KR20160003886A - Cu 핵 볼 - Google Patents

Abstract

소프트 에러를 억제하여 접속 불량을 저감시킬 수 있는 Cu 핵 볼을 제공한다. Cu 볼의 표면에 형성된 땜납 도금 피막은, Sn 땜납 도금 피막 또는 Sn을 주성분으로 하는 무연 땜납 합금으로 이루어지고, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고, 상기 Cu 볼의 순도는 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, Pb 및/또는 Bi의 함유량의 합계량이 1ppm 이상, 진구도가 0.95 이상이고, 얻어진 Cu 핵 볼의 α선량은 0.0200cph/㎠ 이하이다.

Description

Cu 핵 볼 {CU CORE BALL}

본 발명은, α선량이 적은 Cu 핵 볼에 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」라고 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, 가열에 의해 용융된 땜납 범프와 프린트 기판의 도전성 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 버리는 일이 있다. 만일 그러한 일이 일어나면, 땜납이 전극으로부터 밀려나와, 전극 사이가 접속되어 버려, 단락이 발생하는 것도 생각된다.

따라서, 전자 부품의 전극에 접합된 Cu 핵 볼로 이루어지는 땜납 범프가 검토되고 있다. Cu 핵 볼이라 함은, Cu 볼의 표면에 땜납 피막이 형성된 것을 말한다. Cu 핵 볼을 사용하여 형성된 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.

특허문헌 1에는 진구도가 높은 Cu 볼의 발명이 개시되어 있고, Cu 볼에 땜납 피막이 형성된 Cu 핵 볼도 기재되어 있다. 동 문헌에는, 구성 원소가 Pb 및 Sn로 이루어지는 Pb-Sn 땜납이 예시되어 있다. 또한, 동 문헌에는, 피막의 형성 방법으로서, 도금법, 용착법, 브레이징법 등이 등가의 방법으로서 개시되어 있다. 이들 중에서 도금법으로서는, 배럴 도금 등의 전해 도금법이 개시되어 있다.

그런데, 전자 부품의 소형화는 고밀도 실장을 가능하게 하지만, 고밀도 실장은 소프트 에러라고 하는 문제를 야기시키게 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 중의 U, Th, ²¹⁰Po 등의 방사성 원소가 α 붕괴됨으로써 방사된다고 여겨지고 있다. 따라서, 최근에는 방사성 원소의 함유량을 저감시킨 저α선의 땜납 재료의 개발이 행해지고 있다. 관련 문헌으로서 예를 들어 특허문헌 2를 들 수 있다.

특허문헌 2에는, α선량이 낮은 Sn 잉곳의 발명이 개시되어 있고, α선량을 저감시키기 위해, 단순히 전해 정련을 행하는 것이 아니라, 전해액에 흡착제를 현탁함으로써 Pb나 Bi를 흡착하여 α선량을 저감시키는 것이 기재되어 있다.

국제 공개 제95/24113호 일본 특허 제4472752호 공보

본 발명의 과제는, 소프트 에러의 발생을 억제하는 Cu 핵 볼을 제공하는 것이며, 구체적으로는, α선량이 적은 Cu 핵 볼을 제공하는 것이다.

그러나, 특허문헌 1에서는 Cu 핵 볼의 α선량을 저감시킨다고 하는 과제는 일절 고려되어 있지 않다. 또한, 동 문헌에서는, 땜납 피막을 구성하는 땜납 합금에 대해, 배경 기술의 설명으로서 Pb-Sn 합금이 유일하게 개시되어 있는 것에 불과하다. α선은 Sn에 불순물로서 포함되는 Pb의 동위체 ²¹⁰Pb가 ²¹⁰Pb→²¹⁰Bi→²¹⁰Po→²⁰⁶Pb로 붕괴되는 과정에 있어서, ²¹⁰Po로부터 방사된다. 동 문헌에 유일하게 개시되어 있는 Pb-Sn 땜납 합금은 Pb를 다량으로 함유하므로, 방사성 원소인 ²¹⁰Pb도 함유하고 있는 것이라 생각된다. 따라서, 이 땜납 합금이 Cu 핵 볼의 땜납 피막에 적용되었다고 해도, 특허문헌 1에서는 α선량을 저감시키는 과제가 일절 고려되어 있지 않으므로, 동 문헌에 개시되어 있는 Cu 핵 볼이 낮은 α선량을 나타낸다고는 도저히 생각되지 않는다.

