專利名稱：焊球接合用金合金線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)焊球接合用金合金線，與接合線伸長(zhǎng)率4%時(shí)的拉伸試驗(yàn)的裂斷載 荷(以下稱為接合線強(qiáng)度)優(yōu)越，于形成熔融焊球之際的熔融焊球表面上較少有由于氧化 物引起的污垢或空洞，熔融形成的焊球形狀的穩(wěn)定性(以下稱為「熔融焊球」形成性)優(yōu) 越，焊球壓接已熔融形成的焊球時(shí)的壓接焊球形狀的真圓性(以下稱為壓接焊球形狀的真 圓性)優(yōu)越，通過毛細(xì)管頂壓接合線至引導(dǎo)框架(lead frame)或基板等并予接合的針腳式 接合性(stitch bonding以下稱為針腳式接合性)優(yōu)越的金合金線。
背景技術(shù)：
于連接IC芯片的電極與外部配線時(shí)，采用經(jīng)接合線配線的接合線接合的方法是 為人所知的。其中作為接合IC芯片的Al電極及接合線的方式，以超音波并用熱壓接及超音 波接合占有主流。因此，超音波并用熱壓接通常是利用焊球接合方法予以進(jìn)行。采用后述 的專利文獻(xiàn)(日本專利第3657087號(hào)公報(bào))所示的圖面說(shuō)明利用焊球接合方法的接合法。如圖1 (a)所示，接合線2細(xì)通過毛細(xì)管壓接工具1 (capillary ；以下稱「毛細(xì)管」) 的接合線插通孔而由毛細(xì)管尖端部的細(xì)孔被送出，使電氣火炬3與該尖端對(duì)向，通過使于 與接合線2之間放電，加熱、熔融接合線2的尖端，形成焊球4。接著，如圖1(b)所示般，使毛細(xì)管1下降并予壓接(第一次接合)該焊球4至IC 芯片6上的Al電極5之上。此時(shí)雖未予圖標(biāo)，但超音波振動(dòng)通過毛細(xì)管1予以附加的同時(shí)， IC芯片6由于受加熱塊加熱，故上述焊球4經(jīng)予熱壓接而形成焊球4’。其后，如圖1(c)所示般，毛細(xì)管1是描繪指定的軌跡，移動(dòng)于引導(dǎo)框架的外部配線 8的上面并下降。此時(shí)雖未予圖標(biāo)，但超音波振動(dòng)通過毛細(xì)管1予以附加，外部配線8由于 受加熱塊加熱，故接合線2側(cè)面是經(jīng)予熱壓接(稱作針腳式接合)。其后，如圖1 (d)所示般，通過挾持器7在保持挾持著接合線2的狀態(tài)下上升，接合 線2經(jīng)予切斷而結(jié)束配線。通常焊球接合用金合金線，于接合線強(qiáng)度、熔融焊球形成性、壓接焊球形狀的真圓 性、針腳式接合性需能耐實(shí)用。此外，通常的焊球接合線的伸長(zhǎng)率雖然是予以設(shè)定成2 6%，但如果考慮環(huán)狀(loop)形成性時(shí)，伸長(zhǎng)率以于3%為佳，以于4%為更佳。另一方面，作為楔形接合(wedge bonding)用金合金線，于專利文獻(xiàn)1，已予以開 發(fā)著高純度金內(nèi)添加鈣(Ca) 1 100質(zhì)量ppm的金合金線，以該金合金線的金純度99. 9質(zhì) 量％以上，抗拉強(qiáng)度33.0kg/mm2以上，伸長(zhǎng)率1 3%為特征的金合金線。此金合金線高 溫的接合強(qiáng)度優(yōu)越，較適合作為IC芯片高密度配線，通過楔形接合予以接合。通過楔形接 合的接合部，如圖2(b)所示是具有崩散寬度為可予控制的接合線直徑的1. 5 2. 5倍的特 征。但是，如果欲利用這一金合金線作為焊球接合線時(shí)，壓接焊球形狀的真圓性會(huì)變 差，所以未能進(jìn)行穩(wěn)定的焊球接合。再者，伸長(zhǎng)率較低，所以較難描繪出弧形形狀，弧形形成 性變差。因此用途則予限定于楔形接合，被限定于對(duì)象的半導(dǎo)體裝置的范圍。
專利文獻(xiàn)1 日本專利第3657087號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開平10-4114號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供與楔形接合用金合金線相同的接合線強(qiáng) 度優(yōu)越的金合金線，且熔融焊球形成性及壓接焊球形狀的真圓性優(yōu)越，再者可對(duì)應(yīng)于針腳 式接合性優(yōu)越的半導(dǎo)體裝置的高密度配線的金合金線。本發(fā)明對(duì)接合線強(qiáng)度優(yōu)越的金合金線，經(jīng)精心研究的結(jié)果，如果鈣(Ca)為銪(Eu) 及鑭(La)合計(jì)的質(zhì)量以下時(shí)，且釔(Y)為銪(Eu)及鑭(La)合計(jì)的質(zhì)量以下時(shí)，則于指定 范圍的Ca-Mg-Eu-La-Y的微量添加元素而成的金合金，發(fā)現(xiàn)于接合線強(qiáng)度及熔融焊球形成 性及壓接焊球形狀的真圓性方面可發(fā)揮優(yōu)越的效果，以至完成本發(fā)明。具體來(lái)說(shuō)，如果依照本發(fā)明時(shí)，則可予提供以由鎂(Mg) 15 50質(zhì)量ppm、銪 (Eu) 5 20質(zhì)量ppm、鑭(La) 5 20質(zhì)量ppm、釔(Y) 5 20質(zhì)量ppm、鈣(Ca) 10 30質(zhì) 量ppm、及余量為金(Au)而成的金合金為特征的焊球接合用金合金線接合線。又，如果依照本發(fā)明時(shí)，則可予提供以由鎂15 50質(zhì)量ppm、銪5 20質(zhì)量ppm、 鑭5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量ppm、及余量為金而成的金合金為 特征的焊球接合用金合金線接合線。其中鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加量以下質(zhì)量時(shí)， 或釔的添加量為鈣及銪合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量。再者，如果依照本發(fā)明時(shí)，則可予提供以由鎂15 50質(zhì)量ppm、銪5 20質(zhì)量 ppm、鑭5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量ppm、及余量為金而成的金合
