專利名稱：金屬微球的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于電子零件連接端子部等的Cu微球的制造方法。
背景技術(shù)：
近幾年，為了對(duì)應(yīng)電子零件組裝密度的高密度化要求，正在研究疊層封裝(POP Package on Package)和多芯片組件(MCM =Multi Chip Module)等的三維高密度組裝。為了解決該問題已公開有一種組裝技術(shù)，其使用了將焊錫包覆在熔點(diǎn)高于焊錫的如由Cu形成的球芯上的復(fù)合微球。(專利文獻(xiàn)1)另一方面，作為上述的復(fù)合微球球芯的Cu微球的制造方法，已提出了例如本申請(qǐng)人在專利文獻(xiàn)2中公開的將Cu金屬粉末投入到熱等離子體中進(jìn)行熔融并以球狀凝固的所謂的熱等離子體法。在專利文獻(xiàn)2中也提出了通過使用熱等離子體法使金屬微球的包含表面氧化層的氧含有量控制成50ppm以下，從而制造出電傳導(dǎo)性優(yōu)越且變形阻力小的金屬微球，改善了電連接可靠性的技術(shù)方案。該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于，在短時(shí)間內(nèi)制造大量的金屬微球。而且，在專利文獻(xiàn)3中作為使用于球芯的Cu微球的制造方法公開了將Cu的熔液從噴嘴噴出并分散從而形成Cu微球的所謂液滴均勻噴霧法。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-317416號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-2428號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-137530號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的課題在上述的專利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3中所公開的制造方法，雖然在降低金屬微球的變形阻力的點(diǎn)上有利，但是對(duì)金屬微球的表面光滑性而言，具有因Cu的凝固收縮而產(chǎn)生縮孔從而產(chǎn)生凹坑這樣的問題。該金屬微球表面上出現(xiàn)的凹坑，在其表面上實(shí)施焊錫鍍敷處理時(shí)引起空隙的產(chǎn)生、鍍敷密合不良等的問題的可能性高，對(duì)將金屬微球作為連接端子部使用的電子零件的實(shí)用性而言將成為損壞電連接可靠性的嚴(yán)重的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種減少了金屬微球的表面上產(chǎn)生的凹坑并具備表面光滑性特性的金屬微球的制造方法。用于解決課題的手段本發(fā)明人對(duì)金屬微球的表面凹坑問題進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，通過采用在制造金屬微球時(shí)將Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度調(diào)節(jié)至規(guī)定范圍內(nèi)的構(gòu)成而能夠減少金屬微球的表面凹坑，并能夠大幅度地改善表面光滑性，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明為一種金屬微球的制造方法，是在氧為10 800體積ppm，剩余部分為惰性氣體的環(huán)境中使Cu液滴球狀凝固。CN 102528057 A
而且，優(yōu)選所述氧為120 800體積ppm。而且，優(yōu)選所述氧為200 760體積ppm。而且，優(yōu)選所述惰性氣體為氬。而且，優(yōu)選所述惰性氣體為氮。而且，優(yōu)選所述Cu液滴是將施加了壓力和振動(dòng)的Cu熔液從噴嘴滴下而形成的。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠減少金屬微球的表面凹坑，飛躍性地改善表面光滑性，在將金屬微球作為連接端子使用的電子零件的實(shí)用化中成為不可缺少的技術(shù)。


圖1為表示適用于本發(fā)明的金屬微球的制造方法的制造裝置的一個(gè)例的模式圖。圖2為表示使用本發(fā)明制造的金屬微球的外觀的一個(gè)例的掃描型電子顯微鏡照片。圖3為表示使用本發(fā)明制造的金屬微球的外觀的其它例的掃描型電子顯微鏡照片。圖4為表示使用本發(fā)明制造的金屬微球的外觀的其它例的掃描型電子顯微鏡照片。圖5為表示使用本發(fā)明制造的金屬微球的外觀的其它例的掃描型電子顯微鏡照片。圖6為表示作為比較例制造的金屬微球的外觀的掃描型電子顯微鏡照片。(符號(hào)說明)1、坩堝3、凝固室5、加熱單元7、坩堝用氣體9、噴嘴11、Cu 液滴13，回收罐
