JP3678048B2 - 半田プリコート方法および半田プリコート基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の電極に半田プリコートを形成する半田プリコート方法および半田プリコートが施された電極を有する半田プリコート基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品が実装される基板の電極に、予め半田をコーティングする半田プリコート方法として、粘着性付与化合物を用いる方法が知られている（特第２５９２７５７号公報参照）。この方法は、主として銅の電極に粘着性付与化合物を反応させて電極の表面に粘着性を付与し、この粘着性を有する電極に半田粉末を付着させた後に、付着した半田を溶融させて電極に半田プリコートを形成するものである。この方法によれば、基板表面のうち電極部分のみに半田を供給して、均一な厚さの半田プリコートを形成できるという特徴を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、基板に形成された多数の電極のうち、特定部分のみに、例えば電子部品の金属バンプなどを接合する特定電極のみに部分的に限定して半田プリコートを形成する、いわゆる部分半田プリコートを行う場合がある。この場合においても半田プリコート方法として、簡便な方法で均一な厚さの半田プリコートが得られる上述の粘着剤付着処理を用いる方法を適用することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、従来の粘着剤付着処理を用いた半田プリコート方法では、複数の電極のうち所定部分に限定して半田プリコートを形成するためには、予め所定部分以外の電極に保護膜を形成するなどのマスキング処理を基板１枚毎に行う必要があった。このため半田プリコート工程が複雑化してコストアップを招くとともに、本来不要な保護膜が製品に残留して信頼性を損なう可能性があるという問題点があった。
【０００５】
ところで本発明者は、粘着性付与化合物について調査・実験を行ったところ、表面の清浄度が高い金膜に対して粘着性付与化合物を反応させても、充分な粘着性が得られないという新たな事実が判明した。そして同じ金膜でも表面に銅やニッケル等の化合物を多く含んだ不純物が多くなるほど、安定した粘着性を付与することができることも確認した。本発明者は、このような粘着性付与化合物の性質を利用すれば、高価なマスキング処理を行うことなく部分半田プリコートを行うことが可能であることに気が付いた。
【０００６】
そこで本発明は、簡便な方法で高品質の部分半田プリコートを形成できる半田プリコート方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半田プリコート方法は、基板に形成され表面に金膜を有する複数の電極のうち、所定の電極のみに選択的に半田プリコートを形成する半田プリコート方法であって、前記所定の電極以外の電極の位置に対応して開口部が設けられたテンプレートで前記基板の表面を覆った状態でドライエッチング処理することにより前記所定の電極以外の金膜の表面をクリーニングする工程と、クリーニング後の電極に粘着性付与化合物を反応させて前記所定の電極の表面に粘着性を付与する工程と、この粘着性を有する電極に半田粉末を付着させる工程と、加熱により前記半田粉末を溶融させて前記所定の電極のみに半田プリコートを形成するようにした。
【０００８】
請求項２記載の半田プリコート基板は、表面に金膜を有する複数の電極が形成され、これらの電極のうち所定の電極のみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板であって、前記半田プリコートは、請求項１記載の半田プリコート方法によって形成されたものである。
【０００９】
請求項３記載の半田プリコート方法は、基板に形成され表面に金膜を有する複数の電極のうち、所定の電極のみに選択的に半田プリコートを形成する半田プリコート方法であって、前記所定の電極の位置に対応して開口部が設けられたテンプレートで前記基板を覆った状態で成膜処理を施して前記所定の電極の表面に少なくとも銅またはニッケルのいずれかを含む金属被膜を形成する工程と、この電極に粘着性付与化合物を反応させて前記所定の電極の表面に粘着性を付与する工程と、この粘着性を有する電極に半田粉末を付着させる工程と、加熱により前記半田粉末を溶融させて前記所定の電極のみに半田プリコートを形成するようにした。
【００１０】
