KR20200085350A

KR20200085350A - Cu 볼, OSP 처리 Cu 볼, Cu 핵 볼, 납땜 조인트, 땜납 페이스트, 폼 땜납, 및 Cu 볼의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200085350A
Application number: KR1020207018990A
Authority: KR
Inventors: 히로요시 가와사키; 다이스케 소마
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-07-14
Also published as: US11185950B2; CN111386162B; KR102649199B1; KR20230003590A; WO2019111898A1; KR20210049959A; JP6341330B1; CN111386162A; JP2019099883A; US20200298349A1; TW201928075A; TWI753220B

Abstract

고진구도 및 저경도를 실현하고, 또한 변색이 억제된 Cu 볼, OSP 처리 Cu 볼, Cu 핵 볼, 납땜 조인트, 땜납 페이스트, 및 폼 땜납을 제공한다. 전자 부품(60)은, 반도체 칩(10)의 땜납 범프(30)와 프린트 기판(40)의 전극(41)이 땜납 페이스트(12, 42)로 접합됨으로써 구성된다. 땜납 범프(30)는, 반도체 칩(10)의 전극(11)에 Cu 볼(20)이 접합됨으로써 형성된다. Cu 볼(20)은, 순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 3.0질량ppm 미만이다.

Description

Cu 볼, OSP 처리 Cu 볼, Cu 핵 볼, 납땜 조인트, 땜납 페이스트, 폼 땜납, 및 Cu 볼의 제조 방법

본 발명은, Cu 볼, OSP 처리 Cu 볼, Cu 핵 볼, 납땜 조인트, 땜납 페이스트, 폼 땜납 및 Cu 볼의 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 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 접합됨으로써, 프린트 기판에 탑재된다. 또한, 더한층의 고밀도 실장의 요구에 대응하기 위해, 반도체 패키지가 높이 방향으로 적층된 3차원 고밀도 실장이 검토되고 있다.

전자 부품의 고밀도 실장은, 반도체 집적 회로(IC)의 메모리 셀 중에α선이 진입함으로써 기억 내용이 재기입된다고 하는, 소프트 에러를 야기하는 경우가 있다. 그래서 근년에는, 방사성 동위 원소의 함유량을 저감한 저α선의 땜납 재료나 Cu 볼의 개발이 행해지고 있다. 특허문헌 1에는, Pb, Bi를 함유하고, 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하이고, 저α선량의 Cu 볼이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 순도가 99.9％ 이상 99.995％ 이하, 진구도가 0.95 이상, 비커스 경도가 20HV 이상 60HV 이하를 실현한 Cu 볼이 개시되어 있다.

그런데, Cu 볼은, 결정립이 미세하면 비커스 경도가 커지므로, 외부로부터의 응력에 대한 내구성이 낮아져, 내낙하 충격성이 나빠진다. 그 때문에, 전자 부품의 실장에 사용되는 Cu 볼에는, 소정의 유연함, 즉, 소정값 이하의 비커스 경도가 요구된다.

유연한 Cu 볼을 제조하기 위해서는, Cu의 순도를 높이는 것이 관례이다. 그것은, 불순물 원소는 Cu 볼 중의 결정 핵으로서 기능하기 때문에, 불순물 원소가 적어지면 결정립이 크게 성장하고, 그 결과 Cu 볼의 비커스 경도가 작아지기 때문이다. 그러나 Cu 볼의 순도를 높이면, Cu 볼의 진구도가 낮아져 버린다.

Cu 볼의 진구도가 낮으면, Cu 볼을 전극 상에 실장하였을 때의 셀프 얼라인먼트성을 확보할 수 없을 가능성이 있음과 함께, 반도체 칩의 실장 시에 있어서 Cu 볼의 높이가 불균일해져, 접합 불량을 야기하는 경우가 있다.

특허문헌 3에는, Cu의 질량 비율이 99.995％를 초과하고, P와 S의 질량 비율의 합계가 3ppm 이상 30ppm 이하이고, 적합한 진구도나 비커스 경도를 갖는 Cu 볼이 개시되어 있다.

일본 특허 제5435182호 공보 일본 특허 제5585751호 공보 국제 공개 제2016/17904호

그러나 S를 소정량 이상 함유하는 Cu 볼은, 가열 시에 황화물이나 황 산화물을 형성하여 변색되기 쉽다고 하는 문제가 있는 것이 새롭게 판명되었다. Cu 볼에 있어서의 변색은, 습윤성의 악화의 원인이 되고, 습윤성의 악화는 불습윤의 발생이나 셀프 얼라인먼트성의 열화를 초래한다.

그래서 본 발명은 고진구도 및 저경도를 실현하고, 또한 변색을 억제한 Cu 볼, Cu 핵 볼, OSP 처리 Cu 볼, 납땜 조인트, 땜납 페이스트, 폼 땜납 및 Cu 볼의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다음과 같다.

(1) 순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만인 Cu 볼.

(2) 순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 미만인 Cu 볼.

(3) 진구도가 0.98 이상이고, 비커스 경도가 55HV 이하이고, α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 Cu 볼.

(4) α선량이 0.0100cph/㎠ 이하인 상기 (3)에 기재된 Cu 볼.

(5) 진구도가 0.99 이상인 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 Cu 볼.

(6) Ni, Fe, Co, Pd, Ag 및 Cu 중 적어도 어느 1종으로, Cu 볼이 단층 또는 복수층 도금된 상기 (1) 내지 (5) 어느 하나에 기재된 Cu 볼.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼과, Cu 볼을 피복하는 땜납층을 구비하는 Cu 핵 볼.

