铜球的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子部件等的软钎焊中使用的铜球。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于小型信息设备的发展，所搭载的电子部件正在进行急速的小型化。对 电子部件而言，为了应对小型化的要求所带来的连接端子的窄小化、安装面积的缩小，采用 了将电极设置于背面的球栅阵列封装（以下称为"BGA"）。
[0003] 利用BGA的电子部件中，例如有半导体封装体。半导体封装体中，具有电极的半导 体芯片被树脂密封。半导体芯片的电极上形成有焊料凸块。该焊料凸块通过将焊料球接合 于半导体芯片的电极而形成。关于利用BGA的半导体封装体，各焊料凸块以与印刷基板的 导电性焊盘接触的方式被放置于印刷基板上，利用加热而熔融了的焊料凸块与焊盘接合， 从而搭载于印刷基板。此外，为了应对进一步的高密度安装的要求，正在研宄将半导体封装 体沿高度方向堆叠的三维高密度安装。
[0004] 然而，在进行了三维高密度安装的封装体中应用BGA时，由于封装体的自重而使 焊料球被压碎，电极间会发生连接短路。这在进行高密度安装上成为障碍。
[0005] 因此，研宄了利用焊膏在电子部件的电极上电接合铜球而成的焊料凸块。关于具 有铜球的焊料凸块，在将电子部件安装于印刷基板时，即使半导体封装体的重量施加于焊 料凸块，也能够利用在软钎料合金的熔点下不熔融的铜球支撑封装体。因此，不会因封装体 的自重而使焊料凸块被压碎。作为相关技术，例如可以举出专利文献1。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :国际公开第95/24113号
【发明内容】
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 但是，对于专利文献1中公开的铜球，为了提高球形度而将Cu单片在非氧化性 气氛内熔融而制造，为此要求了较高的纯度，但是完全未研宄表示位置对准精度的对位性 (alignmentproperty)〇
[0011] 使用铜球应用BGA的电子部件搭载于印刷基板时，若铜球从电极脱落则视为接合 不良。此外，铜球从电极的规定的位置偏移而接合时，含有Cu凸块的各电极的高度产生偏 差。高度较高的电极能够与焊盘接合，但高度较低的电极不能够与焊盘接合。铜球从规定 的位置偏移而接合的电子部件也被视为不良。因此，铜球以高水准要求对位性。
[0012] 本发明的课题在于，提供具有优异的对位性的铜球。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014] 为了提高铜球的对位性，本发明人等着眼于铜球的接合形态。具体而言，鉴于铜球 通过焊膏中的软钎料颗粒与电极电接合，从而着眼于铜球的表面状态对与焊膏中的软钎料 颗粒的润湿性带来的影响。因此，源于铜球具有容易被氧化的性质，本发明人等得到以下见 解：铜球表面的氧化膜的膜厚越薄，与焊膏中的软钎料颗粒的润湿性越高，而具有优异的对 位性。
[0015] 在此，为了提高铜球的对位性，铜球仅用氧浓度和/或氧化膜的膜厚来规定时，必 须对所制作的所有铜球测定氧浓度和/或氧化膜的膜厚，需要昂贵的设备、较长的测定时 间。因此，仅用氧浓度和/或氧化膜的膜厚规定铜球是不实际的。即使抽样测定氧浓度和 /或氧化膜的膜厚，未测定氧浓度和/或氧化膜的膜厚的铜球也未必对位性优异。
[0016] 因此，本发明人等研宄了通过使用某些指标规定铜球的氧化膜的状态，来提高对 位性。