請求項４記載の半田プリコート基板は、表面に金膜を有する複数の電極が形成され、これらの電極のうち所定の電極のみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板であって、前記半田プリコートは、請求項３記載の半田プリコート方法によって形成されたものである。
【００１１】
請求項１，２記載の発明によれば、比較的表面の清浄度が低い金膜で覆われた複数の電極のうち、半田プリコートを行わない電極がクリーニングされてその表面の不純物が除去される。粘着性付与化合物は不純物を多く含んだ電極上で反応してこの電極のみに選択的に粘着性を付与する。そして粘着性を有する電極に半田粉末を付着させた後加熱して半田粉末を溶融させて部分半田プリコートを行う。
【００１２】
また請求項３，４記載の発明によれば、比較的表面の清浄度が高い金膜で覆われた複数の電極のうち、半田プリコートを行う電極に対して銅またはニッケルのいずれかを含む金属被膜が付着する。付着した金属被膜は酸化物等の化合物を形成する。粘着性付与化合物は、化合物（不純物）を多く含んだ電極のみに選択的に粘着性を付与する。そして粘着性を有する電極に半田粉末を付着させた後加熱して半田粉末を溶融させて部分半田プリコートを行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図である。図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は半田プリコート方法を工程順に示すものである。
【００１４】
図１（ａ）において、基板１の上面には複数の電極２が形成されている。電極２は、銅の電極パターン２ａ上に置換型無電解金メッキにより薄膜型の金膜２ｂを形成したものであり、金膜２ｂにはメッキ工程中で混入した銅やニッケルなどが金膜２ｂの表面で酸化されて生じる化合物２ｃ（不純物）が形成されている。したがって、この金膜２ｂの表面の清浄度は低い。これらの複数の電極２のうち、所定の電極である電極２Ａは半田プリコートを形成する対象の電極となっている。
【００１５】
次に図１（ｂ）に示すように、基板１は、ドライエッチング処理によるクリーニング工程に送られ、プラズマ処理装置４の処理室５内の電極部６上に載置される。処理室５内には基板１の上方に位置するようにテンプレート３が配設されている。図１（ｃ）に示すように、テンプレート３には電極２Ａ以外の電極２の位置および形状に対応して開口部３ａが設けられている。したがって、基板１が電極部６上に載置され位置決めされた状態では、電極２Ａはテンプレート３によって上方を覆われており、他の電極２は開口部３ａを介して上方に露呈されている。
【００１６】
プラズマ処理部８によって処理室５内の真空排気およびプラズマ発生用ガス供給を行った後、電源部７を駆動して電極部６に高周波電圧を印加する。これにより処理室５内にはプラズマが発生し、この結果発生したイオンや電子が基板１の上面に衝突する。この結果図１（ｄ）に示すように、基板１のうち上面が開口部３ａによって露呈した電極２の上面は、イオンや電子の衝突によりクリーニングされ、金膜２ｂの表面に形成されていた化合物２ｃは除去される。これに対し、テンプレート３によって上方を覆われていた電極２Ａについては、ドライエッチング処理によるクリーニング作用が及ばず、金膜２ｂの表面の化合物２ｃは残留したままとなっている。
【００１７】
次に、ドライエッチング処理によるクリーニングが行われた基板１に対して、粘着性付与処理が行われる。この処理は、粘着性付与化合物の溶液を基板１上に塗布するか、あるいはこの溶液中に基板１を浸漬することにより、電極表面に粘着性物質を生成させるものである。ここで用いられる粘着性付与化合物は、銅やニッケル成分を含む金属被膜の表面では反応し易いのに対し、表面の清浄度が高い金膜の表面では反応しにくいという特性を有している。なお、粘着性付与化合物としては、登録特許公報第２５９２７５７号に開示されているものが知られている。
【００１８】
このため、前述のプラズマ処理後の基板１に対してこの粘着性付与処理を行うことにより、図２（ａ）に示すように基板１上の電極２のうち、銅やニッケルを含む化合物２ｃを有する電極２Ａのみに選択的に粘着性を付与させることができる。次いで基板１に付着する粘着性付与化合物を洗浄・除去して乾燥させた後、基板１上面に半田粉末１０を散布することにより、図２（ｂ）に示すように粘着性を有する電極２Ａには半田粉末が付着する。この後、余分な半田粉末を払い落とすことにより、電極２Ａのみに半田粉末を付着させることができる。
【００１９】
