(57)【要約】      （修正有）【課題】内周側と外周側とで体積膨張差が生じて核材料がはじき飛ばされるような事態が発生しない接合材料を提供する。【解決手段】ＳｎとＢｉからなるはんだ合金を核１２の表面にめっき被膜した核材料１０において、はんだめっき層１６中のＢｉは、所定範囲の濃度比ではんだめっき層１６中に分布している核材料であり、Ｂｉの濃度比は９１．７〜１０６．７％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している核材料。はんだめっき層中のＢｉは、均質である、はんだめっき層中の内周側１４、外周側を含めてその全領域に亘りＢｉ濃度比が所定範囲内にある。このため、内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じて核材料がはじき飛ばされるような事態は発生しない。またはんだめっき層全体がほぼ均一に溶融するため、溶融タイミングのずれにより発生すると思われる核材料の位置ずれは生じないので、電極間の短絡などのおそれはない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中に含まれるＢｉは、９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比で前記はんだめっき層中に分布していることを特徴とする核材料。
【請求項２】
ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、
はんだめっき層が（Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９１．４〜１０８．６％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している
ことを特徴とする核材料。
【請求項３】
ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、
はんだめっき層が（Ｓｎ−４０質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９０〜１０７．５％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している
ことを特徴とする核材料。
【請求項４】
ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、
はんだめっき層が（Ｓｎ−３質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９０〜１０６．７％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している
ことを特徴とする核材料。
【請求項５】
Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる下地めっき層で被覆された前記核が、前記はんだめっき層で被覆される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の核材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕボールが使用されている
ことを特徴とする核材料。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕカラムが使用されていることを特徴とする核材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の核材料がはんだバンプとして使用された
ことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項９】
Ｂｉが９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金が核表面にめっき被膜された核材料を電極上に搭載する工程と、
搭載した前記核材料を加熱することによりバンプ電極を形成する工程を含む
ことを特徴とするバンプ電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核材料、この核材料を使用したはんだバンプを有する半導体パッケージおよびバンプ電極の形成方法に関する。
【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、裏面に電極が配置されたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）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。半導体パッケージは、電極を有する半導体チップが樹脂により封止されて構成されている。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。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、加熱により溶融したはんだバンプとプリント基板の導電性ランドが接合することによりプリント基板に搭載される。近年では、更なる高密度実装の要求に対応するため、半導体パッケージが高さ方向に積み重ねられた３次元高密度実装も開発されている。
【０００４】
３次元高密度実装がなされた半導体パッケージがＢＧＡであって、半導体チップの電極上にはんだボールを載置してリフロー処理した場合、半導体パッケージの自重によりはんだボールが潰れてしまうことがある。もしそのようなことが起きると、はんだが電極からはみ出し電極間同士が接触して電極間の短絡が発生するおそれがある。
【０００５】
このような短絡事故を防止するため、はんだボールとして自重により潰れたり、はんだ溶融時に変形したりしないはんだバンプが提案されている。具体的には、金属や樹脂で成型されたボールを核として使用し、この核をはんだで被覆した核材料をはんだバンプとして使用することが提案されている。
核を被覆するはんだめっき層としては、Ｓｎを主成分とする鉛フリーはんだが用いられることが多い。好適な例としては、ＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金を挙げることができる（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１に開示された核材料は、金属としてＣｕボールを使用し、これを核としてその表面にＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金をはんだめっき層として形成したものである。Ｂｉを含有したＳｎ系はんだ合金は、その溶融温度が１３０〜１４０℃と比較的低温であるため、半導体パッケージに与える熱的ストレスが少ないなどの理由からめっき組成として使用されている。
特許文献１では、はんだめっき層中に含まれるＢｉの含有量は、内側（内周側）が薄く、外側（外周側）に向かって濃くなるような濃度勾配でめっき処理されている。
【０００７】
