金合金细丝及其制造方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种金合金细丝，该合金含有０．５－０．９％（重量）铜和少量铂或至少一种碱土金属和稀土金属族的元素，该细丝显示出与金相近的比电阻和良好的强度／拉伸比。因而适宜作连接丝以及制造倒装晶片中的接触凸点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种联接半导体元件的金合金细丝以及该细丝的制造方法和应用。适于联接半导体元件的丝，亦称联接丝，应具有良好的电学性质和力学强度。丝的直径约为10-200微米，通常为20-60微米，可根据应用目的作相应的选择。联接丝的组成通常为高纯金或金合金，后者的优点在于强度较高，在合金组分份额较小的情况下，其电导率与金相近。例如，DE 16 08 161 C公布一种由金和0.001-0.1％的一种或数种稀土金属的合金，特别是和铈-混合金属或钇的合金，该合金用于制造组合开关的导线。这种金和少量稀土金属或钇的合金在加热温度达500℃时具有较好的强度特性和膨胀特性，而金的其它性质，诸如硬度，化学稳定性或电阻，基本上不受影响。金-稀土金属-合金作联接丝在DE 32 37 385 A(US 4 885 135),DE39 36 281 A(US 4 938 923),JP 5-179375 A,JP 5-179376 A,JP 6-112258 A,EP 0 743 679 A和EP 0 761 831 A中亦有描述。DE 32 37 385 A涉及一种具有高拉伸强度的金合金细丝，其金合金含0.0003-0.01％(重量)稀土金属，特别是铈，同时还含有锗、铍和/或钙。DE 39 36 281 A描述了一种联接半导体装置的较高纯金丝，该丝是金和少量镧、铍、钙和铂族元素，特别是铂和/或钯的合金。JP 5-179375 A和JP 5-179376 A涉及一种联接用的金合金细丝，该丝由较高纯度的金和0.0003-0.005％(重量)铝或镓，0.0003-0.003％(重量)钙和0.0003-0.003％(重量)钇、镧、铈、钕、镝和/或铍组成。化学文摘121卷，89287m提及，JP 6-112258 A公布了一种联接丝，其组成为一种金合金，该合金含有1-30％自和0.0001-0.05％钪、钇和/或稀土金属，亦可能含有0.0001-0.05％铍、钙、锗、镍、铁、钴和/或银。EP 0 743 679 A亦推荐了一种含铂的金-稀土金属合金联接丝，该合金由金和少量铂(0.0001-0.005％(重量))、银、镁和铕组成，有时亦可能含有0.0001-0.02％(重量)铈。EP 0 761 831 A描述了一种含铂和/或钯的金-稀土金属合金细丝，该合金的组成为0.1-2.2％(重量)铂和/或钯，0.0001-0.005％(重量)铍、锗、钙、镧、钇和/或铕，其余为金。该丝的制造过程是，将合金的组成元素在坩锅中熔化，将坩锅中熔化的合金从下至上冷却成铸锭，再经轧制、拉制和退火。该丝的拉伸率为3-8％，杨氏弹性模数为6800-9000kgf/mm2。EP 0 288 776 A2涉及由铝金属化的联接，其掺杂有铜，以改善硬度和强度，因此它不太适合于具有较低硬度的掺杂铍的标准金联接丝。所以推荐用一种合金联接丝联接由掺杂铜的铝形成的接触焊盘，其组成为金和0.01-1％(重量)铜，该丝的硬度与掺杂过的铝的硬度相匹配。DE 39 90 432 C2(=US 5 491 034 A)公布了一种含铜联接丝。该联接丝用于联接半导体元件的电极和外部接头，该丝由含至少1-＜5％(重量)的铜的金合金制成。该联接丝还可添加0.0003-0.01％(重量)的钙、锗、铍、镧和/或铟以及至少1％(重量)和最多5％(重量)的铂。联接丝的制造是将金合金在一个真空熔化炉中熔化、拉丝，然后在200-600℃下热处理(退火)。热处理按常规进行，其目的在于改善由于拉制产生的不良的变形性和延伸率。由于随改善变形性而会出现降低强度，因此要选择影响强度的合金组分的种类和数量及热处理条件，使变形性和强度两者皆满足各自的要求。