[0017] 对于铜球，由于氧化膜的膜厚变厚至70~IOOnm左右时，会变色成为黄土色，因此 也有人认为通过使用黄色度来规定，能够提高对位性。但是，这样厚的氧化膜是在高温多湿 的环境下长时间放置而逐渐形成的。保管在20~40°C左右的铜球即使在高湿度的环境下， 也无法形成这样厚的氧化膜。因此，即使使用黄色度来规定这种铜球，也难以认为对位性会 提高。本发明人等对于该内容进行调查，结果得到如下见解：与焊料球同样地使用黄色度来 规定是困难的。
[0018] 对于保管在20~40°C左右的铜球，氧化膜的膜厚大概为40nm以下左右。此时， 铜球变色成为褐色。因此，也认为通过使用红色度来规定铜球，能够提高对位性。但是，由 于Cu原本带有红色，因此认为即使铜球因氧化膜引起变色成为褐色，也无法高精度地判定 铜球的氧化程度。本发明人等也针对这一点进行了调查，结果得到如下见解：即使使用红色 度来规定铜球，也无法提高铜球的对位性。
[0019] 因此，本发明人等着眼于铜球氧化时金属光泽丧失的方面，得到如下见解：通过使 用亮度规定铜球，作为规定铜球的氧化程度的指标，来抑制铜球的润湿不良而飞跃性地提 高对位性。此外，本发明人等考虑到为了更准确地测定亮度而要求铜球具有高球形度，偶然 地发现如下见解：铜球的纯度为99. 995%以下时球形度提高，从而完成了本发明。
[0020] 基于该见解而完成的发明的主旨如下。
[0021] (1) 一种铜球，其特征在于，其纯度为99. 995 %以下、亮度为55以上。
[0022] (2)根据上述⑴所述的铜球，其表面的氧化膜的膜厚为8nm以下。
[0023] (3)根据上述（1)或上述（2)所述的铜球，其球形度为0? 95以上。
[0024] (4)根据上述（1)~上述（3)中的任一项所述的铜球，其直径为1~1000ym。
[0025] (5) -种焊料接头，其使用了上述⑴~上述⑷中的任一项所述的铜球。
【附图说明】
[0026] 图1为使用纯度为99. 9%的Cu粒料而制造的铜球的SEM照片。
[0027] 图2为使用纯度为99. 995%以下的Cu线而制造的铜球的SEM照片。
[0028] 图3为使用纯度超过99. 995%的Cu板而制造的铜球的SEM照片。
[0029] 图4为搭载有本发明的铜球的焊料凸块的光学显微镜照片。
[0030] 图5为搭载有比较例的铜球的焊料凸块的光学显微镜照片。
[0031] 图6为示出I；值与氧化膜的膜厚的关系的图表。
[0032] 图7为示出b#值与氧化膜的膜厚的关系的图表。
[0033]图8为示出'值与铜球的氧化膜厚的关系的图表。
[0034] 图9为示出I；值与在电极上搭载了铜球后的铜球的位置偏移平均值的关系的图 表。
【具体实施方式】
[0035] 以下进一步详细说明本发明。在本说明书中，关于涉及铜球的组成的单位（ppm、 ppb、以及％ )，只要没有特别的指定，就表示相对于铜球的质量的比例（质量ppm、质量ppb、 以及质量％)。
[0036] ?亮度为55以上
[0037] 本发明的铜球的亮度为55以上。在此，亮度是指LsW色度体系中的L#值（以 下，也简称为L#值。）。亮度为55以上时铜球的氧化膜薄，而对位性提高。通过使用C⑶照 相机等拍摄的图像来确认焊料球的缺损、位置偏移时，这些确认的精度也提高。此外，使用 激光波长计测定焊料凸块的高度偏差时，高度偏差的测定精度也提高。其结果，电子部件的 检查精度提尚且电子部件的广品成品率提尚。
[0038] 亮度为低于55时，主要由Cu2O构成的厚氧化膜形成于铜球的表面，与焊膏中的软 钎料颗粒发生润湿不良而对位性降低。由于形成厚氧化膜时，铜球丧失金属光泽，因此电子 部件的检查精度劣化。此外，厚氧化膜的形成导致铜球的电导率、热导率降低。
[0039] 为了更进一步提高本发明的铜球的效果，亮度优选为57以上、更优选为59以上。 关于亮度的上限，由于Cu原来所具有的金属光泽的亮度成为上限值，因此优选为70以下。