特許文献２も、特許文献１と同様な理由からＣｕボールを核として使用し、これにＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金をめっき被膜したはんだバンプが開示されている。特許文献２におけるはんだめっき層中に含まれるＢｉの含有量は、内側（内周側）が濃く、外側（外周側）に向かって薄くなるような濃度勾配でめっき処理されている。
特許文献２の技術は、特許文献１とは全く逆の濃度勾配となっている。これは、特許文献２による濃度制御の方が、特許文献１による場合よりも簡単であり、造り易いためと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４４７１８号公報
【特許文献２】特許第５３６７９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金をＣｕボールの表面にめっき被膜した核材料を半導体チップの電極上に載置してリフロー処理した場合、特許文献１および２では、以下のような問題を惹起する。
【００１０】
特許文献１に開示された技術は、このようにＢｉ濃度が内周側で薄く、外周側で濃くなるような濃度勾配を有したはんだめっき層であるが、このような濃度勾配（内側が薄く、外側が濃い）である場合には、Ｂｉ溶融のタイミングが内周側と外周側とで僅かにずれるおそれがある。
溶融タイミングにずれが起こると、核材料の外表面が溶融し始めていても、内周面側の領域ではまだ溶融が起きていないような、部分溶解が混在することになり、その結果核材料は溶融している側に僅かに位置ずれを起こす。挟ピッチの高密度実装では、この位置ずれによるはんだ処理は致命的な欠陥となるおそれがある。
【００１１】
特許文献２は、Ｂｉの濃度勾配が特許文献１とは逆である。この場合でも、半導体パッケージを接続するためにはリフローによる加熱処理を行う。特許文献２のように、はんだめっき層中のＢｉ濃度が内周側が濃く、外周側が薄い状態で加熱溶融すると、内周側のＢｉ密度が高いため、内周側のＢｉ領域からはんだが溶融し始める。内周側のＢｉ領域が溶融しても外周側のＢｉ領域はまだ溶融し始めていないので、内周側のＢｉ領域側での体積膨張が早く起こる。
この体積膨張の内外周側での遅速により、Ｂｉの内周側と外周側（外気）とで圧力差が生じ、Ｂｉの外周側が溶融し始めると、内周側の体積膨張による圧力差で核となっているＣｕボールがはじけ飛ぶような事態が発生する。このような事態の発生は避けなければならない。
このようにＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金からなるはんだめっき層を有するＣｕ核ボールは、はんだめっき層中のＢｉに濃度勾配がある場合、不良が発生していた。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、核表面にＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金をめっきして形成したはんだめっき層を有する核材料において、はんだめっき層中に含まれるＢｉは、９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している核材料を提供することである。言い換えると、はんだめっき層中のＢｉは均質（均等）であるので、はんだめっき層中の内層、中間層及び外層を含めてその全領域に亘りＢｉ濃度比が所定範囲内となされた核材料およびその核材料を使用した半導体パッケージを提供するものである。
但し、核と（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金のはんだめっき層との間にNiめっき等の下地めっき層が施される場合には、下地めっき層を除いたはんだめっき層中においてＢｉが均質に分布している核材料を提供するものである。
【００１３】
また、このような核材料を使用したバンプを有する半導体パッケージを提供するものである。
なお、本願で用いるＢｉ濃度比（％）とは、はんだめっき層の所定領域における、目標とするＢｉ含有量（質量％）に対するＢｉ計測値（質量％）の比（％）、あるいは目標とするＢｉ含有量（質量％）に対するＢｉ計測値の平均の値（質量％）の比（％）をいう。
また、所定領域におけるＢｉ含有量は、その所定領域におけるＢｉ濃度と言い換えることもできるので、本願で用いるＢｉ濃度比（％）とは、はんだめっき層の所定領域における、目標とするＢｉ濃度に対する計測されたＢｉ濃度の比（％）、あるいは目標とするＢｉ濃度に対する計測されたＢｉ濃度の平均の比（％）をいう。
【００１４】
なお、はんだめっき層のＢｉ含有量の計測は、核材料をオキソ酸等を用いてはんだめっき層を溶解し、ＩＣＰ-ＡＥＳ, ＩＣＰ−ＭＳ等の公知の分析手法を用いることもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載のこの発明にかかる核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中に含まれるＢｉは、９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２に記載のこの発明に係る核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、上記はんだめっき層が（Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９１．４〜１０８．６％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布していることを特徴とするものである。（Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ）は、以下（Ｓｎ−５８Ｂｉ）と表記する。
【００１７】
請求項３に記載のこの発明に係る核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、上記はんだめっき層が（Ｓｎ−４０質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９０〜１０７．５％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布していることを特徴とするものである。（Ｓｎ−４０質量％Ｂｉ）は、以下（Ｓｎ−４０Ｂｉ）と表記する。
【００１８】
請求項４に記載のこの発明に係る核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、上記はんだめっき層が（Ｓｎ−３質量％Ｂｉ）系はんだ合金であるとき、前記はんだめっき層中のＢｉの濃度比は９０〜１０６．７％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布していることを特徴とするものである。（Ｓｎ−３質量％Ｂｉ）は、以下（Ｓｎ−３Ｂｉ）と表記する。
【００１９】
