放電発生用電極３金属カバー４絶縁取付具５基板６接合面７ガス供給装置８領域９ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野康彦長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者倉科修長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者宮森聡長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者倉島羊平長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者阿南誠長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 5E319 CD01 GG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理部材の表面に所定の処理を施す
表面改質装置であって、高周波電圧を発生する高周波電源と、前記高周波電圧を印加する一対の電極と、少なくとも酸素とヘリウム、又はフッ素化合物とヘリウ
ムを含むガスのうちいずれかを供給するガス供給手段
と、を有し、前記一対の電極間で、前記ガスに放電を発生させて生成
した活性種を前記被処理物の表面に曝露することを特徴
とする表面改質装置。
【請求項２】載置される前記被処理物上に金属メッシュ
が設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の表
面改質装置。
【請求項３】前記気体供給手段から供給されるガスに水
分を付加する水分付加手段をさらに有することを特徴と
する請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】被処理部材の表面を改質する表面改質方法
であって、少なくとも酸素とヘリウムを含むガス又は、少なくとも
フッ素化合物とヘリウムを含むガスのうちいずれかを供
給するガス供給工程と、前記ガスに放電を発生させて活性種を生成させる活性種
生成工程と、生成された前記活性種を前記被処理部材に曝露させる曝
露工程と、を有することを特徴とする表面改質方法。
【請求項５】前記曝露工程において、前記活性種生成工
程により生成された前記活性種を、金属メッシュを通し
て前記被処理物に曝露することを特徴とする請求項４に
記載の表面改質方法。
【請求項６】前記ガス供給工程は、前記ガスに水分を付
加する工程をさらに有することを特徴とする請求項４又
は５に記載の表面改質方法。