(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径1mm以下の微小プラスチック球に無電解めっき法にて膜厚0.5μm〜5μmの導電性金属膜を成膜した後、垂直軸で水平回転可能な槽内円周部に陰極、槽内中央部に陽極を配設しためっき槽内に送入されためっき液を回転円周部より排出する構成の水平回転めっき槽を用い、前記微小プラスチック球をめっき槽内に装入し、該めっき槽を回転数50〜800rpmから選定する定速回転数にて所要方向に正転次いで反転の定速運転する回転制御を周期的に繰り返しながら、正転と反転のいずれも前記定速運転中にのみ通電を行い、微小プラスチック球を槽内円周部の陰極に電気的に接触させて所要金属又は合金の電気めっきを施す微小プラスチック球へのめっき方法。
【請求項２】
請求項1において、めっき浴条件がイオン濃度1〜70g/l、電流密度0.05〜10A/dm2である微小プラスチック球へのめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外径１ｍｍ以下の微小プラスチック球を使用して半導体パッケージのバンプ芯材として用いられる微小球を効率よく製造するためのめっき方法に係り、水平回転可能なめっき槽を用い、これを高速で正転反転を周期的に繰り返すことにより、無電解めっきによる導電性金属膜を有した微小プラスチック球に凝集を生じたり、組成や膜厚みの不均一などの膜質の不良を発生することなく、高効率ではんだなどの合金や金属のめっきを成膜することが可能な微小プラスチック球へのめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプの半導体パッケージのバンプ芯材として用いられる微小球は、直径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度で、材質としては所定組成のハンダの他、最近では、電気特性や機械的特性を考慮して、コバール（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金）、Ｃｕ、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金などの金属球を芯材としてろう材を被覆したチップキャリアーが提案（特開昭６２−１１２３５５号）されている。
【０００３】
前記微小球の製造方法として、溶融金属を所定温度の液体中に滴下し、溶融金属自体の表面張力にて球形化してそのまま凝固するいわゆる液体中滴下方法（特開平７−２５２５１０号）、金型によるフォーミング等のいわゆる機械的塑性加工方法（特開平４−３５４８０８号）、金属粒又は金属片を非酸化性雰囲気中で平板上に載置して振動を加えながら加熱溶融してその表面張力で球形化してそのまま凝固する振動加熱方法（特公平２−５０９６１号）などが提案されている。
【０００４】
このように製造された微小球の外周面のろう材としては、要求される寸法精度や半導体パッケージとプリント基板との固着強度などにより適宜選定される。例えば、厚み５〜５０μｍの種々の組成からなるハンダ（Ｐｂ−Ｓｎ系）が被覆され、必要に応じてＮｉなどの下地層を形成することもある。
【０００５】
従来、外径が０．６７〜０．７５ｍｍのＣｕボールについては、一般に、陽電極をめっき槽外に配設したバレルを水平軸による垂直方向回転あるいは傾斜軸による傾斜回転させ、５〜１５ｒｐｍ程度の回転数にて通電しながらめっきするバレルめっき法が行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今日の半導体パッケージの高密度化に伴い、チップキャリアーとしてのボール径はさらに小さくなり、径０．２５ｍｍや０．１５ｍｍＣｕボールが要求され、さらにＢＧＡ用Ｃｕボールの軽量化、パッケージへの二次実装時の信頼性向上を目的として、ＢＧＡ用プラスチック球表面に金属めっき膜を被覆した弾性変形可能な軽量化ボールが提案されている。
【０００７】
微小プラスチック球は非導電性のため、該球表面に生産性の良好な電気めっき法にてはんだめっき膜を被覆することはできず、はんだめっき膜を微小プラスチック球表面に設けるには、まず予め該球表面に無電解めっき法にて導電性金属膜を被覆する必要がある。
【０００８】
