KR20150091987A - Cu 핵 볼, 땜납 페이스트, 폼 땜납 및 땜납 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, α선량이 적고 진구도가 높은 Cu 볼을 땜납층으로 피복하여, 산화가 억제된 Cu 핵 볼을 제공하는 것이다.
Cu 핵 볼(1)은, Cu 볼(2)과, Cu 볼(2)을 피복하는 땜납층(3)을 구비하고, Cu 볼은, 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하이고, Cu의 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고, Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상이고, 진구도가 0.95 이상이고, 땜납층(3)은 Sn을 40％ 이상 함유하고, Ge를 20ppm 이상 220ppm 이하로 함유한다.

Description

Cu 핵 볼, 땜납 페이스트, 폼 땜납 및 땜납 조인트{Cu CORE BALL, SOLDER PASTE, FOAM SOLDER AND SOLDER JOINT}

본 발명은 Cu 볼을 땜납 합금으로 피복한 Cu 핵 볼, Cu 핵 볼을 사용한 땜납 페이스트, Cu 핵 볼을 사용한 폼 땜납 및 Cu 핵 볼을 사용한 땜납 조인트에 관한 것이다.

최근, 소형 정보 기기의 발달에 의해, 탑재되는 전자 부품에서는 급속한 소형화가 진행되고 있다. 전자 부품은, 소형화의 요구에 의해 접속 단자의 협소화나 실장 면적의 축소화에 대응하기 위해, 이면에 전극이 설치된 볼 그리드 어레이(이하, 「BGA」라 칭함)가 적용되어 있다.

BGA를 적용한 전자 부품에는, 예를 들어 반도체 패키지가 있다. 반도체 패키지에서는, 전극을 갖는 반도체 칩이 수지로 밀봉되어 있다. 반도체 칩의 전극에는, 땜납 범프가 형성되어 있다. 이 땜납 범프는, 땜납 볼을 반도체 칩의 전극에 접합함으로써 형성되어 있다. BGA를 적용한 반도체 패키지는, 각 땜납 범프가 프린트 기판의 도전성 랜드에 접촉하도록, 프린트 기판 상에 배치되고, 가열에 의해 용융된 땜납 범프와 랜드가 접합함으로써, 프린트 기판에 탑재된다. 또한, 가일층의 고밀도 실장의 요구에 대응하기 위해, 반도체 패키지가 높이 방향으로 적층된 3차원 고밀도 실장이 검토되고 있다.

그러나, 3차원 고밀도 실장이 이루어진 반도체 패키지에 BGA가 적용되면, 반도체 패키지의 자중에 의해 땜납 볼이 찌부러져 버려, 전극 사이에서 접속 단락이 발생한다. 이것은, 고밀도 실장을 행하는 데 있어서 지장이 된다.

따라서, Cu 등, 땜납보다도 융점이 높은 금속으로 형성된 미소 직경의 볼을 이용한 땜납 범프가 검토되고 있다. Cu 볼 등을 갖는 땜납 범프는, 전자 부품이 프린트 기판에 실장될 때, 반도체 패키지의 중량이 땜납 범프에 가해져도, 땜납의 융점에서는 용융되지 않는 Cu 볼에 의해 반도체 패키지를 지지할 수 있다. 따라서, 반도체 패키지의 자중에 의해 땜납 범프가 찌부러지는 일이 없다. 관련 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1을 들 수 있다.

일본 특허 공개 제2010-99736호 공보

전자 부품의 소형화는 고밀도 실장을 가능하게 하지만, 고밀도 실장은 소프트 에러라고 하는 문제를 야기하게 되었다. 소프트 에러는 반도체 집적 회로(이하,「IC」라고 칭함)의 메모리 셀 중에 α선이 진입함으로써 기억 내용이 재기록될 가능성이 있다고 하는 것이다.

α선은, 땜납 합금 중에 불순물로서 포함되는 U, Th, Po 등의 방사성 원소가 α 붕괴됨으로써 방사된다고 여겨지고 있다. 따라서, 저α선을 실현할 수 있는 조성의 땜납 합금의 개발이 행해지고 있다. 또한, Cu 볼이 땜납층으로 피복된 Cu 핵 볼이라도, Cu 볼에서 저α선을 실현할 수 있는 조성이 요구된다.

또한, Cu 볼은, 진구에 어느 정도 가까운지를 나타내는 진구도가 낮으면, 땜납 범프가 형성될 때, 스탠드 오프 높이를 제어한다고 하는 Cu 볼 본래의 기능이 발휘되지 않는다. Cu 핵 볼에서는, Cu 볼이 솔더링의 온도에서 용융되지 않으므로, 땜납 범프의 높이의 편차를 억제할 수 있도록 하기 위해서는, Cu 볼의 진구도의 편차가 적은 쪽이 바람직하고, Cu 핵 볼이라도, 진구도가 높은 Cu 볼이 요구된다.

본 발명의 과제는, α선량이 적고 진구도가 높은 Cu 볼을 땜납층으로 피복한 Cu 핵 볼, Cu 핵 볼을 사용한 땜납 페이스트, Cu 핵 볼을 사용한 폼 땜납 및 Cu 핵 볼을 사용한 땜납 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, Cu 볼의 진구도가 높아지기 위해서는, Cu 볼의 순도가 99.995％ 이하, 즉, Cu 볼에 함유하는 Cu 이외의 원소(이하, 적절하게 「불순물 원소」라 함)를 합계로 50ppm 이상 함유할 필요가 있는 한편, 불순물 원소의 조성에 의해, Cu 볼에 있어서의 α선량이 억제되는 것을 발견하였다. 또한, 땜납층을 구성하는 합금에 Ge를 첨가함으로써, 내열 산화성이 향상되는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 다음과 같다.

