特許 5763887 銅カラム及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5763887

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】銅カラム及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20150723BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/50 P

   H05K1/18 H

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-39096(P2010-39096)

(22)【出願日】2010年2月24日

(65)【公開番号】特開2011-176124(P2011-176124A)

(43)【公開日】2011年9月8日

【審査請求日】2012年5月15日

【審判番号】不服2014-14872(P2014-14872/J1)

【審判請求日】2014年7月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000199197

【氏名又は名称】千住金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千葉 豊

(72)【発明者】

【氏名】埜本 信一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 光司

【合議体】

【審判長】 水野 恵雄

【審判官】 酒井 朋広

【審判官】 関谷 隆一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２４９５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４１９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００９４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８９７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０３０５５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L23/12-23/15

H01L23/32

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

銅線を所定の径にするために伸線する伸線工程と、
前記伸線工程で伸線した銅線を所定の長さに切断する切断工程と、
前記切断工程で切断されたカラム本体部としての銅線の長手方向の一端に向かってハンマを衝突させることにより、前記カラム本体部よりも大きい径を有するカラムヘッドが設けられた釘形状の銅カラム部材を形成するプレス工程と、
前記プレス工程で得られた前記銅カラム部材を、６７０℃以上の加熱温度で、かつ、９０分間以上の加熱時間で保持して焼鈍することにより、ビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、ビッカース硬さが４８ＨＶ以下となる銅カラムを形成する焼鈍工程とを有することを特徴とする銅カラムの製造方法。

【請求項2】

前記焼鈍工程で焼鈍した銅線若しくは銅カラム部材を、アミン系の表面処理剤で表面処理する表面処理工程を有することを特徴とする請求項１に記載の銅カラムの製造方法。

【請求項3】

前記焼鈍工程で焼鈍した銅線若しくは銅カラム部材、又は、前記表面処理工程で表面処理した銅線若しくは銅カラム部材を、メタンスルフォン酸系のめっき液でめっきするめっき工程を有することを特徴とする請求項２に記載の銅カラムの製造方法。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載の銅カラムの製造方法により製造されることを特徴とする銅カラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミック基板とガラスエポキシ基板とを接合する銅カラム及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、通信機器の通信速度の高速化、集積回路の高密度化に伴い、これらに使用される電子部品のリード数が多くなる傾向にある。例えば、従来では、QFP(Quad Flat Package)、SOIC(Small Outline Integrated Circuit)等のリード数が多い電子部品が存在するが、近時の更なる多機能化を有する電子部品においては、QFP及びSOIC等であってもリード数が不足する。そこで、リード数を多くした電子部品としてBGA(Ball Grid Array)が使用されるようになってきた。このBGAには、PBGA(Plastic Ball Grid Array)、TBGA(Tape Ball Grid Array)及びCBGA(Ceramic Ball Grid Array)等の様々な種類がある。特に、CBGAは、スーパーコンピュータ等に使用されることが多く、高い信頼性が要求されている。

【0003】

CBGAは、セラミック基板及びプリント基板（例えば、ガラスエポキシ基板等）で構成され、電圧印加により発熱する。この発熱によりセラミック基板及びガラスエポキシ基板が膨張する。また、CBGAへの電圧印加が解除されるとセラミック基板及びガラスエポキシ基板は収縮する。このように、セラミック基板及びガラスエポキシ基板は、CBGAへの電圧印加及び該印加解除により膨張及び収縮を繰り返す。

【0004】

一般に、セラミック基板の熱膨張係数は、８ppm/℃であり、ガラスエポキシ基板の熱膨張係数は、１５〜２０ppm/℃である。従って、セラミック基板の熱膨張とガラスエポキシ基板の熱膨張との差に起因して、セラミック基板及びガラスエポキシ基板には熱ストレスが発生する。そこで近年、はんだボールよりも熱ストレスを吸収する能力が優れているカラムで形成されたセラミック・カラム・グリッド・アレイ（以下、CGAという）が、CBGAに替わって使用されるようになってきた。

