焊接裝置、焊接方法以及所制造的基板及電子部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠以低成本進(jìn)行成品率高且可靠性高的焊接的焊接裝置及焊接方法。用于解決上述課題的焊接裝置至少具備：使具有銅電極的被處理構(gòu)件(10)浸漬于含有有機(jī)脂肪酸的溶液(31a)中的第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽(21)；與含有有機(jī)脂肪酸的溶液(31a)相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液(31b)的蒸氣氣氛的空間部(24)，該空間部在水平方向具備向所述被處理構(gòu)件(10)上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流的噴射裝置(33)及向剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料的噴射裝置(34)的空間部(24)；以及使除去了剩余的熔融焊料后的被處理構(gòu)件再次浸漬于含有有機(jī)脂肪酸的溶液(31c)中的第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽(23)。
【專利說明】焊接裝置、焊接方法以及所制造的基板及電子部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接裝置、焊接方法以及所制造的基板及電子部件。更詳細(xì)來說，涉及一種能夠以低成本進(jìn)行成品率高且可靠性高的焊接的焊接裝置、焊接方法以及所制造的基板及電子部件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，印刷基板、晶片及撓性基板等基板(以下，有時(shí)將它們稱為“安裝基板”)的布線密度及安裝密度越發(fā)提高。安裝基板大多具有用于焊接電子部件的銅電極。在其銅電極上設(shè)置有焊料凸塊，電子部件被安裝在該焊料凸塊上從而安裝于安裝基板上。
[0003]對于焊料凸塊而言，要求其微細(xì)且形狀及尺寸等一致，僅在需要的部分形成焊料凸塊。作為滿足這樣要求的焊料凸塊的形成方法，在專利文獻(xiàn)I中提出了一種使用網(wǎng)版而容易地形成致密且具有一定形狀的凸塊的方法，所述網(wǎng)版為具備用于用漿料形成漿料凸塊的開口的網(wǎng)版，其特征在于，由剛性的第一金屬層、樹脂類的粘接劑層及第二金屬層構(gòu)成，且相對于第一金屬層的開口，粘接劑層及第二金屬層的開口的口徑縮小。
[0004]可是,連接器、QFP(方型扁平式封裝，Quad Flat Package)、SOP(小引出線封裝，Small Out line Package)、BGA(球柵陣列封裝，Ball Grid Array)等電子部件有時(shí)引線端子等連接端子的尺寸上存在不均。為了將連接端子的尺寸不均的電子部件沒有焊接不良地進(jìn)行焊接，需要通過增厚設(shè)置于安裝基板上的焊料凸塊來減小電子部件的尺寸不均的影響。在CSP(芯片級封裝，Chip Size Package)等小型的電子部件混合存在于用于安裝在安裝基板上的電子部件中的情況下，這樣的小型電子部件用焊料凸塊的尺寸極小且微細(xì)。
[0005]作為一般的焊料凸塊的形成方法，已知有一種將設(shè)置有銅電極的安裝基板直接浸潰(浸泡)在熔融焊料中的方法。但是，焊料與銅電極接觸時(shí)，銅與焊料中所含的錫化合而生成CuSn金屬間化合物。該CuSn金屬間化合物以用焊料中的錫浸蝕銅電極的形態(tài)而形成，因此，有時(shí)稱為“銅侵蝕”或“銅腐蝕”等(以下，稱為“銅侵蝕”)。這樣的銅侵蝕使作為電連接部的銅電極的可靠性降低，有可能損傷安裝基板的可靠性。因此，需要縮短安裝基板在熔融焊料中的浸潰時(shí)間來抑制銅侵蝕，因此，對于在安裝基板的銅電極上形成預(yù)焊料層、然后將安裝基板浸潰在熔融焊料中的方法(浸潰方法)進(jìn)行了研究。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-286936號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]在所述焊料凸塊的形成方法中，使用網(wǎng)版的焊料凸塊的形成方法存在生產(chǎn)性差的難點(diǎn)，利用浸潰方法的焊料凸塊的形成方法在最初進(jìn)行浸潰(浸泡)的部分和在最后進(jìn)行浸潰的部分中，銅侵蝕產(chǎn)生差異，在相同的基板的各部分中，銅電極的可靠性產(chǎn)生差異。因此，存在銅侵蝕的問題仍然無法解決的問題。
[0011]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠以低成本進(jìn)行成品率高且可靠性高的焊接的焊接裝置及焊接方法。另外，本發(fā)明的其它目的在于，提供一種通過這樣的焊接裝置或焊接方法而制造的基板及電子部件。
[0012]解決課題的方法
[0013](I)用于解決上述課題的本發(fā)明的焊接裝置的特征在于，至少具備:使具有銅電極的被處理構(gòu)件浸潰在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽；與所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛的空間部，且該空間部在水平方向具備向所述被處理構(gòu)件上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流的噴射裝置及向剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料的噴射裝置；以及使除去了剩余的所述熔融焊料后的被處理構(gòu)件再次浸潰在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽。
[0014]在本發(fā)明的焊接裝置中，(al)優(yōu)選所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液為含有棕櫚酸的溶液，(bl)優(yōu)選所述熔融焊料為用所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行過處理的熔融焊料，(Cl)優(yōu)選所述用于除去剩余的熔融焊料的液體為所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液，(dl)優(yōu)選在所述第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽后還具備將附著于處理后的處理部件表面的含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行脫液(液切D )的噴射裝置，(el)優(yōu)選所述第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽和所述第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽的溫度與所述空間部內(nèi)的溫度相同或比其溫度低，該空間部內(nèi)的溫度與在該空間部內(nèi)噴射的熔融焊料的溫度相同或比其溫度高。
[0015]在本發(fā)明的焊接裝置中，(fl)為了將噴射到所述被處理構(gòu)件上的熔融焊料進(jìn)行再利用而回收的托盤優(yōu)選設(shè)置在所述噴射裝置下方的所述空間部內(nèi)。另外，(gl)優(yōu)選具備將積存在所述噴射裝置下方的所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液底部的熔融焊料送至所述噴射熔融焊料的所述噴射裝置的循環(huán)裝置。
[0016](2)用于解決上述課題的本發(fā)明的焊接方法的特征在于，至少具備如下工序:使具有銅電極的被處理構(gòu)件浸潰在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的工序；在該浸潰工序后，在與所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛的空間中，向所述被處理構(gòu)件上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流的工序；在該噴射工序后，在與所述相同的空間內(nèi)沿水平方向移動(dòng)，向所噴射的所述熔融焊料中剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料的工序；使除去了剩余的所述熔融焊料后的被處理構(gòu)件再次浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的工序。
