JP5821797B2 - 電子部品の製造方法及び電子部品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の製造方法及び電子部品の製造装置に関する。

電子部品の外部電極は、一般に、下地電極と、当該下地電極の表面を覆うめっき層とで構成される。下地電極の材料としては、安価で且つ入手が容易であることから銅が用いられることが多い。銅は大気中の酸素と反応して酸化し、劣化してしまうため、下地電極の表面をにＮｉ等の金属でめっきを行い、銅の酸化を防止している。

しかしながら、めっきを行う際には、電子部品の前駆体をめっき液内に浸漬する必要がある。そのため、めっき液が前駆体内に浸入して、製造された電子部品の信頼性や性能を低下させることがあり得る。電子部品の小型化が進むにつれて外部電極間の距離が極めて近接してきているので、めっき伸びにより外部電極間のショートが発生することもあり得る。

そこで、めっきを行わずに、下地電極の表面に直接はんだを設けるための試みがなされている。特許文献１は、電子部品の前駆体の表面に配置された配線に溶融状態のはんだ金属を接触させる工程と、はんだの融点以上の温度に加熱された液体を配線に噴き付ける工程とを含むはんだ層の形成方法を開示している。はんだの融点以上の温度に加熱された液体を噴き付けることにより、配線から余分なはんだを除去し、はんだブリッジが防止できると共にはんだ層の厚さが制御できる。

特開平０６−２５２５４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、溶融したはんだ金属と前駆体の配線との接触が大気中で行われていた。そのため、溶融したはんだ金属が大気中の酸素と反応して酸化し、ドロスが発生してしまい、配線にはんだ層が良好に形成されないことがあった。特に、ウエハ状を呈する電子部品の前駆体の表面に配置された多数の下地電極にはんだ層を形成し、前駆体をダイシングして多数の電子部品を得ようとする場合には、下地電極の一つにでもはんだ抜けがあると、全体として不良品となってしまうため、はんだ層を確実に下地電極に形成するための手法の実現が望まれていた。

本発明の目的は、はんだ層を確実に下地電極に形成できる電子部品の製造方法及び電子部品の製造装置を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、ポリアルキレングリコール・オイルがフラックスとしての機能を有することを見出だした。すなわち、ポリアルキレングリコール・オイルは、フラックスと同様に、酸化した下地電極の表面における酸化膜を化学的に除去し、当該酸化膜とはんだとを置換する機能を有すると思われる。本発明者らは、このポリアルキレングリコール・オイルを利用して下地電極にはんだ層を形成することで、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の一側面に係る電子部品の製造方法は、液状のポリアルキレングリコール・オイルが貯留されている槽内に、ポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように溶融状態の５元系はんだを噴き出す第１の工程と、少なくとも銅が外部に露出している下地電極が表面に配置された電子部品の前駆体を、ポリアルキレングリコール・オイルの液内に入れる第２の工程と、前駆体がポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で５元系はんだを下地電極に接触させて、下地電極上にはんだ層を形成する第３の工程とを含む。

本発明の一側面に係る電子部品の製造方法では、ポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように、溶融状態の５元系はんだを噴き出している。そのため、５元系はんだが大気と接触しないので、ドロスの発生が極めて抑制される。本発明の一側面に係る電子部品の製造方法では、前駆体がポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で５元系はんだを下地電極に接触させて、下地電極上にはんだ層を形成している。そのため、酸化により下地電極の表面に生じた酸化膜がポリアルキレングリコール・オイルにより化学的に除去された状態で、下地電極の表面にはんだ層が形成される。これらの結果、はんだ層を確実に下地電極に形成できる。さらに、ポリアルキレングリコール・オイルは常温で液体であるため、取り扱い易く、液状のポリアルキレングリコール・オイルを廃棄する際や、気化したポリアルキレングリコール・オイルを局所排気する際に、配管が詰まることもない。そのため、設備のメンテナンスを極めて容易に行うことができる。

前駆体はウエハ形状を呈し、下地電極は前駆体の一方の面に複数配置されていてもよい。

５元系はんだは主成分の一つとしてＮｉを含んでいてもよい。この場合、銅（下地電極）とはんだ層との間にＮｉ合金層が形成される。そのため、Ｎｉ合金層により下地電極の酸化を抑制することができる。