(8) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼에 Cu-OSP 처리된 OSP 처리 Cu 볼.

(9) 플럭스층이 피복된 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼.

(10) 플럭스층이 피복된 상기 (7)에 기재된 Cu 핵 볼.

(11) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼을 사용한 납땜 조인트.

(12) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼을 사용한 땜납 페이스트.

(13) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 Cu 볼을 사용한 폼 땜납이다.

(14) 금속 재료를 용융시키는 공정과, 금속 재료를 급랭시키는 공정을 갖고, ICP-MS 분석에 의해 분석되는 Cu의 함유량이 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 3.0질량ppm 미만인 Cu 볼의 제조 방법.

본 발명에 따르면, Cu 볼이 고진구도 및 저경도를 실현하고, 또한 Cu 볼의 변색이 억제된다. 고진구도를 실현함으로써, Cu 볼을 전극 상에 실장하였을 때의 셀프 얼라인먼트성을 확보할 수 있음과 함께, Cu 볼의 높이의 변동을 억제할 수 있다. 저경도를 실현함으로써, 내낙하 충격성을 향상시킬 수 있다. Cu 볼의 변색이 억제되므로, 황화물이나 황 산화물에 의한 Cu 볼에 대한 악영향을 억제할 수 있어, 습윤성이 양호해진다.

도 1은 본 발명에 관한 Cu 볼을 사용한 전자 부품의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 Cu 볼을 200℃에서 가열한, 가열 시간과 명도의 관계를 나타내는 표도이다.

본 발명을 이하에 더 상세하게 설명한다. 본 명세서에 있어서, Cu 볼의 조성에 관한 단위(질량ppm, 질량ppb 및 질량％)는, 특별히 지정하지 않는 한 Cu 볼의 질량에 대한 비율을 나타낸다.

도 1은, 본 발명에 관한 Cu 볼(20)을 사용하여 반도체 칩(10)을 프린트 기판(40) 상에 탑재한 전자 부품(60)의 구성의 일례를 나타내고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, Cu 볼(20)은, 땜납 페이스트(12)를 통해 반도체 칩(10)의 전극(11) 상에 실장되어 있다. 본 예에서는, 반도체 칩(10)의 전극(11)에 Cu 볼(20)이 실장된 구조를 땜납 범프(30)라고 칭한다. 프린트 기판(40)의 전극(41) 상에는, 땜납 페이스트(42)가 인쇄되어 있다. 반도체 칩(10)의 땜납 범프(30)는, 땜납 페이스트(42)를 통해 프린트 기판(40)의 전극(41) 상에 접합되어 있다. 본 예에서는, 땜납 범프(30)를 프린트 기판(40)의 전극(41)에 실장한 구조를 납땜 조인트(50)라고 칭한다.

Cu 볼(20)은, 순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만인 것을 특징으로 하고 있다(이하, 본 명세서에 있어서, 99.9질량％를 3N, 99.99질량％를 4N, 99.995질량％를 4N5, 99.9995질량％를 5N5, 99.9999질량％를 6N이라고 함). 또한, Cu 볼(20)은, 진구도가 0.98 이상이고, 비커스 경도가 55HV 이하이고, α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인 것이 바람직하다. 이하에, Cu 볼(20)의 바람직한 양태에 대해 설명한다.

·Cu 볼의 순도: 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하

일반적으로, Cu 볼(20)의 순도가 낮을수록, Cu 볼(20)의 결정 핵이 되는 불순물 원소를 Cu 중에 확보할 수 있으므로 진구도가 높아진다. Cu 볼(20)의 순도는, 4N5 이상 5N5 이하이면 충분한 진구도를 확보할 수 있다.

Cu 볼(20)을 제조할 때, 소정 형상의 소편으로 형성된 금속 재료의 일례인 Cu재는, 가열에 의해 용융되고, 용융 Cu가 표면 장력에 의해 구형이 되고, 이것이 급랭에 의해 응고되어 Cu 볼(20)이 된다. 용융 Cu가 액체 상태로부터 응고되는 과정에 있어서, 결정립이 구형의 용융 Cu 중에서 성장한다. 이때, 불순물 원소가 많으면, 이 불순물 원소가 결정 핵이 되어 결정립의 성장이 억제된다. 따라서, 구형의 용융 Cu는, 성장이 억제된 미세 결정립에 의해 진구도가 높은 Cu 볼(20)이 된다. 한편, 불순물 원소가 적으면, 상대적으로 결정 핵이 되는 것이 적고, 입성장이 억제되지 않고 어느 방향성을 갖고 성장한다. 이 결과, 구형의 용융 Cu는 표면의 일부분이 돌출되어 응고하여 진구도가 낮아진다. 불순물 원소로서는, Fe, Ag, Ni, P, S, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au, U, Th 등이 고려된다.

이와 같이, 본 발명을 구성하는 Cu 볼(20)의 순도는, 4N5 이상 5N5 이하인 것이 바람직하다. 또한, Cu 볼(20)의 순도가 4N5 이상 5N5 이하이면, α선량을 충분히 저감할 수 있는 데다가, 순도의 저하에 의한 Cu 볼(20)의 전기 전도도나 열전도율의 열화를 억제할 수 있다.

·Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계: 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하

Cu 볼(20)이 함유하는 불순물 원소 중, 특히 Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 즉, Fe의 함유량, Ag의 함유량, Ni의 함유량은 각각, 0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하인 것이 바람직하다. Fe, Ag 및 Ni는 Cu 볼(20)의 제조 공정에 있어서의 용융 시에 결정 핵이 되기 위해, Cu 중에 Fe, Ag 또는 Ni가 일정량 함유되어 있으면 진구도가 높은 Cu 볼(20)을 제조할 수 있다. 따라서, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종은, 불순물 원소의 함유량을 추정하기 위해 중요한 원소이다. 또한, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하임으로써, Cu 볼의 변색을 억제할 수 있는 데다가 Cu 볼을 서서히 가열한 후에 서랭함으로써 Cu 볼을 서서히 재결정시킨다고 하는 어닐링 공정을 행하지 않아도, 원하는 비커스 경도를 실현할 수 있다.

·S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하

S를 소정량 이상 함유하는 Cu 볼은, 가열 시에 황화물이나 황 산화물을 형성하여 변색되기 쉽고, 습윤성이 저하하기 때문에, S의 함유량은, 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하로 할 필요가 있다. 황화물이나 황 산화물이 많이 형성된 Cu 볼일수록, Cu 볼 표면의 명도가 어두워진다. 그 때문에, 나중에 상세하게 후술하지만, Cu 볼 표면의 명도를 측정한 결과가 소정값 이하이면 황화물이나, 황 산화물의 형성이 억제되어, 습윤성이 양호하다고 판단할 수 있다.

·P의 함유량이 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만

P는, 인산으로 변화되거나, Cu 착체가 되거나 하여 Cu 볼에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또한, P를 소정량 함유하는 Cu 볼은 경도가 커지므로, P의 함유량은, 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만인 것이 바람직하고, 1.0질량ppm 미만인 것이 보다 바람직하다.

·Cu 볼의 진구도: 0.98 이상

본 발명에 있어서, 진구도란 진구로부터의 어긋남을 나타낸다. 진구도는, 500개의 각 Cu 볼의 직경을 긴 직경으로 나누었을 때에 산출되는 산술 평균값이며, 값이 상한인 1.00에 가까울수록 진구에 가까운 것을 나타낸다. 진구도는, 예를 들어 최소 제곱 중심법(LSC법), 최소 영역 중심법(MZC법), 최대 내접 중심법(MIC법), 최소 외접 중심법(MCC법) 등 다양한 방법으로 구해진다. 본 발명에서의 긴 직경의 길이 및 직경의 길이란, 미츠토요사제의 울트라 퀵비전, ULTRA QV350-PRO 측정 장치에 의해 측정된 길이를 말한다.

Cu 볼(20)은, 기판 사이의 적절한 공간을 유지한다는 관점에서 진구도가 0.98 이상인 것이 바람직하고, 0.99 이상인 것이 더 바람직하다. Cu 볼(20)의 진구도가 0.98 미만이면, Cu 볼(20)이 부정 형상이 되기 때문에, 범프 형성 시에 높이가 불균일한 범프가 형성되어, 접합 불량이 발생할 가능성이 높아진다. 또한, Cu 볼(20)을 전극에 탑재하여 리플로를 행할 때, Cu 볼(20)이 위치 어긋남을 일으켜 버려, 셀프 얼라인먼트성도 악화된다. 진구도가 0.98 이상이면, Cu 볼(20)을 반도체 칩(10)의 전극(11) 등에 실장하였을 때의 셀프 얼라인먼트성을 확보할 수 있음과 함께, Cu 볼(20)은 납땜의 온도에서 용융되지 않으므로, 납땜 조인트(50)에 있어서의 높이의 변동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 반도체 칩(10) 및 프린트 기판(40)의 접합 불량을 확실하게 방지할 수 있다.

·비커스 경도 55.5HV 이하

Cu 볼(20)의 비커스 경도는, 55.5HV 이하인 것이 바람직하다. 비커스 경도가 큰 경우, 외부로부터의 응력에 대한 내구성이 낮아져, 내 낙하 충격성이 나빠지는 동시에 크랙이 발생하기 쉬워진다. 또한, 삼차원 실장의 범프나 조인트의 형성 시에 가압 등의 보조력을 부여한 경우에 있어서, 딱딱한 Cu 볼을 사용하면, 전극 찌그러짐 등을 야기할 가능성이 있다. 또한, Cu 볼(20)의 비커스 경도가 큰 경우, 결정립이 일정 이상으로 작아짐으로써 전기 전도성의 열화를 초래해 버리기 때문이다. Cu 볼(20)의 비커스 경도가 55.5HV 이하이면 내낙하 충격성도 양호하여 크랙을 억제할 수 있고, 전극 찌그러짐 등도 억제할 수 있고, 또한 전기 전도성의 열화도 억제할 수 있다. 본 실시예에서는, 비커스 경도의 하한은 0HV 초과이면 되고, 바람직하게는 20HV 이상이다.

·α선량: 0.0200cph/㎠ 이하

전자 부품의 고밀도 실장에 있어서 소프트 에러가 문제가 되지 않을 정도의 α선량으로 하기 위해, Cu 볼(20)의 α선량은, 0.0200cph/㎠ 이하인 것이 바람직하다. α선량은, 더한층의 고밀도 실장에서의 소프트 에러를 억제한다는 관점에서, 더 바람직하게는 0.0010cph/㎠ 이하이다. α선량에 의한 소프트 에러를 억제하기 위해서는, U, Th 등의 방사성 동위 원소의 함유량은, 5질량ppb 미만인 것이 바람직하다.

