(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＧＡやＣＳＰ用のモジュール基板の裏面に電極として用いられるはんだボールであって、該はんだボールは、実装基板に設けられたソルダペーストと融合することにより前記モジュール基板と実装基板とを接合するためのもので、Ａｇ１．６〜２．９質量％、Ｃｕ０．７〜０．８質量％、Ｎｉ０．０５〜０．０８質量％、残部Ｓｎからなるはんだ組成の鉛フリーはんだボール。
【請求項２】
前記はんだ組成が、Ａｇ１．９〜２．３質量％、Ｃｕ０．７〜０．８質量％、Ｎｉ０．０５〜０．０８質量％、残部Ｓｎからなる、請求項１記載の鉛フリーはんだボール。
【請求項３】
前記はんだ組成が、さらに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔから選択される元素１種以上を、合計で０．００３〜０．１質量％含有することを特徴とする請求項１または２記載のはんだボール。
【請求項４】
前記はんだ組成が、さらに、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐ、Ｇｅから選択される元素１種以上を、合計で０．００３〜０．１質量％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のはんだボール。
【請求項５】
前記はんだボールは、直径が０．１ｍｍ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の鉛フリーはんだボール。
【請求項６】
前記はんだボールは、直径が０．３ｍｍ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の鉛フリーはんだボール。
【請求項７】
前記はんだボールは、直径が０．５ｍｍ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の鉛フリーはんだボール。
【請求項８】
実装基板に設けられたソルダペーストと、ＢＧＡ又はＣＳＰに電極として用いられた請求項１〜７のいずれかに記載のはんだボールとを融合させることにより、前記ＢＧＡ又はＣＳＰを実装基板に接合する実装基板のはんだ付け方法。
【請求項９】
前記鉛フリーはんだボールにおいて、温度１１０℃、湿度８５％、時間２４ｈｒの時効処理したボールを、ソルダペーストを印刷した電極パターンに搭載して、２２０℃以上４０秒、ピーク温度２４５℃の条件でリフローを行い、顕微鏡を用いてはんだボールとソルダぺーストの未融合数を計測する未融合試験における未融合発生数が０である、請求項１〜７のいずれかに記載の鉛フリーはんだボール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体などの電子部品の電極に用いる鉛フリーはんだボールに関する。
特に、未融合による不具合が少ない、鉛フリーはんだボールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電子機器の小型化、電気信号の高速化等から、電子機器に使用される電子部品も小型化、多機能化されている。小型化、多機能化された電子部品としては、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＭＣＭ （Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）（以下代表してＢＧＡという）がある。ＢＧＡは、ＢＧＡ基板の裏面に電極として基板目状位置に設置される。
ＢＧＡをプリント基板に実装するためには、ＢＧＡの電極とプリント基板のランドをはんだで接合するが、電極毎にはんだを供給してはんだ付けするのでは多大な手間がかかり、また、基板の中程にある電極は外部からはんだを供給することはできない。そこで、あらかじめＢＧＡの電極にはんだを盛り付けておく方法が用いられている。これをはんだバンプの形成という。【０００３】
ＢＧＡのはんだバンプ形成には、はんだボール、ソルダペースト等を使用する。はんだボールではんだバンプを形成する場合には、ＢＧＡの電極に粘着性のフラックスを塗布して、フラックスが塗布された電極上にはんだボールを載置する。その後、そのＢＧＡ基板をリフロー炉などの加熱装置で加熱して、はんだボールを溶融することにより、電極上にはんだバンプを形成する。尚、ＢＧＡ基板などの半導体基板を総称してモジュール基板という。