(1) Cu 볼로 구성되는 핵층과, 핵층을 피복하는 땜납층을 구비한 Cu 핵 볼이며, 핵층은, 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하이고, Cu의 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고, Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상이고, 진구도가 0.95 이상이고, 땜납층은, Sn을 40％ 이상 함유하고, Ge를 20ppm 이상 220ppm 이하로 함유하고, Cu 핵 볼로부터 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 Cu 핵 볼.

(2) Cu 볼로 구성되는 핵층과, 핵층을 피복하는 땜납층을 구비한 Cu 핵 볼이며, 핵층은, Cu의 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상이고, 진구도가 0.95 이상이고, 땜납층은, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고, 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하이고, Sn을 40％ 이상 함유하고, Ge를 20ppm 이상 220ppm 이하로 함유하고, Cu 핵 볼로부터 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 Cu 핵 볼.

(3) 땜납층은, Ge를 50ppm 이상 200ppm 이하로 함유하는, 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 Cu 핵 볼.

(4) 핵층의 α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인, 상기 (1) 또는 상기 (3)에 기재된 Cu 핵 볼.

(5) 핵층의 α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인, 상기 (1) 또는 상기 (3)에 기재된 Cu 핵 볼.

(6) 땜납층의 α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인, 상기 (1)∼상기 (3) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(7) 땜납층의 α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인, 상기 (1)∼상기 (3) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(8) 핵층의 직경이 1∼1000㎛인, 상기 (1)∼상기 (7) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(9) Ni 및 Co로부터 선택되는 1원소 이상으로 이루어지는 층으로 피복된 핵층이, 땜납층으로 피복되는, 상기 (1)∼상기 (8) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(10) α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인, 상기 (1)∼상기 (9) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(11) α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인, 상기 (1)∼상기 (9) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(12) 땜납층을 피복하는 플럭스층을 구비한, 상기 (1)∼상기 (11) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(13) 상기 (1)∼상기 (12) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 땜납 페이스트.

(14) 상기 (1)∼상기 (12) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 폼 땜납.

(15) 상기 (1)∼상기 (12) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 땜납 조인트.

본 발명에서는, Cu 볼을 땜납층으로 피복한 Cu 핵 볼에 있어서, 방사되는 α선량을 억제하고, 또한 Cu 볼의 진구도를 향상시킬 수 있다. 또한, Cu 핵 볼의 땜납 접합성을 유지한 상태에서, 산화를 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 Cu 핵 볼의 모식적인 구조를 도시하는 단면도이다.

본 발명을 이하에 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 있어서, Cu 핵 볼의 조성에 관한 단위(ppm, ppb 및 ％)는, 특별히 지정하지 않는 한 질량에 대한 비율(질량ppm, 질량ppb 및 질량％)을 나타낸다.

<Cu 핵 볼의 개요>

도 1은 본 실시 형태의 Cu 핵 볼의 모식적인 구조를 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태의 Cu 핵 볼(1)은, Cu 볼(2)과, Cu 볼(2)을 피복하는 땜납층(3)으로 구성된다.

Cu 핵 볼(1)을 이용한 땜납 범프에서는, 반도체 패키지의 중량이 땜납 범프에 가해져도, 땜납층(3)을 구성하는 땜납 합금의 융점에서는 용융되지 않는 Cu 볼(2)에 의해 반도체 패키지를 지지할 수 있다. 따라서, 반도체 패키지의 자중에 의해 땜납 범프가 찌부러지는 일이 없다.

땜납층(3)은, Ge의 첨가량을 20ppm 이상 220ppm 이하로 하고, 잔량부가 Sn을 주성분으로 한 납 프리 땜납 합금으로 구성되고, Cu 볼(2)의 표면에 땜납 도금을 행함으로써 땜납층(3)이 형성된다. 땜납층(3)을 구성하는 땜납 합금은, Sn의 함유량이 40질량％ 이상이고, 첨가하는 합금 원소로서는, Ge 외에, 예를 들어 Ag, Cu, In, Ni, Co, Sb, Fe 등이 있다. 이들 중에서도, 땜납층(3)의 합금 조성은, 바람직하게는 Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 첨가한 것이다.

Cu 핵 볼(1)에서는, 땜납층(3)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 100㎛(편측) 이하이면 충분하다. 일반적으로는 1∼50㎛이면 된다.

Cu 핵 볼(1)은, Cu 볼(2)과 땜납층(3) 사이에, 확산 방지층(4)이 형성된다. 확산 방지층(4)은, Ni, 혹은 Co 등으로부터 선택되는 1원소 이상으로 구성되고, Cu 볼(2)을 구성하는 Cu가 땜납층(3)으로 확산되는 것을 방지한다.

땜납층(3)은, Cu 볼(2)이나 도금액을 유동시켜 형성된다. 도금액의 유동에 의해 도금액 중에서 Pb, Bi, Po의 원소가 염을 형성하여 침전된다. 일단 염인 석출물이 형성되면 도금액 중에서 안정적으로 존재한다. 따라서, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)은 석출물이 땜납층(3)에 도입되는 일이 없어, 땜납층(3)에 포함되는 방사성 원소의 함유량을 저감시킬 수 있어, Cu 핵 볼(1) 자체의 α선량을 저감시키는 것이 가능해진다.

<땜납층의 상세>

다음으로, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)을 구성하는 땜납층(3)의 조성, α선량에 대해 상세하게 설명한다.

·Ge : 20ppm 이상 220ppm 이하

땜납층(3)의 합금 조성에 20ppm 이상의 Ge가 첨가되면, 내산화성이 향상된다. Ge가 첨가된 첨가량이 220ppm을 초과해도 내산화성은 확보할 수 있지만, 습윤성이 악화되는 경향이 있다. 따라서, Ge의 첨가량은 20ppm 이상 220ppm 이하, 바람직하게는 50ppm 이상 200ppm 이하이다.

