半導(dǎo)體裝置用接合線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠減少異常環(huán)路的發(fā)生的接合線。所述接合線的特征在于，具備：芯材，其含有超過50mol％的金屬M；中間層，其形成于所述芯材的表面，包含Ni、Pd、所述金屬M和不可避免的雜質(zhì)，所述Ni的濃度為15～80mol％；以及，被覆層，其形成于所述中間層上，包含Ni、Pd和不可避免的雜質(zhì)，所述Pd的濃度為50～100mol％，所述金屬M為Cu或Ag，所述被覆層的Ni濃度低于所述中間層的Ni濃度。
【專利說明】
半導(dǎo)體裝置用接合線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于將半導(dǎo)體元件上的電極和電路布線基板（引線框、基板、帶(tape) 等)的布線連接的半導(dǎo)體裝置用接合線。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，作為將半導(dǎo)體元件上的電極與外部端子之間接合的半導(dǎo)體裝置用接合線 (W下稱為接合線），主要使用線徑為20~50WI1左右的細(xì)線(接合線）。接合線一般采用并用 超聲波的熱壓接方式來進行接合。在本方式中，可使用通用接合裝置、將接合線通到其內(nèi)部 而用于連接的毛細(xì)管工具等。為了將接合線連接，首先，產(chǎn)生電弧放電而將線尖端加熱烙 融，利用表面張力形成球部之后，使該球部壓接接合(球接合)于在150~300°C的范圍內(nèi)加 熱了的半導(dǎo)體元件的電極上。接著，直接將線通過超聲波壓接而接合(模接合)于外部引線 側(cè)。
[0003] 近年來，半導(dǎo)體安裝的結(jié)構(gòu)、材料、連接技術(shù)等快速多樣化，例如在安裝結(jié)構(gòu)中，除 了現(xiàn)行的使用引線框的QFP(如ad Flat化Ckaging:方形扁平式封裝）W外，使用基板、聚酷 亞胺帶等的BGA(Ball Grid Array:球柵陣列封裝）、CSP(Qiip Scale Packaging:忍片級封 裝)等新的形態(tài)已實用化，需求進一步提高了環(huán)路性、接合性、量產(chǎn)使用性等的接合線。
[0004] 關(guān)于接合線的原材料，一直W來主要使用高純度4N系（純度>99.99質(zhì)量％ )的金。 但是，金的價格昂貴，因此期望獲得材料成本便宜的其它種類金屬的接合線。
[0005] 作為材料成本便宜、電傳導(dǎo)性優(yōu)異的接合線，專利文獻1中公開了一種接合線，該 接合線具有W銅為主成分的忍材、W及設(shè)置在所述忍材上的含有金屬M和銅的外層，所述外 層的成分和組成中的任一者或兩者與所述忍材不同。
[0006] 在先技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻1:日本特開2010-212697號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 但是在上述專利文獻1的情況下，在形成環(huán)路時，由于忍材和外層的應(yīng)變、變形阻 力的差別，有可能接合線變形，產(chǎn)生異常環(huán)路。
[0009] 因此，本發(fā)明的目的是提供能夠減少異常環(huán)路的發(fā)生的接合線。
[0010] 本發(fā)明的權(quán)利要求1設(shè)及的接合線，其特征在于，具備:忍材，其含有超過50mol% 的金屬M;中間層，其形成于所述忍材的表面，包含Ni、Pd、所述金屬M和不可避免的雜質(zhì)，所 述Ni的濃度為15~80mol%; W及被覆層，其形成于所述中間層上，包含Ni、Pd和不可避免的 雜質(zhì)，所述Pd的濃度為50~lOOmol%，所述金屬M為Cu或Ag,所述被覆層的Ni濃度低于所述 中間層的Ni濃度。