また、ソルダペーストでウエハーのランドにはんだバンプを形成する場合には、ウエハーのランドと一致した箇所にランドと同じ程度の穴が穿設されたメタルマスクを置き、メタルマスクの上からソルダペーストをスキージで掻きならして、ウエハーのランドにソルダペーストを印刷塗布する。その後、ウエハーをリフロー炉で加熱して、ソルダペーストを溶融させることにより、はんだバンプを形成する。【０００４】
ところで、従来のＢＧＡでは、はんだバンプ形成用としてＳｎ−Ｐｂ合金のはんだボールを用いていた。このＳｎ−Ｐｂはんだボールは、ＢＧＡの電極に対するはんだ付け性に優れているばかりでなく、特にＳｎ−Ｐｂの共晶組成は、はんだ付け時にＢＧＡやプリント基板等に熱影響を与えない融点を有する。しかも、柔らかいＰｂを有しているため、使用した電子部品や電子機器等が落下しても衝撃を吸収し、電子部品や電子機器等の寿命に大きな貢献をしていた。現在、世界的規模でＰｂの使用が規制されるようになってきており、従来のはんだ付けで使用されてきたＳｎ−Ｐｂの共晶組成も規制されてきている。【０００５】
従来、ＢＧＡ用のＰｂフリーはんだボールの組成としては、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５ＣｕやＳｎ−４．０Ａｇ−０．５ＣｕなどのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ合金が用いられてきた。これらのＰｂフリーはんだ合金は耐熱疲労性に優れているが、これらのはんだ合金組成のはんだボールを用いた携帯電子機器は落下した時、はんだボール接続界面から剥離する界面剥離が発生し易いため耐落下衝撃性に劣る。この耐落下衝撃性を改善するため、Ｎｉを加えたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系のはんだ合金が開発された。【０００６】
しかし、これらのはんだボールに用いられるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系のはんだ組成は、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだと比較してぬれ性が悪いため、ＢＧＡをプリント基板にソルダペーストを用いて搭載する時に、溶融したはんだボールのはんだ成分とソルダペーストのはんだ成分が完全に混ざり合わずに、はんだボールとソルダペーストの間にＳｎの酸化皮膜の層が現れる「未融合」という現象が発生することが問題となっている。未融合現象の一例として、ＢＧＡとプリント基板の接合例を図１に示す。ＢＧＡ部品１と実装基板２を接合するはんだバンプ３は融合しているが、はんだバンプ４は未融合が生じている。図２は、実装加熱後の未融合現象が生じたはんだボール５とはんだペースト６からなるはんだバンプである。図２を拡大した図３で確認できる未融合が生じた接合部７は、単に接触しているだけであるため、外的衝撃が加わると簡単に接合部が破壊される。そして、未融合が発生すると、ＢＧＡを搭載した電子機器に落下などの外的衝撃が加わると故障し易くなる。【０００７】
未融合による不具合を防止するために、電子機器の製造メーカーは電子機器の抵抗値を測定するなどの方法で、未融合が発生した接合を事前に検査することで、未融合が発生したプリント基板を修正または交換して故障を未然に防止している。
出願人は、ＢＧＡのようなモジュールとプリント基板の接合時に発生する未融合の解決法として、ＢＧＡ等モジュールの電極部にポストフラックスを塗布する方法（ＷＯ２００６−１３４８９１Ａ公報、特許文献１）を開示している。【０００８】
ＢＧＡ等用のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系のはんだボールの組成としては、(1) Ａｇ: 0.8〜2.0％、(2) Ｃｕ: 0.05〜0.3％、ならびに (3) In: 0.01％以上、0.1％未満、Ｎｉ: 0.01〜0.04％、Co: 0.01〜0.05％、およびPt: 0.01〜0.1％から選ばれた1種もしくは2種以上、残部Ｓｎからなる鉛フリーはんだ合金（ＷＯ２００６／１２９７１３Ａ公報、特許文献２）、Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜１．５質量％を含み、残部Ｓｎ及び不可避不純物からなることを特徴とする無鉛ハンダ合金。