本发明专利技术关于一种Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系无铅焊球，其在ＢＧＡ和ＣＳＰ的电极形成焊料凸起时，表面没有变成黄色（变黄），并且润湿性也优异，在焊锡接合部也未见空隙的发生，由Ａｇ：１．０～４．０质量％；Ｃｕ：０．０５～２．０质量％；Ｐ：０．０００５～０．００５质量％；剩余部由Ｓｎ组成，具体来说，对直径为０．０４～０．５ｍｍ的微小焊球有效。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种不含铅的焊球，其使用于诸如BGA(Ball Grid Array)和CSP(Chip Size Package)的表面装配元件的凸起(bump)形成。
技术介绍
以前的电子元件，以具有长导线的轴元件为主流，但是随着电子设备的小型化，因为电子元件的装载点数减少，所以出现了单列直插式组件(SIP)和双列直插式组件(DIP)和四列直插式扁平组件(QFP)等这样被多功能化了的电子元件。这些SIP和DIP和QFP分别在自身的1侧面、两侧面、或自身的四侧面，设置有短导线，与轴元件的情况比较，装配性被改善，但是，在电子元件的本身两侧面和四侧面设置的导线数和最小导线间距离有限度。最近，大多采用在电子元件的自身的里面设置电极的电子元件。这是因为电子元件的自身里面，比自身的两侧面和四侧面面积宽阔，所以导线的设置数与SIP和DIP相比明显的多，仅此就可形成多功能。所谓如此的电子元件，是在自身的里面设置有电极的BGA组件。BGA组件代表性的是在顶面安装半导体集成电路(IC)，在里面配置了一系列的电极列的电路板。在各电极上接合被称为焊料凸起的焊锡的圆块。BGA组件，是例如通过与各焊料凸起对应的导电性焊盘接触，如此而置于印制电路板之上，接着加热使焊料凸起熔化，而被焊接于焊盘。各焊料凸起形成微小焊锡接合部，由此将BGA组件机械且电地互相连接于焊盘配线板。使用焊料凸起，有大量的均一的焊锡接合部能够同时形成全部BGA组件的电极这样的优点。BGA组件有非常多的尺寸和结构。BGA组件与电路板上的集成电路芯片为大体相同程度的平面尺寸时，其叫作CSP(chip scale package)。BAG组件含大量的IC芯片时，其叫作MCM(multichip module多片组件)。为了在如此的BGA上形成焊料凸起，有各种方法，一般的方法是采用焊球的方法。因为焊球为固定量，而且是易于供给于电路板上的适当位置的球状，所以在BGA的凸起处形成中是最佳的形状。目前使用于现有的BGA的凸起处形成用的焊球，为Pb和Sn的合金。因为该Pb-Sn合金的焊锡为Pb-63％Sn的共晶组成，不但熔点为183℃这样的不会使电子元件热损伤的适当温度，而且对于BGA的电极和印刷电路板的焊盘的润湿性优异，所以有着焊接不良少这样的优异特长。然而，近年来，被指出有铅公害的Pb-Sn的焊球的使用成为问题。即由Pb-Sn焊锡焊接的电子设备故障老化时被废弃处理。该电子设备，被废弃时其一部分被再利用，也就是再循环。例如，外壳的塑料和框架的金属，还有电子设备的贵金属通常被回收。但是，附着了焊锡的印刷电路板被粉碎填埋处理。因此，若酸雨接触到此被填埋处理的印刷电路板，则焊锡包含Pb-Sn焊锡这样的Pb成分时，焊锡中的该Pb成分溶出，其混入到地下水。若人或者生物长年累月饮用这些含Pb成分的地下水，则Pb在体内被积蓄引起所说的铅中毒。因此最近以来，为了避免由于使用含铅焊锡而导致的这些环境·健康问题，在电子工业领域中，完全不含铅，所谓“无铅焊锡”正在被正在被使用。无铅焊锡的最具代表性的，是以Sn作为主成分的Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Bi系、Sn-Zn系，和在这些之中另外适度添加了Ag、Cu、Zn、In、Ni、Cr、Fe、Co、Ge、P、Ga等。作为这些无铅焊锡有各种的系，不过各有利弊，根据用途而分别使用。在Sn-Ag系添加了Cu的无铅焊锡，本专利技术申请人已经作为日本专利第3,027,441号获得专利。因为在该组成中，Sn-3Ag-0.5Cu焊接性、接合强度、耐热疲劳性等的特性均优异，所以现在被使用于很多的电子设备的焊接，并且也被作为用于形成BGA的凸起的焊球使用。