JP2005103645A - Solder ball and its manufacturing method - Google Patents

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JP2005103645A JP2004315306A JP2004315306A JP2005103645A JP 2005103645 A JP2005103645 A JP 2005103645A JP 2004315306 A JP2004315306 A JP 2004315306A JP 2004315306 A JP2004315306 A JP 2004315306A JP 2005103645 A JP2005103645 A JP 2005103645A
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Takeshi Kuboi
健 久保井
Koji Sato
光司 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solder ball having both the smooth surface and the clean surface, while having high sphericity and dimensional accuracy which are demanded for solder ball, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The solder ball consists mainly of Sn and contains 1.0-4.5mass% Ag and also 0.3-1.2mass% Cu, and, as other elements, 0.006-0.1mass% in total of one or more elements of Ge, Ni, P, Mn, Au, Pd, Pt, S, Bi, Sb and In. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置などに使用されるはんだボールにおいて、特に表面形状が平滑であり、搬送性と搭載性に優れているはんだボールおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a solder ball used for a semiconductor device or the like, and particularly to a solder ball having a smooth surface shape and excellent transportability and mountability, and a method for manufacturing the same.

半導体デバイス実装技術のBGA(ボール・グリッド・アレイ)は広く用いられている。このBGAは、キャリアにバンプを設けてはんだパットを形成し、最終的に基板との接合を行うためには、キャリア上のアレイ当り、数百、多くの場合数千ものはんだボールを、精度良くしかも同一平面に取付けられる。このために、はんだボールには真球度0.95以上の真球に近い精度と、平滑な表面と、ボールの直径100〜1000μmで±10μm以内の寸法精度が要求される場合が多い。
このように用いられるはんだボールの製造方法としては、油中造球法が一般的である。この方法は、微細に切断したはんだを油中で加熱溶解し、次いで冷却して得るものである。しかし、この方法では、微細なはんだ片を製造する工程や洗浄工程が必須であり、不経済である。
BGA (Ball Grid Array), a semiconductor device packaging technology, is widely used. In order to form a solder pad by forming bumps on a carrier and finally bond to a substrate, this BGA is used to accurately connect hundreds, often thousands of solder balls per array on the carrier. Moreover, it can be mounted on the same plane. For this reason, solder balls are often required to have a precision close to a true sphere with a sphericity of 0.95 or more, a smooth surface, and a dimensional precision within ± 10 μm with a ball diameter of 100 to 1000 μm.
As a method for producing solder balls used in this way, a ball-in-oil method is generally used. This method is obtained by heating and dissolving finely cut solder in oil and then cooling. However, this method requires a process of manufacturing fine solder pieces and a cleaning process, which is uneconomical.

最近、この方法に代わるより経済的な方法として、るつぼ内の溶湯に圧力と振動を付与して前記るつぼの低部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、前記オリフィスから滴下した溶湯を急冷凝固させて、はんだボールを製造する方法が、米国特許第5,266,098号に開示され、均一液滴噴霧法と呼ばれている。この方法に基づいて本発明者等は、はんだボールを製造するために改良を加え、特願2000−70535号として提案している。
この特願2000−70535号に提案する均一液滴噴霧装置は、装置の最上部にピエゾ素子などを用いた振動装置が設置され、その下に上記溶湯を保持する炉がある。炉の下にはオリフィスと呼ぶ穴があり、オリフィスの外にはこのオリフィスから押し出された溶湯の分断と凝固雰囲気を制御する回収チャンバーがある。このチャンバーの底ではんだボールを回収する構造を提案している。
特開2000−70535号公報
Recently, as a more economical method instead of this method, pressure and vibration are applied to the molten metal in the crucible to extrude the molten metal from the orifice provided in the lower part of the crucible, and the molten metal dropped from the orifice is rapidly cooled and solidified. A method of manufacturing solder balls is disclosed in US Pat. No. 5,266,098 and is called the uniform droplet spraying method. Based on this method, the present inventors have made improvements to produce solder balls and have proposed as Japanese Patent Application No. 2000-70535.
In the uniform droplet spraying device proposed in Japanese Patent Application No. 2000-70535, a vibration device using a piezo element or the like is installed at the top of the device, and there is a furnace for holding the molten metal below. Below the furnace is a hole called an orifice, and outside the orifice is a recovery chamber that controls the division and solidification atmosphere of the melt extruded from the orifice. A structure for collecting solder balls at the bottom of the chamber is proposed.
JP 2000-70535 A

