(57)【要約】【課題】  本発明は、真球度に優れた接合粒子を実現することを目的とする。【解決手段】  本発明の非鉛系接合粒子は、実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金接合粒子であって、前記接合粒子表面の１点を第１の極点とし、前記第１の極点において前記接合粒子と接する仮想平面に垂直に延びる法線が、前記接合粒子の表面と交差する点を第２の極点とした場合、前記第１の極点と前記第２の極点を含む任意の平面で前記接合粒子を切断した断面において、前記複数の傘状粒界の隣接する傘状粒界との成すいずれの角も４５°（０．２５πラジアン）を超えないことを特徴とする非鉛系接合粒子である。  この接合粒子を製造するには、はんだ接合材料を溶融し、微粒子化し、これを液体冷却媒体中で急冷することによって製造することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の１点を第１の極点とした時、前記第１の極点を頂点とする複数の傘状粒界を有する鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金接合粒子であって、
前記第１の極点において前記接合粒子と接する仮想平面に垂直に延びる法線が、前記接合粒子の表面と交差する点を第２の極点とした場合、前記第１の極点と前記第２の極点を含む任意の平面で前記接合粒子を切断した断面において、前記複数の傘状粒界の隣接する傘状粒界との成すいずれの角も４５°を超えないことを特徴とする非鉛系接合粒子。
【請求項２】
表面の１点を第１の極点とした時、前記第１の極点を頂点とする複数の傘状粒界を有する鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金接合粒子であって、
前記第１の極点において前記接合粒子と接する仮想平面に垂直に延びる法線が、前記接合粒子の表面と交差する点を第２の極点とした場合、前記第１の極点と前記第２の極点を含む任意の平面で前記接合粒子を切断した断面図において、前記第１の極点と前記第２の極点の間の距離が、前記接合粒子の前記第１の極点を始点とする最大粒径の０．９２倍以上であることを特徴とする非鉛系接合粒子。
【請求項３】
前記接合粒子の成分が、錫−亜鉛系合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非鉛系接合粒子。
【請求項４】
非鉛系はんだ合金を溶解する工程と、
前記溶解した非鉛系はんだ合金を溶融微粒子とする工程と、
前記溶融微粒子を、液体冷却媒体に接触させて急冷する工程を少なくとも備えたことを特徴とする非鉛系接合粒子の製造方法。
【請求項５】
前記溶融微粒子の急冷工程において、
前記液体冷却媒体を、冷却槽の下方から上方に向かって湧出させ、冷却槽上部において溢出させることを特徴とする請求項４記載の非鉛系接合粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料のような導電性物質等の接合に用いられる非鉛系はんだ材料を用いた非鉛系接合粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において、はんだは、実装基板における半導体、マイクロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品と基板との接合をはじめとして幅広く用いられている。その長所としては部品を基板に固定するだけでなく、導電性を有する金属をはんだに含有させることにより有機系の接着剤と異なる電気的接合も兼ね備えている点にある。今日パーソナルコンピューター、携帯電話やポケットベルなどに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進むにつれ、電子部品の実装技術におけるはんだ接合はますますその重要性が増している。
【０００３】
