(57)【要約】【課題】銅金合金が非活性フラックス処理後であっても良好なはんだ接合性を示す、優れたはんだ濡れ性を有する銅合金成膜を安価に形成することができるはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットを提供する。【解決手段】本発明に係るはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットは、銅を主成分とし、金が１０質量％を超えて４９質量％未満、錫が０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有されてなる。このような銅合金ターゲットでは、浴温２４５℃のＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕはんだ浴を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接しているそのはんだ浴と当該銅合金ターゲットによるスパッタリング成膜との接触角が９０度となるゼロクロスタイムが４秒以内である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とし、
金が１０質量％を超えて４９質量％未満、錫が０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有されてなる
ことを特徴とするはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲット。
【請求項２】
浴温２４５℃のＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕはんだ浴を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接している該はんだ浴と当該銅合金ターゲットによるスパッタリング成膜との接触角が９０度となるゼロクロスタイムが４秒以内である
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子部品や半導体素子の外部電極等をはんだ接合するために用いる銅合金ターゲットに関し、より詳しくは、電子部品や半導体素子の外部電極等の最外層膜として、はんだ接合するために好適な銅合金膜を形成するために用いるはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子部品や半導体素子の外部電極等をはんだ接合する場合の接続先の合金は、はんだとの濡れ性が高まるような状態で行われる。
【０００３】
例えば、接続部品の骨格を構成する合金がＦｅ−４２質量％Ｎｉ合金（４２アロイ）の場合には、接続面に金めっきを施したり、Ｃｕ−２．４質量％Ｆｅ−０．０３質量％Ｐ−０．１２質量％Ｚｎ（アロイ１９４）の場合には、銀めっき上にさらに錫めっきを施したり、あるいはニッケルめっき上にさらにパラジウムめっきを施したり、いずれもはんだ接合時における溶融はんだとの濡れ性を高める工夫を施している。
【０００４】
ところで、電子部品や半導体素子の外部電極をはんだ接合する場合の接続先の合金においては、接続信頼性を高めるために純金や金合金を使用することがある。金は非常に高価であるため、金に任意で固溶し、かつ安価である銅を添加した金合金を用いたいという要求がある。ところが、銅金合金は、はんだ付けが容易ではないという問題がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の銅に１０質量％未満で金を添加した合金、例えばＣｕ−１質量％Ａｕは耐食性の効果が乏しく、またはんだ接合前処理を塩素を含まないいわゆる非活性フラックスで行った場合には全くはんだに濡れない。実際、浴温２４５℃のＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕはんだ浴を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接しているそのはんだ浴と当該銅合金のターゲットによるスパッタリング成膜との接触角が９０度となるゼロクロスタイムは、１０秒を超えても現れない。また、高いはんだ濡れ性を示す金の濃度を高めたＣｕ−１２質量％Ａｕにおいても、はんだ接合前処理を塩素を含まない非活性フラックスで行うと、ゼロクロスタイムは１５秒を超えても現れない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００４／０１１６９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、銅金合金が非活性フラックス処理後であっても良好なはんだ接合性を示す、優れたはんだ濡れ性を有する銅合金成膜を安価に形成することができるはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲット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】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、銅を主成分とする銅合金において、所定の割合で金を含有させるとともに、所定の割合で錫を含有させることによって、優れたはんだ濡れ性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを提供する。