[0017]在本發(fā)明的焊接方法中，(a2)優(yōu)選所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液為含有棕櫚酸的溶液，(b2)優(yōu)選所述熔融焊料為用所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行過處理的熔融焊料，(c2)優(yōu)選所述用于除去剩余的熔融焊料的液體為所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液，(d2)優(yōu)選將附著于在所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液中再次浸潰后的處理部件表面的含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行脫液，(e2)在最初浸潰的含有有機(jī)脂肪酸的溶液和再次浸潰的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度優(yōu)選與所述空間部內(nèi)的溫度相同或比其溫度低，該空間部內(nèi)的溫度與在該空間部內(nèi)噴射的熔融焊料的溫度相同或比其溫度高。
[0018]在本發(fā)明的焊接方法中，(f2)優(yōu)選將噴射在所述被處理構(gòu)件上的熔融焊料進(jìn)行再利用而回收。另外，(g2)優(yōu)選將積存在所述噴射裝置下方的所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液底部的熔融焊料送至所述噴射熔融焊料的所述噴射裝置。
[0019](3)用于解決上述課題的本發(fā)明的基板是通過所述本發(fā)明的焊接裝置或焊接方法而制造的基板，其具有如下特征:該基板所具有的銅電極從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層、焊料層及有機(jī)脂肪酸涂層。
[0020](4)用于解決上述課題的本發(fā)明的電子部件是通過所述本發(fā)明的焊接裝置或焊接方法而制造的電子部件，其具有如下特征:該電子部件所具有的銅電極從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層、焊料層及有機(jī)脂肪酸涂層。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明的焊接裝置及焊接方法，由于連續(xù)進(jìn)行在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的浸潰處理、在空間部內(nèi)的熔融焊料的噴射處理、在同空間部內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)而進(jìn)行的剩余的熔融焊料的除去處理、以及在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的浸潰處理，因此，可以制造不會引起如現(xiàn)有的浸潰處理那樣的銅電極的銅侵蝕、而且不會發(fā)生在其后的各種安裝工序中的銅侵蝕的基板及電子部件。其結(jié)果，能夠以低成本制造作為電連接部的銅電極的可靠性高且成品率良好的基板及電子部件。
[0023]特別是，在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中浸潰后，在與該含有有機(jī)脂肪酸的溶液相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛的空間中向被處理構(gòu)件上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流，然后在該空間內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)后，向剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料，因此，在潔凈化的銅電極表面無缺陷地均勻地形成銅侵蝕防止層，而且，在除去了剩余的熔融焊料的狀態(tài)下再次浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中而設(shè)置了有機(jī)脂肪酸涂層。其結(jié)果，在銅侵蝕防止層上以設(shè)置了最小限的焊料層的狀態(tài)設(shè)置了用來保持其焊料層的焊料濕潤性的有機(jī)脂肪酸涂層，因此，在之后的安裝工序中，即使在浸潰于各種熔融焊料槽或在印刷了漿料焊料后投入到回流焊爐或投入到燒制爐中的情況下，也不會發(fā)生銅電極的銅腐蝕，而且不會破壞焊料濕潤性，可以在其后用安裝工序進(jìn)行處理。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的基板及電子部件，基板及電子部件所具有的銅電極從其表面按順序具有銅侵蝕防止層、焊料層及有機(jī)脂肪酸涂層，因此，即使用其后的回流焊爐或燒制爐等施加熱，也可以用銅侵蝕防止層阻礙銅電極的侵蝕。其結(jié)果，可以在經(jīng)過各種工序進(jìn)行的電子部件的安裝工序中不會使電連接部(銅電極部)的可靠性降低，而且能夠成品率良好地進(jìn)行制造，因此，能夠以低成本提供可靠性高的基板及電子部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示出本發(fā)明的焊接裝置的一個(gè)例子的示意性構(gòu)成圖。
[0026]圖2是示出作為被處理構(gòu)件的基板的一個(gè)例子的示意性剖面圖。
[0027]圖3是示出處理后的基板(處理構(gòu)件)的一個(gè)例子的示意性剖面圖。
[0028]圖4(A)、(B)、(C)、(D)是示出經(jīng)過了各處理部或各工序后的被處理構(gòu)件的形態(tài)的示意性剖面圖。
[0029]圖5是示出本發(fā)明的焊接裝置的其它的一個(gè)例子的示意性構(gòu)成圖。
[0030]圖6的示出噴射熔融焊料而將熔融焊料堆積在銅電極上的工序的示意性剖面圖。
[0031]圖7是示出噴射含有有機(jī)脂肪酸的溶液以除去剩余的熔融焊料的工序的示意性剖面圖。[0032]圖8(A)、⑶是銅電極上所形成的金屬間化合物層的例子，(A)為比較例中所形成的銅電極部的示意性剖面圖，⑶為實(shí)施例中所形成的銅電極部的示意性剖面圖。
[0033]圖9是示出保持于保持夾具且進(jìn)行了連續(xù)處理的電子部件的一個(gè)例子的模式圖。
[0034]圖10(A)、⑶是示出所制造的電子部件的一個(gè)例子的立體圖和剖面圖。
[0035]圖11 (A)、(B)是示出所制造的電子部件的其它例子的立體圖。
[0036]圖12 (A)、(B)、(C)、(D)是對焊接后的銅電極部進(jìn)行加熱后的微孔的產(chǎn)生形態(tài)的例子，(A) (B)為比較例中的結(jié)果，(C) (D)為實(shí)施例中的結(jié)果。
[0037]圖13(A)、⑶是實(shí)施例中得到的焊料連接部的剖面的元素映射像(elementmapping image)。
[0038]符號說明
[0039]I被處理構(gòu)件(基板)
[0040]2銅電極
[0041]3 涂層
[0042]4銅侵蝕防止層
[0043]5焊料層
[0044]5’熔融焊料的噴流
[0045]5a熔融焊料
[0046]6 涂層
[0047]7CuSn化合物層
[0048]10被處理構(gòu)件(基板或電子部件)
[0049]11處理部件(基板或電子部件)
[0050]20焊接裝置
[0051]21第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽
[0052]22含有機(jī)有脂肪酸的溶液槽
[0053]23第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽
[0054]24空間部
[0055]31，31a，31b，31c含有有機(jī)脂肪酸的溶液
[0056]31’含有有機(jī)脂肪酸的溶液的噴流
[0057]32含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛
[0058]33噴射裝置(熔融焊料的噴射噴嘴)
[0059]34噴射裝置(含有有機(jī)脂肪酸的溶液的噴射噴嘴)
[0060]35熔融焊料的供給路徑
[0061]36含有有機(jī)脂肪酸的溶液的供給路徑
[0062]37，38回收熔融焊料的托盤
[0063]37a熔融焊料的循環(huán)裝置
[0064]39噴射裝置(剩余的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的除去裝置)
[0065]40電子部件
[0066]41 元件
[0067]42電子部件的保持夾具[0068]51，52半導(dǎo)體芯片
[0069]A投入部
[0070]B預(yù)熱部
[0071]C處理部
[0072]D再投入部
[0073]E冷熱部
【具體實(shí)施方式】
[0074]以下，參照附圖對本發(fā)明的焊接裝置、焊接方法以及所制造的基板及電子部件進(jìn)行說明。另外，在本申請中，可以將“本發(fā)明”換言為“本申請的實(shí)施方式”。需要說明的是，“銅侵蝕防止層”是具有防止構(gòu)成電極的銅電極被焊料侵蝕(銅原子擴(kuò)散而溶出的形態(tài))的作用的層。