ここで詳細に図1を用いて、上述の均一液滴噴霧装置をより具体的に説明する。
ピエゾ素子(1)で振動を発生させ、振動棒(3)を介して、溶湯(4)に振動が伝わる。溶解チャンバー(5)にはガス供給口(2)よりガスが供給され加圧された状態になっている。圧力によってオリフィス(6)から押し出された溶湯は、振動が与えられているので一定の間隔で分断され、液滴(8)が形成される。
電極板(7)では、電極板と溶湯の間に電位を与えており、これによって液滴を同一電荷に帯電させて液滴同士が接することを防止している。これらの液滴は、チャンバー(9)内を落下中に自身の表面張力によって球状化され、ガス雰囲気を飛行中に冷却され、凝固する。
回収チャンバー(9)内には、ガス供給口(11)より、不活性ガスが供給されており、液滴などの酸化を防止している。また、回収チャンバー内の圧力は、溶解チャンバー(5)中より低くしてある。最終的には、球状凝固体(10)として、チャンバーの底部に回収される。
Here, the above-described uniform droplet spraying apparatus will be described more specifically with reference to FIG. 1 in detail.
Vibration is generated by the piezo element (1), and the vibration is transmitted to the molten metal (4) through the vibration rod (3). Gas is supplied to the dissolution chamber (5) from the gas supply port (2) and is pressurized. Since the melt extruded from the orifice (6) by the pressure is vibrated, it is divided at regular intervals to form droplets (8).
In the electrode plate (7), a potential is applied between the electrode plate and the molten metal, thereby charging the droplets to the same charge and preventing the droplets from contacting each other. These droplets are spheroidized by their surface tension while falling in the chamber (9), and are cooled and solidified during flight in the gas atmosphere.
An inert gas is supplied into the recovery chamber (9) from the gas supply port (11) to prevent oxidation of droplets and the like. The pressure in the recovery chamber is lower than that in the dissolution chamber (5). Finally, it is collected at the bottom of the chamber as a spherical solidified body (10).

図1に示す装置では、炉と回収チャンバーは、雰囲気の制御と減圧や加圧ができるようになっている。炉の圧力を回収チャンバーより高くすることによって、オリフィスより溶湯を噴出させる。
ピエゾ素子などで発生させた振動をステンレスやセラミック製の棒等を用いて、炉の中で溶湯にこの振動を付加する。振動が付加された液柱には、一定の間隔で流量の大小があり、このために一定間隔で切断され、均一な体積の液滴となる。
さらに、均一な体積の液滴は、自身の表面張力によって球状になる。その後に、凝固させることによって、均一に球状化したはんだボールを得る。
また、液柱の周辺に電極を設置し、液柱とこの電極の間に電位差を持たせる。これによって、切断された液滴を同符号に帯電させ、各液滴が反発して、凝固中の接触による形状や粒径の不良を防止している。この方法は、真球度と寸法精度の良いはんだボールを、高い生産性で製造することを可能にする。
In the apparatus shown in FIG. 1, the furnace and the recovery chamber can control the atmosphere and reduce or increase the pressure. By making the furnace pressure higher than the recovery chamber, the molten metal is ejected from the orifice.
The vibration generated by the piezo element or the like is added to the molten metal in a furnace using a rod made of stainless steel or ceramic. The liquid column to which the vibration is applied has a flow rate at regular intervals. For this reason, the liquid column is cut at regular intervals to form droplets with a uniform volume.
In addition, uniform volume droplets become spherical due to their surface tension. Thereafter, the solder balls are solidified to obtain uniform spherical solder balls.
In addition, an electrode is installed around the liquid column, and a potential difference is provided between the liquid column and the electrode. As a result, the cut droplets are charged with the same sign, and the droplets repel each other, thereby preventing the shape and particle size from being poor due to contact during solidification. This method makes it possible to manufacture solder balls with good sphericity and dimensional accuracy with high productivity.

本発明者等が種々の組成のはんだボールを、上述した均一液滴噴霧法によって、鉛フリー材として注目されるSn−Ag−Cu系の製造したところ、はんだボールの表面形状の凹凸に差異が生じた。
はんだボールにおいて、表面形状は非常に重要である。その主な理由は以下の二つである。
When the present inventors manufactured Sn-Ag-Cu-based solder balls, which are attracting attention as lead-free materials, by the above-described uniform droplet spraying method, there is a difference in the unevenness of the surface shape of the solder balls. occured.
In solder balls, the surface shape is very important. There are two main reasons for this.

