(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板を、還元剤を含む還元雰囲気にさらして、前記電極の表面及び前記半田粉末の表面の酸化膜を還元する第１工程と、
前記基板を半田粉末の融点以上に加熱する第２工程と、
前記基板をラジカル雰囲気にさらして、前記部品又は前記基板に付着している前記還元剤を分解する第３工程と、
前記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温する第４工程と、
を備える部品搭載方法。
【請求項２】
前記半田ペーストは、前記半田粉末及び有機材料を含み、
前記第３工程では、前記基板をラジカル雰囲気にさらして、前記部品又は前記基板に付着している前記還元剤及び前記有機材料を分解する請求項１に記載の部品搭載方法。
【請求項３】
前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルは、酸素以外の原子を有する請求項１又は２に記載の部品搭載方法。
【請求項４】
前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルを、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ及びＮＯ２のうちの少なくとも一つのガスを用いて生成する請求項３に記載の部品搭載方法。
【請求項５】
前記還元雰囲気を形成した還元剤を用いて、前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルを生成する請求項１〜４の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【請求項６】
前記第３工程では、前記還元雰囲気を形成する還元剤の沸点以上の温度で、前記基板を前記ラジカル雰囲気にさらす請求項１〜５の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【請求項７】
電極を有する部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板が載置されるチャンバと、
前記チャンバ内の温度を調節する温度調節部と、
還元剤を前記チャンバ内に供給する還元剤供給部と、
ラジカルを前記チャンバ内に供給するラジカル供給部と、
前記基板を還元雰囲気にさらして、前記電極の表面及び前記半田粉末の表面の酸化膜を還元するように前記還元剤供給部を制御し、且つ、前記基板を半田粉末の融点以上に加熱するように前記温度調節部を制御し、且つ、前記基板をラジカル雰囲気にさらして、前記部品又は前記基板に付着している前記還元剤を分解するように前記ラジカル供給部を制御し、且つ、前記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温するように前記温度調節部を制御する、制御部と、
を備えた部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品搭載方法及び部品搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話又はデジタルカメラ等の電子機器の高機能化及び小型化に伴い、電子機器に搭載される半導体装置に対して更なる高機能化及び高集積化が要求されている。
【０００３】
そして、半導体装置の寸法が縮小されており、半導体装置の端子間の間隔も狭くなっている。また、基板に搭載された半導体装置と基板との間の間隔も狭くなっている。
【０００４】
更に、半導体装置等の電子部品を基板に搭載する際の搭載密度が高くなっており、電子部品同士の間隔も狭くなっている。
【０００５】
このような電子部品を基板に搭載する方法として、例えば、表面実装法が用いられている。
【０００６】
表面実装法では、まず、フラックス成分を含んだペースト状の半田を基板の電極上へ塗布する。次に、半導体装置等の電子部品をペースト状の半田を介して基板上に接着した後に、半田を溶融させて電子部品を基板の電極に半田付けする。その後、電子部品を搭載した基板を、有機溶剤で洗浄して、基板からフラックス残渣を除去する。
【０００７】
しかし、上述したように、半導体装置の端子間、又は半導体装置と基板との間、又は電子部品同士の間隔が狭くなっているので、これらの隙間に付着したフラックス残渣を除去することが困難な場合がある。
【０００８】
そこで、半田を溶融する前に、半田又は電極の表面に形成された酸化膜を、蟻酸で還元して除去することにより、フラックス成分を含まない半田を用いて電子部品を搭載する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２４６５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、この蟻酸を用いて酸化膜を除去する方法では、残っている蟻酸を基板から除去するために、基板に対して空気を供給し、供給した空気と蟻酸とを回収して燃焼している。そのため、半田の溶融時に基板が酸素雰囲気となるため、半田又は電極が再び酸化するおそれがあった。
【００１１】
