JP6493604B1 - Cu core ball, solder joint, solder paste and foam solder - Google Patents

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

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Abstract

【課題】高真球度及び低硬度を実現し、かつ、変色の抑制されたCuボールを金属層で被覆したCu核ボールを提供する。【解決手段】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、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、Bi、またはSnとBiを含有する。【選択図】 図1Provided is a Cu core ball in which a high-sphericity and a low hardness are realized, and a Cu ball in which discoloration is suppressed is coated with a metal layer. A Cu core ball 11A includes a Cu ball 1 and a solder layer 3 that covers the surface of the Cu ball 1, and the Cu ball 1 has a 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, the S content is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, and 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 of the Cu ball 1 is 99.995 mass% or more and 99.9995 mass% or less, the sphericity is 0.95 or more, and the solder layer is made of Sn. , Bi, or Sn and Bi. [Selection] 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 coated 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。   In recent years, with the development of small information devices, electronic components to be mounted are rapidly downsized. In order to meet the demand for downsizing and the reduction of the connection terminals and the reduction of the mounting area, the electronic component uses a ball grid array (hereinafter referred to as “BGA”) in which electrodes are provided on the back surface. .

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。   An electronic component to which BGA is applied includes, for example, a semiconductor package. 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. This 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 board by bonding solder bumps melted by heating and conductive lands of the printed board. Further, in order to meet the demand for further high-density mounting, three-dimensional high-density mounting in which semiconductor packages are stacked in the height direction has been 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). In recent years, therefore, development of low α-ray solder materials and Cu balls with reduced content of radioisotopes has been carried out. Patent Document 1 discloses a Cu ball containing Pb and Bi and 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 that achieves a purity of 99.9% or more and 99.995% or less, a sphericity of 0.95 or more, and a Vickers hardness of 20HV or more and 60HV 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, since the Vickers hardness of Cu balls increases if the crystal grains are fine, durability against external stress is lowered and 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 of a predetermined value or less.

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 decreases, the crystal grains grow larger, and as a result, the Vickers hardness of the Cu ball decreases. However, when the purity of the Cu ball is increased, the sphericity of the Cu ball is lowered.

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 becomes uneven when mounting the semiconductor chip, resulting in poor bonding. 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 Document 3 discloses a Cu ball in which the mass ratio of Cu exceeds 99.995%, the total mass ratio of P and S is 3 ppm or more and 30 ppm or less, and has 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。   Further, when the semiconductor package on which the three-dimensional high-density mounting is performed is a BGA and the solder ball is placed on the electrode of the semiconductor chip and reflow processing is performed, the solder ball may be crushed by the weight of the semiconductor package. . If such a thing occurs, the solder may protrude from the electrodes and the electrodes may come into contact with 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, a solder bump that is not crushed by its own weight or deformed when the solder melts has been proposed. Specifically, it has been proposed to use a ball molded with a metal or the like as a core and use a core material in which the core is covered 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 it is likely to be discolored by forming sulfide or sulfur oxide during heating. The discoloration in the Cu ball causes the deterioration of wettability, and the deterioration of wettability causes non-wetting and deterioration of self-alignment property. As described above, the Cu ball which is easily discolored is not suitable for coating with the metal layer because the adhesion between the surface of the Cu ball and the metal layer is lowered 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 realizes high sphericity and low hardness and suppresses discoloration, and a solder joint, solder paste, and 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、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、Sn、Bi、またはSnとBiを含有するCu核ボール。
(2)はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−Bi)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるBi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、88.7〜110.7%の範囲内となされた上記(1)に記載のCu核ボール。
(3)はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−58Bi)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるBi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、90.3〜108.6%の範囲内となされた上記(1)に記載のCu核ボール。
(4)はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−40Bi)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるBi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、96.0〜102.8%の範囲内となされた上記(1)に記載のCu核ボール。
(5)はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−3Bi)系はんだ合金からなり、はんだ層中に含まれるBi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、88.7〜110.7%の範囲内となされた上記(1)に記載のCu核ボール。
(6)真球度が0.98以上である上記(1)〜(5)の何れかに記載のCu核ボール。
(7)真球度が0.99以上である上記(1)〜(5)の何れかに記載のCu核ボール。
(8)α線量が0.0200cph/cm以下である上記(1)〜(7)の何れかに記載のCu核ボール。
(9)α線量が0.0010cph/cm以下である上記(1)〜(7)の何れかに記載のCu核ボール。
(10)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)〜(9)の何れかに記載のCu核ボール。
(11)真球度が0.98以上である上記(10)に記載のCu核ボール。
(12)真球度が0.99以上である上記(10)に記載のCu核ボール。
(13)α線量が0.0200cph/cm以下である上記(10)〜(12)の何れかに記載のCu核ボール。
(14)α線量が0.0010cph/cm以下である上記(10)〜(12)の何れかに記載のCu核ボール。
(15)Cuボールの直径が1μm以上1000μm以下である上記(1)〜(14)の何れかに記載のCu核ボール。
(16)上記(1)〜(15)の何れかに記載のCu核ボールを使用したはんだ継手。
(17)上記(1)〜(15)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。
(18)上記(1)〜(15)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 are provided, and the Cu ball has a total content of at least one of Fe, Ag, and Ni of 5.0 mass ppm to 50.0 mass. It is 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, and the balance is Cu and other impurity elements. A Cu core ball containing Sn, Bi, or Sn and Bi, wherein the purity of the Cu ball is 99.995% by mass or more and 99.9995% by mass or less, and the sphericity is 0.95 or more.
(2) The solder layer is made of a (Sn-Bi) -based solder alloy containing Sn and Bi, and the concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is expressed as concentration ratio (%) = (measured value (mass (mass %) / Target content (mass%) × 100 or concentration ratio (%) = (average value of measurement values (mass%) / target content (mass%)) × 100 The Cu core ball according to the above (1), in which the concentration ratio is within the range of 88.7 to 110.7%.
(3) The solder layer is made of a (Sn-58Bi) -based solder alloy containing Sn and Bi, and the concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is expressed as concentration ratio (%) = (measured value (mass (mass %) / Target content (mass%) × 100 or concentration ratio (%) = (average value of measurement values (mass%) / target content (mass%)) × 100 The Cu core ball according to (1) above, in which the concentration ratio is within the range of 90.3 to 108.6%.
(4) The solder layer is made of a (Sn-40Bi) -based solder alloy containing Sn and Bi, and the concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is expressed as concentration ratio (%) = (measured value (mass (mass %) / Target content (mass%) × 100 or concentration ratio (%) = (average value of measurement values (mass%) / target content (mass%)) × 100 The Cu core ball according to (1) above, wherein the concentration ratio is within the range of 96.0 to 102.8%.
(5) The solder layer is made of a (Sn-3Bi) -based solder alloy containing Sn and Bi, and the concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is expressed as concentration ratio (%) = (measured value (mass (mass %) / Target content (mass%) × 100 or concentration ratio (%) = (average value of measurement values (mass%) / target content (mass%)) × 100 The Cu core ball according to the above (1), in which the concentration ratio is within the range of 88.7 to 110.7%.
(6) The Cu core ball according to any one of (1) to (5), wherein the sphericity is 0.98 or more.
(7) The Cu core ball according to any one of (1) to (5), which has a sphericity of 0.99 or more.
(8) The Cu core ball according to any one of (1) to (7), wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less.
(9) The Cu core ball according to any one of (1) to (7), wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less.
(10) The metal layer covering the surface of the Cu ball is provided, the surface of the metal layer is covered with a solder layer, and the sphericity is 0.95 or more, according to any one of (1) to (9) Cu core ball.
(11) The Cu core ball according to (10), wherein the sphericity is 0.98 or more.
(12) The Cu core ball according to (10), wherein the sphericity is 0.99 or more.
(13) The Cu core ball according to any one of (10) to (12), wherein the α dose is 0.0200 cph / cm 2 or less.
(14) The Cu core ball according to any one of (10) to (12), wherein the α dose is 0.0010 cph / cm 2 or less.
(15) The Cu core ball according to any one of (1) to (14), wherein the diameter of the Cu ball is 1 μm or more and 1000 μm or less.
(16) A solder joint using the Cu core ball described in any one of (1) to (15) above.
(17) A solder paste using the Cu core ball according to any one of (1) to (15) above.
(18) Foam solder using the Cu core ball described in any of (1) to (15) above.

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。 According to the present invention, to achieve high sphericity and low hardness of Cu balls, and discoloration of the Cu balls are 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, variations in the height of the Cu core ball can be suppressed. Further, by realizing the low hardness of the Cu ball, the drop impact resistance can be improved even with a Cu core ball in which the Cu ball is coated with a metal layer. Furthermore, since the discoloration of the Cu ball is suppressed, the adverse effect of the sulfide or sulfur oxide on the Cu ball can be suppressed, which is suitable for coating with a metal layer, and the wettability is good.

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 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 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 which shows the structural example of the electronic component using the Cu core ball of each embodiment which concerns on this invention. めっき処理におけるめっき液中のBi濃度と、はんだ層中のBi濃度との関係を、Cu核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。It is a characteristic curve figure when the relationship between Bi density | concentration in the plating solution in a plating process and Bi density | concentration in a solder layer is based on Cu core ball diameter. Cu核ボールの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of Cu core ball. Cu核ボールの表面の拡大図である。It is an enlarged view of the surface of 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 a table | surface figure which shows the relationship between a heating time and the brightness which heated the Cu ball | bowl of the Example and the comparative example at 200 degreeC. Cu核ボールのBi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 Bi of Cu core ball. めっき処理におけるめっき液中のBi濃度と、はんだ層中のBi濃度との関係を、Cu核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。It is a characteristic curve figure when the relationship between Bi density | concentration in the plating solution in a plating process and Bi density | concentration in a solder layer is based on Cu core ball diameter.

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 invention is described in more detail below. In this specification, the unit (ppm, ppb, and%) related to the composition of the metal layer of the Cu core ball represents a ratio (mass ppm, mass ppb, and mass%) to the mass of the metal layer unless otherwise specified. Further, the units (ppm, ppb, and%) relating to the composition of the Cu balls represent ratios (mass ppm, mass ppb, and mass%) with respect to the mass of the Cu balls 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 the Cu core ball 11A according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the 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 11 </ b> B of the second embodiment according to the present invention is one or more selected from Cu ball 1 and Ni, Co, Fe, and Pd covering the surface of the Cu ball 1. One or more metal layers 2 made of the above elements and a solder layer 3 covering the surface of the metal layer 2 are provided.

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 the printed circuit board 40 using the Cu core ball 11A or the Cu core ball 11B according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the Cu core ball 11 </ b> A or the Cu core ball 11 </ b> B, when the flux is applied to the electrode 100 of the semiconductor chip 10, the melted solder layer 3 is wetted and spread 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 bump 30 of the semiconductor chip 10 is bonded onto the electrode 41 of the printed circuit board 40 via the molten solder layer 3 or the solder in which the solder paste applied to the electrode 41 is melted. In this example, a structure in which the solder bump 30 is mounted on the electrode 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 each embodiment, the Cu ball 1 has a total content of at least one of Fe, Ag, and Ni of 5.0 mass ppm to 50.0 mass ppm, and S The content of P is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, the content of P is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, the balance is Cu and other impurity elements, The purity is 4N5 (99.995% by mass) or more and 5N5 (99.9995% by 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, thereby increasing the true sphere of the Cu core ball 11B. The degree can be increased. Below, the preferable aspect of the Cu ball | bowl 1 which comprises Cu core ball | bowl 11A, 11B is demonstrated.