第一の理由は、例えばはんだボールをBGAパッケージに実装する装置では、はんだボールを連続的に供給するために停滞することなく転がることが求められるからである。もし、転がりが悪いと、装置の途中ではんだボールの供給が止まるので、この供給部分の調整などが頻繁に必要となり、生産効率を著しく低下させる。
第二の理由は、例えばはんだボールをBGAパッケージに高精度で搭載する方法として、BGAパッケージに合わせて高精度に配置したノズル部分を真空に引き、この部分にはんだボールを吸着させ、所定の位置に配列する方法がある。この際に、はんだボールの表面の凹凸がはげしいと吸着できず、はんだボールが搭載されない端子ができ、BGAパッケージそのものが不良となるからである。
The first reason is that, for example, in an apparatus for mounting solder balls on a BGA package, it is required to roll without stagnation in order to continuously supply solder balls. If the rolling is poor, the supply of solder balls stops in the middle of the apparatus, so adjustment of this supply part is necessary frequently, and the production efficiency is significantly reduced.
The second reason is that, for example, as a method of mounting solder balls on a BGA package with high accuracy, a nozzle portion arranged with high accuracy in accordance with the BGA package is evacuated, and the solder balls are adsorbed to this portion, and a predetermined position There is a way to arrange. At this time, if the unevenness of the surface of the solder ball is excessive, it cannot be adsorbed, a terminal on which the solder ball is not mounted is formed, and the BGA package itself becomes defective.

この他に、はんだボールには、表面が清浄であることも求められる。
はんだボール表面が汚れていると、フラックスを用いても酸化層を除去することが出来なくなり、接合強度を低下させることになる。このことを考えると、従来の油中冷却は、洗浄を行うにしても、品質の安定性や生産性の点から好ましくない。
液体窒素中のような極低温環境で冷却させることも技術的には可能であるが、Snを主とした組成のはんだボールでは、極低温の安定相であるαSnになるために非常に脆いものになる。この脆いはんだボールは分級などで欠けを生じるので、真球度の高いボールを得られなくなる。
本発明の目的は、はんだボールに要求される高い真球度と寸法精度を合せ持ちながら、平滑な表面形状と清浄な表面を有するはんだボールとその製造方法を提供することである。
In addition, the solder ball is also required to have a clean surface.
If the surface of the solder ball is dirty, the oxide layer cannot be removed even if flux is used, and the bonding strength is reduced. Considering this, conventional cooling in oil is not preferable in terms of quality stability and productivity even if washing is performed.
Although it is technically possible to cool in a cryogenic environment such as in liquid nitrogen, a solder ball mainly composed of Sn is very brittle because it becomes αSn, which is a stable phase at a very low temperature. become. Since this brittle solder ball is chipped by classification or the like, a ball with high sphericity cannot be obtained.
An object of the present invention is to provide a solder ball having a smooth surface shape and a clean surface and a method for producing the same while maintaining high sphericity and dimensional accuracy required for the solder ball.

本発明者等は上述したはんだボール表面形状(凹凸)について鋭意検討した結果、鉛フリー材として注目されるSn−Ag−Cu系におけるはんだボールの表面形状の平滑性が、合金中の微量元素の含有量に相関があることを見出し、表面平滑なはんだボールを得るためには、適正な微量元素添加量が存在することを知見し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies on the above-mentioned solder ball surface shape (unevenness), the present inventors have found that the smoothness of the solder ball surface shape in the Sn-Ag-Cu system, which is attracting attention as a lead-free material, is a trace element in the alloy. In order to find that there is a correlation in the content, and to obtain a solder ball having a smooth surface, the inventors have found that there is an appropriate amount of trace element added, and have reached the present invention.

即ち本発明は、主にSnからなり、1.0〜4.5質量%Agかつ0.3〜1.2質量%Cuを含有し、その他の元素としてGe、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、Inの一種または二種以上を合計で0.006〜0.1質量%であるはんだボールである。   That is, the present invention mainly comprises Sn, contains 1.0 to 4.5 mass% Ag and 0.3 to 1.2 mass% Cu, and other elements such as Ge, Ni, P, Mn, Au, It is a solder ball in which one or more of Pd, Pt, S, Bi, Sb, and In is 0.006 to 0.1% by mass in total.

