JP2000160201A - 金属ボールの製造方法 - Google Patents
金属ボールの製造方法Info
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Abstract
金属ボールを製造する方法において、治具との離脱性の
向上を図ること、さらに微小径であっても極めて寸法精
度、真球度のよい金属ボールの製造方法の提供。 【解決手段】 BN、AlN、Cのいずれかからなる濡れ性の
低い微粉末を層状に治具上に介在させて金属片を載置す
るか、金属片表面に層状に付着させてから治具に載置あ
るいはその穴内に個々に振込配置することにより、溶
融、冷却後の治具との離脱性が極めて良好になり、治具
の長期使用が可能となるだけでなく、治具上又は金属片
表面の層状の微粉末は金属片が溶融時に表面張力で球体
化することを妨げることなく、また得られる金属ボール
の表面性状を劣化させることもないため、寸法精度、真
球度も大きく向上する。
Description
ジ用バンプとして有効なCuなどの金属ボールの製造方法
に係り、所要寸法の金属片を加熱溶融、冷却して微小金
属ボールとなす際に、治具上に濡れ性の低い微粉末を層
状に介在させて金属片を載置し、治具との離脱を確保す
るとともに、寸法精度と生産性を大きく向上させた金属
ボールの製造方法に関する。
A(Ball Grid Array)タイプの半導体パッケージ用バンプ
や、装飾用材、配線用電極、リレーの接点などに使用さ
れるもので、製造方法としては、目的直径に近い寸法の
金属ワイヤーより切断された金属片を平板状の治具で加
熱溶融させ、表面張力で球状化させる方法(特開昭58-11
3586号)が一般に採用されている。
成された複数の穴内に金属片を個々に振込配置し、治具
とともに非酸化性雰囲気内にて溶融点以上の温度で加熱
溶融させる方法が提案(特開平7-824113号)されている。
て、黒鉛粉を主体とする粉末中に金属片を埋めて加熱溶
融し、金属ボールを製造する方法が提案(特開平10-8113
号)されている。
方法は、大量の金属片を同時に扱えるため取扱性にすぐ
れるが、金属ボールが治具に接触する面が平坦であると
寸法精度が劣るだけでなく、治具の劣化に伴い溶融後の
金属ボールの離脱性が悪くなり、治具の短命化と生産効
率の低下が懸念され、この傾向は特に、直径0.4mm以下
の微小径になる程著しい。
埋め込んでいるために表面状態が悪く、また、寸法精度
も所望の寸法に対しても±0.1mmの誤差が生ずる場合が
ある。
却して微小金属ボールを製造する方法において、治具と
の離脱性の向上を図ることを目的とし、さらに微小径で
あっても極めて寸法精度、真球度のよい金属ボールを製
造可能な製造方法の提供を目的としている。
後の治具との離脱性と真球度の向上を目的に、微粉末を
用いる方法について種々検討した結果、BN、AlN、Cのい
ずれかからなる濡れ性の低い微粉末を層状に治具上に介
在させて金属片を載置するか、金属片表面に層状に付着
させてから治具に載置あるいはその穴内に個々に振込配
置することにより、溶融、冷却後の治具との離脱性が極
めて良好になり、治具の長期使用が可能となるだけでな
く、治具上又は金属片表面の層状の微粉末は金属片が溶
融時に表面張力で球体化することを妨げることなく、ま
た得られる金属ボールの表面性状を劣化させることもな
いため、寸法精度、真球度も大きく向上することを知見
し、この発明を完成した。
にCu、Al、Niなどの金属片を載置する際に、BN、AlN、C
などからなる平均粒径が2μm〜10μmの濡れ性の低い微
粉末を、5μm〜50μm厚みの層状に介在させるか、金属
片表面に層状に付着させ、金属片を加熱溶融後に冷却し
て球状に凝固させることを特徴とする金属ボールの製造
方法である。
なる材料にはいずれの金属、合金も適用可能であるが、
半導体パッケージ用バンプや、装飾用材、配線用電極、
リレーの接点などの用途には、Cu、Al、Ni並びにこれら
の合金が最適である。
ルの体積に応じて個片の寸法を決定して断面円形や矩形
のCu線材より切断するが、使用する治具や治具の穴形状
などに応じて、最も効率よく球状化する線材外径Dと切
断長さLとの比L/Dを決定するとよい。
用する金属片材料に応じて適宜選定できるが、Cu、Al、
