JPH10166177A - 被覆半田材料及びその製造方法 - Google Patents

被覆半田材料及びその製造方法

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JPH10166177A
JPH10166177A JP32966696A JP32966696A JPH10166177A JP H10166177 A JPH10166177 A JP H10166177A JP 32966696 A JP32966696 A JP 32966696A JP 32966696 A JP32966696 A JP 32966696A JP H10166177 A JPH10166177 A JP H10166177A
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solder material
coated
solder
phosphorus
wire
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JP32966696A
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Masaru Yanagida
賢 柳田
Toshinori Kogashiwa
俊典 小柏
Takatoshi Arikawa
孝俊 有川
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Tanaka Denshi Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Denshi Kogyo KK
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造直後から使用する迄の時間が長くなっても
経時劣化の抑制、即ち濡れ拡がり性、潤滑性及び接合性
の低下を抑制出来る半田材料及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】63重量%Sn−37重量%Pb組成のイ
ンゴットに押出、伸線加工を施して、半田材料としての
直径100μmの半田ワイヤを得る。エタノール1.0
L中にフルオロアルキル基含有リン酸エステル化合物
0.1gと、ノニオン系界面活性剤1.0gを溶解した
溶液中に、前記半田ワイヤを室温中で2秒間浸せきする
ように通過させ、しかる後乾燥させて、リン含有物質と
ノニオン系界面活性剤を被覆した被覆半田ワイヤを製造
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する際に用いる半田材料に関し、詳しくは、ICチップ
と基板を接合する際に用いて好適な被覆半田材料及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】従来から半田材料は、製造
直後から使用する迄の時間が長くなると経時劣化によっ
て性能が低下してくるという問題を有している。とりわ
け濡れ拡がり性、潤滑性、接合性が問題である。この為
従来から、半田材料が製造されてから使用する迄の時間
が長くなっても半田材料の前記性能を低下させない方法
が提案されている。
【0003】例えば、半田材料が製造された後密封雰囲
気中に脱酸素剤を封入して保管することが提案されてい
るが、該方法は一応の成果は得られているものの、密封
処理に手間を要する事への対応に加えて、更なる経時劣
化抑制効果の向上が求められている。
【0004】また特開平5−77087号には、半田材
料表面に界面活性剤をコーティングすることが開示され
ているが、いまだ十分な効果が得られていない。
【0005】更に特開平4−126325号には、半田
材料表面にフラックスを塗布することが開示されている
が、半導体装置を製造する際に用いる半田材料は活性力
の大きなフラックスが利用出来ないため、これを半導体
装置用に用いても経時劣化抑制効果としては未だ不十分
である。
【0006】また特開平2−268992号や特開平6
−126484号には、半田材料にAg,In,P,B
i,Sb等の添加元素を含有させると濡れ拡がり性を向
上させることが開示されているが、このような添加元素
による対応では経時劣化抑制効果としてはいまだ不十分
であるとともに、延展性や引張強度といった機械的特性
を劣化させたり、融点を変動させるという欠点を有して
いる。
【0007】半導体装置を製造する際に用いる半田材料
には、前記した半田付け性に係わる経時劣化抑制効果と
共に、半田材料がキャピラリーのような治具を通過する
際の潤滑性能の向上が求められている。該潤滑性能が悪
いと、ワイヤ等の長尺半田材料をキャピラリーを通過さ
せて一定量ずつ供給する際に、目詰まり等によりワイヤ
が断線に至る等のトラブルが発生する。該トラブルを防
