JPH10270836A - 微小球のハンダめっき法 - Google Patents

微小球のハンダめっき法

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JPH10270836A
JPH10270836A JP9094958A JP9495897A JPH10270836A JP H10270836 A JPH10270836 A JP H10270836A JP 9094958 A JP9094958 A JP 9094958A JP 9495897 A JP9495897 A JP 9495897A JP H10270836 A JPH10270836 A JP H10270836A
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雅子 池上
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文秋 菊井
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隆樹 濱田
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素の発生そのものをめっき処理中で抑制す
る方法でかつ工程が簡単で、ハンダめっき被膜中に吸蔵
される水素ガス量を低減できる微小球のめっき方法の提
供。 【解決手段】 総イオン濃度を高濃度にし、かつ低い電
流密度で電気めっきを行うことにより、水素の発生を抑
制でき、水素量を0.05ppm以下、特に0.03p
pm以下に低減したハンダ被膜を生成でき、微小球にハ
ンダめっき被膜を設けると、前述した被膜の膨れにて微
小球が基板から剥離飛散する問題や被膜内にボイドがで
きる問題を解消できる。

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、直径が0.1〜
1.0mm程度の微小球、特に金属球の外周面にハンダ
めっき被膜を設けるハンダめっき法の改良に係り、高イ
オン濃度のめっき液を用いて、極めて低い電流密度で電
気めっきを行い、微小球表面に所定厚みの水素含有量の
少ないハンダめっき被膜を設けた微小球のハンダめっき
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、BGA(Ball Grid A
rray)タイプの半導体パッケージのパンプ芯材とし
て用いられる微小球は、直径が0.1mm〜1.0mm
程度で、材質としては所定組成のハンダの他、最近で
は、電気特性や機械的特性を考慮して、コバール(Ni
−Co−Fe合金)、Cu、42Ni−Fe合金などの
金属球を芯材としてろう材を被覆したチップキャリアー
が提案(特開昭62−112355号)されている。
【0003】前記微小球の製造方法として、溶融金属を
所定温度の液体中に滴下し、溶融金属自体の表面張力に
て球形化してそのまま凝固するいわゆる液体中滴下方法
(特開平7−252510号)、金型によるフォーミン
グ等のいわゆる機械的塑性加工方法(特開平4−354
808号)、金属粒又は金属片を非酸化性雰囲気中で平
板上に載置して振動を加えながら加熱溶融してその表面
張力で球形化してそのまま凝固する振動加熱方法(特公
平2−50961号)などが提案されている。
【0004】このように製造された微小球の外周面のろ
う材としては、要求される寸法精度や半導体パッケージ
とプリント基板との固着強度などにより適宜選定され
る。例えば、厚み5〜50μmの種々の組成からなるハ
ンダ(Pb−Sn系)が被覆され、必要に応じてNiな
どの下地層を形成することもある。
【0005】通常のハンダめっき方法は、バレル方式を
用いる場合、イオン濃度が5〜13g/l、電流密度
0.5〜3.0A/dm2で行われる。(例えば、めっ
き教本電気鍍金研究会編、日刊工業新聞(1986年
刊、1996年第9版重版 P132〜P137)に記
されている。)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようにして外周面
にハンダめっき被膜を設けた微小球は、パッケージボー
ドに加熱溶着する際に、ハンダめっき被膜に膨れが生
じ、この膨れが破裂する際にボールが該基板から剥離飛
散する問題、あるいは加熱装着後のハンダめっき被膜内
にボイド(空隙)ができる問題があった。
【0007】そのため従来は、パッケージボードの加熱
装着する前に、予め真空中または不活性ガス中で加熱し
て、脱ガス処理を行う必要があった。また、この処理を
行うとハンダが一部溶融してめっき被膜厚さが不均一に
なるという問題もあった。
【0008】また、発明者らは、従来のこれらの問題に
ついて種々検討し、微小球のハンダめっき被膜中に吸蔵
される水素ガス量と相関関係があり、問題解決にはハン
ダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量を極力低減する
必要があることを知見し、ハンダめっき被膜中に吸蔵さ
れる水素ガス量を低減できるめっき方法として、めっき
浴に不活性ガスを導入してバブリングしながらめっきを
行う方法(特願平8−188834号)や、めっき浴槽
全体を減圧に保持する方法(特願平8−215429
号)を提案した。
【0009】しかし、上記方法は、新たな処理工程を追
加する必要があったり、めっき反応時にいろいろな付帯
反応設備を取り付ける必要があり、作業性が劣るという
問題があった。
【0010】この発明は、上述の問題に鑑み、工程が簡
単で、ハンダめっき被膜中に吸蔵される水素ガス量を低
減できる微小球のめっき方法の提供を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明者らは、めっき反応
を詳細に解析し、発生する水素ガスを除去するのではな
く、水素の発生そのものをめっき処理中で抑制する方法
について鋭意検討した結果、総イオン濃度を高濃度に
し、かつ低い電流密度で電気めっきを行うことにより、
水素の発生を抑制でき、水素量を0.05ppm以下、