そこで、本明細書では、電極等の酸化を抑制して部品を基板に搭載できる部品搭載方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本明細書では、電極等の酸化を抑制して部品を基板に搭載できる部品搭載装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書に開示する部品搭載方法の一形態によれば、部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板を還元雰囲気にさらす第１工程と、上記基板を半田粉末の融点以上に加熱する第２工程と、上記基板をラジカル雰囲気にさらす第３工程と、上記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温する第４工程と、を備える。
【００１４】
また、本明細書に開示する部品搭載装置の一形態によれば、部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板が載置されるチャンバと、上記チャンバ内の温度を調節する温度調節部と、還元剤を上記チャンバ内に供給する還元剤供給部と、ラジカルを上記チャンバ内に供給するラジカル供給部と、上記基板を還元雰囲気にさらすように上記還元剤供給部を制御し、且つ、上記基板を半田粉末の融点以上に加熱するように上記温度調節部を制御し、且つ、上記基板をラジカル雰囲気にさらすように上記ラジカル供給部を制御し、且つ、上記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温するように上記温度調節部を制御する、制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本明細書に開示する部品搭載方法によれば、電極等の酸化を抑制して部品を基板に搭載できる。
【００１６】
また、上述した本明細書に開示する部品搭載装置によれば、電極等の酸化を抑制して部品を基板に搭載できる。
【００１７】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１８】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書に開示する部品搭載装置の一実施形態を示す図である。
【図２】電子部品が半田ペーストを介して配置された基板を示す図である。
【図３】本明細書に開示する部品搭載方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図４】本明細書に開示する部品搭載方法で使用するリフロー温度の温度プロファイルを示す図である。
【図５】蟻酸の還元反応を説明する図である。
【図６】還元剤及び有機材料及び還元剤の金属塩のラジカルによる分解反応を説明する図である。
【図７】実施例１の半田接合部を説明する図である。
【図８】比較例１の半田接合部を説明する図である。
【図９】比較例２の半田接合部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本明細書で開示する部品搭載装置の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２１】
図１は、本明細書に開示する部品搭載装置の一実施形態を示す図である。図２は、電子部品が半田ペーストを介して配置された基板を示す図である。
【００２２】
本実施形態の部品搭載装置１０（以下、単に装置１０ともいう）は、電子部品２２，２３が半田ペースト２４を介して配置された基板２０が内部で搬送されて、電子部品２２，２３を基板２０にリフロー半田付けする装置である。
【００２３】
装置１０は、基板２０が搬送される方向に沿って、加熱室１０ａと、溶融室１０ｂと、冷却室１０ｃとを備える。基板搬入口を有する加熱室１０ａと、溶融室１０ｂと、基板搬出口を有する冷却室１０ｃは、基板２０が搬送される基板搬送路を形成する。基板搬送板１８上に載置された基板２０は、図示しない搬送部により、装置１０内の基板搬送路を搬送される。
【００２４】
加熱室１０ａと溶融室１０ｂとの間にはシャッタ１７ａが取り付けられ、溶融室１０ｂと冷却室１０ｃとの間にはシャッタ１７ｂが取り付けられており、溶融室１０ｂは気密可能になっている。また、加熱室１０ａの基板搬入口と冷却室１０ｃの基板搬出口にはそれぞれシャッタ１７ｃ、１７ｄが配置されている。装置１０は、シャッタ１７ａ〜１７ｄの動作を制御する制御部１５を備える。
【００２５】
また、装置１０は、基板搬送路内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部１２と、基板搬送路内に還元剤を供給する還元剤供給部１３と、基板搬送路内にラジカルを供給するラジカル供給部１４と、を備える。不活性ガス供給部１２及び還元剤供給部１３及びラジカル供給部１４の動作は、制御部１５によって制御される。
【００２６】
加熱室１０ａは、基板搬送路を囲む第１温度調節部１１ａを有する。第１温度調節部１１ａは、加熱室１０ａ内の温度を調節する。第１温度調節部１１ａの動作は、制御部１５によって制御される。また、加熱室１０ａは、その内部に窒素ガスを供給する不活性ガス供給管１２ａを有する。不活性ガス供給管１２ａには、不活性ガス供給部１２から不活性ガスが供給される。不活性ガスとしては、例えば、窒素を用いることができる。また、加熱室１０ａは、内部の気体を排気するための排気管を有していても良い。
