本發(fā)明涉及Cu柱、Cu芯柱、釬焊接頭及硅穿孔電極。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于小型信息設(shè)備的發(fā)達(dá)，所搭載的電子部件正在迅速小型化。電子部件根據(jù)小型化的要求，為了應(yīng)對(duì)連接端子的窄小化、安裝面積的縮小化，正在應(yīng)用在背面設(shè)置有電極的球柵陣列封裝(以下稱為“BGA”)。

利用BGA的電子部件中，例如有半導(dǎo)體封裝體。半導(dǎo)體封裝體中，具有電極的半導(dǎo)體芯片被樹(shù)脂密封。半導(dǎo)體芯片的電極上形成有焊料凸塊。該焊料凸塊通過(guò)將焊料球接合于半導(dǎo)體芯片的電極而形成。利用BGA的半導(dǎo)體封裝體通過(guò)利用加熱而熔融了的焊料凸塊與印刷基板的導(dǎo)電性焊盤(pán)接合，從而搭載于印刷基板。另外，為了應(yīng)對(duì)進(jìn)一步的高密度安裝的要求，正在研究將半導(dǎo)體封裝體在高度方向上堆疊而成的三維高密度安裝。

然而，在進(jìn)行了三維高密度安裝的半導(dǎo)體封裝體上應(yīng)用BGA時(shí)，由于半導(dǎo)體封裝體的自重，焊料球有時(shí)會(huì)被壓碎。如果發(fā)生這樣的情況，則變得無(wú)法保持基板之間的適當(dāng)空間。

因此，研究了使用焊膏將Cu球電接合在電子部件的電極上的焊料凸塊。使用Cu球而形成的焊料凸塊在將電子部件安裝于印刷基板時(shí)，即使半導(dǎo)體封裝體的重量施加于焊料凸塊，也能夠利用在軟釬料的熔點(diǎn)下不熔融的Cu球支撐半導(dǎo)體封裝體。因而，不會(huì)因半導(dǎo)體封裝體的自重而壓碎焊料凸塊。

然而，在使用了上述的Cu球的情況下存在如下問(wèn)題。在Cu球中，由于基板間的焊點(diǎn)高度成為Cu球的球徑，因此，為了實(shí)現(xiàn)所要求的焊點(diǎn)高度而Cu球的寬度變大，有時(shí)不能應(yīng)對(duì)窄間距化安裝。另外，通常在半導(dǎo)體封裝體中，使用芯片接合用的軟釬焊材料將半導(dǎo)體芯片接合于引線架的芯片焊盤(pán)電極部后，用樹(shù)脂密封。在將該半導(dǎo)體封裝體安裝于印刷基板時(shí)，使用與芯片接合用的軟釬焊材料不同的安裝用的軟釬焊材料。其理由是為了使芯片接合用的軟釬焊材料不會(huì)因?qū)雽?dǎo)體封裝體安裝于基板時(shí)的安裝用的軟釬焊材料的加熱條件而熔出。這樣，在芯片接合用的軟釬焊材料與安裝用的軟釬焊材料使用不同的材料時(shí)，由于各基板的熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生差異，因此有時(shí)會(huì)因環(huán)境溫度等的變化而導(dǎo)致在與焊料凸塊的接合部產(chǎn)生應(yīng)力(熱應(yīng)力)，TCT(溫度循環(huán)試驗(yàn))可靠性降低。

因此，近年來(lái)，開(kāi)發(fā)了能夠比焊料球窄間距化、且能夠?qū)崿F(xiàn)TCT可靠性提高的Cu柱。另外，在比較相同間距的Cu球與Cu柱時(shí)，由于柱形狀比球形狀更能夠穩(wěn)定地支撐電極間，因此在這一點(diǎn)上研究了Cu柱的采用。例如，專利文獻(xiàn)1～5中記載了由銅、軟釬料等形成的柱狀的圓柱。專利文獻(xiàn)6中記載了維氏硬度為55HV以下的、用于接合陶瓷基板和玻璃環(huán)氧基板的銅柱。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平7-66209號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:日本專利第3344295號(hào)

專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2000-232119號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4:日本專利第4404063號(hào)

專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2009-1474號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2011-176124號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

然而，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1～6，雖然能夠應(yīng)對(duì)窄間距化安裝、且能夠抑制熱應(yīng)力，但對(duì)Cu柱的算術(shù)平均粗糙度完全沒(méi)有公開(kāi)。因此，在使用了專利文獻(xiàn)1～6的Cu柱的情況下，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題：將Cu柱排列于基板上時(shí)Cu柱的流動(dòng)性會(huì)降低，或安裝時(shí)的Cu柱與電極的密合性會(huì)降低等。