・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。
-The sphericity of the Cu ball: 0.95 or more In the present invention, the sphericity represents a deviation from the 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. The closer the value is to the upper limit of 1.00, the closer to the true sphere. The sphericity is obtained by various methods such as a least square center method (LSC method), a minimum region 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 a 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 a sphericity of 0.98 or more from the viewpoint of maintaining an appropriate space between the substrates, and is 0.99 or more. Even more preferably. If the sphericity of the Cu ball 1 is less than 0.95, the Cu ball 1 has an indeterminate shape, so that bumps with non-uniform height are formed during bump formation, and the possibility of poor bonding is increased. If the sphericity is 0.95 or more, the Cu ball 1 does not melt at the soldering temperature, and therefore, variation in height in the solder joint 50 can be suppressed. Thereby, the joining defect of the semiconductor chip 10 and the printed circuit board 40 can be prevented reliably.

・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 lower purity contains impurity elements that become crystal nuclei of Cu ball 1 in Cu than Cu having a higher purity. Since it can be secured, the sphericity increases. On the other hand, the electrical conductivity and thermal conductivity of the Cu ball 1 with low purity deteriorate.

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, when the Cu ball 1 has a purity of 99.995 mass% (4N5) or more and 99.9995 mass% (5N5) or less, sufficient sphericity can be ensured. If 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 thermal conductivity of the Cu ball 1 due to the decrease in 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 the Cu ball 1 is manufactured, the Cu material, which is an example of a metal material formed into small pieces of a predetermined shape, is melted by heating, and the molten Cu becomes spherical due to surface tension, which is solidified by rapid cooling to become the Cu ball 1. . In the process where the molten Cu solidifies from the liquid state, crystal grains grow in the spherical molten Cu. At this time, if there are many impurity elements, the impurity elements serve as crystal nuclei and 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 there are few impurity elements, there are relatively few crystal nuclei, and the grains grow with a certain direction without being suppressed. As a result, a part of the surface of the spherical molten Cu protrudes and solidifies to lower the sphericity. As the impurity element, Fe, Ag, Ni, P, S, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au, U, Th, and the like can be considered.

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。   Below, the content of impurities defining 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 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, in particular, at least of Fe, Ag and Ni The total content of the one kind is preferably 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 kind is preferably 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, and among Fe, Ag and Ni, When 2 or more types of these are contained, it is preferable that content of 2 or more types is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less. Since Fe, Ag, and Ni become crystal nuclei when melted in the manufacturing process of the Cu ball 1, if a certain amount of Fe, Ag, or Ni is contained in Cu, the Cu ball 1 having a high sphericity can be manufactured. it can. Therefore, at least one of Fe, Ag, and Ni is an important element for estimating the content of impurity elements. 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 is The desired Vickers hardness can be realized without performing an annealing step of slowly recrystallizing the Cu ball 1 by slowly cooling after heating gently.

・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低くなる。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。
-The content of S is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less. Cu ball 1 containing S in a predetermined amount or more easily forms a sulfide or sulfur oxide during heating, so that wettability is reduced. , S content needs to be 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less. The Cu ball 1 in which more sulfides and sulfur oxides are formed has a lower brightness on the surface of the Cu ball. Therefore, as will be described in detail later, if the result of measuring the brightness of the Cu ball surface is a predetermined value or less, 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。
-Content of P is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm P may have a bad influence on Cu ball | bowl 1 by changing to phosphoric acid or becoming Cu complex. Further, since the Cu ball 1 containing a predetermined amount of P has high hardness, the P content is preferably 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, and preferably 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, Au (hereinafter referred to as “other impurity elements”) It is preferable that the content of each is 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。   As described above, the Cu ball 1 contains at least one of Fe, Ag, and Ni as an essential element. However, since the Cu ball 1 cannot prevent elements other than Fe, Ag, and Ni from being mixed with the current technology, the Cu ball 1 substantially contains other impurity elements other than Fe, Ag, and Ni. However, when the content of other impurity elements is less than 1 ppm by mass, the effects and influences due to the addition of each element are hardly exhibited. Moreover, when analyzing the element contained in Cu ball | bowl, when content of an impurity element is less than 1 mass ppm, this value is below a detection limit ability depending on an analyzer. Therefore, when the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is 50 ppm by mass, if the content of other impurity elements is less than 1 ppm by mass, the purity of the Cu ball 1 is substantially 4N5 (99.995% by mass). Further, when the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is 5 ppm by mass, if the content of other impurity elements is less than 1 ppm by mass, the purity of the Cu ball 1 is substantially 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 The Vickers hardness of Cu ball 1 is preferably 55.5 HV or less. When the Vickers hardness is large, durability against external stress is lowered, drop impact resistance is deteriorated, and cracks are easily generated. In addition, when a hard Cu ball is used when an auxiliary force such as pressurization is applied when forming bumps or joints for three-dimensional mounting, there is a possibility of causing electrode collapse or the like. In addition, when the Vickers hardness of the Cu ball 1 is large, the crystal grains become smaller than a certain level, thereby deteriorating electrical conductivity. If the Vickers hardness of the Cu ball 1 is 55.5 HV or less, the drop impact resistance is good and cracks can be suppressed, electrode collapse and the like can be suppressed, and further, electrical conductivity deterioration can be suppressed. In the present embodiment, the lower limit of the Vickers hardness may be more than 0 HV, 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 make the α dose such that soft error does not become a problem 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 further 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 the 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: Brightness of 55 or more The Cu ball 1 preferably has a lightness of 55 or more. Lightness and is a L * a * b * L * value of color system. Since the Cu ball 1 on which the sulfide or sulfur oxide derived from S is formed has a low brightness, if the brightness is 55 or more, it can be said that the sulfide or sulfur oxide is suppressed. Further, the Cu ball 1 having a brightness of 55 or more has good wettability during mounting. On the other hand, when the brightness of the Cu ball 1 is less than 55, it can be said that the Cu ball 1 is not sufficiently suppressed from forming sulfides or sulfur oxides. Sulfides and sulfur oxides adversely affect the Cu ball 1 and also deteriorate the wettability when the Cu ball 1 is directly bonded onto the electrode. Deterioration of wettability causes non-wetting and deterioration of self-alignment property.

・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。
-Diameter of 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, and more preferably 50 μm or more and 300 μm. Within this range, the spherical Cu ball 1 can be produced stably, and connection short-circuiting when the terminals are at a narrow pitch 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 balls” are used for “Cu powder”, it is generally preferable that the diameter of the Cu balls is 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 according to the first embodiment of the present invention, the solder layer 3 covering the Cu ball 1 and the metal layer 2 are covered in the Cu core ball 11B according to the second embodiment. The solder layer 3 to be performed 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と不可避不純物からなるはんだ合金によるはんだ層3、Biと不可避不純物からなるはんだ合金によるはんだ層3、または、SnとBi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、SnとBiを必須の元素として含むはんだ合金によるはんだ層3中のBi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 include a solder layer 3 made of a solder alloy made of Sn and unavoidable impurities, a solder layer 3 made of a solder alloy made of Bi and unavoidable impurities, or Sn and The Cu ball 1 is covered with a solder layer 3 made of a solder alloy containing Bi as an essential element. In particular, the Cu core balls 11A and 11B of the respective embodiments according to the present invention are Cu core balls in which the distribution of Bi in the solder layer 3 made of a solder alloy containing Sn and Bi as essential elements is made uniform, and The present invention provides solder joints, solder pastes and foam solders using the same.

本発明に係る実施の形態のはんだ層3の組成は、SnとBiを含有する(Sn−Bi)系合金からなる。Snの含有量については、合金全体に対して40.0質量%以上であることが好ましい。Biの含有量については、合金全体に対してのBi量が0.1〜99.8質量%の範囲であれば、Biの濃度比率を88.7〜110.7%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のBi分布を均質にできる。   The composition of the solder layer 3 of the embodiment according to the present invention is made of a (Sn—Bi) -based alloy containing Sn and Bi. About content of Sn, it is preferable that it is 40.0 mass% or more with respect to the whole alloy. Regarding the Bi content, if the Bi content with respect to the entire alloy is in the range of 0.1 to 99.8% by mass, the concentration ratio of Bi is controlled within a predetermined range of 88.7 to 110.7%. The Bi distribution in the solder layer 3 can be made uniform.

例えば、Biの含有量の目標値が58.0質量%である場合、Biの含有量及び濃度比率の許容範囲としては52.39質量%(濃度比率90.3%)〜62.97質量%(濃度比率108.6%)であり、Biの濃度比率を88.7〜110.7%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のBi分布を均質にできる。目標値であるBiの含有量が58.0質量%であるはんだ合金を、(Sn−58Bi)系はんだ合金と称す。   For example, when the target value of the Bi content is 58.0% by mass, the allowable range of the Bi content and concentration ratio is 52.39% by mass (concentration ratio 90.3%) to 62.97% by mass. (The concentration ratio is 108.6%), the Bi concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 88.7 to 110.7%, and the Bi distribution in the solder layer 3 can be made uniform. A solder alloy having a target Bi content of 58.0% by mass is referred to as a (Sn-58Bi) solder alloy.

また、Biの含有量の目標値が40.0質量%である場合、Biの含有量及び濃度比率の許容範囲としては38.41質量%(濃度比率96.0%)〜41.11質量%(濃度比率102.8%)であり、Biの濃度比率を88.7〜110.7%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のBi分布を均質にできる。目標値であるBiの含有量が40.0質量%であるはんだ合金を、(Sn−40Bi)系はんだ合金と称す。   Moreover, when the target value of the Bi content is 40.0% by mass, the allowable range of the Bi content and the concentration ratio is 38.41% by mass (concentration ratio 96.0%) to 41.11% by mass. (The concentration ratio is 102.8%), the Bi concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 88.7 to 110.7%, and the Bi distribution in the solder layer 3 can be made uniform. A solder alloy having a target Bi content of 40.0 mass% is referred to as a (Sn-40Bi) solder alloy.

更に、Biの含有量の目標値が3.0質量%である場合、Biの含有量及び濃度比率の許容範囲としては2.66質量%(濃度比率88.7%)〜3.32質量%(濃度比率110.7%)であり、Biの濃度比率を88.7〜110.7%の所定範囲内で制御することができ、はんだ層3中のBi分布を均質にできる。目標値であるBiの含有量が3.0質量%であるはんだ合金を、(Sn−3Bi)系はんだ合金と称す。   Furthermore, when the target value of the Bi content is 3.0% by mass, the allowable range of the Bi content and concentration ratio is 2.66% by mass (concentration ratio 88.7%) to 3.32% by mass. (The concentration ratio is 110.7%), the Bi concentration ratio can be controlled within a predetermined range of 88.7 to 110.7%, and the Bi distribution in the solder layer 3 can be made uniform. A solder alloy having a target Bi content of 3.0 mass% is referred to as a (Sn-3Bi) -based solder alloy.