請求項５に記載のこの発明に係る核材料は、請求項１〜４のいずれかに記載の核材料であって、Ｎｉ及びＣｏから選択される１元素以上からなる下地めっき層で被覆された前記核が、前記はんだめっき層で被覆されることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に記載のこの発明に係る核材料は、請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕボールが使用されていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７に記載のこの発明に係る核材料は、請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕカラムが使用されていることを特徴とする核材料。
【００２２】
請求項８に記載のこの発明に係る半導体パッケージは、請求項１〜７のいずれかに記載の核材料を使用した半導体パッケージであることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９に記載のこの発明にかかるバンプ電極の形成方法はＢｉが９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金が核表面にめっき被膜された核材料を搭載する工程と搭載した前記核材料を加熱することによりバンプ電極を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２４】
はんだめっき層中のＢｉは、めっき厚に対し、その内周側から外周側に向かって、及び内周側、外周側を含めてその全領域に亘り、その濃度分布が均質となるように処理されている（但し、核にＮｉめっき等の下地めっき層が施される場合には、下地めっき層は除く）。
【００２５】
Ｓｎ系はんだ合金は、（Ｓｎ−Ｂｉ）系のはんだ合金の他、他の添加元素を含ませることが可能である。（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金に、添加できる元素としてはＡｇ，Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｏなどの内から一種若しくは二種以上の元素がある。例えば、（Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ−Ｎｉ）系はんだ合金や、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ）系はんだ合金などが考えられる。
【００２６】
この核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核の表面にめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中のＢｉは、所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している核材料であり、Ｂｉの濃度比は９１．４〜１０６．７％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している核材料である。濃度比（％）については後述する。
【発明の効果】
【００２７】
この発明に係る核材料によれば、はんだめっき層中のＢｉは均質であるので、はんだめっき層の膜厚に対しＢｉの内周側、外周側を含めてその全領域に亘りＢｉ濃度比が所定範囲内にある。このため、内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じて核材料がはじき飛ばされるような事態は発生しない。
【００２８】
また、はんだめっき層中のＢｉが均質であるので、核材料の全面に亘りほぼ均一に溶融するから、はんだめっき層内での溶融タイミングに時間差が殆ど生じない。その結果溶融タイミングのずれによって発生する核材料の位置ずれは生じないので、位置ずれなどに伴う電極間の短絡などのおそれはない。したがってこの核材料を使用することによって高品質な半導体パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣｕ核ボールの構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るＣｕ核ボールの構成例を示す断面図である。
【図３】はんだめっき層中でのＢｉ分布状態を示すＣｕ核ボールの構成例を示す拡大断面図である。
【図４】図３のさらに拡大した断面図である。
【図５】ＳｎとＢｉの分布状態を拡大して示した要部の断面図である（電界放出型電子線マイクロアナライザ（ＦＥ−ＥＰＭＡ）写真）。
【図６】実施例１における電気めっき処理におけるめっき液中のＢｉ濃度と、はんだめっき層中に含有しているＢｉ濃度との関係を、Ｃｕ核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。
【図７】核材料のＢｉの濃度分布を測定する方法の一例を示す説明図である。
【図８】実施例２における電気めっき処理におけるめっき液中のＢｉ濃度と、はんだめっき層中に含有しているＢｉ濃度との関係を、Ｃｕ核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３０】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
この発明では、ＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金を核表面にめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中のＢｉの分布が均質となされた核材料およびこれを使用した半導体パッケージを提供するものである。
【００３１】
本発明のはんだめっき層の組成は、ＳｎとＢｉを含有する（Ｓｎ−Ｂｉ）系合金からなる。Ｂｉの含有量については、合金全体に対してのＢｉ量が０．１〜９９．９質量％の範囲であれば、Ｂｉの濃度比を９１．４〜１０６．７％の所定範囲内で制御することができ、はんだめっき層中のＢｉ分布を均質にできる。
【００３２】
例えば、（Ｓｎ−５８Ｂｉ）系はんだ合金である場合、目標値となるＢｉの分布は５８質量％が目標値となるが、許容範囲としては５２質量％（濃度比９１．４％）〜６３質量％（濃度比１０８．６％）である。
なお、許容範囲とは、この範囲内にあれば、問題なくバンプ形成等のはんだ付けを行い得る範囲をいう。また、濃度比（％）とは目標とする含有量（質量％）に対する計測値（質量％）、あるいは目標とする含有量（質量％）に計測値の平均の値（質量％）の比（％）をいう。すなわち、濃度比（％）は、
濃度比（％）＝計測値（質量％）／目標とする含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝計測値の平均の値（質量％）／目標とする含有量（質量％）
として表することができる。
【００３３】
また、Ｓｎ，Ｂｉからなる二元のはんだめっき層中にはそれ以外の添加元素を添加しても、Ｂｉの濃度比を９１．４〜１０６．７％の所定範囲内で制御することができる。
添加元素としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｏなどのうち一種または二種以上使用することが考えられる。
核（コア）としては金属か樹脂が考えられ、その形状も球体その他の形状（柱状のカラムやシート状など）が考えられる。本例では、球体であって、核として特にＣｕからなるボール（以下Ｃｕボールという）を使用したＣｕ核ボールの場合について説明する。
【００３４】
