JP3426361B2 - 微小金属球の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

微小金属球の製造方法及びその製造装置

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の電極部と
金属配線等の外部とを接合するために使用する微小金属
球、即ち金属バンプの製造方法及びその製造装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、TAB(Tape Automated Bondi
ng)テープを用いて半導体装置を製造する場合、そのT
ABテープのリード等と半導体素子の電極部とを微小金
属球で成る金属バンプによって接合することができる。
このTAB法によれば、半導体素子の電極部又はTAB
テープのリード先端部のいずれかに予め、バンプを形成
しておき、次に電極部及びリード先端部をそのバンプを
介して重ね合わせて、両者を接合するというものであ
る。
【0003】このようなバンプ接合に使用するバンプの
製造方法として、従来その主流となっているメッキ法
や、或いは転写法等が知られている。ところが、メッキ
法の場合では設備が大がかりになり、またバンプとして
使用する金属組成に制約を受ける等の問題があった。そ
こで、メッキ法等における不都合を解消すべく、例えば
特開平4−66601号公報に開示されたこの種のバン
プの製造方法によれば、定尺に切断された金属線片を縦
型炉内で自由落下させ、その落下中に金属の融点以上の
温度に加熱して表面張力の作用により球状化させ、この
球状のまま凝固させたものが炉底部から取り出される。
【0004】このように金属線片を自由落下させる方法
の場合、実際に使用される金属線片のサイズは、径20
〜30μm,長さ0.15〜0.40mm程度で極めて
微細且つ軽量であることから、その金属の融点以上に加
熱された炉芯管内部に生じた対流によって金属線片が飛
散し、又は相互に接触して合体する危険があった。そこ
で更に、縦に配置された炉芯管内を、金属線片を炉芯管
上部から下部へ流れる気流又はガス流に乗せて落下さ
せ、金属線片をその金属の融点以上の温度に加熱して溶
融することにより、金属線片を球状化するようにした微
小金属球の製造方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の微小金属球の製造方法において、金属線片が
より微小化した場合、特にその金属を溶融させるための
加熱部付近にて、炉芯管内部の上昇気流の影響が著しく
なり、金属線片を安定的に落下させることが困難であっ
た。その結果、形成されるべき微小金属球の形状,大き
さ等を十分に均一化することが難しかった。
【0006】本発明はかかる実情に鑑み、バンプを形成
するための微小金属球を常に安定的に且つ均一に製造し
得る微小金属球の製造方法及びその製造装置を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の微小金属球の製
造方法は、鉛直方向に配置された炉芯管内でその下部か
ら上部へ流れる搬送ガス流を形成する工程と、前記炉芯
管の下部にて前記搬送ガス流に対して金属線片を供給す
る工程と、前記搬送ガス流中の前記金属線片を少なくと
もその融点温度まで加熱する工程と、加熱された前記金
属線片を溶融することにより球状化する工程と、球状化
した微小金属球を冷却し、回収する工程と、を備えてい
る。
【0008】また特に本発明方法において、前記搬送ガ
スの流量を制御する工程を有し、加熱された前記金属線
片を溶融させることにより楕円体化もしくは非球体化し
得るようにしたものである。
【0009】本発明の微小金属球の製造装置は、鉛直方
向に配置された炉心管と、前記炉芯管の下部に設けた導
入口から所定ガスを供給し、前記炉芯管内にて搬送ガス
を上昇させるガス供給手段と、前記炉芯管の下部付近に
て前記搬送ガス流に対して金属線片を供給する金属線片
供給手段と、前記炉芯管の適所に配置され、前記金属線
片を少なくともその融点温度まで加熱し得るようにした
加熱手段と、前記加熱手段の上方適所に配置され、前記
金属線片を冷却し得るようにした冷却手段と、前記炉芯
管の上部に配置された回収手段と、を備えたものであ
る。
【0010】
【作用】本発明によれば、炉芯管の下部にてガス供給手
段により所定のガスを供給し、炉芯管の下部から上部へ
流れる搬送ガス流を形成する。金属線片供給手段によっ
てその搬送ガス流に対して供給された金属線片は、炉芯
管内での上昇の途中で加熱手段により加熱される。そし
て、溶融した金属線片はその表面張力の作用によって球
状化する。次に、冷却手段によって冷却されることによ
り凝固し、回収手段によって炉芯管の上部にて回収され
る。
【0011】本発明では、特に炉芯管内の搬送ガス流と
加熱部における加熱によって生じる上昇気流との方向が
一致(上昇)しているため、その搬送ガス流に対して金
属線片を極めて供給し易くなる。また、加熱部の上昇気
流と搬送ガス流の方向が同一であるため、炉芯管内の気
流状態を安定させることができる。この結果、そのよう
な搬送ガス内で溶融され、更に冷却される金属線片は、
球状化する際に形状,大きさ等が安定し、極めて均一化
した微小金属球を得ることができる。
【0012】更に、本発明によれば、ガス供給手段によ
り供給される搬送ガスの流量を制御可能であり、その搬
送ガス流に搬送される金属線片の上昇速度を加減するこ
とより、金属線片に対する溶融、或いはその後の凝固の