金為特征的焊球接合用金合金線接合線。其中鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量，且釔的添加量為鈣及銪合計(jì) 的添加量以下的質(zhì)量。于適當(dāng)?shù)膶?shí)施態(tài)樣，是添加微量的添加元素鎂20 40質(zhì)量ppm。此外，于適當(dāng)?shù)膶?shí)施態(tài)樣，是金的純度為99. 98質(zhì)量％以上的焊球接合用金合金 線。于較適當(dāng)?shù)膶?shí)施態(tài)樣，是金的純度為99. 99質(zhì)量％以上的焊球接合用金合金線。本發(fā)明的焊球接合用金合金線，作為由指定范圍的Ca-Mg-Eu-La-Y的微量添加元 素而成的金合金，可發(fā)揮接合線強(qiáng)度、針腳式接合性、壓接焊球形狀的真圓性及熔融焊球形 成性優(yōu)越的效果。特別的是，具有可同時(shí)達(dá)成接合線強(qiáng)度、針腳式接合性及壓接焊球形狀的 真圓性的特性。


圖1是供說(shuō)明焊球壓接方法的接合法而用的模式圖。其中，(a)表示于接合線尖端 上形成接合用焊球的步驟；(b)表示將已形成焊球的接合線壓接于IC芯片上電極的步驟； (c)表示接合于IC芯片上的電極后，將接合線朝向外部配線拉出并予接合的步驟；(d)表示 接合于外部配線后，自提拉接合線并予接合至配線的位置，予以切斷的步驟。圖2 (a)及(b)各自表示焊球壓接方法及針腳式接合方法而得的接合部的形狀、尺 度。
圖3是供說(shuō)明接合線的接合強(qiáng)度測(cè)定而用的模式圖。附圖中主要圖號(hào)說(shuō)明1毛細(xì)管2接合線 3電氣火炬4 焊球4，壓接焊球5A1 電極6IC 芯片7挾持器8外部配線D接合線直徑Ll壓接焊球直徑L2崩散寬度
具體實(shí)施例方式于本發(fā)明，微量添加元素的種類較少，成分范圍狹窄而受限制的。又，本發(fā)明的微 量添加元素的配合比如果失去配衡時(shí)，則因會(huì)對(duì)接合線強(qiáng)度、針腳式接合性、壓接焊球形狀 的真圓性或熔融焊球形成性有惡劣影響的顧慮，所以以采用金的純度盡可能高純度者為 佳。此外，于本發(fā)明的合金是金以外的微量添加元素及雜質(zhì)元素的合計(jì)如果為未滿100質(zhì) 量PPm時(shí)，則因可表示作純度99. 99質(zhì)量％以上的高純度金接合線，所以于商業(yè)上是較有利 的。(針腳式接合性及接合線強(qiáng)度)接合線的針腳式接合，是予以分類于固相接合。至于對(duì)固相接合有良好的影響的 現(xiàn)象，由于形成密著部，而較易變形，于密著部的結(jié)合強(qiáng)度是較高的，乃為眾所周知的。由于形成密著部，而較易變形，是意指較易形成彈性變形，塑性變形、潛變變形、由 于擴(kuò)散而引起的變形等。這種現(xiàn)象，于針腳式接合方面，也是相同的。至于接合線的情形， 由于可被視作接合線強(qiáng)度愈低，則愈由于形成密著部，而較易變形，因此于接合線強(qiáng)度與針 腳式接合性方面有負(fù)相關(guān)的關(guān)系存在。另一方面，于密著部的結(jié)合強(qiáng)度，則是歸因于化學(xué)鍵結(jié)強(qiáng)度、凝聚、表面粗糙度、表 面狀態(tài)等各種現(xiàn)象。然而，通常的焊球接合用金合金線，其結(jié)合強(qiáng)度原本較其它的金屬接合 線亦較高。這是，組成自純度99質(zhì)量％至純度99. 99質(zhì)量％以上，以于大氣中幾乎不氧化 的金所構(gòu)成的。因此，可被視作于接合線表面上存在的添加元素或添加元素的氧化物引起 的惡劣影響愈少，則愈可得密著部的結(jié)合強(qiáng)度較高的金合金線。采用純度99. 99質(zhì)量％以上的高純度金，在添加元素完全不添加下，如果制作焊 球接合用金線時(shí)，則因接合線較柔軟，由較易因形成密著部而引起變形，及較無(wú)于接合線表 面上存在的添加元素或添加元素的氧化物引起的惡劣影響，所以可被視作針腳式接合性最 優(yōu)越的接合線。但是，接合線被同時(shí)要求有多數(shù)的機(jī)能，例如，如果無(wú)一定程度以上的接合 線強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)發(fā)生樹脂模塑成形時(shí)的接合線流動(dòng)，或環(huán)狀形成性低劣等的實(shí)用上問題。結(jié)果，為了使接合線強(qiáng)度提高，則有采用微量添加元素的必要。本發(fā)明所用的所有微量添加 元素，是與對(duì)密著部的結(jié)合強(qiáng)度的影響有關(guān)，即使與純金比較亦不阻礙針腳式接合性的元 素。此外，需以指定的配合比使用本發(fā)明的微量添加元素，于提高接合線強(qiáng)度方面亦有效 的。且，于接合線表面上存在的添加元素的氧化物，可被視作在最后拉線加工后所施加的熔 點(diǎn)的3成 6成左右的溫度進(jìn)行的退火處理而得的。在惰性氣圍進(jìn)行退火處理，或退火處 理后以化學(xué)方式洗凈接合線表面，雖然可被視作能減少接合線表面的氧化物，但是在成本 方面，制造上有困難，以本發(fā)明的方法較具實(shí)用性。(熔融焊球形成性)
