JP2019214761A - Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder - Google Patents

Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder Download PDF

Info

Publication number
JP2019214761A
JP2019214761A JP2018111878A JP2018111878A JP2019214761A JP 2019214761 A JP2019214761 A JP 2019214761A JP 2018111878 A JP2018111878 A JP 2018111878A JP 2018111878 A JP2018111878 A JP 2018111878A JP 2019214761 A JP2019214761 A JP 2019214761A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ball
mass
solder
core
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018111878A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6485581B1 (en
Inventor
浩由 川▲崎▼
Hiroyoshi Kawasaki
浩由 川▲崎▼
茂喜 近藤
Shigeki Kondo
茂喜 近藤
皓紀 須藤
Hiroki Sudo
皓紀 須藤
政人 ▲土▼屋
政人 ▲土▼屋
Masato Tsuchiya
崇志 八嶋
Takashi Yashima
崇志 八嶋
六本木 貴弘
Takahiro Roppongi
貴弘 六本木
相馬 大輔
Daisuke Soma
大輔 相馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senju Metal Industry Co Ltd
Original Assignee
Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Senju Metal Industry Co Ltd filed Critical Senju Metal Industry Co Ltd
Priority to JP2018111878A priority Critical patent/JP6485581B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6485581B1 publication Critical patent/JP6485581B1/en
Priority to TW108120074A priority patent/TWI702299B/en
Publication of JP2019214761A publication Critical patent/JP2019214761A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Abstract

To provide a Cu core ball in which a metal layer covers a Cu ball which realizes a high sphericity and a low hardness and suppresses the discoloration.SOLUTION: The Cu core ball 11A contains a Cu ball 1 and a solder layer 3 for covering a surface of the Cu ball 1. The Cu ball 1 contains at least one selected from Fe, Ag, and Ni in a total amount of 5.0 or more to 50.0 ppm by mass or lower, S in an amount of 0 or more to 1.0 ppm by mass or lower, P in an amount of 0 or more to less than 3.0 ppm by mass, and remainder of Cu and inevitable impurities. The Cu ball 1 has a purity which is 99.995% or higher and 99.9995% by mass or lower, and a sphericity which is 0.95 or higher. The solder layer is an (Sn-Pb) solder alloy containing Sn and Pb.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボール、及び、このCu核ボールを使用したはんだ継手、はんだペースト及びフォームはんだに関する。   The present invention relates to a Cu core ball in which a Cu ball is covered with a metal layer, and a solder joint, a solder paste, and a foam solder using the Cu core ball.

近年、小型情報機器の発達により、搭載される電子部品では急速な小型化が進行している。電子部品は、小型化の要求により接続端子の狭小化や実装面積の縮小化に対応するため、裏面に電極が設置されたボールグリッドアレイ(以下、「BGA」と称する。)が適用されている。   2. Description of the Related Art In recent years, with the development of small information devices, electronic components to be mounted have been rapidly downsized. For the electronic components, a ball grid array (hereinafter, referred to as “BGA”) having electrodes provided on the back surface is applied in order to cope with narrowing of connection terminals and reduction of mounting area due to demand for miniaturization. .

BGAを適用した電子部品には、例えば半導体パッケージがある。半導体パッケージでは、電極を有する半導体チップが樹脂で封止されている。半導体チップの電極には、はんだバンプが形成されている。このはんだバンプは、はんだボールを半導体チップの電極に接合することによって形成されている。BGAを適用した半導体パッケージは、加熱により溶融したはんだバンプとプリント基板の導電性ランドが接合することにより、プリント基板に搭載される。また、更なる高密度実装の要求に対応するため、半導体パッケージが高さ方向に積み重ねられた3次元高密度実装が検討されている。   Electronic components to which BGA is applied include, for example, semiconductor packages. In a semiconductor package, a semiconductor chip having electrodes is sealed with a resin. Solder bumps are formed on the electrodes of the semiconductor chip. The solder bump is formed by joining a solder ball to an electrode of a semiconductor chip. A semiconductor package to which BGA is applied is mounted on a printed circuit board by bonding a solder bump melted by heating and a conductive land of the printed circuit board. Further, in order to meet the demand for higher density mounting, three-dimensional high density mounting in which semiconductor packages are stacked in the height direction is being studied.

電子部品の高密度実装は、半導体集積回路(IC)のメモリセル中にα線が進入することにより記憶内容が書き換えられるという、ソフトエラーを引き起こすことがある。そこで近年では、放射性同位元素の含有量を低減した低α線のはんだ材料やCuボールの開発が行われている。特許文献1には、Pb、Biを含有し、純度が99.9%以上99.995%以下で、低α線量のCuボールが開示されている。特許文献2には、純度が99.9%以上99.995%以下、真球度が0.95以上、ビッカース硬さが20HV以上60HV以下を実現したCuボールが開示されている。   High-density mounting of electronic components may cause a soft error in which stored contents are rewritten when α rays enter a memory cell of a semiconductor integrated circuit (IC). Therefore, in recent years, low α-ray solder materials and Cu balls with a reduced content of radioisotopes have been developed. Patent Literature 1 discloses a Cu ball containing Pb and Bi, having a purity of 99.9% or more and 99.995% or less and a low α dose. Patent Document 2 discloses a Cu ball having a purity of 99.9% or more and 99.995% or less, a sphericity of 0.95 or more, and a Vickers hardness of 20 HV or more and 60 HV or less.

ところで、Cuボールは、結晶粒が微細だとビッカース硬さが大きくなるため、外部からの応力に対する耐久性が低くなり、耐落下衝撃性が悪くなる。そのため、電子部品の実装に用いられるCuボールには、所定の柔らかさ、すなわち、所定値以下のビッカース硬さが要求される。   By the way, the Cu ball has a large Vickers hardness when the crystal grains are fine, so that the durability against external stress is reduced and the drop impact resistance is deteriorated. Therefore, Cu balls used for mounting electronic components are required to have a predetermined softness, that is, a Vickers hardness equal to or lower than a predetermined value.

柔らかいCuボールを製造するためには、Cuの純度を上げることが慣例である。それは、不純物元素はCuボール中の結晶核として機能するため、不純物元素が少なくなると結晶粒が大きく成長し、その結果、Cuボールのビッカース硬さが小さくなるからである。ところが、Cuボールの純度を上げると、Cuボールの真球度が低くなってしまう。   In order to produce soft Cu balls, it is customary to increase the purity of Cu. This is because the impurity element functions as a crystal nucleus in the Cu ball, so that when the impurity element is reduced, the crystal grains grow larger, and as a result, the Vickers hardness of the Cu ball decreases. However, increasing the purity of the Cu ball lowers the sphericity of the Cu ball.

Cuボールの真球度が低いと、Cuボールを電極上に実装した際のセルフアライメント性を確保できない可能性があると共に、半導体チップの実装時においてCuボールの高さが不均一となり、接合不良を引き起こす場合がある。   If the sphericity of the Cu ball is low, self-alignment may not be ensured when the Cu ball is mounted on the electrode, and the height of the Cu ball may become uneven during the mounting of the semiconductor chip, resulting in poor connection. May cause

特許文献3には、Cuの質量割合が99.995%を超え、PとSの質量割合の合計が3ppm以上30ppm以下であり、好適な真球度やビッカース硬さを有するCuボールが開示されている。   Patent Literature 3 discloses a Cu ball having a Cu content of more than 99.995%, a total of P and S mass ratios of 3 ppm or more and 30 ppm or less, and having suitable sphericity and Vickers hardness. ing.

また、3次元高密度実装がなされた半導体パッケージがBGAであって、半導体チップの電極上にはんだボールを載置してリフロー処理した場合、半導体パッケージの自重によりはんだボールが潰れてしまうことがある。もしそのようなことが起きると、はんだが電極からはみ出し電極間同士が接触して電極間の短絡が発生するおそれがある。   In addition, when a semiconductor package on which three-dimensional high-density mounting is performed is a BGA, and a solder ball is placed on an electrode of a semiconductor chip and reflow processing is performed, the solder ball may be crushed by the weight of the semiconductor package. . If such a situation occurs, the solder may protrude from the electrodes, and the electrodes may contact each other, causing a short circuit between the electrodes.

このような短絡事故を防止するため、自重により潰れたり、はんだ溶融時に変形したりしないはんだバンプが提案されている。具体的には、金属等で成型されたボールを核として使用し、この核をはんだで被覆した核材料をはんだバンプとして使用することが提案されている。   In order to prevent such a short circuit accident, there has been proposed a solder bump which is not crushed by its own weight or deformed when the solder is melted. Specifically, it has been proposed to use a ball formed of metal or the like as a core and use a core material obtained by coating the core with solder as a solder bump.

特許第5435182号公報Japanese Patent No. 5435182 特許第5585751号公報Japanese Patent No. 5585751 特許第6256616号公報Japanese Patent No. 6256616

しかしながら、Sを所定量以上含有するCuボールは、加熱時に硫化物や硫黄酸化物を形成して変色しやすいという問題があることが新たに判明した。Cuボールにおける変色は、濡れ性の悪化の原因となり、濡れ性の悪化は不濡れの発生やセルフアライメント性の劣化を招く。このように、変色しやすいCuボールは、Cuボール表面と金属層との密着性の低下や、金属層表面の酸化や反応性が高くなることなどから金属層による被覆に適さない。一方、Cuボールの真球度が低いと、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボールの真球度も低くなる。   However, it has been newly found that a Cu ball containing a predetermined amount or more of S has a problem that sulfides and sulfur oxides are formed at the time of heating and are easily discolored. Discoloration of the Cu ball causes deterioration of wettability, and deterioration of wettability causes non-wetting and deterioration of self-alignment. As described above, the Cu ball that is easily discolored is not suitable for coating with the metal layer because the adhesion between the Cu ball surface and the metal layer is reduced, and the oxidation and reactivity of the metal layer surface are increased. On the other hand, when the sphericity of the Cu ball is low, the sphericity of the Cu core ball in which the Cu ball is covered with the metal layer is also low.

そこで、本発明は、高真球度及び低硬度を実現し、かつ、変色を抑制したCuボールを使用したCu核ボール、及び、このCu核ボールを使用したはんだ継手、はんだペースト及びフォームはんだを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a Cu core ball using a Cu ball that achieves high sphericity and low hardness and suppresses discoloration, and a solder joint, a solder paste, and a foam solder using the Cu core ball. The purpose is to provide.

本発明は次の通りである。
(1)Cuボールと、Cuボールの表面を被覆するはんだ層とを備え、Cuボールは、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であり、Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下であり、Pの含有量が0質量ppm以上3.0質量ppm未満であり、残部がCu及びその他の不純物元素であり、前記Cuボールの純度が99.995質量%以上99.9995質量%以下であり、真球度が0.95以上であり、はんだ層は、SnとPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金であるCu核ボール。
(2)はんだ層は、Pbの含有量が0質量%超95.0質量%以下、Snが残部である上記(1)に記載のCu核ボール。
(3)はんだ層は、Snと37.0質量%以上95.0質量%以下のPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるSnの濃度比率(%)を、濃度比率(%)=(計測値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100、あるいは、濃度比率(%)=(計測値の平均の値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100として表したとき、濃度比率は、70.0〜140.0%の範囲内となされた上記(1)または(2)に記載のCu核ボール。
(4)はんだ層は、Snと37.0質量%以上95.0質量%以下のPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるSnの濃度比率(%)を、濃度比率(%)=(計測値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100、あるいは、濃度比率(%)=(計測値の平均の値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100として表したとき、濃度比率は、90.0〜110.0%の範囲内となされた上記(1)または(2)に記載のCu核ボール。
(5)真球度が0.98以上である上記(1)〜(4)の何れかに記載のCu核ボール。
(6)真球度が0.99以上である上記(1)〜(4)の何れかに記載のCu核ボール。
(7)α線量が0.0200cph/cm以下である上記(1)〜(6)の何れかに記載のCu核ボール。
(8)α線量が0.0010cph/cm以下である上記(1)〜(6)の何れかに記載のCu核ボール。
(9)Cuボールの表面を被覆する金属層を備え、金属層の表面がはんだ層で被覆され、真球度が0.95以上である上記(1)〜(8)の何れかに記載のCu核ボール。
(10)真球度が0.98以上である上記(9)に記載のCu核ボール。
(11)真球度が0.99以上である上記(9)に記載のCu核ボール。
(12)α線量が0.0200cph/cm以下である上記(9)〜(11)の何れかに記載のCu核ボール。
(13)α線量が0.0010cph/cm以下である上記(9)〜(11)の何れかに記載のCu核ボール。
(14)Cuボールの直径が1μm以上1000μm以下である上記(1)〜(13)の何れかに記載のCu核ボール。
(15)上記(1)〜(14)の何れかに記載のCu核ボールを使用したはんだ継手。
(16)上記(1)〜(14)の何れかに記載のCu核ボールを使用したはんだペースト。
(17)上記(1)〜(14)の何れかに記載のCu核ボールを使用したフォームはんだ。
The present invention is as follows.
(1) A Cu ball and a solder layer covering the surface of the Cu ball. The Cu ball has a total content of at least one of Fe, Ag and Ni of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass. ppm or less, the S content is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, the P content is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, and the balance is Cu and other impurity elements. Yes, the purity of the Cu ball is 99.995% by mass or more and 99.9995% by mass or less, the sphericity is 0.95 or more, and the solder layer contains Sn and Pb (Sn-Pb). Cu core ball which is a solder alloy.
(2) The Cu core ball according to the above (1), wherein the solder layer has a Pb content of more than 0% by mass and 95.0% by mass or less and Sn as the balance.
(3) The solder layer is made of a (Sn-Pb) -based solder alloy containing Sn and Pb of 37.0% by mass or more and 95.0% by mass or less, and the concentration ratio (%) of Sn contained in the solder layer. The concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100 or the concentration ratio (%) = (mean value of measured values (mass%) / target) (% By mass) × 100, the Cu core ball according to the above (1) or (2), wherein the concentration ratio is in the range of 70.0 to 140.0%.
(4) The solder layer is made of a (Sn-Pb) -based solder alloy containing Sn and Pb of 37.0 mass% or more and 95.0 mass% or less, and the concentration ratio (%) of Sn contained in the solder layer. The concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100 or the concentration ratio (%) = (mean value of measured values (mass%) / target) The content (% by mass) of the Cu core ball according to the above (1) or (2), wherein the concentration ratio is in the range of 90.0 to 110.0%.
(5) The Cu core ball according to any one of (1) to (4), wherein the sphericity is 0.98 or more.
(6) The Cu core ball according to any one of (1) to (4), wherein the sphericity is 0.99 or more.
(7) The Cu core ball according to any one of (1) to (6), wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less.
(8) The Cu core ball according to any one of (1) to (6), wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less.
(9) The method according to any one of (1) to (8), further including a metal layer covering the surface of the Cu ball, wherein the surface of the metal layer is coated with a solder layer and having a sphericity of 0.95 or more. Cu core ball.
(10) The Cu core ball according to (9), wherein the sphericity is 0.98 or more.
(11) The Cu core ball according to (9), wherein the sphericity is 0.99 or more.
(12) The Cu core ball according to any one of (9) to (11), wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less.
(13) The Cu core ball according to any of (9) to (11), wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less.
(14) The Cu core ball according to any one of the above (1) to (13), wherein the diameter of the Cu ball is 1 μm or more and 1000 μm or less.
(15) A solder joint using the Cu core ball according to any of (1) to (14).
(16) A solder paste using the Cu core ball according to any of (1) to (14).
(17) A foam solder using the Cu core ball according to any of (1) to (14).

本発明によれば、Cuボールが高真球度及び低硬度を実現し、かつ、Cuボールの変色が抑制される。Cuボールの高真球度を実現したことにより、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボールの高真球度を実現でき、Cuボール核を電極上に実装した際のセルフアライメント性を確保できると共に、Cu核ボールの高さのばらつきを抑制できる。また、Cuボールの低硬度を実現したことにより、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボールでも耐落下衝撃性を向上させることができる。更に、Cuボールの変色が抑制されるため、硫化物や硫黄酸化物によるCuボールへの悪影響を抑制でき、金属層での被覆に適しており、濡れ性が良好となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, Cu ball implement | achieves high sphericity and low hardness, and the discoloration of Cu ball is suppressed. By realizing the high sphericity of the Cu ball, the high sphericity of the Cu core ball in which the Cu ball is covered with the metal layer can be realized, and the self-alignment property when the Cu ball core is mounted on the electrode can be secured. At the same time, variation in the height of the Cu core ball can be suppressed. Also, by realizing the low hardness of the Cu ball, even a Cu core ball in which the Cu ball is covered with a metal layer can improve the drop impact resistance. Further, since discoloration of the Cu ball is suppressed, adverse effects on the Cu ball due to sulfides and sulfur oxides can be suppressed, which is suitable for coating with a metal layer and has good wettability.

本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボールを示す図である。It is a figure showing a Cu core ball of a 1st embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボールを示す図である。It is a figure showing a Cu core ball of a 2nd embodiment concerning the present invention. 本発明に係る各実施の形態のCu核ボールを用いた電子部品の構成例を示す図である。It is a figure showing the example of composition of the electronic component using the Cu core ball of each embodiment concerning the present invention. Cu核ボールの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a Cu core ball. 実施例及び比較例のCuボールを200℃で加熱した、加熱時間と明度の関係を示す表図である。It is the table | surface which shows the relationship between the heating time and lightness which heated the Cu ball of an Example and a comparative example at 200 degreeC. Cu核ボールのCuの濃度分布を測定する方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the method of measuring the density | concentration distribution of Cu of Cu core ball.

本発明を以下により詳しく説明する。本明細書において、Cu核ボールの金属層の組成に関する単位(ppm、ppb、及び%)は、特に指定しない限り金属層の質量に対する割合(質量ppm、質量ppb、及び質量%)を表す。また、Cuボールの組成に関する単位(ppm、ppb、及び%)は、特に指定しない限りCuボールの質量に対する割合(質量ppm、質量ppb、及び質量%)を表す。   The present invention is described in more detail below. In the present specification, the unit (ppm, ppb, and%) relating to the composition of the metal layer of the Cu core ball represents the ratio (mass ppm, mass ppb, and mass%) to the mass of the metal layer unless otherwise specified. The unit (ppm, ppb, and%) relating to the composition of the Cu ball represents the ratio (ppm by mass, ppb, and% by mass) to the mass of the Cu ball unless otherwise specified.

図1は、本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aの構成の一例を示している。図1に示すように、本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aは、Cuボール1と、Cuボール1の表面を被覆するはんだ層3とを備えている。   FIG. 1 shows an example of the configuration of a Cu core ball 11A according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a Cu core ball 11 </ b> A according to the first embodiment of the present invention includes a Cu ball 1 and a solder layer 3 that covers the surface of the Cu ball 1.

図2は、本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bの構成の一例を示している。図2に示すように、本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bは、Cuボール1と、Cuボール1の表面を被覆するNi、Co、Fe、Pdから選択される1以上の元素からなる1層以上の金属層2と、金属層2の表面を被覆するはんだ層3とを備えている。   FIG. 2 shows an example of the configuration of the Cu core ball 11B according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the Cu core ball 11B according to the second embodiment of the present invention has a Cu ball 1 and at least one selected from Ni, Co, Fe, and Pd covering the surface of the Cu ball 1. And a solder layer 3 covering the surface of the metal layer 2.

