无铅焊料球制造技术

本发明专利技术提供一种焊料球，其为抑制焊料球的接合界面的界面剥离并抑制焊料球与焊膏之间产生的未熔合的、电子部件落下时的故障模式低的焊料球，为镀Au等的Ni电极部与在Cu上涂布有水溶性预焊剂的Cu电极部均可使用的焊料球。本发明专利技术为一种无铅焊料球，其为Ag0.5～1.1质量%、Cu0.7～0.8质量%、Ni0.05～0.08质量%、余量Sn的BGA、CSP的电极用无铅焊料球，无论被接合的印刷电路板为Cu电极，还是表面处理使用镀Au、镀Au/Pd的Ni电极，落下冲击性都良好。进而，该组成中还可以以总计0.003～0.1质量%添加一种以上选自Fe、Co、Pt中的元素，或者以总计0.003～0.1质量%添加一种以上选自Bi、In、Sb、P、Ge中的元素。

Lead free solder ball

The invention provides an electronic component for the solder ball, solder ball bonding interface inhibits the interfacial debonding between the solder ball and inhibit solder fusion, and falling when the failure mode of solder balls is low, Ni electrode Au and plated on Cu coated with water soluble solder ball the welding agent of Cu electrode can be used. The invention relates to a lead-free solder ball, which is Ag0.5 to 1.1 mass%, Cu0.7 to 0.8 mass%, Ni0.05 to 0.08 mass%, Sn BGA, CSP margin electrode for lead-free solder ball, whether the printed circuit board is bonded to the Cu electrode, or surface treatment using Ni electrode plating Au and Au/Pd plating the drop impact are good. Then, the composition can also be a total of 0.003 to 0.1 mass% to add more than one selected from the group consisting of Fe, Co, Pt elements, or to a total of 0.003 to 0.1 mass% to add more than one selected from Bi, In, Sb, P, Ge elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无铅焊料球
本专利技术涉及在半导体等电子部件的电极中使用的无铅焊料球。尤其涉及镀Au等的Ni电极部和在Cu上涂布有水溶性预焊剂的Cu电极部都可使用的、搭载有电极的电子部件落下时的故障模式低的无铅焊料球。
技术介绍
近来，由于电子设备的小型化、电信号的高速化等，电子设备所使用的电子部件也被小型化、多功能化。作为小型化、多功能化的电子部件，有BGA（球栅阵列；BallGridArray）、CSP（芯片尺寸封装；ChipSizePackage）、MCM（多芯片模块；MultiChipModule）（以下代表性地称为BGA）。BGA在BGA基板的背面有复数的电极设置于基板网眼状位置。将BGA安装于印刷电路板时，通过将BGA的电极与印刷电路板的焊盘用焊料接合来进行。向印刷电路板安装BGA时，对每个电极逐个供给焊料进行焊接的情况下不仅会耗费很大的劳力，而且无法从外部对位于基板中间的电极供给焊料。