(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、直径0.3mm以下の金属線をその長さLと直径Dの比L/Dが0.7〜1.5の長さに切断してこれを溶融凝固した出発金属片を前記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、前記正転と反転のいずれも定速運転中にのみ通電を行い、出発金属片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し、外径1mm以下の微小金属球にする微小金属球の製造方法。
【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である微小金属球の製造方法。
【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Ｃｕボールなどの微小金属球を効率よく製造する方法に係り、直径０．３ｍｍ以下のＣｕ等の金属線を所要長さに切断してこれを溶融凝固した出発金属片に、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、表面にＣｕ、はんだなどの合金や金属をめっきして外径１ｍｍ以下の高精度な微小金属球を得る微小金属球の製造方法に関する。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
上記の液体中滴下方法や機械的塑性加工方法においては、比較的大径の微小球を得ることが可能であるが、いずれも作業性が悪く大量生産に不向きであり、特に液体中滴下方法では寸法精度のばらつきが大きく、ＢＧＡタイプの半導体パッケージ用バンプとして要求される寸法精度を有する微小球を確保するためには、所要の外径の金属球を分級により分離する必要があり、非常に歩留りが悪くコストアップの要因となっている。
【０００５】
また、機械的塑性加工方法においても球径に応じて種々の金型が必要となり、上記の作業性とともにコストアップの要因となっている。
【０００６】
治具内で加熱溶融させて金属球を得る方法においても、得られる金属球の外径のばらつきは個々の切断片の単重ばらつきに起因しており、例えば、はんだのように柔らかい金属の場合、同じ単位重量を持った金属球を得ることの困難さから、球径にばらつきを生じ、液体中滴下方法と同様に非常に歩留りが悪い問題がある。
【０００７】
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として有効な量産性に優れしかも寸法精度が高い微小金属球、特に外径１ｍｍ以下の微小金属球を極めて効率よく製造できる、微小金属球の製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、外径１ｍｍ以下のＣｕボールなどの微小金属球を効率よく製造する方法を目的に種々検討した結果、直径０．３ｍｍ以下のＣｕ等の金属線を所要長さに切断してこれを溶融凝固させて球状化した出発金属片に、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めっきすることより、高精度な外径１ｍｍ以下の微小金属球が得られることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
この発明は、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、直径0.3mm以下の金属線を所要長さ、すなわち金属線の長さLと直径Dの比L/Dが0.7〜1.5に切断してこれを溶融凝固した出発金属片を前記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、前記正転と反転のいずれも定速運転中にのみ通電を行い、例えば、イオン濃度1〜70g/l、電流密度0.05〜10A/dm2のめっき浴条件で、出発金属片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ことにより、高精度な外径1mm以下の所要の外径を有する微小金属球を得ることを特徴とする微小金属球の製造方法である。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、微小な出発金属片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。
【００１３】
従って、この発明によるめっき方法では、出発金属片１１は円周壁面への堆積と崩壊を繰り返すが、外径の大きな金属片では陰極に達するのに十分な運動エネルギーを得ることができずにめっきが施されず、逆に、外径の小さな金属片ではめっきにより目的とする外径となるまでめっき層を増大させることが可能で、結果として、出発金属片１１はめっき層によって外径の揃った微小金属球となる。
【００１４】
この発明において、出発金属片１１を所定の外径の微小金属球とするには、後述する回転数によっても異なるが、めっき槽底部３ａ面とカソード部４の下面との間の距離ｈを変化させることにより、任意の外径の微小金属球が得られるもので、所定の外径の微小金属球を得るには、ポーラスリング５もしくはこれに代わる不導体スペーサーの厚みを適宜選定することにより可能で、設備の上でコストを低減できる利点がある。
【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、微小金属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、金属線を所要長さに切断してこれを溶融して出発金属片となすが、金属線の直径が０．３ｍｍを越えると、線材の切断長さの不可避のばらつきに起因する出発金属片の外径のばらつきが増大して、外径を均一に揃えてめっきするのにより多くの時間を要するため好ましくなく、金属線の直径は０．３ｍｍ以下が好ましい。
