银金钯合金凸点制作线.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310325540.2

申请日:

2013.07.30

公开号:

CN103409654A

公开日:

2013.11.27

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C22C 5/06申请日:20130730|||公开

IPC分类号:

C22C5/06; H01L21/60

主分类号:

C22C5/06

申请人:

田中电子工业株式会社

发明人:

千叶淳; 安德优希; 手岛聪; 安原和彦; 陈炜; 前田菜那子

地址:

日本国东京都

优先权:

2012.09.12 JP 2012-200927

专利代理机构:

中科专利商标代理有限责任公司 11021

代理人:

牛海军

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内容摘要

一种用于半导体器件的银-金-钯凸点制作线,所述银-金-钯凸点制作线能够通过缩短熔融球的尾长度而稳定尾长度上的波动。在垂直拉伸-切割的银-金-钯合金凸点制作线中,银-金-钯合金包含1至9质量%的金(Au)和0.5至5质量%的钯(Pd),余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)(不包括所含有的上述元素),并且在熔融球形成之前所述凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。

权利要求书

权利要求书
1.  一种垂直拉伸-切割的银-金-钯合金凸点制作线,其特征在于:
银-金-钯合金包含1至9质量%的金(Au)和0.5至5质量%的钯(Pd),余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag),并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。

2.  一种垂直拉伸-切割的银-金-钯合金凸点制作线,其特征在于:
银-金-钯合金包含6至9质量%的金(Au)和2至4质量%的钯(Pd),余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag),并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。

3.  一种垂直拉伸-切割的银-金-钯合金凸点制作线,其特征在于:
银-金-钯合金包含1至9质量%的金(Au),0.5至5质量%的钯,以及1至30质量ppm的钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种,所述钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)的总量为10至100质量ppm,余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)[不包括一种或多种痕量添加元素],并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。

4.  一种垂直拉伸-切割的银-金-钯合金凸点制作线,其特征在于:
银-金-钯合金包含6至9质量%的金(Au),2至4质量%的钯(Pd),以1至30质量ppm的钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种,所述钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)的总量为10至100质量ppm,余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)[不包括一种或多种痕量添加元素],并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。

5.  根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的银-金-钯合金凸点制作线,其中银(Ag)的纯度是99.999质量%以上。

6.  根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的银-金-钯合金凸点制作线,其中金(Au)的含量高于钯(Pd)的含量。

7.  根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的银-金-钯合金凸点制作线,其中所述凸点制作线的维氏硬度是85至95Hv。

8.  根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的银-金-钯合金凸点制作线,其中所述凸点制作线具有15至25μm的线直径。

