JP5418894B2 - 電子部品用複合ボールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）に代表されるエリアアレイ端子型パッケージの接続端子等に用いられるはんだめっき層を形成した電子部品用複合ボールの製造方法に関するものである。
近年、電子部品の実装密度の高密度化要求に対応するために、パッケージオンパッケージ（ＰＯＰ）やマルチチップモジュール（ＭＣＭ）などの３次元高密度実装の検討が進んでいる。この問題を解決するために、はんだよりも融点が高い、例えばＣｕからなるコアボールに、はんだを被覆した電子部品用複合ボールによる実装が提案されている。（特許文献１）
特許文献１に開示される電子部品用複合ボールは、コアボールの表面にＮｉ下地めっき層とはんだめっき層の２層を形成したものであり、コアボールを脱脂等の前処理後、Ｎｉ下地めっき層とはんだめっき層を電気めっきで連続的に形成することにより、均一な膜厚のめっき層が得ることができるとされている。
特許文献１に開示される電子部品用複合ボールは、コアボールの表面にＮｉ下地めっき層とはんだめっき層の２層を形成したものであり、コアボールを脱脂等の前処理後、Ｎｉ下地めっき層とはんだめっき層を電気めっきで連続的に形成することにより、均一な膜厚のめっき層が得ることができるとされている。
特許文献１に開示されるめっき方法においては、コアボールにＮｉ下地めっき層、はんだめっき層と、異なる組成の２層以上のめっき層を形成するには、Ｎｉ下地めっき工程からはんだめっき工程に移行する際、めっき液の入れ替えやめっき槽の交換、あるいは別のめっき装置への移動が必要になる。このとき、たとえばめっきのバッチ処理数が異なると、Ｎｉ下地めっき層を形成したボールを一旦保管する必要が生じる。
Ｎｉ下地めっき層を形成したボールを一旦保管すると、Ｎｉ下地めっき層表面に酸化皮膜が形成されたり、コアボール表面に塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着したりすることで、次工程ではんだめっき層を形成する際にめっき皮膜の密着性の低下や、めっき皮膜が形成できないというめっき未着の問題を引き起こすことがあり、電子部品用複合ボールを電子部品に適用したときに接続信頼性上大きな問題である。
Ｎｉ下地めっき層を形成したボールを一旦保管すると、Ｎｉ下地めっき層表面に酸化皮膜が形成されたり、コアボール表面に塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着したりすることで、次工程ではんだめっき層を形成する際にめっき皮膜の密着性の低下や、めっき皮膜が形成できないというめっき未着の問題を引き起こすことがあり、電子部品用複合ボールを電子部品に適用したときに接続信頼性上大きな問題である。
本発明の目的は、はんだめっき皮膜の密着性の低下やめっき未着を解決し、均一なはんだめっき層が形成された電子部品用複合ボールの製造方法を提供することである。
本発明者は、電子部品用複合ボールの製造方法を見直し最適化を行なった結果、異なるめっき工程間において洗浄処理を行なうことにより、はんだめっきの密着性およびはんだめっきの未着を大きく改善でき、均一なはんだめっき層が形成された電子部品用複合ボールを得ることができることを見出し本発明に到達した。
すなわち本発明は、Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する工程と、
前記コアボールの表面を塩酸水溶液で洗浄する第１洗浄処理工程と、
前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程と、
前記下地めっき層の表面をメタンスルフォン酸水溶液で洗浄する第２洗浄処理工程と、
前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程と、
前記はんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程
を経る電子部品用複合ボールの製造方法である。
前記コアボールは、溶融させて表面張力により球状凝固したボールであることが好ましい。
前記コアボールの表面を塩酸水溶液で洗浄する第１洗浄処理工程と、
前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程と、