【００１７】
この発明において、金属線の長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄは、０．７未満では、線材の切断が困難であり、１．５を越えると溶融によって球体に近い金属片を得ることが困難となるため、Ｌ／Ｄは０．７〜１．５が好ましい。
【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、目的の微小金属球の外径に応じてめっき槽底部面より所定の距離に設定された位置に配設して用いる。例えば、外径が０．２５ｍｍのＣｕボールをめっき槽の回転数５００ｒｐｍの条件で製造する場合、めっき槽底部面より１５ｍｍ離れた位置に陰極リングを配設すると良い。
【００１９】
この発明では、Ｃｕ、はんだ、コバール（Ｆｅ‐Ｎｉ‐Ｃｏ合金）など、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金属球の製造が可能であり、めっき液中のイオン濃度、陰極電流密度は、対象とする出発金属片と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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
【実施例】
実施例１
直径Ｄが０．２０ｍｍのＣｕ細線を長さＬが０．２ｍｍ、長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄが１となるように切断し、これを溶融して球状化して１５万個の出発金属片となし、外径０．２５ｍｍ±０．０１５ｍｍのＣｕ球を得るために、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。
【００２６】
めっき条件は、陰極リングとしてチタンリングを槽底部から１５ｍｍの位置に配置し、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３Ａ／ｄｍ2、正転、反転周期が６秒からなる電気めっきを９時間行い、Ｃｕ出発金属片表面にＣｕめっき層を被覆した。
【００２７】
得られた金属球の粒度分布、並びに外径０．２５ｍｍ±０．０１５ｍｍを規格とした場合の歩留りを測定し、表１に示す。なお、粒度分布は２００個をサンプリングして測定した平均値並びに最大値、最小値から求めた。
【００２８】
比較例１
外径０．２５ｍｍ±０．０１５ｍｍのＣｕ球を得るため、直径が０．２０ｍｍのＣｕ細線を長さが０．２５ｍｍとなるように切断して、振動平板上で加熱溶融法により得られた金属球の粒度分布、並びに外径０．２５ｍｍ±０．０１５ｍｍを規格とした場合の歩留りを測定し、表１に示す。粒度分布は実施例１と同様方法にて行った。
【００２９】
実施例２
直径Ｄが０．１５ｍｍ、Ｓｎ／Ｐｂ＝１／９のはんだ細線を長さＬが０．１５ｍｍ、長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄが１となるように切断し、これを溶融して球状化して１０万個の出発金属片となし、外径０．２０ｍｍ±０．０１２ｍｍのはんだ球を得るために、はんだめっき浴として錫２．３ｇ／ｌ、鉛７．７ｇ／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、浴温２３℃にて、電気めっきを実施した。
【００３０】
めっき条件は、陰極リングとしてチタンリングを槽底部から１８ｍｍの位置に配置し、陽極板としてＳｎ／Ｐｂ＝１／９のはんだを用い、めっき槽の水平回転数が６００ｒｐｍ、電流密度が０．４Ａｄｍ2、正転、反転周期が５秒からなる電気めっきを６時間行い、はんだ出発金属片表面にはんだめっき層を被覆した。
【００３１】
得られた金属球の粒度分布、並びに外径０．２０ｍｍ±０．０１２ｍｍを規格とした場合の歩留りを測定し、表１に示す。粒度分布は実施例１と同様方法にて行った。
【００３２】
比較例２
外径０．２０ｍｍ±０．０１２ｍｍのはんだ球を得るため、直径が０．１８ｍｍ、Ｓｎ／Ｐｂ＝１／９のはんだ細線を長さが０．１７ｍｍとなるように切断し、振動平板上で加熱溶融法により得られた金属球の粒度分布、並びに外径０．２０ｍｍ±０．０１２ｍｍを規格とした場合の歩留りを測定し、表１に示す。粒度分布は実施例１と同様方法にて行った。
【００３３】
【表１】
0004023526.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
この発明は、実施例に示すごとく、直径０．３ｍｍ以下のＣｕ等の金属線を所要長さに切断してこれを溶融凝固させて球状化した出発金属片に、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めっきすることより、微小金属球がそれ自体に凝集を生じることなく、高精度な外径１ｍｍ以下の所要の外径を有する微小金属球として、効率よく大量生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明に用いる水平回転型めっき装置の縦断説明図、Ｂはめっき槽底部の詳細を示す要部縦断説明図である。
【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
【図１】
0004023526.tif 000003
【図２】
0004023526.tif 000004