·내변색성: 명도가 55 이상

Cu 볼(20)은 명도가 55 이상인 것이 바람직하다. 명도란, L*a*b* 표색계의 L*값이다. S로부터 유래되는 황화물이나 황 산화물이 표면에 형성된 Cu 볼(20)은 명도가 낮아지므로, 명도가 55 이상이면, 황화물이나 황 산화물이 억제되어 있다고 할 수 있다. 또한, 명도가 55 이상인 Cu 볼(20)은, 실장 시에 있어서의 습윤성이 양호하다. 이에 비해, Cu 볼(20)의 명도가 55 미만이면, 황화물이나 황 산화물의 형성이 충분히 억제되어 있지 않은 Cu 볼(20)이라고 할 수 있다. 황화물이나 황 산화물은, Cu 볼(20)에 악영향을 미치는 데다가, 전극 상에 Cu 볼(20)을 직접 접합하는 경우에 습윤성이 악화된다. 습윤성의 악화는 젖지 않음의 발생이나 셀프 얼라인먼트성의 열화를 초래한다.

·Cu 볼의 직경: 1㎛ 이상 1000㎛ 이하

Cu 볼(20)의 직경은 1㎛ 이상 1000㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 50㎛ 이상 300㎛이다. 이 범위에 있으면, 구상의 Cu 볼(20)을 안정적으로 제조할 수 있고, 또한 단자 사이가 협피치인 경우의 접속 단락을 억제할 수 있다. 여기서, 예를 들어 Cu 볼(20)이 페이스트에 사용되는 경우, 「Cu 볼」은 「Cu 파우더」라고 칭해져도 된다. 「Cu 볼」이 「Cu 파우더」로 사용되는 경우, 일반적으로, Cu 볼의 직경은 1 내지 300㎛인 것이 바람직하다.

·기타 불순물 원소

Cu 볼(20)이 함유하는 상술한 불순물 원소 이외의, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au 등의 불순물 원소(이하에서, 「그 밖의 불순물 원소」라고 함)의 함유량은, 각각 0질량ppm 이상 50.0질량ppm 미만인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 Cu 볼은, Cu 볼(20)과, 이 Cu 볼(20)을 피복하는 Ni, Fe 및 Co로부터 선택되는 1 원소 이상으로 이루어지는 도금층(금속층)에 의해 구성할 수도 있다.

·Cu 핵 볼

또한, Cu 볼(20)의 표면을 단일의 금속 또는 합금으로 이루어지는 금속층에 의해 피복함으로써, Cu 볼(20) 및 금속층으로 이루어지는 Cu 핵 볼을 구성할 수 있다. 예를 들어, Cu 핵 볼은, Cu 볼(20)과, 이 Cu 볼(20)의 표면을 피복하는 땜납층(금속층)에 의해 구성할 수 있다. 땜납층을 구성하는 땜납의 조성은, 합금의 경우, Sn을 주 성분으로 하는 땜납 합금의 합금 조성이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 땜납층으로서는, 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, Bi, Pb 등이 있다. 이들 중에서도, 땜납층의 합금 조성은, 낙하 충격 특성의 관점에서, 바람직하게는 Sn-3Ag-0.5Cu 합금이다. 또한, 땜납층에 저α선량의 땜납을 사용함으로써, 저α선의 Cu 핵 볼을 구성해도 된다. 땜납층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 편측에서 100㎛ 이하이면 충분하고, 편측에서 20 내지 50㎛이면 더욱 좋다. Cu 볼(20)과 이 Cu 볼(20)의 표면을 피복하는 땜납층에 의해, 구성되는 Cu 핵 볼의 진구도는, 0.98 이상인 것이 바람직하다.

Cu 볼(20)의 표면을, Ni, Fe, Co, Pd, Ag 및 Cu중 적어도 어느 1종으로, 단층 또는 복수층 도금된 Cu 볼에, 단일의 금속 또는 합금으로 이루어지는 금속층을 피복함으로써, Cu 핵 볼을 구성해도 된다. 이 경우도, 금속층은, 땜납층이어도 된다. Cu 핵 볼을 이러한 구성으로 함으로써, 전극에 대한 접합 시에 있어서 땜납 중으로의 Cu의 확산을 저감할 수 있어, Cu 볼(20)의 Cu 침식을 억제할 수 있다. Ni 등에 의한 도금층의 막 두께는 일반적으로는 편측 0.1 내지 20㎛이다.

·OSP 처리 Cu 볼

Cu 볼(20)의 표면에 이미다졸 화합물을 함유하는 유기 피막(이하, 「OSP 피막」이라고 함)을 피복하여 OSP(Organic Solderability Preservative) 처리 Cu 볼을 구성할 수도 있다. OSP 피막으로서는, 처리액으로서 터프에이스 F2(시코쿠 가세이 고교 가부시키가이샤 제조)를 사용할 수 있다.

·플럭스 코팅 Cu 볼, 플럭스 코팅 Cu 핵 볼

Cu 볼(20)의 표면에 플럭스를 피복하여, 플럭스층을 갖는 플럭스 코팅 Cu 볼을 제작할 수도 있다. 또한, Cu 핵 볼의 표면에, 플럭스를 피복하여, 플럭스층을 갖는 플럭스 코팅 Cu 핵 볼을 제작해도 된다. 플럭스에는, 로진(중합 로진, 로진에스테르, 수소 첨가 로진, 산 변성 로진)이나 유기산(글루타르산 등), 아민 화합물이나 유기 할로겐화물 등을 사용할 수 있다.

상술한 플럭스층은, Cu 볼(20)이나 땜납층 등의 금속 표면의 산화를 방지함과 함께 납땜 시에 금속 산화막의 제거를 행하는 활성제로서 작용하는 화합물을 포함하는 1종류 혹은 복수 종류의 성분에 의해 구성된다. 예를 들어, 플럭스층은, 활성제로서 작용하는 화합물과, 활성 보조제로서 작용하는 화합물 등으로 이루어지는 복수의 성분에 의해 구성되어 있어도 된다.