【００２７】
溶融室１０ｂは、基板搬送路を囲む第２温度調節部１１ｂを有する。第２温度調節部１１ｂは、溶融室１０ｂ内の温度を調節する。第２温度調節部１１ｂの動作は、制御部１５によって制御される。
【００２８】
また、溶融室１０ｂは、その内部に窒素ガスを供給する不活性ガス供給管１２ｂと、還元剤を供給する還元剤供給管１３ａと、ラジカルを供給するラジカル供給管１４ａとを有する。不活性ガス供給管１２ｂには、不活性ガス供給部１２から不活性ガスが供給される。還元剤供給管１３ａには、還元剤供給部１３から気相の還元剤が供給される。ラジカル供給管１４ａには、ラジカル供給部１４からラジカルが供給される。還元剤供給管１３ａは、不活性ガス供給管１２ｂよりも基板搬送路の下流に位置する。ラジカル供給管１４ａは、還元剤供給管１３ａよりも基板搬送路の下流に位置する。
【００２９】
還元剤供給部１３は、還元剤供給管１３ａを介して溶融室１０ｂ内に気相の還元剤を供給する。溶融室１０ｂ内に導入された気相の還元剤は、溶融室１０ｂ内に拡散して、基板２０は還元雰囲気にさらされる。
【００３０】
還元剤としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸、蟻酸メチル、蟻酸エチル等のカルボン酸系エステル、蟻酸アンモニウム等のカルボン酸塩、又は水素等を用いることができる。
【００３１】
ラジカル供給部１４は、ラジカル供給管１４ａを介して溶融室１０ｂ内にラジカルを供給する。溶融室１０ｂ内に導入されたラジカルは、溶融室１０ｂ内に拡散して、基板２０はラジカル雰囲気にさらされる。
【００３２】
ラジカル雰囲気を形成するラジカルは、酸素以外の原子を有することが、半田又は電極等の酸化を防止する観点から好ましい。具体的には、ラジカル供給部１４は、ラジカル雰囲気を形成するラジカルを、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ及びＮＯ２のうちの少なくとも一つのガスを用いて生成することができる。
【００３３】
また、ラジカル供給部１４は、還元雰囲気を形成した還元剤を、例えば第１排気管１６ａを用いて、溶融室１０ｂ内から回収し、回収した還元剤を用いてラジカルを生成しても良い。
【００３４】
ラジカル供給部１４は、ラジカルを、例えば、原料のガスをフィラメント等の加熱手段を用いて加熱して生成しても良い。ラジカルを生成する他の手段としては、例えば、平行平板、イオンビーム、ＥＣＲ等の高周波電源を印加するラジカル発生方式がある。しかし、この方式では、複雑な構造の密閉型チャンバが必要となる。一方、フィラメント等の加熱手段を用いて原料のガスを加熱してラジカルを生成する場合には、このような密閉型チャンバが不要となり、簡単な構造のコンベアリフロー炉への取付けが可能となる。
【００３５】
溶融室１０ｂは、内部の気体を排気するための第１排気管１６ａ及び第２排気管１６ｂを有する。第１排気管１６ａは、還元剤供給管１３ａとラジカル供給管１４ａとの間に位置する。第２排気管１６ｂは、第１排気管１６ａよりも基板搬送路の下流に位置する。第１排気管１６ａ及び第２排気管１６ｂは、それぞれの排気量が独立して調節可能となっており、図示しない排気部と接続されている。この排気部の動作は、制御部１５によって制御される。
【００３６】
冷却室１０ｃは、基板搬送路を囲む第３温度調節部１１ｃを有する。第３温度調節部１１ｃは、冷却室１０ｃ内の温度を調節する。第３温度調節部１１ｃの動作は、制御部１５によって制御される。また、冷却室１０ｃは、その内部にラジカルを供給するラジカル供給管１４ｂを有する。ラジカル供給管１４ｂには、ラジカル供給部１４からラジカルが供給される。
【００３７】
冷却室１０ｃは、内部の気体を排気するための第３排気管１６ｃを有する。第３排気管１６ｃは、ラジカル供給管１４ｂよりも基板搬送路の下流に位置する。第３排気管１６ｃは、図示しない排気部と接続されている。この排気部の動作は、制御部１５によって制御される。
【００３８】
上述した説明では、装置１０は、加熱室１０ａ、溶融室１０ｂ及び冷却室１０ｃを別々に備えていたが、装置１０はそれらの機能を併せ持った一室を備えていても良い。
【００３９】
次に、装置１０内の基板搬送路を搬送される基板２０について、図２を参照して、以下に説明する。
【００４０】
基板２０上には、電子部品２２、２３が半田ペースト２４を介して配置されている。基板２０上には、電極２１ａ、２１ｂが形成されている。電子部品２２は、その端子２２ａが半田ペースト２４を用いて電極２１ａ上に接着されている。電子部品２３は、その端子２３ａが半田ペースト２４を用いて電極２１ｂ上に接着されている。
【００４１】
半田ペースト２４としては、公知のものを用いることができるが、本実施形態では、以下に説明する半田ペーストを使用した。
【００４２】
半田ペースト２４は、半田の微粉末にバインダ樹脂として分子量の異なる２種以上のポリブデン（ｐｏｌｙｂｕｔｅｎ：化学式（Ｃ４−Ｈ８）ｎ）を任意の比率で加え、練り、脱泡し、これにより、半田の微粉末とポリブテンとを混練して作製された。半田の微粉末は、例えば、粒径１０〜３８μｍ程度に形成されて９質量％の亜鉛を含む錫−亜鉛（ＳｎＺｎ）であって、その融点は１９９℃である。
