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JP4172150B2 - 不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法 - Google Patents

不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法 Download PDF

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JP4172150B2 JP2000399725A JP2000399725A JP4172150B2 JP 4172150 B2 JP4172150 B2 JP 4172150B2 JP 2000399725 A JP2000399725 A JP 2000399725A JP 2000399725 A JP2000399725 A JP 2000399725A JP 4172150 B2 JP4172150 B2 JP 4172150B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、従来と比べて少ない工程で製造することのできる不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、エリアアレイ型半導体パッケージの内でもBGA型と呼ばれる形式のパッケージが多く採用されており、このBGA型パッケージは外側にはハンダバンプが格子状に並んでいるのが特徴である。この格子状に並んでいるハンダバンプは、Sn:1〜65質量%を含有し残りがPbおよび不可避不純物からなる組成のPb−Sn系ハンダボールまたはSnおよびInの合計量が1〜65質量%含有し、残りがPbおよび不可避不純物からなる組成のPb−Sn−In系ハンダハンダボールを吸着して基板上に格子状に並べ、次いで接合させることにより形成される。
これらハンダボールは、ハンダ線を所定の長さに切断したのち、ハンダ溶融温度以上に加熱した油中に入れ、冷却後、ハンダボールとして回収する方法、または溶融ハンダを底に微小系の穴の明いた坩堝にから油中に落下させて固める液滴法により製造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来のハンダボールの製造方法は、いずれも油中のハンダボールを油中から回収し、洗浄および乾燥するが、この洗浄及び乾燥の工程でハンダボール同士の接触によりハンダボールの表面に傷がつきやすく、また洗浄工程で使用する設備の他に洗浄液を廃棄するための処理設備をも必要とするなど設備費がかかり、したがって量産には適しているものの特殊な寸法を有するハンダボールを少量生産する場合にはコスト的に高価なものとなる。
また、ハンダボールの凝固にはシリコンオイルなどの油を使用するが、劣化した油の処理も多くの問題を含んでいる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を行った結果、
(a)溶融ハンダの液滴を不活性ガス流に逆らって不活性ガス流中を落下させ冷却させることによりハンダボールが得られ、この方法は油を使用する工程が無いところから洗浄および乾燥の工程を省略することができ、これら工程の省略により製造コストを削減することができ、さらにこれら工程の省略により得られるハンダボールの表面傷の発生を少なくすることができる、
(b)引け巣を発生させることなくハンダボールを製造するには、溶融ハンダの液滴を、溶融ハンダの凝固温度から10〜50℃低い温度に保たれた不活性ガス流に逆らって不活性ガス流中を落下させることが必要である、という研究結果が得られたのである。
【0005】
この発明は、かかる研究結果にもとづいてなされたものであって、
(1)溶融ハンダの液滴を、溶融ハンダの凝固温度から10〜50℃低い温度に保たれた不活性ガス流中を不活性ガス流に逆らって落下させる不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法、に特徴を有するものである。
【0006】
溶融ハンダの液滴を通過させる不活性ガス流の温度を溶融ハンダの凝固温度から10〜50℃低い温度に限定したのは、不活性ガス流の温度を溶融ハンダの凝固温度から50℃低い温度よりもさらに低い温度にすると、溶融ハンダの液滴が凝固する際に引け巣が発生するので好ましくなく、一方、不活性ガス流の温度を溶融ハンダの凝固温度から10℃未満低い温度である溶融ハンダの凝固温度に近い温度にすると凝固速度が遅くなり、溶融ハンダの液滴の表面がなかなか固まらないために表面硬度が得られず、そのために変形しやすくなるという理由によるものである。
また、溶融ハンダの液滴を不活性ガス流に逆らって落下させるのは、不活性ガス中を自然落下させると、冷却塔の高さを高くしなければならず、コストがかかるためである。
【0007】
【発明の実施の形態】