目前将Sn-Ag-Cu系无铅焊锡作为焊球时，在焊球的表面有凹凸生成，此凹凸在焊球装载时，阻碍光滑的滚动，成为在装载装置的供给不良的原因。因此，为了去除Sn-Ag-Cu系无铅焊锡的表面的凹凸，在特开2002-57177号公报中开示了一种，从Ge、Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、Bi、Sb、In中选择一种以上，将其以0.006～0.1质量％添加到Sn-Ag-Cu系的无铅焊球。上述公报所开示的焊球，因为在表面没有凹凸，所以能够起到对焊球的供给不造成障碍这样的效果。该焊球还具有接合强度高这样的特长。根据上述公报的记载，Ge对于耐氧化性进一步提高有效，还有Ni、P、Mn、Au、Pd、Pt、S、In有提高熔点低下和接合强度的效果，而且还有Sb有使强度提高的效果。
技术实现思路
那么在BGA中，通过装载装置将焊球装载于BGA上，不过是在装载装置中通过用吸附夹具吸附焊球，使此吸附夹具在BGA上的规定的位置移动，然后通过释放焊球装载于BGA的电极。将装载了焊球的BGA电路板用软熔(reflow)炉加热，熔化焊球，形成焊料凸起。因为在BGA中即使一处焊球未被装载，昂贵的BGA组件也会全部不良，所以如上述这样在用软熔炉加热而形成焊料凸起后，要以图像识别装置检测其底面，以确认焊料凸起的有无。图像识别装置，由于是从焊料凸起表面由反射光判断，所以若焊球的表面变为黄色(以下，称为变黄)，则反射率降低，使用图像识别装置的焊料凸起的有无的判断会产生错误。就是说，在以软熔炉加热时的焊料凸起表面的变黄不为优选。另外根据一直以来的知识认为，由于加热的变黄也是金属的劣化的指标。从这一点出发，变黄不为优选。特开2002-57177号公报开示的焊球，因为表面的凹凸被改善，所以易于供给到BGA，具有焊接后的接合强度提高这样的效果。然而在这种焊球中，要求焊接性，即对于BGA的电极和印刷电路板的焊盘所需的润湿性进一步改善。另外，如此的焊球，在大一点的焊球，例如直径比0.5mm大的焊球中具有高接合强度。这是由于焊锡自身的接合强度强。然而，特别是若此焊球直径为0.5mm以下，则接合强度变弱。此外在长期的使用后，可见一部分的凸起处剥离，这也被要求改善。于是，本专利技术的目的在于，提出一种即使直径小接合强度也优异，不出现变黄，并且发挥长期的接合可靠性的焊球。本专利技术者们为了开发这种特性改善的的焊球，反复进行各种研究的结果是得出如下结论，完成了本专利技术。(1)直径小的焊球接合强度变弱的原因，是因为在焊锡和电子元件的电极间有空隙发生时，对于焊锡接合部空隙所占的比率大。就是说，焊接时，在焊锡接合部发生的空隙，不论焊接部的大小，因为是大致相同的大小，所以焊接部大的空隙占据的比率就小，在空隙以外的部分的接合部能够保持充分强度。然而，在焊接部小的地方空隙的占据的比率变大，因为实际上焊锡和电极接合的面积变小，所以焊锡接合强度变弱。(2)本专利技术者们进一步对Sn-Ag-Cu-P系无铅焊锡的润湿性和空隙进行了研究，判明了对于润湿性和空隙P有很大的影响。即，在Sn-Ag-Cu-P系无铅焊锡中，若P的添加量过多，则破坏焊接性，从而使空隙发生。然而，P对于变黄防止有效，在Sn-Ag-Cu-P系无铅焊球中不能完全去除P。于是，本专利技术者们在这样的焊球中，发现了不会对润湿性和空隙发生造成影响，而且对变黄防止有效的这种P的添加量。(3)作为焊锡的性能最被重视的是接合可靠性。由于来自接合界面的凸起处剥离立刻会带来导通问题，所以比焊锡强度更受重视。在P的上述的范围内的微量添加中，进一步发现了出人意料地还有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无铅焊球，其特征在于，具有由如下构成的合金组成：Ａｇ：１．０～４．０质量％；Ｃｕ：０．０５～２．０质量％；Ｐ：０．０００５～０．００５质量％；剩余部为Ｓｎ。
【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：相马大辅，六本木贵弘，冈田弘史，川又大海，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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