특허문헌 2에는, 전술한 바와 같이, 전해액이나 전극이 정지한 상태에서 행하는 전해 정련에 의해, Sn 잉곳 중의 Pb나 Bi를 제거하여 α선량을 저감시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 동 문헌에는, Cu 볼에 Sn 도금을 행하는 것이나, Cu 볼 및 전해액이 유동한 상태에서 전해 도금을 행하는 것에 대해서는 일절 개시되어 있지 않다. 또한, 동 문헌에 기재된 전해 정련에서는, 전해 석출면이 일방향으로 한정되므로, Cu 볼과 같은 미소 워크에 막 두께가 균일한 도금을 형성할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에 의하면, Pb나 Bi는 Sn과 표준 전극 전위가 가깝기 때문에, 일반적인 전해 정련에 의해 Sn을 평판 전극에 전해 석출을 행하는 것만으로는 α선량의 저감은 곤란하다. 가령, 특허문헌 2에 기재된 전해 정련을 Cu 볼의 도금 피막의 형성에 적용하여, 도금액에 흡착제를 현탁하여 배럴 도금을 행하면, 도금액이나 워크가 교반되고, 동시에 흡착제도 교반된다. 이 경우, 흡착제에 흡착된 Pb 이온이나 Bi 이온이 캐리어로 되어 흡착제와 함께 땜납 피막 내에 도입될 가능성이 있다. 흡착제를 도입한 땜납 피막은 높은 α선을 방사한다. 또한, 흡착제의 입경은 서브마이크로미터 정도로 매우 작기 때문에, 도금액을 유동시키면서 현탁 후의 흡착제를 분리·회수하는 것은 곤란하다고 생각된다. 따라서, Pb나 Bi를 흡착한 흡착제가 피막에 도입되지 않도록 하는 것은 어렵다.

이들에 부가하여, 특허문헌 1에는 Pb-Sn 땜납 합금이 개시되어 있지만, 도금법, 용착법, 브레이징법 등이 등가인 방법으로서 개시되어 있으므로, 오히려, α선량의 저감을 부정하는 것이 기재되어 있는 것으로 된다. 특허문헌 1의 과제는, 진구도가 높은 Cu 핵 볼을 제조하는 것에 있다. 한편, 특허문헌 2에는, α선량을 저감시킨다고 하는 과제를 해결하기 위해, 전해 정련에 의해 Sn 중의 Pb를 가능한 한 제거하는 것이 개시되어 있다. 따라서, 특허문헌 1을 아는 당업자는, 특허문헌 2에 개시되어 있는 Cu 핵 볼의 α선량을 저감시킨다고 하는 과제를 상기시키는 일이 없고, 게다가, 땜납의 조성도 상반되므로, α선량을 저감시키는 과제를 상기시키고, 나아가, 땜납 피막을 구성하는 Pb-Sn 땜납 합금 대신에, 무수하게 존재하는 땜납 합금 중으로부터 Sn계 땜납을 적용하는 것에 상도하기 위해서는, 무수한 시행 착오를 필요로 하는 것이라고 생각된다.

이와 같이, 당업자라도, 특허문헌 1과 특허문헌 2를 조합할 수 없다. 다시 말하면, 당업자라도, 특허문헌 2에 개시되어 있는 α선량이 낮은 Sn 잉곳을 사용하여 도금액을 제작하고, 특허문헌 1에 개시되어 있는 도금법에 의해 Cu 핵 볼을 형성하는 것도 극히 곤란하다.

이와 같이, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재된 종래 기술을 적용하여 제조한 Cu 핵 볼은, 조인트의 형성에 사용되면, Cu 핵 볼의 땜납 피막 중에 존재하는 방사성 원소가 조인트의 전극에 확산되어 α선이 방출될 가능성이 높다. 따라서, 종래의 기술을 조합하였다고 해도, Cu 핵 볼의 α선량을 저감시킬 수 없으므로, 고밀도 실장에 의해 새롭게 문제로 되어 온 소프트 에러를 피하는 것에는 이르지 않는다.

본 발명자들은, 우선 Cu 핵 볼에 사용하는 Cu 볼에 대해 선정을 행하였다. 그 결과, Cu 볼에 Pb 및/또는 Bi가 일정량 함유되어 있지 않으면, Cu 볼의 진구도가 저하되고, 땜납 도금을 행할 때에 Cu 볼에의 땜납 도금이 균일하게 되지 않아, 결국, 얻어지는 Cu 핵 볼의 진구도가 저하되는 것을 알아내었다.

다음으로 Cu 핵 볼을 구성하는 땜납 피막의 α선량을 저감시키기 위해, 도금법을 사용하여 땜납 도금 피막을 형성하는 점에 착안하여 예의 검토를 행하였다. 본 발명자들은, 도금액 중의 Pb, Bi나, 이들 원소의 붕괴에 의해 생성되는 Po를 저감시키기 위해, Cu 볼이나 도금액을 유동시키면서 Cu 볼에 도금 피막을 형성할 때, 예상 외로도, 흡착제를 현탁시키지 않아도 이들 Pb, Bi, Po의 원소가 염을 형성하였다. 그리고, 이 염은 전기적으로 중성이므로, 도금 피막에 이들 원소가 도입되지 않아, Cu 핵 볼을 구성하는 도금 피막의 α선량이 저감되는 지견을 얻었다.

여기에, 본 발명은 다음과 같다.

(1) Cu 볼과, 상기 Cu 볼의 표면을 피복하는 땜납 도금 피막을 구비하는 Cu 핵 볼이며,

상기 땜납 도금 피막은, Sn 땜납 도금 피막 또는 Sn을 주성분으로 하는 무연 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 도금 피막이며, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고,

상기 Cu 볼의 순도는 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, Pb 및/또는 Bi의 함유량의 합계량이 1ppm 이상, 진구도가 0.95 이상이고, 그리고

Cu 핵 볼의 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 Cu 핵 볼.