【0005】

CGAの形成及びCGAをガラスエポキシ基板に実装する一般的な方法について説明する。図示しないが、まず、セラミック基板の電極部にソルダペーストを塗布する。次に、当該電極部にカラムを垂直に載置するための搭載治具をセラミック基板の上に置く。そして、搭載治具に穿設された貫通孔にカラムを貫通させて、電極上のソルダペースト中にカラムを立設させる。この状態を保持したままリフロー炉のような加熱装置に投入して、所定の温度条件で加熱する。すると、セラミック基板の電極部に塗布したソルダペーストが溶融して、セラミック基板とカラムとがはんだ付けされてCGAが形成される。

【0006】

ガラスエポキシ基板にCGAを実装するには、まず、ガラスエポキシ基板の電極部にソルダペーストを塗布する。次に、当該電極部にCGAのカラムを載置してから、リフロー炉で加熱する。すると、ソルダペーストが溶融して、カラムとガラスエポキシ基板とがはんだ付けされ、ガラスエポキシ基板にCGAが実装される。このように、CGAをガラスエポキシ基板に実装するまでに、リフロー炉によって二度加熱される。

【0007】

このため、リフロー炉による二度の加熱でカラムが溶融しないように、また、スーパーコンピュータ等に搭載されるＩＣチップからの発熱でカラムが溶融しないように、CGAのカラムには高温はんだが用いられることが多い。

【0008】

また、カラムはセラミック基板とガラスエポキシ基板とを接続するので、当該カラムが硬いと、上述の熱ストレスが原因で、セラミック基板とカラムとの接合部、ガラスエポキシ基板とカラムとの接合部及びカラム自体にクラックが生じたり、破断を生じることもある。従って、カラムに用いられる高温はんだには、熱ストレスを吸収するために軟らかい材料が使用され、例えば、ビッカース硬さが低い95Pb-5Snや89.5Pb-10.5Sn等のPb（鉛）ベースのPb-Snはんだが用いられてきた。

【0009】

ところで、今日の環境問題に対する配慮からPbを含有しない、所謂鉛フリータイプのカラムが求められている。Pb-Snはんだの代替品とされているはんだには、Cu（銅）とSn（錫）を反応させて形成されるCu₃SnやCu₆Sn₅等の金属間化合物や、Bi（ビスマス）を主成分としたBi-Snはんだ等が知られている。

【0010】

しかしながら、Cu₃SnやCu₆Sn₅等の金属間化合物やBi-Snはんだ等は、硬く脆いために、CGAのようにセラミック基板とガラスエポキシ基板との接合するカラムとして用いると、熱ストレスを吸収できずに、上述のように、セラミック基板とカラムとの接合部、ガラスエポキシ基板とカラムとの接合部及びカラム自体にクラックが生じたり、破断を生じたりする。

【0011】

はんだ以外のカラムの材料として、導電性及び熱伝導性が良好なCu（銅）を用いた銅カラムが知られている。特許文献１にはCGA用ではないがCuに酸化防止のためにめっきされた電気ピンが開示されている。この電気ピンによれば、銅線にSn又はFeめっきした多数のピン部材を硬化性樹脂内で保持し、該保持したピン部材の一端をCuめっきし、他端をセラミック基板に載置する。そして、硬化性樹脂及びSn又はFeめっきをエッチングすることで、セラミック基板にピン部材を立設して接続させる。

【0012】

また、特許文献２にはCGA用ではないがCuを加熱して残留応力を除去したピンが開示されている。このピンによれば、銅線の一端をプレスしてヘッド部を形成して、該ヘッド部が形成された銅線を６００℃〜９００℃で５分間加熱する。この加熱により、プレスで生じた加工歪みによる残留応力が除去される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開平２−２７５６６０号公報