因此，为了将BGA安装于印刷电路板，会进行预先在BGA的电极上堆放焊料的方法。将其称为焊料凸块的形成。于BGA上形成焊料凸块时，使用焊料球、焊膏等。用焊料球形成焊料凸块时，在BGA电极上涂布粘合性的焊剂，在涂布有该焊剂的电极上载置焊料球。然后，将该BGA基板用回流焊炉那样的加热装置进行加热，使焊料球熔融，从而在电极上形成焊料凸块。将BGA基板、CSP基板等半导体基板统称为模块基板。另外，用焊膏在晶圆的焊盘上形成焊料凸块时，会设置在与晶圆的焊盘一致的位置穿设有与焊盘同等水平的孔的金属掩模，用刮板从金属掩模的上方刮扫焊膏，由此在晶圆的焊盘上印刷涂布焊膏。然后，将晶圆用回流焊炉加热，使焊膏熔融，从而形成焊料凸块。然而，现有的BGA使用Sn-Pb合金的焊料球作为焊料凸块形成用。该Sn-Pb焊料球不仅对BGA的电极的焊接性优异，尤其是Sn-Pb的共晶组成具有在焊接时对BGA元件、基板等不造成热影响的熔点，而且具有柔软的Pb，因此即使所使用的电子部件、电子设备等落下，也可吸收冲击，对电子部件、电子设备等的寿命作出很大贡献。目前，在世界范围内Pb的使用逐渐受到限制，当然现有的焊接中使用的Sn-Pb的共晶组成也开始受到限制。一直以来，作为BGA用的无铅焊料球的组成，使用Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-4.0Ag-0.5Cu等Sn-Ag-Cu系的焊料合金。这些无铅焊料合金虽然温度循环特性优异，但使用了这些焊料合金组成的焊料球的移动电子设备在落下时容易发生从焊料球连接界面剥离的界面剥离，因此认为落下冲击性差。作为防止移动电子设备的落下冲击的无铅焊料球用的焊料合金组成，有：一种无铅焊料合金，其以质量%计由（1）Ag:0.8～2.0%、（2）Cu:0.05～0.3%、以及（3）选自In:0.01%以上且不足0.1%、Ni:0.01～0.04%、Co:0.01～0.05%、和Pt:0.01～0.1%中的一种或两种以上、余量Sn构成（WO2006/129713A公报，专利文献1）；一种无铅焊料合金，其特征在于，包含Ag：1.0～2.0质量%、Cu：0.3～1.5质量%，且包含余量的Sn和不可避免的杂质；以及，一种无铅焊料合金，其包含一种或两种以上Sb：0.005～1.5质量%、Zn：0.05～1.5质量%、Ni：0.05～1.5质量%、Fe：0.005～0.5质量%，且Sb、Zn、Ni、Fe的总含量为1.5质量%以下（日本特开2002-239780号公报，专利文献2）；一种无铅焊料合金，其以质量%计由0.1～1.5%的Ag、0.5～0.75%的Cu、满足12.5≤Cu/Ni≤100的关系的Ni、余量的Sn和不可避免的杂质构成（WO2007/081006A公报，专利文献3）；一种无铅焊料合金，其含有Ag：1.0～2.0质量%、Cu：0.3～1.0质量%、Ni：0.005～0.10质量%，且包含余量的Sn和不可避免的杂质（WO2007/102588A公报，专利文献4）。另外，作为BGA基板那样的模块与印刷电路板的接合时产生的未熔合的解决方法，已公开了在模块基板的电极部涂布焊剂的方法（WO2006-134891A公报，专利文献5）。现有技术文献专利文献专利文献1：WO2006/129713A公报专利文献2：日本特开2002-239780号公报专利文献3：WO2007/081006A公报专利文献4：WO2007/102588A公报专利文献5：WO2006/134891A公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题这些专利文献1～4是为了改善Sn-Ag-Cu系焊料球的耐落下冲击性而降低Ag的含量使焊料的硬度下降来提高冲击吸收量、或者降低Cu的含量使焊盘与焊料的接合面产生的Cu6Sn5等金属间化合物层变薄来防止在接合界面发生剥离的技术方案，通过添加Ni、Fe、Co等铁族元素来改善由降低Ag和Cu的含量而产生的焊料自身的强度。然而，即使采用如专利文献1～4那样的应对耐落下冲击性的焊料球，依然出现了由电子设备的落下造成的不良情况没有减少的问题。