여기서, 「Sn을 주성분으로 하는」이라 함은, 땜납 도금 피막 중의 Sn의 함유량이 피막 질량에 대해 40질량％ 이상인 것을 말한다. 따라서, 본 발명을 구성하는 땜납 도금 피막은 Sn 땜납 도금 피막을 포함한다.

(2) 상기 Cu 핵 볼의 α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인, 상기 (1)에 기재된 Cu 핵 볼.

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

(4) 상기 Cu 볼 중의 Pb 및 Bi의 함유량이 합계로 1ppm 이상인, 상기 (1)∼상기 (3) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(5) 직경이 1∼1000㎛인, 상기 (1)∼상기 (4) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(6) 상기 Cu 볼은, 상기 땜납 도금 피막으로 피복되기 전에 미리 Ni 및 Co로부터 선택되는 1원소 이상으로 이루어지는 도금층으로 피복되어 있는, 상기 (1)∼상기 (5) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼.

(7) 상기 (1)∼상기 (6) 중 어느 하나에 기재된 Cu 핵 볼을 사용하여 형성된 땜납 조인트.

도 1은 순도가 99.9％인 Cu 펠릿을 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다.
도 2는 순도가 99.995％ 이하인 Cu 와이어를 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다.
도 3은 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다.

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

본 발명에 관한 Cu 핵 볼은, Cu 볼과, 상기 Cu 볼의 표면을 피복하는 땜납 도금 피막을 구비한다. 본 발명의 땜납 도금 피막은, 주로 워크인 Cu 볼이나 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 볼은 석출물이 땜납 피막에 도입되는 일이 없어, 땜납 피막에 포함되는 방사성 원소의 함유량을 저감시킬 수 있고, Cu 핵 볼 자체의 α선량을 저감시키는 것이 가능해진다.

이하에, Cu 핵 볼의 구성 요소인 땜납 도금 피막 및 Cu 볼에 대해 상세하게 설명한다.

1. 땜납 도금 피막

·땜납 도금 피막의 조성

땜납 도금 피막의 조성은, 합금의 경우, Sn을 주성분으로 하는 무연 땜납 합금의 합금 조성이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 땜납 도금 피막으로서는, Sn 도금 피막이어도 된다. 예를 들어, Sn, Sn-Ag 합금, Sn-Cu 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-In 합금 및 이들에 소정의 합금 원소를 첨가한 것을 들 수 있다. 모두 Sn의 함유량이 40질량％ 이상이다. 첨가하는 합금 원소로서는, 예를 들어 Ag, Cu, In, Ni, Co, Sb, Ge, P, Fe 등이 있다. 이들 중에서도, 땜납 도금 피막의 합금 조성은, 낙하 충격 특성의 관점에서, 바람직하게는 Sn-3Ag-0.5Cu 합금이다.

땜납 도금 피막의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 100㎛(편측) 이하이면 충분하다. 일반적으로는 20∼50㎛이면 된다.

·U: 5ppb 이하, Th: 5ppb 이하

U 및 Th는 방사성 원소이며, 소프트 에러를 억제하기 위해서는 이들의 함유량을 억제할 필요가 있다. U 및 Th의 함유량은, 땜납 도금 피막의 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 볼의 α선량은 0.0200cph/㎠ 이하이다. 이것은, 전자 부품의 고밀도 실장에 있어서 소프트 에러가 문제로 되지 않을 정도의 α선량이다. 본 발명에 관한 Cu 핵 볼의 α선량은, Cu 핵 볼을 구성하는 땜납 도금 피막의 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하임으로써 달성된다. 본 발명의 땜납 도금 피막은 높아도 100℃에서 형성되므로, U, Th, ²¹⁰Po, Bi 및 Pb 등의 방사성 원소의 기화에 의해 방사성 원소의 함유량이 저감된다고는 생각하기 어렵다. 그러나, 도금액이나 Cu 볼을 유동시키면서 도금을 행하면, U, Th, Pb, Bi 및 ²¹⁰Po는 도금액 중에서 염을 형성하여 침전된다. 침전된 염은 전기적으로 중성이며, 도금액이 유동하고 있어도 땜납 도금 피막 중으로 혼입되는 일이 없다. 땜납 도금 피막 중의 이들의 함유량은 현저하게 저감된다. 따라서, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼은, 이러한 땜납 도금 피막으로 피복되어 있으므로 낮은 α선량을 나타낸다. α선량은, 가일층의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.0020cph/㎠ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0010cph/㎠ 이하이다.

본 발명을 구성하는 땜납 도금 피막의 순도는 높을수록, 즉, 불순물의 함유량이 적을수록, 방사성 원소의 함유량이 저감되고, α선량이 저감되므로, 불순물량의 하한값은 특별히 한정되지 않는다. 한편, 상한값은, α선량을 저감시키는 관점에서, 바람직하게는 150ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 100ppm 이하이고, 더욱 바람직하게는 50ppm 이하이고, 특히 바람직하게는 10ppm 이하이다.

또한, 땜납 도금 피막이 Sn 땜납인 경우, 땜납 도금 피막의 순도는, 땜납 도금 피막 중의 Sn 이외의 불순물의 합계 함유량이다. 또한, 땜납 도금 피막이 Sn-3Ag-0.5Cu의 땜납 합금인 경우, 땜납 도금 피막의 순도는, 땜납 도금 피막 중의 Sn, Ag 및 Cu 이외의 불순물의 함유량의 합계이다.