[0075][焊接裝置及方法]
[0076]如圖1及圖5所示，本發(fā)明的焊接裝置20及方法是連續(xù)地進(jìn)行在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a中的浸潰處理、在空間部24內(nèi)的熔融焊料5a的噴射處理、在同空間部24內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)而進(jìn)行的剩余的熔融焊料5a的除去處理及在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c中的浸潰處理的裝置及方法。通過這樣的焊接裝置20及方法，可以制造不會發(fā)生如現(xiàn)有的浸潰處理那樣的銅電極的銅侵蝕、而且不會發(fā)生在其后的各種安裝工序中的銅侵蝕的基板及電子部件。其結(jié)果，可以以低成本制造作為電連接部的銅電極的可靠性高且成品率良好的基板及電子部件。
[0077]以下，對裝置的各構(gòu)成及工序詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0078](被處理構(gòu)件)
[0079]被處理構(gòu)件10應(yīng)用于焊接裝置20及方法，具體而言，可以舉出:印刷基板、晶片及撓性基板等基板(也稱為“安裝基板”)及連接器、QFP(方型扁平式封裝，Quad FlatPackage)、SOP (小引出線封裝，Small Out line Package)、BGA(球柵陣列封裝,Ball GridArray)、半導(dǎo)體芯片、芯片電阻、芯片電容器、跨接線材料等電子部件。另外，包括在此例示的部件以外的公知的基板及電子部件、以及今后開發(fā)的新的基板及電子部件。
[0080]在被處理構(gòu)件10中設(shè)置有銅電極2，本發(fā)明的焊接裝置20及方法是對這樣的銅電極2進(jìn)行焊接時(shí)使用的裝置及方法。
[0081]這樣的被處理構(gòu)件10通過例如在圖1及圖5中用包含箭頭的虛線環(huán)起來的帶式輸送機(jī)連續(xù)地在裝置內(nèi)進(jìn)行輸送。用這樣的帶式輸送機(jī)進(jìn)行輸送時(shí)，將被處理構(gòu)件10安裝于帶式輸送機(jī)的安裝夾具可以考慮所輸送的被處理構(gòu)件10的形狀而使用各種夾具。例如在圖2所示的印刷基板的情況下，可以任意地使用用周緣夾持該矩形的印刷基板并保持的框狀?yuàn)A具(未圖示)，例如在圖9所示的電子部件40的情況下，可以任意地使用與該電子部件40的形狀相符合的保持夾具42。
[0082](在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的浸潰處理)
[0083]被處理構(gòu)件10通過圖1及圖5的投入部A被投入到第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中。第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21充滿了一定量的第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a。第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21的大小及形狀沒有特別限定，但為可以將被處理構(gòu)件10浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的充分的大小和形狀，優(yōu)選由不會對被處理構(gòu)件10的連續(xù)的輸送造成障礙的大小和形狀構(gòu)成。在圖1及圖5的例子中，由上方向下方沿縱長延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)的投入部A和接著該投入部A設(shè)置的從下方向斜上方延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)的預(yù)熱部B構(gòu)成。投入部A和預(yù)熱部B的形態(tài)當(dāng)然并不限定于這些。
[0084]如圖1及圖5所例示那樣，投入部A為從上方向下方沿縱長延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)。在該投入部A中，第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a為不太高的溫度，例如優(yōu)選控制在30°C以上且100°C以下程度。作為該控制裝置，可以在投入部A的槽周圍卷繞加熱器、冷凝器來進(jìn)行控制，也可以在投入部A的槽中插入加熱器、冷凝管進(jìn)行控制。優(yōu)選的溫度為30°C以上且70°C以下程度，通過使其為這樣的不過高的溫度范圍，可以抑制含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的蒸發(fā)，同時(shí)，可以防止常溫的被處理構(gòu)件10被突然投入高溫的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a而產(chǎn)生的熱膨脹引起的不良情況等。
[0085]如圖1及圖5所例示那樣，預(yù)熱部B為從下方向上方傾斜地延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)。在該預(yù)熱部B中，第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a為比較高的溫度，優(yōu)選例如控制在100°C以上且240°C以下程度。作為該控制裝置，可以在預(yù)熱部B的周圍卷繞加熱器、冷凝器來進(jìn)行控制，也可以在預(yù)熱部B的槽中插入加熱器、冷凝管來進(jìn)行控制。優(yōu)選的溫度為140°C以上且220°C以下程度，通過使其為這樣的溫度范圍，可以防止在被處理構(gòu)件10被投入到控制在大約250°C左右的溫度氣氛的空間部24時(shí)因急劇的熱膨脹等引起的不良情況等的發(fā)生。另外，在該預(yù)熱部B中，槽與空間部24連接，因此，具有含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的蒸發(fā)不會成為問題的優(yōu)點(diǎn)。
[0086]含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a被容納在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中。該含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a優(yōu)選為含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸的溶液。雖然也可以使用碳原子數(shù)11以下的有機(jī)脂肪酸，但這樣的有機(jī)脂肪酸具有吸水性，在用預(yù)熱部B進(jìn)行控制的例如100°C以上且240°C以下的溫度范圍使用的情況下，不太優(yōu)選。另外，碳原子數(shù)21以上的有機(jī)脂肪酸具有熔點(diǎn)高、浸透性差、不易操作等缺點(diǎn)。作為代表性的例子，優(yōu)選碳原子數(shù)16的棕櫚酸。作為有機(jī)脂肪酸，特別優(yōu)選僅使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸，也可以根據(jù)需要含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸、例如碳原子數(shù)18的硬脂酸。
[0087]含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a可優(yōu)選使用含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的棕櫚酸且剩余部分由酯合成油構(gòu)成的溶液。通過將這樣的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a在投入部A和預(yù)熱部B中加溫至各自的溫度使用，該含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a可以選擇性地捕獲存在于被處理構(gòu)件10的銅電極2表面的氧化物及焊劑成分等雜質(zhì)，從而可以將銅電極2的表面潔凈化。特別優(yōu)選含有10質(zhì)量％左右(例如5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下)的碳原子數(shù)16的棕櫚酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a。另外，含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a中未含有鎳鹽或鈷鹽等金屬鹽或抗氧劑等添加劑。