また、本発明は、上述のはんだボールは、球状化した液滴をガス雰囲気中で冷却凝固させたはんだボールである。
また本発明の製造方法は、主にSnからなり、1.0〜4.5質量%Agかつ0.3〜1.2質量%Cuを含有し、その他の元素としてGe、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、Inの一種または二種以上を合計で0.006〜0.1質量%であるはんだ溶湯をるつぼ内に保持し、該溶湯に圧力と振動を付与して、前記るつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、該オリフィスから滴下した球状液滴をガス雰囲気中で冷却凝固させるはんだボールの製造方法である。
In the present invention, the above-mentioned solder ball is a solder ball obtained by cooling and solidifying a spheroidized droplet in a gas atmosphere.
The production method of the present invention mainly comprises Sn, contains 1.0 to 4.5 mass% Ag and 0.3 to 1.2 mass% Cu, and other elements include Ge, Ni, P, Mn , Au, Pd, Pt, S, Bi, Sb, In at least one kind of two or more kinds is held in the crucible with a total amount of solder of 0.006 to 0.1% by mass, and pressure and vibration are applied to the molten metal. It is a method for producing a solder ball that is applied and extrudes molten metal from an orifice provided at the bottom of the crucible, and cools and solidifies the spherical droplet dropped from the orifice in a gas atmosphere.

表面形状が平滑なはんだボールは、たとえば、BGAパッケージに実装する際に扱いやすくなり、生産性の向上や合格率の向上に寄与する。よって、本発明のはんだボールおよびその製造方法は、工業的に非常に重要なものである。   A solder ball having a smooth surface shape becomes easy to handle when mounted on a BGA package, for example, and contributes to an improvement in productivity and an improvement in acceptance rate. Therefore, the solder ball and the manufacturing method thereof of the present invention are very important industrially.

本発明の最も重要な点は、Sn−Ag−Cuを基本元素とする場合においてSn、Ag、Cu以外の特定の元素を0.006質量%以上含有することである。
本発明においては、Sn−Ag−Cu系の共晶を構成するSn、Ag、Cu以外の特定の元素は、基本的に表面形状を改善する点からGe、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、Inを選択する。
これらの元素のうち特に、Geについては耐酸化性を向上させるなど有益な効果もある。Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Inなども融点を低下させる効果や接合強度を高める効果などもあり、用途に適したはんだ特性にできるので好ましい。また、Sbは強度を向上させる効果もある元素である。
The most important point of the present invention is to contain 0.006% by mass or more of a specific element other than Sn, Ag, and Cu when Sn—Ag—Cu is a basic element.
In the present invention, specific elements other than Sn, Ag, and Cu constituting the Sn—Ag—Cu-based eutectic are basically Ge, Ni, P, Mn, Au, and Pd in terms of improving the surface shape. , Pt, S, Bi, Sb, In are selected.
Among these elements, Ge has a beneficial effect such as improving oxidation resistance. Ni, P, Mn, Au, Pd, Pt, S, In, and the like are also preferable because they have the effect of lowering the melting point and the effect of increasing the bonding strength, and can achieve solder characteristics suitable for the application. Sb is an element that also has the effect of improving the strength.

図2に表面形状が平滑なボールの形態の例を示し、一方、図3に表面形状が非常に凹凸になったボールの形態を示す。   FIG. 2 shows an example of a form of a ball having a smooth surface shape, while FIG. 3 shows a form of a ball having a very uneven surface shape.

