JPH07300606A - 球形半田粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】得られた球形半田粒子１個当りの重量のバラツ
キが少ないと共に半田濡れ広がり性が良好であり、球形
半田粒子の球形度，表面状態を良好に維持できる液状熱
媒体の寿命を向上でき、格別な脱脂工程を必要としない
球形半田粒子の製造方法を提供する。 【構成】容器１内に液状熱媒体（パーフルオロポリエー
テル）２を満たし、上半部をヒーター３で加熱して液温
を半田材料の融点より高く保ち、下半部を水冷パイプ４
により冷却して液温を半田材料の凝固温度以下に保つ。
シュート５から冷間加工した材料を所定重量に分割した
半田粒子ａ₁ を落下させる。半田粒子ａ ₁ はその融点よ
り高温に保たれた高温液状熱媒体２中を落下する間に溶
融球形状ａ₂ となり、さらに凝固温度以下に保たれた低
温液状熱媒体２中を落下する間に球形を保ったまま凝固
し、容器１底部に球形半田粒子ａ₃ として堆積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は球形半田粒子の製造方法
に関し、詳しくは、半導体チップや抵抗等の部品を基板
へ固着する際の接続材料として有用な半導体装置用球形
半田粒子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】従来から、半導体チップや
抵抗等の部品は基板の電極上に半田付けされている。ま
た近年においては電極の数が多量になってきたことに伴
い、半田を球形にして所定位置まで転がし実装して加
熱，溶融させる、いわゆる置き半田付け方法が多用され
ている。しかし乍らこの置き半田付け法においては、機
器の小型化，高密度化によりチップや抵抗等の被固着部
材の寸法が小さくなるにつれて球形半田も小さくなり、
球形半田の球形度が悪くなると半田の転がり移動が円滑
に行なわれないため半田の供給性が悪くなり、作業能率
が著しく低下するという問題が生じる。このため、球形
度に優れた球形半田粒子が求められている。さらに、前
記被固着部材の基板への固着を確実なものにするために
は、半田粒子の大きさが均一であることが必要である。

【０００３】従来から球形金属を製造する方法として色
々な方法が提案されているが、これらの中で、球形度に
優れ大量生産に好適な方法として、不定形状に分割した
金属粒子を、高温部と低温部からなる液体中に落下さ
せ、高温部で溶融し低温部で凝固させる過程で球形化す
る方法が提案されている（図３参照）。

【０００４】例えば、特開昭４９−１３５８７０号公報
には、出発材料としてアトマイズ法により不定形状に分
割した金属粒子を用い、液状熱媒体としてポリエチレン
グリコール，大豆油，シリコンオイル等を用いた方法が
開示されている。特開昭５２−８８２５４号公報には、
出発材料として溶融金属の液滴を用い、液体として水を
用いた方法が開示されている。特開昭５６−８４４０１
号公報には、出発材料として噴霧法により得られた不定
形状に分割した金属粒子を用い、液状熱媒体としてグリ
セリンを用いた方法が開示されている。

【０００５】しかしながらこれらの方法は出発材料とし
て噴霧法を用いているため、出発材料の大きさが均一に
できないことに起因して球形半田粒子の大きさを均一に
することができないという欠点を有する。さらに液状熱
媒体として水を用いた場合、球形度が悪いという問題が
ある。また液状熱媒体として大豆油，シリコンオイル，
グリセリン等を用いた場合、良好な球形度と良好な表面
状態を維持できる液状熱媒体の寿命が短いことに加え
て、液状熱媒体として用いた油脂類が球形半田粒子に付
着しこれらの脱脂が困難であるという問題を有する。

