(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）のうち少なくとも１種を０．１〜３．０重量％、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を３．０重量％以下、及び残部がＡｕ及び不可避不純物からなることを特徴とするバンプ用金合金ボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップ搭載用バンプ用金合金ボールに関し、詳しくはＩＣチップとプリント配線板やＩＣチップ搭載用パッケージをフリップチップ接合するに際して用いて好適なバンプ用金合金ボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップをプリント配線板やＩＣチップ搭載用パッケージに搭載する形態として、ＩＣチップの回路面を下方にした状態でＩＣチップの回路と例えばプリント配線板上の電極部とをボール状バンプを介して接続する方法が知られている。
図１は前記接続方法の一例を示す説明図である。図１において１はＩＣチップ、２はＩＣチップ上の電極、３はバンプボール、４はプリント配線板、５はプリント配線板上の電極、６は封止樹脂である。
【０００３】
まず、（ａ）図において、所定の回路部（図示省略）を備えたＩＣチップ１の一方の面（図ａでは下面）の必要箇所に電極２を設けて、該電極にバンプボール３を接合する。次いで、（ｂ）図はプリント配線板４の一面（図ｂでは上面）のＩＣチップ上の電極２と対応して、電極５を設ける。次いで（ｃ）図に示すように、ＩＣチップ１上の電極２とプリント配線板４上の電極５をバンプボール３を介してフリップチップ接合する。次に接合面に封止樹脂６が施される。
【０００４】
従来から、上記の接続方法に使用されるバンプボールとして、その耐蝕性の良い利点から９９．９９重量％以上の高純度金ボールが使用されていた。
しかしながら、高純度金ボールでは十分な接合強度が得られない為、高純度金に添加元素を加えて対応する事が提案されている。例えば、特開平７−２８３２２７号には、９９．９９９重量％の金にＰｔ又はＩｎを０．００１〜０．０５重量％含有させて接合強度の向上を計る事が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示したようなＩＣチップとプリント配線板等を直接接合するバンプ用金合金ボールとしては、真球度が良いこと、ボール内のピンホールが小さい事、及び接合後長時間高温に放置した後（以下高温放置後という）の材料の劣化が小さい事が要求される。
【０００６】
真球度が悪いとＩＣチップが傾斜して搭載されて熱影響の負担にばらつきが生じてくる為、真球度の良いものが求められる。またボール内に大きなピンホールが発生するとフリップチップ接合した際、やはりＩＣチップが傾斜して搭載されたり、接合強度に問題が生じてくるためボール内のピンホールは小さいものが求められる。また高温放置後の材料の劣化が大きいと、電気抵抗が増加し、半導体装置の信頼性に問題が生じてくる可能性がある為、高温放置後の電気抵抗の増加が小さいものが求められる。
【０００７】
しかしながら、上記の従来の高純度金に添加元素を加えた金合金ボールでは、ボールの真球度を保ったまま、高温放置後の材料の劣化を小さく抑える点で不十分であるという欠点を有している。
本発明は、前述の事情に鑑みなされたものであり、バンプ用金合金ボールとして真球度が良く、ボール内のピンホールが小さく、高温放置後の材料の劣化即ち電気抵抗の増加が小さいバンプ用金合金ボールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意検討を行った結果、バンプ用金合金ボールの組成をＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を０．１〜０．３重量％、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のうち少なくとも１種を３．０重量％以下、及び残部がＡｕ及び不可避不純物からなるようにすることにより、前記課題に対して効果的であることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する金地金は、少なくとも９９．９９重量％以上、好ましくは９９．９９９重量％以上の高純度金を用いる。
このような高純度金に０．１〜３．０重量％のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を含有した組成にすることにより、前記課題を達成する事が出来る。Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．１重量％未満では０．１重量％以上と対比して、高温放置後の電気抵抗の増加が大きくなる。一方、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が３．０重量％を超えると金ボールの真球度が悪くなると共に、金ボール内に大きなピンホールが発生し易くなる。
【００１１】
さらにＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．５〜２．０重量％であると、ボールの真球度を良好に維持しつつ、ボール内のピンホールも小さく、高温放置後の電気抵抗の増加を小さく抑制する事が出来る効果が一段と向上してくる。この為、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量は０．５〜２．０重量％であることが好ましい。
【００１２】
高純度金に上記所定量のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を含有することに加えて、３．０重量％以下のＡｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種を含有しても、所定量のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種のみを含有した組成と同様の効果を得る事が出来る。Ａｇ，Ｃｕは添加しなくてもよく、また添加するときの下限は特に限定されないが、しかし、Ａｇ，Ｃｕを添加する場合、実用的には０．０１重量％以上とされる。
【００１３】
また、本発明においてはＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．５〜２．０重量％になると、３．０重量％以下のＡｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種が共存した場合にも、ボールの真球度を良好に維持しつつ、ボール内のピンホールも小さく、高温放置後の電気抵抗の増加を小さく抑制する事が出来る効果が一段と向上してくる。この為３．０重量％以下のＡｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種を含有した場合にも、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の好ましい含有量は０．５〜２．０重量％である。
【００１４】
本発明による金合金ボールは直径２０〜１００μｍとして用いて好適である。
本発明による金合金ボールはＩＣチップとプリント配線板等の基板をフリップチップ接合する際に用いるバンプ用として用いて好適である。
次に、本発明によるバンプ用金合金ボールの好ましい製造方法を説明する。
高純度金に所定量の元素を添加し、真空溶解炉で溶解した後、円筒状インゴットに鋳造する。インゴットに溝ロール、伸線機を用いた冷間加工とアニールを行い、直径１０〜１００μｍの細線とする。次いでワイヤカッタにより所定のボール直径になるように所定長さに切断する。１０〜１００μｍ長さにすることが好ましい。要求されるボール直径になるように細線の直径と切断長さを調節する。
【００１５】
次にボール製造装置として、セラミックス製円筒容器の内部を不活性ガス雰囲気とした縦型容器を準備する。この容器の上方部分を加熱ゾーンとして容器の外部に加熱装置を取り付ける。加熱装置としては抵抗加熱装置が例示出来る。容器の下方部分冷却ゾーンとして容器の外部に冷却装置を取り付ける。冷却装置としては水冷パイプが例示出来る。細線を切断して得た前記ペレットをこの縦型容器の上から自由落下させて、上方部分の加熱ゾーンで溶融し、下方部分の冷却ゾーンで凝固させてボールを形成する。形成されたボールは逐次低部に堆積せしめた後、容器下部から取り出す。
【００１６】
【実施例】
（参考例１）
純度９９．９９９重量％の高純度金に所定量のＰｔを添加し、真空溶解炉で溶解した後、鋳造して表１に示す組成の金合金、即ち０．１重量％Ｐｔ、及び残部が金及び不可避不純物からなる組成のインゴットを得、これに溝ロール、伸線機を用いた冷間加工とアニールを行い、直径５０μｍの金合金線を製造した。
【００１７】
次いでワイヤカッターにより、５７．６μｍ長さのペレットを製造した。
次いでセラミックス製縦型円筒容器の内部を不活性ガス雰囲気とし、上方部分を１３００℃、下方部分を室温にして前記ペレットを上方から落下させて、ペレットを溶融、凝固させて金合金ボールを製造した。
このボールの真球度、ボール内のピンホールの状況及びバンプとして用いた高温放置後の電気抵抗の増加率を次の方法で測定した。
〔真球度〕
金属顕微鏡を用いて、４方向から直径を測定し、真球度＝（最小径／最大径）を求めた。試料１０個の平均値を真球度として表１に示した。
〔ピンホールの状況〕
軟Ｘ線装置を用いてボール内のピンホールの大きさを測定した。試料１０個を観察し、最大大きさのピンホールを特定して、ボール直径に対するピンホールの直径が５％未満の時○、５〜１０％の時△、１０％を超える時×として表示し、その測定結果を表１に示した。
〔高温放置後の電気抵抗増加率〕
測定に使用する装置を図２に示す。図中、１１は４２アロイを用いたリード部、１２は金ボール、１３はＡｌテープ、１４は封止樹脂である。
【００１８】
図２の如く金ボール１２を介してリード部１１とＡｌテープ１３を加熱圧着した後、封止樹脂１４として得た測定装置を２００℃の大気中に２０００時間放置し、放置前後の電気抵抗を測定した。
電気抵抗は図２のように定電流発生電源と電圧計を設置して電気抵抗値を測定し次式から増加率を求めた。
【００１９】
高温放置後の電気抵抗増加率＝（Ａ−Ａ0 ）／Ａ0 ×１００（％）
式中、Ａは高温放置後の電気抵抗、Ａ0 は高温放置前の電気抵抗である。１０個の測定装置について測定しその平均値を測定結果として表１に示した。
（参考例２〜１１）（実施例１〜１１）（比較例１〜７）
金合金線の組成を表１のようにした事以外は参考例１と同様にして金合金ボールを製造し、ボールの真球度、ボール内のピンホールの状況及びバンプとして用いた高温放置後の電気抵抗の増加率を参考例１と同様にして測定し、その結果を表１に示した。
【００２０】
【表１】
0003635185.tif 000002
【００２１】
（試験結果）
（１）高純度金にＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を０．１〜３．０重量％含有した組成である参考例１〜１１は、ボールの真球度は０．９３〜０．９９と優れており、ボール内のピンホールの大きさは全てボール直径の１０％以内に収まる○△評価と優れており、高温放置後の電気抵抗増加率（％）は０〜１３％と優れた効果を示した。
【００２２】
このことから、ボールの真球度、ボール内のピンホールの状況及び高温放置後の電気抵抗の増加率が何れも優れた効果を示すことが判る。
（２）上記（１）の中でも、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．５〜２．０重量％のとき、ボールの真球度は０．９６〜０．９９とさらに優れたものとなり、ボール内のピンホールの大きさは全てボール直径の５％未満に収まる○評価とさらに優れており、高温放置後の電気抵抗増加率（％）は０％と更に優れた効果を示した。従って、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．５〜２．０重量％組成の金合金ボールが好ましく用いられる。
（３）上記（１）の組成にＡｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種を３．０重量％以下含有した組成である実施例１〜１１は、ボールの真球度は０．９６〜０．９９と優れており、ボール内のピンホールの大きさは全てボール直径の５％未満に収まる○評価と優れており、高温放置後の電気抵抗の増加率（％）は０％と優れた効果を示した。
【００２３】
このことから所定量のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種に加えて、Ａｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種を３．０重量％以下含有した組成としても、所定量のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を含有した組成のものと同等の効果を示すことが判る。
（４）高純度金のまま金ボールとした比較例１は、高温放置後の電気抵抗増加率（％）が６４％と大きいものであった。
（５）高純度金にＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を０．１重量％未満含有した組成である比較例２〜５は、ボール内のピンホールの大きさは全てボール直径の５〜１０％である△評価、高温放置後の電気抵抗増加率（％）が５２〜８６％と大きいものであった。
【００２４】
このことから、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を０．１重量％未満含有した組成のものより、本発明になる組成とする方がバンプ用金合金ボールとして高い信頼性が得られる事が判る。
（６）高純度金にＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を３．０重量％を超えて含有した組成である比較例６〜７は、ボールの真球度は０．７２〜０．７８と悪いものであり、ボール内のピンホールの大きさはボール直径の１０％以上である×評価と悪いものであった。
【００２５】
このことから、Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種を３．０重量％を超えて含有した組成のものより、本発明になる組成とする方がバンプ用金合金ボールとして高い信頼性が得られる事が判る。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により０．１〜３．０重量％のＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種、及び残部がＡｕ及び不純物からなる組成を有する金合金ボールによれば、バンプ用金合金ボールとして真球度が良く、ボール内のピンホールが小さく、高温放置後の材料の劣化即ち電気抵抗の増加を小さくする事が出来るため、バンプ用金合金ボールとして用いて効果的である。またＰｔ，Ｐｄのうち少なくとも１種の含有量が０．５〜２．０重量％のとき一段と優れた効果を示すようになり好ましく用いられる。更に前記含有成分に加えて３．０重量％以下のＡｇ，Ｃｕのうち少なくとも１種を含有した場合においても同様の効果を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＣチップを配線基板にフリップチップ接合する様子を示す。
【図２】フリップチップ接合の高温放置後の電気抵抗増加率を測定する装置を示す。
【符号の説明】
１…ＩＣチップ
２…ＩＣチップ上の電極
３…バンプボール
４…プリント配線板
５…プリント配線板上の電極
６…封止樹脂
【図１】
0003635185.tif 000003
【図２】
0003635185.tif 000004