本発明者は表面形状が凹凸になる原因を次のように推定している。表面形状が凹凸になっているはんだボールの金属組織を観察すると、明確な結晶粒界がなくβ−Sn単結晶と分散するAg−SnまたはCu−Sn系の金属間化合物相からなると考えられるような金属組織である。
また、共晶組成でない組成系であってもデンドライトが認められない金属組織であると表面形状が凹凸となる。
一方、平滑な表面のはんだボールの金属組織を観察すると、β−Sn多結晶と考えられるような金属組織であり、かつ、共晶組成でない組成系ではデンドライトが認められる。
本発明においては、特定の元素を多く含有したために固液共存領域が広がると同時に融点が低くなったため緩やかに凝固できたと考えられる。これによって、結晶粒の複数個生成やデンドライトの成長が可能となったと推定している。
The inventor presumes the reason why the surface shape becomes uneven as follows. When observing the metal structure of the solder ball having an uneven surface shape, it is considered that it is composed of an Ag-Sn or Cu-Sn based intermetallic compound phase dispersed without a clear crystal grain boundary and with a β-Sn single crystal. It is a simple metal structure.
Moreover, even if it is a composition system which is not a eutectic composition, when the metal structure has no dendrite, the surface shape becomes uneven.
On the other hand, when the metal structure of the solder balls having a smooth surface is observed, dendrite is recognized in a composition system that is considered to be β-Sn polycrystal and is not a eutectic composition.
In the present invention, it is considered that the solid-liquid coexistence region is widened because it contains a large amount of a specific element, and at the same time the melting point is lowered, so that it can be gradually solidified. It is presumed that this makes it possible to generate a plurality of crystal grains and to grow dendrite.

はんだがボール状に急激に凝固すると、凝固時の体積収縮による形状変化を表面張力によって球状に修正する時間がなく凝固が完了するために、凹凸の形状となる。一方、凝固が比較的に緩やかに進行すると、一部が凝固し体積収縮が起こって、液滴表面に凹凸が発生しても、再度表面張力によって形状を曲面に補正する時間があると考えている。また、表面が不均一核生成の核として働くものと推定しており、この核生成部は平滑形状を取ることから、多結晶体は必然的に平滑な表面の割合が増えるものと考えている。   When the solder is rapidly solidified into a ball shape, the shape change due to volume shrinkage at the time of solidification has no time to correct it to a spherical shape by surface tension, so that solidification is completed, resulting in an uneven shape. On the other hand, if solidification progresses relatively slowly, even if some solidify and volume shrinkage occurs, and there are irregularities on the surface of the droplet, we think that there is time to correct the shape to a curved surface again by surface tension Yes. In addition, it is assumed that the surface acts as a nucleus for heterogeneous nucleation, and since this nucleation part takes a smooth shape, it is considered that the proportion of the smooth surface inevitably increases in the polycrystalline body. .

基本元素がSn−Ag−Cuの3種類になる本発明の場合では、特定の元素の下限を0.006質量%とした。この系では、SnにAgとCuを共に含有しているので、微量元素として添加する場合に近い効果が得られ、少量でも表面が平滑になる効果が認められるためである。
また、基本元素がSn―Ag―Cuの3種類の本発明では、添加元素の上限を0.1質量%とした。これは、この系では、特定の元素を0.1質量%含有した段階で、これを越えて含有した場合と表面形状改善の差異がなくなるからである。
In the case of the present invention in which the basic element is Sn-Ag-Cu, the lower limit of the specific element is 0.006% by mass. In this system, since both Ag and Cu are contained in Sn, an effect close to that when added as a trace element is obtained, and the effect of smoothing the surface even with a small amount is recognized.
In the present invention in which the basic element is Sn-Ag-Cu, the upper limit of the additive element is 0.1% by mass. This is because, in this system, when the specific element is contained in an amount of 0.1% by mass, there is no difference in surface shape improvement from the case where the specific element is contained beyond this.

本発明において、基本元素は、主にSnからなり1.0〜4.5Ag質量%Agかつ0.3〜1.2質量%Cuとした。この理由は、“鉛フリーはんだ規格化のための研究開発プロジェクト”成果報告発表会、平成12年6月22日 芝浦工業大学 主催:社団法人 日本溶接協会、企画:鉛フリーはんだ規格化のための研究開発プロジェクト委員会で報告されているように、この基本組成系がはんだとしての特性に特に優れているからである。
例えば、SnにAgやCuを適量添加することによって、融点の最適化、ぬれ性の向上などが可能である。
In the present invention, the basic element is mainly composed of Sn and is 1.0 to 4.5 Ag mass% Ag and 0.3 to 1.2 mass% Cu. The reason for this is the “Research and Development Project for Lead-Free Solder Standardization” results report presentation, June 22, 2000, Shibaura Institute of Technology Sponsor: Japan Welding Association, Planning: Lead-free solder standardization This is because, as reported by the Research and Development Project Committee, this basic composition system is particularly excellent in properties as a solder.
For example, by adding an appropriate amount of Ag or Cu to Sn, it is possible to optimize the melting point and improve the wettability.

