(57)【要約】【課題】洗浄作業に要する時間を短縮できる洗浄装置及び洗浄方法を提供することにある。【解決手段】洗浄治具１１２には、被洗浄物１１４の被洗浄部位を密閉空間に面するように、を取り付けられる。洗浄液タンク１２０Ａ，１２０Ｂに収容された洗浄液は、狭間隙の密閉空間内に一方の端の流入側配管から高速流として流入させる。洗浄液は、洗浄治具１１２と被洗浄物１１４によって形成された狭間隙の密閉空間内で被洗浄物の被洗浄部位を浸漬した状態で、高速流として流入させて、被洗浄部位の洗浄を行う。【選択図】図１
2006320901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線基板と該多層配線基板にハンダボールにより固着された半導体素子と上記多層配線基板の外周に固着されたフレームからなる被洗浄物を洗浄液を用いて洗浄する洗浄装置において、
上記被洗浄物のハンダボール固着部及び半導体素子（以下、被洗浄部位）が狭間隙の密閉空間に配置されるように、上記被洗浄物を取り付ける洗浄治具と、
洗浄液を収容する洗浄液タンクと、
上記洗浄液タンクに収容された洗浄液を、上記洗浄治具と上記被洗浄物によって形成された上記狭間隙の密閉空間内に一方の端から高速流として流入させる流入側配管と、
上記狭間隙の密閉空間の他方の端から流出した洗浄液を上記洗浄液タンクに戻す流出側配管とを備え、
上記流入側配管及び上記流出側配管は、上記流入側配管から流れ込み上記流出側配管から流出する上記洗浄液が上記狭間隙の密閉空間内で上記被洗浄物の被洗浄部位を浸漬した状態で流れるように、上記洗浄治具に接続されることを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
請求項１記載の洗浄装置において、上記洗浄治具は、上記被洗浄物の被洗浄部位が下向きとなるように、上記被洗浄物を取り付けることを特徴とする洗浄装置。
【請求項３】
請求項１記載の洗浄装置において、上記洗浄液タンクは、粗洗浄液タンクと、仕上洗浄液からなり、上記粗洗浄液タンクに収容された粗洗浄液を用いて粗洗浄を行った後、上記仕上洗浄液タンクに収容された仕上洗浄液を用いて仕上洗浄を行うことを特徴とする洗浄装置。
【請求項４】
請求項１記載の洗浄装置において、上記配管を介して、上記密閉空間内にガスを供給して、上記被洗浄部位を乾燥することを特徴とする洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄装置に係り、特に、狭間隙部に残留している粘性物を除去するに好適な洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の汎用コンピュータ等に用いるモジュールでは、多層配線基板（ＭＬＣ：Multi Layer Ceramics）の上に、ＬＳＩ等の半導体素子をハンダボール等で接合し、さらに、冷却ジャケットを多層配線基板に固着して、ＬＳＩをモジュール内に密封する構造となっている。そして、ＬＳＩ等からの発熱を冷却モジュールに熱伝達するための熱伝達部材として、モジュール内にオイルを封入したり、ＬＳＩと冷却モジュールの間をグリースによって熱的に接続するようにしている。
【０００３】
そして、モジュールの完成後には、ＬＳＩも動作チェックを行うが、この動作チェックによってＬＳＩの不具合が検出されると、モジュールを開封して、不具合のあったＬＳＩを交換している。
【０００４】