因此，本發(fā)明的目的在于，為了解決上述課題而提供維氏硬度低、且算術(shù)平均粗糙度小的Cu柱、Cu芯柱、釬焊接頭及硅穿孔電極。

用于解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明人等對(duì)Cu柱進(jìn)行了選定。發(fā)現(xiàn)若Cu柱的維氏硬度為20HV以上且60HV以下、且算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，可得到用于解決本發(fā)明的課題的優(yōu)選的Cu柱等。

在此，本發(fā)明如下所述。

(1)一種Cu柱，其純度為99.9％以上且99.995％以下，算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，維氏硬度為20HV以上且60HV以下。

(2)上述(1)所述的Cu柱，其α射線量為0.0200cph/cm²以下。

(3)上述(1)或(2)所述的Cu柱，其由上表面及底面的直徑為1～1000μm、且高度為1～3000μm的柱體構(gòu)成。

(4)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的Cu柱，其覆蓋有助焊劑層。

(5)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的Cu柱，其覆蓋有含有咪唑化合物的有機(jī)覆膜。

(6)一種Cu芯柱，其具備上述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的Cu柱和覆蓋所述Cu柱的軟釬料層。

(7)一種Cu芯柱，其具備上述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的Cu柱和覆蓋所述Cu柱的鍍層，該鍍層包含選自Ni、Fe及Co中的一種以上元素。

(8)上述(7)所述的Cu芯柱，其還具備覆蓋所述鍍層的軟釬料層。

(9)上述(6)～(8)中任一項(xiàng)所述的Cu芯柱，其α射線量為0.0200cph/cm²以下。

(10)上述(6)～(9)中任一項(xiàng)所述的Cu芯柱，其覆蓋有助焊劑層。

(11)一種釬焊接頭，其使用了上述(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的Cu柱。

(12)一種硅穿孔電極，其使用了上述(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的Cu柱。

(13)一種釬焊接頭，其使用了上述(6)～(10)中任一項(xiàng)所述的Cu芯柱。

(14)一種硅穿孔電極，其使用了上述(6)～(10)中任一項(xiàng)所述的Cu芯柱。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，由于Cu柱的維氏硬度為20HV以上且60HV以下，因此，能夠提高耐落下沖擊性，且能夠保持基板之間的適當(dāng)空間。另外，由于Cu柱的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，因此，能夠提高將Cu柱排列于基板上時(shí)的流動(dòng)性，且能夠提高安裝時(shí)的Cu柱與電極的密合性。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的Cu柱的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖2是表示本發(fā)明的Cu芯柱的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖3是表示退火處理時(shí)的溫度與時(shí)間的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

以下更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。在本說(shuō)明書(shū)中，關(guān)于Cu柱的組成的單位(ppm、ppb、及％)，在沒(méi)有特別指定的情況下表示相對(duì)于Cu柱的質(zhì)量的比例(質(zhì)量ppm、質(zhì)量ppb、及質(zhì)量％)。

圖1所示的本發(fā)明的Cu柱1的純度為99.9％以上且99.995％以下，算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，維氏硬度為20HV以上且60HV以下。Cu柱1例如由圓柱形狀構(gòu)成。Cu柱1在軟釬焊的溫度下不會(huì)熔融，能夠確保一定的焊點(diǎn)高度(基板之間的空間)，因此，能夠適用于三維安裝、窄間距安裝。

·Cu柱的算術(shù)平均粗糙度：0.3μm以下

Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下、更優(yōu)選為0.2μm以下。在Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下時(shí)，由于Cu柱1的晶粒的尺寸也變小，因此，能夠使Cu柱1的表面更平滑(平坦)。由此，能夠提高利用安裝機(jī)等將Cu柱1排列于基板上時(shí)的Cu柱1的流動(dòng)性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)安裝時(shí)的Cu柱1與基板上的電極的密合性的提高。

·維氏硬度為20HV以上且60HV以下

本發(fā)明的Cu柱1的維氏硬度優(yōu)選為60HV以下。這是由于，維氏硬度為60HV以下時(shí)，對(duì)于來(lái)自外部的應(yīng)力的耐久性變高，耐落下沖擊性提高，而且變得不容易產(chǎn)生裂紋。另外，這是由于，在三維安裝的凸塊、接頭的形成時(shí)賦予加壓等輔助力的情況下，通過(guò)使用柔軟性高的Cu柱1，能夠降低引起電極壓壞等的可能性。

另外，本發(fā)明的Cu柱1的維氏硬度至少需要大于一般的軟釬料的維氏硬度10～20HV的值，優(yōu)選為20HV以上。在Cu柱1的維氏硬度為20HV以上時(shí)，能夠防止在三維安裝時(shí)由于半導(dǎo)體芯片等的自重而使Cu柱1本身變形(壓壞)，并保持基板之間的適當(dāng)空間(焊點(diǎn)高度)。另外，由于如Cu柱狀物(pillar)等那樣不需要鍍覆工序，因此能夠通過(guò)使Cu柱1的維氏硬度為20HV以上來(lái)實(shí)現(xiàn)電極等的窄間距化。

在本實(shí)施例中，在制造Cu柱1后，通過(guò)促進(jìn)制造的Cu柱1的晶體生長(zhǎng)來(lái)制造維氏硬度為60HV以下的Cu柱1。作為促進(jìn)Cu柱1的晶體生長(zhǎng)的方法，例如，可列舉出退火處理。如果對(duì)制造后的Cu柱1進(jìn)行退火處理，則Cu組織重結(jié)晶化而晶粒生長(zhǎng)，因此Cu柱1的柔軟性提高。另一方面，在使用含有一定量的雜質(zhì)的Cu柱1、例如純度為3N、4N、4N5的Cu柱1時(shí)，所含有的雜質(zhì)在Cu柱1表面抑制晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)，因此晶粒的尺寸被抑制在固定值以下。由此，能夠提供兼?zhèn)涞途S氏硬度、且低算術(shù)平均粗糙度這兩個(gè)條件的Cu柱。

·U：5ppb以下、Th：5ppb以下

U和Th為放射性元素，為了抑制軟錯(cuò)誤而需要抑制它們的含量。為了將Cu柱1的α射線量設(shè)為0.0200cph/cm²以下，需要使U和Th的含量分別為5ppb以下。此外，從抑制現(xiàn)在或?qū)?lái)的高密度安裝中的軟錯(cuò)誤的觀點(diǎn)出發(fā)，U和Th的含量?jī)?yōu)選分別為2ppb以下。

·Cu柱的純度：99.9％以上且99.995％以下

構(gòu)成本發(fā)明的Cu柱1的純度優(yōu)選為99.9％以上且99.995％以下。如果Cu柱1的純度為該范圍，則能夠在Cu中確保充分量的雜質(zhì)元素的晶核，因此能夠減小Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度。另一方面，如果雜質(zhì)元素少，則相應(yīng)地成為晶核的雜質(zhì)元素少，晶粒生長(zhǎng)不會(huì)受到抑制，而是具有某種方向性地生長(zhǎng)，因此Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度變大。對(duì)Cu柱1的純度的下限值沒(méi)有特別限制，從抑制α射線量、抑制由純度降低導(dǎo)致的Cu柱1的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為99.9％以上。作為雜質(zhì)元素，可列舉出Sn、Sb、Bi、Zn、As、Ag、Cd、Ni、Pb、Au、P、S、In、Co、Fe、U、Th等。

·α射線量：0.0200cph/cm²以下

構(gòu)成本發(fā)明的Cu柱1的α射線量為0.0200cph/cm²以下。這是在電子部件的高密度安裝中軟錯(cuò)誤不會(huì)成為問(wèn)題的水平的α射線量。從抑制進(jìn)一步的高密度安裝中的軟錯(cuò)誤的觀點(diǎn)出發(fā)，α射線量更優(yōu)選為0.0010cph/cm²以下。

·雜質(zhì)元素的含量總計(jì)為1ppm以上

構(gòu)成本發(fā)明的Cu柱1含有Sn、Sb、Bi、Zn、As、Ag、Cd、Ni、Pb、Au、P、S、In、Co、Fe、U、Th等作為雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素的含量總計(jì)為含有1ppm以上。需要說(shuō)明的是，優(yōu)選作為雜質(zhì)元素的Pb和Bi的含量盡量低。

·Cu柱的上表面及底面的直徑：1～1000μm，Cu柱的高度：1～3000μm

本發(fā)明的Cu柱1的上表面和底面的直徑優(yōu)選為1～1000μm，特別是用于細(xì)間距時(shí)更優(yōu)選為1～300μm、進(jìn)一步優(yōu)選為1～200μm、最優(yōu)選為1～100μm。而且，Cu柱1的高度L優(yōu)選為1～3000μm，特別是用于細(xì)間距時(shí)更優(yōu)選為1～300μm、進(jìn)一步優(yōu)選為1～200μm、最優(yōu)選為1～100μm(參照?qǐng)D1)。Cu柱1的直徑和高度L為上述范圍時(shí)，使端子間為窄間距的安裝成為可能，因此能夠抑制連接短路，而且能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體封裝體的小型化和高集成化。