熔融焊球，是指于大氣中濺散火花使接合線的尖端熔融而得的焊球。至于若干種 的添加元素，添加量如果變多時(shí)，則于焊球全面或焊球與接合線的境界(稱作頸部；neck) 部分上被確認(rèn)有添加元素的氧化物。此外，視情況而異，亦有于焊球底邊會(huì)發(fā)生空洞。接合 線以熔融焊球形成性是較重要的，要求極力減少氧化物或空洞。以指定的配合比使用本發(fā) 明的微量添加元素可得具有實(shí)用性，能耐這些要求的熔融焊球形成性。(壓接焊球形狀的真圓性)通過半導(dǎo)體裝置的高密度實(shí)際裝配，可使IC芯片上的鋁電極的間隔及面積狹小 化。間隔及面積已狹小化的鋁電極上，為了防止接合之際相鄰的壓接焊球相互間的接觸，提 高壓接焊球形狀的真圓性，就成為不可欠缺的。對(duì)壓接焊球形狀的真圓性，添加元素的配合 比的影響較大，由于配合比的配衡潰散，使熔融焊球壓接之際的變形成為不均勻，變成不能 保持壓接焊球形狀的真圓性。再者，壓接焊球形狀的真圓性，與針腳式接合性同樣的與接合 線強(qiáng)度有負(fù)相關(guān)的傾向。以指定的配合比使用本發(fā)明的微量添加元素，使能耐實(shí)用性的壓 接焊球形狀的真圓性與接合線強(qiáng)度間的并存可予達(dá)成。[Mg]于本發(fā)明的合金系，鎂(Mg)是壓接焊球形狀的真圓性方面最具效果的元素。于本發(fā)明的合金系，鎂是接合線強(qiáng)度方面不甚具效果的添加元素。于本發(fā)明的合 金系，鎂是需要15質(zhì)量ppm以上。如果未滿此值時(shí)，則壓接焊球形狀的真圓性并無(wú)效果。于 本發(fā)明的合金系，為使壓接焊球形狀的真圓性穩(wěn)定，以鎂在20質(zhì)量ppm以上為佳。另一方 面，于本發(fā)明的合金系，鎂即使超過50質(zhì)量ppm而變成過多，對(duì)熔融形成的焊球形狀的穩(wěn)定 性(以下稱為熔融焊球形成性)有惡劣影響。于本發(fā)明的合金系，為得良好的熔融焊球形 成性，鎂以于40質(zhì)量ppm以下為佳。[Eu]及[La]于本發(fā)明的合金系，銪(Eu)及鑭(La)雖然是對(duì)接合線的接合線強(qiáng)度有效的元素， 但是并無(wú)后述的鈣般的效果。此外，于本發(fā)明的合金系，銪及鑭雖然是對(duì)壓接焊球形狀的真 圓性有效的元素，但是并無(wú)鎂般的效果。于本發(fā)明的合金系，銪及鑭需要5質(zhì)量ppm以上。 如果未滿此值時(shí)，則壓接焊球形狀的真圓性及接合線強(qiáng)度并無(wú)效果。于本發(fā)明的合金系，銪 及鑭如果超過20質(zhì)量ppm時(shí)，則對(duì)熔融焊球形成性有惡劣影響。[Ca]于本發(fā)明的合金系，鈣(Ca)是對(duì)接合線的接合線強(qiáng)度最具效果的元素。然而，鈣 也是對(duì)壓接焊球形狀的真圓性有惡劣影響的元素。因此，于本發(fā)明的合金系，鈣的有效的組 成范圍是予限定于非常狹窄的范圍內(nèi)。鈣僅于此范圍內(nèi)，始于本發(fā)明的合金系發(fā)揮效果。于本發(fā)明的合金系，鈣未滿10質(zhì)量ppm時(shí)，于接合線強(qiáng)度方面并無(wú)效果，如果超過30質(zhì)量ppm 時(shí)，則對(duì)則對(duì)熔融焊球形成性有惡劣影響。[Y]于本發(fā)明的合金系，釔(Y)是對(duì)接合線強(qiáng)度方面有效的微量添加元素。但是，于本 發(fā)明的合金系的釔，是與鈣同樣的對(duì)壓接直徑的真圓性有惡劣影響的元素。釔雖然是任意 的添加元素，但是于本發(fā)明的合金系，釔為發(fā)揮上述效果，需要5質(zhì)量ppm以上。如果未滿 此值時(shí)，則與未添加釔的情形相同所致。另一分面，于本發(fā)明的合金系，釔如果超過20質(zhì)量 ppm時(shí)，則對(duì)壓接焊球形狀的真圓性有惡劣影響。[Eu+La+Ca]于本發(fā)明的合金系，銪及鑭是被視作與鈣有相互作用的。亦即，銪、鑭及鈣，不論何 者均是對(duì)接合線強(qiáng)度方面有效的微量添加元素。但是通過同時(shí)添加這些的微量添加元素的 相乗效果，可以再有使接合線強(qiáng)度提高的效果。[Ca] ≤ [Eu]+ [La]于本發(fā)明的合金系，鈣雖然是對(duì)壓接焊球形狀的真圓性有惡劣影響的元素，但是 通過銪及鑭的同時(shí)添加，可以相當(dāng)?shù)臏p緩鈣對(duì)金的惡劣影響。如果同時(shí)添加銪及鑭時(shí)，則各 自成為緩沖材，被認(rèn)為亦較單獨(dú)微量添加的情形，可減緩由于鈣對(duì)壓接焊球形狀的真圓性 引起的惡劣影響。[Y]≤ [Ca]+ [Eu]釔雖然顯示出與鈣類似的添加效果，但是亦較鈣對(duì)壓接直徑的真圓性有惡劣影響 的元素。尤其，如果釔的添加量較鈣及銪同時(shí)添加量為多時(shí)，則對(duì)壓接焊球形狀的真圓性有 較強(qiáng)的惡劣影響。然而，如果同時(shí)添加鈣及銪時(shí)，則各自成為緩沖材，有減緩由于釔對(duì)壓接 焊球形狀的真圓性引起惡劣影響的效果。因此，釔亦有較鈣及銪的合計(jì)添加量減少的必要。(1)接合線強(qiáng)度關(guān)于伸長(zhǎng)率成為4%時(shí)的接合線強(qiáng)度，采用與公知相同的測(cè)定方法評(píng)估本發(fā)明的 合金。且，伸長(zhǎng)率是于室溫，以IOOmm作為標(biāo)點(diǎn)距離，利用拉伸試驗(yàn)機(jī)以拉伸速度IOmm/分 拉伸金合金線，將裂斷時(shí)的伸長(zhǎng)量帶入下式予以求得。判定時(shí)，通過最終熱處理將Ψ25μπι的接合線調(diào)整伸長(zhǎng)率成4.0%，采用 測(cè)定數(shù)5根的平均值作為測(cè)定值，以該值較高的試料為良好。較具體來(lái)說(shuō)，對(duì)接合 線強(qiáng)度12.5g(122.5mN)以上以◎記號(hào)表示，對(duì)接合線強(qiáng)度未滿12. 5g (122. 5mN) 11. 5g(112. 7mN)以上以〇記號(hào)表示，對(duì)接合線強(qiáng)度未滿11. 5g(112. 7mN) 11. Og(107. 8mN)以上以Δ記號(hào)表示，對(duì)接合線強(qiáng)度未滿11. 0g(107. 8mN)以上者以X記號(hào)表不。
伸長(zhǎng)率二裂斷時(shí)的伸長(zhǎng)量(mm) xlOO (%) 100 (mm)(2)熔融焊球形成性熔融焊球形成性，是通過普通的掃描電子顯微鏡觀察、光學(xué)顯微鏡觀察，可予以容 易的確認(rèn)。于本發(fā)明，是以側(cè)定數(shù)10個(gè)予以判定，通過掃描電子顯微鏡觀察由于全面的氧化物引起的污垢或空洞，對(duì)經(jīng)予確認(rèn)有6個(gè)以上的試料，予以判定成X，對(duì)經(jīng)予確認(rèn)有5個(gè) 3個(gè)上的試料，予以判定成Δ，對(duì)經(jīng)予確認(rèn)有2個(gè)以下的試料，予以判定成〇。(3)針腳式接合性
