CN102376586A

CN102376586A - 电子器件用复合球的制造方法

Info

Publication number: CN102376586A
Application number: CN2010102592212A
Authority: CN
Inventors: 浅田贤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Neomax Co Ltd
Current assignee: Accurus Scientific Co Ltd
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: CN102376586B

Abstract

本发明的目的在于提供一种消除镀敷表面上产生的凹凸且具有平滑表面的电子器件用复合球的制造方法。本发明为一种电子器件用复合球的制造方法，是准备由球体构成的核心球，接着以包围所述核心球的方式形成镀焊锡层制成复合体，然后对所述镀焊锡层的表面进行平滑化加工。所述平滑化加工优选为使所述镀焊锡层的表面与介质接触而进行的。

Description

电子器件用复合球的制造方法

技术领域

本发明涉及用于以BGA(Ball Grid Array)为代表的面阵列端子型封装的连接端子等的形成了镀焊锡层的电子器件用复合球的制造方法。

背景技术

近年来，为了应对电子器件安装密度的高密度化要求，已在研究层叠封装(POP)、多芯片组件(MCM)等的3维高密度安装。将这种通过在高度方向上进行层叠而试图提高密度的封装，以焊锡球进行利用BGA的安装时，因无法承受封装自身的重量有时会发生压坏焊锡球的情况。这种压坏焊锡球的情况有可能导致焊锡球熔化而使形成的连接端子之间发生连接短路，将成为高密度安装的障碍。

为了解决上述问题，已提出了利用以焊锡覆盖熔点高于焊锡的、如由Cu构成的核心球而得到的复合球的安装(专利文献1)。其通过具备熔点高于焊锡层的核心球而能消除安装时连接端子的间隙高度被压坏的情况，可以进行封装的3维高密度安装。

专利文献1中提出通过利用镀敷将焊锡覆盖在核心球的表面而制造复合球，镀敷形成的覆盖层的优点在于，能得到具有电、热整合性的可供于实际应用中的稳定的成膜，并且滚动性优良。

另外，作为在核心球的表面覆盖焊锡的方法已有如专利文献2所公开的，使用阴极配置在槽内的圆周部、阳极配置在槽内中央部的在水平方向上可旋转的密封镀敷槽，以特定的高速旋转进行利用电镀法的镀焊锡，由此，提出了改进能够不发生凝集地形成均匀膜厚的镀焊锡层。

专利文献1：日本特开平11-74311号公报

专利文献2：日本特开平11-92994号公报

发明内容

在上述专利文献2所公开的电镀方法中，虽然在能够对核心球形成膜厚均匀的镀焊锡层这一点上有利，但即使是这种电镀方法有时仍因电镀时的电流密度等诸多条件而发生结晶成长变不均匀，其结果在表面上产生凹凸的情况。

关于这种表面上产生了凹凸的球，其球的滚动变差，搭载球时的位置精度也会变低。另外，由于凹凸，图像的检测也变得有难度，所以在搭载球后的图像处理装置中进行缺损判定时将发生不良。而且，还会引起形成突起时被卷入凹凸中的有机成分因回流时的熔融而气化并以孔隙残留于皮膜中，降低接合可靠性，或者从皮膜中释放气体成分时球会发生位置偏移这样的问题。