[0011] 另外，本發(fā)明的權(quán)利要求3設(shè)及的接合線，其特征在于，所述被覆層還含有Au,所述 接合線具備表面層，所述表面層形成于所述被覆層上，由包含Au和Pd的合金構(gòu)成，所述Au的 濃度為10~7〇mol % ,Au和Pd的合計濃度為SOmol % W上，所述被覆層的Au濃度低于所述表 面層的Au濃度。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1，通過中間層緩和忍材與被覆層的變形阻力的差別，能夠 減少作為異常環(huán)路的蛇形環(huán)路的發(fā)生。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求3,通過表面層抑制線表面的硫化和氧化從而減小滑動阻 力，作為異常環(huán)路除了能夠減少蛇形環(huán)路W外，還能夠減少下沉環(huán)路的發(fā)生。
【附圖說明】
[0014] 圖1是表示由接合線的異常變形導(dǎo)致的不良形態(tài)的示意圖，圖IA是表示蛇形環(huán)路 不良的圖，圖IB是表示下沉環(huán)路不良的圖。
【具體實施方式】
[00巧]1.實施方式
[0016] (總體構(gòu)成）
[0017] W下，對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)說明。本實施方式設(shè)及的接合線具備:含有超 過50mol%的金屬M的忍材;形成于忍材上的中間層；W及形成于該中間層上的被覆層。金屬 M為Cu或Ag。
[001引中間層包含Ni、Pd、所述金屬M和不可避免的雜質(zhì)，所述Ni的濃度為15~SOmol %。 被覆層包含Ni、Pd和不可避免的雜質(zhì)，所述Pd的濃度為50~IOOmol %。被覆層的Ni濃度低于 所述中間層的Ni濃度。再者，本說明書中的濃度，單位為mol%時是除了忍材W外，基于俄歇 電子能譜法(AES:Auger Electron Spectroscopy)在深度方向上測定時的、各層中的最高 濃度。
[0019] 構(gòu)成忍材的Cu或Ag、與被覆層中所含的Pd,在強度上有2倍W上的差異，再結(jié)晶溫 度有400°C W上的差異。與此相對，Ni的強度和再結(jié)晶溫度為化或Ag、與Pd的中間的程度。因 此，本實施方式的情況下，中間層為含有Ni和PcU W及、Cu或Ag的合金，Ni的濃度為15~ SOmol %，通過與被覆層相比含有更多的Ni，中間層的強度和再結(jié)晶溫度成為忍材與被覆層 的中間的程度。由此，接合線能夠通過中間層緩和忍材與被覆層的變形阻力的差別，來減少 異常環(huán)路的發(fā)生。
[0020] 參照圖IA對異常環(huán)路進行說明。圖IA所示的接合線10通過球接合12和模接合14而 接合，作為異常環(huán)路發(fā)生了蛇形環(huán)路16。蛇形環(huán)路16,在靠近模接合14的下降區(qū)域中，具有 多次在接合線10上發(fā)生彎曲的形狀。蛇形環(huán)路16,在球接合12與模接合14的高低差大、跨距 長的梯形環(huán)路中發(fā)生頻度高。例如，在球接合12與模接合14的高低差為500WHW上、距離(跨 距)為3mmW上、下降區(qū)域的長度為800皿的情況下發(fā)生頻度高。
[0021] 中間層通過使Ni的濃度為15~80mol%，能夠更切實地緩和忍材與被覆層的變形 阻力的差別。中間層的Ni的濃度如果超過80mol%，則會在球部內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
[0022] 產(chǎn)生了氣泡的球部如果接合到電極上，則會發(fā)生從線中屯、偏移而使球部變形的偏 忍變形、作為偏離正圓的形狀不良的楠圓變形、花瓣變形等，成為引起接合部從電極面伸 出、接合強度降低、忍片損壞、生產(chǎn)管理上的不良情況等問題的原因。運樣的初期接合的不 良，有時也會誘發(fā)后述的接合可靠性的降低。
[0023] 中間層的厚度優(yōu)選為8~80nm。接合線通過使中間層的厚度為8~80nm，能夠更切 實地緩和忍材與被覆層的變形阻力的差別。中間層的厚度如果超過80nm，則在低溫下連接 接合線時，由于在接合界面處的擴散速度變慢，因此模接合的強度降低。
[0024] 本實施方式的情況下，在被覆層與中間層的邊界上即使Ni的濃度為15mol% W上， 只要Pd的濃度為50mol% W上，在本說明書中就也將該區(qū)域作為被覆層。
