JP2007044718A - Metallic ball, method for manufacturing metallic ball, plated structure, and soldering method - Google Patents

Metallic ball, method for manufacturing metallic ball, plated structure, and soldering method Download PDF

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Takeaki Minamiyama
偉明 南山
Tetsuro Okada
哲朗 岡田
Takashi Shoda
隆史 正田
Yasuhiro Ito
泰弘 伊藤
Shuhei Naruse
修平 成瀬
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MILLENIUM GATE TECHNOLOGY CO L
MILLENIUM GATE TECHNOLOGY CO Ltd
Sumitomo Corp
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MILLENIUM GATE TECHNOLOGY CO L
MILLENIUM GATE TECHNOLOGY CO Ltd
Sumitomo Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic ball which can keep the soldered strength, and can lower the melting point in soldering. <P>SOLUTION: The metallic ball 10 comprises a core ball 1, a reaction suppressing layer 2, and a plated layer 3. The core ball 1 is made of copper (Cu), and has a diameter within the range from 50 μm to 1,000 μm. The reaction suppressing layer 2 is made of nickel (Ni), and has a film thickness within the range from 0.1 μm to 5 μm. The plated layer 3 is made of tin-indium (Sn-In alloy), and has a film thickness within the range from 0.1 μm to 100 μm. Further, the plated layer 3 is formed by the electroplating in such a manner that the content of tin (Sn) decreases from its innermost periphery toward its outermost periphery, and the content of indium (In) increases from its innermost periphery toward its outermost periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、電子部品の実装に用いられる金属ボール、金属ボールの作製方法、めっき構造物および半田付け方法に関するものである。   The present invention relates to a metal ball used for mounting an electronic component, a method for producing the metal ball, a plated structure, and a soldering method.

電子部品の表面実装においては、BGA(Ball Grid Array)およびCSP(Chip Scale Package)等の実装方法が用いられている。そして、これらの実装方法は、半田、銅 アルミニウム、および外層が半田で覆われた銅コアおよび樹脂コア等の金属ボールを接続端子として用いる方法である。   In surface mounting of electronic components, mounting methods such as BGA (Ball Grid Array) and CSP (Chip Scale Package) are used. These mounting methods use solder, copper aluminum, and metal balls such as a copper core and a resin core whose outer layers are covered with solder as connection terminals.

従来、半導体パッケージにおける半導体素子の内部接続電極に用いる複合マイクロボールが知られている(特許文献1)。この複合マイクロボールは、コアボールと、コアボールを覆う下地層と、下地層上に形成された半田被覆層とからなる。   Conventionally, a composite microball used for an internal connection electrode of a semiconductor element in a semiconductor package is known (Patent Document 1). The composite microball is composed of a core ball, a base layer covering the core ball, and a solder coating layer formed on the base layer.

コアボールは、直径が30μm〜120μmの範囲である銅からなり、下地層は、コバルトおよびニッケルから選択された少なくとも一種からなり、半田被覆層は、膜厚が20μm以上である電気半田めっき層からなる。そして、電気半田めっき層の材料は、鉛-錫であり、複合マイクロボールの外径は、50μm〜200μmの範囲である。
特許第3314269号公報
The core ball is made of copper having a diameter in the range of 30 μm to 120 μm, the underlayer is made of at least one selected from cobalt and nickel, and the solder coating layer is made of an electric solder plating layer having a thickness of 20 μm or more. Become. The material of the electric solder plating layer is lead-tin, and the outer diameter of the composite microball is in the range of 50 μm to 200 μm.
Japanese Patent No. 3314269

しかし、半田に関しては、鉛フリー化が要求されているため、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Ag合金およびSn−Cu合金等の従来のSn−Pb合金系よりも融点の高い合金、またはSn−Bi合金、Sn−Zn合金、Sn−In合金、Sn−Zn−Bi合金およびSn−Ag−Bi−In合金等の従来のSn−Pb合金系よりも融点の低い合金が用いられている。   However, since solder is required to be lead-free, alloys having a higher melting point than conventional Sn-Pb alloy systems such as Sn-Ag-Cu alloys, Sn-Ag alloys and Sn-Cu alloys, or Sn Alloys having a lower melting point than conventional Sn—Pb alloy systems such as —Bi alloy, Sn—Zn alloy, Sn—In alloy, Sn—Zn—Bi alloy, and Sn—Ag—Bi—In alloy are used.

そして、半田めっきの分野においても、同じ鉛フリー化が要求されており、Sn、Sn−Ag合金、Sn−Cu合金、Sn−Bi合金、Sn−Zn合金およびSn−In合金等のめっきが使用されており、BGAおよびCSP等の実装技術において用いられる金属ボールとして表面をSn−Ag合金からなるめっき層で覆った銅コアボールが主流になりつつある。   And in the field of solder plating, the same lead-free is required, and plating of Sn, Sn—Ag alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Zn alloy, Sn—In alloy, etc. is used. As a metal ball used in mounting technology such as BGA and CSP, a copper core ball whose surface is covered with a plating layer made of an Sn—Ag alloy is becoming mainstream.

しかし、Sn−Ag合金からなるめっき層を用いた場合、銅コアボールを半田付けするときの融点が高くなるという問題がある。   However, when a plating layer made of an Sn—Ag alloy is used, there is a problem that the melting point becomes high when soldering the copper core ball.

一方、Sn−Bi合金は低融点であるため、銅コアボールをSn−Bi合金からなるめっき層で覆うことにより、銅コアボールを半田付けするときの融点を低温化できる。   On the other hand, since the Sn—Bi alloy has a low melting point, the melting point when soldering the copper core ball can be lowered by covering the copper core ball with a plating layer made of the Sn—Bi alloy.

しかし、Biの組成比が大きくなると、Sn−Bi合金が脆くなり、半田付けした銅コアボールが接合材料として不適切になるという問題がある。   However, when the composition ratio of Bi increases, the Sn—Bi alloy becomes brittle, and there is a problem that the soldered copper core ball becomes inappropriate as a bonding material.

この問題は、銅基板に金属ボールを半田付けする場合にも生じる。   This problem also occurs when a metal ball is soldered to a copper substrate.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールを提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a metal ball that maintains strength when soldering and can lower the melting point when soldering. That is.

また、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a metal ball that retains the strength when soldered and can lower the melting point when soldered.

さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is to provide a plated structure capable of maintaining the strength when soldering and lowering the melting point when soldering.

さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法を提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is to provide a soldering method using a plating structure capable of maintaining the strength when soldering and lowering the melting point when soldering.

この発明による金属ボールは、電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、コアボールを覆う。第2の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加する。第1の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第2の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第2の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Bi以外の元素である。   The metal ball according to the present invention is a metal ball used for mounting an electronic component, and includes a core ball and a plating layer. The core ball is made of metal. The plating layer is made of first and second metal elements constituting an alloy for soldering and covers the core ball. The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer. The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the metal ball is soldered to a reference strength or more. The second composition ratio is a composition ratio that sets the melting point of the plating layer to a temperature lower than the reference melting point. The second metal element constitutes a lead-free plating alloy and is an element other than Bi.

好ましくは、金属ボールは、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、コアボールとめっき層との間に挿入される。   Preferably, the metal ball further includes a reaction suppression layer. The reaction suppression layer is inserted between the core ball and the plating layer.

好ましくは、反応抑制層は、Ni、Ni−P合金、Ni−B合金、CoおよびPtのいずれかからなる。   Preferably, the reaction suppression layer is made of any one of Ni, Ni—P alloy, Ni—B alloy, Co, and Pt.

好ましくは、第1の金属元素は、Snであり、第2の金属元素は、Inである。   Preferably, the first metal element is Sn, and the second metal element is In.

好ましくは、第1の組成比は、18〜20%の範囲であり、第2の組成比は、34〜38%の範囲である。   Preferably, the first composition ratio is in the range of 18-20%, and the second composition ratio is in the range of 34-38%.

好ましくは、コアボールは、Cuからなる。   Preferably, the core ball is made of Cu.

また、この発明によれば、めっき構造物は、基体と、めっき層とを備える。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、基体の一主面上に形成される。第2の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加する。第1の組成比は、他の物質がめっき層を介して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第2の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。   Moreover, according to this invention, a plating structure is equipped with a base | substrate and a plating layer. The plating layer is composed of first and second metal elements that constitute an alloy for soldering, and is formed on one main surface of the substrate. The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface between the plating layer and the substrate toward the surface of the plating layer. The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer to be higher than the reference strength when another substance is soldered to the substrate via the plating layer. The second composition ratio is a composition ratio that sets the melting point of the plating layer to a temperature lower than the reference melting point.

好ましくは、めっき構造物は、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、基体とめっき層との間に挿入される。   Preferably, the plating structure further includes a reaction suppression layer. The reaction suppression layer is inserted between the substrate and the plating layer.

好ましくは、反応抑制層は、Ni、Ni−P合金、Ni−B合金、CoおよびPtのいずれかからなる。   Preferably, the reaction suppression layer is made of any one of Ni, Ni—P alloy, Ni—B alloy, Co, and Pt.

好ましくは、第1の金属元素は、Snであり、第2の金属元素は、BiまたはInである。   Preferably, the first metal element is Sn and the second metal element is Bi or In.

好ましくは、第1の組成比は、2〜21%の範囲であり、第2の組成比は、30〜55%の範囲である。   Preferably, the first composition ratio is in the range of 2 to 21%, and the second composition ratio is in the range of 30 to 55%.

好ましくは、基体は、Cu基板からなる。   Preferably, the substrate is made of a Cu substrate.

さらに、この発明によれば、金属ボールの作製方法は、電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法である。金属ボールは、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、コアボールを覆う。第2の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加する。第1の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第2の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第2の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Bi以外の元素である。   Furthermore, according to the present invention, the method for producing a metal ball is a method for producing a metal ball used for mounting an electronic component. The metal ball includes a core ball and a plating layer. The core ball is made of metal. The plating layer is made of first and second metal elements constituting an alloy for soldering and covers the core ball. The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer. The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the metal ball is soldered to a reference strength or more. The second composition ratio is a composition ratio that sets the melting point of the plating layer to a temperature lower than the reference melting point. The second metal element constitutes a lead-free plating alloy and is an element other than Bi.

そして、金属ボールの作製方法は、コアボールを第1および第2の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第1の工程と、第2の金属元素の組成比がめっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加するようにめっき層を形成する第2の工程とを備える。   The method for producing the metal ball includes the first step of immersing the core ball in a plating bath containing the first and second metal elements, and the composition ratio of the second metal element from the innermost periphery of the plating layer to the highest. And a second step of forming a plating layer so as to increase from the first composition ratio to the second composition ratio toward the outer periphery.

好ましくは、第2の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。   Preferably, in the second step, a plating layer is formed by electroplating.

好ましくは、第2の工程は、第1の金属元素を含む第1の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第2の金属元素を含む第2の化合物のめっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。   Preferably, in the second step, the dropping amount of the first compound containing the first metal element to the plating bath is decreased, and the dropping amount of the second compound containing the second metal element to the plating bath is reduced. A plating layer is formed by performing electroplating for a predetermined time while increasing or decreasing.

好ましくは、電気めっきにおける電流密度は、所定の時間、一定である。   Preferably, the current density in electroplating is constant for a predetermined time.

好ましくは、第1の金属元素は、Snであり、第2の金属元素は、Inである。   Preferably, the first metal element is Sn, and the second metal element is In.

好ましくは、第1の組成比は、18〜20%の範囲であり、第2の組成比は、34〜38%の範囲である。   Preferably, the first composition ratio is in the range of 18-20%, and the second composition ratio is in the range of 34-38%.

好ましくは、金属ボールの作製方法は、第1の工程の前、コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第3の工程をさらに備える。   Preferably, the method for manufacturing a metal ball further includes a third step of forming a reaction suppression layer so as to cover the core ball before the first step.

好ましくは、第3の工程は、Ni、NiP合金、NiB合金、CoおよびPtのいずれかからなる反応抑制層を形成する。   Preferably, the third step forms a reaction suppression layer made of any of Ni, NiP alloy, NiB alloy, Co, and Pt.

さらに、この発明によれば、半田付け方法は、基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を基体に半田付けする半田付け方法である。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなる。第2の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加する。第1の組成比は、他の物質がめっき層を溶融して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第2の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。   Furthermore, according to the present invention, the soldering method is a soldering method in which a plating layer formed on one main surface of the substrate is melted and another substance is soldered to the substrate. The plating layer is composed of first and second metal elements constituting an alloy for soldering. The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface between the plating layer and the substrate toward the surface of the plating layer. The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the other substance melts the plating layer and is soldered to the substrate to a reference strength or higher. The second composition ratio is a composition ratio that sets the melting point of the plating layer to a temperature lower than the reference melting point.

そして、半田付け方法は、基体を第1および第2の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第1の工程と、第2の金属元素の組成比が界面から表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加するようにめっき層を基体に形成する第2の工程と、めっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする第3の工程とを備える。   The soldering method includes a first step of immersing the substrate in a plating bath containing the first and second metal elements, and a composition ratio of the second metal element from the interface toward the surface. A second step of forming a plating layer on the base so as to increase from 2 to a second composition ratio, and a third step of melting the plating layer and soldering another substance to the base.

好ましくは、第2の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。   Preferably, in the second step, a plating layer is formed by electroplating.

好ましくは、第2の工程は、第1の金属元素を含む第1の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第2の金属元素を含む第2の化合物のめっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。   Preferably, in the second step, the dropping amount of the first compound containing the first metal element to the plating bath is decreased, and the dropping amount of the second compound containing the second metal element to the plating bath is reduced. While increasing, a plating layer is formed by performing electroplating for a predetermined time.

好ましくは、第1の金属元素は、Snであり、第2の金属元素は、Biである。   Preferably, the first metal element is Sn, and the second metal element is Bi.

好ましくは、第1の組成比は、2〜21%の範囲であり、第2の組成比は、30〜55%の範囲である。   Preferably, the first composition ratio is in the range of 2 to 21%, and the second composition ratio is in the range of 30 to 55%.

この発明においては、第1および第2の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第2の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、金属ボールを半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、金属ボールは、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。   In the present invention, a plating layer is constituted by a soldering alloy composed of the first and second metal elements, and the composition ratio of the second metal element in the plating layer is plated from the innermost circumference to the outermost circumference. The plating layer is formed by electroplating by changing the composition ratio at which the strength of the layer is set to be higher than the reference strength to the composition ratio at which the melting point when soldering is lower than the reference melting point. Then, when the metal balls are soldered, the plating layer reflows at a melting point lower than the reference melting point, and the metal balls are soldered at a low temperature and the strength after soldering is maintained at or above the reference strength.