另外，為了使本發(fā)明的Cu柱1的最外表面的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，可以在Cu柱1的最外表面覆蓋軟釬料鍍層、Ni鍍層、Fe鍍層、Co鍍層、含有咪唑化合物的有機(jī)覆膜層。若在本發(fā)明的Cu柱1上設(shè)置算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下的最外表面層，能夠提高利用安裝機(jī)等排列于基板上時(shí)的Cu柱1的流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)安裝時(shí)的Cu柱1與基板上的電極的密合性的提高，而且由于Cu柱1本身的維氏硬度為20HV以上且60HV以下，因此能夠?qū)崿F(xiàn)提高Cu柱1安裝后的耐落下沖擊性，解決保持基板之間的適當(dāng)空間之類(lèi)的本申請(qǐng)課題。

進(jìn)而，在用助焊劑層覆蓋本發(fā)明的Cu柱1或Cu芯柱的最外表面時(shí)，由于助焊劑層與軟釬料層、Ni鍍層相比有柔軟性，因此不會(huì)對(duì)流動(dòng)性帶來(lái)較大影響，對(duì)于安裝時(shí)的Cu柱1與基板上的電極的密合性，由于助焊劑層被電極擠壓時(shí)，助焊劑層發(fā)生變形，因此所述密合性與助焊劑層的算術(shù)平均粗糙度無(wú)關(guān)，而是與Cu柱1或Cu芯柱本身的算術(shù)平均粗糙度有關(guān)。因而，只要用助焊劑覆蓋的Cu柱1或Cu芯柱的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下即可，即使用助焊劑層覆蓋的Cu柱1或Cu芯柱的算術(shù)平均粗糙度超過(guò)0.3μm，排列于基板上時(shí)的Cu柱1的流動(dòng)性也幾乎不會(huì)惡化，能夠?qū)崿F(xiàn)安裝時(shí)的Cu柱1與基板上的電極的密合性的提高，而且由于Cu柱1本身的維氏硬度為20HV以上且60HV以下，因此能夠?qū)崿F(xiàn)提高Cu柱1安裝后的耐落下沖擊性，解決保持基板之間的適當(dāng)空間之類(lèi)的本申請(qǐng)課題。

例如，通過(guò)利用由單一的金屬或合金形成的金屬層覆蓋本發(fā)明的Cu柱1的表面，能夠構(gòu)成包含Cu柱1和金屬層的Cu芯柱。如圖2所示，Cu芯柱3具備Cu柱1和覆蓋該Cu柱1的表面的軟釬料層2(金屬層)。關(guān)于軟釬料層2的組成，在合金的情況下，只要是以Sn為主要成分的軟釬料合金的合金組成即可，沒(méi)有特別限制。另外，作為軟釬料層2，也可以是Sn鍍覆膜。例如，可列舉出Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-In合金、以及在它們中添加有規(guī)定的合金元素的合金。Sn的含量均為40質(zhì)量％以上。另外，在沒(méi)有特別指定α射線量的情況下，作為軟釬料層2，還可以使用Sn-Bi合金、Sn-Pb合金。作為添加的合金元素，例如有Ag、Cu、In、Ni、Co、Sb、Ge、P、Fe等。其中，從落下沖擊特性的觀點(diǎn)出發(fā)，軟釬料層2的合金組成優(yōu)選為Sn-3Ag-0.5Cu合金。對(duì)軟釬料層2的厚度沒(méi)有特別限制，優(yōu)選為單側(cè)100μm以下就足夠。通常為單側(cè)20～50μm即可。

另外，在Cu芯柱中，可以在Cu柱1的表面與軟釬料層2之間預(yù)先設(shè)置Ni鍍層、Fe鍍層、Co鍍層等。由此，能夠減少在向電極接合時(shí)Cu向軟釬料中的擴(kuò)散，能夠抑制Cu柱1的Cu侵蝕。Ni鍍層、Fe鍍層、Co鍍層等的膜厚通常為單側(cè)0.1～20μm。

另外，在上述的Cu芯柱中，為了使Cu芯柱的α射線量為0.0200cph/cm²以下，軟釬料層2的U和Th的含量分別為5ppb以下。另外，從抑制現(xiàn)在或?qū)?lái)的高密度安裝中的軟錯(cuò)誤的觀點(diǎn)出發(fā)，U和Th的含量?jī)?yōu)選分別為2ppb以下。

