JP2002118131A - はんだボール - Google Patents

はんだボール

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JP2002118131A
JP2002118131A JP2000305752A JP2000305752A JP2002118131A JP 2002118131 A JP2002118131 A JP 2002118131A JP 2000305752 A JP2000305752 A JP 2000305752A JP 2000305752 A JP2000305752 A JP 2000305752A JP 2002118131 A JP2002118131 A JP 2002118131A
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JP
Japan
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solder ball
mixture
melting point
metal
solder
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JP2000305752A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Hayashi
林  達也
Koichi Kiyono
浩一 清野
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Mitsubishi Plastics Inc
Original Assignee
Mitsubishi Plastics Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだボール表面の酸化皮膜に起因する不具
合を解決し、電極パッドに濡れ性よく搭載することので
きるはんだボールを提供する。 【解決手段】 (a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラス
トマー及びそれらの混合物を基質とし、(b)融点が3
00℃以下の低融点金属、及び(c)金属粉末を混合し
てなるはんだボール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の半
導体パッケージ用基板等における内部又は外部接続用に
使用されるはんだボールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりFCB(Flip Chip
Bonding)用基板や、BGA(Ball Gli
d Aray)等の各種の半導体パッケージ用基板にお
ける内部又は外部接続バッドへのはんだバンプの形成、
PGA(Pin Glid Aray)におけるピンの
接続等にはんだ材料が用いられている。これらの接続用
はんだ材料として、その取り扱いの容易さから球形のは
んだボールが多用されている。 近年、半導体装置の高
集積化、小型化が要求されており、はんだボールによる
接続が増える傾向にある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、はんだ
ボールを安定且つ均一に電極パッド等へ搭載することは
容易ではない。 はんだボールの表面酸化のために電極
パッドへの濡れ性が悪くなり、極端な場合、電極パッド
上にはんだが広がらないという問題があるためである。
はんだボール表面の酸化皮膜による不具合の対策とし
て、塩素系の酸化防止効果が強力なフラックスを使用す
る方法があるが、このような強力なフラックスを使うと
他の部品へ損傷を与える可能性が高く、またこれを避け
るために酸化防止効果が弱いフラックスを使うと、表面
の酸化の程度によっては完全に溶融しないはんだボール
が出現しがちであった。 本発明は、はんだボール表面
の酸化皮膜に起因する不具合を解決し、はんだボールを
電極パッドに濡れ性よく搭載することのできるはんだボ
ールを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至っっ
た。即ち本発明の要旨は、(a)熱可塑性樹脂又は熱可
塑性エラストマー及びこれらの混合物を基質とし、これ
に(b)融点が300℃以下の低融点金属、及び(c)
金属粉末を混合してなるはんだボールにある。
【0005】本発明の好ましい実施態様としては、下記
が挙げられる。 (a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー及びこれ
らの混合物が接着用樹脂組成物の20〜80容量%、ま
た(b)及び(c)を合わせた金属成分中の(c)金属
粉末の割合が10〜30容量%の範囲であることを特徴
とする上記のはんだボール。 (b)成分の低融点金属が、Pb/Sn、Pb/Sn/
Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb/Ag、 Sn/Ag、 S