【０００６】ここで油脂類の脱脂に関し詳述すると、一
般にはアルカリ水溶液を用いたアルカリ脱脂，トリクロ
ルエチレン等の有機溶剤による溶剤脱脂が知られてい
る。しかし乍ら、アルカリ脱脂方法は、半導体装置用材
料に対してはアルカリイオンが混入し半導体装置の誤動
作のもとになるという問題がある。またトリクロルエチ
レン等の溶剤脱脂は、人体への安全面からの問題が生じ
ていた。この為、従来からトリクロロエタンを脱脂液と
して用いることが有効な方法として採用されてきたが、
トリクロロエタンはフロンやハロン等と共にオゾン層破
壊物質として国際的にその使用が規制されており、未だ
有効な代替脱脂方法が確立されていない。しかも従来、
トリクロロエタンを用いて脱脂した場合においても、球
形半田粒子の濡れ広がり性が悪いという欠点を有してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】因みに、球形半田粒子
１個当りの重量のバラツキを少なくするためには、圧延
加工等の冷間加工により厚さを制御した半田材料を出発
材料とし、これをプレス加工等により所定重量に分割す
ることが必要である。この時、圧延加工等の冷間加工を
行う際、工具の冷却，摩耗防止等の目的で潤滑油として
金属加工油が用いられている（図４参照）。この為、出
発材料の半田材料に油脂が付着しこれが主因となって、
球形半田粒子製造用の液状熱媒体の寿命が劣化している
と考えられる。これら油脂類を脱脂すれば良いが、前述
した通り、安全，環境面から有効な脱脂方法が見出され
ていない。

【０００８】また、球形半田粒子製造用の液状熱媒体と
して従来から用いられている大豆油，シリコンオイル，
グリセリン等を使用した場合、及び、脱脂剤を用いて脱
脂した場合においても、製造された球形半田粒子の濡れ
広がり性が悪いという問題がある。

【０００９】従って本発明は、下記（１）〜（４）に記
載される目的を同時に達成し得る球形半田粒子を提供す
ることを課題とする。 （１）球形半田粒子１個当りの重量のバラツキが少ない
こと （２）球形半田粒子の良好な球形度及び良好な表面状態
を維持できる液状熱媒体の寿命を向上できること （３）球形半田粒子の濡れ広がり性が良好なこと （４）格別な脱脂工程を必要としないこと

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等が鋭意研究を
重ねた結果、冷間加工した材料を所定重量に分割した半
田粒子を主成分がパーフルオロポリエーテルである液状
熱媒体中に落下せしめることで、パーフルオロポリエー
テルが脱脂剤としての機能を果たして前述の目的（１）
〜（４）を同時に達成し得ることを知見し、本発明を完
成させるに至った。ここに本発明は次の通りである。 （第１発明）冷間加工した材料を所定重量に分割した半
田粒子を、該半田粒子の融点以上の高温部と、該半田粒
子の凝固温度以下の低温部とからなる液状熱媒体中に落
下せしめて球形半田粒子を製造する方法において、前記
液状熱媒体の主成分がパーフルオロポリエーテルである
ことを特徴とする半導体装置用球形半田粒子の製造方
法。 （第２発明）上記パーフルオロポリエーテルの２０℃に
おける動粘度が１〜１８５０ｃＳｔであることを特徴と
する球形半田粒子の製造方法。 （第３発明）上記冷間加工した材料を所定重量に分割す
る方法がプレス加工であることを特徴とする球形半田粒
子の製造方法。

【００１１】

【作用】以下、本発明のさらに詳細な構成とその作用に
ついて説明する。本発明に係る球形半田粒子の製造方法
は、圧延加工を施した油脂付着半田テープをプレス加工
して重量均一な油脂付着半田ペレットを作成し、これを
出発材料として球状化処理を施し、球形半田粒子を製造
する（図２参照）。 （１）出発材料 ここで、半田材料としては接続材料として通常用いられ
ているものであれば良い。例えば、Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金
やその他のＳｎ−Ｐｂ合金及びこれらにＳｂ，Ａｇ，Ｂ
ｉ，Ｉｎ等を添加した合金が例示できる。これらをテー
プ又はワイヤー状に冷間加工した後、１個当りの重量を
所定重量となるようにプレス加工機等を用いて半田ペレ
ットを作成する。１個当りの目標重量は、通常その用途
により０．００１〜１０ｍｇの範囲から選ばれる。１個
当りの目標重量に対するバラツキは１０％以内であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは５％以内である。