·U : 5ppb 이하, Th : 5ppb 이하

U 및 Th는 방사성 원소로, 소프트 에러를 억제하기 위해서는 이 함유량을 억제할 필요가 있다. U 및 Th의 함유량은, 땜납층(3)의 α선량을 0.0200cph/㎠ 이하로 하기 위해, 각각 5ppb 이하로 할 필요가 있다. 또한, 현재 또는 장래의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, U 및 Th의 함유량은, 바람직하게는 각각 2ppb 이하이다.

·α선량 : 0.0200cph/㎠ 이하

본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)의 α선량은 0.0200cph/㎠ 이하이다. 이것은, 전자 부품의 고밀도 실장에 있어서 소프트 에러가 문제로 되지 않을 정도의 α선량이다. 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)의 α선량은, Cu 핵 볼(1)을 구성하는 땜납층(3)의 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것에 의해 달성된다. 또한, Cu 핵 볼(1)의 α선량은, 후술하는 바와 같이, Cu 볼(2)의 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것에 의해서도 달성된다.

본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)은 높아도 100℃에서 형성되므로, U, Th, Po 등의 방사성 원소나 ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi 등의 방사성 동위체의 기화에 의해 방사성 원소의 함유량이 저감된다고는 생각하기 어렵다. 그러나, 도금액이나 Cu 볼(2)을 유동하면서 도금을 행하면, U, Th, Po 및 ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi는 도금액 중에서 염을 형성하여 침전된다. 침전된 염은 전기적으로 중성이며, 도금액이 유동하고 있어도 땜납 도금 피막 중으로 혼입되는 일이 없다.

따라서, 땜납 도금 피막 중의 이들의 함유량은 현저하게 저감된다. 따라서, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)은 이러한 땜납층(3)으로 피복되어 있으므로 낮은 α선량을 나타낸다. α선량은, 가일층의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.0020cph/㎠ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0010cph/㎠ 이하이다.

땜납층(3)에 포함되는 불순물 중에는, 특히 Bi와 Pb의 함유량이 적은 편이 바람직하다. Bi와 Pb에는 방사성 동위체인 ²¹⁰Bi와 ²¹⁰Pb가 각각 미량으로 포함되어 있다. 따라서, Bi와 Pb의 함유량을 저감시킴으로써, 땜납층(3)의 α선량을 현저하게 저감시킬 수 있다고 생각된다. 땜납층(3)에 있어서의 Bi와 Pb의 함유량은, 바람직하게는 각각 15ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 각각 10ppm 이하이고, 특히 바람직하게는 각각 0ppm이다.

<Cu 볼의 상세>

다음으로, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)을 구성하는 Cu 볼(2)의 조성, α선량, 진구도에 대해 상세하게 서술한다.

본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)을 구성하는 Cu 볼(2)은, Cu 핵 볼(1)이 땜납 범프에 사용될 때, 솔더링의 온도에서 용융되지 않으므로, 땜납 조인트의 높이 편차를 억제할 수 있다. 따라서, Cu 볼(2)은 진구도가 높고 직경의 편차가 적은 편이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, Cu 볼(2)의 α선량도 땜납층(3)과 마찬가지로 낮은 것이 바람직하다. 이하에 Cu 볼(2)의 바람직한 형태를 기재한다.

·U : 5ppb 이하, Th : 5ppb 이하

전술한 바와 같이 U 및 Th는 방사성 원소로, 소프트 에러를 억제하기 위해서는 이들의 함유량을 억제할 필요가 있다. U 및 Th의 함유량은, Cu 볼(2)의 α선량을 0.0200cph/㎠ 이하로 하기 위해, 각각 5ppb 이하로 할 필요가 있다. 또한, 현재 또는 장래의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, U 및 Th의 함유량은, 바람직하게는 각각 2ppb 이하이다.

·Cu 볼의 순도 : 99.9％ 이상 99.995％ 이하

Cu 볼(2)은 순도가 3N 이상 4N5 이하이다. 즉, Cu 볼(2)은 불순물 원소의 함유량이 50ppm 이상이다. 여기서, Cu 등의 금속 재료의 순도는, 99％를 2N, 99.9％를 3N, 99.99％를 4N, 99.999％를 5N으로 한다. 4N5라 함은, 금속 재료의 순도가 99.995％인 것을 나타낸다.

Cu 볼(2)을 구성하는 Cu의 순도가 이 범위이면, Cu 볼(2)의 진구도가 높아지기 위한 충분한 양의 결정 핵을 용융 Cu 중에 확보할 수 있다. 진구도가 높아지는 이유는 이하와 같이 상세하게 서술된다.

Cu 볼을 제조할 때, 소정 형상의 소편(小片)으로 형성된 Cu재는, 가열에 의해 용융되고, 용융 Cu가 표면 장력에 의해 구형으로 되고, 이것이 응고되어 Cu 볼(2)로 된다. 용융 Cu가 액체 상태로부터 응고되는 과정에 있어서, 결정립이 구형의 용융 Cu 중에서 성장한다. 이때, 불순물 원소가 많으면, 이 불순물 원소가 결정 핵으로 되어 결정립의 성장이 억제된다. 따라서, 구형의 용융 Cu는, 성장이 억제된 미세 결정립에 의해 진구도가 높은 Cu 볼(2)로 된다.

한편 불순물 원소가 적으면, 상대적으로 결정 핵으로 되는 것이 적어, 입성장이 억제되지 않고 어느 방향성을 갖고 성장한다. 이 결과, 구형의 용융 Cu는 표면의 일부분이 돌출되어 응고되어 버린다. 이러한 Cu 볼은, 진구도가 낮다. 불순물 원소로서는, Sn, Sb, Bi, Ni, Zn, Fe, Al, As, Ag, In, Cd, Pb, Au, P, S, U, Th 등이 생각된다.

