用于球焊的包覆钯的铜丝制造技术

本发明专利技术是为了解决量产的焊丝在通过FAB形成熔球方面不稳定的问题而进行的，其目的在于提供一种丝的解卷性良好，并且可以形成稳定熔球的用于球焊的包覆钯的铜丝。一种用于球焊的包覆钯的铜丝，其特征在于，线径为10～25μm，在由铜或铜合金所形成的芯材上形成有钯包覆层，在该钯包覆层中存在有钯单独的纯净层，并且在该钯包覆层上形成有来自该芯材的铜的渗出层，该铜的渗出层的表面被氧化。此外，提供一种用于球焊的包覆钯的铜丝，其特征在于，线径为10～25μm，在由铜或铜合金所形成的芯材上包覆有钯包覆层和金表皮层，在该金表皮层上形成有铜的渗出层，该铜的渗出层的表面被氧化，并且在钯包覆层中存在有钯单独的纯净层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合于半导体装置所使用的IC芯片电极与外部引线等的基板连接的用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，特别是涉及即使为15μm以下的极细线仍可以得到稳定的熔球的包覆铜丝。
技术介绍
一般而言，在包覆铜焊丝与电极的第一接合中使用被称为球形接合的方式，在包覆铜焊丝与半导体用电路配线基板上的配线的第二接合中使用被称为楔形接合的方式。在前述第一接合中，通过电子火焰熄灭(EFO)方式，对包覆铜焊丝的顶端给予电弧热输入，由此使该顶端部熔融后，利用表面张力，使熔融物凝固，在焊丝的顶端形成被称为无空气球(FAB)的正球体。接着，一边将该初期球与前述电极在150～300℃的范围内进行加热，一边施加超声波进行压接，由此将其接合至芯片上的铝焊垫。此处，所谓FAB是指一边将氮或氮－氢等非氧化性气体或还原性气体向由焊头顶端延伸出的包覆铜焊丝的顶端喷吹，一边使焊丝的顶端火花放电，由此在焊丝顶端所形成的熔球。以往，对于连接半导体装置的IC芯片电极与外部引线的包覆铜丝，已经开发出各式各样的种类。例如，作为包覆钯(Pd)的铜丝，最初开发了一种纯净(無垢)的材料，在日本特开2004－014884号公报的0020段落中记载了，“对纯度99.9995％、200μm的Cu焊丝进行电镀，形成厚度0.8μm的镀Pd包覆层。将该镀覆丝进行拉丝，制作中心的Cu部(芯材)直径：25μm、Pd镀层厚度：0.1μm、芯材的显微维氏硬度：77的镀Pd的Cu焊丝”。但是，钯(Pd)外露的这种纯净的钯(Pd)包覆铜丝，拉丝模具的磨损严重，丝的解卷性(巻きほぐれ性)也差，因此是不适于大量生产的材料。此外，即使将纯净的钯(Pd)包覆铜丝量产，在连续形成FAB时，也存在有熔球不稳定的隐藏问题。之后，开发并提出了以钯(Pd)不外露的方式，将钯(Pd)作为包覆层的各种包覆材料。例如，在日本特开2012－39079号公报(后述的专利文献1)中公开了如下专利技术，即“一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，由以铜(Cu)或铜合金所形成的芯材、由钯(Pd)所形成的包覆层和表面层构成，且线径为10～25μm，其特征在于，上述包覆层是丝径的0.001～0.02倍膜厚的钯(Pd)包覆层，上述芯材包含0.5～99质量ppm的锆(Zr)、锡(Sn)、钒(V)、硼(B)、钛(Ti)中的至少一种，余量由纯度99.9质量％以上的铜(Cu)构成，前述表面层是由金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)或它们的合金形成的、通过金刚石模具连续拉丝至理论上的最终膜厚为1～7nm为止并且相对于前述包覆层的厚度形成为1/8以下的厚度的最上层的包覆层”。此外，在日本特开2010－225722号公报(后述的专利文献2)中公开了如下专利技术，即“一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，具有以铜(Cu)为主成分的芯材、和在该芯材之上的2种包覆层，其特征在于，前述芯材由铜(Cu)－1～500质量ppm磷(P)合金形成，并且前述包覆层由钯(Pd)或铂(Pt)包覆层和金(Au)表皮层形成”。此外，在日本特开2013－131654号公报(后述的专利文献3)中公开了如下专利技术，即“一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，是包含由铜(Cu)或铜合金所形成的芯材、由纯度99质量％以上的钯(Pd)所形成的中间包覆层的、经表面包覆的线径为10～25μm的用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，其特征在于，在成为前述中间包覆层的焊接接合界面侧的表面层上具有混在层，该混在层通过上述钯(Pd)和纯度99.9质量％以上的金
