JP3777222B2 - 微小金属球のハンダめっき法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の微小金属球の外周面に吸蔵されるＨ₂量の少ないハンダめっき被膜を設けるハンダめっき法に係り、ハンダめっき液を不活性ガスにてバブリングしながら電気めっきして、微小金属球表面に含有Ｈ₂量の少ない所定厚みのハンダめっき被膜を設けた微小金属球のハンダめっき法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプの半導体パッケージのバンプ芯材として用いられる微小金属球は、直径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度で材質としては、所定組成のハンダの他、最近では、電気特性や機械的特性を考慮して、コバール（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金）、Ｃｕ、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金などの金属球を芯材としてろう材を被覆したチップキャリアーが提案（特開昭６２−１１２３５５号）され、また、前記合金には製造上不可避的な不純物が含有されたり、機械的特性を向上させる等の種々の目的で少量の添加元素を含有したものも提案されている。
【０００３】
前記微小金属球の製造方法として、溶融金属を所定温度の液体中に滴下し、溶融金属自体の表面張力にて球形化してそのまま凝固する所謂液体中滴下方法、金型によるフォーミング等の所謂機械的塑性加工方法、金属粒又は片を非酸化性雰囲気中で平板上に載置して振動を加えながら加熱溶融してその表面張力で球形化してそのまま凝固する振動加熱方法（特公平２−５０９６１号）などが提案されている。
【０００４】
このように製造された微小金属球の外周面にろう材としては、要求される寸法精度や半導体パッケージとプリント基板との固着強度などにより適宜選定される、例えば、厚み５〜５０μｍの種々の組成からなるハンダ（Ｐｂ−Ｓｎ系）が被覆され、また下地層としてＮｉなどの積層あるいは複合層が被覆されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この外周面にハンダめっき被膜を設けた微小金属球は、パッケージボードに加熱装着する際に、ハンダめっき被膜に膨れが生じ、この膨れが破裂する際にボールが該基板から剥離飛散する問題があった。
【０００６】
この発明は、外周面にハンダめっき被膜を設けた微小金属球がパッケージボードに加熱装着した際に発生した被膜の膨れにて基板から剥離飛散する問題を解消できる微小金属球のハンダめっき法の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来の微小金属球の基板から剥離飛散する問題について種々検討した結果、微小金属球のハンダめっき被膜中に吸蔵されるＨ₂ガス量と相関関係があり、問題解決にはハンダめっき被膜中に吸蔵されるＨ₂量を極力低減する必要があることを知見した。
【０００８】
一般に、ハンダめっきを施す場合、酸性めっき浴では被めっき物表面から水素ガスが発生し、この発明対象の微小金属球では、球体であり体積当たりの表面積が大きいことからハンダめっき被膜中に吸蔵されるＨ₂ガス量も多くなる。
【０００９】
そこで、発明者らは、ハンダめっき被膜中に吸蔵されるＨ₂ガス量を低減できるハンダめっき方法について鋭意検討した結果、めっき前及びめっき中に不活性ガスによるバブリングを行い、めっき浴中を常に置換ガスで充満させておくこと、例えば、溶存酸素濃度が２ｐｐｍ以下であれば不活性ガスで十分に置換されていることを確認でき、該置換ガスで充満させておくことにより、めっき浴中に発生した水素ガスを素早く追い出すことができることを知見し、このめっき方法にて微小金属球にハンダめっき被膜を設けると、前述した被膜の膨れにて微小金属球が基板から剥離飛散する問題を解消できることを確認し、この発明を完成した。
【００１０】
すなわち、この発明は、直径が 0.1mm 〜 1.0mm の微小金属球をハンダめっき液中に浸漬前または浸漬後に、前記めっき液を不活性ガスにてバブリングして溶存O₂量を予め設定した値、 2ppm 以下に低減し、さらに前記バブリングを行いながら電気めっきして微小金属球の外周面に所定厚みのハンダめっき被膜を設けたことを特徴とする微小金属球のハンダめっき法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明において、めっき浴のバブリング方法は、例えば、めっき浴槽の底部から窒素又はアルゴンガスを導入して、めっき浴中の溶存ガスを置換するもので、めっき浴中に導入する不活性ガスの流量は、５０ｍｌ／分未満ではバブリング効果が十分でなく、溶存ガスとの置換に長時間を要し、所定の溶存Ｏ₂量とすることが困難となり、また、１０００ｍｌ／分を越えるとめっき液を飛散させるなどの問題を生じるほか、バブリングに要するコストが上昇して実用的でないため、バブリング時の不活性ガス流量は、５０ｍｌ／分〜１０００ｍｌ／分であることが好ましい。
