[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置用接合線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010092522.4
• 申請(qǐng)日: 2015-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN111276459A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山田隆;小田大造;榛原照男;宇野智裕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日鐵新材料股份有限公司;日鐵化學(xué)材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L23/49
• 分類號(hào): H01L23/49
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊光軍;段承恩

提供一種接合線，其是在表面具有Pd被覆層的Cu接合線，改善了高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合可靠性，適合于車載用設(shè)備。一種半導(dǎo)體裝置用接合線，具有Cu合金芯材和形成于其表面的Pd被覆層，接合線含有合計(jì)為0.1～100質(zhì)量ppm的As、Te、Sn、Sb、Bi、Se中的1種以上的元素。由此，能夠提高高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合壽命并改善接合可靠性。當(dāng)Cu合金芯材還含有分別為0.011～1.2質(zhì)量％的Ni、Zn、Rh、In、Ir、Pt、Ga、Ge中的1種以上時(shí)，能夠提高在170℃以上的高溫環(huán)境下的球接合部可靠性。另外，當(dāng)在Pd被覆層的表面進(jìn)一步形成含有Au和Pd的合金表皮層時(shí)，楔接合性改善。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01580002533.6、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體裝置用接合線”、申請(qǐng)日為2015年9月18日的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及為了將半導(dǎo)體元件上的電極和外部引線等電路布線基板的布線連接而被利用的半導(dǎo)體裝置用接合線。

背景技術(shù)

現(xiàn)在，作為將半導(dǎo)體元件上的電極與外部引線之間接合的半導(dǎo)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(xì)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(nèi)部而用于連接的毛細(xì)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(nèi)加熱了的半導(dǎo)體元件的電極上(以下稱為球接合)，接著，形成環(huán)路(loop)之后，將線部壓接接合于外部引線側(cè)的電極(以下稱為楔接合)。作為接合線的接合對(duì)象的半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，外部引線側(cè)的電極可以使用施加了鍍Ag層、鍍Pd層的電極結(jié)構(gòu)等。

迄今為止，接合線的材料中Au是主流，但以LSI用途為中心，替代為Cu的工作正在推進(jìn)。另一方面，以近年來的電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車的普及為背景，在車載用裝置用途中，對(duì)于從Au向Cu的替代的需求也在提高。

關(guān)于Cu接合線，曾提出了使用高純度Cu(純度：99.99質(zhì)量％以上)的Cu接合線(例如，專利文獻(xiàn)1)。Cu與Au相比具有易氧化的缺點(diǎn)，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(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)2)。另外，曾提出了在Cu芯材的表面被覆Pd，再將其表面用Au、Ag、Cu或它們的合金被覆的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)3)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開昭61-48543號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-167020號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2012-36490號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

車載用設(shè)備與一般的電子設(shè)備相比，要求在嚴(yán)酷的高溫高濕環(huán)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。曾提出了好幾種評(píng)價(jià)高溫高濕環(huán)境下的接合可靠性的方法，作為代表性的評(píng)價(jià)方法，有HAST(HighlyAccelerated Temperature and Humidity Stress Test)(高溫高濕環(huán)境暴露試驗(yàn))。在采用HAST來評(píng)價(jià)球接合部的接合可靠性的情況下，將評(píng)價(jià)用的球接合部暴露于溫度為130℃、相對(duì)濕度為85％的高溫高濕環(huán)境中，測(cè)定接合部的電阻值的經(jīng)時(shí)變化、或測(cè)定球接合部的剪切強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)變化，由此評(píng)價(jià)球接合部的接合壽命。最近，在這樣的條件下的HAST中開始要求100小時(shí)以上的接合壽命。

使用以往的具有Pd被覆層的Cu接合線與純Al電極進(jìn)行接合，1st接合為球接合，2nd接合為楔接合，用環(huán)氧樹脂封裝后，進(jìn)行了上述HAST條件下的評(píng)價(jià)，結(jié)果可知有時(shí)球接合部的接合壽命低于100小時(shí)，車載用設(shè)備所要求的接合可靠性不充分。