【００１２】（２）液状熱媒体 本発明は球状化装置に用いる液状熱媒体として、パーフ
ルオロポリエーテル（以下ＰＦＰＥという）を用いるこ
とを特徴とする。 ＰＦＰＥの説明 ＰＦＰＥは側鎖タイプと直鎖タイプがあり、側鎖タイプ
は下記一般式＜化１＞で、直鎖タイプは下記一般式＜化
２＞で、夫々表示される。

【化１】

【化２】ＣＦ₃ −〔（Ｏ−ＣＦ₂ −ＣＦ₂ ）ｐ−（Ｏ−
ＣＦ₂ ）ｑ〕−Ｏ−ＣＦ₃ 本発明では何れのタイプも使用できる。ＰＦＰＥは炭
素，フッ素，酸素の３元素よりなり、毒性がない物質と
して知られている。尚、本発明でいう液状熱媒体の主成
分とは、本質的にＰＦＰＥからなっており不純物及びＰ
ＦＰＥの本質的な性能を変更することのない添加物を含
有するものをいう。

【００１３】ＰＦＰＥの好ましい範囲 球形半田粒子の濡れ広がり性の点から、ＰＦＰＥの２０
℃における動粘度（ｃＳｔ）はＡＳＴＭＤ４４５で測定
した値として、１〜１８５０ｃＳｔが好ましい。さらに
好ましくは、１０〜２５０ｃＳｔである。

【００１４】ＰＦＰＥの作用 球形半田粒子の良好な球形度、及び良好な表面状態を維
持できる液状熱媒体の寿命を向上させることに効果が大
きい。また、球形半田粒子の濡れ広がり性を向上させる
効果を有する。

【００１５】ＰＦＰＥの作用に対する機構の説明 球状化処理を行うに際して、液状熱媒体としてＰＦＰＥ
を用いた場合、出発材料に油脂が付着した場合において
も液の劣化が小さく、球形半田粒子の濡れ広がり性を向
上させる優れた効果を有する。この様な優れた効果を有
する理由は明かではないが、ＰＦＰＥは半田粒子表面の
油脂類と置換し易く、しかも通常の油脂類の約２倍の比
重を有しているため、半田粒子表面から分離した油脂類
はＰＦＰＥ液の上部に分離する度合が大きくＰＦＰＥを
劣化させる程度が極めて小さいこと、及び、半田粒子表
面に付着したＰＦＰＥが半田の濡れ広がり性を阻害する
程度が小さいため、この様な優れた効果を有するものと
考えられる。

【００１６】（３）球形粒子の製造方法 図１に基づいて本発明を説明する。まずガラス管等の円
筒状等の容器１内に、液状熱媒体２としてＰＦＰＥを満
たし、容器１の上方の一部を外部から加熱ヒーター３で
加熱して上方の液温を半田材料の融点より高く保つ。ま
た容器１の下方の一部を水冷パイプ４等により冷却して
ＰＦＰＥを半田材料の凝固温度以下に保つ。この状態
で、容器１上部のシュート５から、冷間加工した材料を
所定重量に分割した出発材料である半田粒子（油脂付着
ペレット）ａ₁ を落下させる。所定重量に分割された半
田粒子ａ₁ は、その融点より高い温度に保たれた容器１
の上方の高温ＰＦＰＥ中を重力によって落下し、その間
に溶融状態となり表面張力の作用によって溶融球形状ａ
₂ となる。さらに落下を続け、容器１の下方の低温ＰＦ
ＰＥ中を落下する際に球形を保ったまま凝固し、容器１
底部に球形粒子ａ₃ として堆積する。半田粒子ａ₁ に付
着した油脂分はＰＦＰＥの上部に分離されるので、容器
１の下部に設けた取り出し口６より、油脂分のないＰＦ
ＰＥ中から球形粒子ａ₃ を取り出し、乾燥することによ
り球形半田粒子が得られる。これにより、格別な脱脂工
程を必要とすることなく、重量のバラツキが小さく、球
形度，表面状態，濡れ広がり性が良好な半田粒子が安定
して製造でき、且つ液状熱媒体の寿命を向上させること
ができる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂの半田材料を、基
油が鉱物油である潤滑油を用いて圧延して０．１ｍｍ厚
さ×２０ｍｍ幅の油脂付着テープを作成した。次いで、
プレス加工機により鉱物油を潤滑油として用いて２ｍｇ
／個の半田小片である油脂付着ペレット（半田粒子）を
作成した。球状化装置として直径１００ｍｍ、長さ１０
００ｍｍのガラス製容器に、２０℃での動粘度が０．５
ｃＳｔの側鎖タイプのＰＦＰＥを満たし、ガラス製容器
の上半部５００ｍｍの範囲を外部から抵抗加熱により、
ＰＦＰＥが２３０℃になるように加熱し、且つ下半部５
００ｍｍの範囲を外部から水冷して凝固点以下に保持す
るようにした。この状態で、予め作製した前述の半田小
片を、潤滑油が付着したまま上方からガラス製容器内に
落下させ、逐次底部に球形半田粒子を堆積せしめた。次
いで、容器下部の取り出し口から球形半田粒子を取り出
し、乾燥した。この様にして得られた球形半田粒子の球
形度、表面状態を測定した。同様の操作を繰り返し球形
度、表面状態が劣化するまでの寿命を処理時間で調べ
た。この時得られた良好な球形粒子の重量のバラツキ及
び濡れ広がり性を測定した。それらの結果を表２に示
す。