本发明的目的在于提供一种消除镀焊锡层的表面上产生的凹凸且具有平滑表面的电子器件用复合球的制造方法。

本发明人对实施了镀焊锡的电子器件用复合球表面性状的改进进行了研究，结果发现了可以对镀焊锡层表面的凹凸进行平滑化加工，从而完成了本发明。

即本发明为一种电子器件用复合球的制造方法，准备由球体构成的核心球，接着以包围所述核心球的方式形成镀焊锡层来制成复合体，然后对所述镀焊锡层的表面进行平滑化加工。

所述平滑化加工优选为使所述镀焊锡层的表面与介质接触而进行的。

另外，所述平滑化加工优选使所述复合体彼此接触而进行。

另外，所述平滑化加工优选在旋转槽内的液体中进行。

另外，所述液体优选为pH4～6的水溶液。

根据本发明，能够抑制通过镀敷处理而形成的镀焊锡层表面的凹凸，例如作为在半导体封装中的芯片载体进行实用时，将成为不可缺少的技术。

附图说明

图1为表示本发明复合球外观的利用扫描型电子显微镜得到的观察照片的一例的图。

图2为表示本发明复合球截面的利用扫描型电子显微镜得到的观察照片的另一例的图。

图3为表示本发明复合球外观的利用扫描型电子显微镜得到的观察照片的另一例的图。

图4为表示本发明复合球外观的利用扫描型电子显微镜得到的观察照片的另一例的图。

图5为表示平滑化加工前的复合体的外观以及截面的利用扫描型电子显微镜得到的观察照片的一例的图。

具体实施方式

本发明的电子器件用复合球的制造方法的最大特征在于对镀焊锡层的表面进行平滑化加工。

以前，对于在表面上形成了镀焊锡层的电子器件用复合球，着重于改进镀焊锡技术，并没有尝试过以其它手段对镀敷后镀敷层的表面进行改性。

本发明中，鉴于镀焊锡层的表面状态的问题，进行研究的结果发现可以作为镀焊锡工序的后处理施加平滑化加工，从而在实际中成功地形成了平滑面。

本发明的平滑化加工中例如可以应用使镀焊锡层的表面上形成的凹凸变形或机械性去除的物理手法、利用酸洗等去除凹凸的化学手法等。

作为简单的平滑化加工，可以通过使镀焊锡层的表面与介质接触而进行平滑化加工。介质是指研磨剂等的媒介，通过介质和镀焊锡层的接触而对镀焊锡层表面施加物理性应力，使凹凸面变形或者物理性去除凹凸面，可以进行表面的平滑化。作为所使用的介质材质，除了块状的研磨石、成型研磨石之外还可以使用有机物的研磨石等，可根据所处理的复合体的材质、形状、个数、所要求的表面最终完成状态等，适宜选择介质的材质、形状、投入量。

本发明中，上述介质的使用并不是必须，也可以是以形成镀焊锡层的复合体自身作为介质来发挥作用的，使所述复合体彼此接触而进行的平滑化加工。如此则具有避免平滑化加工时杂质附着于表面或杂质被挤入等因介质而引起的问题的优点。

并且，可以鉴于通过介质施加研磨力等的作用、以及上述杂质的附着等问题，适宜选择到底是使用介质还是只利用复合体彼此的接触。

本发明的平滑化加工中，作为对镀焊锡层表面施加物理性应力的手段，可通过搅拌等使复合体彼此、或者使复合体和所添加的介质流动，从而对复合体、介质赋予摩擦力使凹凸面变形，进而进行镀焊锡层表面的平滑化。在此，使复合体和介质流动时可以应用以搅拌棒等搅拌容器(槽)内的复合体、介质的方法，或者使容器(槽)旋转的方法。

在此，若使用旋转槽则容易使形成了镀焊锡层的复合体流动，能够增加复合体彼此、复合体与旋转槽的容器壁面或所添加的介质等的接触机会，容易进行平滑化加工。

另外，通过在液体中进行而能降低复合体彼此、复合体与旋转槽等容器的壁面、或者与所添加的介质等之间的过度摩擦，能够得到精度更高的平滑表面。另外，还具有抑制由于研磨而被去除的研磨物的再附着的效果。

在液体中进行平滑化加工时，作为所使用的液体的种类可以选择防止氧化的还原性物质、轻度溶解镀焊锡层并促进平滑化加工的溶解性物质。具体而言，纯水也可以，但是使用pH为4～6的酸性水溶液则更有效果。而且酸性的水溶液还可以期待去除由于镀敷层的平滑化而产生的研磨物和介质所生成的杂质的效果。优选的酸性溶液有磺酸类(甲磺酸等)溶液、羧酸类(草酸等)溶液。

另外，作为所使用的液体，在利用电镀法形成镀焊锡层时还可以将形成镀敷层时使用的镀敷液在不施加电压的状态下原样加以使用。另外，根据情况可以通过添加配合物形成剂、添加表面活性剂等而调整液体的性质。

本发明中，作为对象的核心球典型的是具有50～1500μm的直径。尺寸大于1500μm的核心球在电子器件用途中不多见，尺寸小于50μm小直径的核心球由于处理性的问题用途并不太多。

