接合性、直線前進性及耐樹脂流動性好的焊線用金合金線的製作方法

2023-05-12 00:55:36

專利名稱：接合性、直線前進性及耐樹脂流動性好的焊線用金合金線的製作方法
技術領域：
本發明涉及為了將電晶體、LSI、IC等半導體元件的晶片電極與外部金屬線部連接而使用的接合性，直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線。
背景技術：
眾所周知，通常，作為為了連接電晶體、LSI、IC等半導體元件的晶片電極和外部金屬線部的焊線，使用在高純度金中含有Ca、Be、Eu、Nb、Mg、Y、La、Ge、Ag、Pt等組成的焊線用金合金線。例如，專利文獻1中記載了由具有如下組成的金合金線構成的焊線，在含有不到0.001質量％的不可避免雜質、純度為99.999質量％以上的高純度金中，使其含有Ca0.0001～0.003質量％、Be0.0001～0.001質量％、Eu0.0001～0.004質量％、Nb0.0001～0.003質量％，並且，它們的共計添加量為0.0013～0.01質量％；再譬如，在專利文獻2中記載了一種楔形焊接用金金合金線，其中，金的純度為99.9質量％以上，含有Ca 1～100質量ppm，並且根據需要含有Mg、Y、La、Eu、Ge、Ag、Pt中的至少一種1～100質量ppm，同時根據需要還含有Be 1～20質量ppm，其拉伸強度為33.0kg/mm2以上，伸長率為1～3％。
專利文獻1日本專利公開平6-33168號公報專利文獻2日本專利公開平10-98063號公報近年，由於隨著半導體元件集成化的進展，半導體元件的Al墊面積變小，變成了使用耐熱性低的基板，所以與以前相比，要求要在低溫、小接合面積上獲得良好的接合。
再者，隨著半導體元件集成化的進展，半導體元件的晶片電極的間隔變窄，因此，線間隔變窄，所以對作為半導體焊線使用的金合金線的線徑要求更加細。
另外，另一方面，將半導體元件的晶片電極與外部金屬線部接合的回線部的長度(以下，稱回線長度)變長，同時，與平行焊接的相鄰回線的間隔就變窄。
為了應對上述現狀，若將作為焊線使用的金合金線的線徑更加細，則當把繞著的金合金線從線軸取出時，在金合金線上容易發生捲曲或蜿蜒(彎曲或變彎)，而且，若使用這種存在捲曲或蜿蜒(彎曲或變彎)的金合金線進行焊接，則因相鄰的焊線接觸而發生短路，而出現半導體晶片的不良品，且成品率降低。特別是若由金合金構成的焊線的線徑不到20μm，則在剛從線軸抽出的線上容易發生捲曲或蜿蜒(彎曲或變彎)。將剛從線軸抽出的線上不發生捲曲或蜿蜒(彎曲或變彎)，而且通過焊接形成的回線與相鄰的回線不接觸的性質叫做焊線的直線前進性，若這種直線前進性不到，則因與相鄰的回線接觸而短路，產生半導體裝置的不良品，而成品率降低。
另外，將線焊接而形成回線後，用樹脂模塑，但模塑時，若焊線被樹脂流動，則因與相鄰的回線接觸而短路，產生半導體裝置的不良品，而成品率降低。對於該樹脂的流動，以往的焊線用金合金線的線徑為25μm或30μm時，很少成為問題。然而，隨著半導體元件的高集成化的進展，半導體元件的晶片電極的間隔變窄，為了應對這些，將線的線徑弄細而進行焊接，但是，當線徑不到20μm時，樹脂模塑時回線容易被流動。因此，即使線徑細的線也有必要具有不易發生樹脂流動的特性(以下，將該特性稱為耐樹脂流動性)。