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。
The allowable range means a range in which soldering such as bump formation can be performed without any problem within this range. In addition, the concentration ratio (%) is the measured value (mass%) relative to the target content (mass%), or the ratio of the average value (mass%) of the measured value to the target content (mass%) ( %). That is, the concentration ratio (%) is
Concentration ratio (%) = (Measured value (mass%) / Target content (mass%)) × 100
Or
Concentration ratio (%) = (average value of measurement values (mass%) / target content (mass%)) × 100
Can be expressed as:

また、Sn,Biからなる二元のはんだ層3中にはそれ以外の添加元素を添加しても、Biの濃度比率を88.7〜110.7%の所定範囲内で制御することができる。   Further, even if other additive elements are added to the binary solder layer 3 made of Sn and Bi, the concentration ratio of Bi can be controlled within a predetermined range of 88.7 to 110.7%. .

添加元素としては、Ag、Cu、Ni、Ge、Ga、In、Zn、Fe、Pb、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 or more of Ag, Cu, Ni, Ge, Ga, In, Zn, Fe, Pb, Sb, Au, Pd, Co, etc. may be used.

上述したように、はんだ層3中のBi含有量は目標値の58質量%に対して許容範囲として52.39質量%(濃度比率90.3%)〜62.97質量%(濃度比率108.6%)程度が好ましい。また、はんだ層3中のBi含有量は目標値の40質量%に対して許容範囲として38.41質量%(濃度比率96.0%)〜41.11質量%(濃度比率102.8%)程度が好ましい。更に、はんだ層3中のBi含有量は目標値の3質量%に対して許容範囲として2.66質量%(濃度比率88.7%)〜3.32質量%(濃度比率110.7%)程度が好ましい。   As described above, the Bi content in the solder layer 3 is 52.39% by mass (concentration ratio: 90.3%) to 62.97% by mass (concentration ratio: 108.%) with respect to the target value of 58% by mass. 6%) is preferable. Moreover, the Bi content in the solder layer 3 is 38.41% by mass (concentration ratio 96.0%) to 41.11% by mass (concentration ratio 102.8%) with respect to the target value of 40% by mass. The degree is preferred. Furthermore, the Bi content in the solder layer 3 is 2.66 mass% (concentration ratio 88.7%) to 3.32 mass% (concentration ratio 110.7%) as an allowable range with respect to 3 mass% of the target value. The degree is preferred.

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3は公知の電気めっき、無電解めっきで形成することができる、但し、はんだ層を溶融めっきで形成する場合、Cuボールの粒径が小さくなると、はんだ層の膜厚が均一とならず、Cu核ボール中でのCuボールの偏心や、はんだ層表面の凹凸が大きくなり、Cu核ボールの真球度が低下する。このため、はんだ層3は電気めっき処理で形成される。   Although the thickness of the solder layer 3 varies depending on the particle diameter of the Cu ball 1, it is preferably 100 μm or less on one side in the radial direction in order to ensure a sufficient amount of solder bonding. The solder layer 3 can be formed by known electroplating or electroless plating. However, when the solder layer is formed by hot dipping, the thickness of the solder layer does not become uniform when the grain size of the Cu balls is reduced. The eccentricity of the Cu ball in the Cu core ball and the unevenness on the surface of the solder layer increase, and the sphericity of the Cu core ball decreases. For this reason, the solder layer 3 is formed by an electroplating process.

めっき液としては、有機酸、Sn化合物、Bi(III)化合物及び界面活性剤の混合液が使用される。Sn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、ケイフッ化錫などの第一Sn化合物が挙げられる。Bi(III)化合物としては、例えば、フッ化Bi、塩化Bi、臭化Bi、よう化Bi、クエン酸Bi、メタンスルホン酸Bi、硝酸Bi、硫化Bi、酸化Bi、水酸化Bi、リン酸Biが挙げられる。これらの化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。   As the plating solution, a mixed solution of an organic acid, a Sn compound, a Bi (III) compound and a surfactant is used. Examples of the Sn compound include tin salts of organic sulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 2-propanolsulfonic acid, and p-phenolsulfonic acid, tin sulfate, tin oxide, tin nitrate, tin chloride, tin bromide, iodine 1st tin oxide, tin phosphate, tin pyrophosphate, tin acetate, tin formate, tin citrate, tin gluconate, tin tartrate, tin lactate, tin succinate, tin sulfamate, tin borofluoride, tin fluorosilicate etc. Sn compound is mentioned. Examples of the Bi (III) compound include fluorinated Bi, Bi chloride, Bi bromide, Bi iodide, Bi citrate, Bi methanesulfonate, Bi nitrate, Bi sulfide, Bi oxide, Bi hydroxide and Bi phosphate. Is mentioned. These compounds can be used singly or in combination of two or more.

SnとBiからなるSn−Bi系はんだ合金組成のはんだめっき層を電気めっきにて形成する場合、BiがSnより優先されてはんだめっき層に取り込まれる為、電気めっき液中のBi濃度とはんだめっき層中のBi量が一致しないという問題があり、Biの濃度分布が均質なはんだ合金めっき層を形成することはできなかった。そこで図4の条件になるように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Bi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。   When a Sn-Bi solder alloy composition consisting of Sn and Bi is formed by electroplating, Bi is prioritized over Sn and taken into the solder plating layer, so the Bi concentration in the electroplating solution and the solder plating There is a problem that the amount of Bi in the layers does not match, and a solder alloy plating layer having a uniform Bi concentration distribution cannot be formed. Therefore, a predetermined DC voltage is applied between the anode electrode and the cathode electrode so as to satisfy the conditions of FIG. 4, and the Bi concentration in the liquid is adjusted to be uniform while the Cu ball is swung. Perform electroplating.

このめっき処理によるはんだ層3の生成過程について図4を参照してさらに詳細に説明する。図4は、(Sn−58Bi)系はんだ合金での電気めっき処理におけるめっき液中のBi濃度(曲線Lb)と、はんだ層3中のBi濃度(曲線La)との関係を、Cu核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。   The generation process of the solder layer 3 by this plating process will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between the Bi concentration (curve Lb) in the plating solution and the Bi concentration (curve La) in the solder layer 3 in the electroplating treatment with the (Sn-58Bi) -based solder alloy. FIG.

この例では、Cuボールの初期値として粒径215μmのものを使用した場合である。はんだ層の厚みを逐一モニターし、この例でははんだ層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。   In this example, the initial value of the Cu ball having a particle size of 215 μm is used. The thickness of the solder layer is monitored step by step, and in this example, Cu core balls when the thickness of the solder layer sequentially increases by a predetermined value are collected as a sample 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Biの含有量を順次測定すると、図4曲線Laのような結果が得られた。この結果よりはんだ層が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのBi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る。曲線Laの場合にはBiの含有量はほぼ58〜60質量%となっている。従って、図4曲線LaからBi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。   When the content of Bi in the solder layer when the particle size of the Cu core ball at the measurement timing is the target value was sequentially measured, a result as shown by a curve La in FIG. 4 was obtained. From this result, it can be seen that even if the solder layer is successively increased by a predetermined thickness, the Bi content at that time is almost the same value as the immediately preceding content. In the case of the curve La, the Bi content is approximately 58 to 60% by mass. Therefore, it can be understood from the curve La in FIG. 4 that the concentration distribution of Bi is uniform (equal) with respect to the plating thickness and there is no concentration gradient.

図5、図6はCu核ボールの拡大断面図である。図5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。また、図6は、FE−EPMAを使用して撮像したものである。図5及びさらにこれを拡大した図6から明らかなように、はんだ層3はSnとBiが均質に混在しながら成長した過程がよく分かる。   5 and 6 are enlarged sectional views of the Cu core ball. FIG. 5 shows a Cu core ball 11B in which the Cu ball 1 is covered with a metal layer 2 and the metal layer 2 is covered with a solder layer 3. FIG. 6 is an image taken using FE-EPMA. As is clear from FIG. 5 and FIG. 6 which is an enlarged view of this, it is well understood that the solder layer 3 has grown while Sn and Bi are mixed homogeneously.

はんだ層中のBi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Bi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。Bi濃度が所期の値内に収まるようにめっき液中のBi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Biの含有量としては58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Bi濃度が制御される。   Since the Bi concentration in the solder layer is maintained almost the same even when the thickness of the solder layer grows, it is clear that Bi in the solder layer grows in a substantially homogeneous distribution. became. The plating process is performed in a state in which the Bi concentration in the plating solution is made uniform so that the Bi concentration falls within an intended value. In this example, the Bi content in the solder layer is set to the target value of 58% by mass, so the Bi concentration in the plating solution is controlled to reach the target value.

はんだ層中のBi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Bi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 Bi in the solder layer within a predetermined value, plating is performed while controlling the voltage and current. By such a plating process, the distribution of Bi in the solder layer can be maintained at an expected value.

なお、図4に曲線Laとして示すはんだ層内のBi濃度と曲線Lbとして示す。めっき液中のBi濃度が一致していないのは、めっき液中のBiがめっき液中のSnより優先してはんだ層内に取り込まれるためである。   In addition, in FIG. 4, it shows as the Bi density | concentration in the solder layer shown as the curve La, and the curve Lb. The reason why the Bi concentrations in the plating solution do not match is that Bi in the plating solution is preferentially taken into the solder layer over Sn in the plating solution.

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 11 </ b> A and 11 </ b> B may constitute the Cu core balls 11 </ b> A and 11 </ b> B of low α rays by using a low α dose solder alloy for the solder layer 3.

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 is, 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 multiple layers) containing two or more elements of Ni, Co, Fe, and Pd. Become. The metal layer 2 remains unmelted at the soldering temperature when the Cu core ball 11B is used for a solder bump, and contributes to the height of the solder joint. Therefore, the sphericity is high and the variation in diameter is small. Composed. Further, from the viewpoint of suppressing soft errors, the α dose is configured to be low.

・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。
-Composition and film thickness of metal layer The composition of the metal layer 2 is 100% of Ni, Co, Fe, and Pd except for inevitable impurities when the metal layer 2 is composed of a single Ni, Co, Fe, or Pd. It is. Moreover, 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 among Ni, Co, Fe, or Pd may be used. Furthermore, the metal layer 2 includes a plurality of layers in which a layer composed of a single Ni, Co, Fe, or Pd and a layer composed of an alloy that combines two or more elements of Ni, Co, Fe, or Pd are appropriately combined. You may comprise. The film 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 and Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention is 0.0200 cph / It is preferable that it is cm 2 or less. This is an α dose that does not cause a soft error in high-density mounting of electronic components. The α dose of the Cu core ball 11A according to the first embodiment of 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 when the α dose of the metal layer 2 and the solder layer 3 constituting the Cu core ball 11B is 0.0200 cph / cm 2 or less. Is done. Therefore, since the Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention is covered with such a metal layer 2 and a solder layer 3, it exhibits a low α dose. The α dose is preferably 0.0100 cph / cm 2 or less, more preferably 0.0050 cph / cm 2 or less, and further 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 contents of U and Th in the metal layer 2 and the solder layer 3 are each 5 ppb or less in order to make the α dose of the Cu ball 1 0.0200 cph / cm 2 or less. Further, from the viewpoint of suppressing soft errors in current or future high-density mounting, the contents of U and Th are preferably 2 ppb or less, respectively.