플럭스층을 구성하는 활성제로서는, 본 발명에서 요구되는 특성에 따라서 아민, 유기산, 할로겐 중 어느 것, 복수의 아민의 조합, 복수의 유기산의 조합, 복수의 할로겐의 조합, 단일 혹은 복수의 아민, 유기산, 할로겐의 조합이 첨가된다.

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

또한, 플럭스층은, 활성제로서 작용하는 화합물 등을, 리플로 시의 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 단일층으로 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.

이 때문에, 플럭스층을 구성하는 성분은, 용액으로 코팅하려면 용제에 가용일 필요가 있지만, 예를 들어 염을 형성하면, 용제 중에서 불용이 되는 성분이 존재한다. 액상의 플럭스 중에서 불용이 되는 성분이 존재함으로써, 침전물이 형성되는 등의 난용해성의 성분을 포함하는 플럭스에서는, 균일한 흡착이 곤란해진다. 이 때문에, 종래, 염을 형성하는 화합물을 혼합하여, 액상의 플럭스를 구성할 수는 없다.

이에 비해, 플럭스층으로 피복된 플럭스 코팅 Cu 볼이나 플럭스 코팅 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 볼(20)이나 Cu 핵 볼의 표면이, 활성제로서 작용하는 플럭스층으로 피복됨으로써, 보관 시 등에, Cu 볼(20)의 표면 및 Cu 핵 볼의 땜납층 또는 금속층의 표면의 산화를 억제할 수 있다.

여기서, 플럭스와 금속의 색은 일반적으로 상이하고, Cu 볼(20) 등과 플럭스층의 색도 다르다는 점에서, 색채도, 예를 들어 명도, 황색도, 적색도로 플럭스의 흡착량을 확인할 수 있다. 또한, 착색을 목적으로, 플럭스층을 구성하는 화합물에 색소를 혼합해도 된다.

·땜납 페이스트, 폼 땜납, 납땜 조인트

또한, Cu 볼(20) 또는 Cu 핵 볼을 땜납에 함유시킴으로써 땜납 페이스트를 구성할 수도 있다. Cu 볼(20) 또는 Cu 핵 볼을 땜납 중에 분산시킴으로써, 폼 땜납을 구성할 수 있다. Cu 볼(20) 또는 Cu 핵 볼은, 전극 사이를 접합하는 납땜 조인트의 형성에 사용할 수도 있다.

·Cu 볼의 제조 방법

다음으로, Cu 볼(20)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 금속 재료의 일례로 하고, Cu재를 세라믹과 같은 내열성의 판(이하, 「내열판」이라고 함)에 두고, 내열판과 함께 노 중에서 가열한다. 내열판에는 저부가 반구상으로 된 다수의 원형의 홈이 마련되어 있다. 홈의 직경이나 깊이는, Cu 볼(20)의 입경에 따라서 적절하게 설정되어 있고, 예를 들어 직경 0.8㎜, 깊이 0.88㎜이다. 또한, Cu 세선이 절단되어 얻어진 칩 형상의 Cu재를, 내열판의 홈 내에 1개씩 투입한다. 홈 내에 Cu재가 투입된 내열판은, 암모니아 분해 가스가 충전된 노 내에서 1100 내지 1300℃로 승온되어, 30 내지 60분간 가열 처리된다. 이때 노내 온도가 Cu의 융점 이상이 되면, Cu재는 용융되어 구상이 된다. 그 후, 노내가 냉각되고, 내열판의 홈 내에서 Cu 볼(20)이 급랭됨으로써 성형된다.

또한, 다른 방법으로서는, 도가니의 저부에 마련된 오리피스로부터 용융 Cu가 적하되고, 이 액적이 실온(예를 들어 25℃)까지 급랭되어 Cu 볼(20)이 조구되는 아토마이즈법이나, 열 플라즈마가 Cu 커트 메탈을 1000℃ 이상으로 가열하여 조구하는 방법이 있다.

Cu 볼(20)의 제조 방법에서는, Cu 볼(20)을 조구하기 전에 Cu 볼(20)의 원료인 Cu재를 800 내지 1000℃에서 가열 처리해도 된다.

Cu 볼(20)의 원료인 Cu재로서는, 예를 들어 너깃재, 와이어재, 판재 등을 사용할 수 있다. Cu재의 순도는, Cu 볼(20)의 순도를 지나치게 낮추지 않도록 한다는 관점에서 4N5 이상 6N 이하인 것이 좋다.

이와 같이 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 볼(20)이나 이형의 Cu 볼(20)이 제조된 경우에는, 이러한 Cu 볼(20)들을 원료로 하여 재이용해도 되며, 더욱 α선량을 저하시킬 수 있다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 Cu 볼을 제작하고, 이 제작한 Cu 볼의 진구도, 비커스 경도, α선량 및 내변색성을 측정하여, 표 1, 표 2에 정리하였다. 하기의 표 중, 단위가 없는 숫자는, 질량ppm 또는 질량ppb를 나타낸다. 상세하게는, 표 중의 Fe, Ag, Ni, P, S, Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au의 함유 비율을 나타내는 수치는, 질량ppm을 나타낸다. 표 중의 U, Th의 함유 비율을 나타내는 수치는, 질량ppb를 나타낸다. 또한, 「불순물 합계량」은, Cu 볼이 함유하는 불순물 원소의 합계 비율을 나타낸다. 「<1」은, 해당되는 불순물 원소의 Cu 볼에 대한 함유 비율이, 1질량ppm 미만인 것을 나타낸다. 「<5」는, 해당되는 불순물 원소의 Cu 볼에 대한 함유 비율이, 5질량ppb 미만인 것을 나타낸다.