【００１８】（実施例２〜９／比較例２〜５）半田材料
の種類、液状熱媒体を表１の様にしたこと以外は実施例
１と同様にして球形半田粒子を作製し、試験を行った。
結果を表２に示す。

【００１９】（比較例１）球状化処理をする油脂（大豆
油）が付着した出発材料をトリクロロエタンで脱脂した
こと、液状熱媒体としてＰＦＰＥに代えて大豆油を用い
たこと、大豆油が付着した球形半田粒子をトリクロロエ
タンで脱脂したこと以外は実施例１と同様にして球形半
田粒子を作製し、試験を行った。結果を表２に示す。

【００２０】（比較例６）半田小片を所定重量に分割す
る方法として圧延加工材をプレス加工する方法に代え
て、溶湯を噴霧して液滴とする方法を用いたこと以外は
比較例２と同様にして球形状半田粒子を作製し、試験を
行った。結果を表２に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】測定方法は以下の通りである。 ［球形度］倍率１００倍の投影機を用いて、得られた球
形半田粒子の直径をランダムに１０個測定した。球形半
田粒子の直径は直行する２方向について測定し、２方向
の直径の差を２方向の直径の平均値で除した値が５％以
内のものが９０％以上の時に球形度良好と評価し、９０
％未満の時に異常と評価した。

【００２４】［表面状態］得られた球形半田粒子の変色
と外観を観察し、次の不良品を異常と評価した。変色は
表面酸化による色調の変化を肉眼及び実体顕微鏡を用い
て観察した。薄く変色し始めた限度見本を基準に良品、
不良品を区分した。外観はＳＥＭ写真により引け巣等に
よる表面凹凸を観察した。微小な表面凹凸を有する限度
見本を基準に良品、不良品を区分した。

【００２５】［重量のバラツキ］得られた球形半田粒子
の目標重量に対する重量のバラツキを１０個測定し、全
て５％以内の時に良品と評価した。

【００２６】［濡れ広がり性］下記の方法で濡れ広がり
率を測定した。従来使用されていた比較例１の方法によ
り得られた球形半田粒子の濡れ広がり率を１．００とし
これを基準とした。各方法で得られた球形半田粒子の濡
れ広がり率を基準に対する指数で表示した。

【００２７】［濡れ広がり率の測定方法］ （１）基板 前処理として硝酸３０％溶液でエッチング後に水洗し、
乾燥した０．５ｍｍ厚さ×９ｍｍ×９ｍｍの無酸素銅板
を用いる。 （２）試料の作成 球形半田粒子を基板上に載置してメッシュベルト式コン
ベアー炉に挿入する。炉内雰囲気をＮ₂ ５０％ Ｈ₂ ５
０％に調整した後、３５０℃±３０℃×８分の加熱条件
で球形半田粒子を溶融させた。 （３）濡れ広がり率の算出方法 球形半田粒子の基板投影面積Ｓ0 を基準として、溶融後
の面積Ｓとの比を濡れ広がり率とした。 （４）面積測定方法 軟Ｘ線の透過像を撮り画像解析装置にかけ、コントラス
トのヒストグラムを作る。軟Ｘ線は半田材を透過しにく
いのでその部分は暗く写る。ヒストグラムの暗い部分の
割合を読み取る事で面積を測定する。