作为电子器件用途的核心球的材质，在对核心球要求良导体的特性时，选择Cu、Ni、Fe、Co等的金属单质或者合金，而不属于这种情况时可以是陶瓷、树脂球体。

另外，作为镀焊锡层典型的是厚度为0.01μm～50μm的厚度。该厚度应根据对焊锡要求的特性而适宜选择的。

作为电子器件的典型的焊锡组成系为Sn-Bi、Sn、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Au，通常使用熔点300℃以下的物质。

形成镀焊锡层的方法可适宜选择电镀法、非电镀法、热浸镀法等。

本发明中，重要的是镀焊锡层的平滑化加工，在镀焊锡层和核心球之间存在其它层也无所谓。典型的例如有在核心球中使用Cu时出于防止焊锡侵蚀Cu核心球的目的而形成的Ni防护层等。

本发明中，作为进行平滑化加工的装置优选在如上述所述的旋转槽内的液体中进行，作为旋转槽可以适宜选择垂直滚筒式、水平滚筒式、倾斜滚筒式等。

在水平滚筒式中，旋转方向优选的是为防止因重力而引起的流动而向其导入停止、反转、速度可变等的动作等，以使平滑化加工均匀进行。这种旋转槽的运作条件可以根据旋转槽的大小、所处理复合体的尺寸、量而适宜选择。

另外，在旋转槽中进行镀焊锡时，也可以通过自镀敷处理结束开始以不施加电压的方式使旋转槽旋转而在镀敷处理后连续地实施平滑化加工。根据本发明得到的电子器件用复合球的表面能够达到在JISB0601测定中Rz 5μm以下、Ra 2μm以下。

【实施例1】

首先，作为由球体构成的核心球，准备了67万个对直径200μm的Cu球表面实施了厚度2μm的成为基底层的镀Ni的球体。作为镀敷液准备了含22g/L的Sn、1g/L的Ag的甲磺酸镀敷液(pH4)，作为镀敷装置使用了具备对角长度60mm、宽度110mm的六角柱形状的、在水平轴上沿垂直方向旋转的旋转槽的滚筒镀敷装置，将旋转槽浸渍于镀敷液中，形成了镀焊锡层。镀敷条件设为旋转槽的旋转速度80rpm、电流密度0.15A/dm²，仅以一个方向的旋转进行了6小时的电镀，形成厚度为25μm的Sn-3％Ag(质量％)镀焊锡层，得到了复合体。

图5表示对形成了镀焊锡层的保持原样的复合体的外观以及截面用扫描型电子显微镜观察的结果。如图5所示，可看出复合体的表面上形成有凹凸。

接着，将所得复合体全部转移到内径280mm、高度40mm的圆筒形的能在垂直轴上水平旋转的旋转槽内，其后加入含22g/L的Sn、1g/L的Ag且液体pH被调整为3.0、4.0、5.0以及6.0的甲磺酸镀敷液4升，实施1、3、5小时的转速500rpm、正转和反转的周期10秒的旋转，进行了不使用介质仅使复合体彼此接触的平滑化加工，得到了电子器件用复合球。

图1表示对本发明的镀焊锡层表面实施平滑化加工得到的电子器件用复合球的一例的外观，用扫描型电子显微镜观察的结果。其中，图中的电子器件用复合球以外被观察到的不定形纹路是观察时混入的异物，与本发明的电子器件用复合球没有直接联系。如图1所示，可确认到在调整为任意pH值的镀敷液中，只要进行1个小时的平滑化加工，镀焊锡层的表面就变得比图5的未实施平滑化的复合体更平滑。

另外，还确认了通过实施3小时的平滑化加工而能使镀焊锡层的表面更平滑，通过实施5小时的平滑化加工而能得到基本近似球形的形状，得到了作为半导体封装等的电子器件用复合球最适的球。另外，还确认到随着pH变高，能以更短的时间使镀焊锡层的表面变平滑。

图2表示用扫描型电子显微镜对在上述中所得的、将pH调整为4.0的甲磺酸镀敷液中实施了1、3、5小时的平滑化加工的电子器件用复合球的截面进行观察的结果。如图2A所示，从截面也可看出本发明例的电子器件用复合球通过实施1小时的平滑化加工而使镀焊锡层的表面变得比图5的未实施平滑化加工的复合体更平滑。