・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。

· Cu nuclei ball sphericity: 0.95 or more Cu first embodiment of the Cu core ball 11A of the ball 1 according to the present invention coated with the solder layer 3, and a metal of Cu balls 1 layer 2 and The sphericity of the Cu core ball 11B of the second embodiment according to the present invention covered with the solder layer 3 is preferably 0.95 or more, and more preferably 0.98 or more. Preferably, it is still more preferably 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 indefinite shape. Therefore, when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on electrodes and reflow is performed, Cu The core balls 11A and 11B are displaced, and the self-alignment property is also deteriorated. If the sphericity of the Cu core balls 11A and 11B is 0.95 or more, the self-alignment property when the Cu core balls 11A and 11B are mounted on the electrode 100 or the like of the semiconductor chip 10 can be secured. Since the Cu ball 1 has a sphericity of 0.95 or more, the Cu core balls 11A and 11B do not melt at the soldering temperature. The variation of can be suppressed. Thereby, the joining defect of the semiconductor chip 10 and the printed circuit board 40 can be prevented reliably.

・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 When Cu of Cu balls diffuses into the solder (paste) used for bonding between the Cu core ball and the electrode during reflow, hard and brittle Cu 6 Sn in the solder layer and the connection interface 5 , a large amount of Cu 3 Sn intermetallic compound is formed, and when subjected to an impact, cracks may develop and the connection portion may be destroyed. Therefore, in order to obtain sufficient connection strength, it is preferable that the diffusion of Cu from the Cu ball to the solder can be suppressed (barrier). Therefore, in the Cu core ball 11B of the second embodiment, the metal layer 2 functioning as a barrier layer is formed on the surface of the Cu ball 1, so that the Cu of the Cu ball 1 is prevented from diffusing into the paste solder. 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 Moreover, a solder paste can also be comprised by making Cu core ball 11A or Cu core ball 11B contain in a solder. Foam solder can be configured by dispersing the Cu core ball 11A or the Cu core ball 11B in the solder. The Cu core ball 11A or the Cu core ball 11B can also be used to form a solder joint that joins 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。
-Manufacturing method of Cu ball Next, an example of the manufacturing method of Cu ball 1 is explained. As an example of a metal material, a Cu material is placed on a heat-resistant plate such as ceramic (hereinafter referred to as “heat-resistant plate”) and heated in a furnace together with the heat-resistant plate. The heat-resistant plate is provided with a number of circular grooves whose bottoms are hemispherical. The diameter and depth of the groove are appropriately set according to the particle diameter 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 in which the Cu material is put in the groove is heated to 1100 to 1300 ° C. in a furnace filled with ammonia decomposition gas and is heated 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 melts and becomes spherical. Thereafter, the inside of the furnace is cooled, and the Cu ball 1 is rapidly cooled in the groove of the heat-resistant plate to be molded.

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。   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, There is a method in which plasma forms a ball by heating Cu cut metal to 1000 ° C. or higher.

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, the Cu material that is the raw material of the Cu ball 1 may be heat-treated at 800 to 1000 ° C. before the Cu ball 1 is formed.

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 that 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 preventing the purity of the Cu ball 1 from being lowered 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。   Thus, when using high purity Cu material, you may lower the holding | maintenance temperature of molten Cu to about 1000 degreeC similarly to the past, without performing the above-mentioned heat processing. Thus, 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 a Cu ball 1 having a high α dose or a deformed Cu ball 1 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 for forming the solder layer 3 on the Cu ball 1, the above-described electroplating method or electroless plating method can be employed.

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 electroplating can be employed. For example, when forming a Ni plating layer, a Ni plating solution is prepared using a Ni metal or a Ni metal salt for a 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 a Ni plating layer, a known electroless plating method or the like can be adopted. When the solder layer 3 made of 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1〜20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 of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. Cu balls of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 12 were prepared with the compositions shown in Table 1 and Table 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1〜20のCuボールを、表3に示す組成例1〜3のはんだ合金によるはんだ層で被覆して実施例1A〜20A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1〜20のCuボールを金属層及び表4に示す組成例1〜3のはんだ合金によるはんだ層で被覆して実施例1B〜20B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。   Further, the Cu balls of Examples 1 to 20 described above were coated with the solder layers of the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 shown in Table 3 to produce Cu core balls of Examples 1A to 20A. The sphericity of was measured. Further, the Cu balls of Examples 1 to 20 described above were coated with a metal layer and a solder layer of the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 shown in Table 4 to produce Cu core balls of Examples 1B to 20B. 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1〜3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1〜3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。   Further, the above-described Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 were coated with a solder layer made of a solder alloy of Composition Examples 1 to 3 shown in Table 5 to produce Cu core balls of Comparative Examples 1A to 12A. The sphericity of was measured. Further, the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 described above were coated with a metal layer and a solder layer of the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 shown in Table 6 to produce Cu core balls of Comparative Examples 1B to 12B. 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, the 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 balls is less than 1 mass ppm. Moreover, the numerical value which shows the content rate of U and Th in a table | surface represents mass ppb. “<5” indicates that the content ratio of the corresponding impurity element to the Cu balls is less than 5 mass ppb. “Total amount of impurities” indicates the total proportion of impurity elements contained in the Cu balls.

・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、20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14〜19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17、実施例19〜実施例20、比較例1〜12は250μmとした。実施例18は180μmとした。
-Preparation of Cu ball The preparation conditions of Cu ball were examined. A nugget material was prepared as a Cu material as an example of a metal material. As the Cu materials of Examples 1 to 13 and 20 and Comparative Examples 1 to 12, those having a purity of 6N were used, and as the Cu materials of Examples 14 to 19, those having a purity of 5N were used. After each Cu material was put into a 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 an orifice provided at the bottom of the crucible to produce. The droplet was rapidly cooled to room temperature (18 ° C.) and formed into a Cu ball. As a result, Cu balls having average particle diameters as 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), but in this example, it was performed by ICP-MS analysis. The ball diameter of the Cu balls was 250 μm in Examples 1 to 17, Examples 19 to 20, and Comparative Examples 1 to 12. In Example 18, the thickness was 180 μm.

・Cu核ボールの作製
上述した実施例1〜20のCuボールを使用して、実施例1A〜17A、実施例19A〜20Aについては、片側23μmの厚さで組成例1〜3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〜17A、実施例19A〜20AのCu核ボールを作製した。実施例18AのCu核ボールについては、片側33μmの厚さで組成例1〜3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18AのCu核ボールを作製した。
-Production of Cu Core Ball Using the Cu balls of Examples 1 to 20 described above, Examples 1A to 17A and Examples 19A to 20A were made of the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 with a thickness of 23 μm on one side. A solder layer was formed by electroplating to prepare Cu core balls of Examples 1A to 17A and Examples 19A to 20A. For the Cu core ball of Example 18A, a solder layer was formed by electroplating using the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 with a thickness of 33 μm on one side to prepare the Cu core ball of Example 18A.

また、上述した実施例1〜20のCuボールを使用して、実施例1B〜17B、実施例19B〜20B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1〜3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〜17B、実施例19B〜20BのCu核ボールを作製した。実施例18BのCu核ボールについては、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33μmの厚さで組成例1〜3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18BのCu核ボールを作製した。   Moreover, using Examples 1-20 Cu ball | bowl mentioned above, about Example 1B-17B and Example 19B-20B, a Ni plating layer is formed by the thickness of 2 micrometers on one side as a metal layer, and also one side Cu core balls of Examples 1B to 17B and Examples 19B to 20B were prepared by forming a solder layer by electroplating using the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 with a thickness of 23 μm. For the Cu core ball of Example 18B, a Ni plating layer was formed as a metal layer with a thickness of 2 μm on one side, and a solder layer formed by electroplating with the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 was formed with a thickness of 33 μm on one side. Thus, a Cu core ball of Example 18B was produced.

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1〜3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1〜3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。   Furthermore, using the Cu balls of Comparative Examples 1 to 12 described above, a solder layer made of the solder alloy of Composition Examples 1 to 3 was formed with a thickness of 23 μm on one side to prepare Cu core balls of Comparative Examples 1A to 12A. . Moreover, using the Cu ball | bowl of the comparative examples 1-12 mentioned above, Ni plating layer is formed by the thickness of 2 micrometers on one side as a metal layer, and also by the solder alloy of the composition examples 1-3 by thickness of 23 micrometers on one side. A solder layer was formed to prepare Cu core balls of Comparative Examples 1B to 12B.

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。   Below, each evaluation method of the sphericity of Cu ball | bowl and Cu nucleus ball | bowl, alpha dose of Cu ball | bowl, Vickers hardness, and discoloration resistance is explained in full 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。
-Sphericality The sphericity of Cu balls and Cu core balls was measured with a CNC image measurement system. The apparatus is 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 the following tables, the evaluation criteria for the sphericity of Cu balls and Cu core balls are as follows.
○○○: The sphericity was 0.99 or more ○○: 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 X: The 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 the apparatus, a micro Vickers hardness tester manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd. and AKASHI micro hardness tester MVK-F 12001-Q were 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
[Vickers hardness evaluation criteria]
In the following tables, the evaluation criteria for the Vickers hardness of Cu balls were as follows.
○: Over 0 HV and below 55.5 HV ×: 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 method of measuring the α dose of Cu balls is as follows. For measuring the α dose, an α ray measuring device of a gas flow proportional counter was used. The measurement sample is a 300 mm × 300 mm flat shallow container in which Cu balls are spread until the bottom of the container is not visible. This measurement sample was placed in an α-ray measuring apparatus and allowed to stand for 24 hours in a PR-10 gas flow, and then 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 alpha dose]
In 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。   In addition, PR-10 gas (argon 90% -methane 10%) used for the measurement has passed three weeks or more after the gas cylinder was filled with PR-10 gas. The cylinder that was used for more than 3 weeks was used because the JEDEC STANDARD-Alpha Radiation Measurement Measurement was established by JEDEC (Joint Electron Engineering Engineering Coil) so that alpha rays would not be generated by radon in the atmosphere entering the gas cylinder. This is because JESD221 is 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 In order to measure the discoloration resistance of Cu balls, the Cu balls were heated for 420 seconds at a setting of 200 ° C. using a thermostatic chamber in an air atmosphere, and the change in lightness was measured. It was evaluated whether it was a Cu ball that could withstand. The lightness is measured using a Konica Minolta CM-3500d spectrophotometer, with a D65 light source and a 10-degree field of view, in accordance with JIS Z 8722 “Color Measurement Method-Reflection and Transmission Object Color”. And obtained from the color values (L * , a * , b * ). (L * , a * , b * ) are 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。
[Evaluation criteria for discoloration resistance]
In the following tables, the evaluation criteria for the discoloration resistance of Cu balls were as follows.
○: The brightness after 420 seconds was 55 or more. X: The brightness 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 all of the evaluation methods and evaluation criteria described above, Cu balls that were ○, ○○, or ○○○ in any of sphericity, Vickers hardness, α dose, and discoloration resistance were did. On the other hand, Cu balls in which any one of sphericity, Vickers hardness, α dose and discoloration resistance was x were evaluated as x in the comprehensive 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, Cu core balls having a sphericity of ◯, OO or OO in the evaluation method and evaluation criteria described above were evaluated as ◯ in the overall evaluation together with the evaluation in the Cu balls. On the other hand, a Cu core ball having a sphericity of x was evaluated as x in the overall evaluation. In addition, even if the sphericity is ◯, OO or OO in the evaluation of the Cu core ball, any one of sphericity, Vickers hardness, α dose, and discoloration resistance in the evaluation of the Cu ball. For Cu core balls that were marked with 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。   In addition, since the Vickers hardness of Cu core ball depends on the Ni plating layer which is an example of a solder layer and a metal layer, the Vickers hardness of Cu core ball is not evaluated. However, in the Cu core ball, if the Vickers hardness of the Cu ball is within the range specified by the present invention, even the Cu core ball has good drop impact resistance and can suppress cracks, and the electrode collapses. In addition, it is possible to suppress deterioration of electrical conductivity.