發明內容
在此，本發明的發明者，為了開發接合性、直線前進性優秀，且焊線不被樹脂流動的性質(以下，將該性質稱為耐樹脂流動性)優秀的焊線用金合金線，進行研究的結果如下1.含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免雜質組成的金合金線；
2.含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免雜質組成的金合金線；3.含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免雜質組成的金合金線；4.含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免雜質組成的金合金線；5.在上述1-4所述的金合金線上、還含有Ag1～10ppm，且其餘的由Au及不可避免雜質組成的金合金線中，其金合金線的0.2％耐力、楊氏模量、伸長率會影響到接合性、直線前進性及耐樹脂流動性，通過規定這些，可使其接合性、直線前進性及耐樹脂流動性進一步提高，若含有這些特定成分組成的焊線用金合金線的0.2％耐力為σ0.2、楊氏模量為E、伸長率為EL時，則滿足E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％的條件，從而可進一步提高焊線用金合金線的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性。
本發明由下列研究結果構成，其特徵在於(1)一種焊線用金合金線，其中，含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質成分組成，當該焊線用金合金線的0.2％耐力為σ0.2、楊氏模量為E、伸長率為EL時，則滿足E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％條件的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線；(2)一種焊線用金合金線，其中，含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質成分組成，當所述焊線用金合金線的0.2％耐力為σ0.2、楊氏模量為E、伸長率為EL時，則滿足E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％條件的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線；(3)一種焊線用金合金線，其中，含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質成分組成，當所述焊線用金合金線的0.2％耐力為σ0.2、楊氏模量為E、伸長率為EL時，則滿足E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％條件的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線；(4)一種焊線用金合金線，其中，含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質成分組成，當所述焊線用金合金線的0.2％耐力為σ0.2、楊氏模量為E、伸長率為EL時，則滿足E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％條件的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線；(5)上述焊線用金合金線，還含有Ag1～10ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質成分組成的、上述(1)、(2)、(3)、(4)所述的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線。
本發明的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，通過將具有上述(1)～(5)所述的成分組成的金合金線原材料伸線加工至所定直徑，而製造焊線用金合金線；在將得到的金合金線原材料退火的焊線用金合金線的製造工程中，在比以往退火溫度低的550℃以下進行退火製造。上述金線原材料的伸線加工時1模(ダィス)的斷面收縮率為比以往的斷面收縮率低的5％以下為宜。
以下，對於在本發明的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線中，將成分組成、0.2％耐力σ0.2、楊氏模量E、伸長率EL如上述限定的理由進行說明。
成分組成(a)CaCa成分，有比Au的原子半徑大，使Au的結晶格子變歪，提高焊線用金合金線的機械強度及無空氣球的加工硬化性的同時，還提高再結晶溫度、降低焊線用金合金線回線高度的效果。但是，即使添加Ca 40ppm未滿，因無空氣球的加工硬化性低，而接合性低，且強度低，不能滿足楊氏模量E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3的條件，所以不太理想。另一方面，若含有Ca 80ppm以上，則在球焊時形成的無空氣球的表面上生成大量的氧化物，且在無空氣球底部中央形成對接合不起作用的大縮孔，使最初焊接的接合性降低，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線中包含的Ca定為40～80ppm。
(b)EuEu成分，有比Au的原子半徑大，使Au的結晶格子變歪，提高焊線用金合金線的機械強度及無空氣球的加工硬化性的同時，還提高再結晶溫度、降低焊線用金合金線回線高度的效果。但是，即使添加Eu 5ppm未滿，也無法確認強度及接合性的提高，另一方面，若含有Eu 40ppm以上，和Ca同樣，則在球焊時形成的無空氣球的表面上生成大量的氧化物，且在無空氣球底部中央形成對接合不起作用的大縮孔，使最初接合的接合性降低，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線中包含的Eu定為5～40ppm。