·Cu 볼의 제작

Cu 볼의 제작 조건을 검토하였다. 금속 재료의 일례인 Cu재로서, 너깃재를 준비하였다. 실시예 1 내지 10, 19와, 비교예 1 내지 12의 Cu재로서, 순도가 6N인 것을 사용하고, 실시예 11 내지 18의 Cu재로서, 순도가 4N5인 것을 사용하였다. 각 Cu재를, 도가니 중에 투입한 후, 도가니의 온도를 1200℃로 승온하고, 45분간 가열하여 Cu재를 용융시켜, 도가니 저부에 마련한 오리피스로부터 용융 Cu를 적하하고, 생성된 액적을 실온(18℃)까지 급랭하여 Cu 볼로 조구하였다. 이에 의해, 평균 입경이 하기의 각 표에 나타내는 값이 되는 Cu 볼을 제작하였다. 원소 분석은, 유도 결합 플라스마 질량 분석(ICP-MS 분석)이나 글로우 방전 질량 분석(GD-MS 분석)을 사용하면 고정밀도로 분석할 수 있는데, 본 예에서는, ICP-MS 분석에 의해 행하였다. 이하에, 진구도, 비커스 경도, α선량 및 내변색성의 각 평가 방법을 상세하게 설명한다.

·진구도

진구도는 CNC 화상 측정 시스템으로 측정하였다. 장치는, 미츠토요사 제조의 울트라 퀵비전, ULTRA QV350-PRO이다.

[진구도의 평가 규준]

하기의 각 표에 있어서, 진구도의 평가 규준은 이하와 같이 하였다.

○○: 진구도가 0.99 이상이었다

○: 진구도가 0.98 이상 0.99 미만이었다

×: 진구도가 0.98 미만이었다

·비커스 경도

Cu 볼의 비커스 경도는, 「비커스 경도 시험-시험 방법 JIS Z2244」에 준하여 측정하였다. 장치는, 아카시 세이사쿠쇼 제조의 마이크로비커스 경도 시험기, AKASHI 미소 경도계 MVK-F 12001-Q를 사용하였다.

[비커스 경도의 평가 기준]

하기의 각 표에 있어서, 비커스 경도의 평가 규준은 이하와 같이 하였다.

○: 0HV 초과 55.5HV 이하였다

×: 55.5HV를 초과하였다

·α선량

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

[α선량의 평가 기준]

하기의 각 표에 있어서, α선량의 평가 기준은 이하와 같이 하였다.

○: α선량이 0.0200cph/㎠ 이하였다

×: α선량이 0.0200cph/㎠를 초과하였다.

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 JEDEC STANDARD-Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials JESD221에 따랐기 때문이다.

·내변색성

내변색성의 측정을 위해, Cu 볼을 대기 분위기하의 항온조를 사용하여 200℃ 설정으로 420초간 가열하고, 명도의 변화를 측정하여, 경시 변화에 충분히 견딜 수 있는 Cu 볼인지 여부를 평가하였다. 명도는, 코니카 미놀타 제조 CM-3500 d형 분광 측색계를 사용하여, D65 광원, 10도 시야에서 JIS Z 8722 「색의 측정 방법－반사 및 투과 물체색」에 준하여 분광 투과율을 측정하여, 색채값 (L*, a*, b*)로부터 구하였다. 또한, (L*, a*, b*)는, JIS Z 8729 「색의 표시 방법－L*a*b* 표색계 및 L*u*v* 표색계」로 규정되어 있는 것이다. L*는 명도이고, a*는 적색도이고, b*는 황색도이다.

[내변색성의 평가 기준]

하기의 각 표에 있어서, 내변색성의 평가 기준은 이하와 같이 하였다.

○: 420초 후의 명도가 55 이상이었다

×: 420초 후의 명도가 55 미만이었다.

·종합 평가

상술한 평가 방법 및 평가 기준에서 진구도, 비커스 경도, α선량 및 내변색성 중 어느 것에 있어서도 ○ 또는 ○○였던 Cu 볼을, 종합 평가에 있어서의 ○로 하였다. 한편, 진구도, 비커스 경도, α선량 및 내변색성 중, 어느 하나라도 ×가 된 Cu 볼을, 종합 평가에 있어서 ×로 하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 4N5 이상 5N5 이하의 순도로 한 각 실시예의 Cu 볼은, 모두 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 이 사실로부터, Cu 볼의 순도는, 4N5 이상 5N5 이하가 바람직하다고 할 수 있다.

실시예 1 내지 9와 같이, 순도가 4N5 이상 5N5 이하이고, Fe, Ag 또는 Ni를 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하 함유하는 Cu 볼은, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 실시예 10 내지 19에 나타내는 바와 같이, 순도 4N5 이상 5N5 이하이고, Fe, Ag 및 Ni를 합계 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하 함유하는 Cu 볼도, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 표에는 나타 내지 않았지만, 실시예 1, 15 내지 19로부터 각각, Fe의 함유량을 0질량ppm 이상 5.0질량ppm 미만으로, Ag의 함유량을 0pp 이상 5.0질량ppm 미만으로, Ni의 함유량을 0질량ppm 이상 5.0질량ppm 미만으로 바꾸어, Fe, Ag 및 Ni의 합계를 5.0질량ppm 이상으로 한 Cu 볼도, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 실시예 18에 나타내는 바와 같이, Fe, Ag 및 Ni를 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하 함유하고, 또한 그 밖의 불순물 원소인 Sb, Bi, Zn, Al, As, Cd, Pb, In, Sn, Au가 각각 50.0질량ppm 이하인 실시예 18의 Cu 볼도, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 비교예 7의 Cu 볼은 Fe, Ag 및 Ni의 함유량의 합계가 5.0질량ppm이 되지 않는 데다가, U, Th가 5질량ppb 미만이고, 그 밖의 불순물 원소도 1질량ppm 미만이며, 진구도가 0.98이 되지 않았다. 또한, 불순물 원소를 함유하고 있어도, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm이 되지 않는 비교예 12의 Cu 볼도, 진구도가 0.98이 되지 않았다. 이러한 결과들로부터, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm이 되지 않는 Cu 볼은, 고진구도를 실현할 수 없다고 할 수 있다.