更にＳｂ：０．００５〜１．５質量％、Ｚｎ：０．０５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜１．５質量％、Ｆｅ：０．００５〜０．５質量％の１種又は２種以上を含み、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量が１．５質量％以下である無鉛ハンダ合金（特開２００２−２３９７８０号公報、特許文献３）、ｍａｓｓ％で、０．１〜１．５％のＡｇと、０．５〜０．７５％のＣｕと、１２．５≦Ｃｕ／Ｎｉ≦１００の関係を満たすＮｉと、残部Ｓｎ及び不可避的不純物からなる鉛フリーはんだ合金（ＷＯ２００７／０８１００６Ａ公報、特許文献４）、Ａｇ：１．０〜２．０質量％、Ｃｕ：０．３〜１．０質量％、Ｎｉ：０．００５〜０．１０質量％を含有し、残部Ｓｎ及び不可避不純物からなる鉛フリーはんだ合金（ＷＯ２００７／１０２５８８Ａ公報、特許文献５）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１３４８９１Ａ公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／１２９７１３Ａ公報
【特許文献３】特開２００２−２３９７８０号公報
【特許文献４】ＷＯ２００７／０８１００６Ａ公報
【特許文献５】ＷＯ２００７／１０２５８８Ａ公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＢＧＡ等を使用した実装においては、はんだ合金粉末、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金粉末とフラックスからなるソルダペーストを実装基板に印刷し、ＢＧＡ等にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ合金バンプが形成された電子部品を搭載し、加熱溶解することで、はんだ付けを行う工程が一般的である。最近、この工程において、はんだ合金の融点を十分に超えた温度で実装しても、ＢＧＡ等のモジュール基板のはんだバンプとソルダペースト、或いは、リード部品とソルダペーストが融合せず、導通不良を引き起こすという「未融合」現象が問題となっている。未融合は、導通不良を引き起こすことは言うまでも無く、電子機器製品として機能を満たさないことに繋がり、場合によっては、市場クレームにまで発展する可能性がある。モジュールとプリント基板とのはんだ付けは、プリント基板と反りの少ないチップ部品とのはんだ付けと違い、モジュールとプリント基板共にリフローによる加熱で大きな反りの発生することが特徴である。この現象は、部品電極が鉛フリー化する以前にも確認されているが、部品電極の鉛フリー化で発生が多く確認されているので、今後主流となる鉛フリーはんだ電極での対策が急務となっていた。【００１１】
未融合現象は、ＢＧＡ等モジュールのはんだバンプ表面に対する腐食の影響や、基板や部品の反りが主要因として作用している。特に、はんだバンプ表面が、バンプ形成時に使用するフラックスの洗浄不良、部品が高温高湿下に曝された場合等は、バンプ表面に強固な酸化皮膜を生じる。本来、この表面酸化皮膜を清浄化する役割を担うのが、表面実装工法でプリント基板に印刷されるソルダペースト中のフラックスである。しかし、前述のような表面酸化皮膜が強固で、表面が還元しづらい状態に加えて、加熱実装時に基板や部品の反りが生じた場合、印刷したソルダペーストと部品のはんだバンプが離れてしまうこともあり、未融合発生の可能性が高まる。その発生率は、市場報告ではｐｐｍレベルと言われているのに対して、実験的にボール表面を腐食させる高温高湿に曝した場合には、５０〜７０％のレベルにも上昇することが確認されている。【００１２】
今回本発明者らは、未融合の原因として、前述した原因以外にはんだボールの組成によるはんだ内部に形成する化合物、Ｃｕ６Ｓｎ５または(Ｃｕ、Ｎｉ)６Ｓｎ５が影響していることを見い出した。はんだボールが接合された部品を実装基板に搭載する際、ソルダペーストが印刷塗布された実装基板に対して、ＢＧＡなどのモジュールのはんだボールが接合されている電極側は下向きにして搭載が行われる。その後加熱が行われ、ソルダペーストの溶融とともにはんだボールも溶融し融合に至る。しかし、はんだボールボール内部に形成する化合物Ｃｕ６Ｓｎ５または(Ｃｕ、Ｎｉ)６Ｓｎ５が多く生成する場合、はんだボール溶融時に化合物がボール内部を沈降し、バンプ最表面付近に析出する現象が発生する。この現象により、ペーストとの融合を阻害し未融合を引き起こす要因になっていることが判る。（図３）【００１３】
