JP2002317211A

JP2002317211A - 金属球製造方法

Info

Publication number: JP2002317211A
Application number: JP2001119214A
Authority: JP
Inventors: Motonori Nishida; 元紀西田; Shinya Imae; 真也今江; Osamu Kajita; 治梶田
Original assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Current assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】５００〜１６００℃の融点を有する金属から
なる小型の金属球の製造方法を提供する。【解決手段】上記の課題は、５００〜１６００℃の融
点を有する金属の溶融物を噴出して分散させて金属球を
製造する金属球製造方法であって、その底部にオリフィ
スを有する密閉性の坩堝１と、坩堝の側面に設けられた
第一の加熱手段と、オリフィス９の近傍に設けられた第
二の加熱手段とを備えた装置を用意し、坩堝１内に仕込
まれた金属を第一の加熱手段で加熱して溶融物を調製
し、この溶融物を坩堝内で振動させ、帯電させ、且つ坩
堝内にガスを注入し、溶融物をオリフィス９から噴出さ
せる前に、この溶融物の温度を第二の加熱手段によって
調整し、溶融物をオリフィスから噴出して分散させ、し
かる後に溶融物を凝固させて金属球を得ることによって
解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ
ＧｒｉｄＡｌｌａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａ
ｌｅＰａｃｋａｇｅ）タイプの半導体パッケージの接
続端子として使用される金属球に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ
Ａｌｌａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａ
ｃｋａｇｅ）タイプの半導体パッケージの接続端子とし
て、金属球が使用されてきた。通常、このような金属球
は、高導電性で高強度の金属、例えば銅や銅合金や炭素
鋼から成り、しかもその表面には低融点金属、例えば半
田や錫等のろう材がメッキされている。このような低融
点金属がメッキされた金属球は、２００〜４００℃での
リフローによって半導体パッケージに容易に接続できる
ようになっている。また、このような低融点金属がメッ
キされたものの他にも、例えば銅から成りその表面に銀
メッキを施した高耐久性の金属球や、炭素鋼から成りそ
の表面にクロムメッキを施した高耐磨耗性の金属球も、
半導体パッケージの接続端子として使用されている。

【０００３】そして、近年、このような半導体パッケー
ジの接続端子としての金属球は、高融点を有する金属か
ら成り、しかも小型化することが求められている。

【０００４】従来の金属球の製造方法の一つとして、例
えば米国特許第５２６６０９８号には、均一液滴噴霧法
が開示されている。この方法では、底部にオリフィスを
有する坩堝と、この坩堝の周囲に設けられた加熱器とか
らなる装置を使用する。この方法によると、坩堝内に原
料の金属が仕込まれて、そしてこの金属は坩堝の周囲に
設けられた加熱器によって加熱されて溶融物となる。こ
の金属の溶融物は、坩堝内に設けられた振動棒によって
振動されて、オリフィスから噴出された溶融物（層流ジ
ェット）は、均一な液滴に分散されるようになってい
る。また、この方法によると、溶融物は帯電されている
ので、分散された液滴は互いに反発し合うようになって
おり、これによって分散した液滴が互いに衝突して金属
球の寸法や形状にバラツキが生じるのを防止している。
そしてオリフィスから噴出された液滴は、冷媒、例えば
所定温度に制御された液体中や気体中において、表面張
力によって球状化した後に凝固するようになっている。

【０００５】しかしながら、このような米国特許第５２
６６０９８号に記載の従来の均一液滴噴霧法は、低融点
（例えば２００〜４５０℃）の金属からなる金属球の製
造には適しているが、高融点（５００℃以上）の金属の
場合には、金属の溶融物の温度制御が非常に困難となる
ため、単に耐熱性のある材料や高温加熱可能な加熱器を
使用するだけでは、均一な寸法や形状を有する金属球を
安定的に製造することは困難である。即ち、従来の方法
によると、坩堝内に仕込まれた金属は、坩堝の周囲に設
けられた加熱器によって加熱されて溶融物となるが、低
融点の金属の場合とは異なり高融点の金属の場合には、
溶融物の温度と環境温度との差が大きいので溶融物は急
激に冷却される。そして、坩堝内の溶融物の温度がその
融点よりもわずかに高くなるように設定されている場合
には、溶融物はオリフィスから噴出されるまでに凝固し
てオリフィスを詰まらせて装置の操業を停止させたり、
噴出された溶融物（層流ジェット）の分散が不十分とな
って金属球の形状や寸法に大きなバラツキが発生する。
特に、近年の金属球の小型化の要求に応じるべく、オリ
フィスの口径を小さくしたり溶融物の噴出速度を上げる
と、溶融物は更に冷却されやすくなるので上記のような
不都合は顕著になる。一方、上記のような不都合を回避
するために坩堝内における溶融物をその融点よりもはる
かに高くなるように加熱すると、生産コストが高くな
る。また層流ジェットが依然として融点よりもかなり高
い温度に保たれていると、液滴が凝固するまでに飛散す
る距離も長くなり、液滴の衝突や冷媒との抵抗による変
形によって、得られる金属球の形状や寸法に大きなバラ
ツキが発生する。特に、溶融物の噴出口径を小さくした
り噴出速度を上げると、液滴同士が互いに衝突する確率
も高くなり金属球の形状や寸法のバラツキは更に顕著に
なる。従って、高融点の金属を使用し、しかもより小径
の金属球を均一液滴噴霧法によって製造する場合には、
層流ジェットの十分な分散を可能にし且つ分散された液
滴が表面張力によって球状化した後に速やかに凝固する
温度になるように坩堝内の溶融物の温度が制御される必
要があるが、従来の均一液滴噴霧法では高温の溶融物に
対して十分な温度制御を行うことは極めて困難であり、
特に５００℃以上の融点を有する金属からなり２０００
μｍ、特に１００μｍ以下の直径の金属球の製造は実質
的には不可能であった。