순도의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, α선량을 억제하고, 순도의 저하에 의한 Cu 볼(2)의 전기 전도나 열전도율의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 3N 이상이다. 즉, 바람직하게는 Cu를 제외한 Cu 볼(2)의 불순물 원소의 함유량은 1000ppm 미만이다.

·α선량: 0.0200cph/㎠ 이하

Cu 볼(2)의 α선량은 0.0200cph/㎠ 이하이다. 이것은, 전자 부품의 고밀도 실장에 있어서 소프트 에러가 문제로 되지 않을 정도의 α선량이다. 본 발명에서는, Cu 볼(2)을 제조하기 위해 통상 행하고 있는 공정에 더하여, 다시 가열 처리를 실시하고 있다. 이로 인해, Cu재에 약간 잔존하는 ²¹⁰Po가 휘발되어, Cu재와 비교하여 Cu 볼(2)의 쪽이 한층 더 낮은 α선량을 나타낸다. α선량은, 가일층의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.0020cph/㎠ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0010cph/㎠ 이하이다.

·Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상

Cu 볼(2)에 포함되는 불순물 원소로서는, Sn, Sb, Bi, Ni, Zn, Fe, Al, As, Ag, In, Cd, Pb, Au, P, S, U, Th 등이 생각되지만, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)을 구성하는 Cu 볼(2)은 불순물 원소 중에서도 특히 Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상 불순물 원소로서 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, α선량을 저감시키는 데 있어서 Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 함유량을 극한까지 저감시킬 필요가 없다.

이것은 이하의 이유에 의한다.

²¹⁰Pb는 β 붕괴에 의해 ²¹⁰Bi로 변화되고, ²¹⁰Bi는 β 붕괴에 의해 ²¹⁰Po로 변화되고, ²¹⁰Po는 α 붕괴에 의해 ²⁰⁶Pb로 변화된다. 이로 인해, α선량을 저감시키기 위해서는, 불순물 원소인 Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 함유량도 최대한 낮은 편이 바람직하다고도 생각된다.

그러나, Pb에 포함되어 있는 ²¹⁰Pb 및 Bi에 포함되어 있는 ²¹⁰Bi의 함유비는 낮다. 따라서, Pb나 Bi의 함유량이 어느 정도 저감되면, ²¹⁰Pb나 ²¹⁰Bi가, α선량을 전술한 범위로 저감시킬 수 있는 정도까지 충분히 제거된다고 생각된다. 한편, Cu 볼(2)의 진구도를 높이기 위해서는, 전술한 바와 같이, 불순물 원소의 함유량이 높은 쪽이 좋다. Pb와 Bi 모두, Cu재에 불순물 원소로서 함유됨으로써, Cu 볼(2)의 제조 공정에 있어서의 용융시에 결정 핵으로 되어, Cu 볼(2)의 진구도를 높일 수 있다. 이로 인해, α선량을 전술한 범위로 저감시킬 수 있는 정도까지 ²¹⁰Pb 및 ²¹⁰Bi를 제거할 수 있는 양이며, Pb 또는 Bi 중 어느 하나, 혹은 Pb 및 Bi가 함유되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, Cu 볼(2)은 Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상인 것이 바람직하다.

Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량은, 보다 바람직하게는 10ppm 이상이다. 상한값은 α선량을 저감시킬 수 있는 범위에서 한정되지 않지만, Cu 볼(2)의 전기 전도도의 열화를 억제하는 관점에서, 보다 바람직하게는 Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1000ppm 미만이다. Pb의 함유량은, 보다 바람직하게는 10ppm∼50ppm이고, Bi의 함유량은, 보다 바람직하게는 10ppm∼50ppm이다.

·Cu 볼의 진구도 : 0.95 이상

Cu 볼(2)의 형상은, 스탠드 오프 높이를 제어하는 관점에서 진구도는 0.95 이상인 것이 바람직하다. Cu 볼(2)의 진구도가 0.95 미만이면 Cu 볼이 부정 형상으로 되므로, 범프 형성시에 높이가 불균일한 범프가 형성되어, 접합 불량이 발생할 가능성이 높아진다. 진구도는, 보다 바람직하게는 0.990 이상이다. 본 발명에 있어서, 진구도라 함은 진구로부터의 어긋남을 나타낸다. 진구도는, 예를 들어 최소 제곱 중심법(LSC법), 최소 영역 중심법(MZC법), 최대 내접 중심법(MIC법), 최소 외접 중심법(MCC법) 등 다양한 방법으로 구해진다.

·Cu 볼의 직경 : 1∼1000㎛

Cu 볼(2)의 직경은 1∼1000㎛인 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, 구상의 Cu 볼(2)을 안정적으로 제조할 수 있고, 또한 단자 사이가 협피치인 경우의 접속 단락을 억제할 수 있다.

본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)의 적용예에 대해 설명하면, Cu 핵 볼(1)은 땜납 분말과, Cu 핵 볼(1)과, 플럭스가 혼련된 땜납 페이스트에 사용된다. 여기서, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)이 땜납 페이스트에 사용되는 경우, 「Cu 핵 볼」은 「Cu 핵 파우더」라고 칭해져도 된다.

「Cu 핵 파우더」는, 상술한 특성을 개개의 Cu 핵 볼(1)이 구비한, 다수의 Cu 핵 볼(1)의 집합체이다. 예를 들어, 땜납 페이스트 중의 분말로서 배합되는 등, 단일의 Cu 핵 볼과는 사용 형태에 있어서 구별된다. 마찬가지로, 땜납 범프의 형성에 사용되는 경우에도, 집합체로서 통상 취급되므로, 그러한 형태에서 사용되는 「Cu 핵 파우더」는 단일의 Cu 핵 볼과는 구별된다. 「Cu 핵 볼」이 「Cu 핵 파우더」라고 칭해지는 형태로 사용되는 경우, 일반적으로, Cu 핵 볼의 직경은 1∼300㎛이다.

또한, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)은, Cu 핵 볼(1)이 땜납 중에 분산되어 있는 폼 땜납에 사용된다. 땜납 페이스트 및 폼 땜납에서는, 예를 들어 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu(각 수치는 질량％)인 땜납 합금이 사용된다. 또한, 본 발명은, 이 땜납 합금에 한정하는 것이 아니다. 또한, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)은, 전자 부품의 땜납 조인트에 사용된다. 또한, 본 발명은 Cu를 중심으로 한 컬럼, 필러나 펠릿의 형태에 응용되어도 된다.

<Cu 핵 볼의 제조 방법>

(1) Cu 볼의 제조 방법

다음으로, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼의 제조 방법 일례를 설명한다. Cu 핵 볼(1)을 구성하는 Cu 볼(2)에 대해, 재료로 되는 Cu재는 세라믹과 같은 내열성의 판인 내열판에 배치되고, 내열판과 함께 노 중에서 가열된다. 내열판에는 저부가 반구 형상으로 된 다수의 원형의 홈이 형성되어 있다. 홈의 직경이나 깊이는, Cu 볼(2)의 입경에 따라서 적절하게 설정되어 있고, 예를 들어, 직경이 0.8㎜이고, 깊이가 0.88㎜이다. 또한, Cu 세선이 절단되어 얻어진 칩 형상의 Cu재(이하, 「칩재」라 함)는 내열판의 홈 내에 1개씩 투입된다.

홈 내에 칩재가 투입된 내열판은, 암모니아 분해 가스가 충전된 노 내에서 1100∼1300℃로 승온되고, 30∼60분간 가열 처리가 행해진다. 이때 노 내 온도가 Cu의 융점 이상으로 되면 칩재는 용융되어 구상으로 된다. 그 후, 노 내가 냉각되어, 내열판의 홈 내에서 Cu 볼(2)이 성형된다. 냉각 후, 성형된 Cu 볼(2)은, Cu의 융점 미만의 온도인 800∼1000℃에서 다시 가열 처리가 행해진다.

또한, 다른 방법으로서는, 도가니의 저부에 설치된 오리피스로부터 용융 Cu가 적하되고, 이 액적이 냉각되어 Cu 볼(2)이 조구(造球)되는 아토마이즈법이나, 열플라즈마가 Cu 컷 메탈을 1000℃ 이상으로 가열하여 조구하는 방법이 있다. 이와 같이 조구된 Cu 볼(2)은, 각각 800∼1000℃의 온도에서 30∼60분간 재가열 처리가 실시되어도 된다. 또한, Cu 볼(2)을 조구하기 전에, Cu 볼(2)의 원료인 Cu재를 800∼1000℃에서 가열 처리해도 된다.

Cu 볼(2)의 원료인 Cu재로서는, 예를 들어 펠릿, 와이어, 필러 등을 사용할 수 있다. Cu재의 순도는, Cu 볼의 순도를 지나치게 낮추지 않도록 하는 관점에서 99.9∼99.99％이면 된다.

또한 고순도의 Cu재를 사용하는 경우에는, 상술한 가열 처리를 행하지 않고, 용융 Cu의 유지 온도를 종래와 마찬가지로 1000℃ 정도로 낮추어도 된다. 이와 같이, 전술한 가열 처리는 Cu재의 순도나 α선량에 따라서 적절하게 생략이나 변경되어도 된다. 또한, α선량이 높은 Cu 볼이나 이형(異形)의 Cu 볼이 제조된 경우에는, 이들 Cu 볼이 원료로서 재이용되는 것도 가능하여, α선량을 더욱 저하시킬 수 있다.

(2) 땜납층의 제조 방법

상술한 바와 같이 하여 제작된 Cu 볼(2)이나 도금액을 유동시켜 Cu 볼(2)에 땜납층(3)을 형성하는 방법으로서는, 공지의 배럴 도금 등의 전해 도금법, 도금조에 접속된 펌프가 도금조 중에 도금액에 고속 난류를 발생시켜, 도금액의 난류에 의해 Cu 볼(2)에 도금 피막을 형성하는 방법, 도금조에 진동판을 설치하여 소정의 주파수로 진동시킴으로써 도금액이 고속 난류 교반되고, 도금액의 난류에 의해 Cu 볼(2)에 도금 피막을 형성하는 방법 등이 있다.

직경 100㎛의 Cu 볼에 막 두께(편측) 2㎛의 Ni 도금을 피복한 후, 막 두께(편측) 18㎛의 Sn-Ag-Cu-Ge 땜납 도금 피막을 형성하고, 직경 약 140㎛의 Cu 핵 볼로 하는 것을 일례로서 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 Sn-Ag-Cu-Ge 함유 도금액은, 물을 주체로 하는 매체에, 술폰산류 및 금속 성분으로서 Sn, Ag, Cu 및 Ge를 필수 성분으로서 함유하고 있다.

금속 성분은 도금액 중에서 Sn 이온(Sn^{2 +} 및 또는 Sn^{4 +}), Ag 이온(Ag⁺) 및 Cu 이온(Cu⁺ 및 또는 Cu^{2 +}) 및 Ge 이온(Ge^{2 +} 및 또는 Ge^{4 +})으로서 존재하고 있다. 도금액은, 주로 물과 술폰산류로 이루어지는 도금 모액과 금속 화합물을 혼합함으로써 얻어지고, 금속 이온의 안정성을 위해, 바람직하게는 유기 착화제를 함유한다.