したがって、この発明によれば、金属ボールを半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。   Therefore, according to the present invention, the strength when the metal ball is soldered can be maintained, and the melting point when soldering can be lowered.

また、この発明においては、第1および第2の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第2の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、他の物質を基体に半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、他の物質は、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。   In the present invention, the plating layer is constituted by a soldering alloy composed of the first and second metal elements, and the composition ratio of the second metal element in the plating layer is changed from the innermost circumference to the outermost circumference. Then, the plating layer is formed by electroplating by changing the composition ratio at which the strength of the plating layer is higher than the reference strength to the composition ratio at which the melting point when soldering is lower than the reference melting point. Then, when soldering other materials to the substrate, the plating layer reflows at a melting point lower than the reference melting point, and the other materials are soldered at a low temperature and the strength after soldering is kept above the reference strength. Is done.

したがって、この発明によれば、他の物質を基体に半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。   Therefore, according to the present invention, the strength when soldering another substance to the substrate can be maintained, and the melting point when soldering can be lowered.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による金属ボールの構成を示す断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による金属ボール10は、コアボール1と、反応抑制層2と、めっき層3とを備える。
[Embodiment 1]
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a metal ball according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, metal ball 10 according to Embodiment 1 of the present invention includes a core ball 1, a reaction suppression layer 2, and a plating layer 3.

コアボール1は、銅(Cu)からなり、直径が50μm〜1000μmの範囲である。そして、コアボール1の融点は、600〜1600℃の範囲である。   The core ball 1 is made of copper (Cu) and has a diameter in the range of 50 μm to 1000 μm. The melting point of the core ball 1 is in the range of 600 to 1600 ° C.

反応抑制層2は、Ni、NiP合金、NiB合金、CoおよびPtのいずれかからなり、コアボール1とめっき層3との間に形成される。そして、反応抑制層2の膜厚は、0.1μm〜5μmの範囲である。反応抑制層2は、コアボール1を構成する銅とめっき層3を構成する錫(Sn)およびインジウム(In)との反応を抑制する。   The reaction suppression layer 2 is made of any one of Ni, NiP alloy, NiB alloy, Co, and Pt, and is formed between the core ball 1 and the plating layer 3. And the film thickness of the reaction suppression layer 2 is the range of 0.1 micrometer-5 micrometers. Reaction suppression layer 2 suppresses the reaction between copper constituting core ball 1 and tin (Sn) and indium (In) constituting plating layer 3.

めっき層3は、電気めっきにより形成され、コアボール1および反応抑制層2を覆う。そして、めっき層3は、Sn−In合金からなり、膜厚が0.1μm〜100μmの範囲である。めっき層3において、Inの組成比は、めっき層3の最内周から最外周へ向けて第1の組成比から第2の組成比まで増加する。   The plating layer 3 is formed by electroplating and covers the core ball 1 and the reaction suppression layer 2. And the plating layer 3 consists of a Sn-In alloy, and a film thickness is the range of 0.1 micrometer-100 micrometers. In the plating layer 3, the In composition ratio increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer 3.

ここで、第1の組成比は、金属ボール10が半田付けされたときのめっき層3の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第2の組成比は、めっき層3の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。   Here, the first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer 3 when the metal ball 10 is soldered to a reference strength or more, and the second composition ratio is the melting point of the plating layer 3. The composition ratio is set to a temperature lower than the reference melting point.

反応抑制層2およびめっき層3は、電気めっきにより形成される。図2は、図1に示す金属ボール10を作製するバレルめっき装置の概略図である。図2を参照して、バレルめっき装置100は、めっき槽20と、枠板30と、バレルドラム40と、歯車50,60と、モータ70と、陰極80と、陽極90と、ノズル110,120と、直流電源130とを備える。   Reaction suppression layer 2 and plating layer 3 are formed by electroplating. FIG. 2 is a schematic view of a barrel plating apparatus for producing the metal ball 10 shown in FIG. Referring to FIG. 2, barrel plating apparatus 100 includes plating tank 20, frame plate 30, barrel drum 40, gears 50 and 60, motor 70, cathode 80, anode 90, and nozzles 110 and 120. And a DC power supply 130.

めっき槽20には、めっき浴140が入れられる。枠板30は、バレルドラム40を略水平状態で回転可能に保持する。バレルドラム40は、6個の側板41と、6個の網材42とからなる。6個の側板41は、六角柱形状に組まれる。そして、6個の網材42は、それぞれ、6個の側板41に張着される。したがって、バレルドラム40は、六角柱形状からなり、内部に被めっき物品(=コアボール1)を収納する。   A plating bath 140 is placed in the plating tank 20. The frame plate 30 holds the barrel drum 40 rotatably in a substantially horizontal state. The barrel drum 40 includes six side plates 41 and six net members 42. The six side plates 41 are assembled in a hexagonal column shape. The six net members 42 are each attached to the six side plates 41. Therefore, the barrel drum 40 has a hexagonal column shape, and accommodates an article to be plated (= core ball 1) therein.

歯車50は、枠板30を介してバレルドラム40に連結される。歯車60は、歯車50と噛合うように枠板30に取り付けられる。モータ70は、シャフト71を介して歯車60に連結される。   The gear 50 is connected to the barrel drum 40 via the frame plate 30. The gear 60 is attached to the frame plate 30 so as to mesh with the gear 50. The motor 70 is connected to the gear 60 via the shaft 71.

そして、枠板30、バレルドラム40および歯車50,60は、枠板30およびバレルドラム40の一部がめっき浴140に浸漬されるようにめっき槽20内に収納される。   The frame plate 30, the barrel drum 40, and the gears 50 and 60 are accommodated in the plating tank 20 so that a part of the frame plate 30 and the barrel drum 40 is immersed in the plating bath 140.

モータ70は、シャフト71および歯車60,50を介してバレルドラム40を矢印21の方向に一定の回転速度で回転させる。陰極80は、その先端部がバレルドラム40の内部においてめっき浴140に浸漬されるように枠板30に取り付けられる。陽極90は、その先端部がめっき浴140に浸漬される。   The motor 70 rotates the barrel drum 40 in the direction of the arrow 21 at a constant rotation speed via the shaft 71 and the gears 60 and 50. The cathode 80 is attached to the frame plate 30 such that the tip thereof is immersed in the plating bath 140 inside the barrel drum 40. The tip of the anode 90 is immersed in the plating bath 140.

ノズル110,120は、その先端部がめっき浴140上に位置するように支持部材(図示せず)によって支持される。直流電源130は、陰極80と陽極90との間に接続され、陰極80および陽極90を介してめっき浴140に一定の電流密度の電流を流す。   The nozzles 110 and 120 are supported by a support member (not shown) so that the front ends thereof are located on the plating bath 140. The DC power source 130 is connected between the cathode 80 and the anode 90, and allows a current having a constant current density to flow through the plating bath 140 via the cathode 80 and the anode 90.

上述したように、バレルドラム40は、網材42が張着された側板41を略六角柱形状に組付けた構造からなり、一部がめっき浴140に浸漬される。そして、めっき浴140に浸漬された側板41に被めっき物品が溜まる。また、陰極80の先端は、めっき浴140に浸漬された側板41に近接して配置される。   As described above, the barrel drum 40 has a structure in which the side plate 41 to which the mesh material 42 is attached is assembled in a substantially hexagonal column shape, and a part thereof is immersed in the plating bath 140. Then, the article to be plated is collected on the side plate 41 immersed in the plating bath 140. Further, the tip of the cathode 80 is disposed in the vicinity of the side plate 41 immersed in the plating bath 140.

したがって、めっき浴140は、浸漬された網材42を介してバレルドラム40の内部に入り、一定の電流密度の電流が陰極80と陽極90との間に流れることにより、電気めっきされ、被めっき物品の表面に析出する。   Therefore, the plating bath 140 enters the barrel drum 40 through the immersed mesh material 42 and is electroplated by flowing a current having a constant current density between the cathode 80 and the anode 90 to be plated. Deposits on the surface of the article.

また、バレルドラム40は、モータ70によって一定の回転速度で矢印21の方向へ回転されるので、めっき浴140に浸漬される側板41が順次変えられ、バレルドラム40内の被めっき物品は、回転されながらめっきされる。これにより、球形状からなるコアボール1の表面に反応抑制層2およびめっき層3を均一に形成できる。   Further, since the barrel drum 40 is rotated in the direction of the arrow 21 at a constant rotational speed by the motor 70, the side plate 41 immersed in the plating bath 140 is sequentially changed, and the article to be plated in the barrel drum 40 is rotated. While being plated. Thereby, the reaction suppression layer 2 and the plating layer 3 can be uniformly formed on the surface of the spherical core ball 1.

めっき浴140は、硫酸、硫酸錫、硫酸インジウム、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層3の光沢剤として用いられる。   The plating bath 140 is made of sulfuric acid, tin sulfate, indium sulfate, polyoxyalkylene alkylaryl ether, and pyrocatechol. Polyoxyalkylene alkylaryl ether and pyrocatechol are used as brighteners for the plating layer 3.

めっき浴140は、硫酸錫および硫酸インジウムを含み、硫酸錫および硫酸インジウムから反応抑制層2が形成されたコアボール1に錫およびインジウムからなる半田合金(Sn−In合金)をめっきする。   The plating bath 140 includes tin sulfate and indium sulfate, and the core ball 1 on which the reaction suppression layer 2 is formed from tin sulfate and indium sulfate is plated with a solder alloy (Sn—In alloy) made of tin and indium.

ノズル110は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴140に導入するノズルであり、ノズル120は、硫酸インジウムを含む溶液をめっき浴140へ導入するノズルである。   The nozzle 110 is a nozzle that introduces a solution containing tin sulfate into the plating bath 140, and the nozzle 120 is a nozzle that introduces a solution containing indium sulfate into the plating bath 140.

この発明においては、電気めっきによりめっき層3を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加または減少させながら電気めっきによりめっき層3を形成する。つまり、この発明においては、めっき層3を構成するSn−In合金におけるInの組成比がめっき層3の最内周から最外周に向かって第1の組成比から第2の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層3を形成する。   In this invention, when the plating layer 3 is formed by electroplating, the amount of dropping of the solution containing tin sulfate is gradually decreased, and the amount of dropping of the solution containing indium sulfate is gradually increased or decreased. Thus, the plating layer 3 is formed. That is, in the present invention, the composition ratio of In in the Sn—In alloy constituting the plating layer 3 increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer 3. Thus, the plating layer 3 is formed by electroplating.

図3は、Sn−In合金におけるInの組成比の変化を示す図である。図3において、横軸は、めっき層3の膜厚方向を表し、縦軸は、Inの組成比を表す。図3を参照して、直線k1は、Inの組成比を、めっき層3の最内周における第1の組成比からめっき層3の最外周における第2の組成比まで一定の増加率で増加させる場合を示す。   FIG. 3 is a diagram showing a change in the composition ratio of In in the Sn—In alloy. In FIG. 3, the horizontal axis represents the film thickness direction of the plating layer 3, and the vertical axis represents the In composition ratio. Referring to FIG. 3, the straight line k <b> 1 increases the In composition ratio at a constant increase rate from the first composition ratio at the innermost periphery of the plating layer 3 to the second composition ratio at the outermost periphery of the plating layer 3. Indicates the case where

また、曲線k2は、めっき層3の最内周と最外周との間でInの組成比の増加率を変化させながら、Inの組成比を第1の組成比から第2の組成比まで増加させる場合を示す。   The curve k2 indicates that the In composition ratio is increased from the first composition ratio to the second composition ratio while changing the increase rate of the In composition ratio between the innermost periphery and the outermost periphery of the plating layer 3. Indicates the case where

さらに、曲線k3は、めっき層3の最内周と最外周との間でInの組成比の増加率を2つの増加率に変化させながら、Inの組成比を第1の組成比から第2の組成比まで増加させる場合を示す。   Further, the curve k3 indicates that the In composition ratio is changed from the first composition ratio to the second while the In composition ratio increase rate is changed between the innermost periphery and the outermost periphery of the plating layer 3 to two increase rates. The case where it increases to the composition ratio of is shown.

この発明においては、Inの組成比は、直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って変化される。なお、Inの組成比を直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って変化させる場合、曲線k4に示すように、階段状にInの組成比を増加させてもよい。   In the present invention, the composition ratio of In is changed according to one of the straight line k1 and the curves k2 and k3. When the In composition ratio is changed according to any of the straight line k1 and the curves k2 and k3, the In composition ratio may be increased stepwise as shown by the curve k4.

図3に示す直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従ってInの組成比が変化するめっき層3を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層3を形成する。   In order to form the plating layer 3 in which the composition ratio of In changes according to any of the straight line k1 and the curves k2 and k3 shown in FIG. 3, the dropping amount of the solution containing tin sulfate is gradually decreased, and indium sulfate is added. The plating layer 3 is formed by electroplating while gradually increasing the dropping amount of the solution containing it.

図4は、図1に示す金属ボール10の作製方法を示すフローチャートである。金属ボール10を作製する動作が開始されると、銅からなるコアボール1がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される(ステップS1)。すなわち、図2に示すバレルめっき装置100において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴140にコアボール1が浸漬される。   FIG. 4 is a flowchart showing a method for producing the metal ball 10 shown in FIG. When the operation for producing the metal ball 10 is started, the core ball 1 made of copper is immersed in a plating bath for nickel plating (step S1). That is, in the barrel plating apparatus 100 shown in FIG. 2, the core ball 1 is immersed in a plating bath 140 made of a predetermined amount of nickel sulfate, a predetermined amount of nickel chloride and a predetermined amount of boric acid.

その後、モータ70は、シャフト71および歯車60,50を介してバレルドラム40を矢印21の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源130は、陰極80と陽極90との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、コアボール1は、その表面がニッケルによってめっきされ、コアボール1を覆うように反応抑制層2が形成される(ステップS2)。   Thereafter, the motor 70 rotates the barrel drum 40 in the direction of the arrow 21 through the shaft 71 and the gears 60 and 50 at a constant rotational speed, and the DC power source 130 supplies a constant current between the cathode 80 and the anode 90. Pass a current of density. Then, the surface of the core ball 1 is plated with nickel, and the reaction suppression layer 2 is formed so as to cover the core ball 1 (step S2).