[0088]有機(jī)脂肪酸的濃度低于5質(zhì)量％時(shí)，有時(shí)選擇性地捕獲存在于銅電極2表面的氧化物及焊劑成分等雜質(zhì)來進(jìn)行純化的效果稍低，進(jìn)而在低濃度下的控制變得繁瑣。另一方面，有機(jī)脂肪酸的濃度超過25質(zhì)量％時(shí)，存在如下問題:含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的粘度變高、在300°C以上的高溫區(qū)域中產(chǎn)生發(fā)煙和惡臭的問題、等等。因此，有機(jī)脂肪酸的含量優(yōu)選為5質(zhì)量％以上且20質(zhì)量％以下，特別是在僅使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸的情況下，優(yōu)選為10質(zhì)量％左右(例如5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下)的含量。
[0089]上述的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a中所投入的被處理構(gòu)件10浸潰在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中，其結(jié)果，被處理構(gòu)件10所具有的存在于銅電極2表面的氧化物及雜質(zhì)等被除去而潔凈化。而且，銅電極2表面形成有構(gòu)成含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的有機(jī)脂肪酸的涂層3 (參照圖4(B))。該涂層3可以潔凈銅電極2的表面，進(jìn)而可以抑制銅電極2表面的氧化而防止氧化被膜的生成。
[0090](空間部)
[0091]被處理構(gòu)件10如圖1及圖5所示那樣在投入部A和預(yù)熱部B的第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中進(jìn)行處理后，轉(zhuǎn)移到作為處理部C的空間部24?？臻g部24是與含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的蒸氣氣氛經(jīng)加壓后的空間部，該空間部在水平方向具備向所述被處理構(gòu)件10上所設(shè)置的銅電極2噴射熔融焊料5a的噴流5’的噴射裝置33及向剩余的熔融焊料5a噴射液體以除去該剩余的熔融焊料5a的噴射裝置34。
[0092]該空間部24優(yōu)選被含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣等充滿而成為加壓狀態(tài)?？臻g部24的壓力沒有特別限定，但優(yōu)選為0.1Pa左右。特別是，通過利用含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣來形成上述范圍的加壓狀態(tài)，被處理構(gòu)件10的銅電極2不會被氧化或被雜質(zhì)污染。該空間部24通過如下操作形成:用含有有機(jī)脂肪酸的溶液31充滿至空間部24的頂面后，首先，導(dǎo)入氮?dú)馇医档秃杏袡C(jī)脂肪酸的溶液的液面而形成圖1所示的空間部24，然后，對含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b進(jìn)行加溫并用其蒸氣充滿空間部24。
[0093]空間部24的氣氛溫度優(yōu)選為與焊接的熔融焊料5a的溫度相同或與其接近的溫度。雖然可以為相同的溫度，但優(yōu)選與熔融焊料5a的溫度相比稍高地進(jìn)行設(shè)定。例如與熔融焊料5a的噴流溫度相比，優(yōu)選設(shè)定氣氛溫度比其高2°C以上且10°C以下，更優(yōu)選設(shè)定為比其高2V以上且5°C以下。通過設(shè)在該溫度范圍內(nèi)，可以使噴射在銅電極2表面后的熔融焊料5a的噴流5’沒有遺漏地在該銅電極2的表面進(jìn)行移動(dòng)，特別是，可以將熔融焊料5a擴(kuò)展至密間距的銅電極及小面積的銅電極的表面的角落。在氣氛溫度比熔融焊料5a的噴流溫度低的情況下，有時(shí)熔融焊料5a的粘度降低且熔融焊料5a的流動(dòng)性降低，另一方面，氣氛溫度設(shè)定為高于熔融焊料5a的噴流溫度超過10°C時(shí)，有可能溫度過高而對被處理構(gòu)件10造成熱損傷。
[0094]在空間部24的下方具有含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22，從該含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22中蒸發(fā)的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣充滿空間部24。含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22充滿一定量的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b。含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22的大小及形狀沒有特別限定，但優(yōu)選可以容納可以產(chǎn)生使空間部24的壓力為0.1MPa左右的蒸氣程度的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的充分的大小和形狀。在圖1及圖5的例子中，在空間部24的正下面由矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0095]通過從其中蒸發(fā)的蒸氣使空間部24的溫度為與熔融焊料5a的噴流溫度相同或基本相同的溫度，因此，通過熔融焊料5a的噴流溫度來決定含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度。在例如熔融焊料5a的噴流溫度為250°C的情況下，優(yōu)選含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度也相同或?yàn)橥瘸潭鹊臏囟取Ｍㄟ^設(shè)定為這樣的溫度，可以使從含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b中蒸發(fā)的蒸氣的溫度為與熔融焊料5a的噴流溫度相同或同等程度的溫度。作為含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度的控制裝置，可以在含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22的周圍卷繞加熱器、冷凝器、或者在槽中插入加熱器、冷凝管、或者將槽中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b在溫度調(diào)節(jié)設(shè)備(未圖示)中進(jìn)行循環(huán)來進(jìn)行溫度控制。
[0096]含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b優(yōu)選為與第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽21中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a相同、且含有碳原子數(shù)為12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸的溶液。作為代表性的例子，優(yōu)選碳原子數(shù)16的棕櫚酸。作為有機(jī)脂肪酸，特別優(yōu)選僅使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸，也可以根據(jù)需要含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸、例如碳原子數(shù)18的硬脂酸。
[0097]含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b可優(yōu)選使用含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的棕櫚酸且剩余部分由酯合成油構(gòu)成的溶液。通過將這樣的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b在含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22中進(jìn)行加溫以形成蒸氣產(chǎn)生源，產(chǎn)生的蒸氣選擇性地取入存在于被處理構(gòu)件10的銅電極2表面的氧化物及焊劑成分等雜質(zhì)，可以潔凈化銅電極2的表面。特別優(yōu)選含有10質(zhì)量％左右(例如5質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下)的碳原子數(shù)16的棕櫚酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b。另外，含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b中未含有鎳鹽及鈷鹽等金屬鹽及抗氧劑等添加劑。另外，有機(jī)脂肪酸的濃度的上下限與含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a中說明的上下限相同，因此，在此省略其說明。
