(57)【要約】【課題】  量産を鑑みた高精度なはんだ被覆銅コア用ボールの製造方法と製造装置と、ボールバンプ用ボールとを提供する。【解決手段】  微小金属球の製造方法は、直径１００μｍ以下の高精度微小金属球作製において、当該金属の細線６，１０，１４を、途中断線させる事なく、元スプール２から解し、巻き替えして円筒巻取り体９とし、薄い金属板７，８が巻き付かれたスプール９から前記金属細線６，１０，１４の巻き取られた前記金属板７，８を取り外し、当該巻き回された金属細線６，１０，１４が微小円柱体チップと成るようプレスにより切断し、その後プラズマ球状化処理により微小金属球とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径１００μｍ以下の高精度微小金属球作製において、当該金属の細線を、途中断線させる事なく、解し、巻き替えして前記金属細線の巻き取られた薄い金属板を備えた円筒巻取り体とし、前記円筒巻取り体から前記金属細線の巻き取られた前記金属板を取り外し、前記巻き回された金属細線が微小円柱体チップと成るようにプレスにより切断し、その後プラズマ球状化処理により微小金属球とすることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の微小金属球の製造方法において、解し、巻き替えにおける金属細線は、当該金属細線が巻回された素線用スプールの回転軸方向の接線の９０度方向に取り出し、当該取り出し速度と同じ方向と速さで前記素線用スプールも回転送りすることで、巻き替えすることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の微小金属球の製造方法において、前記金属細線は銅線でその金属細線は電子部品に用いられる高純度細線であり、Ｕ及びＴｈの含有量が夫々１ｐｐｂ以下であることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の微小金属球の製造方法において、前記円筒巻取り体は、前記円筒巻取り体の円筒部と駆動軸とが同調出来る前記駆動軸を備え、前記円筒部には、周囲に設けられた前記金属板の少なくとも一枚を外側に挟み固定され、前記金属細線を予め定められた長さを巻き取り後、前記円筒巻き取り体の駆動軸と同軸方向に外周囲部を伸縮可能な機構を用いて取り外し、前記金属板とそこに巻き取られた前記金属細線を前記円筒部から分離可能な機能を備えていることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項５】
請求項２記載の微小金属球の製造方法において、前記解し、巻き替えにおいて、前記素線用スプールから前記円筒巻き取り体までの間には、前記金属細線の急な方向変化の無き事と、前記素線用スプールの駆動軸と同調する前記円筒巻取り体の駆動軸の僅かな狂いや前記金属細線の適度な弛みの確保の為に、前記素線用スプールの直径より遥かに大きな円弧を描け、前記素線用スプールの近くに位置する固定用具に対して前記金属細線の引っ張り力に充分屈して変位出来る事を適わせる、軽量な滑車本体とその固定柱とから成る凧滑車を少なくとも一箇所具備し、前記凧滑車と前記円筒巻取り体との間には、前記円筒巻取り体に、前記金属細線が一箇所に集中して巻き取られないようにピッチコントローラを設け、前記円筒巻取り体に対し巻き取りピッチがリバースして調整可能となるようにすることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の微小金属球の製造方法において、前記円筒巻取り体の外周部の直径は、前記素線用スプールの直径の２倍以上有し、前記円筒部を挟む薄い前記金属板は、その幅が７０ｍｍ以下で、厚み１００μｍ程度のＡｌ，ＳＵＳ、Ｎｉ等から選ばれたものとし、長さは二枚の金属板が相互に僅かに重なる部分を含めて、前記円筒巻取り体の直径を成し、前記円筒巻取り体の前記円筒部から分離後、前記金属薄板を前記金属細線の巻き取られたまま潰し、潰された長手方向両端部を僅かに切断除去し、前記金属板一枚とその片面に銅線が整列されたものの二組を得、いずれか片方をプレスによって、前記金属細線が所望の長さになるように切断若しくは前記金属細線と前記薄い金属板分離の容易性確保から、前記金属板の厚み方向よりも僅かに多く切断して微小円柱体チップを得ることを特徴とする微小金属球の製造方法。
【請求項７】
半導体素子を搭載するパッケージの素子と基板の接続電極に用いる内部電極用はんだ被覆銅コア複合ボールにおいて、請求項１乃至６記載の内のいずれか一つに記載の微小金属球の製造方法によって得られた直径のバラツキが±２．５μｍに制御された高精度な微小金属球に、めっき等により厚いはんだ層を形成させた直径１００μｍ以下であることを特徴とするはんだ被覆銅コアマイクロボール。
【請求項８】
直径１００μｍ以下の高精度微小金属球を製造するための装置において、巻回された金属細線を周囲に備えた素線用スプールに巻回された当該金属細線を解し、円筒部の周囲に設けられた少なくとも一枚の薄い金属板を備えた円筒巻取り体の周囲に巻き替えする巻取り手段と、前記金属細線の巻き取られた前記金属板が巻き付かれた円筒巻取り体から前記金属板を取り外すことで作製された前記巻き取られた形状の金属線材を微小円柱体チップと成るようプレスにより切断して微小円柱状チップを得る微小円柱体作製手段と、前記微小円柱体チップをプラズマ球状化処理により微小金属球とする球状化手段とを備えていることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項９】
請求項８記載の微小金属球の製造装置において、前記巻取り手段によって解し、巻き替えされる金属細線は、前記素線用スプールの駆動軸方向の接線の９０度方向に取り出し、当該取り出し速度と同じ方向と速さで前記素線用スプールも回転送りすることで、巻き替えすることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項１０】