未融合対策としては、部品や実装基板に生じる反りを皆無にすること、ソルダペーストの活性を高めることなどが考えられる。しかし、現在の技術では、基板の反りを無くすことは現実的に不可能であり、ソルダペースト中フラックスの活性化は、はんだ粉末との反応を促進するため、経時的変化の面からペースト信頼性を損なう恐れがあるため困難であり、効果的な融合不良の対策は無かった。そのため、工程が増加してコストアップに繋がってしまうが、特許文献１のような方法で未融合を解消することが一般的であった。
本発明が解決する課題は、特許文献１のような工程が増加する方法を取らずに、はんだボールの組成のみで、未融合を解消できる方法を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、未融合の原因がはんだボールの落下衝撃改善のために添加したＮｉが、ＳｎとＣｕと金属間化合物を形成して、はんだボール表面に析出することで、はんだボールのはんだ成分とソルダペーストとはんだ成分とが混じり合うのを妨害していることが原因であると見出した。また、はんだボールのぬれ性もソルダペーストとの未融合現象に起因しており、Ａｇ量低減に伴うぬれ性低下も未融合現象が発生する一端を担っている。
そこで、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕにＮｉを含む４元合金において、ＳｎとＣｕとＮｉの量をある範囲に設定することで、ＳｎとＣｕとＮｉの金属間化合物の生成量を抑制し、はんだボール表面に析出する化合物を少なくすることに加え、ソルダペーストとの融合に十分なぬれ性を発揮することで未融合を劇的に低減できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、ＢＧＡやＣＳＰ用のモジュール基板の裏面に電極用として設置されるはんだボールであって、Ａｇ１．６〜２．９質量％、Ｃｕ０．７〜０．８質量％、Ｎｉ０．０５〜０．０８質量％、残部Ｓｎからなるはんだ組成の鉛フリーはんだボールである。【００１５】
はんだボールの熱疲労特性を向上させるためには、はんだ中にＡｇやＣｕやＮｉを添加することによってＳｎとＡｇ、ＳｎとＣｕとＮｉなどの金属間化合物を形成して、その金属間化合物が網目状にネットワークを形成することによって、強固なはんだ合金を形成する。また、耐落下衝撃性を高めるには、特許文献４のように硬いＡｇの含有量を低減する代わりにＮｉを添加する方法が取られている。しかし、強度を高めるために添加したＮｉは、Ｃｕと金属間化合物を形成し易いために容易に化合物となり、はんだボール表面に析出して、はんだボールのぬれ性を悪くする。このはんだボール表面に発生したぬれ性が悪い部分は、プリント基板に搭載させてソルダペーストと共に加熱しても、リフローの加熱時間内ではソルダペーストとなじまず、境界線が現れたまま固まる。これが未融合である。
【００１６】
本出願人は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ組成のはんだ合金において、はんだボール表面に析出するＮｉ化合物の量を少なくするために、Ｎｉと反応するＣｕの量を少なくすればＳｎとＣｕとＮｉの金属間化合物がはんだボール表面に析出しないことに注目した。しかし、Ｃｕ量を少なくすると、Ｃｕ電極とのはんだ付けでは耐落下衝撃性が低下する。そこで出願人は、はんだ合金中に添加したＣｕの量を共晶点付近である０．７５質量％近辺に設定することにより、ネットワーク形成によるＣｕの消費とＣｕとＮｉの化合物形成によるＣｕの消費とが釣り合い、ＣｕとＮｉの化合物がはんだボール表面に多く析出しなくなり、未融合が発生しなくなることを見い出した。
