JP5036265B2 - 接続端子用ボールのめっき方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ボールグリッドアレイ型の半導体装置の底部にあって、この半導体装置を実装基板等に接続する時に使用する接続端子用ボールのめっき方法に関する。

集積回路や大規模集積回路等の半導体装置は、パッケージ（封止樹脂）の側面に多くの外部接続リードとしてのアウターリードが設けられている。このような半導体装置としては、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）、クワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、およびスモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ）等がある。しかしながら、リードを用いた接続端子では、半導体装置の小型化が困難であるため、鉛（Ｐｂ）および錫（Ｓｎ）からなるはんだボールによる接続端子が開発され、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）等に使用されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＢＧＡやＣＳＰ等に用いられるはんだボールは、環境負荷の点から鉛を含有しないのが好ましく、主に錫からなり、１．０〜４．５ｍａｓｓ％の銀および０．３〜１．２ｍａｓｓ％の銅を含有するはんだボールも開発されている（例えば、特許文献２参照）。しか
しながら、単一組成のはんだボールでは、実装時に加熱すると、はんだボールが溶融して潰れる場合があり、この際に溶融したはんだボールが隣接する接続端子と接触して短絡するという問題があった。
そこで、例えば、コア材として銅からなる球体（銅ボール）を備え、この球体に錫と銀の２元系からなるめっきを行ったはんだボールが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。これによって、コア材を有しないはんだボールと比較して接続端子の高さ（スタンドオフ高さ）が確保されるという点で優れている。

特開２０００−３３２３９９号公報 特開２００２−５７１７７号公報 「エレクトロニクス実装学会誌６（６）」社団法人エレクトロニクス実装学会、２００３年９月、ｐ．５０９−５１５

しかしながら、特許文献１の発明では、はんだボールの成分として鉛を含有しているため、鉛中毒の危険性が高くなるとともに、廃棄や埋立による地下水、河川の鉛汚染の可能性があるという問題があった。
また、非特許文献１のように、銅ボールに錫―銀による２元めっきによるはんだ層を形成すると、はんだ層が溶融する際に銅ボールからはんだ層に銅が拡散し、融点の低い錫−銀−銅となるが、この場合には銅ボールに銅―錫による金属間化合物が形成され、銅ボールから拡散する銅のために、この金属間化合物が粗大になり接続信頼性の低下を招く場合があるという問題があった。

そこで、非特許文献１では、銅ボールとはんだ層間に銅の拡散防止用のニッケル層（下地めっき層）を形成させる手法の提案もなされている。ところが、下地めっき層を形成するとはんだ中に銅の拡散がなく、はんだ層中に銅成分がない従来用いられている錫―銀による２元めっきによるはんだ層として作用するのみとなり、このため融点が高く、接続時のはんだ端子形成の加熱がより高いものになるという問題もあった。
さらに、銅ボールにはんだ層を形成する場合、はんだ層を均一に形成しようとすると、部位によって自ずとはんだの体積が異なって実装時に接続強度のバラツキが生じたり、また、はんだボールの真球度が低くなってはんだボールを機械により設置する場合につまりの原因となる問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、電子部品の接続端子となる電極を製造する上で使用される鉛を含まない接続端子用ボールのめっき方法を提供することである。

前記目的に沿う本発明に係る接続端子用ボールのめっき方法は、半導体装置を実装基板に接続する場合に使用する接続端子用ボールのめっき方法であって、
被めっき物である直径が１０〜１０００μｍの金属または合金からなる球体を、錫イオン、銀イオン、および銅イオンを含む三元系めっき液が満たされたバレルドラムに浸漬し、前記バレルドラムを回転させながら前記球体と接触可能に配置された陰極及び前記陰極と対向して配置される陽極の間を通電することで、銀の含有量が０．５〜３．４ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．３〜０．８ｍａｓｓ％、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなる錫−銀−銅含有めっきを前記球体に形成する。

ここで、球体は、錫−銀−銅含有めっきよりも融点が高い、例えば、ニッケル、銅、鉄、錫、亜鉛を使用することができる。錫−銀−銅含有めっきよりも融点が高い金属、または合金の適用は、スタンドオフ高さの確保に有効である。
本発明に係る接続端子用ボールは、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）等に使用される。
球体に錫−銀−銅含有めっきを形成させるめっき液には、錫イオン（Ｓｎ²⁺ ）、銀イオン（Ａｇ⁺）、および銅イオン（Ｃｕ²⁺）が含まれる。

また、めっき方法としては、例えば、球体を収納し、めっき液中に水平または傾斜状態で浸漬されたバレルドラムと、バレルドラムをその軸心線回りに回転させる駆動機構と、バレルドラム内に球体と接触可能に配置された陰極と、陰極と対向して配置される陽極とを備え、駆動機構によってバレルドラムを回転させながら陰極と陽極との間を通電して球体にめっきを行うバレルめっき装置を使用したバレルめっき法（barrel plating）を採用する。

本発明に係る接続端子用ボールのめっき方法において、錫−銀−銅含有めっきの組成は、要求される融点等により、適宜定めることができる。銀の含有量が０．５〜３．４ｍａｓｓ％、さらに好ましくは２．６〜３．０ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．３〜０．８ｍａｓｓ％、さらに好ましくは０．４〜０．６ｍａｓｓ％であって、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなる。
ここで、銀の含有量が０．５ｍａｓｓ％未満または３．４ｍａｓｓ％を超え、かつ、銅の含有量が０．３ｍａｓｓ％未満または０．８ｍａｓｓ％を超えると融点が高くなる。また、銀の含有量が、３．４ｍａｓｓ％以下であると、錫と銀の金属間化合物の生成が抑制されて、より接続信頼性が向上するという利点もある。なお、銀の含有量が１０．０ｍａｓ％まで、そして、銅の含有量が５．０ｍａｓ％までであれば、めっき組成物に金属間化合物は生成するが融点は実用上支障を与えるほど上昇しない。

本発明に係る接続端子用ボールのめっき方法において、前記錫−銀−銅含有めっきの厚みは、１μｍ以上かつ前記球体の粒径の１／２以下、好ましくは、２μｍ以上かつ前記球体の粒径の１／４以下の範囲にあるのが好ましい。
ここで、錫−銀−銅含有めっきの厚みが、１μｍ未満では、はんだが充分に接合部に行き渡らず、充分な接合強度を得る事ができない。また、はんだ層（すなわち、錫−銀−銅含有めっき）の厚みが球体の粒径の１／２を超えてはんだ層を形成させてもコア部（球体）によるスタンドオフ高さへの影響がなくなり、コア（球体）を有さないはんだボールに対しての優位性が無くなる。

本発明に係る接続端子用ボールのめっき方法において、前記錫−銀−銅含有めっきは、コアとなる球体を形成する金属（合金）の拡散防止層として下地めっき層の上になされているのが好ましい。
ここで、下地めっき層は、球体が銅で形成されている場合、ニッケルが好適に使用され、その他の金属で形成されている場合、銅、ニッケル、銀、または金が好適に使用される。拡散防止の点から下地めっき層の厚みは、１μｍ以上あるのが好ましく、厚い場合は下地形成に工数がかかるため５μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係るめっき方法によって製造された接続端子用ボールにおいて、コアとなる銅ボール（即ち、金属または合金からなる球体の一例）は、アウトガスが少なく、かつ、表面酸化が少ないものが好ましく、一旦銅を溶融して球状化することが好ましい。例えば、熱プラズマのような高清浄性と高い温度場を兼ね備えた気体中で溶融したのちに球状化して銅ボールを製造することのが好ましい。

