金合金焊线制造技术

提供一种金合金焊接细线，其具有所需的强度、良好的焊接性、长期稳定性以及改善了的压接球圆形度和熔融球球形度。该金合金焊线含有：在金合金基质中作为痕量元素的１０－１００质量ｐｐｍ的Ｍｇ、５－１００质量ｐｐｍ的Ｃｅ和每种元素含量为５－１００质量ｐｐｍ的选自Ｂｅ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｅｕ和Ｓｉ中的至少一种，其中Ｂｅ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｅｕ和Ｓｉ的总含量为５－１００质量ｐｐｍ，或者作为痕量元素的Ｍｇ、Ｂｅ和选自Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ和Ｓｉ中的至少一种，或者作为痕量元素的１０－１００质量ｐｐｍ的Ｍｇ、５－３０质量ｐｐｍ的Ｓｉ、５－３０质量ｐｐｍ的Ｂｅ和５－３０质量ｐｐｍ的选自Ｃａ、Ｃｅ和Ｓｎ中的至少一种，所述金合金基质含有在高纯金中总量为０．０５－２质量％的选自Ｐｄ和Ｐｔ中的至少一种的高纯元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于半导体元件引线焊接的金合金焊线，其用于实现电路板的外部引线与半导体集成电路元件上的电极之间的连接，更具体地涉及使得第一焊接和第二焊接的焊接性得到改善的金合金焊线以及使得熔融球球形度和压接球圆形度得到改善的金合金焊线。
技术介绍
通常，作为用于实现外部引线与半导体装置中使用的半导体芯片电极之间的连接的直径约为25-35μm的线，含有纯度不低于99.99质量％的高纯金的金合金焊线得到了广泛应用。在金合金焊线的连接方法中，对于第一焊接，一般主要采用超声波-热压粘接联用法。采用该方法时，通过电弧加热线的一端使其熔化，并在表面张力作用下形成熔融球，紧接着将球体部分压贴到已经加热到150-300℃温度范围内的半导体元件电极上面。而对于随后的第二焊接，则通过超声波压接将焊线直接楔形连接到外部引线的侧面。为了得到能够使用的半导体元件例如晶体管或IC，采用上述方法用焊线进行焊接后，还要在半导体芯片相附着的部分用环氧树脂进行密封来对半导体芯片、焊线和引线框等进行保护。近来，不断要求将半导体元件制造得更加简洁和精密，并要求不断改善其性能和可靠性。其中，金焊线所需具备的性能已经变得更加多样化，并且已经形成这种情况，也就是，即使将金焊线制备得更加精细以应对半导体芯片管脚数量的不断增加和随之出现的脚距的减小，但关于必要强度、第一焊接的球的圆形度和第二焊接的焊接可靠性等性能仍要求焊接具有更好的长期可靠性。特别是由于将半导体元件制备得更加简洁和精密的同时还要求其具有更高的性能，所以降低了半导体元件的尺度。伴随之，单位面积上的输入/输出终端数量增加，同时Al焊盘脚距(焊盘中心的间距)也从100μm降至80μm，并进一步降至60μm。因此焊线的直径也开始从25μm降至23μm或更低，在某些情况下，已经进行了10μm级的线直径的试验。然而，由于焊线直径的降低，使线自身的绝对刚性也降低，因此已经开始产生一些对于直径为25μm的线而言则不会产生的问题。例如，如果线直径降低造成刚性的降低，则会发生所谓的“倾斜”问题并最终发生接触，在所述“倾斜”问题中，第一焊接与第二焊接之间的架线倒向一边并由此降低了邻线间隙。另外，由于密度的增加，焊接点处产生的热量会增加。如果在高温环境中长时间使用，Au线和第一焊接上的Al焊盘之间的界面上的金属间化合物的生长则会快速进行，其结果是，由于生成的金属间化合物所造成的球形焊接性降低的问题变得明显。而且，在模塑树脂中包含的组分的影响下，腐蚀也会成为问题。为了解决这些问题，已经进行了添加了不同比例的各种元素的试验。通过向Au中添加贵金属元素例如Pd来提高刚性，已经从纯金线引出金合金线，并且已经尝试通过添加一种或多种痕量元素来改善各种性能。在一个例子中，通过延迟焊线(球)和与焊线相连接的Al合金之间界面上的Au-Al相互扩散，已经抑制了金属间化合物的生长。对于向金合金线中添加痕量元素的情况，痕量元素相对于金合金线的浓度越高，则金合金线的绝对刚性也会变得越高，同时各种性能也会变得越好，但另一方面，也出现了不良性能。一个例子是，当环成型性能提高时，由于加入到金合金基质中的元素恶化了金球的成形性。楔形接合性也会恶化。此外，也会出现由添加到金合金基质中的元素所造成的金合金球硬度增加这一缺陷。因此会出现诸如熔融球或压接球变成畸形的问题，从而造成难以在窄脚距下进行球形焊接，或者造成芯片开裂增加；所以痕量元素的添加量不能大。例如，对于单独加入Ca元素来确保强度的情况，部分Ca会在细线的表面沉积，然后沉积的Ca被氧化而形成表面氧化膜，并造成第一焊接的球形和焊接性一直不稳定的问题，因此压接球的圆形度变差，同时第二焊接的楔形接合性也变差。