そして、反応抑制層2が形成されたコアボール1を錫−インジウムめっき用のめっき浴140に浸漬させる(ステップS3)。すなわち、図2に示すバレルめっき装置100において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸インジウム、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴140に、反応抑制層2が形成されたコアボール1が浸漬される。   Then, the core ball 1 on which the reaction suppression layer 2 is formed is immersed in a plating bath 140 for tin-indium plating (step S3). That is, in the barrel plating apparatus 100 shown in FIG. 2, the plating bath 140 is made of a predetermined amount of sulfuric acid, a predetermined amount of tin sulfate, a predetermined amount of indium sulfate, a predetermined amount of polyoxyalkylene alkylaryl ether, and a predetermined amount of pyrocatechol. The core ball 1 on which the reaction suppression layer 2 is formed is immersed.

その後、モータ70は、シャフト71および歯車60,50を介してバレルドラム40を矢印21の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源130は、陰極80と陽極90との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル110を介してめっき浴140に供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル120を介してめっき浴140に供給される硫酸インジウムを含む溶液の量を徐々に増加させる。   Thereafter, the motor 70 rotates the barrel drum 40 in the direction of the arrow 21 through the shaft 71 and the gears 60 and 50 at a constant rotational speed, and the DC power source 130 supplies a constant current between the cathode 80 and the anode 90. Pass a current of density. Further, the amount of the solution containing tin sulfate supplied to the plating bath 140 through the nozzle 110 is gradually reduced, and the amount of the solution containing indium sulfate supplied to the plating bath 140 through the nozzle 120 is gradually increased. .

そうすると、Inの組成比が最内周から最外周に向かって第1の組成比から第2の組成比まで増加するめっき層3が反応抑制層2の表面に形成される(ステップS4)。すなわち、Inの組成比が図3に示す直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って増加するめっき層3が反応抑制層2の表面に形成される。これにより、金属ボール10の作製が終了する。   Then, the plating layer 3 in which the In composition ratio increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost circumference toward the outermost circumference is formed on the surface of the reaction suppression layer 2 (step S4). That is, the plating layer 3 in which the In composition ratio increases according to any of the straight line k1 and the curved lines k2 and k3 shown in FIG. Thereby, the production of the metal ball 10 is completed.

このように、金属ボール10は、バレルめっき装置100を用い、電気めっき中にめっき浴140に供給する硫酸錫および硫酸インジウムの量を制御して、Inの組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層3(=Sn−In合金)をコアボール1の表面に形成することによって作製される。   Thus, the metal ball 10 uses the barrel plating apparatus 100 to control the amount of tin sulfate and indium sulfate supplied to the plating bath 140 during electroplating, so that the composition ratio of In changes from the innermost to the outermost. It is produced by forming the plating layer 3 (= Sn—In alloy) increasing toward the surface of the core ball 1.

図5は、Sn−In合金中におけるIn濃度とSn−In合金の状態との関係を示す図である。図5において、横軸は、In濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図5を参照して、曲線k5は、各In濃度におけるSn−In合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、In濃度が約40[mass%]である場合、Sn−In合金は、約150℃の温度において液相となる。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the In concentration in the Sn—In alloy and the state of the Sn—In alloy. In FIG. 5, the horizontal axis represents In concentration, and the vertical axis represents temperature. Referring to FIG. 5, curve k5 indicates the boundary between the solid phase and the liquid phase of the Sn—In alloy at each In concentration. For example, when the In concentration is about 40 [mass%], the Sn—In alloy becomes a liquid phase at a temperature of about 150 ° C.

In濃度が0[mass%]であるSnが液相になる温度(=融点)は、約230℃であり、Sn−In合金の融点は、Snに添加するIn濃度が増加するに従って低下し、In濃度が約55[mass%]のときに最も低くなる。そして、Sn−In合金の融点は、In濃度が55[mass%]以上である領域においては、In濃度の増加に伴って高くなる。   The temperature at which Sn with an In concentration of 0 [mass%] becomes a liquid phase (= melting point) is about 230 ° C., and the melting point of the Sn—In alloy decreases as the In concentration added to Sn increases. It becomes the lowest when the In concentration is about 55 [mass%]. The melting point of the Sn—In alloy becomes higher as the In concentration increases in the region where the In concentration is 55 [mass%] or more.

一方、In濃度が50[mass%]以上に増加すると、Sn−In合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点(=例えば、200℃)よりも低いSn−In合金を形成するために、めっき層3の最内周においてIn濃度を18〜20[mass%]の範囲に設定し、めっき層3の最外周においてIn濃度を34〜38[mass%]の範囲に設定し、さらに、最内周から最外周へ向かってIn濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層3を形成する。   On the other hand, when the In concentration increases to 50 [mass%] or more, the Sn—In alloy becomes brittle. Therefore, in the present invention, in order to form an Sn—In alloy whose strength is equal to or higher than the reference strength and whose melting point is lower than the reference melting point (= 200 ° C., for example), the In concentration is set at the innermost periphery of the plating layer 3. The range is set to 18 to 20 [mass%], the In concentration is set to the range of 34 to 38 [mass%] at the outermost periphery of the plating layer 3, and the In concentration is further increased from the innermost periphery toward the outermost periphery. While increasing, the plating layer 3 is formed by electroplating.

すなわち、めっき層3の最内周部を融点が200℃以上であるSn−In合金により形成し、めっき層3の最外周部を融点が200℃よりも低いSn−In合金により形成する。つまり、めっき層3は、最内周部で強度を保持し、かつ、最外周部で融点を低下させる組成のSn−In合金により形成される。   That is, the innermost peripheral portion of the plating layer 3 is formed of an Sn—In alloy having a melting point of 200 ° C. or higher, and the outermost peripheral portion of the plating layer 3 is formed of an Sn—In alloy having a melting point lower than 200 ° C. That is, the plating layer 3 is formed of an Sn—In alloy having a composition that maintains strength at the innermost peripheral portion and lowers the melting point at the outermost peripheral portion.

図6は、図2に示すバレルめっき装置100を用いてIn濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボール10の電子顕微鏡写真である。図6において、曲線k6は、めっき層3の深さ方向におけるIn量の変化を表し、曲線k7は、めっき層3の深さ方向におけるSn量の変化を示す。なお、めっき層3の深さ方向におけるIn量およびSn量は、EDX(Energy Dispersive X−ray Spectrometry)の線分析によって測定された。   FIG. 6 is an electron micrograph of metal balls 10 electroplated using the barrel plating apparatus 100 shown in FIG. 2 while increasing the In concentration from the innermost periphery toward the outermost periphery. In FIG. 6, a curve k6 represents a change in the In amount in the depth direction of the plating layer 3, and a curve k7 represents a change in the Sn amount in the depth direction of the plating layer 3. The amount of In and Sn in the depth direction of the plating layer 3 was measured by EDX (Energy Dispersive X-ray Spectrometry) line analysis.

図6を参照して、めっき層3において、In量は、最内周から最外周へ向かって増加しており、Sn量は、最内周から最外周へ向かって減少しており、In組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層3を有する金属ボール10が作製されていることが確認された。   Referring to FIG. 6, in the plating layer 3, the In amount increases from the innermost periphery to the outermost periphery, the Sn amount decreases from the innermost periphery to the outermost periphery, and the In composition It was confirmed that the metal ball 10 having the plating layer 3 whose ratio increases from the innermost circumference toward the outermost circumference is produced.

次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするSn−In合金の実験結果について説明する。この発明による金属ボール10として2種類の金属ボール(実施例1,2)を作製し、比較例として2種類の金属ボール(比較例1,2)を作製した。   Next, an experimental result of the Sn—In alloy in which the strength is maintained above the reference strength and the melting point is lower than the reference melting point will be described. Two types of metal balls (Examples 1 and 2) were produced as the metal ball 10 according to the present invention, and two types of metal balls (Comparative Examples 1 and 2) were produced as comparative examples.

表1は、この発明による金属ボール10としての金属ボール10A(実施例1)および金属ボール10B(実施例2)と、比較例としての金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)とを電気めっきにより作製するときのめっき浴140を示す。   Table 1 shows metal balls 10A (Example 1) and metal balls 10B (Example 2) as metal balls 10 according to the present invention, and metal balls 20A (Comparative Example 1) and metal balls 20B (Comparative Example) as comparative examples. 2) shows a plating bath 140 for producing by electroplating.

金属ボール10A(実施例1)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴140は、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、濃度が所定範囲A1で変化する硫酸Snと、濃度が所定範囲B1で変化する硫酸Inとからなる。   When the metal ball 10A (Example 1) is produced by electroplating, the plating bath 140 includes 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, 0.1 g / L pyrocatechol, It consists of sulfuric acid Sn whose concentration changes within a predetermined range A1, and sulfuric acid In whose concentration changes within a predetermined range B1.

そして、所定範囲A1は、電気めっきの開始時における11g/Lから電気めっきの終了時における3g/Lまでの範囲であり、所定範囲B1は、電気めっきの開始時における25g/Lから電気めっきの終了時における22g/Lまでの範囲である。   The predetermined range A1 is a range from 11 g / L at the start of electroplating to 3 g / L at the end of electroplating, and the predetermined range B1 is from 25 g / L at the start of electroplating to electroplating. The range is up to 22 g / L at the end.

また、金属ボール10B(実施例2)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴140は、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、濃度が所定範囲A2で変化する硫酸Snと、濃度が所定範囲B2で変化する硫酸Inとからなる。   Further, when the metal ball 10B (Example 2) is produced by electroplating, the plating bath 140 is composed of 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrocatechol. And sulfuric acid Sn whose concentration changes within a predetermined range A2 and sulfuric acid In whose concentration changes within a predetermined range B2.

そして、所定範囲A2は、電気めっきの開始時における9g/Lから電気めっきの終了時における4g/Lまでの範囲であり、所定範囲B2は、電気めっきの開始時における24g/Lから電気めっきの終了時における27g/Lまでの範囲である。   The predetermined range A2 is a range from 9 g / L at the start of electroplating to 4 g / L at the end of electroplating, and the predetermined range B2 is from 24 g / L at the start of electroplating to electroplating. The range is up to 27 g / L at the end.

金属ボール10A(実施例1)、および金属ボール10B(実施例2)を電気めっきにより作製する場合、直径が400μmであるコアボール(=Cuボール)を図2に示すバレルドラム40の中に所定数入れ、モータ70によりバレルドラム40を所定の回転数で回転させ、直流電源130により0.2A/dmの電流密度からなる電流を陰極80および陽極90を介してめっき浴140に流し、ノズル110を介してめっき浴140に注入される硫酸Snおよびノズル120を介してめっき浴140に注入される硫酸Inの濃度を表1に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、4時間である。 When the metal ball 10A (Example 1) and the metal ball 10B (Example 2) are produced by electroplating, a core ball (= Cu ball) having a diameter of 400 μm is provided in the barrel drum 40 shown in FIG. The barrel drum 40 is rotated at a predetermined rotational speed by a motor 70, and a current having a current density of 0.2 A / dm 2 is passed through the cathode 80 and the anode 90 to the plating bath 140 by the DC power source 130, and the nozzle The electroplating is performed while changing the concentration of Sn, which is injected into the plating bath 140 through 110, and the concentration of In, which is injected into the plating bath 140 through the nozzle 120, within the ranges shown in Table 1. In this case, the electroplating time is, for example, 4 hours.

このように、金属ボール10A(実施例1)、および金属ボール10B(実施例2)は、硫酸Snの濃度を徐々に減少し、硫酸Inの濃度を徐々に減少または増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Snおよび硫酸Inの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。この場合、硫酸Snおよび硫酸Inの濃度を相対的に多く変化させて金属ボール10A(実施例1)を作製し、硫酸Snおよび硫酸Inの濃度を相対的に少なく変化させて金属ボール10B(実施例2)を作製する。   As described above, the metal balls 10A (Example 1) and the metal balls 10B (Example 2) are subjected to electroplating while gradually decreasing the concentration of Sn sulfate and gradually decreasing or increasing the concentration of In sulfate. It is produced by this. And the density | concentration of sulfuric acid Sn and sulfuric acid In changed linearly in the plating time mentioned above. In this case, the metal balls 10A (Example 1) are produced by changing the concentrations of Sn and In sulfate in a relatively large amount, and the metal balls 10B (Practical Example) are produced by changing the concentrations of Sn and In sulfate in a relatively small amount. Example 2) is prepared.

なお、金属ボール10A(実施例1)は、反応抑制層2を有さず、金属ボール10B(実施例2)は、ニッケルからなる反応抑制層2を有する。   Note that the metal ball 10A (Example 1) does not have the reaction suppression layer 2, and the metal ball 10B (Example 2) has the reaction suppression layer 2 made of nickel.

また、金属ボール20A(比較例1)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴140は、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、12g/Lの硫酸Snと、23g/Lの硫酸Inとからなる。そして、硫酸Snおよび硫酸Inは、めっき浴140中における濃度がそれぞれ12g/Lおよび23g/Lになるようにノズル110,120を介して補充される。   When the metal ball 20A (Comparative Example 1) is produced by electroplating, the plating bath 140 is prepared by using 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrocatechol. And 12 g / L of sulfuric acid Sn and 23 g / L of sulfuric acid In. Then, the sulfuric acid Sn and the sulfuric acid In are replenished through the nozzles 110 and 120 so that the concentrations in the plating bath 140 are 12 g / L and 23 g / L, respectively.

さらに、金属ボール20B(比較例2)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴140は、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、5g/Lの硫酸Snと、25g/Lの硫酸Inとからなる。そして、硫酸Snおよび硫酸Inは、めっき浴140中における濃度がそれぞれ5g/Lおよび25g/Lになるようにノズル110,120を介して補充される。   Further, when the metal ball 20B (Comparative Example 2) is produced by electroplating, the plating bath 140 is composed of 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrocatechol. And 5 g / L of sulfuric acid Sn and 25 g / L of sulfuric acid In. Then, the sulfuric acid Sn and the sulfuric acid In are replenished through the nozzles 110 and 120 so that the concentrations in the plating bath 140 are 5 g / L and 25 g / L, respectively.