本発明に係るめっき方法によって製造された接続端子用ボールにおいて、コアの大きさのバラツキは、スタンドオフ高さのバラツキの要因となる。また、個々のはんだ量が異なると接続強度にバラツキが生じ、信頼性が低くなる。従って、コアとなる金属ボール（即ち、金属または合金からなる球体）の粒径のバラツキを示す標準偏差に対してはんだ層形成後の接続端子用ボールの粒径のバラツキの両方を規制することが望ましい。具体的には、接続端子用ボールの集合体において、コアの粒径の標準偏差を５μｍ以下、はんだ層形成後の接続端子用ボールの粒径の標準偏差を５μｍ以下とすることが望ましい。さらに、前記接続端子用ボールの集合体において、接続端子用ボールの平均粒径をDave、標準偏差をσとしたとき、（σ／Dave）×１００＝Cv（％）の値が５％以下、さらに好ましくは、前記Cv（％）の値が１％以下であるのがよい。

さらに、接続端子用ボールを設置する際に装置内でのつまりの原因となるため、真円度は以下の定義で用いる真球度で平均０．９０以上、好ましくは０．９５以上であることが望ましい。真円度測定の定義としては、投影面積をＳ、最大投影長をＬとして、円相当径をＤ＝２（Ｓ／π）^(1/2)で表し、真球度をＤ／Ｌとする。したがって、真球度が１である時に真球となる。

請求項１〜４に記載の接続端子用ボールのめっき方法においては、直径が１０〜１０００μｍの金属又は合金からなる球体の表面に錫−銀−銅含有めっきがなされ、かつはんだ層が均一に形成されているので、実装時にめっきした部分は溶融するが、金属または合金からなる球体は溶融しないため、スタンドオフ高さが確保される。そして、接続端子用ボールの形状の制御（即ち、球体に保持すること）が可能となり、結果として、隣接する接続端子と接触することがなくなり、短絡を防止することができる。

また、錫−銀−銅含有めっきが、銀の含有量が０．５〜３．４ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．３〜０．８ｍａｓｓ％であって、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなるので、鉛入りはんだ材の代替として好適である。

請求項２記載の接続端子用ボールのめっき方法においては、錫−銀−銅含有めっきの厚みが、１μｍ以上かつ球体の直径の１／２以下の範囲にあるので、斑がなく、接合強度を高くすることができ、中身の球体によって実装時のスタンドオフ高さを確保できる。

ここで、本発明において、錫−銀−銅含有めっきの適用は、低融点のはんだとして作用するのはもちろんであるが、めっき層に銅を含むことにより、コア（球体）として銅ボールを用いたときに、銅を含まないめっきの場合よりも、コアからの銅の拡散を抑制できるという点がある。
特に、請求項３、４記載の接続端子用ボールのめっき方法においては、錫−銀−銅含有めっきにさらに下地めっき層を形成することにより、コアの成分の拡散による金属間化合物の生成の問題を確実に防止できるので、製造工数は増加するが、より好ましいものとなる。そして、錫−銀−銅含有めっきは、下地めっき層の上になされているので、この錫−銀−銅含有めっきが下地めっきを介して球体と強固に接合される。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る方法によって製造された接続端子用ボール１０は、直径が１０〜１０００μｍの金属または合金、例えば、銅からなる球体の一例である銅ボール１１の表面に錫−銀−銅含有めっき１２が均一になされたものである。ここで、錫−銀−銅含有めっき１２は、銀の含有量が０．1〜３．４ｍａｓｓ％、好ましくは、２．６〜３．０ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．1〜０．８ｍａｓｓ％、好ましくは、０．４〜０．５５ｍａｓｓ％であって、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなっている。また、錫−銀−銅含有めっき１２の厚みは、１μｍ以上かつ銅ボール１１の直径の１／２以下、好ましくは、２μｍ以上かつ銅ボール１１の直径の１／１０以下の範囲で形成されている。製造された接続端子用ボール１０は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）等に使用される。

次に、接続端子用ボール１０の製造方法について説明する。銅ボール１１は、図示しないバレルめっき装置（例えば、株式会社山本鍍金試験器製、マイクロバレル実験装置Ｂ−７４Ｍ１−Ｔ０１）を使用したバレルめっき法によって錫−銀−銅含有めっき１２が施される。バレルめっき装置は、被めっき物である銅ボール１１を収納し、めっき液中に水平または傾斜状態で浸漬されたバレルドラムと、バレルドラムをその軸心線回りに回転させる駆動機構と、バレルドラム内に銅ボール１１と接触可能に配置された陰極と、陰極と対向して配置される陽極とを備えている。バレルドラム内に銅ボール１１を入れ、駆動機構によってバレルドラムを回転させながら陰極と陽極との間に通電する。銅ボール１１に所定厚みの錫−銀−銅含有めっき１２が形成されるまで通電を行う。

ここで、銅ボール１１に錫−銀−銅含有めっき１２を形成させるめっき液は、水を主体とする媒体に、スルホン酸類および金属成分として錫、銀および銅を必須成分として含有している。金属成分は、めっき液中で金属イオンまたは金属錯体として存在しており、主として水とスルホン酸類からなるめっき母液と金属化合物を混合することによりめっき液が得られ、金属イオンの安定性のために、好ましくは有機錯化剤を含有している。以下、めっき液について詳細に説明する。

錫化合物としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、２−プロパノールスルホン酸、ｐ−フェノールスルホン酸などの有機スルホン酸の錫塩、硫酸錫、酸化錫、硝酸錫、塩化錫、臭化錫、ヨウ化錫、リン酸錫、ピロリン酸錫、酢酸錫、ギ酸錫、クエン酸錫、グルコン酸錫、酒石酸錫、乳酸錫、コハク酸錫、スルファミン酸錫、ホウフッ化錫、およびケイフッ化錫などの第一錫化合物が挙げられ、これらの錫化合物を１種単独または２種以上混合して用いることができる。

銀化合物としては、前記スルホン酸の銀塩、硫酸銀、酸化銀、塩化銀、硝酸銀、臭化銀、ヨウ化銀、リン酸銀、ピロリン酸銀、酢酸銀、ギ酸銀、クエン酸銀、グルコン酸銀、酒石酸銀、乳酸銀、コハク酸銀、スルファミン酸銀、ホウフッ化銀、およびケイフッ化銀などが挙げられ、これらの銀化合物を１種単独または２種以上混合して用いることができる。これらのうち、酸化銀は、溶解性および工業的利用の容易さから好ましく用いられる。

銅化合物としては、前記スルホン酸の銅塩、硫酸銅、酸化銅、硝酸銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、リン酸銅、ピロリン酸銅、酢酸銅、ギ酸銅、クエン酸銅、グルコン酸銅、酒石酸銅、乳酸銅、コハク酸銅、スルファミン酸銅、ホウフッ化銅、およびケイフッ化銅などが挙げられ、これらの銅化合物を１種単独または２種以上混合して用いることができる。

スルホン酸類は、前記の金属成分を溶解可能とするものである限り、いずれも用いることができ、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸等の脂肪族スルホン酸、ベンゼンスルホン酸、およびトルエンスルホン酸等が挙げられる。これらの内、金属塩の溶解性、及び排水処理の容易性などの点で脂肪族スルホン酸が好ましく、メタンスルホン酸が特に好ましい。これらスルホン酸類は、めっき液中、０．５〜５ｍｏｌ／Ｌ（Ｌはリットルを示す、以下同じ）とすることが好ましく、より好ましくは１〜３ｍｏｌ／Ｌである。