図3は、本発明に係る実施の形態のCu核ボール11AまたはCu核ボール11Bを用いて半導体チップ10をプリント基板40上に搭載した電子部品60の構成の一例を示している。図3に示すように、Cu核ボール11AまたはCu核ボール11Bは、半導体チップ10の電極100にフラックスが塗布されることで、溶融したはんだ層3が濡れ広がり、半導体チップ10の電極100上に実装されている。本例では、半導体チップ10の電極100にCu核ボール11AまたはCu核ボール11Bが実装された構造をはんだバンプ30と呼ぶ。半導体チップ10のはんだバンプ30は、溶融したはんだ層3、または、電極41に塗布されたはんだペーストが溶融したはんだを介してプリント基板40の電極41上に接合されている。本例では、はんだバンプ30をプリント基板40の電極41に実装した構造をはんだ継手50と呼ぶ。   FIG. 3 shows an example of the configuration of an electronic component 60 in which the semiconductor chip 10 is mounted on a printed board 40 using the Cu core ball 11A or Cu core ball 11B according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, when the flux is applied to the electrode 100 of the semiconductor chip 10, the molten solder layer 3 spreads and spreads on the electrode 100 of the semiconductor chip 10. Has been implemented. In this example, a structure in which the Cu core ball 11A or the Cu core ball 11B is mounted on the electrode 100 of the semiconductor chip 10 is referred to as a solder bump 30. The solder bumps 30 of the semiconductor chip 10 are joined to the electrodes 41 of the printed circuit board 40 via the molten solder layer 3 or the solder in which the solder paste applied to the electrodes 41 is melted. In this example, a structure in which the solder bumps 30 are mounted on the electrodes 41 of the printed circuit board 40 is referred to as a solder joint 50.

各実施の形態のCu核ボール11A、11Bにおいて、Cuボール1は、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であり、Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下であり、Pの含有量が0質量ppm以上3.0質量ppm未満であり、残部がCu及びその他の不純物元素であり、Cuボール1の純度が4N5(99.995質量%)以上5N5(99.9995質量%)以下であり、真球度が0.95以上である。   In the Cu core balls 11A and 11B of the respective embodiments, the Cu ball 1 has a total content of at least one of Fe, Ag, and Ni of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less. Is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, the P content is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, and the balance is Cu and other impurity elements. The purity is 4N5 (99.995 mass%) or more and 5N5 (99.9995 mass%) or less, and the sphericity is 0.95 or more.

本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aは、はんだ層3で被覆されたCuボール1の真球度を高くすることで、Cu核ボール11Aの真球度を高くすることができる。また、本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bは、金属層2及びはんだ層3で被覆されたCuボール1の真球度を高くすることで、Cu核ボール11Bの真球度を高くすることができる。以下に、Cu核ボール11A、11Bを構成するCuボール1の好ましい態様について説明する。   In the Cu core ball 11A of the first embodiment according to the present invention, the sphericity of the Cu core ball 11A can be increased by increasing the sphericity of the Cu ball 1 covered with the solder layer 3. it can. Further, the Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention increases the sphericity of the Cu ball 1 covered with the metal layer 2 and the solder layer 3 to increase the sphericity of the Cu core ball 11B. The degree can be increased. Hereinafter, a preferred embodiment of the Cu ball 1 constituting the Cu core balls 11A and 11B will be described.

・Cuボールの真球度:0.95以上
本発明において、真球度とは真球からのずれを表す。真球度は、500個の各Cuボールの直径を長径で割った際に算出される算術平均値であり、値が上限である1.00に近いほど真球に近いことを表す。真球度は、例えば、最小二乗中心法(LSC法)、最小領域中心法(MZC法)、最大内接中心法(MIC法)、最小外接中心法(MCC法)など種々の方法で求められる。本発明での長径の長さ、及び直径の長さとは、ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョン、ULTRA QV350−PRO測定装置によって測定された長さをいう。
-Sphericity of Cu ball: 0.95 or more In the present invention, the sphericity indicates a deviation from a sphere. The sphericity is an arithmetic average value calculated when the diameter of each of the 500 Cu balls is divided by the major axis, and the closer the value is to the upper limit of 1.00, the closer to a true sphere. The sphericity is obtained by various methods such as a least square center method (LSC method), a minimum area center method (MZC method), a maximum inscribed center method (MIC method), and a minimum circumscribed center method (MCC method). . In the present invention, the length of the major axis and the length of the diameter refer to the length measured by an Ultra Quick Vision, ULTRA QV350-PRO measuring device manufactured by Mitutoyo Corporation.

Cuボール1は、基板間の適切な空間を保持する観点から真球度が0.95以上であることが好ましく、真球度が0.98以上であることがより好ましく、0.99以上であることが更により好ましい。Cuボール1の真球度が0.95未満であると、Cuボール1が不定形状になるため、バンプ形成時に高さが不均一なバンプが形成され、接合不良が発生する可能性が高まる。真球度が0.95以上であれば、Cuボール1ははんだ付けの温度で溶融しないため、はんだ継手50における高さのばらつきを抑制できる。これにより、半導体チップ10及びプリント基板40の接合不良を確実に防止できる。   The Cu ball 1 preferably has a sphericity of 0.95 or more, more preferably 0.98 or more, and more preferably 0.99 or more from the viewpoint of maintaining an appropriate space between the substrates. Is even more preferred. If the sphericity of the Cu ball 1 is less than 0.95, the Cu ball 1 has an irregular shape, so that a bump having an uneven height is formed at the time of bump formation, and the possibility of occurrence of bonding failure increases. If the sphericity is 0.95 or more, the Cu ball 1 does not melt at the soldering temperature, so that the height variation in the solder joint 50 can be suppressed. Thereby, the bonding failure between the semiconductor chip 10 and the printed board 40 can be reliably prevented.

・Cuボールの純度:99.995質量%以上99.9995質量%以下
一般に、純度の低いCuの方が、純度の高いCuと比べて、Cuボール1の結晶核になる不純物元素をCu中に確保することができるために真球度が高くなる。一方で、純度の低いCuボール1は、電気伝導度や熱伝導率が劣化する。
-Purity of Cu ball: 99.995 mass% or more and 99.9995 mass% or less In general, Cu having a low purity contains, in Cu, an impurity element serving as a crystal nucleus of the Cu ball 1 as compared with Cu having a high purity. The sphericity is increased because it can be secured. On the other hand, the Cu balls 1 with low purity have deteriorated electrical conductivity and thermal conductivity.

そこで、Cuボール1は、純度が99.995質量%(4N5)以上99.9995質量%(5N5)以下であれば、十分な真球度を確保することができる。また、Cuボール1の純度が4N5以上5N5以下であれば、α線量を十分に低減することができる上に、純度の低下によるCuボール1の電気伝導度や熱伝導率の劣化を抑制できる。   Therefore, if the purity of the Cu ball 1 is not less than 99.995% by mass (4N5) and not more than 99.9995% by mass (5N5), sufficient sphericity can be ensured. Further, when the purity of the Cu ball 1 is 4N5 or more and 5N5 or less, the α dose can be sufficiently reduced, and the deterioration of the electrical conductivity and the thermal conductivity of the Cu ball 1 due to the decrease in the purity can be suppressed.

Cuボール1を製造する際、所定形状の小片に形成された金属材料の一例のCu材は、加熱により溶融し、溶融Cuが表面張力によって球形となり、これが急冷により凝固してCuボール1となる。溶融Cuが液体状態から凝固する過程において、結晶粒が球形の溶融Cu中で成長する。この際、不純物元素が多いと、この不純物元素が結晶核となって結晶粒の成長が抑制される。従って、球形の溶融Cuは、成長が抑制された微細結晶粒によって真球度が高いCuボール1となる。一方、不純物元素が少ないと、相対的に結晶核となるものが少なく、粒成長が抑制されずにある方向性をもって成長する。この結果、球形の溶融Cuは表面の一部分が突出して凝固して真球度が低くなる。不純物元素としては、Fe、Ag、Ni、P、S、Sb、Bi、Zn、Al、As、Cd、Pb、In、Sn、Au、U、Th等が考えられる。   When manufacturing the Cu ball 1, a Cu material, which is an example of a metal material formed in small pieces of a predetermined shape, is melted by heating, and the molten Cu becomes spherical due to surface tension, and solidifies by rapid cooling to become the Cu ball 1. . In the process of solidifying molten Cu from a liquid state, crystal grains grow in spherical molten Cu. At this time, if the amount of the impurity element is large, the impurity element becomes a crystal nucleus and the growth of crystal grains is suppressed. Therefore, the spherical molten Cu becomes a Cu ball 1 having a high sphericity due to the fine crystal grains whose growth is suppressed. On the other hand, when the impurity element is small, relatively few crystal nuclei are formed, and the crystal grows in a certain direction without suppressing the grain growth. As a result, the spherical molten Cu partially protrudes and solidifies to lower the sphericity. Examples of the impurity element include Fe, Ag, Ni, P, S, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au, U, and Th.

以下に、Cuボール1の純度及び真球度を規定する不純物の含有量について説明する。   Hereinafter, the content of impurities that define the purity and sphericity of the Cu ball 1 will be described.

・Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計:5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下
Cuボール1が含有する不純物元素のうち、特にFe、Ag及びNiのうち、少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であることが好ましい。すなわち、Fe、Ag及びNiのうち、いずれか1種を含有する場合、1種の含有量が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であることが好ましく、Fe、Ag及びNiのうちの2種以上を含有する場合、2種以上の合計の含有量が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であることが好ましい。Fe、Ag及びNiはCuボール1の製造工程における溶融時に結晶核となるため、Cu中にFe、Ag又はNiが一定量含有されていれば真球度の高いCuボール1を製造することができる。従って、Fe、Ag及びNiのうち、少なくとも1種は、不純物元素の含有量を推定するために重要な元素である。また、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であることにより、Cuボール1の変色を抑制できる上に、Cuボール1を緩やかに加熱した後に徐冷することでCuボール1を緩やかに再結晶させるというアニーリング工程を行なわずとも、所望のビッカース硬さを実現することができる。
-Total of the content of at least one of Fe, Ag and Ni: 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less Among the impurity elements contained in the Cu ball 1, at least among Fe, Ag and Ni It is preferable that the total content of one kind is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less. That is, when any one of Fe, Ag, and Ni is contained, the content of one of them is preferably 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, and among Fe, Ag, and Ni, When two or more kinds are contained, the total content of the two or more kinds is preferably 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less. Since Fe, Ag and Ni become crystal nuclei at the time of melting in the manufacturing process of the Cu ball 1, it is possible to manufacture the Cu ball 1 having a high sphericity if a certain amount of Fe, Ag or Ni is contained in Cu. it can. Therefore, at least one of Fe, Ag, and Ni is an important element for estimating the content of the impurity element. Further, when the total content of at least one of Fe, Ag and Ni is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, discoloration of the Cu ball 1 can be suppressed, and the Cu ball 1 The desired Vickers hardness can be realized without performing an annealing step of gradually recrystallizing the Cu ball 1 by gradually cooling after gradually heating.

・Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下
Sを所定量以上含有するCuボール1は、加熱時に硫化物や硫黄酸化物を形成して変色しやすく、濡れ性が低下するため、Sの含有量は、0質量ppm以上1.0質量ppm以下にする必要がある。硫化物や硫黄酸化物が多く形成されたCuボール1ほど、Cuボール表面の明度が暗くなる。そのため、後で詳述するが、Cuボール表面の明度を測定した結果が所定値以下であれば、硫化物や硫黄酸化物の形成が抑制され、濡れ性が良好であると判断することができる。
・ S content is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less The Cu ball 1 containing a predetermined amount or more of S forms sulfides and sulfur oxides when heated, easily discolors, and has a low wettability. , S content must be 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less. The lighter the surface of the Cu ball becomes, the darker the Cu ball 1 in which a large amount of sulfides and sulfur oxides are formed. Therefore, as will be described in detail later, if the result of measuring the lightness of the Cu ball surface is equal to or less than a predetermined value, the formation of sulfides and sulfur oxides is suppressed, and it can be determined that the wettability is good. .

・Pの含有量が0質量ppm以上3.0質量ppm未満
Pは、リン酸に変化したり、Cu錯体となったりしてCuボール1に悪影響を与えることがある。また、Pを所定量含有するCuボール1は硬度が大きくなるため、Pの含有量は、0質量ppm以上3.0質量ppm未満であることが好ましく、1.0質量ppm未満であることがより好ましい。
-P content is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm P may change to phosphoric acid or become a Cu complex to adversely affect the Cu ball 1. Further, since the Cu ball 1 containing a predetermined amount of P has a high hardness, the P content is preferably 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, and is less than 1.0 mass ppm. More preferred.

・その他不純物元素
Cuボール1が含有する上述した不純物元素以外の、Sb、Bi、Zn、Al、As、Cd、Pb、In、Sn、Au等の不純物元素(以下で、「その他の不純物元素」という)の含有量は、それぞれ0質量ppm以上50.0質量ppm未満であることが好ましい。
-Other impurity elements Other than the above-mentioned impurity elements contained in the Cu ball 1, impurity elements such as Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, and Au (hereinafter, "other impurity elements") ) Is preferably 0 mass ppm or more and less than 50.0 mass ppm.

なお、Cuボール1は、上述したように、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種を必須の元素として含有する。しかし、Cuボール1は、現在の技術によりFe、Ag、Ni以外の元素の混入を防止できないため、実質的にFe、Ag、Ni以外の他の不純物元素を含有する。但し、他の不純物元素の含有量が1質量ppm未満である場合、各元素が添加されることによる効果、影響が発現しにくい。また、Cuボールに含まれる元素を分析する際に、不純物元素の含有量が1質量ppm未満である場合、この値は分析装置によっては検出限界能以下である。このため、Fe、Ag及びNiのうち、少なくとも1種の含有量の合計が50質量ppmである場合、他の不純物元素の含有量が1質量ppm未満であれば、Cuボール1の純度は実質的に4N5(99.995質量%)である。また、Fe、Ag及びNiのうち、少なくとも1種の含有量の合計が5質量ppmである場合、他の不純物元素の含有量が1質量ppm未満であれば、Cuボール1の純度は実質的に5N5(99.9995質量%)である。   The Cu ball 1 contains at least one of Fe, Ag, and Ni as an essential element, as described above. However, since the Cu ball 1 cannot prevent mixing of elements other than Fe, Ag, and Ni with the current technology, the Cu ball 1 substantially contains impurity elements other than Fe, Ag, and Ni. However, when the content of the other impurity elements is less than 1 mass ppm, the effects and effects due to the addition of each element are unlikely to appear. Also, when analyzing the elements contained in the Cu ball, if the content of the impurity element is less than 1 mass ppm, this value is lower than the detection limit depending on the analyzer. Therefore, if the total content of at least one of Fe, Ag and Ni is 50 mass ppm, and if the content of other impurity elements is less than 1 mass ppm, the purity of the Cu ball 1 is substantially reduced. It is 4N5 (99.995 mass%). When the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is 5 mass ppm, and when the content of other impurity elements is less than 1 mass ppm, the purity of the Cu ball 1 is substantially reduced. 5N5 (99.9995% by mass).

・Cuボールのビッカース硬さ:55.5HV以下
Cuボール1のビッカース硬さは、55.5HV以下であることが好ましい。ビッカース硬さが大きい場合、外部からの応力に対する耐久性が低くなり、耐落下衝撃性が悪くなると共にクラックが発生し易くなる。また、三次元実装のバンプや継手の形成時に加圧等の補助力を付与した場合において、硬いCuボールを使用すると、電極潰れ等を引き起こす可能性がある。更に、Cuボール1のビッカース硬さが大きい場合、結晶粒が一定以上に小さくなることで、電気伝導性の劣化を招いてしまうからである。Cuボール1のビッカース硬さが55.5HV以下であれば、耐落下衝撃性も良好でクラックを抑制でき、電極潰れ等も抑制でき、更に、電気伝導性の劣化も抑制できる。本実施例では、ビッカース硬さの下限は0HV超でよく、好ましくは20HV以上である。
-Vickers hardness of Cu ball: 55.5 HV or less Vickers hardness of Cu ball 1 is preferably 55.5 HV or less. When the Vickers hardness is large, the durability against external stress is reduced, the drop impact resistance is deteriorated, and cracks are easily generated. Further, when an auxiliary force such as pressure is applied during the formation of bumps or joints for three-dimensional mounting, use of a hard Cu ball may cause crushing of the electrode. Furthermore, when the Vickers hardness of the Cu ball 1 is large, the crystal grains become smaller than a certain value, which leads to deterioration of electric conductivity. When the Vickers hardness of the Cu ball 1 is 55.5 HV or less, the drop impact resistance is good, cracks can be suppressed, electrode crushing and the like can be suppressed, and furthermore, deterioration of electric conductivity can be suppressed. In this embodiment, the lower limit of the Vickers hardness may be more than 0 HV, and is preferably 20 HV or more.

・Cuボールのα線量:0.0200cph/cm以下
電子部品の高密度実装においてソフトエラーが問題にならない程度のα線量とするため、Cuボール1のα線量は、0.0200cph/cm以下であることが好ましい。α線量は、更なる高密度実装でのソフトエラーを抑制する観点から、好ましくは0.0100cph/cm以下であり、より好ましくは0.0050cph/cm以下であり、さらに好ましくは0.0020cph/cm以下であり、最も好ましくは0.0010cph/cm以下である。α線量によるソフトエラーを抑制するためには、U、Th等の放射性同位元素の含有量は、5質量ppb未満であることが好ましい。
-Α dose of Cu ball: 0.0200 cph / cm 2 or less In order to set an α dose at which soft error does not matter in high-density mounting of electronic components, the α dose of Cu ball 1 is 0.0200 cph / cm 2 or less. It is preferable that The α dose is preferably 0.0100 cph / cm 2 or less, more preferably 0.0050 cph / cm 2 or less, and still more preferably 0.0020 cph, from the viewpoint of suppressing soft errors in further high-density mounting. / Cm 2 or less, and most preferably 0.0010 cph / cm 2 or less. In order to suppress soft errors due to α dose, the content of radioisotopes such as U and Th is preferably less than 5 mass ppb.

・耐変色性:明度が55以上
Cuボール1は明度が55以上であることが好ましい。明度とは、L***表色系のL*値である。Sから由来する硫化物や硫黄酸化物が表面に形成されたCuボール1は明度が低くなるため、明度が55以上であれば、硫化物や硫黄酸化物が抑制されているといえる。また、明度が55以上のCuボール1は、実装時における濡れ性が良好である。これに対し、Cuボール1の明度が55未満であると、硫化物や硫黄酸化物の形成が十分に抑制されていないCuボール1であるといえる。硫化物や硫黄酸化物は、Cuボール1に悪影響を与える上に、電極上にCuボール1を直接接合するような場合に濡れ性が悪化する。濡れ性の悪化は不濡れの発生やセルフアライメント性の劣化を招く。
Discoloration resistance: lightness of 55 or more The Cu ball 1 preferably has lightness of 55 or more. Lightness and is a L * a * b * L * value of color system. Since the lightness of the Cu ball 1 on the surface of which sulfides and sulfur oxides derived from S are low, it can be said that sulfides and sulfur oxides are suppressed if the lightness is 55 or more. The Cu ball 1 having a brightness of 55 or more has good wettability during mounting. On the other hand, if the lightness of the Cu ball 1 is less than 55, it can be said that the Cu ball 1 does not sufficiently suppress the formation of sulfides and sulfur oxides. The sulfides and sulfur oxides have an adverse effect on the Cu ball 1 and also deteriorate the wettability when the Cu ball 1 is directly bonded on the electrode. Deterioration of wettability causes non-wetting and deterioration of self-alignment.

