JP2914351B2 - 金属微小ボールの製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小ボールの製造
方法に関し、特に半導体チップをフリップチップ接続ま
たはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄ
ｉｎｇ）接続する際に、半導体チップ上の電極と回路基
板上の電極またはＴＡＢテープのインナーリードとを接
続するためにバンプとして用いられる微小ボールの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の微小ボール製造方法とし
ては、例えば特開平３−１８０４０１号に記載されてい
るようなものがあった。図５（Ａ）から図５（Ｄ）及び
図５（Ｅ）から図５（Ｈ）は、従来の微小ボール製造方
法を示す図であり、複数の金属細線を束ねるかテープ上
に平行に配列して固定するかして、要素の長さを送るの
に支障の無いように処置したのちに切断し、要素の長さ
の金属線片を得た後、融点以上に加熱し、微小ボールを
得ていた。

【０００３】これらは、金属線片を溶融して微小ボール
をつくる場合、粒子径を均一にするためには金属細線の
切断長さを一定にする必要があり、安定に一定量の金属
細線を搬送するために金属細線を被覆し取り扱い易くす
る必要があるためである。２００μｍ以下の径を有する
微小ボールを製造するためには、使用する金属細線の径
も１００μｍ以下のものになる。金属細線の切断長さの
精度を上げるためには、出来るだけ線径の細い材料を使
用して切断長さを長くする方が有利であるが、一般にバ
ンプとして用いられる金属は軟質なものが多いため、こ
れを加工した金属細線は自重で曲がってしまうなど極め
て取り扱いにくいものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の微小ボールの製
造方法によれば、金属細線を有機系材料である接着剤や
配列用材料により被覆し金属細線を切断したのち、被覆
を取り除く必要があった。この被覆を取り除く場合、融
点が３００℃以下の金属のときは溶剤で被覆材料を溶か
すことになるが金属線片に残留する被覆材料を全くなく
すことが難しく、金属線片の表面に若干の不純物の付着
が発生してしまい、高純度な金属ボールを製造すること
は出来ない。

【０００５】一方、融点が３００℃以上の高融点金属の
場合は被覆材料を燃焼させることにより完全に取り除く
ことが出来る。しかし、均一な粒子径のボールをつくる
ためには近隣の金属線片と合成し過大なボールを形成し
ないよう金属線片を個々に再配列する必要がある。この
ような再配列するため製造工程が増えてしまうほか、金
属線片は非常に小さいためハンドリングは難しく再配列
は困難を極めるため、量産には不向きな製造方法であっ
た。

【０００６】また、２種類以上の金属からなる合金の微
小ボールを形成する際には、それぞれの比率に応じた金
属細線を材料から製造しなければならなかった。テープ
状の金属材料を切断し、得られた金属片を加熱し球形化
して微小ボールを製造する場合、リール等を用いること
により金属材料の取り扱いは容易となり被覆材料を用い
る必要はなく、切断治具により金属材料を任意に配列で
きるため再配列を行う必要もない。

【０００７】また、合金の微小ボールを製造する場合、
所要の金属のクラッド材を用いることにより任意の組成
の合金ボールが容易に製造できる。このように、本発明
の方法によれば、従来の方法では必要とされていた被覆
材料が不要となるため、製造工程は簡易なものとなり、
不純物の混入はなくなる。本発明の目的は、上記した従
来技術の欠点を改良し、均一な粒子径をもつ金属の微小
ボールを簡易に製造する方法および装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第１の態様として
は、金属シートを打ち抜き、一定量からなる小金属片を
形成する金属シート打ち抜き装置と当該小金属片を収集
して搬送する装置と、当該小金属片を流体中を移動させ
ながら、当該金属の融点以上の温度に加熱して当該小金
属片を球状化する球状化装置とから構成されている金属
微小ボールの製造装置であり、又、係る第２の態様とし
ては、金属シートを打ち抜き、一定量からなる小金属片
を形成する工程と、該小金属片を当該金属の融点以上の
温度に加熱して球状化する工程とから構成されている金
属微小ボールの製造方法である。

