JPH03180401A - サイズの均一な微細金属球の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装分野で使用されるＴＡＢ（Ｔ　Ａ　
Ｂ　：　Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｎ＋ａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉ
ｎｇ）やフリップチップ接合法において接合部材として
の役割を果たす「バンプ」等で必要とされる、サイズの
一定な微細金属球を効率的に製造するための方法に関す
る。

〔従来の技術〕

バンプを使用する半導体装技術としては、ＴＡＢやフリ
ップチップ法等がある。これらの分野におけるバンプと
しては、金等の金属が使用さ札その形も球形や直方体お
よびそれらの中間的な形状等、まちまちなものが使用さ
れている。

バンブ本来の機能は、相対する二つの導電部材間を電気
的、機械的に接合する役割を果たすべきものである。一
般には、バンプは上記二つの４電部材間に位置合わせし
て配置された後、加熱並びに加圧されて両者を接合する
。このような機能から考えると、バンプの形状は変形し
やすい球形状が望ましいのであるが、実際に多く使用さ
れているバンプは直方体形状に近いものが大部分である
。

この理由は、実用されているバンプはほとんどがメツキ
やエツチングの方法によって作製されているため、ａ能
的に多少の問題はあっても、これらの手法によって形威
し易い形状のバンプが使用されている、というのが実態
である。さらに現在バンプ形成の最も一般的な方法であ
るメツキによる方法に限っていえば、上記の形状の問題
に加えて、バンプとする金属の純度や＆１１戒の選択が
制限されるという欠点もある゛。

ところで、これまで機能的に望ましいにもかかわらず、
球形状のバンプが主流にならなかった最大の原因は、均
一なサイズで形状の良い金属球を得ることが困難だった
ことによると思われる。

微細金属球を製造するための従来法としては、水噴ｎ法
、ガス噴霧法、真空噴霧法、遠心噴霧法、ローラー噴霧
法、超音波噴霧法等、多くの方法が知られている。しか
し、例えば水噴霧法による微細わ）末は形状が不規則、
ガス噴霧法は微細粒を作りにくいという欠点がある。比
較的小さな金属球を工業的な規模で製造できる方法とし
ては遠心噴霞浩があるが、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅ
ｔａｌｓ、　Ｊａｎｕａｒｙ　１９Ｂ１．９ρ１３１８
　ｃこＪ己叔されてし）るように、得られる金属球の粒
径は、例えば３０から２００μｍ程度の範囲の分布を持
ってしまう。従って、このような方法で作製した金属球
をバンプのような用途に対して使用するためには、出来
上がった種々のサイズの中から特定サイズの金属球だけ
をふるい分は等の方法によって選び出すことが必要であ
った。

微細金属球を工業的な規模でふるい分けるのは容易でな
く結果として金属球をバンブとして使用する試みも積極
的には推進されなかった訳である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、半導体装分野で必要とするバンプ用と
してそのまま使用できるような、サイズが均一で形状が
良く、しかも純度や組成に対して制約の無い微細金属球
を、ふるい分は等によらずに製造できる効率的な方法を
確立することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属細線を一定長さに切断した後、その金属
の融点以上の温度に加熱して球状化することを特徴とす
るサイズの均一な微細金属球の製造方法である。

一般に溶融金属は表面張力が高いので、適当な形状の微
細な固体素材を熔融温度以上に加熱してやれば、溶融状
態では自ずから球形状に変化する傾向を有する。従って
、予め得ようとする金属球と同し質量を持った金属素材
を溶解した後静かに冷却して凝固させてやるだけで原理
的には金属球を作ることが可能である。

もちろん一定の重力下において大きな球を得ようとする
と、いずれかのサイズ以上で表面張力よりも重力の影響
が強くなり、つぶされた球形にしかならない限界が存在
する。しかし、本発明の目的とするバンプ用の金属球の
範囲は、通常直径が０．５ｍｍを越えることはないので
、重力による偏平化はほとんど問題にならない。

発明者らは、この原理を使って微細金属球を効率的につ
くるための方法について検討し、工業的な分野での実用
化可能な技術とするための条件を調べた。その結果、最
も重要なポイントは以下の各項目に集約されることが明
らかになった。

■素材は不定型でも体積が一定でありさえすれば一定サ
イズの球が得られるが、質量が一定の素材を大量に準備
するためには、素材としては線材の利用が望ましい。均
一な断面積をもった線材を使用すれば、長さを一定に切
断するだけで、ｆｌｕの一定な素材を大量に用意するこ
とが容易に実現する。また、なるべく断面積の小さい線
材を使えば切断長さのバラツキによるｆｌｕの変動を小
さくすることができるので、得られる金属球の寸法精度
を一層高めることが可能となる。

