金属ボール、金属ボールの作製方法、めっき構造物および半田付け方法
【課題】 半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールを提供する。
【解決手段】 金属ボール１０は、コアボール１と、反応抑制層２と、めっき層３とを備える。コアボール１は、直径が５０μｍ〜１０００μｍの範囲である銅（Ｃｕ）からなる。反応抑制層２は、ニッケル（Ｎｉ）からなり、０．１〜５μｍの範囲の膜厚を有する。めっき層３は、錫インジウム（Ｓｎ−Ｉｎ合金）からなり、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の膜厚を有する。そして、めっき層３は、錫（Ｓｎ）が最内周から最外周へ向かって減少し、インジウム（Ｉｎ）が最内周から最外周へ向かって増加するように電気めっきにより作製される。
【解決手段】 金属ボール１０は、コアボール１と、反応抑制層２と、めっき層３とを備える。コアボール１は、直径が５０μｍ〜１０００μｍの範囲である銅（Ｃｕ）からなる。反応抑制層２は、ニッケル（Ｎｉ）からなり、０．１〜５μｍの範囲の膜厚を有する。めっき層３は、錫インジウム（Ｓｎ−Ｉｎ合金）からなり、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の膜厚を有する。そして、めっき層３は、錫（Ｓｎ）が最内周から最外周へ向かって減少し、インジウム（Ｉｎ）が最内周から最外周へ向かって増加するように電気めっきにより作製される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品の実装に用いられる金属ボール、金属ボールの作製方法、めっき構造物および半田付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の表面実装においては、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）およびＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等の実装方法が用いられている。そして、これらの実装方法は、半田、銅 アルミニウム、および外層が半田で覆われた銅コアおよび樹脂コア等の金属ボールを接続端子として用いる方法である。
【０００３】
従来、半導体パッケージにおける半導体素子の内部接続電極に用いる複合マイクロボールが知られている（特許文献１）。この複合マイクロボールは、コアボールと、コアボールを覆う下地層と、下地層上に形成された半田被覆層とからなる。
【０００４】
コアボールは、直径が３０μｍ〜１２０μｍの範囲である銅からなり、下地層は、コバルトおよびニッケルから選択された少なくとも一種からなり、半田被覆層は、膜厚が２０μｍ以上である電気半田めっき層からなる。そして、電気半田めっき層の材料は、鉛-錫であり、複合マイクロボールの外径は、５０μｍ〜２００μｍの範囲である。
【特許文献１】特許第３３１４２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半田に関しては、鉛フリー化が要求されているため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金およびＳｎ−Ｃｕ合金等の従来のＳｎ−Ｐｂ合金系よりも融点の高い合金、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金等の従来のＳｎ−Ｐｂ合金系よりも融点の低い合金が用いられている。
【０００６】
そして、半田めっきの分野においても、同じ鉛フリー化が要求されており、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金およびＳｎ−Ｉｎ合金等のめっきが使用されており、ＢＧＡおよびＣＳＰ等の実装技術において用いられる金属ボールとして表面をＳｎ−Ａｇ合金からなるめっき層で覆った銅コアボールが主流になりつつある。
【０００７】
しかし、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるめっき層を用いた場合、銅コアボールを半田付けするときの融点が高くなるという問題がある。
【０００８】
一方、Ｓｎ−Ｂｉ合金は低融点であるため、銅コアボールをＳｎ−Ｂｉ合金からなるめっき層で覆うことにより、銅コアボールを半田付けするときの融点を低温化できる。
【０００９】
しかし、Ｂｉの組成比が大きくなると、Ｓｎ−Ｂｉ合金が脆くなり、半田付けした銅コアボールが接合材料として不適切になるという問題がある。
【００１０】
この問題は、銅基板に金属ボールを半田付けする場合にも生じる。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールを提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法を提供することである。
【００１３】
さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を提供することである。
【００１４】
さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明による金属ボールは、電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、コアボールを覆う。第２の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である。
【００１６】
好ましくは、金属ボールは、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、コアボールとめっき層との間に挿入される。
【００１７】
好ましくは、反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる。
【００１８】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｉｎである。
【００１９】
好ましくは、第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である。
【００２０】
好ましくは、コアボールは、Ｃｕからなる。
【００２１】
また、この発明によれば、めっき構造物は、基体と、めっき層とを備える。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、基体の一主面上に形成される。第２の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、他の物質がめっき層を介して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００２２】
好ましくは、めっき構造物は、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、基体とめっき層との間に挿入される。
【００２３】
好ましくは、反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる。
【００２４】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、ＢｉまたはＩｎである。
【００２５】
好ましくは、第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である。
【００２６】
好ましくは、基体は、Ｃｕ基板からなる。
【００２７】
さらに、この発明によれば、金属ボールの作製方法は、電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法である。金属ボールは、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、コアボールを覆う。第２の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である。
【００２８】
そして、金属ボールの作製方法は、コアボールを第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、第２の金属元素の組成比がめっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するようにめっき層を形成する第２の工程とを備える。
【００２９】
好ましくは、第２の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。
【００３０】
好ましくは、第２の工程は、第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第２の金属元素を含む第２の化合物のめっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。
【００３１】
好ましくは、電気めっきにおける電流密度は、所定の時間、一定である。
【００３２】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｉｎである。
【００３３】
好ましくは、第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である。
【００３４】
好ましくは、金属ボールの作製方法は、第１の工程の前、コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第３の工程をさらに備える。
【００３５】
好ましくは、第３の工程は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる反応抑制層を形成する。
【００３６】
さらに、この発明によれば、半田付け方法は、基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を基体に半田付けする半田付け方法である。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなる。第２の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、他の物質がめっき層を溶融して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００３７】
そして、半田付け方法は、基体を第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、第２の金属元素の組成比が界面から表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するようにめっき層を基体に形成する第２の工程と、めっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする第３の工程とを備える。
【００３８】
好ましくは、第２の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。
【００３９】
好ましくは、第２の工程は、第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第２の金属元素を含む第２の化合物のめっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。
【００４０】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｂｉである。
【００４１】
好ましくは、第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である。
【発明の効果】
【００４２】
この発明においては、第１および第２の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、金属ボールを半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、金属ボールは、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。
【００４３】
したがって、この発明によれば、金属ボールを半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。
【００４４】
また、この発明においては、第１および第２の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、他の物質を基体に半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、他の物質は、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。
【００４５】
したがって、この発明によれば、他の物質を基体に半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４７】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による金属ボールの構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による金属ボール１０は、コアボール１と、反応抑制層２と、めっき層３とを備える。
【００４８】
コアボール１は、銅（Ｃｕ）からなり、直径が５０μｍ〜１０００μｍの範囲である。そして、コアボール１の融点は、６００〜１６００℃の範囲である。
【００４９】
反応抑制層２は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなり、コアボール１とめっき層３との間に形成される。そして、反応抑制層２の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍの範囲である。反応抑制層２は、コアボール１を構成する銅とめっき層３を構成する錫（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）との反応を抑制する。
【００５０】
めっき層３は、電気めっきにより形成され、コアボール１および反応抑制層２を覆う。そして、めっき層３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金からなり、膜厚が０．１μｍ〜１００μｍの範囲である。めっき層３において、Ｉｎの組成比は、めっき層３の最内周から最外周へ向けて第１の組成比から第２の組成比まで増加する。
【００５１】
ここで、第１の組成比は、金属ボール１０が半田付けされたときのめっき層３の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第２の組成比は、めっき層３の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００５２】
反応抑制層２およびめっき層３は、電気めっきにより形成される。図２は、図１に示す金属ボール１０を作製するバレルめっき装置の概略図である。図２を参照して、バレルめっき装置１００は、めっき槽２０と、枠板３０と、バレルドラム４０と、歯車５０，６０と、モータ７０と、陰極８０と、陽極９０と、ノズル１１０，１２０と、直流電源１３０とを備える。
【００５３】
めっき槽２０には、めっき浴１４０が入れられる。枠板３０は、バレルドラム４０を略水平状態で回転可能に保持する。バレルドラム４０は、６個の側板４１と、６個の網材４２とからなる。６個の側板４１は、六角柱形状に組まれる。そして、６個の網材４２は、それぞれ、６個の側板４１に張着される。したがって、バレルドラム４０は、六角柱形状からなり、内部に被めっき物品（＝コアボール１）を収納する。
【００５４】
歯車５０は、枠板３０を介してバレルドラム４０に連結される。歯車６０は、歯車５０と噛合うように枠板３０に取り付けられる。モータ７０は、シャフト７１を介して歯車６０に連結される。
【００５５】
そして、枠板３０、バレルドラム４０および歯車５０，６０は、枠板３０およびバレルドラム４０の一部がめっき浴１４０に浸漬されるようにめっき槽２０内に収納される。
【００５６】
モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させる。陰極８０は、その先端部がバレルドラム４０の内部においてめっき浴１４０に浸漬されるように枠板３０に取り付けられる。陽極９０は、その先端部がめっき浴１４０に浸漬される。
【００５７】
ノズル１１０，１２０は、その先端部がめっき浴１４０上に位置するように支持部材（図示せず）によって支持される。直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に接続され、陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に一定の電流密度の電流を流す。
【００５８】
上述したように、バレルドラム４０は、網材４２が張着された側板４１を略六角柱形状に組付けた構造からなり、一部がめっき浴１４０に浸漬される。そして、めっき浴１４０に浸漬された側板４１に被めっき物品が溜まる。また、陰極８０の先端は、めっき浴１４０に浸漬された側板４１に近接して配置される。
【００５９】
したがって、めっき浴１４０は、浸漬された網材４２を介してバレルドラム４０の内部に入り、一定の電流密度の電流が陰極８０と陽極９０との間に流れることにより、電気めっきされ、被めっき物品の表面に析出する。
【００６０】
また、バレルドラム４０は、モータ７０によって一定の回転速度で矢印２１の方向へ回転されるので、めっき浴１４０に浸漬される側板４１が順次変えられ、バレルドラム４０内の被めっき物品は、回転されながらめっきされる。これにより、球形状からなるコアボール１の表面に反応抑制層２およびめっき層３を均一に形成できる。
【００６１】
めっき浴１４０は、硫酸、硫酸錫、硫酸インジウム、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層３の光沢剤として用いられる。
【００６２】
めっき浴１４０は、硫酸錫および硫酸インジウムを含み、硫酸錫および硫酸インジウムから反応抑制層２が形成されたコアボール１に錫およびインジウムからなる半田合金（Ｓｎ−Ｉｎ合金）をめっきする。
【００６３】
ノズル１１０は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴１４０に導入するノズルであり、ノズル１２０は、硫酸インジウムを含む溶液をめっき浴１４０へ導入するノズルである。
【００６４】
この発明においては、電気めっきによりめっき層３を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加または減少させながら電気めっきによりめっき層３を形成する。つまり、この発明においては、めっき層３を構成するＳｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比がめっき層３の最内周から最外周に向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００６５】
図３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比の変化を示す図である。図３において、横軸は、めっき層３の膜厚方向を表し、縦軸は、Ｉｎの組成比を表す。図３を参照して、直線ｋ１は、Ｉｎの組成比を、めっき層３の最内周における第１の組成比からめっき層３の最外周における第２の組成比まで一定の増加率で増加させる場合を示す。
【００６６】
また、曲線ｋ２は、めっき層３の最内周と最外周との間でＩｎの組成比の増加率を変化させながら、Ｉｎの組成比を第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合を示す。
【００６７】
さらに、曲線ｋ３は、めっき層３の最内周と最外周との間でＩｎの組成比の増加率を２つの増加率に変化させながら、Ｉｎの組成比を第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合を示す。
【００６８】
この発明においては、Ｉｎの組成比は、直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って変化される。なお、Ｉｎの組成比を直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って変化させる場合、曲線ｋ４に示すように、階段状にＩｎの組成比を増加させてもよい。
【００６９】
図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従ってＩｎの組成比が変化するめっき層３を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００７０】
図４は、図１に示す金属ボール１０の作製方法を示すフローチャートである。金属ボール１０を作製する動作が開始されると、銅からなるコアボール１がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される（ステップＳ１）。すなわち、図２に示すバレルめっき装置１００において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴１４０にコアボール１が浸漬される。
【００７１】
その後、モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、コアボール１は、その表面がニッケルによってめっきされ、コアボール１を覆うように反応抑制層２が形成される（ステップＳ２）。
【００７２】