次に、無電解めっき法による導電性金属膜を設けた微小プラスチック球に、バレルめっき法にてはんだめっき膜を設けるが、外径が１ｍｍ以下の微小球をバレルにて低速回転でいずれの方向に回転させても、比重が小さなプラスチック球は十分に撹拌されずに球同士の凝集を生じやすく、その上にめっき被膜が生成されて２個付きや３個付き等を生じたり、また、陰極との接触が不十分なためにめっき膜質の不良を発生する問題があった。
【０００９】
この発明は、上記の問題点を解決し、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプの半導体パッケージ用バンプ等として有効な量産性に優れ、しかも寸法精度が高い微小プラスチック球を極めて効率よく製造することを目的とし、無電解めっき法による導電性金属膜を設けた微小プラスチック球に凝集を生じたり、組成や膜厚みの不均一などの膜質の不良を発生することなく、微小プラスチック球表面に高効率ではんだなどの合金や金属のめっきを成膜することが可能な微小プラスチック球へのめっき方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、外径１ｍｍ以下の微小プラスチック球に均一で高品質の電気めっき膜を効率よく成膜できるめっき方法を目的に種々検討した結果、無電解めっき法による導電性金属膜を設けた微小プラスチック球に、水平回転可能なめっき槽を用い、これを高速で正転反転を周期的に繰り返して、表面にＣｕ等の金属やはんだなどの合金を電気めっきすることより、凝集を生じたり、膜質の不良を発生することなく均一に成膜できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわち、この発明は、外径1mm以下の微小プラスチック球に無電解めっき法にて膜厚0.5μm〜5μmの導電性金属膜を成膜した後、垂直軸で水平回転可能な槽内円周部に陰極、槽内中央部に陽極を配設しためっき槽内に送入されためっき液を回転円周部より排出する構成の水平回転めっき槽を用い、前記微小プラスチック球をめっき槽内に装入し、該めっき槽を回転数50〜800rpmから選定する定速回転数にて所要方向に正転次いで反転の定速運転する回転制御を周期的に繰り返しながら、正転と反転のいずれも前記定速運転中にのみ通電を行い、例えば、はんだめっきの場合は、イオン濃度5〜20g/l、電流密度0.1〜5A/dm2のめっき浴条件で、微小プラスチック球を槽内円周部の陰極に電気的に接触させて所要金属又は合金の電気めっきを施す微小プラスチック球へのめっき方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明方法で用いる水平回転型めっき装置の構造を図１に示す。めっき装置は、垂直軸１に支持されたテーブル２上に載置された円錐状のめっき槽３を主体とし、めっき槽３が垂直軸１の回転で水平回転するもので、めっき槽３の底部円周にリング状のカソード部（陰極）４、めっき槽３中央部にアノード部（陽極）６が設置されており、図に示すようにめっき液はホンプで薬液パイプ７よりめっき槽３内に送入されるとともに、カソード部４の下部に設けた通気性の良い多孔質板からなるポーラスリング５を通じて水平回転速度に応じた流速でめっき槽３の円周部外へ排出され、めっき槽３を覆うように配置された防滴槽８の排出口９よりめっき液を排出する構成からなる。
【００１３】
めっき槽３の回転時は、めっき槽３内に取り付けた液面センサー１０により、回転数に応じてポーラスリング５より流出するめっき液が補給されて、めっき液面が所定高さに維持される。
【００１４】
この発明によるめっき方法は、めっき槽３を特定の回転数で正転させ、その後反転させ、これを周期的に繰り返して行うもので、微小プラスチック球１１はめっき槽３の回転と停止の際に起こる遠心力と慣性力によって円周壁面への堆積と崩壊を繰り返し、徐々に位置を変えながらめっきされるため、凝集が起こり難くなることを特徴としている。
【００１５】
めっき槽３の回転を制御する基本制御パターンの一例を図２に示す。基本的には、加速回転→定速（高速）回転→減速回転→休止の動作からなっており、各パートの時間設定は自由にプログラミングできる。この発明において、所定の高速回転の定速運転時にのみ通電してめっきを行うもので、微小プラスチック球は回転による遠心力によって陰極と十分に接触されるため、均一で良質な金属皮膜が生成され、良質な微小金属球を得ることができる。