[0025] 被覆層通過使Pd的濃度為50~IOOmol %，能夠進一步抑制接合線表面的氧化。再 者，接合線會因表面氧化而導(dǎo)致模接合的強度降低，容易發(fā)生樹脂密封時的線表面的腐蝕 等。
[0026] 另外，被覆層也可W含有金屬M。接合線通過使被覆層含有金屬M，可提高減少在球 部與頸部的邊界附近成為問題的唇狀損傷的效果。
[0027] 忍材，在金屬M為化的情況下，也可W含有選自P、Ti、B、Ag之中的一種W上的元素。 該情況下，選自P、Ti、B、Ag之中的一種W上的元素，通過所述元素在線整體中所占的濃度總 計為0.0005~0.02質(zhì)量％的范圍，能夠提高壓接球的正圓度。再者，在近年來的最大密度安 裝中，要求窄間距連接。因此，球接合部的變形形狀很重要，需要抑制花瓣狀、偏忍等的異 形、提局正圓度。
[00%]另外，忍材，在金屬M為Cu的情況下，也可W含有選自PcUNi之中的一種W上的元 素。該情況下，選自PcUNi之中的一種W上的元素，通過所述元素在線整體中所占的濃度總 計為0.2~2.0質(zhì)量％的范圍，能夠提高接合可靠性。
[0029] 再者，接合可靠性，在如汽車用半導(dǎo)體等那樣在高溫下使用的用途的情況下，在接 合線與電極的接合部成為問題的情況較多。接合可靠性是通過高溫加熱試驗等加速試驗來 對上述接合部的強度的降低、電阻的上升等進行評價。
[0030] 忍材，在金屬M為Ag的情況下，也可W含有選自PcUNiXu之中的一種W上的元素。 該情況下，選自PcUNi、Cu之中的一種W上的元素，通過所述元素在線整體中所占的濃度總 計為0.5~5.0質(zhì)量％的范圍，能夠提高上述接合可靠性。
[0031] 進入，本實施方式設(shè)及的接合線，也可W在上述被覆層上具備表面層，所述表面層 由包含Au和Pd的合金構(gòu)成。該情況下，被覆層還含有Au。另外，被覆層也可W含有少量的Ni、 Cu O
[0032] 表面層，其Au的濃度為10~70mol % ,Au和Pd的合計濃度為SOmol % W上。在其與被 覆層的邊界上即使Pd的濃度為50mol% W上，只要Au的濃度為lOmol% W上，在本說明書中 就也作為表面層。
[0033] 由包含Au和Pd的合金構(gòu)成的表面層，能夠抑制線表面的硫化和氧化，從而減少滑 動阻力。因此，接合線通過具備表面層，除了能夠減少蛇形環(huán)路的發(fā)生W外，還能夠減少圖 IB所示的下沉(sagging)環(huán)路18的發(fā)生。下沉環(huán)路18與蛇形環(huán)路16同樣地，在球接合12與模 接合14的高低差大、跨距長的梯形環(huán)路中發(fā)生頻度高。另外，下沉環(huán)路18具有與蛇形環(huán)路16 相比緩緩地蛇行的形狀。
[0034] 表面層，通過其Au的濃度為10~70mol %、Au和Pd的合計濃度為SOmol % W上，能夠 更切實地減少滑動阻力。表面層的Au的濃度如果超過70mol%，則會發(fā)生球部成為楠圓形的 不良。運樣的楠圓形的球部，不適合于在小的電極上進行球接合的高密度安裝。
[0035] 表面層、被覆層和中間層的總計厚度優(yōu)選為25~200nm。通過為上述范圍，接合線 能夠抑制模接合部的卷縮即剝離不良、提高模接合性。如果表面層、被覆層和中間層的總計 厚度為40~150nm，則能夠更切實地提高模接合性，因而更加優(yōu)選。
[0036] 表面層的厚度優(yōu)選為3~30nm。通過為上述范圍，接合線能夠更切實地減少蛇形環(huán) 路和下沉環(huán)路的發(fā)生。
[0037] (制造方法）
[0038] 下面，對本實施方式設(shè)及的接合線的制造方法進行說明。在接合線的制造中，需要 在忍材的表面形成中間層、被覆層、W及根據(jù)情況形成表面層的工序、形成為期望的粗細(xì)度 的加工工序、熱處理工序。
[0039] 在銅的忍材的表面形成中間層、被覆層和表面層的方法，有鍛敷法、蒸鍛法、烙融 法等。鍛敷法可W采用電解鍛敷法、無電解鍛敷法的任一種方法來進行制造。被稱為觸擊 鍛、閃鍛的電解鍛敷法，鍛敷速度快，與基底的密著性也良好。用于無電解鍛敷法的溶液，分 類為置換型和還原型，在膜較薄的情況下僅采用置換型鍛敷就足夠了，但在形成厚的膜的 情況下，在置換型鍛敷之后階段性地實施還原型鍛敷是有效的。無電解鍛敷法的裝置等簡 便，比較容易，但比電解鍛敷法需要時間。