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 ball is larger than the range specified by the present invention in the Cu core ball, durability against external stress is lowered, drop impact resistance is deteriorated and cracks are generated. The problem of being easy to do 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, since the Cu core ball using the Cu ball of Comparative Examples 8 to 11 having a Vickers hardness exceeding 55.5 HV is not suitable for the evaluation of the Vickers hardness, the overall evaluation is x.

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。   Moreover, 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 brightness of the Cu ball is within the range specified in the present invention, sulfides and sulfur oxides on the surface of the Cu ball are suppressed, and the coating with a metal layer such as a solder layer or a Ni plating layer is possible. Is 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, when the brightness of the Cu ball is lower than the range specified in the present invention, the sulfide or sulfur oxide on the surface of the Cu ball is not suppressed, and 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, since the Cu core ball using the Cu balls of Comparative Examples 1 to 6 whose lightness after 420 seconds was less than 55 is not suitable for the evaluation of discoloration resistance, the overall evaluation is x.

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 the Ni plating layer which is an example of the metal layer which coat | covers Cu ball | bowl is provided, it depends also on the plating solution raw material which comprises 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 a low α dose defined in the present invention, the Cu core ball is also defined in the present invention. Resulting in a low alpha dose. In contrast, if the plating solution raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer is a high α dose exceeding the α dose prescribed in the present invention, even if the Cu ball has the low α dose described above, the Cu nucleus The ball also has a high α dose exceeding the α dose prescribed 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線量を示す場合でも、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, even when the α dose of the plating solution raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer shows an α dose slightly higher than the low α dose prescribed in the present invention, impurities should be removed in the above-described plating process. Thus, the α dose is reduced to the low α dose range defined in the present invention.

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, all the Cu balls of each example having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less obtained good results in comprehensive 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、19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13〜18、20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、19、20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。   Hereinafter, the details of the evaluation will be described. As in Examples 1 to 12 and 19, a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and containing Fe, Ag or Ni of 5.0 to 50.0 ppm by mass. Gave good results in a comprehensive evaluation of sphericity, Vickers hardness, alpha dose and resistance to discoloration. As shown in Examples 13 to 18 and 20, Cu balls having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and containing Fe, Ag and Ni in a total of 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less are also sphericity, Vickers hardness In addition, good results were obtained in a comprehensive evaluation of α dose and discoloration resistance. Although not shown in the table, from Examples 1, 19, and 20, the Fe content is 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, and the Ag content is 0 ppm or more and less than 5.0 mass ppm. The Cu ball having a Ni content of 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm and the total of Fe, Ag and Ni being 5.0 mass ppm or more is also sphericity, Vickers hardness, α dose In addition, good results were obtained in the comprehensive evaluation of discoloration resistance.

また、実施例19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19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 19, Fe, Ag, or Ni is contained in an amount of 5.0 ppm to 50.0 ppm by mass, and other impurity elements Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb are contained. Also, the Cu balls of Example 19 in which each of In, Sn, and Au was 50.0 mass ppm or less gave good results in 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、Biを58.0質量%含有し、残部がSn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20のCuボールを被覆した実施例1A〜20AのCu核ボール、実施例1〜実施例20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〜20B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。   Regarding the Cu core ball, as shown in Tables 3 and 4, it is a solder layer made of the solder alloy of Composition Example 1 containing 58.0% by mass of Bi and the balance being Sn. Cu core balls of Examples 1A to 20A coated with Cu balls, Cu balls of Examples 1 to 20 coated with a Ni plating layer, and further coated with a solder layer of the solder alloy of Composition Example 1 Even with a 20B Cu core ball, good results were obtained in the overall evaluation of sphericity.

Biを40.0質量%、Cuを0.5質量%、Niを0.03質量%含有し、残部がSn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20のCuボールを被覆した実施例1A〜20AのCu核ボール、実施例1〜実施例20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〜20B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 of the solder alloy of composition example 2 containing 40.0% by mass of Bi, 0.5% by mass of Cu, 0.03% by mass of Ni, and the balance being Sn. Examples 1A to 1A in which Cu core balls of Examples 1A to 20A coated with Cu balls and Cu balls of Examples 1 to 20 were coated with a Ni plating layer and further coated with a solder layer of a solder alloy of Composition Example 2 Even with a 20B Cu core ball, good results were obtained in the overall evaluation of sphericity.

Agを3.0質量%、Cuを0.8質量%、Biを3.0質量%含有し、残部がSn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20のCuボールを被覆した実施例1A〜20AのCu核ボール、実施例1〜実施例20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〜20B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 3 containing 3.0% by mass of Ag, 0.8% by mass of Cu and 3.0% by mass of Bi, and the balance being Sn. Examples 1A to 1A in which Cu core balls of Examples 1A to 20A coated with Cu balls and Cu balls of Examples 1 to 20 were coated with a Ni plating layer, and further coated with a solder layer of a solder alloy of Composition Example 3 Even with a 20B Cu core ball, good results were obtained in the overall evaluation of sphericity.

なお、表には示さないが、実施例1、19、20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3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3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。   Although not shown in the table, from Examples 1, 19, and 20, the Fe content is 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, and the Ag content is 0 ppm or more and less than 5.0 mass ppm. A Cu ball in which the content of Ni is changed to 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm and the total of Fe, Ag and Ni is 5.0 mass ppm or more is any one of Composition Examples 1 to 3. A Cu core ball coated with a solder layer of the above solder alloy, or a Cu core ball coated with a solder layer of any one of Composition Examples 1 to 3 after coating the Cu ball with a Ni plating layer. 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 is less than 5.0 mass ppm, U and Th are less than 5 mass ppb, and other impurity elements are also 1 mass ppm. 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 the solder layer of the solder alloy of each composition example, and the Cu ball of Comparative Example 7 were Ni The Cu core ball of Comparative Example 7B covered with the plating layer and further covered with the solder layer of the solder alloy of each composition example had a sphericity of less than 0.95. Moreover, 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 ppm by mass, Comparison of Comparative Example 12A Cu Core Ball Coated with Solder Layer of Solder Alloy of Each Composition Example and Cu Ball of Comparative Example 12 Covered with Ni Plating Layer, and further Coated with Solder Layer of 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, Cu balls in which the total content of at least one of Fe, Ag, and Ni is less than 5.0 ppm by mass, and the Cu balls covered with the solder layer of the solder alloy of each composition example are Cu balls. It can be said that the core ball and the Cu core ball in which the Cu ball is coated with a Ni plating layer and further coated with a solder layer made 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。   Further, the Cu ball of Comparative Example 10 has a total content of Fe, Ag and Ni of 153.6 ppm by mass and the content of other impurity elements is 50 ppm by mass or less, respectively, but the Vickers hardness is 55.5 HV. As a result, good results could not be obtained. Further, the Cu ball of Comparative Example 8 has a total content of Fe, Ag and Ni of 150.0 ppm by mass, and the content of other impurity elements, particularly Sn of 151.0 ppm by mass, The Vickers hardness exceeded 55.5 HV, and good results were not obtained. Therefore, even if the Cu ball has a purity of 4N5 or more and 5N5 or less, a Cu ball having a total content of at least one of Fe, Ag and Ni exceeding 50.0 ppm by mass has a large Vickers hardness. Therefore, 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, durability against external stress is reduced, drop impact resistance is deteriorated, and cracks are easily generated. This problem cannot be solved. Furthermore, it can be said that other impurity elements are preferably contained within a range not exceeding 50.0 ppm by mass.

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, Cu balls having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less and containing a total content of at least one of Fe, Ag and Ni of 5.0 ppm to 50.0 ppm by mass are highly spherical. It can be said that a high degree of hardness and low hardness are achieved and discoloration is suppressed. Cu core balls in which such Cu balls are coated with a solder layer made of a solder alloy of each composition example, such Cu balls are coated with a Ni plating layer, and further Cu cores covered with a solder layer made of a solder alloy of each composition example The ball achieves high sphericity, and the Cu ball achieves low hardness, so that the Cu core ball can also have good drop impact resistance and can suppress cracks, and can suppress electrode crushing, Deterioration of electrical conductivity can also be suppressed. Furthermore, since the discoloration of the Cu ball is suppressed, it is suitable for coating with a metal layer such as a solder layer or a Ni plating layer. The content of other impurity elements is preferably 50.0 ppm by mass 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 these examples and a sphere diameter of 1 μm or more and 1000 μm or less are all good in comprehensive evaluation of sphericity, Vickers hardness, α dose and discoloration resistance. The result was obtained. From this, it can be said that the spherical 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20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20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20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20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20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。   In the Cu ball of Example 20, the total content of Fe, Ag, and Ni is 5.0 mass ppm or more and 50.0 mass ppm or less, and P is contained in 2.9 mass ppm. Good results were obtained in a comprehensive evaluation of Vickers hardness, α dose and discoloration resistance. A Cu core ball in which the Cu balls of Example 20 were coated with a solder layer of a solder alloy of each composition example, a Cu ball of Example 20 was coated with a Ni plating layer, and further coated with a solder layer of a solder alloy of each composition example Even with a Cu core ball, good results were obtained 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 ppm by mass or less, similar to the Cu ball of Example 20, but the Vickers hardness exceeded 5.5 HV. Results were different from the Cu balls of Example 20. Further, in Comparative Example 9, the Vickers hardness exceeded 5.5 HV. This is considered to be because the P content in Comparative Examples 9 and 11 is remarkably high. From this result, it can be seen that the Vickers hardness increases as the P content 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1〜20のCuボールを被覆する組成例1〜3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〜20A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〜20B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 ball of each example, the α dose was 0.0200 cph / cm 2 or less. Therefore, in the solder alloys of Composition Examples 1 to 3 that cover the Cu balls of Examples 1 to 20, the Cu nuclei of Examples 1A to 20A are obtained because each element has a low α dose defined in the present invention. The ball also has a low α dose defined in the present invention. In addition, in the case where a Ni plating layer which is an example of a metal layer covering a 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 20B also have a low α dose defined 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。   Further, in the plating process for 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 is low α defined in 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。   As a result, when the Cu core ball of each example is used for high-density mounting of electronic components, the raw material constituting the solder layer and the Ni plating layer has a low α dose defined in the present invention, so that a soft error occurs. 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 with discoloration resistance were obtained, while in Comparative Examples 1 to 6, good results with discoloration resistance were not obtained. When the Cu balls of Comparative Examples 1 to 6 and the Cu ball of Comparative Example 7 are compared, the difference in these compositions is only the S content. Therefore, it can be said that the content of S needs to be less than 1 ppm by mass in order to obtain good results with discoloration resistance. In all the Cu balls of the examples, since the S content is 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7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 S content and the color fastness, the Cu balls of Example 14, Comparative Example 1 and Comparative Example 5 were heated at 200 ° C., before heating, after 60 seconds of heating, 180 After 2 seconds, a photo after 420 seconds was taken and the brightness was measured. Table 7 and FIG. 7 are graphs showing the relationship between the time when each Cu ball is heated and the brightness.

