(57)【要約】【課題】エレクトロマイグレーションの発生を抑制することができるはんだ材料を提供する。【解決手段】はんだ材料は、ＣｕまたはＣｕ合金で構成される球状の核２Ａと、核２Ａを被覆するはんだ層３Ａを備え、はんだ層３Ａは、  Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、  Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、  Ａｇの含有量が０質量％以上４．５質量％以下、  Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、  Ｓｎが残部である核ボール１Ａである。【選択図】図１
2018140436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％以上４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項２】
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ材料。
【請求項３】
前記核は、球状の核ボールである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだ材料。
【請求項４】
前記核は、カラム状の核カラムである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだ材料。
【請求項５】
Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された前記核が、前記はんだ層で被覆される
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだペースト。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするフォームはんだ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の核がはんだ合金で被覆されたはんだ材料、このはんだ材料を使用したはんだペースト、フォームはんだ及びはんだ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型情報機器の発達により、搭載される電子部品では急速な小型化が進行している。電子部品は、小型化の要求により接続端子の狭小化や実装面積の縮小化に対応するため、裏面に電極が設置されたボールグリッドアレイ（以下、「ＢＧＡ」と称する）が適用されている。
【０００３】
ＢＧＡを適用した電子部品には、例えば半導体パッケージがある。半導体パッケージでは、電極を有する半導体チップが樹脂で封止されている。半導体チップの電極には、はんだバンプが形成されている。このはんだバンプは、はんだボールを半導体チップの電極に接合することによって形成されている。ＢＧＡを適用した半導体パッケージは、各はんだバンプがプリント基板の導電性ランドに接触するように、プリント基板上に置かれ、加熱により溶融したはんだバンプとランドとが接合することにより、プリント基板に搭載される。
【０００４】
接続端子の狭小化や実装面積の縮小化により、はんだによる接合部の微細化が進み、接合部での電流密度が上昇している。接合部での電流密度の上昇により、はんだによる接合部でのエレクトロマイグレーションの発生が懸念される。
【０００５】
直径が２０〜８０μｍの銅球表面に１．０〜５．０μｍのＮｉ層を有する銅コアを、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成のはんだ合金の層で被覆した銅コアはんだボールと称すはんだ材料を作成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。銅コアはんだボールのように、金属の核（コア）をはんだ層で被覆したはんだ材料は、同一組成のはんだ合金で構成され、金属のコアを有さないはんだボールと称すはんだ材料に比べて、エレクトロマイグレーション現象を抑制できるという点が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１０３５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述の通り、接合部の微細化に伴いエレクトロマイグレーション発生の可能性が高まってきている為、特許文献１に記載されたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成からなるはんだ層を有する銅コアはんだボールよりも更にエレクトロマイグレーションを抑制できるはんだ材料が求められている。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためなされたもので、従来のはんだ材料よりも更にエレクトロマイグレーションの発生を抑制することができるはんだ材料、このはんだ材料を使用したはんだペースト、フォームはんだ及びはんだ継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、金属の核と、核を被覆するはんだ層を備えるはんだ材料のはんだ層に対してＢｉを一定量添加し、接合部の温度上昇を抑制することで、従来のはんだボールや金属の核を有するはんだ材料よりも格段にエレクトロマイグレーションの発生を抑制することができることを知見した。
【００１０】
そこで、本発明は次の通りである。
（１）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％以上４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
【００１１】
（２）核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される上記（１）に記載のはんだ材料。
【００１２】
（３）核は、球状の核ボールである上記（１）または（２）に記載のはんだ材料。
【００１３】
（４）核は、カラム状の核カラムである上記（１）または（２）に記載のはんだ材料。
【００１４】
（５）Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された核が、はんだ層で被覆される上記（１）〜（４）のいずれかに記載のはんだ材料。
【００１５】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだペースト。
【００１６】
（７）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したフォームはんだ。
【００１７】
（８）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだ継手。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、接合部で発生した熱、接合部に伝達された熱が、金属の核で放熱されるので、接合部の温度上昇が抑制され、金属元素が移動しにくい状態が保たれる。従って、Ｂｉの含有によるエレクトロマイグレーションの抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態の核ボールの模式的な構造を示す断面図である。
【図２】核ボールで形成したはんだバンプの一例を示す構成図である。
【図３】本実施の形態のＣｕ核カラムの模式的な構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施の形態のはんだ材料は、金属の核と、この核を蓋うはんだ層で構成される。核が球体である場合、はんだ材料は、核ボールと称される。以下の実施の形態は、核ボールについて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態の核ボールの模式的な構造を示す断面図である。本実施の形態の核ボール１Ａは、球状の核２Ａと、核２Ａを被覆するはんだ層３Ａで構成される。
【００２２】
核２Ａは、Ｃｕ単体の組成とすることもできるし、Ｃｕを主成分とする合金組成とすることもできる。核２Ａを合金により構成する場合、Ｃｕの含有量は５０質量％以上である。また、核２Ａとしては、Ｓｎ系はんだ合金であるはんだ層３Ａよりも電気伝導性が良ければよいので、Ｃｕ以外にも、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体や合金により構成しても良い。
【００２３】
核２Ａは、スタンドオフ高さを制御する観点から真球度が０．９５以上であることが好ましい。真球度は、より好ましくは０．９９０以上である。本発明において、真球度とは真球からのずれを表す。真球度は、例えば、最小二乗中心法（ＬＳＣ法）、最小領域中心法（ＭＺＣ法）、最大内接中心法（ＭＩＣ法）、最小外接中心法（ＭＣＣ法）など種々の方法で求められる。詳しくは、真球度とは、５００個の各核２Ａの直径を長径で割った際に算出される算術平均値であり、値が上限である１．００に近いほど真球に近いことを表す。本発明での長径の長さ、および直径の長さとは、ミツトヨ社製のウルトラクイックビジョン、ＵＬＴＲＡ  ＱＶ３５０−ＰＲＯ測定装置によって測定された長さをいう。
【００２４】
本発明を構成する核２Ａの直径は１〜１０００μｍであることが好ましい。この範囲にあると、球状の核２Ａを安定して製造でき、また、端子間が狭ピッチである場合の接続短絡を抑制することができる。
【００２５】
はんだ層３Ａは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金、または、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金で構成される。核ボール１Ａは、核２Ａの表面にはんだめっきを行うことではんだ層３Ａが形成される。
【００２６】
Ｂｉの含有量については、０．５質量％以上５．０質量％以下である。Ｂｉの含有量が０．５質量％未満だと十分なエレクトロマイグレーションの抑制効果がでない。またＢｉの含有量が５．０質量％を超えてもエレクトロマイグレーションの抑制効果が低下してしまう。Ｂｉの含有量について、好ましくは１．５質量％以上３．０質量％以下である。
【００２７】
Ｃｕの含有量については、０．１質量％以上３．０質量％以下である。Ｃｕの含有量が０．１質量％未満だと溶融温度が十分に下がらず、接合材を基板に接合する際に高温での加熱が必要になることで、基板に熱ダメージを与えてしまう恐れがある。さらに濡れ性も十分でなく、接合の際にはんだが濡れ広がらない。またＣｕの含有量が３．０質量％を超えてしまうと、溶融温度が上昇し、さらに濡れ性も低下してしまう。Ｃｕの含有量について、好ましくは０．３質量％以上１．５質量％以下である。
【００２８】
Ａｇの含有量については、０質量％以上４．５質量％以下であり、任意添加元素である。Ａｇを０質量％超４．５質量％以下で添加するとＡｇを添加していない合金よりも更にエレクトロマイグレーションの抑制効果が向上する。Ａｇの含有量が４．５質量％を超えると機械的強度が低下してしまう。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金である場合、Ａｇの含有量について、好ましくは０．１質量％以上４．５質量％以下である。
【００２９】
Ｎｉの含有量については、０質量％以上０．１質量％以下であり、任意添加元素である。Ｎｉを０質量％超０．１質量％以下で添加するとＮｉを添加していない合金よりも濡れ性が向上する。Ｎｉの含有量が０．１質量％を超えると溶融温度が上昇し、さらに濡れ性も低下してしまう。Ｎｉを添加する場合、Ｎｉの含有量について、好ましくは０．０２質量％以上０．０８質量％以下である。
【００３０】
核ボール１Ａの直径は３〜２０００μｍであることが好ましい。
【００３１】
核ボール１Ａは、核２Ａとはんだ層３Ａとの間に、拡散防止層４が設けられていても良い。拡散防止層４は、Ｎｉ及びＣｏ等から選択される１元素以上で構成され、核２Ａを構成するＣｕがはんだ層３Ａに拡散することを防止する。
【００３２】
Ｂｉを含有したはんだ合金では、エレクトロマイグレーションの発生が抑制される。核２Ａの表面に、Ｂｉを含有する組成のはんだ合金ではんだ層３Ａが形成された核ボール１Ａでは、Ｂｉによるエレクトロマイグレーションの抑制効果が、核２Ａにより維持される。
【００３３】
図２は、核ボールで形成したはんだバンプの一例を示す構成図である。はんだバンプ５Ａは、基板６Ａの電極６０Ａと、半導体パッケージ７Ａの電極７０Ａが、はんだ合金３０Ａで接合される。図１に示す核ボール１Ａを利用したはんだバンプ５Ａでは、基板６Ａにはんだ合金３０Ａで接合された半導体パッケージ７Ａの重量がはんだバンプ５Ａに加わっても、はんだ合金３０Ａの融点では溶融しない核２Ａにより半導体パッケージ７Ａを支えることができる。従って、半導体パッケージ７Ａの自重によりはんだバンプ５Ａが潰れることが抑制される。
【００３４】
その理由を検証すると、ＢｉはＳｎと比較して電気抵抗が大きいので、Ｂｉを含有したはんだバンプに電流が流れると、Ｂｉを含有しないはんだバンプと比較して、はんだバンプの温度が上昇する。はんだバンプの微細化により電流密度が増加すると、温度上昇が顕著になる。また、半導体パッケージ等で発生した熱がはんだバンプに伝達されることでも、はんだバンプの温度が上昇する。はんだバンプの温度が上昇することで、金属原子が移動し易い状態となり、エレクトロマイグレーションが発生すると考えられる。
【００３５】
これに対し、本実施の形態の核ボール１Ａでは、Ｓｎに比較して熱伝導性の高いＣｕの核２Ａではんだ層３Ａが被覆される。このような核ボール１Ａで形成されたはんだバンプ５Ａは、基板６Ａと半導体パッケージ７Ａを接合したはんだ合金３０Ａの内部に核２Ａが入っている。これにより、はんだバンプ５Ａで発生した熱、半導体パッケージ７Ａ等から伝達された熱が、Ｃｕの核２Ａで放熱されるので、はんだバンプ５Ａの温度上昇が抑制され、金属元素が移動しにくい状態が保たれる。従って、Ｂｉの含有によるエレクトロマイグレーションの抑制効果が維持される。
【００３６】
また、ＣｕはＳｎと比較して電気伝導性が高い。はんだボールにより形成されるはんだバンプでは、はんだバンプの表面の電流密度が高くなるが、核ボール１Ａにより形成されたはんだバンプ５Ａでは、はんだバンプ５Ａの表面の電流密度より、核２Ａの電流密度の方が高くなる。従って、はんだバンプ５Ａにおける電流密度の増加が抑制され、エレクトロマイグレーションの発生が抑制される。
【００３７】
更に、核２Ａの表面に、Ｂｉを含有する組成のはんだ合金ではんだ層３Ａが形成された本実施の形態の核ボール１Ａで形成されたはんだバンプ５Ａでは、落下等の衝撃に対する強度、及び、ヒートサイクルと称される温度変化による伸縮に対する強度とも、必要とされる所定の強度を得ることができる。
【００３８】
本発明に係るはんだ材料の適用例について説明すると、はんだ材料は、はんだ粉末と、核ボール１Ａと、フラックスが混練されたはんだペーストに用いられる。ここで、核ボール１Ａがはんだペーストに用いられるような場合、「核ボール」は「核パウダ」と称されてもよい。
【００３９】
「核パウダ」は、上述の特性を個々の核ボール１Ａが備えた、多数の核ボール１Ａの集合体である。例えば、はんだペースト中の粉末として配合されるなど、単一の核ボールとは使用形態において区別される。同様に、はんだバンプの形成に用いられる場合にも、集合体として通常扱われるため、そのよう形態で使用される「核パウダ」は単一の核ボールとは区別される。「核ボール」が「核パウダ」と称される形態で使用されるような場合、一般的に、核ボールの直径は１〜３００μｍである。
【００４０】
また、本発明に係るはんだ材料は、核ボール１Ａがはんだ中に分散しているフォームはんだに用いられる。はんだペースト及びフォームはんだでは、例えば、組成がＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（各数値は質量％）であるはんだ合金が使用される。なお、本発明はこのはんだ合金に限定するものではない。更に、本発明に係るはんだ材料は、電子部品のはんだ継手に用いられる。また、本発明に係るはんだ材料は、柱状のＣｕを核としたカラム、ピラーやペレットの形態に応用されてもよい。
【００４１】
図３は、本実施の形態のＣｕ核カラムの模式的な構造を示す断面図である。上述した例では、はんだ材料として球状の核ボール１Ａを用いた場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、はんだ材料として円柱状のＣｕ核カラム１Ｂを用いることもできる。なお、Ｃｕ核カラム１Ｂの構成や材料等については上述したＣｕ核ボール１Ａと共通するため、以下では異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
本発明に係るＣｕ核カラム１Ｂは、所定の大きさを有して半導体パッケージとプリント基板との間で間隔を確保する核の一例であるＣｕカラム２Ｂと、Ｃｕカラム２Ｂを被覆する被覆層の一例であるはんだ層３Ｂとを備えている。なお、本例では、Ｃｕカラム２Ｂを円柱状に構成したが、これに限定されることはなく、例えば四角柱であっても良い。
【００４３】
Ｃｕカラム２Ｂは、線径（直径）Ｄ２が２０〜１０００μｍであり、長さＬ２が２０〜１００００μｍであることが好ましい。
【００４４】
はんだ層３Ｂの厚さは、特に制限されないが、例えば１００μｍ（片側）以下であれば十分である。一般には２０〜５０μｍであれば良い。
【００４５】
Ｃｕ核カラム１Ｂは線径（直径）Ｄ１が２２〜２０００μｍであり、長さＬ１が２２〜２００００μｍであることが好ましい。
【実施例】
【００４６】
以下の表１に示す組成で実施例の核ボール、比較例の核ボールとはんだボールを作成し、大電流印加時のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）に対する耐性を測定するエレクトロマイグレーション試験を行った。表１における組成率は質量％である。
【００４７】
実施例１〜実施例１３、比較例１〜比較例７では、直径が３００μｍの核ボールを作成した。比較例８〜比較例１１では、直径が３００μｍのはんだボールを作成した。核ボールは、直径が２５０μｍのＣｕの核に、膜厚が片側で２μｍの拡散防止層をＮｉで形成し、直径が３００μｍとなるようにはんだ層を形成した。はんだ層は、公知のめっき法により行った。
【００４８】
公知のめっき法としては、バレルめっき等の電解めっき法、めっき槽に接続されたポンプがめっき槽中にめっき液に高速乱流を発生させ、めっき液の乱流により球状の核にめっき被膜を形成する方法、めっき槽に振動板を設けて所定の周波数で振動させることによりめっき液が高速乱流攪拌され、めっき液の乱流により球状の核にめっき被膜を形成する方法等がある。
【００４９】
エレクトロマイグレーション試験は、表１に示す各実施例の核ボールと、比較例の核ボール及びはんだボールを使用して、直径０．２４ｍｍのＣｕ電極を有するサイズ１３ｍｍ×１３ｍｍのパッケージ基板上に水溶性フラックスを用いてリフローはんだ付けをし、パッケージを作製した。その後、サイズ３０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚み１．５ｍｍのガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）にソルダペーストを印刷して、上記で作製したパッケージを搭載して、２２０℃以上の温度域で４０秒間保持し、ピーク温度を２４５℃とする条件でリフローを行いサンプルを作製した。
【００５０】
エレクトロマイグレーション試験に使用する半導体パッケージ基板には、膜厚が１５μｍのレジスト膜を形成し、レジスト膜に開口径が２４０μｍの開口部を形成して、リフロー炉で実施例あるいは比較例の核ボールあるいははんだボールを接合した。
【００５１】
このように核ボールあるいははんだボールが接合された半導体パッケージ基板を、プリント配線板に実装した。プリント配線板には、はんだ合金の組成がＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕであるソルダペーストを、厚さを１００μｍ、径を２４０μｍとして印刷し、実施例または比較例の核ボールあるいははんだボールが接合された半導体パッケージ基板を、リフロー炉でプリント配線板に接続した。リフロー条件としては、大気でピーク温度を２４５℃とし、予備加熱を１４０〜１６０℃で７０秒、本加熱を２２０℃以上で４０秒行った。
【００５２】
ＥＭ試験は上記にて作製したサンプルをコンパクト可変スイッチング電源（菊水電子工業株式会社製：ＰＡＫ３５−１０Ａ）に接続し、１５０℃に保持したシリコンオイルバス中で電流密度１２ｋＡ／ｃｍ２となるように電流を流す。電流印加中は連続的にサンプルの電気抵抗を測定し、初期抵抗値から２０％上昇時を試験終了とし、試験時間を記録した。ＥＭ試験の結果、試験時間が８００時間を超えたものについて、エレクトロマイグレーションの評価（ＥＭ評価）を満たすものとした。
【００５３】
【表１】
2018140436.tif 000003
【００５４】
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有した実施例１〜実施例１０のＣｕ核ボール、Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下であるＳｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有した実施例１１〜実施例１３のＣｕ核ボールでは、ＥＭ評価の試験時間が８００時間を超えた。
【００５５】
Ｂｉの含有量が１．５質量％である実施例２のＣｕ核ボールでは、ＥＭ評価の試験時間が１３００時間を超えた。Ｂｉの含有量が５．０質量％以上でＥＭ評価の試験時間が減少する傾向にあるが、Ｂｉの含有量が５．０質量％である実施例６のＣｕ核ボールでも、ＥＭ評価の試験時間が８００時間を超えた。
【００５６】
これに対し、Ｂｉを含有しないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ合金によるはんだ層を有した比較例１、比較例２のＣｕ核ボール、Ｂｉを含有しないＳｎ−Ｃｕ系のはんだ合金によるはんだ層を有した比較例３のＣｕ核ボールでは、ＥＭ評価の試験時間が８００時間未満であった。
【００５７】
また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有したＣｕ核ボールであっても、Ｂｉの含有量が０．２質量％の比較例４、Ｂｉの含有量が１０．０質量％の比較例５では、ＥＭ評価の試験時間が８００時間未満であった。このように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有したＣｕ核ボールであっても、Ｂｉの含有量が０．５質量％未満、または、５．０質量％超であると、ＥＭ評価の試験時間が８００時間未満であり、ＥＭに対する所望の耐性が得られなかった。
【００５８】
更に、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有したＣｕ核ボールであっても、Ｂｉの含有量が０．２質量％の比較例６、Ｂｉの含有量が１０．０質量％の比較例７では、ＥＭ評価の試験時間が８００時間未満であった。このように、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金によるはんだ層を有したＣｕ核ボールであっても、Ｂｉの含有量が０．５質量％未満、または、５．０質量％超であると、ＥＭ評価の試験時間が８００時間未満であり、ＥＭに対する所望の耐性が得られなかった。
【００５９】
Ｂｉの含有量が３．０質量％、Ｎｉの含有量が０．０２質量％であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｎｉ系のはんだ合金による比較例８のはんだボールでは、はんだ合金の組成が実施例５と同じであっても、ＥＭ評価の試験時間が８００時間を大幅に下回った。
【００６０】
Ｂｉの含有量が０．５質量％であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金による比較例９のはんだボールでは、はんだ合金の組成が実施例１と同じであっても、ＥＭ評価の試験時間が８００時間を大幅に下回った。
【００６１】
Ｂｉを含有しないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ合金による比較例１０のはんだボール、Ｂｉを含有しないＳｎ−Ｃｕ系のはんだ合金による比較例１１のはんだボールでも、ＥＭ評価の試験時間が８００時間を大幅に下回った。
【００６２】
以上のことから、金属の核を被覆するはんだ層が、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金、または、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系のはんだ合金で構成されるはんだ材料において、Ｂｉの含有量を０．５質量％以上５．０質量％以下とすることで、エレクトロマイグレーションの抑制効果が得られることが判った。また、Ｂｉの好ましい含有量は、１．５質量％以上３．０質量％以下であることが判った。
【００６３】
なお、Ｃｕの含有量を０．１質量％以上３．０質量％以下とすることで、エレクトロマイグレーションの抑制効果が阻害されないことが判った。また、Ａｇの含有量を０質量％超４．５質量％以下とすることで、Ａｇを含有しないはんだ合金よりもエレクトロマイグレーションの抑制効果が得られることが判った。Ａｇの含有量を４．５質量％とした実施例３では、ＥＭ評価の試験時間が１３００時間を超えた。更に、Ｎｉの含有量を０質量％超０．１質量％以下含有しても、エレクトロマイグレーションの抑制効果が得られることが判った。Ｎｉの含有量を０．１質量％とした実施例４では、ＥＭ評価の試験時間が１４００時間を超えた。
【符号の説明】
【００６４】
１Ａ・・・核ボール、２Ａ・・・核、３Ａ・・・はんだ層、３０Ａ・・・はんだ合金、４・・・拡散防止層、５Ａ・・・はんだバンプ、６Ａ・・・基板、６０Ａ・・・電極、７Ａ・・・半導体パッケージ、７０Ａ・・・電極
【図１】
2018140436.tif 000004
【図２】
2018140436.tif 000005
【図３】
2018140436.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月29日(2018.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が１．５質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項２】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が１．０質量％超５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項３】
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだ材料。
【請求項４】
前記核は、球状の核ボールである
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項５】
前記核は、カラム状の核カラムである
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項６】
Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された前記核が、前記はんだ層で被覆される
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだペースト。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするフォームはんだ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだ継手。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そこで、本発明は次の通りである。
（１）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が１．５質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（２）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が１．０質量％超５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部であるはんだ材料。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（３）核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される上記（１）または（２）に記載のはんだ材料。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（４）核は、球状の核ボールである上記（１）〜（３）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（５）核は、カラム状の核カラムである上記（１）〜（４）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（６）Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された核が、はんだ層で被覆される上記（１）〜（５）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだペースト。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（８）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したフォームはんだ。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（９）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだ継手。
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月1日(2018.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下（但し、１．２質量％以上４．５質量％以下を除く）、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項２】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下（但し、０．１質量％以上１．０質量％以下を除く）、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項３】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下（但し、０．２５質量％以上０．７５質量％以下を除く）、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項４】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下（但し、１．０質量％以上５．０質量％以下を除く）、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項５】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下（但し、０．０１質量％以上０．１質量％以下を除く）、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項６】
金属の核と、
前記核を被覆するはんだ層を備え、
前記はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．８質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０．１質量％以上４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部である
ことを特徴とするはんだ材料。
【請求項７】
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のはんだ材料。
【請求項８】
前記核は、球状の核ボールである
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項９】
前記核は、カラム状の核カラムである
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項１０】
Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された前記核が、前記はんだ層で被覆される
ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のはんだ材料。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだペースト。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするフォームはんだ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のはんだ材料を使用した
ことを特徴とするはんだ継手。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そこで、本発明は次の通りである。
（１）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下（但し、１．２質量％以上４．５質量％以下を除く）、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（２）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下（但し、０．１質量％以上１．０質量％以下を除く）、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（３）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下（但し、０．２５質量％以上０．７５質量％以下を除く）、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（４）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下（但し、１．０質量％以上５．０質量％以下を除く）、
Ａｇの含有量が０質量％超４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（５）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．１質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下（但し、０．０１質量％以上０．１質量％以下を除く）、
Ａｇを含まず、Ｓｎが残部であるはんだ材料。
（６）金属の核と、核を被覆するはんだ層を備え、はんだ層は、
Ｃｕの含有量が０．８質量％以上３．０質量％以下、
Ｂｉの含有量が０．５質量％以上５．０質量％以下、
Ａｇの含有量が０．１質量％以上４．５質量％以下、
Ｎｉの含有量が０質量％以上０．１質量％以下、
Ｓｎが残部であるはんだ材料。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（７）核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏの金属単体、あるいは合金で構成される上記（１）〜（６）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（８）核は、球状の核ボールである上記（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（９）核は、カラム状の核カラムである上記（１）〜（７）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（１０）Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる層で被覆された核が、はんだ層で被覆される上記（１）〜（９）のいずれかに記載のはんだ材料。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだペースト。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（１２）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したフォームはんだ。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（１３）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のはんだ材料を使用したはんだ継手。