金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)を作製する場合、直径が400μmであるコアボール(=Cuボール)を図2に示すバレルドラム40の中に所定数入れ、モータ70によりバレルドラム40を所定の回転数で回転させ、直流電源130により0.2A/dmの電流密度からなる電流を陰極80および陽極90を介してめっき浴140に流し、ノズル110を介してめっき浴140に注入される硫酸Snの濃度およびノズル120を介してめっき浴140に注入される硫酸Inの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、4時間である。 When producing the metal balls 20A (Comparative Example 1) and the metal balls 20B (Comparative Example 2), a predetermined number of core balls (= Cu balls) having a diameter of 400 μm are placed in the barrel drum 40 shown in FIG. 70, the barrel drum 40 is rotated at a predetermined rotational speed, and a current having a current density of 0.2 A / dm 2 is caused to flow to the plating bath 140 through the cathode 80 and the anode 90 by the DC power source 130, and through the nozzle 110. Electroplating is performed while the concentration of Sn Sn injected into the plating bath 140 and the concentration of In Indium sulfate injected into the plating bath 140 through the nozzle 120 are kept constant. In this case, the electroplating time is, for example, 4 hours.

このように、金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)は、めっき浴140中の硫酸Snおよび硫酸Inの濃度を一定に保持しながら作製される。   As described above, the metal ball 20A (Comparative Example 1) and the metal ball 20B (Comparative Example 2) are produced while keeping the concentrations of Sn sulfate and In sulfate in the plating bath 140 constant.

この場合、硫酸Inの濃度(=[硫酸In]/([硫酸Sn]+[硫酸In])、以下同じ)を相対的に高くして金属ボール20B(比較例2)を作製し、硫酸Inの濃度を相対的に低くして金属ボール20A(比較例1)を作製する。   In this case, a metal ball 20B (Comparative Example 2) was produced by relatively increasing the concentration of sulfuric acid In (= [sulfuric acid In] / ([sulfuric acid Sn] + [sulfuric acid In]); The metal ball 20A (Comparative Example 1) is manufactured with a relatively low concentration of the above.

なお、金属ボール20A,20Bは、反応抑制層2を有しない。   The metal balls 20A and 20B do not have the reaction suppression layer 2.

表2は、表1に示すめっき浴140を用いて作製した金属ボール10A,10Bと、金属ボール20A,20BとにおけるIn濃度、融点および膜厚を示す。   Table 2 shows In concentrations, melting points, and film thicknesses of the metal balls 10A and 10B and the metal balls 20A and 20B produced using the plating bath 140 shown in Table 1.

なお、In濃度は、めっき層における濃度であり、[In]/([Sn]+[In])により計算された。また、融点温度は、金属ボール10A,10B,20A,20Bを半田付けするときの融点である。   The In concentration is the concentration in the plating layer and was calculated by [In] / ([Sn] + [In]). The melting point temperature is a melting point when the metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B are soldered.

金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)は、それぞれ、14.5%および35.7%のIn濃度を有し、210℃および157℃の融点を有する。また、金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)は、それぞれ、10.7μmおよび9.2μmの膜厚からなるめっき層を有する。   Metal ball 20A (Comparative Example 1) and metal ball 20B (Comparative Example 2) have In concentrations of 14.5% and 35.7%, respectively, and have melting points of 210 ° C. and 157 ° C. Further, the metal ball 20A (Comparative Example 1) and the metal ball 20B (Comparative Example 2) have plating layers having film thicknesses of 10.7 μm and 9.2 μm, respectively.

したがって、In濃度が一定であるめっき層を有する金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)において、めっき層中のIn濃度が増加すると、金属ボール20A,20Bを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のIn濃度が35.7%である金属ボール20Bにおいては、半田付けするときの融点が200℃よりも低くなる。   Therefore, in the metal balls 20A (Comparative Example 1) and the metal balls 20B (Comparative Example 2) having a plating layer with a constant In concentration, when the In concentration in the plating layer increases, the metal balls 20A and 20B are soldered. When the melting point decreases. And in the metal ball | bowl 20B whose In density | concentration in a plating layer is 35.7%, melting | fusing point when soldering becomes lower than 200 degreeC.

一方、金属ボール10A(実施例1)は、最内周および最外周においてそれぞれ18.7%および38.0%のIn濃度を有し、25.8%のInの平均濃度を有する。また、金属ボール10A(実施例1)は、150℃の融点を有する。そして、金属ボール10A(実施例1)において、めっき層3(Sn−In合金)の膜厚は、11.0μmである。   On the other hand, the metal ball 10A (Example 1) has In concentrations of 18.7% and 38.0% at the innermost periphery and the outermost periphery, respectively, and has an average concentration of In of 25.8%. The metal ball 10A (Example 1) has a melting point of 150 ° C. In the metal ball 10A (Example 1), the thickness of the plating layer 3 (Sn—In alloy) is 11.0 μm.

また、金属ボール10B(実施例2)は、最内周および最外周においてそれぞれ19.8%および34.0%のIn濃度を有し、23.9%のInの平均濃度を有する。また、金属ボール10B(実施例2)は、150℃の融点を有する。そして、金属ボール10B(実施例2)において、めっき層3(Sn−In合金)の膜厚は、9.7μmであり、反応抑制層2(=Ni)の膜厚は、2.0μmである。   Further, the metal ball 10B (Example 2) has In concentrations of 19.8% and 34.0% at the innermost periphery and the outermost periphery, respectively, and has an average concentration of In of 23.9%. The metal ball 10B (Example 2) has a melting point of 150 ° C. In the metal ball 10B (Example 2), the film thickness of the plating layer 3 (Sn—In alloy) is 9.7 μm, and the film thickness of the reaction suppression layer 2 (= Ni) is 2.0 μm. .

このように、この発明による金属ボール10A(実施例1)および金属ボール10B(実施例2)は、比較例である金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)とほぼ同じ膜厚のめっき層(=Sn−In合金)を有し、金属ボール20A,20Bよりも低い融点を有する。   Thus, the metal ball 10A (Example 1) and the metal ball 10B (Example 2) according to the present invention are substantially the same as the metal ball 20A (Comparative Example 1) and the metal ball 20B (Comparative Example 2) which are comparative examples. It has a plating layer (= Sn—In alloy) having a film thickness and has a melting point lower than that of the metal balls 20A and 20B.

したがって、めっき層3中のIn濃度を最内周および最外周においてそれぞれ18.0%〜20.0%の範囲および34.0%〜38.0%の範囲に設定することによって金属ボール10A,10Bの融点を150℃まで大幅に低温化できる。   Therefore, by setting the In concentration in the plating layer 3 to the range of 18.0% to 20.0% and the range of 34.0% to 38.0% on the innermost periphery and the outermost periphery, respectively, the metal balls 10A, The melting point of 10B can be significantly lowered to 150 ° C.

また、金属ボール10A(実施例1)、金属ボール10B(実施例2)、金属ボール20A(比較例1)および金属ボール20B(比較例2)についてプル強度を測定するとともに、半田付けした金属ボール10A,10B,20A,20Bの基板からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、Dage社製のボンドテスター シリーズ4000を用いて行なわれた。   In addition, the pull strength of the metal ball 10A (Example 1), the metal ball 10B (Example 2), the metal ball 20A (Comparative Example 1) and the metal ball 20B (Comparative Example 2) is measured, and the soldered metal ball The peeling modes from the substrates 10A, 10B, 20A, and 20B were analyzed. In addition, pull strength was performed using the bond tester series 4000 made from Dage.

図7は、プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。図7を参照して、ツィーザ11は、金属ボール10を両側から挟む。プル強度を測定する場合、基板13上に半田付けした金属ボール10をツィーザ11によって挟み、ツィーザ11を矢印12の方向へ移動させる。この場合、ツィーザ11を矢印12の方向へ引っ張る力を金属ボール10が基板13から剥離するまで徐々に強くする。そして、金属ボール10が基板から剥離したときにツィーザ11を引っ張る力をプル強度として検出する。   FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a method of measuring the pull strength. Referring to FIG. 7, the tweezer 11 sandwiches the metal ball 10 from both sides. When measuring the pull strength, the metal ball 10 soldered on the substrate 13 is sandwiched by the tweezers 11 and the tweezers 11 are moved in the direction of the arrow 12. In this case, the force pulling the tweezer 11 in the direction of the arrow 12 is gradually increased until the metal ball 10 peels from the substrate 13. And the force which pulls the tweezer 11 when the metal ball 10 peels from a board | substrate is detected as pull strength.

図8は、金属ボール10が基板から剥離する剥離モードの概念図である。図8を参照して、半田付けした金属ボール10が基板13から剥離する場合、金属ボール10、ランド14および半田15が一体的に基板13から剥離するモード(図8の(a)参照)、金属ボール10および半田15が一体的にランド14から剥離するモード(図8の(b)参照)、および半田15がちぎれて半田15A,15Bが形成され、金属ボール10が基板13から剥離するモード(図8の(c)参照)が存在する。   FIG. 8 is a conceptual diagram of a peeling mode in which the metal ball 10 peels from the substrate. Referring to FIG. 8, when the soldered metal ball 10 is peeled off from the substrate 13, a mode in which the metal ball 10, the land 14 and the solder 15 are peeled from the substrate 13 integrally (see FIG. 8A), A mode in which the metal ball 10 and the solder 15 are integrally peeled from the land 14 (see FIG. 8B), and a mode in which the solder 15 is broken to form the solders 15A and 15B, and the metal ball 10 is peeled from the substrate 13. (See FIG. 8C).

そして、図8の(a),(b)に示す剥離モードは、“界面剥離”であり、図8の(c)に示す剥離モードは、“半田ちぎれ”である。   The peeling mode shown in FIGS. 8A and 8B is “interface peeling”, and the peeling mode shown in FIG. 8C is “solder tear”.

図9は、界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。図9の(a)は、半田ちぎれを示し、図9の(b)は、界面剥離を示す。剥離モードが半田ちぎれである場合、半田付けによって金属ボールのめっき層が脆くなり、金属ボールの直径が小さくなっている。(図9の(a)参照)。   FIG. 9 is a photograph showing interfacial peeling and solder tearing. FIG. 9A shows solder breakage, and FIG. 9B shows interface peeling. When the peeling mode is torn solder, the plating layer of the metal ball becomes brittle by soldering, and the diameter of the metal ball is reduced. (See (a) in FIG. 9).

一方、剥離モードが界面剥離である場合、半田付けによって金属ボールのめっき層の強度が保持されており、金属ボールの直径が小さくならない(図9の(b)参照)。   On the other hand, when the peeling mode is interfacial peeling, the strength of the plating layer of the metal ball is maintained by soldering, and the diameter of the metal ball does not decrease (see FIG. 9B).

半田付けした金属ボール10A,10B,20A,20Bのプル強度を図7に示す方法によって測定するとともに、半田付けした金属ボール10A,10B,20A,20Bの剥離モードを解析した。   The pull strength of the soldered metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B was measured by the method shown in FIG. 7, and the peeling mode of the soldered metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B was analyzed.

図10は、プル強度の測定結果を示す図である。図10において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図10に示すプル強度は、220℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール10A,10B,20A,20Bについて測定された。また、プル強度の測定に用いられた金属ボール10A,10B,20A,20Bの個数は、20個である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a measurement result of the pull strength. In FIG. 10, the horizontal axis represents the type of metal ball, and the vertical axis represents the pull strength. The pull strength shown in FIG. 10 was measured for the metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B soldered at a reflow temperature of 220 ° C. In addition, the number of metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B used for the measurement of pull strength is 20.

金属ボール20A(比較例1)は、約90[gf]〜約220[gf](平均値:約135[gf])の範囲のプル強度を有し、金属ボール20B(比較例2)は、約400[gf]〜約1275[gf](平均値:約760[gf])の範囲のプル強度を有する。   The metal ball 20A (Comparative Example 1) has a pull strength in a range of about 90 [gf] to about 220 [gf] (average value: about 135 [gf]), and the metal ball 20B (Comparative Example 2) It has a pull strength in the range of about 400 [gf] to about 1275 [gf] (average value: about 760 [gf]).

一方、金属ボール10A(実施例1)は、約540[gf]〜約1250[gf](平均値:約800[gf])の範囲のプル強度を有し、金属ボール10B(実施例2)は、約670[gf]〜約1200[gf](平均値:約900[gf])の範囲のプル強度を有する。   On the other hand, the metal ball 10A (Example 1) has a pull strength in the range of about 540 [gf] to about 1250 [gf] (average value: about 800 [gf]), and the metal ball 10B (Example 2). Has a pull strength in the range of about 670 [gf] to about 1200 [gf] (average value: about 900 [gf]).

図11は、剥離モードの解析結果を示す図である。図11において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図11に示す剥離モードは、220℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール10A,10B,20A,20Bについて解析された。   FIG. 11 is a diagram illustrating the analysis result of the peeling mode. In FIG. 11, the horizontal axis represents the type of metal ball, and the vertical axis represents the ratio of the peeling mode. In addition, the peeling mode shown in FIG. 11 was analyzed for the metal balls 10A, 10B, 20A, and 20B soldered at a reflow temperature of 220 ° C.

図11を参照して、金属ボール20A(比較例1)においては、全てが“界面剥離”のモードMD2である。   Referring to FIG. 11, all of metal balls 20 </ b> A (Comparative Example 1) are in the mode MD <b> 2 of “interface peeling”.

また、金属ボール20B(比較例2)においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードMD1である割合が25%であり、剥離モードが“界面剥離”のモードMD2である割合が75%である。   Further, in the metal ball 20B (Comparative Example 2), the ratio of the mode MD1 in which the peeling mode is “solder breakage” is 25%, and the ratio in which the peeling mode is the mode MD2 of “interface peeling” is 75%. .

一方、金属ボール10A(実施例1),10B(実施例2)の各々において、全てが“界面剥離”のモードMD2である。   On the other hand, in each of the metal balls 10A (Example 1) and 10B (Example 2), all are in the mode MD2 of “interface peeling”.

したがって、めっき層3中におけるIn組成比を最内周から最外周へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”である金属ボール10を作製することができる。   Therefore, by increasing the In composition ratio in the plating layer 3 from the innermost circumference toward the outermost circumference, the metal ball 10 whose peeling mode is all “interfacial peeling” can be produced.

また、表2、図10および図11に示す結果から、In濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層3を形成することによって、プル強度が400[gf](=基準強度)以上であり、かつ、融点が200℃(=基準融点)よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となる金属ボール10を作製できる。   Further, from the results shown in Table 2, FIG. 10, and FIG. 11, by forming the plating layer 3 by electroplating while increasing the In concentration from the innermost periphery toward the outermost periphery, the pull strength becomes 400 [gf] ( = The reference strength), the metal ball 10 having a melting point lower than 200 ° C. (= reference melting point) and a peeling mode of “interfacial peeling” can be produced.