特に0.03ppm以下に低減したハンダ被膜を生成で
きることを知見し、このめっき方法にて微小球、特に金
属球にハンダめっき被膜を設けると、前述した被膜の膨
れにて微小球が基板から剥離飛散する問題や被膜内にボ
イドができる問題を解消できることを確認し、この発明
を完成した。
【0012】すなわち、この発明は、電気めっき法にて
微小球にハンダ被膜を生成する方法において、錫と鉛の
総イオン濃度が20〜50g/lのめっき液を用い、か
つ0.03〜0.3A/dm2の電流密度範囲で電気め
っきを行うことにより、ハンダ被膜中の水素量を0.0
5ppm以下に低減したことを特徴とする微小球のハン
ダめっき法である。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明によるめっき法は、めっ
き浴中の錫と鉛の合計イオン濃度を通常条件の5〜13
g/lよりも増加させて、20〜50g/lの高イオン
濃度のめっき液を用いることによって、錫−鉛析出電位
が貴な側へ移行することを利用し、かつ0.03〜0.
3A/dm2の低電流密度に設定することによって、ハ
ンダ(錫−鉛合金)の析出電位を水素の発生電位よりも
貴に保つことができ、水素の発生量を著しく抑制するこ
とができるものである。
【0014】この発明において、めっき浴中の錫と鉛の
合計イオン濃度は、20g/l未満では水素発生電位よ
り貴な電位が得られ難く、水素の発生を伴い、また50
g/lを越えるとハンダ被膜組成(錫と鉛の比率)のコ
ントロールが難しくなるため、めっき浴のイオン濃度を
20〜50g/lに限定した。好ましい濃度範囲は25
〜35g/lである。
【0015】なお、めっき浴中の錫と鉛の合計イオン濃
度中の錫、鉛イオン濃度は、所望するハンダめっき組成
及びめっき条件によって異なるが、例えば錫60%、鉛
40%のハンダ被膜組成を得るためには、アルカノール
スルホン酸浴を用いて総イオン濃度を30g/l、0.
1A/dm2でめっきする場合、錫(Sn2+)イオン濃
度24〜27g/l、鉛(Pb2+)イオン濃度3〜6g
/lに調整することが好ましい。
【0016】また、陰極電流密度については、0.03
A/dm2未満では生産性が著しく悪くなる上、被膜表
面がザラつき良好なめっき被膜が得られない。また0.
3A/dm2を越えるとめっき反応時の水素発生量が増
大し、めっき被膜中の水素含有量が増大し目的とする製
品が得られない。従って、陰極電流密度を0.03〜
0.3A/dm2に限定した。さらに好ましい陰極電流
密度範囲は0.06〜0.15A/dm2である。
【0017】この発明のめっきに使用するハンダめっき
液としては、アルカノールスルホン酸錫、アルカノール
スルホン酸鉛、フェノールスルホン酸錫、フェノールス
ルホン酸鉛などを含むめっき液を使用することができ、
電気めっき方法としては各種形状のバレル方式を用いる
ことができる。
【0018】また、この発明において、微小球はCu、
ハンダなどの金属球のほかに、プラスチックス球に金属
被膜した球であっても同様にめっきすることができる。
【0019】
【実施例】
実施例1 直径が0.6mmのCu線をプレスマシンによって定寸
切断し、直径D=0.6mm、長さL=0.64mmの
円柱状個片(L/D=1.07)としたCu個片を作製
し、これらを高級アルコールで脱脂した後、カーボン製
の平板状個片配置治具に形成されている穴内に振り込み
配置した後、水素雰囲気中で1150℃の電気炉内に2
0分配置して加熱溶融した後、25℃/分の冷却速度で
冷却して凝固させ直径0.7mmのCuボールを作製し
た。
【0020】ハンダめっき浴として、錫(Sn2+) 2
5.2g/l、鉛(Pb2+) 4.8g/lを含んだア
ルカノールスルホン酸、半光沢剤を含むpH<1のめっ
き液を用い、浴温24℃にて電気めっきを開始した。電
気めっきは、水平バレルを用い、陰極電流密度0.06
A/dm2、陰極板としてSn/Pb=6/4にて電気
めっきを22時間めっきを行い、Cuボール外周面に膜
厚み37μmの共晶ハンダめっき層を被覆した。
【0021】得られたこの発明によるハンダめっき層を
有するCuボールを、200℃、210℃、各10秒
間、各条件1000個を溶着した時の膨れ発生率及び基
板からの剥離飛散率を測定した。表1にその結果を示
す。また、TCD検出器法により、室温から600℃間
で温度を上昇させながら水素ガスの放出量を測定温度に
おけるピークごとに測定した。表2にその結果を示す。
【0022】比較例1 実施例1と同様に作製したCuボールを用い、Sn2+
8.3g/l、Pb2+1.5g/l以外は実施例と同一
組成のめっき液を用い、実施例と同一条件でCuボール
外周面に膜厚み37μmの共晶ハンダめっき層を被覆し
た。その後、実施例1と同様に膨れ発生率、基板からの
剥離飛散率、水素ガス放出量をそれぞれ測定した。その
結果を表1,2に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】この発明は、電気めっきにてハンダ被膜
を生成するにおいて、錫と鉛の総イオン濃度が20〜5
0g/lのめっき液を用い、かつ0.03〜0.3A/
dm2の極めて低い電流密度範囲で電気めっきを行うこ
とにより、ハンダめっき被膜中に吸蔵される水素量を
0.05ppm以下に低減できるもので、当該方法にて
微小球にハンダめっき被膜を設けると、実施例に明らか
なようにハンダめっき被膜を設けた微小球がパッケージ
ボードに加熱溶着した際に被膜の膨れが激減し、基板か
ら微小球が剥離飛散する問題が解消される。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気めっき法にて微小球にハンダ被膜を
    生成する方法において、錫と鉛の総イオン濃度が20〜
    50g/lのめっき液を用い、かつ0.03〜0.3A
    /dm2の電流密度範囲で電気めっきを行うことによ
    り、ハンダ被膜中の水素量を0.05ppm以下に低減
    した微小球のハンダめっき法。
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