专利名称：基板的洗涤方法，基板洗涤装置以及零件的安装方法
技术领域：
本发明涉及一种对树脂系列基板上的接合部位进行干洗的基板洗涤方法、基板洗涤装置以及在洗净后的树脂系列基板上安装电子零件的零件安装方法。所述的零件安装方法是指基板的洗涤和在洗净后的基板上安装电子零件的方法。另外，零件安装装置或系统是指，用于基板洗涤和在洗净后的基板上安装电子零件用的装置或系统。
因为以非常窄的间距形成IC芯片的电极，所以在安装IC芯片时使用含导电性微粒子的粘接材料。具体地讲，在FPC上涂上粘接材料后在其上部安装IC芯片，接着将IC芯片向FPC压紧，同时进行加热。由此，在IC芯片和FPC之间的粘接材料中的导电性粒子破碎，IC芯片电极和FPC上的配线之间得到电接合。另外，通过加热，粘接材料得到固化。
但是，随着IC芯片内的电路的高集成化，在IC芯片之上形成的电极之间的窄间距化也得到发展。因此，在FPC上之上形成的配线间距也必须更加微小。而配线间距的微小化将引起由离子迁移导致的配线的恶化或短路问题。离子迁移是指，由吸湿引起的配线金属的离子析出和反复使用导致的配线的恶化。人们知道，制造FPC时随镀金处理残留的氯化物促进离子迁移。
另一方面，由于配线的窄间距化，附着在配线上的由人体皮肤、头皮、化妆品、或漂浮在工厂内的溶剂、油、树脂片等微小有机物的影响也变得不可忽视。
发明内容
由此，本发明是鉴于上述课题，其目的在于，提供一种能够提高对树脂系列基板的接合可靠性的基板洗涤方法、基板洗涤装置以及零件安装方法，特别是提供一种能够通过基板表面的活化而提高接合强度以及能够抑制在基板上形成的配线中发生离子迁移的基板洗涤方法、基板洗涤装置以及零件安装方法。
为了达到上述目的，本发明的内容如下本发明之1是，在腔室内干洗树脂系列基板上的接合部位的基板洗涤方法，其特征是，至少向上述腔室内的上述接合部位供给一种以上的选自含氢元素或氟元素的气体中的气体，在供给的气体中生成等离子体，并在上述腔室内，利用由生成的等离子体所产生的自由基或离子，洗涤上述基板。
本发明之2是，在本发明之1的基板洗涤方法中，替代上述气体，向上述腔室内的上述接合部位供给一种以上的选自水蒸汽、醇蒸气以及碳氟化合物系气体中的气体，在供给的气体中生成等离子体，并在上述腔室内，利用由生成的等离子体所产生的自由基或离子，洗涤上述基板。
本发明之3是，在本发明之1或本发明之2的基板洗涤方法中，上述接合部位为形成配线图形的部位。
本发明之4是，在本发明之3的基板洗涤方法中，上述配线图形中的配线和配线之间的间距大于0μm且小于25μm。
本发明之5是，在本发明之1或本发明之2的基板洗涤方法中，利用由上述等离子体产生的自由基或离子洗涤上述基板时，将制造上述基板时所使用的氯系溶剂中含有的、并且残留在上述基板上的氯作为气体化合物除去。
本发明之6是，在本发明之1或本发明之2的基板洗涤方法中，上述腔室内中的上述气体压力为5至80Pa。
本发明之7是，在本发明之6的基板洗涤方法中，上述腔室内中的上述气体压力为20至40Pa。
本发明之8是，在本发明之1或本发明之2的基板洗涤方法中，上述气体中含有氧气。
本发明之9是，在本发明之1或本发明之2的基板洗涤方法中，上述等离子体产生后，在氮气气氛下输送上述基板。
本发明至10是，干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤装置，其特征是，具备接收被搬入基板的腔室、向上述腔室内供给从含氢元素或氟元素的气体中选择的一种以上气体的气体导入装置和在接收上述气体的上述腔室中生成等离子体的等离子体发生装置，利用在上述腔室中由上述等离子体产生的自由基或离子洗涤上述基板。