[0098](熔融焊料的噴射處理)
[0099]在作為處理部C的空間部24中，向被處理構(gòu)件10的銅電極2進(jìn)行熔融焊料5a的噴射處理。噴射處理通過噴射熔融焊料5a的噴流5’的噴射裝置33來進(jìn)行，可優(yōu)選使用例如如圖1及圖5所不那樣的噴射噴嘴33。
[0100]首先，對從噴射噴嘴33中噴射的熔融焊料5a進(jìn)行說明。作為熔融焊料5a，使用的是對焊料進(jìn)行加熱使其熔融且使其流動(dòng)化至可作為噴流5’噴出程度的焊料。其加熱溫度可根據(jù)焊料組成而任意地選擇，通常從150°C以上且300°C以下左右的范圍內(nèi)設(shè)定良好的溫度。在本發(fā)明中，可使用至少含有錫作為主成分、含有鎳作為副成分，并且任意地含有選自銀、銅、鋅、鉍、銻及鍺中的I種或2種以上作為副成分的熔融無鉛焊料。
[0101]優(yōu)選的焊料組成為Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金，具體而言，為了形成可穩(wěn)定地防止銅腐蝕的CuNiSn金屬間化合物層4 (參照圖8 (B))，優(yōu)選使用0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下的鎳、2質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下的銀、0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下的銅、0.001質(zhì)量％以上且0.02質(zhì)量％以下的鍺且剩余部分為錫的焊料合金。用于形成這樣的CuNiSn金屬間化合物層4的特別優(yōu)選的組成為鎳0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下、銀0.1質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下、銅0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下、鍺0.001質(zhì)量％以上且0.01質(zhì)量％以下、剩余部分為錫的焊料合金。在用這樣的Sn-N1-Ag-Cu-Ge合金進(jìn)行焊接的情況下，優(yōu)選以240°C以上且260°C以下溫度的熔融焊料5a的形式使用。
[0102]另外，含有鉍的焊料可以將熔融焊料5a的加熱溫度進(jìn)一步低溫化，通過對其成分組成進(jìn)行調(diào)整，可以使其低溫化至例如150°C附近。這樣的低溫化也可以降低空間部24內(nèi)的蒸氣的溫度，故更優(yōu)選。含有鉍的焊料組成也優(yōu)選與上述同樣地含有0.01質(zhì)量％以上且
0.5質(zhì)量％以下的鎳，更優(yōu)選含有0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下的鎳。由此，可以制成能夠容易地形成CuNiSn金屬間化合物層4的低溫型的熔融焊料5a。
[0103]另外，其它的鋅及銻也可以根據(jù)需要進(jìn)行配合。在任何情況下，焊料組成均優(yōu)選至少含有0.0l質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下的鎳，更優(yōu)選含有0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)
量％以下的鎳。
[0104]上述組成的熔融焊料5a為不含鉛的無鉛焊料，并且必須含有上述含量的鎳，因此，如圖8 (B)所示，熔融焊料5a中所含的鎳與銅電極2的銅進(jìn)行化合，進(jìn)而，也與熔融焊料5a的錫進(jìn)行化合，可以容易地在銅電極2的表面形成GuNiSn金屬間化合物層4。形成的CuNiSn金屬間化含物層4作為銅電極2的銅侵蝕防止層起作用，起到防止銅電極2的缺損或消失的作用。因此，具有CuNiSn金屬間化合物層4的焊料層5也可以在之后容易地耐受如將形成有焊料層5的基板投入到浸潰在焊料槽中的浸潰工序的情況那樣對銅電極2而言也可以說苛刻的處理。因此，即使使用低成本的焊料浸潰工序，也可以成品率良好地形成可靠性高的焊料層5。進(jìn)而，可以成品率良好地得到能夠以低成本且可靠性高地進(jìn)行利用該焊料層5的電子部件的安裝的安裝基板。
[0105]熔融焊料5a中所含的鎳含量如后述實(shí)施例所示那樣會影響CuNiSn金屬間化合物層4的厚度。具體而言，鎳含量為0.01質(zhì)量％以上且0.5質(zhì)量％以下(優(yōu)選為0.07質(zhì)量％以下)的范圍時(shí)，可以生成I μ m以上且3 μ m以下程度的厚度基本均勻的CuNlSn金屬間化合物層4。該范圍內(nèi)的厚度的CuNiSn金屬間化合物層4可以防止銅電極2中的銅熔融在熔融焊料5a中或在焊料層5中而被侵蝕。
[0106]鎳含量為0.01質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層4的厚度為大約Iym以上且
1.5 μ m以下程度，鎳含量例如為0.07質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層4的厚度為大約2 μ m左右，鎳含量為0.5質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層4的厚度為大約3 μ m左右。
[0107]鎳含量低于0.01質(zhì)量％時(shí)，CuNiSn金屬間化合物層4的厚度低于I μ m，產(chǎn)生該CuNiSn金屬間化合物層4未完全覆蓋銅電極2的地方，有時(shí)容易從該地方引起銅的侵蝕。鎳含量超過0.5質(zhì)量％時(shí)，較硬的CuNiSn金屬間化合物層4超過厚度3 μ m且進(jìn)一步變厚，有時(shí)在該CuNiSn金屬間化合物層4中產(chǎn)生龜裂。其結(jié)果，容易從該龜裂部分弓I起銅的侵蝕。需要說明的是，優(yōu)選的鎳含量為0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下，具有該范圍的鎳含量的熔融焊料5a與鎳含量超過0.07質(zhì)量％且為0.5質(zhì)量％以下的情況相比，可以形成平滑的均勻?qū)忧也粫餋uNiSn金屬間化合物層4的龜裂。
[0108]用作熔融焊料5a的焊料優(yōu)選進(jìn)行純化處理。具體而言，將含有5質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下碳原子數(shù)12?20的有機(jī)脂肪酸的溶液加熱至180°C以上且350°C以下，使該加熱后的溶液和熔融焊料5a進(jìn)行接觸并劇烈地進(jìn)行攪拌混合。通過如上操作，可以將被氧化銅和焊劑成分等污染的純化處理前的熔融焊料5a進(jìn)行潔凈化，從而可以得到除去了氧化銅及焊劑成分等的熔融焊料5a。然后，將含有除去了氧化銅及焊劑成分等的熔融焊料5a的混合液導(dǎo)入含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽(未圖示)，將在該含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽中通過比重差分離的潔凈化后的熔融焊料5a通過泵從該含有有機(jī)脂肪酸的溶液貯槽的底部返回至無鉛焊料液貯槽中。通過進(jìn)行這樣的純化處理，可以抑制作為噴流使用的熔融焊料5a中的銅濃度及雜質(zhì)濃度的經(jīng)時(shí)上升，且不會使氧化銅及焊劑殘?jiān)入s質(zhì)帶入到無鉛焊料液貯槽中。其結(jié)果，由于可以抑制無鉛焊料液貯槽內(nèi)的熔融焊料5a的經(jīng)時(shí)的組成變化，因此，可以連續(xù)地形成穩(wěn)定的接合可靠性高的使用熔融焊料5a的焊料層5。另外，可以連續(xù)地制造具備這樣的焊料層5的安裝基板。
[0109]純化后的熔融焊料5a不含影響焊料層5的接合品質(zhì)的氧化銅及焊劑殘?jiān)入s質(zhì)。其結(jié)果，可以消除焊料層5和電子部件的接合品質(zhì)的批量間不均，從而有助于經(jīng)時(shí)的品質(zhì)穩(wěn)定性。