モジュールの開封後に、ＬＳＩを交換する際には、その交換前に、内部に封入されていたオイルやグリースを洗浄する必要がある。従来のオイル等の洗浄方法としては、多層配線基板全体を、洗浄液中に浸漬してオイル等を洗浄している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、開封された多層配線基板を洗浄液中に浸漬してオイル等を除去するという従来の洗浄方法では、ＬＳＩと多層配線基板の間のハンダボールの部分のような狭隙部（例えば、高さ６０μｍ）に侵入したオイル等を１回の洗浄では十分に除去できないため、使用済みの洗浄液の交換して、洗浄を複数回繰り返す作業が必要であり、洗浄作業に時間を要するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、洗浄作業に要する時間を短縮できる洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、多層配線基板と該多層配線基板にハンダボールにより固着された半導体素子と上記多層配線基板の外周に固着されたフレームからなる被洗浄物を洗浄液を用いて洗浄する洗浄装置において、上記被洗浄物のハンダボール固着部及び半導体素子（以下、被洗浄部位）が狭間隙の密閉空間に配置されるように、上記被洗浄物を取り付ける洗浄治具と、洗浄液を収容する洗浄液タンクと、上記洗浄液タンクに収容された洗浄液を、上記洗浄治具と上記被洗浄物によって形成された上記狭間隙の密閉空間内に一方の端から高速流として流入させる流入側配管と、上記狭間隙の密閉空間の他方の端から流出した洗浄液を上記洗浄液タンクに戻す流出側配管とを備え、上記流入側配管及び上記流出側配管は、上記流入側配管から流れ込み上記流出側配管から流出する上記洗浄液が上記狭間隙の密閉空間内で上記被洗浄物の被洗浄部位を浸漬した状態で流れるように、上記洗浄治具に接続されるようにしたものである。
【０００８】
かかる構成により、密閉空間に配置された被洗浄部位には高速流の洗浄液が供給され、狭間隙部にも高速流の洗浄液が流通するので、狭間隙部をも容易に洗浄して、洗浄時間を短縮し得るものとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、洗浄時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による洗浄装置の構成について説明する。
【００１１】
最初に、図１を用いて、本実施形態による洗浄装置の全体構成について説明する。
【００１２】
洗浄装置１００の上部には、洗浄室１１０が設けられている。洗浄室１１０の内部には、洗浄治具１１２が備えられている。被洗浄物１１４は、洗浄治具１１２に取り付けられ、被洗浄物１１４の所定の部位が洗浄される。被洗浄物１１４の洗浄部位は、被洗浄物１１４と洗浄治具１１２との間に形成される密閉空間内に面している。この密閉空間内には、流入側配管Ｐinから洗浄液が導入され、流出側配管Ｐoutから使用済みの洗浄液が流出する。なお、被洗浄物１１４の詳細については、図２を用いて後述する。洗浄室１１０の上部には、蓋１１６が設けられており、蓋１１６を開閉して、被洗浄物１１４の洗浄治具１１２への取り付け／取り外しを行える。
【００１３】
洗浄装置１００の内部は、密閉された空間となっており、この空間内に、粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上液洗浄タンク１２０Ｂが配置されている。粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上液洗浄タンク１２０Ｂの内部には、洗浄液が収容されている。洗浄液としては、例えば、ｎ−ヘキサンを使用している。粗洗浄液タンク１２０Ａは、ポンプ１２２Ａと，フィルタ１２４Ａ，１２５Ａと、バルブ１２６Ａを介して、流入側配管Ｐinに接続されている。また、流出側配管Ｐoutは、バルブ１２７Ａを介して、粗洗浄液タンク１２０Ａに接続されている。また、ドレイン用配管Ｐd1は、バルブ１２８Ａを介して、外部に接続されている。