本发明之11是，干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤装置，其特征是，具备接收被搬入基板的腔室、向上述腔室中供给从水蒸汽、醇蒸气以及碳氟化合物系气体中选择的一种以上气体的气体导入装置和在接收上述气体的上述腔室内生成等离子体的等离子体发生装置，利用在上述腔室中由上述等离子体产生的自由基或离子洗涤上述基板。
本发明之12是，在本发明之10或11的基板洗涤装置中，还具备用于覆盖从上述腔室搬出上述基板时的输送路径的盖和向上述盖中供给氮气的氮气供给装置。
本发明之13是，在树脂系基板上安装电子零件的零件安装方法，其特征是，利用本发明之1或2的方法洗涤上述接合部位，然后在经过上述洗涤后的接合部位上安装上述零件的方法。
通过下面的参照附图进行的对本发明最佳实施例的说明，将清楚本发明的上述特征和其它特征。
图2为表示上述基板洗涤装置结构的俯视图。
图3为表示上述基板洗涤装置的腔室结构的图。
图4为表示上述基板洗涤装置的操作以及在基板上安装IC芯片的工序的图。
图5A、图5B、图5C为表示在基板上安装IC芯片的状态的图。
图6为表示利用氧自由基或各种离子除去上述基板上的有机物的图。
图7为表示被活化的基板表面的图。
图8为表示上述基板和树脂层之间接合的图。
图9为表示被活化的基板表面的图。
图10为表示上述基板和树脂层之间结合的图。
图11为表示上述基板被载物台载置时的状态的图。
在下面的说明中，附图中的相同零件带有相同的参考符号。
图1为表示本发明的一个实施例的具有基板洗涤装置1的零件安装系统2(换句话说，基板安装装置)的图。零件安装系统2是依次设置从盘91取出可挠性的印刷电路板(以下，称基板)，放置于托架8上的装载机21、在腔室内干洗基板9和托架8的基板洗涤装置1、在基板9安装IC芯片的零件安装装置22以及从托架8取出安装完毕的基板9，并收纳于盘92中的卸载机23而构成的。
装载机21具有在最上段依次设置多个盘91的机构，收容在盘91上的基板被自动输送装置211载置于托架8上。并且，由另外途径供给托架8，将其设置在从洗涤装置1突出的传送带11上，每个托架8载置2个基板。
洗涤装置1具有在每个托架8上送入基板，对基板进行干洗的腔室12以及将输送至传送带11之上的托架8搬运至腔室12内的自动输送装置13。洗涤装置1的上部由盖14覆盖，盖14与连接在氮气供给装置900、并供给氮气的气体供给管15连接。
零件安装装置22依次具有，从洗涤装置1的传送带11接受托架8的同时，输送托架8的传送带221，给予在传送带221上面输送的基板以含有导电性微粒子的粘接材料的给予部222、在被给予的粘接材料上安装IC芯片的安装部223、以及向基板加压IC芯片的同时进行加热的加热部224。通过加热部224的加压，在IC芯片的电极和基板上的配线之间的粘接材料中含有的导电性微粒子被压碎，电接合IC芯片和配线，并通过加热，固化粘接材料，在基板上固定IC芯片。
零件安装装置22的上部被盖225所覆盖，盖225与连接在氮气供给装置900、并供给氮气的气体供给管226连接。
与装载机21相同，卸载机23具有在最上段依次设置的多个盘92，自动输送装置231从延伸至卸载机23内部的传送带221上部的托架8中取出安装完毕的基板，搬运至盘92。通过未图示的装置，从传送带221上部除去托架8。
在零件安装系统2中，洗涤装置1的盖14和零件安装装置22的盖225通过通道31连接，在装载机21和洗涤装置1之间以及零件安装装置22和卸载机23之间安装利用氮气气流的外气切断装置(例如，空气幕)32、33。由此，盖14及盖225的内部笼罩在氮气气氛中。
图2为表示洗涤装置1结构的俯视图。保持基板9的同时被输送至传送带11上部的托架8，通过自动输送装置13的卡盘131被支撑，稍微向上提升后，向腔室12输送。在腔室12的搬出入口设置门构件121，使之通过气缸的驱动，能够开闭上述搬出入口，门构件121移动之后，将托架8载置于腔室12内的载物台122上。载物台122通过绝缘部件150，与接地的腔室12绝缘。