(Au)的热生长而形成，并且该混在层的钯表面经氢扩散处理，且基于扫描电子显微镜观察所得的剖面平均厚度为5nm以下”。上述3种包覆铜丝，通过使金(Au)表皮层尽可能变薄，从而使其接近最上层包覆钯(Pd)的纯净的钯(Pd)包覆铜丝的性质。然而，即使是包覆有金(Au)等表皮层的铜丝，也和纯净的钯(Pd)包覆铜丝同样地无法获得稳定的熔球。也就是说，即使包覆层的厚度为“5nm以下的表皮层(日本特开2010－225722号公报(后述的专利文献3))”，或“包覆层是线径的0.001～0.02倍膜厚的钯(Pd)包覆层，…理论上的最终膜厚为1～7nm…的最上层的包覆层(日本特开2012－39079号公报(后述的专利文献1))”，利用FAB的第一接合时的熔球形状也不稳定，结果第一接合时的接合强度不稳定。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012－39079号公报专利文献2：日本特开2010－225722号公报专利文献3：日本特开2013－131654号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术是为了解决量产的焊丝在通过EFO形成熔球方面不稳定的上述问题而进行的，其目的在于提供一种丝的解卷性良好，并且可以形成稳定熔球的用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝。用于解决问题的方法根据本专利技术人们的研究可知，熔球的不均匀并非是受到包覆层厚度的影响，而是取决于紧挨熔球上方的未熔融的包覆铜丝表面的表面性状。也就是说，在焊丝的第一接合时利用EFO的熔球的形成过程是
最初的熔融金属在焊丝顶端部分的丝表面上润湿爬升而使熔融体积膨胀，最终通过其表面张力而形成为正球体的熔球形状。另一方面可知，上述的纯净的钯(Pd)包覆铜丝由于模具磨损严重，因此焊丝的表面形状不均匀，对于预定的热输入能量，熔球的体积不稳定，因此熔球的形状不会形成为正球体，造成了接合强度不均匀的结果。此外可知，该丝的解卷性差的原因在于上述表面形状的不均匀。由于该原因，造成了纯净的钯(Pd)包覆铜丝的焊接特性比上述包覆有金(Au)等表皮层的铜丝更差的结果。此外，根据本专利技术人们的研究，上述包覆有金(Au)等表皮层的铜丝在其最表面被金(Au)等较厚地覆盖的位置，呈现出金(Au)等的表面性状，对于熔球，润湿性过好，熔球会上升至必要程度以上。此外，在最表面的金(Au)等较薄地覆盖的位置，呈现出钯(Pd)包覆层等的表面性状，对于熔球，润湿性不太好。因此可知，在形成熔球的丝表面上的润湿爬升量会产生差异，熔球的形状不会形成为正球体，造成了接合强度不均匀的结果。本专利技术人们做了进一步的研究，结果可知在包覆钯(Pd)的铜丝中，当纯净的钯(Pd)包覆层、或金(Au)包覆层与钯(Pd)包覆层的多重包覆层较薄时，如果在一定的温度条件下放置一定的时间，则紧挨包覆层下方的铜(Cu)由芯材内部贯穿包覆层，以预定的厚度渗出至最表面的整个面上。也就是说，获得了焊丝的新的隧道效应现象的见解。该隧道现象也可以由在隧道效应现象的前后焊丝的表面颜色产生变化而得到确认。此外，当增加上述放置时间时，在包覆铜丝的紧挨包覆层的下方的芯材中形成空隙(空洞)，由此也确认了该隧道现象的存在。因此，渗出至包覆钯(Pd)的铜丝的最表面上的铜(Cu)立即与大气中的氧结合而在其表面上形成稳定的铜氧化物。需要说明的是，形成了空隙(空洞)的丝明显无法发挥作为焊丝的性能。也就是说，包覆钯(Pd)的铜丝表面的表面性状是新形成的铜氧化物层的表面性状，而非纯净的钯(Pd)包覆层、或金(Au)表皮层的表面性状。另一方面，因隧道现象而渗出的铜(Cu)的渗出层，即使在室温下在大气中放置1个月，也没有增加，在形成的铜氧化物层的厚度上未观察到变化。这表示，纯净的钯(Pd)包覆层阻碍了硫化、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，其特征在于，线径为10～25μm，在由铜(Cu)或铜合金所形成的芯材上形成有钯(Pd)包覆层，在该钯(Pd)包覆层中存在有钯(Pd)单独的纯净层，并且在该钯(Pd)包覆层上形成有来自该芯材的铜(Cu)的渗出层，该铜(Cu)的渗出层的表面被氧化。

【技术特征摘要】
2015.02.23 JP 2015-0331701.一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，其特征在于，线径为10～25μm，在由铜(Cu)或铜合金所形成的芯材上形成有钯(Pd)包覆层，在该钯(Pd)包覆层中存在有钯(Pd)单独的纯净层，并且在该钯(Pd)包覆层上形成有来自该芯材的铜(Cu)的渗出层，该铜(Cu)的渗出层的表面被氧化。2.一种用于球焊的包覆钯(Pd)的铜丝，其特征在于，线径为10～25μm，在由铜(Cu)或铜合金所形成的芯材上包覆有钯(Pd)包覆层并且在包覆层的表面包覆有金(Au)，在该金(A...

【专利技术属性】
技术研发人员：天野裕之，滨本拓也，永江祐佳，崎田雄祐，三苫修一，高田满生，桑原岳，
申请(专利权)人：田中电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP