半導體組件連接用合金線的製作方法
2023-06-02 21:55:01
專利名稱：半導體組件連接用合金線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體組件連接用合金線。
背景技術：
現有技術中，電晶體、IC、LSI、LED等半導體組件連結電極與外部導線的技術是以含有99. 99%比重以上的高純度黃金與其它微量金屬元素做成的金線來作為連接線。主要是採超音波並用熱壓著連接法。以超音波並用熱壓著連接法來接線，形成的迴路如圖1所示。1為IC、LED晶片、2為IC、LED晶片上的Al、Au電極、3為合金線、4為導線架、5為第一側邊接合點、6為第二側邊接合點。近來，半導體的安裝是以外部導線材料的散熱性、成本來考量，所以多半採銅合金製成的導線架。使用銅合金制的導線架時，由於封裝用樹脂與導線架的熱膨脹係數差異過大，半導體啟動後溫度上升，對形成迴路的合金線造成外部應力，特別是對暴露於嚴酷的熱循環環境下的半導體，特別容易產生斷線的問題。此外，隨著半導體裝置小型化及高密度化的要求越來越高，也產生IC晶片多接腳化及間隔狹窄化的需求。為達成多接腳化和間隔狹窄化的目的，迴路的形狀必須穩定。一方面在進行前述的超音波並用熱壓著連接法時，於導線架下方設置可加熱至150 250°C的熱源。雖然此時加熱的高溫有助於提高接著性，但也使導線架容易彎曲，而易產生迴路參差不齊的形狀。但若加熱溫度過低，雖然迴路的形狀較穩定，但由於低溫接合的緣故，會產生合金線與導線架的接合點(以下稱為第二側邊接合點)的接合性問題。因此，為控制迴路形狀的穩定度則必須要有能於100°c低溫作業時兼顧第二側邊接點可有較佳接合度的合金線。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種半導體組件連接用合金線，提高第二側邊接合性、剝離強度及振動斷裂性。為實現上述目的，本發明的半導體組件連接用合金導線，其特徵在於合金中按重量百分比計，含有0. 4-15%的金、0. 2-5%的鈀和鉬中的至少一種、0. 0001-0. 05%的Y、La、 Ru、Ir、Eu、Yb, Gd、Be中的至少一種，其餘部分為白銀以及不可避免之不純物。優選的，所述合金導線中，金的含量為0. 4-10% ；更優選的，金的含量為0. 4-5% ； 更優選的，金的含量為0. 4-1. 0%。優選的，所述合金導線中，所述鈀和鉬中的至少一種的含量為0. 5-2%。優選的，所述合金中，不純物的含量不高於0.01% ；進一步優選的，不高於 0. 005% ；更優選的，不高於0. 001%。在所述合金中，還可以添加一定量的Cu，從而降低成本；優選的，所述合金中，Cu 的含量不高於10%。本發明的合金導線中，Au含量在0.4%以上時，可顯著提高第二側邊接合性，換句話說，防止剝離及振動斷裂的性能也可提升。但是，Au含量若超過15%，熱循換後的斷線機率增加，第二側邊接合性也將變差。因此Au含量應介於0. 4% 15 %之間，並以0. 4% 10%為最理想的比重。本發明的合金導線中，鈀(Pd)或白金(Pt)中至少一種的含量若在0.2%以上，可提高第二側邊接合性、剝離強度及振動斷裂性。但若鈀(Pd)或白金(Pt)中至少一種的含量超過5%，熱循換後的斷線機率增加，第二側邊接合性變差、此外IC，LED晶片也易產生斷裂。因此鈀(Pd)或白金(Pt)至少一種的含量應介於0.2% 5.0%之間，以0.5% 2.0% 的比重為最理想。特別是Au含量若介於以0.4% 10%，且鈀(Pd)或白金(Pt)至少一種的含量介於0.5% 2%時，熱循換後的斷線性能及第二側邊接合性皆能提升，故為最合適的比例。另外，至少一種比重佔0. 0001% 以下的 Y、La、Ru、Ir、Eu、Yb、Gd、Be，比佔 0. 0001% 以上的熱循環後更易斷線，第二側邊接合性也將變差。而上述成分之含量若超過0. 05%，同樣會產生容易斷線、及第二側邊接合性變差的結果，因此以介於0. 0001 0. 05%為最理想的比重。本發明的合金線中，銅(Cu)含量在10%以下時，已確定會有相同的效果。但若銅含量超過10%，熱循換後容易斷線，第二側邊接合性也將變差。本發明的合金線的製造方法可以如下以前述高純度白銀中加入一定量其它金屬元素之後，以真空熔煉爐熔解後鑄造成錠。再經滾軋、拉線機的冷加工(cold work)塑型加工及中間退火處理後，最後冷加工塑型加工成直徑10 100 μ m的細線並進行最後的退火處理。本發明的半導體組件連接用合金線應用於安裝半導體裝置時，以採用超音波合併熱壓著法將IC，LED晶片等半導體組件連接至導線架為最理想的方法。尤其特別適用於半導體裝置的銅製導線架。
圖1為半導體組件與導線相連的示意圖；