Ｃｕボールの粒径（球径）は、ＢＧＡのサイズなどによっても相違するが、以下の例では２００μｍφ程度の球状であり、はんだめっき層の径方向の片側の厚みは２０〜１００μｍである。Ｃｕ核ボールの粒径は使用する電子部品の密度やサイズによって適宜選定されるもので、１〜１０００μｍの範囲内のＣｕボールを使用することができ、使用するＣｕボールの粒径に応じてめっき厚が適宜選定されるものである。めっき処理を行うめっき装置は、電気めっき装置を使用した。
【００３５】
続いて、Ｃｕボールを使用したＣｕ核ボール例を示す。
【００３６】
図１はこの発明に係るＣｕ核ボール１０の一例を示す断面図である。説明の都合上、図示は誇張して描いてある。
【００３７】
Ｃｕ核ボール１０は、Ｃｕボール１２と、この例ではＮｉ下地めっき層１４を介してＳｎ系はんだ合金からなるはんだめっき層１６が形成されている。Ｎｉ下地めっき層１４はＣｕボール１２とはんだめっき層１６との間で金属拡散によるはんだめっき層１６の組成変化を防止するための下地めっきの役割を担うもので、１〜４μｍ程度の厚みである。このＮｉ下地めっき層１４は必須の要件ではなく、図２のようにＣｕボール１２の表面に直接はんだめっき層を形成することもできる。なお、下地めっき層１４を形成する場合、下地めっき層１４は、Ｎｉ、Ｃｏから選択される１元素以上からなる層で構成しても良い。
【００３８】
Ｃｕボール１２で使用するＣｕは純銅でも、銅の合金でもよい。
【００３９】
Ｃｕを主成分とする合金組成のＣｕボール１２を使用する場合には、その純度は特に限定されないが、純度の低下によるＣｕ核ボールの電気伝導度や熱伝導率の劣化を抑制し、また必要に応じてα線量を抑制する観点から、９９．９質量％以上が好ましい。
核としては、Ｃｕ以外にも、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物により構成しても良いし、樹脂材料によって構成しても良い。
【００４０】
Ｃｕボール１２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く、さらに０．９９０以上であることがより好ましい。Ｃｕボール１２の真球度が０．９５未満であると、Ｃｕボール１２が不定形状になるため、バンプ形成時に高さが不均一なバンプが形成され、接合不良が発生する可能性が高まる。さらに、Ｃｕ核ボール１０を電極に搭載してリフローを行う際、真球度が低いとＣｕ核ボール１０が位置ずれを起こしてしまい、セルフアライメント性も悪化する。
【００４１】
ここに、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Ｃｕボール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。長径の長さとは、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。
【００４２】
はんだめっき層１６を含めたＣｕ核ボール１０全体の直径は１〜１０００μｍであることが好ましい。この範囲にあると、球状のＣｕ核ボール１０を安定して製造でき、また、粒径を選定することによって電極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。
粒径が１〜３００μｍ程度のＣｕ核ボール１０の集合体を「Ｃｕ核パウダ」と呼称する場合がある。このＣｕ核パウダは、はんだペースト中の粉末用はんだとして配合された状態で使用される場合がある。
【００４３】
はんだめっき層１６ははんだ合金であって、この例ではＳｎとＢｉからなる。
この場合、前述のようにはんだめっき層１６中のＢｉ含有量は目標値の５８質量％に対して許容範囲として５３質量％（濃度比９１．４％）〜６３質量％（濃度比１０８．６％）程度が好ましい。
【００４４】
はんだめっき層１６の厚みは、Ｃｕボール１２の粒径によっても相違するが径方向の片側１００μｍ以下が好ましい。例えば、粒径が２１５μｍφのＣｕボール１２であるときは、５０〜７０μｍの厚みとなるようにはんだめっき層１６が形成される。十分なはんだ接合量を確保するためである。
めっき液としては、有機酸、メタンスルホン酸Ｂｉおよび界面活性剤の混合液が使用される。めっき液の濃度ははんだめっき層形成中、一定となるように制御される。
【００４５】
ＳｎとＢｉからなるＳｎ−Ｂｉ系はんだ合金組成のはんだめっき層を電気めっきにて形成する場合、ＢｉがＳｎより優先されてはんだめっき層に取り込まれる為、電気めっき液中のＢｉ濃度とはんだめっき層中のＢｉ量が一致しないという問題があり、Ｂｉの濃度分布が均質なはんだ合金めっき層を形成することはできなかった。そこで図６の条件になるようにアノード電極とカソード電極との間に所定の直流電圧が印加されると共に、Ｃｕボールを揺動させながら、液中のＢｉ濃度が均一となるように調整して電気めっき処理を行う。
【００４６】
このめっき処理によるはんだめっき層１６の生成過程について図６を参照してさらに詳細に説明する。図６は、電気めっき処理におけるめっき液中のＢｉ濃度(曲線Ｌｂ)と、はんだめっき層１６中のＢｉ濃度(曲線Ｌａ)との関係を、Ｃｕ核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。
【００４７】
この例では、Ｃｕボールの初期値として粒径２１５μｍのものを使用した場合である。はんだめっき層１６の厚みを逐一モニターし、この例でははんだめっき層１６の厚みが所定値ずつ順次増加したときのＣｕ核ボール１０をその都度サンプルとして採集する。採集したサンプルは洗浄してから乾燥させた上で、粒径を計測する。
計測タイミングのＣｕ核ボールの粒径が、目的の値となっているときのはんだめっき層中のＢｉの含有量を順次測定すると、図６曲線Ｌａのような結果が得られた。この結果よりはんだめっき層１６が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのＢｉの含有量は、直前の含有量とほぼ同じ値となっていることが判る。曲線Ｌａの場合にはＢｉの含有量はほぼ５８〜６０質量％となっている。従って、図６曲線ＬａからＢｉの濃度分布はめっき厚に対して均質（均等）となっており、濃度勾配が無いことが理解できる。
【００４８】
図３はこのときのＣｕ核ボール１０の断面図を示す。これを拡大した図４およびさらにこれを拡大した図５から明らかなように、はんだめっき層１６はＳｎとＢｉが均質に混在しながら成長した過程がよく分かる。図５はＦＥ−ＥＰＭＡを使用して撮像したものである。
はんだめっき層１６中のＢｉの濃度は、はんだめっき層１６の厚みが成長してもほぼ同じ状態を維持していることから、はんだめっき層１６中のＢｉはほぼ均質に分布した状態で成長（析出）していることが明らかとなった。Ｂｉ濃度が所期の値内に収まるようにめっき液中のＢｉ濃度が均質にされた状態でめっき処理が行われる。この例では、はんだめっき層１６中のＢｉの含有量としては５８質量％を目標値としているので、目標値に到達するようにめっき液中のＢｉ濃度が制御される。
はんだめっき層１６中のＢｉの濃度分布を所期値に収めるためには、電圧・電流制御を行いながらめっき処理がなされる。このようなめっき処理によってはんだめっき層１６中のＢｉの分布を所期値に維持することができる。