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 after 420 seconds after heating, the brightness of Example 14 and Comparative Examples 1 and 5 were close to 64 and 65 before heating. After 420 seconds after heating, the brightness of Comparative Example 5 containing 30.0 ppm by mass of S was the lowest, followed by Comparative Example 1 containing 10.0 ppm by mass of S, and the content of S was 1 ppm by mass. It became the order of less than Example 14. From this, it can be said that the lightness after heating becomes low, so that there is much content of S. Since the brightness of the Cu balls of Comparative Examples 1 and 5 was less than 55, it can be said that the Cu balls containing 10.0 mass ppm or more of S are likely to be discolored by forming sulfides or sulfur oxides upon heating. Moreover, if content of S is 0 mass ppm or more and 1.0 mass ppm or less, it can be said that formation of sulfide or sulfur oxide is suppressed and wettability is good. In addition, when the Cu ball | bowl of Example 14 was mounted on the electrode, favorable wettability was shown.

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. In the Cu balls of the present example in which the P content is 0 mass ppm or more and less than 3.0 mass ppm, the sphericity is 0.95 or more. High sphericity was achieved. By realizing high sphericity, the self-alignment property when the Cu ball is mounted on an electrode or the like can be secured, 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 this embodiment is coated with a solder layer, and a Cu core ball in which the Cu ball of this embodiment is coated with a metal layer and the metal layer is further coated 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。   Moreover, in the Cu ball | bowl of a present Example, since all had Vickers hardness 55HV or less, low hardness was realizable. By realizing the low hardness, the drop impact resistance of the Cu ball can be improved. Since the Cu ball achieves low hardness, a Cu core ball in which the Cu ball of this example is coated with a solder layer, a Cu ball of this example is coated with a metal layer, and the metal layer is further coated with a solder layer. Even with a nuclear ball, the drop impact resistance is good, cracks can be suppressed, electrode crushing and the like can be suppressed, and furthermore, deterioration of electrical conductivity can be suppressed.

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。   Moreover, discoloration was suppressed in any of the Cu balls of this example. By suppressing the discoloration of the Cu ball, adverse effects on the Cu ball due to sulfides and sulfur oxides can be suppressed, and wettability when the Cu ball is mounted on the electrode is improved. By suppressing the discoloration of the Cu ball, it is suitable for coating with a metal layer such as a solder layer or 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, as the Cu material of this example, a Cu nugget material having a purity of 4N5 to 6N or less was used to produce a Cu ball having a purity of 4N5 or more and 5N5 or less. Even when Cu was used, good results were obtained in comprehensive evaluation for both Cu balls and Cu core balls.

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以外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, in the Cu core ball in which the surface of the Cu ball is covered with a solder layer made of an Sn-based solder alloy, the distribution of elements other than Sn in the solder layer will be described. As a solder layer covering Cu balls, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-44718 (referred to as Patent Document 4) and Japanese Patent No. 5367924 (referred to as Patent Document 5), a solder alloy containing Sn as a main component 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 covered with a Sn-based solder alloy composed of Sn and Bi to form a solder layer. The Sn-based solder alloy containing Bi has a relatively low melting temperature of 130 to 140 ° C., and is referred to as 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 inner side (inner peripheral side) is thin and the outer side (outer peripheral side) is thicker.

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 Document 5 also discloses a solder bump obtained by plating a Cu ball with a Sn-based solder alloy composed of Sn and Bi. The content of Bi contained in the solder layer in Patent Document 5 is plated with a concentration gradient such that the inner side (inner peripheral side) is thicker and the outer side (outer peripheral 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 considered to be because the density control according to Patent Document 5 is simpler and easier to make than the case according to Patent Document 4.

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 reflow treatment is performed by placing a Cu core ball obtained by plating the surface of a Cu ball with two or more Sn-based solder alloys obtained by adding other elements to Sn on the surface of the semiconductor chip. In Patent Documents 4 and 5 in which the above elements have a concentration gradient in the solder layer, the following problems are caused.

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 in which the Bi concentration is thin on the inner peripheral side and thicker on the outer peripheral side, but such a concentration gradient (the inner side is thin and the outer side is thick). ), There is a possibility that the timing of Bi melting slightly shifts 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。   When a deviation occurs in the melting timing, even if the outer surface of the Cu core ball starts to melt, partial melting that does not yet occur in the region on the inner peripheral surface side is mixed, resulting in the core material. Causes a slight misalignment on the melted side. In high-density mounting with a pinch pitch, solder processing due to this misalignment 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, the concentration gradient of Bi is opposite to that of Patent Document 1. Even in this case, heat treatment by reflow is performed to connect the semiconductor packages. As in Patent Document 5, when the Bi concentration in the solder layer is high on the inner peripheral side and is heated and melted in a state where the outer peripheral side is thin, the Bi density on the inner peripheral side is high, so the solder starts to melt from the Bi region on the inner peripheral side. . Even if the Bi region on the inner peripheral side melts, the Bi region on the outer peripheral side has not yet started to melt, so that the volume expansion on the Bi region side on the inner peripheral side 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 slow speed on the inner and outer peripheral sides of this volume expansion, a pressure difference occurs between the inner peripheral side and the outer peripheral side (outside air) of Bi, and when the outer peripheral side of Bi begins to melt, A situation occurs in which the Cu ball that is formed is hopping off. 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。   Thus, the Cu core ball having the solder layer made of the Sn-based solder alloy made of Sn and Bi had a defect when there was a concentration gradient in Bi in the solder layer.

そこで、続いて、はんだ層3中のBi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Bi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。
(1)下記条件にてはんだ層3の組成が(Sn−58Bi)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
Then, the effect of the uniform distribution of Bi in the solder layer 3 will be described. In order to confirm that the concentration distribution of Bi in the solder layer 3 is a value corresponding to the target value, the following experiment was conducted.
(1) A Cu core ball 11B in which the composition of the solder layer 3 is (Sn-58Bi) under the following conditions was prepared. In the following examples, Cu balls having the composition of Example 17 shown in Table 1 were used.
-Diameter of the Cu ball 1: 250 μm
・ Metal layer (Ni plating layer) 2 thickness: 2 μm
-Solder layer 3 film thickness: 23 μm
-Diameter of the 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 prepared as the Cu core ball 11B.

めっき方法は電気めっき工法にて上述した図4の条件となるように作製した。
(2)試料としては、同一組成の(Sn−58Bi)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 method was prepared by the electroplating method so as to satisfy the above-described conditions of FIG.
(2) As samples, ten Cu core balls 11B on which solder layers of (Sn-58Bi) solder alloy having the same composition were formed were prepared. These were used as Sample A.
(3) Ten samples A are sealed with resin.
(4) Each 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 made by JEOL.

図8は、Cu核ボールのBi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8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Bi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. 8 is an explanatory diagram showing an example of a method for measuring the Bi 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 is 9 μm from the surface of the Cu ball 1, the intermediate layer 16b is 9 to 17 μm, and the outer layer 16c is 17 to 23 μm. From the inner layer 16a, the intermediate layer 16b, and the outer layer 16c, as shown in FIG. The inner layer region 17a, the intermediate layer region 17b, and the outer layer region 17c each having a width of 5 μm and a width of 40 μm were cut out, and the concentration of Bi 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 fields of view.

このような計測作業を試料Aとは別に作成した試料B〜Dについても同様に行った。試料B〜Dは、試料Aと同様に、同一組成の(Sn−58Bi)系はんだ合金のはんだ層が形成されたCu核ボール11Bを例えば10個用意したものを使用した。   Such measurement work was similarly performed on samples B to D prepared separately from the sample A. For Samples B to D, for example, 10 Cu core balls 11B on which a solder layer of (Sn-58Bi) -based solder alloy having the same composition was formed were used.

はんだ層の内層、中間層、外層のBi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 Bi in the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer of the solder layer.

表8は、試料A〜D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Biの濃度の平均値と、目標とするBiの含有量(目標値)が58質量%の場合におけるBiの濃度比率を示す。   Table 8 shows that in Samples A to D, the average value of the Bi concentration of each layer of the solder layer measured with 10 Cu core balls and the target Bi content (target value) is 58% by mass The concentration ratio of Bi is shown.

試料A〜Dは、上述したように、それぞれ10個のCu核ボールについて、内層、中間層、外層のBiの濃度を計測している。試料A〜D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Biの濃度の計測値は表8に示していない。   As described above, Samples A to D measure the concentration of Bi in the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer for each of the 10 Cu core balls. For samples A to D, the measured values of the concentration of Bi in the inner layer, the intermediate layer, and the outer layer of each of the 10 Cu core balls are not shown in Table 8.

試料A〜Dは、目標とするBiの含有量(目標値)が58質量%である。この場合、試料A〜Dにおける10個のCu核ボールのぞれぞれのBiの濃度比率(%)は、Bi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/58)×100・・・(1)
Samples A to D have a target Bi content (target value) of 58 mass%. In this case, the concentration ratio (%) of Bi in each of the 10 Cu core balls in the samples A to D can be obtained by the following equation (1) from the measured value of Bi concentration.
Concentration ratio (%) = (measured value / 58) × 100 (1)

また、Bi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。
Biの濃度の平均値=10個の計測値の合計値/10・・・(2)
Further, the average value of the Bi concentration can be obtained by the following equation (2) when the number of Cu core balls used as a sample is ten.
Average value of Bi concentration = total value of 10 measured values / 10 (2)

更に、目標とするBiの含有量(目標値)が58質量%である場合、試料A〜Dの濃度比率(%)は、Bi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/58)×100・・・(3)
Furthermore, when the target Bi content (target value) is 58% by mass, the concentration ratio (%) of the samples A to D is expressed by the following equation (3) from the average value of the measured values of the Bi concentration. Desired.
Concentration ratio (%) = (average value of measured values / 58) × 100 (3)

表8に示すように、試料Aについては、内層領域17aにおけるBiの濃度の平均値が58.10質量%、濃度比率100.2%であり、中間層領域17bにおけるBiの濃度の平均値が57.22質量%、濃度比率98.7%であり、外層領域17cにおけるBiの濃度の平均値が58.08質量%、濃度比率100.1%であった。   As shown in Table 8, for sample A, the average value of Bi concentration in the inner layer region 17a is 58.10% by mass and the concentration ratio is 100.2%, and the average value of Bi concentration in the intermediate layer region 17b is The average concentration of Bi in the outer layer region 17c was 58.08 mass% and the concentration ratio was 100.1%.

