铜球制造技术

本发明专利技术提供一种具有优异对位性的铜球。为了抑制软钎焊时的铜球的润湿不良，规定亮度作为判定球表面的氧化膜的膜厚的指标，且将亮度设为55以上。此外，铜球的球形度较高对于准确地测定亮度较好，而且为了提高球形度而将铜球的纯度设为99.995％以下。亮度为55以上时，形成于铜球的表面的氧化膜的膜厚优选为8nm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子部件等的软钎焊中使用的铜球。
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窄小化、安装面积的缩小，采用 了将电极设置于背面的球栅阵列封装（以下称为"BGA"）。 利用BGA的电子部件中，例如有半导体封装体。半导体封装体中，具有电极的半导 体芯片被树脂密封。半导体芯片的电极上形成有焊料凸块。该焊料凸块通过将焊料球接合 于半导体芯片的电极而形成。关于利用BGA的半导体封装体，各焊料凸块以与印刷基板的 导电性焊盘接触的方式被放置于印刷基板上，利用加热而熔融了的焊料凸块与焊盘接合， 从而搭载于印刷基板。此外，为了应对进一步的高密度安装的要求，正在研宄将半导体封装 体沿高度方向堆叠的三维高密度安装。 然而，在进行了三维高密度安装的封装体中应用BGA时，由于封装体的自重而使 焊料球被压碎，电极间会发生连接短路。这在进行高密度安装上成为障碍。 因此，研宄了利用焊膏在电子部件的电极上电接合铜球而成的焊料凸块。关于具 有铜球的焊料凸块，在将电子部件安装于印刷基板时，即使半导体封装体的重量施加于焊 料凸块，也能够利用在软钎料合金的熔点下不熔融的铜球支撑封装体。因此，不会因封装体 的自重而使焊料凸块被压碎。作为相关技术，例如可以举出专利文献1。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :国际公开第95/24113号
技术实现思路
专利技术要解决的问题 但是，对于专利文献1中公开的铜球，为了提高球形度而将Cu单片在非氧化性 气氛内熔融而制造，为此要求了较高的纯度，但是完全未研宄表示位置对准精度的对位性 (alignmentproperty)〇 使用铜球应用BGA的电子部件搭载于印刷基板时，若铜球从电极脱落则视为接合 不良。此外，铜球从电极的规定的位置偏移而接合时，含有Cu凸块的各电极的高度产生偏 差。高度较高的电极能够与焊盘接合，但高度较低的电极不能够与焊盘接合。铜球从规定 的位置偏移而接合的电子部件也被视为不良。因此，铜球以高水准要求对位性。 本专利技术的课题在于，提供具有优异的对位性的铜球。 用于解决问题的方案 为了提高铜球的对位性，本专利技术人等着眼于铜球的接合形态。具体而言，鉴于铜球 通过焊膏中的软钎料颗粒与电极电接合，从而着眼于铜球的表面状态对与焊膏中的软钎料 颗粒的润湿性带来的影响。因此，源于铜球具有容易被氧化的性质，本专利技术人等得到以下见 解：铜球表面的氧化膜的膜厚越薄，与焊膏中的软钎料颗粒的润湿性越高，而具有优异的对 位性。 在此，为了提高铜球的对位性，铜球仅用氧浓度和/或氧化膜的膜厚来规定时，必 须对所制作的所有铜球测定氧浓度和/或氧化膜的膜厚，需要昂贵的设备、较长的测定时 间。因此，仅用氧浓度和/或氧化膜的膜厚规定铜球是不实际的。即使抽样测定氧浓度和 /或氧化膜的膜厚，未测定氧浓度和/或氧化膜的膜厚的铜球也未必对位性优异。 因此，本专利技术人等研宄了通过使用某些指标规定铜球的氧化膜的状态，来提高对 位性。 对于铜球，由于氧化膜的膜厚变厚至70~IOOnm左右时，会变色成为黄土色，因此 也有人认为通过使用黄色度来规定，能够提高对位性。但是，这样厚的氧化膜是在高温多湿 的环境下长时间放置而逐渐形成的。保管在20~40°C左右的铜球即使在高湿度的环境下， 也无法形成这样厚的氧化膜。因此，即使使用黄色度来规定这种铜球，也难以认为对位性会 提高。本专利技术人等对于该内容进行调查，结果得到如下见解：与焊料球同样地使用黄色度来 规定是困难的。 