実施例においては、めっき液中のＢｉ濃度はめっき処理中ほぼ４２〜４４質量％となっているが、これは上述したようにはんだめっき層１６中のＢｉ濃度が５３〜６３質量％となるように、めっき液中のＢｉ濃度を随時調整しながらめっき処理を行っているためである。
【００４９】
曲線Ｌａとして示すはんだめっき層１６内のＢｉ濃度と曲線Ｌｂとして示すめっき液中のＢｉ濃度が一致していないのは、めっき液中のＢｉがめっき液中のＳｎより優先してはんだめっき層内に取り込まれるためである。
【００５０】
はんだめっき層１６におけるＢｉの濃度分布が目標値に相応した値となっていることを確認するため以下のような実験を行った。
（１）下記条件にてはんだめっき層１６の組成が（Ｓｎ−５８）ＢｉとなるＣｕ核ボール１０を作成した。
・Ｃｕボール１２の直径    ：２５０μｍ
・Ｎｉ下地めっき層１４の膜厚  ：２μｍ  
・はんだめっき層１６の膜厚    ：２３μｍ  
・Ｃｕ核ボール１０の直径  ：３００μｍ
実験結果の測定を容易にするため、Ｃｕ核ボール１０としてはその厚みが比較的薄いはんだめっき層を有するＣｕ核ボールを作製した。
めっき方法は電気めっき工法にて図６の条件となるように作製した。
（２）試料としては、同一組成の（Ｓｎ−５８Ｂｉ）系はんだ合金のはんだめっき層が形成されたＣｕ核ボール１０を１０個用意した。これらを試料Ａとして使用した。
（３）それぞれの試料Ａ１〜Ａ１０を樹脂で封止する。
（４）封止した各試料Ａ１〜Ａ１０を、樹脂ごと研磨して各試料Ａ１〜Ａ１０の断面を観察する。観察機材は日本電子製のＦＥ−ＥＰＭＡＪＸＡ−８５３０Ｆを使用した。
【００５１】
試料Ａ１の断面図を図７に示す。はんだめっき層１６のうちＣｕボール１２の表面側から便宜上内層１６ａ、中間層１６ｂおよび外層１６ｃに分ける。内層１６ａはＣｕボール１２の表面から９μｍまで、中間層１６ｂは９〜１７μｍまで、そして外層１６ｃは１７〜２３μｍとし、内層１６ａ、中間層１６ｂおよび外層１６ｃより、図７のようにこの例では厚み５μｍで幅が４０μｍの領域１７ａ、１７ｂ、１７ｃをそれぞれ切り取り、定性分析によりＢｉの濃度の計測を行った。この作業を計１０視野ずつ各内層１６ａ、中間層１６ｂおよび外層１６ｃについて行った。
その結果を纏めたものが（表−１）である。この（表−１）によれば、内層、中間層、外層において最小値５３．２９質量％（濃度比９１．９％）、最大値６０．９７質量％（濃度比１０５．１％）の範囲にあることが分かる。上述したように、Ｂｉの許容範囲を５３質量％（濃度比９１．４％）〜６３質量％（濃度比１０８．６％）としたが、この実験結果の実測値から５３．２９質量％（濃度比９１．９％）〜６０．９７質量％（濃度比１０５．１％）の範囲まで許容できることがわかった。
【００５２】
【表１】
2018089677.tif 000003
【００５３】
そして試料Ａ１〜Ａ１０の算術平均を算出した結果、
内層領域１７ａ＝５７．４６（質量％）（濃度比９９．１％）
中間層領域１７ｂ＝５６．３２（質量％）（濃度比９７．１％）
外層領域１７ｃ＝５６．６２（質量％）（濃度比９７．６％）
となった。
【００５４】
また、内層、中間層、外層の各領域１７ａ〜１７ｃをこのように算術平均でははんだめっき層中のＢｉは上記の５３質量％〜６３質量％の許容範囲内にあるために、ほぼ目標値のＢｉの濃度比となっていることが分かる。
【００５５】
このような計測作業を試料Ａとは別に作成した試料Ｂ〜Ｄについても同様に行い、その結果を（表−２）に示す。
【００５６】
【表２】
2018089677.tif 000004
【００５７】
（表−２）の結果から分かることは、多少のばらつきはあるものの、はんだめっき層１６中のＢｉ濃度は目標値の５３〜６３質量％に収まっていることがわかる。
そしてこれらの試料Ａ〜Ｄと同じロットで製造したＣｕ核ボールそれぞれ１０個（例）を抽出し、それぞれを基板に通常のリフロー処理により接合した。
接合結果も併せて（表−２）に示す。
接合結果については、全てのサンプルにて一切の接合不良が測定されなかったものを「良」、１つのサンプルでも接合時に位置ずれが発生したもの、及び１つのサンプルでも接合時にＣｕ核ボール１０がはじけ飛ばされたものを「不良」と判定した。
いずれも内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じてＣｕ核ボール１０がはじき飛ばされるような事態は、発生せず、またはんだめっき層１６全体がほぼ均一に溶融するから、溶融タイミングのずれによって発生すると思われる核材料の位置ずれは生じていないので、位置ずれなどに伴う電極間の短絡などのおそれはない。よって接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。
【実施例２】
【００５８】
第２の実施例は、Ｓｎ，Ｂｉの他にＣｕとＮｉを含む（Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｎｉ）からなる４元のＳｎ系はんだ合金のはんだめっき層１６を形成した例である。その目標値としての組成比は以下の通りである。
【００５９】
Ｂｉ：４０質量％、Ｃｕ：０．５質量％、Ｎｉ：０．０３質量％、Ｓｎ：残余。このときのＢｉの分布は目標値としては４０質量％であるが、許容範囲としては３６質量％（濃度値９０％）〜４３質量％（濃度比１０７．５％）である。
【００６０】
具体的には下記条件にてはんだめっき層の組成が、上記した表記に従えば（Ｓｎ−４０Ｂｉ−０．５Ｃｕ−０．０３Ｎｉ）となるＣｕ核ボールを作成した。
・Ｃｕボールの直径    ：１８０μｍ
・Ｎｉ下地めっき層の膜厚  ：２μｍ      
・はんだめっき層の膜厚    ：３３μｍ  
・Ｃｕ核ボールの直径  ：２５０μｍ
Ｃｕ核ボールの作製方法は、実施例１と同様な電気めっき条件によってめっき液中のＢｉ濃度が均質となるように行った。
【００６１】
実験方法については、内層１６ａをＣｕボールの表面から１１μｍまで、中間層１６ｂを１１〜２２μｍまで、そして外層１６ｃを２２〜３３μｍとした以外は実施例１と同条件である。
測定した結果を（表−２）のＥ〜Ｈに示す。
（表−２）試料Ｅ〜Ｈの結果から分かることは、このときのＢｉは目標値としては４０質量％であるが、そのときのはんだめっき層１６中のＢｉは平均値では最小３７．８１質量％（濃度比９４．５％）〜最大４１．３３質量％（濃度比１０３．３％）（何れも同一組成のはんだ合金に対し１０回計測した平均値）と、多少のバラツキはあるものの、ほぼ目標値相応の値、すなわち、許容範囲の３６質量％（濃度値比９０．０％）〜４３質量％（濃度値比１０７．５％））内にあることが分かる。そして全てのサンプルにおいて、接合判定は、実施例１と同じく接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。
【００６２】
図８は、図６と同様に、電気めっき処理におけるめっき液中のＢｉ濃度 (曲線Ｌｃ)と、はんだめっき層１６中のＢｉ濃度 (曲線Ｌｄ)との関係を、Ｃｕ核ボール径を基準にしたときの特性曲線図である。
この例では、実施例１と同様にＣｕボールの初期値として粒径２１５μｍのものを使用した場合である。はんだめっき層１６の厚みを逐一モニターし、この例でははんだめっき層１６の厚みが所定値ずつ順次増加したときのＣｕ核ボール１０をその都度サンプルとして採集する。採集したサンプルは洗浄してから乾燥させた上で、粒径を計測する。