・Cuボールの直径:1μm以上1000μm以下
Cuボール1の直径は1μm以上1000μm以下であることが好ましく、より好ましくは、50μm以上300μmである。この範囲にあると、球状のCuボール1を安定して製造でき、また、端子間が狭ピッチである場合の接続短絡を抑制することができる。ここで、例えば、Cuボール1がペーストに用いられる場合、「Cuボール」は「Cuパウダ」と称されてもよい。「Cuボール」が「Cuパウダ」に用いられる場合、一般的に、Cuボールの直径は1〜300μmであることが好ましい。
The diameter of the Cu ball: 1 μm or more and 1000 μm or less The diameter of the Cu ball 1 is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 50 μm or more and 300 μm or less. Within this range, the spherical Cu ball 1 can be manufactured stably, and the connection short-circuit when the pitch between the terminals is narrow can be suppressed. Here, for example, when the Cu ball 1 is used for the paste, the “Cu ball” may be referred to as “Cu powder”. When “Cu ball” is used for “Cu powder”, generally, the diameter of the Cu ball is preferably 1 to 300 μm.

次に、本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aにおいて、Cuボール1を被覆するはんだ層3、及び、第2の実施の形態のCu核ボール11Bにおいて、金属層2を被覆するはんだ層3について説明する。   Next, in the Cu core ball 11A of the first embodiment according to the present invention, the solder layer 3 covering the Cu ball 1 and in the Cu core ball 11B of the second embodiment, the metal layer 2 is covered. The solder layer 3 will be described.

・はんだ層
本発明に係る各実施の形態のCu核ボール11A、11Bは、SnとPbを必須の元素として含むはんだ合金によるはんだ層3でCuボール1を被覆したものである。特に、本発明に係る各実施の形態のCu核ボール11A、11Bは、はんだ層3中のPbの分布が均質となされたCu核ボール、及び、これを使用したはんだ継手、はんだペースト、フォームはんだを提供するものである。
-Solder layer The Cu core balls 11A and 11B of the respective embodiments according to the present invention are obtained by coating the Cu balls 1 with a solder layer 3 made of a solder alloy containing Sn and Pb as essential elements. In particular, the Cu core balls 11A and 11B of each embodiment according to the present invention include a Cu core ball in which the distribution of Pb in the solder layer 3 is uniform, and a solder joint, a solder paste, and a foam solder using the same. Is provided.

本発明に係る実施の形態のはんだ層3の組成は、SnとPbを含有する(Sn−Pb)系合金からなる。Pbの含有量については、合金全体に対してのPb量が0質量%超95.0質量%以下の範囲であり、Pb量が0質量%超95.0質量%以下の範囲であれば、Pbの濃度比率を所定範囲内で制御することができる。ここで、はんだ層3中のPbの分布が均質であれば、Snの分布も均質である。同様に、はんだ層3中のSnの分布が均質であれば、Pbの分布も均質である。本発明では、Snの含有量よりPbの含有量の方が多い組成例があり、このような場合を考慮して、以下の説明では、Snの分布が均質であることをもって、Pbの分布が均質であることを説明する。   The composition of the solder layer 3 of the embodiment according to the present invention is composed of a (Sn-Pb) -based alloy containing Sn and Pb. Regarding the content of Pb, if the Pb content is more than 0% by mass and 95.0% by mass or less based on the whole alloy, and if the Pb amount is more than 0% by mass and 95.0% by mass or less, The concentration ratio of Pb can be controlled within a predetermined range. Here, if the distribution of Pb in the solder layer 3 is uniform, the distribution of Sn is also uniform. Similarly, if the distribution of Sn in the solder layer 3 is uniform, the distribution of Pb is also uniform. In the present invention, there is a composition example in which the Pb content is larger than the Sn content, and in consideration of such a case, in the following description, the distribution of Pb is determined by the fact that the distribution of Sn is uniform. Explain that it is homogeneous.

合金全体に対してのPb量が37.0〜95.0質量%の範囲、すなわち、合金全体に対してのSn量が5.0〜63.0質量%の範囲であれば、Snの濃度比率を70.0〜140.0%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のSn及びPb分布を均質にできる。   If the Pb content is in the range of 37.0 to 95.0 mass% with respect to the entire alloy, that is, the Sn content is in the range of 5.0 to 63.0 mass% with respect to the entire alloy, the Sn concentration is high. The ratio can be controlled within a predetermined range of 70.0 to 140.0%, and the distribution of Sn and Pb in the solder layer 3 can be made uniform.

例えば、Pbの含有量の目標値が95.0質量%、Snの含有量の目標値が5.0質量%である場合、Snの含有量及び濃度比率の許容範囲としては3.61質量%(濃度比率72.2%)〜6.88質量%(濃度比率137.6%)であり、Snの濃度比率を70.0〜140.0%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のSn分布及びPb分布を均質にできる。   For example, when the target value of the Pb content is 95.0% by mass and the target value of the Sn content is 5.0% by mass, the allowable range of the Sn content and the concentration ratio is 3.61% by mass. (Concentration ratio 72.2%) to 6.88 mass% (concentration ratio 137.6%), and the Sn concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 70.0 to 140.0%. The Sn distribution and the Pb distribution in the layer 3 can be made uniform.

また、Pbの含有量の目標値が90.0質量%、Snの含有量の目標値が10.0質量%である場合、Snの含有量及び濃度比率の許容範囲としては9.74質量%(濃度比率97.4%)〜11.20質量%(濃度比率112.0%)であり、Snの濃度比率を70.0〜140.0%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のSn分布及びPb分布を均質にできる。   When the target value of the Pb content is 90.0% by mass and the target value of the Sn content is 10.0% by mass, the allowable range of the Sn content and the concentration ratio is 9.74% by mass. (Concentration ratio 97.4%) to 11.20 mass% (concentration ratio 112.0%), and the Sn concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 70.0 to 140.0%. The Sn distribution and the Pb distribution in the layer 3 can be made uniform.

更に、Pbの含有量の目標値が37.0質量%、Snの含有量の目標値が63.0質量%である場合、Snの含有量及び濃度比率の許容範囲としては61.30質量%(濃度比率97.3%)〜70.02質量%(濃度比率111.1%)であり、Snの濃度比率を70.0〜140.0%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のSn分布及びPb分布を均質にできる。   Further, when the target value of the Pb content is 37.0% by mass and the target value of the Sn content is 63.0% by mass, the allowable range of the Sn content and the concentration ratio is 61.30% by mass. (Concentration ratio 97.3%) to 70.02% by mass (concentration ratio 111.1%), and the Sn concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 70.0 to 140.0%. The Sn distribution and the Pb distribution in the layer 3 can be made uniform.

また、Pbの含有量の目標値が37.0質量%、Snの含有量の目標値が60.0質量%である場合、Snの含有量及び濃度比率の許容範囲としては55.83質量%(濃度比率93.1%)〜63.10質量%(濃度比率105.2%)であり、Snの濃度比率を70.0〜140.0%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のSn分布及びPb分布を均質にできる。   When the target value of the Pb content is 37.0% by mass and the target value of the Sn content is 60.0% by mass, the allowable range of the Sn content and the concentration ratio is 55.83% by mass. (Concentration ratio 93.1%) to 63.10% by mass (concentration ratio 105.2%), and the Sn concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 70.0 to 140.0%. The Sn distribution and the Pb distribution in the layer 3 can be made uniform.

なお、許容範囲とは、この範囲内にあれば、問題なくバンプ形成等のはんだ付けを行い得る範囲をいう。また、濃度比率(%)とは目標とする含有量(質量%)に対する計測値(質量%)、あるいは目標とする含有量(質量%)に対する計測値の平均の値(質量%)の比率(%)をいう。すなわち、濃度比率(%)は、
濃度比率(%)=(計測値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100
あるいは、
濃度比率(%)=(計測値の平均の値(質量%)/目標とする含有量(質量
%))×100
として表することができる。
Note that the allowable range is a range within which soldering such as bump formation can be performed without any problem as long as the range is within this range. The concentration ratio (%) is a ratio of a measured value (% by mass) to a target content (% by mass) or a ratio of an average value (% by mass) of the measured value to a target content (% by mass) ( %). That is, the concentration ratio (%)
Concentration ratio (%) = (measured value (% by mass) / target content (% by mass)) × 100
Or
Concentration ratio (%) = (average value of measured values (% by mass) / target content (% by mass)) × 100
Can be expressed as

Sn及びPbの濃度比率は、90.0〜110.0%の範囲内であることがより好ましい。また、Sn,Pbからなるはんだ層3中にはそれ以外の添加元素を添加しても、Sn及びPbの濃度比率を70.0〜140.0、より好ましくは、90.0〜110.0%の所定範囲内で制御することができる。   The concentration ratio of Sn and Pb is more preferably in the range of 90.0 to 110.0%. Further, even if other additive elements are added to the solder layer 3 composed of Sn and Pb, the concentration ratio of Sn and Pb is set to 70.0 to 140.0, more preferably 90.0 to 110.0. % Can be controlled within a predetermined range.

添加元素としては、Ag、Ni、Ge、Ga、In、Zn、Fe、Bi、Sb、Au、Pd、Coなどのうち一種または二種以上使用することが考えられる。   As the additive element, one, two or more of Ag, Ni, Ge, Ga, In, Zn, Fe, Bi, Sb, Au, Pd, and Co may be used.

上述したように、はんだ層3中のSn、Pbの含有量は、Snの目標値の5.0質量%に対して許容範囲として3.61質量%(濃度比率72.2%)〜6.88質量%(濃度比率137.6%)程度が好ましい。また、Snの目標値の10.0質量%に対して許容範囲として9.74質量%(濃度比率97.4%)〜11.20質量%(濃度比率112.0%)程度が好ましい。更に、Snの目標値の63.0質量%に対して許容範囲として61.30質量%(濃度比率97.3%)〜70.02質量%(濃度比率111.1%)程度が好ましい。また、Snの目標値の60.0質量%に対して許容範囲として55.83質量%(濃度比率93.1%)〜63.10質量%(濃度比率105.2%)程度が好ましい。   As described above, the contents of Sn and Pb in the solder layer 3 are 3.61% by mass (concentration ratio: 72.2%) to 6.6% as an allowable range with respect to the target value of 5.0% by mass of Sn. It is preferably about 88% by mass (concentration ratio: 137.6%). Further, it is preferable that the allowable range is about 9.74% by mass (concentration ratio: 97.4%) to 11.20% by mass (concentration ratio: 112.0%) with respect to the target value of 10.0% by mass of Sn. Further, the allowable range is preferably about 61.30% by mass (concentration ratio 97.3%) to 70.02% by mass (concentration ratio 111.1%) with respect to the target value of Sn of 63.0% by mass. Further, the allowable range is preferably about 55.83% by mass (concentration ratio 93.1%) to 63.10% by mass (concentration ratio 105.2%) with respect to the target value of 60.0% by mass of Sn.

はんだ層3の厚みは、Cuボール1の粒径によっても相違するが、十分なはんだ接合量を確保するために径方向の片側100μm以下が好ましい。はんだ層は、電気めっき法、溶融めっき法で形成できるが、Cu核ボールの真球度の低下を抑制するため、電気めっき法で形成することが好ましい。   The thickness of the solder layer 3 varies depending on the particle size of the Cu ball 1, but is preferably 100 μm or less on one side in the radial direction to secure a sufficient amount of solder joint. The solder layer can be formed by an electroplating method or a hot-dip plating method, but is preferably formed by an electroplating method in order to suppress a decrease in the sphericity of the Cu core ball.

Sn及びPbの濃度分布が均質なはんだ層を形成するため、アノード電極とカソード電極との間に所定の直流電圧が印加されると共に、Cuボールを揺動させながら、液中のPb濃度が均一となるように調整して電気めっき処理を行うことで、めっき液の濃度がはんだめっき層形成中、一定となるように制御される。   In order to form a solder layer having a uniform Sn and Pb concentration distribution, a predetermined DC voltage is applied between the anode electrode and the cathode electrode, and the Pb concentration in the liquid is made uniform while oscillating the Cu ball. By performing the electroplating process so as to satisfy the following condition, the concentration of the plating solution is controlled to be constant during the formation of the solder plating layer.

めっき液の濃度をはんだめっき層形成中、一定となるように制御した電気めっき処理によるはんだ層3の生成過程において、はんだ層3の厚みを逐一モニターし、この例でははんだ層3の厚みが所定値ずつ順次増加したときのCu核ボールをその都度サンプルとして採集する。採集したサンプルは洗浄してから乾燥させた上で、粒径を計測する。   During the formation of the solder layer 3 by the electroplating process in which the concentration of the plating solution is controlled to be constant during the formation of the solder plating layer, the thickness of the solder layer 3 is monitored one by one. The Cu core balls, which are sequentially increased by value, are collected as samples each time. The collected sample is washed and dried, and the particle size is measured.

計測タイミングのCu核ボールの粒径が、目的の値となっているときのはんだ層中のPbの含有量を順次測定すると、はんだ層が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのPbの含有量は、直前の含有量とほぼ同じ値となっていることが判った。従って、Pbの濃度分布はめっき厚に対して均質(均等)となっており、濃度勾配が無いことが理解できる。以上のように、膜厚は均一にコントロールできる反面、濃度が不均質となってしまう電気めっきの問題点を、Pb濃度比率が所定の範囲内に収まるように、はんだ層中のPb濃度をコントロールすることで、Pbが均質に分布するはんだ層を有するCu核ボールが得られる。   When the Pb content in the solder layer when the particle size of the Cu core ball at the measurement timing is a target value is sequentially measured, even if the solder layer is sequentially increased by a predetermined thickness, the Pb The content was found to be almost the same value as the content immediately before. Therefore, it can be understood that the Pb concentration distribution is uniform (uniform) with respect to the plating thickness, and there is no concentration gradient. As described above, although the film thickness can be controlled uniformly, the problem of electroplating that the concentration becomes non-uniform is solved by controlling the Pb concentration in the solder layer so that the Pb concentration ratio falls within a predetermined range. By doing so, a Cu core ball having a solder layer in which Pb is uniformly distributed is obtained.

なお、Snに比較してPbの含有量が多い場合、Sn及びPbの濃度分布が均質なはんだ層を形成するため、アノード電極とカソード電極との間に所定の直流電圧が印加されると共に、Cuボールを揺動させながら、液中のSn濃度が均一となるように調整して電気めっき処理を行うことで、めっき液の濃度がはんだめっき層形成中、一定となるように制御される。   When the content of Pb is larger than that of Sn, a predetermined DC voltage is applied between the anode electrode and the cathode electrode to form a solder layer in which the concentration distribution of Sn and Pb is uniform, By performing electroplating while adjusting the Sn concentration in the solution to be uniform while oscillating the Cu ball, the concentration of the plating solution is controlled to be constant during the formation of the solder plating layer.

計測タイミングのCu核ボールの粒径が、目的の値となっているときのはんだ層中のSnの含有量を順次測定すると、はんだ層が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのSnの含有量は、直前の含有量とほぼ同じ値となっていることが判った。従って、Snの濃度分布はめっき厚に対して均質(均等)となっており、濃度勾配が無いことが理解できる。以上のように、膜厚は均一にコントロールできる反面、濃度が不均質となってしまう電気めっきの問題点を、Sn濃度比率が所定の範囲内に収まるように、はんだ層中のSn濃度をコントロールすることで、Snが均質に分布するはんだ層を有するCu核ボールが得られる。   When the Sn content in the solder layer when the particle size of the Cu core ball at the measurement timing is the target value is sequentially measured, even if the solder layer is sequentially increased by a predetermined thickness, the Sn content at that time is increased. The content was found to be almost the same value as the content immediately before. Therefore, it can be understood that the Sn concentration distribution is uniform (uniform) with respect to the plating thickness and there is no concentration gradient. As described above, although the film thickness can be controlled uniformly, the problem of electroplating in which the concentration becomes non-uniform is controlled by controlling the Sn concentration in the solder layer so that the Sn concentration ratio falls within a predetermined range. By doing so, a Cu core ball having a solder layer in which Sn is uniformly distributed is obtained.

図4はCu核ボールの拡大断面図である。図4では、Cuボール1を金属層2で被覆し、金属層2をはんだ層3で被覆したCu核ボール11Bを示す。図4から明らかなように、はんだ層3はSnとPbが均質に混在しながら成長した過程がよく分かる。   FIG. 4 is an enlarged sectional view of the Cu core ball. FIG. 4 shows a Cu core ball 11B in which the Cu ball 1 is covered with the metal layer 2 and the metal layer 2 is covered with the solder layer 3. As is clear from FIG. 4, the process in which the solder layer 3 grew while Sn and Pb were homogeneously mixed was well understood.

また、Cu核ボール11A、11Bを被覆するはんだ層3の最表面が単一金属の状態に近いほど、結晶粒が大きくなるため、Cu核ボールの真球度は低下する傾向にある。これに対し、はんだ層中のSn、Pbがほぼ均質に分布した状態であるので、はんだ層の最表面が単一金属ではなく、合金状態となり、結晶粒が小さくなる。これにより、Cu核ボールの真球度が高く、0.99以上である。Cu核ボールの真球度が0.95以上であると、Cu核ボールを電極に搭載してリフローを行う際、Cu核ボールが位置ずれを起こすことが抑制され、セルフアライメント性が向上する。   Also, the closer the outermost surface of the solder layer 3 covering the Cu core balls 11A and 11B is to a single metal state, the larger the crystal grains, and thus the sphericity of the Cu core balls tends to decrease. On the other hand, since Sn and Pb in the solder layer are in a state of being substantially uniformly distributed, the outermost surface of the solder layer is not a single metal but an alloy state, and the crystal grains are small. Thereby, the sphericity of the Cu core ball is high and is 0.99 or more. When the sphericity of the Cu core ball is 0.95 or more, when the Cu core ball is mounted on the electrode and reflow is performed, the displacement of the Cu core ball is suppressed, and the self-alignment property is improved.

はんだ層中のSn、Pbの濃度は、はんだ層の厚みが成長してもほぼ同じ状態を維持していることから、はんだ層中のSn、Pbはほぼ均質に分布した状態で成長していることが明らかとなった。Sn、Pb濃度が所期の値内に収まるようにめっき液中のSn、Pb濃度が均質にされた状態でめっき処理が行われる。この例では、はんだ層中のSnの含有量としては5.0質量%、10.0質量%、60.0質量%または63.0質量%を目標値としているので、目標値に到達するようにめっき液中のSn濃度が制御される。   Since the concentrations of Sn and Pb in the solder layer maintain almost the same state even when the thickness of the solder layer grows, the Sn and Pb in the solder layer grow in a state of being substantially uniformly distributed. It became clear. The plating process is performed in a state where the Sn and Pb concentrations in the plating solution are made uniform so that the Sn and Pb concentrations fall within expected values. In this example, the target value of the Sn content in the solder layer is 5.0% by mass, 10.0% by mass, 60.0% by mass or 63.0% by mass, so that the target value is reached. Then, the Sn concentration in the plating solution is controlled.

はんだ層中のSn、Pbの濃度分布を所期値に収めるためには、電圧・電流制御を行いながらめっき処理がなされる。このようなめっき処理によってはんだ層中のSn、Pbの分布を所期値に維持することができる。   In order to keep the concentration distribution of Sn and Pb in the solder layer within a desired value, plating is performed while controlling voltage and current. By such a plating treatment, the distribution of Sn and Pb in the solder layer can be maintained at a desired value.

Cu核ボール11A、11Bは、はんだ層3に低α線量のはんだ合金を使用することで、低α線のCu核ボール11A、11Bを構成しても良い。   The Cu core balls 11A and 11B may be configured by using a low α dose solder alloy for the solder layer 3 to form the low α ray Cu core balls 11A and 11B.

次に、本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bにおいて、Cuボール1を被覆する金属層2について説明する。   Next, the metal layer 2 that covers the Cu ball 1 in the Cu core ball 11B according to the second embodiment of the present invention will be described.

・金属層
金属層2は、例えば、Niめっき層、Coめっき層、Feめっき層、Pdめっき層、またはNi、Co、Fe、Pdの元素を2以上含むめっき層(単層もしくは複数層)からなる。金属層2は、Cu核ボール11Bがはんだバンプに用いられる際にはんだ付けの温度で溶融せずに残り、はんだ継手の高さに寄与することから、真球度が高くて直径のバラツキが少なく構成される。また、ソフトエラーを抑制する観点から、α線量が低くなるように構成される。
-Metal layer The metal layer 2 includes, for example, a Ni plating layer, a Co plating layer, an Fe plating layer, a Pd plating layer, or a plating layer (single layer or plural layers) containing two or more elements of Ni, Co, Fe, and Pd. Become. When the Cu core ball 11B is used as a solder bump, the metal layer 2 remains without melting at the soldering temperature and contributes to the height of the solder joint. Therefore, the sphericity is high and the variation in diameter is small. Be composed. In addition, from the viewpoint of suppressing the soft error, the configuration is such that the α dose is reduced.

・金属層の組成及び膜厚
金属層2の組成は、単一のNi、Co、FeまたはPdにより金属層2を構成した場合、不可避不純物を除けば、Ni、Co、Fe、Pdが100%である。また、金属層2に使用する金属は単一金属に限られず、Ni、Co、FeまたはPdの中から2元素以上を組み合わせた合金を使用しても良い。更に、金属層2は、単一のNi、Co、FeまたはPdにより構成した層、及び、Ni、Co、FeまたはPdの中から2元素以上を組み合わせた合金による層を適宜組み合わせた複数の層で構成しても良い。金属層2の膜厚T2は、例えば1μm〜20μmである。
The composition and thickness of the metal layer The composition of the metal layer 2 is 100% Ni, Co, Fe, and Pd when the metal layer 2 is composed of a single Ni, Co, Fe, or Pd, except for inevitable impurities. It is. Further, the metal used for the metal layer 2 is not limited to a single metal, and an alloy in which two or more elements are combined from Ni, Co, Fe, or Pd may be used. Further, the metal layer 2 is composed of a single layer made of Ni, Co, Fe or Pd, and a plurality of layers formed by appropriately combining layers made of an alloy of two or more of Ni, Co, Fe or Pd. May be configured. The thickness T2 of the metal layer 2 is, for example, 1 μm to 20 μm.

・Cu核ボールのα線量:0.0200cph/cm以下
本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11A及び第2の実施の形態のCu核ボール11Bのα線量は0.0200cph/cm以下であることが好ましい。これは、電子部品の高密度実装においてソフトエラーが問題にならない程度のα線量である。本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aのα線量は、Cu核ボール11Aを構成するはんだ層3のα線量が0.0200cph/cm以下であることにより達成される。従って、本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11Aは、このようなはんだ層3で被覆されているために低いα線量を示す。本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bのα線量は、Cu核ボール11Bを構成する金属層2とはんだ層3のα線量が0.0200cph/cm以下であることにより達成される。従って、本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bは、このような金属層2及びはんだ層3で被覆されているために低いα線量を示す。α線量は、更なる高密度実装でのソフトエラーを抑制する観点から、好ましくは0.0100cph/cm以下であり、より好ましくは0.0050cph/cm以下であり、さらに好ましくは0.0020cph/cm以下であり、最も好ましくは0.0010cph/cm以下である。金属層2及びはんだ層3のU及びThの含有量は、Cuボール1のα線量を0.0200cph/cm以下とするため、各々5ppb以下である。また、現在または将来の高密度実装でのソフトエラーを抑制する観点から、U及びThの含有量は、好ましくは、各々2ppb以下である。
Α dose of Cu core ball: 0.0200 cph / cm 2 or less The α dose of Cu core ball 11A of the first embodiment of the present invention and Cu core ball 11B of the second embodiment is 0.0200 cph / cm 2. cm 2 or less. This is an amount of α that does not cause a soft error in high-density mounting of electronic components. The α dose of the Cu core ball 11A of the first embodiment according to the present invention is achieved when the α dose of the solder layer 3 constituting the Cu core ball 11A is 0.0200 cph / cm 2 or less. Therefore, since the Cu core ball 11A of the first embodiment according to the present invention is covered with such a solder layer 3, it exhibits a low α dose. The α dose of the Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention is achieved by setting the α dose of the metal layer 2 and the solder layer 3 constituting the Cu core ball 11B to 0.0200 cph / cm 2 or less. Is done. Therefore, the Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention exhibits a low α dose since it is covered with the metal layer 2 and the solder layer 3. The α dose is preferably 0.0100 cph / cm 2 or less, more preferably 0.0050 cph / cm 2 or less, and still more preferably 0.0020 cph, from the viewpoint of suppressing soft errors in further high-density mounting. / Cm 2 or less, and most preferably 0.0010 cph / cm 2 or less. The U and Th contents of the metal layer 2 and the solder layer 3 are each 5 ppb or less in order to keep the α dose of the Cu ball 1 at 0.0200 cph / cm 2 or less. From the viewpoint of suppressing soft errors in current or future high-density mounting, the contents of U and Th are each preferably 2 ppb or less.

・Cuボール核の真球度:0.95以上
Cuボール1をはんだ層3で被覆した本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11A、及び、Cuボール1を金属層2及びはんだ層3で被覆した本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bの真球度は、0.95以上であることが好ましく、真球度が0.98以上であることがより好ましく、0.99以上であることが更により好ましい。Cu核ボール11A、11Bの真球度が0.95未満であると、Cu核ボール11A、11Bが不定形状になるため、Cu核ボール11A、11Bを電極に搭載してリフローを行う際、Cu核ボール11A、11Bが位置ずれを起こしてしまい、セルフアライメント性も悪化する。Cu核ボール11A、11Bの真球度が0.95以上であれば、Cu核ボール11A、11Bを半導体チップ10の電極100等に実装した際のセルフアライメント性を確保できる。そして、Cuボール1の真球度も0.95以上であることで、Cu核ボール11A、11Bは、Cuボール1及び金属層2がはんだ付けの温度で溶融しないため、はんだ継手50における高さのばらつきを抑制できる。これにより、半導体チップ10及びプリント基板40の接合不良を確実に防止できる。
The sphericity of the Cu ball core: 0.95 or more The Cu core ball 11A according to the first embodiment of the present invention in which the Cu ball 1 is covered with the solder layer 3, and the Cu ball 1 is the metal layer 2 and the solder The sphericity of the Cu core ball 11B according to the second embodiment of the present invention covered with the layer 3 is preferably 0.95 or more, and more preferably 0.98 or more. , 0.99 or more. If the sphericity of the Cu core balls 11A and 11B is less than 0.95, the Cu core balls 11A and 11B have an irregular shape. Therefore, when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on the electrodes and reflow is performed, Cu The core balls 11A and 11B are displaced, and the self-alignment is deteriorated. When the sphericity of the Cu core balls 11A and 11B is 0.95 or more, self-alignment when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on the electrode 100 of the semiconductor chip 10 or the like can be ensured. Since the sphericity of the Cu ball 1 is also 0.95 or more, the Cu core balls 11A and 11B have a height in the solder joint 50 because the Cu ball 1 and the metal layer 2 do not melt at the soldering temperature. Can be suppressed. Thereby, the bonding failure between the semiconductor chip 10 and the printed board 40 can be reliably prevented.

・金属層のバリア機能
リフロー時において、Cu核ボールと電極間を接合するために使用するはんだ(ペースト)中にCuボールのCuが拡散すると、はんだ層中及び接続界面に硬くて脆いCuSn、CuSnの金属間化合物が多量に形成され、衝撃を受けたときに亀裂が進展し、接続部を破壊してしまう可能性がある。そのため、十分な接続強度を得るために、CuボールからはんだへのCuの拡散を抑制(バリア)できるようにすると良い。そこで、第2の実施の形態のCu核ボール11Bでは、バリア層として機能する金属層2をCuボール1の表面に形成するので、Cuボール1のCuがペーストのはんだ中に拡散することを抑制できる。
-Barrier function of metal layer At the time of reflow, when Cu of the Cu ball diffuses in the solder (paste) used for joining the Cu core ball and the electrode, hard and brittle Cu 6 Sn is present in the solder layer and the connection interface. 5 , a large amount of Cu 3 Sn intermetallic compound may be formed, cracks may develop when subjected to impact, and the connection may be broken. Therefore, in order to obtain a sufficient connection strength, it is preferable to suppress (barrier) the diffusion of Cu from the Cu ball into the solder. Therefore, in the Cu core ball 11B of the second embodiment, since the metal layer 2 functioning as a barrier layer is formed on the surface of the Cu ball 1, diffusion of Cu of the Cu ball 1 into the paste solder is suppressed. it can.

・はんだペースト、フォームはんだ、はんだ継手
また、Cu核ボール11AまたはCu核ボール11Bをはんだに含有させることによりはんだペーストを構成することもできる。Cu核ボール11AまたはCu核ボール11Bをはんだ中に分散させることで、フォームはんだを構成することができる。Cu核ボール11AまたはCu核ボール11Bは、電極間を接合するはんだ継手の形成に使用することもできる。
-Solder paste, foam solder, solder joint Also, a solder paste can be formed by including Cu core ball 11A or Cu core ball 11B in the solder. By dispersing the Cu core ball 11A or Cu core ball 11B in the solder, a foam solder can be formed. The Cu core ball 11A or Cu core ball 11B can also be used for forming a solder joint for joining between electrodes.

・Cuボールの製造方法
次に、Cuボール1の製造方法の一例を説明する。金属材料の一例とし、Cu材をセラミックのような耐熱性の板(以下、「耐熱板」という。)に置き、耐熱板とともに炉中で加熱する。耐熱板には底部が半球状となった多数の円形の溝が設けられている。溝の直径や深さは、Cuボール1の粒径に応じて適宜設定されており、例えば、直径0.8mm、深さ0.88mmである。また、Cu細線が切断されて得られたチップ形状のCu材を、耐熱板の溝内に一個ずつ投入する。溝内にCu材が投入された耐熱板は、アンモニア分解ガスが充填された炉内で1100〜1300℃に昇温され、30〜60分間加熱処理される。このとき炉内温度がCuの融点以上になると、Cu材は溶融して球状となる。その後、炉内が冷却され、耐熱板の溝内でCuボール1が急冷されることで成形される。
Next, an example of a method of manufacturing the Cu ball 1 will be described. As an example of a metal material, a Cu material is placed on a heat-resistant plate such as a ceramic (hereinafter, referred to as a “heat-resistant plate”) and heated in a furnace together with the heat-resistant plate. The heat-resistant plate is provided with a large number of circular grooves having a hemispherical bottom. The diameter and depth of the groove are appropriately set according to the particle size of the Cu ball 1, and are, for example, 0.8 mm in diameter and 0.88 mm in depth. Further, chip-shaped Cu materials obtained by cutting the Cu fine wires are put into the grooves of the heat-resistant plate one by one. The heat-resistant plate having the groove filled with the Cu material is heated to 1100 to 1300 ° C. in a furnace filled with an ammonia decomposition gas, and is heat-treated for 30 to 60 minutes. At this time, when the furnace temperature becomes equal to or higher than the melting point of Cu, the Cu material is melted and becomes spherical. Thereafter, the inside of the furnace is cooled, and the Cu balls 1 are rapidly cooled in the grooves of the heat-resistant plate to be formed.

また、別の方法としては、るつぼの底部に設けられたオリフィスから溶融Cuが滴下され、この液滴が室温(例えば25℃)まで急冷されてCuボール1が造球されるアトマイズ法や、熱プラズマがCuカットメタルを1000℃以上に加熱して造球する方法がある。   Further, as another method, an atomizing method in which molten Cu is dropped from an orifice provided at the bottom of the crucible and the droplet is rapidly cooled to room temperature (for example, 25 ° C.) to form a Cu ball 1 or heat, There is a method in which plasma is used to heat a Cu cut metal to 1000 ° C. or more to form a ball.

Cuボール1の製造方法では、Cuボール1を造球する前にCuボール1の原料であるCu材を800〜1000℃で加熱処理してもよい。   In the method of manufacturing the Cu ball 1, a Cu material, which is a raw material of the Cu ball 1, may be subjected to a heat treatment at 800 to 1000 ° C. before forming the Cu ball 1.

Cuボール1の原料であるCu材としては、例えばナゲット材、ワイヤー材、板材等を用いることができる。Cu材の純度は、Cuボール1の純度を下げすぎないようにする観点から4N5超6N以下でよい。   As a Cu material which is a raw material of the Cu ball 1, for example, a nugget material, a wire material, a plate material, or the like can be used. The purity of the Cu material may be more than 4N5 and 6N or less from the viewpoint of not lowering the purity of the Cu ball 1 too much.

このように高純度のCu材を用いる場合には、前述の加熱処理を行わず、溶融Cuの保持温度を従来と同様に1000℃程度に下げてもよい。このように、前述の加熱処理はCu材の純度やα線量に応じて適宜省略や変更されてもよい。また、α線量の高いCuボール1や異形のCuボール1が製造された場合には、これらのCuボール1を原料として再利用してもよく、更にα線量を低下させることができる。   When a high-purity Cu material is used as described above, the holding temperature of the molten Cu may be reduced to about 1000 ° C. as in the related art without performing the above-described heat treatment. As described above, the above-described heat treatment may be omitted or changed as appropriate according to the purity of the Cu material and the α dose. Further, when the Cu ball 1 or the deformed Cu ball 1 having a high α dose is manufactured, the Cu ball 1 may be reused as a raw material, and the α dose can be further reduced.

Cuボール1にはんだ層3を形成する方法としては、上述した電気めっき法もしくは無電解めっき法を採用することができる。   As a method of forming the solder layer 3 on the Cu ball 1, the above-described electroplating method or electroless plating method can be adopted.

Cuボール1に金属層2を形成する方法としては、公知の電気めっき法等の方法を採用することができる。例えば、Niめっき層を形成する場合、Niめっきの浴種に対し、Ni地金もしくはNi金属塩を使用してNiめっき液を調整し、この調整したNiめっき液にCuボール1を浸漬し、析出させることでCuボール1の表面にNiめっき層を形成する。また、Niめっき層等の金属層2を形成する他の方法として、公知の無電解めっき法等を採用することもできる。金属層2の表面にSn合金によるはんだ層3を形成する場合、上述した電気めっき法もしくは無電解めっき法を採用することができる。   As a method of forming the metal layer 2 on the Cu ball 1, a known method such as an electroplating method can be adopted. For example, in the case of forming a Ni plating layer, a Ni plating solution is adjusted using Ni metal or a Ni metal salt for the Ni plating bath type, and the Cu ball 1 is immersed in the adjusted Ni plating solution. By depositing, a Ni plating layer is formed on the surface of the Cu ball 1. Further, as another method for forming the metal layer 2 such as the Ni plating layer, a known electroless plating method or the like can be adopted. When the solder layer 3 of the Sn alloy is formed on the surface of the metal layer 2, the above-described electroplating method or electroless plating method can be employed.

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下の表1、表2に示す組成で実施例1〜19及び比較例1〜12のCuボールを作製し、このCuボールの真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性を測定した。   EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. Cu balls of Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 12 were produced with the compositions shown in Tables 1 and 2 below, and the sphericity, Vickers hardness, α dose and discoloration resistance of the Cu balls were measured. .

また、上述した実施例1〜19のCuボールを、表3に示す組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層で被覆して実施例1A〜19AのCu核ボールを作製し、このCu核ボールの真球度を測定した。更に、上述した実施例1〜19のCuボールを金属層及び表4に示す組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層で被覆して実施例1B〜19BのCu核ボールを作製し、このCu核ボールの真球度を測定した。   The Cu core balls of Examples 1A to 19A were prepared by coating the Cu balls of Examples 1 to 19 described above with a solder layer of the solder alloy of Composition Examples 1 to 4 shown in Table 3. Was measured for sphericity. Further, the Cu balls of Examples 1B to 19B were produced by coating the Cu balls of Examples 1 to 19 with a metal layer and a solder layer of the solder alloy of Composition Examples 1 to 4 shown in Table 4. The sphericity of the nuclear ball was measured.

また、上述した比較例1〜12のCuボールを、表5に示す組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層で被覆して比較例1A〜12AのCu核ボールを作製し、このCu核ボールの真球度を測定した。また、上述した比較例1〜12のCuボールを金属層及び表6に示す組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層で被覆して比較例1B〜12BのCu核ボールを作製し、このCu核ボールの真球度を測定した。   The Cu core balls of Comparative Examples 1A to 12A were prepared by coating the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 with a solder layer of the solder alloy of Composition Examples 1 to 4 shown in Table 5. Was measured for sphericity. The Cu balls of Comparative Examples 1B to 12B were prepared by coating the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 with a metal layer and a solder layer of the solder alloy of Composition Examples 1 to 4 shown in Table 6. The sphericity of the nuclear ball was measured.

下記の表中、単位のない数字は、質量ppmまたは質量ppbを示す。詳しくは、表中のFe、Ag、Ni、P、S、Sb、Bi、Zn、Al、As、Cd、Pb、In、Sn、Auの含有割合を示す数値は、質量ppmを表す。「<1」は、該当する不純物元素のCuボールに対する含有割合が、1質量ppm未満であることを示す。また、表中のU、Thの含有割合を示す数値は、質量ppbを表す。「<5」は、該当する不純物元素のCuボールに対する含有割合が、5質量ppb未満であることを示す。「不純物合計量」は、Cuボールが含有する不純物元素の合計割合を示す。   In the table below, numbers without units indicate mass ppm or mass ppb. Specifically, numerical values indicating the content ratios of Fe, Ag, Ni, P, S, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, and Au in the table represent mass ppm. “<1” indicates that the content ratio of the corresponding impurity element to the Cu ball is less than 1 ppm by mass. The numerical values indicating the content ratio of U and Th in the table represent mass ppb. “<5” indicates that the content ratio of the corresponding impurity element to the Cu ball is less than 5 mass ppb. The “total amount of impurities” indicates the total ratio of impurity elements contained in the Cu ball.

・Cuボールの作製
Cuボールの作製条件を検討した。金属材料の一例のCu材として、ナゲット材を準備した。実施例1〜13、19と、比較例1〜12のCu材として、純度が6Nのものを使用し、実施例14〜18のCu材として、純度が5Nのものを使用した。各Cu材を、るつぼの中に投入した後、るつぼの温度を1200℃に昇温し、45分間加熱してCu材を溶融させ、るつぼ底部に設けたオリフィスから溶融Cuを滴下し、生成した液滴を室温(18℃)まで急冷してCuボールに造球した。これにより、平均粒径が下記の各表に示す値となるCuボールを作製した。元素分析は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS分析)やグロー放電質量分析(GD−MS分析)を用いると高精度に分析ができるが、本例では、ICP−MS分析により行った。Cuボールの球径は、実施例1〜実施例19、比較例1〜12とも250μmとした。
-Preparation of Cu ball The preparation conditions of the Cu ball were examined. A nugget material was prepared as a Cu material as an example of a metal material. In Examples 1 to 13 and 19 and Comparative Examples 1 to 12, Cu materials having a purity of 6N were used, and Cu materials in Examples 14 to 18 having a purity of 5N were used. After putting each Cu material into the crucible, the temperature of the crucible was raised to 1200 ° C., heated for 45 minutes to melt the Cu material, and molten Cu was dropped from the orifice provided at the bottom of the crucible to form. The droplet was rapidly cooled to room temperature (18 ° C.) and formed into a Cu ball. As a result, Cu balls having an average particle diameter having values shown in the following tables were produced. Elemental analysis can be performed with high accuracy by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS analysis) or glow discharge mass spectrometry (GD-MS analysis). In this example, however, ICP-MS analysis was used. The ball diameter of the Cu ball was 250 μm in each of Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 12.