そして、反応抑制層２が形成されたコアボール１を錫−インジウムめっき用のめっき浴１４０に浸漬させる（ステップＳ３）。すなわち、図２に示すバレルめっき装置１００において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸インジウム、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴１４０に、反応抑制層２が形成されたコアボール１が浸漬される。
【００７３】
その後、モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル１２０を介してめっき浴１４０に供給される硫酸インジウムを含む溶液の量を徐々に増加させる。
【００７４】
そうすると、Ｉｎの組成比が最内周から最外周に向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するめっき層３が反応抑制層２の表面に形成される（ステップＳ４）。すなわち、Ｉｎの組成比が図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加するめっき層３が反応抑制層２の表面に形成される。これにより、金属ボール１０の作製が終了する。
【００７５】
このように、金属ボール１０は、バレルめっき装置１００を用い、電気めっき中にめっき浴１４０に供給する硫酸錫および硫酸インジウムの量を制御して、Ｉｎの組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層３（＝Ｓｎ−Ｉｎ合金）をコアボール１の表面に形成することによって作製される。
【００７６】
図５は、Ｓｎ−Ｉｎ合金中におけるＩｎ濃度とＳｎ−Ｉｎ合金の状態との関係を示す図である。図５において、横軸は、Ｉｎ濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図５を参照して、曲線ｋ５は、各Ｉｎ濃度におけるＳｎ−Ｉｎ合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、Ｉｎ濃度が約４０［ｍａｓｓ％］である場合、Ｓｎ−Ｉｎ合金は、約１５０℃の温度において液相となる。
【００７７】
Ｉｎ濃度が０［ｍａｓｓ％］であるＳｎが液相になる温度（＝融点）は、約２３０℃であり、Ｓｎ−Ｉｎ合金の融点は、Ｓｎに添加するＩｎ濃度が増加するに従って低下し、Ｉｎ濃度が約５５［ｍａｓｓ％］のときに最も低くなる。そして、Ｓｎ−Ｉｎ合金の融点は、Ｉｎ濃度が５５［ｍａｓｓ％］以上である領域においては、Ｉｎ濃度の増加に伴って高くなる。
【００７８】
一方、Ｉｎ濃度が５０［ｍａｓｓ％］以上に増加すると、Ｓｎ−Ｉｎ合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点（＝例えば、２００℃）よりも低いＳｎ−Ｉｎ合金を形成するために、めっき層３の最内周においてＩｎ濃度を１８〜２０［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、めっき層３の最外周においてＩｎ濃度を３４〜３８［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、さらに、最内周から最外周へ向かってＩｎ濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００７９】
すなわち、めっき層３の最内周部を融点が２００℃以上であるＳｎ−Ｉｎ合金により形成し、めっき層３の最外周部を融点が２００℃よりも低いＳｎ−Ｉｎ合金により形成する。つまり、めっき層３は、最内周部で強度を保持し、かつ、最外周部で融点を低下させる組成のＳｎ−Ｉｎ合金により形成される。
【００８０】
図６は、図２に示すバレルめっき装置１００を用いてＩｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボール１０の電子顕微鏡写真である。図６において、曲線ｋ６は、めっき層３の深さ方向におけるＩｎ量の変化を表し、曲線ｋ７は、めっき層３の深さ方向におけるＳｎ量の変化を示す。なお、めっき層３の深さ方向におけるＩｎ量およびＳｎ量は、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の線分析によって測定された。
【００８１】
図６を参照して、めっき層３において、Ｉｎ量は、最内周から最外周へ向かって増加しており、Ｓｎ量は、最内周から最外周へ向かって減少しており、Ｉｎ組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層３を有する金属ボール１０が作製されていることが確認された。
【００８２】
次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするＳｎ−Ｉｎ合金の実験結果について説明する。この発明による金属ボール１０として２種類の金属ボール（実施例１，２）を作製し、比較例として２種類の金属ボール（比較例１，２）を作製した。
【００８３】
表１は、この発明による金属ボール１０としての金属ボール１０Ａ（実施例１）および金属ボール１０Ｂ（実施例２）と、比較例としての金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）とを電気めっきにより作製するときのめっき浴１４０を示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
金属ボール１０Ａ（実施例１）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ１で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ１で変化する硫酸Ｉｎとからなる。
【００８６】
そして、所定範囲Ａ１は、電気めっきの開始時における１１ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における３ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ１は、電気めっきの開始時における２５ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における２２ｇ／Ｌまでの範囲である。
【００８７】
また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ２で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ２で変化する硫酸Ｉｎとからなる。
【００８８】
そして、所定範囲Ａ２は、電気めっきの開始時における９ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における４ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ２は、電気めっきの開始時における２４ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における２７ｇ／Ｌまでの範囲である。
【００８９】
金属ボール１０Ａ（実施例１）、および金属ボール１０Ｂ（実施例２）を電気めっきにより作製する場合、直径が４００μｍであるコアボール（＝Ｃｕボール）を図２に示すバレルドラム４０の中に所定数入れ、モータ７０によりバレルドラム４０を所定の回転数で回転させ、直流電源１３０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に流し、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｓｎおよびノズル１２０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｉｎの濃度を表１に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。
【００９０】
このように、金属ボール１０Ａ（実施例１）、および金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、硫酸Ｓｎの濃度を徐々に減少し、硫酸Ｉｎの濃度を徐々に減少または増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。この場合、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を相対的に多く変化させて金属ボール１０Ａ（実施例１）を作製し、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を相対的に少なく変化させて金属ボール１０Ｂ（実施例２）を作製する。
【００９１】
なお、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、反応抑制層２を有さず、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、ニッケルからなる反応抑制層２を有する。
【００９２】
また、金属ボール２０Ａ（比較例１）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、１２ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、２３ｇ／Ｌの硫酸Ｉｎとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎは、めっき浴１４０中における濃度がそれぞれ１２ｇ／Ｌおよび２３ｇ／Ｌになるようにノズル１１０，１２０を介して補充される。
【００９３】
さらに、金属ボール２０Ｂ（比較例２）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、５ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、２５ｇ／Ｌの硫酸Ｉｎとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎは、めっき浴１４０中における濃度がそれぞれ５ｇ／Ｌおよび２５ｇ／Ｌになるようにノズル１１０，１２０を介して補充される。
【００９４】
金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）を作製する場合、直径が４００μｍであるコアボール（＝Ｃｕボール）を図２に示すバレルドラム４０の中に所定数入れ、モータ７０によりバレルドラム４０を所定の回転数で回転させ、直流電源１３０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に流し、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｓｎの濃度およびノズル１２０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｉｎの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。
【００９５】
このように、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、めっき浴１４０中の硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を一定に保持しながら作製される。
【００９６】
この場合、硫酸Ｉｎの濃度（＝［硫酸Ｉｎ］／（［硫酸Ｓｎ］＋［硫酸Ｉｎ］）、以下同じ）を相対的に高くして金属ボール２０Ｂ（比較例２）を作製し、硫酸Ｉｎの濃度を相対的に低くして金属ボール２０Ａ（比較例１）を作製する。
【００９７】
なお、金属ボール２０Ａ，２０Ｂは、反応抑制層２を有しない。
【００９８】
表２は、表１に示すめっき浴１４０を用いて作製した金属ボール１０Ａ，１０Ｂと、金属ボール２０Ａ，２０ＢとにおけるＩｎ濃度、融点および膜厚を示す。
【００９９】
【表２】
【０１００】
なお、Ｉｎ濃度は、めっき層における濃度であり、［Ｉｎ］／（［Ｓｎ］＋［Ｉｎ］）により計算された。また、融点温度は、金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂを半田付けするときの融点である。
【０１０１】
金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、それぞれ、１４．５％および３５．７％のＩｎ濃度を有し、２１０℃および１５７℃の融点を有する。また、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、それぞれ、１０．７μｍおよび９．２μｍの膜厚からなるめっき層を有する。
【０１０２】
したがって、Ｉｎ濃度が一定であるめっき層を有する金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）において、めっき層中のＩｎ濃度が増加すると、金属ボール２０Ａ，２０Ｂを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のＩｎ濃度が３５．７％である金属ボール２０Ｂにおいては、半田付けするときの融点が２００℃よりも低くなる。
【０１０３】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、最内周および最外周においてそれぞれ１８．７％および３８．０％のＩｎ濃度を有し、２５．８％のＩｎの平均濃度を有する。また、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、１５０℃の融点を有する。そして、金属ボール１０Ａ（実施例１）において、めっき層３（Ｓｎ−Ｉｎ合金）の膜厚は、１１．０μｍである。
【０１０４】
また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、最内周および最外周においてそれぞれ１９．８％および３４．０％のＩｎ濃度を有し、２３．９％のＩｎの平均濃度を有する。また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、１５０℃の融点を有する。そして、金属ボール１０Ｂ（実施例２）において、めっき層３（Ｓｎ−Ｉｎ合金）の膜厚は、９．７μｍであり、反応抑制層２（＝Ｎｉ）の膜厚は、２．０μｍである。
【０１０５】
このように、この発明による金属ボール１０Ａ（実施例１）および金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、比較例である金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）とほぼ同じ膜厚のめっき層（＝Ｓｎ−Ｉｎ合金）を有し、金属ボール２０Ａ，２０Ｂよりも低い融点を有する。
【０１０６】
したがって、めっき層３中のＩｎ濃度を最内周および最外周においてそれぞれ１８．０％〜２０．０％の範囲および３４．０％〜３８．０％の範囲に設定することによって金属ボール１０Ａ，１０Ｂの融点を１５０℃まで大幅に低温化できる。
【０１０７】
また、金属ボール１０Ａ（実施例１）、金属ボール１０Ｂ（実施例２）、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）についてプル強度を測定するとともに、半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの基板からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、Ｄａｇｅ社製のボンドテスター シリーズ４０００を用いて行なわれた。
【０１０８】
図７は、プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。図７を参照して、ツィーザ１１は、金属ボール１０を両側から挟む。プル強度を測定する場合、基板１３上に半田付けした金属ボール１０をツィーザ１１によって挟み、ツィーザ１１を矢印１２の方向へ移動させる。この場合、ツィーザ１１を矢印１２の方向へ引っ張る力を金属ボール１０が基板１３から剥離するまで徐々に強くする。そして、金属ボール１０が基板から剥離したときにツィーザ１１を引っ張る力をプル強度として検出する。
【０１０９】
図８は、金属ボール１０が基板から剥離する剥離モードの概念図である。図８を参照して、半田付けした金属ボール１０が基板１３から剥離する場合、金属ボール１０、ランド１４および半田１５が一体的に基板１３から剥離するモード（図８の（ａ）参照）、金属ボール１０および半田１５が一体的にランド１４から剥離するモード（図８の（ｂ）参照）、および半田１５がちぎれて半田１５Ａ，１５Ｂが形成され、金属ボール１０が基板１３から剥離するモード（図８の（ｃ）参照）が存在する。
【０１１０】
そして、図８の（ａ），（ｂ）に示す剥離モードは、“界面剥離”であり、図８の（ｃ）に示す剥離モードは、“半田ちぎれ”である。
【０１１１】
図９は、界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。図９の（ａ）は、半田ちぎれを示し、図９の（ｂ）は、界面剥離を示す。剥離モードが半田ちぎれである場合、半田付けによって金属ボールのめっき層が脆くなり、金属ボールの直径が小さくなっている。（図９の（ａ）参照）。
【０１１２】
一方、剥離モードが界面剥離である場合、半田付けによって金属ボールのめっき層の強度が保持されており、金属ボールの直径が小さくならない（図９の（ｂ）参照）。
【０１１３】
半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂのプル強度を図７に示す方法によって測定するとともに、半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの剥離モードを解析した。
【０１１４】
図１０は、プル強度の測定結果を示す図である。図１０において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図１０に示すプル強度は、２２０℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂについて測定された。また、プル強度の測定に用いられた金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの個数は、２０個である。
【０１１５】
金属ボール２０Ａ（比較例１）は、約９０［ｇｆ］〜約２２０［ｇｆ］（平均値：約１３５［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、約４００［ｇｆ］〜約１２７５［ｇｆ］（平均値：約７６０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１１６】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、約５４０［ｇｆ］〜約１２５０［ｇｆ］（平均値：約８００［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、約６７０［ｇｆ］〜約１２００［ｇｆ］（平均値：約９００［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１１７】
図１１は、剥離モードの解析結果を示す図である。図１１において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図１１に示す剥離モードは、２２０℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂについて解析された。
【０１１８】
図１１を参照して、金属ボール２０Ａ（比較例１）においては、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１１９】
また、金属ボール２０Ｂ（比較例２）においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードＭＤ１である割合が２５％であり、剥離モードが“界面剥離”のモードＭＤ２である割合が７５％である。
【０１２０】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１），１０Ｂ（実施例２）の各々において、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１２１】
したがって、めっき層３中におけるＩｎ組成比を最内周から最外周へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”である金属ボール１０を作製することができる。
【０１２２】
また、表２、図１０および図１１に示す結果から、Ｉｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層３を形成することによって、プル強度が４００［ｇｆ］（＝基準強度）以上であり、かつ、融点が２００℃（＝基準融点）よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となる金属ボール１０を作製できる。
【０１２３】
上記においては、めっき層３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層３は、Ｓｎ−Ｚｎ合金またはＳｎ−Ｃｕ合金から構成されてもよく、一般的には、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素とＳｎとの合金から構成されていればよい。
【０１２４】
また、この発明においては、一般的には、めっき層３は、第１および第２の金属元素からなり、第２の金属元素の組成比は、めっき層３の最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。
【０１２５】
そして、第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。
