JP2779299B2 - 微細金属球の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣチップの電極とＴ
ＡＢテープのリード等との間を接合する際に接合部材と
して利用される微細金属球を製造するための方法および
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの電極と外部リードとの接続
には多様な方法が採用されている。配線用の微細ワイヤ
ー（ボンディングワイヤー）を用いて接続する方法もあ
るが、チップの電極とリードとの間にバンプと呼ばれる
金属突起を挟んで熱圧着する方法も広く行われるように
なっている。

【０００３】ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ
Ｂｏｎｄｉｎｇ）法は後者の代表として注目されている
技術である。この方法は、予めＩＣチップの電極部か、
もしくはＴＡＢテープ上のリード先端部のいずれかにバ
ンプを形成しておき、次にＩＣチップ電極部とリードを
有するＴＡＢテープとをバンプを介して重ね合わせて両
者を接合するものである。又ＴＡＢ法以外にフリップチ
ップ法においても、バンプが使用されている。

【０００４】このような用途に提供されるバンプのこれ
までの作り方は、メッキによる方法が主であった。すな
わち、ＩＣチップの電極部にバンプとなる金属（主に高
純度の金）を直接メッキして形成するか、又は一旦ガラ
ス基盤上等にメッキによって形成したバンプをＴＡＢテ
ープ側のリード先端部に転写する方法が主流となってい
る。しかしながら、メッキによる方法は設備が大きくな
る上に、バンプとして使用する金属の組成にも制約を受
けると言う欠点がある。又特にＩＣチップの電極部に直
接メッキしてバンプを形成する場合には、ＩＣチップそ
のものがメッキ工程を通過することになってＩＣチップ
の歩留りが悪化するという問題がある。

【０００５】これらの欠点を解消する方法として、メッ
キによらないバンプ形成方法も考えられるようになって
きた。その一つに微細金属球をバンプに用いる方法があ
るが、その微細金属球を製造する方法としては、すでに
（１）遠心噴霧粉末製造法があり、特許出願されたもの
としては（２）バンプ用の素材となる金属を微細線に加
工し、この金属線を定尺切断した後、お互いの間隔を隔
てた状態で溶融・凝固させ、表面張力を利用して球形状
のバンプを得る方法（特開平４−０６６６０２号公報参
照）と（３）定尺切断された微細金属球を縦型炉内で自
由落下させ、落下中に、その金属の融点以上に加熱して
表面張力の作用で球形状とし、球形状のまま凝固させて
炉底部から取り出す方法（特開平４−０６６６０１号公
報参照）とがある。これらの方法で作られた球形状のバ
ンプは、リード先端部等に熱圧着して使用される（特開
平３−１７４７３７号公報参照）。

【０００６】任意の金属線片を溶融してバンプとする新
しい方法によれば、接合用部材としてふさわしい特性を
持った任意の金属をバンプとして使用する可能性が大き
く広がったことになる。すなわち、金の他に銅や銀、並
びにそれらをベースとする各種合金を容易にバンプとし
て形成することができるようになったわけである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の微細金属球の製
造方法の前記（１）では、真球のものや同じ粒径のもの
を得ることができないという問題があり、前記（２）で
は、所定長さに切断した金属線片を坩堝中に一定の間隔
をとって配置した後、溶融していた。これは、お互いの
金属線片が接触したまま、又は余りに近い位置に置かれ
たまま溶融工程に入ると、溶融時にこれらの金属線片が
合体してしまうおそれがあるからである。この方法にお
いては、金属線片がすべて一定の長さを有すれば、均一
なサイズの微細金属球を形成することができた。しかし
ながら、この金属線片は長くても２〜３mmという微小な
ものなので、金属線片の配列作業および微細金属球の回
収作業に手間がかかるという問題がある。

【０００８】又、前記（３）では、金属線片を炉芯管上
部から自由落下させ、加熱・溶融して球状化させてい
る。しかしながら、この自由落下の方法では金属線片が
大きく重い場合には可能でも、実際に使用される金属線
片（径が２０〜３０μｍ、長さ０．１５〜０．４０mm）
では、金属の融点以上に加熱された炉芯管内部の対流の
ため金属線片が飛散してしまうか、お互いに接触して合
体してしまう恐れがある。又、炉芯管に石英ガラスを使
用していることから、仮に、一部の金属線片が落下した
としても、金属線片および形成された微細金属球は高温
に加熱された炉芯管（石英管）に付着してしまい炉芯管
下部より回収することができないという問題がある。