計測タイミングのＣｕ核ボールの粒径が、目的の値となっているときのはんだめっき層中のＢｉの含有量を順次測定すると、図８の曲線Ｌｃのような結果が得られた。この結果よりはんだめっき層１６が所定の厚みだけ順次増加してもそのときのＢｉの含有量は、直前の含有量とほぼ同じ値となっていることが判る。曲線Ｌｃの場合にはＢｉの含有量はほぼ４０〜４２質量％となっている。曲線ＬｃのようにＢｉの濃度分布はめっき厚に対して均質（均等）となっており、濃度勾配が無いことが理解できる。はんだめっき層１６内のＢｉ濃度(曲線Ｌｃ)とめっき液中のＢｉ濃度(曲線Ｌｄ)が一致していないのは、図６と同様にめっき液中のＢｉがめっき液中のＳｎより優先してはんだめっき層内に取り込まれるためである。
【実施例３】
【００６３】
実施例３は、Ａｇを含み、かつ、Ｂｉを少量含む（Ｓｎ−３Ａｇ−０，８Ｃｕ−３Ｂｉ）からなる四元のＳｎ系はんだ合金のはんだめっき層１６を形成した場合について同様な計測を行った。このときのＢｉの分布は目標値としては３質量％であるが、許容範囲としては２．７質量％（濃度値比９０．０％）〜３．２質量％（濃度比１０６．７％）である。
Ｃｕ核ボールの作製方法は、実施例１および実施例２と同じである。
【００６４】
使用したＣｕボールおよびＣｕ核ボールの直径、Ｎｉ下地めっき層とはんだめっき層の膜厚等の仕様、および実験条件についてははんだめっき層の組成以外、実施例１と同条件である。
その結果を（表−２）試料Ｉ〜Ｌとして示す。この場合には目標値となるＢｉは３質量％であるので、試料Ｉ〜Ｌに示すように、２．８１〜３．０８質量％（何れも同一試料に付き１０回計測した平均値）と、多少のバラツキ（平均値の最小２．８１質量％（濃度比９３．７％）〜最大３．０８質量％（濃度比１０２．７％）程度はあるものの、許容範囲である。したがって２．７質量％（濃度比９０．０％）〜３．２質量％（濃度比１０６．７％）に収まっていることが分かる。接合判定は、実施例１と同じく接合不良は一切発生しない良好な結果が得られた為、「良」と判定した。
上記［実施例１］〜［実施例３］の結果を表−３にまとめた。Ｂｉの濃度比は９１．４％〜１０６．７質量％である。
【００６５】
【表３】
2018089677.tif 000005
【００６６】
なお、比較例として従来周知のはんだめっき層中のＢｉの分布が濃度勾配を有するときの実験結果を上述した（表−２）中に示す。使用したＣｕボール、Ｃｕ核ボールの球径、Ｎｉ下地めっき層とはんだめっき層の膜厚等、および実験条件については、下記電気めっきの方法以外、実施例１と同条件である。
【比較例１】
【００６７】
比較例１では、めっき液は、メタンスルホン酸Ｓｎ、有機酸および界面活性剤を含んでいるめっき液で電気めっきを行う。そして、めっき膜厚が目標値の半分の段階で、さらに、メタンスルホン酸Ｂｉのみを追加する。これにより、めっき液中のメタンスルホン酸Ｓｎの濃度を減少させつつ、メタンスルホン酸Ｂｉの濃度を増加しながら電気めっき処理を行った。
その結果、はんだめっき層中のＢｉ濃度が内側が薄く、外側に向かうにつれ濃くなる濃度勾配（内層０質量％、中層５２．１２質量％、外層１００質量％）を有し、はんだめっき層全体としてＢｉの含有量を目標値５８質量％となるようなはんだめっき層が形成された。
【比較例２】
【００６８】
比較例２では、メタンスルホン酸Ｓｎ、メタンスルホン酸Ｂｉ、有機酸および界面活性剤を含んだめっき液で電気めっきを行う。めっきを開始してから、アノード電極とカソード電極との間に所定の直流電圧が印加されると共に、Ｃｕボールを揺動させながら、電気めっき処理を行った。
その結果、はんだめっき層中のＢｉ濃度が内側が高く、外側に向かうにつれ低くなる濃度勾配（内層７０．７質量％、中層２４．８質量％、外層３．８質量％）となり、はんだめっき層全体としてＢｉの含有量を目標値５８質量％となるようなはんだめっき層が形成された。
結果、比較例１では接合時に位置ずれが発生し、比較例２ではＣｕ核ボールがはじき飛ばされてしまったため、共に「不良」と判定した。
このようにはんだめっき層１６内のＢｉ濃度を変えた場合には、位置ずれやＣｕ核ボール１０の吹き飛びなどの現象が発生した。
この発明における核表面にはんだめっき層を被覆した材料中に含まれるＢｉは均質になっている。例えば、ＢＧＡのような半導体パッケージにおいてははんだバンプとしてこの発明に係る核材料を使用することができる。核としてはボールが好適であり、しかもＣｕなどの金属球が好適である。
【００６９】
なお、この発明における技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。その形状も球体その他の形状（柱状のカラムやシート状など）を含む。
例えば上面および底面の径：１〜１０００μｍ，高さ：１〜３０００μｍであるＣｕ製のカラムの表面へ片側１〜４μｍのＮｉ下地めっき層、Ｆｅ下地めっき層やＣｏ下地めっき層等を設け、実施例と同じ条件にて（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだめっき層を被覆したＣｕ核カラムは、はんだめっき層中のＢｉが９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比となり、本願実施例のＣｕ核ボールと同じく、接合不良が発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
この発明にかかる核材料は、ＢＧＡなどのような半導体パッケージの接合材として利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  Ｃｕ核ボール
１２  Ｃｕボール
１４  下地めっき層
１６  はんだめっき層
１６ａ  内層
１６ｂ  中間層
１６ｃ  外層
１７ａ〜１７ｃ  切片（計測領域）
【図１】
2018089677.tif 000006
【図２】
2018089677.tif 000007
【図３】
2018089677.tif 000008
【図４】
2018089677.tif 000009
【図５】
2018089677.tif 000010
【図６】
2018089677.tif 000011
【図７】
2018089677.tif 000012
【図８】
2018089677.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月1日(2017.6.1)
【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】
核表面に 電気はんだめっきされたＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、                        
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体かこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９１．４〜１０６．７％の範囲内となされた
ことを特徴とする核材料。
【請求項２】