도금액 중의 금속 화합물로서는, 예를 들어 이하의 것을 예시할 수 있다. Sn 화합물의 구체예로서는, 메탄술폰산, 에탄술폰산, 2-프로판올술폰산, p-페놀술폰산 등의 유기 술폰산의 주석염, 황산 주석, 산화 주석, 질산 주석, 염화 주석, 브롬화 주석, 요오드화 주석, 인산 주석, 피로인산 주석, 아세트산 주석, 포름산 주석, 시트르산 주석, 글루콘산 주석, 타르타르산 주석, 락트산 주석, 숙신산 주석, 설파민산 주석, 붕불화 주석, 규불화 주석 등의 제1 Sn 화합물을 들 수 있다. 이들 Sn 화합물은, 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

Cu 화합물로서는, 상술한 유기 술폰산의 구리염, 황산 구리, 산화 구리, 질산 구리, 염화 구리, 브롬화 구리, 요오드화 구리, 인산 구리, 피로인산 구리, 아세트산 구리, 포름산 구리, 시트르산 구리, 글루콘산 구리, 타르타르산 구리, 락트산 구리, 숙신산 구리, 설파민산 구리, 붕불화 구리, 규불화 구리 등을 들 수 있다. 이들 Cu 화합물은, 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

Ag 화합물로서는, 상기 유기 술폰산의 은염, 황산 은, 산화 은, 염화 은, 질산 은, 브롬화 은, 요오드화 은, 인산 은, 피로인산 은, 아세트산 은, 포름산 은, 시트르산 은, 글루콘산 은, 타르타르산 은, 락트산 은, 숙신산 은, 설파민산 은, 붕불화 은, 규불화 은 등을 들 수 있다. 이들 Ag 화합물은, 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

Ge 화합물로서는, 산화 게르마늄, 수산화 게르마늄, 인산 게르마늄, 염화 게르마늄, 브롬화 게르마늄, 요오드화 게르마늄, 등을 들 수 있다. 이들 Ge 화합물은, 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 직경 100㎛의 Cu 볼에 막 두께(편측) 20㎛의 Sn-Ag-Cu-Ge 땜납 도금 피막을 형성하는 경우, 약 0.0108쿨롱의 전기량을 필요로 한다.

도금액 중의 각 금속의 배합량은, Sn^{2 +}로서 0.21∼2mol/L, 바람직하게는 0.25∼1mol/L, Ag⁺로서 0.01∼0.1mol/L, 바람직하게는 0.02∼0.05mol/L, Cu^{2 +}로서 0.002∼0.02mol/L, 바람직하게는 0.003∼0.01mol/L, Ge^{4 +}로서 0.0003∼0.003mol/L, 바람직하게는 0.0007∼0.0028mol/L이다. 여기서, 도금에 관여하는 것은 Sn^{2 +}이므로, 본 발명에서는 Sn^{2 +}의 양을 조정하면 된다.

또한, Cu 이온 농도에 대한 Ag 이온 농도(Ag/Cu몰비)는, 4.5∼5.58의 범위로 되는 것이 바람직하고, Ge 이온에 관해서는 도금 피막의 체적과 목적으로 하는 Ge의 조성으로부터 필요 농도를 구하여, 도금액에 배합시킨다. 이 범위이면, Sn-3Ag-0.5Cu 합금과 같은 융점이 낮은 Sn-Ag-Cu 도금 피막을 형성할 수 있다. 또한, 패러데이의 전기 분해의 법칙에 의해 하기 식(1)에 의해 원하는 땜납 도금의 석출량을 어림하여, 전기량을 산출하여, 산출한 전기량으로 되도록 전류를 도금액에 통전하고, Cu 볼 및 도금액을 유동시키면서 도금 처리를 행한다. 도금조의 용량은 Cu 볼 및 도금액의 총 투입량에 따라서 결정할 수 있다.

식 (1) 중, w는 전해 석출량(g), I는 전류(A), t는 통전 시간(초), M은 석출되는 원소의 원자량(Sn의 경우, 118.71), Z는 원자가(Sn의 경우는 2가), F는 패러데이 상수(96500쿨롱)이고, 전기량 Q(A·초)는 (I×t)로 나타내어진다.

본 발명에서는, Cu 볼 및 도금액을 유동시키면서 도금을 행하지만, 유동시키는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 배럴 전해 도금법과 같이 배럴의 회전으로부터 Cu 볼 및 도금액을 유동시킬 수 있다.

도금 처리 후, 대기 중이나 N₂ 분위기 중에서 건조시켜, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼(1)을 얻을 수 있다.

[실시예]

이하에 본 발명의 Cu 핵 볼(1)의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

<Cu 볼의 순도와 진구도의 관계>

우선, 순도가 다른 Cu 볼을 제작하여 진구도와 α선량을 측정하고, Cu 볼의 순도와 진구도의 관계 및 α선량을 검증하였다.

(1) Cu 볼의 제작

실시예 1A의 Cu 볼은, 순도가 99.9％인 Cu 펠릿을 사용하여 제작하였다. 실시예 2A의 Cu 볼은, 순도가 99.995％ 이하인 Cu 와이어를 사용하여 제작하였다. 비교예 1A의 Cu 볼은, 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 사용하여 제작하였다.

상술한 원료를 도가니 중에 투입한 후, 도가니의 온도를 1200℃로 승온하여, 45분간 가열 처리를 행하고, 도가니 저부에 설치한 오리피스로부터 용융 Cu의 액적을 적하하고, 액적을 냉각시켜 Cu 볼을 조구하였다. 이에 의해 평균 입경이 250㎛인 Cu 볼을 제작하였다.