ところが、このような電子機器の普及は人々の生活を豊かにしている反面、技術革新によって古くなっていく機器が多量に廃棄されており、そのリサイクル技術が強く求められている。また、環境汚染を未然に防ぐという観点から、事前に有害性の高い物質を用いない製造方法も提唱されており、はんだ技術も例外ではない。現在最も多く使われているのは、錫と鉛を用いた共晶はんだであり、銅板に対するぬれ性が他の金属混合物よりも優れているという特質を持っている。ところが、この共晶はんだに含まれる鉛が、有害性を有していることから、廃棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年に渡り酸性雨などに晒されて鉛イオンの土壌中への溶出が懸念されている。溶出した金属イオンは食物連鎖よって生態系の中で濃縮されていくと、家畜や人間などに大きな被害をもたらすこともあるため、固定化する技術も提案されているが、土中への長期にわたる拡散については十分なデータが得られていない。また、近年水質汚濁の防止という視点から、法的な規制も強化される状況に至っている。
【０００４】
このような状況の中、鉛を含まない鉛フリーはんだの開発は急務とされており、中でも錫−亜鉛系はんだは、現行の錫−鉛はんだの融点に近く電子部品の熱損傷を防げることから有望視されている。しかし、錫−亜鉛系はんだは、溶融時に亜鉛が酸化し易く扱いにくいという課題がある。
【０００５】
一方、近年、ＩＣパッケージの多ピン化が進み、ＩＣパッケージと外部との信号のやり取りもリード線を用いた電気的接続から、はんだボールを用いた電気的接続へと変化しており、表面実装に用いられる代表的なパッケージとしては、ＢＧＡやＣＳＰなどの手法が知られている。
【０００６】
このように、従来公知のはんだ技術に対して、環境調和型材料への転換、及び、高密度実装化の進行に伴って、接点としてのはんだにおいて、鉛を含まない材料の使用及びはんだボールの小径化及び真球状のはんだボールの実現が必須の課題となっている。
ところが、このはんだボールを、ＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体パッケージの基板実装に用いることはわずかに知られているのみであり（非特許文献１参照）、実用化は、今後の開発にゆだねられている。
【非特許文献１】伊達他、「はんだ組成が及ぼすバンプ変形能および接合強度への影響」、Ｍｅｓ２００１（第１１回マイクロエレクトロニクスシンポジウム）、ｐｐ６３、（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らが種々検討した結果、従来公知の錫・亜鉛系はんだを真球状に形成することはきわめて困難で、狭いパッドあるいはランド間隔（ピッチ）のＢＧＡ、ＣＳＰ等の実装基板にこのはんだボールのような接合粒子を採用する場合に、パッドあるいはランドをまたいで接合してしまい配線をショートさせてしまったり、接合が不十分で機械的強度に劣る接合が生じてしまったりするはんだ接合不良が発生してしまうおそれがあった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、電子部品の基板への実装及び接合に用いるはんだ材料として、溶融温度の視点から有望視されている、鉛不添加の錫−亜鉛系はんだに着目し、その粒子の結晶粒と真球度の状態から接合材料として最適な条件を見出すことに鋭意取組んできた結果、本発明を完成するに到ったものである。すなわち、本発明は、真球度に優れた接合粒子を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明は表面の１点を第１の極点とした時、前記第１の極点を頂点とする複数の傘状粒界を有する鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金接合粒子であって、
前記第１の極点において前記接合粒子と接する仮想平面に垂直に延びる法線が、前記接合粒子の表面と交差する点を第２の極点とした場合、前記第１の極点と前記第２の極点を含む任意の平面で前記接合粒子を切断した断面において、前記複数の傘状粒界の隣接する傘状粒界との成すいずれの角も４５°を超えないことを特徴とする非鉛系接合粒子である。
【００１０】
第２の本発明は、表面の１点を第１の極点とした時、前記第１の極点を頂点とする複数の傘状粒界を有する鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金接合粒子であって、
前記第１の極点において前記接合粒子と接する仮想平面に垂直に延びる法線が、前記接合粒子の表面と交差する点を第２の極点とした場合、前記第１の極点と前記第２の極点を含む任意の平面で前記接合粒子を切断した断面図において、前記第１の極点と前記第２の極点の間の距離が、前記接合粒子の前記第１の極点を始点とする最大粒径の０．９２倍以上であることを特徴とする非鉛系接合粒子である。
【００１１】
第３の本発明は、非鉛系はんだ合金を溶解する工程と、
前記溶解した非鉛系はんだ合金を溶融微粒子とする工程と、