【０００９】
（１）本発明の第１の発明は、銅を主成分とし、金が１０質量％を超えて４９質量％未満、錫が０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有されてなることを特徴とするはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットである。
【００１０】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、浴温２４５℃のＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕはんだ浴を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接している該はんだ浴と当該銅合金ターゲットによるスパッタリング成膜との接触角が９０度となるゼロクロスタイムが４秒以内であることを特徴とするはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る銅合金及びそれを用いた銅合金ターゲットによれば、銅を主成分として、１０質量％を超えて４９質量％未満の割合で金を含有し、かつ錫を０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有するものであることにより、安価で、純銅による成膜に比べてゼロクロスタイムが短くなる。また、塩素を含まない、いわゆる非活性フラックス処理後であっても、良好なはんだ接合性を示し、優れたはんだ濡れ性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶融はんだ浴中に銅合金成膜試料を浸漬したときの接触角（θ）に基づく、その銅合金のはんだ濡れ性の様子を模式図に示す図である。
【図２】スパッタリング成膜された銅合金成膜試料を溶融はんだ浴中に浸漬したときの時間と濡れ力との関係について説明するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットの具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１４】
＜１．銅合金ターゲット＞
本実施の形態に係るはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲット（以下、単に「銅合金ターゲット」ともいう）は、銅を主成分とする銅合金であって、金と、錫とを、それぞれ所定の割合で添加成分として含有する銅合金を用いて形成される。具体的に、この銅合金ターゲットは、銅が主成分として５１質量％以上の割合で含有され、金が１０質量％を超えて４９質量％未満の割合で含有され、さらに錫が０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有されてなることを特徴としている。
【００１５】
ここで、銅に金を１０質量％を超える割合で添加すると、はんだ付け処理を行うにあたり塩素を含むいわゆる活性フラックスによる酸化膜除去処理を行う場合には、その合金やその合金を用いたスパッタリング方式による成膜は銅成膜よりもゼロクロスタイムが短くなり、はんだの濡れ速さが速まることではんだ付け作業の生産性が高まるようになる。しかしながら、はんだ付け処理を行うにあたり塩素を含まないいわゆる非活性フラックスによる酸化膜除去処理を行う場合には、ゼロクロスタイムは銅成膜に劣るばかりか、１０秒を超えても現れない、すなわちはんだは濡れない。
【００１６】
これに対して、本実施の形態に係る銅合金ターゲットによれば、上述したように、所定の割合で金を含有するとともに、所定の割合で錫を含有してなる。このことにより、その合金やその合金を用いたスパッタリング成膜は、はんだ付け処理においては塩素を含まない非活性フラックス処理であっても、銅成膜よりも短いゼロクロスタイムとなり、良好にはんだ接合を行うことができる。
【００１７】
金の含有量に関して、銅合金中の金の含有量が１０質量％以下であると、その合金やスパッタリング成膜のゼロクロスタイムは５秒を超えてしまう。一方で、金の含有量が４９質量％以上となると、濡れ性には大きな変化はないものの、コスト高になる。
【００１８】
本実施の形態に係る銅合金ターゲットは、上述したように、錫を０．１質量％以上３質量％以下の割合で含有する。この銅合金ターゲットによれば、錫をこのような割合で含有することによって、非活性フラックス処理であっても、純銅や純銅による成膜よりも短いゼロクロスタイムで良好なはんだ濡れ性を示すことができる。
【００１９】
錫の含有量に関して、銅合金中の錫の含有量が０．１質量％未満であると、はんだ付け処理において、非活性フラックス処理でははんだ濡れ性が純銅による成膜と比較して著しく劣り、良好なはんだ接合を行うことができない。
【００２０】
ここで、図１に、溶融はんだ浴１１中にスパッタリング成膜された試料（銅合金成膜試料）１０を浸漬したときの接触角（θ）に基づく、その試料１０における銅合金成膜１０Ａのはんだ濡れ性の様子を模式的に示す。スパッタリング成膜された部品をはんだ接合する場合には、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、溶融はんだ浴に対して接触角が９０度以下（θ≦９０度）になることが必要となる。スパッタリング成膜して出荷した後、はんだ付け作業までに曝露される高温高湿といった環境にもかかわらず変色が発生せず、接触角が安定して９０度未満となるような材料であれば、はんだ付け作業の品質管理が容易になり、はんだ接合の信頼性が向上する。