本發(fā)明的Cu芯柱還可以由Cu柱1、覆蓋該Cu柱1的包含選自Ni、Fe及Co的一種以上元素的鍍層(金屬層)構(gòu)成。另外，在構(gòu)成Cu芯柱的鍍層的表面，可以覆蓋軟釬料層。軟釬料層可以采用與上述的軟釬料層相同的物質(zhì)。

本發(fā)明的Cu柱1或Cu芯柱3還能夠用于接合電極間的釬焊接頭的形成。在本例中，例如，將在印刷基板的電極上安裝焊料凸塊而成的結(jié)構(gòu)稱為釬焊接頭。焊料凸塊為在半導(dǎo)體芯片的電極上安裝有Cu柱1的結(jié)構(gòu)。

另外，本發(fā)明的Cu柱1或Cu芯柱3也可以在用于連接層疊的半導(dǎo)體芯片之間的電極的硅穿孔電極(through-silicon via：TSV)中使用。TSV如下制造：通過(guò)蝕刻在硅中開(kāi)孔，在孔中依次形成絕緣層、位于其上的貫通導(dǎo)體，研磨硅的上下表面，使貫通導(dǎo)體在上下表面露出，從而制造。該工序中，以往采用通過(guò)鍍覆法在孔中填充Cu等而形成貫通導(dǎo)體的方法，但在該方法中，由于將硅整面浸漬于鍍液，因此會(huì)有雜質(zhì)的吸附、吸濕的擔(dān)心。因此，可以將本發(fā)明的柱直接沿高度方向插入到形成在硅中的孔而用作貫通導(dǎo)體。將Cu柱1插入到硅中時(shí)，可以通過(guò)焊膏等軟釬焊材料接合，此外，將Cu芯柱插入到硅中時(shí)，也可以僅用助焊劑接合。由此，可以防止雜質(zhì)的吸附、吸濕等的不良，也可以通過(guò)省略鍍覆工序來(lái)減少制造成本、制造時(shí)間。

另外，也可以利用助焊劑層覆蓋上述的Cu柱1、Cu芯柱的最外表面。上述的助焊劑層由包含防止Cu柱1、軟釬料層等的金屬表面的氧化并且作為在軟釬焊時(shí)進(jìn)行金屬氧化膜的去除的活化劑發(fā)揮作用的化合物的一種或多種成分構(gòu)成。例如，助焊劑層也可以利用由作為活化劑發(fā)揮作用的化合物和作為活化助劑發(fā)揮作用的化合物等組成的多個(gè)成分構(gòu)成。

作為構(gòu)成助焊劑層的活化劑，根據(jù)本發(fā)明中要求的特性而添加胺、有機(jī)酸、鹵素化合物中任意者；多種胺的組合；多種有機(jī)酸的組合；多種鹵素化合物的組合；單一或多種胺、有機(jī)酸、鹵素化合物的組合。

作為構(gòu)成助焊劑層的活化助劑，根據(jù)活化劑的特性而添加酯、酰胺、氨基酸中任意者；多種酯的組合；多種酰胺的組合；多種氨基酸的組合；單一或多種酯、酰胺、氨基酸的組合。

另外，助焊劑層也可以為了保護(hù)作為活化劑發(fā)揮作用的化合物等免受回流焊時(shí)的熱的影響而包含松香、樹(shù)脂。進(jìn)而，助焊劑層也可以包含用于將作為活化劑發(fā)揮作用的化合物等固定于軟釬料層的樹(shù)脂。

助焊劑層也可以由包含單一或多種化合物的單一的層構(gòu)成。另外，助焊劑層也可以由包含多種化合物的多個(gè)層構(gòu)成。構(gòu)成助焊劑層的成分以固體的狀態(tài)附著于軟釬料層的表面，但在使助焊劑附著于軟釬料層的工序中，需要助焊劑為液態(tài)或氣態(tài)。

因此，利用溶液涂布時(shí)，構(gòu)成助焊劑層的成分需要可溶于溶劑，例如，形成鹽時(shí)，存在在溶劑中變得不溶的成分。通過(guò)存在在液態(tài)的助焊劑中變得不溶的成分，形成沉淀物等的包含難溶解性成分的助焊劑變得難以均勻吸附。因此，一直以來(lái)，無(wú)法混合會(huì)形成鹽那樣的化合物來(lái)構(gòu)成液態(tài)的助焊劑。

與此相對(duì)，在具備本發(fā)明的助焊劑層的Cu柱1、Cu芯柱中，逐層地形成助焊劑層并制成固體的狀態(tài)，可以形成多層的助焊劑層。由此，即使在使用會(huì)形成鹽那樣的化合物的情況下，即使是在液態(tài)的助焊劑中無(wú)法混合的成分，也能夠形成助焊劑層。

