(57)【要約】【課題】  はんだボールにおける微接着の問題を解決したはんだボールおよびはんだボールの微接着防止方法を提供する。【解決手段】  気相中で凝固させ球状化したはんだボールであって、はんだボール表面に金属石鹸分子を吸着させたはんだボールであり、直径が３００μｍ以下のはんだボールに適用することが望ましい。金属石鹸としては、例えば、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸バリウムを使用することができる。  そして、気相中で凝固させ球状化したはんだボールを、金属石鹸を分散させた溶液中に浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面の溶媒を揮発させ、次いで相対湿度ＲＨ≦４０％、好ましくはＲＨ≦２０％の雰囲気中で１時間以上乾燥させるはんだボールの微接着防止方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中で凝固させ球状化したはんだボールであって、はんだボール表面に金属石鹸分子を吸着させたことを特徴とする微接着防止特性に優れたはんだボール。
【請求項２】
金属石鹸は、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸バリウムであることを特徴とする請求項１に記載の微接着防止特性に優れたはんだボール。
【請求項３】
直径が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の微接着防止特性に優れたはんだボール。
【請求項４】
気相中で凝固させ球状化したはんだボールを、金属石鹸を分散させた溶液中に浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面の溶媒を揮発させ、次いで相対湿度ＲＨ≦４０％の雰囲気中で１時間以上乾燥させることを特徴とするはんだボールの微接着防止方法。
【請求項５】
相対湿度ＲＨ≦２０％の雰囲気中で乾燥させることを特徴とする請求項４に記載のはんだボールの微接着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス部品の接続等に用いられる微接着防止特性に優れたはんだボール、およびはんだボールの微接着防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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】
このはんだボール表面の酸化は、酸化後のはんだボール表面が黒色に見えることから黒化と称さているが、黒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、脂肪族炭化水素系滑剤、高級脂肪族アルコール・高級脂肪酸系滑剤、脂肪酸アマイド系滑剤、金属石鹸系滑剤、脂肪酸エステル系滑剤等の滑剤（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】
上記の滑剤、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り、具体的な作用として、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。また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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開２０００−２８８７７１号公報
【特許文献２】特開平０８−１６４４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、パッケージの接合不良の原因として、黒化に加えて、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、黒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、これらの滑剤等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。
【０００９】
本発明者は、気相中で凝固させ球状化したはんだボールの微接着の問題を詳細に検討したところ、特にはんだボールが曝される湿度の影響を顕著に受け、湿度が低く乾燥した雰囲気では微接着が起こりにくいことを知見した。また、従来行われている種々のコーティングについては、摩擦を減らす作用があるが、逆に付着を助長する場合もあることを確認した。
【００１０】
本発明の目的は、はんだボールにおける微接着の問題を解決したはんだボールおよびはんだボールの微接着防止方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、はんだボールの表面処理により微接着の問題の解決を検討し、金属石鹸分子を表面吸着させることが、微接着の発生を著しく低減できることを見いだし、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち本発明は、気相中で凝固させ球状化したはんだボールであって、はんだボール表面に金属石鹸分子を吸着させた微接着防止特性に優れたはんだボールである。金属石鹸としては、例えば、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸バリウムを使用することができる。また本発明は、直径が３００μｍ以下のはんだボールに適用することが望ましい。
【００１３】
また、本発明のはんだボールの微接着防止方法は、気相中で凝固させ球状化したはんだボールを、金属石鹸を分散させた溶液中に浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面の溶媒を揮発させ、次いで相対湿度ＲＨ≦４０％の雰囲気中で１時間以上乾燥させるはんだボールの微接着防止方法である。好ましくは、相対湿度ＲＨ≦２０％の雰囲気中で乾燥させるものとする。
【発明の効果】
【００１４】
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することができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上述のように本発明のはんだボールにおける特徴は、はんだボールの表面に金属石鹸分子を吸着させることである。金属石鹸における特別の作用効果は、十分な解明には至っていないが、以下のように考えられる。
【００１６】
まず、はんだボール同士の微接着の問題は、気相中で凝固させ球状化したはんだボールで顕著に発生し、従来から市販されている、油中で球状に凝固させる油中冷却法で製造したはんだボールでは、十分な脱脂を行うことであまり発生しないことから、そのボールの形成時の環境に起因した表面状態の違いによるものであろうと予測した。
【００１７】
実際に気相中で凝固させたはんだボールは酸化層は生成するもののＳｉＯ２のスパッタレート換算で、１０ｎｍ程度の深さしかない。そのため、表面が活性であり、雰囲気水分を非常に吸着しやすいものとなっていると推測される。これに雰囲気中の湿度の上昇による微接着が増加するという事実を組み合わせると、吸着した水分がはんだボール同士の微接着を助長していると強く推測される。
【００１８】