本発明のはんだボールは、例えば図1に示す均一液滴噴霧装置を用いてるつぼ内の溶湯に圧力と振動を付与して、このるつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、このオリフィスから滴下した溶湯が球状化し、ガス雰囲気中で冷却凝固させると良い。ガス雰囲気とは、窒素、アルゴンや炭酸ガスの不活性ガス雰囲気、さらにはこれらのガスに一部HやCOガスなどを混合した還元性ガス雰囲気中で冷却を行うことによって、清浄な表面を有するはんだボールを得ることが出来る。 The solder ball of the present invention applies pressure and vibration to the molten metal in the crucible using, for example, the uniform droplet spraying apparatus shown in FIG. 1, and extrudes the molten metal from the orifice provided at the bottom of the crucible, and drops from the orifice. The molten metal may be spheroidized and cooled and solidified in a gas atmosphere. A gas atmosphere is an inert gas atmosphere of nitrogen, argon or carbon dioxide, or a clean surface by cooling in a reducing gas atmosphere in which these gases are partially mixed with H 2 or CO gas. The solder ball which has can be obtained.

また、本発明者が検討した結果、油中冷却を採用した均一液滴噴霧法の装置、あるいは、はんだ片を油中で加熱溶融し冷却する方法では、形状を補正するために、加熱した油に入れ表面張力で球形にし、油に温度勾配をつくり徐々に凝固させることができる。すなわち、凝固速度を遅くできるものである。
これに対して、ガス雰囲気中で冷却を採用した均一液滴法の装置では、空中で球状に凝固するため、形状を補正する必要がないが、凝固は非常に急激に進むことになる。そのため本発明で課題となる表面形状の凹凸の問題が顕著になる。すなわち、本発明者は、清浄な表面を得るためにガス雰囲気中で冷却を行う場合には、特定の元素を適量含有させることが表面形状を平滑にするために非常に重要である。
このように、はんだボールの凹凸の発生は、凝固速度が早い場合に顕著になると推定されるため、本発明の適用は、冷却速度の速い空冷凝固のはんだボールに対して特に有効である。
In addition, as a result of the study by the present inventors, in the apparatus of uniform droplet spraying method that employs cooling in oil or the method in which solder pieces are heated and melted and cooled in oil, heated oil is used to correct the shape. It can be made spherical by surface tension and can be gradually solidified by creating a temperature gradient in the oil. That is, the solidification rate can be slowed.
On the other hand, in the apparatus of the uniform droplet method that employs cooling in a gas atmosphere, since it is solidified spherically in the air, there is no need to correct the shape, but solidification proceeds very rapidly. Therefore, the problem of surface irregularities, which is a problem in the present invention, becomes significant. That is, when the present inventor performs cooling in a gas atmosphere in order to obtain a clean surface, it is very important to contain an appropriate amount of a specific element in order to smooth the surface shape.
Thus, since it is estimated that the unevenness | corrugation of a solder ball becomes remarkable when a solidification rate is fast, application of this invention is especially effective with respect to the air-cooled solidification solder ball with a quick cooling rate.

本発明の実施例について説明する。図1に示す均一液滴噴霧法を用いた製造装置により、はんだ溶湯をるつぼ内に保持し、該溶湯に圧力と振動を付与して、該るつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、該オリフィスから滴下した球状液滴を窒素ガス雰囲気中で冷却凝固させることにより、直径600μmのはんだボールを製造した。
表1に供試した組成を挙げると同時に、各組成と表面形状の相関について行った実験結果をまとめる。このはんだボールの評価方法について説明する。図2に示すような表面形状になったものを○とした。図3に示すような凹凸のある表面形状になったものを×とした。
Examples of the present invention will be described. The manufacturing apparatus using the uniform droplet spraying method shown in FIG. 1 holds the molten solder in a crucible, applies pressure and vibration to the molten metal, and extrudes the molten metal from an orifice provided at the bottom of the crucible. Solder balls with a diameter of 600 μm were manufactured by cooling and solidifying spherical droplets dropped from the orifice in a nitrogen gas atmosphere.
Table 1 lists the tested compositions and summarizes the results of experiments conducted on the correlation between each composition and the surface shape. The solder ball evaluation method will be described. The surface shape as shown in FIG. A surface having an uneven surface as shown in FIG.

