[發明專利]球焊用銅合金線

在審

• 申請號: 201710200765.3
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107958890A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 高田滿生;天野裕之;前田菜那子;永江祐佳;濱本拓也
• 申請（專利權）人: 田中電子工業株式會社
• 主分類號: H01L23/49
• 分類號: H01L23/49
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 韓蕾,姚亮

技術領域

本發明關于球焊用銅合金線，特別關于球焊用銅合金線的第一接合的改良，其通過焊球(FAB；free air ball)接合對于半導體組件上的墊片電極進行第一接合之后，再通過訂合式接合(stitch bonding)，對于引線框架上的外部電極進行第二接合。

背景技術

至今為止，幾乎未考慮將銅鎳等合金作為接合線。若添加鎳(Ni)、鉑(Pt)或鈀(Pd)，則銅(Cu)的電阻上升。因此，若將銅鎳等合金作為接合線，則具有喪失“代替金接合線、以低電阻為特征的銅接合線”的優越性這樣的缺點。以下示例與銅鎳等合金相關的接合線。

日本特開平01-291435號公報(后述專利文獻1)的請求項1中，揭示一種半導體裝置用銅合金極細線所構成的發明，其中：“在S、Se以及Te的總含量為1.0ppm以下的高純度無氧銅中，以總計1.0～500ppm，添加Al、Cr、Fe、Mn、Ni、P、Sn、Zn的1種或2種以上，而第一表的實施例6中，揭示一種半導體裝置用銅合金極細線，其由“在高純度無氧銅中添加Ni：376ppm的材料”所構成。

另外，日本特開平01-290231號公報(后述專利文獻2)的請求項2中，揭示一種由半導體裝置用銅合金極細線所構成的發明，其中：“在S、Se以及Te的總含量為1.0ppm以下的高純度無氧銅中，至少添加1.0ppm的Si，更以與Si總計為1.0～500ppm的量，添加Al、Cr、Fe、Mn、Ni、P、Sn、Zn的1種或2種以上”。而第二表的實施例9揭示一種半導體裝置用銅合金極細線，其中：“在純度無氧銅中添加Si：54ppm以及Ni：46ppm”。

然而，同公報的第2表的比較例2中記載，在高純度無氧銅中添加Si：89ppm以及Ni：660ppm的材料，其球體硬度變高，而無法避免被膜損傷及微裂縫。這被認為是因為，若鎳(Ni)的濃度變高，則在表層中的銅(Cu)母體之中固溶的鎳(Ni)會與大氣中的氧結合，而形成氧化鎳粒子。因此，將此比較例2的材料應用在半導體裝置用接合線的情況下，呈現“無法在高溫下作為銅合金極細線使用”的情形。

在這樣的狀況下，在日本特開2014-165272號公報(d3)的發明中，揭示一種半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線的構造，其中：“在剖面減少率99％以上、且經連續拉線、由表層與內部氧化層及銅稀薄鎳合金層所構成的半導體裝置接合用銅鎳稀薄合金線之中，該表層由氧化物的成長層所構成；該內部氧化層由氧化鎳粒子細微地分散于金屬不足型氧化銅母體之中的層體所構成；該銅稀薄鎳合金層是0.1～1.5質量％的鎳(Ni)均勻固溶于純度99.995質量％以上的銅(Cu)母體之中的合金層；該內部氧化層的厚度，相對于上述表面層的厚度，為60倍以上。其是利用“使銅(Cu)母體中的氧固溶的鎳(Ni)固定”以及“純銅層容易形成于銅稀薄鎳合金的表面層”。

結果，此接合線中，表層的Cu₂O膜的速度遠超過“因為周圍溫度的成長”，金屬不足型銅氧化物(Cu_2-xO)母體中自由的氧可在Cu_2-xO母體中快速移動。因此，金屬不足型銅氧化物(Cu_2-xO)母體發揮緩沖層的功能，而不會在表層形成半球狀的氧化膜，使得表層的Cu₂O膜穩定。因此，此接合線中，得到均勻的再結晶組織，而不會有線材蛇行、傾倒的情形。亦即，可消除至今為止熔融球體不規則展開，及稱為“傾倒”的接合線彎曲及彎折等。另外，亦可得到“第二接合中的接合線的訂合式接合性提高”等的效果。

然而，示例的銅鎳稀薄合金的接合線中，皆具有“線材表面上容易形成不穩定的氧化膜”這樣致命的缺點。因此，若長時間放置現有的銅鎳稀薄合金線，線材表面的氧濃度增加，而導致不穩定的氧化物在線材中增殖。如此，即使以焊球(FAB)方式在接合在線形成熔融球體，再從垂直方向將熔融球體按壓于鋁墊上，壓接球體也不會展開成圓盤狀，而具有壓接球體向外延伸的部分以“歪斜花瓣狀的形狀”凝固的傾向。

此處，鋁墊是純鋁(Al)或鋁(Al)為主成分的合金所構成的墊片電極。此外，花瓣狀這樣的敘述，如圖5所示，是壓接球體的中心與線的軸心雖為一致，但壓接球體向外延伸的部分的形狀并非呈現圓形的狀態。亦即，壓接球體變成花瓣狀的現象，不會在制作熔融球體的階段發生，而是在對于鋁墊從垂直方向按壓熔融球體的階段，壓接球體所出現的異常形狀。花瓣狀的測量方法于后段中敘述。