前記下地めっき層の表面をメタンスルフォン酸水溶液で洗浄する第２洗浄処理工程と、
前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程と、
前記はんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程
を経る電子部品用複合ボールの製造方法である。
前記コアボールは、溶融させて表面張力により球状凝固したボールであることが好ましい。
本発明によれば、異なるめっき工程間において洗浄処理を行なうことにより、均一なはんだめっき層が形成された電子部品用複合ボールを得ることができるため、接合精度に優れた電子部品の実用化にとって欠くことのできない技術となる。
以下、本発明の電子部品用複合ボールの製造方法を、順序だって詳細に説明する。
（１）Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する工程
先ず、本発明は、Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する。
本発明において対象とするコアボールの素材は、Ｃｕを用いる。Ｃｕを用いる理由として、はんだ溶融温度以上の融点を有するからである。コアボールのサイズは、電子部品用としては、３０μｍ〜１５００μｍの直径を有するものが多く用いられる。１５００μｍを超えるサイズのものは、電子部品用途としては多くなく、３０μｍよりも小径のサイズでは、ハンドリング性の問題からあまり用途が多くないからである。
（１）Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する工程
先ず、本発明は、Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する。
本発明において対象とするコアボールの素材は、Ｃｕを用いる。Ｃｕを用いる理由として、はんだ溶融温度以上の融点を有するからである。コアボールのサイズは、電子部品用としては、３０μｍ〜１５００μｍの直径を有するものが多く用いられる。１５００μｍを超えるサイズのものは、電子部品用途としては多くなく、３０μｍよりも小径のサイズでは、ハンドリング性の問題からあまり用途が多くないからである。
（２）前記コアボールの表面を還元性水溶液で洗浄する第１洗浄処理工程
次に、本発明は、コアボールの表面を、還元性水溶液で洗浄する第１洗浄工程を設ける。Ｎｉ下地めっき層形成前のコアボールは、長期間の保管等により、表面に酸化皮膜が形成されたり、コアボール表面に塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着している場合がある。本発明では、コアボール表面に形成するＮｉ下地層を密着性に優れ且つ均一に形成するために、コアボール表面の酸化皮膜や不純物を予め除去しておく。
次に、本発明は、コアボールの表面を、還元性水溶液で洗浄する第１洗浄工程を設ける。Ｎｉ下地めっき層形成前のコアボールは、長期間の保管等により、表面に酸化皮膜が形成されたり、コアボール表面に塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着している場合がある。本発明では、コアボール表面に形成するＮｉ下地層を密着性に優れ且つ均一に形成するために、コアボール表面の酸化皮膜や不純物を予め除去しておく。
還元性水溶液を洗浄に用いる理由としては、水溶液の還元作用によりコアボール表面に形成された酸化皮膜を溶解し、除去するためである。還元性水溶液の種類については、次工程のＮｉめっき液へ還元性水溶液が持込まれ、Ｎｉめっき液が劣化する可能性があるため、Ｎｉめっき液に通常含まれる酸である塩酸を用いる。塩酸を用いる場合は、コアボールの素地を溶解せずに酸化膜を除去できる塩酸溶液濃度５％〜１０％が好ましく、次工程への酸の持込みを最小限にするために、さらに純水で洗浄を行なうとよい。
また、還元性水溶液を形成するための還元剤の種類としては、硫酸、硝酸、リン酸、ヒドラジンなどの無機酸や、メタンスルフォン酸、有機スルフォン酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸などの水溶性有機酸を用いることができる。
また、コアボール表面を粗さないために、還元性水溶液は常温（２０〜２５℃）で使用することが好ましい。