n/Bi、Sn/Cu、Sn/Zn系から選ばれた低融
点合金からなることを特徴とする上記のはんだボール。 (c)成分の金属粉末がCu、Ni、Al、Cr及びそ
れらの合金粉末からなり、その平均粒径が1〜50μm
の範囲であることを特徴とする上記の導電性接合部材。 (a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー及びこれ
らの混合物にカルボキシル基が含有されていることを特
徴とする上記のはんだボール。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のはんだボールは、(a)熱可塑性樹脂又は熱可
塑性エラストマー及びこれらの混合物、(b)融点が3
00℃以下の低融点金属、及び(c)金属粉末の混合物
(以下、「混合材」という)からなることに特徴があ
る。このように熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー
及びこれらの混合物と導電性を付与するための金属成分
を特定の組合せとすることにより、極めて高度の導電性
と接着性、濡れ性等の他の特性をバランス良く付与でき
ることを見出したものであり、混合材においては、
(a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー及びこれ
らの混合物を組成物全体の20〜80容量%、好ましく
は40〜60容量%の範囲で含有することが好ましい。
樹脂成分が80容量%を越えると導電性が発現し難い傾
向にあり、20容量%未満では、流動性が低下して接着
性に必要な濡れ性が劣り易い。
【0007】また、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラスト
マー及びこれらの混合物と低融点金属との接着強度の向
上及び被着体との接着性を強固に発現させるために熱可
塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーはその一部を炭素数
3〜10の有機不飽和カルボン酸で変性することが好ま
しい。有機不飽和カルボン酸としては、例えばアクリル
酸、マレイン酸、メタクリル酸、フマール酸、イタコン
酸等が好適である。(c)の金属粉末は低融点金属の分
散助剤として作用し、金属成分中の(c)金属粉末の割
合を10〜30容量%、好ましくは15〜25容量%の
範囲とすることが好ましい。10容量%未満では、分散
状態が悪くなり、また30容量%を越えると流動性が低
下するとともに脆化し易く、さらに導電性も低下する傾
向がある。
【0008】混合材に用いられる(a)熱可塑性樹脂又
は熱可塑性エラストマーとしては、オレフィン系、スチ
レン系、塩ビ系、ウレタン系、エステル系、アミド系等
種々の樹脂が使用可能であるが、熱ストレスによる応力
緩和を高めるためには軟質材料が好適である。
【0009】(b)の融点が300℃以下の低融点金属
には各種のものが使用できる。融点の測定方法は示差走
査熱量測定法(DSC)に示差走査熱量測定法(DS
C)ににより測定すればよく、融点が300℃を越える
金属では成形性が劣るという問題がある。具体的にはP
b/Sn、Pb/Sn/Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb
/Ag、Sn/Ag、 Sn/Bi、Sn/Cu、Sn/
Zn系から選ばれたハンダ合金が好適に使用できる。
(c)成分の金属粉末は上記低融点金属の分散助剤とな
るものであり、Cu、Ni、Al、Cr及びそれらの合
金粉末が好適に使用でき、その平均粒径が1〜50μm
の範囲のものが好ましい。平均粒径は試料を透過型電子
顕微鏡により撮影し、写真から求めた数平均粒子径であ
る。平均粒径が1μm未満では混合の際のハンドリング
が困難であり、また50μmを越えるものでは分散性が
低下し易い傾向がある。
【0010】本発明のはんだボールは、上記混合材の各
成分を用い、混合したものを所定の温度でニーダや二軸
押出機等の混練機により混練後、通常のはんだボール製
造法と同様に油中アトマイズ法(特開平11−2074
93号等)等により製造可能である。混合剤の混練温度
および油中アトマイズ法の油温においては(c)低融点
金属が半溶融状態となる温度が好ましく、マトリックス
となる熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマーの溶融温
度に応じて適切な金属組成を選択し、低融点金属と分散
助剤となる銅粉、ニッケル粉末等の添加比率を適宜選択
する必要がある。
【0011】以上述べたように、本発明のはんだボール
は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー及びこれら
の混合物に低融点金属が含有されていることから、極め
て高度の導電性を有する一方で、マトリックスの一部が
酸変成された樹脂を用いていることで強固な接着強度、
良好な濡れ性を有し、低融点金属の酸化皮膜の影響を受