对这一点进行分析时逐渐发现，与现有的Sn-Pb焊料相比增加的电子设备的落下造成的故障并不仅在专利文献1～5那样的焊料球与基板的接合界面产生。这是因为，BGA基板等模块基板与印刷电路板接合时，BGA的电极所使用的焊料球的焊料成分与印刷电路板的焊接所使用的焊膏的焊料成分未混合（图1）的称为“未熔合”的不良情况伴随由现有的Sn-Pb焊料向无铅焊料的过渡而作为新的不良情况产生。但是，已经发现，未熔合的产生随着由Sn-3.0Ag-0.5Cu组成的焊料球过渡到作为应对耐落下冲击性的对策而开发的Sn-Ag-Cu-Ni组成的焊料球而大量发生。大致可以认为未熔合的原因是：为了改善焊料球的落下冲击而添加的Ni与Sn形成金属间化合物，在焊料球表面析出，从而妨碍焊料球的焊料成分与焊膏的焊料成分混合。另外，作为未熔合的产生原因，也考虑了以下方面。印刷电路板被加热而大幅翘曲时，焊料球与焊膏脱离。若在焊料球与焊膏脱离的状态下加热，则焊料球会因高温而导致表面氧化。从焊膏渗出的焊剂覆盖焊料球的表面，若该焊剂失去活性能力（activeforce），则在冷却的过程中翘曲恢复时，即使焊膏与焊料球接触，也无法去除焊料球的表面的氧化膜，因此导致未熔合。作为其对策，专利文献5的方法是有效的。并且，由实施例判明，未熔合起因于根据焊料球的组成的不同而在焊料球内部形成的化合物、Cu6Sn5或（Cu、Ni）6Sn5。将接合了焊料球的部件搭载到安装基板上时，对印刷涂布有焊膏的安装基板、以焊料球所接合的电极侧朝下的方式进行搭载。然后进行加热，在焊膏熔融的同时焊料球也熔融从而达成熔合。但是，在焊料球内部形成的化合物Cu6Sn5或（Cu、Ni）6Sn5大量生成时，会产生焊料球熔融时化合物在球内部沉淀并在凸块最外层的表面附近析出的现象。确认到该现象会妨碍与焊膏的熔合而成为引起熔合不良的主要原因（图2、图3）。用于BGA、CSP的焊料球被要求耐落下冲击。对耐落下冲击而言有效的手段之一为界面化合物的改性，如专利文献1～4中公开的那样，Ni的添加为改善的手段。但是，在未熔合的观点上，Ni也是会生成化合物的元素，因此可以添加的量受限。考虑到未熔合而抑制Cu、Ni的添加时，耐落下冲击特性损失，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅焊料球，其为安装于BGA、CSP用的模块基板的、用作电极用的焊料球，其焊料组成由Ag0.5～1.1质量%、Cu0.7～0.8质量%、Ni0.05～0.08质量%、余量Sn构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.28 JP PCT/JP2011/0575321.一种无铅焊料球，其为安装于BGA、CSP用的模块基板的、用作电极用的焊料球，其焊料组成由Ag0.5～1.1质量％、Cu0.7～0.8质量％、Ni0.05～0.08质量％、余量Sn构成，未熔合产生率不超过4.9％。2.根据权利要求1所述的无铅焊料球，其中，所述焊料组成为由Ag0.9～1.1质量％、Cu0.7～0.8质量％、Ni0.05～0.08质量％、余量Sn构成的焊料组成。3.根据权利要求1所述的无铅焊料球，其中，所述焊料组成为由Ag1.0质量％、Cu0.75质量％、Ni0.07质量％、余量Sn构成的焊料组成。4.根据权利要求1所述的焊料球，其特征在于，在所述焊料组成中以总计0.003～0.1质量％添加了一种以上选自Fe、Co、Pt中的元素。5.根据权利要求1所述的焊料球，其特征在于，在所述焊料组成中以总计0.003～0.1质量％添加了一种以上选自Bi、In、Sb、P、Ge中的元素。6.根据权利要求1所述的焊料球，其特征在于，所述焊料组成由Ag0.9～1.1质量％、Cu0.7～0.8质量％、Ni0.05～0.08质量％、余量Sn构成，并且在所述焊料组成中以总计0.003～0.1质量％添加了一种以上选自Fe、Co、Pt中的元素。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：大西司，山中芳惠，立花贤，
申请(专利权)人：千住金属工业株式会社，
类型：
国别省市：