【００２８】表１及び表２から明らかなように、冷間加
工した材料を所定重量に分割した半田粒子を、主成分が
ＰＦＰＥである液状熱媒体中に落下せしめて球形半田粒
子を製造する本発明方法の実施例１〜９は、得られた球
形半田粒子の重量のバラツキが５％以内と良好であり、
球形半田粒子の良好な球形度及び良好な表面状態を維持
できる液状熱媒体の寿命も１００時間以上に向上し得、
球形半田粒子の濡れ広がり性指数も１．０７以上と良好
であることが判り、しかも格別な脱脂工程を必要とする
ことなく前記夫々の効果を得ることができる。

【００２９】これに対し、液状熱媒体として大豆油を用
いると共に、球状化処理の前後にトリクロロエタンで脱
脂処理した比較例１においては、得られた球形半田粒子
の重量のバラツキ、良好な球形度及び表面状態を維持で
きる液状熱媒体の寿命の点では本発明と同等の効果を得
られるものの、球形半田粒子の濡れ広がり性の点で劣る
ことが判る。

【００３０】また、液状熱媒体として大豆油，シリコン
油，水，グリセリン等を用いると共に、脱脂処理を行わ
ない比較例２〜５においては、得られた球形半田粒子の
重量のバラツキの点では本発明と同等の効果を得られる
ものの、良好な球形度及び表面状態を維持できる液状熱
媒体の寿命、並びに球形半田粒子の濡れ広がり性の点で
劣ることが判る。

【００３１】さらに、出発材料の加工法として噴霧法を
用いた比較例６においては、良好な球形度及び表面状態
を維持できる液状熱媒体の寿命の点では本発明と同等の
効果を得られるものの、得られた球形半田粒子の重量の
バラツキ、並びに球形半田粒子の濡れ広がり性の点で劣
ることが判る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、冷間加工
した材料を所定重量に分割した半田粒子を、主成分がパ
ーフルオロポリエーテルである液状熱媒体中に落下せし
めて球形半田粒子を製造する方法としたので、得られた
球形半田粒子の１個当りの重量のバラツキが少ないと共
に半田の濡れ広がり性が良好であり、且つ球形半田粒子
の良好な球形度及び良好な表面状態を維持できる液状熱
媒体の寿命を向上でき、しかも格別な脱脂工程を必要と
することなく前述の各効果を得ることができる。従っ
て、半導体チップや抵抗等の部品を基板へ固着する際の
接続材料として極めて有用な半導体装置用球形半田粒子
の製造方法として好適に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明製造方法の実施に用いる装置の一例を示
す縦断正面図。

【図２】本発明製造方法の工程順を示すチャート図。

【図３】従来の製造方法の工程順を示すチャート図。

【図４】従来の改良案の工程順を示すチャート図。

【符号の説明】

１：容器 ２：液状熱媒体（ＰＦＰＥ） ３：加熱ヒーター ４：水冷パイプ ５：シュート ６：取り出し口 ａ1 ：半田粒子 ａ2 ：溶融球形状の半田粒子 ａ3 ：半田球形粒子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷間加工した材料を所定重量に分割した
   半田粒子を、該半田粒子の融点以上の高温部と、該半田
   粒子の凝固温度以下の低温部とからなる液状熱媒体中に
   落下せしめて球形半田粒子を製造する方法において、前
   記液状熱媒体の主成分がパーフルオロポリエーテルであ
   ることを特徴とする半導体装置用球形半田粒子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 上記パーフルオロポリエーテルの２０℃
   における動粘度が１〜１８５０ｃＳｔであることを特徴
   とする請求項１記載の球形半田粒子の製造方法。
3. 【請求項３】 上記冷間加工した材料を所定重量に分割
   する方法がプレス加工であることを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載の球形半田粒子の製造方法。