前記溶融微粒子を、液体冷却媒体に接触させて急冷する工程を少なくとも備えたことを特徴とする非鉛系接合粒子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の本発明によれば、無鉛のはんだボールの品質を確保し、良好な接合状態を形成することができる接合粒子を実現することができる。
【００１３】
また、上記第２の本発明によれば、酸化しやすい無鉛はんだの微小な合金粒子の粒界を制御し、均質な合金粒子を実現することができる。
【００１４】
さらに、第３の本発明によれば、ほぼ真球状の接合粒子を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（接合粒子材料）
以下、本発明で用いることのできる接合粒子の材料について説明する。
本実施の形態の接合粒子は、鉛の含有量が０．１ｗｔ％以下である合金粒子であり、その溶融温度は、この接合粒子を用いて接合を行った電子機器の使用最高温度より高い温度であれば使用可能である。また、この合金は、電気抵抗が小さいほど好ましく、さらに、銅などの導電材料と親和性が高く、化学的に安定な合金が好ましい。このような合金としては、錫−銀−銅系材料、錫−亜鉛系材料などが適しているが、錫−銀−銅系のはんだボールは、その融点が錫−鉛共晶はんだよりも３０℃以上上昇するため、接合時のリフロー温度の上昇は避けられない。一方、錫−亜鉛系合金材料の共晶点は１９９℃であり、現行の錫−鉛共晶はんだに近く、錫−銀−銅系のはんだボールよりも実装時に有利に働くため好ましい。
【００１６】
また錫−亜鉛二元合金に、他の成分元素を添加して用いることもできる。添加する成分としては、ビスマス、アルミニウムなどが挙げられる。これらは、わずかな添加量で錫層へ固溶し、この固溶によって亜鉛を多く含む結晶の大きさを変化させることができるため、はんだボールの粒子の組織制御に用いることができる。この亜鉛を多く含む結晶は、その大きさが大きくなるほど接合時に溶解しにくくなるため、可能な限り微細化し粒子表面に分散化する必要がある。
【００１７】
上記接合粒子の材料としては、具体的には、Ｓｎ１００−ｘ−ｙ−Ｚｎｘ−Ｂｉｙ、Ｓｎ１００−ｘ−ｚＡｌｚが挙げられる。ここで、ｘは、３．０〜１２．０、ｙは、０．８〜４．０、ｚは、０．０００１〜０．３の範囲が好ましい。ｘが、この範囲を下回ると、はんだ材の高融点化の問題があり、一方この範囲を上回ると、はんだ材の酸化の問題があって好ましくない。また、ｙが、この範囲を下回ると、ぬれ性低下の問題があり、一方この範囲を上回ると、はんだ材の延性低下の問題があり好ましくない。さらに、ｚが、この範囲を下回ると、接合信頼性の問題があり、一方この範囲を上回ると、はんだ材の酸化の問題があり好ましくない。前述した元素は積極的に添加するものであるが、他に、数％程度の不純物を含有していてもかまわない。
【００１８】
［第１の発明の実施の形態：接合粒子形状］
（接合粒子の構造）
以下、第１の実施の形態の接合粒子の構造を示す模式図である図１を用いて説明する。
本実施の形態において用いることのできる接合粒子は、平均粒径が、３００〜８００μｍの範囲のものが好ましい。接合粒子の平均粒径が、３００μｍ以下になると粒子作成時の凝結スピードも増してくるため、表層部の結晶構造が不均一になり、接合材料としての信頼性に乏しくなるため好ましくない。これは、合金粒子表層部の組織に偏りがあると粒子と基板電極とを接合させる時のぬれ不良が顕在化するためであり、合金粒子の凝結過程で生じる粒界の生成が関与していると考えられる。一方、平均粒径が、上記範囲を上回った場合、微細な線幅・ピッチを有するパターンの接合には適さなくなる。
【００１９】
本実施の形態の接合粒子は、上記平均粒径のほぼ真球状の粒子であり、その粒子は、複数の合金結晶とそれらの結晶の粒界からなっている。この接合粒子は、その製造過程で、原材料となる溶融合金液滴が最初に冷却した点（以下の説明では、これを第１の極点という）を始点とし、この第１の極点から結晶が成長することになるが、この結晶は、接合粒子の第１の極点から、冷却の進行方向に沿って、回転対称状に拡開する方向に結晶してゆき、その粒界は、前記第１の極点を始点とするほぼ円錐状もしくは傘状に複数延在している。
【００２０】