・Cu核ボールの作製
上述した実施例1〜19のCuボールを使用して、実施例1A〜19Aについては、片側23μmの厚さで組成例1〜4のはんだ合金により電気めっき法によるはんだ層を形成して実施例1A〜19AのCu核ボールを作製した。
-Production of Cu core ball Using the Cu balls of Examples 1 to 19 described above, for Examples 1A to 19A, a solder layer formed by electroplating with a solder alloy of Composition Examples 1 to 4 at a thickness of 23 µm on one side. Was formed to produce Cu core balls of Examples 1A to 19A.

また、上述した実施例1〜19のCuボールを使用して、実施例1B〜19Bについては、金属層として片側2μmの厚さでNiめっき層を形成し、更に、片側23μmの厚さで組成例1〜4のはんだ合金により電気めっき法によるはんだ層を形成して実施例1B〜19Bを作製した。   Also, using the Cu balls of Examples 1 to 19 described above, for Examples 1B to 19B, a Ni plating layer was formed as a metal layer with a thickness of 2 μm on one side, and further a composition was formed with a thickness of 23 μm on one side. Examples 1B to 19B were prepared by forming a solder layer by an electroplating method using the solder alloys of Examples 1 to 4.

更に、上述した比較例1〜12のCuボールを使用して、片側23μmの厚さで組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層を形成して比較例1A〜12AのCu核ボールを作製した。また、上述した比較例1〜12のCuボールを使用して、金属層として片側2μmの厚さでNiめっき層を形成し、更に、片側23μmの厚さで組成例1〜4のはんだ合金によるはんだ層を形成して比較例1B〜12BのCu核ボールを作製した。   Further, using the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 described above, a solder layer of the solder alloy of Composition Examples 1 to 4 was formed at a thickness of 23 μm on one side to produce Cu core balls of Comparative Examples 1A to 12A. . Further, using the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 described above, a Ni plating layer was formed with a thickness of 2 μm on one side as a metal layer, and further, a solder alloy of Composition Examples 1 to 4 was formed with a thickness of 23 μm on one side. The Cu core ball of Comparative Examples 1B-12B was produced by forming a solder layer.

以下に、Cuボール及びCu核ボールの真球度、Cuボールのα線量、ビッカース硬さ及び耐変色性の各評価方法を詳述する。   Hereinafter, each evaluation method of the sphericity of the Cu ball and the Cu core ball, the α dose of the Cu ball, Vickers hardness, and discoloration resistance will be described in detail.

・真球度
Cuボール及びCu核ボールの真球度はCNC画像測定システムで測定した。装置は、ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョン、ULTRA QV350−PROである。
-Sphericity The sphericity of Cu balls and Cu core balls was measured by a CNC image measurement system. The device is an Ultra Quick Vision, ULTRA QV350-PRO manufactured by Mitutoyo Corporation.

[真球度の評価規準]
下記の各表において、Cuボール及びCu核ボールの真球度の評価規準は以下の通りとした。
○○〇:真球度が0.99以上であった
○〇:真球度が0.98以上0.99未満であった
〇:真球度が0.95以上0.98未満であった
×:真球度が0.95未満であった
[Evaluation criteria for sphericity]
In each of the following tables, evaluation criteria for the sphericity of Cu balls and Cu core balls were as follows.
〇: The sphericity was 0.99 or more ○ 〇: The sphericity was 0.98 or more and less than 0.99 〇: The sphericity was 0.95 or more and less than 0.98 ×: sphericity was less than 0.95

・ビッカース硬さ
Cuボールのビッカース硬さは、「ビッカース硬さ試験−試験方法 JIS Z2244」に準じて測定した。装置は、明石製作所製のマイクロビッカース硬度試験器、AKASHI微小硬度計MVK−F 12001−Qを使用した。
-Vickers hardness The Vickers hardness of the Cu ball was measured according to "Vickers hardness test-test method JIS Z2244". As a device, a micro Vickers hardness tester manufactured by Akashi Seisakusho, AKASHI micro hardness tester MVK-F 12001-Q was used.

[ビッカース硬さの評価基準]
下記の各表において、Cuボールのビッカース硬さの評価規準は以下の通りとした。
○:0HV超55.5HV以下であった
×:55.5HVを超えた
[Evaluation criteria for Vickers hardness]
In each of the following tables, evaluation criteria for Vickers hardness of Cu balls were as follows.
:: Over 0 HV and 55.5 HV or less ×: Over 55.5 HV

・α線量
Cuボールのα線量の測定方法は以下の通りである。α線量の測定にはガスフロー比例計数器のα線測定装置を用いた。測定サンプルは300mm×300mmの平面浅底容器にCuボールを容器の底が見えなくなるまで敷き詰めたものである。この測定サンプルをα線測定装置内に入れ、PR−10ガスフローにて24時間放置した後、α線量を測定した。
-Α dose The measuring method of the α dose of the Cu ball is as follows. An α-ray measuring device of a gas flow proportional counter was used for measurement of α-dose. The measurement sample is a 300 mm × 300 mm flat shallow container in which Cu balls are laid until the bottom of the container becomes invisible. This measurement sample was placed in an α-ray measuring apparatus, and allowed to stand in a PR-10 gas flow for 24 hours, after which the α dose was measured.

[α線量の評価基準]
下記の各表において、Cuボールのα線量の評価基準は以下の通りとした。
○:α線量が0.0200cph/cm以下であった
×:α線量が0.0200cph/cmを超えた
[Evaluation criteria for α dose]
In each of the following tables, the evaluation criteria for the α dose of Cu balls were as follows.
:: α dose was 0.0200 cph / cm 2 or less ×: α dose exceeded 0.0200 cph / cm 2

なお、測定に使用したPR−10ガス(アルゴン90%−メタン10%)は、PR−10ガスをガスボンベに充填してから3週間以上経過したものである。3週間以上経過したボンベを使用したのは、ガスボンベに進入する大気中のラドンによりα線が発生しないように、JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)で定められたJEDEC STANDARD−Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials JESD221に従ったためである。   The PR-10 gas (90% argon to 10% methane) used in the measurement is one that has passed three weeks or more after filling the gas cylinder with the PR-10 gas. The reason for using a cylinder that has passed for three weeks or more is that JEDEC STANDARD-Medical Measurement Medical Equipment Measurement Material specified by the JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) to prevent α-rays from being generated by radon in the atmosphere entering the gas cylinder. This is because JESD221 was followed.

・耐変色性
Cuボールの耐変色性の測定のために、Cuボールを大気雰囲気下の恒温槽を用いて200℃設定で420秒間加熱し、明度の変化を測定して、経時変化に十分に耐えられるCuボールであるか否かを評価した。明度は、コニカミノルタ製CM−3500d型分光測色計を使用して、D65光源、10度視野でJIS Z 8722「色の測定方法―反射及び透過物体色」に準じて分光透過率を測定して、色彩値(L*,a*,b*)から求めた。なお、(L*,a*,b*)は、JIS Z 8729「色の表示方法−L***表色系及びL***表色系」にて規定されているものである。L*は明度であり、a*は赤色度であり、b*は黄色度である。
・ Discoloration resistance To measure the discoloration resistance of the Cu ball, the Cu ball is heated for 420 seconds at a setting of 200 ° C. in a constant temperature bath in an air atmosphere, and the change in lightness is measured, and the change over time is sufficiently measured. It was evaluated whether the Cu ball could withstand. The lightness was measured using a Konica Minolta CM-3500d type spectrophotometer with a D65 light source and a 10-degree field of view, and the spectral transmittance was measured according to JIS Z 8722 “Color measurement method-reflection and transmission object color”. From the color values (L * , a * , b * ). Note that (L * , a * , b * ) is defined in JIS Z 8729 "Color Display Method-L * a * b * Color System and L * u * v * Color System". It is. L * is lightness, a * is redness, and b * is yellowness.

[耐変色性の評価基準]
下記の各表において、Cuボールの耐変色性の評価基準は以下の通りとした。
○:420秒後の明度が55以上であった
×:420秒後の明度が55未満であった。
[Discoloration resistance evaluation criteria]
In each of the following tables, the evaluation criteria for the discoloration resistance of Cu balls were as follows.
:: Lightness after 420 seconds was 55 or more ×: Lightness after 420 seconds was less than 55

・総合評価
上述した評価方法及び評価基準で真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性のいずれにおいても、○または○○または○○○であったCuボールを、総合評価における○とした。一方、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性のうち、いずれか1つでも×となったCuボールを、総合評価において×とした。
・ Comprehensive evaluation In the sphericity, Vickers hardness, α dose and discoloration resistance in the evaluation method and evaluation criteria described above, the Cu ball which was ○ or ○ or did. On the other hand, any one of the spheres, the Vickers hardness, the α dose and the discoloration resistance, was evaluated as “X” in the overall evaluation.

また、上述した評価方法及び評価基準で真球度が○または○○または○○○であったCu核ボールを、Cuボールにおける評価と合わせて総合評価における○とした。一方、真球度が×となったCu核ボールを、総合評価において×とした。また、Cu核ボールの評価で真球度が〇または○○または○○○であっても、Cuボールの評価で真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性のうち、いずれか1つでも×となったCu核ボールについては、総合評価を×とした。   Further, a Cu core ball having a sphericity of ○, ○, or ○ in the above-described evaluation method and evaluation criteria was evaluated as ○ in the overall evaluation together with the evaluation of the Cu ball. On the other hand, a Cu core ball having a sphericity of x was evaluated as x in the overall evaluation. Further, even if the sphericity of the Cu core ball was evaluated as Δ, ○, or ○, any one of the sphericity, Vickers hardness, α dose, and discoloration resistance was evaluated in the Cu ball evaluation. Regarding Cu core balls that were at least x, the overall evaluation was x.

なお、Cu核ボールのビッカース硬さは、はんだ層、金属層の一例であるNiめっき層に依存するため、Cu核ボールのビッカース硬さは評価していない。但し、Cu核ボールにおいて、Cuボールのビッカース硬さが、本発明で規定される範囲内であれば、Cu核ボールであっても、耐落下衝撃性も良好でクラックを抑制でき、電極潰れ等も抑制でき、更に、電気伝導性の劣化も抑制できる。   Since the Vickers hardness of the Cu core ball depends on the Ni plating layer which is an example of the solder layer and the metal layer, the Vickers hardness of the Cu core ball was not evaluated. However, as long as the Vickers hardness of the Cu core ball is within the range specified in the present invention, even if the Cu core ball is a ball, the ball has good drop impact resistance, can suppress cracking, and has a reduced electrode collapse. Can be suppressed, and furthermore, the deterioration of the electric conductivity can be suppressed.

一方、Cu核ボールにおいて、Cuボールのビッカース硬さが、本発明で規定される範囲を超えて大きい場合、外部からの応力に対する耐久性が低くなり、耐落下衝撃性が悪くなると共にクラックが発生し易くなるという課題が解決できない。   On the other hand, when the Vickers hardness of the Cu core ball is larger than the range specified in the present invention, the durability against external stress is reduced, the drop impact resistance is deteriorated, and cracks occur. The problem of becoming easy to solve cannot be solved.

このため、ビッカース硬さが55.5HVを超えた比較例8〜11のCuボールを使用したCu核ボールは、ビッカース硬さの評価に適さないので、総合評価を×とした。   For this reason, Cu core balls using the Cu balls of Comparative Examples 8 to 11 having Vickers hardness exceeding 55.5 HV are not suitable for evaluation of Vickers hardness.

また、Cu核ボールの耐変色性は、はんだ層、金属層の一例であるNiめっき層に依存するため、Cu核ボールの耐変色性は評価していない。但し、Cuボールの明度が、本発明で規定される範囲内であれば、Cuボール表面の硫化物や硫黄酸化物が抑制されており、はんだ層、Niめっき層等の金属層での被覆に適している。   In addition, since the discoloration resistance of the Cu core ball depends on the Ni plating layer which is an example of the solder layer and the metal layer, the discoloration resistance of the Cu core ball is not evaluated. However, if the lightness of the Cu ball is within the range specified in the present invention, sulfides and sulfur oxides on the Cu ball surface are suppressed, and the coating with a metal layer such as a solder layer or a Ni plating layer can be performed. Are suitable.

一方、Cuボールの明度が、本発明で規定される範囲を下回り低い場合、Cuボール表面の硫化物や硫黄酸化物が抑制されておらず、はんだ層、Niめっき層等の金属層での被覆に適さない。   On the other hand, if the lightness of the Cu ball is lower than the range specified in the present invention, the sulfide or sulfur oxide on the Cu ball surface is not suppressed, and the Cu ball is covered with a metal layer such as a solder layer or a Ni plating layer. Not suitable for

このため、420秒後の明度が55未満であった比較例1〜6のCuボールを使用したCu核ボールは、耐変色性の評価に適さないので、総合評価を×とした。   For this reason, Cu core balls using the Cu balls of Comparative Examples 1 to 6 whose lightness after 420 seconds were less than 55 were not suitable for the evaluation of the discoloration resistance.

また、Cu核ボールのα線量は、Cuボールを被覆するはんだ層を構成するめっき液原材料の組成、組成中の各元素に依存する。Cuボールを被覆する金属層の一例であるNiめっき層が設けられている場合、Ni層を構成するめっき液原材料にも依存する。   The α dose of the Cu core ball depends on the composition of the plating solution raw material constituting the solder layer covering the Cu ball and each element in the composition. When a Ni plating layer, which is an example of a metal layer covering a Cu ball, is provided, it also depends on a plating solution raw material forming the Ni layer.

Cuボールが本発明で規定された低α線量である場合、はんだ層、Niめっき層を構成するめっき液原材料が本発明で規定された低α線量であれば、Cu核ボールも本発明で規定された低α線量となる。これに対し、はんだ層、Niめっき層を構成するめっき液原材料が本発明で規定されたα線量を超えた高α線量であれば、Cuボールが上述した低α線量であっても、Cu核ボールも本発明で規定されたα線量を超えた高α線量となる。   When the Cu ball has a low α dose defined in the present invention, if the plating solution raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer is the low α dose defined in the present invention, the Cu core ball is also defined in the present invention. Low alpha dose. On the other hand, if the plating solution raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer is a high α dose exceeding the α dose specified in the present invention, even if the Cu ball has the low α dose described above, the Cu core The ball also has a high α dose exceeding the α dose specified in the present invention.

なお、はんだ層、Niめっき層を構成するめっき液原材料のα線量が本発明で規定される低α線量よりは若干高いα線量を示す場合、上述しためっきの行程で不純物が除去されることで、α線量が本発明で規定される低α線量の範囲にまで低減される。   In addition, when the α dose of the plating solution raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer shows a slightly higher α dose than the low α dose specified in the present invention, the impurities are removed in the plating process described above. , Α dose is reduced to the low α dose range defined in the present invention.

Figure 2019214761
Figure 2019214761

Figure 2019214761
Figure 2019214761

Figure 2019214761
Figure 2019214761

Figure 2019214761
Figure 2019214761

Figure 2019214761
Figure 2019214761

Figure 2019214761
Figure 2019214761

表1に示すように、4N5以上5N5以下の純度とした各実施例のCuボールは、いずれも総合評価において良好な結果を得られた。このことから、Cuボールの純度は、4N5以上5N5以下が好ましいといえる。   As shown in Table 1, the Cu balls of each example having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less obtained good results in the overall evaluation. From this, it can be said that the purity of the Cu ball is preferably 4N5 or more and 5N5 or less.

以下、評価の詳細について説明すると、実施例1〜12、18のように、純度が4N5以上5N5以下で、Fe、Ag又はNiを5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下含有するCuボールは、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。実施例13〜17、19に示すように、純度4N5以上5N5以下で、Fe、Ag及びNiを合計5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下含有するCuボールも、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。なお、表には示さないが、実施例1、18、19からそれぞれ、Feの含有量を0質量ppm以上5.0質量ppm未満に、Agの含有量を0pp以上5.0質量ppm未満に、Niの含有量を0質量ppm以上5.0質量ppm未満に変えて、Fe、Ag及びNiの合計を5.0質量ppm以上としたCuボールも、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。   The details of the evaluation will be described below. As in Examples 1 to 12, 18, a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and containing 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less of Fe, Ag, or Ni. Showed good results in the comprehensive evaluation of sphericity, Vickers hardness, α dose and discoloration resistance. As shown in Examples 13 to 17, 19, Cu balls having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and containing a total of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less of Fe, Ag, and Ni are also sphericity and Vickers hardness. Good results were obtained in the comprehensive evaluation of α-dose and discoloration resistance. In addition, although not shown in the table, from Examples 1, 18, and 19, the Fe content was reduced to 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, and the Ag content was reduced to 0 pp or more and less than 5.0 mass ppm, respectively. , Ni content is changed from 0 mass ppm or more to less than 5.0 mass ppm, and the Cu ball whose total of Fe, Ag and Ni is 5.0 mass ppm or more also has sphericity, Vickers hardness and α dose. Good results were obtained in the overall evaluation of discoloration resistance.

また、実施例18に示すように、Fe、Ag又はNiを5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下含有し、且つその他の不純物元素のSb、Bi、Zn、Al、As、Cd、Pb、In、Sn、Auがそれぞれ50.0質量ppm以下である実施例18のCuボールも、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。   Further, as shown in Example 18, Fe, Ag, or Ni is contained in an amount of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, and Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, and Pb of other impurity elements are contained. Also, the Cu ball of Example 18 in which each of In, Sn, and Au is 50.0 mass ppm or less also obtained good results in the comprehensive evaluation of sphericity, Vickers hardness, α dose, and discoloration resistance.

Cu核ボールについては、表3、表4に示すように、Pbを95.0質量%含有し、残部がSn(Snの含有量:5.0質量%)である組成例1のはんだ合金によるはんだ層で、実施例1〜実施例19のCuボールを被覆した実施例1A〜19AのCu核ボール、実施例1〜実施例19のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に組成例1のはんだ合金によるはんだ層で被覆した実施例1B〜19BのCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得られた。   As shown in Tables 3 and 4, the Cu core ball contains 95.0% by mass of Pb and the balance is Sn (Sn content: 5.0% by mass). The Cu core balls of Examples 1A to 19A coated with the Cu balls of Examples 1 to 19 and the Cu balls of Examples 1 to 19 with a solder layer were coated with a Ni plating layer. In the Cu core balls of Examples 1B to 19B coated with a solder layer of a solder alloy, good results were obtained in the comprehensive evaluation of sphericity.

Pbを90.0質量%含有し、残部がSn(Snの含有量:10.0質量%)である組成例2のはんだ合金によるはんだ層で、実施例1〜実施例19のCuボールを被覆した実施例1A〜19AのCu核ボール、実施例1〜実施例19のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に組成例2のはんだ合金によるはんだ層で被覆した実施例1B〜19BのCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得られた。   The Cu balls of Examples 1 to 19 were coated with a solder layer of the solder alloy of Composition Example 2 containing 90.0% by mass of Pb and the balance being Sn (Sn content: 10.0% by mass). The Cu nuclei balls of Examples 1A to 19B in which the Cu core balls of Examples 1A to 19A and the Cu balls of Examples 1 to 19 were covered with a Ni plating layer and further covered with a solder layer of the solder alloy of Composition Example 2. Good results were also obtained with the ball in the overall sphericity evaluation.

Pbを37.0質量%含有し、残部がSn(Snの含有量:63.0質量%)である組成例3のはんだ合金によるはんだ層で、実施例1〜実施例19のCuボールを被覆した実施例1A〜19AのCu核ボール、実施例1〜実施例19のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に組成例3のはんだ合金によるはんだ層で被覆した実施例1B〜19BのCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得られた。   A Cu layer of Examples 1 to 19 was coated with a solder layer containing 37.0% by mass of Pb and the balance being Sn (Sn content: 63.0% by mass) with the solder alloy of Composition Example 3. The Cu core balls of Examples 1A to 19B obtained by coating the Cu core balls of Examples 1A to 19A and the Cu balls of Examples 1 to 19 with a Ni plating layer and further coating with a solder layer of the solder alloy of Composition Example 3. Good results were also obtained with the ball in the overall sphericity evaluation.