땜납 도금 피막에 포함되는 불순물로서는, Sn 땜납 도금 피막의 경우, Ag, Ni, Pb, Au, U, Th 등을 들 수 있다. Sn-Ag-Cu 합금으로 이루어지는 땜납 도금 피막의 경우, Sb, Fe, As, In, Ni, Pb, Au, U, Th 등을 들 수 있다. 불순물 중에는, 특히 Bi의 함유량이 적은 쪽이 바람직하다. 일반적으로, Bi의 원료에는 방사성 동위체인 ²¹⁰Bi가 미량으로 포함되어 있다. 따라서, Bi의 함유량을 저감시킴으로써, 땜납 도금 피막의 α선량을 현저하게 저감시킬 수 있다고 생각된다. Bi의 함유량은, 바람직하게는 15ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 10ppm 이하이고, 특히 바람직하게는 0ppm이다.

2. Cu 볼

다음으로, 본 발명을 구성하는 Cu 볼에 대해 상세하게 서술한다.

본 발명을 구성하는 Cu 볼은, Cu 핵 볼이 땜납 범프에 사용될 때, 솔더링의 온도에서 용융되지 않으므로, 땜납 조인트의 높이 편차를 억제할 수 있다. 따라서, Cu 볼은 진구도가 높고 직경의 편차는 적은 쪽이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, Cu 볼의 α선량도 땜납 피막과 마찬가지로 낮은 것이 바람직하다. 이하에 Cu 볼의 바람직한 양태를 기재한다.

·Cu 볼의 순도: 99.9％ 이상 99.995％ 이하

본 발명을 구성하는 Cu 볼은 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하인 것이 바람직하다. Cu 볼의 순도가 이 범위이면, Cu 볼의 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 소편으로 형성된 Cu재는, 가열에 의해 용융되고, 용융 Cu가 표면 장력에 의해 구형으로 되고, 이것이 응고되어 Cu 볼로 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 볼로 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, Zn, As, Ag, Cd, Ni, Pb, Au, P, S, U, Th 등이 생각된다.

순도의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, α선량을 억제하고, 순도의 저하에 의한 Cu 볼의 전기 전도도나 열전도율의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 99.9％ 이상이다.

여기서, 땜납 도금 피막에서는 순도가 높은 쪽이 α선량을 저감시킬 수 있는 것에 반해, Cu 볼에서는 순도가 순도를 필요 이상으로 높이지 않아도 α선량을 저감시킬 수 있다. Cu의 쪽이 Sn보다 융점이 높고, 제조시의 가열 온도는 Cu의 쪽이 높다. 본 발명에서는, Cu 볼을 제조할 때, 후술하는 바와 같이 Cu재에 종래에는 행하지 않는 가열 처리를 행하므로, ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi 등의 방사성 원소가 휘발된다. 한편, Sn을 주성분으로 하는 땜납을 사용하여 땜납 도금 피막을 형성할 때, 땜납 합금은 100℃ 정도의 온도까지밖에 가열되지 않는다. 땜납 도금 처리에서는, 전술한 방사성 원소가 거의 휘발되는 일 없이 도금액에 잔존하므로, Pb나 Bi 등의 불순물 농도를 저감시켜, 땜납 도금 피막의 순도를 높일 필요가 있다.

·α선량: 0.0200cph/㎠ 이하

본 발명을 구성하는 Cu 볼의 α선량은, 바람직하게는 0.0200cph/㎠ 이하이다. 이것은, 전자 부품의 고밀도 실장에 있어서 소프트 에러가 문제로 되지 않을 정도의 α선량이다. 본 발명에서는, Cu 볼을 제조하기 위해 통상 행하고 있는 공정에 부가하여 다시 가열 처리를 실시하고 있다. 이로 인해, Cu의 원재료에 약간 잔존하는 ²¹⁰Po가 휘발되어, Cu의 원재료와 비교하여 Cu 볼의 쪽이 한층 더 낮은 α선량을 나타낸다. α선량은, 가일층의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.0020cph/㎠ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0010cph/㎠ 이하이다.

·Pb 및 Bi의 함유량이 합계로 1ppm 이상

본 발명을 구성하는 Cu 볼은, 불순물 원소로서 Sn, Sb, Bi, Zn, As, Ag, Cd, Ni, Pb, Au, P, S, U, Th 등을 함유하지만, 특히 Pb 및/또는 Bi의 함유량이 합계로 1ppm 이상 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 땜납 조인트의 형성시에 Cu 볼이 노출된 경우라도, α선량을 저감시키는 데 있어서 Cu 볼의 Pb 및/또는 Bi의 함유량을 극한까지 저감시킬 필요가 없다. 이것은 이하의 이유에 의한다.

²¹⁰Pb 및 ²¹⁰Bi는, β 붕괴에 의해 ²¹⁰Po로 변화된다. α선량을 저감시키기 위해서는, 불순물 원소인 Pb 및 Bi의 함유량도 최대한 낮은 쪽이 바람직하다.