通過(guò)用作為活化劑發(fā)揮作用的助焊劑層覆蓋容易氧化的Cu柱1、Cu芯柱的表面，可以在保管時(shí)等抑制Cu柱1的表面及Cu芯柱的軟釬料層或金屬層的表面的氧化。

此處，助焊劑與金屬的顏色通常不同，Cu柱1等與助焊劑層的顏色也不同，因此可以利用色彩度例如亮度、黃色度、紅色度確認(rèn)助焊劑的吸附量。需要說(shuō)明的是，也可以為了著色而在構(gòu)成助焊劑層的化合物中混合色素。

也可以利用含有咪唑化合物的有機(jī)覆膜覆蓋上述的Cu柱1。由此，通過(guò)Cu柱1的最外表面的Cu層與咪唑化合物結(jié)合，在Cu柱1的表面形成OSP覆膜(咪唑銅絡(luò)合物)，可以抑制Cu柱1的表面氧化。

接著，對(duì)本發(fā)明的Cu柱1的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。準(zhǔn)備作為材料的銅線，使準(zhǔn)備的銅線通過(guò)模具而進(jìn)行拉伸，然后，通過(guò)切斷機(jī)以規(guī)定的長(zhǎng)度切斷銅線。如此，制作由圓柱形狀構(gòu)成的規(guī)定直徑及規(guī)定長(zhǎng)度(高度L)的Cu柱1。需要說(shuō)明的是，Cu柱1的制造方法并不限定于本實(shí)施方式，也可以采用其它公知的方法。

在本實(shí)施例中，為了得到低算術(shù)平均粗糙度及低維氏硬度的Cu柱1，對(duì)于制作的Cu柱1實(shí)施退火處理。在退火處理中，在能夠退火的700℃下將Cu柱1加熱規(guī)定時(shí)間，然后，將加熱的Cu柱1經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行緩冷。由此，能夠進(jìn)行Cu柱1的重結(jié)晶，能夠促進(jìn)緩慢的晶體生長(zhǎng)。另一方面，由于Cu柱1所含有的雜質(zhì)元素抑制晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)，因此不會(huì)引起Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度的極度降低。

根據(jù)本實(shí)施方式，由于Cu柱1的維氏硬度為20HV以上且60HV以下，因此能夠提高耐落下沖擊性，且能夠保持基板之間的適當(dāng)空間。另外，由于Cu柱1的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，因此能夠提高將Cu柱1排列在基板上時(shí)的流動(dòng)性，且能夠提高安裝時(shí)的Cu柱1與電極的密合性。

實(shí)施例

以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。以下所示的實(shí)施例中，使用純度不同的多個(gè)銅線來(lái)制作多個(gè)Cu柱，測(cè)定這些制作的各Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。

·Cu柱的制作

準(zhǔn)備純度為99.9％、99.99％、99.995％的銅線。接著，使這些銅線通過(guò)模具，以使上表面及底面的直徑為200μm的方式對(duì)銅線進(jìn)行拉伸，然后，在長(zhǎng)度(高度L)成為200μm的位置切斷銅線，從而制作目標(biāo)Cu柱。

·算術(shù)平均粗糙度

使用KEYENCE公司制造的激光顯微鏡(型號(hào)VK-9510/對(duì)應(yīng)JISB0601-1994)進(jìn)行Cu柱的算術(shù)平均粗糙度的評(píng)價(jià)(圖像評(píng)價(jià))。在本實(shí)施例中，以Cu柱的上表面的最平坦的部分為中心，在10×10μm的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。Cu柱的z軸上(高度方向)的測(cè)定間距為0.01μm。在這樣的條件下，作為Cu柱的算術(shù)平均粗糙度Ra，測(cè)定任意10處的算術(shù)平均粗糙度Ra，使用它們的算術(shù)平均作為真實(shí)的算術(shù)平均粗糙度。

需要說(shuō)明的是，算術(shù)平均粗糙度Ra也可以測(cè)定Cu柱的底面、周面，也可以使用將Cu柱的上表面、底面及周面的各測(cè)定值平均而得到的值作為測(cè)定值。另外，在上述例中，為了使Cu柱的表面平坦化而利用了超聲波，但并不限定于此。例如，還可以使Cu柱浸漬于輕微溶解Cu柱的表面而促進(jìn)平滑化加工的溶解性液體。作為液體，可以使用磺酸系(甲烷磺酸等)、羧酸系(草酸等)酸性溶液。