噴き出される５元系はんだの温度は２４０℃以上であってもよい。この場合、溶融状態の５元系はんだの流動性が高まり、好適に下地電極にはんだ層を形成できる。

ポリアルキレングリコール・オイルの引火点は噴き出される前記５元系はんだの温度以上であってもよい。この場合、ポリアルキレングリコール・オイルが発火することなく安全にはんだ層の形成を行うことができる。

第２の工程では、予熱されている前駆体をポリアルキレングリコール・オイルの液内に入れてもよい。予熱なしにはんだ層の形成を行うと５元系はんだの熱により被処理物に熱歪みが生ずる場合が考えられるが、被処理物を予熱することで、５元系はんだの熱による被処理物に対する影響を小さくできる。

第２の工程の前に、下地電極を酸洗浄する第４の工程と、下地電極にフラックスを塗布して乾燥する第５の工程を更に含んでもよい。この場合、酸洗浄により下地電極の表面に形成された酸化膜が除去された状態で下地電極にフラックスが塗布されるので、フラックスにより下地電極の酸化が抑制される。そのため、下地電極へのはんだ層の形成を直ちに行う必要がなくなるので、設備のライン設計を柔軟に行うことができる。

本発明の他の側面に係る電子部品の製造装置は、液状のポリアルキレングリコール・オイルを貯留する槽と、溶融状態の５元系はんだを槽内に噴き出す噴流ノズルと、溶融状態の５元系はんだを前記噴流ノズルに供給する供給手段と、供給手段の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、供給手段を制御して、少なくとも銅が外部に露出している下地電極が表面に配置された電子部品の前駆体が、槽内に貯留されたポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で、槽内に貯留されたポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように５元系はんだを噴流ノズルから下地電極に向けて噴き出させる制御部とを備える。

本発明の他の側面に係る電子部品の製造装置では、槽内に貯留されたポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように、噴流ノズルから、溶融状態の５元系はんだを槽内に噴き出している。そのため、５元系はんだが大気と接触しないので、ドロスの発生が極めて抑制される。本発明の他の側面に係る電子部品の製造装置では、少なくとも銅が外部に露出している下地電極が表面に配置された電子部品の前駆体が、槽内に貯留されたポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で、制御部が、噴流ノズルから５元系はんだを下地電極に向けて噴き出させている。そのため、酸化により下地電極の表面に生じた酸化膜がポリアルキレングリコール・オイルにより化学的に除去された状態で、下地電極の表面にはんだ層が形成される。その結果、はんだ層を確実に下地電極に形成できる。

本発明によれば、はんだ層を確実に下地電極に形成できる電子部品の製造方法及び電子部品の製造装置を提供できる。

図１は、はんだ層形成装置の概要を示す図である。 図２は、はんだ層を形成するための手順を示すフローチャートである。 図３は、図２の各工程を説明するための図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。

まず、図１を参照して、本実施形態に係るはんだ層形成装置１の構成を説明する。はんだ層形成装置１は、槽１０と、噴流ノズル１２と、ポンプ１４と、制御部１６とを備える。

槽１０は、ポリアルキレングリコール・オイルを貯留するための貯留槽として機能する。ポリアルキレングリコール・オイルは、難水溶性のオイルであり、常温で液状を呈する。ポリアルキレングリコール・オイルの引火点は、噴流ノズル１２から噴き出される５元系はんだ（詳しくは後述する）の温度以上であると好ましく、例えば３００℃以上である。この場合、ポリアルキレングリコール・オイルが発火することなく安全にはんだ層３（詳しくは後述する）の形成を行うことができる。

槽１０は、上部槽１０ａと下部槽１０ｂとを有する。上部槽１０ａは、ウエハ（電子部品の前駆体）Ｗが水平移動するのに十分な空間を有している。下部槽１０ｂは、水平方向において上部槽１０ａの中央部に位置しており、噴流ノズル１２を取り囲んでいる。そのため、槽１０は、側方から見てＴ字形状を呈する。

噴流ノズル１２は、その頂部が上部槽１０ａに向けて突出するように、下部槽１０ｂに配置されている。噴流ノズル１２は、一方向（図面に対して垂直方向）に沿って延びている。噴流ノズル１２の幅は、少なくともウエハＷの幅よりも大きくなるように設定されている。噴流ノズル１２の頂部には、噴流ノズル１２の長手方向（図面垂直方向）に沿って延びるスリット状の吐出孔（図示せず）が設けられている。