说明书

说明书银-金-钯合金凸点制作线
技术领域
本发明涉及垂直拉伸-切割(vertically pull-cut)的银-金-钯合金凸点制作线(bumping wire),并且具体地,涉及用于半导体器件的倒装法(flip-chip)连接的立柱凸点制作线。
背景技术
图1是显示普通柱凸点安装状态的截面图。
半导体器件32和电路基板33经由在半导体器件32的电极垫上预先形成的凸出电极(线凸起)36电学地和机械地彼此连接,并且电路基板33和凸出电极36经由典型由Pb-Sn合金或Sn-Ag合金形成的焊料彼此倒装连接。在倒装法连接中,线凸起与焊料彼此的金属结合通过下列方法获得:在基板电极上形成的焊料层上形成柱凸点之后安装芯片和通过加热将焊料熔融。
在倒装芯片连接之后,线凸起在如在功率半导体和电动车辆中的高温使用中扩散至焊料中,导致所谓的“焊料侵蚀”现象。此外,因为线凸起扩散至芯片电极的铝(Al)中以形成易碎的Au-Al金属间化合物,存在随着扩散进行在结合界面出现断裂的问题,导致电传导失效的出现。
作为用于形成上述类型的线凸起36的方法,日本未审查专利申请公布号11-251350(下面称为专利文献2)提出用于通过球结合(ball bonding)通过采用线结合技术形成凸点,并且使用包含Au、Ag、Cu等的用于凸点形成的线作为结合线的垂直拉伸-切割技术。
图2是显示根据上述传统技术的垂直拉伸-切割方法的凸点形成方法的截面图。在球结合器件中,在凸点制作线2的从绕线筒至毛细管的移动路径上设置与毛细管1在X、Y和Z方向上一起整体地移动的线钳5,并且在通过线钳5夹住的同时,将凸点制作线2通过对应于所需凸点形状或尺寸的长度拉伸[图2的(a)]。接下来,将火花电流施加至线51的尖端以 形成初始球51a[图2的(b)]。接下来,将初始球51a转移至电极垫34上[图2的(c)],并且将形成在线尖端上的球51a压力结合至电极垫34[图2的(d)]。接下来,在将线从线钳5释放的状态下[图2的(f)],将线钳5在直接向上的方向稍微移动[图2的(g)],并且之后在其中线由线钳夹住的情况下将毛细管50在垂直向上方向上与线51一起拉伸[图2的(g)]。当毛细管垂直向上移动以完成线凸起36时,将线在球的底部切断[图2的(h)]。这是垂直拉伸-切割方法。在那之后,将线再次由线钳(未显示)夹住,并且在其中将线通过线钳夹住的状态下移动至下一个结合位置,并且之后通过线尖端与喷口之间的火花放电形成球以准备好用于下一次球结合。
要用于上述凸点制作线的材料的实例包括日本未审查专利申请公布号2007-142271(下面称为专利文献1)中公开的一类。该材料是“一种凸点形成材料,其特征在于包含10至60质量%的具有99.99质量%以上的纯度的Au和0.2%至2%的具有99.9%以上的纯度的Pd或Pt中的至少一种和0.05至1质量%的具有99.99质量%以上的纯度的Cu,余量是具有99.99质量%以上的纯度的Ag(权利要求6)”和“一种凸点形成材料,其特征在于包含10至60质量%的具有99.99质量%以上的纯度的Au,0.2%至2%的具有99.9%以上的纯度的Pd或Pt中的至少一种和0.05至1质量%的具有99.99质量%以上的纯度的Cu,以及5至100质量ppm的Ca、1至20质量ppm的Be和5至100质量ppm的稀土元素中的至少一种,余量是具有99.99质量%以上的纯度的Ag(权利要求8)”。凸点制作线利用不遭受焊料熔融过程中焊料侵蚀现象的益处,以通过使得熔融球的形状接近于完美球形而稳定化Ag合金线凸起,并且因此提高Al焊垫与Ag合金球之间的结合的可靠性,并且缩短银-金-钯合金凸点的尾长度以防止Ag与焊料之间界面上的空隙,而不损害银-金-钯合金凸点的焊料侵蚀耐受性(相同公开物的第0006段)。
当所加入的元素的量超过10%时,机械强度增加以增强凸点制作线本身,以使得能够减细凸点线。然而,线从25μm至20μm并且进一步至15μm的减细归因于熔融球的过大硬度而导致芯片断裂,除非进行精制热处理。另一方面,当以与通常结合线相同的方式对减细的凸点制作线进行精制热处理时,凸点制作线变得过软以使得难以缩短凸点的尾长度。
尤其是,在银-金-钯合金凸点制作线的情况下,由精制热处理产生的内部结构的改变率大于纯银凸点制作线的改变率。因此,即使当不改变内部结构时,银-金-钯合金凸点的尾长度上的波动也是大的。因为银-金-钯合金凸点制作线的尾长度上的波动的因素上不清楚,通过仅调节银-金-钯合金的组成,均匀地缩短银-金-钯合金凸点的尾长度是困难的。
因此,为了调节银-金-钯凸点的尾长度,在日本未审查专利申请公布号11-251350(下面称为专利文献2)中通过在毛细管上形成一对剑状凸出而在凸点制作线中提供切口,并且调节金属球直径,同时将由熔融球所致的热影响区域的长度以使得金属线的一部分刚好高于金属球的方式保持在日本未审查专利申请公布号09-283526(下面称为专利文献3)中的那样,所述金属球的晶粒归因于其中将金属线拉伸-切割的位置内的热而变粗。
如从以上实例可以看出的,尚未实现通过仅调节银-金-钯合金凸点制作线的组成而保持短的银-金-钯合金凸点的尾长度的目标。
引用列举
专利文献
专利文献1:日本未审查专利申请公布号2007-142271
专利文献2:日本未审查专利申请公布号11-251350
专利文献3:日本未审查专利申请公布号09-283526
发明内容
技术问题
本申请的发明的目标是提供一种银-金-钯合金凸点制作线,所述银-金-钯合金凸点制作线即使当以显著缩短银-金-钯合金凸点制作线的熔融球的结合之后热影响区域的长度的方式进行垂直拉伸-切割时也能够缩短银-金-钯合金凸点的尾长度。
问题的解决方式
发明人发现银-金钯合金凸点的尾长度上的波动依赖于精制处理之后的维氏硬度并且基于该发现确定维氏硬度可以控制的银-金-钯合金凸点 的组成。
本发明的垂直拉伸-切割的银-金-钯凸点制作线是这样的一种:其中银-金-钯合金包含1至9质量%的金(Au)和0.5至5质量%的钯(Pd),余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)(不包括所含有的元素Au和Pd),并且熔融球形成之前的凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。
优选地,本发明的垂直拉伸-切割的银-金-钯凸点制作线是这样的一种:其中银-金-钯合金包含6至9质量%的金(Au)和2至4质量%的钯(Pd),余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)(不包括所含有的元素Au、Pd、Ca、Be、La、Y和Eu),以及熔融球形成之前的凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。