すなわち、はんだボール組成中に１．６〜２．９質量％のＡｇと０．７〜０．８質量％のＣｕと０．０５〜０．０８質量％のＮｉの４元合金組成にすることで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの金属間化合物のネットワークと、それに消費されて低減したＣｕとＮｉが反応したＣｕ−Ｎｉの金属間化合物が存在するので、ＣｕとＮｉが優先的に反応せずに、はんだボール表面にＣｕとＮｉの金属間化合物がはんだボール表面に析出することもない。そのため、プリント基板とソルダペーストではんだ付けしても良好なぬれ性を示し、未融合が発生することはない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のはんだボールは、はんだボール表面にぬれ性の悪いＳｎとＣｕとＮｉの金属間化合物が析出していないので、良好なはんだ付けが可能で、プリント基板とソルダペーストを用いてはんだ付けしても、未融合を起こすことがない良好なはんだ付けが可能である。
また、本発明のはんだボールはＣｕ電極とＮｉ電極の双方のはんだ付けにおいて耐熱疲労性及び耐落下衝撃性の両方に優れたＢＧＡ等の電極とプリント基板とのはんだ接合を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＢＧＡとプリント基板の接合例
【図２】図１の４の拡大図
【図３】図２のはんだボールとソルダペースト接合界面の未融合発生を示す図
【図４】表１の実施例２のＢＧＡ側電極を示す図
【図５】表１の引用例６のＢＧＡ側電極を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の未融合が発生せず、耐熱疲労性及び耐落下衝撃性の両方に優れたはんだボールは、下面電極を有するＢＧＡ等のパッケージ部品へのバンプ形成に用いるのが好ましい。
【００２０】
本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金で、Ａｇの含有量が１．６質量％未満では、はんだボールのぬれ性が低下してしまうことにより、ソルダペーストへの濡れも劣り融合性が悪くなり、未融合が発生しやすくなる。また、Ａｇの含有量が１．６質量％未満では、はんだの強度が低下し、耐熱疲労性が悪くなる。Ａｇの含有量が２．９質量％を越えると、はんだボールが硬くなり、耐落下衝撃性が悪くなる。したがって、本発明のはんだボール用の合金は、Ａｇの含有量が１．６〜２．９質量％が良い。より好ましくは１．９〜２．３質量％である。
【００２１】
本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金は、Ｃｕの含有量が０．７質量％未満では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの共晶点から離れるので、Ｃｕ電極に用いたときにＣｕ電極からはんだ中にＣｕが拡散することで、Ｃｕ電極界面にＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物層が厚くなり、耐落下衝撃性が悪くなる。
次に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金のＣｕの含有量が０．８質量％を越えると
はんだボール中のＣｕとＮｉの金属間化合物量が増加して、はんだボール表面にＣｕとＮｉの金属間化合物量が析出するため、未融合が多くなる。また、Ｃｕの含有量が０．８質量％を越えるとＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの共晶点から離れるので、はんだ合金とＣｕ電極との反応層中にＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物ができ易くなり、結果としてＣｕ電極とはんだ接合部界面に形成されるＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物が厚くなる。
したがって、本発明の未融合が発生せず耐落下衝撃性に優れたはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金に含有されるＣｕの含有量は０．７〜０．８質量%でなければならない。
【００２２】
本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金は、Ｎｉの含有量が０．０５質量％未満では、耐落下衝撃性が悪くなる。さらに、Ｎｉの含有量が０．０５質量％未満では、Ｎｉを添加した効果が現れずにＮｉ電極からＮｉが拡散しやすくなり、界面に金属間化合物が形成され易くなるので、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金中のＮｉの含有量は、０．０５質量％以上でなければならない。