Niなどに対する濡れ性の低い微粉末としては、BN、Al
N、Cが望ましく、いずれも単独の微粉末として使用する
とよい。その平均直径は、2μm未満では粉末の流動性が
低下して治具上又は金属ボール表面上に層状に形成でき
ず、10μmを超えると得られる金属ボールの表面性状が
悪化するため、平均粒径は2μm〜10μmの範囲が好まし
い。
用いるもので、治具上あるいは多数配置した治具の凹部
内に5μm〜50μmの層状になるように敷いて金属片を載
せるか、あるいは金属片の表面に微粉末を5μm〜50μm
の層状に付着させる。微粉末の層厚みが5μm未満では、
粉末による治具からの離脱性の向上効果にバラツキが発
生し、また通常の製法で得られた線材表面に50μmを超
えると表面に付着させることが困難となり、また熱伝導
性が極端に低下するため冷却温度が遅くなり、金属ボー
ル表面の状態が悪化するため、5μm〜50μm厚みの層状
で使用するとよい。
になるように敷いてから、例えば振動フィーダーなどで
金属片を振り込み載置したり、振動フィーダーなどで金
属片を供給する途中または振り込み前に微粉末を給粉し
て表面に層状に付着させるなどの方法を採用することが
できる。また、平板治具上に上記微粉末を層状配置して
から振り込み用の貫通孔を設けた治具板を載せ、金属片
を該貫通孔に振り込み微粉末上に載置する方法も採用で
きる。
純物の混入を防止するために事前に非イオン系高級アル
コール洗剤、中性洗剤や有機溶剤等によって洗浄(脱脂)
した後も層状に付着させることが可能である。
属との濡れ性が悪い材料が望ましく、カーボン製、アル
ミナや炭化ケイ素等のセラミックス製、表面に酸化被膜
を形成してなる耐熱鋼製等の使用が好ましいが、さら
に、上記微粉末で用いたBN、AlN、Cの単体又は複合物の
焼結体を使用すると、金属片に対して濡れ性が低く、熱
伝導性が良好で金属ボールの離脱が容易となる利点があ
る。
振り込み用の穴、凹部を作製するための加工性の観点か
ら当該治具材料として望ましく、これらの特徴を有効に
するために複合比率を選定するが、高温雰囲気に対して
安定性を得るため、BNは20〜40重量%、機械加工性を良
好にするため、AlNは60〜80重量%が好ましい。
2μm〜50μmが好ましく、熱伝導率が1000℃で15W/m以
上、1200℃で30W/m以上となるように焼結条件を選定す
ることが望ましい。また、密度は2.6〜2.8g/cm3、曲げ
強度は60〜80MPa程度が好ましい。
溶融凝固する際に酸化物を形成し、寸法精度の低下、酸
化物混入による電気的特性の不安定化、後に必要に応じ
て被着するハンダメッキ等との被着強度の低下等を招か
ないように非酸化性雰囲気が望ましく、水素雰囲気、窒
素雰囲気、真空等の雰囲気を選定することができる。
融点(1084℃)以上の温度であればよいが、必要以上に高
温にすることによって目的とする寸法精度が得られるわ
けではなく、また経済性や作業性等の観点からも1100℃
〜1250℃の範囲が好ましく、さらに1100℃〜1150℃の範
囲が好ましい。
付着した微粉末を除去する方法は、公知のいずれの分
離、洗浄方法をも採用でき、例えば、湿式の超音波洗浄
方法などが好ましい。
間隔で凹部を配置したカーボン治具を用い、粒径7〜10
μmのBN粉末を治具の凹部表面上に5μm〜50μmの層状に
敷き、Cu片をそれぞれ凹部内に振り込みし、100%N2雰囲
気で1100℃、5分間加熱溶融させて、その後冷却、治具
と分離して超音波清浄し、Cuボールを得た。
率、さらに、治具を10回使用した際の離脱率(表欄のか
っこ内に示す)を調べた結果を、球径0.25mmの場合を表
1、球径0.75mmの場合を表2に示す。なお、球径精度はボ
ールの直径を投影機で測定し、真球度は直径の最大と最
小の差によって求め、次の式、真球度%=(1-|最大-最小/
平均直径|)×100による。離脱率は、ボールの自重で治
具から離脱した割合で、6000個/1治具で離脱した数を測
りその割合を求めた。
敷かない以外は同様条件で実施し、得られたCuボールの
球径精度、真球度、離脱率、さらに、治具を10回使用し
た際の離脱率(表欄のかっこ内に示す)を調べ、その結果
を球径0.25mmの場合を表1、球径0.75mmの場合を表2に示