또한, 비교예 10의 Cu 볼은 Fe, Ag 및 Ni의 함유량의 합계가 153.6질량ppm이고 그 밖의 불순물 원소의 함유량이 각각 50질량ppm 이하이지만, 비커스 경도가 55.5HV를 초과하여, 양호한 결과를 얻지 못하였다. 또한, 비교예 8의 Cu 볼은, Fe, Ag 및 Ni의 함유량의 합계가 150.0질량ppm인 데다가, 그 밖의 불순물 원소의 함유량도, 특히 Sn이 151.0질량ppm으로, 50.0질량ppm을 대폭 초과하고 있고, 비커스 경도가 55.5HV를 초과하여, 양호한 결과를 얻지 못하였다. 그 때문에, 순도가 4N5 이상 5N5 이하인 Cu 볼이라고 하더라도, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 50.0질량ppm을 초과하는 Cu 볼은, 비커스 경도가 커져 버려, 저경도를 실현할 수 없다고 할 수 있다. 또한, 그 밖의 불순물 원소도, 각각 50.0질량ppm을 초과하지 않는 범위에서 함유하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

이러한 결과들로부터, 순도가 4N5 이상 5N5 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계를 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하 함유하는 Cu 볼은, 고진구도 및 저경도를 실현하고, 또한 변색이 억제된다고 할 수 있다. 그 밖의 불순물 원소의 함유량은, 각각 50.0질량ppm 이하인 것이 바람직하다.

실시예 14 내지 17의 Cu 볼은, 동일한 조성이지만 구 직경이 다르고, 어느 것에 있어서도 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻었다. 표에는 나타내지 않았지만, 이들 실시예와 동일한 조성이며, 구 직경이 1㎛ 이상 1000㎛ 이하인 Cu 볼에서는, 모두 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 이 사실로부터, Cu 볼의 구 직경은, 1㎛ 이상 1000㎛ 이하인 것이 바람직하다고 할 수 있고, 50㎛ 이상 300㎛ 이하가 더 바람직하다고 할 수 있다.

실시예 19의 Cu 볼은, Fe, Ag 및 Ni의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, P를 2.9질량ppm 함유하고 있어, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 비교예 11의 Cu 볼은, Fe, Ag 및 Ni의 함유량의 합계가, 실시예 19의 Cu 볼과 마찬가지로 50.0질량ppm 이하이지만, 비커스 경도가 5.5HV를 초과하여 실시예 19의 Cu 볼과는 상이한 결과가 되었다. 또한, 비교예 9도, 비커스 경도가 5.5HV를 초과하였다. 이것은, 비교예 9, 11의 P의 함유량이 현저하게 많기 때문이라고 생각할 수 있고, 이 결과로부터, P의 함유량이 증가하면, 비커스 경도가 커짐을 알 수 있다. 따라서, P의 함유량은 3질량ppm 미만인 것이 바람직하고, 1질량ppm 미만인 것이 더 바람직하다고 할 수 있다.

각 실시예의 Cu 볼에서는, α선량이 0.0200cph/㎠ 이하였다. 그 때문에, 전자 부품의 고밀도 실장에 각 실시예의 Cu 볼이 사용되는 경우, 소프트 에러를 억제할 수 있다.

비교예 7의 Cu 볼에서는, 내변색성에서 양호한 결과를 얻을 수 있었던 한편, 비교예 1 내지 6에서는 내변색성에서 양호한 결과를 얻지 못하였다. 비교예 1 내지 6의 Cu 볼과, 비교예 7의 Cu 볼을 비교하면, 이들의 조성의 차이는, S의 함유량 뿐이다. 그 때문에, 내변색성에서 양호한 결과를 얻기 위해서는, S의 함유량을 1질량ppm 미만으로 할 필요가 있다고 할 수 있다. 각 실시예의 Cu 볼에서는, 모두 S의 함유량이 1질량ppm 미만이라는 점에서도, S의 함유량은 1질량ppm 미만이 바람직하다고 할 수 있다.

계속해서, S의 함유량과 내변색성의 관계를 확인하기 위해, 실시예 11, 비교예 1 및 비교예 5의 Cu 볼을 200℃에서 가열하여, 가열 전, 가열 60초 후, 180초 후, 420초 후의 사진을 찍어, 명도를 측정하였다. 표 3 및 도 2는, 각 Cu 볼을 가열한 시간과 명도의 관계를 그래프로 한 것이다.