【００２１】
なお、図１（Ｂ）は、溶融はんだ浴１１に対する銅合金成膜１０Ａの接触角（θ）が９０度（θ＝９０度）となるものであり、この場合、θ＜９０度の場合に比べては若干劣るものの、はんだ濡れ性は良好となる。一方で、図１（Ｃ）は、溶融はんだ浴１１に対する銅合金成膜試料１０の接触角（θ）が９０度を超える（θ＞９０度）ものであり、この場合には、はんだ濡れ性が不良であると判断される。
【００２２】
また、図２は、スパッタリング成膜された銅合金成膜試料を溶融はんだ浴中に浸漬したときの時間と濡れ力との関係について説明するためのグラフ図である。図２中のゼロクロスタイムや濡れ上がり時間が短いほど、また最大濡れ力が大きいほど、はんだに濡れるまでの時間が短く、また良好なはんだ接合が得られる。ここで、ゼロクロスタイムとは、はんだ浴と成膜との接触角が９０度となるまでの時間をいう。
【００２３】
本実施の形態に係る銅合金ターゲットによれば、そのターゲットにより得られる銅合金成膜のゼロクロスタイムは、純度９９．９９％の純銅からなる銅ターゲットによる成膜のゼロクロスタイムと同等かそれよりも速く、優れたはんだ濡れ性を有する。したがって、このような銅合金成膜によれば、良好にはんだ接合を行うことができる。
【００２４】
具体的には、この銅合金ターゲットによる銅合金成膜は、浴温２４５℃のＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕのはんだ浴を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４（ＩＥＣ  ６００６８−２−５４）に準拠したはんだ付け性試験方法（はんだ槽平衡法）にて測定された、熱平衡状態で接しているそのはんだ浴と当該銅合金成膜との接触角（θ）が９０度以下である。すなわち、銅合金成膜試料の鉛直方向に働く浮力Ｂと表面張力の鉛直方向成分Ｓとの差である濡れ力Ｆ（Ｆ＝Ｓ−Ｂ）の最大値（Ｆｍａｘ）がゼロ以上である。
【００２５】
また、同様のはんだ浴を用いてＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて測定された、熱平衡状態で接しているそのはんだ浴と当該銅合金成膜との接触角が９０度となるゼロクロスタイムが５秒以内である。
【００２６】
このような高いはんだ濡れ性を有する銅合金成膜によれば、はんだ接合作業における品質管理が極めて容易となり、はんだ接合の信頼性を高めることができる。また、はんだ接合を短時間で効率的に行うことができる。
【００２７】
なお、本実施の形態に係る銅合金ターゲットによるスパッタリング成膜の溶融はんだに対する高い濡れ性は、上述したような、２４５℃で溶融するＳｎ−３質量Ａｇ−０．５質量％Ｃｕのはんだ浴に限られるものではなく、例えば、２００℃から３００℃に融点を有するはんだ浴であれば同様に高い濡れ性を示す。
【００２８】
＜２．銅合金ターゲットの製造方法＞
本実施の形態に係る銅合金ターゲットは、例えば高周波真空溶解炉等の密閉可能なチャンバー内を真空引きした後に、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを導入して、上述した所定の成分組成となるように金属材料を溶解して銅合金溶湯を作製し、作製した銅合金溶湯を用いて鋳造を行うことによって製造することができる。なお、鋳造処理により得られた鋳塊を、所望とする直径、厚さの円盤状に切り出すことによって、円盤状の銅合金ターゲットを作製することができる。なお、ターゲットの形状は円盤状に限定されない。
【００２９】
このとき、溶解及び鋳造作業を行うに際して、密閉可能なチャンバー内を０．０１Ｐａ以下まで真空引きした後に、不活性ガスを導入してチャンバー内の圧力を４Ｐａ以上９０，０００Ｐａ以下として作業することが好ましい。
【００３０】
チャンバー内を０．０１Ｐａ以下まで真空引きすることによって、そのチャンバー内の酸素を可能な限り除去することができ、得られる銅合金ターゲット内の含有酸素量（含有酸素濃度）や含有水素量（含有水素濃度）を低下させることができる。
【００３１】
また、真空引きした後に、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを導入してチャンバー内の圧力を０．１Ｐａ以上９０，０００Ｐａ以下とし、その圧力下で溶解及び鋳造を行うことによって、チャンバー内で銅や錫を蒸発させることなく、銅合金内に含まれる水素や酸素等のガス成分を除去することができ、鋳造後の鋳塊に発生する巣（鋳造内部欠陥である空洞）の発生を抑制し、銅合金ターゲットを用いたスパッタリング時における異常放電を防止することができる。
【００３２】
