(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バレル方式を用いる電気めっき法にて直径が0.1mm〜1.0mmの微小球にハンダ被膜を生成する方法において、錫と鉛の総イオン濃度が20〜50g/lであるアルカノールスルホン酸浴又はフェノールスルホン酸浴を用い、かつ0.03〜0.3A/dm2の電流密度範囲で電気めっきを行うことにより、ハンダ被膜中の水素量を0.05ppm以下に低減した微小球のハンダめっき法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直径が０．１〜１．０ｍｍ程度の微小球、特に金属球の外周面にハンダめっき被膜を設けるハンダめっき法の改良に係り、高イオン濃度のめっき液を用いて、極めて低い電流密度で電気めっきを行い、微小球表面に所定厚みの水素含有量の少ないハンダめっき被膜を設けた微小球のハンダめっきに関する。
【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パ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】
通常のハンダめっき方法は、バレル方式を用いる場合、イオン濃度が５〜１３ｇ／ｌ、電流密度０．５〜３．０Ａ／ｄｍ2で行われる。（例えば、めっき教本電気鍍金研究会編、日刊工業新聞（１９８６年刊、１９９６年第９版重版  Ｐ１３２〜Ｐ１３７）に記されている。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして外周面にハンダめっき被膜を設けた微小球は、パッケージボードに加熱溶着する際に、ハンダめっき被膜に膨れが生じ、この膨れが破裂する際にボールが該基板から剥離飛散する問題、あるいは加熱装着後のハンダめっき被膜内にボイド（空隙）ができる問題があった。
【０００７】
そのため従来は、パッケージボードの加熱装着する前に、予め真空中または不活性ガス中で加熱して、脱ガス処理を行う必要があった。また、この処理を行うとハンダが一部溶融してめっき被膜厚さが不均一になるという問題もあった。
【０００８】
また、発明者らは、従来のこれらの問題について種々検討し、微小球のハンダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量と相関関係があり、問題解決にはハンダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量を極力低減する必要があることを知見し、ハンダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量を低減できるめっき方法として、めっき浴に不活性ガスを導入してバブリングしながらめっきを行う方法（特願平８−１８８８３４号）や、めっき浴槽全体を減圧に保持する方法（特願平８−２１５４２９号）を提案した。
【０００９】
しかし、上記方法は、新たな処理工程を追加する必要があったり、めっき反応時にいろいろな付帯反応設備を取り付ける必要があり、作業性が劣るという問題があった。
【００１０】
この発明は、上述の問題に鑑み、工程が簡単で、ハンダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量を低減できる微小球のめっき方法の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、めっき反応を詳細に解析し、発生する水素ガスを除去するのではなく、水素の発生そのものをめっき処理中で抑制する方法について鋭意検討した結果、総イオン濃度を高濃度にし、かつ低い電流密度で電気めっきを行うことにより、水素の発生を抑制でき、水素量を０．０５ｐｐｍ以下、特に０．０３ｐｐｍ以下に低減したハンダ被膜を生成できることを知見し、このめっき方法にて微小球、特に金属球にハンダめっき被膜を設けると、前述した被膜の膨れにて微小球が基板から剥離飛散する問題や被膜内にボイドができる問題を解消できることを確認し、この発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、バレル方式を用いる電気めっき法にて直径が0.1mm〜1.0mmの微小球にハンダ被膜を生成する方法において、錫と鉛の総イオン濃度が20〜50g/lであるアルカノールスルホン酸浴又はフェノールスルホン酸浴を用い、かつ0.03〜0.3A/dm2の電流密度範囲で電気めっきを行うことにより、ハンダ被膜中の水素量を0.05ppm以下に低減したことを特徴とする微小球のハンダめっき法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明によるめっき法は、めっき浴中の錫と鉛の合計イオン濃度を通常条件の５〜１３ｇ／ｌよりも増加させて、２０〜５０ｇ／ｌの高イオン濃度のめっき液を用いることによって、錫−鉛析出電位が貴な側へ移行することを利用し、かつ０．０３〜０．３Ａ／ｄｍ2の低電流密度に設定することによって、ハンダ（錫−鉛合金）の析出電位を水素の発生電位よりも貴に保つことができ、水素の発生量を著しく抑制することができるものである。