同様に、Ｎｉの含有量が０．０８質量％を越えると、はんだボール中のＳｎとＣｕとＮｉの金属間化合物量が増加するので、はんだボール表面にＳｎとＣｕとＮｉの金属間化合物量が析出するため、未融合発生率が高くなる。さらに、Ｎｉの含有量が０．０８質量％を越えると、接合界面に形成する金属間化合物中のＮｉ濃度が上昇し接合強度が低下してしまう他、はんだ硬度の上昇が伴うため衝撃が負荷された場合、界面剥離が発生しやすくなる。
そのため、本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金中のＮｉの含有量は０．０５〜０．０８質量％である必要がある。
【００２３】
本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金に、さらにＦｅ、Ｃｏ、Ｐｔから選択される元素１種以上を合計で０．００３〜０．１質量％添加しても良い。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ元素のはんだボール用の合金への添加は、接合界面に形成する金属間化合物層を微細化し、厚みを抑制するため、落下改善の効果がある。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔから選択される元素が０．００３質量％未満では上記の効果が極めて得られにくく、０．１質量％を越えて添加するとはんだバンプ硬度が上昇し衝撃に対し界面剥離が発生するという弊害が現れる。
【００２４】
本発明のはんだボールのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系はんだ合金に、さらにＢｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐ、Ｇｅから選択される元素を１種以上を合計で０．００３〜０．１質量％添加しても良い。はんだボールはモジュール基板に搭載された後、画像認識によってはんだ付けされているか否かの判定が行われる。もし、はんだボールに黄色などの変色があると、画像認識において不具合と判定される。そのため、はんだボールはリフローで変色されない方がよい。Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐ、Ｇｅの添加による効果は、熱などによる変色を防止することで、バンプ品質検査におけるエラーを回避することができる。Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐ、Ｇｅから選択される元素が、０．００３質量％未満では上記の効果が極めて得られにくく、０．１質量％を越えて添加するとはんだバンプの硬度が増し、落下改善効果が損なわれる恐れがある。
【００２５】
本発明のはんだボールは電極用として使用される。はんだボールの直径は、０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上である。近年では電子機器の小型化が進み、電子部品に搭載されるはんだボールも微細化し続けている。フリップチップの接合には０．１mm以下のはんだボールが汎用的に使用されており、本発明はんだボールのような、フリップチップを内蔵するＢＧＡやＣＳＰを対象とした電極用はんだボールは０．１ｍｍ以上が主流となっている。
【実施例】
【００２６】
表１の組成のはんだ合金を作り、気中造球法で直径０．３ｍｍのはんだボールを作製した。このはんだボールを用いて、未融合、そして熱疲労試験と落下衝撃試験を評価した。【００２７】
【表１】
0005633837.tif 000002
【００２８】
１．未融合の発生数評価は以下の手順で行った。作製した各組成のはんだボールを温度１１０℃、湿度８５％、時間２４ｈｒの時効処理を施した。サイズ３６×５０ｍｍ、厚み１．２ｍｍガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）にソルダペーストで電極パターンに従い印刷を行い、時効処理を施したはんだボールを搭載して、２２０℃以上４０秒、ピーク温度２４５℃の条件でリフローを行った。顕微鏡を用いて、はんだボールとソルダペーストの未融合数を計測した。
【００２９】
２．次に、熱疲労試験と落下衝撃試験は以下の手順で実施した。作製した各組成のはんだボールをサイズ１２×１２ｍｍのＣＳＰ用のモジュール基板に、千住金属工業株式会社製フラックスＷＦ−６４００を用いてリフローはんだ付けをし、各組成のはんだを電極用として用いたＣＳＰを作製した。【００３０】
