(57)【要約】【課題】はんだボール等の微小球体の表面に付着する油等の異物成分を除去すると同時に、表面に微細な凹凸がある場合でもそれを滑らかにして、異物成分を完全に除去できるようにする。【解決手段】油が付着するはんだボールＢの表面を洗浄・研磨する際、トレイ６の中に脱気した洗浄液Ｓ２と、１００μｍ以下の多数のはんだボールＢを入れて、トレイ６の下半部を洗浄槽１内の洗浄液Ｓ１中に浸漬し、超音波振動子５を作動させてトレイ６内の洗浄液Ｓ２に向けて間接的に超音波を放射すると同時に、必要に応じてはんだボールＢを攪拌する。そして、超音波放射後、はんだボールＢを洗浄液Ｓ２から出してトレイ６内のリンス液に浸漬し、このリンス液に対して同様な手順で間接的に超音波を放射し、必要に応じてはんだボールＢを攪拌する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小球体の表面を洗浄・研磨する表面処理方法であって、脱気した洗浄液中に多数の微小球体を浸漬する工程と、この洗浄液に対して直接または間接的に超音波を放射し、その際必要に応じて微小球体を攪拌する工程と、超音波放射後、微小球体を洗浄液から取出してリンス液中に浸漬する工程と、このリンス液に対して直接または間接的に超音波を放射し、その際必要に応じて微小球体を攪拌する工程を備えたことを特徴とする微小球体の表面処理方法。
【請求項２】
前記洗浄液の脱気は、溶存酸素３ｍｇ／ｌ以下であり、また、前記超音波は、周波数が５０ＫＨｚ未満で、出力密度が０．５Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の微小球体の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体チップと基板を接続するためのはんだボールのような微小球体の表面を洗浄・研磨する表面処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、電子部品の小型化、多機能化等に伴い、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）等の電子部品が使用されるようになっており、このような部品では、半導体チップと基板を接続するため、例えば１００μｍφ程度以下の微小なはんだボールが使用されるようになっている。
このようなはんだボールは、製造工程中に表面に冷却油が付着していることから、製造後これを除去する技術として、例えばトリクロロエタン等の有機溶剤を使用する方法とか、または灯油等の炭化水素系溶剤を洗浄槽内に真空引きしてはんだボールを浸漬し、洗浄槽を密封して減圧するとともに、炭化水素系溶剤中の空気を脱気し、はんだボールに振動を与えて洗浄を行った後、炭化水素系蒸気で蒸気洗浄し、その後、はんだボールに付着する炭化水素系溶剤を気化させるような真空洗浄技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７０５７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者のようにトリクロロエタン等の有機溶剤を使用する方法の場合、これら有機溶剤が環境面や衛生面等から厳しい管理が必要とされるとともに、取扱いも複雑になり、手軽に洗浄できないという問題がある。
また、後者のように灯油等の炭化水素系溶剤を使用する技術の場合、洗浄力が弱いことに加えて、はんだボール表面の微細な凹凸に入り込んだ異物成分を完全に除去できないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、はんだボール等の微小球体の表面に付着する油等の異物成分を除去すると同時に、表面に微細な凹凸がある場合でもそれを滑らかにして、異物成分を完全に除去できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、微小球体の表面を洗浄・研磨する表面処理方法において、脱気した洗浄液中に多数の微小球体を浸漬し、この洗浄液に対して直接または間接的に超音波を放射するとともに、その際必要に応じて微小球体を攪拌するようにした。そして、超音波放射後、微小球体を洗浄液から取出してリンス液中に浸漬し、このリンス液に対して直接または間接的に超音波を放射し、その際必要に応じて微小球体を攪拌するようにした。
【０００７】