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明的重要特征為采用了在制造金屬微球時(shí)將Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度調(diào)節(jié)至規(guī)定范圍的構(gòu)成。本發(fā)明中的Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度為10 800體積ppm。當(dāng)氧濃度低于10體積ppm時(shí)，因Cu液滴進(jìn)行凝固收縮時(shí)產(chǎn)生的縮孔，在金屬微球的表面出現(xiàn)明顯的凹坑。該出現(xiàn)在表面上的凹坑，在金屬微球的表面上實(shí)施焊錫鍍敷處理時(shí)，將成為引起空隙的產(chǎn)生、鍍敷密合不良等問題的原因。而且，當(dāng)各個(gè)金屬微球的晶粒尺寸出現(xiàn)偏差時(shí)，各個(gè)金屬微球的機(jī)械特性(強(qiáng)度、 硬度、韌性等)的偏差也將成為懸念。當(dāng)氧濃度低于120體積ppm時(shí)，有時(shí)各個(gè)金屬微球的晶粒尺寸出現(xiàn)偏差，從而有時(shí)出現(xiàn)由較大晶粒形成的金屬微球與較小的晶粒形成的金屬微
2、氣體置換裝置 4、金屬微球 6、Cu熔液 8、凝固環(huán)境 10、振動(dòng)部件 12、風(fēng)扇球混合的現(xiàn)象。因此，為了減少各個(gè)金屬微球的晶粒尺寸的偏差，使晶粒尺寸均勻微細(xì)化， 優(yōu)選氧濃度為120體積ppm以上。更優(yōu)選為200體積ppm以上。另一方面，當(dāng)氧濃度超過800體積ppm的情況下，Cu液滴球狀凝固時(shí)，由于液滴的整體表面被氧化膜厚厚地包覆而變成不是自由表面，從而失去通過Cu液滴所具有的表面張力而成為真球形的作用，無法獲得具有良好的球度的金屬微球。因此，在本發(fā)明中通過將 Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度調(diào)節(jié)至10 800體積ppm，從而能夠抑制金屬微球表面的凹坑，獲得具有良好的球度的金屬微球。而且，優(yōu)選氧濃度為120 800體積ppm，更優(yōu)選為200 760體積ppm。而且，在本發(fā)明中，Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧以外的剩余部分氣體設(shè)為惰性氣體。在本發(fā)明中所稱的惰性氣體的種類為氬等的稀有氣體、氮，優(yōu)選將這些氣體單獨(dú)或者混合使用。由此，能夠抑制Cu液滴的表面氧化，能夠獲得具有良好的球度的金屬微球。在本發(fā)明中所說的惰性氣體以外的氣體，有可能與環(huán)境中的污染物、氧發(fā)生反應(yīng)，所以不優(yōu)選。在本發(fā)明中，優(yōu)選為，使對(duì)Cu熔液施加壓力和振動(dòng)而從噴嘴滴下形成的Cu液滴進(jìn)行凝固?？赏ㄟ^在儲(chǔ)存有Cu熔液的坩堝底面處配置噴嘴，對(duì)坩堝內(nèi)部的Cu熔液施加壓力和振動(dòng)，從而將Cu熔液經(jīng)由噴嘴的孔向位于坩堝下部的適量含有氧的氣體環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定地噴出，從而能夠形成具有所需體積的Cu液滴。而且，在本發(fā)明中，對(duì)Cu熔液施加振動(dòng)時(shí)，優(yōu)選向Cu熔液通過噴嘴方向的縱振動(dòng)。 通過對(duì)Cu熔液施加縱振動(dòng)，能夠連續(xù)滴下恒定體積的Cu液滴。而且，本發(fā)明通過分別對(duì)噴嘴的孔徑、使Cu熔液滴下的氣壓、施加于Cu熔液的縱振動(dòng)的頻率進(jìn)行適當(dāng)選定，能夠批量生產(chǎn)直徑更為均勻的金屬微球。根據(jù)圖1對(duì)本發(fā)明的金屬微球的制造方法的一個(gè)例進(jìn)行說明。在圖1中，將使用加熱單元5熔融在坩堝1內(nèi)的Cu熔液6，利用由坩堝用氣體7而產(chǎn)生的坩堝1內(nèi)的壓力與凝固環(huán)境8的壓力之間的壓差，經(jīng)由噴嘴9噴出至凝固室3內(nèi)，從而形成由Cu熔液形成的噴流。