另外，如图2B所述，通过实施3小时的平滑化加工而能使镀焊锡层的表面更加平滑，如图2C所示，通过实施5小时的平滑化加工而能得到基本近似球形的形状。

接着，使用基恩士公司制造的激光显微镜(VK-9700)，对任意抽取的5个电子器件用复合球进行了表面粗糙度的测定。测定条件是测定尺寸为100×100μm，测定了测定尺寸内的表面积以及JIS B0601(2001年)所规定的、算术平均粗糙度Ra。测定结果表示于表1。确认到了相对于平滑化加工前的复合体的Ra 1.805μm，本发明的实施了平滑化加工的电子器件用复合球随着处理时间的变长或pH的变高，平滑化的效果将越来越高。并确认到尤其是通过pH4.0～6.0、5小时的平滑化加工能得到平滑的表面。

表1

【实施例2】

在与实施例1同样的条件下得到复合体之后，将所得复合体全部转移至与实施例1相同的能在垂直轴上水平旋转的旋转槽内，然后加入纯水(pH7)4升，进行实施了5小时的以转速500rpm、正转和反转周期为10秒的旋转，不使用介质使复合体彼此接触而实施平滑化加工，得到了电子器件用复合球。

图3表示用扫描型电子显微镜对本发明的镀焊锡层的表面实施平滑化加工得到的电子器件用复合球的一例的外观进行观察的结果。如图3所示，确认到了本发明的电子器件用复合球即使在纯水中实施平滑化加工也能得到与实施例1中所得的电子器件用复合球同等平滑的表面，镀焊锡层的表面变得比图5的未实施平滑化加工的复合体更加平滑。

接着，使用基恩士公司制造的激光显微镜(VK-9700)，对任意抽取的5个电子器件用复合球进行了表面粗糙度的测定。测定条件是测定尺寸为25×25μm，对任意的5点测定了JIS B0601(2001年)所规定的最大高度Rz。

其结果是，确认到相对于比较例的平滑化加工前的复合体中，5个球的最大高度Rz的最大值为7.89μm、最小值为3.96μm、平均值为5.92μm，本发明例的实施了5个小时的平滑化加工的电子器件用复合球中，5个球的最大高度Rz的最大值为3.35μm、最小值为1.06μm、平均值为1.93μm，镀焊锡层的表面变平滑，能够得到作为半导体封装等的电子器件用复合球最适的球。

【实施例3】

在与实施例1相同的条件下得到复合体之后，将所得复合体全部转移至与实施例1相同的能在垂直轴上水平旋转的旋转槽内，然后作为介质装填了5万8千个(25g)直径450μm的Cu球。然后添加含22g/L的Sn、1g/L的Ag的甲磺酸镀敷液(pH4.0)4升，进行5小时的转速500rpm、正转和反转周期为10秒的旋转，实施平滑化加工，得到电子器件用复合球。

图4表示用扫描型电子显微镜对本发明的镀焊锡层表面实施平滑化加工得到的电子器件用复合球的一例的外观进行观察的结果。如图4所示，确认了通过投入介质实施平滑化加工而能得到同于实施例1所得的图1的未投入介质并实施相同时间的平滑化加工的表面，能够得到作为半导体封装等的电子器件用复合球最适的球。

Claims

1.一种电子器件用复合球的制造方法，其特征在于，准备由球体构成的核心球，接着以包围所述核心球的方式形成镀焊锡层来制成复合体，然后对所述镀焊锡层的表面进行平滑化加工。

2.根据权利要求1所述的电子器件用复合球的制造方法，其特征在于，所述平滑化加工是使所述镀焊锡层的表面与介质接触而进行的。

3.根据权利要求1或2所述的电子器件用复合球的制造方法，其特征在于，所述平滑化加工是使所述复合体彼此接触而进行的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子器件用复合球的制造方法，其特征在于，所述平滑化加工是在旋转槽内的液体中进行的。

5.根据权利要求4所述的电子器件用复合球的制造方法，其特征在于，所述液体是pH4～6的水溶液。