[0040] ?铜球的纯度为99. 995%以下
[0041] 本发明的铜球的纯度为99. 995%以下。换言之，本发明的铜球的除了Cu以外的元 素（以下，适宜称为"杂质元素"。）的含量为50ppm以上。构成铜球的Cu的纯度为该范围 时，能够在熔融Cu中确保用于提高铜球的球形度的充分的量的晶核。此外，球形度提高时 亮度的测定误差降低。铜球的纯度低时球形度提高的理由如下详细说明。
[0042] 制造铜球时，形成为规定形状的小片的Cu材料利用加热而熔融，熔融Cu因表面 张力而成为球形，其发生凝固而形成铜球。熔融Cu自液体状态凝固的过程中，晶粒在球形 的熔融Cu中生长。此时，若杂质元素多，则该杂质元素成为晶核，抑制晶粒的生长。因此， 球形的熔融Cu利用生长受到抑制的微细晶粒而形成球形度高的铜球。另一方面，若杂质元 素少，则相应地成为晶核的杂质元素少，晶粒生长不会受到抑制，而是具有某种方向性地生 长。其结果，球形的熔融Cu会以表面的一部分突出的方式发生凝固。这种铜球的球形度低。 作为杂质，可以考虑Sn、Sb、Bi、Zn、As、Ag、CcUNi、Pb、Au、P、S、U、Th等。
[0043] 对于纯度的下限值没有特别的限定，从抑制由纯度的降低导致的铜球的电导率、 热导率的劣化的观点出发，优选为99. 9%。换言之，优选为Cu以外的铜球的杂质的含量总 计为1000 ppm以下。
[0044]作为杂质元素，如前所述，可以考虑Sn、Sb、Bi、Zn、As、Ag、CcUNi、Pb、Au、P、S、U、Th等。对于本发明的铜球而言，杂质当中，特别优选含有Pb和Bi作为杂质。它们的含量优 选总计为Ippm以上。通常，Cu材料的Pb和/或Bi的含量总计为Ippm以上。在铜球的制 造中，Cu不必加热至Pb和Bi的沸点以上的温度。换言之，Pb和Bi的含量不会大幅度地 减少。如此，Pb和Bi即使在制造铜球后也残留某种水平的量，因此含量的测定误差小。因 此，Pb、Bi是用于推测杂质元素的含量的重要元素。从这种观点出发，也优选Pb和Bi的含 量总计为Ippm以上。更优选Pb和/或Bi的含量总计为IOppm以上。对于上限没有特别 的限定，从抑制铜球的电导率的劣化的观点出发，更优选的是，Pb和Bi总计低于lOOOppm。
[0045] ?氧化膜的膜厚为8nm以下
[0046] 对于本发明的铜球，优选氧化膜的膜厚为8nm以下。膜厚为8nm以下时，由于氧化 膜薄，因此润湿不良得到抑制从而对位性提高。将铜球与电极接合的焊膏通常含有助焊剂。 助焊剂通过作为其主要成分的松香而溶解去除8nm以下的薄氧化膜。因此，本发明的铜球 能够抑制润湿不良，故而（自）对位性优异。换言之，即使铜球刚刚搭载后自电极的中央略 微偏离，在回流焊时软化的焊膏因表面张力而在电极的整个面变得均匀时，铜球也会移动 至电极的中央。此外，氧化膜的膜厚为8nm以下时，铜球的电导率、热导率提高。
[0047] 为了更进一步提高这种效果，氧化膜的膜厚优选为7nm以下、更优选为6nm以下。 对于氧化膜的膜厚的下限值没有特别的限定，越薄越可以降低润湿不良。
[0048] ?铜球的球形度：0. 95以上
[0049] 本发明的铜球的形状从亮度的测定误差减少的观点出发优选球形度高。此外，球 形度高时，可以降低焊点互连高度（stand-offheight)的误差。铜球的球形度低于0. 95时， 铜球成为不规则形状，因此在形成凸块时形成高度不均匀的凸块，发生接合不良的可能性 升高。球形度更优选为0.990以上。本发明中，球形度表示与完美圆球的差距。本发明中， 球形度表示与完美圆球的差距。球形度例如通过最小二乘中心法（LSC法）、最小区域中心 法（MZC法）、最大内切中心法（MIC法）、最小外切圆中心法（MCC法）等