めっき液中において、金属成分は、強酸イオンの一例であるスルホン酸イオンをカウンターアニオンとして金属イオンおよび金属イオンの錯体の形で水を主体とする媒体に溶解しているが、錫イオンはＳｎ²⁺および／またはＳｎ⁴⁺、銅イオンはＣｕ⁺および／またはＣｕ²⁺、また銀イオンはＡｇ⁺として存在している。めっき液中の各金属の配合量は、Ｓｎ²⁺として０．２１〜２ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．２５〜１ｍｏｌ／Ｌ、銀として０．０１〜０．１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０２〜０．０５ｍｏｌ／Ｌ、銅として０．００２〜０．０２ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．００３〜０．０１ｍｏｌ／Ｌである。ここで、錫イオンとしてはめっきに関与するのはＳｎ²⁺であるので、Ｓｎ²⁺の量を規制する。

また、銅イオン濃度に対する銀イオン濃度（モル比）は、４．５〜５．５８の範囲となるものが好ましく、この範囲であれば、融点の低い錫−銀−銅めっき被膜を作製することが容易となる。

本発明においては、要求される融点等のはんだ特性に応じてまた、錫、銀、および銅の配合量によって、製造される錫−銀−銅の三元系のめっき液の組成を規制すると、めっき液を使用して作られるめっき被膜（錫−銀−銅含有めっき）の組成も規制されるため、製造されるめっき被膜の融点ができるだけ低くなるように、錫、銀、および銅の配合を決める。
さらに、めっき被膜の融点を低くする効果を損なわない範囲ではんだ特性を劣化しない微量の金属元素を含有していても良い。微量金属としては、ニッケル、コバルト、金、ビスマス、鉛、パラジウム、アンチモン、亜鉛、鉄、ゲルマニウム、およびインジウム等が挙げられ、含有量としてはそれぞれ銅の含有量より少ないことが好ましい。

また、めっき液の性能の低下を妨げない範囲で、スルホン酸類と併用してめっき母液に可溶なスルホン酸塩や、有機酸およびその塩、無機酸およびその塩を配合することができる。無機酸としては、例えば、硫酸、リン酸、縮合リン酸、硝酸、フッ化水素酸、およびホウフッ化水素酸等が挙げられ、有機酸としては、例えば、スルファミン酸、カルボン酸、およびホスホン酸が挙げられる。前記した各酸の塩としては、可溶性塩であれば良く、例えば、ナトリウム（Ｎａ）塩、カリウム（Ｋ）塩等のアルカリ金属塩、カルシウム（Ｃａ）塩等のアルカリ土類金属塩、ジエチルアミン塩等のアルキルアミン塩、およびアンモニウム塩等のいずれか１または２以上を使用できる。

めっき液は、添加剤として特定の有機錯化剤を含有することが好ましい。好ましい有機錯化剤は、メルカプタン化合物、チオ尿素化合物、および芳香族アミノ化合物である。
メルカプタン化合物（チオール化合物とも呼ばれる）は、分子内にＳＨ基を有するものであればいずれも用いることができる。なお、ジスルフィド結合を有する化合物を用い、めっき浴中で還元させてチオール化合物を生成させてもよい。ここで、メルカプタン化合物としては、例えば、ブタンチオール、ペンタンチオール等の脂肪族チオール化合物、チオフェノール、トルエンチオール、ｏ−アミノチオフェノール等の芳香族チオール化合物、メルカプト酢酸、メルカプトコハク酸、メルカプト乳酸等のメルカプト基含有カルボン酸、システイン等のメルカプト基含有アミノ酸、およびアセチルシステイン等のメルカプト基含有アミノ酸誘導体が挙げられる。これらの内、水に対する溶解性、錯化剤としての性能、および臭いが少ない等の観点から、メルカプト基含有カルボン酸またはメルカプト基含有アミノ酸およびその誘導体が好ましい。

また、チオ尿素化合物は、チオ尿素骨格を有する化合物であればいずれも用いることができ、例えば、チオ尿素、ジメチルチオ尿素、トリメチルチオ尿素、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピルチオ尿素、アセチルチオ尿素、アリルチオ尿素、１，３−ジフェニルチオ尿素、およびチオセミカルバジド等が挙げられる。
また、芳香族アミノ化合物は、芳香族環に直接アミノ基を有する化合物であればいずれも用いることができ、例えば、アニリン、メチルアニリン、メトキシアニリン等のアニリン化合物や、２，２’−ジチオジアニリン等の分子内に２個のアニリン環を有する化合物が挙げられる。