【特許文献2】特開２００２−２８９７２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

ところで、Pb-SnはんだとCuとを比較すると、Cuのビッカース硬さが１１０〜１２０ＨＶであるのに対して、Pb-Snはんだのビッカース硬さが３ＨＶであるので、CuはPb-Snはんだに比べてはるかに硬い。そのため、従来の銅カラムは、セラミック基板及びガラスエポキシ基板に発生する熱ストレスを吸収することができず、セラミック基板とカラムとの接合部及びガラスエポキシ基板とカラムとの接合部にクラックが生じるという問題がある。

【0015】

特許文献１に記載の電気ピンは、上述のようにビッカース硬さが１１０〜１２０ＨＶのCuを用いており、当該電気ピンの端面にCuめっきが形成されているために更に硬くなってしまい、CGAとして適用できない。

【0016】

また、特許文献２に記載のピンは、熱処理してプレスで生じた加工歪みによる残留応力を除去させているが、CGAとして適用できるまで軟化されていない。

【0017】

そこで、本発明は、このような従来例に係る課題を解決したものであって、セラミック基板とガラスエポキシ基板との接合の破壊を防止して、CGAに適用可能な銅カラム及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明者らは、伸線工程、切断工程及びプレス工程等で加工硬化した銅線を所定の温度及び時間で焼鈍すると、ビッカース硬さが５５ＨＶ以下になって、セラミック基板と銅カラムとの接合部及びガラスエポキシ基板と銅カラムとの接合部にクラックが生じにくくなることを見出して、本発明を完成させた。

【0019】

上述した課題を解決するために、請求項１に係る銅カラムの製造方法は、銅線を所定の径にするために伸線する伸線工程と、前記伸線工程で伸線した銅線を所定の長さに切断する切断工程と、前記切断工程で切断されたカラム本体部としての銅線の長手方向の一端に向かってハンマを衝突させることにより、前記カラム本体部よりも大きい径を有するカラムヘッドが設けられた釘形状の銅カラム部材を形成するプレス工程と、前記プレス工程で得られた前記銅カラム部材を、６７０℃以上の加熱温度で、かつ、９０分間以上の加熱時間で保持して焼鈍することにより、ビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、ビッカース硬さが４８ＨＶ以下となる銅カラムを形成する焼鈍工程とを有することを特徴とする。

【0020】

請求項２に係る銅カラムは、セラミック基板の電極部とガラスエポキシ基板の電極部とを接合するカラムヘッドを含むカラム本体部がSnめっき皮膜により表面処理されていることを特徴とするものである。

【0021】

請求項１に係る銅カラムでは、釘形状のカラムヘッドを有する銅カラムがビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、当該銅カラムのビッカース硬さが５５ＨＶ以下であるので、セラミック基板の電極部とガラスエポキシ基板の電極部とを当該銅カラムを介して接合する際に、セラミック基板の熱膨張とガラスエポキシ基板の熱膨張との差に起因する熱ストレスを吸収することができるようになる。

【0022】

請求項３に係る銅カラムは、カラムヘッドを含むカラム本体部の結晶サイズの平均粒径が０．０５ｍｍで、平均のビッカース硬さが４５．４ＨＶであることを特徴とするものである。

【0025】

請求項４に係る銅カラムは、請求項１〜３の何れか一項に記載の銅カラムの製造方法により製造されることを特徴とする。

【0026】

請求項４に係る銅カラムの製造方法では、銅線を所定の径にするために伸線する伸線工程と、伸線工程で伸線した銅線を所定の長さに切断する切断工程と、切断工程で切断した銅線の一端を長手方向に向かってハンマを衝突させて釘形状のカラムヘッドを形成するプレス工程とを有する。これを前提として、プレス工程で得られた銅カラム部材を、６００℃以上の加熱温度で、かつ、６０分間以上の加熱時間で保持して焼鈍することにより、ビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、ビッカース硬さが５５ＨＶ以下となる銅カラムを形成する焼鈍工程を有する。

