(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛フリー銅フリー系スズ合金であって、
前記鉛フリー銅フリー系スズ合金の総重量は、１００ｗｔ％であり、
３．０〜５．０ｗｔ％の銀と、
０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマスと、
０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモンと、
０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケルと、
０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウムと、
残量のスズと、
を含むことを特徴とする、鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【請求項２】
３．５〜４．５ｗｔ％の銀を含むことを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【請求項３】
２．５〜３．５ｗｔ％のビスマスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【請求項４】
０．５〜１．５ｗｔ％のアンチモンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【請求項５】
０．０４５〜０．０５５ｗｔ％のニッケルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【請求項６】
０．００５〜０．０１５ｗｔ％のゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項１に記載の鉛フリー銅フリー系スズ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリー銅フリー系スズ合金、及び、ＢＧＡパッケージを用いたはんだボールに関し、特に鉛フリー銅フリー系スズ合金、及び、該鉛フリー銅フリー系スズ合金によって作製されたＢＧＡパッケージを用いたはんだボールに係わる。
【背景技術】
【０００２】
半導体部材の出入力（ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）が向上するにつれ、パッケージ技術において、元々チップ周辺でパッケージングのワイヤボンディング（ｗｉｒｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ）を行うしかなかったが、今ではチップ底部表面でパッケージングのボールグリッドアレイ（ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ、略称ＢＧＡ）に変化した。その技術は半導体部材に対し、ＩＣフットプリントの再分布（Ｉ／Ｏ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を実施し、フットプリントを半導体部材底部に分布することで出入力密度が向上する。
【０００３】
ＢＧＡパッケージのブレーク方式は金属凸塊、導電ゴムおよび導電フィルム等に分けられる。そのうち金属凸塊技術に属するはんだバンプ（ｓｏｌｄｅｒ  ｂｕｍｐ）を主とする。ＢＧＡパッケージはまた、非ウエハーレベルのパッケージおよびウエハーレベルパッケージに分けられる。
【０００４】
非ウエハーレベルのパッケージはシリコンチップをワイヤーボンディングまたはフリップチップ（ｆｌｉｐｃｈｉｐ）方式で有機プリント基板にはんだ付けした後、シリコンチップおよび有機プリント基板の間にアンダーフィル（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）を注入し、次に有機プリント基板の別の一端にはんだボールをはんだ付けしてはんだバンプを成形し、電子部材にする。電子部材は、後続の製造過程において、回路板にはんだ付けしてパッケージングした回路板のことである。シリコンチップ、有機プリント基板と回路板の間の膨張係数の差が大きすぎることで、パッケージングされた回路板本体または環境に温度変化が現れたとき、熱膨張係数不一致（ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｉｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）による熱応力によって電子部材と回路板の間のはんだバンプ（ソルダーバンプ）が破壊されるが、有機プリント基板とシリコンチップの間のはんだバンプはアンダーフィルを有するため破壊されない。
【０００５】
ウエハーレベルパッケージは、シリコンウエハーにおいて大部分またはすべてのパッケージテストを行った後、次にシングルチップにスライスする。チップは有機プリント基板を通過せず、直接チップ上において、ＩＣフットプリントに再度分布し、その後、上はんだボールをはんだ付けしてはんだバンプを成形する。パッケージ後のチップサイズとベアチップはほぼ一致するため、ウエハーレベルチップサイズパッケージ（ｗａｆｅｒ  ｌｅｖｅｌ  ｃｈｉｐ  ｓｃａｌｅ  ｐａｃｋａｇｅ；略称ＷＬＣＳＰ）と呼ばれる。