ポンプ１４は、噴流ノズル１２に５元系はんだを供給する。ポンプ１４が動作することで、噴流ノズル１２の吐出孔から５元系はんだが上部槽１０ａ内に噴き出される。制御部１６は、ポンプ１４を制御して、噴流ノズル１２から噴き出された５元系はんだが、槽１０に貯留されているポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように（ポリアルキレングリコール・オイルの液面から大気中に出ないように）、ポンプを動作させる。噴流ノズル１２から噴き出された５元系はんだは、下部槽１０ｂへと降下し、ポンプ１４によって吸い込まれ、再び噴流ノズル１２の吐出孔から噴き出される。すなわち、５元系はんだは、ポンプ１４によって槽１０内を循環する。なお、ポンプ１４と制御部１６とは一体の装置であってもよいし、別体の装置であってもよい。

５元系はんだとしては、種々のものを用いることができるが、主成分の一つとしてＮｉを含んでいると好ましい。５元系はんだは、例えば、主成分としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｇｅの５つの元素を含んで構成でき、Ｓｎの含有量を９５．８重量％、Ａｇの含有量を３．１重量％、Ｃｕの含有量を０．９重量％、Ｎｉの含有量を０．１重量％、Ｇｅの含有量を０．０１重量％に設定してもよい。

続いて、図１〜図３を参照して、はんだ層形成装置１を用いてウエハＷの表面（一方の面）に設けられた複数の下地電極２にはんだ層３を形成する方法を説明する。

ウエハＷの下地電極２は銅（Ｃｕ）で構成されているので、大気中の酸素と接触することで直ちに酸化し、下地電極２の表面に酸化膜が生ずる。当該酸化膜の存在は、はんだ層３の下地電極２への付着を阻害しうる。そこでまず、下地電極２を弱酸で洗浄する（図２のＳ１１参照）。

続いて、ウエハＷのうち下地電極２が形成されている側の面を下向きにした状態で、塗布装置１００により下地電極２にフラックスを塗布する（図２のＳ１２及び図３（ａ）参照）。当該フラックスは、ロジンとイソプロピルアルコールとを２：８の重量比で混合した混合物である。

続いて、ヒータ２００によりウエハＷを加熱して、イソプロピルアルコールを乾燥させる（図２のＳ１３及び図３（ｂ）参照）。続いて、予熱槽３００において１８５℃程度に加熱したポリアルキレングリコール・オイルの液内にウエハＷを入れ、ウエハＷを予熱する（図２のＳ１４及び図３（ｃ）参照）。

続いて、はんだ層形成装置１の上部槽１０ａ内に貯留されているポリアルキレングリコール・オイルの液内に、予熱されたウエハＷを入れる。このとき、ウエハＷのうち下地電極２が形成されている側の面を下向きにする。そして、ウエハＷを、上部槽１０ａの一端側から他端側に向けて水平方向に移動させる。このとき、制御部１６はポンプ１４を駆動して、噴流ノズル１２から溶融状態の５元系はんだを噴き出させる。噴流ノズル１２から噴き出される５元系はんだの温度は、２４０℃以上であると好ましく、例えば２４７℃に設定できる。この場合、溶融状態の５元系はんだの流動性が高まり、好適に下地電極２にはんだ層３を形成できる。

ウエハＷが噴流ノズル１２の上方を通過すると、５元系はんだが下地電極２に接触し付着する。ウエハＷが上部槽１０ａの他端側に到達するまで水平移動すると、全ての下地電極２にはんだ層３が形成される（図２のＳ１５及び図１参照）。

続いて、ウエハを槽１０から取り出し、ウエハＷのうち下地電極２が形成されている側の面を上向きにした状態で、２４０℃程度に加熱したポリアルキレングリコール・オイルを下地電極２に噴き付ける。これにより、余分な５元系はんだを下地電極２から除去し、はんだ層３が所望の厚さ（例えば、０．１μｍ〜１００μｍ程度）となるように調整する（図２のＳ１６参照）。

続いて、ウエハＷを冷却装置４００により十分に冷却する（図２のＳ１７及び図３（ｄ）参照）。続いて、３槽の洗浄槽及び１槽の液切り槽を有する洗浄装置５００を用いてウエハＷを洗浄して、ウエハＷの表面に残存しているポリアルキレングリコール・オイルを除去する（図２のＳ１８及び図３（ｅ）参照）。その後、ウエハＷをダイサーによりダイシングし、チップ状に個片化することで、電子部品が製造される。このように製造された電子部品において、下地電極２とはんだ層３とがいわゆる電子部品の外部電極を構成する。

