JPH10298615A

JPH10298615A - 球状金属粒子の製造方法

Info

Publication number: JPH10298615A
Application number: JP10748197A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kato; 豊加藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来１０ミクロン〜１ｍｍのバンプ用球状金
属粒子を経済性よく得るに十分な方法は未だ提供されて
いるとは言えない。本発明は経済性よく微細な球状金属
粒子を得る方法の提供を課題とする。【解決手段】例えば一定の厚さに圧延加工されたテー
プ状の金属箔を金型で打ち抜いて得たり、定寸に切断し
て得たり、あるいは、直径０．１ｍｍ以下の金属極細線
を定寸切断して得た金属切片を酸水素炎中に通過させる
ものであり、金属切片を酸水素炎中で溶融し、酸水素炎
通過後に冷却・固化して直径１０ミクロン〜１ｍｍの球状粒
子を得るものである。酸水素炎を発生させるバーナーは
単純な二重管構造でよく、内側の管から酸素と金属切片
とを供給し、外側の管より水素を供給し、バーナー先端
部で酸水素炎を形成する。そして、酸素及び水素の供給
圧力は大気圧よりやや高い程度とし、供給量も酸水素炎
が安定して燃え続けられる最低限でよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子の組
立に使用されるバンプ用の金属、特に金もしくは金合金
の微細球状金属粒子の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を用いて半導体装置を組み立
てる際に、いわゆるフリップチップ方式を用いる場合、
半導体素子の電極パッドに鉛合金、金もしくは金合金の
球状粒子を接合し、半導体素子を搭載する基板の電極部
分に半導体素子に接合した球状粒子を接合することによ
り半導体素子と基板との電気的導通を確保している。こ
の際、接合の信頼性を保つという観点より金もしくは金
合金の球状粒子が多用される。

【０００３】使用される球状粒子の形状はその直径が１
ｍｍ以下と微細で、寸法バラツキが小さく、かつ真球状
であることが要求されている。また、半導体素子や基板
との接合性の要求から表面には汚れや酸化物皮膜がない
ことも要求されている。

【０００４】このような球状粒子は、例えば微細な穴を
開けた高純度の坩堝内に目的金属を入れ、加熱溶解し
て、不活性雰囲気中で坩堝内の溶体に圧力をかけ、ある
いは坩堝を回転して坩堝の微細な穴から溶体を吹き出さ
せて得たり、例えば目的金属を一定体積に切断し、得た
切片を高純度の耐火物の上に分散させ、還元性あるいは
不活性雰囲気中で溶融、固化させ（特開平3−180401、
特開平4−66602）、あるいは切片を雰囲気炉内に落下さ
せて溶融、固化させる（特開平7−283226など）ことに
より得ていた。なお、言うまでもないが、高純度金の場
合は酸化しにくいため、大気雰囲気でも溶融、固化が可
能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱溶
融した金属を坩堝の穴より吹き出させて球状粒子を得よ
うとすると、得られる球状粒子粒径のバラツキが大き
く、目的とする大きさの粒子を選別すると、収率が低
く、コストが高くなるという欠点がある。

【０００６】また、一定体積に切断した目的金属切片を
耐火物上で溶融し、固化させる方法はバラツキの小さい
球状粒子が得られるが、耐火物からのコンタミが多く、
固化後に球状粒子を洗浄する必要があったり、耐火物や
炉体の加熱、冷却が必要なため時間がかかり、生産性が
低いという欠点がある。

【０００７】さらに、一定体積に切断した金属切片を縦
型の雰囲気炉の加熱帯中を落下させて溶融、固化させる
方法においては、上記のような欠点は解消されるもの
の、加熱雰囲気からの金属粒子への伝熱と炉体からの幅
射熱だけでは切片が加熱溶融されるのに時間がかかり、
長大な炉が必要となる。よって、エネルギーコストが高
くなる。また、加熱時間が長くなると、落下する粒子同
士が付着する確率が大きくなり、所定の大きさの球状粒
子を得る収率が低下するという欠点がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記欠点を解決する本発
明の方法は、一定体積に切断した金属切片を酸水素炎中
に通過させるものであり、金属切片を酸水素炎中で溶融
し、酸水素炎通過後に冷却・固化して直径１０ミクロン〜１
ｍｍのバンプ用球状粒子を得るものである。

【０００９】一定体積の切片を得るには、例えば一定の
厚さに圧延加工されたテープ状の金属箔を金型で打ち抜
いて得たり、定寸に切断して得る。あるいは、直径０．
１ｍｍ以下の金属極細線を定寸切断して得る。

【００１０】酸水素炎を発生させるバーナーは単純な二
重管構造でよく、内側の管から酸素と金属切片とを供給
し、外側の管より水素を供給し、バーナー先端部で酸水
素炎を形成する。

【００１１】酸素及び水素の供給圧力は大気圧よりやや
高い程度とし、供給量も酸水素炎が安定して燃え続けら
れる最低限でよい。

【００１２】本発明では金属切片が酸水素炎の中を通る
ときに溶融され、金属自身の表面張力によって球状とな
り、酸水素炎から出て大気などに触れることによって急
激に冷却され、球状を保ったまま球状金属粒子として固
化する。合金の種類によっては大気中で冷却固化する際
に表面に酸化物などを生じる場合は、酸水素炎を通過し
た溶体粒子が触れる雰囲気を、不活性あるいは還元性に
しておけばよい。

【００１３】固化した球状金属粒子は、バーナーの下に
置かれた容器に回収される。さらに、できるだけ金属粒
子を酸素に触れさせないようにしようとするなら、バー
ナーを３重管構造にしておき、中心の管に水素と上記切
片とを供給し、中心の管とこれを取り巻く２番目の管と
の間から酸素を供給し、２番目の管とこれを取り巻く３
番目の管との間から水素を供給して酸水素炎を形成し、
酸水素炎の中を上記切片が通過するようにする。

【００１４】以上述べたようにすれば、一定体積に切断
した切片を連続的に酸水素炎中に供給することによっ
て、能率よく連続的に球状金属粒子を製造することがで
きる。

【００１５】本発明の方法が適用できる金属としては酸
水素炎で溶解可能な金属であれば支障はないが、特に
金、金合金に適用すると有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以上述べたように、本発明は酸水
素炎を使用することを特徴とする金属、特に金もしくは
金合金の球状粒子の製造法である。本発明では、自然落
下してきた金属粒子は酸水素炎の酸素と水素の界面での
高熱により極短時間で融かされ、自身の表面張力によっ
て真球状になる。酸水素炎の加熱部分を通り過ぎると急
激に温度が下がり、ひけ巣などを生ずる暇なく固化する
ため、真球状の金属粒子が得られる。この急激な溶融、
固化は他の技術では得られない極短時間で行われる。そ
のため、溶融した金属粒子同士が付着してしまう確率も
非常に低く、均一な大きさの球状粒子を得やすいのであ
る。

【００１７】本発明で得る金属粒子の直径を10μ以上と
したのは、10μ未満では一定体積に分断された金属切片
を多量に得るのが難しいためであり、1mm以下としたの
は、1mmより大きいと切片の体積が大きくなり、酸水素
炎中を自由落下で通過する短時間内に充分に溶解しなか
ったり、溶解したとしても冷却に時間がかかり、きれい
な球状粒子が安定して得られないからである。

【００１８】酸水素炎を使用したのは、酸素ガスと水素
ガスの接触界面において2400〜2700℃の高温（岩波理化
学事典第4版 506ページ）が得られ、短時間で金属を溶
融することができることと、できた金属粒子表面を汚さ
ないためである。

【００１９】溶解するための温度だけであれば、アセチ
レンなど炭化水素ガスと酸素でも得られる炎を用いても
良いが、炭化水素ガスの場合は末燃カーボンが発生し易
く、それが金属粒子を汚染してしまい、得られた球状粒
子を用いた場合に接合性が阻害されるという欠点があ
る。もちろん、接合性を重視しない場合は、炭化水素ガ
スと酸素あるいは空気による炎を使ってもよい。

【００２０】バーナーを二重管構造として外側に酸素を
供給すると、得ようとする粒子が金合金粒子の場合、合
金成分によっては酸素により酸化され、生成した酸化物
が球状粒子の表面に皮膜として生成する。そして、得ら
れる球状粒子の接合性を悪化する。この場合、バーナー
の一番外側の管から水素を供給すると、金属が溶融した
状態で水素に触れるため、酸化物が還元され、球状粒子
表面へ酸化物皮膜の生成が防止され、得られる球状粒子
の接合性悪化を防止できる。

【００２１】もちろん、高純度の金の場合は酸化を気に
する必要はない。

【００２２】酸素及び水素の供給圧力や供給量をできる
だけ少なくするのは、乱流を発生して金属粒子を横方向
に飛び散らせたり、金属粒子が球状にならず変形してし
まうことを防ぐためと、酸素及び水素の使用量をできる
だけ少なくして、コストを下げるためである。具体的に
はバーナーを構成する管の直径等に影響を受けるため、
最適条件は予め求めておくことが好ましい。

【００２３】

【実施例】次に実施例を用いて本発明をさらに説明す
る。

【００２４】（実施例１）定寸切断装置を密閉容器の中
に入れ、その密閉容器の下に、内径１０ｍｍのステンレ
スパイプを内管として接続した。接続部には、定寸切断
されたワイヤー断片がスムーズにステンレスパイプの中
に落ちていくように、漏斗状の接続部分を作った。密閉
容器には、酸素を供給する配管を接続した。

【００２５】前記内管の外側に３ｍｍの間隔で円周状に
隙間が空くような寸法のステンレスパイプを外管として
取り付けた。そして、外管には水素を供給する配管を取
り付けた。この結果、水素は内管と外管との３ｍｍの隙
間から下方に向けて吹き出すようになっている。このよ
うにして、単純な形状のバーナーを形成した。

【００２６】密閉容器に圧力０．２Ｋｇ／ｃｍ²の酸素
を毎分１０リットルの割合で流し、内側のステンレスパ
イプの先端から流出させた。外管の水素供給管に圧力
０．３Ｋｇ／ｃｍ²の水素を毎分２５リットル供給し
た。バーナー出口に火をつけると、静かに燃える酸水素
炎が得られた。

【００２７】上記定寸切断装置は、極細線ワイヤーを１
０本並べて、１本づつ順に０．３秒の時間差で切断し、
切断されたワイヤー断片は自然落下させるようになって
いる。

【００２８】ワイヤー１０本を切断するサイクル時間は
５秒とした。

【００２９】この定寸切断装置に、Ｃａが１０ｐｐｍ、
Ｅｕが５ｐｐｍ、Ｐｄが５０ｐｐｍ、残部が金と不可避
不純物とから成る直径２０ミクロンの金合金ワイヤーを１０
本供給し、１１０ミクロンの長さに切断して次々に酸水素炎
中に自然落下させた。

【００３０】バーナーの下５０ｃｍのところに、ステン
レス製のバットを置き、落ちてくる金合金粒子を受け
た。

【００３１】これを５時間連続して実施したところ、約
３万５千個の球状金合金粒子を得た。それらの粒子を検
査したところ、直径は４０±２ミクロンでほとんど真球状で
表面には汚れやひけ巣などがなかった。また、成分の分
析を実施したところ、もとのワイヤーの組成と変わりが
なかった。従って、フリップチップのバンプ用として使
用可能であることが確認された。

【００３２】（実施例２）極細線ワイヤーを純度９９．
９９９％の金ワイヤーとした以外は実施例１と同様にし
て球状金粒子を得た。それらの粒子を検査したところ、
直径は40±2ミクロンでほとんど真球状で表面には汚れやひ
け巣などがなかった。また、成分の分析を実施したとこ
ろ、もとのワイヤーの組成と変わりがなかった。従っ
て、フリップチップのバンプ用として使用可能であるこ
とが確認された。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の特徴であ
る、一定体積に分断された金もしくは金合金粒子を酸水
素炎に通すことによって、真球状で均一な直径の微細な
金もしくは金合金の粒子を安価に能率よく生産すること
が可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径１０ミクロン〜１ｍｍのバンプ用球状
金属粒子を得るに際し、一定体積に切断した金属切片を
酸水素炎中を通過させ、切片を酸水素炎中で溶融し、酸
水素炎通過後に冷却・固化させることを特徴とする球状
金属粒子の製造方法。
【請求項２】金属が金または金合金である請求項１
記載の方法。
【請求項３】金属切片を得るに際し、一定の厚さに
圧延加工されたテープ状の金属箔を金型で打ち抜いて得
る、あるいは定寸に切断して得る、あるいは直径０．１
ｍｍ以下の極細線を定寸切断して得る請求項１または２
記載の方法。
【請求項４】用いる酸水素バーナーが二重管構造で
あり、内側の管から酸素と金属切片とを供給し、外側の
管より水素を供給し、バーナー先端部で酸水素炎を形成
する請求項１〜３記載のいずれかの方法。
【請求項５】用いる酸水素バーナーが三重管構造に
しておき、中心の管に水素と金属切片とを供給し、中心
の管とこれを取り巻く二番目の管との間から酸素を供給
し、二番目の管とこれを取り巻く三番目の管との間から
水素を供給して酸水素炎を形成し、バーナー先端部で酸
水素炎を形成する請求項１〜３記載のいずれかの方法。
【請求項６】酸素及び水素の供給圧力は大気圧より
やや高い程度とする請求項１〜５記載のいずれかの方
法。