針腳式接合，是指經(jīng)毛細(xì)管對(duì)接合線邊予施加載荷、超音波等，邊予頂壓并使變 形，使其接合至通過Ag、Au、Pd等予以電鍍處理的框架或基板上。關(guān)于針腳式接合性，本發(fā) 明的金合金系與公知的金合金同樣的，可使針腳式接合性較高的維持。本發(fā)明的測(cè)定方法，是采用經(jīng)予無(wú)電解電鍍的FR-4樹脂基板，予圖3所示般，測(cè)定 位置以壓接焊球直徑的中心部為0 %，針腳式接合部為100 %時(shí)，于90 %的針腳式接合部附 近進(jìn)行。測(cè)定方法，是采用恰于接合后的試料，以?shī)A具固定IC芯片側(cè)及樹脂基板，于上方拉 伸接合線，測(cè)定剝離強(qiáng)度。判定是以側(cè)定數(shù)30個(gè)平均值作為測(cè)定值，以測(cè)定值較高的試料 為良好。較具體來(lái)說(shuō)，對(duì)剝離強(qiáng)度6. Og以上者以◎記號(hào)表示，對(duì)剝離強(qiáng)度未滿6.0 g 4. 5g 以上以〇記號(hào)表示，對(duì)剝離強(qiáng)度未滿4. 5g 3. Og以上以Δ記號(hào)表示，對(duì)剝離強(qiáng)度未滿3. Og 以X表示。(4)壓接焊球形狀的真圓性壓接焊球形狀的真圓性的評(píng)估，是對(duì)硅(Si)芯片上的鋁(Al)電極(鋁膜厚度 約7xl0_8m)以壓接焊球直徑大致成為63 μ m的條件進(jìn)行球形壓接(ball bonding)，其后于 與經(jīng)予鍍金的FR-4樹脂基板之間進(jìn)行針腳式接合，用球形壓接法予以結(jié)線。于該時(shí)，跨距 (span)是3X 10_3m，腳數(shù)為200根，由已結(jié)線的接合線中采用任意的50個(gè)壓接焊球予以評(píng) 估壓接焊球形狀的真圓性。測(cè)定與超音波的施加方向平行的方向的壓接直徑及與超音波的 施加方向垂直的方向的壓接直徑，以合計(jì)50個(gè)壓接焊球的標(biāo)準(zhǔn)偏差較低的試料作為良好。 較具體來(lái)說(shuō)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差未滿0. 8 μ m以◎記號(hào)表示，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0. 8 μ m以上 未滿1. 2 μ m 以〇記號(hào)表示，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1. 2μπι以上 未滿1. 5μπι以Δ記號(hào)表示，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1. 5μπι 以上以X表示。(5)金合金線的制造方法說(shuō)明與本發(fā)明有關(guān)的金合金線的較佳的制造方法。于高純度金內(nèi)添加指定量的元 素，于真空熔解爐內(nèi)熔解后，鑄造而得金合金晶錠。將該晶錠置入帶槽軋輥進(jìn)行軋輥加工， 采用拉線機(jī)進(jìn)行冷軋加工及中間退火，進(jìn)行最終拉線加工成最終線徑25 μ m，通過最終熱處 理予以加工成伸長(zhǎng)率4%。純度99. 999質(zhì)量％以上的金線，可被視作接合線強(qiáng)度低，接合線強(qiáng)度亦經(jīng)時(shí)降 低。因此，被使用作接合線的金合金線，添加指定量的各自任意的添加元素，接合線強(qiáng)度亦 較99. 999質(zhì)量％以上的金線被提高著。正在予以市售的大多數(shù)接合線，雖然是予添加著鈹 (Be)、鈣(Ca)等若干種稀土類元素，但是這些添加元素是具有接合線強(qiáng)度提高效果。另一方面，接合線所被要求的針腳式接合性，如果接合線強(qiáng)度變高時(shí)，則較難成為 由于形成前述的密著部而引起的變形，此外，為提高接合線強(qiáng)度，增加所添加的添加元素， 會(huì)使于密著部的結(jié)合強(qiáng)度變低，使針腳式接合性惡化。于本發(fā)明，隨著添加元素的種類而 異，可使接合線強(qiáng)度提高，同時(shí)對(duì)密著部的結(jié)合強(qiáng)度較少惡劣影響，特定出若干種較難使針 腳式接合性惡化的添加元素，發(fā)現(xiàn)鈣與銪及鑭及釔是最適當(dāng)?shù)奶砑釉?，同時(shí)經(jīng)予添加這 些添加元素時(shí)，會(huì)更提高接合線強(qiáng)度。但是，通常的接合線，除接合線強(qiáng)度、針腳式接合性外，亦被要求著壓接焊球形狀的真圓性。然而，通常如果接合線強(qiáng)度變高時(shí)，則被認(rèn)定較難確保壓接焊球形狀的真圓性， 于本發(fā)明的合金系方面，以采用對(duì)接合線強(qiáng)度較少影響的鎂，即可確保壓接焊球形狀的真 圓性。但是，至于接合線強(qiáng)度及針腳式接合性優(yōu)越的上述鈣與銪及鑭及釔，即使為采用 鎂的合金系，對(duì)不考慮添加量與使接合線強(qiáng)度提高的其它的添加元素間的相互作用的情形，可查明何以未能改良針腳式接合性。因此，于本發(fā)明的合金系的鈣，是邊考慮添加量與使接合線強(qiáng)度提高的其它的添 加元素間的相互作用，邊予配合，結(jié)果著眼于鈣與銪及鑭間的配合比，保持可使壓接焊球形 狀的真圓性提高的效果，同時(shí)成功的改良針腳式接合性及接合線強(qiáng)度。較具體來(lái)說(shuō)，于本發(fā) 明的合金系，鈣是于接合線的接合線強(qiáng)度方面亦較銪及鑭更有效。因此，以對(duì)接合線的接合 線強(qiáng)度有影響的鈣的影響作為從屬，以銪及鑭的影響為主，所以鈣為銪及鑭之和以下的質(zhì) 量。