また、還元性水溶液を形成するための還元剤の種類としては、硫酸、硝酸、リン酸、ヒドラジンなどの無機酸や、メタンスルフォン酸、有機スルフォン酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸などの水溶性有機酸を用いることができる。
また、コアボール表面を粗さないために、還元性水溶液は常温（２０〜２５℃）で使用することが好ましい。
洗浄の方法としては、例えば、ポリ容器やガラス容器にボールおよび還元性水溶液を投入し、容器ごと振動させて攪拌したり、撹拌プロペラを容器中に入れて撹拌したり、容器を回転させるなどの手段を適宜選択することができる。特に、攪拌による洗浄は、還元性水溶液の濃度を均一にして、還元性水溶液とコアボールとの接触機会を増加させることができ、均一に洗浄を行なうことができるため、好ましい。
（３）前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程
本発明は、第１洗浄処理工程後に、前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程を設ける。
Ｎｉ下地めっき層を形成する方法としては、電解めっき法、無電解めっき法など適宜選択できる。電解めっき法では、均一にめっきを施すために、例えば、回転バレル装置や傾斜バレル装置、高速回転めっき装置等を用いることができる。また、めっき液はワット浴やスルファミン酸浴を用いることができる。
Ｎｉ下地めっき層は、Ｃｕの球体からなるコアボールからのＣｕ拡散防止のためにバリア層としてコアボールを包囲するように形成するものであり、Ｎｉ下地めっき層の厚さは薄すぎるとバリア層としての機能を果たさないため、２μｍ以上が好ましい。
本発明は、第１洗浄処理工程後に、前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程を設ける。
Ｎｉ下地めっき層を形成する方法としては、電解めっき法、無電解めっき法など適宜選択できる。電解めっき法では、均一にめっきを施すために、例えば、回転バレル装置や傾斜バレル装置、高速回転めっき装置等を用いることができる。また、めっき液はワット浴やスルファミン酸浴を用いることができる。
Ｎｉ下地めっき層は、Ｃｕの球体からなるコアボールからのＣｕ拡散防止のためにバリア層としてコアボールを包囲するように形成するものであり、Ｎｉ下地めっき層の厚さは薄すぎるとバリア層としての機能を果たさないため、２μｍ以上が好ましい。
（４）前記Ｎｉ下地めっき層の表面を還元性水溶液で洗浄する第２洗浄処理工程
本発明は、第１めっき処理工程でＮｉ下地めっき層を形成した後に、Ｎｉ下地めっき層表面を還元性水溶液で洗浄する第２洗浄工程を設ける。第１めっき処理工程でＮｉ下地めっき層を形成したボールは、長期間の保管等により、表面に酸化皮膜が形成されたり、塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着している場合がある。本発明では、Ｎｉ下地めっき層表面に形成するはんだめっき層を密着性に優れ且つ均一に形成するために、Ｎｉ下地めっき層表面の酸化皮膜や不純物を予め除去しておく。
本発明は、第１めっき処理工程でＮｉ下地めっき層を形成した後に、Ｎｉ下地めっき層表面を還元性水溶液で洗浄する第２洗浄工程を設ける。第１めっき処理工程でＮｉ下地めっき層を形成したボールは、長期間の保管等により、表面に酸化皮膜が形成されたり、塵等のめっき層の形成に有害な不純物が付着している場合がある。本発明では、Ｎｉ下地めっき層表面に形成するはんだめっき層を密着性に優れ且つ均一に形成するために、Ｎｉ下地めっき層表面の酸化皮膜や不純物を予め除去しておく。
還元性水溶液を洗浄に用いる理由としては、水溶液の還元作用によりＮｉ下地めっき層の表面に形成された酸化皮膜を溶解し、除去するためである。還元性水溶液の種類については、次工程のはんだめっき液へ還元性水溶液が持込まれ、はんだめっき液が劣化する可能性があるため、はんだめっき液に通常含まれる酸であるメタンスルフォン酸を用いる。メタンスルフォン酸を用いる場合は、Ｎｉ下地めっき層の素地を溶解せずに酸化皮膜を除去できる溶液濃度５％〜１０％が好ましく、還元性水溶液の次工程への持込みを最小限にするために、さらに純水洗浄を行なうとよい。