すなわち、図１（ａ）が、この接合粒子の第１の極点ＰＮ１方向から見た接合粒子の上面図であり、図１（ｂ）は、本発明の接合粒子の第１の極点ＰＮ１とその第１の極点ＰＮ１においてこれと接する平面に垂直に延びる法線が、接合粒子の表面と接する点を第２の極点ＰＳ１とした場合、第１の極点ＰＮ１と第２の極点ＰＳ１を結ぶ仮想線を含む仮想平面で接合粒子を切断した断面図である。前記第２の極点ＰＳ１がほぼ接合粒子の冷却凝固の終点となるものと考えられる。
【００２１】
図１（ｂ）に見られるように、第１の極点ＰＮ１から放射状に散開する線分（弦）の回転体である傘状部が粒界となる。図１（ｂ）においては、この傘状の粒界は、線分ＰＮ１−ＰＬ１１（線分ＰＮ１−ＰＲ１１と同じ）と、線分ＰＮ１−ＰＬ１２（線分ＰＮ１−ＰＲ１１と同じ）の回転対称体として、２個存在する。この線分の回転対称体と、粒子表面とで囲まれた領域に、結晶粒が存在する。図１（ｂ）のモデルにおいては、結晶粒を含む領域は、３個存在する。すなわち、平面ＳＬ１１と平面ＳＲ１１の回転対称体である領域と、平面ＳＬ１２と平面ＳＲ１２とを含む回転対称体である領域と、平面ＳＬ１３と平面ＳＲ１３とを含む回転対称体を含む領域である。これらの領域は、単一もしくは複数の結晶粒から構成されている。図１（ａ）のモデルにおいては、第１の極点ＰＮ１から放射状に延びている線分が、粒界であり、前記回転対称体の領域はこの粒界によって区画された結晶粒が存在している。図１（ｂ）においては接合粒子表面に６個の粒界に囲まれた６個の結晶粒を有していることを示している。このように、図１（ａ）および図１（ｂ）で示すモデルでは、３個の領域が存在し、それぞれの領域に６個の結晶粒が存在することになり、この合金粒子には、計１８個の結晶粒が存在していることを示している。
【００２２】
本発明の合金粒子においては、図１に見られるように、回転対称体の領域が、６個の結晶粒に区画されたモデルのみならず、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すモデルのように、回転対称体が８個の結晶粒から構成されるものもあり、結晶粒界の数は特に制約されるものではない。これらのモデルは、後述するように合金粒子の製造条件によって左右されることになる。
【００２３】
本発明においては、上記図１（ａ）および図１（ｂ）に示すモデルに示すように、本発明の接合粒子の第１の極点ＰＮ１とその第１の極点ＰＮ１においてこれと接する平面に垂直に延びる法線が、接合粒子の表面と接する点を第２の極点ＰＳ１とした場合、第１の極点ＰＮ１と第２の極点ＰＳ１を結ぶ仮想線を含む平面で接合粒子を切断した断面図において、第１の極点ＰＮ１から放射状に散開する傘状粒界の成す角度が４５°（０．２５πラジアン）を下回ることを特徴としている。すなわち線分ＰＮ１−ＰＬ１１と、線分ＰＮ１−ＰＬ２１と、線分ＰＮ１−ＰＳ１とが成す角度（図１（ｂ）において、θで表されている）がいずれも４５°（０．２５πラジアン）を下回っていることが必要である。この角度が４５°（０．２５πラジアン）を上回った場合、その接合粒子は、回転対称性が失われ、粒子は真球状とならず、この接合粒子を用いた接合においては、ＩＣパッケージに均等に粒子を搭載することができないため精度の高い接合を期待することができなくなる。
【００２４】
前記第１の極点近辺は、接合粒子の他の領域の表面と比較して表面が粗面組織を有しており、かつその組織は第１の極点を中心として放射状に散開している構造となっている。このような第１の極点は肉眼による観察、もしくは顕微鏡観察によって識別可能である。
また、粒界は、図１（ａ）の上面図に示すように、第１の極点から散開する複数の粒界が観察することができる。図１（ａ）においては、第１の極点から接合粒子の表面層において、６個の結晶粒が成長していることが分かる。この粒界についても、顕微鏡観察によって容易に検出することができる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
上記実施の形態においては、接合粒子は概ね真球状であり、第１の極点ＰＮ１と第２の極点ＰＳ１を結ぶ線分が、接合粒子の直径とほぼ等しい例を示したが、本発明においては、必ずしも第１の極点と第２の極点とを結ぶ線分が接合粒子の直径と等しくなる必要はない。以下にその例を示す。
図３に示すように、接合粒子の製造方法によっては、冷却の方向が第１の極点を含む接合粒子直径方向ではなく、冷却方向が、接合粒子の直径方向と傾斜して冷却された場合のものであり、このような接合粒子であっても、以下の要件を満足している限り本発明において使用することができる。
【００２６】