再者，于本發(fā)明的合金系的釔，是邊考慮添加量與使接合線強(qiáng)度提高的其它的添 加元素間的相互作用，邊予配合，結(jié)果著眼于鈣與銪間的配合比，保持可使壓接焊球形狀的 真圓性提高的效果，同時(shí)成功的改良針腳式接合性及接合線強(qiáng)度。較具體來(lái)說(shuō)，于本發(fā)明的 合金系，釔是于接合線的接合線強(qiáng)度方面亦較銪及鑭更有效。但是，釔如果予添加一定量以 上時(shí)，則因?yàn)槟芫S持使壓接焊球形狀的真圓性提高的效果，故釔為鈣與銪之和以下的質(zhì)量。[評(píng)估]就表1所示的公知例及實(shí)施例予以說(shuō)明。(公知例)將專利文獻(xiàn)1 (日本專利第3657087號(hào)公報(bào))的實(shí)施例38表示作公知例2，專利文 獻(xiàn)2(日本專利特開平10-4114號(hào)公報(bào))的實(shí)施例14表示作公知例3。(實(shí)施例及比較例)于純度99. 999質(zhì)量％的高純度金內(nèi)微量添加指定量的添加元素，于真空熔解爐 內(nèi)熔解后，鑄造而得表1左欄所示組成的金合金晶錠。將該晶錠置入帶槽軋輥進(jìn)行軋輥加 工，采用拉線機(jī)進(jìn)行冷軋加工及中間退火，進(jìn)行最終拉線加工成最終線徑25 μ m,通過最終 熱處理予以加工成伸長(zhǎng)率4%。于實(shí)施例1 11，以權(quán)利要求1所述的鎂15 50質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量ppm、 銪5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鑭5 20質(zhì)量ppm的添加元素范圍為標(biāo)準(zhǔn)，以滿 足標(biāo)準(zhǔn)的范圍使添加量或多或少的變化。相對(duì)于此，比較例1 10是對(duì)各自的元素以少許不滿足標(biāo)準(zhǔn)的范圍使添加量或多 或少的變化。(評(píng)估方法)金合金線，采用球形壓接裝置(株式會(huì)社新川制造UTC1000型)予以壓接焊球并 接合至IC芯片的鋁電極上，進(jìn)行針腳式接合至經(jīng)予電鍍的FR-4樹脂基板上。此時(shí)IC芯 片側(cè)的接合條件，是以載荷3.0X1.0X10_3N(30gf)、接合時(shí)間12毫秒、超音波輸出功率 300 (mff)。另一方面，F(xiàn)R-4樹脂基板側(cè)的接合條件，是以載荷4. 3X 1. OX 10_3N(43gf)、接合 時(shí)間12毫秒、超音波輸出功率400 (mW)。共通的接合條件的接合溫度，是假設(shè)低溫接合并于 140°C進(jìn)行，毛細(xì)管則使用日本SPT株式會(huì)社制造的SBNS-33CD-AZM-1/16-XL。
其次采用恰于接合后的試料，由鋁電極上測(cè)定壓接焊球形狀的真圓性，由FR-4樹 脂基板附近的接合線剝離強(qiáng)度測(cè)定針腳式接合性。測(cè)定結(jié)果表示于表1右欄。表 1 由表1的測(cè)定結(jié)果可知下述事情。(1)公知例1 3，不論何者壓接焊球形狀的真圓性均低劣，未能得能耐實(shí)用性的 結(jié)果。此外，公知例3接合線強(qiáng)度亦低，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。且，公知例1，是未予添加鑭(表中*記號(hào))，此外，不滿足[Ca] ( [Eu]+ [La]。公 知例2，是未予添加銪(表中*記號(hào))，此外，不滿足[Y] ^ [Ca]+ [Eu]。公知例3，是未予添 加鑭及釔(表中*記號(hào))，此外，不滿足[Ca] ( [Eu]+ [LaJ0這些系被視作未能得能耐實(shí)用 性的結(jié)果的原因。(2)實(shí)施例1 11，所有接合線強(qiáng)度在良好的范圍，可得如同所期待的特性。此外，所有針腳式接合性是穩(wěn)定的，不論何者均可得能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。于通過掃描電子顯 微鏡觀察的觀察，完全甚少有由于全面的氧化物引起的污垢或空洞，熔融焊球形成性不論 何者均可得能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。再者，所有的壓接焊球形狀的真圓性是良好的，不論何 者均可得能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。因此，實(shí)施例1 11，于所有的評(píng)估項(xiàng)目，即成為均可得 能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。且，實(shí)施例1 11，滿足所有權(quán)利要求1所述的添加元素范圍，再 者滿足[Ca] ^ [Eu]+ [La]及[Y] ^ [Ca] +[Eu]。這些被視作不論何者均可得能耐實(shí)用性令 人滿人的結(jié)果的原因。
(3)比較例1 10，不論何者于接合線強(qiáng)度或針腳式接合性或熔融焊球形成性或 壓接焊球形狀之真圓性的評(píng)估方面，均未能得能耐1個(gè)以上實(shí)用性的結(jié)果。且，比較例1 10，不論何者均不各自一個(gè)滿足權(quán)利要求1所述的添加元素范圍(表中*記號(hào))，再者，由于 比較例亦未滿足[Ca] ^ [Eu]+ [La]及[Y] ^ [Ca]+ [EuJ0因此，這些被視作未能得能耐實(shí) 用性的結(jié)果的原因。且較具體而言，比較例1是鎂添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真 圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例2是鎂添加量不滿足上限值。