【００１４】
従って、バルブ１２６Ａ及びバルブ１２７Ａを開いて、ポンプ１２２Ａを動作させることにより、粗洗浄液タンク１２０Ａ内の洗浄液は、流入側配管Ｐinから洗浄治具１１２の内部に流入し、流出側配管Ｐoutから粗洗浄液タンク１２０Ａに流出して、被洗浄物１１４の洗浄部位を洗浄することができる。
【００１５】
ここで、フィルタ１２４Ａは、１μｍのゴミを濾過できるフィルタであり、フィルタ１２５Ａは、０．１μｍのゴミを濾過できるフィルタである。例えば、ＬＳＩ等に付着したオイルを洗浄する場合、洗浄済みの洗浄液中には、ハンダ屑や塵芥等の微粒子が混入するため、これらの微粒子は、フィルタ１２４Ａ，１２５Ａによって除去される。また、ＬＳＩ等に付着したグリースを洗浄する場合、洗浄済みの洗浄液中には、グリース中に含まれる酸化亜鉛（ZnO2）やアルミナ(Al2O3)等の微粒子が混入するため、これらの微粒子は、フィルタ１２４Ａ，１２５Ａによって除去される。
【００１６】
また、仕上洗浄液タンク１２０Ｂは、ポンプ１２２Ｂと，フィルタ１２４Ｂ，１２５Ｂと、バルブ１２６Ｂを介して、流入側配管Ｐinに接続されている。また、流出側配管Ｐoutは、バルブ１２７Ｂを介して、粗洗浄液タンク１２０Ｂに接続されている。また、ドレイン用配管Ｐd2は、バルブ１２８Ｂを介して、外部に接続されている。
【００１７】
従って、バルブ１２６Ｂ及びバルブ１２７Ｂを開いて、ポンプ１２２Ｂを動作させることにより、粗洗浄液タンク１２０Ｂ内の洗浄液は、流入側配管Ｐinから洗浄治具１１２の内部に流入し、流出側配管Ｐoutから粗洗浄液タンク１２０Ｂに流出して、被洗浄物１１４の洗浄部位を洗浄することができる。
【００１８】
さらに、流入側配管Ｐinには、バルブ１３２を介して、窒素ガスボンベ１３０が接続されており、バルブ１３２を開くことにより、窒素ガスが流入側配管Ｐinから洗浄治具１１２の内部に流入する。窒素ガスは、洗浄部位の乾燥のために使用される。
【００１９】
また、粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上洗浄液タンク１２０Ｂの上部空間における酸素濃度を検出するために、酸素濃度計１４０が設けられている。洗浄液のガス成分は引火点が低いため、粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上洗浄液タンク１２０Ｂの上部空間に、洗浄液のガス成分が充満すると爆発の恐れがあるため、粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上洗浄液タンク１２０Ｂの上部空間は、窒素ガスボンベ１３０から配管Ｐｇ３，Ｐｇ４を介して窒素ガスが供給され、窒素ガスによってパージされて、配管Ｐｇ１，Ｐｇ２を介して、排気ガスダクト１５０から装置外部に排気されている。ここで、粗洗浄液タンク１２０Ａ及び仕上洗浄液タンク１２０Ｂの上部空間の酸素濃度を、酸素濃度計１４０によって監視している。
【００２０】
次に、図２を用いて、本実施形態による洗浄装置の洗浄原理について説明する。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態による洗浄装置の洗浄原理を示す概念図である。
【００２２】