しかしながら、シリコンチップと回路板の膨張係数の差は大きすぎるため、両者間の連接体のはんだバンプ（ソルダーバンプ）は電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力を受ける。その他、ウエハーレベルパッケージが軽薄短小のモバイル装置上で多く運用されるため、はんだバンプ（ソルダーバンプ）も高い機械衝撃に耐える能力を備える必要がある。
【０００６】
このように、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに用いるはんだボールで作製されたスズ合金を如何にして見つけるか、そして該はんだボールで成形したはんだバンプが電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力に耐え、同時に高い機械衝撃に耐える能力を備えることを本発明の目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに使用するはんだボールを作製でき、且つ、該はんだボールによって成形されたはんだバンプが、電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力と、同時に高い機械衝撃とに耐える能力を備えるような鉛フリー銅フリー系スズ合金を提供することを本発明の第一目的とする。
【０００８】
本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金は、該鉛フリー銅フリー系スズ合金の総重量を１００ｗｔ％として、
３．０〜５．０ｗｔ％の銀と、
０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマスと、
０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモンと、
０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケルと、
０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウムと、
残量のスズと、を含む。
【０００９】
該はんだボールによって成形されたはんだバンプが、電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力と、同時に高い機械衝撃とに耐える能力を備えるような、ＢＧＡパッケージを用いたはんだボールを提供することを本発明の第二目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＢＧＡパッケージを用いたはんだボールは、前述の鉛フリー銅フリー系スズ合金によって作製される。
【００１１】
以下は本発明の内容を詳細に説明したものである。
【００１２】
本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金は、該鉛フリー銅フリー系スズ合金の総重量を１００ｗｔ％として計算し、それは３．０〜５．０ｗｔ％の銀、０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマス、０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモン、０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケル、０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウム、および残量のスズを含む。
【００１３】
本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金は、事実上、鉛（Ｐｂ）と銅（Ｃｕ）を含まない。前述の事実上鉛と銅は含まないとは、原則、意図なくスズ合金の中に鉛と銅が添加されたとき、例えば製造過程において意図なく、但し不可避の不純物が添加されるか、または接触した場合を指す。依って本発明主旨にもとづき、即ち事実上鉛と銅を含まない、または鉛フリーと銅フリーであるとみなす。ｗｔ％は重量百分率を指し、本文では以下、ｗｔ％は重量百分率を指す。他に本発明および請求範囲に述べる数値範囲の制限には、極値を含む。
【００１４】
その他、「残量のスズ」の用語は誤解を避けるためであり、その他、製造過程において意図的ではないが避けられない不純物を排除すると理解されてはならない。拠って、仮に不純物が存在した時、「残量のスズ」は、該鉛フリー銅フリー系スズ合金の１００ｗｔ％に対する重量百分率を例とし、且つスズには不可避の不純物を加えて構成されることが補足されると理解されなければならない。
【００１５】
良好な例として、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は３．５〜４．５ｗｔ％の銀を含む。更に良好なものとして、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は３．７５〜４．２５ｗｔ％の銀を含む。
【００１６】
良好な例として、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は２．５〜３．５ｗｔ％のビスマスを含む。更に良好なものとして、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は２．７５〜３．２５ｗｔ％のビスマスを含む。
【００１７】
良好な例として、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．５〜１．５ｗｔ％のアンチモンを含む。更に良好なものとして、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．７５〜１．２５ｗｔ％のアンチモンを含む。