【００４３】
また、ポリブテンは、イソブチレンを主体とする低重合体であってブテン−１が共重合した液状ポリマであり、例えば、平均分子量３００以下の第１のポリブテン（（Ｃ４−Ｈ８）ｎ１）と平均分子量５００程度の第２のポリブテン（（Ｃ４−Ｈ８）ｎ２）を５対１程度の比率で混合した材料を用いた。ポリブテンを半田の微粉末に加え、練り、脱泡された後のその粘度を例えば１００Ｐａ・ｓ〜２５０Ｐａ・ｓとした。この場合、半田の微粉末とポリブテンは約９０質量％、約１０質量％の割合で混合され、又は、約５０体積％ずつの割合で混合される。
【００４４】
以上の半田ペーストの作製工程では、第１温度で溶融する半田の微粉末に混合するポリブデンを、平均分子量の異なる２種以上の有機材料で形成することにより分解温度を広くしていた。しかし、有機材料は、常温で液体であり、第１温度より低い第２温度で揮発し分解し始め、第１温度より高い第３温度を所定の時間だけ保持することにより分解を終える材料であれば良い。有機材料は、複数の種類である必要はなく、しかもポリブデンに限定されるものではなく、炭化水素系、アルコール系、シリコーン系のうち、少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００４５】
次に、本明細書に開示する部品搭載方法の好ましい一実施形態を、図を参照して、以下に説明する。本実施形態の部品搭載方法は、上述した部品搭載装置を用いる。
【００４６】
図３は、本明細書に開示する部品搭載方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。図４は、本明細書に開示する部品搭載方法で使用するリフロー温度の温度プロファイルを示す図である。
【００４７】
まず、ステップＳ１０において、シャッタ１７ｃを開いて、加熱室１０ａの基板搬入口から、電子部品２２，２３が配置された基板２０が載置された基板搬送板１８が、不活性ガスで満たされた加熱室１０ａ内に搬入される。加熱室１０ａ内に搬入される。加熱室１０ａ内に搬入される基板２０の温度は室温である。
【００４８】
基板２０は、加熱室１０ａ内を基板搬送板１８により搬送されるにつれて、図４に示すように、室温から上昇して半田の融点よりも低い温度Ｔ１まで、例えば１６０℃まで第１温度調節部１１ａによって加熱される（加熱工程）。
【００４９】
次に、ステップＳ１２において、加熱された基板２０上では、半田ペースト２４中の平均分子量３００程度のポリブデンは、温度Ｔ１、例えば１６０℃に達した時点で分解及び揮発が始まる（揮発分解工程の開始）。
【００５０】
そして、シャッタ１７ａが制御部１５により開けられて、基板２０が載置された基板搬送板１８が、溶融室１０ｂ内に搬入される。溶融室１０ｂ内に搬入された基板２０は、第２温度調節部１１ｂによって加熱される。
【００５１】
次に、ステップＳ１４において、溶融室１０ｂ内に搬入された基板２０は、最初、不活性ガス供給管１２ｂから導入される不活性ガスさらされる。その後、基板２０は、還元剤供給管１３ａから導入された気相の還元剤によって、還元雰囲気にさらされる（還元工程）。
【００５２】
本実施形態では、還元剤として、蟻酸ガスを用いる。これにより、温度Ｔ１に加熱された基板２０上の半田ペースト２４及び電極２１ａ、２１ｂの表面の酸化膜に対して、蟻酸ガスによる還元が開始される。溶融室１０ｂ内の蟻酸ガスの濃度としては、例えば、数十ｐｐｍ〜数千ｐｐｍとすることができる。
【００５３】
図５は、蟻酸の還元反応を説明する図である。
【００５４】
図５に示すように、蟻酸（ＨＣＯＯＨ）は、Ｃｕ材により形成される電極の表面の酸化膜（ＣｕＯ）を還元して、電極を形成するＣｕ材を露出させて、良好な半田濡れ性を発現させる。
【００５５】
また、溶融室１０ｂ内では、基板２０の温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２、例えば２２１℃に達する間に、平均分子量３００のポリブデンは分解及び揮発を続ける。そして、還元剤供給管１３ａから導入された蟻酸ガスは、ポリブデンの揮発により生じた半田の微粉末の隙間に浸透して、半田の微粉末の表面の酸化膜を還元して、良好な半田濡れ性を発現させる。
【００５６】
続いて、基板２０の温度が温度Ｔ２、例えば２２１℃まで加熱されると、平均分子量３００程度のポリブデンは更に揮発して殆ど無くなる。このようにして、平均分子量３００のポリブデンの揮発量が増すにつれて半田の微粉末の露出量が増す。
【００５７】
そして、基板２０の温度が半田の融点に達すると半田の微粉末が溶けて互いに繋がり始める。
【００５８】
本実施形態の還元工程では、半田の微粉末を十分に溶融させるために、基板２０の温度が、半田の融点よりも高い温度Ｔ３、例えば２５０℃に達するまで、基板２０が、第２温度調節部１１ｂによって加熱される。
【００５９】
さらに、基板２０の温度が温度Ｔ２から温度Ｔ３、例えば２５０℃に上昇する間に、今度は平均分子量５００程度のポリブデンが分解し、揮発し始め、その量が増すにつれて、蟻酸ガスにより半田の微粉末がさらに還元されると共に溶融により繋がる量が増える。そして、基板２０の温度が温度Ｔ３に達し、その後の所定時間で平均分子量５００程度のポリブデンが分解、揮発して殆ど消滅する（揮発分解工程の終了）。