그러나, Pb 및 Bi에 포함되어 있는 ²¹⁰Pb나 ²¹⁰Bi의 함유비는 낮다. Pb나 Bi의 함유량이 어느 정도 저감되면, ²¹⁰Pb나 ²¹⁰Bi는 거의 제거된다고 생각된다. 본 발명에 관한 Cu 볼은, Cu의 용해 온도가 종래보다도 약간 높게 설정되거나, Cu재 및/또는 조립 후의 Cu 볼에 가열 처리가 실시되어 제조된다. 이 온도는, Pb나 Bi의 비점보다 낮은 경우라도 기화는 일어나므로 불순물 원소량은 저감된다. 또한, Cu 볼의 진구도를 높이기 위해서는 불순물 원소의 함유량이 높은 쪽이 좋다. 따라서, 본 발명의 Cu 볼은, Pb 및/또는 Bi의 함유량이 합계로 1ppm 이상이다. Pb 및 Bi 모두 포함되는 경우는, Pb 및 Bi의 합계 함유량이 1ppm 이상이다.

이와 같이, Pb 및/또는 Bi는 Cu 볼을 제조한 후라도 어느 정도의 양이 잔존하므로 함유량의 측정 오차가 적다. 또한 전술한 바와 같이 Bi 및 Pb는 Cu 볼의 제조 공정에 있어서의 용융시에 결정 핵으로 되므로, Bi나 Pb를 일정량 첨가함으로써 진구도가 높은 Cu 볼을 제조할 수 있다. 따라서, Pb나 Bi는, 불순물 원소의 함유량을 추정하기 위해 중요한 원소이다. 이러한 관점에서도, Pb 및/또는 Bi의 함유량은 합계로 1ppm 이상인 것이 바람직하다. Pb 및/또는 Bi의 함유량은, 보다 바람직하게는 합계로 10ppm 이상이다. 상한값은 특별히 한정되지 않지만, Cu 볼의 전기 전도도의 열화를 억제하는 관점에서, 보다 바람직하게는 Pb 및/또는 Bi의 함유량이 합계로 1000ppm 미만이고, 더욱 바람직하게는 100ppm 이하이다. Pb의 함유량은, 보다 바람직하게는 10ppm∼50ppm이고, Bi의 함유량은, 보다 바람직하게는 10ppm∼50ppm이다.

·Cu 볼의 진구도: 0.95 이상

본 발명을 구성하는 Cu 볼은, 스탠드 오프 높이를 제어하는 관점에서 진구도가 0.95 이상이다. Cu 볼의 진구도가 0.95 미만이면 Cu 볼이 부정 형상으로 되므로, 범프 형성시에 높이가 불균일한 범프가 형성되어, 접합 불량이 발생할 가능성이 높아진다. 또한 Cu 볼에의 땜납 도금이 불균일해져, Cu 핵 볼을 전극에 탑재하여 리플로우를 행할 때, Cu 핵 볼이 위치 어긋남을 일으켜 버려, 셀프 얼라인먼트성도 악화된다. 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㎛

본 발명을 구성하는 Cu 볼의 직경은 1∼1000㎛인 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, 구상의 Cu 볼을 안정적으로 제조할 수 있고, 또한 단자 사이가 협소 피치인 경우의 접속 단락을 억제할 수 있다.

여기서, 예를 들어 본 발명에 관한 Cu 핵 볼의 직경이 1∼300㎛ 정도인 경우, 「Cu 핵 볼」의 집합체는 「Cu 핵 볼 파우더」라고 칭해져도 된다. 여기에, 「Cu 핵 볼 파우더」는, 상술한 특성을 개개의 Cu 핵 볼이 구비한, 다수의 Cu 핵 볼의 집합체이다. 예를 들어, 솔더 페이스트 중의 분말로서 배합되는 등, 단일의 Cu 핵 볼과는 사용 형태에 있어서 구별된다. 마찬가지로, 땜납 범프의 형성에 사용되는 경우에도, 집합체로서 통상 취급되므로, 그러한 형태로 사용되는 「Cu 핵 볼 파우더」는 단일의 Cu 핵 볼과는 구별된다.

본 발명에 관한 Cu 핵 볼은, 땜납 도금 피막이 형성되기 전에, 미리 Cu 볼의 표면이 다른 금속의 도금층으로 피복되어 있어도 된다. 특히, Cu볼 표면에 미리 Ni 도금층이나 Co 도금층 등이 피복되어 있으면, 땜납 도금 피막 중에의 Cu의 용출을 저감시킬 수 있으므로, Cu 볼의 Cu 침식을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 도금층에 사용하는 금속은 단일 금속에 한정되지 않고, Ni, Co 등 중으로부터 2원소 이상을 조합한 합금을 사용해도 된다.

또한 본 발명에 관한 Cu 핵 볼의 진구도는 0.95 이상인 것이 바람직하다. Cu 핵 볼의 진구도가 낮은 경우, Cu 핵 볼을 전극에 탑재하여 리플로우를 행할 때, Cu 핵 볼이 위치 어긋남을 일으켜 버려, 셀프 얼라인먼트성도 악화된다. 진구도는, 보다 바람직하게는 0.990 이상이다. 또한, 본 발명에 관한 Cu 핵 볼은 전자 부품의 단자끼리를 접합하는 땜납 조인트의 형성에 사용되어도 된다.

본 발명에 관한 Cu 핵 볼의 제조 방법의 일례를 설명한다.