これら有機錯化剤は、めっき母液に対する溶解度がある程度高いほうが、安定なめっき液を作成する観点から好ましく、溶解度としては好ましくは３ｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは５ｇ／Ｌ以上、特に好ましくは１０ｇ／Ｌ以上である。また、有機錯化剤は、錯化剤分子があまり大きいと錯化能力が低下する傾向にあるので、分子量として、好ましくは２０００以下、さらに好ましくは１０００以下、特に好ましくは８０〜５００がよい。また、有機錯化剤のめっき液中の配合量は、１〜１００ｇ／Ｌ、好ましくは１〜３０ｇ／Ｌ、さらに好ましくは２〜２０ｇ／Ｌである。これら有機錯化剤は併用して用いてもよく、好ましくはメルカプタン化合物と芳香族アミノ化合物を併用する。

めっき液には、前記成分以外に界面活性剤を配合することができる。界面活性剤は、めっき被膜の外観、緻密性、平滑性、密着性、および均一電着性等の改善のために用いられる。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤が好ましく、例えば、Ｃ１〜Ｃ２０アルカノール、フェノール、ナフトール、ビスフェノール類、Ｃ１〜Ｃ２５アルキルフェノール、アリールアルキルフェノール、Ｃ１〜Ｃ２５アルキルナフトール、Ｃ１〜Ｃ２５アルコキシル化リン酸（塩）、ソルビタンエステル、スチレン化フェノール、ポリアルキレングリコール、Ｃ１〜Ｃ３０脂肪族アミン、Ｃ１〜Ｃ２２脂肪族アミド等に、エチレンオキシド（ＥＯ）およびプロピレンオキシド（ＰＯ）から選ばれた少なくとも１種のアルキレンオキシドを２〜３００モル付加縮合したアルキレンオキシド系化合物が挙げられる。

めっき液に配合する界面活性剤は、アルキレンオキシド系化合物が好ましく、例えば、ポリオキシエチレンα−ナフトールエーテル、ポリオキシエチレンβ−ナフトールエーテル、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマー、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン多価アルコールエーテル、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコール等が挙げられる。界面活性剤を用いる場合の配合量としては、好ましくは０．１〜５０ｇ／Ｌであり、さらに好ましくは２〜３０ｇ／Ｌである。

めっき液には、めっき被膜表面の光沢剤としてアルデヒド化合物を配合することができる。アルデヒド化合物としては、例えば１−ナフトアルデヒド、２−ナフトアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、ｍ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、２，４−ジクロロベンズアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、サリチルアルデヒド、２−チオフェンアルデヒド、３−チオフェンアルデヒド、ｏ−アニスアルデヒド、ｍ−アニスアルデヒド、ｐ−アニスアルデヒド、サリチルアルデヒドアリルエーテル、および２−オキシ−３−メトキシベンズアルデヒド等が挙げられる。アルデヒド化合物を用いる場合の配合量としては、好ましくは０．００１〜１０ｇ／Ｌ、さらに好ましくは０．０５〜０．５ｇ／Ｌである。
なお、めっき液には前記成分以外に、目的に応じて、公知の酸化防止剤、ｐＨ調整剤、緩衝剤などの各種添加剤を配合できる。

図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る方法によって製造された接続端子用ボール２０について説明する。なお、接続端子用ボール１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
接続端子用ボール２０は、銅ボール１１に、例えば、ニッケルの下地めっき層２１を設けた後、下地めっき層２１の上に錫−銀−銅含有めっき１２が形成されている点が接続端子用ボール１０と異なっている。下地めっき層２１の厚みは、例えば、１〜５μｍである。
なお、球体を銅以外の金属（例えば、ニッケル、鉄、錫、または亜鉛）で形成した場合には、下地めっき層を、銅、ニッケル、銀、または金で形成するのが好ましい。

