Cu芯球、焊膏和焊料接头制造技术

本发明专利技术涉及Cu芯球、焊膏和焊料接头。提供抑制软错误的发生、设为安装处理中不成问题的表面粗糙度的低α射线量的Cu芯球。一种Cu球，作为核的Cu球的纯度为99.9％以上且99.995％以下，并且该Cu球中所含的杂质中Pb和/或Bi的总含量为1ppm以上，其球形度为0.95以上。覆盖于Cu球的焊料镀覆膜为Sn焊料镀覆膜或由以Sn作为主要成分的无铅焊料合金形成的焊料镀覆膜，U为5ppb以下的含量且Th为5ppb以下的含量。Cu球和焊料镀覆膜的综合的α射线量为0.0200cph/cm2以下，而且上述Cu芯球的表面粗糙度为0.3μm以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改善了表面粗糙度且α射线量少的Cu芯球、焊膏和焊料接头。
技术介绍
近年来，由于小型信息设备的发展，所搭载的电子部件正在进行急速的小型化。对 电子部件而言，为了应对小型化的要求所带来的连接端子的狭窄化、安装面积的缩小化，采 用了将电极设置于背面的球栅阵列封装（以下称为"BGA"）。 对于在半导体封装体中应用BGA而得到的电子部件，具备电极的半导体芯片被树 脂密封，而且在半导体芯片的电极上形成有焊料凸块。焊料凸块是将焊料球接合于半导体 芯片的电极而成的，通过与印刷电路基板的导电性焊盘接合的方式安装于印刷电路基板。 近年来，为了应对进一步的高密度安装的要求，研究了半导体封装体在高度方向 上堆叠的三维的高密度安装。 在三维高密度安装而成的半导体封装体中应用BGA时，由于半导体封装体的自 重，焊料球有时会被压碎。如果发生这样的情况，还可以想到会发生焊料从电极露出、电极 间的短路（short)。 为了消除这样的问题，研究了采用硬度高于焊料球的球。作为硬度高的球，研究了 使用Cu球、Cu芯球而形成的焊料凸块。Cu芯球是指在Cu球的表面形成有焊料覆膜（焊料 镀覆膜）的球。 Cu球、Cu芯球由于在焊料的熔点下不熔融，所以即使半导体封装体的重量施加于 焊料凸块，安装处理时焊料凸块也不会被压碎，因此可以可靠地支撑半导体封装体。作为Cu 球等的相关技术，例如可以列举出专利文献1。 然而，电子部件的小型化虽然使高密度安装成为可能，但高密度安装会引起软错 误（soft error)之类的问题。软错误是指：存在α射线进入半导体集成电路（IC电路） 的存储单元中而改写存储内容的可能性。 认为α射线是通过焊料合金中的U、Th、Po等放射性元素、Pb、Bi等中所含的放射 性同位素经过β衰变并进行α衰变而放射的。 近年来，正在进行降低了放射性元素的含量的低α射线的焊料材料的开发。作为 相关文献，例如可以列举出专利文献2。 另外，关于Cu芯球，在Cu球的表面形成有焊料镀覆膜，该焊料镀覆膜为均匀膜厚 的镀层。另一方面，由于镀覆处理时的条件等而使晶体的生长变得不均匀，其结果，有时在 表面会产生凹凸。对于在表面具有凹凸的Cu芯球，球的滚动变差，作为焊料凸块而将球接 合时的接合位置精度变低。 另外，在凸块形成时被卷入凹凸面的有机成分在回流焊时熔融并汽化，其有时会 在焊料镀覆膜中以空隙的形式残留。空隙残留时，其使接合的可靠性降低、或者自焊料镀覆 膜中释放气体成分时引起焊料凸块的位置偏移的问题受到诟病。 作为尽量减轻焊料镀覆膜的凹凸的技术，已知有专利文献3等。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :国际公开第95/24113号 专利文献2 :日本特许第4472752号公报 专利文献3 :日本特开2010-216004号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问是页 专利文献1中记载了球形度高的Cu球、Cu芯球。然而，专利文献1中完全没有考 虑到降低Cu芯球的α射线量这样的课题。 另外，该文献中，关于构成焊料覆膜的焊料合金，仅仅作为
技术介绍