联接丝的强度将随铜组分的提高而增大。JP 01-87734 A(日本专利文摘)公布了一种细丝，它由金和含0.05-0.3％(重量)的至少一种下列元素组成铜、铝、钇、镍、钴、钛、钨、硅、锆、钙、钯、钌、铱、铂、银、和锇。该细丝具有良好的拉伸性和很好的力学性质。JP 08-199261 A(日本专利局-日本专利文摘)描述了一种联接丝，它由高纯金和含0.1-2％(重量)铜、0.01-0.1％(重量)钯、还可能含0.0001-0.01％(重量)锡和/或0.0001-0.01％(重量)的至少一种下列金属组成钙、铍、锗、稀土金属、锶、钡、铟、和钛。联接丝的强度足够避免嵌入有塑料的半导体元件中相邻联接回路的接触缺陷。在选择联接丝时，除了特殊的化学和物理性质外，在给定拉伸率下要求强度尽可能高。因此，本专利技术之目的在于找出一种具有前言所述特性金合金细丝，该细丝具有尽可能好的强度/拉伸比，而且其电导性与纯金细丝的差别尽量小。此外，还要提出一种方法，使其能以经济上有利的方法连续制造细丝。该细丝应既适于作联接丝又适于制造倒装晶片技术中所谓的球状凸缘(Ball-Bumps)，例如DE 44 42 960 C中所述。上述目的是通过一种金合金细丝来达到的，按本专利技术之特征在于，金合金是由0.5-0.9％(重量)铜、0.5-0.95％(重量)铂、其余为金所组成。上述目的亦可通过一种金合金细丝来达到，按本专利技术其特征在于，该金合金由0.5-0.9％(重量)铜、0.0001-0.1％(重量)的至少一种选自碱土金属和稀土金属族的元素、0-1％(重量)铂、其余为金所组成。按本专利技术之含义，“碱土金属”系指铍、镁、钙、钡和锶，“稀土金属”系指镧(原子序数57)和镧之后的14个元素即从铈(原子序数58)至镥(原子序数71)，在专业文献中亦称“镧系元素”。碱土金属含量和/或稀土金属的含量宜在0.001-0.01％(重量)，如含有铂，则铂含量宜在0.1-0.9％(重量)。碱土金属优选铍、镁、钙或至少由两种上述碱土金属的混合物组成。如由铍和钙组成混合物，则铍和钙各占50％(重量)尤为适宜。稀土金属优选铈或由铈和一种或数种原子序数为57和59-71的稀土金属所组成的混合物，铈-混合金属尤为适宜。铈-混合金属通常系指50-60％铈、25-30％镧、10-15％钕、4-6％镨、和1％铁以及少量其它稀土金属(“吕姆普化学百科全书”(Rmpp Chemie Lexikon),Georg Thieme VerlagStuttgart-New York,Band 1,10.Auflage(1996),647)。与普通联接丝直径相同的本专利技术的细丝，其性质能完全满足作联接丝的要求，它的突出特点在于其电导性高，电导用比电阻量度(见表Ⅷ)，另一特点为与拉伸有关的强度非常高。(见图)。令人惊异的是，本专利技术所选择的合金组分铜和碱土金属和/或稀土金属的种类和数量还能使由退火带来的强度损失减小。(见表Ⅸ)。细丝很适宜的强度/拉伸比有助于获得高质量的联接。附图表示本专利技术的数种细丝(例1-6)及作为比较的非本专利技术之细丝(例7)的强度(抗拉强度)与拉伸(断裂拉伸)的关系。本专利技术之细丝在给定拉伸下具有较高的强度。表Ⅷ给出了例中所述的本专利技术的细丝及用作比较的非本专利技术的细丝的化学组成及其比电阻。表Ⅸ列出在拉伸硬化状态(ziehharten Zustand)和拉伸约为4％的例1-7所述之细丝的强度值，并表明添加铍，钙和铈对强度的影响。铍、钙和铈减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体元件连接的金合金细丝，其特征在于，该金合金由０．５－０．９％（重量）铜、０．０５－０．９５％（重量）铂、其余为金所组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C西蒙斯，G赫尔克罗茨，L施雷普勒，J罗伊尔，YC仇，
申请(专利权)人：WC贺利氏股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]