この発明の不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法およびその方法を実施するための装置を図1の断面図に基づいて詳述する。図1において、1は容器、2は坩堝、3は溶融ハンダ、4はハンダボール、5は冷却塔、6は液滴ハンダ、7は坩堝の底に設けられた穴、13は受皿である。冷却塔5には不活性ガス11を導入する供給口9および不活性ガス11を排出する排出口8が設けられており、供給口9にはホース12が接続されており、不活性ガス11はホース12により冷却塔5に供給できるようになっている。冷却塔5は高さ:500〜600mm、直径:100mm、肉厚:2〜3mmの寸法を有するガラス製の冷却塔が好ましい。容器1内部の不活性ガス雰囲気の圧力は安全弁10により一定に保たれている。
【0008】
この装置を用いて不良ハンダボール発生率が少なくなるようにハンダボールを製造するには、まず、容器1内に設置された冷却塔5にハンダの凝固温度より10〜50℃低い温度に加熱された不活性ガス11をホース12を介して供給し続け、冷却塔5内に上昇する不活性ガス流を形成し、さらに容器1内を不活性ガス雰囲気に保持する。不活性ガス11はArガスでも良いがコスト面から見て窒素ガスが最も好ましい。
【0009】
かかる状態で坩堝2内に溶融ハンダ3を装入し、溶融ハンダ3の表面に圧力をかけて坩堝2の底に形成された穴7から溶融ハンダを液滴状に滴下させて液滴ハンダ6を形成させ、冷却塔5内を落下させる。液滴ハンダ6は冷却塔5内の不活性ガス流に逆らって落下し受皿13に到達する前に凝固してハンダボール4となり、受皿13の中に貯まる。このようにして製造したハンダボールは、ただちに所定のサイズに分級して製品とすることができる。液滴ハンダ6は不活性ガス流に逆らって落下する途中で急冷され、ハンダボールとなる。
【0010】
この発明の不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法は、従来の液滴法に比べて洗浄および乾燥の工程を省略することができ、工程数が少ない分だけハンダボール表面の傷、凹み、および変形が少なくなる。
【0011】
実施例1〜4
図1に示される容器内に高さ:550mm、直径:100mm、肉厚:2mmの寸法を有するガラス製の冷却塔を設置し、表1に示される組成のPb−Sn系ハンダおよびPb−Sn−In系ハンダのそれぞれの凝固温度より30℃低い表1に示される温度に加熱されたガス圧:5PSIの窒素ガスを冷却塔内に供給して冷却塔内を上昇する窒素ガス流を形成し、この状態で表1に示される組成の溶融ハンダを坩堝内に装入し、溶融ハンダの表面に圧力をかけて坩堝の底に形成された直径:150μmの穴から溶融ハンダを液滴状に滴下させて冷却塔内を落下させた。液滴ハンダは冷却塔内の不活性ガス流に逆らって落下し受皿に到達する前に凝固してハンダボールとなり、受皿の中に貯まっていた。このようにして製造したハンダボールを分級して直径:300μmのハンダボールを製造した。このようにして得られたハンダボール100000個をサンプルとして取り出し、これを40倍の光学顕微鏡にて観察し、表面に傷のあるボール、へこみのあるボールおよび変形したボールの数を測定し、不良ハンダボール発生率を求めてその結果を表1に示した。
【0012】
従来例1〜4
実施例1〜4で用意したPb−Sn系ハンダおよびPb−Sn−In系ハンダの溶湯を通常の液滴法によりシリコンオイルに落下させ、シリコンオイル中にて強制冷却させ、ハンダボールを作製し、脱脂のための洗浄および乾燥させた後、ただちに分級して製品とした。このようにして得られたハンダボール100000個をサンプルとして取り出し、これを40倍の光学顕微鏡にて観察し、表面に傷のあるボール、へこみのあるボールおよび変形したボールの数を測定し、不良ハンダボール発生率を求めてその結果を表1に示した。
【0013】
【表1】
Figure 0004172150
【0014】
表1に示される結果から、この発明の製造方法を実施した実施例1〜4で得られたハンダボールは、従来の製造方法を実施した従来例1〜4で得られたハンダボールに比べて不良ハンダボール発生率が格段に少ないことが分かる。
【0015】
【発明の効果】
上述のように、この発明のハンダボールの製造方法は、従来のハンダボールの製造方法に比べて不良品発生率が減少してコストを低減することができ、産業上優れた効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法を実施するための装置の断面図である。
【符号の説明】
1 容器
2 坩堝
3 溶融ハンダ
4 ハンダボール
5 冷却塔
6 液滴ハンダ
7 穴
8 排出口
9 供給口
13 受皿

Claims (3)

  1. 溶融ハンダの液滴を、溶融ハンダの凝固温度から10〜50℃低い温度に保たれた不活性ガス流中を不活性ガス流に逆らって落下させることを特徴とする不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法。
  2. 前記ハンダは、Sn:1〜65質量%を含有し、残りがPbおよび不可避不純物からなる組成を有するPb−Sn系ハンダであることを特徴とする請求項1記載の不良ハンダボール発生率の少ない高いハンダボールの製造方法。
  3. 前記ハンダは、SnおよびInの合計量が1〜65質量%含有し、残りがPbおよび不可避不純物からなる組成を有するPb−Sn−In系ハンダであることを特徴とする請求項1記載の不良ハンダボール発生率の少ないハンダボールの製造方法。
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