焊料球、钎焊接头和接合方法技术

本发明专利技术涉及焊料球、钎焊接头和接合方法。[课题]在不增加Zn的添加量的情况下比以往还更有效地抑制Cu

Solder balls, brazed joints and jointing methods

The invention relates to a solder ball, a brazed joint and a jointing method. [subject] more effective inhibition of Cu than before without increasing the amount of Zn

【技术实现步骤摘要】
焊料球、钎焊接头和接合方法
本专利技术涉及焊料球、钎焊接头和接合方法。
技术介绍
随着最近的电子部件的小型化、高密度安装化，在印刷电路基板等上安装电子部件时，使用有BGA(球栅阵列封装)、CSP(芯片尺寸封装)技术。印刷基板布线等与电子部件的接合中，配置于半导体基板、电子部件、印刷基板等上的大量电极上首先形成焊料凸块。焊料凸块在电子构件上的电极上的形成一般使用的是，将软钎料合金加工成球状的焊料球。另外，作为电子部件的软钎焊中使用的软钎料合金的组成，已知有Sn-Zn系的无铅软钎料合金。具体而言，专利文献1中公开了一种软钎料，其在Sn系软钎料中添加有0.3～3wt％的Zn。专利文献2中公开了一种连接用软钎料，其特征在于，在Sn软钎料中含有总计0.1～2wt％的Zn、Mg、Mn中的任1种或2种以上。专利文献3中公开了一种软钎焊物品，其特征在于，含有Zn0.01～5.0重量％和余量的Sn。专利文献4中公开了一种Sn-Zn系软钎料，其特征在于，包含：0.003重量％～5重量％的锌或锌化合物；和，除此之外的余量基本上为锡或锡化合物，前述锌或锌化合物在该软钎料内或表面上为类防腐蚀部。电子部件的软钎焊中使用Sn-Zn系的无铅软钎料合金的理由也如在专利文献1中记载那样，如下述。电子部件的软钎焊中，从导电性和软钎焊性等方面出发，作为被接合构件(例如电极)，主要使用有Cu或Cu合金。上述情况下，被接合构件的Cu与软钎料中的Sn发生反应，在被接合构件与软钎料的界面形成Cu6Sn5、进而形成Cu3Sn的金属间化合物。对于这些金属间化合物的层，焊料凸块在软钎焊后被施加电流、或被暴露于高温气氛时金属间化合物的层进一步变厚，从而导致软钎焊部的机械强度的降低。因此，使用将与Cu的反应性比Sn还强、且难以使金属间化合物生长的Zn添加至软钎料合金而成的Sn-Zn系软钎料，从而抑制Cu3Sn等金属间化合物的生长。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平1-262092号公报专利文献2：日本特开平2-104493号公报专利文献3：日本特开平10-193170号公报专利文献4：日本特开2006-289493号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题因而，近年来，期望车载用等各种严苛环境下也能耐受的高可靠性的软钎料合金材料。然而，专利文献1等中记载的Sn-Zn系的无铅软钎料合金中，存在无法充分满足上述各种环境下所要求的机械强度的问题。因此，本专利技术是鉴于上述课题而作出的，其目的在于，提供：比以往能实现软钎焊部的机械强度的提高的微小的焊料球、钎焊接头和接合方法。用于解决问题的方案为了解决上述课题，本专利技术人等着眼于Sn-Zn系的无铅软钎料合金的上述效果，对现有的Sn-Zn系的无铅软钎料合金进行改良，进一步开发了能抑制Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的金属间化合物(IMC)的生长的Sn-Zn系的无铅软钎料焊料球。具体而言，本专利技术人发现：对于将Sn-Zn系的无铅软钎料合金加工成球状的焊料球，在将焊料球接合前的阶段，对焊料球本身实施加热等熟化处理，在焊料球表面形成富集有Zn的氧化膜，从而在软钎焊后可以抑制形成于其与被接合构件之间的金属间化合物的生长。本专利技术如下所述。(1)一种焊料球，其特征在于，Zn为0.2～2.2质量％、余量由Sn组成，球径为0.1～120μm，L＊a＊b＊色度体系中的黄色指数(b＊)为2.70以上且9.52以下。(2)一种焊料球，其特征在于，Zn为0.2～2.2质量％、余量由Sn组成，球径为0.1～120μm，表面的氧化膜厚为1.5nm以上且10.7nm以下。