際の条件を変化させることができる。これにより、加熱
された金属線片の溶融・凝固によって、微小金属球を楕
円体化もしくは非球体化することが可能である。つま
り、形成されるべき微小金属球の形状を制御することが
できる。
【0013】
【実施例】以下、図1乃至図3に基づき、本発明の微小
金属球の製造方法及びその製造装置の好適な実施例を説
明する。図1は、本発明の実施例における微小金属球の
製造装置の全体構成を示している。この装置は、鉛直方
向に配置された炉心管10と、炉芯管10の下部に設け
た導入口21から所定ガス22を供給し、炉芯管10内
にて搬送ガスを上昇させるガス供給手段20と、炉芯管
10の下部付近にて搬送ガス流に対して金属線片1を供
給する金属線片供給手段30と、炉芯管1の途中適所に
配置され、金属線片1を少なくともその融点温度まで加
熱し得るようにした加熱手段40と、加熱手段40の上
方適所に配置され、金属線片1を冷却し得るようにした
冷却手段50と、炉芯管10の上部に配置された回収手
段60と、を備えている。
【0014】炉心管10は、石英ガラス等の材料により
形成され、例えば内径100mm,長さ500mm程度
の大きさに設定される。炉心管10の下部の導入口21
から供給されるガスとしては、好適にはアルゴンガス等
の不活性ガスが用いられるが、空気を用いることも可能
である。ガス供給手段20は、ガス22を安定供給する
が、導入口21の手前適所には図示されていない流量制
御バルブが設けられる。そして、この流量制御バルブを
介してガス22の流量を制御することができるようにな
っている。
【0015】金属線片供給手段30において、炉芯管1
0の下部付近に設けたパイプ状の供給管31の導入口3
2から金属線片1が供給される。導入口32は、前記ガ
ス供給手段20の導入口21よりも僅かに高い位置に設
定され、また供給管31は、図示例のようなベンチュリ
ー構造とすることができる。供給管31には好適にはア
ルゴンガスもしくは空気等の所定ガスが導入され、その
ガス流によって供給管31のベンチュリー部にて収容器
33から金属線片1を吸い上げ得るようになっている。
【0016】加熱手段40において、炉芯管10は、炭
素材料により形成された筒体41によって囲繞されてい
る。この筒体41のまわりには更に、高周波誘導コイル
42が配置されている。高周波誘導コイル42は、図示
しない電源回路等と接続されており、炉芯管10のまわ
りから高周波加熱して、少なくとも金属線片1の融点以
上の温度まで加熱し得るようになっている。なお、高周
波誘導コイル42の加熱温度を適宜、所望温度に設定・
維持することができる。
【0017】冷却手段50において、炉芯管10のまわ
りを冷却管51が取り巻いており、冷却管51に冷却水
を循環させることにより、炉芯管10を冷却するように
なっている。冷却管51内を流れる冷却水の温度及び流
量等は制御可能であり、従って炉芯管10に対する冷却
温度を適宜、所望温度を設定することができる。
【0018】回収手段60において、回収ヘッド61と
回収容器62を備えている。回収ヘッド61は、その頂
部及び頂部付近にて図示のような多数のガス噴射ノズル
63を有している。またガス噴射ノズル63からのガス
噴出先には、微小金属球2を回収容器62に向けて排出
させる排出口64が開口している。回収容器62は、例
えば図2に示されるように、冷却水65を満たしたドー
ナツ状の水槽として構成される。なお回収容器62は、
図3に示されるように比較的小さい複数(この図示例で
は4個)の水槽に分割構成されてもよく、この場合には
各水槽に対応するように回収ヘッド61の排出口64を
分岐させる構造とする。
【0019】次に、上記のように構成された微小金属球
の製造装置を使用して、金属線片1から微小金属球2を
形成する場合を説明する。先ず、ガス供給手段20によ
り導入口21からガス22を供給し、これにより炉芯管
1の下部から上部へ流れる搬送ガス流23が形成され
る。金属線片供給手段30により供給管31の導入口3
2から金属線片1が供給される。そして、搬送ガス流2
3に対して供給された金属線片1は、その上昇の途中で
加熱手段40により融点以上の温度まで加熱される。
【0020】そして、溶融した金属線片1は、この溶融
状態にて表面張力が大きくなっているので球状化する。
この球状化した状態で搬送ガス流23に乗せられて、炉
芯管1内を更に上昇すると、次に冷却手段50によって
冷却されることにより凝固する。かくして形成された微
小金属球2は、回収ヘッド61に到達すると、ガス噴射
ノズル63からのガス噴出によって排出口64を介して
回収容器62内へ回収される。
【0021】さて、本発明によれば、特に導入口21か
ら供給されるガス22によって形成される搬送ガス流2
3と、加熱手段40の加熱によって生じる上昇気流24
の方向が共に上方を向き、即ち一致しているため、搬送
ガス流23に対する金属線片1の供給を容易に行うこと
ができる。また、加熱手段40によって生じる上昇気流
24は、搬送ガス流23の方向と同一であるため、その
搬送ガス流23の流れを邪魔することはなく、炉芯管1
0内の気流状態を安定させることができる。
【0022】従って、かかる搬送ガス流23内で溶融さ
れる金属線片1は、球状化する際に形状,大きさ等が安
定し、極めて均一化した微小金属球2を得ることができ
る。また、加熱手段40付近の上昇気流24それ自体を
金属線片1の搬送のために利用し得るから、導入口21
から供給するガス22の量を効果的に減少させることが
できる。