このように、洗浄液中に微小球体を浸漬し、この洗浄液に超音波を放射して超音波洗浄するようにすれば、超音波で生じる真空核の微小なキャビテーションの衝撃力により異物成分等の除去作用が高まると同時に、表面が滑らかになり当初の凹凸が無くなる。これは、キャビテーションの衝撃力により、多数の微小球体が細かく振動してお互いに衝突するようになり、表面が研磨されるものと思われる。このため、表面の洗浄効果は一層高まる。またこの際、洗浄液を脱気しておくことにより、キャビテーションの衝撃力を格段に高めることが出来る。
尚、洗浄液に超音波を放射する際、例えば超音波振動子が設けられる洗浄槽内の洗浄液中に微小球体を直接浸漬して超音波を放射しても良く、または洗浄槽の洗浄液にトレイの一部を浸漬し、トレイの中に別の洗浄液と微小球体を入れて、間接的に超音波が伝達されるようにしても良い。そしてトレイ等を使用して間接的に行う場合は、微小球体が超音波振動子等の隙間に入り込んだりするような不具合がなく、微小球体の洗浄液中への投入や取出し作業を楽に行うことが出来る。
【０００８】
また、超音波洗浄中に微小球体を攪拌すると効果的なことがある。これは、例えば、はんだボール等のように、周囲に付着する異物等が油であるような場合、微小球体はお互いに凝集して固まりになる傾向があり、これを攪拌しながら超音波洗浄すると、固まりが分離されてより効果的に表面の異物成分等を除去出来る。
この際、攪拌手段は任意であり、例えばへら等を使用して手動で行うようにしても良く、攪拌機等で機械的に行うようにしても良い。尚、異物成分の種類等によっては必ずしも攪拌しなくても良い場合がある。
【０００９】
そして、超音波洗浄が終えると、リンス液に浸漬して超音波リンスを行うが、このときも洗浄の場合と同様の手順を行えば、効率的にリンスすることが出来る。
【００１０】
また本発明では、前記洗浄液の脱気を溶存酸素３ｍｇ／ｌ以下とし、また、超音波として、周波数が５０ＫＨｚ未満で、出力密度が０．５Ｗ／ｃｍ２以上であるようにした。
【００１１】
このように、洗浄液の溶存酸素を３ｍｇ／ｌ以下とし、また、超音波周波数を５０ＫＨｚ未満で、出力密度を０．５Ｗ／ｃｍ２以上にすれば、微小球体の表面洗浄や表面研磨効果の高いキャビテーションを得ることが出来、しかも微小球体が細かく振動してお互いに衝突して発生する表面傷等を抑制することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る表面処理方法を行うためのシステム構成の一例を示す説明図である。
【００１３】
本発明に係る微小球体の表面処理方法は、例えば２５〜１００μｍφ程度の微小なはんだボールを製造した後、表面に付着する冷却油等を除去するとともに、表面の凹凸を無くして滑らかにすることで異物成分等の除去を一層確実ならしめることができるようにされ、超音波を使用することを特徴としている。
【００１４】
この処理方法に使用される装置の一例は、図１に示すように、水やその他任意の洗浄液Ｓ１を貯留する洗浄槽１やオーバーフロー槽２と、この洗浄槽１やオーバーフロー槽２内の洗浄液Ｓ１から脱気する脱気回路３と、脱気された洗浄液を洗浄槽１内に戻す循環回路４を備えており、前記洗浄槽１には、超音波発振器９によって作動する超音波振動子５が設けられるとともに、洗浄槽１内の洗浄液Ｓ１中にトレイ６の下半部が浸漬されている。
【００１５】
そして、このトレイ６の中には、脱気した洗浄液（またはリンス液）Ｓ２と多数のはんだボールＢが収容されるようになっており、この際、このトレイ６は、ステンレスまたはチタン製の軽量で且つ硬さのある素材から構成され、また超音波の伝達を容易にするため薄い板、特に２ｍｍ程度以下の薄い厚みにされている。
【００１６】
前記脱気回路３は、オーバーフロー槽２に導出ライン７を介して接続される脱気筒８と、この脱気筒８に真空引きライン１０を介して接続される真空ポンプ１１を備えており、真空ポンプ１１の作動によって脱気筒８を真空引きし、導出ライン７のバルブを開くことにより、オーバーフロー層２内の洗浄液Ｓ１を脱気筒８に導いて液体中に溶存する気体を脱気するようにしている。
【００１７】
前記循環回路４は、脱気筒８で脱気された洗浄液Ｓ１を洗浄槽１内に戻すことが出来るようにされ、脱気筒８に接続される循環ライン１２と、この循環ライン１２の途中に配設される循環ポンプ１３を備えている。
【００１８】
前記トレイ６は、不図示の固定手段によって洗浄槽１の所定の位置に位置決めできるようにされ、洗浄槽１に容易に取付け、取外しができるようにされるとともに、取付けた状態では、前述のように下半部の一部が洗浄槽１内の洗浄液Ｓ１中に浸漬されるようになっている。
そして、トレイ６の中には、超音波洗浄時においては脱脂能力の高い弱アルカリ性の水系界面活性剤入り洗浄液が入れられるようになり、リンス時においては純水か、または微小球体の表面が金属酸化するのが抑制されるトルエンまたはエタノール等の溶剤を使用したリンス液が入れられるようになっている。そして、いずれの場合も予め脱気して溶存酸素量が３ｍｇ／ｌ以下にされたものを使用するようにしている。