この後、基板１はリフロー工程に送られ、ここで必要に応じてフラックスを供給した後、図２（ｃ）に示すように半田の融点温度以上に加熱され、電極２Ａに付着した半田粉末１０が溶融する。これにより、電極２Ａには溶融半田が溶着し、半田プリコート１０’が形成され、所定の電極２Ａのみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板が完成する。
【００２０】
なお図１（ａ）に示す金膜２ｂが形成された電極２を有する基板１について、ドライエッチング処理を行う前に予め熱処理を行うことが望ましい。これにより、金膜２ｂの表面付近の銅やニッケルなどの不純物は熱処理過程において金膜２ｂの表面に析出して大気に触れることにより酸化し、化合物２ｃの形成が促進されるとともに、化合物２ｃより深い部分の金膜２ｂはより純度の高い金を含有する金層となる。
【００２１】
したがって、プラズマ処理によるクリーニング後には、銅やニッケル等の化合物２ｃが残留している電極２Ａと、化合物２ｃが除去されてより純度の高い金層が露呈した他の電極２との表面組成（清浄度）の相違のコントラストがより明瞭となる。したがって、粘着性付与処理において所定電極のみに限定して粘着性を付与する選択性をより確実にすることが可能となる。
【００２２】
また、本方法によって製作された基板は、半田プリコートの厚みのばらつきが少ないという長所に加え、半田プリコートされていない電極に対してもプラズマクリーニングにより表面の清浄度及び金膜の純度が高められているので、その後のアセンブリ工程での半田付け性やボンディング性に優れ、不良を発生させにくいという長所を有する。さらに置換型無電解金メッキを使用しているので、製造コストがさらに低くできるという長所を有する。
【００２３】
（実施の形態２）
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図である。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は半田プリコート方法を工程順に示したものである。
【００２４】
図３（ａ）において、基板１１の上面には複数の電極１２が形成されている。電極１２は銅の電極パターン１２ａ上に厚付金メッキ、例えば電解金メッキや還元型無電解金メッキなどの方法により厚膜型の金膜１２ｂを形成したものである。これら圧膜型の金メッキは、前述の置換型無電解金メッキに比べて表面の清浄度が高く、粘着性付与化合物を反応させても粘着性物質を生成することができない。これらの複数の電極１２のうち、所定の電極である電極１２Ａは、半田プリコートを形成する対象の電極となっている。
【００２５】
次に基板１１は、成膜工程に送られる。図３（ｂ）に示すように、基板１１は上方にテンプレート１３を配置した状態でスパッタリング処理が行われる。テンプレート１３には、電極１２Ａの位置および形状に対応して開口部１３ａが設けられている。したがって、基板１１がテンプレート１３に対して位置決めされた状態では、電極１２Ａのみが開口部１３ａを介して上方に露呈した状態となっており、他の電極１２はテンプレート１３によって上方を覆われている。
【００２６】
スパッタリング処理においては、図３（ｂ）に示すように真空雰囲気中で銅やニッケルなどを含む金属粒子１４を基板１１の上面に対して衝突させることにより、衝突面に少なくとも銅またはニッケルのいずれかを含む金属被膜を形成する。これにより、図３（ｃ）に示すように開口部１３ａによって上方に露呈した電極１２Ａのみの金膜１２ｂの表面に、銅やニッケルを含む金属被膜が形成される。これらの金属被膜は、空気中の酸素等と反応することにより酸化膜等の化合物１２ｃとなる。なお金属被膜を形成する成膜処理としては、スパッタリング処理以外に、蒸着処理やイオンプレーティング処理等の真空成膜処理の他、金属溶射など大気中で行う成膜処理を用いることができる。
【００２７】
次に、スパッタリング処理が行われた基板１１に対して、粘着性付与処理が行われる。この処理は、粘着性付与化合物の溶液を基板１１上に塗布するか、あるいはこの溶液中に基板１１を浸漬することにより、電極表面に粘着性物質を生成させるものである。ここで用いられる粘着性付与化合物は、銅やニッケル成分を含む金属被膜の表面では反応し易いのに対し、純度が高い金膜の表面では反応しにくいという特性を有している。なお、粘着性付与化合物としては、登録特許公報第２５９２７５７号に開示されているものが知られている。
【００２８】
このため、前述のプラズマ処理後の基板１１に対してこの粘着剤付着処理を行うことにより、図４（ａ）に示すように基板１１上の電極１２のうち、銅やニッケルを含む化合物１２ｃを有する電極１２Ａのみに選択的に粘着性を付与させることができる。次いで基板１１に付着する粘着性付与化合物を洗浄・除去して乾燥させた後、基板１１上面に半田粉末１０を散布することにより、図４（ｂ）に示すように粘着性を有する電極１２Ａには半田粉末が付着する。この後、余分な半田粉末を払い落とすことにより、電極１２Ａのみに半田粉末を付着させることができる。