【０１２６】
さらに、上記においては、コアボール１は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、コアボール１は、アルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよい。
【０１２７】
さらに、上記においては、反応抑制層２は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層２は、スパッタリング法により形成されてもよい。
【０１２８】
さらに、上記においては、金属ボール１０は、反応抑制層２を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール１０は、反応抑制層２を備えていなくてもよい。
【０１２９】
実施の形態１によれば、金属ボール１０は、Ｉｎ組成比が最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層３を備えるので、金属ボール１０を半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。
【０１３０】
［実施の形態２］
図１２は、この発明の実施の形態２によるめっき構造物の構成を示す断面図である。図１２を参照して、この発明の実施の形態２によるめっき構造物２００は、基板２０１と、配線２０２と、反応抑制層２０３と、めっき層２０４とを備える。
【０１３１】
基板２０１上に形成された配線２０２は、銅（Ｃｕ）からなり、厚さが１００μｍ以下である。
【０１３２】
反応抑制層２０３は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなり、配線２０２とめっき層２０４との間に形成される。この場合、反応抑制層２０３は、配線２０２の凹部２０２１を覆うように、配線２０２の表面の一部に形成される。そして、反応抑制層２０３の膜厚は、５μｍ以下である。反応抑制層２０３は、配線２０２を構成する銅とめっき層２０４を構成する錫（Ｓｎ）およびビスマス（Ｂｉ）との反応を抑制する。
【０１３３】
めっき層２０４は、電気めっきにより反応抑制層２０３上に形成される。そして、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｂｉ合金からなり、膜厚が５μｍ〜１００μｍの範囲である。めっき層２０４において、Ｂｉの組成比は、めっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４Ａから表面２０４Ｂへ向けて第１の組成比から第２の組成比まで増加する。
【０１３４】
ここで、第１の組成比は、めっき層２０４を溶融して金属ボール（図示せず）が配線２０２に半田付けされたときのめっき層２０４の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第２の組成比は、めっき層２０４の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【０１３５】
反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、電気めっきにより形成される。図１３は、図１２に示すめっき構造物２００を作製するめっき装置の概略図である。図１３を参照して、めっき装置３００は、めっき槽３１０と、ノズル３２０，３３０と、陽極３４０と、陰極３５０と、直流電源３６０とを備える。
【０１３６】
めっき槽３１０には、めっき浴３７０が入れられる。ノズル３２０，３３０は、その先端部がめっき浴３７０上に位置するように支持部材（図示せず）によって支持される。陽極３４０は、めっき物である基板２０１からなり、全体がめっき浴３７０に浸漬される。陰極３５０は、その先端部がめっき浴３７０に浸漬される。
【０１３７】
直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に接続され、陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０に一定の電流密度の電流を流す。めっき浴３７０は、反応抑制層２０３を作製するためのめっき浴３７０Ａと、めっき層２０４を作製するためのめっき浴３７０Ｂとからなる。
【０１３８】
なお、反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、配線２０２の一部（凹部２０２１を覆う領域）に形成されるが、このように、反応抑制層２０３およびめっき層２０４を配線２０２の一部に形成するには、基板２０１の表面にレジストをスピンコート等によって塗布し、凹部２０２１が露出するようにレジストをパターンニングする。
【０１３９】
そして、パターンニングされたレジストを有する基板２０１を陰極３５０としてめっき浴３７０Ａ中に浸漬し、電気めっきにより反応抑制層２０３を形成し、その後、めっき浴３７０Ｂに浸漬して電気めっきによりめっき層２０４を形成する。その後、レジストを除去する。
【０１４０】
電気めっきにより反応抑制層２０３およびめっき層２０４を形成した場合、反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、レジスト上にも形成されるが、電気めっき後にレジストを除去することにより、リフトオフによってレジスト上に形成された反応抑制層２０３およびめっき層２０４も除去される。
【０１４１】
このように、レジストのパターンニング技術を用いれば、電気めっきにより反応抑制層２０３およびめっき層２０４を配線２０２の一部に形成できる。
【０１４２】
めっき浴３７０Ａは、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸からなる。めっき浴３７０Ｂは、硫酸、硫酸錫、硫酸ビスマス、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層２０４の光沢剤として用いられる。
【０１４３】
めっき浴３７０Ｂは、硫酸錫および硫酸ビスマスを含み、硫酸錫および硫酸ビスマスを電気分解して反応抑制層２０３が形成された配線２０２に錫およびビスマスからなる半田合金（Ｓｎ−Ｂｉ合金）をめっきする。
【０１４４】
ノズル３２０は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴３７０Ｂに導入するノズルであり、ノズル３３０は、硫酸ビスマスを含む溶液をめっき浴３７０Ｂへ導入するノズルである。
【０１４５】
この発明においては、電気めっきによりめっき層２０４を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成する。つまり、この発明においては、めっき層２０４を構成するＳｎ−Ｂｉ合金におけるＢｉの組成比が界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層２０４を形成する。そして、Ｓｎ−Ｂｉ合金におけるＢｉの組成比を界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合、Ｂｉの組成比は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加される。そして、Ｂｉの組成比を直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加させる場合、曲線ｋ４に示すように、階段状にＢｉの組成比を増加させてもよい。
【０１４６】
図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従ってＢｉの組成比が変化するめっき層２０４を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層２０４を形成する。
【０１４７】
図１４は、図１２に示すめっき構造物２００の作製方法を示すフローチャートである。めっき構造物２００を作製する動作が開始されると、基板２０１にレジストがスピンコート等によって塗布され（ステップＳ１１）、その塗布されたレジストが所定のパターンにパターンニングされる（ステップＳ１２）。これによって、基板２０１上に形成された配線２０２の凹部２０２１が露出する。
【０１４８】
その後、パターンニングされたレジストを有する基板２０１がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される（ステップＳ１３）。すなわち、図１３に示すめっき装置３００において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴３７０Ａに基板２０１が陰極３５０として浸漬される。
【０１４９】
その後、直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、基板２０１は、その表面がニッケルによってめっきされ、凹部２０２１およびレジスト上に反応抑制層２０３が形成される（ステップＳ１４）。
【０１５０】
そして、反応抑制層２０３が形成された基板２０１を錫−ビスマスめっき用のめっき浴３７０Ｂに浸漬させる（ステップＳ１５）。すなわち、図１３に示すめっき装置３００において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸ビスマス、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴３７０Ｂに、反応抑制層２０３が形成された基板２０１が陰極３５０として浸漬される。
【０１５１】
その後、直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに供給される硫酸ビスマスを含む溶液の量を徐々に増加させる。
【０１５２】
そうすると、Ｂｉの組成比がめっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するめっき層２０４が反応抑制層２０３の表面に形成される（ステップＳ１６）。すなわち、Ｂｉの組成比が図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加するめっき層２０４が反応抑制層２０３の表面に形成される。そして、レジストが除去される（ステップＳ１７）。これにより、めっき構造物２００の作製が終了する。
【０１５３】
このように、めっき構造物２００は、めっき装置３００を用い、電気めっき中にめっき浴３７０に供給する硫酸錫を含む溶液および硫酸ビスマスを含む溶液の量を制御して、Ｂｉの組成比が界面２０３Ａから表面２０３Ｂへ向かって増加するめっき層２０４（＝Ｓｎ−Ｂｉ合金）を基板２０１の表面に形成することによって作製される。
【０１５４】
図１５は、Ｓｎ−Ｂｉ合金中におけるＢｉ濃度とＳｎ−Ｂｉ合金の状態との関係を示す図である。図１５において、横軸は、Ｂｉ濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図１５を参照して、曲線ｋ８は、各Ｂｉ濃度におけるＳｎ−Ｂｉ合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、Ｂｉ濃度が約６０［ｍａｓｓ％］である場合、Ｓｎ−Ｂｉ合金は、約１５０℃の温度において液相となる。
【０１５５】
Ｂｉ濃度が０［ｍａｓｓ％］であるＳｎが液相になる温度（＝融点）は、約２３０℃であり、Ｓｎ−Ｂｉ合金の融点は、Ｓｎに添加するＢｉ濃度が増加するに従って低下し、Ｂｉ濃度が約６０［ｍａｓｓ％］のときに最も低くなる。そして、Ｓｎ−Ｂｉ合金の融点は、Ｂｉ濃度が６０［ｍａｓｓ％］以上である領域においては、Ｂｉ濃度の増加に伴って高くなる。
【０１５６】
一方、Ｂｉ濃度が増加すると、Ｓｎ−Ｂｉ合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点（＝例えば、２００℃）よりも低いＳｎ−Ｂｉ合金を形成するために、めっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４ＡにおいてＢｉ濃度を２〜２１［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、めっき層２０４の表面２０４ＢにおいてＢｉ濃度を３０〜５５［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、さらに、界面２０４Ａから表面２０４Ｂへ向かってＢｉ濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成する。
【０１５７】
すなわち、めっき層２０４の最内部（＝界面２０４Ａ）を融点が２００℃以上であるＳｎ−Ｂｉ合金により形成し、めっき層２０４の最外部（＝表面２０４Ｂ）を融点が２００℃よりも低いＳｎ−Ｂｉ合金により形成する。つまり、めっき層２０４は、最内部（＝界面２０４Ａ）で強度を保持し、かつ、最外部（＝表面２０４Ｂ）で融点を低下させる組成のＳｎ−Ｂｉ合金により形成される。
【０１５８】
次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするＳｎ−Ｉｎ合金の実験結果について説明する。この実験においては、めっき構造物２００に金属ボールを半田付けしたときのプル強度が測定され、金属ボールの剥離モードが解析された。
【０１５９】
図１６は、プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。図１６を参照して、金属ボール２２０は、コアボール２２１と、めっき層２２２，２２３とからなる。
【０１６０】
コアボール２２１は、銅からなる。めっき層２２２は、コアボール２２１を覆い、ニッケルめっきからなる。めっき層２２３は、めっき層２２２を覆い、金（Ａｕ）めっきからなる。
【０１６１】
めっき構造物２００のめっき層２０４を溶融して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けし、図７において説明したプル強度の測定方法を用いてプル強度が測定された。
【０１６２】
また、解析された剥離モードは、図８において説明したとおりである。
【０１６３】
実験においては、この発明によるめっき構造物２００として２種類のめっき構造物（実施例３，４）を作製し、比較例として２種類のめっき構造物（比較例３，４）を作製した。
【０１６４】
表３は、この発明によるめっき構造物２００としてのめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）と、比較例としてのめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）とを電気めっきにより作製するときのめっき浴３７０Ｂを示す。
【０１６５】
【表３】
【０１６６】
めっき構造物２００Ａ（実施例３）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ３で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ３で変化する硫酸Ｂｉとからなる。
【０１６７】
そして、所定範囲Ａ３は、電気めっきの開始時における２４ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１８ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ３は、電気めっきの開始時における０．５ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における６ｇ／Ｌまでの範囲である。
【０１６８】
また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ４で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ４で変化する硫酸Ｂｉとからなる。
【０１６９】
そして、所定範囲Ａ４は、電気めっきの開始時における１９ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１７ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ４は、電気めっきの開始時における３ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１０ｇ／Ｌまでの範囲である。
【０１７０】
めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）を電気めっきにより作製する場合、基板を図１３に示すめっき装置３００に入れ、直流電源３６０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０Ｂに流し、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｓｎおよびノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｂｉの濃度を表３に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）を作製する。
【０１７１】
このように、めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、硫酸Ｓｎの濃度を徐々に減少し、硫酸Ｂｉの濃度を徐々に増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。
【０１７２】
なお、めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、反応抑制層２０３を備えていない。
【０１７３】
また、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、２０ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、３ｇ／Ｌの硫酸Ｂｉとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉは、めっき浴３７０Ｂ中における濃度がそれぞれ２０ｇ／Ｌおよび３ｇ／Ｌになるようにノズル３２０，３３０を介して補充される。
【０１７４】
さらに、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、１５ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、７ｇ／Ｌの硫酸Ｂｉとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉは、めっき浴３７０Ｂ中における濃度がそれぞれ１５ｇ／Ｌおよび７ｇ／Ｌになるようにノズル３２０，３３０を介して補充される。
【０１７５】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を作製する場合、基板を図１３に示すめっき装置３００に入れ、直流電源３６０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０Ｂに流し、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｓｎの濃度およびノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｂｉの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を作製する。
【０１７６】
このように、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、めっき浴３７０Ｂ中の硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉの濃度を一定に保持しながら作製される。
【０１７７】
なお、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、反応抑制層２を有しない。
【０１７８】
表４は、表３に示すめっき浴３７０Ｂを用いて作製しためっき構造物２００Ａ，２００Ｂと、めっき構造物２１０Ａ，２１０ＢとにおけるＢｉ濃度、融点および膜厚を示す。
【０１７９】
【表４】
【０１８０】
なお、Ｂｉ濃度は、めっき層における濃度であり、［Ｂｉ］／（［Ｓｎ］＋［Ｂｉ］）により計算された。また、融点温度は、めっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂを半田付けするときの融点である。
【０１８１】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、それぞれ、２０．１％および４３．２％のＢｉ濃度を有し、２０３℃および１４２℃の融点を有する。また、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、それぞれ、２３．２μｍおよび２２．４μｍの膜厚からなるめっき層を有する。
【０１８２】
したがって、Ｂｉ濃度が一定であるめっき層を有するめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）において、めっき層中のＢｉ濃度が増加すると、めっき構造物２１０Ａ，２１０Ｂを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のＢｉ濃度が４３．２％であるめっき構造物２１０Ｂにおいては、半田付けするときの融点が２００℃よりも低くなる。
【０１８３】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、最内部（＝界面２０４Ａ）および最外部（＝表面２０４Ｂ）においてそれぞれ２．０％および３０．２％のＢｉ濃度を有し、２３．８％のＢｉの平均濃度を有する。また、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、１５０℃の融点を有する。そして、めっき構造物２００Ａ（実施例３）において、めっき層２０４（Ｓｎ−Ｂｉ合金）の膜厚は、２３．５μｍである。