一方、コーティングによる表面の被覆は、被覆剤自体の粘性や付着性が問題となる。本発明者の検討によれば、撥水性の高いフッ素樹脂を用いても、十分な結果を得られないことを確認している。そのため、本発明者は、水分の吸着を助長しないために、極性基を持たない分子を吸着させることで吸着点を減少させ、そして、その吸着分子をお互いに絡み合いにくい構造をもつものとして、吸着分子に起因する接着の発生を防止することを検討し、金属石鹸に到達したものである。
【００１９】
金属石鹸は、いわゆる石鹸のＮａ等の極性基部分が、Ｍｇ等に置き換わって極性基部分が無くなり、界面活性特性を消失したものである。原子間力の大きい金属石鹸の金属原子部分が吸着したはんだボール表面には、無極性の有機酸部分が存在することになるため、吸着点の減少とともに、極性の強い水分を寄せ付けなくする作用がある。特に金属石鹸の有機酸部分として、ステアリン酸等の単純な直鎖のカルボン酸である場合は、金属石鹸分子同士の接着、反応、絡み合いが発生しにくく、最適である。
【００２０】
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、表面を金属石鹸で被覆し、はんだボール表面を乾燥させることで、大幅に微接着を低減することができる。
【００２１】
また、本発明のはんだボールは、例えば、気相中で凝固させ球状化したはんだボールを、金属石鹸を分散させた溶液中に浸漬し、前記溶液からはんだボールを取り出した後、はんだボール表面の溶媒を揮発させて得ることができるが、溶媒を揮発させた後、さらに、次いで相対湿度ＲＨ≦４０％の雰囲気中で１時間以上乾燥させることが好ましい。これは相対湿度の低い雰囲気とすることで、溶媒やハンドリング中の雰囲気により、一旦吸着してしまっていた水分子を出来る限り除去しておくためである。好ましくは、ＲＨ≦２０％の雰囲気中を適用する。
【００２２】
金属石鹸の分散に用いる溶媒としては、例えばアルコール系の溶媒や、ＣｎＦ２（ｎ＋１）等のフッ化物からなる溶媒を適用することができる。また、分散させる金属石鹸の濃度は、１〜１０００ｐｐｍ程度が望ましい。少なすぎると効果が明確ではなくなり、多すぎると微接着を助長してしまうためである。
【００２３】
ここで、最近のＣＳＰ等のパッケージ形態においては、その端子の更なる狭ピッチ化が進んでいる。バンプ形成の際などにおいて、はんだボールの濡れ性が重要であることは上述の通りであるが、上記の狭ピッチ化に伴って、はんだボールの基板への搭載時に使用されるフラックス量も少ないことが要求され、つまり、このフラックスの濡れが悪いと、はんだボールの脱落が顕著になる。よって、はんだボールには、極少量のフラックスにも対応できるだけの優れた濡れ性を備えたことが望ましい。
【００２４】
本発明のはんだボールは、その表面に金属石鹸分子を吸着させたことで優れた微接着の抑制効果を発揮するものであるが、上記の濡れ性の向上においては、その金属石鹸分子の被覆厚さは薄い（吸着量は少ない）ことが好ましい。つまり、溶液中の金属石鹸の濃度上限を管理することであって、好ましくは２５ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ未満の濃度上限である。
【実施例１】
【００２５】
気相中の凝固で得た、質量％で３Ａｇ−０．５Ｃｕ−残部Ｓｎ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金属石鹸分子を吸着させ、さらに表面の乾燥を行った後、微接着の発生頻度の評価を行った。
【００２６】
処理剤    ：ステアリン酸バリウム（本発明例１）
ステアリン酸マグネシウム（本発明例２）
ステアリン酸カルシウム（本発明例３）
溶媒      ：Ｃ５Ｆ１２フッ化物系
濃度      ：５００ｐｐｍ
方法      ：３００秒浸漬後、４０℃×６００秒（恒温漕）で溶媒を揮発
乾燥条件  ：雰囲気：相対湿度ＲＨ＝１０％、室温ＲＴ＝２４℃
乾燥（放置）時間：１０時間
【００２７】
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２）の殆どは直進しない。下方に直進しない微接着ボール２を目視で確認する方法により、約１９００個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。
【００２８】
比較の為、処理を一切行っていないはんだボール（比較例１）、及びステアリン酸ナトリウムにより被覆したはんだボール（比較例２）についても同様の評価を行った。ステアリン酸ナトリウムによるコーティングは、以下に示す条件にて行った。
【００２９】
（比較例２）の被覆条件
処理剤    ：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      ：６００秒浸漬後、５０℃×６００秒（恒温漕）で溶媒を揮発
乾燥条件  ：本発明例１〜３に同じ
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
2005252181.tif 000004
【００３２】
表１および表２に示す結果から、金属石鹸分子を吸着させた本発明例では、φ３５０μｍ，φ３００μｍのはんだボールとも、処理を行わない比較例１と比べて大幅に微接着の発生を低減している。一方、いわゆる石鹸によりコーティングを行った比較例２は、微接着の発生頻度は処理を行わない比較例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。
【実施例２】
【００３３】
気相中の凝固で得た、質量％で３Ａｇ−０．５Ｃｕ−残部Ｓｎの組成からなるφ３００μｍのはんだボールの表面に、その浸漬する溶液中の金属石鹸濃度を様々に変えた条件で、金属石鹸分子を吸着させ、さらに表面の乾燥を行った。なお、金属石鹸はステアリン酸マグネシウムとし、その溶液中の濃度以外の処理・乾燥条件は、実施例１の本発明例１〜３のものに従う。そして、このはんだボールを用いて、下記の条件による基板上への搭載・リフロー試験を行ない、溶液中の金属石鹸濃度に対する濡れ性を評価した。
【００３４】
搭載およびリフロー条件であるが、一面をＮｉ／Ａｕメッキ処理した基板上に、狭ピッチを想定した極少量のフラックスとして、水溶性フラックスをピン転写にて塗布し、その上にはんだボールを搭載した。そして、２２０℃以上（最大２４０℃）で６０秒のリフローを行って、その際のフラックスの濡れ拡がり比［＝√（濡れ拡がり面積／ボール投影面積）］を測定した。この濡れ拡がり比が大きい値である程、濡れ性に優れる。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
金属石鹸分子を吸着させたはんだボールの微接着が大幅に抑制できることに加えて、表３の通り、その浸漬処理の際の金属石鹸濃度を最適に調整することで、優れた濡れ性も兼ね備えることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例で用いた、微接着の発生頻度を測定するための方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
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
【図１】
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