止する為、より潤滑性能の経時劣化抑制効果が求められ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来事情に鑑
み、本発明に於いては、半田材料が製造直後から使用す
る迄の時間が長くなっても経時劣化の抑制、即ち濡れ拡
がり性、潤滑性及び接合性の低下を抑制出来る半田材料
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【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、半田材料をその表面にリン含有物質の被膜
を有するようにすることにより前述の目的を達成しうる
ことを知見し、本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち本発明は請求項1記載のように、
半田材料の表面にリン含有物質の被膜を有することを特
徴とする被覆半田材料である。
【0011】また本発明は請求項2記載のように、前記
リン含有物質がリン化合物及び界面活性剤を含有するも
のである被覆半田材料である。
【0012】また本発明は請求項3記載のように、前記
界面活性剤がノニオン性である被覆半田材料である。
【0013】さらに本発明は請求項4記載のように、前
記被覆半田材料の被膜厚さが0.001〜1.0μmで
ある被覆半田材料である。
【0014】また本発明の被覆半田材料の製造方法とし
ては請求項5記載のように、半田材料をリン含有物質を
含む液と接触せしめた後乾燥させて該半田材料表面にリ
ン含有物質を被覆する製造方法がある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0016】本発明で用いる半田材料は、Pb,Sn,
Inを主成分とする組成を有するものである。本発明で
は、前記半田材料の表面にリン含有物質の被膜を有する
ようにすることが必要である。
【0017】本発明でいうリン含有物質とは、必須成分
としてリン化合物を含有する物質をいい、必要に応じて
界面活性剤、酸化防止剤、腐蝕抑制剤等の添加成分が含
有されても良い。
【0018】前記リン含有物質中に界面活性剤を含有す
ると、本発明の課題である潤滑性能が一段と向上する為
好ましく用いられる。該界面活性剤としては、ノニオン
系界面活性剤であることが好ましい。。
【0019】被覆半田材料における被膜厚さ(リン含有
物質の被膜厚さ)は0.001〜1.0μmである事が
好ましい。該範囲内にあると、該範囲外と対比して経時
劣化の抑制効果及び潤滑性能は一段と向上する。
【0020】本発明になる被覆半田材料は、ワイヤ状、
テープ状、ペレット状、粒子状の何れにも適用出来る。
【0021】本発明になる被覆半田材料の製造方法とし
ては、ワイヤ状,テープ状,ペレット状,粒子状に成形
した半田材料を、リン含有物質を含む液と接触せしめた
後乾燥させ、これにより前記半田材料表面にリン含有物
質を被覆することが好ましい。
【0022】リン含有物質を含む液としては、必須成分
としてリン化合物を溶解した液であれば良い。この中で
も、ホスホリック、ホスフィン、ホスホンのうち少なく
とも1種の酸、塩、誘導体のうち少なくとも1種をアル
コール等の溶媒に溶解した溶液が、濡れ拡がり性、潤滑
性、接合性の経時劣化の抑制のために好ましく用いられ
る。その中でも、有機リン酸エステル化合物を含む溶液
を用いると、被覆半田材料をろう付け材料として使用す
る時、当該リン酸エステル化合物は熱分解や昇華して残
さ分が少ない為、最も好ましく用いられる。
【0023】また必要に応じて界面活性剤、腐蝕抑制剤
等が添加されても良い。界面活性剤が添加されると、本
発明の課題である潤滑性能が一段と向上する為、好まし
く用いられる。この中で、界面活性剤としてはノニオン
系界面活性剤であることが好ましい。
【0024】半田材料をリン含有物質を含む液と接触さ
せる方法としては、半田材料を前記液を収納した液槽に
浸積する方法が、均一な被膜が形成できて好ましい。長
尺のワイヤやテープを処理する際は、前記液槽中を通過
させるようにすれば良い。このほか、半田材料にリン含
有物質を含む液のシャワーを吹き付けて接触させても良
い。この様な被覆半田材料は、半田材料を製造した後1
日以内に被覆処理する事が好ましい。
【0025】リン含有物質の被膜厚さは、溶液中のリン
化合物の濃度と浸積時間によって調節することができ
る。
【0026】本発明になる被覆半田材料は、ワイヤ状、
テープ状、ペレット状、粒子状の形態で用いられ、IC
チップ等の半導体素子を基板に接続するダイボンディグ
やハイブリッドICに用いたり、ICチップ等の半導体
素子の電極を接続するバンプ用、ボールグリッド用とし
て好適に用いられる。
【0027】
【実施例】
〔実施例1〕63重量%Sn−37重量%Pb組成のイ
ンゴットに押出、伸線加工を施して、半田材料としての
直径100μmの半田ワイヤを得た。次いで、エタノー