[0040] 在蒸鍛法中，可W利用瓣射、離子鍛和真空蒸鍛等物理吸附、W及等離子體CVD等 化學(xué)吸附。運些方法都是干式方法，不需要形成膜之后的洗涂，不用擔(dān)屯、洗涂時的表面污染 等。
[0041] 對于實施鍛敷或蒸鍛的階段，W目標(biāo)線徑形成期望的膜的方法、和在粗徑的忍材 上形成膜后進行多次拉絲直到成為目標(biāo)線徑的方法都是有效的。前者W最終直徑形成膜， 在制造、品質(zhì)管理等方面較為簡便，而后者將膜形成與拉絲組合，在提高膜與忍材的密著性 方面較為有利。作為各形成法的具體例，可舉出：對于目標(biāo)線徑的銅線，一邊使線在電解鍛 敷溶液中連續(xù)地掃掠通過一邊形成膜的方法;或者，將粗的銅線浸潰在電解鍛浴或無電解 鍛浴中來形成膜，然后將線進行拉絲而達到最終線徑的方法等。
[0042] 形成中間層、被覆層、表面層之后的加工工序中，根據(jù)目的而選擇并靈活使用漉社 審IJ、擠鍛(swaging)、模拉絲等。通過加工速度、壓下率或模減面率等來控制加工組織、位錯、 晶界的缺陷等，也會對中間層、被覆層、表面層的結(jié)構(gòu)、密著性等帶來影響。
[0043] 在熱處理工序中，在忍材與中間層、中間層與被覆層、被覆層與表面層的各界面， 促進各構(gòu)成中所含的金屬元素的相互擴散。根據(jù)目的來實施1次或多次熱處理是有效的。為 了在中間層、被覆層、表面層的結(jié)構(gòu)中得到期望的膜厚、組成，需求W嚴(yán)格的精度控制％級 的濃度、皿級的膜厚等的制造技術(shù)。熱處理工序分類為剛形成膜之后的退火、加工途中的退 火、在最終直徑下的最終退火，選擇、靈活使用它們是很重要的。
[0044] 只是單純地對線進行了加熱并不能控制接合線的表面和內(nèi)部的各金屬元素的分 布。即使原樣應(yīng)用在通常的線制造中所采用的在最終線徑下的消加工應(yīng)力退火，也會由于 忍材、中間層、被覆層、表面層的密著性的降低而導(dǎo)致環(huán)路控制變得不穩(wěn)定，難W對線的長 度方向的各層的均質(zhì)性、線截面中的各層的分布進行控制。因此，熱處理的時機、溫度、速 度、時間等的控制是很重要的。
[0045] 通過將加工與熱處理組合而控制擴散的進行度，能夠控制期望的膜厚、組成、結(jié) 構(gòu)。進行熱處理之前的加工過程，和在忍材與中間層、中間層與被覆層、被覆層與表面層的 各界面中的組織等有關(guān)系，因此也會對熱處理中的擴散行為帶來影響。最終的各層的組成、 厚度等根據(jù)在哪個加工階段進行熱處理而發(fā)生變化。
[0046] 作為熱處理法，通過一邊將線連續(xù)地掃掠一邊進行熱處理，而且，不是使一般的熱 處理的爐內(nèi)溫度恒定，而是在爐內(nèi)形成溫度梯度，由此能夠容易地量產(chǎn)具有帶有本實施方 式的特征的忍材、中間層、被覆層、表面層的接合線。在具體的事例中，有局部地導(dǎo)入溫度梯 度的方法、使溫度在爐內(nèi)變化的方法等。為了抑制接合線的表面氧化，一邊使化、Ar等惰性 氣體在爐內(nèi)流動一邊加熱也是有效的。
[0047] 在溫度梯度的方式中，爐入口附近的正的溫度梯度(相對于線的掃掠方向溫度上 升）、穩(wěn)定溫度區(qū)域、爐出口附近的負(fù)的溫度梯度(相對于線的掃掠方向溫度下降）等多個區(qū) 域設(shè)置溫度梯度是有效的。由此，在爐入口附近不產(chǎn)生各層與忍材的剝離等，使密著性提 高，在穩(wěn)定溫度區(qū)域中促進各金屬元素的擴散而形成期望的濃度梯度，而且在爐出口附近 抑制表面的銅的過度氧化，從而能夠改善所得到的接合線的接合性、環(huán)路控制性等。為了得 到運樣的效果，期望將出入口處的溫度梯度設(shè)為IOtVcmW上。
[0048] 在使溫度變化的方法中，通過將爐內(nèi)分割為多個區(qū)域、在各區(qū)域中進行不同的溫 度控制而形成溫度的分布也是有效的。例如，將爐內(nèi)分割為3處W上，獨立地進行溫度控制， 使?fàn)t的兩端的溫度比中央部的溫度低，由此可得到與溫度梯度的情況同樣的改善效果。另 夕h為了抑制接合線的表面氧化，使?fàn)t的出口側(cè)成為銅的氧化速度慢的低溫，由此可使模接 合部的接合強度上升。