【0027】

銅カラム部材は伸線工程、切断工程及びプレス工程で当該銅カラム部材の銅組織が塑性変形して加工硬化を生じる。しかし、この加工硬化した銅カラム部材は、焼鈍工程で当該銅カラム部材の銅組織が再結晶化して結晶粒が成長し、柔軟性が良くなる。これにより、銅カラムが、ビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、そのビッカース硬さが５５ＨＶ以下となるように銅カラムを軟化できるようになる。

【0028】

請求項５に係る銅カラムの製造方法は、請求項４記載において、焼鈍工程で焼鈍した銅線若しくは銅カラム部材を、アミン系の表面処理剤で表面処理する表面処理工程を有することを特徴とするものである。

【0029】

請求項５に係る銅カラムの製造方法では、銅線若しくは銅カラム部材をアミン系の表面処理剤で表面処理するので、当該銅線若しくは銅カラム部材の表面を粗くして、めっき液を付着しやすくできる。

【0030】

請求項６に係る銅カラムの製造方法は、請求項５の記載において、焼鈍工程で焼鈍した銅線若しくは銅カラム部材、又は、表面処理工程で表面処理した銅線若しくは銅カラム部材を、メタンスルフォン酸系のめっき液でめっきするめっき工程を有することを特徴とするものである。

【0031】

請求項６に係る銅カラムの製造方法では、銅線若しくは銅カラム部材をメタンスルフォン酸系のめっき液でめっきするので、銅カラムを防錆できる。

【発明の効果】

【0032】

本発明に係る銅カラムによれば、セラミック基板の熱膨張とガラスエポキシ基板の熱膨張との差に起因する熱ストレスを吸収するので、セラミック基板とガラスエポキシ基板との接合の破壊を防止できる。

【0033】

本発明に係る銅カラムの製造方法によれば、ビッカース硬さ３ＨＶのPb-Snはんだよりも硬く、そのビッカース硬さが５５ＨＶ以下となるように銅カラムを軟化するので、セラミック基板の電極部とガラスエポキシ基板の電極部とを当該銅カラムを介して接合する際に、セラミック基板の熱膨張とガラスエポキシ基板の熱膨張との差に起因する熱ストレスを当該銅カラムで吸収することができる。この結果、セラミック基板とガラスエポキシ基板との接合の破壊を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本実施の形態に係る銅カラムの使用例を示す断面の写真である。

【図2】Ａ，Ｂ，Ｃは、銅カラム部材の製造例（その１）を示す断面図である。

【図3】Ａ，Ｂ，Ｃは、銅カラム部材の製造例（その２）を示す断面図である。

【図4】焼鈍工程の温度プロファイル例を示す説明図である。

【図5】Ａは、銅カラムの形状例を示す斜視図であり、Ｂは、銅カラムの形状例を示す正面図である。

【図6】焼鈍後の銅カラムの組織例を示す拡大写真である。

【図7】焼鈍前の銅カラムの組織例を示す拡大写真である。

【図8】温度サイクル試験（１０００サイクル）後の銅カラムの接続例を示す断面の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１に示すように、本発明に係る銅カラム３０は、はんだフィレット６０を介してセラミック基板４０とガラスエポキシ基板５０とを接合する。銅カラム３０は、線形状に成形された銅線であって、無酸素銅で構成された銅線を所定の径にするために伸線する伸線工程と、伸線工程で伸線した銅線を所定の長さに切断する切断工程と、切断工程で切断された銅線の一端を、長手方向に向かってプレスして銅カラム部材を形成するプレス工程と、プレス工程で形成された銅カラム部材を、加熱温度が６００℃以上で、６０分間以上保持して焼鈍する焼鈍工程と、焼鈍工程で焼鈍した銅カラム部材を、アミン系の表面処理剤で表面処理する表面処理工程と、表面処理工程で表面処理された銅カラム部材を、メタンスルフォン酸系のめっき液でめっきするめっき工程とによって形成されたものである。