【０００６】一方、従来は、上記のような金属球は、バ
レル式電気メッキ法や、回転ドームを高速で正逆回転さ
せるメッキ装置を使用して、メッキが行われていたが、
メッキする金属球の直径が小さい場合には、均一なメッ
キ層を形成することが困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
５００℃以上の融点を有する金属からなり、２０００μ
ｍ以下の直径を有し、しかも均一なメッキ層を備えた金
属球を製造するための技術を提供することを課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく種々検討を重ねた結果、５００〜１６００
℃の融点を有する金属の溶融物を噴出して分散させて金
属球を製造する金属球製造方法であって、前記金属球製
造方法は、その底部にオリフィスを有する密閉性の坩堝
と、前記坩堝の側面に設けられた第一の加熱手段と、前
記オリフィスの近傍に設けられた第二の加熱手段とを備
えた装置を用意し、前記坩堝内に仕込まれた前記金属を
前記第一の加熱手段で加熱して前記溶融物を調製し、前
記溶融物を前記坩堝内で振動させ、前記溶融物を帯電さ
せ、前記坩堝内にガスを注入し、前記溶融物を前記オリ
フィスから噴出させる前に、前記溶融物の温度を前記第
二の加熱手段によって調整し、前記溶融物を前記オリフ
ィスから噴出して分散させ、しかる後に前記溶融物を凝
固させて金属球を得ることを特徴とする金属球製造方法
とすることによって解決されることを見出した。また、
このようにして得られた金属球は、金属球よりも大きく
１〜２ｍｍの直径を有する導電性のダミー球とともに電
気メッキされることによって、均一なメッキ層が形成で
きることを見出した。以下に、本発明の金属球製造方法
を更に詳細に説明する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明で使用される坩堝を
備えた装置の概略を示している。この装置は坩堝１を備
えている。この坩堝１は内部に仕込んだ金属を溶融する
ための凹部１５を有しており、この凹部１５の入口は蓋
部１６によって密閉されるようになっている。坩堝１
は、その凹部１５に仕込まれた金属を溶融するような高
温に耐え、しかも金属の溶融物と化学的に反応しない材
料から構成される。従って、坩堝を構成する材料は、坩
堝内に仕込まれる金属の種類に応じて適宜選択される。
例えば、銅や銅合金が仕込まれる場合には，カーボンか
ら成る坩堝が使用される。また、鉄、鉄合金、ニッケル
およびニッケル合金が仕込まれる場合には、アルミナや
ジルコニアから成る坩堝が使用される。なお、アルミナ
やジルコニアからなる坩堝の場合、機械的な精密加工が
困難であるので、後述のオリフィス９を含む坩堝の一部
又は全部は、加工が容易な材料、例えば窒化珪素などの
セラミック材料から構成されていてもよい。

【００１０】坩堝１の側面には、第一の加熱手段として
の加熱器２が設けられている。加熱器２は、坩堝内に仕
込まれた金属を完全に溶融できるものであれば特に限定
されないが、高周波誘導加熱器が生産性の観点から特に
好ましい。高周波誘導加熱器によると、坩堝内の溶融物
は対流して攪拌されるので温度分布を一定に保ちながら
金属を急速に溶融することができる。また、坩堝内に仕
込まれる金属の融点が１０００℃以下である場合には、
第一の加熱手段としてニクロム線等を利用した抵抗式加
熱器を使用することができる。本発明によると、坩堝内
に仕込まれた金属は第一の加熱手段によって金属の融点
よりも高い温度に加熱されて溶融物となる。坩堝内には
熱電対６が配置されていて溶融物の温度を確認できるよ
うになっている。坩堝内の溶融物は、融点よりも著しく
高い温度にまで加熱される必要はなく、坩堝内の溶融物
の温度（Ｔ１）は、例えば融点よりも５０〜１５０℃、
更には５０〜１００℃高い温度に加熱されていることが
好ましい。金属の溶融物の温度（Ｔ１）が上記の範囲に
ある場合に、この溶融物は後述する第二の加熱手段によ
って更なる温度制御を受け、オリフィスから噴出された
溶融物は層流ジェットとなり、この層流ジェットは十分
に分散されて液敵となり、この液敵は表面張力によって
球状化した後に速やかに凝固するようになっている。