不活性ガス導入後のチャンバー内の圧力を０．１Ｐａ未満とすると、金属材料を溶解している間に、錫がチャンバー内で蒸発して覗窓を曇らせてしまうため作業性が悪くなり、また発振コイルや電極端子等のあらゆる部分に錫が蒸着してしまう可能性があり、錫の歩留まりが低下して生産性が悪化する。一方で、チャンバー内の圧力が９０，０００Ｐａを超えると、溶解及び鋳造時に銅合金に含まれるガス成分がほとんど除去されず、鋳塊の内部、すなわち銅合金ターゲット内部に巣が多数発生してしまい、スパッタリング時において異常放電が頻発するようになる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
≪実施例及び比較例≫
＜銅合金ターゲットの製造＞
実施例及び比較例において、下記表１に示すような成分組成となるようにして銅合金溶湯を調製して銅合金試料を製造した。なお、表１に示すように、添加成分としては、金、錫をそれぞれ所定の割合で含有する。
【００３５】
具体的には、高周波真空溶解炉を用いて、チャンバー内を０．００９Ｐａ以下まで真空引きした後、アルゴンガスを４００Ｐａまで導入し、下記表１に示される成分組成を有する銅合金溶湯を作製し、その圧力下で１０分間保持した後に黒鉛鋳型に鋳込んで鋳塊を作製した。そして、作製した鋳塊を、厚さ５ｍｍ、直径７５ｍｍの円盤状に切り出して銅合金ターゲットとし、以下に示す評価に供した。
【００３６】
＜評価＞
スパッタリング成膜による評価では、作製した銅合金ターゲットを用いてモネル板（Ｎｉ−３４質量％Ｃｕ）にスパッタリング法により成膜し、はんだ濡れ性の評価を行った。
【００３７】
成膜は、芝浦メカトロニクス株式会社製のスパッタリング装置（型式：ＣＦＳ−４ＥＳ−２）を用いて行った。具体的には、チャンバー内の真空度が１×１０−３Ｐａに到達した後、アルゴンを１５ＳＣＣＭになるように供給しながらスパッタリングを行った。５ｍｍ×０．３ｍｍ×１５ｍｍの短冊状モネル板をターゲットに対向する基板ホルダーへ直立させて固定し、基板ホルダーを公転させてモネル板の全面に０．５μｍ厚で成膜した。
【００３８】
はんだ濡れ性の評価は、株式会社レスカ製のソルダーチェッカ（ＳＡＴ−５２００）を使用して評価した。はんだ濡れ性の試験では、フラックスとして、ロジン２５％とイソプロパノール７５％とからなる非活性化ロジンフラックスを用いた。また、はんだ浴としては、Ｓｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕを溶解して２４５℃に保持した溶融はんだ浴を用いた。なお、銅合金成膜試料のはんだ浴への浸漬速度は５ｍｍ／ｓ、浸漬深さは２ｍｍ、浸漬時間は１５秒とした。
【００３９】
ここで、ソルダーチェッカは、銅合金成膜試料に働く浮力Ｂと表面張力Ｓとの差を濡れ力Ｆ（Ｆ＝Ｓ−Ｂ）とし、その濡れ力Ｆを経時観測するものである。そこで、スパッタリング成膜試料（銅合金成膜試料）のはんだ濡れ性については、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４に準拠した試験方法にて、はんだ浴と銅合金成膜との接触角が９０度となるまでの時間、いわゆるゼロクロスタイムで評価し、純度９９．９９％の銅ターゲットによる成膜のゼロクロスタイムと同等の４秒以内の場合を『良』、４秒を超え１０秒以内の場合を『劣』、１０秒を超える場合を『不良』として評価した。括弧内にはゼロクロスタイム（秒）を記し、１５秒を超えても接触角が９０度とならない場合は『Ｘ』と記した。
【００４０】
なお、図２のグラフ図に示したように、ゼロクロスタイムとは、はんだ浴と銅合金成膜との接触角が９０度となるまでの時間をいい、このゼロクロスタイムが短いほど、濡れ性が良好であって、またはんだ接合を短時間で行うことができることを意味する。
【００４１】
＜結果＞
下記表１に、はんだ濡れ性の評価結果を示す。なお、表１には、上述したように、各実施例、比較例における銅合金の成分組成についても併せて示す。また、２０１４年の平均金属価格として銅を０．７３円／ｇ、金を４，５００円／ｇ、ニッケルを１．７９円／ｇ、錫を２．３円／ｇとして計算した１ｇあたりの合金価格を示した。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１の結果に示すように、実施例１〜３では、ゼロクロスタイムが２秒〜３秒であっていずれも４秒以内となりはんだ濡れ性が良好（「良」）で、合金価格も５４１円／ｇ以下であった。また、実施例４においても、ゼロクロスタイムが２秒であって４秒以内となりはんだ濡れ性が良好（「良」）であった。
【００４４】
一方で、比較例２、３、４、５、６は、合金価格は５４１円／ｇ以下であったものの、はんだ濡れ性は「不良」や「劣」であった。また、比較例７でははんだ濡れ性は良好（「良」）であったものの、合金価格は２，２５０円／ｇと高額となってしまった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本実施の形態に係るはんだ接合電極成膜用銅合金ターゲットによれば、成膜のはんだ濡れ性に関し、塩素を含まない非活性フラックス処理においてもはんだ濡れ性は良好で、またゼロクロスタイムが銅成膜に比べて約半分と短く、さらに金属価格が安価であり、電子部品業界での利用価値は極めて大きい。
【符号の説明】
【００４６】
１０    （銅合金成膜）試料
１０Ａ  成膜（銅合金成膜）
１１    溶融はんだ浴
【図１】
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【図２】
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