(c)BeBe比Au的原子半徑小，同樣使Au的結晶格子變歪，提高焊線用金合金線的機械強度，另外，由於與Ca及Eu同時含有，而具有降低再結晶溫度的效果，所以具有可提高回線高度的、可實現適當回線高度的效果，必要時可添加。但是，添加量不到1ppm時，得不到預定效果，另一方面，若含有10ppm以上，則在無空氣球表面上生成大量的氧化物，且縮孔增大，發生球正上方及球部的結晶粒徑增大，使壓接球部的真圓性降低，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線中包含的Be定為1～10ppm。
(d)Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu鹼土金屬Ba及Sr、周期表5b族的Bi、以及稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu也具有提高焊線用金合金線的機械強度並且提高無空氣球的加工硬化性的效果，因此，根據需要添加。但是，其添加量不到5ppm時，得不到預定效果，另一方面，若超過19ppm含有，則在無空氣球表面生成大量的氧化物，且在無空氣球底部中央形成對接合不起作用的大縮孔，使最初接合的接合性降低，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線中包含的這些成分定為5～19ppm。
(e)Ag
Ag，根據需要可含有0.5～10ppm。這是因為Ag即使含有0.5～10ppm也幾乎不對特性產生影響。但是，若超過10ppm添加，最初接合的接合性降低，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線中包含的Ag成分定為0.5～10ppm。
機械特性楊氏模量E若楊氏模量E小於75GPa，金屬線焊接後模塑時，焊線被樹脂大大流動，結果，與相鄰的回線接觸，短路的頻度增大，降低半導體晶片的成品率，所以不太理想。因此，將本發明的焊線用金合金線的E定為75GPa以上。
σ0.2/Eσ0.2/E的值越大，焊線用金合金線的直線前進性也提高，當σ0.2/E為2.2×10-3以上時，因直線前進性急劇提高，所以定為(σ0.2/E)≥2.2×10-3。
延伸EL延伸EL在3％或其以下時，直線前進性很低，延伸大於10％時，很多成為E＜75GPa、或(σ0.2/E)＜2.2×10-3，直線前進性降低，所以不太理想。因此，將焊線用金合金線的EL定為3％＜EL≤10％。
本發明中，焊線用金合金線的斷裂伸長率EL(％)、0.2％耐力σ0.2(Pa)以及楊氏模量E(Pa)的測定是在室溫下、焊線用金合金線的標點間距離100mm，拉伸速度10mm/分的條件下，由拉伸試驗機拉到斷裂為止而測定的。
在此，將變形和拉伸應力定義如下變形＝焊線用金合金線的延伸(mm)/100mm，拉伸應力(Pa)＝拉伸負荷(N)/焊線用金合金線的初期截面面積(m2)斷裂伸長率EL(％)、0.2％耐力σ0.2(Pa)及楊氏模量E(Pa)的定義如下斷裂伸長率EL(％)＝斷裂時的變形×100＝[斷裂時的延伸(mm)/100(mm)]×1000.2％耐力σ0.2(Pa)向焊線用金合金線施加0.2％的永久變形時的拉伸應力(Pa)，楊氏模量E(Pa)在拉伸應力與變形成正比的範圍內，拉伸應力與變形的比，即拉伸應力(Pa)/變形如上所述，使用本發明的焊線用合金線進行接合時，很少與相鄰回線接觸，可使半導體裝置的成品率提高等，給產業帶來良好的效果。
具體實施例方式
將線徑50μm、具有表1～12所示成分組成的金合金線原材料，以1模斷面收縮率4.8％進行伸線加工，製成線徑18μm的金合金線，將該金合金線按表13～24所示的溫度退火，製成本發明的焊線用金合金線(以下，稱作本發明金屬線)1～184、比較焊線用金合金線(以下，稱作比較金屬線)1～42以及以前焊線用金合金線(以下，稱作原金屬線)1～5，並卷到半徑50mm的中間線軸上。其中，在退火及卷繞工程中，使金屬線進路變更用滑車的半徑全部為9mm。往卷繞在中間線軸的金屬線上塗潤滑劑，往半徑25mm的線軸上卷繞2000m，將金屬線端部的15m扔掉，測定金屬線的伸長率EL、楊氏模量E、0.2％耐力σ0.2，進一步算出σ0.2/E，將其結果表示在表13～24中。進行這些測定所用的樣品，長度全部10cm，樣品數5個，取其平均值表示在表13～24中。將具有表13～24所示機械特性的本發明的金屬線1～184、比較金屬線1～42以及原金屬線1～5安裝到KulickeSoffa制的焊線機(馬庫薩姆普拉斯，(マクサムプラス))上，在下列條件下進行焊接加熱溫度130℃，墊間距45μm間隔回線(loop)長度5mm，回線高度220μm，球徑34μm，球高8μm製造10000條回線，進行關於直線前進性、接合性及球的真圓性評價。
直線前進性通過測定相鄰回線之間的接觸部位的個數，將其結果表示在表13～24中來評價其直線前進性。
接合性
通過測定最初(first)接合部沒接合的個數(ball lift數)、將其結果表示在表13～24中來評價其接合性。
球的真圓性通過對每個樣品觀察100個壓接球，全部良好時圈上○，有1個不良時打上×，將其結果表示在表13～24中來進行評價。
對具有表13～24所示機械特性的本發明的金屬線1～184、比較金屬線1～42以及原金屬線，進行下列評價回線高度通過將具有表13～24所示機械特性的本發明的金屬線1～184、比較金屬線(wire)1～42以及原金屬線1～5安裝到KulickeSoffa制的焊線機(馬庫薩姆普拉斯)上，不轉折，在球徑34μm、球高8μm、回線長度1mm的條件下，形成回線，使用光學顯微鏡，測定回線最高處和金屬線框架的高度，將其差作為回線的高度求出，並將其結果表示在表13～24中來進行回線高度評價。
耐樹脂流動性通過將搭載回線長度3.5mm條件下接合的半導體晶片的金屬線框架採取模塑裝置、使用環氧樹脂封裝後，使用軟X射線非破壞性檢驗裝置，對樹脂封裝的半導體晶片內部進行X線投影，測定20條金屬線流動最大部分的流動量，將其平均值用回線長度相除所得的值(％)定義為樹脂流動性，測定該樹脂流動性，將其結果表示在表13～24中來進行耐樹脂流動性評價。
表1～24所示的結果表明，本發明的金屬線1～184的直線前進性、接合性、球的真圓性以及耐樹脂流動性良好，特別是接合性、直線前進性及耐樹脂流動性良好，而比較金屬線1～42及原金屬線1～5中，這些特性的至少一種不良。
另外，實施例表明，回線高度，根據設備不同要求的值也不同，雖沒有優劣，但可通過添加Be＞1ppm進行調節。