【０００９】

【発明の実施の態様】本発明によれば、例えばダイス穴
とポンチなどにより金属箔を打ち抜くことにより、微小
ボール形成用の金属片を形成する。このようにして得ら
れる金属片の形状は、ダイス穴とポンチのサイズ及び金
属箔の厚みによって決定され、個片毎でのサイズのばら
つきは非常に小さい。また、金属箔の取り扱いは、例え
ば供給リールに巻かれた状態で金属箔を供給し、ダイス
穴上面を定ピッチで送られるよう巻き取り用リールに巻
きとればよいので、線材よりはるかに扱い易い。従っ
て、不純物である被覆材料を用いる必要はなく、製造さ
れた微小ボールの純度が落ちることはない。さらに、例
えばダイス穴とポンチを対にしてユニット化する事によ
り、任意の位置に金属片を配列する事が可能となるた
め、複数の金属片が合成して過大なボールを形成するこ
とはない。

【００１０】複数の金属からなる合金の微小ボールを形
成するためには、所要の組成比になるようにそれぞれの
金属の厚みを制御したクラッド材を用いればよい。この
ため、高純度な単一金属箔を用意しておくだけで様々な
合金に対応が可能である。金属片を加熱により球形化す
る際、例えば高融点金属の場合は加熱した管の中に個々
の金属片が接触しないように渦巻き状の気流を発生させ
ることにより、個片毎のばらつきのない金属片からほぼ
均一な粒子径を持つ微小ボールが得られる。また、低融
点金属の場合は、融点以上に加熱されたオイルが循環し
ている油浴内に金属片を入れることにより均一な粒子径
を持つ微小ボールが得られる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係る金属微小ボールの製造
装置の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明
する。即ち、図１は、本発明に係る金属微小ボールの製
造装置３０の構成の概略を説明する図であり、図中、金
属シート３を打ち抜き、一定量からなる小金属片６を形
成する金属シート打ち抜き装置３１と当該小金属片６を
適宜の収集手段２８を介して収集し、当該収集された該
小金属片６を搬送する装置３２と、当該小金属片６を流
体中を移動させながら、当該金属の融点以上の温度に加
熱して当該小金属片６を球状化する球状化装置３３とか
ら構成されている事を特徴とする金属微小ボールの製造
装置３０が示されている。

【００１２】本発明に使用される当該金属シート３は、
１種又は複数種の金属材料からなる圧延箔であり、テー
プ状の細幅のシートに形成されているものであっても良
い。又、本発明に係る当該金属シート打ち抜き装置３１
は、後述する図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示される様な
ダイス穴２とポンチ１とから構成されている機構を使用
する事が望ましいが、係る機構にのみ限定されるもので
はない。

【００１３】更に、本発明に於いては、当該金属シート
３は固定され、当該金属シート打ち抜き装置３１が当該
金属シート３上を移動する様にしても良く、又図４に示
す様に、金属シート打ち抜き装置３１は固定されてい
て、当該金属シート３が所定の速度で移動する様に構成
する様にしたものであっても良い。又、図１に示す、本
発明に係る金属微小ボールの製造装置３０に於て使用さ
れる当該小金属片６を該金属シート打ち抜き装置３１か
ら該球状化装置３３に移送する装置は、特に特定される
ものではないが、例えば適宜のコンベア手段、エアチュ
ーブ手段、傾斜路、振動板等を使用した連続的な搬送手
段を使用するものであってもよく、或いは、ロット毎、
バッチ毎に適宜の容器を使用して、搬送したり、ロボッ
ト等を使用したりして間欠的に移送する様に構成したも
のであっても良い。

【００１４】当該搬送手段３２の具体例としては、例え
ば、図１（Ｂ）に示す様に、該金属シート打ち抜き装置
３１から落下する当該小金属片６を、例えば適宜の振動
手段３６を使用して、斜め方法に振動させ、その振動に
より所定の方向に当該小金属片６を個々に移動させる様
に構成されたコンベア３５を使用する事も可能である。