【０００９】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、簡易な装置により作業能率を、より向上させる
とともに、真球での粒の揃った微細金属球を安定して大
量に供給できる方法と装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、縦に配置された炉心管内に、炉心管上部か
ら炉心管下部へ向かうガス流を生成させ、金属線片を前
記ガス流に乗せて落下させ、前記金属線片に用いている
金属の融点以上の温度に前記金属線片を加熱して溶融す
ることにより、前記金属線片を球状化する微細金属球の
製造方法である。また、本発明は、炉心管の上部にガス
導入口を備え、そこから導入するガス流に乗せて金属線
片を炉心管下部へ供給する金属線片供給部と、前記金属
細線を加熱・溶融させ微細金属球を生成するために前記
炉心管内側に設置された炭素製筒と前記炭素製筒を加熱
するために前記炉心管外側に配置された高周波誘導コイ
ルを組み合わせた加熱部と、前記金属線片が前記導入ガ
スのガス流に乗って前記炭素製筒内部を通り生成した微
細金属球を回収するための回収部であって、供給された
前記金属線片および生成した前記微細金属球を搬送した
後のガスを排出するためのガス排出口を備えており、前
記炉心管の下部に設置されている前記微細金属球の回収
部より構成される微細金属球の製造装置である。そし
て、前記微細金属球の製造装置は前記炭素製筒の内側中
心部に炭素製柱を設けることが望ましい。

【００１１】

【作用】本発明は前記の構成によって、炉芯管上端から
導入した不活性ガスを炉芯管下端から吸引する方法で炉
芯管の上から下への不活性ガス流を作り、その不活性ガ
ス流に乗せて落下させた金属線片を、高周波誘導コイル
を用いて発熱させた炭素製筒内を通過させることによ
り、その金属線片に用いている金属の融点以上の温度に
加熱して溶融する。溶融状態の金属は表面張力が大き
く、自ら球状化するので、金属線片は発熱した炭素製筒
内を落下中に球状に変形され、微細金属球になる。又、
炭素製筒内側の中心部に炭素製柱を設けることにより、
炭素製筒内部の横方向の温度分布を均一にできるので、
落下した金属線片の、すべてに効率よく熱を伝え球状化
させることができる。なお、不活性ガスは金属線片およ
び形成された微細金属球を運ぶだけでなく、炭素製筒お
よび炭素製柱の酸化・損傷を防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例である微細金属球の製
造方法において使用する装置の概略図である。本実施例
においては、線径２５μｍ、長さ０．３mmと線径１０μ
ｍ、長さ０．３mmの２種類の金片（金属線片）を使用
し、球径６５．５μｍと球径３５．５μｍの２種類の金
球（微細金属球）を製造する。

【００１３】図１に示す装置は金属線片１を落下させる
ために用いる不活性ガスの導入口３を備えた金属線片供
給口２と、炉芯管４内側の炭素製筒５および炭素製柱６
を発熱させて、その間を落下する金属線片１を加熱・溶
融させるための炉芯管４外側の高周波誘導コイル７と、
金属線片１および形成された微細金属球８を落下させる
ために用いた不活性ガスを炉外へ出す吸引装置を取りつ
けるための不活性ガス排出口１０と、微細金属球回収部
の温度上昇を防止するための冷却管９を備えた微細金属
球回収容器１１とからなる。

【００１４】炉芯管４には、内径１０５mm、長さ５５０
mmの石英ガラスを使用し、不活性ガスには、Ａｒガスを
使用した。Ａｒガス（不活性ガス）導入口３は、リング
状に鋼パイプで形成され、内側に孔空けた無数の小さな
穴から６ｌ／毎分噴出するＡｒガスでカーテンを作れる
ようにし、金属線片供給部２をシールできるようにし
た。又、高周波誘導コイル７を用いて発熱させる炭素製
筒５は内径４０mm、長さ３２０mmに、炭素製柱６は外径
２４mm、長さ３２０mmにし、下端近傍において最高温度
（１４１０℃）を有するような温度分布を持たせた。最
高温度を金の融点よりも、かなり高く設定しているの
は、自由落下の場合と比べて金属線片１が炭素製筒５と
炭素製柱６の間を落下する速度が早いためで、温度を高
めることによって金属線片１を確実に融点以上の温度に
加熱するためである。

【００１５】冷却管９は銅で形成され、冷却水を循環さ
せて微細金属球回収部の温度上昇を防止できるようにし
た。又、Ａｒガス（不活性ガス）排出口１０および微細
金属球回収容器１１は石英ガラスで形成され、Ａｒガス
排出口１０からは、炭素製筒５と炭素製柱６の間を上か
ら下へ流れるＡｒガス気流を作るためにロータリー・ポ
ンプで１０ｌ／毎分のＡｒガスを吸引している。又、微
細金属球回収容器１１には水等を張り、微細金属球８が
形成、落下した際の変形を防止するとともに、水等の温
度を調節することによって形成された微細金属球８の性
質（結晶粒度、硬度等）をコントロールできるようにし
てある。