以上のような本実施形態では、ポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように、溶融状態の５元系はんだを噴き出している。そのため、５元系はんだが大気と接触しないので、ドロスの発生が極めて抑制される。本実施形態では、ウエハＷがポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で５元系はんだを下地電極２に接触させて、下地電極２上にはんだ層３を形成している。そのため、酸化により下地電極２の表面に形成された酸化膜がポリアルキレングリコール・オイルにより化学的に除去された状態で、下地電極２の表面にはんだ層３が形成される。これらの結果、はんだ層３を確実に下地電極２に設けることができる。さらに、ポリアルキレングリコール・オイルは常温で液体であるため、取り扱い易く、液状のポリアルキレングリコール・オイルを廃棄する際や、気化したポリアルキレングリコール・オイルを局所排気する際に、配管が詰まることもない。そのため、設備のメンテナンスを極めて容易に行うことができる。

本実施形態では、５元系はんだがＮｉを含んでいる。そのため、５元系はんだが下地電極２に付着する際に、銅（下地電極２）とはんだ層３との間にＮｉ合金層が形成される。そのため、Ｎｉ合金層により下地電極２の酸化を抑制することができる。

本実施形態では、ポリアルキレングリコール・オイルによりウエハＷを予熱した状態で、槽１０内で下地電極２にはんだ層３を形成している。ウエハＷの予熱なしにはんだ層３の形成を行うと５元系はんだの熱によりウエハＷに熱歪みが生ずる場合が考えられるが、ウエハＷを予熱することで、５元系はんだの熱によるウエハＷに対する影響を小さくできる。しかも、本実施形態では、フラックス機能を有するポリアルキレングリコール・オイルの液内にウエハＷを入れてウエハＷの予熱を行っているので、下地電極２の表面にはんだ層３をより形成しやすくなっている。

本実施形態では、下地電極２を酸洗浄する工程と、下地電極２にフラックスを塗布して乾燥する工程を経た後に、槽１０内で下地電極２にはんだ層３を形成している。そのため、酸洗浄により下地電極２の表面に形成された酸化膜が除去された状態で下地電極２にフラックスが塗布されるので、フラックスにより下地電極２の酸化が抑制される。従って、下地電極２へのはんだ層３の形成を直ちに行う必要がなくなるので、設備のライン設計を柔軟に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ウエハＷの一方の面に形成された下地電極２にはんだ層３を設けたが、ウエハＷの両方の面に形成された複数の下地電極２にはんだ層３を設けるようにしてもよい。下地電極を有する電子部品の前駆体であれば、ウエハ状に限らず、チップ状など種々の形状を呈していてもよい。

本実施形態では下地電極２が銅であったが、下地電極２のうち外部に露出する部分が少なくとも銅であれば、本発明を適用できる。

本実施形態では、はんだ層形成工程（Ｓ１５）の前に、酸洗浄工程（Ｓ１１）、フラックス塗布工程（Ｓ１２）及び乾燥工程（Ｓ１３）を行っていたが、ウエハＷに下地電極２を形成した直後（例えば、約４時間以内）であれば、下地電極２の表面に生じる酸化膜が極めて薄くはんだの付着性に与える影響が小さいため、酸洗浄工程（Ｓ１１）から乾燥工程（Ｓ１３）を行うことなくはんだ層形成工程（Ｓ１５）を行ってもよい。

本実施形態では、はんだ層形成工程（Ｓ１５）の前に予熱工程（Ｓ１４）を行っていたが、予熱工程（Ｓ１４）を行わなくてもよい。また、予熱工程（Ｓ１４）において、ポリアルキレングリコール・オイルの液内でウエハＷの予熱を行っていたが、他の耐熱性の液体内でウエハＷの予熱を行ったり、ヒータでウエハＷの予熱を行ったりしてもよい。

本実施形態では、５元系はんだの主成分の一つとしてＮｉを含んでいたが、５元系はんだがＮｉを含んでいなくてもよい。

以下、実施例１及び比較例１〜５に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、６インチの大きさを有するウエハＷの表面（一方の面）に、銅を材料として複数の下地電極２を形成した。続いて、下地電極２を弱酸で洗浄した直後に窒素ガスでウエハＷを乾燥した。続いて、乾燥直後に、上部槽１０ａ内に貯留されているポリアルキレングリコール・オイルの液内にウエハＷを入れた。このとき、ウエハＷのうち下地電極２が形成されている側の面を下向きとした。続いて、噴流ノズル１２から溶融状態の５元系はんだを噴き出して、５元系はんだを下地電極２に接触させ、下地電極２にはんだ層３を形成した。このときの５元系はんだの噴き出し温度は、２４０℃であった。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率（下地電極２の総数に対して、はんだ層３が形成された下地電極２の数の割合）は１００％であった。