【０１８４】
また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、最内部（＝界面２０４Ａ）および最外部（＝表面２０４Ｂ）においてそれぞれ２０．５％および５５．０％のＢｉ濃度を有し、２９．５％のＢｉの平均濃度を有する。また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、１４０℃の融点を有する。そして、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）において、めっき層２０４（Ｓｎ−Ｂｉ合金）の膜厚は、２５．３μｍである。
【０１８５】
このように、この発明によるめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、比較例であるめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）とほぼ同じ膜厚のめっき層（＝Ｓｎ−Ｂｉ合金）を有し、めっき構造物２１０Ａ，２１０Ｂの融点と同等またはそれよりも低い融点を有する。
【０１８６】
したがって、めっき層２０４中のＢｉ濃度を最内部および最外部においてそれぞれ２．０％〜２１．０％の範囲および３０．０％〜５５．０％の範囲に設定することによってめっき構造物２００Ａ，２００Ｂの融点を１４０℃まで大幅に低温化できる。
【０１８７】
また、めっき構造物２００Ａ（実施例３）、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）についてプル強度を測定するとともに、半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの基板２０１からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、実施の形態１と同じように、Ｄａｇｅ社製のボンドテスター シリーズ４０００を用いて行なわれた。
【０１８８】
金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂのプル強度を図７に示す方法によって測定するとともに、金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの剥離モードを解析した。
【０１８９】
図１７は、プル強度の測定結果を示す図である。図１７において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図１７に示すプル強度は、２２０℃のリフロー温度で金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂについて測定された。また、プル強度の測定に用いられためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの個数は、２０個である。
【０１９０】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）は、約３６０［ｇｆ］〜約９６０［ｇｆ］（平均値：約５７０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、約７９０［ｇｆ］〜約１５６０［ｇｆ］（平均値：約１１８０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１９１】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、約８００［ｇｆ］〜約１６５０［ｇｆ］（平均値：約１２３０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、約７４０［ｇｆ］〜約１５００［ｇｆ］（平均値：約１１９０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１９２】
図１８は、剥離モードの解析結果を示す図である。図１８において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図１８に示す剥離モードは、２２０℃のリフロー温度で金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂについて解析された。
【０１９３】
図１８を参照して、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）においては、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１９４】
また、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードＭＤ１である割合が５５％であり、剥離モードが“界面剥離”のモードＭＤ２である割合が４５％である。
【０１９５】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３），２００Ｂ（実施例４）の各々において、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１９６】
したがって、めっき層２０４中におけるＢｉ組成比を最内部から最外部へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”であるめっき構造物２００を作製することができる。
【０１９７】
また、表４、図１７および図１８に示す結果から、Ｂｉ濃度を最内部から最外部へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成することによって、プル強度が６００［ｇｆ］（＝基準強度）以上であり、かつ、融点が２００℃（＝基準融点）よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となるめっき構造物２００を作製できる。
【０１９８】
このように、金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする場合、基板２０１の表面に、Ｂｉ組成比が最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって増加するめっき層２０４を形成することにより、金属ボール２２０の保持強度を基準強度以上の保持強度に向上でき、かつ、半田付けするときの融点を基準融点以下の融点に低温化でき、さらに、金属ボール２２０の剥離モードを界面剥離の剥離モードに設定できる。
【０１９９】
したがって、めっき構造物２００は、電子部品をＣｕ基板等へ半田付けする場合に適している。
【０２００】
図１９は、めっき構造物２００を用いて金属ボール２２０を基板２０１に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、基板２０１上に反応抑制層２０３を形成し、その形成した反応抑制層２０３上に傾斜めっきによりめっき層２０４を形成する（ステップＳ２１）。
【０２０１】
なお、ステップＳ２１の詳細な動作は、図１４に示すフローチャートに従って実行される。
【０２０２】
そして、ステップＳ２１の後、めっき層２０４を溶融して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする（ステップＳ２２）。これにより、一連の動作が終了する。
【０２０３】
上記においては、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｂｉ合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｉｎ合金から構成されてもよい。図５に示すように、Ｓｎ−Ｉｎ合金における融点のＩｎ濃度に対する変化傾向は、Ｓｎ−Ｂｉ合金における融点のＢｉ濃度に対する変化傾向とほぼ同様である。したがって、めっき層２０４をＳｎ−Ｉｎ合金に代え、めっき層２０４におけるＩｎ組成比を最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって増加させることによって、上述したように、めっき層２０４の強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くしためっき構造物２００を作製することができる。
【０２０４】
また、この発明においては、一般的には、めっき層２０４は、第１および第２の金属元素からなり、第２の金属元素の組成比は、めっき層２０４の最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。
【０２０５】
そして、第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。
【０２０６】
さらに、上記においては、配線２０２は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、配線２０２は、アルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよい。
【０２０７】
さらに、上記においては、反応抑制層２０３は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層２０３は、スパッタリング法により形成されてもよい。
【０２０８】
さらに、上記においては、めっき構造物２００は、反応抑制層２０３を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき構造物２００は、反応抑制層２０３を備えていなくてもよい。
【０２０９】
さらに、上記においては、金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール２２０以外の電子部品を配線２０２に半田付けしてもよい。配線２０２は、Ｃｕ基板に限らず、プリント基板であってもよく、プリント基板に形成されためっき構造物２００を用いて各種の電子部品をプリント基板に半田付けしてもよい。
【０２１０】
さらに、この発明においては、２つの物質Ａ，Ｂを半田付けする場合、物質Ａの表面にめっき層２０４を形成してめっき構造物２００を作製し、その作製しためっき構造物２００を用いて物質Ｂを物質Ａに半田付けしてもよい。
【０２１１】
なお、基板２０１は、「基体」を構成する。したがって、この発明によるめっき構造物は、一般的には、基体と、基体の表面に形成されためっき層とからなる。
【０２１２】
実施の形態２によれば、めっき構造物２００は、Ｂｉ組成比またはＩｎ組成比が最内部から最外部へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層２０４を備えるので、めっき層２０４を介して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。
【０２１３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールに適用される。また、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】この発明の実施の形態１による金属ボールの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す金属ボールを作製するバレルめっき装置の概略図である。
【図３】Ｓｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比の変化を示す図である。
【図４】図１に示す金属ボールの作製方法を示すフローチャートである。
【図５】Ｓｎ−Ｉｎ合金中におけるＩｎ濃度とＳｎ−Ｉｎ合金の状態との関係を示す図である。
【図６】図２に示すバレルめっき装置を用いてＩｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボールの電子顕微鏡写真である。
【図７】プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。
【図８】金属ボールが基板から剥離する剥離モードの概念図である。
【図９】界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。
【図１０】プル強度の測定結果を示す図である。
【図１１】剥離モードの解析結果を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２によるめっき構造物の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２に示すめっき構造物を作製するめっき装置の概略図である。
【図１４】図１２に示すめっき構造物の作製方法を示すフローチャートである。
【図１５】Ｓｎ−Ｂｉ合金中におけるＢｉ濃度とＳｎ−Ｂｉ合金の状態との関係を示す図である。
【図１６】プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。
【図１７】プル強度の測定結果を示す図である。
【図１８】剥離モードの解析結果を示す図である。
【図１９】めっき構造物を用いて金属ボールを基板に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２１６】
１，２２１ コアボール、２，２０３ 反応抑制層、３，２０４，２２２，２２３ めっき層、１０，２２０ 金属ボール、１１ ツィーザ、１２，２１ 矢印、１３ 基板、１４ ランド、１５，１５Ａ，１５Ｂ 半田、２０，３１０ めっき槽、３０ 枠板、４０ バレルドラム、４１ 側板、４２ 網材、５０，６０ 歯車、７０ モータ、７１ シャフト、８０，３５０ 陰極、９０，３４０ 陽極、１００ バレルめっき装置、１１１ 開口部、１１０，１２０，３２０，３３０ ノズル、１３０，３６０ 直流電源、１４０，３７０ めっき浴、２００ めっき構造物、２０１ 基板、２０２ 配線、２０４Ａ 界面、２０４Ｂ 表面、３００ めっき装置、２０２１ 凹部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品の実装に用いられる金属ボール、金属ボールの作製方法、めっき構造物および半田付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の表面実装においては、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）およびＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等の実装方法が用いられている。そして、これらの実装方法は、半田、銅 アルミニウム、および外層が半田で覆われた銅コアおよび樹脂コア等の金属ボールを接続端子として用いる方法である。
【０００３】
従来、半導体パッケージにおける半導体素子の内部接続電極に用いる複合マイクロボールが知られている（特許文献１）。この複合マイクロボールは、コアボールと、コアボールを覆う下地層と、下地層上に形成された半田被覆層とからなる。
【０００４】
コアボールは、直径が３０μｍ〜１２０μｍの範囲である銅からなり、下地層は、コバルトおよびニッケルから選択された少なくとも一種からなり、半田被覆層は、膜厚が２０μｍ以上である電気半田めっき層からなる。そして、電気半田めっき層の材料は、鉛-錫であり、複合マイクロボールの外径は、５０μｍ〜２００μｍの範囲である。
【特許文献１】特許第３３１４２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半田に関しては、鉛フリー化が要求されているため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金およびＳｎ−Ｃｕ合金等の従来のＳｎ−Ｐｂ合金系よりも融点の高い合金、またはＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金等の従来のＳｎ−Ｐｂ合金系よりも融点の低い合金が用いられている。
【０００６】
そして、半田めっきの分野においても、同じ鉛フリー化が要求されており、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金およびＳｎ−Ｉｎ合金等のめっきが使用されており、ＢＧＡおよびＣＳＰ等の実装技術において用いられる金属ボールとして表面をＳｎ−Ａｇ合金からなるめっき層で覆った銅コアボールが主流になりつつある。
【０００７】
しかし、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるめっき層を用いた場合、銅コアボールを半田付けするときの融点が高くなるという問題がある。
【０００８】
一方、Ｓｎ−Ｂｉ合金は低融点であるため、銅コアボールをＳｎ−Ｂｉ合金からなるめっき層で覆うことにより、銅コアボールを半田付けするときの融点を低温化できる。
【０００９】
しかし、Ｂｉの組成比が大きくなると、Ｓｎ−Ｂｉ合金が脆くなり、半田付けした銅コアボールが接合材料として不適切になるという問題がある。
【００１０】
この問題は、銅基板に金属ボールを半田付けする場合にも生じる。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールを提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法を提供することである。
【００１３】
さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を提供することである。
【００１４】
さらに、この発明の別の目的は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明による金属ボールは、電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、コアボールを覆う。第２の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である。
【００１６】
好ましくは、金属ボールは、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、コアボールとめっき層との間に挿入される。
【００１７】
好ましくは、反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる。
【００１８】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｉｎである。
【００１９】
好ましくは、第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である。
【００２０】
好ましくは、コアボールは、Ｃｕからなる。
【００２１】
また、この発明によれば、めっき構造物は、基体と、めっき層とを備える。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、基体の一主面上に形成される。第２の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、他の物質がめっき層を介して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００２２】
好ましくは、めっき構造物は、反応抑制層をさらに備える。反応抑制層は、基体とめっき層との間に挿入される。
【００２３】
好ましくは、反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる。
【００２４】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、ＢｉまたはＩｎである。
【００２５】
好ましくは、第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である。
【００２６】
好ましくは、基体は、Ｃｕ基板からなる。
【００２７】
さらに、この発明によれば、金属ボールの作製方法は、電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法である。金属ボールは、コアボールと、めっき層とを備える。コアボールは、金属からなる。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、コアボールを覆う。第２の金属元素の組成比は、めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である。
【００２８】
そして、金属ボールの作製方法は、コアボールを第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、第２の金属元素の組成比がめっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するようにめっき層を形成する第２の工程とを備える。
【００２９】
好ましくは、第２の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。
【００３０】
好ましくは、第２の工程は、第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第２の金属元素を含む第２の化合物のめっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。
【００３１】
好ましくは、電気めっきにおける電流密度は、所定の時間、一定である。
【００３２】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｉｎである。
【００３３】
好ましくは、第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である。