[0110]用于純化的含有有機(jī)脂肪酸的溶液中所含的有機(jī)脂肪酸與上述的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a，31b所含有的有機(jī)脂肪酸相同，因此，在此省略其說明。另外，用于純化的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度由要進(jìn)行純化的熔融焊料5a的熔點(diǎn)來決定，使含有有機(jī)脂肪酸的溶液和熔融焊料5a至少在熔融焊料5a的熔點(diǎn)以上的高溫區(qū)域(作為一個(gè)例子，為240°C?260°C)中激烈地進(jìn)行攪拌接觸。另外，從發(fā)煙的問題及節(jié)能的觀點(diǎn)考慮，含有有機(jī)脂肪酸的溶液的上限溫度為350°C左右，優(yōu)選為進(jìn)行純化處理的熔融焊料5a的熔點(diǎn)以上的溫度?300°C的范圍。例如，鎳0.01質(zhì)量％以上且0.07質(zhì)量％以下、銀0.1質(zhì)量％以上且4質(zhì)量％以下、銅0.1質(zhì)量％以上且I質(zhì)量％以下、鍺0.001質(zhì)量％以上且0.01質(zhì)量％以下、剩余部分為錫的焊料合金在240°C以上且260°C以下的溫度下以熔融焊料5a的形態(tài)使用，因此，優(yōu)選含有有機(jī)脂肪酸的溶液的溫度也與其相同為240°C以上且260°C以下左右。
[0111]這樣的用含有有機(jī)脂肪酸的溶液純化過的熔融焊料5a如圖1及圖6所示那樣從噴射裝置33向被處理構(gòu)件10以噴流5’的形式進(jìn)行噴霧。來自噴射裝置33的熔融焊料5a的噴射壓力沒有特別限定，可以根據(jù)熔融焊料5a的種類、溫度、粘度等任意地設(shè)定。通常在
0.3MPa?0.8MPa左右的壓力下進(jìn)行噴射。氣氛溫度優(yōu)選如上所述為與熔融焊料5a的噴流溫度相同或與其相近的溫度(優(yōu)選稍高的溫度)。這樣，如圖4及圖6所示那樣設(shè)置有凸起的熔融焊料5a。另外，從噴射裝置33中噴射的熔融焊料的噴流5’的流速和噴射處理時(shí)間考慮熔融焊料5a的種類等任意地設(shè)定。另外，關(guān)于噴射裝置33的形狀和噴射角度等條件，也考慮熔融焊料5a的種類等任意地進(jìn)行應(yīng)用或設(shè)定。
[0112](剩余的熔融焊料的除去處理)
[0113]堆積有熔融焊料5a的被處理構(gòu)件10如圖6所示那樣在作為處理部C的空間部24內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)，轉(zhuǎn)移至向剩余的熔融焊料5a噴射液體以除去該剩余的熔融焊料5a的工序。如圖4(C)及圖7所示那樣，這樣的剩余的熔融焊料5a的除去工序是除去在銅電極2上凸起的熔融焊料5a且僅殘留無法完全除去的熔融焊料5a的工序。無法完全除去的熔融焊料5a為附著于銅電極2上所形成的CuNiSn金屬間化合物層4的熔融焊料5a，該附著的熔融焊料5a構(gòu)成焊料層5。
[0114]用于除去熔融焊料5a的液體只要為液體就沒有特別限定，但由于空間部24為含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛，因此，可使用含有有機(jī)脂肪酸的溶液。需要說明的是，可以混入部分氮?dú)獾确腔钚詺怏w，但從焊料層5的氧化及在含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的相溶性的觀點(diǎn)考慮，不要混入含有氧的空氣或水等。來自噴射裝置34的液體的噴射壓力沒有特別限定，可以根據(jù)熔融焊料5a的種類、溫度、粘度等任意地設(shè)定。通常在0.2MPa?0.4MPa左右的壓力下進(jìn)行噴射。
[0115]作為用作噴射液體的含有有機(jī)脂肪酸的溶液，可以使用與含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽22中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b相同的溶液。液體使用以使含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度與熔融焊料5a的溫度(例如250°C左右)相同或基本相同的方式進(jìn)行加熱的液體。這樣可以在吹飛剩余的熔融焊料5a的同時(shí)在露出的熔融焊料5a的表面形成有機(jī)脂肪酸的涂層6 (參照圖10(B))。
[0116](熔融焊料的再利用)[0117]如圖1所不,可以在空間部24內(nèi)的噴射裝置33的下面設(shè)置為了再利用所噴射的熔融焊料5a而進(jìn)行回收的托盤37。另外，如圖5所示，可以具備用于將積存在噴射裝置33的下方的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b底部的熔融焊料5a送至噴射熔融焊料5a的噴射裝置33的循環(huán)裝置37a。
[0118]同樣，如圖1所示，在空間部24內(nèi)的噴射裝置34的下方也可以設(shè)置為了再利用通過剩余的熔融焊料的除去所除去的熔融焊料5a而進(jìn)行回收的托盤38。另外，在通過剩余的熔融焊料的除去所除去的熔融焊料5a落在下方且積存在下方的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b底部的情況下，也可以如圖5所示具備用于送至噴射熔融焊料5a的噴射裝置33的循環(huán)裝置37a。
[0119]需要說明的是，噴射出的含有有機(jī)脂肪酸的溶液和與該含有有機(jī)脂肪酸的溶液一同被除去的熔融焊料5a通過比重差而被分離，可以取出沉降在含有有機(jī)脂肪酸的溶液底部的熔融焊料5a，從而與含有有機(jī)脂肪酸的溶液分離。分離后的熔融焊料5a和含有有機(jī)脂肪酸的溶液可以進(jìn)行再利用。
[0120](在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的浸潰處理)
[0121]除去了剩余的熔融焊料5a后的被處理構(gòu)件10從作為處理部C的空間部24輸送至含有再投入部D及冷熱部E的第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23，再次浸潰在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23中的第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c中。第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23由溫度高的再投入部D和位于該再投入部D的更后工序且溫度低的冷熱部E構(gòu)成。
[0122]再投入部D為如例如圖1及圖5所示那樣從上方向下方傾斜地延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)，是將在處理部C進(jìn)行了處理的被處理構(gòu)件10再次投入含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的區(qū)域。在該再投入部D中，優(yōu)選將含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的溫度控制在與上述的預(yù)熱部B相同的溫度。即，在再投入部D中，第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c為較高的溫度，優(yōu)選控制在例如100°C以上且240°C以下程度。作為該控制裝置，可以在再投入部D的周圍卷繞加熱器、冷凝器來進(jìn)行控制，也可以在再投入部D的槽中插入加熱器、冷凝管進(jìn)行控制。優(yōu)選的溫度為140°C以上且220°C以下程度。通過使其為這樣的溫度范圍，可以防止從控制在約250°C左右的溫度氣氛的空間部24內(nèi)中所輸送的被處理構(gòu)件10被驟冷，從而可以防止發(fā)生因急劇的熱收縮等引起的不良情況等。另夕卜，在該再投入部D中，第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23與空間部24連續(xù)，因此，存在含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的蒸發(fā)不會成為問題的優(yōu)點(diǎn)。