[0049] 另外，烙融法是使各層或忍材的任一者烙融而進行誘鑄的方法，通過Wl~50mm左 右的粗徑將各層與忍材連接之后進行拉絲而具有生產(chǎn)性優(yōu)異，W及與鍛敷法、蒸鍛法相比 各層的合金成分設(shè)計容易，強度、接合性等特性改善也容易等優(yōu)點。在具體的工序中，分為 在預(yù)先制作出的忍材的周圍，將烙融的構(gòu)成各層的金屬依次誘鑄而形成各層的方法，和使 用預(yù)先制作出的包含中間層、被覆層、表面層的中空圓柱，通過向其中空部誘鑄例如烙融的 銅或銅合金而形成忍材的方法。優(yōu)選后者，即向中空圓柱的內(nèi)部誘鑄銅的忍材，該方法能夠 容易地在中間層和被覆層中穩(wěn)定形成銅的濃度梯度等。另外，在烙融法中，也可W省略用于 使銅向中間層和被覆層擴散的熱處理操作，但通過實施用于調(diào)整中間層和被覆層內(nèi)的銅的 分布的熱處理，也能期待進一步的特性改善。
[0050] 另外，在利用運樣的烙融金屬的情況下，也可W通過連鑄來制造忍材和各層的至 少一者。通過該連鑄法，與上述的誘鑄方法相比，工序簡略化，而且能夠使線徑較細(xì)，提高生 產(chǎn)性。
[0051] 另外，作為形成不含金屬M的被覆層的制法，為了抑制被覆層內(nèi)的金屬M的體擴散、 晶界擴散等，期望熱處理溫度低。具體而言，分兩次W上進行熱處理，加工途中的粗線的中 間熱處理設(shè)為高溫，最終線徑的最終熱處理為低溫化，由此形成不含金屬M的被覆層是有效 的。例如期望實施兩種熱處理的線徑之差為2倍W上，溫度差為IOCTC W上。
[0052] 在本實施方式設(shè)及的接合線的連接中，形成球部時所使用的保護氣體，除了標(biāo)準(zhǔn) 的5體積％此+化氣體W外，也可W使用純化氣體。產(chǎn)生電弧放電而在線尖端形成球部時，通 過吹送保護氣體，能夠使電弧放電穩(wěn)定化，抑制烙融了的球部表面的氧化。
[0053] 2.實施例
[0054] 按照試樣、評價內(nèi)容、評價結(jié)果的順序?qū)嵤├M行說明。
[005引（試樣）
[0056]作為接合線的原材料，忍材所用的Cu、Ag使用了純度約為99.99質(zhì)量％ ^上的高純 度的原材料，作為被覆層的PcU中間層的Ni、表面層的Au,準(zhǔn)備了純度為99.9質(zhì)量％ W上的 鍛液。在溶解忍材的工序中，添加了適量的合金元素。
[0057] 準(zhǔn)備直徑約為1~3mm的粗徑的線，在該線的表面采用電解鍛敷法形成了中間層、 被覆層、表面層等。作為電解鍛液，使用了面向電子部件、半導(dǎo)體的市售鍛液。
[0058] 在由忍材、中間層、被覆層構(gòu)成的接合線的情況下，W通過Ni鍛敷處理形成中間層 之后再通過Pd鍛敷處理形成被覆層的順序?qū)嵤┝藘蓚€階段的處理。另外，在由忍材、中間 層、被覆層、表面層構(gòu)成的接合線的情況下，W通過Ni鍛敷處理形成中間層、通過Pd鍛敷處 理形成被覆層、通過Au鍛敷處理形成表面層的順序?qū)嵤┝?S個階段的處理。為了提高密著 性，根據(jù)需要在實施最后的鍛敷處理之后，實施了加熱處理。加熱條件設(shè)為在氮氣氣氛中、 在150~300°C的低溫進行30分鐘的分批式加熱。另外，根據(jù)需要在形成中間層之后實施了 加熱處理。其加熱條件設(shè)為上述范圍。
[0059] 在形成中間層、被覆層、表面層等之后，通過拉絲來較細(xì)地加工直到最終線徑18~ 20皿。拉絲速度設(shè)為10~IOOm/分鐘的范圍，拉絲模使用了每一個的減面率為3~15%的拉 模。
[0060] 在拉絲到最終直徑之后，實施了最終退火W使得除去加工應(yīng)力、拉伸率值成為5~ 20%的范圍。根據(jù)需要在模拉絲到線徑30~IOOwii之后，實施中間退火，進而實施了拉絲加 工。
[0061] 在線的最終退火或中間退火中，利用了一邊將線連續(xù)地掃掠一邊連續(xù)加熱的連續(xù) 退火。溫度設(shè)定為300~700°C的范圍，線掃掠速度在10~IOOmm/分鐘的范圍內(nèi)進行了調(diào)整。 結(jié)合溫度分布，也對線掃掠速度等進行了優(yōu)化。作為退火的氣氛，出于抑制氧化的目的而使 用了氮氣。氣體流量在0.0002~0.0 OW/分鐘的范圍內(nèi)進行了調(diào)整。將拉絲加工途中的中 間退火、最終直徑下的最終退火適當(dāng)組合。中間退火是W拉絲加工的途中的線徑0.1~Imm 對線進行了退火。