【００２９】
この後、基板１１はリフロー工程に送られ、ここで必要に応じてフラックスを供給した後、図４（ｃ）に示すように半田の融点温度以上に加熱され、電極１２Ａに付着した半田粉末１０が溶融する。これにより、電極１２Ａには溶融半田が溶着し、半田プリコート１０’が形成され、所定の電極１２Ａのみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板が完成する。
【００３０】
上記説明したように、本実施の形態１，２は、金メッキ処理された電極を対象として粘着剤付着処理によって電極に半田プリコートを行う際に、所定の電極のみを対象として選択的に半田プリコートを可能とするものである。すなわち従来方法で選択的に部分プリコートを行う場合に必要とされた基板１に対するマスキング処理を行うことなく、金メッキのタイプに応じてプラズマ処理あるいはスパッタリング処理を行うことにより、金膜上に選択的に粘着性を付与することができる。これにより、簡便な方法で粘着性付与処理による半田プリコート方法の利点を生かした高品質な部分半田プリコートを形成することができる。
【００３１】
また本方法によって製作された基板は、半田プリコートの厚みのばらつきが少ないという長所に加え、半田プリコートされていない電極は清浄度の高い金メッキに覆われているので、その後のその後のアセンブリ工程での半田付け性やボンディング性に優れ、不良を発生させにくいという長所を有する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、基板毎にマスキング処理を行う工程が不要にできるので、部分半田プリコートを簡便かつ低コストで実現できる。さらには、アセンブリ工程で不良を発生させにくい部分半田プリコートを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態１の半田プリコート方法の工程説明図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態２の半田プリコート方法の工程説明図
【符号の説明】
１、１１ 基板
２、２Ａ、１２、１２Ａ 電極
２ａ、１２ａ 電極パターン
２ｂ、１２ｂ 金膜
２ｃ 化合物
３、１３ テンプレート
３ａ、１３ａ 開口部
４ プラズマ処理装置
１０ 半田粉末
１０’ 半田プリコート

Claims (4)

1. 基板に形成され表面に金膜を有する複数の電極のうち、所定の電極のみに選択的に半田プリコートを形成する半田プリコート方法であって、前記所定の電極以外の電極の位置に対応して開口部が設けられたテンプレートで前記基板の表面を覆った状態でドライエッチング処理することにより前記所定の電極以外の金膜の表面をクリーニングする工程と、クリーニング後の電極に粘着性付与化合物を反応させて前記所定の電極の表面に粘着性を付与する工程と、この粘着性を有する電極に半田粉末を付着させる工程と、加熱により前記半田粉末を溶融させて前記所定の電極のみに半田プリコートを形成することを特徴とする半田プリコート方法。
2. 表面に金膜を有する複数の電極が形成され、これらの電極のうち所定の電極のみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板であって、前記半田プリコートは、請求項１記載の半田プリコート方法によって形成されたものであることを特徴とする半田プリコート基板。
3. 基板に形成され表面に金膜を有する複数の電極のうち、所定の電極のみに選択的に半田プリコートを形成する半田プリコート方法であって、前記所定の電極の位置に対応して開口部が設けられたテンプレートで前記基板を覆った状態で成膜処理を施して前記所定の電極の表面に少なくとも銅またはニッケルのいずれかを含む金属被膜を形成する工程と、この電極に粘着性付与化合物を反応させて前記所定の電極の表面に粘着性を付与する工程と、この粘着性を有する電極に半田粉末を付着させる工程と、加熱により前記半田粉末を溶融させて前記所定の電極のみに半田プリコートを形成することを特徴とする半田プリコート方法。
4. 表面に金膜を有する複数の電極が形成され、これらの電極のうち所定の電極のみに選択的に半田プリコートがなされた半田プリコート基板であって、前記半田プリコートは、請求項３記載の半田プリコート方法によって形成されたものであることを特徴とする半田プリコート基板。

Images