【００１１】坩堝の底部にはオリフィス９が設けられて
いる。オリフィスの個数は、図１に示す装置では１個形
成されているが、これに限定されず、複数個のオリフィ
スを有する坩堝を使用してもよい。このオリフィスは、
通常、仕込まれた金属が坩堝内で完全に溶融するまで
は、塞がれている。オリフィスを塞ぐための手段は、特
に限定されない。図１に示す装置では、振動棒５の上端
に設けられたシリンダー１２が振動棒の基準高さを上下
するようになっており、振動棒５を下げると振動棒の下
面がオリフィス９を塞ぐようになっている。代替として
は、例えば坩堝の下面側からオリフィスに栓を挿入して
オリフィスを塞ぐように設計されていてもよい。次述す
るようにオリフィスにノズルが取り付けられる場合には
オリフィスの口径は特に限定されないが、ノズルが取り
付けられない場合には、オリフィスの口径は、０．０２
５〜１ｍｍ、更には０．０２５〜０．４ｍｍ、最適には
０．０２５〜０．１５ｍｍになっていることが好まし
い。これによって、溶融物を均一に分散して所望の寸法
を有する金属球を製造することができる。

【００１２】坩堝の下面にノズルを取り付けて、層流ジ
ェットの流れを調整するように設計されていてもよい。
この場合、ノズルは筒状のノズル体からなり、オリフィ
スと接続するための入口と、溶融物を噴出するための噴
出口とを有している。このノズルの噴出口は、０．０２
５〜１ｍｍ、更には０．０２５〜０．４ｍｍ、最適には
０．０２５〜０．１５ｍｍの噴出口径を有していること
が好ましい。なお、本発明において、ノズルは、坩堝と
一体形成されているものであってもよいし、また坩堝と
は別個の部品から構成されていてもよい。またノズル
は、坩堝と同じ材料から構成されていても良いし、また
機械加工が容易な材料、例えば窒化珪素等のセラミック
材料から構成されていてもよい。

【００１３】本発明によると、オリフィスの近傍には第
二の加熱手段１０が設けられており、オリフィスから噴
出される直前の溶融物の温度を調整できるようになって
いる。これによって、噴出される層流ジェットの温度を
精密に制御できる。従って、例えば、溶融物の温度が低
すぎるために、溶融物がオリフィスから噴出する前に凝
固したり、オリフィスから噴出された層流ジェットが十
分に分散する前に凝固してしまうのを有効に防止してい
る。第二の加熱手段は、従来周知の加熱手段を採用する
ことができる。例えば、上記したように第一の加熱手段
として高周波誘導加熱器２が使用される場合には、第二
の加熱手段１０としては、高周波誘導加熱器から発生し
た高周波を受けて自ら加熱するようなもの、例えばカー
ボンリングや炭素繊維から成るものが好ましい。また、
坩堝内に仕込まれる金属の融点が１０００℃以下である
場合には、第二の加熱手段としてニクロム線などを利用
した抵抗式加熱器を使用することもできる。本発明によ
ると、オリフィスから噴出した直後の溶融物の温度（Ｔ
２）は、特に限定されないが、（Ｔ１−３０）℃≦Ｔ２
≦（Ｔ１＋３０）℃、更には（Ｔ１−３０）℃≦Ｔ２≦
Ｔ１℃、最適にはＴ１＝Ｔ２℃になっている（ここでＴ
１は前述の坩堝内の溶融物の温度）。オリフィスから噴
出した直後の溶融物の温度（Ｔ２）が上記の範囲にある
場合に、層流ジェットは十分に分散し且つ分散後の液滴
が球状化した後に凝固する。

【００１４】第二の加熱手段１０の取付方法は特に限定
されず、例えば、カーボンリングや炭素繊維等の第二の
加熱手段は、オリフィスの近傍の坩堝の下面に埋設させ
たり、更にノズルを備えた坩堝の場合にはノズル体に嵌
め込んだり巻きつけたりして、取り付けられる。