然后，利用门构件121关闭搬出入口，在腔室12内利用等离子体对基板9进行减压干洗。洗涤结束之后，门构件121移动，打开搬出入口，卡盘131在每个托架8中取出基板9，使其返回到传送带11。利用传送带11，将托架8输送至零件安装装置22。
图3为表示腔室12结构的图。载置托架8的载物台122做为电极板，在腔室12内的上部设有面向载物台122的电极板123。在载物台122上连接高频交流电源124，通过载物台122、电极板123以及交流电源124，在腔室12内形成用于产生等离子体的等离子体发生装置。
另一方面，腔室12与用于导入气体的气体导入管125以及用于排出内部气体的排气管126相连接，气体导入管125与供给处理气体用于洗涤处理基板9的处理气体供给装置41以及供给氮气的氮气供给装置42相连接。能够通过排气装置901，从排气管126强制排出腔室12内的气体，以调整腔室12内的压力。
图4为表示在腔室12中洗涤基板9时洗涤装置1的动作和在基板9安装IC芯片的流程的图。
在腔室21中，将基板9从盘91搬运至托架8并输送至洗涤装置1时，首先通过自动输送装置13，将基板9载置于每个托架8和载物台122之上，门构件121关闭搬出入口，密闭腔室12的内部(步骤S11)。通过气体导入管125，从处理气体供给装置41向腔室12内部导入处理气体，并通过进一步从排气管126排气，使腔室12内的压力降至由一定处理气体产生的规定压力(步骤S12)。
调整腔室12内的气氛后，载物台122和电极板123之间施加高频电压，并通过高频放电，处理气体被等离子体化(步骤S13)。如果在腔室12内的处理气体中产生离子体化，则利用等离子体产生的自由基或离子洗涤基板9。由此，进行基板9表面的活性化、并除去附着于基板9上的配线图形中的氯原子(是指存在于氯或氯代化合物中的氯原子，以下，简单称为“氯”)以及有机物。
洗涤结束之后，从氮气供给装置42，通过气体导入管125，向腔室12内部导入氮气，并通过从排气管126进行排气，由此基板9的周围被置换成氮气气氛(步骤S14)。然后，门构件121开放搬出入口，通过自动输送装置13，搬出每个托架8上的基板9(步骤S15)。通过以上的操作，结束对1个托架8的一系列洗涤操作。
然后，从洗涤装置1将基板9输送至零件安装装置22。在洗涤装置1的盖14内以及零件安装装置22的盖225内部连接用于供给氮气的气体供给管15、226，从腔室12搬出基板9时的输送路径被上述盖14、225所覆盖，所以基板9是在氮气气氛下被输送的(步骤S21)。从而向零件安装装置22输送基板9时，基板不受活性气体影响。
图5A至图5C为表示在基板9上安装IC芯片96的状态的图。在零件安装装置22中，通过给予部222的喷头，向基板9上部的一定范围给予含有导电性微粒的粘接材料95(步骤S22、图5A)，并通过安装部223，在粘接材料95上安装C芯片96(步骤S23、图5B)。加热部224具有通过加热器被加热的头部2241，头部2241当接于IC芯片96，向基板9侧压紧IC芯片96，使粘接材料95中的导电微粒在IC芯片96和基板9上的配线之间被压碎而进行电接合。这时，粘接材料95受头部2241的热而固化，IC芯片96固定在基板9上(步骤S24、图5C)。
IC芯片96的安装结束后，通过图1中所示的外部气体切断机构33，基板9从氮气气氛被搬送至大气中，并从托架8取出，收纳在卸载机23的盘92中。
为了在洗涤装置1中进行适合树脂系基板9的洗涤，使用专用的处理气体。
下面，说明在洗涤装置1中，利用等离子体进行洗涤的原理及其特点。
在洗涤装置1中，对在树脂系基材上部形成配线图形的基板9进行洗涤时，作为处理气体使用含有一种以上的选自水蒸汽(H2O)、乙醇蒸气以及碳氟化合物系气体中的气体。并且，为了提高洗涤效果，加入10％～20％左右的氧气(O2)。