(3)根据上述(1)或(2)中记载的焊料球，其特征在于，添加有如下元素中的至少1种以上的元素：0～4质量％的Ag、0～1.0质量％的Cu、总计为0～3质量％的选自Bi、In、Sb的组中的元素、总计为0～0.1质量％的选自Ni、Co、Fe、Ge、P的组中的元素。(4)根据上述(1)～(3)中的任一项中记载的焊料球，其特征在于，α射线量为0.0200cph/cm2以下。(5)一种钎焊接头，其使用有上述(1)～(4)中的任一项中记载的焊料球。(6)一种接合方法，其特征在于，具备如下工序：将上述(1)～(4)中的任一项中记载的多个焊料球配置于电极上的工序；和，用有机酸气体使配置于前述电极上的前述多个焊料球熔融的工序。专利技术的效果根据本专利技术，以Sn为主成分、且包含0.2～2.2质量％的Zn、球径为0.1～120μm的焊料球中，L＊a＊b＊色度体系中的黄色指数为2.70以上且9.52以下，因此，可以实现作为IMC的Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的生长的抑制。附图说明图1A为示出使用熟化处理后的Sn-2.0质量％Zn的焊料球进行软钎焊时的、焊料球与电极的接合界面的SEM图像。图1B为示出使用未经熟化处理的Sn-2.0质量％Zn的焊料球进行软钎焊时的、焊料球与电极的接合界面的SEM图像。具体实施方式以下边参照附图边对本专利技术的适合的实施方式详细进行说明。本专利技术的焊料球的特征在于，以Sn为主成分、且包含0.2～2.2质量％的Zn，球径为0.1～120μm，L＊a＊b＊色度体系中的黄色指数为2.70以上且9.52以下。本专利技术中焊料球在其表面具有由规定的厚度形成的氧化膜。氧化膜通过实施熟化处理而形成。作为熟化处理，可以举出大气暴露(放置)、加热处理。根据本专利技术，通过制作黄色指数为2.70以上且9.52以下的焊料球，从而能抑制接合时的Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的生长。以下中，对各构成要素详细进行说明。(1)Zn：0.2～2.2质量％焊料球中的Zn的含量为0.2～2.2质量％。通过使Zn的含量为0.2质量％以上，从而可以确保Zn为恒定量，因此，可以确实地抑制Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的生长。另外，通过使Zn的含量为2.2质量％以下，从而可以将氧化膜的生长抑制为恒定的范围，从而可以在不使软钎料的湿润性降低的情况下抑制Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的生长。即，通过使Zn的含量为上述范围，从而焊料凸块形成中，对Sn-Zn系的无铅焊料球实施熟化处理而可以使Zn在焊料球表面优先富集。由此，软钎料接合时，通过软钎料中的Sn、富集在软钎料表面的Zn和电极侧的Cu的反应，可以使Cu-Zn-Sn化合物比CuSn化合物优先形成。Cu-Zn-Sn化合物与CuSn化合物相比不易生长，因此，可以抑制Cu3Sn层和Cu-Zn(-Sn)层的生长。(2)焊料球的球径：0.1～120μm焊料球的球径为0.1～120μm。这是由于，焊料球的球径超过120μm的情况下，变得难以以细间距进行软钎焊，无法应对基板的微小化、电子部件的电极的窄间距化的要求。对于下限值，设为作为技术上能用于焊料凸块形成用的球径的极限的0.1μm以上。如此，通过使焊料球10的球径为0.1～120μm的范围，从而能应对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料球，其特征在于，/nZn为0.2～2.2质量％、余量由Sn组成，/n球径为0.1～120μm，/nL

【技术特征摘要】
20180525 JP 2018-1006171.一种焊料球，其特征在于，
Zn为0.2～2.2质量％、余量由Sn组成，
球径为0.1～120μm，
L＊a＊b＊色度体系中的黄色指数(b＊)为2.70以上且9.52以下。


2.一种焊料球，其特征在于，
Zn为0.2～2.2质量％、余量由Sn组成，
球径为0.1～120μm，
表面的氧化膜厚为1.5nm以上且10.7nm以下。


3.根据权利要求1或2所述的焊料球，其特征在于，
添加有如下元素中的至少1种以上的元素：
0～4质量％的Ag、
0～1.0质量％的Cu、

【专利技术属性】
技术研发人员：大岛大树，斋藤健夫，西崎贵洋，川中子知久，白鸟正人，鹤田加一，
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