而且,本发明的垂直拉伸-切割的银-金-钯凸点制作线是这样的一种,其中银-金-钯合金包含6至9质量%的金(Au)、2至4质量%的钯(Pd),和1至30质量ppm的钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种,所述钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)的总量为10至100质量ppm,余量是具有99.995质量%以上的纯度的银(Ag)[不包括一种或多种痕量添加元素],并且熔融球形成之前的凸点制作线的维氏硬度是80至100Hv。
在本发明中,对于Pb-Sn合金和Sn-Ag合金典型观察到的通过焊料的侵蚀(焊料侵蚀)的现象与通常金(Au)凸点中的比较在银(Ag)合金凸点中缓慢地进行,因为在焊料中银(Ag)的扩散比金(Au)的扩散慢。而且,银(Ag)合金凸点至半导体芯片上的铝(Al)电极的扩散比金(Au)和铝(Al)电极慢。对于金(Au)凸点观察到至芯片电极的铝(Al)中的扩散,并且通过扩散形成易碎的Au-Al金属间化合物,从而当金属间化合物的扩散在结合界面上进行时会在熔融球的结合界面上产生裂纹,导致产生电传导失效的问题。在银(Ag)合金凸点的情况下,在本发明的组成范围内清楚地展现延迟电传导失效的效果。而且,本发明的银-金-钯合金能够提高耐高温性并且能够使得可靠性提高。
在本发明中,金(Au)和钯(Pd)完全固溶至银(Ag)中以形成均匀的银-金-钯合金。因为获得了其中每种贵金属元素保持高纯度的合金,因此可以通过连续线拉伸形成凸点制作线,并且凸点制作线的品质是稳定的。
需要的是,银(Ag)的纯度是99.995质量%以上,并且将元素如金(Au) 和钯(Pd)以及钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)从纯度排除。优选地,银(Ag)的纯度是99.999质量%以上。具有99.99质量%以上的纯度的银(Ag)中杂质元素的实例包括Al、Mg、In、Ni、Fe、Cu、Si和Cr。
因为金(Au)的含量小于银(Ag)的含量一个数值,金(Au)的纯度可以是99.99质量%以上。优选地金(Au)的纯度是99.995质量%以上。
因为钯(Pd)的含量小于金(Au)的含量,钯(Pd)的纯度可以是99.9质量%以上。优选地,钯(Pd)的纯度是99.99质量%以上。
在本发明中,金(Au)抑制暴露至大气的过程中银(Ag)的硫化,尤其是在高温暴露的过程中。在本发明的银-金-钯合金中,将金(Au)的范围设定为1至9质量%,因为用少于1质量%的含量难以抑制银(Ag)的硫化,并且因为当该含量超过9质量%时银-金-钯合金凸点的凸点高度上的波动变得过大。金(Au)优选在6至9质量%的范围内。而且,为了防止在第一结合过程中芯片断裂,金(Au)的含量可以优选大于钯(Pd)的含量。
在本发明中,钯(Pd)提高凸点制作线的熔融球与半导体芯片上的铝(Al)电极之间的结合可靠性。当钯(Pd)在0.5至5质量%的范围内时,将熔融球至铝(Al)电极的第一结合上的结合性质稳定化,并且进一步,可以增强结合之后的耐高温性。更优选,钯在2至4质量%的范围内。
在本发明中,凸点制作线的维氏硬度必须是80至100Hv。在其中凸点制作线的组成是本发明的组成的情况下,在不进行任何精制热处理的情况下通过拉伸完成的线的维氏硬度是约100至120Hv。刚好在连续线拉伸之后的银-金-钯合金的熔融球变形上的静态强度和动态强度过高,从而在熔融球至铝(Al)电极的第一结合上的结合过程中导致铝(Al)电极的芯片断裂。另一方面,在其中对本发明的凸点制作线进行理想退火的情况下,凸点制作线的维氏硬度是约50至70Hv。在本发明中,通过下列方法有效地获得预定维氏硬度:通过连续线拉伸获得的最终的线直径并且之后使线相继通过热处理炉。所考虑的是维氏硬度的范围显示在回收区域中并且刚好在重结晶开始之前的结晶结构。凸点制作线的维氏硬度可以优选是85至95Hv。
连续线拉伸可以优选是在连续线拉伸之前的线直径的90%以上,更优选99%以上的冷加工。连续线拉伸可以优选是通过模具的线拉伸,特 别优选是通过钻石模具的线拉伸。可以通过拉伸容易地形成以同心图案安置的伸长的细再结晶结构。银-金-钯合金的内部结晶结构在连续线拉伸之后和精制热处理之后不改变,其通过用扫描电子显微镜观察证实。
铝(Al)电极是普通高纯度铝(Al)金属的焊垫,含有几个百分点的铜(Cu)或硅(Si)的铝合金的焊垫,可以使用涂布有贵金属或涂布有软金属或合金的单层或多层涂层,如镀银(Ag)或钯镀(Pd)的以上合金的每一种的焊垫。
在本发明中,1至30质量ppm的钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种可以优选以10至100质量ppm的总量含有。所述元素等同地能够减小银-金-钯合金中熔融球的热影响区域。在以1至30质量ppm的量和少于10ppm的总量含有所述元素中的至少一种的情况下,银-金-钯合金凸点的颈高度(neck heights)上的波动增加。另一方面,在这些元素中的至少一种以1至30质量ppm的量和超过100质量ppm的总量含有时,凸点制作线的机械强度变得过高,从而在第一结合的过程中导致铝(Al)电极的芯片断裂。从加入元素用于减少银-金-钯合金凸点的凸点高度上的波动的角度,钙(Ca)和铕(Eu)是更优选的,并且从添加量的角度,可以优选以20至50质量ppm的量含有它们。
在本发明中,凸点制作线的线直径可以更优选是15至25μm,因为存在银-金-钯合金凸点的尾长度上的波动由非常小的温度差别而增加的倾向,并且本发明的组成和维氏硬度的效果随着凸点制作线的线直径减小更显著地展现。
发明的有益效果
本发明的凸点制作线能够通过缩短银-金-钯合金凸点的凸点高度而稳定化波动。具体地,当含有痕量添加元素时,可以获得更短的高度作为银-金-钯合金凸点的凸点高度。
因为在本发明的凸点制作线中钯(Pd)的比例小,熔融球的球形性和第一结合中的结合性质是有益的。
附图说明
图1是显示通常的柱凸点安装状态的截面图。
图2是相继显示根据传统技术的垂直拉伸-切割凸点形成处理步骤的截面图。
附图标记列举
1:毛细管
2:凸点制作线
5:线钳
32:半导体器件
33:电路基板
34:电极垫
36:凸出电极(线凸起)
50:毛细管
51:线
51a:初始球
具体实施方式
实施例
关于具有表1中所示的组成的实施例1至20和比较例1至4,制备合金,其每一个含有预定量的金(Au)和钯(Pd)和预定量的钙(Ca)、铍(Be)、镧(La)、钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种,余量是预定量的具有99.995质量%的纯度的银(不包括上述含有元素),并且将组分作为固溶物。
使用其中银(Ag)和金(Au)的每一个的纯度是99.999质量%以上并且钯(Pd)的纯度是99.99质量%以上的线材料。
将每个合金熔化并且进行连续模铸以制造具有8mm的直径的银-金-钯元素线。在那之后,进行线拉伸处理以获得20至25μm的直径。在那之后,通过进行用于精制的热处理制造银-金-钯合金元素线。

(维氏硬度)
表中所示的维氏硬度通过下列方法获得:在连续线拉伸至25μm之后保持凸点制作线的线直径并且使用能够测量高达小数点后第一位的温度计控制精制热处理温度,对于实施例和比较例两者进行。使用维氏硬度计(型号MWK-G3;Akashi Co.Ltd.的产品)用于维氏硬度的测量。
[HAZ(热影响区域)长度]
获得通过使用凸点接合器(UTC-3000;Shinkawa,Ltd.的产品)将凸点制作线的线直径保持至25μm并且在N2气氛中将熔融球的直径调节至线直径的两倍产生的10个样品的平均值。
(颈高度)
通过100(10行×10列)的单元通过将凸点制作线的线直径保持至25μm形成线凸起,并且通过使用凸点接合器(UTC-3000;Shinkawa,Ltd.的产品)并且使用各自具有线直径的两倍的直径的熔融球以及各自具有线直径的2.5倍的直径的压力结合球进行Al-0.5%Cu合金膜至Si芯片的热压结合辅助的超声结合。检测线凸起的颈高度的平均值和波动作为表中所示的结果。
在该表中,○表示具有5μm以下的波动(σ)的那些,△表示具有8μm以下的波动(σ)的那些,并且×表示具有超过5μm的波动(σ)的那些。
通过组装回流进行加热测试。
为了再现倒装法结合,通过在其中每个Au合金与每个焊料彼此面对的状态下、在比Sn焊料的熔点高20℃的温度加热30秒而进行结合。在那之后,为了再现回流,将加热处理总计重复10次。在高于焊料的熔点20℃温度的温度条件下和40秒的保留时间进行加热处理。通过使用示差热分析装置(DSC-3100;MAC Science Corporation的产品)并且在Ar气氛(流速:50ml/分钟)下进行加热处理。
实施例和比较例的线凸起和测试结果在表中给出。
实施例和比较例的表中所示的结果的线组成范围、用于维氏硬度的条件,以及颈高度的平均值和波动的比较如下。
在比较例1中,因为金(Au)含量低于下限,因此颈高度上的波动大得难以进行焊料侵蚀测试。
在比较例2中,因为金(Au)含量和钯(Pd)含量高于上限,因此颈高度上的波动大得难以进行焊料侵蚀测试。
在比较例3中,因为钯(Pd)含量低于下限,痕量添加元素的总量低于下限,并且维氏硬度低于下限,因此颈高度上的波动大得难以进行焊料侵蚀测试。
在比较例4中,因为痕迹添加元素的总量高于上限,因此颈高度上的波动大得不能进行焊料侵蚀测试。
从以上结果证实的是,重要的是在本发明的线的组成范围内获得预定维氏硬度。
工业实用性
因为本发明使得能够具有短凸点高度和降低的波动,因此它可用作用于高密度高速度凸点的连接线,尤其是,作为具有25μm以下的线直径的凸点制作线。

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1、(10)申请公布号 CN 103409654 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103409654 A *CN103409654A* (21)申请号 201310325540.2 (22)申请日 2013.07.30 2012-200927 2012.09.12 JP C22C 5/06(2006.01) H01L 21/60(2006.01) (71)申请人 田中电子工业株式会社 地址 日本国东京都 (72)发明人 千叶淳 安德优希 手岛聪 安原和彦 陈炜 前田菜那子 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 牛海军 (54) 发明名称 银 。

2、- 金 - 钯合金凸点制作线 (57) 摘要 一种用于半导体器件的银 - 金 - 钯凸点制 作线, 所述银 - 金 - 钯凸点制作线能够通过缩短 熔融球的尾长度而稳定尾长度上的波动。在垂 直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯合金凸点制作线中, 银 - 金 - 钯合金包含 1 至 9 质量的金 (Au) 和 0.5 至 5 质量的钯 (Pd), 余量是具有 99.995 质 量以上的纯度的银 (Ag)( 不包括所含有的上述 元素 ), 并且在熔融球形成之前所述凸点制作线 的维氏硬度是 80 至 100Hv。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1。

3、 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103409654 A CN 103409654 A *CN103409654A* 1/1 页 2 1. 一种垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其特征在于 : 银 - 金 - 钯合金包含 1 至 9 质量的金 (Au) 和 0.5 至 5 质量的钯 (Pd), 余量是具 有 99.995 质量以上的纯度的银 (Ag), 并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏 硬度是 80 至 100Hv。 2. 一种垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯合。

4、金凸点制作线, 其特征在于 : 银 - 金 - 钯合金包含 6 至 9 质量的金 (Au) 和 2 至 4 质量的钯 (Pd), 余量是具有 99.995 质量以上的纯度的银 (Ag), 并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线的维氏硬 度是 80 至 100Hv。 3. 一种垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其特征在于 : 银 - 金 - 钯合金包含 1 至 9 质量的金 (Au), 0.5 至 5 质量的钯, 以及 1 至 30 质量 ppm 的钙 (Ca)、 铍 (Be)、 镧 (La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 中的至少一种, 所述钙 (Ca)、 铍 (Be)、 。

5、镧 (La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 的总量为 10 至 100 质量 ppm, 余量是具有 99.995 质量以上的纯度 的银 (Ag) 不包括一种或多种痕量添加元素 , 并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线 的维氏硬度是 80 至 100Hv。 4. 一种垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其特征在于 : 银 - 金 - 钯合金包含 6 至 9 质量的金 (Au), 2 至 4 质量的钯 (Pd), 以 1 至 30 质量 ppm 的钙 (Ca)、 铍 (Be)、 镧 (La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 中的至少一种, 所述钙 (Ca)、 铍 (Be)、 镧 。

6、(La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 的总量为 10 至 100 质量 ppm, 余量是具有 99.995 质量以上的纯度 的银 (Ag) 不包括一种或多种痕量添加元素 , 并且在熔融球形成之前的所述凸点制作线 的维氏硬度是 80 至 100Hv。 5. 根据权利要求 1 至权利要求 4 中的任一项所述的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其中 银 (Ag) 的纯度是 99.999 质量以上。 6. 根据权利要求 1 至权利要求 4 中的任一项所述的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其中 金 (Au) 的含量高于钯 (Pd) 的含量。 7. 根据权利要求 1 至权利要求 4 中的任一项所述。

7、的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其中 所述凸点制作线的维氏硬度是 85 至 95Hv。 8. 根据权利要求 1 至权利要求 4 中的任一项所述的银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 其中 所述凸点制作线具有 15 至 25m 的线直径。 权 利 要 求 书 CN 103409654 A 2 1/7 页 3 银 - 金 - 钯合金凸点制作线 技术领域 0001 本发明涉及垂直拉伸 - 切割 (vertically pull-cut) 的银 - 金 - 钯合金凸点制作 线 (bumping wire), 并且具体地, 涉及用于半导体器件的倒装法 (flip-chip) 连接的立柱 凸点制作线。。

8、 背景技术 0002 图 1 是显示普通柱凸点安装状态的截面图。 0003 半导体器件 32 和电路基板 33 经由在半导体器件 32 的电极垫上预先形成的凸出 电极 ( 线凸起 )36 电学地和机械地彼此连接, 并且电路基板 33 和凸出电极 36 经由典型由 Pb-Sn合金或Sn-Ag合金形成的焊料彼此倒装连接。 在倒装法连接中, 线凸起与焊料彼此的 金属结合通过下列方法获得 : 在基板电极上形成的焊料层上形成柱凸点之后安装芯片和通 过加热将焊料熔融。 0004 在倒装芯片连接之后, 线凸起在如在功率半导体和电动车辆中的高温使用中扩散 至焊料中, 导致所谓的 “焊料侵蚀” 现象。此外, 因。

9、为线凸起扩散至芯片电极的铝 (Al) 中以 形成易碎的 Au-Al 金属间化合物, 存在随着扩散进行在结合界面出现断裂的问题, 导致电 传导失效的出现。 0005 作为用于形成上述类型的线凸起 36 的方法, 日本未审查专利申请公布号 11-251350(下面称为专利文献2)提出用于通过球结合(ball bonding)通过采用线结合技 术形成凸点, 并且使用包含Au、 Ag、 Cu等的用于凸点形成的线作为结合线的垂直拉伸-切割 技术。 0006 图 2 是显示根据上述传统技术的垂直拉伸 - 切割方法的凸点形成方法的截面图。 在球结合器件中, 在凸点制作线 2 的从绕线筒至毛细管的移动路径上设。

10、置与毛细管 1 在 X、 Y 和 Z 方向上一起整体地移动的线钳 5, 并且在通过线钳 5 夹住的同时, 将凸点制作线 2 通 过对应于所需凸点形状或尺寸的长度拉伸 图 2 的 (a)。接下来, 将火花电流施加至线 51 的尖端以形成初始球 51a 图 2 的 (b)。接下来, 将初始球 51a 转移至电极垫 34 上 图 2 的 (c), 并且将形成在线尖端上的球 51a 压力结合至电极垫 34 图 2 的 (d)。接下来, 在 将线从线钳 5 释放的状态下 图 2 的 (f), 将线钳 5 在直接向上的方向稍微移动 图 2 的 (g), 并且之后在其中线由线钳夹住的情况下将毛细管 50 在。

11、垂直向上方向上与线 51 一起 拉伸 图 2 的 (g)。当毛细管垂直向上移动以完成线凸起 36 时, 将线在球的底部切断 图 2 的 (h)。这是垂直拉伸 - 切割方法。在那之后, 将线再次由线钳 ( 未显示 ) 夹住, 并且在 其中将线通过线钳夹住的状态下移动至下一个结合位置, 并且之后通过线尖端与喷口之间 的火花放电形成球以准备好用于下一次球结合。 0007 要用于上述凸点制作线的材料的实例包括日本未审查专利申请公布号 2007-142271( 下面称为专利文献 1) 中公开的一类。该材料是 “一种凸点形成材料, 其特 征在于包含 10 至 60 质量的具有 99.99 质量以上的纯度的。

12、 Au 和 0.2至 2的具有 99.9以上的纯度的 Pd 或 Pt 中的至少一种和 0.05 至 1 质量的具有 99.99 质量以上 说 明 书 CN 103409654 A 3 2/7 页 4 的纯度的Cu, 余量是具有99.99质量以上的纯度的Ag(权利要求6)” 和 “一种凸点形成材 料, 其特征在于包含 10 至 60 质量的具有 99.99 质量以上的纯度的 Au, 0.2至 2的 具有 99.9以上的纯度的 Pd 或 Pt 中的至少一种和 0.05 至 1 质量的具有 99.99 质量 以上的纯度的 Cu, 以及 5 至 100 质量 ppm 的 Ca、 1 至 20 质量 p。

13、pm 的 Be 和 5 至 100 质量 ppm 的稀土元素中的至少一种, 余量是具有 99.99 质量以上的纯度的 Ag( 权利要求 8)” 。凸 点制作线利用不遭受焊料熔融过程中焊料侵蚀现象的益处, 以通过使得熔融球的形状接近 于完美球形而稳定化 Ag 合金线凸起, 并且因此提高 Al 焊垫与 Ag 合金球之间的结合的可靠 性, 并且缩短银 - 金 - 钯合金凸点的尾长度以防止 Ag 与焊料之间界面上的空隙, 而不损害 银 - 金 - 钯合金凸点的焊料侵蚀耐受性 ( 相同公开物的第 0006 段 )。 0008 当所加入的元素的量超过 10时, 机械强度增加以增强凸点制作线本身, 以使得 。

14、能够减细凸点线。然而, 线从 25m 至 20m 并且进一步至 15m 的减细归因于熔融球的 过大硬度而导致芯片断裂, 除非进行精制热处理。 另一方面, 当以与通常结合线相同的方式 对减细的凸点制作线进行精制热处理时, 凸点制作线变得过软以使得难以缩短凸点的尾长 度。 0009 尤其是, 在银-金-钯合金凸点制作线的情况下, 由精制热处理产生的内部结构的 改变率大于纯银凸点制作线的改变率。因此, 即使当不改变内部结构时, 银 - 金 - 钯合金凸 点的尾长度上的波动也是大的。因为银 - 金 - 钯合金凸点制作线的尾长度上的波动的因素 上不清楚, 通过仅调节银 - 金 - 钯合金的组成, 均匀地。

15、缩短银 - 金 - 钯合金凸点的尾长度是 困难的。 0010 因此, 为了调节银 - 金 - 钯凸点的尾长度, 在日本未审查专利申请公布号 11-251350( 下面称为专利文献 2) 中通过在毛细管上形成一对剑状凸出而在凸点制作线中 提供切口, 并且调节金属球直径, 同时将由熔融球所致的热影响区域的长度以使得金属线 的一部分刚好高于金属球的方式保持在日本未审查专利申请公布号 09-283526( 下面称为 专利文献3)中的那样, 所述金属球的晶粒归因于其中将金属线拉伸-切割的位置内的热而 变粗。 0011 如从以上实例可以看出的, 尚未实现通过仅调节银 - 金 - 钯合金凸点制作线的组 成而。

16、保持短的银 - 金 - 钯合金凸点的尾长度的目标。 0012 引用列举 0013 专利文献 0014 专利文献 1 : 日本未审查专利申请公布号 2007-142271 0015 专利文献 2 : 日本未审查专利申请公布号 11-251350 0016 专利文献 3 : 日本未审查专利申请公布号 09-283526 发明内容 0017 技术问题 0018 本申请的发明的目标是提供一种银 - 金 - 钯合金凸点制作线, 所述银 - 金 - 钯合 金凸点制作线即使当以显著缩短银-金-钯合金凸点制作线的熔融球的结合之后热影响区 域的长度的方式进行垂直拉伸 - 切割时也能够缩短银 - 金 - 钯合金凸。

17、点的尾长度。 0019 问题的解决方式 说 明 书 CN 103409654 A 4 3/7 页 5 0020 发明人发现银 - 金钯合金凸点的尾长度上的波动依赖于精制处理之后的维氏硬 度并且基于该发现确定维氏硬度可以控制的银 - 金 - 钯合金凸点的组成。 0021 本发明的垂直拉伸-切割的银-金-钯凸点制作线是这样的一种 : 其中银-金-钯 合金包含 1 至 9 质量的金 (Au) 和 0.5 至 5 质量的钯 (Pd), 余量是具有 99.995 质量 以上的纯度的银 (Ag)( 不包括所含有的元素 Au 和 Pd), 并且熔融球形成之前的凸点制作线 的维氏硬度是 80 至 100Hv。。