【００１８】
良好な例として、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．０４５〜０．０５５ｗｔ％のニッケルを含む。更に良好なものとして、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．０４７５〜０．０５２５ｗｔ％のニッケルを含む。
【００１９】
良好な例として、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．００５〜０．０１５ｗｔ％のゲルマニウムを含む。更に良好なものとして、該鉛フリー銅フリー系スズ合金は０．００７５〜０．０１２５ｗｔ％のゲルマニウムを含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金とＢＧＡパッケージを用いたはんだボールは、本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金によって、同時に３．０〜５．０ｗｔ％の銀、０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマス、０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモン、０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケル、０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウムおよび残量のスズを含む。依って、本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに使用するはんだボールを作製でき、且つ該はんだボールによって成形されたはんだバンプは電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力と、同時に高い機械衝撃とに耐える能力を備えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明のその他の特徴および効果について、参照図式の中で詳細に説明する。そのうち、
【図１】本発明の写真であり、実施例１で成形され正常なはんだバンプ（ソルダーバンプ）のスライス片を説明したものである。
【図２】本発明の写真であり、比較例９で成形された不良はんだバンプ（ソルダーバンプ）のスライス片を説明したものである。
【図３】本発明の写真であり、比較例９で成形された不良はんだバンプ（ソルダーバンプ）のｘ−ｒａｙに依る観察結果を説明したものである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２２】
＜実施例１〜１１と比較例１〜１０＞
【００２３】
鉛フリー銅フリー系スズ合金を作製する。
【００２４】
実施例１〜１１と比較例１〜１０の鉛フリー銅フリー系スズ合金は、以下の表１に示す金属成分と重量百分率（ｗｔ％）および以下のステップに基づき作製する。
【００２５】
ステップ１として、対応する金属成分および重量百分率に基づき、対応する金属材料を準備する。
【００２６】
ステップ２として、すでに準備された金属材料を加熱して溶解および鋳造し、実施例１〜１１と比較例１〜１０の鉛フリー銅フリー系スズ合金を成形する。
[表1]
【表１】
0006953565.tif 000002
【表１−２】
0006953565.tif 000003
【００２７】
＜合金性質テスト＞
【００２８】
説明として、実施例と比較例の該鉛フリー銅フリー系スズ合金は、シェアテスト（ｂａｌｌｓｈｅａｒｔｅｓｔ）によって接合強度が査定され、
硬度テスト（ｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔ）によって合金硬度が査定され、
プルテスト（ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ）によって合金展延性が査定され、
基板化のはんだ接合テスト（ｂｏａｒｄ  ｌｅｖｅｌ  ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ  ｔｅｓｔ）によって抗酸化特性が査定され、
熱サイクルテスト（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｅ  ｔｅｓｔ）によってはんだバンプおよび接合構造の熱疲労に対する抵抗力が査定される。
【００２９】
シェアテスト、硬度テスト、プルテスト、基板化のはんだ接合テストおよび熱サイクルテストのテスト方法は以下のとおりである。
【００３０】
［シェアテスト］
【００３１】
ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１７Ｂ基準テスト方法を参照し、実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金のシェアテストを実施する。まず、サイズが１４ｍｍ×１４ｍｍのＢＧＡ部材上にフラックスを塗布し、次に球直径が０．４５ｍｍの実施例または比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金で作製したはんだボールに対してＢＧＡ部材上でリボーリング作業（ｂａｌｌ  ａｔｔａｃｈ）を実施する。ＢＧＡ部材のパッドの表面処理は裸銅とし、ピーク温度を２４０℃にしたリフロープロファイル（ｒｅｆｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）で溶接し、完成後のはんだボールはＢＧＡ部材上に溶接してはんだバンプを成形する。次にシェアテスト機ではんだバンプのシェアテスト（シェア刃移動速度は１００μｍ／ｓ）を実施する。