【００１５】係る具体例に於いては、該コンベア３５は
図１（Ａ）に於ける収集手段２８と搬送手段３２を兼ね
るものである。又、当該搬送手段３２の他の具体例とし
ては、例えば、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示す様に、
該金属シート打ち抜き装置３１から落下する当該小金属
片６を、例えば発泡性を内蔵している粘着シート３７の
表面に所定の間隔で固定した後、当該粘着シート３７を
加熱発泡させる事によって、当該粘着シート３７の表面
の適度の凹凸を発生させ、それによって、当該小金属片
６と粘着シート３７の表面との接着力を低下させた後、
適宜の治具、例えば、多孔質セラミックスで構成された
治具を使用して、当該小金属片６を該シート３７からピ
ックアップして所定の位置まで搬送する様にしても良
い。

【００１６】又、該球状化装置３３から、完成された球
状化小金属片９を取り出す装置、即ち球状化小金属片の
取り出し装置３４も特に特定されるものではないが、例
えば、適宜のメッシュを有する容器内に当該流体と共に
堆積させる方法を使用する事が可能である。本発明に於
ける当該流体としては、例えば、加熱空気及び加熱され
た油浴から選択された一つが使用されるものである事が
望ましい。

【００１７】次に本発明に係る金属微小ボールの製造装
置３０の具体例をより詳細に図面を参照しながら説明す
る。図２〜図３はそれぞれ本発明の具体例に於ける金属
微小ボールの製造装置３０に於て使用される金属シート
打ち抜き装置３１の一例の構成を示す断面図である。

【００１８】即ち、本発明による微小ボールの製造工程
を説明するならば、図２（Ａ）に於いては、まず、金属
箔３をダイス穴２を有するベース４の上に設置する。次
にストリッパー５で金属箔３を押さえ込んだ後、ポンチ
１に矢印方向Ｆの所定の圧力を加え下降させ、図２
（Ｂ）に示す様に、金属箔３を打ち抜き金属片６を形成
する。

【００１９】このようにして形成された金属片６を、図
１に示す様な適宜の搬送手段３２を使用して適宜の球状
化装置３３に搬送するものであるが、当該球状化装置３
３の一例として図３に示される様な、上部に加熱ヒータ
ー７を有し内部に矢印４４の様な加熱空気流を発生させ
た管８の中に該小金属片６を入れ、当該空気流を当該金
属の融点以上に加熱する事により該小金属片６を溶融し
て微小ボール９をうる事になる。

【００２０】より具体的には、本発明に使用される当該
球状化装置３３は、図３に示す様に、空気流発生手段４
３から発生せしめられた空気流は、導入管部４０を経
て、当該管８内を矢印４４に沿って上昇し、当該管８の
上部に設けられた加熱ヒータ７により加熱され、当該小
金属片６が溶融する温度の迄上昇せしめられる。その
後、当該加熱空気流は、当該管８内に設けられた排出管
４１を経て外部に排出される様に構成されている。

【００２１】一方、当該球状化装置３３の該導入管部４
０に設けられた小金属片６投入部４２から当該空気流に
投入せしめられ、該空気流に沿って、当該管８内を上昇
し、加熱されて球状となり、該排出管４１を経て、当該
排出管４１の端部に設けられた補集手段４５に補集され
る。当該補集手段４５の底部は、メッシュ状となってい
るか、多孔質セラミックにより形成されているので、当
該小金属片６は該補集手段４５に捕捉されるが、当該空
気流は、当該補集手段４５を通過して外部へ排出され
る。

【００２２】本発明に於いては、例えば、金属箔として
厚さ５０μｍのＡｕ箔を、直径７５μｍの超硬合金製ポ
ンチと直径８０μｍの超硬合金製ダイス穴を用いて１０
０ｇ以上のポンチ加圧で打ち抜いたところ直径８０μ
ｍ、厚み５０μｍの金属片を得た。この金属片を１１５
０℃に加熱された管に入れ微小ボールを得た。この微小
ボールの粒度分布を測定したところ平均粒径が３９．５
μｍで標準偏差は１．０２であった。

【００２３】図４及び図５は本発明の他の具体例に於て
使用される当該金属シート打ち抜き装置３１と球状化装
置３３の構成を示す断面図である。図４に於ける金属シ
ート打ち抜き装置３１による金属片形成工法は図２と同
様である。ポンチ１はストリッパー駆動ブロック１０と
接合されており、電磁ソレノイド１１を介して支持体１
２に支持されている。ストリッパー５は、バネ１３を介
してストリッパー駆動ブロック１０と連結されている。