洗浄治具１１２には、被洗浄物１１４が取り付けられている。被洗浄物１１４は、例えば、多層配線基板（ＭＬＣ：Multi Layer Ceramics）１１４Ａと、ＬＳＩ１１４Ｂが取り付けられているサブキャリア（ＭＣＣ：MicroChip for Carrier)１１４Ｃと、多層配線基板１１４Ａの外周に固着されたフレーム１１４Ｄとから構成されている。ＬＩＳ１１４ＢとＭＣＣ１１４Ｃは、ハンダボールにより固着されている。また、ＭＣＣ１１４Ｃと多層配線基板１１４Ａは、ハンダボールにより固着されている。モジュールを構成する場合には、フレーム１１４Ｄの上端部に水冷ジャケットが取り付けられ、ＬＳＩ１１４Ｂは、モジュールの内部に密封された構造となる。この密封された空間内には、熱伝導部材であるオイルやグリースが封入される。モジュールの完成後の検査で、ＬＳＩの動作不良等があると、図示するように、水冷ジャケットは、取り外される。水冷ジャケットを取り外した状態では、ＬＳＩ１１４Ｂの表面には、オイル等が付着しているとともに、多層配線基板１１４ＡとＭＣＣ１１４Ｃの間のハンダ固着部の狭間隙や、ＭＣＣ１１４ＣとＬＳＩ１１４Ｂの間のハンダ固着部の狭間隙には、オイル等が侵入している。ここで、狭間隙は、例えば、６０μｍである。
【００２３】
そこで、洗浄に際しては、水冷ジャケット等を除去した被洗浄物１１４のフレーム１１４Ｄを、洗浄治具１１２に取り付ける。ここで、被洗浄部位は、ＬＳＩ１１４Ｂや狭間隙部であるので、この被洗浄部位が、洗浄治具１１２に面するように取り付けられる。また、ＬＳＩ１１４Ｂは、多層配線基板１１４Ａからぶら下がるように下向きに取り付けられている。また、フレーム１１４Ｄと洗浄治具１１２を、Ｏリング１１２Ａを介して取り付けることにより、被洗浄物１１４と洗浄治具１１２の間の空間は密封され、この密封された空間内に被洗浄部位が配置される。即ち、被洗浄部位にのみ洗浄液が浸漬される。
【００２４】
洗浄治具１１２には、流入側配管Ｐin及び流出側配管Ｐoutが接続されている。洗浄液タンク１２０内に収容されている洗浄液は、ポンプ１２２によって、流入側配管Ｐinを経て、被洗浄部位に導入され、流出側配管Ｐoutから洗浄液タンク１２０に戻る。
【００２５】
ここで、洗浄治具１１２と被洗浄物１１４の多層配線基板１１４Ａの間のギャップＧは、極めて小さくしてあり、例えば、３ｍｍとしている。従って、流入側配管Ｐinから洗浄治具１１２と被洗浄物１１４の間の空間に流れ込んだ洗浄液は、高速流となって、被洗浄部位を効率的に洗浄する。また、ベルヌイの定理により、狭間隙の部分ほど洗浄液の流速が早くなるため、ハンダ固着部のように狭間隙部分の洗浄液の流速はさらに早くなるため、洗浄性が向上している。
【００２６】
次に、本実施形態による洗浄装置による洗浄動作について説明する。最初に、図１に示した洗浄室１１０の蓋１１６を開けて、図２に示すように、洗浄治具１１２に被洗浄物１１４を取り付ける。その後、蓋１１６を閉じる。
【００２７】
次に、バルブ１２６Ａとバルブ１２７Ａを開き、その他のバルブを閉じて、ポンプ１２２Ａを動作させることにより、粗洗浄液タンク１２０Ａ内の洗浄液を、流入側配管Ｐinから洗浄部位に流入させ、さらに、洗浄液を流出側配管Ｐoutを経て粗洗浄液タンク１２０Ａに環流させることにより、高速流の洗浄液を洗浄部位に循環させる。粗洗浄液の流量は、例えば、４０Ｌ／分としている。
【００２８】
次に、バルブ１３２，１２７Ａ，１２９Ａを開いた状態として、その他のバルブを閉じて、窒素ガスボンベ１３０内の窒素ガスを、流入側配管Ｐinから洗浄部位に流入させ、さらに、洗浄液を流出側配管Ｐoutを経て、粗洗浄液タンク１２０Ａに流入させることにより、洗浄部位を窒素ガスによって乾燥させる。粗洗浄液タンク１２０Ａに流入した窒素ガスは、それぞれ、配管Ｐg1とバルブ１２９Ａを介して、排気ダクト１５０から排出される。
【００２９】
