[發明專利]半導體裝置用接合線

在審

• 申請號: 201711344468.2
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN107962313A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 山田隆;小田大造;榛原照男;大石良;齋藤和之;宇野智裕
• 申請（專利權）人: 日鐵住金新材料股份有限公司;新日鐵住金高新材料株式會社
• 主分類號: B23K35/02
• 分類號: B23K35/02;B23K35/30;C22C5/04;C22C9/00;C22C9/04;C22C9/06;H01L23/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

本申請是申請日為2016年5月19日、申請號為201680002657.9、發明創造名稱為：“半導體裝置用接合線”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及為了將半導體元件上的電極和外部引線等的電路布線板的布線連接而被利用的半導體裝置用接合線。

背景技術

現在，作為將半導體元件上的電極與外部引線之間接合的半導體裝置用接合線(以下稱為接合線)，主要使用線徑15～50μm左右的細線。接合線的接合方法一般為并用超聲波的熱壓接方式，可使用通用接合裝置、將接合線通到其內部而用于連接的毛細管工具等。接合線的接合工藝通過下述過程來完成：通過電弧熱輸入將線尖端加熱熔融，利用表面張力形成球(FAB：Free Air Ball，無空氣的球)后，使該球部壓接接合于在150℃～300℃的范圍內加熱了的半導體元件的電極上(以下稱為“球接合”)，接著，形成環(環路：loop)之后，將線部壓接接合于外部引線側的電極(以下稱為“楔接合”)。作為接合線的接合對象的半導體元件上的電極可以使用在Si基板上形成了以Al為主體的合金膜的電極結構，而外部引線側的電極可以使用施加了鍍Ag層和/或鍍Pd層的電極結構等。

迄今為止，接合線的材料以Au為主流，但以LSI用途為中心，替代為Cu的工作正在推進。另一方面，以近年來的電動汽車、混合動力汽車的普及為背景，在車載用裝置用途中，對于從Au替代為Cu的需求也在提高。

關于Cu接合線，曾提出了使用高純度Cu(純度：99.99質量％以上)的Cu接合線(例如，專利文獻1)。Cu與Au相比具有易被氧化的缺點，存在接合可靠性、球形成性、楔接合性等較差的問題。作為防止Cu接合線的表面氧化的方法，曾提出了用Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Co、Cr、Ti等金屬被覆Cu芯材表面的結構(專利文獻2)。另外，曾提出了在Cu芯材的表面被覆Pd，再將Pd被覆層表面用Au，Ag、Cu或它們的合金被覆的結構(專利文獻3)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開昭61-48543號公報

專利文獻2:日本特開2005-167020號公報

專利文獻3:日本特開2012-36490號公報

發明內容

車載用裝置與一般的電子設備相比，要求在嚴苛的高溫高濕環境下的接合可靠性。特別是將線的球部與電極接合的球接合部的接合壽命成為最大的問題。

作為評價在高溫高濕環境下的球接合部的接合可靠性的代表性的評價方法，有HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)(高溫高濕環境暴露試驗)。在采用HAST評價球接合部的接合可靠性的情況下，將評價用的球接合部暴露于溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環境中，測定接合部的電阻值的經時變化、或測定球接合部的剪切強度的經時變化，由此評價球接合部的接合壽命。

另外，作為評價170℃以上的高溫環境下的球接合部的接合可靠性的方法，可采用HTS(High Temperature Storage Test)(高溫放置試驗)。在利用HTS評價球接合部的接合可靠性的情況下，關于暴露于高溫環境中的評價用的樣品，通過測定球接合部的電阻值的經時變化、或測定球接合部的剪切強度的經時變化，從而評價球接合部的接合壽命。

通過本發明人的研究，判明了在接合線包含例如Ni、Zn、Rh、In、Ir、Pt等的賦予高溫環境下的連接可靠性的元素的情況下，與不包含該元素的情況相比，130℃以上的高溫環境下的球接合部的接合可靠性提高。

在此，用下述(1)式定義耐力比。

耐力比＝最大耐力/0.2％耐力(1)

在楔接合中，接合線激烈地變形。在變形時，若線發生加工硬化，則接合后的線變硬，其結果楔接合的接合強度下降。為了維持楔接合強度，用上述(1)式定義的耐力比優選為1.6以下。然而，為了提高在高溫環境下的球接合部的接合可靠性而使線中含有上述元素的結果，耐力比增大，變得超過1.6。因而，會導致楔接合的接合強度下降。

本發明的目的是提供一種半導體裝置用接合線，其具有Cu合金芯材和形成于其表面的Pd被覆層，其能夠提高在高溫下的球接合部的接合可靠性，并且能夠使用(1)式定義的耐力比成為1.1～1.6。

即，本發明的要旨如下。