すなわち、本実施の形態の接合粒子は、図３（ｂ）の接合粒子の断面図に示すように、この接合粒子の第１の極点と第２の極点との距離（ＰＮ１−ＰＳ１）が、接合粒子の第１の極点を通る接合粒子の最大径（ＰＮ１−ＰＤ３）の０．９２倍以上であることを特徴とするものである。この比が、０．９２倍に満たない場合には、この接合粒子は、その形状が扁平となり、粒子不均一な粒子となって、はんだ接合を行った場合、接合欠陥が生じやすい。また、前記比率は、１倍未満であることが好ましい。前記比率が１倍を超えた場合には、粒子の対称性が著しく損われるため小型化・薄層化が進むＩＣパッケージへ用いる点で不都合である。
【００２７】
上記した接合粒子は、真球状に優れており、酸化しやすい無鉛はんだの微少な合金粒子の粒界が制御され、均質な合金粒子を実現することができる。
【００２８】
［第３の実施の形態：製造方法］
ＢＧＡ、ＣＳＰなどに用いられる接合用の合金粒子は、遠心噴霧法やアトマイズ法によって形成できるが、合金溶湯から放出される液滴が急激な温度変化を受ける場合、液滴が凝結し始めてから完了するまで形成される粒子の進行方向と温度変化の方向が一致することが望ましい。具体的には、溶湯から放出した液滴を凝固プロセスで用いる冷却用の液体あるいは気体（以下冷媒と記す）中に鉛直に落下させると共に、冷媒の温度分布も鉛直方向で段階的に制御することが基本となる。冷媒が液体の場合と気体の場合では、液体の方が短いプロセスで吸熱作用を制御できるため好適である。しかし、冷媒中に連続的に合金液滴を落下させると冷媒としての冷却液の表層が波立つため、液滴内部での冷却が不均一となり易い。また、理論的には、合金液滴の進行方向と凝固時の温度分布が変化する方向が一致する場合、合金液滴の最下部が冷媒に接触した部分が極点となり、その極点から放射状に粒界が極点から遠ざかる方向に伸長し冷却粒子の表層部に到達して凝固が完結すると考えられる。合金液滴の進行方向で、極点を通過する軸を中心として粒子内部の構造を見た場合、冷却過程での温度分布の対称性が保たれると生成した粒子内部の粒界形成も対称性が保たれ易くなる。
【００２９】
一方、対称性が損なわれた合金粒子は、扁平しやすく真球度が実用範囲外となり、長軸と短軸との長さが６％以上も離れてしまう割合も多くなる。
【００３０】
しかし、冷却液の上層部の波立ちを制御せずに粒子の製造を試みると、セグメントの円弧の側から極点を見込む角θが４５°（０．２５πラジアン）以下を超えるよう粒子では、図４（ａ）及び４（ｂ）に示すように断面図での最長の粒界を含む線分（弦）が、中心軸（ＰＮ−ＰＳ）とずれるようになり、対称性は大きく崩れ始める。また、弦の最長の長さも平均粒径の０．９２倍を下回るようになり扁平した粒子が顕在化する。波立ちが著しい場合の粒子の不良率は２０％に達するため、歩留りにも影響を与えるようになる。
本実施の形態である接合粒子の製造方法は、上記知見に基づいて成されたものである。
【００３１】
以下上記第１の実施の形態および第２の実施の形態の接合粒子の製造方法について説明する。
本発明の接合粒子の製造方法は、接合合金を溶解し、微少液滴とし、これを液体冷却媒体中で冷却することによって製造することができる。この際、上記実施の形態において説明した形状の粒子を形成するには、その冷却条件を制御することが重要である。すなわち、溶融液滴を液体冷却媒体中で急冷すること、および冷却にあたって、溶融液滴の冷却が均一かつ対象となるように冷却することが重要である。
【００３２】
このような冷却を行うためには、非鉛系はんだ接合合金の溶融液滴をノズルから落下させ、その下部に冷却用液体媒体を配置し、その液面が可能な限り波打つことなく平坦であることが必要である。このような方法によって接合粒子を製造することにより、前述の条件を備えた接合粒子を製造することが可能となる。
上記冷却用媒体の液面を波打つことなく平坦に維持するためには、溶湯から放出される合金粒子を冷媒に到達させるプロセスにおいて、冷媒としての冷却液を冷却槽の下部から湧出させ、かつ、冷却液表層部から一定の割合で流出させ循環させることにより、実現することができる。これによって、合金液滴を連続的に冷却液に到達させても冷却液面で波立つことが無く、均一な粒子が得られる。
上記冷却液の湧出による冷却液の循環プロセスにおいては、頂上部での湧出による流出量を１〜１００ｌ／ｍｉｎ．とすることにより、毎秒３０個以上の粒子の凝固によっても波立ちが抑制できる。
【００３３】
本実施の形態において、冷却液としては、リノール酸、リノレン酸、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸などの高級脂肪酸、グリセリンなどの多価アルコール、ペクチンなどの増粘多糖類、さらに、沸点が２６０℃以上の鉱油、及びこれらの混合物を適宜用いることができる。
【００３４】
このようにして得られた実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金粒子は、粒子表面の１点を第１の極点とし、第１の極点とこの第１の極点を始点（頂点）として放射状に延びる合金粒子内部を貫く粒界あるいはその延長線が表面と交差する点を含む平面で合金粒子を切断した場合に、複数の粒界あるいはその延長線と円弧によって構成されるセグメントの円弧の側から極点を見込む角が４５°（０．２５πラジアン）以下であることを特徴とする非鉛系接合粒子であり、対称性を計測すると長軸と短軸との長さの差は、概ね６％未満となり、実用上問題ない範囲とすることが可能である。
【００３５】
（応用）
本発明の実施形態の施形態の応用分野としては、半導体分野で用いられるＩＣパッケージやＣＰＵの導電部の接合、パーソナルコンピューターに内蔵されるハードディスク、液晶パネルの電気回路の接合、ＩＣカード、パーソナルコンピューターやプリンタの接続などに多用されているケープルコネクタ、通信用ケーブルに多用されている光コネクタなどの高密度化する部品の接点が挙げられる。
【００３６】
一方、基板への実装形態としては、片面表面実装、両面表面実装、両面表面実装リード付き部品搭載、片面表面実装リード付き部品搭載実装などが有る。また、実装部品としては、能動部品としてのＩＣが代表例となり、そのパッケージ外形・形状としては、ＢＧＡ、ＦＣ−ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＰＬＣ、ＭＣＭ、ＯＥ−ＭＣＭ、チップを重ねた高密度実装が挙げられる。
【００３７】
以上のことから、本発明による実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金粒子において、粒子表面の１点を極点とし、極点とこの極点を始点（頂点）として放射状に延びる合金粒子内部を貫く粒界あるいはその延長線が表面と交差する点を含む平面で合金粒子を切断した場合に、複数の粒界あるいはその延長線と円弧によって構成されるセグメントの円弧の側から極点を見込む角が４５°（０．２５πラジアン）以下であることを特徴とする非鉛系接合粒子は、ＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体パッケージを、基板電極と接続するために表面実装される無鉛のはんだボールの品質を確保し良好な接合状態を提供できる。
【００３８】
また、実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金粒子において、粒子表面の１点を極点とし、極点とこの極点を始点（頂点）として放射状に延びる合金粒子内部を貫く粒界あるいはその延長線が表面と交差する点を含む平面で合金粒子を切断した場合に、粒界あるいはその延長線が粒子表面と交差する点までの距離の最大値が粒径の０．９２倍以上であることを特徴とする非鉛系接合粒子は、酸化し易い無鉛はんだの微小な合金粒子の粒界を制御し、均質な合金粒子を提供できる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
角型のはんだ溶融槽（内寸：７００ｍｍ×７００ｍｍ×８００ｍｍ）内に純度９９．９９％以上の錫のインゴットを切った物（サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ以下）を１８２．８ｋｇ入れ、槽の外部を取り巻くヒーターによって加熱し、その全てを溶解させた。溶解が始まると共に窒素を溶融槽の上部に流し続け、その雰囲気酸素濃度を５０ｐｐｍ以下となるようにした。溶解後、溶湯の温度をフィードバック制御により２５０℃に保った。次に、純度９９．９９％以上の亜鉛のインゴットを切った物（サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ以下）を１６ｋｇ溶湯中に加え溶解させた。さらに、雰囲気酸素濃度を４０ｐｐｍに保ったまま、純度９９．９９％以上のビスマスのインゴットを切った物（サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍ以下）を１．２ｋｇ溶湯中に加えセラミック棒で撹拌しながら溶解させ、再び溶湯の温度をフィードバック制御により２５０℃に保った。