上記においては、めっき層3は、Sn−In合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層3は、Sn−Zn合金またはSn−Cu合金から構成されてもよく、一般的には、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Bi以外の元素とSnとの合金から構成されていればよい。   In the above description, the plating layer 3 is composed of a Sn—In alloy. However, in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the plating layer 3 is composed of a Sn—Zn alloy or a Sn—Cu alloy. Generally, it is sufficient that the lead-free plating alloy is formed and an alloy of Sn and an element other than Bi is used.

また、この発明においては、一般的には、めっき層3は、第1および第2の金属元素からなり、第2の金属元素の組成比は、めっき層3の最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。   In the present invention, the plating layer 3 is generally composed of the first and second metal elements, and the composition ratio of the second metal element is from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer 3. Thus, the composition ratio may be increased from the composition ratio that maintains the strength to the reference strength or higher to the composition ratio that lowers the melting point below the reference melting point.

そして、第2の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図3に示す直線k1および曲線k2,k3以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。   The method of increasing the composition ratio of the second metal element from the innermost circumference toward the outermost circumference may be a method of increasing according to a straight line or a curve other than the straight line k1 and the curves k2 and k3 shown in FIG. .

さらに、上記においては、コアボール1は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、コアボール1は、アルミニウム(Al)からなっていてもよい。   Further, in the above description, the core ball 1 is made of copper. However, the present invention is not limited to this, and the core ball 1 may be made of aluminum (Al).

さらに、上記においては、反応抑制層2は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層2は、スパッタリング法により形成されてもよい。   Further, in the above description, the reaction suppression layer 2 has been described as being formed by electroplating. However, in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the reaction suppression layer 2 may be formed by a sputtering method.

さらに、上記においては、金属ボール10は、反応抑制層2を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール10は、反応抑制層2を備えていなくてもよい。   Furthermore, in the above description, the metal ball 10 is described as including the reaction suppression layer 2, but in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the metal ball 10 may not include the reaction suppression layer 2.

実施の形態1によれば、金属ボール10は、In組成比が最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層3を備えるので、金属ボール10を半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。   According to the first embodiment, in the metal ball 10, the In composition ratio increases from the composition ratio that maintains the strength at or above the reference strength from the innermost periphery to the outermost periphery, to the composition ratio that lowers the melting point below the reference melting point. Since the plating layer 3 is provided, the strength can be maintained and the melting point can be lowered when the metal ball 10 is soldered.

[実施の形態2]
図12は、この発明の実施の形態2によるめっき構造物の構成を示す断面図である。図12を参照して、この発明の実施の形態2によるめっき構造物200は、基板201と、配線202と、反応抑制層203と、めっき層204とを備える。
[Embodiment 2]
FIG. 12 is a sectional view showing a structure of a plated structure according to Embodiment 2 of the present invention. Referring to FIG. 12, plating structure 200 according to the second embodiment of the present invention includes a substrate 201, a wiring 202, a reaction suppression layer 203, and a plating layer 204.

基板201上に形成された配線202は、銅(Cu)からなり、厚さが100μm以下である。   The wiring 202 formed on the substrate 201 is made of copper (Cu) and has a thickness of 100 μm or less.

反応抑制層203は、Ni、NiP合金、NiB合金、CoおよびPtのいずれかからなり、配線202とめっき層204との間に形成される。この場合、反応抑制層203は、配線202の凹部2021を覆うように、配線202の表面の一部に形成される。そして、反応抑制層203の膜厚は、5μm以下である。反応抑制層203は、配線202を構成する銅とめっき層204を構成する錫(Sn)およびビスマス(Bi)との反応を抑制する。   The reaction suppression layer 203 is made of any one of Ni, NiP alloy, NiB alloy, Co, and Pt, and is formed between the wiring 202 and the plating layer 204. In this case, the reaction suppression layer 203 is formed on a part of the surface of the wiring 202 so as to cover the recess 2021 of the wiring 202. And the film thickness of the reaction suppression layer 203 is 5 micrometers or less. The reaction suppression layer 203 suppresses the reaction between copper constituting the wiring 202 and tin (Sn) and bismuth (Bi) constituting the plating layer 204.

めっき層204は、電気めっきにより反応抑制層203上に形成される。そして、めっき層204は、Sn−Bi合金からなり、膜厚が5μm〜100μmの範囲である。めっき層204において、Biの組成比は、めっき層204と反応抑制層203との界面204Aから表面204Bへ向けて第1の組成比から第2の組成比まで増加する。   The plating layer 204 is formed on the reaction suppression layer 203 by electroplating. And the plating layer 204 consists of a Sn-Bi alloy, and a film thickness is the range of 5 micrometers-100 micrometers. In the plating layer 204, the Bi composition ratio increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface 204A between the plating layer 204 and the reaction suppression layer 203 toward the surface 204B.

ここで、第1の組成比は、めっき層204を溶融して金属ボール(図示せず)が配線202に半田付けされたときのめっき層204の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第2の組成比は、めっき層204の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。   Here, the first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer 204 when the metal layer (not shown) is soldered to the wiring 202 by melting the plating layer 204 to a reference strength or higher. The second composition ratio is a composition ratio that sets the melting point of the plating layer 204 to a temperature lower than the reference melting point.

反応抑制層203およびめっき層204は、電気めっきにより形成される。図13は、図12に示すめっき構造物200を作製するめっき装置の概略図である。図13を参照して、めっき装置300は、めっき槽310と、ノズル320,330と、陽極340と、陰極350と、直流電源360とを備える。   The reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 are formed by electroplating. FIG. 13 is a schematic view of a plating apparatus for producing the plating structure 200 shown in FIG. Referring to FIG. 13, plating apparatus 300 includes plating tank 310, nozzles 320 and 330, anode 340, cathode 350, and DC power supply 360.

めっき槽310には、めっき浴370が入れられる。ノズル320,330は、その先端部がめっき浴370上に位置するように支持部材(図示せず)によって支持される。陽極340は、めっき物である基板201からなり、全体がめっき浴370に浸漬される。陰極350は、その先端部がめっき浴370に浸漬される。   A plating bath 370 is placed in the plating tank 310. The nozzles 320 and 330 are supported by a support member (not shown) so that the front ends thereof are located on the plating bath 370. The anode 340 is made of a substrate 201 that is a plated product, and is entirely immersed in the plating bath 370. The tip of the cathode 350 is immersed in the plating bath 370.

直流電源360は、陽極340と陰極350との間に接続され、陽極340および陰極350を介してめっき浴370に一定の電流密度の電流を流す。めっき浴370は、反応抑制層203を作製するためのめっき浴370Aと、めっき層204を作製するためのめっき浴370Bとからなる。   The DC power supply 360 is connected between the anode 340 and the cathode 350, and allows a current having a constant current density to flow through the plating bath 370 via the anode 340 and the cathode 350. The plating bath 370 includes a plating bath 370 </ b> A for producing the reaction suppression layer 203 and a plating bath 370 </ b> B for producing the plating layer 204.

なお、反応抑制層203およびめっき層204は、配線202の一部(凹部2021を覆う領域)に形成されるが、このように、反応抑制層203およびめっき層204を配線202の一部に形成するには、基板201の表面にレジストをスピンコート等によって塗布し、凹部2021が露出するようにレジストをパターンニングする。   The reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 are formed on a part of the wiring 202 (region covering the recess 2021). In this way, the reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 are formed on a part of the wiring 202. For this purpose, a resist is applied to the surface of the substrate 201 by spin coating or the like, and the resist is patterned so that the recesses 2021 are exposed.

そして、パターンニングされたレジストを有する基板201を陰極350としてめっき浴370A中に浸漬し、電気めっきにより反応抑制層203を形成し、その後、めっき浴370Bに浸漬して電気めっきによりめっき層204を形成する。その後、レジストを除去する。   Then, the substrate 201 having a patterned resist is immersed in a plating bath 370A as a cathode 350 to form a reaction suppression layer 203 by electroplating, and then immersed in a plating bath 370B to form a plating layer 204 by electroplating. Form. Thereafter, the resist is removed.

電気めっきにより反応抑制層203およびめっき層204を形成した場合、反応抑制層203およびめっき層204は、レジスト上にも形成されるが、電気めっき後にレジストを除去することにより、リフトオフによってレジスト上に形成された反応抑制層203およびめっき層204も除去される。   When the reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 are formed by electroplating, the reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 are also formed on the resist. However, by removing the resist after electroplating, the resist suppression layer 203 and the plating layer 204 are formed on the resist by lift-off. The formed reaction suppression layer 203 and plating layer 204 are also removed.

このように、レジストのパターンニング技術を用いれば、電気めっきにより反応抑制層203およびめっき層204を配線202の一部に形成できる。   As described above, when the resist patterning technique is used, the reaction suppression layer 203 and the plating layer 204 can be formed on a part of the wiring 202 by electroplating.

めっき浴370Aは、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸からなる。めっき浴370Bは、硫酸、硫酸錫、硫酸ビスマス、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層204の光沢剤として用いられる。   The plating bath 370A is made of nickel sulfate, nickel chloride and boric acid. The plating bath 370B is made of sulfuric acid, tin sulfate, bismuth sulfate, polyoxyalkylene alkylaryl ether, and pyrocatechol. Polyoxyalkylene alkylaryl ether and pyrocatechol are used as brighteners for the plating layer 204.

めっき浴370Bは、硫酸錫および硫酸ビスマスを含み、硫酸錫および硫酸ビスマスを電気分解して反応抑制層203が形成された配線202に錫およびビスマスからなる半田合金(Sn−Bi合金)をめっきする。   The plating bath 370B contains tin sulfate and bismuth sulfate, and electroplats the tin sulfate and bismuth sulfate to plate a solder alloy (Sn—Bi alloy) made of tin and bismuth on the wiring 202 on which the reaction suppression layer 203 is formed. .

ノズル320は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴370Bに導入するノズルであり、ノズル330は、硫酸ビスマスを含む溶液をめっき浴370Bへ導入するノズルである。   The nozzle 320 is a nozzle for introducing a solution containing tin sulfate into the plating bath 370B, and the nozzle 330 is a nozzle for introducing a solution containing bismuth sulfate into the plating bath 370B.

この発明においては、電気めっきによりめっき層204を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら電気めっきによりめっき層204を形成する。つまり、この発明においては、めっき層204を構成するSn−Bi合金におけるBiの組成比が界面204Aから表面204Bに向かって第1の組成比から第2の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層204を形成する。そして、Sn−Bi合金におけるBiの組成比を界面204Aから表面204Bに向かって第1の組成比から第2の組成比まで増加させる場合、Biの組成比は、図3に示す直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って増加される。そして、Biの組成比を直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って増加させる場合、曲線k4に示すように、階段状にBiの組成比を増加させてもよい。   In the present invention, when the plating layer 204 is formed by electroplating, the amount of dropping of the solution containing tin sulfate is gradually decreased and the amount of dropping of the solution containing bismuth sulfate is gradually increased while plating is performed by electroplating. Layer 204 is formed. In other words, in the present invention, electroplating is performed so that the composition ratio of Bi in the Sn—Bi alloy constituting the plating layer 204 increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface 204A toward the surface 204B. A plating layer 204 is formed. When the composition ratio of Bi in the Sn—Bi alloy is increased from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface 204A toward the surface 204B, the composition ratio of Bi is a straight line k1 and a curve shown in FIG. Increased according to either k2 or k3. When the Bi composition ratio is increased according to any of the straight line k1 and the curves k2 and k3, the Bi composition ratio may be increased stepwise as indicated by the curve k4.

図3に示す直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従ってBiの組成比が変化するめっき層204を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層204を形成する。   In order to form the plating layer 204 in which the composition ratio of Bi changes according to any of the straight line k1 and the curves k2 and k3 shown in FIG. 3, the dropping amount of the solution containing tin sulfate is gradually decreased, and bismuth sulfate is added. The plating layer 204 is formed by electroplating while gradually increasing the dropping amount of the solution containing it.

図14は、図12に示すめっき構造物200の作製方法を示すフローチャートである。めっき構造物200を作製する動作が開始されると、基板201にレジストがスピンコート等によって塗布され(ステップS11)、その塗布されたレジストが所定のパターンにパターンニングされる(ステップS12)。これによって、基板201上に形成された配線202の凹部2021が露出する。   FIG. 14 is a flowchart showing a method for producing the plated structure 200 shown in FIG. When the operation for producing the plating structure 200 is started, a resist is applied to the substrate 201 by spin coating or the like (step S11), and the applied resist is patterned into a predetermined pattern (step S12). As a result, the recess 2021 of the wiring 202 formed on the substrate 201 is exposed.

その後、パターンニングされたレジストを有する基板201がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される(ステップS13)。すなわち、図13に示すめっき装置300において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴370Aに基板201が陰極350として浸漬される。   Thereafter, the substrate 201 having the patterned resist is immersed in a plating bath for nickel plating (step S13). That is, in the plating apparatus 300 shown in FIG. 13, the substrate 201 is immersed as a cathode 350 in a plating bath 370 </ b> A composed of a predetermined amount of nickel sulfate, a predetermined amount of nickel chloride, and a predetermined amount of boric acid.

その後、直流電源360は、陽極340と陰極350との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、基板201は、その表面がニッケルによってめっきされ、凹部2021およびレジスト上に反応抑制層203が形成される(ステップS14)。   Thereafter, the DC power supply 360 causes a current having a constant current density to flow between the anode 340 and the cathode 350. Then, the surface of the substrate 201 is plated with nickel, and the reaction suppression layer 203 is formed on the recess 2021 and the resist (step S14).

そして、反応抑制層203が形成された基板201を錫−ビスマスめっき用のめっき浴370Bに浸漬させる(ステップS15)。すなわち、図13に示すめっき装置300において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸ビスマス、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴370Bに、反応抑制層203が形成された基板201が陰極350として浸漬される。   And the board | substrate 201 with which the reaction suppression layer 203 was formed is immersed in the plating bath 370B for tin-bismuth plating (step S15). That is, in the plating apparatus 300 shown in FIG. 13, a plating bath 370B made of a predetermined amount of sulfuric acid, a predetermined amount of tin sulfate, a predetermined amount of bismuth sulfate, a predetermined amount of polyoxyalkylene alkylaryl ether and a predetermined amount of pyrocatechol is added. The substrate 201 on which the reaction suppression layer 203 is formed is immersed as the cathode 350.

その後、直流電源360は、陽極340と陰極350との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル320を介してめっき浴370Bに供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル330を介してめっき浴370Bに供給される硫酸ビスマスを含む溶液の量を徐々に増加させる。   Thereafter, the DC power supply 360 causes a current having a constant current density to flow between the anode 340 and the cathode 350. Further, the amount of the solution containing tin sulfate supplied to the plating bath 370B through the nozzle 320 is gradually decreased, and the amount of the solution containing bismuth sulfate supplied to the plating bath 370B through the nozzle 330 is gradually increased. .

