Cu芯球、焊膏和焊料接頭的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及改善了表面粗糙度且α射線量少的Cu芯球、焊膏和焊料接頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于小型信息設備的發(fā)展，所搭載的電子部件正在進行急速的小型化。對 電子部件而言，為了應對小型化的要求所帶來的連接端子的狹窄化、安裝面積的縮小化，采 用了將電極設置于背面的球柵陣列封裝（以下稱為"BGA"）。
[0003] 對于在半導體封裝體中應用BGA而得到的電子部件，具備電極的半導體芯片被樹 脂密封，而且在半導體芯片的電極上形成有焊料凸塊。焊料凸塊是將焊料球接合于半導體 芯片的電極而成的，通過與印刷電路基板的導電性焊盤接合的方式安裝于印刷電路基板。
[0004] 近年來，為了應對進一步的高密度安裝的要求，研究了半導體封裝體在高度方向 上堆疊的三維的高密度安裝。
[0005] 在三維高密度安裝而成的半導體封裝體中應用BGA時，由于半導體封裝體的自 重，焊料球有時會被壓碎。如果發(fā)生這樣的情況，還可以想到會發(fā)生焊料從電極露出、電極 間的短路（short)。
[0006] 為了消除這樣的問題，研究了采用硬度高于焊料球的球。作為硬度高的球，研究了 使用Cu球、Cu芯球而形成的焊料凸塊。Cu芯球是指在Cu球的表面形成有焊料覆膜（焊料 鍍覆膜）的球。
[0007] Cu球、Cu芯球由于在焊料的熔點下不熔融，所以即使半導體封裝體的重量施加于 焊料凸塊，安裝處理時焊料凸塊也不會被壓碎，因此可以可靠地支撐半導體封裝體。作為Cu 球等的相關(guān)技術(shù)，例如可以列舉出專利文獻1。
[0008] 然而，電子部件的小型化雖然使高密度安裝成為可能，但高密度安裝會引起軟錯 誤（soft error)之類的問題。軟錯誤是指：存在α射線進入半導體集成電路（IC電路） 的存儲單元中而改寫存儲內(nèi)容的可能性。
[0009] 認為α射線是通過焊料合金中的U、Th、Po等放射性元素、Pb、Bi等中所含的放射 性同位素經(jīng)過β衰變并進行α衰變而放射的。
[0010] 近年來，正在進行降低了放射性元素的含量的低α射線的焊料材料的開發(fā)。作為 相關(guān)文獻，例如可以列舉出專利文獻2。
[0011] 另外，關(guān)于Cu芯球，在Cu球的表面形成有焊料鍍覆膜，該焊料鍍覆膜為均勻膜厚 的鍍層。另一方面，由于鍍覆處理時的條件等而使晶體的生長變得不均勻，其結(jié)果，有時在 表面會產(chǎn)生凹凸。對于在表面具有凹凸的Cu芯球，球的滾動變差，作為焊料凸塊而將球接 合時的接合位置精度變低。
[0012] 另外，在凸塊形成時被卷入凹凸面的有機成分在回流焊時熔融并汽化，其有時會 在焊料鍍覆膜中以空隙的形式殘留?？障稓埩魰r，其使接合的可靠性降低、或者自焊料鍍覆 膜中釋放氣體成分時引起焊料凸塊的位置偏移的問題受到詬病。
[0013] 作為盡量減輕焊料鍍覆膜的凹凸的技術(shù)，已知有專利文獻3等。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0015] 專利文獻
[0016] 專利文獻1 :國際公開第95/24113號
[0017] 專利文獻2 :日本特許第4472752號公報
[0018] 專利文獻3 :日本特開2010-216004號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 發(fā)明要解決的問是頁
[0020] 專利文獻1中記載了球形度高的Cu球、Cu芯球。然而，專利文獻1中完全沒有考 慮到降低Cu芯球的α射線量這樣的課題。
[0021] 另外，該文獻中，關(guān)于構(gòu)成焊料覆膜的焊料合金，僅僅作為【背景技術(shù)】的說明而唯 一公開了 Pb-Sn合金。關(guān)于α射線，在Sn中作為雜質(zhì)而含有的Pb的同位素21°Pb在以 210Pb - 210Bi - 21qPo - 2tl6Pb進行衰變的過程中，自21qPo放射α射線。
[0022] 該文獻中唯一公開的Pb-Sn焊料合金由于大量含有Pb而被認為還含有放射性同 位素 21°Pb。因此，即使將該焊料合金用于Cu芯球的焊料覆膜，也不能降低α射線量。