(2) 진구도의 측정 방법

진구도의 측정 방법은 이하와 같다. 진구도는 CNC 화상 측정 시스템에서 측정한다. 본 실시예에서는, 미쯔토요사제의 울트라 퀵 비전, ULTRA QV350-PRO 측정 장치에 의해, Cu 볼의 긴 직경의 길이와 직경의 길이를 측정하고, 500개의 각 Cu 볼의 직경을 긴 직경으로 나눈 값의 산술 평균값을 산출하여 진구도를 구하였다. 값이 상한인 1.00에 가까울수록 진구에 가까운 것을 나타낸다.

(3) α선량의 측정 방법

α선량의 측정 방법은 이하와 같다. α선량의 측정에는 가스 플로우 비례 계수기의 α선 측정 장치를 사용하였다. 측정 샘플은 300㎜×300㎜의 평면 깊이가 얕은 용기에 Cu 볼을 용기의 바닥이 보이지 않게 될 때까지 깐 것이다. 이 측정 샘플을 α선 측정 장치 내에 넣고, PR-10 가스 플로우에서 24시간 방치한 후, α선량을 측정하였다.

또한, 측정에 사용한 PR-10 가스(아르곤 90％－메탄 10％)는, PR-10 가스를 가스 봄베에 충전하고 나서 3주일 이상 경과한 것이다. 3주일 이상 경과한 봄베를 사용한 것은, 가스 봄베에 침입하는 대기 중의 라돈에 의해 α선이 발생하지 않도록, JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)에서 정해진 JEDEC STANDARD-Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials JESD221에 따랐기 때문이다.

제작한 Cu 볼의 원소 분석 결과, 진구도 및 α선량을 표 1에 나타낸다. 원소 분석은, U 및 Th에 대해서는 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS 분석), 그 밖의 원소에 대해서는 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석(ICP-AES 분석)에 의해 행해졌다. 표 1에 있어서, 단위는, U 및 Th에 대해서는 질량ppb, 그 밖의 원소는 질량ppm이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 순도가 99.9％인 Cu 펠릿을 사용한 실시예 1A의 Cu 볼 및 순도가 99.995％ 이하인 Cu 와이어를 사용한 실시예 2A의 Cu 볼은, 모두 진구도가 0.990 이상을 나타냈다. 한편, 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 사용한 비교예 1A의 Cu 볼은, 진구도가 0.95를 하회하였다. α선량은, 실시예 1A, 2A의 Cu 볼, 비교예 1A의 Cu 볼 모두, 0.0010cph/㎠ 이하로, 요구되는 0.0200cph/㎠를 하회하였다.

<Cu 핵 볼의 산화막 두께>

원하는 진구도 및 α선량이 얻어진 실시예 1A의 Cu 볼을 사용하여 Cu 핵 볼을 제작하고, Cu 핵 볼을 사용하여 산화막 두께를 측정하였다.

(1) 땜납 도금 조성

실시예 1B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 28ppm 포함한다. 실시예 2B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 50ppm 포함한다. 실시예 3B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 102ppm 포함한다. 실시예 4B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 148ppm 포함한다. 실시예 5B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 211ppm 포함한다. 비교예 1B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에 Ge를 2ppm 포함한다. 비교예 2B의 Cu 핵 볼에서는, 땜납층의 조성은, Ge를 포함하지 않는 Sn-3Ag-0.5Cu 합금이다.

(2) 산화막 두께의 측정

각 실시예의 Cu 핵 볼과, 각 비교예의 Cu 핵 볼을, 각각 150℃의 항온조에서 시간을 바꾸어 가열 처리를 행한 후, FE-AES로 산화막 두께를 측정하였다. 산화막 두께는 SiO₂ 환산값이다. 산화막 두께를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서, 산화막 두께의 단위는 (㎚)이다.

표 2에 나타내는 바와 같이, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에서 Ge의 첨가량을 20ppm 이상으로 한 각 실시예의 Cu 핵 볼에서는, 가열 시간이 증가해도 산화막 두께의 큰 증가는 보이지 않았다. 한편, Sn-3Ag-0.5Cu 합금에서 Ge의 첨가량을 2ppm으로 한 비교예 1B의 Cu 핵 볼, Ge를 포함하지 않는 비교예 2B의 Cu 핵 볼에서는, 가열 시간의 증가에 수반하여 산화막 두께가 크게 증가하였다.

따라서, 땜납 합금에의 소정의 Ge의 첨가는, 내산화성을 향상시키는 것을 알 수 있다. 내산화성을 향상시키는 효과는, Ge의 함유량이 50ppm 이상에서 보다 큰 효과가 얻어진다. 이로 인해, Ge의 함유량은, 50ppm 이상인 것이 바람직하다. 또한, Ge의 함유량이 증가하면, 땜납의 습윤성이 악화되는 경향이 있다. 이로 인해, Ge의 함유량은, 220ppm 이하, 바람직하게는 200ppm 이하이다.

또한 각 실시예의 Cu 핵 볼의 α선량을 측정한 결과, 모든 α선량은, 0.0010cph/㎠ 이하로, 요구되는 0.0200cph/㎠를 하회하였다.

<플럭스층>

또한, 본 발명의 Cu 핵 볼은, 땜납층을 피복하는 플럭스층을 구비해도 된다. 이 플럭스층은, 금속 표면의 산화 방지 및 금속 산화막의 제거를 행하는 활성제로서 작용하는 화합물을 포함하는 1종류 혹은 복수 종류의 성분으로 구성된다. 플럭스층을 구성하는 성분은, 고체의 상태로 땜납층의 표면에 부착된다. 이로 인해, 플럭스층은, 땜납층의 표면에 고체로 되어 부착되어, 땜납층의 표면의 산화를 방지함과 함께, 솔더링시에 접합 대상물의 금속 산화막을 제거하는 활성제로서 작용하는 성분으로 구성되어 있으면 된다. 예를 들어, 플럭스층은, 활성제로서 작용함과 함께 땜납층에 고착되는 화합물로 이루어지는 단일의 성분으로 구성되어 있어도 된다.