另外，醇是将指链烃或脂环烃中的氢原子用OH基取代后的羟基化合物。使用时考虑成本，可使用乙醇(C2H5OH)或甲醇(CH3OH)。
碳氟化合物系气体是指分子结构可用CmFn表示的气体，可使用四氟化碳(CF4)、六氟化乙烷(C2F6)、八氟化丙烷(C3F8)等。对洗涤装置1的以下说明中，使用四氟代碳作为碳氟化合物系气体。
向腔室12内通电流时，当处理气体中含水蒸汽时，发生用下述化学式1表示的反应。化学式中的“*”表示自由基。
化学式1
当处理气体含有醇蒸气时，发生用化学式2表示的反应，而处理气体中含有的氧气发生用化学式3表示的反应。另外，在化学式2中，R是烃基(广义上的烷基)。另外，电子(e-)与氧自由基(O*)碰撞产生氧离子(O-)。
化学式2
化学式3
当处理气体中含有碳氟化合物系气体时，在腔室12内发生用化学式4表示的反应。
化学式4
由化学式4表示的反应进一步发生用化学式5表示的反应。
化学式5
并且，由化学式5进一步进行分解，生成F+或F-的氟离子。
另外，为了容易产生等离子体，对腔室12内部进行减压，从生成等离子体的角度出发，理想的腔室12内部压力为5～80Pa。另外，为了生成更适合的等离子体或离子，更理想的腔室12内部压力为20～40Pa。
通过产生的自由基或离子等离子体，可在腔室12内部实现以下3种操作，即除去基板9的有机物、活化基板表面以及除去氯。
图6为表示通过氧自由基或各种离子除去基板9上的有机物的状态的图。图6的左侧表示基板9上的有机物被氧自由基分解成氧、氢、水、二氧化碳、一氧化碳等气体而被除掉的情况。图6的右侧表示通过离子冲击有机物的溅射作用除去有机物的情况。图6中仅例示了氧离子，但其它离子也去除有机物。如上述，通过化学反应和物理反应，去除腔室12内中的有机物，如果向处理气体加入氧气则可更加有效地利用氧自由基去除有机物。
另一方面，通过在腔室12内产生的氧自由基或氢自由基进行基板9表面的活化。即，通过作为一种树脂系基板9的聚亚胺基板9表面和氧自由基或氢自由基进行反应，在基板9表面形成羧基(-COOH)、羰基(＞C＝O)、羟基(-OH)、酰胺基(-CONH2)以及氨基(-NH2)等极性基团。其结果，在后续工序中，能够通过粘接材料，将IC芯片强固地粘接在基板9上面。
图7为在基板9的表面上形成羟基、羧基、羰基而活化基板9的模型图。通过在基板9的表面形成上述极性基团，图8中表示的基板9和作为粘接材料的主要成分的环氧树脂层900通过化学结合，强固地结合在一起。
处理气体中含有四氟化碳(CF4)的情况下，也能实现基板9表面的活化。图9为表示通过由四氟化碳产生的氟自由基或氟离子，在基板9的表面上形成COF基(-COF)而活化基板9的状态的图，氟原子的电负性高，具有吸引电子的性质，所以COF基上的碳原子成为电δ+。其结果，在图10中所示的树脂层900中羟基中的氧原子呈电δ-，吸引基板9中的碳原子，实现基板9表面和树脂层900之间的强有力的结合。
另外，通过在腔室12中产生的氢离子或氟离子，含在制造基板9时的电镀处理等中所使用的氯系溶剂中、并残留在基板9表面的氯变成氯化氢(HCl)、氟化氯(ClF)、三氟化氯(ClF3)等。氟化氯在被减压的腔室12内呈气体状态，而氟化氯或三氟化氯在常温常压下即为气体，所以，能够将基板9上的氯变成气体化合物而除去。
如上所述，在洗涤装置1中，通过使用一种以上的选自水蒸汽(H2O)、乙醇蒸气以及碳氟化合物系气体中的气体作为处理气体，能够除去基板9表面上的有机物、并实现表面活化以及去除氯目的。并且，通过在处理气体中加入氧气，能够更有效地去除有机物。
通过表面的活化，在安装IC芯片后续工序中，能够将IC芯片强固地粘接在基板9上，并由氯的去除，能够防止在基板9上的配线中产生离子迁移。其结果，能够在洗涤装置1中进行特别适合于树脂系的基板9的洗涤，并能够提高在基板9IC上的芯片的安装可靠性。