【００１６】微細金属球の切断装置（図示せず）で切断
された金属線片１は炉芯管４上端の金属線片供給口２か
ら落下され、炉芯管４に入り、不活性ガス導入口３から
噴出されるＡｒガスのカーテン１２中央に落下し、Ａｒ
ガス気流に乗って炭素製筒５内（炭素製柱６との間）に
入る。金属線片１は炭素製筒５内を落下し、高周波誘導
コイル７のある位置まで落下すると温度が急激に上昇し
始める。そして、金属線片１は温度がその金属の融点よ
り高くなったときに溶融する。一般に溶融金属は表面張
力が大きいので溶融状態では自ら球形状に変化する。し
たがって、この溶融金属は炭素製筒５内を通過中に球形
状に変化するが、炭素製筒５を出ると温度が急に下が
り、この金属は凝固し始める。最後に金属球が回収容器
１１に落ち、固化した微細金属球８が得られる。

【００１７】本発明者等が上記の装置および金属線片を
用いて実際に試験を行ったところ、真球で粒の揃った金
球（粒径６５．５μｍと粒径３５．５μｍの２種類）を
得ることができた。図２の写真は得られた金球の形状
（が真球であること）を示す。

【００１８】このように、本実施例の微細金属の製造方
法においては、金属線片を搬送するための装置を設ける
ことなく、金属線片を炉芯管に入れるだけで微細金属球
の回収工程まで一度に行うことができるので、作業能率
の向上と量産性の向上を図ることが可能になる。さら
に、本実施例の装置に、例えば、微細金属球を一定の間
隔で一本毎に切断する装置を本実施例の炉芯管上端に備
えることにより、微細金属球の切断工程、切断された金
属線片の球状化工程および微細金属球の回収工程を連続
して行うことができる。

【００１９】又、本実施例の微細金属の製造方法では、
従来採り上げられなかった金属や合金にも適用すること
ができるので、バンプとしての適切な組成の微細金属球
を製造することができる。尚、上記の実施例において
は、金属片を用いて金球を製造する場合について説明し
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、バン
プに相応した他の金属を使用してもよく、その場合に
は、不活性ガスの流量と炉内の最高温度を変更する必要
がある。又、金属によっては、高温の加熱炉内（炭素製
筒５内）において化学反応が起こらないように装置全体
を不活性ガス雰囲気で覆う必要もある。又、上記実施例
では、炉芯管下端部に微細金属回収容器１１を設けた
が、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば
回収容器を用いずに、炉芯管の下端部をテーパー状に加
工し、下端の開口孔より微細金属球を回収するようにし
てもよい。これにより、例えば、炉芯管の下方にベルト
コンベア等を配置し、微細金属球を連続的に回収するこ
とも可能になる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ス流を用いて落下させた金属線片を高周波誘導コイルを
使用して発熱させた炉内（炭素製筒内）を通過させるこ
とで加熱・溶融し、溶融金属の大きな表面張力を利用す
ることによって、容易に微細金属球を製造することがで
きるので、簡易な装置により作業能率の向上を図り、量
産性の向上を図ることができる微細金属球の製造方法お
よび装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である微細金属球の製造方法
において使用する装置の概略図である。

【図２】本発明で得られた金属球粒子構造の一例を示す
ＳＥＭ写真である。

【符号の説明】

１ 金属線片 ２ 金属線片供給口 ３ Ａｒガスの導入口 ４ 炉芯管 ５ 炭素製筒 ６ 炭素製柱 ７ 高周波誘導コイル ８ 微細金属球 ９ 冷却管 １０ Ａｒガスの排出口 １１ 微細金属球の回収容器 １２ ガスカーテン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大高 操 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式会社 先端技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−26701（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281707（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281705（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−180432（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22F 9/06 - 9/08 B23K 35/40 340 H01L 21/321 H01L 21/60 311

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦に配置された炉心管内に、炉心管上部
   から炉心管下部へ向かうガス流を生成させ、金属線片を
   前記ガス流に乗せて落下させ、前記金属線片に用いてい
   る金属の融点以上の温度に前記金属線片を加熱して溶融
   することにより、前記金属線片を球状化することを特徴
   とする微細金属球の製造方法。
2. 【請求項２】 炉心管の上部にガス導入口を備え、そこ
   から導入するガス流に乗せて金属線片を炉心管下部へ供
   給する金属線片供給部と、前記金属線片を加熱・溶融し
   微細金属球を生成させるために前記炉心管内側に設置さ
   れた炭素製筒と前記炭素製筒を加熱するために前記炉心
   管外側に配置された高周波誘導コイルを組み合わせた加
   熱部と、前記金属線片が前記導入ガスのガス流に乗って
   前記炭素製筒内部を通り生成した微細金属球を回収する
   ための回収部であって、供給された前記金属線片および
   生成した前記微細金属球を搬送した後のガスを排出する
   ためのガス排出口を備えた、前記炉心管の下部に設置さ
   れている微細金属球の回収部、より構成される微細金属
   球の製造装置。
3. 【請求項３】 前記炭素製筒の内側中心部に炭素製柱を
   設けた請求項２記載の微細金属球の製造装置。