【００３４】
好ましくは、金属ボールの作製方法は、第１の工程の前、コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第３の工程をさらに備える。
【００３５】
好ましくは、第３の工程は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる反応抑制層を形成する。
【００３６】
さらに、この発明によれば、半田付け方法は、基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を基体に半田付けする半田付け方法である。めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなる。第２の金属元素の組成比は、めっき層と基体との界面からめっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加する。第１の組成比は、他の物質がめっき層を溶融して基体に半田付けされたときのめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比である。第２の組成比は、めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００３７】
そして、半田付け方法は、基体を第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、第２の金属元素の組成比が界面から表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するようにめっき層を基体に形成する第２の工程と、めっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする第３の工程とを備える。
【００３８】
好ましくは、第２の工程は、電気めっきによりめっき層を形成する。
【００３９】
好ましくは、第２の工程は、第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、第２の金属元素を含む第２の化合物のめっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、電気めっきを行なうことによりめっき層を形成する。
【００４０】
好ましくは、第１の金属元素は、Ｓｎであり、第２の金属元素は、Ｂｉである。
【００４１】
好ましくは、第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である。
【発明の効果】
【００４２】
この発明においては、第１および第２の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、金属ボールを半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、金属ボールは、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。
【００４３】
したがって、この発明によれば、金属ボールを半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。
【００４４】
また、この発明においては、第１および第２の金属元素からなる半田付け用の合金によりめっき層を構成し、めっき層中における第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かってめっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比から半田付けするときの融点を基準融点よりも低くする組成比へ変化させて電気めっきによりめっき層を形成する。そうすると、他の物質を基体に半田付けするとき、めっき層が基準融点よりも低い融点でリフローし、他の物質は、低温で半田付けされるとともに、半田付け後の強度が基準強度以上に保持される。
【００４５】
したがって、この発明によれば、他の物質を基体に半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４７】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による金属ボールの構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による金属ボール１０は、コアボール１と、反応抑制層２と、めっき層３とを備える。
【００４８】
コアボール１は、銅（Ｃｕ）からなり、直径が５０μｍ〜１０００μｍの範囲である。そして、コアボール１の融点は、６００〜１６００℃の範囲である。
【００４９】
反応抑制層２は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなり、コアボール１とめっき層３との間に形成される。そして、反応抑制層２の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍの範囲である。反応抑制層２は、コアボール１を構成する銅とめっき層３を構成する錫（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）との反応を抑制する。
【００５０】
めっき層３は、電気めっきにより形成され、コアボール１および反応抑制層２を覆う。そして、めっき層３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金からなり、膜厚が０．１μｍ〜１００μｍの範囲である。めっき層３において、Ｉｎの組成比は、めっき層３の最内周から最外周へ向けて第１の組成比から第２の組成比まで増加する。
【００５１】
ここで、第１の組成比は、金属ボール１０が半田付けされたときのめっき層３の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第２の組成比は、めっき層３の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【００５２】
反応抑制層２およびめっき層３は、電気めっきにより形成される。図２は、図１に示す金属ボール１０を作製するバレルめっき装置の概略図である。図２を参照して、バレルめっき装置１００は、めっき槽２０と、枠板３０と、バレルドラム４０と、歯車５０，６０と、モータ７０と、陰極８０と、陽極９０と、ノズル１１０，１２０と、直流電源１３０とを備える。
【００５３】
めっき槽２０には、めっき浴１４０が入れられる。枠板３０は、バレルドラム４０を略水平状態で回転可能に保持する。バレルドラム４０は、６個の側板４１と、６個の網材４２とからなる。６個の側板４１は、六角柱形状に組まれる。そして、６個の網材４２は、それぞれ、６個の側板４１に張着される。したがって、バレルドラム４０は、六角柱形状からなり、内部に被めっき物品（＝コアボール１）を収納する。
【００５４】
歯車５０は、枠板３０を介してバレルドラム４０に連結される。歯車６０は、歯車５０と噛合うように枠板３０に取り付けられる。モータ７０は、シャフト７１を介して歯車６０に連結される。
【００５５】
そして、枠板３０、バレルドラム４０および歯車５０，６０は、枠板３０およびバレルドラム４０の一部がめっき浴１４０に浸漬されるようにめっき槽２０内に収納される。
【００５６】
モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させる。陰極８０は、その先端部がバレルドラム４０の内部においてめっき浴１４０に浸漬されるように枠板３０に取り付けられる。陽極９０は、その先端部がめっき浴１４０に浸漬される。
【００５７】
ノズル１１０，１２０は、その先端部がめっき浴１４０上に位置するように支持部材（図示せず）によって支持される。直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に接続され、陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に一定の電流密度の電流を流す。
【００５８】
上述したように、バレルドラム４０は、網材４２が張着された側板４１を略六角柱形状に組付けた構造からなり、一部がめっき浴１４０に浸漬される。そして、めっき浴１４０に浸漬された側板４１に被めっき物品が溜まる。また、陰極８０の先端は、めっき浴１４０に浸漬された側板４１に近接して配置される。
【００５９】
したがって、めっき浴１４０は、浸漬された網材４２を介してバレルドラム４０の内部に入り、一定の電流密度の電流が陰極８０と陽極９０との間に流れることにより、電気めっきされ、被めっき物品の表面に析出する。
【００６０】
また、バレルドラム４０は、モータ７０によって一定の回転速度で矢印２１の方向へ回転されるので、めっき浴１４０に浸漬される側板４１が順次変えられ、バレルドラム４０内の被めっき物品は、回転されながらめっきされる。これにより、球形状からなるコアボール１の表面に反応抑制層２およびめっき層３を均一に形成できる。
【００６１】
めっき浴１４０は、硫酸、硫酸錫、硫酸インジウム、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層３の光沢剤として用いられる。
【００６２】
めっき浴１４０は、硫酸錫および硫酸インジウムを含み、硫酸錫および硫酸インジウムから反応抑制層２が形成されたコアボール１に錫およびインジウムからなる半田合金（Ｓｎ−Ｉｎ合金）をめっきする。
【００６３】
ノズル１１０は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴１４０に導入するノズルであり、ノズル１２０は、硫酸インジウムを含む溶液をめっき浴１４０へ導入するノズルである。
【００６４】
この発明においては、電気めっきによりめっき層３を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加または減少させながら電気めっきによりめっき層３を形成する。つまり、この発明においては、めっき層３を構成するＳｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比がめっき層３の最内周から最外周に向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００６５】
図３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比の変化を示す図である。図３において、横軸は、めっき層３の膜厚方向を表し、縦軸は、Ｉｎの組成比を表す。図３を参照して、直線ｋ１は、Ｉｎの組成比を、めっき層３の最内周における第１の組成比からめっき層３の最外周における第２の組成比まで一定の増加率で増加させる場合を示す。
【００６６】
また、曲線ｋ２は、めっき層３の最内周と最外周との間でＩｎの組成比の増加率を変化させながら、Ｉｎの組成比を第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合を示す。
【００６７】
さらに、曲線ｋ３は、めっき層３の最内周と最外周との間でＩｎの組成比の増加率を２つの増加率に変化させながら、Ｉｎの組成比を第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合を示す。
【００６８】
この発明においては、Ｉｎの組成比は、直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って変化される。なお、Ｉｎの組成比を直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って変化させる場合、曲線ｋ４に示すように、階段状にＩｎの組成比を増加させてもよい。
【００６９】
図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従ってＩｎの組成比が変化するめっき層３を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸インジウムを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００７０】
図４は、図１に示す金属ボール１０の作製方法を示すフローチャートである。金属ボール１０を作製する動作が開始されると、銅からなるコアボール１がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される（ステップＳ１）。すなわち、図２に示すバレルめっき装置１００において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴１４０にコアボール１が浸漬される。
【００７１】
その後、モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、コアボール１は、その表面がニッケルによってめっきされ、コアボール１を覆うように反応抑制層２が形成される（ステップＳ２）。
【００７２】
そして、反応抑制層２が形成されたコアボール１を錫−インジウムめっき用のめっき浴１４０に浸漬させる（ステップＳ３）。すなわち、図２に示すバレルめっき装置１００において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸インジウム、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴１４０に、反応抑制層２が形成されたコアボール１が浸漬される。
【００７３】
その後、モータ７０は、シャフト７１および歯車６０，５０を介してバレルドラム４０を矢印２１の方向に一定の回転速度で回転させ、直流電源１３０は、陰極８０と陽極９０との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル１２０を介してめっき浴１４０に供給される硫酸インジウムを含む溶液の量を徐々に増加させる。
【００７４】
そうすると、Ｉｎの組成比が最内周から最外周に向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するめっき層３が反応抑制層２の表面に形成される（ステップＳ４）。すなわち、Ｉｎの組成比が図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加するめっき層３が反応抑制層２の表面に形成される。これにより、金属ボール１０の作製が終了する。
【００７５】
このように、金属ボール１０は、バレルめっき装置１００を用い、電気めっき中にめっき浴１４０に供給する硫酸錫および硫酸インジウムの量を制御して、Ｉｎの組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層３（＝Ｓｎ−Ｉｎ合金）をコアボール１の表面に形成することによって作製される。
【００７６】
図５は、Ｓｎ−Ｉｎ合金中におけるＩｎ濃度とＳｎ−Ｉｎ合金の状態との関係を示す図である。図５において、横軸は、Ｉｎ濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図５を参照して、曲線ｋ５は、各Ｉｎ濃度におけるＳｎ−Ｉｎ合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、Ｉｎ濃度が約４０［ｍａｓｓ％］である場合、Ｓｎ−Ｉｎ合金は、約１５０℃の温度において液相となる。
【００７７】
Ｉｎ濃度が０［ｍａｓｓ％］であるＳｎが液相になる温度（＝融点）は、約２３０℃であり、Ｓｎ−Ｉｎ合金の融点は、Ｓｎに添加するＩｎ濃度が増加するに従って低下し、Ｉｎ濃度が約５５［ｍａｓｓ％］のときに最も低くなる。そして、Ｓｎ−Ｉｎ合金の融点は、Ｉｎ濃度が５５［ｍａｓｓ％］以上である領域においては、Ｉｎ濃度の増加に伴って高くなる。
【００７８】
一方、Ｉｎ濃度が５０［ｍａｓｓ％］以上に増加すると、Ｓｎ−Ｉｎ合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点（＝例えば、２００℃）よりも低いＳｎ−Ｉｎ合金を形成するために、めっき層３の最内周においてＩｎ濃度を１８〜２０［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、めっき層３の最外周においてＩｎ濃度を３４〜３８［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、さらに、最内周から最外周へ向かってＩｎ濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層３を形成する。
【００７９】
すなわち、めっき層３の最内周部を融点が２００℃以上であるＳｎ−Ｉｎ合金により形成し、めっき層３の最外周部を融点が２００℃よりも低いＳｎ−Ｉｎ合金により形成する。つまり、めっき層３は、最内周部で強度を保持し、かつ、最外周部で融点を低下させる組成のＳｎ−Ｉｎ合金により形成される。
【００８０】
図６は、図２に示すバレルめっき装置１００を用いてＩｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボール１０の電子顕微鏡写真である。図６において、曲線ｋ６は、めっき層３の深さ方向におけるＩｎ量の変化を表し、曲線ｋ７は、めっき層３の深さ方向におけるＳｎ量の変化を示す。なお、めっき層３の深さ方向におけるＩｎ量およびＳｎ量は、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の線分析によって測定された。
【００８１】
図６を参照して、めっき層３において、Ｉｎ量は、最内周から最外周へ向かって増加しており、Ｓｎ量は、最内周から最外周へ向かって減少しており、Ｉｎ組成比が最内周から最外周へ向かって増加するめっき層３を有する金属ボール１０が作製されていることが確認された。
【００８２】
次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするＳｎ−Ｉｎ合金の実験結果について説明する。この発明による金属ボール１０として２種類の金属ボール（実施例１，２）を作製し、比較例として２種類の金属ボール（比較例１，２）を作製した。
【００８３】
表１は、この発明による金属ボール１０としての金属ボール１０Ａ（実施例１）および金属ボール１０Ｂ（実施例２）と、比較例としての金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）とを電気めっきにより作製するときのめっき浴１４０を示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
金属ボール１０Ａ（実施例１）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ１で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ１で変化する硫酸Ｉｎとからなる。
【００８６】
そして、所定範囲Ａ１は、電気めっきの開始時における１１ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における３ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ１は、電気めっきの開始時における２５ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における２２ｇ／Ｌまでの範囲である。
【００８７】
また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ２で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ２で変化する硫酸Ｉｎとからなる。
【００８８】
そして、所定範囲Ａ２は、電気めっきの開始時における９ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における４ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ２は、電気めっきの開始時における２４ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における２７ｇ／Ｌまでの範囲である。
【００８９】
金属ボール１０Ａ（実施例１）、および金属ボール１０Ｂ（実施例２）を電気めっきにより作製する場合、直径が４００μｍであるコアボール（＝Ｃｕボール）を図２に示すバレルドラム４０の中に所定数入れ、モータ７０によりバレルドラム４０を所定の回転数で回転させ、直流電源１３０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に流し、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｓｎおよびノズル１２０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｉｎの濃度を表１に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。
【００９０】
このように、金属ボール１０Ａ（実施例１）、および金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、硫酸Ｓｎの濃度を徐々に減少し、硫酸Ｉｎの濃度を徐々に減少または増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。この場合、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を相対的に多く変化させて金属ボール１０Ａ（実施例１）を作製し、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を相対的に少なく変化させて金属ボール１０Ｂ（実施例２）を作製する。