■線材を素材として使用する場合、切断後の線材の断面
サイズと長さの比があまりに大きくなると、加熱して溶
融させた際に１本の素材が２ケ以上の金属球に分解して
しまう場合がある。前項では断面形状はなるべく小さく
て長さの長い線材が望ましかったのであるが、１本の線
材から確実に１ケの球を作るという第２の条件を加える
と、切断後の素材の断面サイズと長さの比に対しては、
一定の望ましい範囲が存在することになる。我々の検討
結果では断面が円形のｔ通の線材の場合には、長さが直
径の約１００倍を越えなければ、このような分解の起こ
る恐れは小さいことが判ったので、寸法精度との兼ね合
いから、この比の望ましい範囲としては、５０〜１００
倍とするのが良い。

■切断した線材を溶解する場合、素材の線材を一定以上
の間隔を隔てた状態で溶解しないと２本以上の素材が溶
融後に合体して大きな球になってしまう恐れがある。加
熱中に素材が変形することもあるので、できれば１ｍｍ
程度の間隔は確保しておくことが望ましい。

■加熱時に素材表面が酸化したり溶解時に素材の一部が
蒸散するとバンプとして必要な清浄な表面が得られなく
なったり歩留まりが低下する等、好ましくない現象が現
れる。従って、金属の種類によっては酸化防止に対する
配慮が必須であり、さらに特に蒸気圧の高い金属を扱う
場合には蒸散を防ぐために不活性ガス雰囲気中で溶解す
る等の対策をとることが望ましい。

■素材金属を溶融させるための加熱温度はその金属の溶
融温度以上であれば良く、必要以上に高い温度に加熱す
ると、成分の変化や表面性状の劣化に繋がるので避ける
べきである。金属の溶融点に対して、０〜１００℃程度
高めの範囲が加熱温度として望ましい範囲であることが
確認された。

さらに付は加えれば、得ようとする金属球のサイズが小
さい場合はど、加熱温度を低め側に設定することが望ま
しい、やむを得ず高めの温度に加熱した場合には、高温
での保定温度を極力短くして蒸発を防ぐとともに、再凝
固までの冷却速度を速めて粗大プントライの成長を阻止
すれば、表面性状の悪化を防止することができる。

本発明は、主として以上の点に関する実験的検討の結果
をもとにして構成されたものである。本発明方法のポイ
ントは、金属細線を一定の長さに精度良く切断する点に
ある。できるだけ細い線を使用して切断長さを長くする
ほうが、切断時の長さのバラツキを小さくすることがで
きる。しかし、あまりに細過ぎる線を自動的に切断しよ
うとすると、線の送り時のたわみに基づく切断誤差が生
し易い傾向もある。

細い線を、たわみを生しさせずに精度良く切断するため
には、第２図に示すような方法が有効である。第２図（
イ）は、複数本の金属細線２を束ねて塩化ビニール等の
樹脂３で被覆し、これを−定長さに切断した後に被覆を
はがして、一定長さの金属＆Ｉ６を取り出す方法である
。ただし、束ねる金属線の本数をあまり多くし過ぎると
、被覆内で個々の金属線が曲がったり捩れたりする結果
、切断精度の悪くなる場合がある。一方、第２図（ロ）
は複数本の金属＆！２をテープ４及び５の間に平行に並
べて挟み込み、このテープを一定幅に切断してから金属
線６を取り出す方法である。テープとしては、片側は接
着剤の塗布された粘着テープ等を利用し、もう一方の側
は同じ粘着テープを使っても良いが接着剤は必ずしも必
要ではないので、紙等を当てるだけでも十分である。刃
幅の広い自動切断機を使用すれば、非常に能率良く細線
材を切断することができる。

このようにして切断した金属４１１６は、その金属と反
応する恐れの無い坩堝ｌ内に第１図に例示したように配
列する。これを必要な温度に加熱することによって、寸
法の揃った金属球が得られる。

〔作用〕

金属細線は市販の自動切断機によって、±０゜１ｍｍ以
内の誤差で精度良く切断することが出来る。一定長さに
切断された金属細線は、金属と濡れにくい特性をもった
グラファイト等で作られた坩堝中に一定以上の間隔をと
るように配置した後、真空または不活性ガス雰囲気中で
加熱される。

この加熱によって素材線材は溶融し、表面張力の作用に
よって球形になる。全ての素材が溶融した後に冷却する
ことによって、球形を保ったまま凝固させることができ
る。冷却完了後に取り出せば、目的とする微細金属球が
得られる。