对于保管在20~40°C左右的铜球，氧化膜的膜厚大概为40nm以下左右。此时， 铜球变色成为褐色。因此，也认为通过使用红色度来规定铜球，能够提高对位性。但是，由 于Cu原本带有红色，因此认为即使铜球因氧化膜引起变色成为褐色，也无法高精度地判定 铜球的氧化程度。本专利技术人等也针对这一点进行了调查，结果得到如下见解：即使使用红色 度来规定铜球，也无法提高铜球的对位性。 因此，本专利技术人等着眼于铜球氧化时金属光泽丧失的方面，得到如下见解：通过使 用亮度规定铜球，作为规定铜球的氧化程度的指标，来抑制铜球的润湿不良而飞跃性地提 高对位性。此外，本专利技术人等考虑到为了更准确地测定亮度而要求铜球具有高球形度，偶然 地发现如下见解：铜球的纯度为99. 995%以下时球形度提高，从而完成了本专利技术。 基于该见解而完成的专利技术的主旨如下。 (1) 一种铜球，其特征在于，其纯度为99. 995 %以下、亮度为55以上。 (2)根据上述⑴所述的铜球，其表面的氧化膜的膜厚为8nm以下。 (3)根据上述（1)或上述（2)所述的铜球，其球形度为0? 95以上。 (4)根据上述（1)~上述（3)中的任一项所述的铜球，其直径为1~1000ym。 (5) -种焊料接头，其使用了上述⑴~上述⑷中的任一项所述的铜球。【附图说明】 图1为使用纯度为99. 9%的Cu粒料而制造的铜球的SEM照片。 图2为使用纯度为99. 995%以下的Cu线而制造的铜球的SEM照片。 图3为使用纯度超过99. 995%的Cu板而制造的铜球的SEM照片。 图4为搭载有本专利技术的铜球的焊料凸块的光学显微镜照片。 图5为搭载有比较例的铜球的焊料凸块的光学显微镜照片。 图6为示出I；值与氧化膜的膜厚的关系的图表。 图7为示出b#值与氧化膜的膜厚的关系的图表。图8为示出'值与铜球的氧化膜厚的关系的图表。 图9为示出I；值与在电极上搭载了铜球后的铜球的位置偏移平均值的关系的图 表。【具体实施方式】 以下进一步详细说明本专利技术。在本说明书中，关于涉及铜球的组成的单位（ppm、 ppb、以及％ )，只要没有特别的指定，就表示相对于铜球的质量的比例（质量ppm、质量ppb、 以及质量％)。 ?亮度为55以上 本专利技术的铜球的亮度为55以上。在此，亮度是指LsW色度体系中的L#值（以 下，也简称为L#值。）。亮度为55以上时铜球的氧化膜薄，而对位性提高。通过使用C⑶照 相机等拍摄的图像来确认焊料球的缺损、位置偏移时，这些确认的精度也提高。此外，使用 激光波长计测定焊料凸块的高度偏差时，高度偏差的测定精度也提高。其结果，电子部件的 检查精度提尚且电子部件的广品成品率提尚。 亮度为低于55时，主要由Cu2O构成的厚氧化膜形成于铜球的表面，与焊膏中的软 钎料颗粒发生润湿不良而对位性降低。由于形成厚氧化膜时，铜球丧失金属光泽，因此电子 部件的检查精度劣化。此外，厚氧化膜的形成导致铜球的电导率、热导率降低。 为了更进一步提高本专利技术的铜球的效果，亮度优选为57以上、更优选为59以上。 关于亮度的上限，由于Cu原来所具有的金属光泽的亮度成为上限值，因此优选为70以下。 ?铜球的纯度为99. 995%以下 本专利技术的铜球的纯度为99. 995%以下。换言之，本专利技术的铜球的除了Cu以外的元 素（以下，适宜称为"杂质元素"。）的含量为50ppm以上。构成铜球的Cu的纯度为该范围 时，能够在熔融Cu中确保用于提高铜球的球形度的充分的量的晶核。此外，球形度提高时 亮度的测定误差降低。铜球的纯度低时球形度提高的理由如下详细说明。 制造铜球时，形成为规定形状的小片的Cu材料利用加热而熔融，熔融C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜球，其特征在于，其纯度为99.995％以下、亮度为55以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：服部贵洋，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