【００９１】
なお、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、反応抑制層２を有さず、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、ニッケルからなる反応抑制層２を有する。
【００９２】
また、金属ボール２０Ａ（比較例１）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、１２ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、２３ｇ／Ｌの硫酸Ｉｎとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎは、めっき浴１４０中における濃度がそれぞれ１２ｇ／Ｌおよび２３ｇ／Ｌになるようにノズル１１０，１２０を介して補充される。
【００９３】
さらに、金属ボール２０Ｂ（比較例２）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、５ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、２５ｇ／Ｌの硫酸Ｉｎとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎは、めっき浴１４０中における濃度がそれぞれ５ｇ／Ｌおよび２５ｇ／Ｌになるようにノズル１１０，１２０を介して補充される。
【００９４】
金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）を作製する場合、直径が４００μｍであるコアボール（＝Ｃｕボール）を図２に示すバレルドラム４０の中に所定数入れ、モータ７０によりバレルドラム４０を所定の回転数で回転させ、直流電源１３０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陰極８０および陽極９０を介してめっき浴１４０に流し、ノズル１１０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｓｎの濃度およびノズル１２０を介してめっき浴１４０に注入される硫酸Ｉｎの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。
【００９５】
このように、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、めっき浴１４０中の硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｉｎの濃度を一定に保持しながら作製される。
【００９６】
この場合、硫酸Ｉｎの濃度（＝［硫酸Ｉｎ］／（［硫酸Ｓｎ］＋［硫酸Ｉｎ］）、以下同じ）を相対的に高くして金属ボール２０Ｂ（比較例２）を作製し、硫酸Ｉｎの濃度を相対的に低くして金属ボール２０Ａ（比較例１）を作製する。
【００９７】
なお、金属ボール２０Ａ，２０Ｂは、反応抑制層２を有しない。
【００９８】
表２は、表１に示すめっき浴１４０を用いて作製した金属ボール１０Ａ，１０Ｂと、金属ボール２０Ａ，２０ＢとにおけるＩｎ濃度、融点および膜厚を示す。
【００９９】
【表２】
【０１００】
なお、Ｉｎ濃度は、めっき層における濃度であり、［Ｉｎ］／（［Ｓｎ］＋［Ｉｎ］）により計算された。また、融点温度は、金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂを半田付けするときの融点である。
【０１０１】
金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、それぞれ、１４．５％および３５．７％のＩｎ濃度を有し、２１０℃および１５７℃の融点を有する。また、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、それぞれ、１０．７μｍおよび９．２μｍの膜厚からなるめっき層を有する。
【０１０２】
したがって、Ｉｎ濃度が一定であるめっき層を有する金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）において、めっき層中のＩｎ濃度が増加すると、金属ボール２０Ａ，２０Ｂを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のＩｎ濃度が３５．７％である金属ボール２０Ｂにおいては、半田付けするときの融点が２００℃よりも低くなる。
【０１０３】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、最内周および最外周においてそれぞれ１８．７％および３８．０％のＩｎ濃度を有し、２５．８％のＩｎの平均濃度を有する。また、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、１５０℃の融点を有する。そして、金属ボール１０Ａ（実施例１）において、めっき層３（Ｓｎ−Ｉｎ合金）の膜厚は、１１．０μｍである。
【０１０４】
また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、最内周および最外周においてそれぞれ１９．８％および３４．０％のＩｎ濃度を有し、２３．９％のＩｎの平均濃度を有する。また、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、１５０℃の融点を有する。そして、金属ボール１０Ｂ（実施例２）において、めっき層３（Ｓｎ−Ｉｎ合金）の膜厚は、９．７μｍであり、反応抑制層２（＝Ｎｉ）の膜厚は、２．０μｍである。
【０１０５】
このように、この発明による金属ボール１０Ａ（実施例１）および金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、比較例である金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）とほぼ同じ膜厚のめっき層（＝Ｓｎ−Ｉｎ合金）を有し、金属ボール２０Ａ，２０Ｂよりも低い融点を有する。
【０１０６】
したがって、めっき層３中のＩｎ濃度を最内周および最外周においてそれぞれ１８．０％〜２０．０％の範囲および３４．０％〜３８．０％の範囲に設定することによって金属ボール１０Ａ，１０Ｂの融点を１５０℃まで大幅に低温化できる。
【０１０７】
また、金属ボール１０Ａ（実施例１）、金属ボール１０Ｂ（実施例２）、金属ボール２０Ａ（比較例１）および金属ボール２０Ｂ（比較例２）についてプル強度を測定するとともに、半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの基板からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、Ｄａｇｅ社製のボンドテスター シリーズ４０００を用いて行なわれた。
【０１０８】
図７は、プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。図７を参照して、ツィーザ１１は、金属ボール１０を両側から挟む。プル強度を測定する場合、基板１３上に半田付けした金属ボール１０をツィーザ１１によって挟み、ツィーザ１１を矢印１２の方向へ移動させる。この場合、ツィーザ１１を矢印１２の方向へ引っ張る力を金属ボール１０が基板１３から剥離するまで徐々に強くする。そして、金属ボール１０が基板から剥離したときにツィーザ１１を引っ張る力をプル強度として検出する。
【０１０９】
図８は、金属ボール１０が基板から剥離する剥離モードの概念図である。図８を参照して、半田付けした金属ボール１０が基板１３から剥離する場合、金属ボール１０、ランド１４および半田１５が一体的に基板１３から剥離するモード（図８の（ａ）参照）、金属ボール１０および半田１５が一体的にランド１４から剥離するモード（図８の（ｂ）参照）、および半田１５がちぎれて半田１５Ａ，１５Ｂが形成され、金属ボール１０が基板１３から剥離するモード（図８の（ｃ）参照）が存在する。
【０１１０】
そして、図８の（ａ），（ｂ）に示す剥離モードは、“界面剥離”であり、図８の（ｃ）に示す剥離モードは、“半田ちぎれ”である。
【０１１１】
図９は、界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。図９の（ａ）は、半田ちぎれを示し、図９の（ｂ）は、界面剥離を示す。剥離モードが半田ちぎれである場合、半田付けによって金属ボールのめっき層が脆くなり、金属ボールの直径が小さくなっている。（図９の（ａ）参照）。
【０１１２】
一方、剥離モードが界面剥離である場合、半田付けによって金属ボールのめっき層の強度が保持されており、金属ボールの直径が小さくならない（図９の（ｂ）参照）。
【０１１３】
半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂのプル強度を図７に示す方法によって測定するとともに、半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの剥離モードを解析した。
【０１１４】
図１０は、プル強度の測定結果を示す図である。図１０において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図１０に示すプル強度は、２２０℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂについて測定された。また、プル強度の測定に用いられた金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂの個数は、２０個である。
【０１１５】
金属ボール２０Ａ（比較例１）は、約９０［ｇｆ］〜約２２０［ｇｆ］（平均値：約１３５［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、金属ボール２０Ｂ（比較例２）は、約４００［ｇｆ］〜約１２７５［ｇｆ］（平均値：約７６０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１１６】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１）は、約５４０［ｇｆ］〜約１２５０［ｇｆ］（平均値：約８００［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、金属ボール１０Ｂ（実施例２）は、約６７０［ｇｆ］〜約１２００［ｇｆ］（平均値：約９００［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１１７】
図１１は、剥離モードの解析結果を示す図である。図１１において、横軸は、金属ボールの種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図１１に示す剥離モードは、２２０℃のリフロー温度で半田付けした金属ボール１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂについて解析された。
【０１１８】
図１１を参照して、金属ボール２０Ａ（比較例１）においては、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１１９】
また、金属ボール２０Ｂ（比較例２）においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードＭＤ１である割合が２５％であり、剥離モードが“界面剥離”のモードＭＤ２である割合が７５％である。
【０１２０】
一方、金属ボール１０Ａ（実施例１），１０Ｂ（実施例２）の各々において、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１２１】
したがって、めっき層３中におけるＩｎ組成比を最内周から最外周へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”である金属ボール１０を作製することができる。
【０１２２】
また、表２、図１０および図１１に示す結果から、Ｉｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層３を形成することによって、プル強度が４００［ｇｆ］（＝基準強度）以上であり、かつ、融点が２００℃（＝基準融点）よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となる金属ボール１０を作製できる。
【０１２３】
上記においては、めっき層３は、Ｓｎ−Ｉｎ合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層３は、Ｓｎ−Ｚｎ合金またはＳｎ−Ｃｕ合金から構成されてもよく、一般的には、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素とＳｎとの合金から構成されていればよい。
【０１２４】
また、この発明においては、一般的には、めっき層３は、第１および第２の金属元素からなり、第２の金属元素の組成比は、めっき層３の最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。
【０１２５】
そして、第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。
【０１２６】
さらに、上記においては、コアボール１は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、コアボール１は、アルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよい。
【０１２７】
さらに、上記においては、反応抑制層２は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層２は、スパッタリング法により形成されてもよい。
【０１２８】
さらに、上記においては、金属ボール１０は、反応抑制層２を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール１０は、反応抑制層２を備えていなくてもよい。
【０１２９】
実施の形態１によれば、金属ボール１０は、Ｉｎ組成比が最内周から最外周へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層３を備えるので、金属ボール１０を半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。
【０１３０】
［実施の形態２］
図１２は、この発明の実施の形態２によるめっき構造物の構成を示す断面図である。図１２を参照して、この発明の実施の形態２によるめっき構造物２００は、基板２０１と、配線２０２と、反応抑制層２０３と、めっき層２０４とを備える。
【０１３１】
基板２０１上に形成された配線２０２は、銅（Ｃｕ）からなり、厚さが１００μｍ以下である。
【０１３２】
反応抑制層２０３は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなり、配線２０２とめっき層２０４との間に形成される。この場合、反応抑制層２０３は、配線２０２の凹部２０２１を覆うように、配線２０２の表面の一部に形成される。そして、反応抑制層２０３の膜厚は、５μｍ以下である。反応抑制層２０３は、配線２０２を構成する銅とめっき層２０４を構成する錫（Ｓｎ）およびビスマス（Ｂｉ）との反応を抑制する。
【０１３３】
めっき層２０４は、電気めっきにより反応抑制層２０３上に形成される。そして、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｂｉ合金からなり、膜厚が５μｍ〜１００μｍの範囲である。めっき層２０４において、Ｂｉの組成比は、めっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４Ａから表面２０４Ｂへ向けて第１の組成比から第２の組成比まで増加する。
【０１３４】
ここで、第１の組成比は、めっき層２０４を溶融して金属ボール（図示せず）が配線２０２に半田付けされたときのめっき層２０４の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、第２の組成比は、めっき層２０４の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である。
【０１３５】
反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、電気めっきにより形成される。図１３は、図１２に示すめっき構造物２００を作製するめっき装置の概略図である。図１３を参照して、めっき装置３００は、めっき槽３１０と、ノズル３２０，３３０と、陽極３４０と、陰極３５０と、直流電源３６０とを備える。
【０１３６】
めっき槽３１０には、めっき浴３７０が入れられる。ノズル３２０，３３０は、その先端部がめっき浴３７０上に位置するように支持部材（図示せず）によって支持される。陽極３４０は、めっき物である基板２０１からなり、全体がめっき浴３７０に浸漬される。陰極３５０は、その先端部がめっき浴３７０に浸漬される。
【０１３７】
直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に接続され、陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０に一定の電流密度の電流を流す。めっき浴３７０は、反応抑制層２０３を作製するためのめっき浴３７０Ａと、めっき層２０４を作製するためのめっき浴３７０Ｂとからなる。
【０１３８】
なお、反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、配線２０２の一部（凹部２０２１を覆う領域）に形成されるが、このように、反応抑制層２０３およびめっき層２０４を配線２０２の一部に形成するには、基板２０１の表面にレジストをスピンコート等によって塗布し、凹部２０２１が露出するようにレジストをパターンニングする。
【０１３９】
そして、パターンニングされたレジストを有する基板２０１を陰極３５０としてめっき浴３７０Ａ中に浸漬し、電気めっきにより反応抑制層２０３を形成し、その後、めっき浴３７０Ｂに浸漬して電気めっきによりめっき層２０４を形成する。その後、レジストを除去する。
【０１４０】
電気めっきにより反応抑制層２０３およびめっき層２０４を形成した場合、反応抑制層２０３およびめっき層２０４は、レジスト上にも形成されるが、電気めっき後にレジストを除去することにより、リフトオフによってレジスト上に形成された反応抑制層２０３およびめっき層２０４も除去される。
【０１４１】
このように、レジストのパターンニング技術を用いれば、電気めっきにより反応抑制層２０３およびめっき層２０４を配線２０２の一部に形成できる。
【０１４２】
めっき浴３７０Ａは、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸からなる。めっき浴３７０Ｂは、硫酸、硫酸錫、硫酸ビスマス、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールからなる。ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよびピロカテコールは、めっき層２０４の光沢剤として用いられる。
【０１４３】
めっき浴３７０Ｂは、硫酸錫および硫酸ビスマスを含み、硫酸錫および硫酸ビスマスを電気分解して反応抑制層２０３が形成された配線２０２に錫およびビスマスからなる半田合金（Ｓｎ−Ｂｉ合金）をめっきする。
【０１４４】
ノズル３２０は、硫酸錫を含む溶液をめっき浴３７０Ｂに導入するノズルであり、ノズル３３０は、硫酸ビスマスを含む溶液をめっき浴３７０Ｂへ導入するノズルである。
【０１４５】
この発明においては、電気めっきによりめっき層２０４を形成するとき、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成する。つまり、この発明においては、めっき層２０４を構成するＳｎ−Ｂｉ合金におけるＢｉの組成比が界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するように電気めっきによりめっき層２０４を形成する。そして、Ｓｎ−Ｂｉ合金におけるＢｉの組成比を界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加させる場合、Ｂｉの組成比は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加される。そして、Ｂｉの組成比を直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加させる場合、曲線ｋ４に示すように、階段状にＢｉの組成比を増加させてもよい。
【０１４６】
図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従ってＢｉの組成比が変化するめっき層２０４を形成するために、硫酸錫を含む溶液の滴下量を徐々に減少させ、かつ、硫酸ビスマスを含む溶液の滴下量を徐々に増加させながら、電気めっきによりめっき層２０４を形成する。
【０１４７】
図１４は、図１２に示すめっき構造物２００の作製方法を示すフローチャートである。めっき構造物２００を作製する動作が開始されると、基板２０１にレジストがスピンコート等によって塗布され（ステップＳ１１）、その塗布されたレジストが所定のパターンにパターンニングされる（ステップＳ１２）。これによって、基板２０１上に形成された配線２０２の凹部２０２１が露出する。
【０１４８】
その後、パターンニングされたレジストを有する基板２０１がニッケルめっき用のめっき浴に浸漬される（ステップＳ１３）。すなわち、図１３に示すめっき装置３００において、所定量の硫酸ニッケル、所定量の塩素ニッケルおよび所定量のホウ酸とからなるめっき浴３７０Ａに基板２０１が陰極３５０として浸漬される。
【０１４９】
その後、直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に一定の電流密度の電流を流す。そうすると、基板２０１は、その表面がニッケルによってめっきされ、凹部２０２１およびレジスト上に反応抑制層２０３が形成される（ステップＳ１４）。
【０１５０】
そして、反応抑制層２０３が形成された基板２０１を錫−ビスマスめっき用のめっき浴３７０Ｂに浸漬させる（ステップＳ１５）。すなわち、図１３に示すめっき装置３００において、所定量の硫酸、所定量の硫酸錫、所定量の硫酸ビスマス、所定量のポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルおよび所定量のピロカテコールからなるめっき浴３７０Ｂに、反応抑制層２０３が形成された基板２０１が陰極３５０として浸漬される。
【０１５１】
その後、直流電源３６０は、陽極３４０と陰極３５０との間に一定の電流密度の電流を流す。また、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに供給する硫酸錫を含む溶液の量を徐々に減少させ、ノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに供給される硫酸ビスマスを含む溶液の量を徐々に増加させる。
【０１５２】
そうすると、Ｂｉの組成比がめっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４Ａから表面２０４Ｂに向かって第１の組成比から第２の組成比まで増加するめっき層２０４が反応抑制層２０３の表面に形成される（ステップＳ１６）。すなわち、Ｂｉの組成比が図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３のいずれかに従って増加するめっき層２０４が反応抑制層２０３の表面に形成される。そして、レジストが除去される（ステップＳ１７）。これにより、めっき構造物２００の作製が終了する。
【０１５３】
このように、めっき構造物２００は、めっき装置３００を用い、電気めっき中にめっき浴３７０に供給する硫酸錫を含む溶液および硫酸ビスマスを含む溶液の量を制御して、Ｂｉの組成比が界面２０３Ａから表面２０３Ｂへ向かって増加するめっき層２０４（＝Ｓｎ−Ｂｉ合金）を基板２０１の表面に形成することによって作製される。
【０１５４】
図１５は、Ｓｎ−Ｂｉ合金中におけるＢｉ濃度とＳｎ−Ｂｉ合金の状態との関係を示す図である。図１５において、横軸は、Ｂｉ濃度を表し、縦軸は、温度を表す。図１５を参照して、曲線ｋ８は、各Ｂｉ濃度におけるＳｎ−Ｂｉ合金の固相と液相との境界を示す。たとえば、Ｂｉ濃度が約６０［ｍａｓｓ％］である場合、Ｓｎ−Ｂｉ合金は、約１５０℃の温度において液相となる。
【０１５５】
Ｂｉ濃度が０［ｍａｓｓ％］であるＳｎが液相になる温度（＝融点）は、約２３０℃であり、Ｓｎ−Ｂｉ合金の融点は、Ｓｎに添加するＢｉ濃度が増加するに従って低下し、Ｂｉ濃度が約６０［ｍａｓｓ％］のときに最も低くなる。そして、Ｓｎ−Ｂｉ合金の融点は、Ｂｉ濃度が６０［ｍａｓｓ％］以上である領域においては、Ｂｉ濃度の増加に伴って高くなる。
【０１５６】
一方、Ｂｉ濃度が増加すると、Ｓｎ−Ｂｉ合金が脆くなる。そこで、この発明においては、強度が基準強度以上であり、融点が基準融点（＝例えば、２００℃）よりも低いＳｎ−Ｂｉ合金を形成するために、めっき層２０４と反応抑制層２０３との界面２０４ＡにおいてＢｉ濃度を２〜２１［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、めっき層２０４の表面２０４ＢにおいてＢｉ濃度を３０〜５５［ｍａｓｓ％］の範囲に設定し、さらに、界面２０４Ａから表面２０４Ｂへ向かってＢｉ濃度を増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成する。
【０１５７】
すなわち、めっき層２０４の最内部（＝界面２０４Ａ）を融点が２００℃以上であるＳｎ−Ｂｉ合金により形成し、めっき層２０４の最外部（＝表面２０４Ｂ）を融点が２００℃よりも低いＳｎ−Ｂｉ合金により形成する。つまり、めっき層２０４は、最内部（＝界面２０４Ａ）で強度を保持し、かつ、最外部（＝表面２０４Ｂ）で融点を低下させる組成のＳｎ−Ｂｉ合金により形成される。
【０１５８】
次に、強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くするＳｎ−Ｉｎ合金の実験結果について説明する。この実験においては、めっき構造物２００に金属ボールを半田付けしたときのプル強度が測定され、金属ボールの剥離モードが解析された。
【０１５９】
図１６は、プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。図１６を参照して、金属ボール２２０は、コアボール２２１と、めっき層２２２，２２３とからなる。
【０１６０】
コアボール２２１は、銅からなる。めっき層２２２は、コアボール２２１を覆い、ニッケルめっきからなる。めっき層２２３は、めっき層２２２を覆い、金（Ａｕ）めっきからなる。
【０１６１】
めっき構造物２００のめっき層２０４を溶融して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けし、図７において説明したプル強度の測定方法を用いてプル強度が測定された。
【０１６２】
また、解析された剥離モードは、図８において説明したとおりである。
【０１６３】
実験においては、この発明によるめっき構造物２００として２種類のめっき構造物（実施例３，４）を作製し、比較例として２種類のめっき構造物（比較例３，４）を作製した。
【０１６４】
表３は、この発明によるめっき構造物２００としてのめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）と、比較例としてのめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）とを電気めっきにより作製するときのめっき浴３７０Ｂを示す。
【０１６５】
【表３】
【０１６６】
めっき構造物２００Ａ（実施例３）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ３で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ３で変化する硫酸Ｂｉとからなる。
【０１６７】
そして、所定範囲Ａ３は、電気めっきの開始時における２４ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１８ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ３は、電気めっきの開始時における０．５ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における６ｇ／Ｌまでの範囲である。
【０１６８】
また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、濃度が所定範囲Ａ４で変化する硫酸Ｓｎと、濃度が所定範囲Ｂ４で変化する硫酸Ｂｉとからなる。
【０１６９】
そして、所定範囲Ａ４は、電気めっきの開始時における１９ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１７ｇ／Ｌまでの範囲であり、所定範囲Ｂ４は、電気めっきの開始時における３ｇ／Ｌから電気めっきの終了時における１０ｇ／Ｌまでの範囲である。
【０１７０】
めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）を電気めっきにより作製する場合、基板を図１３に示すめっき装置３００に入れ、直流電源３６０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０Ｂに流し、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｓｎおよびノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｂｉの濃度を表３に示す範囲で変化させながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）を作製する。
【０１７１】
このように、めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、硫酸Ｓｎの濃度を徐々に減少し、硫酸Ｂｉの濃度を徐々に増加させながら電気めっきを行なうことにより作製される。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉの濃度は、上述しためっき時間において直線的に変化された。
【０１７２】
なお、めっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、反応抑制層２０３を備えていない。
【０１７３】
また、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴３７０Ｂは、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、２０ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、３ｇ／Ｌの硫酸Ｂｉとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉは、めっき浴３７０Ｂ中における濃度がそれぞれ２０ｇ／Ｌおよび３ｇ／Ｌになるようにノズル３２０，３３０を介して補充される。
【０１７４】
さらに、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を電気めっきにより作製する場合、めっき浴１４０は、８０ｇ／Ｌの硫酸と、５ｇ／Ｌのポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテルと、０．１ｇ／Ｌのピロカテコールと、１５ｇ／Ｌの硫酸Ｓｎと、７ｇ／Ｌの硫酸Ｂｉとからなる。そして、硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉは、めっき浴３７０Ｂ中における濃度がそれぞれ１５ｇ／Ｌおよび７ｇ／Ｌになるようにノズル３２０，３３０を介して補充される。
【０１７５】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を作製する場合、基板を図１３に示すめっき装置３００に入れ、直流電源３６０により０．２Ａ／ｄｍ２の電流密度からなる電流を陽極３４０および陰極３５０を介してめっき浴３７０Ｂに流し、ノズル３２０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｓｎの濃度およびノズル３３０を介してめっき浴３７０Ｂに注入される硫酸Ｂｉの濃度を一定に保持しながら電気めっきを行なう。この場合、電気めっきの時間は、たとえば、４時間である。そして、このめっきを所定回数繰り返し、所定数のめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）を作製する。
【０１７６】
このように、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、めっき浴３７０Ｂ中の硫酸Ｓｎおよび硫酸Ｂｉの濃度を一定に保持しながら作製される。
【０１７７】
なお、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、反応抑制層２を有しない。
【０１７８】
表４は、表３に示すめっき浴３７０Ｂを用いて作製しためっき構造物２００Ａ，２００Ｂと、めっき構造物２１０Ａ，２１０ＢとにおけるＢｉ濃度、融点および膜厚を示す。
【０１７９】
【表４】
【０１８０】
なお、Ｂｉ濃度は、めっき層における濃度であり、［Ｂｉ］／（［Ｓｎ］＋［Ｂｉ］）により計算された。また、融点温度は、めっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂを半田付けするときの融点である。
【０１８１】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、それぞれ、２０．１％および４３．２％のＢｉ濃度を有し、２０３℃および１４２℃の融点を有する。また、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、それぞれ、２３．２μｍおよび２２．４μｍの膜厚からなるめっき層を有する。
【０１８２】
したがって、Ｂｉ濃度が一定であるめっき層を有するめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）において、めっき層中のＢｉ濃度が増加すると、めっき構造物２１０Ａ，２１０Ｂを半田付けするときの融点が低下する。そして、めっき層中のＢｉ濃度が４３．２％であるめっき構造物２１０Ｂにおいては、半田付けするときの融点が２００℃よりも低くなる。
【０１８３】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、最内部（＝界面２０４Ａ）および最外部（＝表面２０４Ｂ）においてそれぞれ２．０％および３０．２％のＢｉ濃度を有し、２３．８％のＢｉの平均濃度を有する。また、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、１５０℃の融点を有する。そして、めっき構造物２００Ａ（実施例３）において、めっき層２０４（Ｓｎ−Ｂｉ合金）の膜厚は、２３．５μｍである。
【０１８４】
また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、最内部（＝界面２０４Ａ）および最外部（＝表面２０４Ｂ）においてそれぞれ２０．５％および５５．０％のＢｉ濃度を有し、２９．５％のＢｉの平均濃度を有する。また、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、１４０℃の融点を有する。そして、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）において、めっき層２０４（Ｓｎ−Ｂｉ合金）の膜厚は、２５．３μｍである。
【０１８５】
このように、この発明によるめっき構造物２００Ａ（実施例３）およびめっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、比較例であるめっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）とほぼ同じ膜厚のめっき層（＝Ｓｎ−Ｂｉ合金）を有し、めっき構造物２１０Ａ，２１０Ｂの融点と同等またはそれよりも低い融点を有する。
【０１８６】
したがって、めっき層２０４中のＢｉ濃度を最内部および最外部においてそれぞれ２．０％〜２１．０％の範囲および３０．０％〜５５．０％の範囲に設定することによってめっき構造物２００Ａ，２００Ｂの融点を１４０℃まで大幅に低温化できる。
【０１８７】
また、めっき構造物２００Ａ（実施例３）、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）およびめっき構造物２１０Ｂ（比較例４）についてプル強度を測定するとともに、半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの基板２０１からの剥離モードを解析した。なお、プル強度は、実施の形態１と同じように、Ｄａｇｅ社製のボンドテスター シリーズ４０００を用いて行なわれた。
【０１８８】
金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂのプル強度を図７に示す方法によって測定するとともに、金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの剥離モードを解析した。
【０１８９】
図１７は、プル強度の測定結果を示す図である。図１７において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、プル強度を表す。なお、図１７に示すプル強度は、２２０℃のリフロー温度で金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂについて測定された。また、プル強度の測定に用いられためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂの個数は、２０個である。
【０１９０】
めっき構造物２１０Ａ（比較例３）は、約３６０［ｇｆ］〜約９６０［ｇｆ］（平均値：約５７０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）は、約７９０［ｇｆ］〜約１５６０［ｇｆ］（平均値：約１１８０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１９１】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３）は、約８００［ｇｆ］〜約１６５０［ｇｆ］（平均値：約１２３０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有し、めっき構造物２００Ｂ（実施例４）は、約７４０［ｇｆ］〜約１５００［ｇｆ］（平均値：約１１９０［ｇｆ］）の範囲のプル強度を有する。
【０１９２】
図１８は、剥離モードの解析結果を示す図である。図１８において、横軸は、めっき構造物の種類を表し、縦軸は、剥離モードの割合を示す。なお、図１８に示す剥離モードは、２２０℃のリフロー温度で金属ボール２２０を半田付けしためっき構造物２００Ａ，２００Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂについて解析された。
【０１９３】
図１８を参照して、めっき構造物２１０Ａ（比較例３）においては、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１９４】
また、めっき構造物２１０Ｂ（比較例４）においては、剥離モードが“半田ちぎれ”のモードＭＤ１である割合が５５％であり、剥離モードが“界面剥離”のモードＭＤ２である割合が４５％である。
【０１９５】
一方、めっき構造物２００Ａ（実施例３），２００Ｂ（実施例４）の各々において、全てが“界面剥離”のモードＭＤ２である。
【０１９６】
したがって、めっき層２０４中におけるＢｉ組成比を最内部から最外部へ向かって増加させることによって、剥離モードが全て“界面剥離”であるめっき構造物２００を作製することができる。
【０１９７】
また、表４、図１７および図１８に示す結果から、Ｂｉ濃度を最内部から最外部へ向かって増加させながら電気めっきによりめっき層２０４を形成することによって、プル強度が６００［ｇｆ］（＝基準強度）以上であり、かつ、融点が２００℃（＝基準融点）よりも低く、さらに、剥離モードが“界面剥離”となるめっき構造物２００を作製できる。
【０１９８】
このように、金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする場合、基板２０１の表面に、Ｂｉ組成比が最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって増加するめっき層２０４を形成することにより、金属ボール２２０の保持強度を基準強度以上の保持強度に向上でき、かつ、半田付けするときの融点を基準融点以下の融点に低温化でき、さらに、金属ボール２２０の剥離モードを界面剥離の剥離モードに設定できる。
【０１９９】
したがって、めっき構造物２００は、電子部品をＣｕ基板等へ半田付けする場合に適している。
【０２００】
図１９は、めっき構造物２００を用いて金属ボール２２０を基板２０１に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、基板２０１上に反応抑制層２０３を形成し、その形成した反応抑制層２０３上に傾斜めっきによりめっき層２０４を形成する（ステップＳ２１）。
【０２０１】
なお、ステップＳ２１の詳細な動作は、図１４に示すフローチャートに従って実行される。
【０２０２】
そして、ステップＳ２１の後、めっき層２０４を溶融して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする（ステップＳ２２）。これにより、一連の動作が終了する。
【０２０３】
上記においては、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｂｉ合金から構成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき層２０４は、Ｓｎ−Ｉｎ合金から構成されてもよい。図５に示すように、Ｓｎ−Ｉｎ合金における融点のＩｎ濃度に対する変化傾向は、Ｓｎ−Ｂｉ合金における融点のＢｉ濃度に対する変化傾向とほぼ同様である。したがって、めっき層２０４をＳｎ−Ｉｎ合金に代え、めっき層２０４におけるＩｎ組成比を最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって増加させることによって、上述したように、めっき層２０４の強度を基準強度以上に保持し、かつ、融点を基準融点よりも低くしためっき構造物２００を作製することができる。
【０２０４】
また、この発明においては、一般的には、めっき層２０４は、第１および第２の金属元素からなり、第２の金属元素の組成比は、めっき層２０４の最内部（＝界面２０４Ａ）から最外部（＝表面２０４Ｂ）へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加されていればよい。
【０２０５】
そして、第２の金属元素の組成比を最内周から最外周へ向かって増加させる方法は、図３に示す直線ｋ１および曲線ｋ２，ｋ３以外の直線または曲線に従って増加させる方法であってもよい。
【０２０６】
さらに、上記においては、配線２０２は、銅からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、配線２０２は、アルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよい。
【０２０７】
さらに、上記においては、反応抑制層２０３は、電気めっきにより形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、反応抑制層２０３は、スパッタリング法により形成されてもよい。
【０２０８】
さらに、上記においては、めっき構造物２００は、反応抑制層２０３を備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、めっき構造物２００は、反応抑制層２０３を備えていなくてもよい。
【０２０９】
さらに、上記においては、金属ボール２２０を基板２０１に半田付けする場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、金属ボール２２０以外の電子部品を配線２０２に半田付けしてもよい。配線２０２は、Ｃｕ基板に限らず、プリント基板であってもよく、プリント基板に形成されためっき構造物２００を用いて各種の電子部品をプリント基板に半田付けしてもよい。
【０２１０】
さらに、この発明においては、２つの物質Ａ，Ｂを半田付けする場合、物質Ａの表面にめっき層２０４を形成してめっき構造物２００を作製し、その作製しためっき構造物２００を用いて物質Ｂを物質Ａに半田付けしてもよい。
【０２１１】
なお、基板２０１は、「基体」を構成する。したがって、この発明によるめっき構造物は、一般的には、基体と、基体の表面に形成されためっき層とからなる。
【０２１２】
実施の形態２によれば、めっき構造物２００は、Ｂｉ組成比またはＩｎ組成比が最内部から最外部へ向かって強度を基準強度以上に保持する組成比から融点を基準融点よりも低くする組成比まで増加するめっき層２０４を備えるので、めっき層２０４を介して金属ボール２２０を基板２０１に半田付けしたとき、強度を保持し、かつ、融点を低下させることができる。
【０２１３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールに適用される。また、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できる金属ボールの作製方法に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物に適用される。さらに、この発明は、半田付けしたときの強度を保持し、かつ、半田付けするときの融点を低温化できるめっき構造物を用いた半田付け方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】この発明の実施の形態１による金属ボールの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す金属ボールを作製するバレルめっき装置の概略図である。
【図３】Ｓｎ−Ｉｎ合金におけるＩｎの組成比の変化を示す図である。
【図４】図１に示す金属ボールの作製方法を示すフローチャートである。
【図５】Ｓｎ−Ｉｎ合金中におけるＩｎ濃度とＳｎ−Ｉｎ合金の状態との関係を示す図である。
【図６】図２に示すバレルめっき装置を用いてＩｎ濃度を最内周から最外周へ向かって増加させながら電気めっきした金属ボールの電子顕微鏡写真である。
【図７】プル強度を測定する方法を説明するための概念図である。
【図８】金属ボールが基板から剥離する剥離モードの概念図である。
【図９】界面剥離および半田ちぎれを示す写真である。
【図１０】プル強度の測定結果を示す図である。
【図１１】剥離モードの解析結果を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２によるめっき構造物の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２に示すめっき構造物を作製するめっき装置の概略図である。
【図１４】図１２に示すめっき構造物の作製方法を示すフローチャートである。
【図１５】Ｓｎ−Ｂｉ合金中におけるＢｉ濃度とＳｎ−Ｂｉ合金の状態との関係を示す図である。
【図１６】プル強度の測定および剥離モードの解析を行なう試料を説明するための図である。
【図１７】プル強度の測定結果を示す図である。
【図１８】剥離モードの解析結果を示す図である。
【図１９】めっき構造物を用いて金属ボールを基板に半田付けするときの半田付け方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２１６】
１，２２１ コアボール、２，２０３ 反応抑制層、３，２０４，２２２，２２３ めっき層、１０，２２０ 金属ボール、１１ ツィーザ、１２，２１ 矢印、１３ 基板、１４ ランド、１５，１５Ａ，１５Ｂ 半田、２０，３１０ めっき槽、３０ 枠板、４０ バレルドラム、４１ 側板、４２ 網材、５０，６０ 歯車、７０ モータ、７１ シャフト、８０，３５０ 陰極、９０，３４０ 陽極、１００ バレルめっき装置、１１１ 開口部、１１０，１２０，３２０，３３０ ノズル、１３０，３６０ 直流電源、１４０，３７０ めっき浴、２００ めっき構造物、２０１ 基板、２０２ 配線、２０４Ａ 界面、２０４Ｂ 表面、３００ めっき装置、２０２１ 凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である、金属ボール。
【請求項２】
前記コアボールと前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項１に記載の金属ボール。
【請求項３】
前記反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる、請求項２に記載の金属ボール。
【請求項４】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｉｎである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属ボール。
【請求項５】
前記第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である、請求項４に記載の金属ボール。
【請求項６】
前記コアボールは、Ｃｕからなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の金属ボール。
【請求項７】
基体と、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記基体の一主面上に形成されためっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、他の物質が前記めっき層を介して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である、めっき構造物。
【請求項８】
前記基体と前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項７に記載のめっき構造物。
【請求項９】
前記反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる、請求項８に記載のめっき構造物。
【請求項１０】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、ＢｉまたはＩｎである、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のめっき構造物。
【請求項１１】
前記第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である、請求項１０に記載のめっき構造物。
【請求項１２】
前記基体は、Ｃｕ基板からなる、請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のめっき構造物。
【請求項１３】
電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法であって、
前記金属ボールは、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素であり、
前記作製方法は、
前記コアボールを前記第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、
前記第２の金属元素の組成比が前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するように前記めっき層を形成する第２の工程とを備える、金属ボールの作製方法。
【請求項１４】
前記第２の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項１３に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１５】
前記第２の工程は、前記第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第２の金属元素を含む第２の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項１４に記載の金属ボールの作成方法。
【請求項１６】
前記電気めっきにおける電流密度は、前記所定の時間、一定である、請求項１５に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１７】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｉｎである、請求項１３から請求項１６のいずれか1項に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１８】
前記第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である、請求項１７に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１９】
前記第１の工程の前、前記コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第３の工程をさらに備える、請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項２０】
前記第３の工程は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる前記反応抑制層を形成する、請求項１９に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項２１】
基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする半田付け方法であって、
前記めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、前記他の物質が前記めっき層を溶融して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記半田付け方法は、
前記基体を前記第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、
前記第２の金属元素の組成比が前記界面から前記表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するように前記めっき層を前記基体に形成する第２の工程と、
前記めっき層を溶融して前記他の物質を前記基体に半田付けする第３の工程とを備える半田付け方法。
【請求項２２】
前記第２の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項２１に記載の半田付け方法。
【請求項２３】
前記第２の工程は、前記第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第２の金属元素を含む第２の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項２２に記載の半田付け方法。
【請求項２４】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｂｉである、請求項２１から請求項２３のいずれか1項に記載の半田付け方法。
【請求項２５】
前記第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である、請求項２４に記載の半田付け方法。
【請求項１】
電子部品の実装に用いられる金属ボールであって、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素である、金属ボール。
【請求項２】
前記コアボールと前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項１に記載の金属ボール。
【請求項３】
前記反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる、請求項２に記載の金属ボール。
【請求項４】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｉｎである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属ボール。
【請求項５】
前記第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である、請求項４に記載の金属ボール。
【請求項６】
前記コアボールは、Ｃｕからなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の金属ボール。
【請求項７】
基体と、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記基体の一主面上に形成されためっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、他の物質が前記めっき層を介して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比である、めっき構造物。
【請求項８】
前記基体と前記めっき層との間に挿入された反応抑制層をさらに備える、請求項７に記載のめっき構造物。
【請求項９】
前記反応抑制層は、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる、請求項８に記載のめっき構造物。
【請求項１０】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、ＢｉまたはＩｎである、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のめっき構造物。
【請求項１１】
前記第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である、請求項１０に記載のめっき構造物。
【請求項１２】
前記基体は、Ｃｕ基板からなる、請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のめっき構造物。
【請求項１３】
電子部品の実装に用いられる金属ボールの作製方法であって、
前記金属ボールは、
金属からなるコアボールと、
半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、前記コアボールを覆うめっき層とを備え、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、当該金属ボールが半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記第２の金属元素は、鉛フリーのめっき合金を構成し、かつ、Ｂｉ以外の元素であり、
前記作製方法は、
前記コアボールを前記第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、
前記第２の金属元素の組成比が前記めっき層の最内周から最外周へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するように前記めっき層を形成する第２の工程とを備える、金属ボールの作製方法。
【請求項１４】
前記第２の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項１３に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１５】
前記第２の工程は、前記第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第２の金属元素を含む第２の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加または減少させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項１４に記載の金属ボールの作成方法。
【請求項１６】
前記電気めっきにおける電流密度は、前記所定の時間、一定である、請求項１５に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１７】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｉｎである、請求項１３から請求項１６のいずれか1項に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１８】
前記第１の組成比は、１８〜２０％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３４〜３８％の範囲である、請求項１７に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項１９】
前記第１の工程の前、前記コアボールを覆うように反応抑制層を形成する第３の工程をさらに備える、請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項２０】
前記第３の工程は、Ｎｉ、ＮｉＰ合金、ＮｉＢ合金、ＣｏおよびＰｔのいずれかからなる前記反応抑制層を形成する、請求項１９に記載の金属ボールの作製方法。
【請求項２１】
基体の一主面に形成されためっき層を溶融して他の物質を前記基体に半田付けする半田付け方法であって、
前記めっき層は、半田付け用の合金を構成する第１および第２の金属元素からなり、
前記第２の金属元素の組成比は、前記めっき層と前記基体との界面から前記めっき層の表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加し、
前記第１の組成比は、前記他の物質が前記めっき層を溶融して前記基体に半田付けされたときの前記めっき層の強度を基準強度以上に設定する組成比であり、
前記第２の組成比は、前記めっき層の融点を基準融点よりも低い温度に設定する組成比であり、
前記半田付け方法は、
前記基体を前記第１および第２の金属元素を含むめっき浴に浸漬する第１の工程と、
前記第２の金属元素の組成比が前記界面から前記表面へ向かって第１の組成比から第２の組成比へ増加するように前記めっき層を前記基体に形成する第２の工程と、
前記めっき層を溶融して前記他の物質を前記基体に半田付けする第３の工程とを備える半田付け方法。
【請求項２２】
前記第２の工程は、電気めっきにより前記めっき層を形成する、請求項２１に記載の半田付け方法。
【請求項２３】
前記第２の工程は、前記第１の金属元素を含む第１の化合物のめっき浴への滴下量を減少させ、前記第２の金属元素を含む第２の化合物の前記めっき浴への滴下量を増加させながら、所定の時間、前記電気めっきを行なうことにより前記めっき層を形成する、請求項２２に記載の半田付け方法。
【請求項２４】
前記第１の金属元素は、Ｓｎであり、
前記第２の金属元素は、Ｂｉである、請求項２１から請求項２３のいずれか1項に記載の半田付け方法。
【請求項２５】
前記第１の組成比は、２〜２１％の範囲であり、
前記第２の組成比は、３０〜５５％の範囲である、請求項２４に記載の半田付け方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図６】
【図９】
【図１１】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図６】
【図９】
【図１１】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−４４７１８（Ｐ２００７−４４７１８Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３０２７１（Ｐ２００５−２３０２７１）
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（５０１００３２２７）株式会社ミレニアムゲートテクノロジー (5)
【出願人】（０００００２１２９）住友商事株式会社 (42)
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（５０１００３２２７）株式会社ミレニアムゲートテクノロジー (5)
【出願人】（０００００２１２９）住友商事株式会社 (42)
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