(57)【要約】【課題】本発明は、微接着の問題を解決したはんだボール、及びはんだボールのコーティング方法を提供する。はんだボールの微接着とは、特に直径が３００μｍ以下のような微小なはんだボールにおいて、元はバラバラであったはんだボール同士が、弱い接着力で接着している状態である。【解決手段】本発明は、フッ素樹脂がコーティングされているはんだボールである。また、別の本発明は、溶媒にフッ素樹脂を溶解した溶液中にはんだボールを浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面に付着した前記溶媒を揮発させてはんだボール表面をフッ素樹脂コーティングするはんだボールのコーティング方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂がコーティングされていることを特徴とするはんだボール。
【請求項２】
直径が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のはんだボール。
【請求項３】
溶媒にフッ素樹脂を溶解した溶液中にはんだボールを浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面に付着した前記溶媒を揮発させてはんだボール表面をフッ素樹脂コーティングすることを特徴とするはんだボールのコーティング方法。
【請求項４】
溶液中のフッ素樹脂濃度が０．１〜５００ｐｐｍであることを特徴とする請求項３に記載のはんだボールのコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロニクス部品の接続等に用いられるはんだボール、およびはんだボールのコーティング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体等を基板実装する電子部品はＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる形態のパッケージにより製造されている。これらでは、端子接合にはんだボールが使用されている。はんだボールによる端子接合は、一般に数百ミクロン間隔の接合に適用される場合が多く、高い寸法精度が要求される。また、これらの端子接合でははんだ付け不良が発生すると、はんだコストと比較して非常に高価であるパッケージが不良となるために、高い信頼性が要求されている。
【０００３】
端子接合での高い寸法精度、および信頼性を達成するには、はんだボールの組成、はんだ接合条件、はんだボールの表面状態の管理が重要となる。これらのうちはんだボールの表面状態については表面での酸化の程度が低いことが必要となる。はんだボールを用いたパッケージの製造では、はんだボールをＢＧＡ基板上の予め決められた端子位置に搭載した後、加熱装置ではんだボールを溶融してバンプを形成する。この際、はんだボールの表面が酸化していると、溶融時のはんだボールの濡れ性が低下して、はんだが基板上の端子に完全に付着せず、接合強度が不足する。はんだの接合強度不足は、はんだ付け不良の原因となり、延いてはパッケージ不良の原因となる。
【０００４】
はんだボール表面の酸化によるはんだの接合強度低下の問題に対して、表面をはんだボールとは異なる材料によりコーティングすることではんだボールの表面酸化を抑制する方法が種々検討されている。はんだボールをコーティングする材料としては、高級脂肪族アルコール、金属石鹸系滑剤等の滑剤（例えば、特許文献１）、Ａｕ、Ｓｎ等の金属（例えば、特許文献２）等の防錆剤の使用が検討されている。
【０００５】
高級脂肪族アルコール、金属石鹸系滑剤等の滑剤、Ａｕによるコーティングは何れも、はんだボール表面の酸化を抑制するものである。
高級脂肪族アルコール、金属石鹸系滑剤等の滑剤は、外部との摩擦によりはんだボール表面が削られ、表面が化学的に活性な状態となることを抑制する効果を有する。Ａｕによるコーティングは、酸化し難いＡｕではんだ表面を被覆することにより、はんだボール表面の酸化を抑制するものである。
一方、Ｓｎによるコーティングは、酸化を抑制するのではなく、端子に用いられる材料に対して溶融時の濡れ性の高い金属ではんだボールを被覆することで、溶融時のはんだボールの濡れ性を向上するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２８８７７１号
【特許文献２】
特開平８−１６４４９６号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、パッケージの接合不良の原因として、はんだボール表面の酸化に加えて、はんだボールの微接着の問題が指摘されている。はんだボールの微接着とは、特に直径が３００μｍ以下のような微小なはんだボールにおいて顕著に見られる現象であるが、元はバラバラであったはんだボール同士が、弱い接着力で接着している状態である。既に述べたように、はんだボールの基板上への搭載では、予め決められた端子位置にはんだボールを１個づつ搭載することが必要である。はんだボールの搭載は、自動化された装置により行われるが、微接着を生じたはんだボールが存在すると、搭載されるべき端子位置にはんだボールが搭載されなかったり、逆に２つ以上のはんだボールが搭載されたりする結果、パッケージの接合不良を生じる。
【０００８】
特許文献１〜２に開示される材料によるコーティングは、はんだボール表面の酸化に伴う溶融時の濡れ性の低下、これによるパッケージの接合不良を改善するにおいて優れた材料である。しかしながら、本発明者の検討では、これらの材料によるコーティングは、はんだボールの微接着の問題を解消できないのみならず、場合によっては微接着の頻度を増加することが判明した。
本発明の目的は、微接着の問題を解決したはんだボール、及びはんだボールのコーティング方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の問題を検討した結果、微接着がはんだボール表面を水分、油分等の付着に起因するとの知見を得るに至った。そして、はんだボールのフッ素樹脂コーティングにより、はんだボール表面を水分、油分等が付着し難い状態に改質することで、微接着の問題を大幅に改善できることを見いだし本発明に到達した。
【００１０】
すなわち本発明は、フッ素樹脂がコーティングされているはんだボールである。特に、直径が３００μｍ以下のはんだボールに適用することが好ましい。
また、別の本発明は、溶媒にフッ素樹脂を溶解した溶液中にはんだボールを浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面に付着した前記溶媒を揮発させてはんだボール表面をフッ素樹脂コーティングするはんだボールのコーティング方法である。
溶液中のフッ素樹脂濃度が０．１〜５００ｐｐｍであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述のように本発明の特徴は、はんだボールの表面をフッ素樹脂でコーティングすることである。本発明においてフッ素樹脂とは、炭素鎖にフッ素原子が多数結合したパーフルアルキル基ＣｎＦ２ｎ＋１−やパーフルオロアルキレン基（−ＣＦ２）ｎ−等のＣ−Ｆ結合を有する重合体である。これをはんだボール表面に薄くコーティングすることで、はんだボールの微接着の発生を低減することができる。本発明において、はんだボール表面をフッ素樹脂でコーティングする理由を以下に述べる。
【００１２】
はじめに本発明者は、微接着の発生原因の検討を行った。その結果、はんだボールで生じる微接着の原因の一つとして、はんだボール表面に僅かに付着した水分の作用に着目するに至った。本発明者は、はんだボール製造時における雰囲気中の湿度制御を行う方法により、微接着の発生における水分の影響を実験的に検証し、雰囲気の低湿度化によりはんだボールの微接着発生を低減出来ることを確認した。
しかしながら、雰囲気の低湿度化を行った場合、一定の効果は見られるものの、微接着の大幅な低減には至らず、実用上十分な効果は得られなかった。
【００１３】
次に、本発明者ははんだボール表面における油分等の汚染物の付着に着目し、微接着との関連を調査した。種々のはんだボール清浄方法によりはんだボール表面の清浄化を行い、微接着の発生頻度を比較した結果、はんだボール表面の洗浄も一定の効果は確認されるものの、根本的に微接着の問題を解決するには至っていない。
上述の結果は、雰囲気の低湿度化、はんだボールの洗浄とも、はんだボール表面を十分に清浄化することは困難である為と推測される。
【００１４】
そこで本発明では、微接着の原因となるはんだボール表面での水分、油分等の付着自体を、フッ素樹脂のコーティングにより抑制し、微接着の発生を低減する。
パーフルアルキル基ＣｎＦ２ｎ＋１−やパーフルオロアルキレン基（−ＣＦ２）ｎ−等のＣ−Ｆ結合を有するフッ素樹脂は、いずれも撥水性、撥油性を有するため、コーティングされたはんだボール表面では水分、油分の付着し難くなる。これにより、はんだボール表面の清浄化を達成し、微接着を低減できるものと考えられる。また、フッ素樹脂は非粘着性であるので、フッ素樹脂自体が微接着の原因となることも無い。
加えて、本発明のはんだボールは表面における酸化の抑制も達成している。
【００１５】
はんだボールの微接着は、はんだボールの直径が小さいほど発生頻度が増加する。これは、直径が大きいはんだボールでは、微接着が生じた場合でも、はんだボール自身の自重により接着部にかかる荷重が大きくなる為、再び分離しやすいのに対し、直径の小さいボールでは接着部にかかる荷重が小さくなり、一旦微接着を生じると分離し難いためと考えられる。特に直径が３００μｍ以下のはんだボールでは、微接着が増加するが、表面をフッ素樹脂でコーティングすることで、大幅に低減することができる。
【００１６】
はんだボール表面へのフッ素樹脂のコーティングは、溶媒にフッ素樹脂を溶解した溶液中にはんだボールを浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面に付着した前記溶媒を揮発させてはんだボール表面にフッ素樹脂皮膜を形成する方法により可能である。
フッ素樹脂は表面張力が小さい為、上述の方法により均一な厚さにコーティングすることができる。はんだボール表面へのフッ素樹脂のコーティングは、フッ素樹脂のはんだボール表面への噴霧等、別の方法でも行うことは可能であるが、はんだボール全面に均一にコーティングする為には、本発明のコーティング方法が好適である。また、本発明のコーティング方法であれば、はんだボール製造における別工程である、はんだボールの洗浄工程において、洗浄液中にフッ素樹脂を溶解させておくことにより、はんだボールの洗浄と同時にフッ素樹脂のコーティングを行うことも可能となる。