[0062] 接合線的連接，使用市售的自動焊線機化&S公司制），進行了球/模接合。通過電弧 放電在線尖端制作球部，將該球部與娃基板上的電極膜接合，將線的另一端模接合到引線 端子上。為了抑制球烙融時的氧化，向線尖端吹送5體積％出+化氣體。接合溫度設(shè)為通常的 175 °C、和低溫的150°C。作為接合對象的娃基板上的電極，使用侶電極(Al -0.5 % Cu膜），其 厚度為0.祉m。另一方面，模接合的對象，使用了引線框上的Au/Pd電極。
[0063] 線表面的膜厚測定，使用了通過AES進行的深度分析。利用Ar離子一邊瓣射一邊在 深度方向進行測定，深度的單位按Si化換算進行表示。接合線中的合金元素的濃度，利用了 AES或感應(yīng)禪合等離子（ICP: Inductively Coupled Plasma)分析。在忍材中所含有的元素 與在線表面形成的中間層、被覆層、表面層的元素重復(fù)的情況下，忍材中所含有的元素的濃 度使用了忍材截面中的利用電子探針巧PMAiElectron Probe Micro Analyser)、能量色散 型X射線分析化DX:Ene;rgy dispersive X-rayspechometiT)、AES分析方法求出的濃度的 平均值。與其對應(yīng)的元素為Pd、Ni、Au元素。另一方面，在忍材中所含有的元素為Pd、Ni、AuW 外的元素，且與中間層、被覆層、表面層的元素不同的情況下，利用線整體的由ICP分析測定 出的濃度。
[0064] (評價內(nèi)容）
[0065] 關(guān)于接合部的高溫可靠性，將接合后進行了樹脂密封的試樣，在處理溫度為185 °C、處理時間為2000小時的條件下進行加熱處理之后，評價了 60根接合線的電特性。在表1、 2中的"高溫可靠性"一欄中，電阻上升至初期的3倍W上的接合線的比例為30% W上的情況 下，由于接合不良而用X標(biāo)記表示，電阻上升至3倍W上的接合線的比例為5% W上且低于 30%的范圍的情況下，由于能夠用于可靠性要求不嚴(yán)格的IC而用A標(biāo)記表示，電阻上升至3 倍W上的接合線的比例低于5%且上升到1.5倍W上的接合線的比例為10% W上且低于 30%的情況下，由于在實際使用上沒有問題而用O標(biāo)記表示，如果電阻上升至1.5倍W上的 接合線的比例低于10%，則由于良好而用◎標(biāo)記表示。
[0066] 關(guān)于蛇形環(huán)路不良的評價，利用中跨距高段差和長跨距高段差運兩種環(huán)路進行了 評價。在中跨距高段差中，線長度為3.5mm且下降區(qū)域的長度為0.5mm，將梯形環(huán)路連接W使 得從模接合部到環(huán)路最高位置的高低差成為0.7mm。在長跨距高段差中，線長度為5mm且下 降區(qū)域的長度為0.7mm，將梯形環(huán)路連接W使得從模接合部到環(huán)路最高位置的高低差成為 0.8mm。線徑為20WI1。從上方用光學(xué)顯微鏡觀察環(huán)路的下降區(qū)域，如果1條環(huán)路的下降區(qū)域中 的彎曲為2次W上則判定為蛇形環(huán)路不良，對500條環(huán)路連接中的發(fā)生頻度進行了評價。在 表1、2中的"蛇形環(huán)路"一欄中，該發(fā)生頻度超過10%的情況下判定為不良而用X標(biāo)記表示， 超過5%且為10% W下的情況下由于擔(dān)屯、量產(chǎn)性而用A標(biāo)記表示，超過2%且為5% W下的 情況下由于比較良好而用O標(biāo)記表示，0~2%的情況下判斷為環(huán)路形狀穩(wěn)定，用◎標(biāo)記表 /J、- O
[0067] 關(guān)于下沉環(huán)路不良的評價，線長度為5mm且下降區(qū)域長度為1.5mm，將梯形環(huán)路連 接W使得從模接合部到環(huán)路最高位置的高低差成為0.7mm。線徑為20皿。用光學(xué)顯微鏡從上 方觀察環(huán)路，環(huán)路WO.2mmW上的長周期蛇行的情況下，判斷為下沉環(huán)路不良，對400條環(huán)路 連接中的發(fā)生頻度進行了評價。在表2中的"下沉環(huán)路"一欄中，該發(fā)生頻度超過10%的情況 下判定為不良而用X標(biāo)記表示，超過5%且為10% W下的情況下由于擔(dān)屯、量產(chǎn)性而用A標(biāo) 記表示，超過2%且為5% W下的情況下由于比較良好而用O標(biāo)記表示，0~2% W下的情況 下判斷為不會發(fā)生下沉環(huán)路不良的問題，用◎標(biāo)記表示。