Pbを37.0質量%、Agを3.0質量%含有し、残部がSn(Snの含有量:60.0質量%)である組成例4のはんだ合金によるはんだ層で、実施例1〜実施例19のCuボールを被覆した実施例1A〜19AのCu核ボール、実施例1〜実施例19のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に組成例4のはんだ合金によるはんだ層で被覆した実施例1B〜19BのCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得られた。   A solder layer made of the solder alloy of Composition Example 4 containing 37.0% by mass of Pb and 3.0% by mass of Ag, and the balance being Sn (Sn content: 60.0% by mass). The Cu core balls of Examples 1A to 19A coated with the Cu ball of Example 19, and the Cu balls of Examples 1 to 19 were coated with a Ni plating layer, and further coated with a solder layer of the solder alloy of Composition Example 4. In the Cu core balls of Examples 1B to 19B, good results were obtained in the comprehensive evaluation of sphericity.

なお、表には示さないが、実施例1、18、19からそれぞれ、Feの含有量を0質量ppm以上5.0質量ppm未満に、Agの含有量を0pp以上5.0質量ppm未満に、Niの含有量を0質量ppm以上5.0質量ppm未満に変えて、Fe、Ag及びNiの合計を5.0質量ppm以上としたCuボールを、組成例1〜組成例4の何れかのはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボール、同CuボールをNiめっき層で被覆し、更に組成例1〜組成例4の何れかのはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得られた。   In addition, although not shown in the table, from Examples 1, 18, and 19, the Fe content was reduced to 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, and the Ag content was reduced to 0 pp or more and less than 5.0 mass ppm, respectively. , Ni content is changed to 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, and a Cu ball having a total of 5.0 mass ppm or more of Fe, Ag, and Ni is prepared according to any one of composition examples 1 to 4. Cu core ball coated with a solder layer of the solder alloy of No. 1, Cu core ball coated with the Ni plating layer, and further coated with a solder layer of any of the solder alloys of Composition Examples 1 to 4, Good results were obtained in the overall evaluation of sphericity.

一方、比較例7のCuボールはFe、Ag及びNiの含有量の合計が5.0質量ppmに満たない上に、U,Thが5質量ppb未満であり、その他の不純物元素も1質量ppm未満であって、比較例7のCuボール、比較例7のCuボールを、各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆した比較例7AのCu核ボール、及び、比較例7のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆した比較例7BのCu核ボールは、真球度が0.95に満たなかった。また、不純物元素を含有していても、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppmに満たない比較例12のCuボール、比較例12のCuボールを、各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆した比較例12AのCu核ボール、及び、比較例12のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆した比較例12BのCu核ボールも、真球度が0.95に満たなかった。これらの結果から、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppmに満たないCuボール、このCuボールを、各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボール、及び、このCuボールをNiめっき層で被覆し、更に各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボールは、高真球度を実現できないといえる。   On the other hand, in the Cu ball of Comparative Example 7, the total content of Fe, Ag, and Ni was less than 5.0 ppm by mass, U and Th were less than 5 ppm by mass, and the other impurity elements were also 1 ppm by mass. The Cu core ball of Comparative Example 7A, in which the Cu ball of Comparative Example 7 and the Cu ball of Comparative Example 7 were coated with a solder layer of a solder alloy of each composition example, and the Cu ball of Comparative Example 7 was Ni The Cu core ball of Comparative Example 7B coated with a plating layer and further coated with a solder layer of a solder alloy of each composition example had a sphericity of less than 0.95. In addition, even if it contains an impurity element, the Cu ball of Comparative Example 12 and the Cu ball of Comparative Example 12 in which the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is less than 5.0 mass ppm, The Cu core ball of Comparative Example 12A and the Cu ball of Comparative Example 12 covered with a solder layer of the solder alloy of each composition example were covered with a Ni plating layer, and further covered with a solder layer of the solder alloy of each composition example. The Cu core ball of Example 12B also had a sphericity of less than 0.95. From these results, a Cu ball having a total content of at least one of Fe, Ag and Ni of less than 5.0 mass ppm, a Cu ball obtained by coating the Cu ball with a solder layer of a solder alloy of each composition example It can be said that the core ball and the Cu core ball obtained by coating the Cu ball with a Ni plating layer and further coating with a solder layer of a solder alloy of each composition example cannot achieve high sphericity.

また、比較例10のCuボールはFe、Ag及びNiの含有量の合計が153.6質量ppmでその他の不純物元素の含有量がそれぞれ50質量ppm以下であるが、ビッカース硬さが55.5HVを超えて、良好な結果を得られなかった。更に、比較例8のCuボールは、Fe、Ag及びNiの含有量の合計が150.0質量ppmである上に、その他の不純物元素の含有量も、特にSnが151.0質量ppmと、50.0質量ppmを大幅に超えており、ビッカース硬さが55.5HVを超えて、良好な結果を得られなかった。そのため、純度が4N5以上5N5以下のCuボールであっても、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が50.0質量ppmを超えるCuボールは、ビッカース硬さが大きくなってしまい、低硬度を実現できないといえる。このように、Cuボールのビッカース硬さが、本発明で規定される範囲を超えて大きい場合、外部からの応力に対する耐久性が低くなり、耐落下衝撃性が悪くなると共にクラックが発生し易くなるという課題が解決できない。更に、その他の不純物元素も、それぞれ50.0質量ppmを超えない範囲で含有することが好ましいといえる。   The Cu ball of Comparative Example 10 had a total content of Fe, Ag, and Ni of 153.6 ppm by mass and the content of other impurity elements was 50 ppm by mass or less, respectively, but had a Vickers hardness of 55.5 HV. And good results could not be obtained. Further, in the Cu ball of Comparative Example 8, the total content of Fe, Ag, and Ni was 150.0 mass ppm, and the content of other impurity elements, particularly, Sn was 151.0 mass ppm, The content greatly exceeded 50.0 ppm by mass, the Vickers hardness exceeded 55.5 HV, and good results could not be obtained. Therefore, even in the case of a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less, the Vickers hardness of a Cu ball in which the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni exceeds 50.0 mass ppm increases. It can be said that low hardness cannot be realized. As described above, when the Vickers hardness of the Cu ball is larger than the range specified in the present invention, the durability against external stress is reduced, the drop impact resistance is deteriorated, and cracks are easily generated. Problem cannot be solved. Furthermore, it can be said that other impurity elements are preferably contained in a range not exceeding 50.0 mass ppm.

これらの結果から、純度が4N5以上5N5以下で、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計を5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下含有するCuボールは、高真球度及び低硬度を実現し、かつ、変色が抑制されるといえる。このようなCuボールを各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボール、このようなCuボールをNiめっき層で被覆し、更に各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボールは、高真球度を実現し、また、Cuボールが低硬度を実現することで、Cu核ボールとしても耐落下衝撃性も良好でクラックを抑制でき、電極潰れ等も抑制でき、更に、電気伝導性の劣化も抑制できる。更に、Cuボールの変色が抑制されることで、はんだ層、Niめっき層等の金属層での被覆に適している。その他の不純物元素の含有量は、それぞれ50.0質量ppm以下であることが好ましい。   From these results, a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and a total content of at least one of Fe, Ag, and Ni of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less is highly spherical. It can be said that a degree and low hardness are realized and discoloration is suppressed. A Cu core ball obtained by coating such a Cu ball with a solder layer of a solder alloy of each composition example, and a Cu core obtained by coating such a Cu ball with a Ni plating layer and further coated with a solder layer of a solder alloy of each composition example The ball realizes a high sphericity, and also realizes a low hardness of the Cu ball, so that the Cu core ball also has a good drop impact resistance, can suppress cracks, can suppress electrode crushing, and the like. Deterioration of electrical conductivity can be suppressed. Further, since discoloration of the Cu ball is suppressed, it is suitable for coating with a metal layer such as a solder layer and a Ni plating layer. The content of other impurity elements is preferably 50.0 mass ppm or less.

表には示さないが、これらの実施例と同じ組成で、球径が1μm以上1000μm以下のCuボールでは、いずれも真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。このことから、Cuボールの球径は、1μm以上1000μm以下であることが好ましいといえ、50μm以上300μm以下がより好ましいといえる。   Although not shown in the table, Cu balls having the same composition as those of the examples and having a sphere diameter of 1 μm or more and 1000 μm or less are all excellent in sphericity, Vickers hardness, α dose, and overall evaluation of discoloration resistance. The result was obtained. From this, it can be said that the diameter of the Cu ball is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 300 μm or less.

実施例19のCuボールは、Fe、Ag及びNiの含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であり、Pを2.9質量ppm含有しており、真球度、ビッカース硬さ、α線量及び耐変色性の総合評価において良好な結果を得られた。実施例19のCuボールを各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボール、実施例19のCuボールをNiめっき層で被覆し、更に各組成例のはんだ合金によるはんだ層で被覆したCu核ボールでも、真球度の総合評価において良好な結果を得た。比較例11のCuボールは、Fe、Ag及びNiの含有量の合計が、実施例19のCuボールと同様に50.0質量ppm以下であるが、ビッカース硬さが5.5HVを超えて実施例19のCuボールとは異なる結果になった。また、比較例9も、ビッカース硬さが5.5HVを超えた。これは、比較例9、11のPの含有量が著しく多いためであると考えられ、この結果から、Pの含有量が増えると、ビッカース硬さが大きくなることが分かる。よって、Pの含有量は3質量ppm未満であることが好ましく、1質量ppm未満であることがより好ましいといえる。   The Cu ball of Example 19 had a total content of Fe, Ag and Ni of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, contained 2.9 mass ppm of P, and had sphericity, Good results were obtained in the comprehensive evaluation of Vickers hardness, α dose and discoloration resistance. A Cu core ball in which the Cu ball of Example 19 was coated with a solder layer of the solder alloy of each composition example, the Cu ball of Example 19 was coated with a Ni plating layer, and further coated with a solder layer of the solder alloy of each composition example Good results were also obtained with the Cu core ball in the overall evaluation of sphericity. The Cu ball of Comparative Example 11 had a total content of Fe, Ag, and Ni of 50.0 mass ppm or less similarly to the Cu ball of Example 19, but had a Vickers hardness exceeding 5.5 HV. The result was different from that of the Cu ball of Example 19. Also, in Comparative Example 9, the Vickers hardness exceeded 5.5 HV. This is considered to be because the content of P in Comparative Examples 9 and 11 was remarkably large. From this result, it can be seen that as the P content increases, the Vickers hardness increases. Therefore, the P content is preferably less than 3 ppm by mass, and more preferably less than 1 ppm by mass.

各実施例のCuボールでは、α線量が0.0200cph/cm以下であった。そのため、各実施例1〜19のCuボールを被覆する組成例1及び組成例2のはんだ合金において、各元素が本発明で規定された低α線量であることで、各実施例1A〜19AのCu核ボールも本発明で規定された低α線量となる。また、Cuボールを被覆する金属層の一例であるNiめっき層が設けられている場合、はんだ合金に加え、Niめっき層を構成する各元素が本発明で規定された低α線量であることで、各実施例1B〜19BのCu核ボールも本発明で規定された低α線量となる。 In the Cu balls of the respective examples, the α dose was 0.0200 cph / cm 2 or less. Therefore, in each of the solder alloys of Composition Examples 1 and 2 covering the Cu balls of Examples 1 to 19, each element has a low α dose defined in the present invention. The Cu core ball also has a low α dose specified in the present invention. Further, when a Ni plating layer, which is an example of a metal layer that covers the Cu ball, is provided, in addition to the solder alloy, each element constituting the Ni plating layer has a low α dose defined in the present invention. The Cu core balls of Examples 1B to 19B also have the low α dose specified in the present invention.

更に、はんだ層、Niめっき層を形成するめっきの行程で、合金に含まれるα線を放射する不純物が除去されることで、めっき前の合金のα線量が、本発明で規定される低α線量よりは若干高いα線量を示す場合でも、めっき後のα線量が本発明で規定される低α線量の範囲にまで低減される。   Furthermore, in the plating step of forming the solder layer and the Ni plating layer, impurities that emit α-rays contained in the alloy are removed, so that the α-dose of the alloy before plating can be reduced to a low α defined by the present invention. Even when the α dose is slightly higher than the dose, the α dose after plating is reduced to the low α dose range defined in the present invention.

これにより、電子部品の高密度実装に各実施例のCu核ボールが使用される場合、はんだ層、Niめっき層を構成する原材料が本発明で規定された低α線量であることで、ソフトエラーを抑制することができる。   Thereby, when the Cu core ball of each embodiment is used for high-density mounting of electronic components, since the raw materials constituting the solder layer and the Ni plating layer have the low α dose specified in the present invention, the soft error is reduced. Can be suppressed.

比較例7のCuボールでは、耐変色性で良好な結果を得られた一方で、比較例1〜6では耐変色性で良好な結果を得られなかった。比較例1〜6のCuボールと、比較例7のCuボールを比べると、これらの組成の違いは、Sの含有量のみである。そのため、耐変色性で良好な結果を得るためには、Sの含有量を1質量ppm未満とする必要があるといえる。各実施例のCuボールでは、いずれもSの含有量が1質量ppm未満であることからも、Sの含有量は1質量ppm未満が好ましいといえる。   In the Cu ball of Comparative Example 7, good results were obtained in color fastness, whereas in Comparative Examples 1 to 6, good results were not obtained in color fastness. When the Cu balls of Comparative Examples 1 to 6 and the Cu ball of Comparative Example 7 are compared, the only difference between these compositions is the S content. Therefore, it can be said that the content of S needs to be less than 1 mass ppm in order to obtain a good result in discoloration resistance. Since the Cu content of each example has an S content of less than 1 ppm by mass, it can be said that the S content is preferably less than 1 ppm by mass.

続いて、Sの含有量と耐変色性の関係を確認するために、実施例14、比較例1及び比較例5のCuボールを200℃で加熱して、加熱前、加熱60秒後、180秒後、420秒後の写真を撮り、明度を測定した。表7及び図5は、各Cuボールを加熱した時間と明度の関係をグラフにしたものである。   Subsequently, in order to confirm the relationship between the content of S and the discoloration resistance, the Cu balls of Example 14, Comparative Examples 1 and 5 were heated at 200 ° C. Seconds and 420 seconds later, photographs were taken and the lightness was measured. Table 7 and FIG. 5 are graphs showing the relationship between the heating time of each Cu ball and the brightness.

Figure 2019214761
Figure 2019214761

この表から、加熱前の明度と、加熱して420秒後の明度とを比べると、実施例14、比較例1、5の明度は、加熱前に64や65付近で近い値だった。加熱して420秒後では、Sを30.0質量ppm含有する比較例5の明度が最も低くなり、続いてSを10.0質量ppm含有する比較例1、Sの含有量が1質量ppm未満の実施例14の順となった。このことから、Sの含有量が多いほど、加熱後の明度が低くなるといえる。比較例1、5のCuボールでは、明度が55を下回ったため、Sを10.0質量ppm以上含有するCuボールは、加熱時に硫化物や硫黄酸化物を形成して変色しやすいといえる。また、Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下であれば、硫化物や硫黄酸化物の形成が抑制され、濡れ性が良好であるといえる。なお、実施例14のCuボールを電極上に実装したところ、良好な濡れ性を示した。   From this table, comparing the brightness before heating and the brightness 420 seconds after heating, the brightness of Example 14 and Comparative Examples 1 and 5 was close to 64 or 65 before heating. After 420 seconds from heating, the lightness of Comparative Example 5 containing 30.0 mass ppm of S became the lowest, followed by Comparative Example 1 containing 10.0 mass ppm of S and the content of S was 1 mass ppm. Example 14 was in the order of less than. From this, it can be said that the higher the S content, the lower the brightness after heating. Since the lightness of the Cu balls of Comparative Examples 1 and 5 was lower than 55, it can be said that the Cu balls containing 10.0 mass ppm or more of S easily form sulfides and sulfur oxides during heating and are easily discolored. When the S content is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, it can be said that the formation of sulfides and sulfur oxides is suppressed and the wettability is good. When the Cu ball of Example 14 was mounted on the electrode, good wettability was exhibited.

以上の通り、純度が4N5以上5N5以下であり、Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であり、Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下であり、Pの含有量が0質量ppm以上3.0質量ppm未満である本実施例のCuボールでは、いずれも真球度が0.95以上であったため、高真球度を実現できた。高真球度を実現したことにより、Cuボールを電極等に実装した際のセルフアライメント性を確保できると共に、Cuボールの高さのばらつきを抑制できる。本実施例のCuボールをはんだ層で被覆したCu核ボール、本実施例のCuボールを金属層で被覆し、金属層を更にはんだ層で被覆したCu核ボールでも、同様の効果が得られる。   As described above, the purity is 4N5 or more and 5N5 or less, the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, and the S content is 0 mass ppm or less. Since the sphericity was 0.95 or more in any of the Cu balls of this example in which the content of P is 0 to less than 3.0 and less than 3.0 ppm by mass. , High sphericity was realized. By realizing a high sphericity, self-alignment when a Cu ball is mounted on an electrode or the like can be ensured, and variations in the height of the Cu ball can be suppressed. The same effect can be obtained with a Cu core ball in which the Cu ball of the present embodiment is covered with a solder layer, and a Cu core ball in which the Cu ball of the present embodiment is covered with a metal layer and the metal layer is further covered with a solder layer.

また、本実施例のCuボールでは、いずれもビッカース硬さが55HV以下であったため、低硬度を実現できた。低硬度を実現したことにより、Cuボールの耐落下衝撃性を向上させることができる。Cuボールが低硬度を実現することで、本実施例のCuボールをはんだ層で被覆したCu核ボール、本実施例のCuボールを金属層で被覆し、金属層を更にはんだ層で被覆したCu核ボールでも、耐落下衝撃性も良好でクラックを抑制でき、電極潰れ等も抑制でき、更に、電気伝導性の劣化も抑制できる。   In addition, the Vickers hardness of each of the Cu balls of this example was 55 HV or less, so that a low hardness was realized. By realizing low hardness, the drop impact resistance of the Cu ball can be improved. By realizing a low hardness of the Cu ball, a Cu core ball obtained by coating the Cu ball of the present example with a solder layer, a Cu core ball obtained by coating the Cu ball of the present example with a metal layer, and further coating the metal layer with a solder layer The core ball also has good drop impact resistance, can suppress cracking, can suppress electrode crushing, and can also suppress deterioration of electrical conductivity.

また、本実施例のCuボールでは、いずれも変色が抑制された。Cuボールの変色が抑制されたことにより、硫化物や硫黄酸化物によるCuボールへの悪影響を抑制できるとともに、Cuボールを電極上に実装した際の濡れ性が向上する。Cuボールの変色が抑制されることで、はんだ層、Niめっき層等の金属層での被覆に適している。   Further, in the Cu balls of the present example, discoloration was suppressed in all cases. By suppressing the discoloration of the Cu ball, the adverse effect of the sulfide or the sulfur oxide on the Cu ball can be suppressed, and the wettability when the Cu ball is mounted on the electrode is improved. Since the discoloration of the Cu ball is suppressed, it is suitable for covering with a metal layer such as a solder layer and a Ni plating layer.

なお、本実施例のCu材には、純度が4N5超6N以下のCuナゲット材を使用して、純度が4N5以上5N5以下のCuボールを作製したが、4N5超6N以下のワイヤー材や板材等を使用しても、Cuボール、Cu核ボールの双方において総合評価において良好な結果を得られた。   In addition, a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less was manufactured using a Cu nugget material having a purity of more than 4N5 and 6N or less for the Cu material of the present example. , Good results were obtained in the overall evaluation of both the Cu ball and the Cu core ball.