結(jié)果，關(guān)于熔融 焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例3是銪添加量不滿足下限值，且未滿足 [Ca] ^ [Eu]+ [LaJ0結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比 較例4是銪添加量不滿足上限值。結(jié)果，關(guān)于熔融焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié) 果。比較例5是鑭添加量不滿足下限值，且未滿足[Ca] ^ [Eu]+ [LaJ0結(jié)果，關(guān)于壓接焊球 形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例6是鑭添加量不滿足上限值。結(jié)果， 關(guān)于熔融焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例7是釔不滿足下限值。結(jié)果， 關(guān)于接合線強(qiáng)度方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例8是釔不滿足上限值。結(jié)果，關(guān)于 針腳式接合性及熔融焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例9是鈣不滿足下 限值。結(jié)果，關(guān)于接合線強(qiáng)度方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例10是鈣不滿足上限 值，且未滿足[Ca] ^ [Eu]+ [LaJ0結(jié)果，關(guān)于針腳式接合性及熔融焊球形成性方面，未能得 能耐實(shí)用性的結(jié)果。[評(píng)估2]說(shuō)明表2所示的實(shí)施例及比較例。評(píng)估2是采用與評(píng)估1相同的溶解方法及加工方法，使添加元素的添加比率變化 而制作的接合線用的金合金線。且，評(píng)估方法方面，評(píng)估2是與評(píng)估1同法進(jìn)行。于評(píng)估2，是評(píng)估使鎂、鈣、銪、釔、鑭的5元素中的任意2元素予以變化添加量時(shí)的 影響(合計(jì)20種組合)。2元素之中1元素，是依不滿足標(biāo)準(zhǔn)下限值的添加量、于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)接 近下限的添加量、于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)接近上限的添加量、不滿足標(biāo)準(zhǔn)上限值的添加量的順序，使添加 量變化。相對(duì)的，另一元素，是依不滿足標(biāo)準(zhǔn)上限值的添加量、于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)接近上限的添加量、 于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)接近下限的添加量、不滿足標(biāo)準(zhǔn)下限值的添加量的順序，使添加量變化。且，以滿 足標(biāo)準(zhǔn)者為實(shí)施例，以不滿足標(biāo)準(zhǔn)者為比較例。例如，實(shí)施例1 2及比較例1 2，是選擇鎂及銪的2元素作為1組的元素。于 此，鎂是以15 50質(zhì)量ppm、銪以5 20質(zhì)量ppm的權(quán)利要求1所述的添加元素范圍作 為標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，鎂是使依10質(zhì)量？ 111、18質(zhì)量？ 111、42質(zhì)量？ 111、58質(zhì)量？ 111之順序變 化，銪則依28質(zhì)量ppm、18質(zhì)量ppm、8質(zhì)量ppm、2質(zhì)量ppm的順序變化。于評(píng)估2，是如此使以標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)外變化2元素，與評(píng)估1同樣的進(jìn)行接合性的評(píng)估。同樣的以選擇鎂及鑭，作為實(shí)施例3 4及以較例3 4，以選擇鎂及釔，作為實(shí)施例5 6及以較例5 6，以選擇鎂及鈣，作為實(shí)施例7 8及以較例7 8，以選擇銪 及鑭，作為實(shí)施例9 10及以較例9 10，以選擇銪及釔，作為實(shí)施例11 12及以較例 11 12，以選擇銪及鈣，作為實(shí)施例13 14及以較例13 14，以選擇鑭及釔，作為實(shí)施例 15 16及以較例15 16，以選擇鑭及鈣，作為實(shí)施例17 18及以較例17 18，以選擇 釔及鈣，作為實(shí)施例19 20及以較例19 20。且，各自的添加元素是鎂以15 50質(zhì)量ppm、鈣以10 30質(zhì)量ppm、銪以5 20 質(zhì)量ppm、釔以5 20質(zhì)量ppm、鑭以5 20質(zhì)量ppm的權(quán)利要求1所述的添加元素范圍 作為標(biāo)準(zhǔn)。表2 由表2的測(cè)定結(jié)果可知下述事情(1)實(shí)施例1 20，所有的接合線強(qiáng)度于良好的范圍，可得目的特性。此外，所有的針腳式接合性是穩(wěn)定的，不論何者均可得能耐實(shí)用性的結(jié)果。于通過掃描電子顯微鏡觀 察的觀察，完全甚少有由于全面的氧化物引起的污垢或空洞，熔融焊球形成性不論何者均 可得能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。再者，所有的壓接焊球形狀的真圓性是良好的，不論何者均可 得能耐實(shí)用性的滿意結(jié)果。因此，實(shí)施例1 20，于所有的評(píng)估項(xiàng)目，即成為均可得能耐實(shí) 用性的滿意結(jié)果。且，實(shí)施例1 20，滿足所有權(quán)利要求1所述的添加元素范圍，再者滿足 [Ca] ^ [Eu]+ [La]及[Y] ^ [Ca]+ [EuJ0這些是被視作不論何者均可得能耐實(shí)用性令人滿 人的結(jié)果的原因。