재료로 되는 Cu재는 세라믹과 같은 내열성의 판(이하, 「내열판」이라고 함)에 놓이고, 내열판과 함께 노 중에서 가열된다. 내열판에는 저부가 반구 형상으로 된 다수의 원형의 홈이 형성되어 있다. 홈의 직경이나 깊이는, Cu 볼의 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」라고 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 노내 온도가 Cu의 융점 이상으로 되면 칩재는 용융되어 구상으로 된다. 그 후, 노내가 냉각되어, 내열판의 홈 내에서 Cu 볼이 성형된다. 냉각 후, 성형된 Cu 볼은, Cu의 융점 미만의 온도인 800∼1000℃에서 다시 가열 처리가 행해진다.

또한, 다른 방법으로서는, 도가니의 저부에 설치된 오리피스로부터 용융 Cu의 액적이 적하되고, 이 액적이 냉각되어 Cu 볼이 조립되는 아토마이즈법이나, 열 플라즈마가 Cu 컷 메탈을 1000℃ 이상으로 가열하여 조립하는 방법이 있다. 이와 같이 조립된 Cu 볼은, 각각 800∼1000℃의 온도에서 30∼60분간 재가열 처리가 실시되어도 된다.

본 발명의 Cu 핵 볼의 제조 방법에서는, Cu 볼을 조립하기 전에 Cu 볼의 원료인 Cu재를 800∼1000℃에서 가열 처리해도 된다.

Cu 볼의 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, 전술한 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 이형의 Cu 볼이 제조된 경우에는, 이들 Cu 볼이 원료로서 재이용되는 것도 가능하여, α선량을 더욱 저하시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 하여 제작된 Cu 볼이나 도금액을 유동시켜 Cu 볼에 도금 피막을 형성하는 방법으로서는, 공지의 배럴 도금 등의 전해 도금법, 도금조에 접속된 펌프가 도금조 중에 도금액에 고속 난류를 발생시켜, 도금액의 난류에 의해 Cu 볼에 도금 피막을 형성하는 방법, 도금조에 진동판을 설치하여 소정의 주파수로 진동시킴으로써 도금액이 고속 난류 교반되고, 도금액의 난류에 의해 Cu 볼에 도금 피막을 형성하는 방법 등이 있다.

직경 100㎛의 Cu 볼에 막 두께(편측) 20㎛의 Sn-Ag-Cu 땜납 도금 피막을 형성하여, 직경 약 140㎛의 Cu 핵 볼로 하는 것을 일례로서 설명한다.

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

금속 성분은 도금액 중에서 Sn 이온(Sn^{2 +} 및/또는 Sn^{4 +}), Ag 이온(Ag⁺) 및 Cu 이온(Cu⁺/Cu²⁺)으로서 존재하고 있다. 도금액은, 주로 물이 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, 설파제산 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, 상기 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, 설파제산 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, 취화 은, 요오드화 은, 인산 은, 피로인산 은, 아세트산 은, 포름산 은, 시트르산 은, 글루콘산 은, 타르타르산 은, 락트산 은, 숙신산 은, 설파제산 은, 붕불화 은, 규불화 은 등을 들 수 있다. 이들 Ag 화합물은, 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 직경 100㎛의 Cu 볼에 막 두께(편측) 20㎛의 Sn-Ag-Cu 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, Ag로서 0.01∼0.1mol/L, 바람직하게는 0.02∼0.05mol/L, Cu로서 0.002∼0.02mol/L, 바람직하게는 0.003∼0.01mol/L이다. 여기서, 도금에 관여하는 것은 Sn²⁺이므로, 본 발명에서는 Sn²⁺의 양을 조정하면 된다.

또한, Cu 이온 농도에 대한 Ag 이온 농도(Ag/Cu몰비)는, 4.5∼5.58의 범위로 되는 것이 바람직하고, 이 범위이면, Sn-3Ag-0.5Cu 합금과 같은 융점이 낮은 Sn-Ag-Cu 도금 피막을 형성할 수 있다.

또한, 패러데이의 전기 분해 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 볼을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, Cu를 핵으로 한 컬럼, 필러나 펠릿의 형태로 응용되어도 된다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 진구도가 높은 Cu 볼을 제작하고, 이 Cu 볼의 표면에 땜납 도금 피막을 형성하여 α선량을 측정하였다.

·Cu 볼의 제작

진구도가 높은 Cu 볼의 제작 조건을 조사하였다. 순도가 99.9％인 Cu 펠릿, 순도가 99.995％ 이하인 Cu 와이어 및 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 준비하였다. 각각을 도가니 중에 투입한 후, 도가니의 온도를 1200℃로 승온하고, 45분간 가열 처리를 행하고, 도가니 저부에 설치한 오리피스로부터 용융 Cu의 액적을 적하하고, 액적을 냉각하여 Cu 볼을 조립하였다. 이에 의해 평균 입경이 250㎛인 Cu 볼을 제작하였다. 제작한 Cu 볼의 원소 분석 결과 및 진구도를 표 1에 나타낸다. 이하에, 진구도의 측정 방법을 상세하게 서술한다.

·진구도

진구도는 CNC 화상 측정 시스템에 의해 측정되었다. 장치는, 미쯔토요사제의 울트라 퀵 비전, ULTRA QV350-PRO이다.