【００１５】この坩堝内には、坩堝の入口から凹部１５
内に向かって下方に延びる振動棒５が設けられている。
また振動棒５の上端部には圧電素子４が取り付けられて
おり、振動棒５を上下に振動できるようになっている。
また圧電素子４を熱から保護するために、振動棒の上部
には断熱リング１３が取り付けられている。なお、振動
棒の振動数は、特に限定されないが、５００〜２０００
０Ｈｚ、更には１０００〜２００００Ｈｚ、最適には４
０００〜２００００Ｈｚであることが好ましい。振動棒
の振動数が上記の範囲にある場合に、層流ジェットを細
かく分散することができる。

【００１６】坩堝内には、ガスの注入口３が配置されて
いる。そして、坩堝内に仕込まれた金属が完全に溶融し
た後に、注入口３からガスが注入されて坩堝内が加圧さ
れると、オリフィスから溶融物が層流ジェットとして噴
出するようになっている。注入されるガスとしては、溶
融した金属と化学的に反応しないように不活性ガスが好
適に用いられる。好適なガスとしては、例えば窒素、ヘ
リウム、アルゴンおよび水素が挙げられるが、これらの
中でも、ヘリウムガスが特に好ましい。ヘリウムガス
は、冷却能力が比較的高く、分散された液滴が凝固する
までの飛散距離が短くなるので装置を小型化することが
でき、しかも真球度の高い金属球を製造することができ
る。なお、溶融物を噴出させるための坩堝内の圧力は特
に限定されないが、好ましくは坩堝内は０．０１〜０．
２ＭＰａに加圧される。

【００１７】本発明によると、オリフィスにはフィルタ
ーが取り付けられている。これによって、原料の金属中
に含まれる不純物や作業の途中で生成する酸化物が、オ
リフィスに詰まるのを防止している。特に、本発明で
は、従来の均一液敵噴霧法の場合よりも坩堝内が高温に
加熱されるので坩堝内で酸化物が生成しやすくなってい
るが、本発明によってフィルターを別途設けることによ
って装置の操業を安定的に継続することができる。本発
明においてフィルターは、好ましくは、タングステンか
ら成る。フィルターのメッシュは、オリフィスよりも小
さくなければならず、特にフィルターの気孔径は２０〜
１００μｍであることが好ましい。

【００１８】本発明によると、坩堝１の下側には、坩堝
との間に空間又は絶縁体を隔てて電荷プレート７が取り
付けられている。電荷プレート７にはその厚み方向に誘
導孔１７が形成されており、溶融物はオリフィスからこ
の誘導孔１７内に向けて噴射されるようになっている。
そして、電荷プレート７と坩堝１との間には電圧が印加
されており、層流ジェットは帯電するようになってい
る。帯電した層流ジェットがオリフィスから分散して形
成される液滴は、同じ電位に帯電されているので、液滴
同士は互いに反発しあって衝突するのを防止する。図１
では、坩堝１に負電極が接続され、電荷プレート７に正
電極が接続されているが、図１の場合とは逆に、坩堝１
に正電極を接続して電荷プレート７に負電極を接続して
もよい。なお導電性材料からなるノズルが取り付けられ
る場合には、坩堝の代わりに、ノズルと電荷プレートと
の間に電圧を印加してもよい。本発明によると、オリフ
ィスから噴出する層流ジェットと誘導孔１７との距離は
１〜２０ｍｍであり、電荷プレートへの印加電圧は５０
０〜２０００Ｖになっていることが好ましい。

【００１９】本発明によると、オリフィスから噴出され
た層流ジェットは、振動棒の振動を受けて、均一に分散
され、その後、表面張力によって球状化した後に凝固す
る。液滴の冷却は、雰囲気ガスや冷却液などの冷媒によ
って冷却される。冷媒の温度は、冷媒が気体である場合
には２０〜５０℃であり、冷媒が液体である場合には２
０〜２００℃であることが好ましい。

【００２０】本発明の均一液滴噴霧法によると、得られ
る金属球の直径は、０．０５〜２ｍｍ、更には０．０５
〜０．８ｍｍ、最適には０．０５〜０．３ｍｍになって
いる。本発明によると、第二の加熱手段をオリフィスの
近傍に設けることによって、溶融物の温度を精密に制御
することができ、オリフィスから噴出された層流ジェッ
トは非常に細かく分散され、しかも分散された液滴は互
いに衝突したり冷媒との抵抗によって変形することなく
比較的早期に凝固するので、得られる金属球の形状およ
び寸法のバラツキは極めて少ない。

【００２１】〔メッキ〕本発明によると、上記のように
して得られた金属球の表面には、低融点の金属（ろう
材）から成るメッキ層が形成される。この低融点の金属
としては、例えばＰｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系およびＳ
ｎ−Ｂｉ系が挙げられる。必要に応じてＮｉなどの下地
層が形成される。