*表示不符合本發明條件的值。


*表示不符合本發明條件的值。


*表示不符合本發明條件的值。











*表示不符合本發明條件的值。



*表示不符合本發明條件的值。
權利要求
1.一種焊線用金合金線，是接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，其具有含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質構成的成分組成，其中，當將該焊線用金合金線的0.2％耐力設為σ0.2、楊氏模量設為E、伸長率設為EL時，滿足下列條件E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％。
2.一種焊線用金合金線，是接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，其具有含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質構成的成分組成，其中，當將該焊線用金合金線的0.2％耐力設為σ0.2、楊氏模量設為E、伸長率設為EL時，滿足下列條件E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％。
3.一種焊線用金合金線，是接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，其具有含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質構成的成分組成，其中，當將該焊線用金合金線的0.2％耐力設為σ0.2、楊氏模量設為E、伸長率設為EL時，滿足下列條件E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％。
4.一種焊線用金合金線，是接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，其具有含有Ca40～80ppm、Be1～10ppm、Eu5～40ppm，還含有Ba、Sr、Bi、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的一種或兩種以上共計5～19ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質構成的成分組成，其中，當將該焊線用金合金線的0.2％耐力設為σ0.2、楊氏模量設為E、伸長率設為EL時，滿足下列條件E≥75GPa，(σ0.2/E)≥2.2×10-3，3％＜EL≤10％。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線，其特徵在於所述焊線用金合金線具有還含有Ag0.5～10ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質的成分組成。
全文摘要
本發明提供一種接合性、直線前進性及耐樹脂流動性優秀的焊線用金合金線。該種焊線用金合金線具有含有Ca40～80ppm、Eu5～40ppm，且其餘的由Au及不可避免的雜質構成的成分組成，其中，當將該焊線用金合金線的0.2％耐力設為σ
文檔編號C22C5/02GK1793393SQ20051013692
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月20日 優先權日2004年12月21日
發明者牧一誠, 中田有治, 長尾昌芳 申請人:三菱綜合材料株式會社