또한, 제작된 각각의 Cu 볼의 SEM 사진은 도 1∼도 3에 나타내어진다. 도 1은, 순도가 99.9％인 Cu 펠릿을 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다. 도 2는, 순도가 99.995％ 이하인 Cu 와이어를 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다. 도 3은, 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 사용하여 제조한 Cu 볼의 SEM 사진이다. SEM 사진의 배율은 100배이다.

α선량의 측정 방법은 이하와 같다.

·α선량

α선량의 측정에는 가스 플로우 비례 계수기의 α선 측정 장치를 사용하였다. 측정 샘플은 300㎜×300㎜의 평면 깊이가 얕은 용기에 Cu 볼을 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 진입하는 대기 중의 라돈에 의해 α선이 발생하지 않도록, JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)에서 정해진 α선 측정 방법의 지침에 따랐기 때문이다.

제작한 Cu 볼의 원소 분석 결과, α선량을 표 1에 나타낸다.

표 1, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 순도가 99.9％인 Cu 펠릿 및 99.995％ 이하인 Cu 와이어를 사용한 Cu 볼은, 모두 진구도가 0.990 이상을 나타냈다. 한편, 표 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 순도가 99.995％를 초과하는 Cu판을 사용한 Cu 볼은, 진구도가 0.95를 하회하였다. 이로 인해, 이하에 나타내는 실시예 및 비교예에서는, 모두 99.9％의 Cu 펠릿으로 제조한 Cu 볼을 사용하여 Cu 핵 볼을 제작하였다.

실시예 1

순도 99.9％의 Cu 펠릿으로 제조한 Cu 볼에 대해, 이하의 조건에서 Sn 땜납 도금 피막을 형성하여 Cu 핵 볼을 제작하였다.

Cu 핵 볼은, 직경 250㎛의 Cu 볼에 막 두께(편측)가 50㎛인 땜납 도금이 피복되도록, 전기량을 약 0.17쿨롱으로 하여 이하의 도금액을 사용하여 도금 처리를 행하였다. 땜납 도금 피막으로 피복된 Cu 핵 볼의 단면을 SEM 사진에 의해 관찰한 바, 막 두께는 약 50㎛였다.

처리 후, 대기 중에서 건조시켜, Cu 핵 볼을 얻었다.

땜납 도금액은, 다음과 같이 제작하였다.

교반 용기에 도금액 조정에 필요한 물의 1/3에, 54중량％의 메탄술폰산 수용액의 전용을 넣어 부수로 하였다. 다음으로, 착화제인 머캅탄 화합물의 일례인 아세틸시스테인을 넣고 용해 확인 후, 다른 착화제인 방향족 아미노 화합물의 일례인2,2'-디티오디아닐린을 넣었다. 옅은 물색의 겔상의 액체로 되면 신속하게 메탄술폰산 제1 주석을 넣었다. 다음으로 도금액에 필요한 물의 2/3을 첨가하고, 마지막으로 계면 활성제의 일례인 α-나프톨폴리에톡시레이트(EO 10몰) 3g/L을 넣고, 도금액의 조정은 종료하였다. 도금액 중의 메탄술폰산의 농도가 2.64mol/L, 주석 이온 농도가 0.337mol/L인 도금액을 제작하였다. 본 예에서 사용한 메탄술폰산 제1 주석은, 하기 Sn 시트재를 원료로 하여 조제한 것이다.

땜납 도금액의 원료인 Sn 시트재의 원소 분석 및 Cu 핵 볼의 표면에 형성된 땜납 도금 피막의 원소 분석은, U 및 Th에 대해서는 고주파 유도 결합 질량 분석(ICP-MS 분석), 그 밖의 원소에 대해서는 고주파 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석(ICP-AES 분석)에 의해 행해졌다. Sn 시트재의 α선량은, 300㎜×300㎜의 평면 깊이가 얕은 용기에 Sn 시트재를 깐 것 이외에 Cu 볼과 마찬가지로 측정되었다. Cu 핵 볼의 α선량은, 전술한 Cu 볼과 마찬가지로 측정되었다. 또한 Cu 핵 볼의 진구도에 대해서도 Cu 볼과 동일한 조건에서 측정을 행하였다. 이들 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 2

순도 99.9％의 Cu 펠릿으로 제조한 Cu 볼에 대해, 막 두께(편측)가 50㎛인 Sn-Ag-Cu 땜납 도금 피막을 형성하여 Cu 핵 볼을 제작하였다.

실시예 2에서는, 땜납 도금액은, 다음과 같이 제작하였다.

교반 용기에 도금액 조정에 필요한 물의 1/3에, 54중량％의 메탄술폰산 수용액의 전용을 넣어 부수로 하였다. 다음으로, 교반하면서 소요량의 산화 은의 전용을 넣고 완전히 흑침이 없이 투명해진 것을 확인 후, 신속하게 수산화 제2 구리의 전용을 넣고 완전히 용해하고 나서, 착화제인 머캅탄 화합물의 일례인 아세틸시스테인을 넣고 용해 확인 후, 다른 착화제인 방향족 아미노 화합물의 일례인 2,2'-디티오디아닐린을 넣었다. 옅은 물색의 겔상의 액체로 되면 신속하게 메탄 술폰산 제1 주석을 넣었다. 액은 황색 투명해졌다. 다음으로, 도금액에 필요한 물의 2/3를 첨가하고, 마지막으로 계면 활성제의 일례인 α-나프톨폴리에톡시레이트(EO10몰) 3g/L을 넣고, 도금액의 조정은 종료하였다. 도금액 중의 메탄술폰산의 농도가 2.64mol/L, 주석 이온 농도가 0.337mol/L, 구리 이온 농도가 0.005mol/L, 은 이온 농도가 0.0237mol/L인 도금액을 제작하였다.