【００３２】
各組の合金ＢＧＡサンプルは１５粒のはんだバンプを押し、そのシェア強度を記録する。１５粒のはんだバンプのシェア強度から平均値を取り実験結果とする。結果判定基準は、平均シェア強度が１５ニュートンを超えたとき、リボーリングの溶接度が良好であると判定し「○」を表示する。平均シェア強度が１２〜１５ニュートンの間であるとき、リボーリングの溶接度を並みであると判定し「△」を表示する。平均シェア強度が１２ニュートンよりも小さいとき、リボーリングの溶接度が不足である判定し「Ｘ」を表示する。実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金のシェアテスト結果は表１に整理する。
【００３３】
［硬度テスト］
【００３４】
ＡＳＴＭ−Ｅ９２−１７基準テスト方法を参照し、ビッカース硬度測定器で実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金の硬度を測定する。テスト方法は各合金を長２０ｍｍ、幅２０ｍｍおよび高１０ｍｍの板形サンプルに作製し、サンプルのテスト表面はまず研削研磨処理を行い、続いてビッカース硬度測定器の基準テスト圧子をサンプルに対して押込み硬度テスト（バラスト条件は荷重５００ｇとし、荷重持続時間１０秒とする）を実施し、次に合金サンプルに成形された押込み硬度サイズから出合金の硬度結果を計算する。
【００３５】
本テストにおいて、各合金は三つの硬度サンプルのテストを実施し、次に取得した三つの硬度結果から平均値を取る。判定基準として、平均硬度が２５Ｈｖより大きいとき、合金は良好な硬度パフォーマンスを備えると判定し「○」を表示する。平均硬度が２２〜２５Ｈｖの間のとき、合金硬度パフォーマンスが並みであると判定し「△」を表示する。平均硬度が２２Ｈｖよりも小さいとき、合金硬度パフォーマンスが悪いと判定し「Ｘ」を表示する。実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金の硬度テスト結果は表１に整理する。
【００３６】
［プルテスト］
【００３７】
ＡＳＴＭ−Ｅ８／Ｅ８Ｍ−１６ａを参照し、実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金のプルテストを実施する。引張速度は６ｍｍ／ｍｉｎであり、プルテストの伸長率結果を合金の展延率と比較する。
【００３８】
本テストにおいて、各合金は三つの引張サンプルのテストを実施し、次に取得した三つの伸長率結果から平均値を取る。結果判定基準として、平均伸長率が２０％より大きいとき、合金は良好な展延性を備えると判定し「○」を表示する。平均伸長率が１７〜２０％の間のとき、合金展延性が並みであると判定し「△」を表示する。平均伸長率が１７％より小さいとき、合金展延性が悪いと判定し「Ｘ」を表示する。実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金のプルテスト結果は表１に整理する。
【００３９】
［基板化のはんだ接合テスト］
【００４０】
まず、サイズが３５ｍｍ×３５ｍｍのＢＧＡ部材上にフラックスを塗布し、次に球直径が０．６３ｍｍの実施例または比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金で製作したはんだボールに対してＢＧＡ部材上でリボーリング作業（ｂａｌｌ  ａｔｔａｃｈ）を実施する。ＢＧＡ部材のパッド表面処理は裸銅であり、ピーク温度が２４０℃のリフロープロファイル（ｒｅｆｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）で溶接する。完成後のはんだボールはＢＧＡ部材上に溶接してはんだバンプを成形する。次にサンプルを温度８５℃および相対湿度８５％の環境下で２４０時間放置してはんだバンプの酸化を加速させる。次にＢＧＡ部材を相対する回路板上に溶接する。回路板のパッド表面処理はプリフラックス（ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ；略称ＯＳＰ）である。実施例または比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金で製作したはんだボールがＢＧＡ部材において形成したはんだバンプ後の抗酸化能力をテストすることを本テストの目的とする。合金の抗酸化能力ははんだバンプと回路板の溶接時の溶接力に影響を与える。仮に合金抗酸化能力が足りず、はんだバンプと回路板を溶接するときの溶接力が悪いとき、基板化工程後に発生する溶接不良の発生率が増える。
【００４１】
本テストは、基板化後のサンプルに対し、Ｘ−ｒａｙで溶接不良の比率を分析する。判定基準として、溶接不良発生比率が１０％よりも少ないとき、基板化溶接力は良好であると判定し「○」を表示する。溶接不良発生比率が１０〜２０％の間のとき、基板化溶接力が並みであると判定し「△」を表示する。溶接不良発生比率が２０％よりも多いとき、基板化溶接力は失敗であると判定し「Ｘ」を表示する。実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金の基板化のはんだ接合テスト結果は表１に整理する。