請求項８記載の微小金属球の製造装置において、前記金属細線は銅線でその細線は電子部品に用いられる高純度細線であり、前記高純度細線のＵ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂ以下であるものを用いることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項１１】
請求項８記載の微小金属球の製造装置において、前記円筒巻取り体は、円筒部の駆動軸が同調出来る同調駆動軸と、前記円筒部の外側に、当該円筒部を挟みこむように固定された薄い少なくとも一枚の前記金属板とを備え、前記円筒巻取り体は、前記金属細線の巻き取りの後、前記円筒巻取り体の駆動軸と同軸方向に外周囲部を伸縮可能な機構を用いて取り外し、前記金属板とそこに巻き取られた前記金属細線を前記円筒部から容易に分離出来るように構成されていることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項１２】
請求項９記載の微小金属球の製造装置において、前記巻き取り手段において、前記素線用スプールと前記円筒巻き取り体との間には、前記金属細線の急な方向変化の無き事と、前記素線用スプールの駆動軸と同調する円筒巻取り体の駆動軸の僅かな狂いや細線の適度な弛みの確保の為に、前記素線用スプールの直径より遥かに大きな円弧を描け、前記素線用スプールの近くに位置する固定用具に対して前記金属細線の引っ張り力に充分屈して変位出来る事を適わせる、軽量な滑車とその固定柱とを有する凧滑車を一箇所或いは二箇所具備し、前記凧滑車と前記円筒巻取リ体との間には、前記円筒巻取り体に、前記金属細線が一箇所に集中して巻き取られないように、前記円筒巻取り体に対し巻き取りピッチがリバースして調整可能な、ピッチコントローラを具備して成ることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の微小金属球の製造装置において、前記円筒巻取り体の外周部の直径は前記素線用スプールの直径の２倍以上有し、前記円筒巻き取り体の中心の円筒部を挟む前記金属板は、その幅が７０ｍｍ以下、厚み１００μｍ程度のＡｌ，ＳＵＳ、Ｎｉ等から選ばれたものとし、長さは二枚の前記金属板が相互に僅かに重なる部分を含めて、前記円筒巻取り体の直径を成し、前記微小円柱体作製手段によって、前記円筒巻取り体の円筒部から分離後、巻き取られたまま潰し、潰された長手方向両端部を僅かに切断除去し、前記金属板一枚とその片面に銅線が整列されたものの二組を得、いずれか片方をプレスによって、前記金属細線が所望の長さになるように切断若しくは前記金属細線と前記薄い金属板分離の容易性確保から、前記金属板の厚み方向よりも僅かに多く切断して微小円柱体チップを得ることを特徴とする微小金属球の製造装置。
【請求項１４】
半導体素子を搭載するパッケージの素子と基板の接続電極に用いる内部電極用はんだ被覆銅コア複合ボールにおいて、請求項８乃至１３の内のいずれかに記載の微小金属球製造装置によって得られた直径のバラツキが±２．５μｍに制御された高精度な微小金属球に、めっき等により厚いはんだ層を形成させた直径１００μｍ以下を備えていることを特徴とするはんだ被覆銅コアマイクロボール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子を搭載するパッケージ（ＰＫＧ）に用いる金属コア（球）マイクロボールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を搭載するＰＫＧを表面実装する方法としてはんだマイクロボールを用いたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）およびＰＫＧの小型化を追及したチップサイズＰＫＧ（ＣＳＰ）と呼ばれるものがある（例えば、特許文献１、参照）。特許文献１に開示されたマイクロボールは、急冷凝固法又はガスアトマイズ法によって形成した鉛フリーＳｎ基Ｐ−Ｎｉ−Ｃｕ又はＰ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ａｇ合金はんだボールである。
【０００３】
近年、特に、ＰＫＧの小型化を追及したＣＳＰ（チップサイズＰＫＧ）の開発は加速している。
【０００４】
実装面積を減少させる中で生まれてきた、エリアアレイＰＫＧの更なる小型化に伴い、ＦＣ（フリップチップ）接続させるバンプは、その小ささ、寸法の高精度化（接続配線長の短縮化とチップ／基板のギャップ精度の保持）から、銅コア（球）を有する・ボールバンプの研究の側面も急務となっている。
【０００５】
銅コアボールに関しては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２に開示されたＣｕボール及びＣｕボールの製造方法では、Ｃｕ線材切断によって、円柱状のＣｕ個片を得，複数の所定形状の孔内に振込み配置した後、加熱溶融して、所定の冷却速度で冷却して、溶融金属自身の表面張力によって球状化凝固することで、Ｃｕボールを得ている。
【０００６】
一方、ボール搭載に関しては、非特許文献１にあるように、実用化開発が進み真の量産を鑑みた「微小金属球の製造方法」の提供が急務であることが示されている。
【０００７】
また、溶湯から「均―液滴噴霧法」を利用して単分散金属粒子（ボール）としたり、旧来の方法である例えば、非特許文献２に開示されたものもある。
【０００８】
また、銅コアボールにおいて、実装の便宜上から、表面にはんだ層を設けたはんだ複合銅コアマイクロボールに関しては、本発明者らが、非特許文献３に発表したものがある。この非特許文献３には、インナーバンプ用はんだ複合銅コアマイクロボールの開発について開示されている。
【０００９】
また、上記された粉体等の非処理物を球状化する方法以外に、プラズマを用いて球状化するプラズマ球状化処理装置としては、例えば，特許文献３に開示されたものがあり、周知技術である。
【００１０】