·維氏硬度

Cu柱的維氏硬度依照“維氏硬度試驗(yàn)-試驗(yàn)方法JIS Z2244”進(jìn)行測(cè)定。裝置使用明石制作所制造的微型維氏硬度試驗(yàn)器、AKASHI微小硬度計(jì)MVK-F 12001-Q。

·α射線量

α射線量的測(cè)定方法如下所述。α射線量的測(cè)定使用氣流正比計(jì)數(shù)器的α射線測(cè)定裝置。測(cè)定樣品是將Cu柱鋪滿于300mm×300mm的平面淺底容器直至看不到容器的底而成的。將該測(cè)定樣品放入α射線測(cè)定裝置內(nèi)，在PR-10氣流下放置24小時(shí)，然后測(cè)定α射線量。

需要說(shuō)明的是，測(cè)定中使用的PR-10氣體(氬氣90％-甲烷10％)是將PR-10氣體填充于儲(chǔ)氣瓶中后經(jīng)過(guò)了3周以上的氣體。使用經(jīng)過(guò)了3周以上的儲(chǔ)氣瓶是為了按照J(rèn)EDEC(Joint Electron Device Engineering Council；電子器件工程聯(lián)合委員會(huì))中規(guī)定的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)-電子材料中的阿爾法射線測(cè)量JESD221(JEDEC STANDARD-Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials JESD221)使得進(jìn)入到氣體儲(chǔ)氣瓶的大氣中的氡不產(chǎn)生α射線。

·實(shí)施例1

將使用純度99.9％的銅線制造的Cu柱放入碳制盤(pán)后，將該盤(pán)搬入至連續(xù)輸送帶式電阻加熱爐中進(jìn)行退火處理。將此時(shí)的退火條件示于圖3。需要說(shuō)明的是，為了防止Cu柱的氧化，使?fàn)t內(nèi)為氮?dú)鈿夥?。室溫?5℃。

作為退火條件，如圖3所示，將從室溫加熱至700℃的升溫時(shí)間設(shè)為60分鐘，將在700℃下保持的保持時(shí)間設(shè)為60分鐘，將從700℃冷卻至室溫的冷卻時(shí)間設(shè)為120分鐘。爐內(nèi)的冷卻是使用設(shè)置于爐內(nèi)的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行的。接著，通過(guò)將實(shí)施了退火處理的Cu柱浸漬于稀硫酸中而進(jìn)行酸處理。這是為了去除通過(guò)退火處理而在Cu柱表面上形成的氧化膜。將如此得到的Cu柱在有退火處理情況和無(wú)退火處理情況的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量示于下述表1。

·實(shí)施例2

在實(shí)施例2中，對(duì)于利用純度為99.99％的銅線制作的Cu柱，通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，進(jìn)行退火處理并進(jìn)行氧化膜去除處理。然后，測(cè)定得到的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

在實(shí)施例3中，對(duì)于利用純度為99.995％的銅線制作的Cu柱，通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，進(jìn)行退火處理并進(jìn)行氧化膜去除處理。然后，測(cè)定得到的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

·比較例1

在比較例1中，分別測(cè)定利用純度為99.9％的銅線制作的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

·比較例2

在比較例2中，分別測(cè)定利用純度為99.99％的銅線制作的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

·比較例3

在比較例3中，分別測(cè)定利用純度為99.995％的銅線制作的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

·比較例4

在比較例4中，分別測(cè)定利用純度超過(guò)99.995％的銅線制作的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

·比較例5

在比較例5中，對(duì)于利用純度超過(guò)99.995％的銅線制作的Cu柱，通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，進(jìn)行退火處理并進(jìn)行氧化膜去除處理。然后，測(cè)定得到的Cu柱的維氏硬度、算術(shù)平均粗糙度及α射線量。將這些的測(cè)定結(jié)果示于下述表1。

[表1]

如表1所示，實(shí)施例1中，Cu柱的算術(shù)平均粗糙度為0.10μm，實(shí)施例2中，Cu柱的算術(shù)平均粗糙度為0.17μm，實(shí)施例3中，Cu柱的算術(shù)平均粗糙度為0.28μm，實(shí)施例的算術(shù)平均粗糙度均為0.3μm以下。另外，實(shí)施例1中，Cu柱的維氏硬度為57.1，實(shí)施例2中，Cu柱的維氏硬度為52.9，實(shí)施例3中，Cu柱的維氏硬度為50.2，實(shí)施例的維氏硬度均為20HV以上且60HV以下。由這些結(jié)果可確認(rèn)，通過(guò)對(duì)制造時(shí)的Cu柱實(shí)施退火處理，可得到具有低維氏硬度且低算術(shù)平均粗糙度的兩個(gè)物性的Cu柱。