また、還元性水溶液を形成するための還元剤の種類としては、硫酸、硝酸、リン酸、ヒドラジンなどの無機酸や、メタンスルフォン酸、有機スルフォン酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸などの水溶性有機酸を用いることができる。
また、Ｎｉ下地めっき層の表面を粗さないために、還元性水溶液は常温（２０〜２５℃）で使用することが好ましい。
また、還元性水溶液を形成するための還元剤の種類としては、硫酸、硝酸、リン酸、ヒドラジンなどの無機酸や、メタンスルフォン酸、有機スルフォン酸、シュウ酸、酢酸、クエン酸、アスコルビン酸などの水溶性有機酸を用いることができる。
また、Ｎｉ下地めっき層の表面を粗さないために、還元性水溶液は常温（２０〜２５℃）で使用することが好ましい。
洗浄の方法としては、第１洗浄処理工程と同様な方法でよく、例えば、ポリ容器やガラス容器にボールおよび還元性水溶液を投入し、容器ごと振動させて攪拌したり、撹拌プロペラを容器中に入れて撹拌したり、容器を回転させるなどの手段を適宜選択することができる。特に、攪拌による洗浄は、還元性水溶液の濃度を均一にして、還元性水溶液とコアボールとの接触機会を増加させることができ、均一に洗浄を行なうことができるため、好ましい。
（５）前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程
本発明は、第２洗浄処理工程後に、前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程を設ける。
はんだめっき層を形成する方法としては、第１めっき処理工程と同様な方法でよく、電解めっき法、無電解めっき法などを適宜選択できる。電解めっき法では、均一にめっきを施すために、例えば、回転バレル装置や傾斜バレル装置、高速回転めっき装置等を用いることができる。また、めっき液には、メタンスルフォン酸系のめっき液が使用できる。
本発明において対象とするはんだめっきのはんだ組成は、電子部品として典型的なＳｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｃｕ等が適用でき、通常融点が３００℃以下のものが使用される。また、はんだめっき層の厚さは、０．０１μｍから５０μｍの厚さが典型的であり、要求特性に基づいて適宜選択される。
本発明は、第２洗浄処理工程後に、前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程を設ける。
はんだめっき層を形成する方法としては、第１めっき処理工程と同様な方法でよく、電解めっき法、無電解めっき法などを適宜選択できる。電解めっき法では、均一にめっきを施すために、例えば、回転バレル装置や傾斜バレル装置、高速回転めっき装置等を用いることができる。また、めっき液には、メタンスルフォン酸系のめっき液が使用できる。
本発明において対象とするはんだめっきのはんだ組成は、電子部品として典型的なＳｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｃｕ等が適用でき、通常融点が３００℃以下のものが使用される。また、はんだめっき層の厚さは、０．０１μｍから５０μｍの厚さが典型的であり、要求特性に基づいて適宜選択される。
（６）前記はんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程
最後に、本発明は、はんだめっき層を形成した後にはんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程を設ける。
これは、はんだめっき層を形成した後、はんだめっき液がはんだめっき層を腐食する場合があるため、水洗浄を行なう必要がある。洗浄の方法としては、第１および第２洗浄処理工程と同様の方法でもよく、ビーカーやはんだめっき処理工程で用いた容器中で攪拌等により行なうとよい。
最後に、本発明は、はんだめっき層を形成した後にはんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程を設ける。
これは、はんだめっき層を形成した後、はんだめっき液がはんだめっき層を腐食する場合があるため、水洗浄を行なう必要がある。洗浄の方法としては、第１および第２洗浄処理工程と同様の方法でもよく、ビーカーやはんだめっき処理工程で用いた容器中で攪拌等により行なうとよい。