しかしながら、前述の特許文献１による方法は、ワイヤーとボールの発明であるが、基本的に直径１０００μｍ以下の球が狙いで、精度の詳細な記述が無い上、球状化は急冷凝固法、ガスアトマイズ法としており、今日的には、微小・高精度のＦＣ用のボールに適用には無理な方法である。
【００１１】
また、前述の特許文献２によるＣｕコアボールは、大きなサイズ向けと言え、小ささゆえの課題解決の手段が記されてなく、加えて球状化は単に個片を所定枡内で熱処理により行う。好ましいサイズはφ０．２〜１．０ｍｍと記述されており、ＦＣ用には使用できない。
【００１２】
そして、非特許文献１にもあるように、実用化開発が進み真の量産を鑑みた「微小金属球の製造方法」の提供が急務であることが示されている。
【００１３】
しかしながら、前述した溶湯から「均―液滴噴霧法」を利用して単分散金属粒子（ボール）としたり、非特許文献２に記載されたものを比較すると、非特許文献２に記載された方法は、とてもそのまま高精度な球体を得る工法としては無理で、液滴噴霧法はかなり有望ながら、高融点で且つ高粘度・微小を兼ね備えた微小金属球化に対し、出来たボールどうしの付着や各種難課題多く実用化レベルにない。
【００１４】
また、非特許文献３においては、直径１００μｍ程度のはんだ被覆銅コアマイクロボールとして得られている。この場合の、銅球は、粉末球状化装置に粉末を通過させ、球状化した銅ボールを外形、外径など選別し良品を得ている。
【００１５】
しかし、非特許文献３においては、基本的に出来た選別前のボール群は広い粒度分布を有しており、歩留まりは工業的生産と見た場合不充分だった。実際に、断線の多いときは数％、良いものでも６０％程度であった。
【００１６】
また、前述したように、金属線の切断で球状化処理の原料を得る事は従来から試みられているが、小さい直径、１００μｍ以下の金属球が精度良くかつ歩留まりが良く得られる事例は見られない。
【特許文献１】特開平１０−１４４７１８号公報
【特許文献２】国際特許公開第ＷＯ９５／２４１１３号パンフレット
【特許文献３】特開平６−０２５７１７号公報
【非特許文献１】エレクトロニクス実装技術、次世代ＬＳＩ実装用マイクロボール搭載バンプ形成装置の開発、Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．１２，２００１．
【非特許文献２】熊谷：まん丸の金属粉をもとめて、金属、Ｖｏｌ６６，Ｎｏ６、１９９６
【非特許文献３】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  ａｎｄ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．３，２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の技術的課題は、量産を鑑みた高精度なはんだ被覆銅コア用ボールの製造方法と製造装置と、ボールバンプ用ボールとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、金属線の切断で球状化処理の原料を得、この原料を球状化の処理方法として、急な昇温・冷却の制御に秀でた、プラズマ球状化処理装置を利用して行ったものである。
【００１９】
本発明によれば、直径１００μｍ以下の高精度微小金属球作製において、当該金属の細線を、途中断線させる事なく、解し、巻き替えし、前記金属細線の巻き取られた薄い金属板が巻き付かれた円筒巻取り体とし、前記円筒巻取り体から前記金属板を取り外し、金属線が微小円柱体チップと成るようプレスにより切断し、その後プラズマ球状化処理により微小金属球とすることを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造方法において、前記解し、巻き替えにおける金属細線は、素線が巻き回された素線用スプールの駆動軸方向の接線の９０度方向に取り出し、当該取り出し速度と同じ方向と速さで前記素線用スプールも回転（ポジテイプ駆動）送りすることで、巻き替えすることを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造方法において、前記金属細線は銅線でその細線は電子部品に用いられる高純度細線であり、Ｕ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂ以下であるであることを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２２】
ここで、高純度細線において、Ｕ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂを超えると半導体の動作に変調を来たすα線の発生を起こすことがあるので好ましくない。
【００２３】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造方法において、前記円筒巻取り体は、前記円筒巻取り体の円筒部と回転駆動軸が同調出来る前記駆動軸を備え、前記円筒部には、周囲に設けられた前記金属板の少なくとも一枚が外側に挟み固定され、、前記金属細線を巻き取り後、前記円筒巻き取り体の前記駆動軸と同軸方向に外周囲部を伸縮可能な機構を用いて取り外せて、前記金属板とそこに巻き取られた前記金属細線を前記円筒部から容易に分離出来る機能を有することを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造方法において、前記解し、巻き替えにおいて、前記素線用スプールと前記円筒巻き取り体の間には、金属細線の急な方向変化の無き事と、前記素線用スプール駆動軸と同調する前記円筒巻取り体の駆動軸の僅かな狂いや細線の適度な弛みの確保の為に、前記素線用スプールの直径より遥かに大きな円弧を描け、前記素線用スプールの近くに位置する固定用具に対して前記金属細線の引っ張り力に充分屈して変位出来る事を適わせる、軽量な滑車とその固定柱とを有する凧滑車を一箇所或いは二箇所具備していて、前記凧滑車と前記円筒巻取り体との間には、前記円筒巻取り体に、前記金属細線が一箇所に集中して巻き取られないように、前記円筒巻取り体に対し巻き取りピッチがリバースして調整可能な、ピッチコントローラも具備していることを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造方法において、前記円筒巻取り体の外周部の直径は、前記素線用スプールの直径の２倍以上有し、前記円筒部を挟む薄い前記金属板は、その幅が７０ｍｍ以下で、厚み１００μｍ程度のＡｌ，ＳＵＳ、Ｎｉ等から選ばれたものとし、長さは二枚の金属板が相互に僅かに重なる部分を含めて、前記円筒巻取り体の直径を成し、前記円筒巻取り体の前記円筒部から分離後、前記金属薄板を前記金属細線の巻き取られたまま潰し、潰された長手方向両端部を僅かに切断除去し、前記金属板一枚とその片面に銅線が整列されたものの二組を得、いずれか片方をプレスによって、前記金属細線が所望の長さになるように切断若しくは前記金属細線と前記薄い金属板分離の容易性確保から、前記金属板の厚み方向よりも僅かに多く切断して微小円柱体チップを得ることを特徴とする微小金属球の製造方法が得られる。
【００２６】
本発明によれば、半導体素子を搭載するパッケージ（ＰＫＧ）の素子と基板の接続電極に用いる内部電極用はんだ被覆銅コア複合ボールにおいて、前記いずれかの微小金属球の製造方法によって得られた直径のバラツキが±２．５μｍに制御された高精度な微小金属球に、めっき等により厚いはんだ層を形成させた直径１００μｍ以下であることを特徴とするはんだ被覆銅コアマイクロボールが得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、直径１００μｍ以下の高精度微小金属球を製造するための装置において、金属細線が巻回された元スプールから当該金属の細線を解し、巻き替えして円筒巻取り体とする巻取り手段と、前記金属細線の巻き取られる薄い金属板が巻き付かれた前記円筒巻取り体から前記金属板を取り外し、前記金属細線が微小円柱体チップと成るようプレスにより切断する微小円柱体作製手段と、前記微小円柱体チップをプラズマ球状化処理により微小金属球とするプラズマ球状化手段とを備えていることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記いずれかの微小金属球の製造装置において、前記巻取り手段によって解し・巻き替えされる金属細線は、前記素線用スプールの駆動軸方向の接線の９０度方向に取り出し、当該取り出し速度と同じ方向と速さで前記素材用スプールも回転（ポジテイプ駆動）送りすることで、巻き替えすることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造装置において、前記金属細線は銅線でその細線は、電子部品に用いられる高純度細線であり、Ｕ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂ以下であるものを用いることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。ここで、前記金属細線のＵ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂを超えると、Ｕ，Ｔｈの含有量が１ｐｐｂを超えると半導体の動作に変調を来たすα線の発生を起こすことがあるので好ましくない。
【００３０】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造装置において、前記円筒巻取り体は、円筒部の駆動軸が同調出来る同調駆動軸と、前記円筒部の外側に、当該円筒部を挟みこむように固定された薄い少なくとも一枚の前記金属板とを備え、前記円筒巻取り体は、前記金属細線の巻き取りの後、前記円筒巻取り体の駆動軸と同軸方向に外周囲部を伸縮可能な機構を用いて取り外し、前記金属板とそこに巻き取られた前記金属細線を前記円筒部から容易に分離出来るように構成されていることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記微小金属球の製造装置において、前記巻取り手段には、前記素線用スプールと前記円筒巻き取り体との間には、前記金属細線の急な方向変化の無き事と、前記素線用スプール駆動軸と同調する前記円筒巻取り体の駆動軸の僅かな狂いや細線の適度な弛みの確保の為に、前記素線用スプールの直径より遥かに大きな円弧を描け、前記素線用スプールの近くに位置する固定用具に対して前記金属細線の引っ張り力に充分屈して変位出来る事を適わせる、軽量な滑車とその固定柱とを有する凧滑車を一箇所或いは二箇所具備していて、前記凧滑車と前記円筒巻取り体との間には、円筒巻取り体に、金属絹線が一箇所に集中して巻き取られないように、前記円筒巻取り体に対し巻き取りピッチがリバースして調整可能な、ピッチコントローラも具備していることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、前記いずれかの微小金属球の製造装置において、前記円筒巻取り体の外周部の直径は先スプール直径の２倍以上有し、円筒部を挟む薄い金属板、は、その幅が７０ｍｍ以下（望ましくは５０ｍｍ以下）で、厚み１００μｍ程度のＡｌ，ＳＵＳ、Ｎｉ等から選ばれたものとし、長さは二枚の前記金属板が相互に僅かに重なる部分を含めて、前記円筒巻取り体の直径を成し、前記微小円柱体作製手段によって、前記円筒巻取り体の円筒部から分離後、巻き取られたまま潰し、潰された長手方向両端部を僅かに切断除去し、前記金属板一枚とその片面に銅線が整列されたものの二組を得、いずれか片方をプレスによって、前記金属細線が所望の長さになるように切断若しくは前記金属細線と前記薄い金属板分離の容易性確保から、前記金属板の厚み方向よりも僅かに多く切断して微小円柱体チップを得ることを特徴とする微小金属球の製造装置が得られる。
【００３３】
また、本発明によれば、半導体素子を搭載するパッケージ（ＰＫＧ）の素子と基板の接続電極に用いる内部電極用はんだ被覆銅コア複合ボールにおいて、前記いずれか微小金属球の製造装置によって得られた直径のバラツキが±２．５μｍに制御された高精度な微小金属球に、めっき等により厚いはんだ層を形成させた直径１００μｍ以下を有することを特徴とするはんだ被覆銅コアマイクロボールが得られる。ここで、本発明のはんだ被覆銅コアマイクロボールは、直径の精度が略±２．５μｍ以下の高精度を有する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、量産を鑑みた高精度なはんだ被覆銅コア用ボールの製造方法と製造装置と、ボールバンプ用ボールとを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明を更に詳細に説明する。
【００３６】
本発明においては、求めるボール直径は、φ１００μｍからφ３０μｍまでが従来実質的に量産するには不充分な領域である。しかし、特にφ４０μｍの高精度なボールは、先に述べたマイクロボールの実情を鑑みるに、今これを歩留まり良く量産出来る開発が求められている。
【００３７】
本発明の微小金属球の製造装置（方法）においては、素材用スプールに巻回された金属細線を解し、薄い金属板が設けられた円筒部を有するスプール（以下、円筒巻取り体と呼ぶ）の周囲に巻き替える巻取り手段（解し、巻き替えし工程）と、金属板の周囲に巻回された円筒状の金属細線を、金属板とともに取り外し、板状にプレスして、金属板とともにもしくは金属板に至るように小さく裁断し、細かく切断された金属細線の微小円柱体を得る微小円柱作製手段（微小円柱体作製工程）と、この微小円柱体をプラズマ球状化処理によって微小金属球とする球状化手段（プラズマ球状化工程）とを備えている。
【００３８】
先に述べたように、本発明に用いられる金属細線は、細いほど良いが、断線し易く処理工程が中断し工業的生産に供し難い。一方、太い線材は取り扱いは容易だが、切断公差の確保や精密切断自体の困難さもあり、直径φ１５〜３０μｍ位が好ましい。特に、この範囲よりも細いと、線材どおしの多少の曲がりや重なりがあっても切断公差が得られ易い特長と成る。反面破断強度は１０ｇで、実際の解し・巻取りでの加えられる力は４〜６ｇ程度とみれば、繊維−糸の通常破断荷重２０〜２５ｇよりかなり低く、接触する部材で少しの抵抗が掛かれば断線してしまう。
【００３９】
金属細線として、市販されている、極細銅線を巻回した素線用スプールから線材を取り出すことさえ幾つかの配慮無しでは、到底出来ない。
【００４０】
また、本発明によって製造される銅コアマイクロボールは、ＩＣ配線の極めて近い接続材料であるため、高純度な上、電気コンデンサーの記憶機能を壊すα線を発する、Ｕ、Ｔｈの含有が１ｐｐｂ以下の少ない、通称電子線が良い。
【００４１】
それでは、本発明について図面を参照しながらより具体的に説明する。
【００４２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態による細線の解し、巻き替えし工程の説明に供せられる図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の素線用スプールの側面断面図である。図１（ａ）を参照すると、微小金属球の製造装置の巻取り手段は、素線用スプール２と、円筒巻取り体９と、素線用スプール２と円筒巻取り体９との間の金属細線６に夫々接触するように配置された第１及び第２の凧滑車４，５とを備えている。素線用スプール２は、両端部に止め部１を備えた糸巻き形状で、駆動軸３を中心にしてこの駆動軸とともに回転可能に配置されている。円筒巻取り体９は、円筒部を備えたスプールのこの円筒部の周囲に、円筒形状に丸められた薄い金属板７，８を２枚、一方が他方を収容するように組み合わせるか、もしくは端部同士を重ね合わせて設けたものである。尚，符号２６は床、２８は天井である。
【００４３】
まず、本発明の解し、巻き替えし工程について説明する。
【００４４】
解し、巻き替えし工程は、解し段階、線引き廻し段階、及び巻取り段階を備えている。
【００４５】
（解し段階）
図１（ａ）及び（ｂ）を参照すると、先ず解し始めと終わりとではその巻回部の直径が異なるが略直径φ１５０ｍｍの素線用スプール２からの極細線取り出しは、素線用スプール２の両端止め部１に極細線が触れずに行うと良く、触れるとその接触抵抗で断線し易かった。
【００４６】
従って、当該細線材が接触し、滑って通過する線材引き回し途中では、その被接触部分は接触の時、図１（ａ）のごとく、極細線が第１及び第２の凧滑車４，５に覆い被さる方向から入り、且つ素線用スプール２の回転駆動軸３と、第１及び第２の凧滑車４，５の回転軸が並行になるように配置させる。ねじれや、掬う方向から入れての接触抵抗を増やす機会をつくるのは、断線の機会を増やす事と成るので、好ましくない。素線用スプール２も取り出し速度と同じ方向と速さで回転、即ちポジティブ駆動させる。尚、第１及び第２の凧滑車４，５の回転軸を素線用スプール２の回転駆動軸３と並行にしない場合の断線の頻度は、数百ｍ解した場合、明らかに数回の差となって現れたので、好ましくない。
【００４７】
（線引き廻し段階）
次いで、円筒巻取り体迄に引き出すには可能な限り、寧ろ線材を滑らせながら引き出す。素線用スプール２と円筒巻取り体９の回転駆動軸３，１３は同調させるものの、僅かな狂いで線材にテンションが掛かる上、線材が弛んだ場合の弛み吸収機能も要る。ただ、適度な弛みは大切で、しかし、線材が第１及び第２の凧滑車４，５や円筒巻取り体９から外れる程弛んでは不都合である。従って、素線用スプール２と円筒巻取り体９との間に、素線用スプール２より遥かに大きな円弧を描く、図１（ａ）に示すように、第１の凧滑車４を置く。第１の凧滑車４は、殆ど無負荷で線材と接触時滑り、しかも滑車自体は極細線に前記適度な弛みを超えた張力が加わった場合、張力や緩みに追随して極細線の張りを吸収・制御出来る。第１の凧滑車４は、釣具の釣糸の竿先端部を転用し滑車の保持とする。従って、数ｇ程度の力を変位機構全体に反映出来る。また、円筒巻取り体９側の第２の凧滑車５は、第１の凧滑車５と同様に、殆ど無負荷で線材と接触時滑り、しかも滑車自体は極細線に前記適度な弛みを超えた張力が加わった場合、張力や緩みに追随して極細線の張りを吸収・制御出来るものである。