另外，在向金合金中加入了多种类型元素的复杂情况下，这些元素在金合金中的作用方式会比较复杂，并可能会沉积在熔融球表面上，因此不能得到良好的初始焊接，同时还存在一种不断增加的趋势，即不再可能实现可靠的第一焊接和良好的第二焊接焊接性。总之，目前的情况是，通过选择合金化元素的种类和用量能够使其达到一个平衡从而来实现细线所需的线性能；由于对细线的线性能要求变得更高，所以对元素组合的探索是无止境的。下面是对几份现有技术文献公开的焊线合金中添加的元素的简述。日本专利3064692号公开了“半导体元件焊线，其中向高纯金中添加了1重量％的高纯Pd，另外还添加了总量为0.0001-0.005重量％的选自Fe、Si、Be、Ca、Ge、Y、Sc和其他稀土元素中的至少一种”。其中，举出“直径为25μm的焊线”作为实施例。日本专利特开平9-321075号公报公开了“焊线，其特征在于含有0.0003-0.003重量％的Ca、0.0005-0.01重量％的Mg和总量为0.01-2.0重量％的选自Pt、Pd和Cu中的至少一种，以及余量的Au和不可避免的杂质”。其中，举出“直径为0.025mm的合金线”作为实施例。日本专利特开平11-222639号公报公开了“用于将半导体元件彼此相连接的含有金合金的细线，其特征在于金合金含有0.5-0.9重量％的铜、0.05-0.95重量％的铂和余量的金”，并进一步公开了其中添加有“0.0001-0.1重量％的选自碱土金属和稀土金属中的至少一种”的金合金。其中，“碱土金属是铍、镁和/或钙”，而“稀土金属是铈”。在该公报中，举出“30μm的直径”作为实施例。日本专利特开平11-87396号公报公开了“用于将半导体结构元件彼此相连接的含有金合金的细线，该细线含有含铈混合稀土的金合金，其特征在于该金合金含有0.05-0.95重量％的铂、0.001-0.1重量％的铈混合稀土、0-0.1重量％的碱土金属和余量的金，其中至少50重量％的稀土金属是铈”，此外还述及“碱土金属含有铍与钙的混合物”及“钯部分地或全部地替代铂”。其中关于现有技术，述及“线的直径能够为约10到200μm，通常为约20到60μm。该直径是依据使用目的进行的选择”和“直径为30μm的线”，并举出“直径为25μm的线和直径为30μm的线”作为实施例。日本专利特开平11-214425号公报公开了“用于半导体元件引线焊接的金合金线，其特征在于向高纯金中添加了0.1-3.0重量％的选自Zn、Co、Mo和Cr中的至少一种和1-100重量ppm的选自La、Eu、Be、Y和Ca中的至少一种”，并述及可以进一步“加入1-500ppm的选自Bi、Yb、Sb、Mg、In、Ru和Ir中的至少一种”，以及“进一步加入0.01-2.0重量％的选自Pd、Pt、Cu和Ag中的至少一种”。其中，举出“30μm的直径”作为实施例。日本专利特开2003-133362号公报公开了“金合金焊线”，在下述情况下，“模塑树脂是含有浓度不超过0.1质量％的溴和总浓度(Rp)为0.01质量％或更高的选自P、Mg和Al中的至少一种”，所述金合金焊线包括具有“C1＝0.005-1.5质量％”的“金合金焊线”，或具有“C1＝0.005-1.5质量％”、“C2＝0.001-0.06质量％”和“C3＝0.001-0.05质量％”的“金合金焊线”，假定“C1为选自Cu、Pd、Pt、Zn和Ag中的至少一种元素的总浓度”、“C2为选自Ca、Ce、Eu、Dy和Y中的至少一种元素的总浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有金合金的金合金焊线，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基质中，该金合金基质包含在高纯金中总量为０．０５－２质量％的至少为９９．９质量％的高纯度的选自Ｐｄ和Ｐｔ中的至少一种，所述高纯金的纯度至少为９９．９９质量％；其中所述痕 量元素包含１０－１００质量ｐｐｍ的Ｍｇ、５－１００质量ｐｐｍ的Ｃｅ和每种元素含量为５－１００质量ｐｐｍ的选自Ｂｅ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｅｕ和Ｓｉ中的至少一种，Ｂｅ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｅｕ和Ｓｉ的总含量为５－１００质量ｐｐｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：村井博，千叶淳，手岛聪，
申请(专利权)人：田中电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]