そうすると、Biの組成比がめっき層204と反応抑制層203との界面204Aから表面204Bに向かって第1の組成比から第2の組成比まで増加するめっき層204が反応抑制層203の表面に形成される(ステップS16)。すなわち、Biの組成比が図3に示す直線k1および曲線k2,k3のいずれかに従って増加するめっき層204が反応抑制層203の表面に形成される。そして、レジストが除去される(ステップS17)。これにより、めっき構造物200の作製が終了する。   Then, the plating layer 204 whose Bi composition ratio increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface 204A between the plating layer 204 and the reaction suppression layer 203 toward the surface 204B is formed on the surface of the reaction suppression layer 203. It is formed (step S16). That is, the plating layer 204 in which the Bi composition ratio increases according to any of the straight line k1 and the curved lines k2 and k3 shown in FIG. Then, the resist is removed (step S17). Thereby, the production of the plating structure 200 is completed.

このように、めっき構造物200は、めっき装置300を用い、電気めっき中にめっき浴370に供給する硫酸錫を含む溶液および硫酸ビスマスを含む溶液の量を制御して、Biの組成比が界面203Aから表面203Bへ向かって増加するめっき層204(=Sn−Bi合金)を基板201の表面に形成することによって作製される。   In this way, the plating structure 200 uses the plating apparatus 300 to control the amount of the solution containing tin sulfate and the solution containing bismuth sulfate supplied to the plating bath 370 during electroplating, so that the composition ratio of Bi is the interface. It is produced by forming on the surface of the substrate 201 a plating layer 204 (= Sn—Bi alloy) that increases from 203A toward the surface 203B.

図15は、Sn−Bi合金中におけるBi濃度とSn−Bi合金の状態との関係を示す図である。図15において、横軸は、Bi濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図15を参照して、曲線k8は、各Bi濃度におけるSn−Bi合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、Bi濃度が約60[mass%]である場合、Sn−Bi合金は、約150℃の温度において液相となる。   FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the Bi concentration in the Sn—Bi alloy and the state of the Sn—Bi alloy. In FIG. 15, the horizontal axis represents Bi concentration, and the vertical axis represents temperature. Referring to FIG. 15, curve k8 shows the boundary between the solid phase and the liquid phase of the Sn—Bi alloy at each Bi concentration. For example, when the Bi concentration is about 60 [mass%], the Sn—Bi alloy becomes a liquid phase at a temperature of about 150 ° C.

Bi濃度が0[mass%]であるSnが液相になる温度(=融点)は、約230℃であり、Sn−Bi合金の融点は、Snに添加するBi濃度が増加するに従って低下し、Bi濃度が約60[mass%]のときに最も低くなる。そして、Sn−Bi合金の融点は、Bi濃度が60[mass%]以上である領域においては、Bi濃度の増加に伴って高くなる。   The temperature at which Sn with a Bi concentration of 0 [mass%] becomes liquid phase (= melting point) is about 230 ° C., and the melting point of the Sn—Bi alloy decreases as the Bi concentration added to Sn increases. It becomes the lowest when the Bi concentration is about 60 [mass%]. The melting point of the Sn—Bi alloy becomes higher as the Bi concentration increases in the region where the Bi concentration is 60 [mass%] or more.

一方、Bi濃度が増加すると、Sn−Bi合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点(=例えば、200℃)よりも低いSn−Bi合金を形成するために、めっき層204と反応抑制層203との界面204AにおいてBi濃度を2〜21[mass%]の範囲に設定し、めっき層204の表面204BにおいてBi濃度を30〜55[mass%]の範囲に設定し、さらに、界面204Aから表面204Bへ向かってBi濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層204を形成する。   On the other hand, when the Bi concentration increases, the Sn—Bi alloy becomes brittle. Therefore, in the present invention, in order to form an Sn—Bi alloy whose strength is equal to or higher than the reference strength and whose melting point is lower than the reference melting point (= 200 ° C., for example), the interface between the plating layer 204 and the reaction suppression layer 203 In 204A, the Bi concentration is set in the range of 2 to 21 [mass%], the Bi concentration is set in the range of 30 to 55 [mass%] on the surface 204B of the plating layer 204, and further from the interface 204A to the surface 204B. Then, the plating layer 204 is formed by electroplating while increasing the Bi concentration.

すなわち、めっき層204の最内部(=界面204A)を融点が200℃以上であるSn−Bi合金により形成し、めっき層204の最外部(=表面204B)を融点が200℃よりも低いSn−Bi合金により形成する。つまり、めっき層204は、最内部(=界面204A)で強度を保持し、かつ、最外部(=表面204B)で融点を低下させる組成のSn−Bi合金により形成される。   That is, the innermost part (= interface 204A) of the plating layer 204 is formed of an Sn—Bi alloy having a melting point of 200 ° C. or higher, and the outermost part (= surface 204B) of the plating layer 204 is Sn— whose melting point is lower than 200 ° C. It is made of Bi alloy. That is, the plating layer 204 is formed of an Sn—Bi alloy having a composition that maintains strength at the innermost portion (= interface 204A) and lowers the melting point at the outermost portion (= surface 204B).

次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするSn−In合金の実験結果について説明する。この実験においては、めっき構造物200に金属ボールを半田付けしたときのプル強度が測定され、金属ボールの剥離モードが解析された。   Next, an experimental result of the Sn—In alloy in which the strength is maintained above the reference strength and the melting point is lower than the reference melting point will be described. In this experiment, the pull strength when the metal ball was soldered to the plating structure 200 was measured, and the peeling mode of the metal ball was analyzed.

図16は、プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。図16を参照して、金属ボール220は、コアボール221と、めっき層222,223とからなる。   FIG. 16 is a diagram for explaining a sample for measuring the pull strength and analyzing the peeling mode. Referring to FIG. 16, metal ball 220 includes core ball 221 and plating layers 222 and 223.

コアボール221は、銅からなる。めっき層222は、コアボール221を覆い、ニッケルめっきからなる。めっき層223は、めっき層222を覆い、金(Au)めっきからなる。   The core ball 221 is made of copper. The plating layer 222 covers the core ball 221 and is made of nickel plating. The plating layer 223 covers the plating layer 222 and is made of gold (Au) plating.

めっき構造物200のめっき層204を溶融して金属ボール220を基板201に半田付けし、図7において説明したプル強度の測定方法を用いてプル強度が測定された。   The plated layer 204 of the plated structure 200 was melted and the metal balls 220 were soldered to the substrate 201, and the pull strength was measured using the pull strength measuring method described in FIG.

また、解析された剥離モードは、図8において説明したとおりである。   Further, the analyzed peeling mode is as described in FIG.

実験においては、この発明によるめっき構造物200として2種類のめっき構造物(実施例3,4)を作製し、比較例として2種類のめっき構造物(比較例3,4)を作製した。   In the experiment, two kinds of plating structures (Examples 3 and 4) were produced as the plating structure 200 according to the present invention, and two kinds of plating structures (Comparative Examples 3 and 4) were produced as comparative examples.

表3は、この発明によるめっき構造物200としてのめっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)と、比較例としてのめっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)とを電気めっきにより作製するときのめっき浴370Bを示す。   Table 3 shows a plated structure 200A (Example 3) and a plated structure 200B (Example 4) as a plated structure 200 according to the present invention, and a plated structure 210A (Comparative Example 3) and a plated structure as a comparative example. The plating bath 370B when producing the product 210B (Comparative Example 4) by electroplating is shown.

めっき構造物200A(実施例3)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴370Bは、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、濃度が所定範囲A3で変化する硫酸Snと、濃度が所定範囲B3で変化する硫酸Biとからなる。   When the plating structure 200A (Example 3) is produced by electroplating, the plating bath 370B includes 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, 0.1 g / L pyrocatechol and The sulfuric acid Sn whose concentration changes within a predetermined range A3 and the sulfuric acid Bi whose concentration changes within a predetermined range B3.

そして、所定範囲A3は、電気めっきの開始時における24g/Lから電気めっきの終了時における18g/Lまでの範囲であり、所定範囲B3は、電気めっきの開始時における0.5g/Lから電気めっきの終了時における6g/Lまでの範囲である。   The predetermined range A3 is a range from 24 g / L at the start of electroplating to 18 g / L at the end of electroplating, and the predetermined range B3 is from 0.5 g / L at the start of electroplating to electric The range is up to 6 g / L at the end of plating.

また、めっき構造物200B(実施例4)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴370Bは、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、濃度が所定範囲A4で変化する硫酸Snと、濃度が所定範囲B4で変化する硫酸Biとからなる。   When the plating structure 200B (Example 4) is produced by electroplating, the plating bath 370B is composed of 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrol. It consists of catechol, sulfuric acid Sn whose concentration changes within a predetermined range A4, and sulfuric acid Bi whose concentration changes within a predetermined range B4.

そして、所定範囲A4は、電気めっきの開始時における19g/Lから電気めっきの終了時における17g/Lまでの範囲であり、所定範囲B4は、電気めっきの開始時における3g/Lから電気めっきの終了時における10g/Lまでの範囲である。   The predetermined range A4 is a range from 19 g / L at the start of electroplating to 17 g / L at the end of electroplating, and the predetermined range B4 is from 3 g / L at the start of electroplating to electroplating. The range is up to 10 g / L at the end.

めっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)を電気めっきにより作製する場合、基板を図13に示すめっき装置300に入れ、直流電源360により0.2A/dmの電流密度からなる電流を陽極340および陰極350を介してめっき浴370Bに流し、ノズル320を介してめっき浴370Bに注入される硫酸Snおよびノズル330を介してめっき浴370Bに注入される硫酸Biの濃度を表3に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、4時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)を作製する。 When the plating structure 200A (Example 3) and the plating structure 200B (Example 4) are produced by electroplating, the substrate is placed in the plating apparatus 300 shown in FIG. 13 and 0.2 A / dm 2 is supplied from the DC power supply 360. A current composed of a current density is passed through the anode 340 and the cathode 350 to the plating bath 370B, Sn of sulfuric acid injected into the plating bath 370B through the nozzle 320, and Bi sulfate injected into the plating bath 370B through the nozzle 330. Electroplating is performed while changing the concentration within the range shown in Table 3. In this case, the electroplating time is, for example, 4 hours. This plating is repeated a predetermined number of times to produce a predetermined number of plating structures 200A (Example 3) and plating structures 200B (Example 4).

このように、めっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)は、硫酸Snの濃度を徐々に減少し、硫酸Biの濃度を徐々に増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Snおよび硫酸Biの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。   Thus, the plating structure 200A (Example 3) and the plating structure 200B (Example 4) are subjected to electroplating while gradually decreasing the concentration of Sn sulfate and gradually increasing the concentration of Bi sulfate. It is produced by. And the density | concentration of the sulfuric acid Sn and the sulfuric acid Bi was changed linearly in the plating time mentioned above.

なお、めっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)は、反応抑制層203を備えていない。   The plating structure 200A (Example 3) and the plating structure 200B (Example 4) do not include the reaction suppression layer 203.

また、めっき構造物210A(比較例3)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴370Bは、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、20g/Lの硫酸Snと、3g/Lの硫酸Biとからなる。そして、硫酸Snおよび硫酸Biは、めっき浴370B中における濃度がそれぞれ20g/Lおよび3g/Lになるようにノズル320,330を介して補充される。   When the plating structure 210A (Comparative Example 3) is produced by electroplating, the plating bath 370B is composed of 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrol. It consists of catechol, 20 g / L Sn sulfate, and 3 g / L Bi sulfate. Then, the sulfuric acid Sn and the sulfuric acid Bi are replenished through the nozzles 320 and 330 so that the concentrations in the plating bath 370B are 20 g / L and 3 g / L, respectively.

さらに、めっき構造物210B(比較例4)を電気めっきにより作製する場合、めっき浴140は、80g/Lの硫酸と、5g/Lのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、0.1g/Lのピロカテコールと、15g/Lの硫酸Snと、7g/Lの硫酸Biとからなる。そして、硫酸Snおよび硫酸Biは、めっき浴370B中における濃度がそれぞれ15g/Lおよび7g/Lになるようにノズル320,330を介して補充される。   Further, when the plating structure 210B (Comparative Example 4) is produced by electroplating, the plating bath 140 is composed of 80 g / L sulfuric acid, 5 g / L polyoxyalkylene alkylaryl ether, and 0.1 g / L pyrol. It consists of catechol, 15 g / L Sn sulfate and 7 g / L Bi sulfate. Then, the sulfuric acid Sn and the sulfuric acid Bi are replenished through the nozzles 320 and 330 so that the concentrations in the plating bath 370B are 15 g / L and 7 g / L, respectively.

めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)を作製する場合、基板を図13に示すめっき装置300に入れ、直流電源360により0.2A/dmの電流密度からなる電流を陽極340および陰極350を介してめっき浴370Bに流し、ノズル320を介してめっき浴370Bに注入される硫酸Snの濃度およびノズル330を介してめっき浴370Bに注入される硫酸Biの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、4時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)を作製する。 When producing the plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4), the substrate is placed in the plating apparatus 300 shown in FIG. 13, and the current density of 0.2 A / dm 2 is applied by the DC power supply 360. Is supplied to the plating bath 370B through the anode 340 and the cathode 350, and the concentration of sulfuric acid injected into the plating bath 370B through the nozzle 320 and the concentration of sulfuric acid Bi injected into the plating bath 370B through the nozzle 330. The electroplating is performed while keeping the constant. In this case, the electroplating time is, for example, 4 hours. Then, this plating is repeated a predetermined number of times to produce a predetermined number of plating structures 210A (Comparative Example 3) and plating structures 210B (Comparative Example 4).

このように、めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)は、めっき浴370B中の硫酸Snおよび硫酸Biの濃度を一定に保持しながら作製される。   As described above, the plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4) are produced while keeping the concentrations of Sn sulfate and Bi sulfate in the plating bath 370B constant.

なお、めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)は、反応抑制層2を有しない。   The plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4) do not have the reaction suppression layer 2.

表4は、表3に示すめっき浴370Bを用いて作製しためっき構造物200A,200Bと、めっき構造物210A,210BとにおけるBi濃度、融点および膜厚を示す。   Table 4 shows the Bi concentration, the melting point, and the film thickness of the plating structures 200A and 200B produced using the plating bath 370B shown in Table 3 and the plating structures 210A and 210B.

なお、Bi濃度は、めっき層における濃度であり、[Bi]/([Sn]+[Bi])により計算された。また、融点温度は、めっき構造物200A,200B,210A,210Bを半田付けするときの融点である。   The Bi concentration is a concentration in the plating layer and was calculated by [Bi] / ([Sn] + [Bi]). Moreover, melting | fusing point temperature is melting | fusing point when soldering plating structure 200A, 200B, 210A, 210B.

めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)は、それぞれ、20.1%および43.2%のBi濃度を有し、203℃および142℃の融点を有する。また、めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)は、それぞれ、23.2μmおよび22.4μmの膜厚からなるめっき層を有する。   Plating structure 210A (Comparative Example 3) and plating structure 210B (Comparative Example 4) have Bi concentrations of 20.1% and 43.2%, respectively, and have melting points of 203 ° C and 142 ° C. The plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4) have plating layers having film thicknesses of 23.2 μm and 22.4 μm, respectively.

したがって、Bi濃度が一定であるめっき層を有するめっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)において、めっき層中のBi濃度が増加すると、めっき構造物210A,210Bを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のBi濃度が43.2%であるめっき構造物210Bにおいては、半田付けするときの融点が200℃よりも低くなる。   Therefore, in the plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4) having a plating layer with a constant Bi concentration, when the Bi concentration in the plating layer increases, the plating structures 210A and 210B are The melting point when soldering is lowered. And in the plating structure 210B whose Bi density | concentration in a plating layer is 43.2%, melting | fusing point when soldering becomes lower than 200 degreeC.

一方、めっき構造物200A(実施例3)は、最内部(=界面204A)および最外部(=表面204B)においてそれぞれ2.0%および30.2%のBi濃度を有し、23.8%のBiの平均濃度を有する。また、めっき構造物200A(実施例3)は、150℃の融点を有する。そして、めっき構造物200A(実施例3)において、めっき層204(Sn−Bi合金)の膜厚は、23.5μmである。   On the other hand, the plating structure 200A (Example 3) has Bi concentrations of 2.0% and 30.2% in the innermost portion (= interface 204A) and outermost portion (= surface 204B), respectively, and 23.8% Having an average concentration of Bi. The plating structure 200A (Example 3) has a melting point of 150 ° C. In the plating structure 200A (Example 3), the thickness of the plating layer 204 (Sn—Bi alloy) is 23.5 μm.

また、めっき構造物200B(実施例4)は、最内部(=界面204A)および最外部(=表面204B)においてそれぞれ20.5%および55.0%のBi濃度を有し、29.5%のBiの平均濃度を有する。また、めっき構造物200B(実施例4)は、140℃の融点を有する。そして、めっき構造物200B(実施例4)において、めっき層204(Sn−Bi合金)の膜厚は、25.3μmである。   Further, the plating structure 200B (Example 4) has Bi concentrations of 20.5% and 55.0% in the innermost portion (= interface 204A) and the outermost portion (= surface 204B), respectively, and 29.5%. Having an average concentration of Bi. Moreover, the plating structure 200B (Example 4) has a melting point of 140 ° C. In the plating structure 200B (Example 4), the thickness of the plating layer 204 (Sn—Bi alloy) is 25.3 μm.

このように、この発明によるめっき構造物200A(実施例3)およびめっき構造物200B(実施例4)は、比較例であるめっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)とほぼ同じ膜厚のめっき層(=Sn−Bi合金)を有し、めっき構造物210A,210Bの融点と同等またはそれよりも低い融点を有する。   As described above, the plating structure 200A (Example 3) and the plating structure 200B (Example 4) according to the present invention include a plating structure 210A (Comparative Example 3) and a plating structure 210B (Comparative Example 4) which are comparative examples. ) And a melting point equivalent to or lower than the melting point of the plating structures 210A and 210B.

したがって、めっき層204中のBi濃度を最内部および最外部においてそれぞれ2.0%〜21.0%の範囲および30.0%〜55.0%の範囲に設定することによってめっき構造物200A,200Bの融点を140℃まで大幅に低温化できる。   Therefore, by setting the Bi concentration in the plating layer 204 to the range of 2.0% to 21.0% and the range of 30.0% to 55.0% at the innermost and outermost parts, respectively, the plated structure 200A, The melting point of 200B can be greatly reduced to 140 ° C.

また、めっき構造物200A(実施例3)、めっき構造物200B(実施例4)、めっき構造物210A(比較例3)およびめっき構造物210B(比較例4)についてプル強度を測定するとともに、半田付けしためっき構造物200A,200B,210A,210Bの基板201からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、実施の形態1と同じように、Dage社製のボンドテスター シリーズ4000を用いて行なわれた。   In addition, the pull strength of the plating structure 200A (Example 3), the plating structure 200B (Example 4), the plating structure 210A (Comparative Example 3) and the plating structure 210B (Comparative Example 4) is measured and soldered. The peeling mode of the attached plating structures 200A, 200B, 210A, 210B from the substrate 201 was analyzed. The pull strength was measured using a bond tester series 4000 manufactured by Dage as in the first embodiment.

金属ボール220を半田付けしためっき構造物200A,200B,210A,210Bのプル強度を図7に示す方法によって測定するとともに、金属ボール220を半田付けしためっき構造物200A,200B,210A,210Bの剥離モードを解析した。   The pull strength of the plated structures 200A, 200B, 210A, 210B soldered with the metal balls 220 is measured by the method shown in FIG. 7, and the plated structures 200A, 200B, 210A, 210B soldered with the metal balls 220 are peeled off. The mode was analyzed.

図17は、プル強度の測定結果を示す図である。図17において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図17に示すプル強度は、220℃のリフロー温度で金属ボール220を半田付けしためっき構造物200A,200B,210A,210Bについて測定された。また、プル強度の測定に用いられためっき構造物200A,200B,210A,210Bの個数は、20個である。   FIG. 17 is a diagram illustrating a measurement result of the pull strength. In FIG. 17, the horizontal axis represents the type of plating structure, and the vertical axis represents the pull strength. Note that the pull strength shown in FIG. 17 was measured for the plated structures 200A, 200B, 210A, and 210B in which the metal balls 220 were soldered at a reflow temperature of 220 ° C. The number of plating structures 200A, 200B, 210A, 210B used for the measurement of pull strength is 20.

めっき構造物210A(比較例3)は、約360[gf]〜約960[gf](平均値:約570[gf])の範囲のプル強度を有し、めっき構造物210B(比較例4)は、約790[gf]〜約1560[gf](平均値:約1180[gf])の範囲のプル強度を有する。   The plated structure 210A (Comparative Example 3) has a pull strength in the range of about 360 [gf] to about 960 [gf] (average value: about 570 [gf]), and the plated structure 210B (Comparative Example 4). Has a pull strength in the range of about 790 [gf] to about 1560 [gf] (average value: about 1180 [gf]).

一方、めっき構造物200A(実施例3)は、約800[gf]〜約1650[gf](平均値:約1230[gf])の範囲のプル強度を有し、めっき構造物200B(実施例4)は、約740[gf]〜約1500[gf](平均値:約1190[gf])の範囲のプル強度を有する。   On the other hand, the plating structure 200A (Example 3) has a pull strength in the range of about 800 [gf] to about 1650 [gf] (average value: about 1230 [gf]), and the plating structure 200B (Example). 4) has a pull strength in the range of about 740 [gf] to about 1500 [gf] (average value: about 1190 [gf]).

図18は、剥離モードの解析結果を示す図である。図18において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図18に示す剥離モードは、220℃のリフロー温度で金属ボール220を半田付けしためっき構造物200A,200B,210A,210Bについて解析された。   FIG. 18 is a diagram illustrating the analysis result of the peeling mode. In FIG. 18, the horizontal axis represents the type of plating structure, and the vertical axis represents the ratio of the peeling mode. In addition, the peeling mode shown in FIG. 18 was analyzed for the plating structures 200A, 200B, 210A, and 210B in which the metal balls 220 were soldered at a reflow temperature of 220 ° C.

図18を参照して、めっき構造物210A(比較例3)においては、全てが“界面剥離”のモードMD2である。   Referring to FIG. 18, in plating structure 210 </ b> A (Comparative Example 3), all are in mode MD <b> 2 of “interface peeling”.

また、めっき構造物210B(比較例4)においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードMD1である割合が55%であり、剥離モードが“界面剥離”のモードMD2である割合が45%である。   In the plating structure 210B (Comparative Example 4), the ratio of the mode MD1 in which the peeling mode is “solder tear” is 55%, and the ratio in which the peeling mode is the mode MD2 of “interface peeling” is 45%. is there.

一方、めっき構造物200A(実施例3),200B(実施例4)の各々において、全てが“界面剥離”のモードMD2である。   On the other hand, in each of the plated structures 200A (Example 3) and 200B (Example 4), all are in the mode MD2 of “interface peeling”.

したがって、めっき層204中におけるBi組成比を最内部から最外部へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”であるめっき構造物200を作製することができる。   Therefore, by increasing the Bi composition ratio in the plating layer 204 from the innermost side toward the outermost side, the plating structure 200 in which all the peeling modes are “interfacial peeling” can be produced.

また、表4、図17および図18に示す結果から、Bi濃度を最内部から最外部へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層204を形成することによって、プル強度が600[gf](=基準強度)以上であり、かつ、融点が200℃(=基準融点)よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となるめっき構造物200を作製できる。   Further, from the results shown in Table 4, FIG. 17 and FIG. 18, by forming the plating layer 204 by electroplating while increasing the Bi concentration from the innermost to the outermost, the pull strength is 600 [gf] (= It is possible to produce a plated structure 200 that is equal to or higher than (reference strength), has a melting point lower than 200 ° C. (= reference melting point), and has a peeling mode of “interface peeling”.

このように、金属ボール220を基板201に半田付けする場合、基板201の表面に、Bi組成比が最内部(=界面204A)から最外部(=表面204B)へ向かって増加するめっき層204を形成することにより、金属ボール220の保持強度を基準強度以上の保持強度に向上でき、かつ、半田付けするときの融点を基準融点以下の融点に低温化でき、さらに、金属ボール220の剥離モードを界面剥離の剥離モードに設定できる。   Thus, when the metal ball 220 is soldered to the substrate 201, the plating layer 204 whose Bi composition ratio increases from the innermost (= interface 204A) to the outermost (= surface 204B) is formed on the surface of the substrate 201. By forming, the holding strength of the metal ball 220 can be improved to a holding strength equal to or higher than the reference strength, the melting point when soldering can be lowered to a melting point lower than the reference melting point, and the peeling mode of the metal ball 220 can be changed. It can be set to the peeling mode of interface peeling.

したがって、めっき構造物200は、電子部品をCu基板等へ半田付けする場合に適している。   Therefore, the plating structure 200 is suitable for soldering an electronic component to a Cu substrate or the like.

図19は、めっき構造物200を用いて金属ボール220を基板201に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、基板201上に反応抑制層203を形成し、その形成した反応抑制層203上に傾斜めっきによりめっき層204を形成する(ステップS21)。   FIG. 19 is a flowchart for explaining a soldering method when the metal ball 220 is soldered to the substrate 201 using the plating structure 200. When a series of operations is started, the reaction suppression layer 203 is formed on the substrate 201, and the plating layer 204 is formed on the formed reaction suppression layer 203 by gradient plating (step S21).

なお、ステップS21の詳細な動作は、図14に示すフローチャートに従って実行される。   The detailed operation of step S21 is executed according to the flowchart shown in FIG.

そして、ステップS21の後、めっき層204を溶融して金属ボール220を基板201に半田付けする(ステップS22)。これにより、一連の動作が終了する。   After step S21, the plating layer 204 is melted and the metal ball 220 is soldered to the substrate 201 (step S22). Thereby, a series of operation | movement is complete | finished.

上記においては、めっき層204は、Sn−Bi合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層204は、Sn−In合金から構成されてもよい。図5に示すように、Sn−In合金における融点のIn濃度に対する変化傾向は、Sn−Bi合金における融点のBi濃度に対する変化傾向とほぼ同様である。したがって、めっき層204をSn−In合金に代え、めっき層204におけるIn組成比を最内部(=界面204A)から最外部(=表面204B)へ向かって増加させることによって、上述したように、めっき層204の強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くしためっき構造物200を作製することができる。   In the above description, the plating layer 204 has been described as being composed of a Sn—Bi alloy. However, the present invention is not limited thereto, and the plating layer 204 may be composed of a Sn—In alloy. As shown in FIG. 5, the changing tendency of the melting point of the Sn—In alloy with respect to the In concentration is substantially the same as the changing tendency of the melting point of the Sn—Bi alloy with respect to the Bi concentration. Therefore, as described above, the plating layer 204 is replaced with a Sn—In alloy, and the In composition ratio in the plating layer 204 is increased from the innermost portion (= interface 204A) toward the outermost portion (= surface 204B). A plated structure 200 in which the strength of the layer 204 is maintained at or above the reference strength and the melting point is lower than the reference melting point can be produced.

また、この発明においては、一般的には、めっき層204は、第1および第2の金属元素からなり、第2の金属元素の組成比は、めっき層204の最内部(=界面204A)から最外部(=表面204B)へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。   In the present invention, the plating layer 204 is generally composed of the first and second metal elements, and the composition ratio of the second metal element is determined from the innermost portion (= interface 204A) of the plating layer 204. What is necessary is just to increase from the composition ratio which keeps intensity | strength more than a reference | standard intensity | strength toward the outermost part (= surface 204B) to the composition ratio which makes melting | fusing point lower than a reference | standard melting | fusing point.

そして、第2の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図3に示す直線k1および曲線k2,k3以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。   The method of increasing the composition ratio of the second metal element from the innermost circumference toward the outermost circumference may be a method of increasing according to a straight line or a curve other than the straight line k1 and the curves k2 and k3 shown in FIG. .

さらに、上記においては、配線202は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、配線202は、アルミニウム(Al)からなっていてもよい。   Further, in the above description, the wiring 202 is made of copper. However, the present invention is not limited to this, and the wiring 202 may be made of aluminum (Al).

さらに、上記においては、反応抑制層203は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層203は、スパッタリング法により形成されてもよい。   Furthermore, in the above description, the reaction suppression layer 203 has been described as being formed by electroplating. However, the present invention is not limited to this, and the reaction suppression layer 203 may be formed by a sputtering method.

さらに、上記においては、めっき構造物200は、反応抑制層203を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき構造物200は、反応抑制層203を備えていなくてもよい。   Furthermore, in the above description, the plating structure 200 is described as including the reaction suppression layer 203. However, in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the plating structure 200 may not include the reaction suppression layer 203. .

さらに、上記においては、金属ボール220を基板201に半田付けする場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール220以外の電子部品を配線202に半田付けしてもよい。配線202は、Cu基板に限らず、プリント基板であってもよく、プリント基板に形成されためっき構造物200を用いて各種の電子部品をプリント基板に半田付けしてもよい。   Further, in the above description, the case where the metal ball 220 is soldered to the substrate 201 has been described. However, the present invention is not limited to this, and an electronic component other than the metal ball 220 may be soldered to the wiring 202. The wiring 202 is not limited to the Cu substrate, and may be a printed board, and various electronic components may be soldered to the printed board using the plating structure 200 formed on the printed board.

さらに、この発明においては、2つの物質A,Bを半田付けする場合、物質Aの表面にめっき層204を形成してめっき構造物200を作製し、その作製しためっき構造物200を用いて物質Bを物質Aに半田付けしてもよい。   Furthermore, in the present invention, when two substances A and B are soldered, a plating layer 204 is formed on the surface of the substance A to produce a plating structure 200, and the substance is produced using the produced plating structure 200. B may be soldered to substance A.

なお、基板201は、「基体」を構成する。したがって、この発明によるめっき構造物は、一般的には、基体と、基体の表面に形成されためっき層とからなる。   The substrate 201 constitutes a “base”. Therefore, the plating structure according to the present invention generally includes a base and a plating layer formed on the surface of the base.

実施の形態2によれば、めっき構造物200は、Bi組成比またはIn組成比が最内部から最外部へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層204を備えるので、めっき層204を介して金属ボール220を基板201に半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。   According to the second embodiment, the plated structure 200 has a composition in which the Bi composition ratio or the In composition ratio makes the melting point lower than the reference melting point from the composition ratio that keeps the strength at or above the reference strength from the innermost to the outermost. Since the plating layer 204 increases up to the ratio, when the metal ball 220 is soldered to the substrate 201 through the plating layer 204, the strength can be maintained and the melting point can be lowered.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールに適用される。また、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法に適用される。 The present invention is applied to a metal ball that maintains strength when soldered and can lower the melting point when soldering. In addition, the present invention is applied to a method for producing a metal ball that retains the strength when soldering and can lower the melting point when soldering. Furthermore, the present invention is applied to a plated structure that maintains the strength when soldering and can lower the melting point when soldering. Furthermore, the present invention is applied to a soldering method using a plating structure capable of maintaining the strength when soldering and lowering the melting point when soldering.

この発明の実施の形態1による金属ボールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the metal ball by Embodiment 1 of this invention. 図1に示す金属ボールを作製するバレルめっき装置の概略図である。It is the schematic of the barrel plating apparatus which produces the metal ball | bowl shown in FIG. Sn−In合金におけるInの組成比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the composition ratio of In in a Sn-In alloy. 図1に示す金属ボールの作製方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation methods of the metal ball | bowl shown in FIG. Sn−In合金中におけるIn濃度とSn−In合金の状態との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between In density | concentration in a Sn-In alloy, and the state of a Sn-In alloy. 図2に示すバレルめっき装置を用いてIn濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボールの電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the metal ball electroplated using the barrel plating apparatus shown in FIG. 2 while increasing the In concentration from the innermost circumference toward the outermost circumference. プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the method to measure pull intensity | strength. 金属ボールが基板から剥離する剥離モードの概念図である。It is a conceptual diagram of peeling mode in which a metal ball peels from a board | substrate. 界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。It is a photograph which shows interface peeling and solder tearing. プル強度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of a pull intensity | strength. 剥離モードの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of peeling mode. この発明の実施の形態2によるめっき構造物の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the plating structure by Embodiment 2 of this invention. 図12に示すめっき構造物を作製するめっき装置の概略図である。It is the schematic of the plating apparatus which produces the plating structure shown in FIG. 図12に示すめっき構造物の作製方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation methods of the plating structure shown in FIG. Sn−Bi合金中におけるBi濃度とSn−Bi合金の状態との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Bi density | concentration in a Sn-Bi alloy, and the state of a Sn-Bi alloy. プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sample which measures a pull intensity | strength and analysis of peeling mode. プル強度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of a pull intensity | strength. 剥離モードの解析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of peeling mode. めっき構造物を用いて金属ボールを基板に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the soldering method when soldering a metal ball to a board | substrate using a plating structure.

符号の説明Explanation of symbols

1,221 コアボール、2,203 反応抑制層、3,204,222,223 めっき層、10,220 金属ボール、11 ツィーザ、12,21 矢印、13 基板、14 ランド、15,15A,15B 半田、20,310 めっき槽、30 枠板、40 バレルドラム、41 側板、42 網材、50,60 歯車、70 モータ、71 シャフト、80,350 陰極、90,340 陽極、100 バレルめっき装置、111 開口部、110,120,320,330 ノズル、130,360 直流電源、140,370 めっき浴、200 めっき構造物、201 基板、202 配線、204A 界面、204B 表面、300 めっき装置、2021 凹部。   1,221 core ball, 2,203 reaction suppression layer, 3,204,222,223 plating layer, 10,220 metal ball, 11 tweezer, 12,21 arrow, 13 substrate, 14 land, 15, 15A, 15B solder, 20,310 plating tank, 30 frame plate, 40 barrel drum, 41 side plate, 42 mesh material, 50, 60 gear, 70 motor, 71 shaft, 80, 350 cathode, 90, 340 anode, 100 barrel plating device, 111 opening 110, 120, 320, 330 nozzle, 130, 360 DC power supply, 140, 370 plating bath, 200 plating structure, 201 substrate, 202 wiring, 204A interface, 204B surface, 300 plating apparatus, 2021 recess.

Claims (25)

電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第2の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加し、
前記第1の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第2の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第2の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Bi以外の元素である、金属ボール。
A metal ball used for mounting electronic components,
A core ball made of metal,
Consisting of first and second metal elements constituting an alloy for soldering, and comprising a plating layer covering the core ball,
The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer,
The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the metal ball is soldered to a reference strength or more,
The second composition ratio is a composition ratio for setting the melting point of the plating layer to a temperature lower than a reference melting point,
The second metal element is a metal ball constituting a lead-free plating alloy and being an element other than Bi.
前記コアボールと前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項1に記載の金属ボール。   The metal ball according to claim 1, further comprising a reaction suppression layer inserted between the core ball and the plating layer. 前記反応抑制層は、Ni、Ni−P合金、Ni−B合金、CoおよびPtのいずれかからなる、請求項2に記載の金属ボール。   The metal ball according to claim 2, wherein the reaction suppression layer is made of any one of Ni, Ni—P alloy, Ni—B alloy, Co, and Pt. 前記第1の金属元素は、Snであり、
前記第2の金属元素は、Inである、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の金属ボール。
The first metal element is Sn;
The metal ball according to any one of claims 1 to 3, wherein the second metal element is In.
前記第1の組成比は、18〜20%の範囲であり、
前記第2の組成比は、34〜38%の範囲である、請求項4に記載の金属ボール。
The first composition ratio is in a range of 18 to 20%,
The metal ball according to claim 4, wherein the second composition ratio is in a range of 34 to 38%.
前記コアボールは、Cuからなる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の金属ボール。   The metal ball according to any one of claims 1 to 5, wherein the core ball is made of Cu. 基体と、
半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、前記基体の一主面上に形成されためっき層とを備え、
前記第2の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加し、
前記第1の組成比は、他の物質が前記めっき層を介して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第2の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である、めっき構造物。
A substrate;
Consisting of first and second metal elements constituting an alloy for soldering, and comprising a plating layer formed on one main surface of the substrate,
The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface between the plating layer and the substrate toward the surface of the plating layer,
The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when other substances are soldered to the base via the plating layer to be equal to or higher than a reference strength.
Said 2nd composition ratio is a plating structure which is a composition ratio which sets the melting | fusing point of the said plating layer to temperature lower than a reference | standard melting | fusing point.
前記基体と前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項7に記載のめっき構造物。   The plating structure according to claim 7, further comprising a reaction suppression layer inserted between the base and the plating layer. 前記反応抑制層は、Ni、Ni−P合金、Ni−B合金、CoおよびPtのいずれかからなる、請求項8に記載のめっき構造物。   The plating structure according to claim 8, wherein the reaction suppression layer is made of any one of Ni, Ni-P alloy, Ni-B alloy, Co, and Pt. 前記第1の金属元素は、Snであり、
前記第2の金属元素は、BiまたはInである、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のめっき構造物。
The first metal element is Sn;
The plated structure according to any one of claims 7 to 9, wherein the second metal element is Bi or In.
前記第1の組成比は、2〜21%の範囲であり、
前記第2の組成比は、30〜55%の範囲である、請求項10に記載のめっき構造物。
The first composition ratio is in the range of 2 to 21%;
The plated structure according to claim 10, wherein the second composition ratio is in a range of 30 to 55%.
前記基体は、Cu基板からなる、請求項7から請求項11のいずれか1項に記載のめっき構造物。   The plating structure according to claim 7, wherein the base is made of a Cu substrate. 電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法であって、
前記金属ボールは、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第2の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加し、
前記第1の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第2の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第2の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Bi以外の元素であり、
前記作製方法は、
前記コアボールを前記第1および第2の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第1の工程と、
前記第2の金属元素の組成比が前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加するように前記めっき層を形成する第2の工程とを備える、金属ボールの作製方法。
A method for producing a metal ball used for mounting electronic components,
The metal ball is
A core ball made of metal,
Consisting of first and second metal elements constituting an alloy for soldering, and comprising a plating layer covering the core ball,
The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer,
The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the metal ball is soldered to a reference strength or more,
The second composition ratio is a composition ratio for setting the melting point of the plating layer to a temperature lower than a reference melting point,
The second metal element constitutes a lead-free plating alloy and is an element other than Bi,
The production method is as follows:
A first step of immersing the core ball in a plating bath containing the first and second metal elements;
A second step of forming the plating layer such that the composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the innermost periphery to the outermost periphery of the plating layer; A method for producing a metal ball.
前記第2の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項13に記載の金属ボールの作製方法。   The method for producing a metal ball according to claim 13, wherein in the second step, the plating layer is formed by electroplating. 前記第2の工程は、前記第1の金属元素を含む第1の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第2の金属元素を含む第2の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項14に記載の金属ボールの作成方法。   In the second step, the dropping amount of the first compound containing the first metal element to the plating bath is decreased, and the dropping amount of the second compound containing the second metal element to the plating bath is reduced. The method for producing a metal ball according to claim 14, wherein the plating layer is formed by performing the electroplating for a predetermined time while increasing or decreasing. 前記電気めっきにおける電流密度は、前記所定の時間、一定である、請求項15に記載の金属ボールの作製方法。   The method for producing a metal ball according to claim 15, wherein a current density in the electroplating is constant for the predetermined time. 前記第1の金属元素は、Snであり、
前記第2の金属元素は、Inである、請求項13から請求項16のいずれか1項に記載の金属ボールの作製方法。
The first metal element is Sn;
The method for producing a metal ball according to any one of claims 13 to 16, wherein the second metal element is In.
前記第1の組成比は、18〜20%の範囲であり、
前記第2の組成比は、34〜38%の範囲である、請求項17に記載の金属ボールの作製方法。
The first composition ratio is in a range of 18 to 20%,
The method for producing a metal ball according to claim 17, wherein the second composition ratio is in a range of 34 to 38%.
前記第1の工程の前、前記コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第3の工程をさらに備える、請求項13から請求項18のいずれか1項に記載の金属ボールの作製方法。   The method for producing a metal ball according to any one of claims 13 to 18, further comprising a third step of forming a reaction suppression layer so as to cover the core ball before the first step. 前記第3の工程は、Ni、NiP合金、NiB合金、CoおよびPtのいずれかからなる前記反応抑制層を形成する、請求項19に記載の金属ボールの作製方法。   The method for producing a metal ball according to claim 19, wherein the third step forms the reaction suppression layer made of any one of Ni, NiP alloy, NiB alloy, Co, and Pt. 基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする半田付け方法であって、
前記めっき層は、半田付け用の合金を構成する第1および第2の金属元素からなり、
前記第2の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加し、
前記第1の組成比は、前記他の物質が前記めっき層を溶融して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第2の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記半田付け方法は、
前記基体を前記第1および第2の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第1の工程と、
前記第2の金属元素の組成比が前記界面から前記表面へ向かって第1の組成比から第2の組成比へ増加するように前記めっき層を前記基体に形成する第2の工程と、
前記めっき層を溶融して前記他の物質を前記基体に半田付けする第3の工程とを備える半田付け方法。
A soldering method for melting a plating layer formed on one main surface of a substrate and soldering another substance to the substrate,
The plating layer is composed of first and second metal elements constituting an alloy for soldering,
The composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface between the plating layer and the substrate toward the surface of the plating layer,
The first composition ratio is a composition ratio that sets the strength of the plating layer when the other substance melts the plating layer and is soldered to the substrate to a reference strength or higher.
The second composition ratio is a composition ratio for setting the melting point of the plating layer to a temperature lower than a reference melting point,
The soldering method is:
A first step of immersing the substrate in a plating bath containing the first and second metal elements;
A second step of forming the plating layer on the substrate such that the composition ratio of the second metal element increases from the first composition ratio to the second composition ratio from the interface toward the surface;
A third step of melting the plating layer and soldering the other substance to the substrate.
前記第2の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項21に記載の半田付け方法。   The soldering method according to claim 21, wherein in the second step, the plating layer is formed by electroplating. 前記第2の工程は、前記第1の金属元素を含む第1の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第2の金属元素を含む第2の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項22に記載の半田付け方法。   In the second step, the dropping amount of the first compound containing the first metal element to the plating bath is decreased, and the dropping amount of the second compound containing the second metal element to the plating bath is reduced. The soldering method according to claim 22, wherein the plating layer is formed by performing the electroplating for a predetermined time while increasing the thickness. 前記第1の金属元素は、Snであり、
前記第2の金属元素は、Biである、請求項21から請求項23のいずれか1項に記載の半田付け方法。
The first metal element is Sn;
The soldering method according to any one of claims 21 to 23, wherein the second metal element is Bi.
前記第1の組成比は、2〜21%の範囲であり、
前記第2の組成比は、30〜55%の範囲である、請求項24に記載の半田付け方法。
The first composition ratio is in the range of 2 to 21%;
The soldering method according to claim 24, wherein the second composition ratio is in a range of 30 to 55%.
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