[0068] 關(guān)于模接合性，利用將接合線接合到引線電極時的卷縮不良的發(fā)生頻度進行了評 價。關(guān)于接合線的制造后的保管，W放入線圈盒的狀態(tài)在潔凈室內(nèi)的大氣中常溫保管了30 天。在接合條件中，稍稍降低超聲波輸出，進而將臺（stage)溫設(shè)為160°C的低溫，誘發(fā)了模 接合的分離。通過1000條的接合而評價了分離發(fā)生頻度。在表1、2中的"模接合性"一欄中， 卷縮不良數(shù)量為10條W上的情況下，由于需要改善而用X標(biāo)記表示，4~9條的情況下用A 標(biāo)記表示，1~3條的情況下由于大致良好而用O標(biāo)記表示，不良為零的情況下判斷為模接 合性優(yōu)異而用◎標(biāo)記表示。
[0069] 在壓接球部的接合形狀的判定中，觀察200條接合了的球部，對形狀的正圓度、異 常變形不良、尺寸精度等進行了評價。線徑采用20WH，將初期球徑/線徑的比率大約設(shè)為2， 通過嚴(yán)格的小球接合進行了評價。
[0070] 在表1、2中的"壓接球形狀"一欄中，如果偏離正圓的各向異性、花瓣狀等不良球形 狀為5條W上則判定為不良而用X標(biāo)記表示，偏離正圓的不良球形狀為2~4條的情況下分 為兩類，如果發(fā)生1條W上的異常變形則由于期望量產(chǎn)上的改善而用A標(biāo)記表示，如果沒有 發(fā)生異常變形則由于能夠使用而用O標(biāo)記表示，如果不良球形狀為1條W下則由于良好而 用◎標(biāo)記表示。
[0071] (評價結(jié)果）
[0072] 實施例1~18的接合線，由忍材、中間層、被覆層構(gòu)成，中間層的Ni的濃度為15~ 80mol%，由此確認(rèn)了能夠減少蛇形環(huán)路不良。另一方面，不含中間層的比較例1、2、5、或中 間層的Ni的濃度為上述范圍外的比較例3、4、6中，蛇形環(huán)路不良高頻度發(fā)生。
[0073] 實施例2~5、7~18,中間層的厚度為8~80nm，由此確認(rèn)了能夠減少模接合時的卷 縮不良。
[0074] 實施例19~35的接合線由忍材、中間層、被覆層、表面層構(gòu)成，中間層的Ni的濃度 為15~SOmol %，而且表面層的Au的濃度為10~70mol %、Au和Pd的合計濃度為SOmol % W 上，由此確認(rèn)了能夠減少蛇形環(huán)路不良和下沉環(huán)路不良。另一方面，不含中間層的比較例7、 9、或中間層的Ni的濃度為上述范圍外的比較例8、10,蛇形環(huán)路不良和下沉環(huán)路不良高頻度 發(fā)生。另外，表面層的Au的濃度為上述范圍外的比較例11，盡管能夠減少蛇形環(huán)路不良，但 是發(fā)生了下沉環(huán)路不良。
[0075] 實施例19~21、24~35的接合線，表面層、被覆層和中間層的總計厚度為25~ 200nm，由此確認(rèn)了能夠減少模接合時的卷縮不良。而且，實施例19~21、24~29、31~35的 接合線，表面層、被覆層和中間層的總計厚度為40~15化m，由此確認(rèn)了能夠更切實地減少 模接合時的卷縮不良。
[0076] 實施例19~22、25~35的接合線，表面層的厚度為3~30nm，由此確認(rèn)了能夠更切 實地減少蛇形環(huán)路不良和下沉環(huán)路不良的發(fā)生。
[0077] 關(guān)于實施例3、4、6~9、20、21、23~26的接合線，忍材中的所述金屬1為加，并含有 選自P、Ti、B、Ag之中的一種W上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度總計為0.0005~ 0.02質(zhì)量％的范圍，由此確認(rèn)了壓接球形狀良好。
[007引關(guān)于實施例10~12、27~29的接合線，忍材中的所述金屬M為化，并含有選自PcUNi 之中的一種W上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度總計為0.2~2.0質(zhì)量％的范圍， 由此確認(rèn)了加熱處理后的可靠性(高溫可靠性)高。