【００２２】本発明においては、メッキ層の形成には従
来周知のメッキ法が採用されるが本発明においては、特
に電気メッキ法が適している。また、電気メッキ法のな
かでも特に好ましくは、バレル式電気メッキ法や、回転
ドームを高速で正逆回転させるメッキ槽を備えた装置を
使用する方法が適している。これらの方法の場合にはメ
ッキ槽を断続的に回転することができるので、均一なメ
ッキ層の形成が可能になる。メッキ槽の回転数は、特に
限定されないが、好ましくは、５０〜８００ｒｐｍであ
り、数秒間隔で回転方向が正逆に切り替えられる。メッ
キ層の厚みは、通電された積算電流値によって管理でき
る。積算電流値は、１００〜２０００ＡＭであることが
好ましい。また、電流密度は０．２〜１．０Ａ／ｄｍ²
の範囲で行うことが好ましい。本発明によると、メッキ
層の厚みは、好ましくは１０〜６０μｍになっている。

【００２３】電気メッキ法を採用して金属球のメッキを
行う場合、メッキすべき金属球の直径が例えば３００μ
ｍ以下、特に１００μｍ以下である場合には、金属球を
メッキ浴の中に入れて通電しただけでは金属球に流れる
電流を一定に保つことができないので均一なメッキ層の
形成が困難となる場合がある。このような場合には、メ
ッキ浴中に、メッキすべき金属球とともに導電性材料か
らなるダミー球を入れるとよい。メッキ浴中に入れられ
たダミー球は、金属球への通電を補助して、金属球への
均一なメッキ層の形成を可能にする。

【００２４】ダミー球は、金属球よりも大きな直径を有
していることが好ましい。金属球よりも大きなダミー球
を使用すると、メッキ終了後に篩にかけて金属球を容易
に分別することができる。特に、ダミー球は、金属球よ
りも大きく１〜２ｍｍの直径を有していることが好まし
い。ダミー球の寸法が上記の範囲にある場合に、既に述
べたような好適な寸法を有する金属球に対して、電気メ
ッキ時の通電を好適に補助することができる。

【００２５】メッキ浴中に入れられるダミー球の量は、
特に限定されないが、メッキ浴中の金属球とダミー球の
合計中に占めるダミー球の量は、２５〜７５重量％、更
には４０〜６０重量％、最適には４５〜５５重量％であ
ることが好ましい。

【００２６】〔実施例〕以下に、実施例に基づいて、本
発明を更に詳細に説明する。なお、下記の実施例におい
て、坩堝内の温度（Ｔ１）は熱電対６によって測定し、
オリフィスから噴出された直後の溶融物の温度（Ｔ２）
は熱電対６と同一の熱電対を使用して、オリフィスから
噴出された直後の分散前の層流ジェットに当てて測定し
た。また、オリフィスから噴出した層流ジェットの分散
の様子をＣＣＤカメラによってモニターした。

【００２７】（実施例１）本発明に基づいて０．５ｍｍ
の直径を有する銅球の製造を試みた。カーボンからな
り、底部に１個のオリフィスを有する坩堝を使用した。
オリフィスの口径は０．２５ｍｍであった。オリフィス
には気孔径が１００μｍのタングステンフィルターを取
り付けた。第一の加熱手段として高周波誘導加熱器を使
用した。第二の加熱手段としてカーボンリングを使用
し、オリフィスを取り囲むように坩堝の下面に取り付け
た。坩堝の下面と５ｍｍの間隔を開けて電荷プレートを
取り付けた。電荷プレートは１５ｍｍの厚さを有してお
り、２０ｍｍの均一直径を有する誘導孔が電荷プレート
の厚み方向に穿孔されていた。坩堝と電荷プレートとの
間に５００Ｖの電圧を印加した。

【００２８】坩堝内に５Ｋｇの無酸素銅を原料として仕
込んだ。シリンダー１２を下げて振動棒の下端でオリフ
ィスを塞ぎながら、アルゴンガス雰囲気下で坩堝内の加
熱を開始して銅を溶融した。坩堝内の温度（Ｔ１）が１
１５０℃になるように高周波誘導加熱器を設定した。ノ
ズルに取り付けられたカーボンリングは高周波誘導加熱
器からの高周波を受けて加熱した。坩堝内に仕込んだ銅
が完全に溶融した後に、シリンダーを上げてオリフィス
を開けた。振動棒を４０００Ｈｚで振動させた。坩堝内
の圧力が０．０３ＭＰａになるようにアルゴンガスを注
入して溶融物の噴出を開始した。

【００２９】坩堝に仕込んだ原料の全てを噴出させた。
噴出直後の液滴の温度（Ｔ２）は１１５０℃であった。
銅の融点が１０８３℃であるから、融点よりも６７℃高
い液滴がノズルから噴出されていることになる。ノズル
から噴出した液滴は、焼き入れ油で冷却して凝固させ、
その後に回収して脱脂洗浄して乾燥した。