이와 같이 하여 도금액을 제작한 후, 실시예 1에서 사용한 α선량이 0.203cph/㎠인 Sn 시트재, α선량이 ＜0.0010cph/㎠이고 순도가 6N인 Cu 판재 및 α선량이 ＜0.0010cph/㎠이고 순도가 5N인 Ag 칩재를 사용한 것 외에, 실시예 1과 마찬가지로 도금액을 제작하여 Cu 핵 볼을 제작하고, 원소 분석 및 α선량, 진구도의 측정을 행하였다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

본 예에서도 주석 이온은 상기 Sn 시트재에서 유래되는 것이고, 은 이온, 구리 이온에 대해서도, 각각 상기 Ag 칩재, Cu 판재에서 유래되는 것이다.

비교예 1

순도 99.9％의 Cu 펠릿으로 제조한 Cu 볼에 대해, 용착법을 사용하여 이하의 조건에서 Sn 땜납 피막을 형성하여 Cu 핵 볼을 제작하였다. 구체적으로는, 솔더링이 곤란한 알루미늄판의 소정의 위치에 다수의 절구 형상의 오목부를 형성하였다. 또한, 전술한 Sn 시트재를 사용하여, 주지의 아토마이즈법에 의해 직경이 300㎛인 Sn 볼을 미리 제작해 두었다. 알루미늄 기판에 형성한 각 오목부에, Cu 볼 및 Sn 볼을 1개씩 넣고 플럭스를 분무하였다. 그 후, 알루미늄판을 가열로 중에서 270℃로 가열하여 Sn 볼을 용융시킨다. 용융 Sn은 Cu 볼에 주위에 배어, 표면 장력에 의해 Cu 볼을 피복하였다. 이와 같이 하여 비교예 1의 Cu 핵 볼을 제작하였다. 땜납 피막의 막 두께(편측)는 50㎛였다. 제작한 Cu 핵 볼에 대해, 실시예 1과 마찬가지로, 원소 분석 및 α선량, 진구도를 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 의하면, 실시예 1에서는, α선량은 0.0010cph/㎠ 미만을 나타냈다. 실시예 1의 Cu 핵 볼은, 도금법에 의해 땜납 도금 피막을 형성함으로써 α선량이 저감되는 것이 입증되었다.

실시예 2에서는, 땜납 도금 피막의 조성을 Sn-2.95Ag-0.29Cu로 한 경우의 땜납 α선량은 0.0010cph/㎠ 미만을 나타냈다. 실시예 2의 Cu 핵 볼은, 실시예 1과 마찬가지로, 도금법에 의해 땜납 도금 피막을 형성함으로써 α선량이 저감되는 것이 입증되었다.

또한 실시예 1, 실시예 2에서 제작한 Cu 핵 볼의 α선량은 제작 후 1년을 경과해도 α선의 상승은 보이지 않았다.

한편, 비교예 1에서는, α선량은 0.183cph/㎠를 나타내고, Sn 시트재와 동일 정도의 α선량을 나타냈다. 따라서, 비교예 1의 Cu 핵 볼은, 소프트 에러를 피할 수 있을 정도의 α선량에는 이르지 않았다.

Claims (8)

1. Cu 볼과, 상기 Cu 볼의 표면을 피복하는 땜납 도금 피막을 구비하는 Cu 핵 볼이며,
   상기 땜납 도금 피막은, Sn 땜납 도금 피막 또는 Sn을 주성분으로 하는 무연 땜납 합금으로 이루어지는 땜납 도금 피막이며, U의 함유량이 5ppb 이하이고, Th의 함유량이 5ppb 이하이고,
   상기 Cu 볼의 순도는 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, Pb 및/또는 Bi의 함유량의 합계량이 1ppm 이상, 진구도가 0.95 이상이고, 그리고
   Cu 핵 볼의 α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는, Cu 핵 볼.
2. 제1항에 있어서,
   α선량이 0.0020cph/㎠ 이하인, Cu 핵 볼.
3. 제1항에 있어서,
   α선량이 0.0010cph/㎠ 이하인, Cu 핵 볼.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 Cu 볼 중의 Pb 및 Bi의 함유량이 합계로 1ppm 이상인, Cu 핵 볼.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   직경이 1∼1000㎛인, Cu 핵 볼.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 Cu 볼은, 상기 땜납 도금 피막으로 피복되기 전에 미리 Ni 및 Co로부터 선택되는 1원소 이상으로 이루어지는 도금층으로 피복되어 있는, Cu 핵 볼.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 Cu 핵 볼의 진구도가 0.95 이상인, Cu 핵 볼.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 핵 볼을 사용하여 형성된 땜납 조인트.

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