次に、Sn系のはんだ合金によるはんだ層でCuボールの表面を被覆したCu核ボールにおいて、はんだ層中におけるSn、Pbの元素の分布について説明する。Cuボールを被覆するはんだ層としては、特開2007−44718号公報(特許文献4と称す)、特許第5367924号公報(特許文献5と称す)に示すように、Snを主成分とするはんだ合金が用いられる。   Next, the distribution of the elements Sn and Pb in the solder layer in a Cu core ball in which the surface of the Cu ball is covered with a solder layer of a Sn-based solder alloy will be described. As a solder layer for covering a Cu ball, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-44718 (referred to as Patent Document 4) and Japanese Patent No. 5368924 (referred to as Patent Document 5), a solder alloy containing Sn as a main component is used. Is used.

特許文献4では、Cuボールの表面をSnとBiからなるSn系はんだ合金で被覆してはんだ層を形成したものである。Biを含有したSn系はんだ合金は、その溶融温度が130〜140℃と比較的低温であり、低温はんだと称される。   In Patent Document 4, the surface of a Cu ball is coated with a Sn-based solder alloy composed of Sn and Bi to form a solder layer. The Bi-containing Sn-based solder alloy has a relatively low melting temperature of 130 to 140 ° C. and is called a low-temperature solder.

特許文献4では、はんだ層中に含まれるBiの含有量は、内側(内周側)が薄く、外側(外周側)に向かって濃くなるような濃度勾配でめっき処理されている。   In Patent Document 4, the content of Bi contained in the solder layer is plated with a concentration gradient such that the inside (inner side) is thinner and the outer side (outer side) becomes denser.

特許文献5でも、CuボールにSnとBiからなるSn系はんだ合金をめっき被膜したはんだバンプが開示されている。特許文献5におけるはんだ層中に含まれるBiの含有量は、内側(内周側)が濃く、外側(外周側)に向かって薄くなるような濃度勾配でめっき処理されている。   Patent Literature 5 also discloses a solder bump in which a Cu ball is plated with a Sn-based solder alloy composed of Sn and Bi. The Bi content contained in the solder layer in Patent Literature 5 is plated with a concentration gradient such that the inside (inner side) is denser and the outer side (outer side) becomes thinner.

特許文献5の技術は、特許文献4とは全く逆の濃度勾配となっている。これは、特許文献5による濃度制御の方が、特許文献4による場合よりも簡単であり、造り易いためと考えられる。   The technique of Patent Document 5 has a concentration gradient completely opposite to that of Patent Document 4. This is probably because the density control according to Patent Literature 5 is simpler than that according to Patent Literature 4, and is easier to manufacture.

上述したように、Snに他の元素を添加した二元以上のSn系はんだ合金をCuボールの表面にめっき被膜したCu核ボールを半導体チップの電極上に載置してリフロー処理した場合、添加した元素がはんだ層中で濃度勾配を持つ特許文献4及び5では、以下のような問題を惹起する。   As described above, when a Cu core ball obtained by plating a surface of a Cu ball with a binary Sn-based solder alloy obtained by adding another element to Sn is mounted on an electrode of a semiconductor chip and reflowed, Patent Literatures 4 and 5 in which the element has a concentration gradient in the solder layer cause the following problems.

特許文献4に開示された技術は、Bi濃度が内周側で薄く、外周側で濃くなるような濃度勾配を有したはんだ層であるが、このような濃度勾配(内側が薄く、外側が濃い)である場合には、Bi溶融のタイミングが内周側と外周側とで僅かにずれるおそれがある。   The technique disclosed in Patent Document 4 is a solder layer having a concentration gradient such that the Bi concentration is low on the inner peripheral side and is higher on the outer peripheral side. In the case of (2), the timing of Bi melting may be slightly shifted between the inner peripheral side and the outer peripheral side.

溶融タイミングにずれが起こると、Cu核ボールの外表面が溶融し始めていても、内周面側の領域ではまだ溶融が起きていないような、部分溶解が混在することになり、その結果核材料は溶融している側に僅かに位置ずれを起こす。挟ピッチの高密度実装では、この位置ずれによるはんだ処理は致命的な欠陥となるおそれがある。   If the melting timing shifts, even if the outer surface of the Cu core ball has begun to melt, there will be partial melting in which the melting has not yet occurred in the region on the inner peripheral surface side. Slightly displaces the melted side. In high-density mounting at a narrow pitch, soldering due to this positional shift may be a fatal defect.

特許文献5は、Biの濃度勾配が特許文献1とは逆である。この場合でも、半導体パッケージを接続するためにはリフローによる加熱処理を行う。特許文献5のように、はんだ層中のBi濃度が内周側が濃く、外周側が薄い状態で加熱溶融すると、内周側のBi密度が高いため、内周側のBi領域からはんだが溶融し始める。内周側のBi領域が溶融しても外周側のBi領域はまだ溶融し始めていないので、内周側のBi領域側での体積膨張が早く起こる。   In Patent Document 5, Bi concentration gradient is opposite to that in Patent Document 1. Even in this case, heat treatment by reflow is performed to connect the semiconductor package. As in Patent Literature 5, when heating and melting in a state where the Bi concentration in the solder layer is high on the inner circumference side and thin on the outer circumference side, the Bi density on the inner circumference side is high, so the solder starts to melt from the Bi area on the inner circumference side. . Even if the inner peripheral Bi region is melted, the outer peripheral Bi region has not yet begun to melt, and therefore the volume expansion on the inner peripheral Bi region occurs quickly.

この体積膨張の内外周側での遅速により、Biの内周側と外周側(外気)とで圧力差が生じ、Biの外周側が溶融し始めると、内周側の体積膨張による圧力差で核となっているCuボールがはじけ飛ぶような事態が発生する。このような事態の発生は避けなければならない。   Due to the slowing of the volume expansion on the inner and outer peripheral sides, a pressure difference occurs between the inner peripheral side of Bi and the outer peripheral side (outside air), and when the outer peripheral side of Bi starts to melt, the pressure difference due to the volume expansion on the inner peripheral side causes the core. , A situation occurs in which the Cu ball jumps out. Such a situation must be avoided.

このようにSnとBiからなるSn系はんだ合金からなるはんだ層を有するCu核ボールは、はんだ層中のBiに濃度勾配がある場合、不良が発生していた。   As described above, the Cu core ball having the solder layer composed of the Sn-based solder alloy composed of Sn and Bi has a defect when Bi has a concentration gradient in the solder layer.

近年、Pbを含まないはんだ合金が広く使用されている。一方、宇宙で使用される電子機器等、特定の用途では、Pbを含むはんだ合金が使用される。このように、SnにPbを添加した二元以上のはんだ合金で核を被覆した核材料でも、Pbがはんだ層中で所定の濃度勾配を持つと、上述したBiと同様の問題が生じると考えられる。   In recent years, Pb-free solder alloys have been widely used. On the other hand, in specific applications such as electronic devices used in space, a solder alloy containing Pb is used. Thus, even with a core material whose core is coated with a binary or more solder alloy in which Sn is added with Pb, if Pb has a predetermined concentration gradient in the solder layer, it is considered that the same problem as that of Bi described above occurs. Can be

そこで、続いてはんだ層3中のPbの分布が均一であることの作用効果について説明する。はんだ層3におけるPbの濃度分布が目標値に相応した値となっていることを確認するため以下のような実験を行った。なお、以下の例では、Snの含有量が5.0質量%であるのに対し、Pbの含有量が95.0質量%と、Snに比較してPbの含有量が多い場合があるので、はんだ層3におけるSnの濃度分布が目標値に相応した値となっていることをもって、はんだ層3におけるPbの濃度分布が目標値に相応した値となっていることを確認した。
(1)下記条件にてはんだ層3の組成がSn5質量%、Pb95質量%である(Sn−95Pb)となるCu核ボール11Bを作成した。以下の実施例では、表1に示す実施例17の組成のCuボールを使用した。
・Cuボール1の直径:250μm
・金属層(Niめっき層)2の膜厚:2μm
・はんだ層3の膜厚:23μm
・Cu核ボール11Bの直径:300μm
Therefore, the operation and effect of the uniform distribution of Pb in the solder layer 3 will be described. The following experiment was performed to confirm that the Pb concentration distribution in the solder layer 3 was a value corresponding to the target value. In the following examples, the Sn content is 5.0% by mass, whereas the Pb content is 95.0% by mass, which is higher in Pb content than Sn. Since the Sn concentration distribution in the solder layer 3 was a value corresponding to the target value, it was confirmed that the Pb concentration distribution in the solder layer 3 was a value corresponding to the target value.
(1) A Cu core ball 11B in which the composition of the solder layer 3 is 5% by mass of Sn and 95% by mass of Pb (Sn-95Pb) is prepared under the following conditions. In the following examples, Cu balls having the composition of Example 17 shown in Table 1 were used.
Cu ball 1 diameter: 250 μm
・ Film thickness of metal layer (Ni plating layer) 2: 2 μm
・ Thickness of solder layer 3: 23 μm
・ Diameter of Cu core ball 11B: 300 μm

実験結果の測定を容易にするため、Cu核ボール11Bとしてはその厚みが比較的薄いはんだ層を有するCu核ボールを作製した。   In order to facilitate the measurement of the experimental results, a Cu core ball having a relatively thin solder layer was manufactured as the Cu core ball 11B.

めっき方法は電気めっき工法にて作製した。
(2)試料としては、同一組成の(Sn−95Pb)系はんだ合金のはんだ層が形成されたCu核ボール11Bを10個用意した。これらを試料Aとして使用した。
(3)10個の試料Aを樹脂で封止する。
(4)封止した各試料Aを、樹脂ごと研磨して各試料Aの断面を観察する。観察機材は日本電子製のFE−EPMAJXA−8530Fを使用した。
The plating was performed by an electroplating method.
(2) As samples, ten Cu core balls 11B on which a solder layer of a (Sn-95Pb) -based solder alloy having the same composition was formed were prepared. These were used as Sample A.
(3) Ten samples A are sealed with resin.
(4) The sealed sample A is polished together with the resin, and the cross section of each sample A is observed. The observation equipment used was FE-EPMAJXA-8530F manufactured by JEOL.

図6は、Cu核ボールのSnの濃度分布を測定する方法の一例を示す説明図である。はんだ層3のうちCuボール1の表面側から便宜上内層16a、中間層16b及び外層16cに分ける。内層16aはCuボール1の表面から9μmまで、中間層16bは9〜17μmまで、そして外層16cは17〜23μmとし、内層16a、中間層16b及び外層16cより、図6のようにこの例では厚み5μmで幅が40μmの内層領域17a、中間層領域17b、外層領域17cをそれぞれ切り取り、各領域を計測領域として、定性分析によりSnの濃度の計測を行った。この作業を計10視野ずつ各内層16a、中間層16b及び外層16cについて行った。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a method for measuring the Sn concentration distribution of the Cu core ball. The solder layer 3 is divided into an inner layer 16a, an intermediate layer 16b, and an outer layer 16c from the surface side of the Cu ball 1 for convenience. The inner layer 16a has a thickness of 9 μm from the surface of the Cu ball 1, the intermediate layer 16b has a thickness of 9 to 17 μm, and the outer layer 16c has a thickness of 17 to 23 μm. The inner layer 16a, the intermediate layer 16b and the outer layer 16c have a thickness as shown in FIG. An inner layer region 17a, an intermediate layer region 17b, and an outer layer region 17c each having a width of 5 μm and a width of 40 μm were cut out, and the Sn concentration was measured by qualitative analysis using each region as a measurement region. This operation was performed for each of the inner layer 16a, the intermediate layer 16b, and the outer layer 16c for a total of 10 visual fields.

はんだ層の内層、中間層、外層のSnの濃度を計測して求めた各層の濃度比率を以下の表8に示す。   Table 8 below shows the concentration ratio of each layer obtained by measuring the concentration of Sn in the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer of the solder layer.

表8は、試料Aにおいて、それぞれ10個のCu核ボールで計測したはんだ層の各層のSnの濃度の平均値と、目標とするSnの含有量(目標値)が5質量%の場合におけるSnの濃度比率を示す。   Table 8 shows that, in Sample A, the average value of the Sn concentration of each layer of the solder layer measured with ten Cu core balls and the Sn content when the target Sn content (target value) is 5% by mass. Are shown.

試料Aは、上述したように、10個のCu核ボールについて、内層、中間層、外層のSnの濃度を計測している。試料Aについて、10個のCu核ボールそれぞれの内層、中間層、外層におけるSnの濃度の計測値は表8に示していない。   As described above, in Sample A, the Sn concentration of the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer was measured for ten Cu core balls. Table 8 does not show the measured values of the concentrations of Sn in the inner layer, intermediate layer, and outer layer of each of the ten Cu core balls for sample A.

試料Aは、目標とするSnの含有量(目標値)が5質量%である。この場合、試料Aにおける10個のCu核ボールのぞれぞれのSnの濃度比率(%)は、Snの濃度の計測値から以下の(1)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値/5)×100・・・(1)
Sample A has a target Sn content (target value) of 5% by mass. In this case, the Sn concentration ratio (%) of each of the ten Cu core balls in the sample A is obtained from the measured value of the Sn concentration by the following equation (1).
Concentration ratio (%) = (measured value / 5) × 100 (1)

また、Snの濃度の平均値は、試料としたCu核ボールの数が10個の場合、以下の(2)式で求められる。
Snの濃度の平均値=10個の計測値の合計値/10・・・(2)
The average value of the Sn concentration is obtained by the following equation (2) when the number of Cu core balls used as the sample is 10.
Average value of Sn concentration = total value of 10 measured values / 10 (2)

更に、目標とするSnの含有量(目標値)が5質量%である場合、試料Aの濃度比率(%)は、Snの濃度の計測値の平均値から以下の(3)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値の平均値/5)×100・・・(3)
Further, when the target Sn content (target value) is 5% by mass, the concentration ratio (%) of the sample A is obtained from the average of the measured values of the Sn concentration by the following formula (3). .
Concentration ratio (%) = (average value of measured values / 5) × 100 (3)

Figure 2019214761
Figure 2019214761

表8に示すように、試料Aの実施例については、内層領域17aにおけるSnの濃度の平均値が6.88質量%、濃度比率137.6%であり、中間層領域17bにおけるSnの濃度の平均値が6.01質量%、濃度比率120.2%であり、外層領域17cにおけるSnの濃度の平均値が3.61質量%、濃度比率72.2%であった。   As shown in Table 8, in the example of Sample A, the average value of the Sn concentration in the inner layer region 17a was 6.88% by mass, the concentration ratio was 137.6%, and the Sn concentration in the intermediate layer region 17b was The average value was 6.01% by mass and the concentration ratio was 120.2%. The average value of the Sn concentration in the outer layer region 17c was 3.61% by mass and the concentration ratio was 72.2%.

このように、内層領域17a、中間層領域17b、外層領域17cのそれぞれにおいて、はんだ層中のSnの濃度は上記の3.61質量%〜6.88質量%の許容範囲内にあり、濃度比率が72.2%〜137.6%であるために、ほぼ目標値のSnの濃度比率である70%〜140%に収まっていることが判る。   As described above, in each of the inner layer region 17a, the intermediate layer region 17b, and the outer layer region 17c, the concentration of Sn in the solder layer is within the allowable range of 3.61% by mass to 6.88% by mass. Is 72.2% to 137.6%, so that it is almost within the target value of the Sn concentration ratio of 70% to 140%.

そして、これらの試料Aと同じロットで製造したCu核ボールそれぞれ例えば10個を抽出し、それぞれを基板に通常のリフロー処理により接合した。接合結果も併せて表8に示す。   Then, for example, ten Cu core balls manufactured in the same lot as the sample A were extracted, and each was bonded to a substrate by a normal reflow process. Table 8 also shows the joining results.

接合結果については、全てのサンプルにて一切の接合不良が測定されなかったものを「良」と判定した。   Regarding the joining results, samples in which no joining failure was measured in all samples were judged as “good”.

いずれも内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じてCu核ボール11Bがはじき飛ばされるような事態は、発生せず、またはんだ層3全体がほぼ均一に溶融するから、溶融タイミングのずれによって発生すると思われる核材料の位置ずれは生じていないので、位置ずれなどに伴う電極間の短絡などのおそれはない。よって接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。   In any case, the situation in which the inner peripheral side is melted earlier than the outer peripheral side, a volume expansion difference occurs between the inner peripheral side and the outer peripheral side, and the Cu core ball 11B is repelled, does not occur, or the entire solder layer 3 does not occur. Since the melting is performed almost uniformly, there is no positional shift of the nuclear material, which is considered to be caused by a shift in the melting timing. Therefore, there is no danger of a short circuit between the electrodes due to the positional shift or the like. Therefore, a good result was obtained in which no bonding failure occurred at all.

上述したように、(Sn−95Pb)系はんだ合金である場合、表8の結果から、3.61質量%(濃度比率72.2%)〜6.88質量%(濃度比率137.6%)の範囲まで許容できることがわかった。   As described above, in the case of the (Sn-95Pb) -based solder alloy, from the results in Table 8, 3.61% by mass (concentration ratio: 72.2%) to 6.88% by mass (concentration ratio: 137.6%) Was found to be acceptable.

次に、Sn10質量%、Pb90質量%である(Sn−90Pb)からなるSn系はんだ合金のはんだ層3を形成した場合について同様な計測を行った。このときのSnの分布は目標値としては10質量%であるが、許容範囲としては9.74質量%(濃度比率97.4%)〜11.20質量%(濃度比率112.0%)である。Cu核ボールの作製方法は、上述した(Sn−95Pb)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料Aの実施例の場合と同じである。   Next, the same measurement was performed for the case where the solder layer 3 of the Sn-based solder alloy composed of (Sn-90Pb), which is Sn 10% by mass and Pb 90% by mass, was formed. The Sn distribution at this time is 10% by mass as a target value, but the allowable range is 9.74% by mass (concentration ratio: 97.4%) to 11.20% by mass (concentration ratio: 112.0%). is there. The method of manufacturing the Cu core ball is the same as that of the embodiment of the sample A using the Cu core ball using the (Sn-95Pb) solder alloy described above.

使用したCuボール及びCu核ボールの直径、金属層(Niめっき層)とはんだ層の膜厚等の仕様、及び実験条件についてははんだ層の組成以外、試料Aと同条件である。   The specifications such as the diameter of the used Cu ball and Cu core ball, the thickness of the metal layer (Ni plating layer) and the thickness of the solder layer, and the experimental conditions are the same as those of the sample A except for the composition of the solder layer.

その結果を表8の試料Bとして示す。この場合には目標値となるSnは10質量%であるので、試料Bに示すように、9.74〜11.20質量%(何れも同一試料に付き10回計測した平均値)と、多少のバラツキ(平均値の最小9.74質量%(濃度比率97.4%)〜最大11.20質量%(濃度比率112.0%))程度はあるものの、許容範囲である。従って9.74質量%(濃度比率97.4%)〜11.20質量%(濃度比率112.0%)に収まっていることが分かる。接合判定は、試料Aの実施例と同じく接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。   The results are shown as Sample B in Table 8. In this case, the target value of Sn is 10% by mass. Therefore, as shown in Sample B, 9.74 to 11.20% by mass (in all cases, an average value measured 10 times for the same sample) is slightly increased. (A minimum of 9.74% by mass (concentration ratio 97.4%) to a maximum of 11.20% by mass (concentration ratio 112.0%) of the average value) is within an allowable range. Therefore, it can be seen that it is within the range of 9.74% by mass (concentration ratio: 97.4%) to 11.20% by mass (concentration ratio: 112.0%). The bonding was determined to be “good” because good results were obtained in which no poor bonding occurred, as in the example of sample A.