【００４８】
又、図１（ｂ）の素線用スプール２の側面図のように、解し方向は、軸芯に９０度をなすように符号１２で示す方向に引き出せるようにすることが好ましい。その理由は、折り曲げたような角度（恐らく数度から数十度）で引き回す結果となれば、ほぼ断線する結果だったからである。
【００４９】
第１及び第２の凧滑車４，５の円弧の大きい事は重要で、少なくとも素線用スプール２の直径の２倍以上の直径を有するのが良く、１．８倍程度では断線頻度が多く、実際２倍以上あれば少なくても数百ｍは引き回せた。
【００５０】
（円筒巻き取り段階）
後の線材切断を考盧し、円筒巻取り体９の円筒部の周囲には、スプール幅１００ｍｍ以下の薄い，アルミニウム板（薄くし易く、価格的観点で決めると、この他ＳＵＳ、ニッケルが考えられる）からなる厚み１００μｍ程度のサイズの薄い金属板を二枚７，８用意し、回転駆動軸１３を中心軸としてこの周囲に回転可能に設けられた円筒巻取り体９の円筒部の外周部に夫々金属板７，８の端部が重なり合うように、挾み固定し、ここに前記極細銅線を巻き取った。ただ、一箇所に巻き取りが集中しないように、一般に使用される図示しない線巻き用ピッチコントローラを円筒巻き取り体９の凡そ１ｍ手前に配置し、巻き取りピッチがリバースして調整可能になるようにした。金属板７，８は長さが短ければ、量産性はないものの、長すぎても巻き取り性の支障を来たす。円筒巻取り体９の直径は該周囲の長さで示すと２０００ｍｍ程度が好ましい。
【００５１】
金属細線６，１０，１４として直径φ１６．５μｍの極細銅線を凧滑車４，５二個を通じ、前記円筒巻取り体９に巻き取ると、断線すること無く、凡そ２００ｍを巻き取ることが出来た。
【００５２】
次に、本発明の微小円柱体作製工程について説明する。微小円柱作製工程は、潰し切断段階を備えている。
【００５３】
図２（ａ）は微小円柱体作製工程の説明に供せられる部分正面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）は微小円柱体作製工程の説明に供せられる部分正面断面図、図２（ｃ）は金属板とともに切断された微小円柱体ブロックを示す断面図である。図３（ａ）は微小円柱体作製工程の説明に供せられる部分断面図、図３（ｂ）は金属細線の部分断面図、図３（ｃ）は微小円柱体の斜視図である。
【００５４】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、潰し切断装置は、上下方向に移動可能な切断刃からなる上金型３０と、金属板３２の下方に配置された下金型３５と、抑えパンチ３８とを備え、この押さえパンチ３８に沿って上金型３０は移動する。
【００５５】
図２（ｃ）に示すように、切断された金属線である銅細線４１は薄い金属板４２とともに小片４０として取り出される。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、円筒巻き取り体は薄い金属薄板３２（７，８に該当）に巻回された銅細線３１からなり、これを軸と直交する方向にプレスした後、上金型３０の切断刃３０で切断する。図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、微小円柱体３４は直径ｄ１を備えている。図３の線切断の断面図において、切断される二枚の金属薄板からなる金属板３２は、図で見るように並んだ細線の端まであるものの、実際には金属板３２を切断時、切断長毎送るための、送り用ピン孔は図示の例では、省賂している。
【００５７】
まず、潰し切断段階について説明する。
【００５８】
（潰し切断段階）
円筒巻取り体に具備させた、ジグにより、前記アルミニウム板と巻き取られた極銅細線を円筒巻取り体から外し、全体を平坦にプレスで潰した。
【００５９】
図２（ａ），（ｂ），及び（ｃ）に示した通り、線材はその基材である、薄い金属板７，８と一緒に所望の長さに切断刃の厚みを合わせて切断した。上金型３０（超硬製ＪＩＳ  Ｋ種、上刃）の先端は厚み（切断刃の送り方向）を切断すべき長さに調整し、幅は前記厚みと、上刃自体の剛性の保たれる条件の範囲から選択される。先端の矩形部分の直角への加工精度も重要であった。
【００６０】
切断長が短い程、高精度を望む程上刃の厚み公差も厳しく、刃の寿命を短くする事になる。従って、本発明の球の直径の大きめなサイズでは、刃の幅は３０〜４０ｍｍ、小さめなサイズでは、２０ｍｍにするのが好ましかった。上下プレス刃のクリアランスは概ね１／１００とした。薄い金属板は以上を考慮し、前者で７０ｍｍ、後者で５０ｍｍとした。幅を広げると、刃のチッピングや時として割れが発生するので、実用上大切な条件であると言える。
【００６１】
薄い金属板７，８は、切断での被切断物の精密な送りを可能にするため、両サイドに適宜送り用ピン孔を施する。
【００６２】
切断時に金属細線が一部斜めに重なったり、一部巻取りの弛みがある場合でも、本発明では、細長い薄い金属板にこの金属板の長さ方向に巻きつけるため、この板の長さに直角方向には、ずれる可能性が少ない等利点がある。実際に本方法での巻き取りによる細線の長さ方向の切断時に発生するばらつきは、１０〜１５μｍ程度で、切断公差を含めてもほぼ±２０μｍ程度であった。少なくても３０μｍ程度で、切断公差を含めてもほぼ±２０μｍ程度であった。少なくても３０μｍズレルるものは見当たらなかった。
【００６３】
従って、たとえば、Ｌ３００μｍに切断した際、大き目のＬ３２０で切断されてもφ４８．２μｍで、理論値のφ４９．６６μｍに対し、±１．３μｍに納まると言える。このようにして、直径φ４０μｍの球にすべく、以上の要領で実施した。
【００６４】
次いで、同じプレスで２００μｍ長、及び３００μｍ長に切断した。
【００６５】
図２（ｂ）に示すように、薄い金属板３２（この例においては、ＮｉめっきしたＳＵＳ３０４）に銅細線３１がこの金属板３２に接触しつつ整列されている。抑えパンチ３８を被切断物／銅細線３１の直径方向の寸法５〜６μｍ食い込んだところまで、押圧後、上金型３０を矢印３７で示すようにプレス圧を加えて銅細線３１及び薄い金属板３２を一緒に，薄い金属板３２を切りとおした直後まで矢印３６方向に切断する。
【００６６】
図３（ａ）に示すように、上金型３０は、薄い金属板３２に対し、銅細線３１を薄い金属板３２を切り通した。金属板３２も同時に切っても図３（ａ）の銅細線３１と、薄い金属板３２を併せた分、即ち途中で切断を中止し、後に板と微小円筒チップ４１との分離を容易にしても良い。
【００６７】
薄い金属板３２の目的は、金属細線単独で切断すると、毟り取る結果となり、長さ精度も達成できず、バリ、反りも抑えられないので、銅細線３１の形状保持のために用いられる。
【００６８】
即ち、極細銅線の形状を保ち、軟らかい銅細線３１を精度良く切断するため、剛性が銅よりも高い金属の板状基材に載せるものである。尚，本発明の微小金属球を得るための被切断対象の銅細線３１に対し、剛性及び安価入手の点で厚さ（Ｔ）１００μｍを選んだ。その理由は、厚さ２００μｍ以上では、一括切断が困難になり、厚さ５０μｍになると剛性が不足するとともに、価格が大幅にアップするからである。金属板３２の材質は鉄、Ｎｉ，又はＮｉ合金（特に電子管用カソードに用いられるＮｉ合金は容易に入手できる。）、ＳＵＳ等から選ばれるのが良い。後の分離の確実性からは、この金属板３２にめっきを施し、磁性の有無により、磁力選別を利用するのも良い。
【００６９】
また、押さえパンチ３８の目的は、押し込み量（５−６μｍ）制御で銅細線３１の固定と平坦性の確保のためで、過ぎると銅細線３１の変形量が大きく銅細線３１の長さ方向への銅の動きから、切断された微小円筒チップ４１の体積減少を抑えるためである。
【００７０】
切断された微小円柱体４１と、金属板小片４２とは、小片４０として一緒に排出されるが、前記条件で切断すると、比較的容易に分離する。
【００７１】
金属板３２は、図２（ａ）から分かるように、個々の銅細線３１よりも遥かに長い板小片４０として切断されるため、微小円柱体４１との分離が容易である。付着したままの状態になっていても、後に水中で、超音波振動を掛けるだけ容易に分離し、薄い金属板の小片４２を除去できる。
【００７２】
直径１６．４μｍ，長さ３８０μｍの切断の例でみると、凡そ１５０００個の外観では、異形状品や短尺品の混入は見られなかった。切断直後の微小円柱体４１での個数確認は容易ではなく、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像で異形状の有無を確認した。
【００７３】
図４（ａ）及び（ｂ）は銅極細線の切断小片（微小円柱体４１）と、その切断断面を夫々示すＳＥＭ写真である。２９個のＳＥＭ観察結果を別に示している。
【００７４】
加えて、微小円柱体４１からなる銅切断小片の切断側側面を見ると，図４（ｂ）に示すように、バリ、反り、つぶれなど見当たらず，後のプラズマ球状化処理でのプラズマトーチの投入に際し、分散された状態で投入可能となり、歩留まりの低下が避けられている。バリが大きく出ていれば、小片夫々のバリ同士が絡み、結果として複数の小片が一緒に溶融し、大きな球の混入する結果を招くが，その不安の無いことが分かった。
【００７５】
切断の生産性からは、先に潰した薄い金属板７，８二枚は長手方向両端部を僅かに切断除去し、前記金属板一枚と、その片面に銅線が整列されたものの二組を得、いずれか片方をプレスにより、前記金属細線が所望の長さになるように切断、もしくは前記金属船と前記薄い金属板分離の容易性確保から、前記金属板の厚み方向より僅かに多く（僅かに深く、しかし多すぎないように）切断して微小円柱チップを得ることが大切である。二枚一緒に切断すると、上刃に対し下側に位置する縁材側の微小円柱個片は、端部のバリが出易くしかも長さ精度が落ち、得られた球の直径バラツキで観察すると、実質±１．５μｍに相当する結果が得られた。
【００７６】
次に、本発明の球状化工程のプラズマ球化処理段階について説明する。
【００７７】
（プラズマ球化処理段階）
プラズマ球状化処理装置に、周知の粉末球状化法と同様に、粉末の代わりに微小円柱チップを用い，投入口付近の静電気除去に充分留意し、前記切断長さを勘案し，直径φ４０μｍ球を得るべく線切断を行い、この微小円柱体４１を投入した。前記微小円柱体４１を投入した。φ４０μｍの球が得られ、投入時付着したものを除去すると、殆ど真円で直径精度も、±５μｍの高精度なボールが得られた。加えて、切断された微小円柱体４１から、ボール良品は略９８％の歩留まりで、凡そ６００千球が得られ、周知の粉末球状化法によって得られた銅ボールより遥かに歩留まりも高く工業的に有効な方法と言える。
【００７８】
電子線の太さをφ２３μｍにした場合、φ４０μｍ球にすべく前記方法で解し・巻取りを成した後切断したが、刃の精度及びその精度に基づく微小円柱体４１のバラツキが若干低下する上同じ精度で切断出来ても、該微小円柱体４１の体積バラツキが増大してしまい、結果として士３．２μの精度だった。更にφ９μｍの電子線を試作し同様の試験を行ったが、断線を抑え切れなかった事と、切断先端部にバリが発生し、プラズマ球状化の時のプラズマトーチヘの微小円柱体４１の導入に、チップ同士の引っ掛かりや振動シューター上の滑りが定常的に行われず量産には無理であった。
【００７９】
したがって、市販電子線の最適サイズは、φ１００μｍ以下のボールを作る範囲では、φ１６．５μｍと判った。
【００８０】
なお、本発明の金属球としては、銅にかぎられるものではなく、球の硬度、非磁性、廉価性などがら、ＳＵＳ、Ｎｉも充分良い金属材料と言える。
【００８１】
本発明の主な狙いは、非特許文献３に示した論文のごとくの用途ゆえ、銅が最適の材料である。
【００８２】
前記切断の刃に関し、高純度銅と言ってもφ５０μｍ以上では精密に切断できず、加えて本発明の目的のごとく小さな球にするには、線材の直径は、求める球の直径よりかなり小さいのが良い。通常土２０μｍの切断公差は充分あり、注意すれば、±１５μｍも可能である。しかし一方、切断後の端面形状（可能な限りフラットでバリ無いのが好ましい）と、刃の精度維持（寿命）から前記条件が見出された。