【0036】

銅カラム３０は伸線工程、切断工程及びプレス工程で当該銅カラム３０の銅組織が塑性変形して加工硬化を生じる。しかし、この加工硬化した銅カラム３０は、焼鈍工程で当該銅カラム３０の銅組織が再結晶化して結晶粒が成長し、柔軟性が良くなる。これにより、銅カラム３０のビッカース硬さが５５ＨＶ以下になる。

【0037】

このように、上述の銅カラムの製造方法によれば、ビッカース硬さが５５ＨＶ以下になって、銅カラム３０を軟化できる。従って、セラミック基板４０とガラスエポキシ基板５０とを、当該銅カラム３０を介して接合する際に、セラミック基板４０の熱膨張とガラスエポキシ基板５０の熱膨張との差に起因する熱ストレスを、当該銅カラム３０によって吸収することができる。この結果、セラミック基板４０と銅カラム３０との接合部、及びガラスエポキシ基板５０と銅カラム３０との接合部の、クラックや破断等の発生を防止できる。

【0038】

更に、焼鈍工程で焼鈍した銅カラム部材を、アミン系の表面処理剤で表面処理するので、当該銅カラム部材の表面を粗くして、めっき液を付着しやすくできる。また、表面処理工程で表面処理された銅カラム部材を、メタンスルフォン酸系のめっき液でめっきするので、銅カラムを防錆できる。

【0039】

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態の一例として、銅カラムの製造方法について説明する。
［銅カラム３０の製造例］
＜伸線工程、切断工程及びプレス工程＞
まずは、銅カラム３０の製造方法に係る伸線工程、切断工程及びプレス工程について説明する。本実施の形態に係る銅線１０は、予め伸線工程で伸線されていることを前提とする。伸線とは、銅線の側面を叩いた後ダイスを通すことにより、銅線を伸ばして所定の径に形成する処理のことである。

【0040】

図２Ａに示すように、銅カラム部材の製造装置１００は、銅線案内部１及び銅線切断部２で構成される。銅線案内部１には図示しない銅線供給部が接続されている。銅線供給部は、例えば、銅線１０が多重に巻かれているスプールを回転させて、銅線案内部１に銅線１０を供給する（例えば、図２Ａの左矢印の方向に銅線１０を供給する。）。

【0041】

銅線案内部１は、銅線１０の径よりも少しだけ大きな径を有する案内路１ａを備える。銅線案内部１は、銅線供給部のスプールが回転することにより供給された銅線１０を、案内路１ａに沿って摺動して銅線切断部２へ案内する。

【0042】

銅線案内部１には銅線切断部２が隣接して設けられる。銅線切断部２は、案内路２ａ及びカラムヘッド成形部２ｂを有する。案内路２ａは、案内路１ａと同様に、銅線１０の径よりも少しだけ大きな径を有する。つまり、案内路２ａは、案内路１ａと同じ径を有する。カラムヘッド成形部２ｂは、図５で後述するカラムヘッド部３０ｂを成形するために、カラムヘッド部３０ｂと略同じ形状を有する。

【0043】

銅線切断部２は、銅線供給部のスプールが更に回転することにより、銅線案内部１から案内された銅線１０を、案内路２ａに沿って摺動してカラムヘッド成形部２ｂへ案内し、銅線１０の先端をカラムヘッド成形部２ｂから所定の距離だけ突出させる。

【0044】

図２Ｂに示すように、銅線切断部２は、銅線１０の径の半分程度、銅線１０の搬送方向に対して直角に移動する（図２Ｂでは下矢印の方向に移動する。）。この移動は、後述する図２Ｃの銅線切断時に、切断部からバリが発生するのを防止するためのものであり、予め銅線の軸と直角方向（下方）に、銅線の径の半分だけ破断応力を与えておくものである。