【００１６】
この発明において、微小プラスチック球の外径は、１．０ｍｍ以下とするが、これを越えると半導体パッケージのバンプ芯材として用いられるボール外径を越えてしまうためであり、材質としては、アクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリフェニレンサルファイドなどの一般的なプラスチックで微小球化が可能なものであればいずれのものも適用できる。
【００１７】
この発明において、微小プラスチック球に無電解めっき法にて膜厚０．５μｍ〜５μｍの導電性金属膜を成膜するが、球自体が非導電性であるため、目的とする電気めっきを施すために不可欠であり、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、はんだ等の金属、合金を成膜でき、膜厚みは０．５μｍ未満では電気めっき処理時に必要な導電性が確保できず、また５μｍを越えると、めっき時間やめっき液のコストの観点から問題を生じるため、０．５μｍ〜５μｍが望ましく、好ましくは１μｍ〜３μｍである。
【００１８】
この発明において、陽極は、一般の電気めっきと同様、目的とする金属種、合金組成に応じた金属を用いるが、陰極にはチタン、白金等の不溶性電極を円周壁にリング状に取り付けて用いることができる。
【００１９】
この発明では、Ｃｕ、はんだ、コバール（Ｆｅ‐Ｎｉ‐Ｃｏ合金）など、電気めっきによる金属皮膜形成が可能な全ての金属において、微小プラスチック球へのめっきが可能であり、めっき液中のイオン濃度、陰極電流密度は、対象とする微小プラスチック球の導電性膜並びにめっき金属に応じて適宜選定され、めっき浴条件としては、イオン濃度１〜７０ｇ／ｌ、電流密度０．０５〜１０Ａ／ｄｍ2が望ましい。
【００２０】
例えば、Ｃｕ被覆微小プラスチック球の製造に際して、めっき液中のＣｕイオン濃度は、４０ｇ／ｌ未満では極間電圧が高くガスが発生し、７０ｇ／ｌを越えると不均化反応が起こり良質なめっき被膜が得られないため、４０〜７０ｇ／ｌが好ましく、さらに好ましい条件は５０〜６０ｇ／ｌである。電流密度は、１Ａ／ｄｍ2未満では生産性が悪く、被膜表面がざらつき良好な被膜が得られず、１０Ａ／ｄｍ2を越えるとめっき反応時のガス発生が多く、ピンホールの発生が懸念されるため、１〜１０Ａ／ｄｍ2が好ましく、さらに好ましくは３〜５Ａ／ｄｍ2である。
【００２１】
また、Ａｕ被覆微小プラスチック球の製造に際して、めっき液中のＡｕイオン濃度は、１〜１５ｇ／ｌが好ましく、さらに好ましい条件は２〜１２ｇ／ｌで、電流密度は、０．０５〜２Ａ／ｄｍ2が好ましく、さらに好ましくは０．１〜１Ａ／ｄｍ2である。
【００２２】
この発明において、はんだ被覆微小プラスチック球の製造に際して、めっき液中の錫と鉛の合計イオン濃度は、５ｇ／ｌ未満では極間電圧が高くガス発生が生じ、２０ｇ／ｌを超えるとはんだ被膜組成のコントロールが難しくなるため、５〜２０ｇ／ｌが好ましく、さらに好ましい範囲は７〜１５ｇ／ｌである。
【００２３】
また、はんだ被覆微小プラスチック球の製造に際して、陰極電流密度は、０．１Ａ／ｄｍ2未満では生産性が悪い上、被膜表面がザラつき良好なめっき被膜が得られず、５Ａ／ｄｍ2を超えるとめっき反応時にガス発生が多くなり、ピンホールの多いめっきとなり良好なめっき被膜が得られないため、陰極電流密度は０．１〜５Ａ／ｄｍ2が好ましく、さらに好ましい電流密度範囲は０．２〜２Ａ／ｄｍ2である。
【００２４】
この発明において、めっき槽の回転数については、５０ｒｐｍ未満では十分な遠心力が得られず、陰極との接触が十分でないため、めっき表面の突起が多くザラついて良好なめっき被膜が得られず、また８００ｒｐｍを超えると、めっき液の飛散が生じ、安定しためっきができないため、５０〜８００ｒｐｍが好ましい。
【００２５】
この発明において、正転、反転する周期については、３秒未満では通電時間の割合が少なく能率的でなく、８秒を超えると陰極との接触時間が長く、金属球が陰極部に一部被着するので正転、反転する周期は、３〜８秒が好ましく、通電する定速回転時間は２秒〜６秒が好ましく、また、正転時間と反転時間は同一でも異なっていても良い。
【００２６】
この発明において、使用するめっき液は金属種に応じて適宜選定するが、Cuめっきの場合、硫酸銅、ピロリン酸銅等、また、はんだめっきの場合、アルカノールスルホン酸錫、アルカノールスルホン酸鉛、フェノールスルホン酸錫、フェノールスルホン酸鉛等をふくむめっき液を使用することができる。
【００２７】
【実施例】
実施例１
無電解Ｎｉ−Ｂめっき法により、２μｍの導電性金属膜としてＮｉ膜を被覆した外径０．１ｍｍの架橋アクリル球を１０万個用い、はんだめっき浴として錫７．９ｇ／ｌ、鉛２．１ｇ／ｌを含んだアルカノールスルホン酸、半光沢剤を含むｐＨ＜１のめっき液を用い、陽極板にはＳｎ／Ｐｂ＝６／４のはんだ板、陰極リングとしてＴｉリングを用い、浴温２３℃にて、電気めっきを実施した。
【００２８】
めっき条件は、陰極のＴｉリングを用い、めっき槽の水平回転数が６００ｒｐｍ、電流密度が０．５Ａｄｍ2、正転、反転周期が６秒からなる電気めっきを６時間行い、導電性金属膜としてＮｉ膜を被覆したアクリル球表面に３５μｍ厚みのの共晶はんだめっき層を被覆した。
【００２９】
得られたアクリル球のはんだめっきの凝集状態、組成のばらつき、膜厚精度、凝集状態を測定した。その結果を表１に示す。なお、組成ばらつき、膜厚精度は５０個をサンプリングして測定した平均値並びに最大値、最小値より求めた。
【００３０】
比較例１
実施例１と同様の導電性金属膜を有したアクリル球を用い、めっき装置に水平軸にて垂直方向に回転するバレルめっき装置を用い、回転数１０ｒｐｍで反転なしとした以外は、実施例と同じ条件でめっきを行い、はんだめっきの凝集状態、組成、膜厚精度を測定し、その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003874911.tif 000002
【００３２】
実施例２
無電解Ｎｉ−Ｂめっき法により、２μｍの導電性金属膜としてＮｉ膜を被覆した外径０．１ｍｍの架橋アクリル球を１０万個用い、Ｃｕめっき浴としてＣｕを５５ｇ／ｌ含んだ硫酸浴を用い、浴温３０℃にて、電気めっきを実施した。
【００３３】
めっき条件は、陰極リングとしてＴｉリングを用い、陽極板として含りん銅を用い、めっき槽の水平回転数が５００ｒｐｍ、電流密度が３Ａｄｍ2、正転、反転周期が６秒からなる電気めっきを１時間行い、導電性金属膜としてＮｉ膜を被覆したアクリル球表面に３０μｍ厚みのＣｕめっき層を被覆した。
【００３４】
得られたアクリル球の銅めっきの表面状態、膜厚精度、凝集状態を測定した。その結果を表２に示す。なお、表面状態、膜厚精度は５０個をサンプリングして測定した平均値並びに最大値、最小値より求めた。
【００３５】
比較例２
実施例１と同様の導電性金属膜を有したアクリル球を用い、めっき装置に水平軸にて垂直方向に回転するバレルめっき装置を用い、回転数１０ｒｐｍで反転なしとした以外は、実施例と同じ条件でめっきを行い、はんだめっきの凝集状態、組成、膜厚ばらつきを測定し、その結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
0003874911.tif 000003
【００３７】
【発明の効果】
この発明は、実施例に示すごとく、無電解めっき法による導電性金属膜を有した微小プラスチック球表面に、水平回転可能なめっき槽を用い、これを高速で正転反転を周期的に繰り返すことにより、微小プラスチック球に凝集を生じたり、組成や膜厚みの不均一などの膜質の不良を発生することなく、高効率ではんだなどの合金や金属のめっきを成膜することが可能で、均一なはんだ膜などをめっきした高精度な所要の外径を有する微小プラスチック球を効率よく大量生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に用いる水平回転型めっき装置の縦断説明図である。
【図２】めっき槽の回転を制御する基本制御パターンの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  垂直軸
２  テーブル
３  めっき槽
３ａ  めっき槽底部
４  カソード部
５  ポーラスリング
６  アノード部
７  薬液パイプ
８  防滴槽
９  排出口
１０  液面センサー
１１  微小プラスチック球
【図１】
0003874911.tif 000004
【図２】
0003874911.tif 000005