けず、信頼性の高い電気的接続を図れる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。本発
明の実施例で用いたはんだボールは、熱可塑性エラスト
マーとして「サントプレン8211−35」/AESジ
ャパン社製、熱可塑性樹脂として酸変成ポリオレフィン
(「アドテックスER320P」日本ポリオレフィン
(株)製)を用い、低融点金属として鉛フリーハンダ
(Sn−4Cu−2Ni 融点 固相線225℃−液相
線480℃)、金属粉末として平均粒径10μmの銅粉
を用いた。あらかじめ各原料粉末を物理混合し(熱可塑
性エラストマー40容量%、酸変成ポリオレフィン10
容量%、低融点金属45容量%、金属粉末5容量%)、
混練機(森山製作所製、2軸加圧タイプ)を用いて溶融
混練後、プランジャー押出機のノズル先端から吐出さ
せ、油中アトマイズ法にて直径1mmのはんだボールを
作成した。
【0013】混練条件および油温は以下の通りである。 混練温度 : 200℃ 回転数 : 35r.p.m. 油温度 : 200℃
【0014】図1(a)に示すように、上記で得られた
はんだボール1を実装基板2上の電極パッドの上に搭載
した。この電極パッドは、銅電極3の上にニッケル層4
および金層5を有するものである。この電極パッド上に
搭載したはんだボールを、ホットプレート法で溶融させ
て電極パッドへ接合させた。この方法でn数100につ
いて接合テストを行い、接合状態を観察したところ、全
てのはんだボールが図1(b)に示すように電極パッド
へ十分に結合して、良好なはんだバンプ6を形成した。
【0015】上記で形成されたはんだバンプを使って実
装基板上に半導体チップを搭載したところ、接合状態及
び電気的性能も共に良好であった。
【0016】従来との比較のために市販のはんだボール
(Sn63/Pbはんだ φ1mm)を使って、上記の
実施例と同じように電極パッド上にはんだバンプを形成
させた。上記と同様にn数100について接合テストを
行なった。その結果、100のうち4サンプルについて
はんだ表面の酸化が著しいため電極パッド上に広がら
ず、図2に示すように球状のままのはんだ7となってい
るのが認められた。
【0017】
【発明の効果】上述のように、本発明のはんだボール
は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー及びこれら
の混合物に低融点金属が含有されていることから、極め
て高度の導電性を有する一方で、マトリックスの一部が
酸変成された樹脂を用いていることで強固な接着強度、
良好な濡れ性を有し、低融点金属の酸化皮膜の影響を受
けず、信頼性の高い電気的接続を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】はんだバンプ形成を例示する概略図 (a)はんだボールを電極パッドに搭載した概略図 (b)形成されたはんだバンプを示す概略図
【図2】従来技術により形成されたはんだバンプの中で
不具合なものの例を示す概略図
【符号の説明】
1 はんだボール 2 電極パッド 3 銅電極 4 ニッケル層 5 金層 6 はんだバンプ 7 濡れ性が悪いはんだボール

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラス
    トマー及びこれらの混合物を基質とし、これに(b)融
    点が300℃以下の低融点金属、及び(c)金属粉末を
    混合してなることを特徴とするはんだボール。
  2. 【請求項2】 (a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラス
    トマー及びこれらの混合物が導電性接合部材の20〜8
    0容量%、(b)及び(c)を合わせた金属成分中の
    (c)金属粉末の割合が10〜30容量%の範囲である
    ことを特徴とする請求項1記載のはんだボール。
  3. 【請求項3】 (b)成分の低融点金属が、Pb/S
    n、Pb/Sn/Bi、Pb/Sn/Ag、 Pb/A
    g、 Sn/Ag、 Sn/Bi、Sn/Cu、Sn/Zn
    系から選ばれた低融点合金からなることを特徴とする請
    求項1乃至2記載のはんだボール。
  4. 【請求項4】(d)成分の金属粉末がCu、Ni、A
    l、Cr及びそれらの合金粉末からなり、その平均粒径
    が1〜50μmの範囲であることを特徴とする請求項1
    乃至3記載のはんだボール。
  5. 【請求項5】(a)熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラスト
    マー及びこれらの混合物にカルボキシル基が含有されて
    いることを特徴とする請求項1乃至4記載のはんだボー
    ル。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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