す。
間隔で凹部を配置したカーボン治具を用い、粒径7〜10
μmのC粉末を治具の凹部表面上に5μm〜50μmの層状に
敷き、Cu片をそれぞれ凹部内に振り込みし、100%N2雰囲
気で1100℃、5分間加熱溶融させて、その後冷却、治具
と分離して超音波清浄し、Cuボールを得た。
を実施例1と同様に調べた結果を、球径0.25mmの場合を
表1、球径0.75mmの場合を表2に示す。
片を載せた後さらにC粉末を1mm厚みで被せる以外は同様
条件で実施し、得られたCuボールの球径精度、真球度、
離脱率を調べ、その結果を球径0.25mmの場合を表1、球
径0.75mmの場合を表2に示す。
間隔で凹部を配置したBN/AlN焼結体治具(BN/AlN=4:6)を
用い、粒径7〜10μmのAlN粉末を治具の凹部表面上に5μ
m〜50μmの層状に敷き、Cu片をそれぞれ凹部内に振り込
みし、100%N2雰囲気で1100℃、5分間加熱溶融させて、
その後冷却、治具と分離して超音波清浄し、Cuボールを
得た。
を実施例1と同様に調べた結果を、球径0.25mmの場合を
表1、球径0.75mmの場合を表2に示す。
敷かない以外は同様条件で実施し、得られたCuボールの
球径精度、真球度、離脱率を調べ、その結果を球径0.25
mmの場合を表1、球径0.75mmの場合を表2に示す。
間隔で凹部を配置したBN/AlN焼結体治具(BN/AlN=4:6)を
用い、粒径7〜10μmのBN粉末を治具の凹部表面上に5μm
〜50μmの層状に敷き、Al片をそれぞれ凹部内に振り込
みし、真空中で1100℃、5分間加熱溶融させて、その後
冷却、治具と分離して超音波清浄し、Alボールを得た。
を実施例1と同様に調べた結果を、球径0.25mmの場合を
表1、球径0.75mmの場合を表2に示す。
敷かない以外は同様条件で実施し、得られたAlボールの
球径精度、真球度、離脱率を調べ、その結果を球径0.25
mmの場合を表1、球径0.75mmの場合を表2に示す。
球径精度、真球度が改善されており、さらに離脱率が大
幅に改善されていることがわかる。
融、冷却して微小金属ボールとなす際に、BN、AlN、Cの
いずれかからなる濡れ性の低い微粉末を層状に治具上に
介在させて金属片を載置するか、金属片表面に層状に付
着させてから治具に載置あるいはその穴内に個々に振込
配置することにより、溶融、冷却後の治具との離脱性が
極めて良好になり、治具の長期使用が可能となるだけで
なく、治具上又は金属片表面の層状の微粉末は金属片が
溶融時に表面張力で球体化することを妨げることなく、
また得られる金属ボールの表面性状を劣化させることも
ないため、寸法精度、真球度も大きく向上する。
Claims (6)
- 【請求項1】 熱処理治具の所要位置に金属片を載置す
る際に、濡れ性の低い微粉末を層状に介在、または金属
片表面に層状に付着させ、金属片を加熱溶融後に冷却し
て球状に凝固させる金属ボールの製造方法。 - 【請求項2】 請求項1おいて、金属片がCu、Al、Niのい
ずれか単独又はその合金である金属ボールの製造方法。 - 【請求項3】 請求項1おいて、濡れ性の低い微粉末がB
N、AlN、Cのいずれかである金属ボールの製造方法。 - 【請求項4】 請求項1おいて、濡れ性の低い微粉末の平
均粒径が2μm〜10μmである金属ボールの製造方法。 - 【請求項5】 請求項1おいて、濡れ性の低い微粉末の層
厚みが5μm〜50μmである金属ボールの製造方法。 - 【請求項6】 請求項1おいて、熱処理治具がBN20〜40重
量%、AlN60〜80重量%からなる焼結体である金属ボール
の製造方法。
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- 1998-11-26 JP JP33603898A patent/JP4119024B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1999
- 1999-11-24 US US09/448,447 patent/US6290746B1/en not_active Expired - Lifetime
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