[0123]含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c被收納在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23中。該含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c優(yōu)選與已經(jīng)敘述的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a、31b相同，在此省略其說明。另外，該含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c也可以與已經(jīng)敘述的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a、31b不同，形成稍有不同組成的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c。其原因如下:已經(jīng)敘述的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a、31b均與銅電極2的表面直接作用，進(jìn)行銅電極表面的潔凈化及熔融焊料5a的潔凈化，這里的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c為設(shè)置了銅侵蝕防止層4和焊料層5之后的再投入部D。因此，與優(yōu)選僅使用碳原子數(shù)16的棕櫚酸作為有機(jī)脂肪酸的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a、31b不同，也可以為含有碳原子數(shù)12以上且20以下的有機(jī)脂肪酸的溶液。
[0124]冷熱部E如例如圖1及圖5所示那樣接著再投入部D配置在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23內(nèi)。冷熱部E為從下方向上方進(jìn)行延伸的矩形或圓筒形的水槽結(jié)構(gòu)，是將在再投入部D進(jìn)行了處理的處理部件11用更低溫度的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c進(jìn)行冷卻的區(qū)域。在該冷熱部E中，優(yōu)選將含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的溫度控制在與上述投入部A相同的溫度。
[0125]具體而言，在冷熱部E中，第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23中的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c為不太高的溫度，優(yōu)選控制在例如30°C以上且100°C以下程度。作為該控制裝置，可以在冷熱部E的周圍卷繞加熱器、冷凝器進(jìn)行控制，也可以在冷熱部E的槽中插入加熱器、冷凝管來進(jìn)行控制。優(yōu)選的溫度為30°C以上且60°C以下程度，通過使其為這樣的不過高的溫度范圍，可以抑制含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的蒸發(fā)，并且可以防止高溫的處理部件11被突然暴露于常溫的大氣中而產(chǎn)生因熱收縮引起的不良情況等。
[0126](之后的工序)
[0127]在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽23后，如圖1及圖5所示，將附著于處理后的處理部件11表面的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c進(jìn)行脫液。該除去優(yōu)選使用空氣噴嘴等噴射裝置39。此時(shí)的噴射裝置39的噴射壓力沒有特別限定，可根據(jù)處理部件11的大小及形狀任意地設(shè)定。這樣，可以得到處理后的處理部件11。
[0128]在得到的處理部件11為印刷基板等基板的情況下，在該基板的銅電極2的表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層4、最小限的焊料層5和有機(jī)脂肪酸涂層6。其結(jié)果，該基板在其安裝工序中即使在浸潰于各種熔融焊料槽中、或在印刷了漿料焊料后投入回流焊爐中、或投入燒制爐中的情況下，也不會引起銅電極2的銅腐蝕，而且不會損傷焊料濕潤性，從而可以在之后用安裝工序進(jìn)行處理。
[0129]在得到的處理部件11為電子部件的情況下，在該電子部件的銅電極2的表面也按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層4、最小限的焊料層5和有機(jī)脂肪涂層6。其結(jié)果，在該電子部件的安裝工序中，即使在浸潰于各種熔融焊料槽中、或載置于印刷的漿料焊料上之后投入回流焊爐中、或投入燒制爐中的情況下，也不會引起電子部件的銅電極2的銅腐蝕，而且，不會損傷焊料濕潤性，從而可以在之后用安裝工序進(jìn)行處理。
[0130]如以上所說明，本發(fā)明的焊接裝置20及方法連續(xù)地進(jìn)行在第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液3Ia中的浸潰處理、在空間部24內(nèi)的熔融焊料5a的噴射處理、在同一空間部24內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)而進(jìn)行的剩余的熔融焊料5a的除去處理、及在第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c中的浸潰處理，因此，可以制造不會引起如現(xiàn)有的浸潰處理那樣的銅電極的銅侵蝕，而且不會引起之后的各種安裝工序中的銅侵蝕的基板及電子部件。其結(jié)果，可以以低成本制造作為電連接部的銅電極2的可靠性高且成品率良好的基板及電子部件。
[0131]特別是在含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a中浸潰后，在與該含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的蒸氣氣氛的空間24中，向設(shè)置于被處理構(gòu)件10的銅電極2噴射熔融焊料5a的噴流5’，進(jìn)而，在該空間24內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)后，向剩余的熔融焊料5a噴射液體31’以除去該剩余的熔融焊料5a，因此，在潔凈化的銅電極表面無缺陷地均勻地形成銅侵蝕防止層4，而且，在除去了剩余的熔融焊料5a的狀態(tài)下再次浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c中，設(shè)置了有機(jī)脂肪酸涂層6。其結(jié)果，在銅侵蝕防止層4上以設(shè)置了最小限的焊料層5的狀態(tài)設(shè)置有保持其焊料層5的焊料濕潤性的有機(jī)脂肪酸涂層6，因此，在之后的安裝工序中，即使在浸潰于各種熔融焊料槽中、或在印刷了漿料焊料后投入到回流焊爐中、或投入到燒制爐中的情況下，也不會引起銅電極的銅腐蝕，而且不會損傷焊料濕潤性，從而可以在之后用安裝工序進(jìn)行處理。
[0132][制造的基板及電子部件]
[0133]如圖3所示，本發(fā)明的基板10是通過上述本發(fā)明的焊接裝置20或焊接方法制造的基板，該基板10所具有的銅電極2從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層4、焊料層5及有機(jī)脂肪酸涂層6。作為基板10，可以舉出:印刷基板、晶片及撓性基板等各種基板。特別是晶片，由于其電極的寬度及間距窄，因此，優(yōu)選使用本發(fā)明的裝置及方法，可以在窄間距的微細(xì)電極上精度良好地設(shè)置焊料層5。另外，在設(shè)置較大的電子部件的印刷基板及撓性基板的情況下，也可以以潔凈化的狀態(tài)保持該焊料層5的表面，或可以用之后的工序進(jìn)行處理，因此，可以用作具有可靠性的基板。
[0134]另外，如圖10及圖11所示，本發(fā)明的電子部件是通過上述本發(fā)明的焊接裝置20或焊接方法制造的電子部件40、51、52，該電子部件40、51、52所具有的銅電極2從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層4、焊料層5及有機(jī)脂肪酸涂層6。作為電子部件，可以舉出:半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體模塊、IC芯片、IC模塊、電介質(zhì)芯片、電介質(zhì)模塊、電阻芯片、電阻模塊等。
[0135]根據(jù)這樣的基板及電子部件，即使用之后的回流焊爐或燒制爐等施加熱，也可以用銅侵蝕防止層4阻止銅電極2的銅侵蝕。其結(jié)果，可以在經(jīng)過各種工序進(jìn)行的電子部件的安裝工序中不使電連接部(銅電極部)的可靠性降低，而且可以成品率良好地進(jìn)行制造，因此，能夠以低成本提供可靠性高的基板及電子部件。
[0136]實(shí)施例
[0137]以下，舉出實(shí)施例和比較例進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。
[0138][實(shí)施例1]
[0139]作為一個(gè)例子,準(zhǔn)備了在基體材料I上形成有寬度例如為200 μ m且厚度例如為10 μ m的銅布線圖案的基板10 (例如參照圖2)。對該基板10而言，在銅布線圖案中，僅成為電子部件的安裝部分的寬度例如為200 μ m且長度例如為50 μ m的銅電極2多數(shù)露出，其它的銅布線圖案被絕緣層覆蓋。