(2)比較例1 20，不論何者于接合線強(qiáng)度或針腳式接合性或熔融焊球形成性或 壓接焊球形狀的真圓性的評(píng)估方面，均未能得能耐1個(gè)以上實(shí)用性的結(jié)果。且，比較例1 20，不論何者均不各自滿足二個(gè)權(quán)利要求1所述的添加元素范圍(表中*記號(hào))，再者，由于 比較例亦未滿足[Ca] ^ [Eu]+ [La]及[Y] ^ [Ca]+ [EuJ0因此，這些是被視作未能得能耐 實(shí)用性的結(jié)果的原因。且較具體的來(lái)說(shuō)，比較例1是鎂添加量不滿足下限值，銪添加量不滿足上限值。結(jié) 果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例2是鎂添加量不滿 足上限值，銪添加量不滿足下限值，且未滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于熔融焊球形成 性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例3是鎂添加量不滿足下限值，鑭添加量不滿足上 限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例4是鎂添 加量不滿足上限值，鑭添加量不滿足下限值，且未滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于熔融 焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例5是鎂添加量不滿足下限值，釔添加量 不滿足上限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例 6是鎂添加量不滿足上限值，釔添加量不滿足下限值。關(guān)于接合線強(qiáng)度及熔融焊球形成性 方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例7是鎂添加量不滿足下限值，鈣添加量不滿足上限 值，且未滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于針腳式接合性及壓接焊球形狀的真圓性方面， 未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例8是鎂添加量不滿足上限值，鈣添加量不滿足下限值。結(jié) 果，關(guān)于接合線強(qiáng)度及熔融焊球形成性及壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性 的結(jié)果。比較例9是銪添加量不滿足上限值，鑭添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球 形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例10是銪添加量不滿足上限值，鑭添 加量不滿足上限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀之真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比 較例11是銪添加量不滿足上限值，釔添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于接合線強(qiáng)度方面，未 能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例12是銪添加量不滿足下限值，釔添加量不滿足上限值，且 未滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié) 果。比較例13是銪添加量不滿足上限值，鈣添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形 狀的真圓性及熔融焊球形成性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例14是銪添加量不滿 足下限值，鈣添加量不滿足上限值，且未滿足[Ca] ^ [Eu]+ [LaJ0結(jié)果，關(guān)于熔融焊球形成 性及壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例15是鑭添加量不滿足 上限值，釔添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于接合線強(qiáng)度及熔融焊球形成性方面，未能得能 耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例16是鑭添加量不滿足下限值，釔添加量不滿足上限值，且未滿足 [Ca] ^ [Eu]+ [LaJ0結(jié)果，關(guān)于壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比 較例17是鑭添加量不滿足上限值，鈣添加量不滿足下限值。結(jié)果，關(guān)于接合線強(qiáng)度方面，未能得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例18是鑭添加量不滿足下限值，鈣添加量不滿足上限值，且未滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于熔融焊球形成性及壓接焊球形狀的真圓性方面，未能 得能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例19是釔添加量不滿足下限值，鈣添加量不滿足上限值，且未 滿足[Ca] ^ [Eu] + [La]。結(jié)果，關(guān)于熔融焊球形成性及壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得 能耐實(shí)用性的結(jié)果。