【００４２】
［熱サイクルテスト］
【００４３】
ＪＥＳＤ２２−Ａ１０４Ｅを参照し、実施例と比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金の熱サイクルテストを実施する。まず、サイズが１４ｍｍ×１４ｍｍのＢＧＡ部材上にフラックスを塗布し、次に球直径が０．４５ｍｍの実施例または比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金で製作したはんだボールに対してＢＧＡ部材でリボーリング作業（ｂａｌｌ  ａｔｔａｃｈ）を実施する。ＢＧＡ部材のパッド表面処理は裸銅であり、ピーク温度が２４０℃のリフロープロファイル（ｒｅｆｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）で溶接する。完成後のはんだボールはＢＧＡ部材上に溶接してはんだバンプを成形する。次にＢＧＡ部材を相対する回路板上で溶接し、回路板のパッド表面処理はプリフラックス（ＯＳＰ）とする。次に溶接した回路板に対して熱サイクルテスト（テスト条件は-４０〜１２５℃で温度の昇降速度は１５℃／ｍｉｎであり、ソーク時間は１０分間とし、合計で進行１０００サイクル実施）を実施する。熱サイクルテストは各溶接した回路板サンプルに対して電気抵抗（初期抵抗値）を測定し、熱サイクルテスト後に再度電気抵抗（テスト後抵抗値）をテストする。本テストの目的は、実施例または比較例の鉛フリー銅フリー系スズ合金はんだボールリボーリング後に形成されたはんだバンプおよびはんだバンプと銅基材接合構造の熱疲労耐性をテストするもので、仮にはんだバンプ本体および銅基材接合構造に対する熱疲労耐性が不足のとき、はんだバンプまたは接合構造は熱サイクル応力下で反復し、熱疲労破壊を起こし、はんだバンプの信頼性に影響を与える。
【００４４】
本テストは、熱サイクル後の回路板サンプルに対して電気抵抗の検出を実施し、比較サンプルによって熱サイクルテスト後の電気抵抗変化を実施して、はんだバンプおよび接合構造の熱疲労耐性を検査する。電気抵抗変化の定義は電気抵抗変化値（テスト後抵抗値は初期抵抗値を差し引く）と初期抵抗値の比率とする。判定基準として、電気抵抗変化が１０％よりも低いとき、合金はんだバンプおよび接合構造の熱疲労耐性は良好であると判定し「○」を表示する。電気抵抗変化が１０〜２０％の間のとき、合金はんだバンプおよび接合構造の熱疲労耐性が並みであると判定し「△」を表示する。電気抵抗変化が２０％よりも大きいとき、合金はんだバンプおよび接合構造の熱疲労耐性は悪いと判定して「Ｘ」を表示する。
【００４５】
図１から図３の説明は、以下のとおりであり、図１の写真は実施例１が形成した正常はんだバンプ（ソルダーバンプ）のスライス片であり、図２の写真は比較例９が成形した不良はんだバンプ（ソルダーバンプ）のスライス片であり、図３の写真は比較例９が形成した不良はんだバンプ（ソルダーバンプ）のｘ−ｒａｙでの観察結果とする。
【００４６】
他に、説明として、同一実施例または同一比較例は前述のシェアテスト、硬度テスト、プルテスト、基板化のはんだ接合テストおよび熱サイクルテストの五つのテストを実施する。仮にテスト結果に任意の一つが「Ｘ」と判定されたとき、表１の「総合評価結果」欄の表示が「Ｘ」であるから、それはこの実施例または比較例が本発明の要求に符合しないことを表す。
仮にテスト結果の中の任意の一つが「△」と判定されたとき、表１の中の「総合評価結果」欄の表示は「△」であるから、それはこの実施例または比較例は本発明の要求に符合することを意味する。
仮に全部のテスト結果の中ですべてが「○」であったとき、表１の中の「総合評価結果」欄は「○」を表示し、当実施例は本発明の要求に符合するだけでなく且つ最良の実施例であると言える。
【００４７】
＜合金性質テスト結果と考察＞
【００４８】
以下、異なる銀含有量、異なるビスマス含有量、異なるアンチモン含有量、異なるニッケル含有量および異なるゲルマニウム含有量によって取得した結果を、それぞれ考察する。
【００４９】
［異なる銀含有量］
[表2]（表１からの抜書き）
【表２】
0006953565.tif 000004
【００５０】
表２に示すとおり、銀の重量百分率は合金硬度、溶接後のはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性と抗酸化特性に影響を与える。はんだボールの抗酸化特性が不足すると、リボーリング部材で基板化工程を実施する時に発生する双球不良の発生率が高まる。低すぎる銀の重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の硬度テストおよび熱サイクルテストに合格できなくする。高すぎる銀の重量百分率は比較的高い合金硬度を有することができるが、しかし鉛フリー銅フリー系スズ合金は融点が上昇し、展延性が下降してしまう。融点の上昇は同等の温度条件下において、リボーリング溶接を行ったときの溶接力の低下をもたらし、シェアテストに合格できなくなる。また合金展延性の下降もプルテストに合格できなくなる。
その他、高すぎる銀の重量百分率も鉛フリー銅フリー系スズ合金の熱サイクルテストおよび基板化のはんだ接合テストに合格できなくなる。
【００５１】
比較例１では２．０ｗｔ％の銀を採用する。それは硬度テストおよび熱サイクルテストで「Ｘ」が表示され、低すぎる重量百分率（３．０ｗｔ％より低い）の銀は合金硬度パフォーマンスと合金はんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性が悪いことを意味する。