ル1.0リットル(L)中に、リン含有物質としてフル
オロアルキル基含有リン酸エステル化合物(商品名:旭
硝子(株)製サーフロン112)0.1gと、ノニオン
系界面活性剤(商品名:関東化学(株)製Tween2
0)1.0gを溶解した溶液を準備した。前記半田ワイ
ヤを前記溶液中に室温中で2秒間浸せきするように通過
させた後、乾燥させ、リン含有物質とノニオン系界面活
性剤を被覆した被覆半田ワイヤを製造した。その製造条
件を表1に示す。
【0028】〔実施例2〜3〕溶液中のリン含有物質の
濃度(g/L)を表1記載のようにしたこと以外は、実
施例1と同様にして被覆半田ワイヤを製造した。その製
造条件を表1に示す。
【0029】〔実施例4〜5〕リン含有物質としてアル
キルフェノール基含有リン酸エステル化合物(商品名:
東邦化学(株)製フォスファノールRP710)を用い
たこと、及びリン含有物質の濃度(g/L)を表1記載
のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして被覆半
田ワイヤを製造した。その製造条件を表1に示す。
【0030】〔実施例6〜10〕半田の組成を5重量%
Sn−95重量%Pbとし、リン含有物質及びその濃度
(g/L)を表1記載のようにしたこと以外は、実施例
1と同様にして被覆半田ワイヤを製造した。その製造条
件を表1に示す。
【0031】〔比較例1〕63重量%Sn−37重量%
Pb組成のインゴットに押出、伸線加工を施して直径1
00μmの半田ワイヤを製造した後、被覆処理を行わな
かった。その製造条件を表1に示す。
【0032】〔比較例2〕5重量%Sn−95重量%P
b組成のインゴットに押出、伸線加工を施して直径10
0μmの半田ワイヤを製造した後、被覆処理を行わなか
った。その製造条件を表1に示す。
【0033】〔比較例3〕浸せき用溶液としてリン含有
物質を含有せず、ノニオン系界面活性剤(商品名:関東
化学(株)製Tween20)1.0gのみを含有させ
たこと以外は、実施例1と同様にして被覆半田ワイヤを
製造した。その製造条件を表1に示す。
【0034】〔比較例4〕浸せき用溶液としてイソプロ
ピルアルコールにロジン系フラックスを濃度1.0g/
Lとして用いたこと以外は、実施例1と同様にして被覆
半田ワイヤを製造した。その製造条件を表1に示す。
【0035】前記実施例1〜10及び比較例1〜4で得
られた被覆半田ワイヤ又は半田ワイヤを、製造日から6
0日間室内に保管した後、被膜厚さ及び経時特性を測定
した。この中で、濡れ拡がり性は濡れ拡がり面積を指数
で表示し、潤滑性はキャピラリーが目詰まりする迄のワ
イヤ長さ(m)で表示し、接合性プル強度(g)で表示
した。その測定結果を表2に示す。
【0036】測定方法は以下の通りである。被膜厚さ
は、被膜半田ワイヤをアルコール中に浸せきし、溶解し
た被膜重量、被膜の比重、ワイヤ表面積から換算して被
膜厚さを求めた。
【0037】濡れ拡がり面積の指数は、2.0μm厚さ
のNiめっきを施した0.8mm厚さの銅板上に、上記
各被覆半田ワイヤ又は半田ワイヤを5.0mm長さに切
断した試料を載置し、N2 ガス雰囲気下、半田組成の液
相線温度+50℃で30秒保持し加熱溶融した。次い
で、試料が濡れ拡がった顕微鏡写真(×10)からます
めを使って面積を測定し、5個の試料の平均値を濡れ拡
がり面積Sn とした。一切の被覆を施していない比較例
1で用いた試料の濡れ拡がり面積S0 を基準とし、Sn
/S0 を濡れ拡がり面積の指数とした。
【0038】キャピラリーが目詰まりする迄のワイヤ長
さは、内径120μmの多結晶アルミナ製キャピラリー
を使用して、ボンディングマシンによる連続ボンディン
グを行った際、キャピラリーが目詰まりして連続ボンデ
ィングが出来なくなる迄のワイヤ長さを測定した。
【0039】プル強度は、ICチップ上のAl電極に、
上記各被覆半田ワイヤ又は半田ワイヤをホンディングし
てICチップ側を固定し、しかる後ワイヤをICチップ
と垂直方向に引張ることにより剥離荷重を測定し、5個
の試料の平均値をプル強度とした。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】以上の測定結果から、次のことが判る。
【0043】63重量%Sn−37重量%Pb組成の半
田材料にリン化合物を被覆した実施例1〜5のものは、
濡れ拡がり面積の指数は1.12〜1.25であり、キ
ャピラリーに目詰りする迄のワイヤ長さは700m以上
であり、プル強度は74〜81gと何れも優れたもので
あった。このことから、リン化合物を被覆した半田ワイ
ヤは60日間室内に保管した後に於いて、濡れ拡がり
性、潤滑性、接合強度の点で経時劣化を抑制出来る事が
判る。
【0044】これらの中でも、リン化合物を被覆した被
覆半田を製造する方法に於いて、リン化合物溶液濃度を
1.0〜5.0g/Lとし、被覆厚さを0.05〜1.