具體實施例方式下列實施例中，製備方法如下於純度為99. 999% (重量百分比)的高純度白銀中，添加一定量的其它元素，以真空熔煉後，鑄造出所示成分的合金棒，經滾軋、拉線機的冷加工塑型加工以及中間退火處理，最後冷加工塑型加工成直徑18 μ m的細線並進行最後的退火處理以達到10 15%的伸長率。以K&S公司型號1488的全自動引線接合機，將此合金線在100°C的加熱溫度下，利用超音波合併熱壓著法，進行IC，LED晶片Al，Au電極與銅合金導線架間的的接合作業，做成100個接腳的接合樣品。接著將樣品以環氧樹脂密封后， 進行一百次_20°C x30分與180°C x30分的熱循環測試。(1)以重量百分比為0.4 15%的黃金(Au)、重量百分比為0.2% 5%的鈀(Pd) 或白金(Pt)中至少一種、重量百分比為0. 0001 0. 05%的Y、La、Ru、Ir、Eu、Yb、Gd、Be 中的至少一種、餘量為高純度的白銀，根據上述製備方法製備，並根據上述測試方法進行例 1 45的測試，得出熱循環後的斷裂率在1. 2%以下、剝離強度為10. 3 13. 4g、以及振動斷裂率在1. 4%以下的優異結果。
(2)其中重量百分比為0.4 10%的黃金(Au)、重量百分比佔0.5 2%的鈀 (Pd)或白金(Pt)中至少一種、重量百分比為0.0001 0.05%的￥、1^、肋、11~311、￥13、6(1、 Be中的至少一種、餘量為高純度的白銀的成分組合，在熱循環後的斷裂率為0%、剝離強度為12. 3 14. 2g、以及振動斷裂率為0%為最佳。(3)此外，在上述(1)和(2)中加入重量百分比為0.01 10%的銅，亦可達到前述的效果。銅的重量百分比在0. 0005 0. 05%之間也同樣可維持前述的效果。在比較例(1)中若只使用未添加本發明中的任何其它成分的高純度白銀時，測出之熱循環後斷裂率為5. 9%、剝離強度為1. 6g、振動斷裂率為4. 9%等不良結果。此外高純度白銀中雖然含有本發明的其它成份，但若如同在比較例(2)中，黃金 (Au)的含有量為0.4%以下，或是如比較例⑶中，黃金(Au)的含有量在10%以上時，熱循環後的斷裂率為2. 2 3. 8%、剝離強度為3. 2 4. Sg、振動斷裂率為2. 1 3. 6%，所得出的結果雖優於高純度黃金的案例，但仍以本發明之成分比例的效果較佳。
權利要求
1.一種半導體組件連接用合金導線，其特徵在於，所述合金導線中按重量百分比計，含有 0. 4-15% 的金、0. 2-5% 的鈀和鉬中的至少一種、0. 0001-0. 05% 的 Y、La、Ru、Ir、Eu、Yb、 GcUBe中的至少一種，其餘部分為白銀以及不可避免的不純物。
2.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述合金導線中，所述金的含量為 0. 4-10%。
3.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述合金導線中，金的含量為 0. 4-5%。
4.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述合金導線中，金的含量為 0. 4-1. 0%。
5.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述鈀和鉬中的至少一種的含量為 0. 5-2%。
6.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，在所述合金導線中，還含有重量百分比不高於10%的Cu。
7.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，在所述合金導線中，不純物的含量不高於0. 01%。
8.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述不純物的含量不高於0.005%。
9.根據權利要求1所述的合金導線，其特徵在於，所述不純物的含量不高於0.001%。
全文摘要
本發明公開了一種半導體組件連接用合金線，其特徵在於合金中按重量百分比計，含有0.4-15％的金、0.2-5％的鈀和鉑中的至少一種、0.0001-0.05％的Y、La、Ru、Ir、Eu、Yb、Gd、Be中的至少一種，其餘部分為白銀以及不可避免之不純物。本發明的合金線可以提高第二側邊接合性、剝離強度及振動斷裂性。
文檔編號C22C5/08GK102154574SQ20101050990
公開日2011年8月17日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者何守仁 申請人:東莞市正奇電子有限公司