比較例２は６．０ｗｔ％の銀を採用する。それは、硬度テストは「○」を表示するが、シェアテスト、プルテスト、熱サイクルテスト、基板化のはんだ接合テストおよび「総合評価結果」欄の中に表示されたものが「Ｘ」であるため、過剰な重量百分率（５．０ｗｔ％より大きい）の銀によって合金のはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性が悪く、抗酸化特性が不足することを意味し、且つシェアテストおよびプルテストに合格できない。
実施例２は３．０ｗｔ％の銀を採用し、実施例１は４．０ｗｔ％の銀を採用し、実施例３は５．０ｗｔ％の銀を採用する。表２「総合評価結果」欄はすべて「△」または「○」が表示される。それは鉛フリー銅フリー系スズ合金の中には３．０〜５．０ｗｔ％の銀が含まれ本発明の要求に符合できることを意味する。
【００５２】
［異なるビスマス含有量］
[表３]（表１からの抜書き）
【表３】
0006953565.tif 000005
【００５３】
表３に示すとおり、ビスマスの重量百分率は合金硬度と溶接後のはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性に影響を与える。低すぎるビスマスの重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の硬度テストおよび熱サイクルテストに合格できなくする。
高すぎるビスマスの重量百分率は比較的高い合金硬度を有することができるが、鉛フリー銅フリー系スズ合金の展延性を下げ、プルテストに合格できなくする。
【００５４】
比較例３は０ｗｔ％のビスマスを採用する。それは硬度テストおよび熱サイクルテストで「Ｘ」が表示され、低すぎる重量百分率（０．０１ｗｔ％より低い）のビスマス合金硬度パフォーマンスと合金はんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性が悪いことを意味する。
比較例４は４．０ｗｔ％のビスマスを採用する。それは、硬度テストは「○」を表示するが、プルテストおよび「総合評価結果」欄の中に表示されたものが「Ｘ」なので、過剰な重量百分率（３．５ｗｔ％より多い）のビスマスが合金プルテストに合格できなくすることを意味する。
実施例４は０．０１ｗｔ％のビスマスを採用し、実施例１は３．０ｗｔ％のビスマスを採用し、実施例５は３．５ｗｔ％のビスマスを採用する。表３の「総合評価結果」欄はすべて「△」または「○」を表示し、それらは鉛フリー銅フリー系スズ合金の中に０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマスが含まれ本発明の要求に符合することを意味する。
【００５５】
［異なるアンチモン含有量］
[表４]（表１からの抜書き）
【表４】
0006953565.tif 000006
【００５６】
表４に示すとおり、アンチモンの重量百分率は合金硬度、溶接後のはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性と抗酸化特性に影響を与え、はんだボールの抗酸化特性が不足すると、リボーリング部材で基板化工程を実施する時に発生する双球不良の発生率が高まる。低すぎるアンチモンの重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の硬度テストおよび熱サイクルテストに合格できなくする。高すぎるアンチモンの重量百分率は比較的高い合金硬度を有するが、鉛フリー銅フリー系スズ合金は融点が上昇し、展延性が下降してしまう。融点の上昇は同等の温度条件下において、リボーリング溶接を行ったときの溶接力の低下をもたらし、シェアテストが合格できなくなる。また合金の展延性が下がるのも、プルテストに合格できなくする。
その他、高すぎる銀の重量百分率もまた、鉛フリー銅フリー系スズ合金の基板化のはんだ接合テストに合格できなくする。
【００５７】
比較例５は０ｗｔ％のアンチモンを採用する。それは硬度テストで「Ｘ」が表示され、低すぎる重量百分率（０．０１ｗｔ％よりも低い）のアンチモン合金は硬度パフォーマンスと合金はんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性が悪いことを意味する。
比較例６は４．０ｗｔ％のアンチモンを採用する。それは、硬度テストは「○」を表示するが、シェアテスト、プルテスト、基板化のはんだ接合テストおよび「総合評価結果」欄の中に表示されたものが「Ｘ」であるため、過剰な重量百分率（３．５ｗｔ％よりも多い）のアンチモンは合金抗酸化特性が不足し、且つシェアテストおよびプルテストに合格できないことを意味する。
実施例６は０．０１ｗｔ％のアンチモンを採用し、実施例１は１．０ｗｔ％のアンチモンを採用し、実施例７は３．５ｗｔ％のアンチモンを採用し、表４の中「総合評価結果」の欄はすべて「△」または「○」を表示し、鉛フリー銅フリー系スズ合金の中は０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモンを含み、本発明の要求に符合する。
【００５８】
［異なるニッケル含有量］
[表５]（表１からの抜書き）
【表５】
0006953565.tif 000007
【００５９】