【００６０】
このように、有機材料であるポリブテンを半田の微粉末の融点以上の温度Ｔ３に達するまで徐々に揮発又は分解させる。このことにより、半田の微粉末を徐々に露出させて徐々に還元且つ一体化するので、半田の微粉末の急速な一体化が避けられ、これにより所謂マンハッタン現象が防止される。
【００６１】
即ち、溶融室１０ｂにおける加熱の途中で、ポリブテンが急速に揮発してしまうと、電子部品の２つの端子間で半田の濡れ広がるタイミングが僅かに異なることがある。例えばチップコンデンサーの両端電極で、一方の半田の濡れ広がりが他方に比べて早い場合、先に濡れた端子の半田の表面張力でマンハッタン現象が生じ、電子部品が垂直に立ってしまうことがある。
【００６２】
そこで、本実施形態では、この表面張力の時間差を抑えるために、分子量が大きく、揮発温度が高く、さらに分解時間の長いポリブテンを使用した。もちろん、１種類の分子量のポリブテンで任意の温度と時間のプロファイルをカバーすることも可能である。
【００６３】
また、図４に示すように、本実施形態では、揮発分解工程を、還元工程よりも前に開始することにより、ポリブデンの揮発又は分解により生じた半田の微粉末の隙間に蟻酸ガスを浸透させ易くしている。また、還元工程が終了した後まで、揮発分解工程を行うことにより、半田の微粉末及び電極の表面の酸化膜の還元を十分に行っている。
【００６４】
ところで、蟻酸は、１１０℃以上でガス化し、ガス化すると１５０℃程度と低い温度でも還元性を示す。従って、基板２０が有機材料により形成されていても還元雰囲気により基板２０が燃えたり分解したりすることはない。これにより、３００℃以下の温度で、蟻酸を還元性ガスとして使うことが可能である。
【００６５】
制御部１５は、還元剤供給管１３ａから導入される蟻酸ガスの流量及び第１排気管１６ａから排気される排気量を制御して、溶融室１０ｂ内の蟻酸ガスが第１排気管１６ａよりも下流に拡散しないようにしている。この制御のために、装置１０は、必要に応じて、更に多くの数の排気管を有していても良い。また、溶融室１０ｂ内の蟻酸ガスが第１排気管１６ａよりも下流に拡散しないように、溶融室１０ｂ内の基板搬送路の長さを設計することが好ましい。
【００６６】
次に、ステップＳ１６において、基板２０の温度は、半田の微粉末の融点以上の温度Ｔ３、例えば２５０℃に加熱されて、半田の微粉末が十分に溶融する（溶融工程）。蟻酸ガスにより表面が十分に還元された電極２１ａ、２１ｂは、溶融した半田によって、電子部品２２，２３の端子２２ａ、２３ａと電気的に接続する。この溶融工程では、基板２０の温度が温度Ｔ３にある状態を所定の時間保持して、電極２１ａ、２１ｂと端子２２ａ、２３ａとを溶融した半田によって十分に接続させる。
【００６７】
次に、ステップＳ１８において、基板２０は、ラジカル供給管１４ａから導入されたラジカルによって、ラジカル雰囲気にさらされる（ラジカル工程）。このラジカル工程では、基板２０の温度は、半田の微粉末の融点以上の温度Ｔ３、例えば２５０℃に保持される。本実施形態では、水蒸気を原料ガスとして、ＯＨラジカルを生成した。
【００６８】
ラジカル工程では、基板２０又は電子部品２２，２３に付着している還元剤である蟻酸が、ラジカルによって分解されて除去される。還元工程で使用された蟻酸は、基板２０又は電子部品２２，２３の表面、又は、電子部品２２，２３と基板２０との間、又は電子部品２２，２３の端子２２ａ、２３ａ等の隙間に付着している場合がある。これらの付着した蟻酸は、電極等を腐食するおそれがあるので、ラジカル工程で除去される。
【００６９】
また、還元工程では、半田中のＳｎと還元剤である蟻酸とが反応して蟻酸の金属塩が生成される場合がある。そして、この金属塩が付着した基板が高温高湿状態で使用されると、金属塩及び半田中のＳｎがイオン化して両者間に電位差が発生し、Ｓｎイオンが蟻酸の金属塩へ移動して金属が析出するイオンマイグレーションが生じるおそれがある。そこで、ラジカル工程では、この蟻酸の金属塩が除去される。
【００７０】
更に、半田ペースト中のポリブテン等の有機材料が、溶融工程後の基板２０上に残っている場合がある。そこで、ラジカル工程では、この有機材料が除去される。
【００７１】
ラジカル供給管１４ａから導入されたラジカルは、溶融室１０ｂ内に拡散して基板２０の周囲にラジカル雰囲気を形成する。ラジカルは、基板２０又は電子部品２２，２３の表面、又は、電子部品２２，２３と基板２０との間、又は電子部品２２，２３の端子２２ａ、２３ａ等の隙間に十分に浸透する。
【００７２】
ここで、基板をラジカルにさらす他の方法として、例えば、紫外線を用いて局所的にラジカルを生成して基板に照射することがある。しかし、このような局所的にラジカルを照射する方法では、電子部品と基板との間の隙間等にラジカルを十分に浸透させることができない。
【００７３】
図６は、還元剤及び有機材料及び還元剤の金属塩のラジカルによる分解反応を説明する図である。
【００７４】
図６（Ａ）は、ＯＨラジカルによって、還元剤であるカルボン酸が分解される反応を説明している。ここで、Ｒはアルキル基を示している。同様にして、蟻酸もＯＨラジカルによって分解される。
【００７５】