（比較例１−１）
ポリアルキレングリコール・オイルの代わりに石油系炭化水素（バーレルプロセスオイル６４０）を用いた以外は、実施例１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は５０％程度であった。

（比較例１−２）
下地電極２を弱酸で洗浄した直後に、ロジンとイソプロピルアルコールとを２：８の重量比で混合したフラックスを下地電極２に塗布して乾燥した以外は、比較例１−１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は９５％程度であった。

（比較例２−１）
ポリアルキレングリコール・オイルの代わりに脂肪酸エステル（バーレルルーフＨ−２２０Ａ、Ｈ１５０Ａ）を用いた以外は、実施例１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率はほぼ０％であった。

（比較例２−２）
下地電極２を弱酸で洗浄した直後に、ロジンとイソプロピルアルコールとを２：８の重量比で混合したフラックスを下地電極２に塗布して乾燥した以外は、比較例２−１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は２０％程度であった。

（比較例３−１）
ポリアルキレングリコール・オイルの代わりに有機リン酸エステル（アデカＬＸ−２６６３）を用いた以外は、実施例１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は１０％程度であった。

（比較例３−２）
下地電極２を弱酸で洗浄した直後に、ロジンとイソプロピルアルコールとを２：８の重量比で混合したフラックスを下地電極２に塗布して乾燥した以外は、比較例３−１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は４５％程度であった。

（比較例４−１）
ポリアルキレングリコール・オイルの代わりにピロメット酸エステル（アデカプルーバーＰ−８０）を用いた以外は、実施例１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は２０％程度であった。

（比較例４−２）
下地電極２を弱酸で洗浄した直後に、ロジンとイソプロピルアルコールとを２：８の重量比で混合したフラックスを下地電極２に塗布して乾燥した以外は、比較例４−１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は６０％程度であった。

（比較例５）
ポリアルキレングリコール・オイルの代わりに、石油系炭化水素（バーレルプロセスオイル６４０）とトールロジンとを一対一の重量比で混合した混合物を用いた以外は、実施例１と同様にして下地電極２にはんだ層３を形成した。その結果、下地電極２へのはんだ層３の形成率は１００％程度であった。しかしながら、当該混合物の引火点は、５元系はんだの噴き出し温度（２４０℃）以下であり、引火のおそれが生じた。当該混合物は常温で固体のため、当該混合物の回収及び廃棄の際に固化して配管が詰まるおそれが生じた。当該混合物は、強い粘着性を有するため、取り扱いが困難であった。

１…はんだ層形成装置、２…下地電極、３…はんだ層、１０…槽、１２…噴流ノズル、１４…ポンプ、１６…制御部。

Claims (6)

1. 液状のポリアルキレングリコール・オイルが貯留されている槽内に、前記ポリアルキレングリコール・オイルの液面を超えないように溶融状態の５元系はんだを噴き出す第１の工程と、
   少なくとも銅が外部に露出している下地電極が表面に配置された電子部品の前駆体を、前記ポリアルキレングリコール・オイルの液内に入れる第２の工程と、
   前記前駆体が前記ポリアルキレングリコール・オイルの液内に位置する状態で前記５元系はんだを前記下地電極に接触させて、前記下地電極上にはんだ層を形成する第３の工程とを含み、
   前記前駆体はウエハ形状を呈し、
   前記下地電極は前記前駆体の一方の面に複数配置されている、電子部品の製造方法。
2. 前記５元系はんだを構成する成分の一つとしてＮｉを含む、請求項１に記載の方法。
3. 噴き出される前記５元系はんだの温度は２４０℃以上である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ポリアルキレングリコール・オイルの引火点は噴き出される前記５元系はんだの温度以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の工程では、予熱されている前記前駆体を前記ポリアルキレングリコール・オイルの液内に入れる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第２の工程の前に、
   前記下地電極を酸洗浄する第４の工程と、
   前記下地電極にフラックスを塗布して乾燥する第５の工程とを更に含む、請求項５に記載の方法。

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