表５に示すとおり、ニッケルの重量百分率は溶接後のはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性に影響を与える。低すぎるニッケルの重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の熱サイクルテストに合格できなくする。
高すぎるニッケルの重量百分率は比較的良好なはんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性を有するが、鉛フリー銅フリー系スズ合金の展延性を下げ、プルテストに合格できなくする。
【００６０】
比較例７は０ｗｔ％のニッケルを採用する。それは熱サイクルテストで「Ｘ」が表示され、低すぎる重量百分率（０．００５ｗｔ％より低い）のニッケルは合金はんだバンプおよび接合面の熱疲労耐性が悪いことを意味する。
比較例８は０．２ｗｔ％のニッケルを採用する。それは熱サイクルテストにおいて「○」が表示されるが、プルテストおよび「総合評価結果」欄の中に表示されたものが「Ｘ」なので、それは過剰な重量百分率（０．１ｗｔ％よりも多い）のニッケルは合金プルテストに合格できなくすることを意味する。
実施例８は０．００５ｗｔ％のニッケルを採用し、実施例１は０．０５ｗｔ％のニッケルを採用し、実施例９は０．１ｗｔ％のニッケルを採用し、表５の「総合評価結果」の欄はすべて「△」または「○」を表示し、それは鉛フリー銅フリー系スズ合金の中には０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケルが含まれ、本発明の要求に符合することを意味する。
【００６１】
［異なるゲルマニウム含有量］
［表６］（表１からの抜書き）
【表６】
0006953565.tif 000008
【００６２】
表６にしめすとおり、ゲルマニウムの重量百分率は合金の抗酸化特性に影響を与え、はんだボールの抗酸化特性が不足すると、リボーリング部材で基板化工程を実施する時に発生する双球不良の発生率が高まる。低すぎるゲルマニウムの重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の基板化のはんだ接合テストに合格できなくする。
高すぎるゲルマニウムの重量百分率は鉛フリー銅フリー系スズ合金の溶接力を下降させ、シェアテストが合格できなくなり、且つ同様に、その基板化のはんだ接合テストに合格できなくする。
【００６３】
比較例９は０ｗｔ％のゲルマニウムを採用する。それは基板化のはんだ接合テストで「Ｘ」が表示され、低すぎる重量百分率（０．００５ｗｔ％より低い）のゲルマニウムは合金抗酸化特性が不足することを意味する。
比較例１０は０．０５ｗｔ％のゲルマニウムを採用する。それはシェアテスト、基板化のはんだ接合テストおよび「総合評価結果」欄の中に表示されたものが「Ｘ」なので、過剰な重量百分率（０．０２  ｗｔ％より多い）のゲルマニウムは合金抗酸化特性が不足し、且つシェアテストに合格できなくすることを意味する。
実施例１０は０．００５ｗｔ％のゲルマニウムを採用し、実施例１は０．０１ｗｔ％のゲルマニウムを採用し、実施例１１は０．０２ｗｔ％のゲルマニウムを採用し、それは表６の「総合評価結果」の欄はすべて「△」または「○」を表示し、鉛フリー銅フリー系スズ合金の中には０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウムが含まれ、本発明の要求に符合することを意味する
【００６４】
［総括］
【００６５】
前述の結果と考察からわかるとおり、実施例１〜１１の鉛フリー銅フリー系スズ合金の「総合評価結果」の欄はすべて「△」または「○」を表示し、それはシェアテスト、硬度テスト、プルテスト、基板化のはんだ接合テストおよび熱サイクルテストに同時に合格でき、本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金（実施例１〜１１）でボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージのはんだボールを作製した場合、該はんだボールによって成形したはんだバンプは、電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力と、同時に高い機械衝撃とに耐える能力を備える。
【００６６】
上述のとおり、本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金は同時に３．０〜５．０ｗｔ％の銀、０．０１〜３．５ｗｔ％のビスマス、０．０１〜３．５ｗｔ％のアンチモン、０．００５〜０．１ｗｔ％のニッケル、０．００５〜０．０２ｗｔ％のゲルマニウムおよび残量のスズを含む。そのため、本発明の鉛フリー銅フリー系スズ合金はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに使用するはんだボールを作製でき、且つ該はんだボールによって成形したはんだバンプは電子部材本体または環境に拠って出現した温度変化時にもたらされる熱応力と、同時に高い機械衝撃とに耐える能力を備えるため、本発明の目的を確実に達成できる。
【００６７】
以上からわかるとおり、本発明の実施例はひとつの例に過ぎず、本発明の請求範囲を制限するものではなく、本発明の請求範囲および明細書の内容に基づく同効果の変化と修飾は、すべて本発明の請求範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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