図６（Ｂ）は、ＯＨラジカルによって、有機材料であるＣ４Ｈ８が分解される反応を説明している。
【００７６】
図６（Ｃ）は、ＯＨラジカルによって、蟻酸の金属塩である（ＨＣＯＯ）２Ｍが分解される反応を説明している。ここで、Ｍは金属原子を示している。
【００７７】
ラジカル工程において、ラジカル雰囲気を形成するラジカルは、酸素以外の原子を有することが、電極又は端子等の酸化を防止する観点から好ましい。この観点から、ラジカル雰囲気を形成するラジカルは、酸素を含まないことが特に好ましい。
【００７８】
また、還元雰囲気を形成する還元剤の沸点以上の温度で、基板２０をラジカル雰囲気にさらすことが、ラジカルによる還元剤の分解反応を促進して、還元剤をラジカルによって分解して除去する上で好ましい。
【００７９】
溶融室１０ｂ内のラジカル濃度としては、例えば、１０Ｅ６〜１０Ｅ１０ｃｍ−３とすることができる。このラジカル濃度は、制御部１５が、ラジカル供給管１４ａからのラジカル供給量並びに第１排気管１６ａ及び第２排気管１６ｂから排気される排気量を制御することにより調節される。
【００８０】
また、ラジカル工程における溶融室内の圧力としては、例えば２００〜１０１３２５Ｐａ（１．５〜７６０Ｔｏｒｒ）とすることができる。この圧力は、制御部１５が、ラジカル供給管１４ａからのラジカル供給量並びに第１排気管１６ａ及び第２排気管１６ｂから排気される排気量を制御することにより調節される。
【００８１】
また、ラジカル工程における溶融室内の温度としては、例えば、１４０〜２６０℃とすることができる。この温度は、制御部１５が、第２温度調節部１１ｂを制御することにより調節される。
【００８２】
制御部１５は、ラジカル供給管１４ａから導入されるラジカルの流量並びに第１排気管１６ａ及び第２排気管１６ｂから排気される排気量を制御して、溶融室１０ｂ内のラジカルが第１排気管１６ａよりも上流に拡散しないようにしている。この制御のために、装置１０は、必要に応じて、更に多くの数の排気管を有していても良い。また、溶融室１０ｂ内のラジカルが第１排気管１６ａよりも上流に拡散しないように、溶融室１０ｂ内の基板搬送路の長さを設計することが好ましい。
【００８３】
装置１０では、ラジカル工程は、次の冷却室１０ｃにおいても、続けて行われる。
【００８４】
次に、ステップＳ２０において、シャッタ１７ｂが制御部１５により開けられて、基板２０が載置された基板搬送板１８が、冷却室１０ｃ内に搬入される（冷却工程）。冷却工程では、冷却室１０ｃ内に搬入された基板２０は、第３温度調節部１１ｃによって、基板の温度が半田の微粉末の融点よりも下がるように冷却される。
【００８５】
冷却室１０ｃでは、基板２０の温度を半田の微粉末の融点よりも降温するので、溶融し表面張力により略ボール状に一体化した半田は、温度が低下して固体になる。具体的には、図４に示すように、冷却室１０ｃに搬入された基板２０は、第３温度調節部１１ｃによって温度Ｔ３から降温され、凝固点を通過して急速に冷却され、さらに徐々に温度が低下される。このようなリフロー処理により、電子部品２２，２３と電極２１ａ、２１ｂとは半田付けされる。
【００８６】
また、冷却室１０ｃでも、基板２０は、冷却されると共に、ラジカル供給管１４ｂから導入されたラジカルによって、ラジカル雰囲気にさらされる。冷却室１０ｃでは、溶融室１０ｂにおいて除去しきれていない還元剤又は有機材料又は還元剤の金属塩がラジカルにより分解されて除去される。図４に示すように、ラジカル工程は冷却室１０ｃにおいても行われるので、ラジカル工程の一部が、冷却工程と重なって実施される。
【００８７】
冷却室１０ｃ内のラジカル濃度としては、例えば、１０Ｅ６〜１０Ｅ１０ｃｍ−３とすることができる。このラジカル濃度は、制御部１５が、ラジカル供給管１４ｂからのラジカル供給量及び第３排気管１６ｃから排気される排気量を制御することにより調節される。
【００８８】
また、ラジカル工程における冷却室１０ｃの圧力としては、例えば２００〜１０１３２５Ｐａ（１．５〜７６０Ｔｏｒｒ）とすることができる。この圧力は、制御部１５が、ラジカル供給管１４ｂからのラジカル供給量及び第３排気管１６ｃから排気される排気量を制御することにより調節される。
【００８９】
また、ラジカル工程における冷却室１０ｃ内の温度としては、例えば、２０〜１００℃とすることができる。この温度は、制御部１５が、第３温度調節部１１ｃを制御することにより調節される。
【００９０】
制御部１５は、ラジカル供給管１４ｂから導入されるラジカルの流量及び第３排気管１６ｃから排気される排気量を制御して、冷却室１０ｃ内のラジカルが第３排気管１６ｃよりも下流に拡散しないようにしている。この制御のために、装置１０は、必要に応じて、更に多くの数の排気管を有していても良い。また、冷却室１０ｃ内のラジカルが第３排気管１６ｃよりも下流に拡散しないように、冷却室１０ｃ内の基板搬送路の長さを設計することが好ましい。また、冷却室１０ｃに、不活性ガスを供給するようにしても良い。
【００９１】
そして、ステップＳ２２において、シャッタ１７ｄが制御部１５により開けられて、基板２０が載置された基板搬送板１８が、冷却室１０ｃの基板搬出口から装置１０の外に搬出される。
【００９２】