次に、バルブ１２６Ａとバルブ１２７Ａを閉じ、バルブ１２６Ｂとバルブ１２７Ｂを開き、その他のバルブを閉じて、ポンプ１２２Ｂを動作させることにより、仕上洗浄液タンク１２０Ｂ内の洗浄液を、流入側配管Ｐinから洗浄部位に流入させ、さらに、洗浄液を流出側配管Ｐoutを経て仕上洗浄液タンク１２０Ｂに環流させることにより、高速流の洗浄液を洗浄部位に循環させる。仕上洗浄液の流量は、例えば、４０Ｌ／分としている。
【００３０】
以上のようにして、粗洗浄液で最初に洗浄を行い、大部分のオイル等を除去した後、仕上洗浄液を用いて、再度洗浄するようにしているので、洗浄液中のオイル残留量を低減することができる。
【００３１】
モジュール洗浄後の洗浄液中へのオイル残留がハンダ接合部に付着し、残ると悪影響を及ぼすと考えられるので、洗浄液中のオイルの溶け込み量を重量比で変化させて、リペア作業への影響を検討したところ、５wt%のオイル残留量（９５wt% ｎ−ヘキサン）では、ＬＳＩチップの取り外し後に、ハンダボールが発生しないことを確認できた。そこで、洗浄後のオイル残留量が５wt%以下となるように、仕上げ洗浄液中のオイル残留量を管理している。
【００３２】
また、このときの洗浄治具に流れ込む洗浄液の流速は、１ｍ／ｓとしている。洗浄液の流速と、オイル残りの影響について検討したところ、流速が１ｍ／ｓのときは、洗浄時間４分でオイル残りを零にすることができた。また、洗浄液の流速を２ｍ／ｓにすると、洗浄時間は、２分に短縮することができる。
【００３３】
次に、バルブ１３２，１２７Ａ，１２９Ｂを開いた状態として、その他のバルブを閉じて、窒素ガスボンベ１３０内の窒素ガスを、流入側配管Ｐinから洗浄部位に流入させ、さらに、洗浄液を流出側配管Ｐoutを経て、仕上洗浄液タンク１２０Ｂに流入させることにより、洗浄部位を窒素ガスによって乾燥させる。乾燥に要する時間は、粗洗浄時と仕上げ洗浄時とを合わせて約５分である。５分間の乾燥により、洗浄液（ｎ−ヘキサン）を除去することができる。なお、乾燥は、窒素ガスブローだけでなく、乾燥空気による乾燥を行うことも可能であり、他の不活性ガスを用いることもできる。仕上洗浄液タンク１２０Ｂに流入した窒素ガスは、それぞれ、配管Ｐｇ２とバルブ１２９Ｂを介して、排気ダクト１５０から排出される。
【００３４】
以上のようにして、被洗浄物の洗浄部位を密閉した空間に配置して、その空間内に高速流の洗浄液を流入させることにより、洗浄部位の中の狭間隙部にも洗浄液が流入して、狭間隙部に付着したオイル等も効率的に除去することができる。また、高速流を用いることにより、洗浄時間を短縮できる。従来は、洗浄に１２０分程度を要し、乾燥に５〜６分を要したのに対して、本実施形態では、洗浄を５分に短縮でき、乾燥時間を５分とできるので、洗浄及び乾燥に要する時間を１０分に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による洗浄装置の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による洗浄装置の洗浄原理を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００…洗浄装置
１１０…、洗浄室
１１２…洗浄治具
１１４…被洗浄物
１２０Ａ…粗洗浄液タンク
１２０Ｂ…仕上液洗浄タンク
１２２Ａ，１２２Ｂ…ポンプ
１２４Ａ，１２４Ｂ，１２５Ａ，１２５Ｂ…フィルタ
１２６Ａ，１２６Ｂ，１２７Ａ，１２７Ｂ，１２９Ａ，１２９Ｂ，１３２…バルブ
１３０…窒素ガスボンベ
１４０…酸素濃度計
１５０…排気ダクト
【図１】
2006320901.tif 000003
【図２】
2006320901.tif 000004