接続端子用ボールの集合体としては、粒径がそろい真球であることが望ましい。その理由は、接続端子として使用した時の接続位置の正確性（スタンドオフ高さの均一性）が要求されるからである。さらには接続端子として使用されるはんだ量を規定する必要がある。本発明においては接続端子用ボールの集合体Cvを５％以下と規定した。好ましくは、Cvは１％以下とする。さらに好ましくはコアボールの平均粒径をDcaveとした時に、Ccvは５％以下、好ましくは、Ccvは１％以下とする。
ここで、Ccvは銅コアボールの平均粒径をDcave、銅コアボールの粒径の標準偏差をσしたとき、（σ／Dcave）×１００の値を示す。
また好ましくは、接続端子用ボールの真球度は平均０．９０以上、好ましくは０．９５以上である。また、コアボールの真球度は、平均０．９０以上、好ましくは０．９５以上である。
このような接続端子用ボールは、線材を定量切断した金属片に熱プラズマを作用させ、均一形状のコアとなる金属ボールを作製し、バレルめっきにより錫−銀−銅含有めっきを前述のめっき液を用いて形成させることにより得ることができる。さらにコアとなる金属ボールに下地めっきを施す場合には、前処理としてバレルめっきにより行うことが好ましい。これにより化合物の生成を確実に抑えることができ、接続信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
直径が８０μｍ、９０μｍ、１１０μｍ、２６０μｍ、４００μｍの銅製の球体（銅ボール）を、そのまま若しくは下地めっきとしてニッケルめっき（下地めっき）を行った後、錫イオン（Ｓｎ^２＋）が０．３３７ｍｏｌ／Ｌ、銀イオン（Ａｇ^＋）が０．０２３７ｍｏｌ／Ｌ、および銅イオン（Ｃｕ^２＋）が０．００５ｍｏｌ／Ｌを含むめっき液を用いて、図３に概略構成を示すバレルめっき装置２５にてめっきを行った。めっき液の詳細を表１に示す。このバレルめっき装置２５は、底部周囲に陰極２６を、中央上部に陽極２７を、周囲の陰極２６の上にポーラスリング２８を備えた円錐台状のバレルドラム（回転めっき槽）２９と、バレルドラム２９を正転および逆転駆動する回転駆動機構３０と、バレルドラム２９を囲みその周囲から流れ落ちるめっき液を回収するめっき液回収カバー３１と、めっき液回収カバー３１からのめっき液を回収してめっき液槽３２に貯留し、ポンプ３３によってバレルドラム２９にめっき液を返すめっき液循環機構３４とを有している。なお、バレルドラム２９の上部には液面センサー３５が設けられ、さらに外部にはめっき電源３６が設けられ付設する制御器（図示しない）によって所定のプログラムによりバレルドラム２９の陰極２６および陽極２７間に流れる電流を制御できるようになっている。

回転駆動機構３０によってバレルドラム２９を回転させながら、銅ボールに所定の錫−銀−銅含有めっきが形成されるまで陰極２６と陽極２７との間に通電して接続端子用ボールを製造した。なお、下地めっきを施す場合には、バレルめっき装置を表２に示すワット浴組成にて、厚さ２μmのめっきを行った。

前述のように直径の異なる球体を１００００個用意して、以上のめっきを行い、その集合体からそれぞれ５００個を任意に抽出して、粒径、真球度、めっき皮膜の組成を測定し、その結果を実施例１〜８として表３〜表１０に示す。また、図４に実施例１の接続端子用ボールの断面の走査型電子顕微鏡写真を、図５に実施例３の接続端子用ボールの断面の光学顕微鏡写真を示す。図４、図５の写真に示すように、それぞれ実質的に均一厚みの錫−銀−銅含有めっき層を有している。