【００８３】
本発明における電子線材料について説明する。
【００８４】
市販の電子線のφ１６．５μｍ品（ＳＥＩ−ＷＩＮ製）を分析した処、下記表１に示す通り実用に供し得るものであった。取り扱いにおいても、高純度故純粋な極細銅線でよリ軟らかい材質として取り扱うべきと考えられる。
【表１】
2005036301.tif 000003
さらに、本発明におけるはんだめっきについて説明する。
【００８５】
先に紹介した論文（はんだめっき）のごとく、金属微小銅球にはんだを片側２０μｍ成膜させ、断面観察、セルフアライメント、めっき層組織観察、など行ったが、全く支障無かった。
【００８６】
インナーバンプ用で、特に最外周直径のφ８０μｍのはんだ被覆銅コアマイクロボールが得られた。
【００８７】
図５は本発明の第２の実施の形態による解し巻き取り工程の説明に供せられる図である。図５を参照すると、床に置かれた素線用スプール１５から、極細線２１を竪に解し、２８００ｍｍから１０００ｍｍの高さに配置された薄い金属板２３に、金属板面内の中心軸を回転軸２４としてこの周囲に回転させることにより、直接巻き取られる。素線用スプール１５から巻き取り板２３にいたる線材の経路中の素線用スプール１５の上にパイプリング２２が凧滑車に代えて設けられている。パイプリング２２は、スプールの直径のφ１５０ｍｍより遥かに大きな直径を有し、素線用スプール１５に出来るだけ近づけ、解された金属細線２１と素線用スプール１５の端止め部との接触抵抗を増やさず細線を巻き取るものである。ただこの場合、巻き取り板２３に対し、極細線２１が振れて巻き取られ易い。
【００８８】
図６（ａ）は本発明で得られたはんだ被覆銅コアマイクロボールの通常のボールバンプとしての実装の可否評価の説明に供せられる図で、図６（ｂ）は図６（ａ）の部分拡大図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、はんだ被覆銅コアマイクロボール５１がバッド５２上に搭載されている。尚、符号５３はリードである。
【００８９】
一般的に搭載後の導通試験は、デイジーチェーン（ｄａｉｓｙ  ｃｈａｉｎ）と言われる回路を用いるが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、チップ外周囲のみの電気回路（基本的にはデイジーチェーンの一種）にて行ったところ、導通が得られ実用に供し得よる実装に用いられることが判った。
【００９０】
このように、本発明の実施の形態においては、線材を薄い金属板に巻き取って、所望の長さに切断して微小円柱体を作製している。この作製方法は、高精度なプレス（刃）により結果として微小円柱チップを個別に高速に切断を行なう為で、装置としても駆動部分の駆動範囲も小さく量産向きで効率も良い。一方、太い線材材から、円柱チップを得たい場合には必ずしも適していないと言える。
【００９１】
また、金属薄板７，８を重ねて切断したり、図５に示す方法で極細銅線を巻取りしてよってしまった場合については、得られたボールの直系のばらつきは平均的に±３〜４程度に納まったが、結果として導通試験の際、部分的に数箇所において、はんだ被覆銅コアマイクロボール５１がリフローの時に図６（ａ），（ｂ）に示すパッド５２から外れるか、チップと基板間の接続不十分により接続不良となった。時には、導通自体が不能になる場合があった。
【００９２】
本発明のボールを使用すると、直径のバラツキは±２．５μｍではあるものの、極端にサイズの違うボールの混入不良も無く、著しく優れていると思われる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上の説明の通り、本発明に係る微小金属球とその製造方法は、半導体素子を搭載するパッケージ（ＰＫＧ）に用いる金属球（マイクロボール）とそれの製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による細線の解し巻き替えし工程の説明に供せられる図である。（ｂ）は図１（ａ）の素線用スプールの側面断面図である。
【図２】（ａ）は微小円柱体の作製工程の説明に供せられる部分正面断面図、（ｂ）は微小円柱体の作製工程の説明に供せられる部分側面断面図、（ｃ）は金属板とともに切断された微小円柱体ブロックを示す断面図である。
【図３】（ａ）は微小円柱体作製工程の説明に供せられる部分断面図である。（ｂ）は金属細線の部分断面図である。（ｃ）は微小円柱体の斜視図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は銅極細線の切断小片と、その切断断面を夫々示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による解し巻き取り工程の説明に供せられる図である。
【図６】（ａ）は本発明で得られたはんだ被覆銅コアマイクロボールの通常のボールバンプとしての実装の可否評価の説明に供せられる平面図である。（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００９５】
１    端止め部
２，１５    素線用スプール
３    回転駆動軸
４，５    第１及び第２の凧滑車
６，１０，１４    金属細線
７，８    金属板
９    円筒巻取り体
２１    金属細線
２２    パイプリング
２３    巻き取り板
２６    床
２８    天井
３０    上金型（切断刃）
３１    銅細線
３２    薄い金属板
３５    下金型
３８    押さえパンチ
４０    小片
４１    微小円柱体
４２    金属板小片
５１    はんだ被覆銅コアマイクロボール
５２    パッド
５３    リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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