【0045】

図２Ｃに示すように、銅線切断部２は、上述の銅線１０の径の半分程度の移動方向と１８０度反対方向に所定の距離だけ移動する（図２Ｃでは上矢印の方向に移動する。）。すると、銅線１０が切断（せん断）される。

【0046】

図３Ａに示すように、ハンマ３がカラムヘッド成形部２ｂに向かって移動する（図３Ａでは右矢印の方向に移動する。）。すると、ハンマ３が、カラムヘッド成形部２ｂから所定の距離だけ突出する銅線１０の一端に衝突し、該衝突した銅線１０がカラムヘッド成形部２ｂによってカラムヘッド部２０ｂの形状に成形（所謂プレス加工である。）され、釘形状の銅カラム部材２０が完成する。

【0047】

図３Ｂに示すように、ハンマ３がカラムヘッド成形部２ｂから離間する（図３Ｂでは左矢印の方向に移動する。）。そして、銅線切断部２は、銅線１０を切断する前に待機していた位置に戻る（図３Ｂでは下矢印の方向に移動する）。

【0048】

図３Ｃに示すように、銅線供給部のスプールが回転することにより、案内路２ａ及びカラムヘッド成形部２ｂに待機していた銅カラム部材２０が、銅線１０で押し出される。すると、銅カラム部材２０が銅線切断部２から排出される。この排出された銅カラム部材２０は、図示しないトレイ等によって回収される。

【0049】

このように製造された銅カラム部材２０は、上述の伸線工程、プレス工程及び切断工程により、当該銅カラム部材２０の銅組織が塑性変形して加工硬化が生じる。この銅カラム部材２０のビッカース硬さは１１０〜１２０ＨＶである。

【0050】

＜焼鈍工程＞
次に、銅カラム３０の製造方法に係る焼鈍工程について説明する。銅カラム部材の製造装置１００で製造された銅カラム部材２０は、焼鈍炉に投入され、図４に示す温度プロファイルで焼鈍される。図４の縦軸は焼鈍炉内の温度（℃）であり、横軸は銅カラム部材２０を焼鈍炉に投入してからの経過時間（分）である。

【0051】

図４に示すように、銅カラム部材２０の温度プロファイルは、室温から６７０℃までの昇温時間が５２分、６７０℃での保持時間が９０分、６７０℃から室温までの冷却時間が３９分で構成される。焼鈍された銅カラム部材２０は、当該銅カラム部材２０の銅組織が再結晶化して結晶粒が成長し、柔軟性が向上する。これにより、銅カラム部材２０のビッカース硬さは５５ＨＶ以下になる。

【0052】

＜表面処理工程及びめっき工程＞
次に、銅カラム３０の製造方法に係る表面処理工程及びめっき工程について説明する。上述のように焼鈍された銅カラム部材２０をアミン系の表面処理剤で表面を処理する。すると、銅カラム部材２０の表面が粗くなり、めっき液が付着しやすくなる。

【0053】

アミン系の表面処理剤で表面処理された銅カラム部材２０を、メタンスルフォン酸系のめっき液でめっきする。すると、銅カラム部材２０の表面がSnで覆われた銅カラム３０が完成する。この銅カラム３０は、Snめっき皮膜により防錆される。また、表面がSnであるために、はんだの濡れ性が向上し、セラミック基板４０とガラスエポキシ基板５０との接合がより強固になる。

【0054】

銅カラム３０のめっき厚は、約０．５μｍと薄いため、銅カラム３０のビッカース硬さに影響を及ぼすものではなく、銅カラム３０のビッカース硬さは５５ＨＶ以下に保たれる。Snめっき厚が約０．３μｍ未満であると防錆効果が薄れてしまい、１μｍより大きいとビッカース硬さが５５ＨＶより大きくなって銅カラムにクラック等が生じてしまう。そのため、Snめっきの厚さは０．３〜１μｍが好ましく、０．５μｍ程度がより好ましい。

【0055】

［銅カラム３０の形状例］
次に、上述の銅カラム３０の製造方法で製造された銅カラム３０の形状例について説明する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、銅カラム３０は、カラム本体部３０ａ及びカラムヘッド部３０ｂで構成される。本実施の形態では、銅カラム３０の長さＬ１は、１．５２４ｍｍであり、カラム本体部３０ａの径Ｄ１は、０．２５ｍｍであり、カラムヘッド部３０ｂの長さＬ２は０．１３ｍｍであり、カラムヘッド部３０ｂの径Ｄ２は、０．５ｍｍである。このような銅カラム３０は、カラム本体部３０ａの径Ｄ１が０．２５ｍｍと小さいので、端面が平坦なカラムヘッド部３０ｂを設けることで、図１で説明したセラミック基板４０とのはんだ付け強度を増強している。

【0056】

このように、本実施の形態に係る銅カラムの製造方法で製造された銅カラム３０によれば、ビッカース硬さが５５ＨＶ以下であるので、セラミック基板４０とガラスエポキシ基板５０とを当該銅カラム３０を介して接合する際に、セラミック基板４０の熱膨張とガラスエポキシ基板５０の熱膨張との差に起因する熱ストレスを吸収できる。この結果、セラミック基板４０と銅カラム３０との接合部及びガラスエポキシ基板５０と銅カラム３０との接合部にクラックが生じたり、破断したりする等の接合の破壊を防止できる。

【0057】

なお、本実施の形態では、焼鈍工程で銅カラム部材２０の温度を６７０℃にして、９０分間保持して焼鈍したが、これに限定されず、銅カラム部材２０の温度を６００℃以上にして、６０分間以上保持すれば良い。

【0058】

また、本実施の形態では、プレス工程でカラムヘッド部３０ｂを形成したが、これに限定されず、銅カラムは、カラムヘッド部３０ｂを設けないストレートの円柱形状であっても構わない。

【0059】

また、本実施の形態では、切断工程、プレス工程の順番で銅カラム３０を製造したが、これに限定されず、プレス工程の後に切断工程を行っても構わない。

【実施例1】

【0060】

本実施例では、本発明に係る銅カラムの具体的な製造方法、及び、この方法で製造した銅カラム及び焼鈍前の銅カラムの銅組織や結晶粒子について説明する。

【0061】

本発明に係る銅カラムは、以下の（１）〜（７）で製造した。
（１）無酸素銅で構成された直径６ｍｍの線形状の銅線の側面を叩き、ダイスを通して直径２．６ｍｍまで伸線した。
（２）直径２．６ｍｍまで伸線した銅線の側面を更に叩き、ダイスを通して直径０．２５ｍｍまで伸線した。
（３）図２及び図３に示したように、直径０．２５ｍｍまで伸線した銅線を長さ１．９４１ｍｍに切断し、該切断した銅線の一端をハンマでプレスしてカラムヘッド部を形成して、銅カラム部材を作製した。この銅カラム部材の長さは１．５２４ｍｍである。
（４）このように作製された銅カラム部材をＳＵＳ製バットに入れて、連続コンベア式電気抵抗加熱炉（焼鈍炉）に通して焼鈍した。この焼鈍条件は、コンベアスピードが３０ｍｍ／分、６７０℃までの昇温時間が５２分、６７０℃保持時間が９０分、空冷ファンによる冷却時間が３９分である。銅カラムの酸化防止のために焼鈍炉内を窒素ガス雰囲気にした。
（５）焼鈍された銅カラム部材をＩＰＡ（Isopropyl alcohol）で洗浄後、アミン系の表面処理剤で銅カラム部材の表面を処理した。
（６）メタンスルフォン酸系のSnめっき液に焼鈍済の銅カラム部材を投入し、めっき厚が略０．５μｍになるように時間を設定して、Snめっきした。
（７）めっき後の銅カラム部材をＩＰＡで洗浄後、乾燥した。

【0062】

図６は、焼鈍後の銅カラムの組織例を示す拡大写真であり、図７は、焼鈍前の銅カラムの組織例を示す拡大写真である。図６に示す焼鈍後の銅カラムの組織は、図７に示す焼鈍前の銅カラムの組織に比べてはるかに大きい。焼鈍前の銅カラムは、伸線工程、切断工程及びプレス工程によって銅組成が塑性変形している。これに対して、焼鈍後の銅カラムは、銅組織が再結晶化して結晶粒が成長している。

【0063】

焼鈍後の銅カラムの結晶サイズは、平均粒径は０．０５ｍｍ、平均のビッカース硬さは４５．４ＨＶであった。また、焼鈍前の銅カラム結晶サイズは、組織が塑性変形して粒径の測定はできなかったが、平均のビッカース硬さは１１３．１ＨＶであった。これにより、焼鈍後の銅カラムは、焼鈍前の銅カラムよりも遙かに軟らかいことが分かった。因みに、銅カラムの結晶サイズは、デジタルマイクロスコープで測定した。また、銅カラムのビッカース硬さは、「ビッカース硬さ試験−試験方法 ＪＩＳ Ｚ２１４４」に準じて測定した。

【実施例2】

【0064】

本実施例では、本発明に係る銅カラム（以下、実施例の銅カラムという）と特許文献２に記載された製造方法で製造したピン（以下、比較例のピンという）との温度サイクル試験結果について説明する。

【0065】

実施例の銅カラムを９６１本、ソルダペーストを介してセラミック基板に接続してCGAを作製した。このCGAをソルダペーストを介してガラスエポキシ基板に実装した（以下、実施例のCGAという）。また、比較例のピンも同様に、９６１本、ソルダペーストを介してセラミック基板に接続してCGAを作製し、この作製したCGAをソルダペーストを介してガラスエポキシ基板に実装した（以下、比較例のCGAという）。

【0066】

実施例のCGA及び比較例のCGAを、「温度変化試験方法 ＪＩＳ Ｃ００２５」に準じて、温度条件が−３０〜１３０℃、保持時間１０分である温度サイクル槽に投入して、当該実装品の銅カラムにクラックが生じるまでのサイクル数を求めた。その結果を下記の表１に示す。

【0067】

【表1】

【0068】

実施例の銅カラムのビッカース硬さは４８ＨＶとなり、比較例のピンのビッカース硬さが１２５ＨＶであったので、比較例のピンのビッカース硬さに比べて１／２以下であった。また、実施例のCGAは、温度サイクル試験で、１０００サイクルであってもセラミック基板と銅カラムとの接合部、及びガラスエポキシ基板と銅カラムとの接合部にクラックが生じなかった（図８参照）。これに対し、比較例のCGAでは、２００サイクル後にガラスエポキシ基板とピンとの接合部にクラックが発生し、５００サイクル後では破断に至った。

【0069】

このような実施例のビッカース硬さ及び温度サイクル特性は、銅カラムの焼鈍時間を長く保持するということによる。これにより、本発明に係る銅カラムは、CGAに適用可能である。

【符号の説明】

【0070】

１・・・銅線案内部、１ａ，２ａ・・・案内路、２・・・銅線切断部、２ｂ・・・カラムヘッド成形部、３・・・ハンマ、１０・・・銅線、２０・・・銅カラム部材、３０・・・銅カラム、３０ａ・・・カラム本体部、３０ｂ・・・カラムヘッド部、４０・・・セラミック基板、５０・・・ガラスエポキシ基板、６０・・・はんだフィレット

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図1】

【図6】

【図7】

【図8】