表３〜表１０から明らかなように、コアとなる銅ボールの粒径の標準偏差が０．９〜２．２μｍであるのに対し、製造した接続端子用ボールの粒径の標準偏差は１．４〜２．６μｍであり、銅ボールの粒径の標準偏差に対して最大で２．１倍（実施例５）であって、バラツキがなく個々の接続端子用ボールにめっき層が均一に形成されていることが分かる。

なお、実施例におけるめっき被膜組成は、めっきされた銅ボールからめっき部分を採取して誘導結合プラズマ発光分析を用いて成分分析を行った結果である。実施例１では接続端子用ボールの錫−銀−銅含有めっきは、銀の含有量が２．６８ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．５０ｍａｓｓ％であって、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなっていた。分析に用いた試料は、銅ボールと表面にニッケルめっきを施した銅ボールとを混ぜ合わせたものに、同時に錫−銀−銅含有めっきを行い、その後に磁石等を用いることによりニッケルめっきを施した銅ボール上に錫−銀−銅含有めっきした銅ボールのみを取り出し、剥離液等を用いることより錫−銀−銅含有めっきのみを溶解させることにより作製した。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部または全部を組み合わせて本発明の接続端子用ボールのめっき方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の接続端子用ボールにおいて、球体を銅ボールとしたが、錫−銀−銅含有めっきよりも融点が高い、例えば、ニッケル、鉄、錫、または亜鉛で形成することができる。

また、前記実施の形態の接続端子用ボールを製造する際に使用するめっき液としては、形成される錫−銀−銅含有めっきが、本発明の要件を満たすものであればよく、成分の組成、添加物等には限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係る方法によって製造された接続端子用ボールの説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る方法によって製造された接続端子用ボールの説明図である。 本発明の実施例に使用したバレルめっき装置の説明図である。 本発明の実施例１に係る接続端子用ボールの断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例３に係る接続端子用ボールの断面を示す光学顕微鏡写真である。

１０：接続端子用ボール、１１：銅ボール、１２：錫−銀−銅含有めっき、２０：接続端
子用ボール、２１：下地めっき層、２５：バレルめっき装置、２６：陰極、２７：陽極、２８：ポーラスリング、２９：バレルドラム、３０：回転駆動機構、３１：めっき液回収カバー、３２：めっき液槽、３３：ポンプ、３４：めっき液循環機構、３５：液面センサー、３６：めっき電源

Claims (4)

1. 半導体装置を実装基板に接続する場合に使用する接続端子用ボールのめっき方法であって、
   被めっき物である直径が１０〜１０００μｍの金属または合金からなる球体を、錫イオン、銀イオン、および銅イオンを含む三元系めっき液が満たされたバレルドラムに浸漬し、前記バレルドラムを回転させながら前記球体と接触可能に配置された陰極及び前記陰極と対向して配置される陽極の間を通電することで、銀の含有量が０．５〜３．４ｍａｓｓ％、銅の含有量が０．３〜０．８ｍａｓｓ％、残部が実質的に錫および不可避的不純物からなる錫−銀−銅含有めっきを前記球体に形成することを特徴とする接続端子用ボールのめっき方法。
2. 請求項１記載の接続端子用ボールのめっき方法において、前記錫−銀−銅含有めっきの厚みは、１μｍ以上かつ前記球体の直径の１／２以下の範囲にあることを特徴とする接続端子用ボールのめっき方法。
3. 請求項１または２記載の接続端子用ボールのめっき方法において、前記錫−銀−銅含有めっきは、下地めっき層の上になされていることを特徴とする接続端子用ボールのめっき方法。
4. 請求項３記載の接続端子用ボールのめっき方法において、前記球体が銅の場合に、前記下地めっき層は、層厚が１〜５μｍのニッケルめっきであることを特徴とする接続端子用ボールのめっき方法。