[0079]關(guān)于實施例15~18、32~35的接合線，忍材中的所述金屬M為Ag,并含有選自PcU Ni、Cu之中的一種W上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度總計為0.5~5.0質(zhì)量％的 范圍，由此確認(rèn)了加熱處理后的可靠性高。
[0080]
哨
[0081]
瑪
【主權(quán)項】
1. 一種半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，具備： 芯材，其含有超過50mo 1 %的金屬Μ; 中間層，其形成于所述芯材的表面，包含Ni、Pd、所述金屬Μ和不可避免的雜質(zhì)，所述Ni 的濃度為15~80mol%;和 被覆層，其形成于所述中間層上，包含Ni、Pd和不可避免的雜質(zhì)，所述Pd的濃度為50~ lOOmol% ? 所述金屬Μ為Cu或Ag， 所述被覆層的Ni濃度低于所述中間層的Ni濃度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述中間層的厚度為8~ 80nm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于， 所述被覆層還含有Au， 所述半導(dǎo)體裝置用接合線還具備表面層，所述表面層形成于所述被覆層上，由包含Au 和Pd的合金構(gòu)成，所述Au的濃度為10~70mol %，Au和Pd的合計濃度為80mol %以上， 所述被覆層的Au濃度低于所述表面層的Au濃度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述表面層、所述被覆層 和所述中間層的總計厚度為25~200nm。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述表面層的厚度為3 ~30nm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5的任一項所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述金屬Μ為 Cu，所述芯材含有選自P、Ti、B、Ag之中的一種以上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度 總計為0.0005~0.02質(zhì)量％的范圍。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~5的任一項所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述金屬Μ為 Cu，所述芯材含有選自Pd、Ni之中的一種以上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度總計 為0.2~2.0質(zhì)量％的范圍。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~5的任一項所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述金屬Μ為 Ag，所述芯材含有選自Pd、Ni、Cu之中的一種以上的元素，所述元素在線整體中所占的濃度 總計為0.5~5.0質(zhì)量％的范圍。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8的任一項所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，所述被覆層 還含有與所述芯材的所述金屬Μ相同的金屬Μ。
【文檔編號】C22C5/06GK105830205SQ201480068797
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月4日
【發(fā)明人】宇野智裕, 萩原快朗, 小山田哲哉, 小田大造
【申請人】新日鐵住金高新材料株式會社, 日鐵住金新材料股份有限公司