이 표로부터, 가열 전의 명도와, 가열하고 420초 후의 명도를 비교하면, 실시예 11, 비교예 1, 5의 명도는, 가열 전에 64나 65 부근에서 가까운 값이었다. 가열하고 420초 후에는, S를 30.0질량ppm 함유하는 비교예 5의 명도가 가장 낮아지고, 계속해서 S를 10.0질량ppm 함유하는 비교예 1, S의 함유량이 1질량ppm 미만인 실시예 11의 순으로 되었다. 이 사실로부터, S의 함유량이 많을수록, 가열 후의 명도가 낮아진다고 할 수 있다. 비교예 1, 5의 Cu 볼에서는, 명도가 55를 하회하였으므로, S를 10.0질량ppm 이상 함유하는 Cu 볼은, 가열 시에 황화물이나 황 산화물을 형성하여 변색되기 쉽다고 할 수 있다. 또한, S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이면, 황화물이나 황 산화물의 형성이 억제되어, 습윤성이 양호하다고 할 수 있다. 또한, 실시예 11의 Cu 볼을 전극 상에 실장한 바, 양호한 습윤성을 나타냈다.

이상과 같이, 순도가 4N5 이상 5N5 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만인 본 실시예의 Cu 볼에서는, 모두 진구도가 0.98 이상이었으므로, 고진구도를 실현할 수 있었다. 고진구도를 실현함으로써, Cu 볼을 전극 등에 실장하였을 때의 셀프 얼라인먼트성을 확보할 수 있음과 함께, Cu 볼의 높이의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예의 Cu 볼에서는, 모두 비커스 경도가 55HV 이하였으므로, 저경도를 실현할 수 있었다. 저경도를 실현함으로써, Cu 볼의 내낙하 충격성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 Cu 볼에서는, 모두 변색이 억제되었다. Cu 볼의 변색이 억제됨으로써, 황화물이나 황 산화물에 의한 Cu 볼에 대한 악영향을 억제할 수 있음과 함께, Cu 볼을 전극 상에 실장하였을 때의 습윤성이 향상된다.

또한, 표 1의 실시예 1 등에는, 순도가 6N인 Cu재에, 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하의 Fe를 첨가하는 것이 기재되어 있다. 이 경우, Cu재의 순도에 대해서는 99.9999질량％ 이상이 되고, 불순물의 함유량은 Cu재 전체에 있어서 1질량ppm 미만이 된다.

또한, 예를 들어 Fe재에 대해서도, Cu재와 마찬가지로 6N재를 사용하면, Fe 유래의 불순물도 전체에서 1질량ppm 미만이 된다. 일반적인 Fe재로서 4N재를 사용한 경우라도, 불순물의 함유량은 철재 전체에서 100질량ppm 미만이 된다. 그 때문에, 이 경우에, Cu재 중에, Fe재를 최대 첨가량인 50질량ppm(＝0.0050질량％) 첨가하였다고 해도, 0.5질량ppm(0.0050×100질량ppm), 즉 1질량ppm 미만의 불순물밖에 첨가할 수 없음을 알 수 있다.

또한, Fe, Ag 및 Ni 이외의 각 불순물에 대해서도, 단락 0059의 표 1의 실시예 1 등에 기재되어 있는 바와 같이, 검출 한계값 미만이며, 1질량ppm 미만이 된다.

따라서, 고순도의 Cu재를 사용한 경우에는, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 50.0질량ppm이고, 그 밖의 불순물이 첨가되어 있는 경우라고 하더라도, 순도가 99.995질량％ 이상인 Cu 볼로 할 수 있다.

또한, 본 실시예의 Cu재에는, 순도가 4N5 이상 6N 이하인 Cu 너깃재를 사용하였지만, 4N5 이상 6N 이하인 와이어재나 판재 등을 사용해도, 종합 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명의 기술 범위는, 본 발명의 상기 특징을 갖는 Cu 칼럼, 필러나 펠릿의 형태에 응용할 수도 있다.

10: 반도체 칩
11, 41: 전극
12, 42: 땜납 페이스트
20: Cu 볼
30: 땜납 범프
40: 프린트 기판
50: 납땜 조인트
60: 전자 부품

Claims

순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고,
Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고,
S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고,
P의 함유량이 0질량ppm 이상 3.0질량ppm 미만인, Cu 볼.
순도가 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고,
Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고,
S의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 이하이고,
P의 함유량이 0질량ppm 이상 1.0질량ppm 미만인, Cu 볼.
제1항 또는 제2항에 있어서,
진구도가 0.98 이상이고,
비커스 경도가 55HV 이하이고,
α선량이 0.0200cph/㎠ 이하인, Cu 볼.
제3항에 있어서,
α선량이 0.0100cph/㎠ 이하인, Cu 볼.
제3항 또는 제4항에 있어서,
진구도가 0.99 이상인, Cu 볼.
제1항 내지 제5항에 중 어느 한 항에 있어서,
Ni, Fe, Co, Pd, Ag 및 Cu 중 적어도 어느 1종으로, 상기 Cu 볼이 단층 또는 복수층 도금된, Cu 볼.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 볼과,
상기 Cu 볼을 피복하는 땜납층을 구비하는, Cu 핵 볼.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 볼에 Cu-OSP 처리된, OSP 처리 Cu 볼.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
플럭스층이 피복된, Cu 볼.
제7항에 있어서,
플럭스층이 피복된, Cu 핵 볼.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 볼을 사용한, 납땜 조인트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 볼을 사용한, 땜납 페이스트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 Cu 볼을 사용한, 폼 땜납.
금속 재료를 용융시키는 공정과,
상기 금속 재료를 급랭시키는 공정을 갖고,
ICP-MS 분석에 의해 분석되는 Cu의 함유량이 99.995질량％ 이상 99.9995질량％ 이하이고, Fe, Ag 및 Ni 중 적어도 1종의 함유량의 합계가 5.0질량ppm 이상 50.0질량ppm 이하이고, S의 함유량이 1.0질량ppm 이하이고, P의 함유량이 3.0질량ppm 미만인, Cu 볼의 제조 방법.