本発明で用いるＣｕの球体からなるコアボールは、Ｃｕを溶融させて表面張力により球状凝固する方法で形成することが好ましい。たとえば、特開２００４−１３７５３０号公報に開示される均一液滴噴霧法や、特開２００５−２４２８号公報に開示される熱プラズマ法を適宜選択することができる。特に均一液滴噴霧法は、高い真球度のコアボールが得られるため、電子部品として用いたときの寸法精度が向上することから、より好ましい。
先ず、特開２００５−２４２８号公報に開示される熱プラズマ法を用いて、純度が９９．９９質量％以上のＣｕ金属片を熱プラズマ中に導入して溶融し、球状凝固させて、φ２００μｍのＣｕの球体からなるコアボールを作製した。
第１洗浄処理工程では、還元性水溶液として、塩酸を１０％含む常温の塩酸水溶液を１００ｍｌ用意し、上記のＣｕコアボール２５ｇを塩酸水溶液中へ投入し、容器を手で振動させて攪拌しながら３分間洗浄を実施した。その後、Ｃｕコアボールを純水で洗浄した。
第１めっき処理工程では、先ず、硫酸Ｎｉを２３７ｇ／Ｌ、塩化Ｎｉを４０ｇ／Ｌを含むＮｉめっき液を用意した。このＮｉめっき液を用いて、Ｎｉを陽極電極として、電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、浴温６０℃とし、バレルめっき装置で電解めっきを行ない、第１洗浄処理を行なったＣｕコアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を２μｍ形成した。次いでＮｉ下地めっき層を形成したボールを、純水で洗浄した後、エタノールで洗浄し、常温（２５℃）で乾燥させた。
第２洗浄処理工程では、還元性水溶液として、メタンスルフォン酸５％を含む常温のメタンスルフォン酸水溶液１００ｍｌを用意し、Ｎｉ下地めっき層を形成したボールをメタンスルフォン酸水溶液中へ投入し、容器を手で振動させて攪拌しながら３分間の洗浄を実施した。その後、Ｎｉ下地めっき層を形成したボールを純水で洗浄した。
第２めっき処理工程では、先ず、メタンスルフォン酸Ｓｎ（Ｓｎとして２２ｇ／Ｌ）、メタンスルフォン酸Ａｇ（Ａｇとして１．０ｇ／Ｌ）、メタンスルフォン酸Ｃｕ（Ｃｕとして２．０ｇ／Ｌ）を含む溶液にアンモニアを添加して、ｐＨ４．０に調整したはんだめっき液を用意した。このはんだめっき液を用いて、Ｓｎを陽極電極として、電流密度１．０Ａ／ｄｍ２、常温（２５℃）で、高速回転めっき装置で電解めっきを行ない、第２洗浄処理を行なったＮｉ下地めっき層を包囲するようにＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ質量％のはんだめっき層を２８μｍ形成した。
第３洗浄処理工程では、はんだめっき層を形成した電子部品用複合ボールを純水中へ投入し、容器を手で振動させて攪拌しながら洗浄した後、エタノールで洗浄し、常温（２５℃）で乾燥させた。
上記で作製した電子部品用複合ボールの断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図１に示す。図１に示すように、本発明の電子部品用複合ボールの製造方法によれば、コアボールの表面を還元性水溶液で洗浄することにより、均一なＮｉ下地めっき層を形成することができ、Ｎｉ下地めっき層の表面を還元性水溶液で洗浄することにより、均一なはんだめっき層を形成できることが確認できた。本発明は、めっき層形成前にボール表面を洗浄することで、めっき層の密着性低下や未着などの問題を起こす可能性を低減でき、電子部品用複合ボールを接続端子部として用いた電子部品を実用化する上で、電気的な接続信頼性を大いに向上することが可能となる。
Claims (2)
- Ｃｕの球体からなるコアボールを用意する工程と、
前記コアボールの表面を塩酸水溶液で洗浄する第１洗浄処理工程と、
前記コアボールを包囲するようにＮｉ下地めっき層を形成する第１めっき処理工程と、
前記下地めっき層の表面をメタンスルフォン酸水溶液で洗浄する第２洗浄処理工程と、
前記下地めっき層を包囲するようにはんだめっき層を形成する第２めっき処理工程と、
前記はんだめっき層の表面を洗浄する第３洗浄処理工程
を経ることを特徴とする電子部品用複合ボールの製造方法。 - 前記コアボールは、溶融させて表面張力により球状凝固したボールであることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用複合ボールの製造方法。
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