的说明而唯 一公开了 Pb-Sn合金。关于α射线，在Sn中作为杂质而含有的Pb的同位素21°Pb在以 210Pb - 210Bi - 21qPo - 2tl6Pb进行衰变的过程中，自21qPo放射α射线。 该文献中唯一公开的Pb-Sn焊料合金由于大量含有Pb而被认为还含有放射性同 位素 21°Pb。因此，即使将该焊料合金用于Cu芯球的焊料覆膜，也不能降低α射线量。 该文献中完全没有公开对Cu球进行Sn镀覆、在Cu球和电解液流动的状态下进行 电镀的内容。 另外，在该文献所记载的电解精炼中，由于电解析出面不限定于单向，所以无法对 Cu球这样的微小工件形成膜厚均匀的镀覆膜。 专利文献2中公开了 α射线量低的Sn锭的技术方案，记载了如下技术方案：不单 纯地进行电解精炼，而是使吸附剂悬浮于电解液中，从而吸附Pb、Bi使α射线量降低。 根据该文献，Pb、Bi的标准电极电位与Sn接近，因此，若仅仅通过一般的电解精炼 而使Sn向平板电极上进行电解析出时难以降低α射线量。假设将该文献中记载的电解精 炼应用于Cu球的镀覆膜的形成，使吸附剂悬浮于镀液地进行转筒滚镀时，镀液、工件被搅 拌，同时吸附剂也被搅拌。上述情况下，存在吸附于吸附剂的Pb离子、Bi离子成为载体，与 吸附剂一起被引入到焊料覆膜内的可能性。 引入了吸附剂的焊料覆膜放射较高的α射线。另外，吸附剂的粒径为亚微米水 平，非常小，因此认为边使镀液流动边将悬浮后的吸附剂分离/回收是困难的。因此，难以 使吸附有Pb、Bi的吸附剂不被引入到覆膜中。 此外，专利文献1中虽然公开了 Pb-Sn焊料合金，但是公开了镀覆法、熔接法、铜焊 法等作为等价的方法，因此反而记载了否定降低α射线量的内容。 专利文献1的课题在于制造球形度高的Cu芯球，另一方面，专利文献2中公开了 为了解决降低α射线量的课题而在电解精炼中尽量去除Sn中的Pb。 因此，知晓专利文献1的本领域技术人员不会想到降低该文献中公开的Cu芯球的 α射线量这样的课题，而且焊料的组成也截然相反，因此可以认为，如果想要想到降低α 射线量的课题，进而想到从无数存在的焊料合金中采用Sn系焊料来代替构成焊料覆膜的 Pb-Sn焊料合金，则需要无限次的反复试验。 即使对于本领域技术人员而言，使用该文献中公开的α射线量低的Sn锭制作镀 液，利用专利文献1中公开的镀覆法形成Cu芯球也是极其困难的。 可见，采用专利文献1、专利文献2中记载的现有技术制造的Cu芯球被用于接头的 形成时，Cu芯球的焊料覆膜中存在的放射性元素向接头的电极扩散并释放α射线的可能 性高。因此，无法避免因高密度安装而成为新问题的软错误。 专利文献3中，为了消除焊料镀覆膜表面的粗糙，作为其平滑化处理，使焊料镀覆 膜表面与研磨剂等介质接触来进行。作为介质，除如此以机械方式去除的物理方法之外还 公开了酸洗等化学方法。 然而，这样的利用介质的平滑化处理中，为了获得安装处理中不成问题的表面粗 糙度（Ra),需要花费相当长的处理时间。例如，直至作为上述表面粗糙度的算术平均粗糙度 Ra达到0. 3 μ m以下为止需要5~6小时的处理时间。这样的程度难以实用化。 因此，本专利技术提供抑制软错误的发生、设为安装处理中不成问题的表面粗糙度且 低α射线量的Cu芯球、焊膏和焊料接头。 用于解决问题的方案 为了解决上述课题，本专利技术为由Cu球和覆盖于其表面的焊料镀覆膜构成的Cu芯 球，如以下那样构成作为其核的Cu球和焊料镀覆膜。 Cu球使用以下的核球，即，所述核球的纯度为99. 9 %~99. 995%，球形度为0. 95 以上，α射线量为〇. 0200cph/cm2以下，Cu球中所含的杂质成分中的包含放射性同位素的 Pb和/或Bi的含量为Ippm以上，同样属于放射性元素的U、Th为5ppb以下、优选为2ppb 以下。 焊料镀覆膜为Sn或以Sn作为主要成分的焊料合金，为焊料合金的情况下，Sn的 含量选自40%以上。焊料镀覆膜的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0. 3 μ m以下、优 选为0. 2μπι左右。 另外，在其他实施例中，Cu球使用纯度为99. 9%~99. 995%、且球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu芯球，其特征在于，具备作为核的Cu球、以及覆盖该Cu球的表面的焊料镀覆膜，该Cu球是纯度为99.9％以上且99.995％以下、U为5ppb以下的含量且Th为5ppb以下的含量、Pb和或Bi的总含量为1ppm以上、球形度为0.95以上、α射线量为0.0200cph/cm2以下的Cu球，所述焊料镀覆膜为Sn焊料镀覆膜或由以Sn作为主要成分的无铅焊料合金形成的焊料镀覆膜，所述Cu芯球的算术平均表面粗糙度为0.3μm以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川崎浩由，六本木贵弘，相马大辅，佐藤勇，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP