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公開番号2025048763
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2024150396
出願日2024-08-31
発明の名称表面処理方法
出願人レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類H05H 1/26 20060101AFI20250326BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】表面処理方法を提供する。
【解決手段】本出願において開示されるのは表面処理方法である。大気圧プラズマが提供され、そして被処理物が大気圧プラズマ大気中に置かれ、大気圧プラズマ大気中の残留酸素レベルは所定値より低い。半田付けプロセスはいかなるフラックス保護も無しに大気圧プラズマ処理システムへ一体化され、そして「大気中の酸素レベルが、表面半田付け性能の高い要件を満足し得る極端な低レベルへ低減される」いうことが保証される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
大気圧プラズマを提供する工程、及び
被処理物を大気圧プラズマ大気中に置く工程を含むことを特徴とする表面処理方法であって、
前記大気圧プラズマ大気中の残留酸素レベルは所定値より低い、表面処理方法。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記大気圧プラズマは、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はその組み合わせを供給することにより生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記大気圧プラズマはアルゴン及び水素、又は窒素及び水素を供給することにより生成される、ことを特徴とする請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記水素は前記大気圧プラズマの容積の１％～１０％を占め、そして、好適には前記水素は前記大気圧プラズマの容積の１％～４％を占める、ことを特徴とする請求項３に記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記所定値は、２００ｐｐｍ、好適には１００ｐｐｍ、より好適には５０ｐｐｍ、及び最も好適には１０ｐｐｍである、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記被処理物の表面は有機半田付け性防腐剤により被覆されない、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項７】
大気圧プラズマ処理後、前記被処理物を半田付けシステム内へ入れる工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法であって、いかなるフラックスも前記半田付けシステムにおいて使用されない、表面処理方法。
【請求項８】
前記大気圧プラズマは前記被処理物を１０ｍｍ／ｓ～３００ｍｍ／ｓ、好適には２５ｍｍ／ｓ～１５０ｍｍ／ｓ、そしてより好適には２５ｍｍ／ｓ～１００ｍｍ／ｓの速度で掃引する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記被処理物の表面の空隙率は１％未満である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項１０】
前記大気圧プラズマは前記被処理物の表面に対し垂直に又は斜めに発射される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は半導体製造の分野に属する。本出願は表面処理方法に関し、特にプラズマを使用することにより表面洗浄を行う方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造プロセスは半田付け技術の使用を要求する。処理される一般的対象物はしばしばいくつかの金属材料であり、そしてこれらの金属材料は酸素の存在下で容易に酸化される。酸化後に形成される酸化膜は、劣悪濡れ展延性、劣悪接合性能及び空隙増加などの接合欠陥に至り得る。更に、金属材料が高温条件下で溶融すると、酸化膜は更に厚くなる。厚くなった酸化膜は接合後に接合済み対象物間に混合され、劣悪伝導性を引き起こすことになる。
【０００３】
現在、一般的に使用される半田付けプロセスはフラックス半田付けである。フラックスは被処理物の表面張力を低減し得、そして被処理物の表面上の酸化膜を除去し得るが、様々なタイプのフラックスは避け難い欠点を依然として有する。フラックス半田付けの１つの欠点は半田スポットのまわりの腐食性フラックス残留物の形成であり、これは長期信頼性課題に至り得、そして熱交換の観点で不利である。フラックス半田付けの別の欠点は内部空隙の問題である。フラックスの蒸発及び気化に起因して、内部空隙はほとんど不可避である。内部空隙及びフラックス残渣を低減するために、真空リフローオーブンがフラックス残渣を吸い去るために使用される。しかし、真空プロセスは以下の欠点を有する：第１に、いくつかの部品が真空中で過度にガス抜きすることになり、従って標的真空圧力は非常にゆっくり到達される必要がある。第２に、熱は、対流を介し真空中では転送され得ないが赤外線放射又は熱伝導を介し転送され得るだけである。第３に、真空機器の価格は非常に高価である。例えば、「ＴｏｒｃｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ株式会社」の見積りによると、真空機器の価格は非真空機器の６～７倍である。
【０００４】
半田付けは金属表面上の高い半田付け活動を要求するので、金属表面の処理は特に重要である。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄｇａｔｅｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を一例として挙げると、これは、風力発電、高速鉄道、電気自動車、船などの多くの高出力シナリオにおいて広範に使用される。ＩＧＢＴアプリケーションにおける傾向は、より大きな出力密度、より高いスイッチング周波数及びより小さな容積に向かっている。従って、ＩＧＢＴの信頼性は非常に重要である。更に、半田付けプロセス中に必然的に出現する空隙は、動作中にＩＧＢＴの信頼性に深刻な影響を与えることになる。典型的ＩＧＢＴパッケージモジュールが図１に示される。同図では、１０１は主半田層を表し、１０２はＤＢＣを表し、１０３は２次半田層を表し、１０４は絶縁層を表し、１０５は接合銅を表し、１０６は放熱基板を表わす。放熱基板の主機能はＩＧＢＴスイッチング過程中に生成される熱を迅速に転送することである。放熱基板は通常は銅で作成される。放熱基板の厚さは通常３～８ｍｍである。直接接合銅（ＤＢＣ：ｄｉｒｅｃｔｂｏｎｄｃｏｐｐｅｒ）の主機能は、チップと放熱基板との間の電気的絶縁、熱伝導及び電流伝達能力を保証することである。チップとＤＢＣとの間の半田付けは主半田付けと呼ばれる。放熱のさらなる要件に起因して、ＤＢＣは放熱基板上に直接はんだ付けされることになり、これは２次半田付けと呼ばれる。２次半田付けは主半田付けより大きな半田付けエリアを有し、従ってより多くの空隙が生成され得る。新エネルギー分野などのいくつかの極めて要求の厳しい業界のために、ＩＧＢＴの個々の空隙率は１％未満であるべきであり、そして全体空隙率は１．５％未満であるべきである。安定且つ低い空隙率を保証することはＩＧＢＴモジュールパッケージングの緊急要件であるということが分かり得る。
【０００５】
この観点で、従来技術における上述の欠陥及び欠点を無くすためにそしていくつかの技術分野における半田付け品質の高い要求を実現するためにどのように新しい表面処理方法を設計すべきかは当業者が解決すべき緊急課題である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願は表面処理方法に関する。特に、本出願は、被処理物が半田付け後に信頼性要件を満足するように、フラックス及び有機半田付け性保存剤（ＯＳＰ：ｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ）を使用すること無く金属表面を洗浄するための改善された方法に関する。本出願のこの改善された方法は金属表面を処理するために大気圧プラズマを使用することを含む。
【０００７】
本発明の上述の目的を達成するために、以下の工程を含む表面処理方法が本出願において開示される：大気圧プラズマを提供する工程、及び被処理物を大気圧プラズマ大気中に置く工程、ここで、大気圧プラズマ大気中の残留酸素レベルは所定値より低い。
【０００８】
本出願の別の態様によると、大気圧プラズマはアルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はその組み合わせを供給することにより生成される。
【０００９】
本出願の別の態様によると、大気圧プラズマはアルゴン及び水素、又は窒素及び水素を供給することにより生成される。
【００１０】
本出願の別の態様によると、水素は大気圧プラズマの容積の１％～１０％を占め、そして、好適には水素は大気圧プラズマの容積の１％～４％を占める。
（【００１１】以降は省略されています）

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