３．サイズ３０Ｘ１２０ｍｍ、厚み０．８ｍｍのガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）にソルダペーストで電極パターンに従い印刷して、２で作製したＣＳＰを搭載して、２２０℃以上４０秒、ピーク温度２４５℃の条件でリフローを行い、評価基板を作製した。
【００３１】
４．熱疲労試験は次の条件で実施した。３で作製した評価基板を用い、直列回路により抵抗を常時測定した。エスペック製冷熱衝撃装置ＴＳＡ１０１ＬＡを用いて−４０℃、＋１２５℃の環境下でそれぞれ１０分を繰り返し負荷させ、抵抗値が１５Ωを超えた時点を破断とみなし、熱疲労サイクル回数を記録した。
【００３２】
５．落下衝撃においても熱疲労試験と同様の評価基板を用い、次の条件で落下衝撃試験を実施した。試験方法は、評価基板を台座から１０ｍｍ浮かせた位置に専用治具を用いて基板両端を固定させた。ＪＥＤＥＣ規格に則り、加速度１５００Ｇの衝撃を繰り返し加え、初期抵抗値から１．５倍上昇した時点を破断とみなし、落下回数を記録した。【００３３】
表１の実施例２は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉの含有量が最適値の範囲内であるため、未融合、耐熱疲労性、耐落下衝撃性の全てにおいて優れた結果が出ている。図４は実施例２の接合界面化合物層であり、ＢＧＡ電極９とはんだボール５の接合部には、Ｃｕ６Ｓｎ５の金属間化合物層が薄く形成されていることがわかる。【００３４】
比較例１、４、１１におけるＡｇ含有量が２．９質量％を超えて含有するはんだボール合金組成は、熱疲労や未融合に対しては改善効果を発揮するものの、落下衝撃に対するＡｇ含有量の最適が得られていないため耐性が得られず、落下回数が２０回を下回り改善として十分ではない。【００３５】
また、比較例２、３、９、１０については、Ａｇ含有量が１．６質量％を下回るため、熱疲労への耐性が失われサイクル回数が１５００回に到達しない。Ａｇ含有量不足によるぬれ性低下も起因し未融合発生数が１０を超え、抑制効果を失う結果が得られている。【００３６】
さらに、比較例５、６、７、８は、最適なＡｇ含有量を選択しているものの、ＣｕとＮｉ含有量の最適化が図れていないため、未融合や落下衝撃への改善効果を兼ね備える結果ではない。図５は比較例６の接合界面化合物層であり、Ｃｕ６Ｓｎ５の金属間化合物層が厚く形成されていることがわかる。【００３７】
結論として、１．６〜２．９Ａｇ質量％、０．７〜０．８Ｃｕ質量％、０．０５〜０．０８Ｎｉ質量％、残部Ｓｎからなるはんだ組成において、未融合を抑制し、且つ、熱疲労と落下衝撃のいずれにも兼ね備えたはんだ合金が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明により、未融合抑制の効果があり、Ｃｕ電極（Ｃｕ−ＯＳＰ電極、Ｃｕ上に水溶性フラックスを塗布したもの）においても、Ｎｉ電極（電解Ｎｉ／Ａｕ電極、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ電極）においても、耐熱疲労性と耐落下衝撃性の両方に優れた電極用はんだボールが提供される。未融合を抑制することによって製造上の初期不良の低減につながる。また、これまでは製品の要求特性に応じてはんだ組成を選択する必要が生じていたが、落下衝撃と熱疲労の両特性の耐性を持たせることで、携帯機器からパソコン機器、車載といった幅広い分野と、現在急速な発展を遂げているモバイルＰＣといった新規分野への展開も可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１      ＢＧＡ部品
２      実装基板
３      はんだバンプ  融合
４      はんだバンプ  未融合
５      実装加熱後のはんだボール
６      実装加熱後のソルダペースト
７      未融合箇所
８      融合阻害要因の化合物
９      ＢＧＡ側電極
１０    Ｃｕ６Ｓｎ５の金属間化合物層
【図１】
0005633837.tif 000003
【図２】
0005633837.tif 000004
【図３】
0005633837.tif 000005
【図４】
0005633837.tif 000006
【図５】
0005633837.tif 000007