また、試料Bについては、内層領域17aにおけるBiの濃度の平均値が57.82質量%、濃度比率99.7%であり、中間層領域17bにおけるBiの濃度の平均値が56.47質量%、濃度比率97.4%であり、外層領域17cにおけるBiの濃度の平均値が56.61質量%、濃度比率97.6%であった。   For sample B, the average value of Bi concentration in the inner layer region 17a is 57.82% by mass and the concentration ratio is 99.7%, and the average value of Bi concentration in the intermediate layer region 17b is 56.47% by mass. The concentration ratio was 97.4%, the average concentration of Bi in the outer layer region 17c was 56.61% by mass, and the concentration ratio was 97.6%.

更に、試料Cについては、内層領域17aにおけるBiの濃度の平均値が62.97質量%、濃度比率108.6%であり、中間層領域17bにおけるBiの濃度の平均値が57.63質量%、濃度比率99.4%であり、外層領域17cにおけるBiの濃度の平均値が58.67質量%、濃度比率101.2%であった。   Further, for sample C, the average value of the Bi concentration in the inner layer region 17a is 62.97% by mass and the concentration ratio is 108.6%, and the average value of the Bi concentration in the intermediate layer region 17b is 57.63% by mass. The concentration ratio was 99.4%, the average concentration of Bi in the outer layer region 17c was 58.67% by mass, and the concentration ratio was 101.2%.

また、試料Dについては、内層領域17aにおけるBiの濃度の平均値が58.02質量%、濃度比率100.0%であり、中間層領域17bにおけるBiの濃度の平均値が52.39質量%、濃度比率90.3%であり、外層領域17cにおけるBiの濃度の平均値が57.84質量%、濃度比率99.7%であった。   For sample D, the average value of the concentration of Bi in the inner layer region 17a is 58.02% by mass and the concentration ratio is 100.0%, and the average value of the concentration of Bi in the intermediate layer region 17b is 52.39% by mass. The concentration ratio was 90.3%, the average concentration of Bi in the outer layer region 17c was 57.84% by mass, and the concentration ratio was 99.7%.

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Biの濃度は上記の52.39質量%〜62.97質量%の許容範囲内にあるために、ほぼ目標値のBiの濃度比率となっていることが判る。   Thus, in each of the inner layer region 17a, the intermediate layer region 17b, and the outer layer region 17c, the concentration of Bi in the solder layer is within the allowable range of 52.39% by mass to 62.97% by mass. It can be seen that the density ratio of Bi is almost the target value.

そして、これらの試料A〜D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, 10 Cu core balls manufactured in the same lot as those of Samples A to D were extracted, and each was bonded to the substrate by a normal reflow process. The joining results are also shown in Table 8.

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」、1つのサンプルでも接合時に位置ずれが発生したもの、及び1つのサンプルでも接合時にCu核ボール11Bがはじき飛ばされたものを「不良」と判定した。   As for the bonding results, “no good” means that no bonding failure was measured in all the samples. Even if one sample was misaligned during bonding, and even in one sample, the Cu core ball 11B was not bonded. What was blown off was judged as “bad”.

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 either case, the inner peripheral side melts earlier than the outer peripheral side, causing a difference in volume expansion between the inner peripheral side and the outer peripheral side, so that the Cu core ball 11B is not repelled. Since melting is performed almost uniformly, there is no position shift of the nuclear material that is expected to occur due to a shift in melting timing, so there is no possibility of short-circuiting between electrodes due to position shift. Therefore, a good result was obtained in which no bonding failure occurred, and thus it was determined as “good”.

上述したように、(Sn−58Bi)系はんだ合金である場合、表8の結果から、52.39質量%(濃度比率90.3%)〜62.97質量%(濃度比率108.6%)の範囲まで許容できることがわかった。   As described above, in the case of (Sn-58Bi) based solder alloy, from the results of Table 8, 52.39 mass% (concentration ratio 90.3%) to 62.97 mass% (concentration ratio 108.6%). It was found that it was acceptable up to the range.

次に、Cu、Niを含み、かつ、Biを含む(Sn−40Bi−0.5Cu−0.03Ni)からなる四元の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Biの分布は目標値としては40質量%であるが、許容範囲としては38.41質量%(濃度比率96.0%)〜41.11質量%(濃度比率102.8%)である。以下の実施例では、表1に示す実施例18の組成のCuボールを使用した。
・Cuボール1の直径:180μm
・金属層(Niめっき層)2の膜厚:2μm
・はんだ層3の膜厚:33μm
・Cu核ボール11Bの直径:250μm
Next, the same measurement is performed when the quaternary Sn-based solder alloy solder layer 3 including Cu, Ni and Bi (Sn-40Bi-0.5Cu-0.03Ni) is formed. It was. The distribution of Bi at this time is 40% by mass as a target value, but the allowable range is 38.41% by mass (concentration ratio 96.0%) to 41.11% by mass (concentration ratio 102.8%). is there. In the following examples, Cu balls having the composition of Example 18 shown in Table 1 were used.
-Diameter of Cu ball 1: 180 μm
・ Metal layer (Ni plating layer) 2 thickness: 2 μm
-Solder layer 3 film thickness: 33 μm
-Diameter of the Cu core ball 11B: 250 μm

Cu核ボールの作製方法は、上述した(Sn−58Bi)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料A〜Dの実施例の場合と同様な電気めっき条件によってめっき液中のBi濃度が均質となるように行った。   The method for producing the Cu core ball is such that the Bi concentration in the plating solution is uniform under the same electroplating conditions as in the examples of the samples A to D using the Cu core ball using the solder alloy of (Sn-58Bi) described above. I went like that.

実験方法については、内層16aをCuボールの表面から11μmまで、中間層16bを11〜22μmまで、そして外層16cを22〜33μmとした以外は、(Sn−58Bi)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料A〜Dの実施例と同条件である。   Regarding the experimental method, a Cu core using a solder alloy of (Sn-58Bi), except that the inner layer 16a is 11 μm from the surface of the Cu ball, the intermediate layer 16b is 11 to 22 μm, and the outer layer 16c is 22 to 33 μm. The conditions are the same as those of the samples A to D using the balls.

その結果を表8の試料E〜Hとして示す。この場合には目標値となるBiは40質量%であるので、試料E〜Hに示すように、38.41〜41.11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38.41質量%(濃度比率96.0%)〜最大41.11質量%(濃度比率102.8%)程度はあるものの、許容範囲である。従って38.41質量%(濃度比率96.0%)〜41.11質量%(濃度比率102.8%)に収まっていることが分かる。接合判定は、試料A〜D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 Samples E to H in Table 8. In this case, Bi, which is the target value, is 40% by mass, and therefore, as shown in Samples E to H, 38.41 to 41.11% by mass (both average values measured 10 times for the same sample) and Some variation (minimum 38.41% by mass (concentration ratio 96.0%) to 41.11% by mass (concentration ratio 102.8%) of the average value is acceptable, but 38. It can be seen that it is within the range of 41 mass% (concentration ratio 96.0%) to 41.11 mass% (concentration ratio 102.8%). Since a good result that did not occur was obtained, it was judged as “good”.

試料E〜Hは、目標とするBiの含有量(目標値)が40(質量%)である。そこで、表8中の試料E〜H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/40)×100・・・(4)
Samples E to H have a target Bi content (target value) of 40 (mass%). Therefore, the concentration ratio (%) of samples E to H in Table 8 is obtained by the following equation (4).
Concentration ratio (%) = (average value of measured values / 40) × 100 (4)

図9は、(Sn−40Bi)系はんだ合金での電気めっき処理におけるめっき液中のBi濃度 (曲線Lc)と、はんだ層中のBi濃度 (曲線Ld)との関係を、Cu核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。   FIG. 9 shows the relationship between the Bi concentration in the plating solution (curve Lc) and the Bi concentration in the solder layer (curve Ld) in the electroplating process with the (Sn-40Bi) solder alloy, and the Cu core ball diameter. It is a characteristic curve figure when it is set as a standard.

この例では、Cuボールの初期値として粒径250μmのものを使用した場合である。はんだ層の厚みを逐一モニターし、この例でははんだ層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。   In this example, the initial value of the Cu ball having a particle diameter of 250 μm is used. The thickness of the solder layer is monitored step by step, and in this example, Cu core balls when the thickness of the solder layer sequentially increases by a predetermined value are collected as a sample 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Biの含有量を順次測定すると、図9の曲線Lcのような結果が得られた。この結果よりはんだ層が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのBi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る。曲線Lcの場合にはBiの含有量はほぼ40〜42質量%となっている。曲線LcのようにBi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。はんだ層内のBi濃度(曲線Lc)とめっき液中のBi濃度(曲線Ld)が一致していないのは、図4と同様にめっき液中のBiがめっき液中のSnより優先してはんだ層内に取り込まれるためである。   When the content of Bi in the solder layer when the particle size of the Cu core ball at the measurement timing is the target value was sequentially measured, a result as shown by a curve Lc in FIG. 9 was obtained. From this result, it can be seen that even if the solder layer is successively increased by a predetermined thickness, the Bi content at that time is almost the same value as the immediately preceding content. In the case of the curve Lc, the Bi content is approximately 40 to 42% by mass. As can be seen from the curve Lc, the concentration distribution of Bi is uniform (equal) with respect to the plating thickness, and there is no concentration gradient. The Bi concentration in the solder layer (curve Lc) and the Bi concentration in the plating solution (curve Ld) do not coincide with each other because the Bi in the plating solution has priority over the Sn in the plating solution as in FIG. This is because it is incorporated in the layer.

次に、Ag、Cuを含み、かつ、Biを含む(Sn−3Ag−0.8Cu−3Bi)からなる四元の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Biの分布は目標値としては3質量%であるが、許容範囲としては2.66質量%(濃度比率88.7%)〜3.32質量%(濃度比率110.7%)である。Cu核ボールの作製方法は、上述した(Sn−58Bi)のはんだ合金を使用したCu核ボールによる試料A〜Dの実施例の場合と同じである。   Next, the same measurement was performed when the quaternary Sn-based solder alloy solder layer 3 made of (Sn-3Ag-0.8Cu-3Bi) containing Ag and Cu and Bi was formed. The distribution of Bi at this time is 3% by mass as a target value, but the allowable range is 2.66% by mass (concentration ratio 88.7%) to 3.32% by mass (concentration ratio 110.7%). is there. The production method of the Cu core ball is the same as that of the examples of the samples A to D using the Cu core ball using the solder alloy of (Sn-58Bi) 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〜Dと同条件である。   The diameters of the Cu balls and Cu core balls used, the specifications such as the thickness of the metal layer (Ni plating layer) and the solder layer, and the experimental conditions are the same as those of the samples A to D except for the composition of the solder layer.

その結果を表8の試料I〜Lとして示す。この場合には目標値となるBiは3質量%であるので、試料I〜Lに示すように、2.66〜3.32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2.66質量%(濃度比率88.7%)〜最大3.32質量%(濃度比率110.7%)程度はあるものの、許容範囲である。従って2.66質量%(濃度比率88.7%)〜3.32質量%(濃度比率110.7%)に収まっていることが分かる。接合判定は、試料A〜D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 Samples I to L in Table 8. In this case, Bi as the target value is 3% by mass, and therefore, as shown in Samples I to L, 2.66 to 3.32% by mass (both average values measured 10 times for the same sample) and However, there is some variation (minimum 2.66% by mass (concentration ratio 88.7%) to 3.32% by mass (concentration ratio 110.7%) of the average value, but this is acceptable. It can be seen that it is within the range of 66% by mass (concentration ratio 88.7%) to 3.32% by mass (concentration ratio 110.7%). Since a good result that did not occur was obtained, it was judged as “good”.

試料I〜Lは、目標とするBiの含有量(目標値)が3(質量%)である。そこで、表8中の試料I〜L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/3)×100・・・(5)
Samples I to L have a target Bi content (target value) of 3 (mass%). Therefore, the concentration ratio (%) of samples I to L in Table 8 is obtained by the following equation (5).
Concentration ratio (%) = (average value of measured values / 3) × 100 (5)

上述した試料A〜Dの実施例、試料E〜Hの実施例、試料I〜Lの実施例の結果を表9にまとめた。Biの濃度比率は88.7〜110.7質量%である。ここで、試料A〜Dの実施例、試料E〜Hの実施例、試料I〜L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 samples A to D, the samples E to H, and the samples I to L described above. The concentration ratio of Bi is 88.7 to 110.7% by mass. Here, when the sphericity was measured for the Cu core balls created in the examples of samples A to D, the examples of samples E to H, and the examples of samples I to L, all were 0.99 or more, Satisfies 0.95 or more.

表9中の濃度比率(%)は、以下の(6)式で求められる。
濃度比率(%)=(計測値/目標値)×100・・・(6)
The concentration ratio (%) in Table 9 is obtained by the following equation (6).
Concentration ratio (%) = (measured value / target value) × 100 (6)

なお、比較例としてはんだ層中のBiの分布が濃度勾配を有するときの実験結果を上述した表8中に示す。使用したCuボール、Cu核ボールの球径、金属層(Niめっき層)とはんだ層の膜厚等、及び実験条件については、下記電気めっきの方法以外、試料A〜Dの実施例、試料I〜Lの実施例と同条件である。   As a comparative example, the experimental results when the distribution of Bi in the solder layer has a concentration gradient are shown in Table 8 described above. Regarding the used Cu balls, the diameter of the Cu core balls, the film thickness of the metal layer (Ni plating layer) and the solder layer, and the experimental conditions, other than the following electroplating method, Examples of Samples A to D, Sample I The conditions are the same as in the examples of ~ L.

比較例Aでは、めっき液は、Sn化合物、有機酸および界面活性剤を含んでいるめっき液で電気めっきを行う。そして、めっき膜厚が目標値の半分の段階で、さらに、Bi(III)化合物のみを追加する。これにより、めっき液中のSn化合物の濃度を減少させつつ、Bi(III)化合物の濃度を増加しながら電気めっき処理を行った。   In Comparative Example A, the plating solution is electroplated with a plating solution containing a Sn compound, an organic acid, and a surfactant. Then, only the Bi (III) compound is added at a stage where the plating film thickness is half of the target value. Thus, the electroplating process was performed while increasing the concentration of the Bi (III) compound while decreasing the concentration of the Sn compound in the plating solution.

その結果、はんだ層全体としてBiの含有量を目標値58質量%となるようなはんだ層を形成しても、はんだ層中のBi濃度が内側が薄く、外側に向かうにつれ濃くなる濃度勾配(内層0質量%、中層54.71質量%、外層100質量%)となった。   As a result, even if a solder layer having a Bi content of 58 mass% is formed as a whole solder layer, the Bi concentration in the solder layer is thin on the inner side and becomes a concentration gradient (inner layer) 0 mass%, middle layer 54.71 mass%, outer layer 100 mass%).

比較例Bでは、Sn化合物、Bi(III)化合物、有機酸および界面活性剤を含んだめっき液で電気めっきを行う。めっきを開始してから、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、電気めっき処理を行った。   In Comparative Example B, electroplating is performed with a plating solution containing a Sn compound, a Bi (III) compound, an organic acid, and a surfactant. After starting the plating, a predetermined DC voltage was applied between the anode electrode and the cathode electrode, and the electroplating process was performed while the Cu ball was swung.

その結果、はんだ層全体としてBiの含有量を目標値58質量%となるようなはんだ層を形成しても、はんだ層中のBi濃度が内側が高く、外側に向かうにつれ低くなる濃度勾配(内層82.10質量%、中層38.10質量%、外層4.10質量%)となった。なお、比較例A、Bも、目標とするBiの含有量が58(質量%)であり、濃度比率(%)が(3)式で求められる。   As a result, even if a solder layer having a Bi content of the target value of 58% by mass is formed as the entire solder layer, the Bi concentration in the solder layer is higher on the inner side and lowers toward the outer side (inner layer). 82.10 mass%, middle layer 38.10 mass%, outer layer 4.10 mass%). In Comparative Examples A and B, the target Bi content is 58 (mass%), and the concentration ratio (%) is obtained by the equation (3).

結果、比較例Aでは接合時に位置ずれが発生し、比較例BではCu核ボールがはじき飛ばされてしまったため、共に「不良」と判定した。ここで、上記比較例A、比較例B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0.95を下回った。   As a result, in Comparative Example A, a displacement occurred during bonding, and in Comparative Example B, the Cu core ball was repelled, so both were determined to be “defective”. Here, when the sphericity of the Cu core balls prepared in Comparative Example A and Comparative Example B was measured, both were below 0.95.

このようにはんだ層3内のBi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 this way, when the Bi concentration in the solder layer 3 was changed, phenomena such as misalignment and blow-off of the Cu core ball 11B occurred.

以上説明したように、各実施例A〜Lでは、はんだ層中のBiは均質であるので、はんだ層の膜厚に対しBiの内周側、外周側を含めてその全領域に亘りBi濃度比率が所定範囲内にある。このため、はんだ層中のBi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 L, Bi in the solder layer is homogeneous, and therefore the Bi concentration over the entire region including the inner and outer peripheral sides of Bi with respect to the film thickness of the solder layer. The ratio is within a predetermined range. For this reason, in the Cu core ball of the present invention in which Bi in the solder layer is homogeneous, the inner peripheral side melts earlier than the outer peripheral side, resulting in a difference in volume expansion between the inner peripheral side and the outer peripheral side, and the Cu core ball becomes There is no such thing as being blown away.

また、はんだ層中のBi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。   Further, since Bi in the solder layer is homogeneous, it melts almost uniformly 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, there is no possibility of a short circuit between the electrodes due to a positional shift or the like because there is no positional shift of the Cu core ball that occurs due to a shift in melting timing. Therefore, a high quality solder joint can be provided by using this 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 | bowl, 11A, 11B ... Cu nucleus ball | bowl, 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

Claims (18)

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、Bi、またはSnとBiを含有する
Cu核ボール。
Cu balls,
A solder layer covering the surface of the Cu ball,
The Cu ball is
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,
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,
The balance is Cu and other impurity elements, and the purity of the Cu balls is 99.995% by mass or more and 99.9995% by mass or less,
The sphericity is 0.95 or more,
The solder layer contains Sn, Bi, or a Cu core ball containing Sn and Bi.
前記はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−Bi)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるBi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、88.7〜110.7%の範囲内となされた
請求項1に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of (Sn—Bi) based solder alloy containing Sn and Bi,
The concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measured values (mass%) / target content (mass%)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1, wherein the concentration ratio is in a range of 88.7 to 110.7%.
前記はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−58Bi)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるBi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、90.3〜108.6%の範囲内となされた
請求項1に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of (Sn-58Bi) based solder alloy containing Sn and Bi,
The concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measured values (mass%) / target content (mass%)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1, wherein the concentration ratio is in a range of 90.3 to 108.6%.
前記はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−40Bi)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるBi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、96.0〜102.8%の範囲内となされた
請求項1に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of (Sn-40Bi) based solder alloy containing Sn and Bi,
The concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measured values (mass%) / target content (mass%)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1, wherein the concentration ratio is in a range of 96.0 to 102.8%.
前記はんだ層は、SnとBiを含有する(Sn−3Bi)系はんだ合金からなり、
前記はんだ層中に含まれるBi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、88.7〜110.7%の範囲内となされた
請求項1に記載のCu核ボール。
The solder layer is made of (Sn-3Bi) based solder alloy containing Sn and Bi,
The concentration ratio (%) of Bi contained in the solder layer is
Concentration ratio (%) = (measured value (mass%) / target content (mass%)) × 100,
Or
When expressed as concentration ratio (%) = (average value of measured values (mass%) / target content (mass%)) × 100,
The Cu core ball according to claim 1, wherein the concentration ratio is in a range of 88.7 to 110.7%.
真球度が0.98以上である請求項1〜請求項5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 5, 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5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 5, wherein the sphericity is 0.99 or more. α線量が0.0200cph/cm以下である請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to claim 1, 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7の何れか1項に記載のCu核ボール。 The Cu core ball according to claim 1, 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9の何れか1項に記載のCu核ボール。   The metal layer which coat | covers the surface of the said Cu ball | bowl, the surface of the said metal layer is coat | covered with the said solder layer, and sphericity is 0.95 or more, The any one of Claims 1-9. Cu core ball. 真球度が0.98以上である請求項10に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to claim 10, which has a sphericity of 0.98 or more. 真球度が0.99以上である請求項10に記載のCu核ボール。   The Cu core ball according to claim 10, which has a sphericity of 0.99 or more. α線量が0.0200cph/cm以下である請求項10〜請求項12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 10 to 12, 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10〜請求項12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 10 to 12, 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1〜14の何れか1項に記載のCu核ボール。
The Cu core ball according to claim 1, wherein a diameter of the Cu ball is not less than 1 μm and not more than 1000 μm.
請求項1〜15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1〜15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。   Solder paste using the Cu core ball according to any one of claims 1 to 15. 請求項1〜15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。   Foam solder using the Cu core ball according to any one of claims 1 to 15.
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