【００２４】ポンチ１は電磁ソレノイド１１によって押
し下げられストリッパー５と共に下降する。ストリッパ
ー５は金属箔３と接触するとバネ１３の弾性によりそれ
以上下降することはない。したがって、金属箔３をスト
リッパー５によって押さえ込んだ後、ポンチ１が金属箔
３を打ち抜く。電磁ソレノイド１１の励磁を切るとポン
チ１は引き上げられストリッパー５と共に上昇する。巻
き取りリール１４が所要量回転し、金属箔３が一定ピッ
チ送られ初期状態に戻る。

【００２５】ここで、電磁ソレノイド１１に与える電圧
によって、ストローク及び打ち抜き力は制御出来る。こ
の金属片形成工程により得られた金属片６を、前記した
具体例と同様に所定の搬送装置を使用して、球状化装置
３３として構成されている図５に示す様な油浴槽１７に
投入する。本具体例に於いては、前記した様な搬送手段
３２を使用して搬送されてきた当該小金属片６は、当該
金属の融点以上に加熱したオイル１６が循環している油
浴槽１７内に入れることにより微小ボール９が得られ
る。

【００２６】より具体的には、加熱されたオイル１６
は、当該油浴１７中を例えば、図示されていないアジテ
ータ等を使用して、適宜の循環流を形成せしめられると
同時に、当該油浴１７の下部に設けられたオイル排出孔
５２から排出され、当該排出されたオイル１６は、適宜
のポンプ５１を有する循環パイプ５０を介して当該油浴
１７に戻される。

【００２７】その際に、球状化された小金属片９は、当
該オイル１６と共に該排出孔５２から排出されるが、当
該オイル１６は、適宜のサイズのメッシュを底部に持つ
容器５３に収容され、当該小金属片９は、係るメッシュ
部によって捕捉され当該容器５３内に補集されるが、オ
イル１６は、該メッシュ部を透過して、適宜の受け部５
４を介して、該循環パイプ５０に戻される。

【００２８】当該容器５３として、メッシュサイズの異
なる複数種の容器を多段に配置する事によって、当該小
金属片９を、球径に従って分級し回収する事も出来る。
例えば、金属箔として厚さ１００μｍの９５Ｐｂ／５Ｓ
ｎ箔（厚さ９５μｍのＰｂ箔と厚さ５μｍのＳｎ箔との
クラッド材）を、直径７０μｍの超硬合金製ポンチと直
径７５μｍの超硬合金製ダイス穴を用いて３００ｇ以上
のポンチ加圧で打ち抜いたところ直径７５μｍ、厚み１
００μｍの金属片を得た。この金属片を３３０℃に加熱
された油浴に入れ微小ボールを得た。この微小ボールを
粒度分布を測定したところ平均粒径が７５．２μｍで標
準偏差は１．０６であった。また、得られた微小ボール
の断面を観察したところ、Ｐｂ中に均一にＳｎが分散し
ており合金組織に問題はなかった。

【００２９】上記した様に、本発明に係る金属微小ボー
ルの製造方法としては、金属シートを打ち抜き、一定量
からなる小金属片を形成する工程と、該小金属片を当該
金属の融点以上の温度に加熱して球状化する工程とから
構成されているものであり、当該球状化工程に於いて
は、小金属片を加熱された流体中を移動せしめる事によ
って球状化するものである。

【００３０】尚、本発明に於いては、当該球状化された
小金属片の直径が２００μｍ以下のものを効率的に製造
しえるものである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の微小ボール
の製造方法によれば、金属箔を用いるためその取り扱い
は金属細線よりも容易であり、金属箔を高精度に打ち抜
いたのち微小ボールを形成するため、分級を実施しなく
とも均一な粒子径を持つ微小ボールを得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、本発明に係る金属微小ボールの
製造装置の一具体例の構成を示すブロックダイアグラム
であり、図１（Ｂ）乃至図１（Ｄ）は、本発明に於て使
用される搬送手段の例を示す図である。