【００３０】

【表１】

【００３１】回収チャンバーに回収された銅球を０．４
９ｍｍと０．５１ｍｍの精密篩を使用して選別して、所
定の寸法を有する銅球（サンプル１）を得た。収率は９
５％であった。

【００３２】上記の坩堝を使用して、表１に示す種々の
条件で、本発明に従うサンプル２〜５を製造した。一
方、第二の加熱手段としてのカーボンリングを取り外し
た装置を使用して、表１に示す種々の条件で、本発明か
ら外れるサンプル６〜９を製造した。得られた金属球の
評価を表１に示す。

【００３３】その結果、本発明によって製造されたサン
プル１〜５では、坩堝内に仕込んだ金属の全てをオリフ
ィスから噴出させて所定の作業を完了することができ
た。いずれも高収率で金属球が得られ、しかもその形状
は球になっていた。一方、比較例として製造されたサン
プル６では、坩堝内に仕込まれた金属の全てを噴出する
ことはできたが、得られる金属球はやや変形しており収
率も低くかった。またサンプル７では坩堝内の溶融物を
オリフィスから噴出させる前に凝固してしまい、作業を
行うことができなかった。またサンプル８や９では、溶
融物を噴出させている途中でオリフィスが詰まってしま
い、坩堝内に仕込んだ金属の全てを噴出させる前に作業
を中止せざるを得なかった。

【００３４】サンプル１〜５として得られた銅球（約５
０万個）に対して、２５μｍの錫メッキ層の形成を試み
た。メッキ用ワークを入れたドームが高速で正逆方向に
回転停止するメッキ装置を使用した。０．５Ａ／ｄｍ²
の電流密度で、１４００ＡＭの積算電流値になるまでメ
ッキを行った。回転ドームは６秒間隔で回転方向を切り
替えた。

【００３５】メッキを終了した後に、無作為に抽出した
１００個のサンプルに対して、メッキの厚みを測定し
た。その結果メッキの厚みのバラツキは、２５±３μｍ
であり、これは半導体パッケージ用の錫メッキ銅球とし
ての規格を満足していた。

【００３６】（実施例２）本発明に基づいて０．０５ｍ
ｍの直径を有する銅球の製造を試みた。カーボンからな
り、底部に１個のオリフィスを有する坩堝を使用した。
オリフィスに、噴出口径が０．０２５ｍｍのノズルを取
り付けた。このノズルには、直径は０．１ｍｍの炭素繊
維を巻きつけた。坩堝内のオリフィスには１００μｍの
気孔径を有するタングステンフィルターを取り付けた。
第一の加熱手段として高周波誘導加熱器を使用した。坩
堝の底面と１０ｍｍの間隔を開けて電荷プレートを取り
付けた。電荷プレートは１０ｍｍの厚さを有していた。
電荷プレートにはその厚み方向に誘導孔が穿孔されてい
るが、誘導孔の直径は電荷プレートの上面では２０ｍｍ
であり電荷プレートの下面では３０ｍｍになっており、
誘導孔の内径は下方に向かって広がっている。ノズルの
噴出口は、電荷プレートの上面から誘導孔の内部に２ｍ
ｍ入ったり所に位置していた。坩堝と電荷プレートとの
間に１０００Ｖの電圧を印加した。

【００３７】坩堝内に２Ｋｇの無酸素銅を原料として仕
込んだ。シリンダーを下げて、振動棒の下端でオリフィ
スを塞ぎながら、アルゴンガス雰囲気下で坩堝内の加熱
を開始して銅を溶融した。坩堝内の温度（Ｔ１）が１１
５０℃になるように高周波誘導加熱器を設定した。この
時、ノズルに取り付けられた炭素繊維は高周波誘導加熱
器からの高周波を受けて加熱した。坩堝内に仕込んだ銅
が完全に溶融した後に、シリンダーを上げてオリフィス
を開けた。振動棒を１４０００Ｈｚで振動させた。坩堝
内の圧力が０．１５ＭＰａになるようにアルゴンガスを
注入して銅の溶融物の噴出を開始した。

【００３８】坩堝に仕込んだ原料の全てを噴出させた。
噴出直後の液滴の温度（Ｔ２）は１１５０℃であった。
ノズルから噴出した液滴は、アルゴンガス雰囲気で冷却
して凝固させた。

【００３９】回収チャンバーに回収された銅球を０．０
４５ｍｍと０．０５５ｍｍの精密篩を使用して選別した
ところ、所定の寸法を有する銅球（サンプル１１）の収
率は９５％であった。

【００４０】上記の坩堝を使用して、表２に示す種々の
条件で、本発明に従うサンプル１２〜１５を製造した。
一方、第二の加熱手段としての炭素繊維を取り外した装
置を使用して、表２に示す種々の条件で、本発明から外
れるサンプル１６〜１９を製造した。得られた金属球の
評価を表２に示す。

【００４１】その結果、本発明によって製造されたサン
プル１１〜１５では、坩堝内に仕込んだ金属の全てをオ
リフィスから噴出させて所定の作業を完了することがで
きた。いずれも高収率で金属球が得られ、しかもその形
状は球になっていた。一方、比較例として製造されたサ
ンプル１６では、坩堝内に仕込まれた金属の全てを噴出
することはできたが、得られる金属球はやや変形してお
り収率も低くかった。またサンプル１７では坩堝内の溶
融物をオリフィスから噴出させるまでに凝固してしま
い、作業を行うことができなかった。またサンプル１８
や１９では、溶融物を噴出させている途中でオリフィス
が詰まってしまい、坩堝内に仕込んだ金属の全てを噴出
させる前に作業を中止せざるを得なかった。

【００４２】

【表２】

【００４３】サンプル１１〜１５として得られた銅球
（約５０００万個）に対して、フロースループレーター
を使用して、０．０５ｍｍの厚さのＳｎ−３．５Ａｇ合
金メッキ層の形成を試みた。メッキ用ワークを入れたド
ームが高速で正逆方向に回転停止するメッキ装置を使用
した。このメッキにおいては、ＳＵＳ３１６Ｌ製の直径
１ｍｍのダミー球を使用した。微細銅球１Ｋｇに対し
て、ダミー球１ｋｇを使用した。０．２Ａ／ｄｍ² の電
流密度で、２０００ＡＭの積算電流値になるまでメッキ
を行った。回転ドームは６秒間隔で回転方向を切り替え
た。

【００４４】メッキを終了した後に、無作為に抽出した
１００個のサンプルに対して、メッキの厚みを測定し
た。その結果、メッキの厚みのバラツキは、５０±５μ
ｍであり、これは半導体パッケージ用の錫メッキ銅球と
しての規格を満足していた。

【００４５】（実施例３）本発明に基づいて０．１ｍｍ
の直径を有するステンレスＳＵＳ３１６Ｌ球の製造を試
みた。アルミナからなり、底部に１個の穿孔部（直径２
ｃｍ）を有する坩堝を使用した。この穿孔部には、坩堝
の底部と同じ厚みを有し５０μｍのオリフィスを有する
窒化珪素から成る噴出部が係合されている。オリフィス
の周囲には１００μｍの気孔径を有するタングステンフ
ィルターを取り付けた。オリフィスの周囲にカーボンリ
ングを取り付けた。１０ｍｍの絶縁体で隔てて、坩堝の
底面の間に電荷プレートを取り付けた。電荷プレートは
１５ｍｍの厚さを有しており、２０ｍｍの均一直径を有
する誘導孔が電荷プレートの厚み方向に穿孔されてい
た。坩堝と電荷プレートとの間に８００Ｖの電圧を印加
した。

【００４６】坩堝内に２ＫｇのＳＵＳ３１６Ｌインゴッ
トを原料として仕込んだ。シリンダーを下げて、振動棒
の下端でオリフィスを塞ぎながら、ヘリウムガス雰囲気
下で坩堝内の加熱を開始してＳＵＳ３１６Ｌインゴット
を溶融した。坩堝内の溶融物の温度（Ｔ１）が１４２０
℃になるように高周波誘導加熱器を設定した。この時、
ノズルに取り付けられたカーボンリングは高周波誘導加
熱器からの高周波を受けて加熱した。坩堝内に仕込んだ
ＳＵＳ３１６Ｌインゴットが完全に溶融した後に、シリ
ンダーを上げてオリフィスを開けた。振動棒を１２００
０Ｈｚで振動させた。坩堝内の圧力が０．１ＭＰａにな
るようにアルゴンガスを注入して銅の溶融物の噴出を開
始した。

【００４７】坩堝に仕込んだ原料の全てを噴出させた。
オリフィスから噴出した直後の液滴の温度（Ｔ２）は１
４２０℃であった。ＳＵＳ３１６Ｌの融点が１３６０℃
であるから、融点よりも６０℃高い液滴がノズルから噴
出されていることになる。ノズルから噴出した液滴は、
ヘリウムガス雰囲気で冷却して凝固した。

【００４８】回収チャンバーに回収されたステンレス球
を０．０９５ｍｍと０．１０５ｍｍの精密篩を使用して
選別したところ、所定の寸法を有する銅球（サンプル２
１）の収率は９５％であった。

【００４９】上記の坩堝を使用して、表３に示す種々の
条件で、本発明に従うサンプル２２〜２５を製造した。
一方、第二の加熱手段としてのカーボンリングを取り外
した装置を使用して、表３に示す種々の条件で、本発明
から外れるサンプル２６〜２９を製造した。得られた金
属球の評価を表３に示す。