核表面に電気はんだめっきされたＳｎと５８質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−５８Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、  
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９１．４〜１０８．６％の範囲内となされた
ことを特徴とする核材料。
【請求項３】
核表面に電気はんだめっきされたＳｎと４０質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−４０Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、  
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９０〜１０７．５％の範囲内となされた
ことを特徴とする核材料。
【請求項４】
核表面に電気はんだめっきされたＳｎと３質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−３Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、  
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９０〜１０６．７％の範囲内となされた
ことを特徴とする核材料。
【請求項５】
前記核材料は、前記核表面から順にＮｉ及びＣｏから選択された１元素以上の下地めっき層と前記電気はんだめっき層を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の核材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕボールが使用されている
ことを特徴とする核材料。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の核材料であって、核としてＣｕカラムが使用されている
ことを特徴とする核材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の核材料がはんだバンプとして使用されている
ことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項９】
核表面に電気はんだめっきされたＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料であって、 
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体かこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比が、９１．４〜１０６．７％の範囲内となされた核材料を電極上に搭載する工程と、
搭載した前記核材料を加熱することによりバンプ電極を形成する工程を含む
ことを特徴とするバンプ電極の形成方法。
【手続補正２】
【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】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に核表面にＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を電気めっきして形成した電気はんだめっき層を有する核材料において、はんだめっき層中に含まれるＢｉは、９１．４〜１０６．７％の所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している核材料を提供することである。言い換えると、Ｂｉの濃度比を所定範囲内に収めることによって、はんだめっき層中のＢｉ濃度は均質（均等）となり、はんだめっき層中の内層、中間層及び外層を含めてその全領域に亘りＢｉ濃度比が所定範囲内となされた核材料およびその核材料を使用した半導体パッケージを提供するものである。
但し、核と（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金のはんだめっき層との間にNiめっき等の下地めっき層が施される場合には、下地めっき層を除いたはんだめっき層中においてＢｉが均質に分布している核材料を提供するものである。
【手続補正３】
【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】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載のこの発明にかかる核材料は、核表面に電気はんだめっきされたＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金のはんだメッキ層を有する核材料において、
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体かこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９１．４〜１０６．７％の範囲内となされたことを特徴とするものである。
【手続補正４】
【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】
請求項２に記載のこの発明に係る核材料は、核表面に電気はんだめっきされたＳｎと５８質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−５８Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、 
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９１．４〜１０８．６％の範囲内となされたことを特徴とするものである。ここに、（Ｓｎ−５８Ｂｉ）は、（Ｓｎ−５８重量％Ｂｉ）のことである。
【手続補正５】
【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】
請求項３に記載のこの発明に係る核材料は、核表面に電気はんだめっきされたＳｎと４０質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−４０Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、  
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９０〜１０７．５％の範囲内となされたことを特徴とするものである。ここに、（Ｓｎ−４０Ｂｉ）は、（Ｓｎ−４０重量％Ｂｉ）のことである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項４に記載のこの発明に係る核材料は、核表面に電気はんだめっきされたＳｎと３質量％のＢｉからなる（Ｓｎ−３Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料において、 