特别是，在基板9上直接安装IC芯片等具有微细电极的电子零件时，对离子迁移(即除去氯)的防止显得非常重要。当配线图形中的配线和配线之间的间隙大于0μm且小于25μm时，由离子迁移，基板9上的电路可靠性显著降低，所以利用洗涤装置1的洗涤如上述将微细配线作为接合部位的基板是极为有效的。
以上，对本发明的实施例进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例而能够进行各种各样的改变。
在上述实施例中，通过减压腔室12内部的方法而容易地产生等离子体，但在处理气体中混合氦的方法也可以使腔室12的减压程度小。
等离子体的产生手段并不限于上述实施例中的使用平行平板电极的方法，也可以使用其它方法产生等离子体。
在上述实施例中，使用了含导电性微粒子的粘接材料，并且IC芯片和配线之间的电接合是通过导电性微粒子在IC芯片和基板9上的配线之间破碎而实现，但使用不含导电性微粒子的粘接材料也可以。例如，也可以是在IC芯片形成凸出，并在基板9上，从树脂主体侧形成按照铜、镍、金的顺序叠层的电极，压接凸出和电极，同时用粘接材料将IC芯片固定在基板9上。
粘接材料可以不使用流体型涂敷材料，而使用薄膜状的粘接材料。当使用薄膜状粘接材料时，在IC芯片的安装位置上贴附切断成一定长度的薄膜。
在上述实施例中，是用托架8支撑基板9的状态下洗涤基板9，但也可以从托架8取出基板9进行洗涤。另外，减压腔室12时，理想的是，如图11所示，通过载物台122上部的销1221等固定基板9，使基板9不偏离原位。理想的是用铝等绝缘材料形成销1221，利用自动输送装置13，吸引卡盘131a等使基板9载置于载物台122上。
在上述实施例中，由聚酰亚胺树脂形成基板9，但由环氧树脂形成基板9也可以。这时当粘接材料为环氧树脂时，IC芯片的安装就是环氧树脂和环氧树脂系粘接材料的粘接。这时的表面活性以及接合原理等同于使用图7至图10进行的说明。并且，基板9可以具有可挠性。
另外，在本实施例中说明的是为了防止离子迁移而除氯的情形，但即使存在与迁移相关的其它离子(例如Br-、SO2-4、NH+4)情况下，通过使用本发明的基板洗涤方法，也能够提高接合接的粘合性，防止水的进入，从而能够防止离子迁移。
另外，使用规定处理气体洗涤树脂系的基板是，并不限于基板和IC芯片等电子零件之间的接合情况，也可用于洗涤基板上的接合部位。
例如，在制造多层基板时的树脂和树脂之间接合中，可以进行上述实施例中的干洗。制造由聚酰亚胺树脂构成的多层基板时，使用含四氟化碳(CF4)的气体作为处理气体，洗涤聚酰亚胺基板之后，涂上聚酰亚胺系的漆，在约350度摄氏温度下进行粘接和固化。这时，由处理气体的干洗，在基板9上形成如图9所示的COF基，通过聚酰亚胺树脂层的酰胺基和COF基之间的相互作用，实现基板之间的强韧接合。
另外，可以只对基板上的局部接合部位进行洗涤。即，仅对基板的接合部位附近供给处理气体，并通过在处理气体中产生等离子体，洗涤接合部位。由此，通过至少对基板上的接合部位进行干洗，能够提高接合的可靠性。
另外，在本实施例中，仅在大概推测范围内说明了反应以及接合时的科学结合，而实际的反应和结合中产生更复杂的反应或其它种类的化学或物理结合也是可以的。
本发明中，能够提高与树脂系基板的接合可靠性。特别是，通过基板表面的活化和氯的去除，能够提高在形成微细配线的基板上安装电子零件时的可靠性。
本发明是，参照
了本发明的最佳实施例，而对熟悉上述技术的人来讲可以理解上述实施例的各种变化和修改。而只要属于本发明权利要求范围的各种变化和修改就属于本发明的范围。
权利要求