【００１２】
ハンダめっき液はその組成により、溶存Ｏ₂量は若干異なり、一般的に７〜９ｐｐｍであるが、この発明において、電気めっき前のめっき浴のバブリングにて溶存Ｏ₂量を２ｐｐｍ以下とすることにより、電気めっき中のバブリングとあいまって微小金属球表面に形成するハンダめっき被膜に吸蔵されるＨ₂ガス量を極力低減でき、その結果、得られたハンダめっき被膜を有する微小金属球をパッケージボードに加熱装着する際に、ハンダめっき被膜に膨れを生じることがなく、微小金属球がボードより剥離飛散することを著しく減少できる。
【００１３】
この発明において、電気めっき時のバブリング方法は、めっき前と同様にめっき浴槽の底部から不活性ガスを導入する方法を採用でき、さらに、バレルめっき法ではバレル内に不活性ガスを導入する方法が効果的である。
【００１４】
【実施例】
実施例
直径が０．６ｍｍのＣｕ線をプレスマシンによって定寸切断し、直径Ｄ＝０．６ｍｍ、長さＬ＝０．６４ｍｍの円柱状個片（Ｌ／Ｄ＝１．０７）としたＣｕ個片を作製し、これらを非イオン系高級アルコール洗剤で脱脂した後、カーボン製の平板状個片配置治具に形成されている穴内に振込配置した後、水素雰囲気で１１５０℃の電気炉内に２０分配置して加熱溶融した後、２５℃／分の冷却速度で冷却して凝固させ直径０．７ｍｍのＣｕボールを作成した。
【００１５】
ハンダめっき浴として、Ｓｎ²⁺ ８．４ｇ／ｌ、Ｐｂ²⁺ １．６ｇ／ｌ、酸、光沢剤を含むｐＨ＜１のめっき液を用い、浴温２４℃にて電気めっき開始前にめっき浴槽底部より、窒素ガス流量２００ｍｌ／分にてバブリングを２．５時間行った。ここで、バブリング前のめっき浴中の溶存Ｏ₂量を溶存酸素メーターにて測定したところ、７〜８ｐｐｍであったが、窒素ガスによるバブリングを１．５時間行った後は溶存Ｏ₂量が２ｐｐｍ以下に低下しており、さらに、バブリングを続け２．５時間後に再度測定したところ、ほとんど変化していなかったため、窒素ガスで十分に置換されたものとして、電気めっきを開始した。
【００１６】
電気めっきは、水平バレルを用い、陰極電流密度０．０６Ａ／ｄｍ²、陽極板Ｓｎ／Ｐｂ＝６／４にて電気めっき中も窒素ガス流量２００ｍｌ／分にてバブリングを引続き行いながら、２１時間めっきを行い、Ｃｕボール外周面に膜厚み３５μｍの共晶ハンダめっき層を被覆した。
【００１７】
得られたこの発明によるハンダめっき層を有するＣｕボールを、２００℃、２１０℃、２２０℃、各１０秒間、各条件１０００個を溶着して、それぞれの膨れ発生率を測定した。表１にその結果を示す。また、ＴＣＤ検出器法により、室温から６００℃間で温度を上昇させながら水素ガスの放出量を測定温度におけるピークごとに測定した。表２にその結果を示す。
【００１８】
比較例
実施例と同様に作製したＣｕボールを用い、めっき前及びめっき中のバブリングを行うことなく、先の実施例と同一条件でＣｕボール外周面に膜厚み３５μｍの共晶ハンダめっき層を被覆した。その後、実施例と同様に膨れ発生率、基板からの剥離飛散率、水素ガス放出量をそれぞれ測定した。その結果を表１，２に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【発明の効果】
この発明は、めっき前及びめっき中に不活性ガスによるバブリングを行い、めっき浴中を常に置換ガスで充満させておくことにより、ハンダめっき被膜中に吸蔵されるＨ₂ガス量を低減でき、かかる発明方法にて、微小金属球にハンダめっき被膜を設けると、実施例に明らかなようにハンダめっき被膜を設けた微小金属球がパッケージボードに加熱装着した際に被膜の膨れが激減し、基板から微小金属球が剥離飛散する問題が解消される。

Claims (2)

1. 直径が 0.1mm 〜 1.0mm の微小金属球をハンダめっき液中に浸漬前または浸漬後に、前記めっき液を不活性ガスにてバブリングして溶存O₂量を予め2ppm 以下に低減し、さらに前記バブリングを行いながら電気めっきして微小金属球の外周面に所定厚みのハンダめっき被膜を設けたことを特徴とする微小金属球のハンダめっき法。
2. 請求項1において、バブリング時の不活性ガス流量が、50ml/分〜1000ml/分である微小金属球のハンダめっき法。