以下、実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例１ 直径０．１ｍｍの銅線を自動切断機で長さ０゜７ｍｍに
切断した。この切断した銅線を、底面の平らなセラミッ
クス坩堝に約２ｍｍ程度の間隔を置いて並べ、真空炉中
で１１２０℃に加熱した。

得られた銅球の寸法を測定したところ、平均直径が０．
２２ｍｍで、最大および最小直径は各々０．２４と０．
２１ｍｍという均一なサイズになっていた。

実施例２ 直径４６μｍの金線１０本を束ね、第２図（イ）のよう
にして外側を塩化ビニールで被覆した。

この被覆金線を、自動切断機を用いて０．５ｍｍ長さに
細分した。切断後に塩化ビニール被覆を取り除いて、長
さの揃った多数の金線を取り出した。

これらをグラファイト坩堝の平らな底面上にほぼ１ｍｍ
間隔で並べ、真空チャンバー内に入れて高周波誘導加か
法で溶解した。温度は１０８０℃とした。

１１−られた約９０００ケの金球をまずメツシュ番号＋
２０の標準ふるい（目の開き１２５μｍ）でふるうと、
全ての金球がふるいの月を通過した。

次にメツシュ番号１４０　（目の開き１０６μｍ）のふ
るいにかけると、このふるいの目を抜ける金球は一つも
無かった。さらに、１００ケの金球を取り出して直径を
測定したところ、平均値は１１７μｍ、５準偏差はｌ、
９であった０以上の結果から、本実施例で得られた金球
の直径は、はぼ１１■から１２３μｍ程度の非常に狭い
範囲に入っているものと考えられる。

実施例３ 直径２５μｍの金線を、第２図（ロ）に示したような方
法で幅１Ｂｍｍの粘着テープ上に１ｍｍずつの間隔を置
いて合計１５本、互いに平行を保つようにして貼り付け
た。線材を貼った後のテープ粘着面には同幅の祇テープ
を貼り合わせて、線材が粘着テープと祇テープとの間に
挟みこまれるようにした。この線材入りテープを、自動
切断機によって長さ０．５５ｍｍずつにスライスした。

スライスしたテープには、０．５５ｍｍ長さの一定長さ
に切断された金線が各スライス毎に１５木ずつ含まれて
いるので、これらをテープのついたままグラファイト坩
堝に並べて入れた。これをまず大気中で５００６Ｃに加
熱し、テープを燃焼させた。その後真空雰囲気に変えた
上で誘導加熱法で１１７０’″Ｃに加熱し、金属線材を
溶解した。

冷却後にテープの燃えカスを除去すると、大きさの揃っ
た多数の金球が得られた。

本実施例においては加熱を２段階として、始めに低温の
大気中で焼いてテープを燃焼させる工程を押入した。こ
れは必ずしも必須ではないが、素材金属の活性度が高く
てテープの不純物と反応する恐れのあるような場合や、
テープの不純物が坩堝表面と反応するのを避けるために
は有効な方法である。

得られた金球の内、２４５ケについて直径を測にした結
果を第３図に示す。すべての金球が７６／Ｉ　ｍから８
４μｍの間に分布しており、平均値が８０．１μｍ標準
偏差が１．７という極めて均一性の良い金球が１１られ
ていることが判る。

（発明の効果］ 金属粉末を量産する従来の方法では、得られる金属球の
サイズ分布が大きいため、特定サイズの球だけを必要と
する場合にはふるい分は等によって不要サイズの球を除
去することが不可欠であった。本発明法においては、素
材の金ｒ／ｒ４線材の長さを精度良く切断して準備する
だけで、バンブのように寸法精度を厳しく要求される用
途にたいしても、ふるい分けを必要とせずにそのまま使
用できる金属球を量産することが可能である。しかも、
メツキ法で問題となるような金属の組成や純度に制限が
なく、用途に対して最も適当な金属や合金を自由に選ん
で球状に加工することができる。

また、本発明法は基本的にはサイズの揃った金属球の製
造を狙ったものであるが、素材の線材の切断長さに一定
の分布を持たせるようにすれば、任意のサイズ分布を持
った金属球を製造する用途に対しても適用が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法において、切断した金属線を平底坩堝
に並べて溶解する状況の一例を示す図、第２図は線材を
一定長さに大量に切断するための方法を例示する図、第
３図は本発明の実施例において得られた金属球について
実測したサイズ分布を示す図である。 １・・・坩堝、２・・・金属綿、線、３・・・被覆、４
．５・・・テープ、６・・・切断後の金属線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属細線を一定長さに切断した後、その金属の融点以上
   の温度に加熱して球状化することを特徴とするサイズの
   均一な微細金属球の製造方法。