[0140]作為圖1所示的各部分的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a、31b、31c，在不含鎳鹽及鈷鹽等金屬鹽及抗氧劑等的酯合成油中含有10質(zhì)量％的棕櫚酸，制備了含有有機(jī)脂肪酸的溶液。將投入部A的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的溫度控制在50°C，將預(yù)熱部B的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a的溫度控制在200°C，將處理部C的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度控制在250°C，將再投入部D的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的溫度控制在200°C，將冷熱部E的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c的溫度控制在50°C。
[0141]所使用的熔融焊料5a使用由N1:0.05質(zhì)量％、Ge:0.005質(zhì)量％、Ag:3質(zhì)量％、Cu:
0.5質(zhì)量％且剩余部分為Sn構(gòu)成的5組分系無鉛焊料，加熱至250°C以熔融焊料5a的形態(tài)準(zhǔn)備。
[0142]空間部24首先將含有有機(jī)脂肪酸的溶液充滿至頂面后導(dǎo)入氮?dú)庑纬缮喜靠臻g，在該狀態(tài)下將含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的溫度升溫至250°C，將上部空間用含有有機(jī)脂肪酸的溶液31b的蒸氣充滿。將基板10投入到這樣準(zhǔn)備的焊接裝置20中。
[0143]在輸送圖2 (A)所示的基板10經(jīng)過投入部A和預(yù)熱部B之間，使有機(jī)脂肪酸涂層3附著于銅電極2的表面。該有機(jī)脂肪酸涂層3是在用含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a將銅表面進(jìn)行了清潔化后附著的。將基板10在經(jīng)過預(yù)熱部B后放入處理部C，如圖6所示，從面向基板10的上面和下面安裝的噴射噴嘴33中噴射例如250°C的熔融焊料5a的噴流5’。如圖4(C)所示，噴涂有熔融焊料5a的銅電極2上成為堆積有熔融焊料5a的狀態(tài)。接下來，如圖7所示，從在基板10的上面和下面均傾斜例如30° (參照圖7)安裝的噴射噴嘴34噴射例如250°C的含有有機(jī)脂肪酸的溶液31a。其結(jié)果，得到圖4(D)所示形態(tài)的基板。另外，在該基板11的焊料層5上設(shè)置了有機(jī)脂肪酸涂層6。然后，將基板11依次輸送至再投入部D及冷熱部E，在該冷熱部E中從含有有機(jī)脂肪酸的溶液31c中出來之后，立刻利用來自空氣噴嘴的空氣噴射進(jìn)行脫液，由此得到了基板11。
[0144]將得到的基板11的焊料層5的剖面的掃描電子型顯微鏡照片形態(tài)示于圖12(C)。根據(jù)圖12(C)所示的剖面照片，用掃描型電子顯微鏡照片對CuNiSn金屬間化合物層4的厚度進(jìn)行測定，結(jié)果以1.5 μ m的厚度均勻地形成了 CuNiSn金屬間化合物層4。另外，圖12(D)是在150°C下熟化240小時(shí)后的焊料層5的剖面的掃描型電子顯微鏡照片形態(tài)。未產(chǎn)生空洞(void)等不良情況。另外，通過X射線微量分析儀(EPMA)的元素映射對該剖面進(jìn)行了評價(jià)，示于圖13。
[0145][比較例I]
[0146]在實(shí)施例1中，作為焊料材料，使用由Ag:3質(zhì)量％、Cu:0.5質(zhì)量％、剩余部分為Sn構(gòu)成的3組分系無鉛焊料，除此以外，與實(shí)施例1同樣地得到比較例I的基板。與實(shí)施例1同樣地，根據(jù)剖面的掃描型電子顯微鏡照片可知，不存在GuNiSn金屬間化合物層(參照圖12(A))、在銅電極2上形成了 CuSn金屬間化合物層13b。另外，圖12(B)是在150°C下熟化240小時(shí)后的焊料層5的剖面的掃描型電子顯微鏡照片形態(tài)。產(chǎn)生了空洞等不良情況。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接裝置，其至少具備: 使具有銅電極的被處理構(gòu)件浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽； 與所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛的空間部，該空間部在水平方向具備向所述被處理構(gòu)件上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流的噴射裝置及向剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料的噴射裝置；以及 使除去了剩余的所述熔融焊料后的被處理構(gòu)件再次浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中，所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液為含有棕櫚酸的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中，所述熔融焊料是用所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行過處理的熔融焊料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，所述用于除去剩余的熔融焊料的液體是所述含有有機(jī) 脂肪酸的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，在所述第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽后，還具備將附著于處理后的處理部件表面的含有有機(jī)脂肪酸的溶液進(jìn)行脫液的噴射裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，所述第一含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽和第二含有有機(jī)脂肪酸的溶液槽的溫度比所述空間部內(nèi)的溫度低，該空間部內(nèi)的溫度與在該空間部內(nèi)噴射的熔融焊料的溫度相同或比其溫度高。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，用于將噴射在所述被處理構(gòu)件上的熔融焊料進(jìn)行再利用而回收的托盤設(shè)置在所述噴射裝置下方的所述空間部內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的焊接裝置，其中，所述焊接裝置具備將積存在所述噴射裝置下方的所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液底部的熔融焊料送至所述噴射熔融焊料的所述噴射裝置的循環(huán)裝置。
9.一種焊接方法，該方法至少具備如下工序: 使具有銅電極的被處理構(gòu)件浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的工序； 在該浸潰工序后，在與所述含有有機(jī)脂肪酸的溶液相同或基本相同的含有有機(jī)脂肪酸的溶液的蒸氣氣氛的空間中，向所述被處理構(gòu)件上所設(shè)置的銅電極噴射熔融焊料的噴流的工序； 在該噴出工序后，在與所述相同的空間內(nèi)沿水平方向移動(dòng)，向所噴射的所述熔融焊料中剩余的熔融焊料噴射液體以除去該剩余的熔融焊料的工序；以及 使除去了剩余的所述熔融焊料后的被處理構(gòu)件再次浸潰于含有有機(jī)脂肪酸的溶液中的工序。
10.一種基板，其是利用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的焊接裝置或權(quán)利要求9所述的焊接方法制造的基板，其中，該基板所具有的銅電極從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層、焊料層及有機(jī)脂肪酸涂層。
11.一種電子部件，其是利用權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的焊接裝置或權(quán)利要求9所述的焊接方法而制造的電子部件，其中，該電子部件所具有的銅電極從其表面按順序設(shè)置有銅侵蝕防止層、焊料層及 有機(jī)脂肪酸涂層。
【文檔編號】B23K1/20GK103459075SQ201280002628
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月14日
【發(fā)明者】谷黑克守 申請人:株式會社谷黑組