0μmとすることにより、濡れ拡がり性、潤滑性は一段
と経時劣化を抑制出来る事が判る。
【0045】5重量%Sn−95重量%Pb組成の半田
材料にリン化合物を被覆した実施例6〜10のものは、
濡れ拡がり面積の指数は1.10〜1.20であり、キ
ャピラリーに目詰りする迄のワイヤ長さは700m以上
であり、プル強度は72〜79gと何れも優れたもので
あった。このことから、リン化合物を被覆した半田ワイ
ヤは60日間室内に保管した後に於いて、濡れ拡がり
性、潤滑性、接合強度の点で経時劣化を抑制出来る事が
判る。
【0046】これらの中でも、リン化合物を被覆した被
覆半田を製造する方法に於いて、リン化合物溶液濃度を
1.0〜5.0g/Lとし、被膜厚さを0.05〜1.
0μmとすることにより、濡れ拡がり性、潤滑性は一段
と経時劣化を抑制出来る事が判る。
【0047】63重量%Sn−37重量%Pb組成の半
田材料、及び5重量%Sn−95重量%Pb組成の半田
材料に一切の被覆処理を行わなかった比較例1、比較例
2のものは、濡れ拡がり面積の指数は0.8〜1.0で
あり、キャピラリーに目詰りする迄のワイヤ長さは10
m以下であり、プル強度は16〜18gと何れも悪いも
のであった。
【0048】63重量%Sn−37重量%Pb組成の半
田材料に界面活性剤だけを被覆した比較例3のものは、
濡れ拡がり面積の指数は1.04であり、キャピラリー
に目詰りする迄のワイヤ長さは600mであり、プル強
度は25gであった。また63重量%Sn−37重量%
Pb組成の半田材料にフラックスだけを被覆した比較例
4のものは、濡れ拡がり面積の指数は1.10であり、
キャピラリーに目詰りする迄のワイヤ長さは50mであ
り、プル強度は30gであった。何れも一切の被覆処理
を行わなかった比較例1より半田材料の経時性能は向上
しているものの、本発明品である実施例1〜10のもの
が更に半田材料の経時性能が向上していることが判る。
【0049】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したこ
とから、下記の効果を奏する。半田材料が製造直後から
使用する迄の時間が長くなっても、本発明の如く半田材
料の表面にリン含有物質の被膜を有する被覆半田材料と
することにより、経時劣化の抑制、即ち濡れ拡がり性、
潤滑性及び接合性の低下を抑制出来るという優れた効果
を有している。
【0050】また本発明になる被覆半田材料は、半田材
料の表面にリン含有物質に加えて界面活性剤、とりわけ
ノニオン性界面活性剤を含有する被膜を有する被覆半田
材料とすることにより、優れた効果が得られた。
【0051】また、被覆半田材料の被膜厚さが0.00
1〜1.0μmの時、好ましい効果が得られるが、更に
好ましくは0.05〜1.0μmである。
【0052】半田材料の表面にリン含有物質の被膜を有
する被覆半田材料の製造方法としては、半田材料を、リ
ン含有物質を含む液と接触せしめた後乾燥させる方法が
好適に用いられる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半田材料の表面にリン含有物質の被膜を
    有することを特徴とする被覆半田材料。
  2. 【請求項2】 リン含有物質がリン化合物及び界面活性
    剤を含有することを特徴とする請求項1記載の被覆半田
    材料。
  3. 【請求項3】 界面活性剤がノニオン性であることを特
    徴とする請求項2記載の被覆半田材料。
  4. 【請求項4】 被覆半田材料の被膜厚さが0.001〜
    1.0μmであることを特徴とする請求項1〜3のいず
    れか1項に記載の被覆半田材料。
  5. 【請求項5】 半田材料を、リン含有物質を含む液と接
    触せしめた後乾燥させて、該半田材料表面にリン含有物
    質を被覆することを特徴とする被覆半田材料の製造方
    法。
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