【0023】更に、ガス供給手段20によって形成され
る搬送ガス流23の流量を調節することにより、その搬
送ガス流23に搬送される金属線片1の上昇速度を加減
することができる。これにより、加熱された金属線片1
に対する溶融、或いはその後の凝固の際の条件を変化さ
せ、微小金属球2の形状を制御することができる。つま
り、完全な球状のものばかりでなく、例えば楕円体化も
しくは非球体化(雨粒状,流線型等)することが可能で
ある。なお、楕円体等に形成された微小金属球2によれ
ば、バンプ高さを確保する上で極めて有効である。
【0024】ここで、図4は本発明装置の変形例を示し
ている。この装置では、回収手段160において、炉芯
管10の上部に接続された回収管161と回収容器16
2とを備えている。回収管161は、図示例のように上
から下へ湾曲しており、その先端にて微小金属球2を、
冷却水163を満たした回収容器162に向けて排出さ
せる排出口164が開口している。また、冷却手段15
0は、炉芯管10の一部(上部)と回収管161を取り
巻く複数の冷却管151〜154を有している。なお、
その他の構成については、基本的に前述した装置(図
1)の構成と同様である。
【0025】この装置において、前述した例の場合と同
様に、炉芯管10内で溶融した金属線片1は、球状化し
た状態で搬送ガス流23に乗せられて、炉芯管1内を上
昇する。そして冷却手段150によって冷却されること
により凝固した微小金属球2は、回収管161内で搬送
され、排出口164を介して回収容器162内へ回収さ
れる。
【0026】この場合においても、金属線片1は、球状
化する際に形状,大きさ等が安定するため、極めて均一
化した微小金属球2を得ることができる。そして特にこ
の例においては、回収手段160まわりの構成を比較的
簡素にすることができる。
【0027】以上実施例について本発明を説明したが、
本発明は、これらの実施例において記述された具体的数
値等に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて適
宜変形等が可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、炉
芯管内における金属線片の搬送ガス流を上昇気流として
形成し、この搬送ガス流と、加熱手段の加熱によって生
じる上昇気流の方向を一致させたため、金属線片の供給
を容易化すると共に、金属線片を球状化する際に形状,
大きさ等を安定させ、極めて均一化した微小金属球を得
ることができる。また、搬送ガス流の流量を調節するこ
とにより、形成されるべき微小金属球の形状を制御可能
にする等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における微小金属球の製造装置
の全体構成を示す縦断面図である。
【図2】本発明の微小金属球の製造装置に係る回収容器
を示す斜視図である。
【図3】本発明に係る回収容器の変形例を示す斜視図で
ある。
【図4】本発明の微小金属球の製造装置における変形例
を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 金属線片 2 微小金属球 10 炉心管 20 ガス供給手段 21 導入口 22 ガス 24 搬送ガス 30 金属線片供給手段 31 供給管 32 導入口 33 収容器 40 加熱手段 41 筒体 42 高周波誘導コイル 50,150 冷却手段 51 冷却管 60,160 回収手段 61 回収ヘッド 62,162 回収容器 63 ガス噴射ノズル 64,164 排出口 65 冷却水
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22F 9/04 - 9/08 B23K 35/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉛直方向に配置された炉芯管内でその下
    部から上部へ流れる搬送ガス流を形成する工程と、 前記炉芯管の下部にて前記搬送ガス流に対して金属線片
    を供給する工程と、 前記搬送ガス流中の前記金属線片を少なくともその融点
    温度まで加熱する工程と、 加熱された前記金属線片を溶融させることにより球状化
    する工程と、 球状化した微小金属球を冷却し、回収する工程と、を備
    えたことを特徴とする微小金属球の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記搬送ガスの流量を制御する工程を有
    し、加熱された前記金属線片を溶融させることにより、
    楕円体化もしくは非球体化し得るようにしたことを特徴
    とする請求項1に記載の微小金属球の製造方法。
  3. 【請求項3】 鉛直方向に配置された炉心管と、 前記炉芯管の下部に設けた導入口から所定ガスを供給
    し、前記炉芯管内にて搬送ガスを上昇させるガス供給手
    段と、 前記炉芯管の下部付近にて前記搬送ガス流に対して金属
    線片を供給する金属線片供給手段と、 前記炉芯管の適所に配置され、前記金属線片を少なくと
    もその融点温度まで加熱し得るようにした加熱手段と、 前記加熱手段の上方適所に配置され、前記金属線片を冷
    却し得るようにした冷却手段と、 前記炉芯管の上部に配置された回収手段と、を備えたこ
    とを特徴とする微小金属球の製造装置。
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