【００５０】その結果、本発明によって製造されたサン
プル２１〜２５では、坩堝内に仕込んだ金属の全てをオ
リフィスから噴出させて所定の作業を完了することがで
きた。いずれも高収率で金属球が得られ、しかもその形
状は球になっていた。一方、比較例として製造されたサ
ンプル２６では、坩堝内に仕込まれた金属の全てを噴出
することはできたが、得られる金属球はやや変形してお
り収率も低くかった。またサンプル２７では坩堝内の溶
融物はオリフィスから噴出されるまでに凝固してしま
い、作業を行うことができなかった。またサンプル２８
や２９では、溶融物を噴出させている途中でオリフィス
が詰まってしまい、坩堝内に仕込んだ金属の全てを噴出
させる前に作業を中止せざるを得なかった。

【００５１】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属球製造装置を示す図である。

【符号の説明】

１坩堝２高周波コイル３ガス注入口４圧電素子５振動棒６熱電対７電荷プレート８タングステンフィルター９ノズル１０カーボンリング１１金属の溶融物１２シリンダー１３断熱材１４金属球

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K017 AA02 CA01 DA09 EC04 EE02 FA05 FA23 4K063 AA04 AA12 BA03 CA03 FA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５００〜１６００℃の融点を有する金属
の溶融物を噴出して分散させて金属球を製造する金属球
製造方法であって、前記金属球製造方法は、その底部に
オリフィスを有する密閉性の坩堝と、前記坩堝の側面に
設けられた第一の加熱手段と、前記オリフィスの近傍に
設けられた第二の加熱手段とを備えた装置を用意し、前
記坩堝内に仕込まれた前記金属を前記第一の加熱手段で
加熱して前記溶融物を調製し、前記溶融物を前記坩堝内
で振動させ、前記溶融物を帯電させ、前記坩堝内にガス
を注入し、前記溶融物を前記オリフィスから噴出させる
前に、前記溶融物の温度を前記第二の加熱手段によって
調整し、前記溶融物を前記オリフィスから噴出して分散
させ、しかる後に前記溶融物を凝固させて金属球を得る
ことを特徴とする金属球製造方法。
【請求項２】前記坩堝内における前記溶融物は前記融
点よりも５０〜１５０℃高い温度Ｔ１に加熱されるよう
に設定されており、しかも前記オリフィスから噴出され
る前記溶融物の温度Ｔ２は（Ｔ１−３０）℃≦Ｔ２≦
（Ｔ１＋３０）℃になるように設定されていることを特
徴とする請求項１に記載の金属球製造方法。
【請求項３】前記第一の加熱手段は高周波誘導加熱器
であり、前記第二の加熱手段はカーボンリングまたは炭
素繊維から成るものであり、前記第二の加熱手段は前記
高周波誘導加熱器によって発生された高周波を受けて加
熱することを特徴とする請求項２に記載の金属球製造方
法。
【請求項４】前記第二の加熱手段は、前記オリフィス
を取り囲むように、前記坩堝の下面に取り付けられてい
ることを特徴とする請求項３に記載の金属球製造方法。
【請求項５】前記オリフィスから噴出される前記溶融
物は、前記坩堝の下面に取り付けられたノズルによって
誘導されるようになっており、前記第二の加熱手段は前
記ノズルに取り付けられていることを特徴とする請求項
３に記載の金属球製造方法。
【請求項６】前記溶融物は前記坩堝内において５００
〜２００００Ｈｚで振動されるようになっており、前記
坩堝内は０．０１〜０．２ＭＰａに加圧されており、こ
れによって前記金属球は０．０５〜２ｍｍの直径を有し
ていることを特徴とする請求項３に記載の金属球製造方
法。
【請求項７】前記オリフィスにはタングステンフィル
ターが取り付けられていることを特徴とする請求項１に
記載の金属球製造方法。
【請求項８】前記金属球は、前記金属球よりも大きい
１〜２ｍｍの直径を有する導電性のダミー球とともに、
電気メッキされることを特徴とする請求項６に記載の金
属球製造方法。
【請求項９】５００〜１６００℃の融点を有する金属
から成る金属球を製造するための金属球製造装置であっ
て、前記金属球製造装置は、その底部にオリフィスを有
する密閉性の坩堝と、前記坩堝の側面に設けられた第一
の加熱手段と、前記オリフィスの近傍に設けられた第二
の加熱手段とを有しており、前記金属球製造装置は、前
記坩堝内に仕込まれた前記金属を前記第一の加熱手段で
加熱して溶融物を調製するとともに前記溶融物の温度を
前記第二の加熱手段によって調整してから、前記溶融物
を前記オリフィスから噴出して分散させて金属球を製造
することを特徴とする前記金属球製造装置。