【００４０】
溶湯の一部をはんだ溶融槽の底面から高さ５０ｍｍの側面に取り付けられたバルブから槽の外部に導き、遠心噴霧法により液滴化し、２３０℃に保たれた鉱油中に落下させ、凝結固化した。この時、鉱油はポンプを用いて循環させ、１５ｌ／ｍｉｎの流量で溶融槽上部から湧出させ、段差が設けられた部分から流出し、再びポンプに戻るよう運転した。また、鉱油循環プロセスにおいては、直接大気に触れることの無いよう窒素ガスでパージしたボックス内で鉱油を循環させるようにした。
【００４１】
固化した多数の粒子をロール選別機にかけ分級したところ、粒径７６０±２０μｍの粒子を５ｋｇ回収した。回収した粒子の一部を取り出し、光学顕微鏡により２００μｍ角四方の表面の断裂やくぼみの発生割合を調べたところ、観察表面の面積の５％であった。また、ＥＤＳにより加速電圧５０ｋｅＶの条件で最表面から２μｍまでの状態を調べたところ、ほぼ左右対称な粒界及び粒子表面の一部である円弧によって形成されるセグメントが１２個含まれる粒子構造であることがわかった
【００４２】
次に、前記の回収した粒子の中から、１０ヶの粒子を取り出し、りん脱酸銅の板（サイズ：３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）に一粒ずつ載せ、松脂２５ｗｔ％をＩＰＡに溶解させたものをスポイトで０．０５ｍｌずつ各粒子の上から滴下した。１分後に粒子を載せたこれらのりん脱酸銅の板をコンベア−スピード０．８ｍ／ｍｉｎ、ピーク温度２２０℃、大気下でリフロー加熱し、自然冷却した。冷却後銅板に接合した粒子のシェア強度を測定したところ、平均４Ｎであり、従来の錫−鉛共晶はんだと比べて同等以上の強度を示した。
【００４３】
（実施例２〜１５、比較例１〜４）
粒子を作成するときのポンプ循環、合金成分（錫は残量に相当する）、冷却液の種類以外は、同一の条件として作成・回収された粒子の特性を実施例１の結果を含めて表１に、比較例を表２示す。これらの結果から本発明によって得られる非鉛系接合粒子がはんだ材料として有用であることがわかった。
【００４４】
【表１】
2005125328.tif 000003
【００４５】
【表２】
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【００４６】
以上のことから、本発明による実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金粒子において、粒子表面の１点を極点とし、極点とこの極点を始点として放射状に延びる合金粒子内部を貫く粒界あるいはその延長線が表面と交差する点を含む平面で合金粒子を切断した場合に、複数の粒界あるいはその延長線と円弧によって構成されるセグメントの円弧の側から極点を見込む角が４５°（０．２５πラジアン）以下であることを特徴とする非鉛系接合粒子は、ＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体パッケージを、基板電極と接続するために表面実装される無鉛のはんだボールの品質を確保し良好な接合状態を提供できる。
【００４７】
また、実質的に鉛含有量が０．１ｗｔ％以下の合金粒子において、粒子表面の１点を極点とし、極点とこの極点を始点として放射状に延びる合金粒子内部を貫く粒界あるいはその延長線が表面と交差する点を含む平面で合金粒子を切断した場合に、粒界あるいはその延長線が粒子表面と交差する点までの距離の最大値が粒径の０．９２倍以上であることを特徴とする非鉛系接合粒子は、酸化し易い無鉛はんだの微小な合金粒子の粒界を制御し、均質な合金粒子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の１実施例である接合粒子の模式図。
【図２】本発明の他の実施例である接合粒子の模式図。
【図３】本発明のさらに他の実施例である接合粒子の模式図。
【図４】比較例を示す接合粒子の模式図。
【符号の説明】
【００４９】
ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３，ＰＮ４…第１の極点
ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４…第２の極点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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