【００１７】
本発明のコーティング方法では、溶液中のフッ素樹脂濃度は０．１〜５００ｐｐｍとすることが好ましい。０．１〜５００ｐｐｍのフッ素樹脂濃度とすることで、溶媒を揮発させた後に、１〜２０ｎｍ程度の極薄の皮膜を形成することができる。より好ましくは１〜１００ｐｐｍである。
なお、本発明のコーティング方法に用いる溶媒としては、フッ素樹脂を溶解可能で、且つ、はんだボールを溶液中に浸漬した後に揮発させることが可能であれば如何なる溶媒も用いることができるが、例えばアルコール系の溶媒を適用することができる。
【００１８】
【実施例】
質量％でＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの組成からなるφ３５０μｍとφ３００μｍのはんだボールの表面に下記の条件でフッ素樹脂をコーティングし、微接着の発生頻度、及び表面酸化の評価を行った。
【００１９】
−フッ素樹脂コーティング条件−
フッ素樹脂：ＮｏｖｅｃＴＭＥＧＣ−１７００（３Ｍ社製フッ素樹脂コーティング剤、フッ素樹脂含有量１〜３％）
溶媒      ：ＮｏｖｅｃＴＭＨＦＥ−７１００（３Ｍ社製溶媒）
濃度      ：５００ｐｐｍ（フッ素樹脂濃度５〜１５ｐｐｍ）
方法      ：３００ｓｅｃ浸漬後、４０℃×６００ｓｅｃ（恒温漕）で溶媒を揮発
【００２０】
微接着の発生頻度の評価は、図１に模式図にて示すように、高さ調整用ブロック４により、バット５を水平面に対して０．２°傾斜させ、台６に振動を加えてバット５上の平面ではんだボール１を転す方法で行った。バット５上をはんだボール１が転がる際、図１に示すように、微接着を生じていないはんだボール（図１中の単球ボール３）が下方に向かって直進するのに対し、微接着を生じたはんだボール（図１中の微接着ボール３）の殆どは直進しない。下方に直進しない微接着ボール３を目視で確認する方法により、約１．９ｋＰｃｓのはんだボールに含まれる微接着ボールの数（組数）を測定して行った。
【００２１】
また、はんだボール表面の酸化の評価は約１５ｋＰｃｓのはんだボールを大気雰囲気中に於いてガラス瓶７（ガラス瓶寸法：φ３０×５４）に装入し、図２に示す要領で６０ｒｐｍの速度で転動させる酸化加速試験により行った。各はんだボールについて、それぞれ２０ｈ転動させた後の酸化の程度を、はんだボール表面の色の変化により評価した。
【００２２】
比較の為、コーティングを行っていないはんだボール（比較例１）、及び金属石鹸系滑剤によりコーティングしたはんだボール（比較例２）についても同様の評価を行った。金属石鹸系滑剤によるコーティングは、以下に示す条件にて行った。
表１に微接着ボールの発生頻度、及び酸化加速試験の測定結果を示す。
【００２３】
−金属石鹸系滑剤コーティング条件−
金属石鹸系滑材：ステアリン酸ナトリウム
溶媒          ：イソプロピルアルコール
濃度          ：５００ｐｐｍ
方法          ：６００ｓｅｃ浸漬後、５０℃×６００ｓｅｃ（恒温漕）で溶媒を揮発
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示す結果から、フッ素樹脂によりコーティングした本発明例では、φ３５０μｍ、φ３００μｍのはんだボールとも、コーティングを行っていない比較例１と比べて大幅に微接着の発生を低減している。また、酸化加速試験後もはんだボール表面に変色は確認されず、酸化も抑制できていることが確認された。
一方、金属石鹸系滑剤によりコーティングを行った比較例２は、酸化加速試験では変色が見られず、優れた効果が確認された。しかしながら、微接着の発生頻度はコーティングを行っていない比較例１よりは改善するものの、十分は低減を達成できていない。これは、金属石鹸系滑剤によるコーティングは非常に薄く、また十分な乾燥を行った場合でも、コーティングにより表面に粘性を有するか、又はコーティング後の水分や、油分の付着に対する撥水性、撥油性を有しない為と考えられる。
【００２６】
以上の結果から、フッ素樹脂によりコーティングを行った本発明では、微接着の発生、表面酸化の両方を低減できることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、はんだボールにおける微接着の問題を解決し、さらに酸化の問題を解決したはんだボール、及びはんだボールのコーティング方法を提供することができる。これにより、ＢＧＡやＣＳＰといったパッケージを、はんだボールを用いて生産する際の接合不良が低減、延いてはパッケージの歩留向上を達成でき、工業的に有益な技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】微接着の発生頻度を測定する方法を示す模式図である。
【図２】はんだボールの表面酸化を評価する酸化試験の方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１．はんだボール、２．微接着ボール（はんだボール）、３．単球ボール（はんだボール）、４．高さ調整用ブロック、５．バット、６．台、７．ガラス瓶
【図１】
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【図２】
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