上述した本実施形態の部品搭載装置を用いる部品搭載方法によれば、還元剤をラジカルにより分解して除去するので、半田及び電極等の酸化を抑制して電子部品を基板に搭載できる。また、本実施形態の部品搭載方法では、有機材料及び還元剤の金属塩をラジカルにより分解して除去できる。従って、本実施形態の部品搭載方法を用いて製造された基板は、高い信頼性及び歩留まりを有する。
【００９３】
本発明では、上述した実施形態の部品搭載方法及び部品搭載装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【００９４】
例えば、ラジカル工程では、複数のラジカルを用いてラジカル雰囲気を形成しても良い。例えば、ラジカル工程では、ラジカル雰囲気を形成するラジカルを、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ及びＮＯ２のうちの複数のガスを用いて生成しても良い。
【００９５】
また、上述した部品搭載方法の実施形態では、揮発分解工程は、還元工程及び溶融工程と重なって行われていたが、揮発分解工程は、加熱工程と還元工程との間にだけ配置されても良い。
【実施例】
【００９６】
以下、本明細書に開示する部品搭載装置を用いた部品搭載方法について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。
【００９７】
[実施例１]
上述した本実施形態の部品搭載方法を用いて、電子部品と基板上の電極とを半田付けした。そして、実施例１により半田付けされた電極の半田接合部の断面について、ＥＰＭＡ分析を行った。ＥＰＭＡ分析の結果を図７に示す。図７は、Ｃｕ材である電極３０と、半田３２と、半田に由来するＺｎの分布領域３１とを示している。領域３１は、電極３０と半田３２との間に一定の厚さの薄い層を形成している。領域３１は、電極３０を形成するＣｕと、半田に由来するＺｎとの合金により形成される接合層であるので、実施例１による半田付けでは、電極における良好な半田濡れ性が得られることが確認された。また、実施例１により半田付けされた基板には、半田及び電極の酸化並びに有機材料の残渣は観察されなかった。
【００９８】
[実施例２]
ＯＨラジカルではなく、ＣＯガスを原料とするラジカルを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の半田付けを行った。実施例２の半田付けにおいても、図７と同様の結果が得られたので、実施例２による半田付けでは、電極における良好な半田濡れ性が得られることが確認された。また、実施例２により半田付けされた基板にも、半田及び電極の酸化並びに有機材料の残渣は観察されなかった。
【００９９】
[実施例３]
ＯＨラジカルではなく、ＣＯ２ガスを原料とするラジカルを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３の半田付けを行った。実施例３の半田付けにおいても、図７と同様の結果が得られたので、実施例３による半田付けでは、電極における良好な半田濡れ性が得られることが確認された。また、実施例３により半田付けされた基板にも、半田及び電極の酸化並びに有機材料の残渣は観察されなかった。
【０１００】
[実施例４]
ＯＨラジカルではなく、ＮＯガスを原料とするラジカルを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例４の半田付けを行った。実施例４の半田付けにおいても、図７と同様の結果が得られたので、実施例４による半田付けでは、電極における良好な半田濡れ性が得られることが確認された。また、実施例４により半田付けされた基板にも、半田及び電極の酸化並びに有機材料の残渣は観察されなかった。
【０１０１】
[実施例５]
ＯＨラジカルではなく、ＮＯ２ガスを原料とするラジカルを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例５の半田付けを行った。実施例５の半田付けにおいても、図７と同様の結果が得られたので、実施例５による半田付けでは、電極における良好な半田濡れ性が得られることが確認された。また、実施例５により半田付けされた基板にも、半田及び電極の酸化並びに有機材料の残渣は観察されなかった。
【０１０２】
[比較例１]
ラジカル工程を行わないことを除いては、実施例１と同様にして、比較例１の半田付けを行った。そして、比較例１により半田付けされた電極の半田接合部の断面について、ＥＰＭＡ分析を行った。ＥＰＭＡ分析の結果を図８に示す。領域３１は、電極３０と半田３２との間に、一定でない厚さの層を形成しており、比較例１による半田付けでは、半田濡れ性が悪いことが確認された。また、比較例１により半田付けされた接合部では、実施例１と比べて１０倍以上の抵抗値が測定された。
【０１０３】
[比較例２]
還元工程を行わないことを除いては、実施例１と同様にして、比較例２の半田付けを行った。そして、比較例２により半田付けされた電極の半田接合部の断面について、ＥＰＭＡ分析を行った。ＥＰＭＡ分析の結果を図９に示す。領域３１は、電極３０と半田３２との間に、幅の広いの層を形成しており、比較例２による半田付けでは、半田濡れ性が比較例１よりも悪いことが確認された。また、比較例２により半田付けされた接合部では、実施例１と比べて５０倍以上の抵抗値が測定された。