【００１９】
前記超音波発振器９は、周波数が５０ＫＨｚ未満で、出力密度が０．５Ｗ／ｃｍ２以上としている。そしてこのような諸元にすることで、はんだボールの表面に付着する油を効率的に除去出来るとともに、はんだボールＢが細かく振動してお互いにぶつかり合う際、表面に発生しがちな表面傷を抑制することが出来る。
【００２０】
以上のような超音波洗浄装置において、トレイ６の中に脱気した洗浄液Ｓ２と多数のはんだボールＢを入れるとともに、このトレイ６の下半部を洗浄槽１に浸漬した状態で位置決めし、脱気回路３や循環回路４で洗浄槽１内の洗浄液Ｓ１を脱気、循環させつつ超音波発振器９を作動させる。
すると、超音波振動子５から発生する超音波は洗浄槽１内の洗浄液Ｓ１やトレイ６を通してトレイ６内部の洗浄液Ｓ２に伝達され、はんだボールＢの超音波洗浄が行われる。
この際、例えばへら等を使用してはんだボールＢを攪拌するようにすれば、油等で凝集しているはんだボールＢ個々の表面に付着する油分を効率的に除去することが出来、しかもキャビティーションの衝撃力の作用によりはんだボールＢが細かく振動してぶつかり合い、表面が研磨される。
【００２１】
洗浄が終えると、トレイ６を取り外して、はんだボールＢをリンス液が入ったトレイ６に移し替える。このリンス液も、予め溶存酸素量が３ｍｇ／ｌ以下に脱気されている。
そしてこのトレイ６が前記と同様な手順により、洗浄槽１の所定の位置に位置決めされ、トレイ６の下半部が洗浄液Ｓ１中に浸漬させられると、超音波発振器９が作動して超音波リンスが行われる。
尚、この際も前記と同様に、はんだボールＢをへら等で攪拌すれば、効率的にすすぎ洗いすることができる。
【００２２】
そしてこのリンスは、はんだボールＢがさらさらになって、固まっていたはんだボールＢが攪拌時等にさらさらと流れる状態になったら終了し、取出したはんだボールＢを乾燥させる。
【００２３】
以上のような要領により洗浄したはんだボールＢの洗浄効果を、炭素分析装置によってテストした結果、洗浄前の炭素分析の数値が４６．８ｐｐｍであったのに対して、洗浄後の数値は一回目のテストで２２．８ｐｐｍ、二回目のテストで２７．９ｐｐｍであり、いずれも著しい洗浄効果があることが確認された。
また、はんだボールＢの表面を顕微鏡で検査したところ、洗浄前に見られた微小な凹凸が無くなって滑らかな表面になっているのが確認された。このため、凹部内に入り込んでいたと思われる異物成分も含めて綺麗に洗浄されていると思われる。
【００２４】
ところで、以上の実施形態ではトレイ６の中の洗浄液（リンス液）Ｓ２として、予め脱気した洗浄液やリンス液をその都度充填して使用するようにしているが、洗浄槽１の洗浄液Ｓ１と同様に、トレイ６に脱気回路や循環回路を接続して、洗浄液Ｓ１の場合と同様な要領により洗浄液（リンス液）Ｓ２から脱気するようにしても良い。
また、へらで攪拌する代わりに何らかの機械的手段を使用して攪拌するようにしても良い。
【００２５】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、微小球体の汚れ等によっては、必ずしも微小球体を攪拌しなくても良い場合があり、また、トレイ６を使用せず、直接洗浄槽１内に微小球体を投入するようにしても良い。更に、微小球体は、はんだボールに限られるものではなく、また洗浄液等も一例である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る微小球体の表面処理方法は、脱気した洗浄液中に多数の微小球体を浸漬し、この洗浄液に対して直接または間接的に超音波を放射し、その際必要に応じて微小球体を攪拌するとともに、超音波放射後、微小球体を洗浄液から取出してリンス液中に浸漬し、このリンス液に対して直接または間接的に超音波を放射し、その際必要に応じて微小球体を攪拌するようにしたため、超音波で生じる真空核の微小なキャビテーションの衝撃力により異物成分等を綺麗に除去出来るとともに、表面を滑らかにすることが出来る。
そして、超音波の諸元を所定の範囲内にすることで、微小球体の表面をより綺麗に仕上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面処理方法を行うためのシステム構成の一例を示す説明図
【符号の説明】
１…洗浄槽、３…脱気回路、４…循環回路、５…超音波振動子、６…トレイ、９…超音波発振器、Ｂ…はんだボール。
【図１】
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