1.一种基板洗涤方法，是在腔室内干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤方法，其特征在于，向上述腔室内的至少所述接合部位供给从含氢元素的气体和含氟元素的气体中选择的一种以上气体，在被供给的气体中生成等离子体，并利用由生成的等离子体所产生的自由基或离子在上述腔室内洗涤上述基板。
2.根据权利要求1所述的基板洗涤方法，其特征在于，替代上述气体，向上述腔室内的上述接合部位供给一种以上的选自水蒸汽、醇蒸气以及碳氟化合物系气体中的气体，在被供给的气体中生成等离子体，并利用由生成的等离子体所产生的自由基或离子在上述腔室内洗涤上述基板。
3.根据权利要求1或2所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述接合部位为形成配线图形的部位。
4.根据权利要求3所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述配线图形中的配线和配线之间的距离大于0μm且小于25μm。
5.根据权利要求1或2所述的基板洗涤方法，其特征在于，利用由上述等离子体所产生的自由基或离子洗涤上述基板时，在制造上述基板时使用的氯系溶剂中含有且残留在上述基板上的氯作为气体化合物被除去。
6.根据权利要求1或2所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述腔室内的上述气体压力为5至80Pa。
7.根据权利要求6所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述腔室内的上述气体压力为20至40Pa。
8.根据权利要求1或2所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述气体中含有氧气。
9.根据权利要求1或2所述的基板洗涤方法，其特征在于，上述等离子体产生后，在氮气气氛下输送上述基板。
10.一种基板洗涤装置，是干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤装置，其特征在于，具备接收被送入的基板的腔室、向上述腔室内供给从含氢元素或氟元素的气体中选择的一种以上气体的气体导入装置以及在接收上述气体的上述腔室中产生等离子体的等离子体发生装置，利用在上述腔室内生成的上述等离子体所产生的自由基或离子洗涤上述基板。
11.一种基板洗涤装置，是干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤装置，具备接收被送入的基板的腔室、向上述腔室内供给一种以上的选自水蒸汽、醇蒸气以及碳氟化合物系气体中的气体的气体导入装置和在接收上述气体的上述腔室中生成等离子体的等离子体发生装置，利用在上述腔室内生成的上述等离子体所产生的自由基或离子洗涤上述基板。
12.根据权利要求10或11所述的基板洗涤方法，其特征在于，还具备用于覆盖从上述腔室搬出上述基板时的输送路径的盖和向上述盖中供给氮气的氮气供给装置。
13.一种零件安装方法，是在树脂材料基板上安装电子零件的零件安装方法，其特征在于，利用权利要求1或2的方法洗涤上述接合部位，然后在上述洗涤后的接合部位上安装上述零件。
全文摘要
一种在腔室内干洗树脂系基板上的接合部位的基板洗涤方法，其特征是，至少向上述腔室内的所述接合部位供给一种以上的选自含有氢元素的气体和含有氟元素的气体中的气体，在被供给的气体中生成等离子体，并利用由生成的等离子体所产生的自由基或离子在上述腔室内洗涤上述基板。本发明还涉及基板洗涤装置以及零件的安装方法。
文档编号H05K3/26GK1410174SQ0214571
公开日2003年4月16日 申请日期2002年10月9日 优先权日2001年10月9日
发明者铃木直树, 中村洋一, 富田和之 申请人:松下电器产业株式会社