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比は、９０〜１０６．７％の範囲内となされたことを特徴とするものである。ここに、（Ｓｎ−４０Ｂｉ）は、（Ｓｎ−４０重量％Ｂｉ）のことである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項５に記載のこの発明に係る核材料は、請求項１〜４のいずれかに記載の核材料であって、前記核材料は、前記核表面から順にＮｉ及びＣｏから選択された１元素以上の下地めっき層と前記電気はんだめっき層を有することを特徴とするものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項９に記載のこの発明にかかるバンプ電極の形成方法は、核表面に電気はんだめっきされたＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金の電気はんだめっき層を有する核材料であって、 
前記核は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体かこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物からなり、
上記はんだめっき層中に含まれるＢｉの濃度比を、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
あるいは、
濃度比（％）＝Ｂｉの計測値の平均の値（質量％）／目標とするＢｉ含有量（質量％）
として表したとき、上記濃度比が、９１．４〜１０６．７％の範囲内となされた核材料を電極上に搭載する工程と、
搭載した前記核材料を加熱することによりバンプ電極を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この核材料は、ＳｎとＢｉからなる（Ｓｎ−Ｂｉ）系はんだ合金を核の表面に電気はんだめっきによりめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中のＢｉは、所定範囲の濃度比ではんだめっき層中に分布している核材料であり、Ｂｉの濃度比は９１．４〜１０６．７％の所定範囲内ではんだめっき層中に分布している核材料である。濃度比（％）については後述する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
この発明に係る核材料によれば、電気はんだめっき層中のＢｉは均質であるので、はんだめっき層の膜厚に対しＢｉの内周側、外周側を含めてその全領域に亘りＢｉ濃度比が所定範囲内にある。このため、内周側が外周側より早めに溶融して、内周側と外周側とで体積膨張差が生じて核材料がはじき飛ばされるような事態は発生しない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、電気はんだめっき層中のＢｉが均質であるので、核材料の全面に亘りほぼ均一に溶融するから、はんだめっき層内での溶融タイミングに時間差が殆ど生じない。その結果溶融タイミングのずれによって発生する核材料の位置ずれは生じないので、位置ずれなどに伴う電極間の短絡などのおそれはない。したがってこの核材料を使用することによって高品質な半導体パッケージを提供できる。ここで、膜厚は均一にコントロールできる反面、濃度が不均質となってしまう電気はんだめっきの問題点を、この発明ではＢｉ濃度比が所定の範囲内に収まるようにコントロールすることで、均質な電気はんだめっき層を有する核材料を得られるようにしたものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
この発明では、ＳｎとＢｉからなるＳｎ系はんだ合金を核表面に電気めっき処理によってめっき被膜した核材料において、はんだめっき層中のＢｉの分布が均質となされた核材料およびこれを使用した半導体パッケージを提供するものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、Ｓｎ，Ｂｉからなる二元の電気はんだめっき層中にはそれ以外の添加元素を添加しても、Ｂｉの濃度比を９１．４〜１０６．７％の所定範囲内で制御することができる。
添加元素としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｏなどのうち一種または二種以上使用することが考えられる。
核（コア）としては金属材料が使用される。核の形状は球体その他の形状（柱状のカラムやシート状など）が考えられる。本例では、球体であって、核として特にＣｕからなるボール（以下Ｃｕボールという）を使用したＣｕ核ボールの場合について説明する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
Ｃｕボールの粒径（球径）は、ＢＧＡのサイズなどによっても相違するが、以下の例では２００μｍφ程度の球状であり、はんだめっき層の径方向の片側の厚みは２０〜１００μｍである。Ｃｕ核ボールの粒径は使用する電子部品の密度やサイズによって適宜選定されるもので、１〜１０００μｍの範囲内のＣｕボールを使用することができ、使用するＣｕボールの粒径に応じてめっき厚が適宜選定されるものである。めっき処理を行うめっき装置は、電気めっき装置が使用される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
Ｃｕを主成分とする合金組成のＣｕボール１２を使用する場合には、その純度は特に限定されないが、純度の低下によるＣｕ核ボールの電気伝導度や熱伝導率の劣化を抑制し、また必要に応じてα線量を抑制する観点から、９９．９質量％以上が好ましい。
核としては、Ｃｕ以外にも、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇの金属単体やこれらの二種以上の合金、金属酸化物、あるいは金属混合酸化物により構成しても良い。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図３はこのときのＣｕ核ボール１０の断面図を示す。これを拡大した図４およびさらにこれを拡大した図５から明らかなように、はんだめっき層１６はＳｎとＢｉが均質に混在しながら成長した過程がよく分かる。図５はＦＥ−ＥＰＭＡを使用して撮像したものである。
はんだめっき層１６中のＢｉの濃度は、はんだめっき層１６の厚みが成長してもほぼ同じ状態を維持していることから、はんだめっき層１６中のＢｉはほぼ均質に分布した状態で成長（析出）していることが明らかとなった。Ｂｉ濃度が所期の値内に収まるようにめっき液中のＢｉ濃度が均質にされた状態でめっき処理が行われる。この例では、はんだめっき層１６中のＢｉの含有量としては５８質量％を目標値としているので、目標値に到達するようにめっき液中のＢｉ濃度が制御される。
はんだめっき層１６中のＢｉの濃度分布を所期値に収めるためには、電圧・電流制御を行いながらめっき処理がなされる。このような電気めっき処理によってはんだめっき層１６中のＢｉの分布を所期値に維持することができる。
実施例においては、めっき液中のＢｉ濃度はめっき処理中ほぼ４２〜４４質量％となっているが、これは上述したようにはんだめっき層１６中のＢｉ濃度が５３〜６３質量％となるように、めっき液中のＢｉ濃度を随時調整しながらめっき処理を行っているためである。