比較例20是釔添加量不滿足上限值，鈣添加量不滿足下限值，且未滿 足[Y] ^ [Ca]+ [EuJ0結(jié)果，關(guān)于接合線強(qiáng)度及壓接焊球形狀的真圓性方面，未能得能耐實(shí) 用性的結(jié)果。 如果依照本發(fā)明的焊球接合用金合金線時(shí)，則雖然為由指定范圍的 Ca-Mg-Eu-La-Y的微量添加元素而成的金合金，但是可發(fā)揮接合線強(qiáng)度及針腳式接合性及 壓接焊球形狀的真圓性及熔融焊球形成性優(yōu)越的效果，提高半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)性方面是有 效的。尤其，可同時(shí)達(dá)成接合線強(qiáng)度及針腳式接合性及壓接焊球形狀的真圓性，于狹窄節(jié)距 進(jìn)行高密度配線的焊球接合可被說(shuō)是有困難的，而且，針腳式接合可被說(shuō)是有困難的采用 無(wú)電解鍍金的BGA(ball grid array ；球狀柵極數(shù)組封裝體)低溫封裝體的實(shí)際裝配等方 面，于提高半導(dǎo)體裝置制作的生產(chǎn)性是有效的。
權(quán)利要求
一種焊球接合用金合金線，其特征在于，由鎂15～50質(zhì)量ppm、鈣10～30質(zhì)量ppm、銪5～20質(zhì)量ppm、釔5～20質(zhì)量ppm、鑭5～20質(zhì)量ppm、及余量為純度99.998質(zhì)量％以上的金，含添加元素及雜質(zhì)的金的純度99.99質(zhì)量％以上而成。
2.—種焊球接合用金合金線，其特征在于，由鎂15 50質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量ppm、 銪5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鑭5 20質(zhì)量ppm、及余量為純度99. 998質(zhì)量％ 以上的金，含添加元素及雜質(zhì)的金的純度99. 98質(zhì)量％以上而成。
3.如權(quán)利要求1所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且釔的添加量為鈣及銪合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量，且鎂為20 40質(zhì)量ppm。
4.如權(quán)利要求1所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且鎂為20 40質(zhì)量ppm。
5.如權(quán)利要求1所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且釔的添加量為鈣及銪合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量。
6.如權(quán)利要求1所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量。
7.如權(quán)利要求2所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且釔的添加量為鈣及銪合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量，且鎂為20 40質(zhì)量ppm。
8.如權(quán)利要求2所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且鎂為20 40質(zhì)量ppm。
9.如權(quán)利要求2所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量，且釔的添加量為鈣及銪合計(jì)的添加量以下的質(zhì)量。
10.如權(quán)利要求2所述的焊球接合用金合金線，其中，鈣的添加量為銪及鑭合計(jì)的添加 量以下的質(zhì)量。
11.一種焊球接合用金合金線，其特征在于，由鎂15 50質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量 ppm、銪5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鑭5 20質(zhì)量ppm、及余量為純度99. 995質(zhì) 量％以上的金，含添加元素及雜質(zhì)的金的純度99. 99質(zhì)量％以上而成。
12.—種焊球接合用金合金線，其特征在于由鎂15 50質(zhì)量ppm、鈣10 30質(zhì)量ppm、 銪5 20質(zhì)量ppm、釔5 20質(zhì)量ppm、鑭5 20質(zhì)量ppm、及余量為純度99. 995質(zhì)量％ 以上的金，含添加元素及雜質(zhì)的金的純度99. 98質(zhì)量％以上而成。
全文摘要
接合線強(qiáng)度優(yōu)越，且熔融焊球形成性及壓接焊球形狀的真圓性均優(yōu)越，再者針腳式接合性優(yōu)越的半導(dǎo)體裝置的焊球接合用金合金線。由鎂15～50質(zhì)量ppm、鈣10～30質(zhì)量ppm、銪5～20質(zhì)量ppm、釔5～20質(zhì)量ppm、鑭5～20質(zhì)量ppm、及余量為純度99.998質(zhì)量％以上的金而成的焊球接合用金合金線。再者，金為純度99.98質(zhì)量％以上，鈣添加量為銪及鑭的合計(jì)量以下，或釔添加量為鈣及銪的合計(jì)量以下，或鈣添加量為銪及鑭的合計(jì)量以下，且釔添加量為鈣及銪的合計(jì)量以下，再者，鎂添加量為20～40質(zhì)量ppm。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101842885SQ20088011349
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者手島聰, 桑原岳, 高田滿生 申請(qǐng)人:田中電子工業(yè)株式會(huì)社