試料Bは、目標とするSnの含有量(目標値)が10(質量%)である。そこで、表8中の試料Bの濃度比率(%)は、以下の(4)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値の平均値/10)×100・・・(4)
Sample B has a target Sn content (target value) of 10 (% by mass). Therefore, the concentration ratio (%) of the sample B in Table 8 is obtained by the following equation (4).
Concentration ratio (%) = (average of measured values / 10) × 100 (4)

次に、Sn63質量%、Pb37質量%である(Sn−37Pb)からなるSn系はんだ合金のはんだ層3を形成した場合について同様な計測を行った。このときのSnの分布は目標値としては63質量%であるが、許容範囲としては61.30質量%(濃度比率97.3%)〜70.02質量%(濃度比率111.1%)である。Cu核ボールの作製方法は、上述した(Sn−95Pb)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料Aの実施例の場合と同じである。   Next, the same measurement was performed for the case where the solder layer 3 of the Sn-based solder alloy composed of (Sn-37Pb) having 63% by mass of Sn and 37% by mass of Pb was formed. The Sn distribution at this time is 63% by mass as a target value, but the allowable range is 61.30% by mass (concentration ratio 97.3%) to 70.02% by mass (concentration ratio 111.1%). is there. The method of manufacturing the Cu core ball is the same as that of the embodiment of the sample A using the Cu core ball using the (Sn-95Pb) solder alloy described above.

使用したCuボール及びCu核ボールの直径、金属層(Niめっき層)とはんだ層の膜厚等の仕様、及び実験条件についてははんだ層の組成以外、試料Aと同条件である。   The specifications such as the diameter of the used Cu ball and Cu core ball, the thickness of the metal layer (Ni plating layer) and the thickness of the solder layer, and the experimental conditions are the same as those of the sample A except for the composition of the solder layer.

その結果を表8の試料Cとして示す。この場合には目標値となるSnは63質量%であるので、試料Cに示すように、61.30〜70.02質量%(何れも同一試料に付き10回計測した平均値)と、多少のバラツキ(平均値の最小61.30質量%(濃度比率97.3%)〜最大70.02質量%(濃度比率111.1%))程度はあるものの、許容範囲である。従って61.30質量%(濃度比率97.3%)〜70.02質量%(濃度比率111.1%)に収まっていることが分かる。接合判定は、試料Aの実施例と同じく接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。   The results are shown as Sample C in Table 8. In this case, the target value of Sn is 63% by mass, and therefore, as shown in Sample C, it is slightly from 61.30 to 70.02% by mass (in all cases, an average value measured ten times for the same sample). (A minimum of 61.30% by mass (concentration ratio 97.3%) to a maximum of 70.02% by mass (concentration ratio 111.1%) of the average value) is within an allowable range. Therefore, it can be seen that it is within 61.30% by mass (concentration ratio 97.3%) to 70.02% by mass (concentration ratio 111.1%). The bonding was determined to be “good” because good results were obtained in which no poor bonding occurred, as in the example of sample A.

試料Cは、目標とするSnの含有量(目標値)が63(質量%)である。そこで、表8中の試料Cの濃度比率(%)は、以下の(5)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値の平均値/63)×100・・・(5)
Sample C has a target Sn content (target value) of 63 (% by mass). Therefore, the concentration ratio (%) of the sample C in Table 8 is obtained by the following equation (5).
Concentration ratio (%) = (mean value of measured value / 63) × 100 (5)

次に、Sn60質量%、Pb37質量%、Ag3質量%である(Sn−37Pb−3Ag)からなるSn系はんだ合金のはんだ層3を形成した場合について同様な計測を行った。このときのSnの分布は目標値としては60質量%であるが、許容範囲としては55.83質量%(濃度比率93.1%)〜63.10質量%(濃度比率105.2%)である。Cu核ボールの作製方法は、上述した(Sn−95Pb)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料Aの実施例の場合と同じである。   Next, the same measurement was performed for the case where the Sn-based solder alloy solder layer 3 composed of (Sn-37Pb-3Ag), which was Sn 60% by mass, Pb 37% by mass, and Ag 3% by mass, was formed. The Sn distribution at this time is 60% by mass as a target value, but the allowable range is 55.83% by mass (concentration ratio 93.1%) to 63.10% by mass (concentration ratio 105.2%). is there. The method of manufacturing the Cu core ball is the same as that of the embodiment of the sample A using the Cu core ball using the (Sn-95Pb) solder alloy described above.

使用したCuボール及びCu核ボールの直径、金属層(Niめっき層)とはんだ層の膜厚等の仕様、及び実験条件についてははんだ層の組成以外、試料Aと同条件である。   The specifications such as the diameter of the used Cu ball and Cu core ball, the thickness of the metal layer (Ni plating layer) and the thickness of the solder layer, and the experimental conditions are the same as those of the sample A except for the composition of the solder layer.

その結果を表8の試料Dとして示す。この場合には目標値となるSnは60質量%であるので、試料Dに示すように、55.83〜63.10質量%(何れも同一試料に付き10回計測した平均値)と、多少のバラツキ(平均値の最小55.83質量%(濃度比率93.1%)〜最大63.10質量%(濃度比率105.2%))程度はあるものの、許容範囲である。従って55.83質量%(濃度比率93.1%)〜63.10質量%(濃度比率105.2%)に収まっていることが分かる。接合判定は、試料Aの実施例と同じく接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。   The results are shown as Sample D in Table 8. In this case, the target value of Sn is 60% by mass, and therefore, as shown in Sample D, 55.83 to 63.10% by mass (in all cases, an average value measured 10 times for the same sample). (A minimum of 55.83% by mass (concentration ratio 93.1%) to a maximum of 63.10% by mass (concentration ratio 105.2%) of the average value) is within an allowable range. Therefore, it can be seen that it is within the range of 55.83% by mass (concentration ratio 93.1%) to 63.10% by mass (concentration ratio 105.2%). The bonding was determined to be “good” because good results were obtained in which no poor bonding occurred, as in the example of sample A.

試料Dは、目標とするSnの含有量(目標値)が66(質量%)である。そこで、表8中の試料Dの濃度比率(%)は、以下の(6)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値の平均値/60)×100・・・(6)
Sample D has a target Sn content (target value) of 66 (% by mass). Therefore, the concentration ratio (%) of the sample D in Table 8 is obtained by the following equation (6).
Concentration ratio (%) = (average of measured values / 60) × 100 (6)

上述した試料Aの実施例、試料Bの実施例、試料Cの実施例及び試料Dの実施例の結果を表9にまとめた。Snの濃度比率は72.2〜137.6質量%である。ここで、試料Aの実施例、試料Bの実施例、試料Cの実施例及び試料Dの実施例で作成したCu核ボールについて真球度を測定したところ、いずれも0.99以上であり、0.95以上を満たした。   Table 9 summarizes the results of the above-described Examples of Sample A, Examples of Sample B, Examples of Sample C, and Examples of Sample D. The concentration ratio of Sn is 72.2 to 137.6% by mass. Here, when the sphericity was measured for the Cu core balls prepared in the example of sample A, the example of sample B, the example of sample C, and the example of sample D, all were 0.99 or more, 0.95 or more was satisfied.

Figure 2019214761
Figure 2019214761

表9中の濃度比率(%)は、以下の(5)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値/目標値)×100・・・(5)
The concentration ratio (%) in Table 9 is obtained by the following equation (5).
Concentration ratio (%) = (measured value / target value) × 100 (5)

なお、はんだ層3内のSn濃度を変えた場合には、位置ずれやCu核ボール11Bの吹き飛びなどの現象が発生した。   In addition, when the Sn concentration in the solder layer 3 was changed, phenomena such as displacement and blow-off of the Cu core ball 11B occurred.

以上説明したように、各実施例A〜Dでは、はんだ層中のSnが均質であるので、はんだ層中のPbが均質であり、はんだ層の膜厚に対しSn、Pbの内周側、外周側を含めてその全領域に亘りSn、Pb濃度比率が所定範囲内にある。このため、はんだ層中のSn、Pbが均質である本発明のCu核ボールでは、内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じてCu核ボールがはじき飛ばされるような事態は発生しない。   As described above, in each of Examples A to D, Sn in the solder layer is homogeneous, so Pb in the solder layer is uniform, and the inner peripheral side of Sn and Pb with respect to the film thickness of the solder layer. The Sn, Pb concentration ratio is within a predetermined range over the entire area including the outer peripheral side. For this reason, in the Cu core ball of the present invention in which Sn and Pb in the solder layer are homogeneous, the inner peripheral side is melted earlier than the outer peripheral side, and a volume expansion difference occurs between the inner peripheral side and the outer peripheral side, so that the Cu nucleus is increased. A situation where the ball is repelled does not occur.

また、はんだ層中のSn、Pbが均質であるので、Cu核ボールの全面に亘りほぼ均一に溶融するから、はんだ層内での溶融タイミングに時間差が殆ど生じない。その結果溶融タイミングのずれによって発生するCu核ボールの位置ずれは生じないので、位置ずれなどに伴う電極間の短絡などのおそれはない。従って、このCu核ボールを使用することによって高品質なはんだ継手を提供できる。   In addition, since Sn and Pb in the solder layer are homogeneous, they are almost uniformly melted over the entire surface of the Cu core ball, so that there is almost no time difference in the melting timing in the solder layer. As a result, the displacement of the Cu core ball caused by the displacement of the melting timing does not occur, so that there is no danger of short-circuiting between the electrodes due to the displacement. Therefore, a high quality solder joint can be provided by using the Cu core ball.

1・・・Cuボール、11A、11B・・・Cu核ボール、2・・・金属層、3・・・はんだ層、10・・・半導体チップ、100,41・・・電極、30・・・はんだバンプ、40・・・プリント基板、50・・・はんだ継手、60・・・電子部品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cu ball, 11A, 11B ... Cu core ball, 2 ... metal layer, 3 ... solder layer, 10 ... semiconductor chip, 100, 41 ... electrode, 30 ... Solder bump, 40: Printed circuit board, 50: Solder joint, 60: Electronic component

本発明によれば、Cuボール高真球度及び低硬度を実現し、かつ、Cuボールの変色が抑制される。Cuボールの高真球度を実現したことにより、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボールの高真球度を実現でき、Cuボールを電極上に実装した際のセルフアライメント性を確保できると共に、Cu核ボールの高さのばらつきを抑制できる。また、Cuボールの低硬度を実現したことにより、Cuボールを金属層で被覆したCu核ボールでも耐落下衝撃性を向上させることができる。更に、Cuボールの変色が抑制されるため、硫化物や硫黄酸化物によるCuボールへの悪影響を抑制でき、金属層での被覆に適しており、濡れ性が良好となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high sphericity and low hardness of a Cu ball are implement | achieved, and the discoloration of a Cu ball is suppressed. By realizing the high sphericity of Cu balls, the Cu balls can achieve high sphericity of Cu nuclei balls coated with metal layers, ensuring self-alignment property when mounting the Cu nuclei ball on an electrode In addition, the variation in the height of the Cu core ball can be suppressed. Also, by realizing the low hardness of the Cu ball, even a Cu core ball in which the Cu ball is covered with a metal layer can improve the drop impact resistance. Further, since discoloration of the Cu ball is suppressed, adverse effects on the Cu ball due to sulfides and sulfur oxides can be suppressed, which is suitable for coating with a metal layer and has good wettability.

・Cuボールの真球度:0.95以上
Cuボール1をはんだ層3で被覆した本発明に係る第1の実施の形態のCu核ボール11A、及び、Cuボール1を金属層2及びはんだ層3で被覆した本発明に係る第2の実施の形態のCu核ボール11Bの真球度は、0.95以上であることが好ましく、真球度が0.98以上であることがより好ましく、0.99以上であることが更により好ましい。Cu核ボール11A、11Bの真球度が0.95未満であると、Cu核ボール11A、11Bが不定形状になるため、Cu核ボール11A、11Bを電極に搭載してリフローを行う際、Cu核ボール11A、11Bが位置ずれを起こしてしまい、セルフアライメント性も悪化する。Cu核ボール11A、11Bの真球度が0.95以上であれば、Cu核ボール11A、11Bを半導体チップ10の電極100等に実装した際のセルフアライメント性を確保できる。そして、Cuボール1の真球度も0.95以上であることで、Cu核ボール11A、11Bは、Cuボール1及び金属層2がはんだ付けの温度で溶融しないため、はんだ継手50における高さのばらつきを抑制できる。これにより、半導体チップ10及びプリント基板40の接合不良を確実に防止できる。

The sphericity of the Cu core ball: 0.95 or more The Cu core ball 11A of the first embodiment according to the present invention in which the Cu ball 1 is covered with the solder layer 3, and the Cu ball 1 is the metal layer 2 and the solder The sphericity of the Cu core ball 11B according to the second embodiment of the present invention covered with the layer 3 is preferably 0.95 or more, and more preferably 0.98 or more. , 0.99 or more. If the sphericity of the Cu core balls 11A and 11B is less than 0.95, the Cu core balls 11A and 11B have an irregular shape. Therefore, when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on the electrodes and reflow is performed, Cu The core balls 11A and 11B are displaced, and the self-alignment is deteriorated. When the sphericity of the Cu core balls 11A and 11B is 0.95 or more, self-alignment when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on the electrode 100 of the semiconductor chip 10 or the like can be ensured. Since the sphericity of the Cu ball 1 is also 0.95 or more, the Cu core balls 11A and 11B have a height in the solder joint 50 because the Cu ball 1 and the metal layer 2 do not melt at the soldering temperature. Can be suppressed. Thereby, the bonding failure between the semiconductor chip 10 and the printed board 40 can be reliably prevented.

Claims (17)

Cuボールと、
前記Cuボールの表面を被覆するはんだ層とを備え、
前記Cuボールは、
Fe、Ag及びNiのうち少なくとも1種の含有量の合計が5.0質量ppm以上50.0質量ppm以下であり、
Sの含有量が0質量ppm以上1.0質量ppm以下であり、
Pの含有量が0質量ppm以上3.0質量ppm未満であり、
残部がCu及びその他の不純物元素であり、前記Cuボールの純度が99.995質量%以上99.9995質量%以下であり、
真球度が0.95以上であり、
前記はんだ層は、SnとPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金である
Cu核ボール。
Cu balls,
A solder layer covering the surface of the Cu ball,
The Cu ball,
The sum of the contents of at least one of Fe, Ag and Ni is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less;
S content is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less,
P content is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm,
The balance is Cu and other impurity elements, and the purity of the Cu ball is not less than 99.995% by mass and not more than 99.9995% by mass;
The sphericity is 0.95 or more,
The Cu core ball is a (Sn-Pb) solder alloy containing Sn and Pb.
前記はんだ層は、Pbの含有量が0質量%超95.0質量%以下、Snが残部である
請求項1に記載のCu核ボール。
2. The Cu core ball according to claim 1, wherein the solder layer has a Pb content of more than 0% by mass and 95.0% by mass or less and Sn being the balance. 3.
前記はんだ層は、Snと37.0質量%以上95.0質量%以下のPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるSnの濃度比率(%)を、
濃度比率(%)=(計測値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100、
あるいは、
濃度比率(%)=(計測値の平均の値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100として表したとき、
前記濃度比率は、70.0〜140.0%の範囲内となされた
請求項1または請求項2に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of a (Sn-Pb) -based solder alloy containing Sn and Pb of 37.0 mass% or more and 95.0 mass% or less,
The concentration ratio (%) of Sn contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (% by mass) / target content (% by mass)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measurement values (% by mass) / target content (% by mass)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1, wherein the concentration ratio is in a range of 70.0 to 140.0%.
前記はんだ層は、Snと37.0質量%以上95.0質量%以下のPbを含有する(Sn−Pb)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるSnの濃度比率(%)を、
濃度比率(%)=(計測値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100、
あるいは、
濃度比率(%)=(計測値の平均の値(質量%)/目標とする含有量(質量%))×100として表したとき、
前記濃度比率は、90.0〜110.0%の範囲内となされた
請求項1または請求項2に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of a (Sn-Pb) -based solder alloy containing Sn and Pb of 37.0 mass% or more and 95.0 mass% or less,
The concentration ratio (%) of Sn contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (% by mass) / target content (% by mass)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measurement values (% by mass) / target content (% by mass)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1 or 2, wherein the concentration ratio is in a range of 90.0 to 110.0%.
真球度が0.98以上である請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to any one of claims 1 to 4, wherein the sphericity is 0.98 or more. 真球度が0.99以上である請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to any one of claims 1 to 4, having a sphericity of 0.99 or more. α線量が0.0200cph/cm以下である請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to any one of claims 1 to 6, wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less. α線量が0.0010cph/cm以下である請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to any one of claims 1 to 6, wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less. 前記Cuボールの表面を被覆する金属層を備え、前記金属層の表面が前記はんだ層で被覆され、真球度が0.95以上である請求項1〜請求項8の何れか1項に記載のCu核ボール。   The metal layer which covers the surface of the said Cu ball is provided, The surface of the said metal layer is covered with the said solder layer, The sphericity is 0.95 or more, The statement in any one of Claims 1-8. Cu core ball. 真球度が0.98以上である請求項9に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to claim 9, having a sphericity of 0.98 or more. 真球度が0.99以上である請求項9に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to claim 9, having a sphericity of 0.99 or more. α線量が0.0200cph/cm以下である請求項9〜請求項11の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to any one of claims 9 to 11, wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less. α線量が0.0010cph/cm以下である請求項9〜請求項11の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to any one of claims 9 to 11, wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less. 前記Cuボールの直径が1μm以上1000μm以下である
請求項1〜13の何れか1項に記載のCu核ボール。
The Cu core ball according to any one of claims 1 to 13, wherein a diameter of the Cu ball is 1 µm or more and 1000 µm or less.
請求項1〜14のいずれか1項に記載のCu核ボールを使用したはんだ継手。   A solder joint using the Cu core ball according to claim 1. 請求項1〜14のいずれか1項に記載のCu核ボールを使用したはんだペースト。   A solder paste using the Cu core ball according to any one of claims 1 to 14. 請求項1〜14のいずれか1項に記載のCu核ボールを使用したフォームはんだ。   A foam solder using the Cu core ball according to any one of claims 1 to 14.
JP2018111878A 2018-06-12 2018-06-12 Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder Active JP6485581B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018111878A JP6485581B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
TW108120074A TWI702299B (en) 2018-06-12 2019-06-11 Cu core balls, solder joints, solder paste and foam solder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018111878A JP6485581B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6485581B1 JP6485581B1 (en) 2019-03-20
JP2019214761A true JP2019214761A (en) 2019-12-19

Family

ID=65802258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018111878A Active JP6485581B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6485581B1 (en)
TW (1) TWI702299B (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK3012047T3 (en) * 2013-06-19 2019-03-04 Senju Metal Industry Co BASED METAL BALL WITH THE COPPER CORE

Also Published As

Publication number Publication date
TWI702299B (en) 2020-08-21
TW202003869A (en) 2020-01-16
JP6485581B1 (en) 2019-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6485580B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
TWI761683B (en) Cu core balls, solder joints, solder paste and foam solder
KR20170077287A (en) Cu BALL, Cu CORE BALL, SOLDER JOINT, SOLDER PASTE, SOLDER FOAM AND METHOD FOR PRODUCING Cu BALL AND Cu CORE BALL
TWI695892B (en) Solder ball, solder joint and joining method
KR102649199B1 (en) Cu BALL, OSP-TREATED Cu BALL, Cu CORE BALL, SOLDER JOINT, SOLDER PASTE, AND FOAM SOLDER, AND METHOD FOR MANUFACTURING Cu BALL
CN113767469B (en) Core material, electronic component, and method for forming bump electrode
JP6572996B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
JP6485581B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
JP6572998B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
JP6572997B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder
JP6493604B1 (en) Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181127

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181127

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20181127

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6485581

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250