【００１４】
この発明において、めっき浴中の錫と鉛の合計イオン濃度は、２０ｇ／ｌ未満では水素発生電位より貴な電位が得られ難く、水素の発生を伴い、また５０ｇ／ｌを越えるとハンダ被膜組成（錫と鉛の比率）のコントロールが難しくなるため、めっき浴のイオン濃度を２０〜５０ｇ／ｌに限定した。好ましい濃度範囲は２５〜３５ｇ／ｌである。
【００１５】
なお、めっき浴中の錫と鉛の合計イオン濃度中の錫、鉛イオン濃度は、所望するハンダめっき組成及びめっき条件によって異なるが、例えば錫６０％、鉛４０％のハンダ被膜組成を得るためには、アルカノールスルホン酸浴を用いて総イオン濃度を３０ｇ／ｌ、０．１Ａ／ｄｍ2でめっきする場合、錫（Ｓｎ2+）イオン濃度２４〜２７ｇ／ｌ、鉛（Ｐｂ2+）イオン濃度３〜６ｇ／ｌに調整することが好ましい。
【００１６】
また、陰極電流密度については、０．０３Ａ／ｄｍ2未満では生産性が著しく悪くなる上、被膜表面がザラつき良好なめっき被膜が得られない。また０．３Ａ／ｄｍ2を越えるとめっき反応時の水素発生量が増大し、めっき被膜中の水素含有量が増大し目的とする製品が得られない。従って、陰極電流密度を０．０３〜０．３Ａ／ｄｍ2に限定した。さらに好ましい陰極電流密度範囲は０．０６〜０．１５Ａ／ｄｍ2である。
【００１７】
この発明のめっきに使用するハンダめっき液としては、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などを含むめっき液を使用することができ、電気めっき方法としては各種形状のバレル方式を用いることができる。
【００１８】
また、この発明において、微小球は、従来技術として先に詳述した各種製法で得られる直径が0.1mm〜1mmのCu、ハンダなどの金属球のほかに、プラスチックス球に金属被膜した球であっても同様にめっきすることができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
直径が０．６ｍｍのＣｕ線をプレスマシンによって定寸切断し、直径Ｄ＝０．６ｍｍ、長さＬ＝０．６４ｍｍの円柱状個片（Ｌ／Ｄ＝１．０７）としたＣｕ個片を作製し、これらを高級アルコールで脱脂した後、カーボン製の平板状個片配置治具に形成されている穴内に振り込み配置した後、水素雰囲気中で１１５０℃の電気炉内に２０分配置して加熱溶融した後、２５℃／分の冷却速度で冷却して凝固させ直径０．７ｍｍのＣｕボールを作製した。
【００２０】
ハンダめっき浴として、錫（Ｓｎ2+）  ２５．２ｇ／ｌ、鉛（Ｐｂ2+）  ４．８ｇ／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２４℃にて電気めっきを開始した。電気めっきは、水平バレルを用い、陰極電流密度０．０６Ａ／ｄｍ2、陰極板としてＳｎ／Ｐｂ＝６／４にて電気めっきを２２時間めっきを行い、Ｃｕボール外周面に膜厚み３７μｍの共晶ハンダめっき層を被覆した。
【００２１】
得られたこの発明によるハンダめっき層を有するＣｕボールを、２００℃、２１０℃、各１０秒間、各条件１０００個を溶着した時の膨れ発生率及び基板からの剥離飛散率を測定した。表１にその結果を示す。また、ＴＣＤ検出器法により、室温から６００℃間で温度を上昇させながら水素ガスの放出量を測定温度におけるピークごとに測定した。表２にその結果を示す。
【００２２】
比較例１
実施例１と同様に作製したＣｕボールを用い、Ｓｎ2+  ８．３ｇ／ｌ、Ｐｂ2+１．５ｇ／ｌ以外は実施例と同一組成のめっき液を用い、実施例と同一条件でＣｕボール外周面に膜厚み３７μｍの共晶ハンダめっき層を被覆した。その後、実施例１と同様に膨れ発生率、基板からの剥離飛散率、水素ガス放出量をそれぞれ測定した。その結果を表１，２に示す。
【００２３】
【表１】
0003837446.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003837446.tif 000003
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、電気めっきにてハンダ被膜を生成するにおいて、錫と鉛の総イオン濃度が２０〜５０ｇ／ｌのめっき液を用い、かつ０．０３〜０．３Ａ／ｄｍ2の極めて低い電流密度範囲で電気めっきを行うことにより、ハンダめっき被膜中に吸蔵される水素量を０．０５ｐｐｍ以下に低減できるもので、当該方法にて微小球にハンダめっき被膜を設けると、実施例に明らかなようにハンダめっき被膜を設けた微小球がパッケージボードに加熱溶着した際に被膜の膨れが激減し、基板から微小球が剥離飛散する問題が解消される。