No.1〜10は、Sn−Ag−Cuを基本元素とする合金系についての結果である。本発明の特定の元素を0.006質量%以上含有しているNo.1〜5の表面形状は平滑であった。No.1、2、3、4、5には、それぞれAu、Pd、Ge、In、GeとInが添加されている。一方、特定の元素の含有量が0.006未満であるNo.6〜10の表面形状は、凹凸になった。この結果から、Sn−Ag−Cuを基本元素とする系で表面形状を平滑にするためには、特定の元素を0.006質量%以上含有する必要があることがわかる。   No. 1 to 10 are the results for an alloy system having Sn—Ag—Cu as a basic element. No. containing 0.006% by mass or more of the specific element of the present invention. The surface shapes of 1 to 5 were smooth. No. 1, 2, 3, 4 and 5 are respectively added with Au, Pd, Ge, In, Ge and In. On the other hand, the content of the specific element is less than 0.006. The surface shape of 6-10 became uneven. From this result, it can be seen that in order to smooth the surface shape in a system containing Sn—Ag—Cu as a basic element, it is necessary to contain 0.006% by mass or more of a specific element.

表1に示した本発明のはんだボールを300個用意し、表面清浄を目視と電子顕微鏡で確認し、表面清浄が保たれていることを確認した。次に、真球度と寸法精度を測定し、真球度は0.95〜0.97、寸法精度は600μm±7μmの範囲内であった。   300 solder balls of the present invention shown in Table 1 were prepared, and surface cleanness was confirmed visually and with an electron microscope to confirm that the surface cleanliness was maintained. Next, the sphericity and dimensional accuracy were measured. The sphericity was 0.95 to 0.97, and the dimensional accuracy was in the range of 600 μm ± 7 μm.

本発明のはんだボールを製造する装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus which manufactures the solder ball of this invention. 本発明のはんだボールの表面形態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the surface form of the solder ball of this invention. 比較材のはんだボールの表面形態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the surface form of the solder ball of a comparative material.

符号の説明Explanation of symbols

1.ピエゾ素子、2.ガス供給口、3.振動棒、4.溶湯、5.溶解チャンバー、6.オリフィス、7.電極板、8.液滴、9.チャンバー、10.球状凝固体、11.ガス供給口 1. 1. Piezo element; 2. Gas supply port Vibrating bar, 4. Molten metal, 5. Lysis chamber, 6. 6. orifice, Electrode plate, 8. Droplet, 9. Chamber, 10. 10. spherical coagulum, Gas supply port

Claims (3)

主にSnからなり、1.0〜4.5質量%Agかつ0.3〜1.2質量%Cuを含有し、その他の元素としてGe、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、Inの一種または二種以上を合計で0.006〜0.1質量%であることを特徴とするはんだボール。 Mainly composed of Sn, containing 1.0 to 4.5 mass% Ag and 0.3 to 1.2 mass% Cu, and other elements such as Ge, Ni, P, Mn, Au, Pd, Pt, S Solder balls, wherein one or more of Bi, Sb, and In is 0.006 to 0.1% by mass in total. 請求項1に記載のはんだボールは、球状化した液滴をガス雰囲気中で冷却凝固させたことを特徴とするはんだボール。 The solder ball according to claim 1, wherein the spheroidized droplets are cooled and solidified in a gas atmosphere. 主にSnからなり、1.0〜4.5質量%Agかつ0.3〜1.2質量%Cuを含有し、その他の元素としてGe、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、Inの一種または二種以上を合計で0.006〜0.1質量%であるはんだ溶湯をるつぼ内に保持し、該溶湯に圧力と振動を付与して、前記るつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、該オリフィスから滴下した球状液滴をガス雰囲気中で冷却凝固させることを特徴とするはんだボールの製造方法。 Mainly composed of Sn, containing 1.0 to 4.5 mass% Ag and 0.3 to 1.2 mass% Cu, and other elements such as Ge, Ni, P, Mn, Au, Pd, Pt, S , Bi, Sb, In, or a total of 0.006 to 0.1% by mass of a molten solder is held in a crucible, and pressure and vibration are applied to the molten metal, and the bottom of the crucible A method for producing a solder ball, comprising: extruding a molten metal from an orifice provided in the nozzle, and cooling and solidifying a spherical droplet dropped from the orifice in a gas atmosphere.
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