플럭스층을 구성하는 활성제로서는, 아민, 유기산, 할로겐 중 어느 하나, 복수의 아민의 조합, 복수의 유기산의 조합, 복수의 할로겐의 조합, 단일 혹은 복수의 아민, 유기산, 할로겐의 조합이 첨가된다.

또한, 플럭스층은, 활성제로서 작용하는 화합물과, 활성 보조제로서 작용하는 화합물 등으로 이루어지는 복수의 성분으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 플럭스층을 구성하는 화합물, 예를 들어 활성제로서 작용하는 화합물은, 단일로는 고체로 되지 않는 것이라도, 다른 혼합물과의 혼합으로 고체로 되는 것이면 된다.

플럭스층을 구성하는 활성 보조제로서는, 활성제의 특성에 따라서 에스테르, 아미드, 아미노산 중 어느 하나, 복수의 에스테르의 조합, 복수의 아미드의 조합, 복수의 아미노산의 조합, 단일 혹은 복수의 에스테르, 아미드, 아미노산의 조합이 첨가된다.

또한, 플럭스층은, 활성제로서 작용하는 화합물 등을, 리플로우시의 열로부터 보호하기 위해, 로진이나 수지를 포함하는 것이어도 된다. 또한, 플럭스층은, 활성제로서 작용하는 화합물 등을, 땜납층에 고착시키는 수지를 포함하는 것이어도 된다.

플럭스층은, 단일 혹은 복수의 화합물로 이루어지는 단일의 층으로 구성되어도 된다. 또한, 플럭스층은, 복수의 화합물로 이루어지는 복수의 층으로 구성되어도 된다. 플럭스층을 구성하는 성분은, 고체의 상태로 땜납층의 표면에 부착되지만, 플럭스를 땜납층에 부착시키는 공정에서는, 플럭스가 액상 또는 가스상으로 되어 있을 필요가 있다.

이로 인해, 용액으로 코팅하는 경우는, 플럭스층을 구성하는 성분은, 용제에 가용일 필요가 있지만, 예를 들어 염을 형성하면, 용제 중에서 불용으로 되는 성분이 존재한다. 액상의 플럭스 중에서 불용으로 되는 성분이 존재함으로써, 침전물이 형성되는 등의 난(難)용해성의 성분을 포함하는 플럭스에서는, 균일한 흡착이 곤란해진다. 이로 인해, 종래, 염을 형성하는 화합물을 혼합하여, 액상의 플럭스를 구성할 수는 없다.

이에 대해, 본 발명의 플럭스층을 구비한 Cu 핵 볼에서는, 1층씩 플럭스층을 형성하여 고체의 상태로 하여, 다층의 플럭스층을 형성할 수 있다. 이에 의해, 염을 형성하는 화합물을 사용하는 경우이며, 액상의 플럭스에서는 혼합할 수 없는 성분이라도, 플럭스층을 형성할 수 있다.

산화되기 쉬운 Cu 핵 볼의 표면이, 활성제로서 작용하는 플럭스층으로 피복됨으로써, 보관시 등에, Cu 핵 볼의 땜납층의 표면의 산화를 억제할 수 있다.

또한, 플럭스와 금속의 색은 일반적으로 다르고, Ag 볼과 플럭스층의 색도 다르므로, 색채도, 예를 들어 명도, 황색도, 적색도로 플럭스의 흡착량을 확인할 수 있다. 또한, 착색을 목적으로, 플럭스층을 구성하는 화합물에 색소를 혼합해도 된다.

또한, 본 발명의 플럭스 코팅 볼의 모든 실시예에 있어서, α선량을 계측한 바, 모든 α선량은, 0.0010cph/㎠ 이하로, 요구되는 0.0200cph/㎠를 하회하였다.

Claims (15)

1. Cu 볼로 구성되는 핵층과,
   상기 핵층을 피복하는 땜납층을 구비한 Cu 핵 볼이며,
   상기 핵층은,
   방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하이고, Cu의 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고, Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상이고, 진구도가 0.95 이상이고,
   상기 땜납층은, Sn을 40％ 이상 함유하고, Ge를 20ppm 이상 220ppm 이하로 함유하고,
   Cu 핵 볼로부터 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
2. Cu 볼로 구성되는 핵층과,
   상기 핵층을 피복하는 땜납층을 구비한 Cu 핵 볼이며,
   상기 핵층은,
   Cu의 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고,
   Pb 또는 Bi 중 어느 하나의 함유량, 혹은 Pb 및 Bi의 합계의 함유량이 1ppm 이상이고,
   진구도가 0.95 이상이고,
   상기 땜납층은,
   U의 함유량이 5ppb 이하이고,
   Th의 함유량이 5ppb 이하이고,
   방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하이고,
   Sn을 40％ 이상 함유하고, Ge를 20ppm 이상 220ppm 이하로 함유하고,
   Cu 핵 볼로부터 방사되는 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 땜납층은, Ge를 50ppm 이상 200ppm 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
4. 제1항에 있어서,
   상기 핵층의 α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
5. 제1항에 있어서,
   상기 핵층의 α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 땜납층의 α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 땜납층의 α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 핵층의 직경이 1∼1000㎛인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   Ni 및 Co로부터 선택되는 1원소 이상으로 이루어지는 층으로 피복된 상기 핵층이, 상기 땜납층으로 피복되는 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 땜납층을 피복하는 플럭스층을 구비한 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
13. 제1항 또는 제2항에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 것을 특징으로 하는, 땜납 페이스트.
14. 제1항 또는 제2항에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 것을 특징으로 하는, 폼 땜납.
15. 제1항 또는 제2항에 기재된 Cu 핵 볼을 사용한 것을 특징으로 하는, 땜납 조인트.

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