通過在Cu熔液通過噴嘴9之前，使用振動(dòng)部件10對(duì)Cu熔液施加向通過噴嘴方向的縱振動(dòng)，使所述由Cu熔液形成的噴流從層流變遷至脈流。以脈流產(chǎn)生的窄部由于Cu熔液所具有的表面張力的作用而深刻化，最后，作為一個(gè)Cu液滴11，以與施加于Cu熔液的縱振動(dòng)的頻率相對(duì)應(yīng)的周期被分裂。被分裂的Cu液滴11 一邊向凝固室3內(nèi)降落，一邊通過自身具有的表面張力的作用而進(jìn)行球狀化之后凝固，作為金屬微球4被回收至回收罐13。在本發(fā)明中，Cu液滴在氣體環(huán)境內(nèi)降落并以球狀凝固，從而獲得金屬微球。如果 Cu液滴在完全凝固之前相互碰撞，則產(chǎn)生具有由多個(gè)液滴形成的體積的凝集球、球形相連的異型球。為了避免該碰撞，也可以對(duì)Cu液滴賦予電荷從而使它們相互排斥，以使分散的狀態(tài)降落。另外也可以通過風(fēng)扇的風(fēng)力、注入氣體而產(chǎn)生的噴射壓力而使Cu液滴分散，回避碰撞。關(guān)于Cu液滴球狀凝固的氣體環(huán)境的壓力，雖然大氣壓也適合，但優(yōu)選在大氣壓 +0. 2Mpa至大氣壓-0. 05Mpa的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。若氣體環(huán)境的壓力超過大氣壓 +0. 2Mpa，則需要能夠耐住這樣壓力的凝固室，將導(dǎo)致裝置重量的增大和裝置制造成本的增加，所以優(yōu)選在大氣壓+0. 2Mpa以下。而且，若氣體環(huán)境的壓力低于大氣壓-0. 05Mpa，則用于使Cu液滴進(jìn)行冷卻凝固所需的惰性氣體的分子不足，進(jìn)行凝固時(shí)需要較長的凝固室，將導(dǎo)致裝置重量的增大和裝置CN 102528057 A
制造成本的增加，所以優(yōu)選在大氣壓-0. 05Mpa以上。(實(shí)施例1)圖1為表示適用于本發(fā)明的金屬微球的制造方法的制造裝置的一個(gè)例的截面模式圖。使用圖1的制造裝置，將純度為99. 99質(zhì)量％以上的Cu片投入坩堝1內(nèi)，使用加熱單元5在坩堝1內(nèi)進(jìn)行了熔融的Cu熔液6，利用由坩堝氣體7生成的坩堝1內(nèi)的壓力與凝固空氣8的壓力之間的壓差，使其從噴嘴9向凝固室3內(nèi)噴出。此時(shí)，在Cu熔液6通過噴嘴9之前，使用振動(dòng)部件10對(duì)Cu熔液6賦予向通過噴嘴9方向的縱振動(dòng)，使Cu液滴11 滴下。然后，通過氣體置換裝置2調(diào)整凝固室3內(nèi)的凝固環(huán)境，以如下所示的制造條件制造了目標(biāo)直徑為200 μ m的金屬微球4。此時(shí)，對(duì)從噴嘴9滴下而形成的Cu液滴11，一邊通過風(fēng)扇12施加風(fēng)力而使其分散，一邊在凝固室3內(nèi)進(jìn)行降落，將通過自身具有的表面張力的作用而球狀化、凝固的金屬微球4回收于回收罐13。(制造條件)Cu金屬片投入重量400g凝固環(huán)境氬凝固環(huán)境的氧濃度239體積ppm凝固環(huán)境的壓力大氣壓+0. 02MPa坩堝內(nèi)的壓力大氣壓+0. 2MPa坩堝內(nèi)的溫度1300°C圖2表示使用掃描型電子顯微鏡對(duì)通過上述的制造條件而獲得的金屬微球表面狀態(tài)進(jìn)行觀察的照片。(實(shí)施例2)使用與實(shí)施例1相同的制造裝置，以如下所示的制造條件制造了目標(biāo)直徑為 200 μ m的金屬微球。(制造條件)Cu金屬片投入重量509g凝固環(huán)境氬凝固環(huán)境的氧濃度656體積ppm凝固環(huán)境的壓力大氣壓+0. OlMPa坩堝內(nèi)的壓力大氣壓+0. 2MPa坩堝內(nèi)的溫度1330°C圖3表示使用掃描型電子顯微鏡對(duì)通過上述的制造條件而獲得的金屬微球的表面進(jìn)行觀察的照片。(實(shí)施例3)使用與實(shí)施例1相同的制造裝置，以如下所示的制造條件制造了目標(biāo)直徑為 200 μ m的金屬微球。(制造條件)Cu金屬片投入重量2700g
凝固環(huán)境氬凝固環(huán)境的氧濃度15、50、120、200、240、310體積 ppm凝固環(huán)境的壓力大氣壓+0. OlMPa坩堝內(nèi)的壓力大氣壓+0. 2MPa坩堝內(nèi)的溫度1250°C圖4表示使用掃描型電子顯微鏡對(duì)通過上述的制造條件而獲得的金屬微球的表面狀態(tài)進(jìn)行觀察的照片。(實(shí)施例4)使用與實(shí)施例1相同的制造裝置，以如下所示的制造條件制造了目標(biāo)直徑為 200 μ m的金屬微球。(制造條件)Cu金屬片投入重量2000g凝固環(huán)境氮凝固環(huán)境的氧濃度16、51體積ppm凝固環(huán)境的壓力大氣壓+0. 02MPa坩堝內(nèi)的壓力大氣壓+0. IMPa坩堝內(nèi)的溫度1250°C圖5表示使用掃描型電子顯微鏡對(duì)通過上述的制造條件而獲得的金屬微球的表面進(jìn)行觀察的照片。(比較例)作為比較例，使用與實(shí)施例1相同的制造裝置，將凝固環(huán)境的氧濃度設(shè)定為低于本發(fā)明的范圍并以如下所示的制造條件制造了目標(biāo)直徑為200 μ m的金屬微球。(制造條件)Cu金屬片投入重量482g凝固環(huán)境氬凝固環(huán)境的氧濃度7體積ppm凝固環(huán)境的壓力大氣壓+0. OlMPa坩堝內(nèi)的壓力大氣壓+0. 2MPa坩堝內(nèi)的溫度1330°C圖6表示使用掃描型電子顯微鏡對(duì)通過上述的制造條件而獲得的金屬微球的表面狀態(tài)進(jìn)行觀察的照片。如圖2至圖5所示，適用本發(fā)明的金屬微球相對(duì)于作為比較例的圖6而言，出現(xiàn)于金屬微球表面上的凹坑大幅減少。因此，通過適用本發(fā)明的金屬微球的制造方法，能夠制造減少了金屬微球的表面上產(chǎn)生的凹坑并具備表面光滑性特性的金屬微球。另外，圖4中的樣品號(hào)4至6是在氧濃度為200體積ppm以上的凝固環(huán)境中制造的金屬微球，與樣品號(hào)1至3相比，金屬微球的晶粒尺寸偏差少，并且，晶粒尺寸也被均勻微細(xì)化，可以確認(rèn)具有更理想的表面形態(tài)。如上所述，具備表面光滑性特性的金屬微球，能夠減少在其表面上實(shí)施焊錫鍍敷處理時(shí)引起空隙的產(chǎn)生、鍍敷密合不良等的問題的可能性，并對(duì)于將金屬微球作為連接端子部使用的電子零件的實(shí)用化而言，能夠大幅提高電連接可靠性。(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)通過采用將Cu液滴球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度調(diào)節(jié)至規(guī)定范圍的構(gòu)成而大幅改善了表面光滑性的本發(fā)明的金屬微球的制造方法，提供一種適用于電子零件連接端子部的金屬微球，在配線基板的多層化和連接端子部的微小化中，能夠提高電連接可靠性、多層化后的配線基板上的尺寸精度。而且，在將金屬液滴在氣體環(huán)境中進(jìn)行球狀凝固的金屬球的制造方法中通過調(diào)節(jié)球狀凝固的環(huán)境中的氧濃度而還能夠適用于表面光滑性優(yōu)異的Cu以外的金屬球的制造。
權(quán)利要求
1.一種金屬微球的制造方法，其特征在于，在氧為10 800體積ppm、剩余部分為惰性氣體環(huán)境中使Cu液滴球狀凝固。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬微球的制造方法，其特征在于，所述氧為120 800體積ppm。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬微球的制造方法，其特征在于，所述氧為200 760體積ppm。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的金屬微球的制造方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的金屬微球的制造方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的金屬微球的制造方法，其特征在于，所述Cu液滴是將施加了壓力和振動(dòng)的Cu熔液從噴嘴滴下而形成的。
全文摘要
本發(fā)明為了在使用金屬微球來實(shí)現(xiàn)配線基板的多層化、連接端子部的微小化等之際提高電連接可靠性，提供一種減少了金屬微球的表面上產(chǎn)生的凹坑并具備表面光滑性特性的金屬微球的制造方法。本發(fā)明為在氧為10～800體積ppm、剩余部分為惰性氣體環(huán)境中使Cu液滴球狀凝固的金屬微球的制造方法。而且，優(yōu)選為所述Cu液滴是將施加了壓力和振動(dòng)的Cu熔液從噴嘴滴下而形成的。
文檔編號(hào)B22F9/08GK102528057SQ20101062251
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者熊本晉吾 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社