【図２】図２は、本発明に於て使用される金属シート打
ち抜き装置の一具体例の構成を示す断面図である。

【図３】図３は、本発明に於て使用される球状化装置の
一具体例の構成を示す断面図である。

【図４】図４は、本発明に於て使用される金属シート打
ち抜き装置の他の具体例の構成を示す断面図である。

【図５】図５は、本発明に於て使用される球状化装置の
他の具体例の構成を示す断面図である。

【図６】図６は従来の微小ボール製造方法の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１…ポンチ ２…ダイス穴 ３…金属シート、金属テープ、金属箔 ４…べース ６…金属片 ７…加熱ヒーター ８…管 ９…微小ボール １０…ストリッパー駆動ブロック １１…電磁ソレノイド １２…支持体 １３…バネ １４…巻き取りリール １５…供給リール １６…オイル １７…油浴 ２２…金属細線 ２３…電覆 ２４…テープ ２５…テープ ２６…金属線片 ２８…収集手段 ３０…金属微小ボールの製造装置 ３１…金属シート打ち抜き装置 ３２…搬送手段 ３３…球状化装置 ３４…球状化小金属片の取り出し装置 ３５…コンベア ３６…振動手段 ４０…導入管部 ４２…小金属片投入部 ４３…空気流発生手段 ５２…排出孔 ５３…補集容器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｂ２１Ｄ 43/00 Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22F 9/04 B22F 1/00 H01L 21/60 B21D 43/00

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属シートを打ち抜き、一定量からなる
   小金属片を形成する金属シート打ち抜き装置と当該小金
   属片を収集して搬送する装置と、当該小金属片を流体中
   を移動させながら、当該金属の融点以上の温度に加熱し
   て当該小金属片を球状化する球状化装置とから構成され
   ている事を特徴とする金属微小ボールの製造装置。
2. 【請求項２】 当該金属シートは、１種又は複数種の金
   属材料からなる圧延箔である事を特徴とする請求項１記
   載の金属微小ボールの製造装置。
3. 【請求項３】 当該金属シート打ち抜き装置は、ダイス
   穴とポンチとから構成されている事を特徴とする請求項
   １記載の金属微小ボールの製造装置。
4. 【請求項４】 当該金属シートを所定の速度で移動させ
   る金属シート移動手段が設けられている事を特徴とする
   請求項１乃至３の何れかに記載の金属微小ボールの製造
   装置。
5. 【請求項５】 当該小金属片を移送する装置は、コンベ
   ア、エアチューブ、傾斜路、振動板等から構成されてい
   る事を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の金属
   微小ボールの製造装置。
6. 【請求項６】 当該流体として、加熱空気及び加熱され
   た油浴から選択された一つが使用されるものである事を
   特徴とする請求項１記載の金属微小ボールの製造装置。
7. 【請求項７】 球状化された当該金属片を、当該流体中
   から取り出す為の球状化小金属片の取り出し装置が設け
   られている事を特徴とする請求項６記載の金属微小ボー
   ルの製造装置。
8. 【請求項８】 金属シートを打ち抜き、一定量からなる
   小金属片を形成する工程と、該小金属片を当該金属の融
   点以上の温度に加熱して球状化する工程とから構成され
   ている特徴とする金属微小ボールの製造方法。
9. 【請求項９】 当該金属シートは、１種又は複数種の金
   属材料からなる圧延箔である事を特徴とする請求項８記
   載の金属微小ボールの製造方法。
10. 【請求項１０】 当該金属シート打ち抜き装置が、ダイ
    ス穴とポンチとから構成されている事を特徴とする請求
    項８記載の金属微小ボールの製造方法。
11. 【請求項１１】 当該金属シートを所定の速度で移動さ
    せる金属シート移動工程が更に設けられている事を特徴
    とする請求項８乃至１０の何れかに記載の金属微小ボー
    ルの製造方法。
12. 【請求項１２】 当該球状化工程に於いては、小金属片
    を加熱された流体中を移動せしめる事によって球状化す
    るものである事を特徴とする請求項８記載の金属微小ボ
    ールの製造方法。
13. 【請求項１３】 当該加熱流体として、加熱空気及び加
    熱された油浴から選択された一つが使用されるものであ
    る事を特徴とする請求項１２記載の金属微小ボールの製
    造方法。
14. 【請求項１４】 当該球状化された小金属片の直径が２
    ００μｍ以下である事を特徴とする請求項８乃至１３の
    何れかに記載の金属微小ボールの製造方法。