另一方面，在未對(duì)Cu柱實(shí)施退火處理的比較例1～4中，雖然Cu柱的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，但維氏硬度超過(guò)60HV，可確認(rèn)不滿足關(guān)于維氏硬度為20HV以上且60HV以下的條件。另外，比較例5中，雖然Cu柱的維氏硬度為20HV以上且60HV以下的范圍內(nèi)，但算術(shù)平均粗糙度超過(guò)0.3μm。由此，可確認(rèn)即使在對(duì)制造時(shí)的Cu柱實(shí)施退火處理的情況下，使用高純度的Cu柱時(shí)也不滿足關(guān)于算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下的條件。

另外，實(shí)施例1～3的Cu柱中，Cu柱的α射線量小于0.0010cph/cm²，可確認(rèn)其為滿足＜0.0200cph/cm²、進(jìn)而滿足＜0.0010cph/cm²的結(jié)果。

接著，在上述的實(shí)施例1的退火處理后的Cu柱的表面覆蓋包含Sn-3Ag-0.5Cu合金的軟釬料鍍層而制作Cu芯柱，將該Cu芯柱與制造Cu芯柱時(shí)使用的鍍液直接采取于300cc的燒杯中放入超聲波機(jī)照射超聲波60分鐘。超聲波機(jī)使用市售的超聲波清洗機(jī)(AS ONE公司制造的US-CLEANER)，在功率80W、頻率40kHz的條件下進(jìn)行。經(jīng)過(guò)60分鐘后用離子交換水進(jìn)行清洗，然后使其熱風(fēng)干燥，分別測(cè)定制作的Cu芯柱的算術(shù)平均粗糙度及α射線量。與實(shí)施例1～3同樣地，Cu芯柱的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下。另外，對(duì)于在實(shí)施例1的Cu柱的表面覆蓋有Ni鍍層的Cu芯柱、在實(shí)施例1的Cu柱的表面依次覆蓋有Ni鍍層及軟釬料鍍層的Cu芯柱，在與前述相同的條件下進(jìn)行超聲波處理，分別測(cè)定算術(shù)平均粗糙度及α射線量，結(jié)果與實(shí)施例1～3同樣地，Cu芯柱的算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下。另外，在任意情況下，α射線量均小于0.0010cph/cm²，可確認(rèn)其為滿足＜0.0200cph/cm²、進(jìn)而滿足＜0.0010cph/cm²的結(jié)果。

需要說(shuō)明的是，在覆蓋Fe鍍層、Co鍍層代替上述Ni鍍層的情況下，與覆蓋Ni鍍層的Cu芯柱同樣地，算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下。另外，α射線量也小于0.0010cph/cm²，可確認(rèn)其為滿足＜0.0200cph/cm²、進(jìn)而滿足＜0.0010cph/cm²的結(jié)果。

接著，在上述的實(shí)施例1的退火處理后的Cu柱的表面覆蓋助焊劑而制作助焊劑涂層Cu柱，分別測(cè)定制作的助焊劑涂層Cu柱的算術(shù)平均粗糙度及α射線量。與實(shí)施例1～3同樣地，在助焊劑涂層Cu柱中，算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下。進(jìn)而，助焊劑涂層Cu柱中，α射線量也小于0.0010cph/cm²，可確認(rèn)其為滿足＜0.0200cph/cm²、進(jìn)而滿足＜0.0010cph/cm²的結(jié)果。

另外，對(duì)于在上述的Cu芯柱的表面覆蓋有助焊劑的助焊劑涂層Cu芯柱，與助焊劑涂層Cu柱同樣地，算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下。進(jìn)而，助焊劑涂層Cu芯柱中，α射線量也小于0.0010cph/cm²，可確認(rèn)其為滿足＜0.0200cph/cm²、進(jìn)而滿足＜0.0010cph/cm²的結(jié)果。

此外，在實(shí)施例1的退火處理后的Cu柱的表面覆蓋含有咪唑化合物的有機(jī)覆膜而制作OSP處理Cu柱，分別測(cè)定制作的OSP處理Cu柱的算術(shù)平均粗糙度及α射線量。與實(shí)施例1～3同樣地，OSP處理Cu柱中，可確認(rèn)算術(shù)平均粗糙度為0.3μm以下，α射線量為0.0010cph/cm²以下。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的柱在實(shí)施例和比較例中列舉的是圓柱狀的柱，但形狀并不限定于圓柱，如果是三角柱體、四角柱體等直接與基板相接的上下表面由3邊以上構(gòu)成的柱體，也能夠得到本發(fā)明的效果。