[0023] 該文獻中完全沒有公開對Cu球進行Sn鍍覆、在Cu球和電解液流動的狀態(tài)下進行 電鍍的內(nèi)容。
[0024] 另外，在該文獻所記載的電解精煉中，由于電解析出面不限定于單向，所以無法對 Cu球這樣的微小工件形成膜厚均勻的鍍覆膜。
[0025] 專利文獻2中公開了 α射線量低的Sn錠的技術(shù)方案，記載了如下技術(shù)方案：不單 純地進行電解精煉，而是使吸附劑懸浮于電解液中，從而吸附Pb、Bi使α射線量降低。
[0026] 根據(jù)該文獻，Pb、Bi的標準電極電位與Sn接近，因此，若僅僅通過一般的電解精煉 而使Sn向平板電極上進行電解析出時難以降低α射線量。假設將該文獻中記載的電解精 煉應用于Cu球的鍍覆膜的形成，使吸附劑懸浮于鍍液地進行轉(zhuǎn)筒滾鍍時，鍍液、工件被攪 拌，同時吸附劑也被攪拌。上述情況下，存在吸附于吸附劑的Pb離子、Bi離子成為載體，與 吸附劑一起被引入到焊料覆膜內(nèi)的可能性。
[0027] 引入了吸附劑的焊料覆膜放射較高的α射線。另外，吸附劑的粒徑為亞微米水 平，非常小，因此認為邊使鍍液流動邊將懸浮后的吸附劑分離/回收是困難的。因此，難以 使吸附有Pb、Bi的吸附劑不被引入到覆膜中。
[0028] 此外，專利文獻1中雖然公開了 Pb-Sn焊料合金，但是公開了鍍覆法、熔接法、銅焊 法等作為等價的方法，因此反而記載了否定降低α射線量的內(nèi)容。
[0029] 專利文獻1的課題在于制造球形度高的Cu芯球，另一方面，專利文獻2中公開了 為了解決降低α射線量的課題而在電解精煉中盡量去除Sn中的Pb。
[0030] 因此，知曉專利文獻1的本領域技術(shù)人員不會想到降低該文獻中公開的Cu芯球的 α射線量這樣的課題，而且焊料的組成也截然相反，因此可以認為，如果想要想到降低α 射線量的課題，進而想到從無數(shù)存在的焊料合金中采用Sn系焊料來代替構(gòu)成焊料覆膜的 Pb-Sn焊料合金，則需要無限次的反復試驗。
[0031] 即使對于本領域技術(shù)人員而言，使用該文獻中公開的α射線量低的Sn錠制作鍍 液，利用專利文獻1中公開的鍍覆法形成Cu芯球也是極其困難的。
[0032] 可見，采用專利文獻1、專利文獻2中記載的現(xiàn)有技術(shù)制造的Cu芯球被用于接頭的 形成時，Cu芯球的焊料覆膜中存在的放射性元素向接頭的電極擴散并釋放α射線的可能 性高。因此，無法避免因高密度安裝而成為新問題的軟錯誤。
[0033] 專利文獻3中，為了消除焊料鍍覆膜表面的粗糙，作為其平滑化處理，使焊料鍍覆 膜表面與研磨劑等介質(zhì)接觸來進行。作為介質(zhì)，除如此以機械方式去除的物理方法之外還 公開了酸洗等化學方法。
[0034] 然而，這樣的利用介質(zhì)的平滑化處理中，為了獲得安裝處理中不成問題的表面粗 糙度（Ra),需要花費相當長的處理時間。例如，直至作為上述表面粗糙度的算術(shù)平均粗糙度 Ra達到0. 3 μ m以下為止需要5~6小時的處理時間。這樣的程度難以實用化。
[0035] 因此，本發(fā)明提供抑制軟錯誤的發(fā)生、設為安裝處理中不成問題的表面粗糙度且 低α射線量的Cu芯球、焊膏和焊料接頭。
[0036] 用于解決問題的方案
[0037] 為了解決上述課題，本發(fā)明為由Cu球和覆蓋于其表面的焊料鍍覆膜構(gòu)成的Cu芯 球，如以下那樣構(gòu)成作為其核的Cu球和焊料鍍覆膜。
[0038] Cu球使用以下的核球，即，所述核球的純度為99. 9 %~99. 995%，球形度為0. 95 以上，α射線量為〇. 0200cph/cm2以下，Cu球中所含的雜質(zhì)成分中的包含放射性同位素的 Pb和/或Bi的含量為Ippm以上，同樣屬于放射性元素的U、Th為5ppb以下、優(yōu)選為2ppb 以下。
[0039] 焊料鍍覆膜為Sn或以Sn作為主要成分的焊料合金，為焊料合金的情況下，Sn的 含量選自40%以上。焊料鍍覆膜的表面粗糙度以算術(shù)平均粗糙度Ra計為0. 3 μ m以下、優(yōu) 選為0. 2μπι左右。
[0040] 另外，在其他實施例中，Cu球使用純度為99. 9%~99. 995%、且球形度為0. 95以 上的核球。