【０１０４】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１０５】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１０６】
（付記１）
部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板を還元雰囲気にさらす第１工程と、
前記基板を半田粉末の融点以上に加熱する第２工程と、
前記基板をラジカル雰囲気にさらす第３工程と、
前記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温する第４工程と、
を備える部品搭載方法。
【０１０７】
（付記２）
前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルは、酸素以外の原子を有する付記１に記載の部品搭載方法。
【０１０８】
（付記３）
前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルを、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ及びＮＯ２のうちの少なくとも一つのガスを用いて生成する付記２に記載の部品搭載方法。
【０１０９】
（付記４）
前記還元雰囲気を形成した還元剤を用いて、前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルを生成する付記１〜３の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【０１１０】
（付記５）
前記第３工程では、前記還元雰囲気を形成する還元剤の沸点以上の温度で、前記基板を前記ラジカル雰囲気にさらす付記１〜４の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【０１１１】
（付記６）
前記ラジカル雰囲気を形成するラジカルを、原料のガスを加熱して生成する付記１〜５の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【０１１２】
（付記７）
半田ペーストは、半田粉末及び有機材料を有しており、
前記第１工程の前に、
前記基板を加熱して、半田ペースト中の有機材料を揮発又は分解させる第５工程を備える付記１〜６の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【０１１３】
（付記８）
半田ペーストは、
第１温度で溶融する半田粉末と、
常温で液体であり、前記第１温度より低い第２温度で揮発し分解し始め、前記第１温度より高い第３温度を所定の時間だけ保持することにより分解を終える前記有機材料と、を有する付記１〜７の何れか一項に記載の部品搭載方法。
【０１１４】
（付記９）
前記有機材料は、分解温度の異なる複数の材料を有する付記８に記載の部品搭載方法。
【０１１５】
（付記１０）
部品が半田粉末を含む半田ペーストを介して配置された基板が載置されるチャンバと、
前記チャンバ内の温度を調節する温度調節部と、
還元剤を前記チャンバ内に供給する還元剤供給部と、
ラジカルを前記チャンバ内に供給するラジカル供給部と、
前記基板を還元雰囲気にさらすように前記還元剤供給部を制御し、且つ、前記基板を半田粉末の融点以上に加熱するように前記温度調節部を制御し、且つ、前記基板をラジカル雰囲気にさらすように前記ラジカル供給部を制御し、且つ、前記基板の温度を半田粉末の融点よりも降温するように前記温度調節部を制御する、制御部と、
を備えた部品搭載装置。
【符号の説明】
【０１１６】
１０    部品搭載装置
１０ａ    加熱室（加熱チャンバ）
１０ｂ    溶融室（溶融チャンバ）
１０ｃ    冷却室（冷却チャンバ）
１１ａ    第１温度調節部
１１ｂ    第２温度調節部
１１ｃ    第３温度調節部
１２    不活性ガス供給部
１２ａ、１２ｂ    不活性ガス供給管
１３    還元剤供給部
１３ａ    還元剤供給管
１４    ラジカル供給部
１４ａ、１４ｂ    ラジカル供給管
１５    制御部
１６ａ    第１排気管
１６ｂ    第２排気管
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ    シャッタ
１８    基板搬送板
２０    基板
２１ａ、２１ｂ    電極
２２    電子部品
２２ａ    端子
２３    電子部品
２３ａ    端子
２４    半田ペースト
３０    電極
３１    Ｚｎの分布領域
３２    半田
【図１】
0005962123.tif 000002
【図２】
0005962123.tif 000003
【図３】
0005962123.tif 000004
【図４】
0005962123.tif 000005
【図５】
0005962123.tif 000006
【図６】
0005962123.tif 000007
【図７】
0005962123.tif 000008
【図８】
0005962123.tif 000009
【図９】
0005962123.tif 000010