18、 0022 优选地, 本发明的垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯凸点制作线是这样的一种 : 其中 银 - 金 - 钯合金包含 6 至 9 质量的金 (Au) 和 2 至 4 质量的钯 (Pd), 余量是具有 99.995 质量以上的纯度的银 (Ag)( 不包括所含有的元素 Au、 Pd、 Ca、 Be、 La、 Y 和 Eu), 以及熔融 球形成之前的凸点制作线的维氏硬度是 80 至 100Hv。 0023 而且, 本发明的垂直拉伸 - 切割的银 - 金 - 钯凸点制作线是这样的一种, 其中 银 - 金 - 钯合金包含 6 至 9 质量的金 (Au)、 2 至 4 质量的钯 (Pd), 和。

19、 1 至 30 质量 ppm 的钙(Ca)、 铍(Be)、 镧(La)、 钇(Y)和铕(Eu)中的至少一种, 所述钙(Ca)、 铍(Be)、 镧(La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 的总量为 10 至 100 质量 ppm, 余量是具有 99.995 质量以上的纯度的银 (Ag) 不包括一种或多种痕量添加元素 , 并且熔融球形成之前的凸点制作线的维氏硬度 是 80 至 100Hv。 0024 在本发明中, 对于 Pb-Sn 合金和 Sn-Ag 合金典型观察到的通过焊料的侵蚀 ( 焊料 侵蚀 ) 的现象与通常金 (Au) 凸点中的比较在银 (Ag) 合金凸点中缓慢地进行, 因为在焊料 中银(A。

20、g)的扩散比金(Au)的扩散慢。 而且, 银(Ag)合金凸点至半导体芯片上的铝(Al)电 极的扩散比金 (Au) 和铝 (Al) 电极慢。对于金 (Au) 凸点观察到至芯片电极的铝 (Al) 中的 扩散, 并且通过扩散形成易碎的 Au-Al 金属间化合物, 从而当金属间化合物的扩散在结合 界面上进行时会在熔融球的结合界面上产生裂纹, 导致产生电传导失效的问题。在银 (Ag) 合金凸点的情况下, 在本发明的组成范围内清楚地展现延迟电传导失效的效果。 而且, 本发 明的银 - 金 - 钯合金能够提高耐高温性并且能够使得可靠性提高。 0025 在本发明中, 金 (Au) 和钯 (Pd) 完全固溶至银。

21、 (Ag) 中以形成均匀的银 - 金 - 钯合 金。因为获得了其中每种贵金属元素保持高纯度的合金, 因此可以通过连续线拉伸形成凸 点制作线, 并且凸点制作线的品质是稳定的。 0026 需要的是, 银 (Ag) 的纯度是 99.995 质量以上, 并且将元素如金 (Au) 和钯 (Pd) 以及钙 (Ca)、 铍 (Be)、 镧 (La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 从纯度排除。优选地, 银 (Ag) 的纯度是 99.999 质量以上。具有 99.99 质量以上的纯度的银 (Ag) 中杂质元素的实例包括 Al、 Mg、 In、 Ni、 Fe、 Cu、 Si 和 Cr。 0027 因为金 (Au)。

22、 的含量小于银 (Ag) 的含量一个数值, 金 (Au) 的纯度可以是 99.99 质 量以上。优选地金 (Au) 的纯度是 99.995 质量以上。 0028 因为钯 (Pd) 的含量小于金 (Au) 的含量, 钯 (Pd) 的纯度可以是 99.9 质量以上。 优选地, 钯 (Pd) 的纯度是 99.99 质量以上。 0029 在本发明中, 金(Au)抑制暴露至大气的过程中银(Ag)的硫化, 尤其是在高温暴露 的过程中。 在本发明的银-金-钯合金中, 将金(Au)的范围设定为1至9质量, 因为用少 于 1 质量的含量难以抑制银 (Ag) 的硫化, 并且因为当该含量超过 9 质量时银 - 金 。

23、- 钯 合金凸点的凸点高度上的波动变得过大。金 (Au) 优选在 6 至 9 质量的范围内。而且, 为 说 明 书 CN 103409654 A 5 4/7 页 6 了防止在第一结合过程中芯片断裂, 金 (Au) 的含量可以优选大于钯 (Pd) 的含量。 0030 在本发明中, 钯 (Pd) 提高凸点制作线的熔融球与半导体芯片上的铝 (Al) 电极之 间的结合可靠性。当钯 (Pd) 在 0.5 至 5 质量的范围内时, 将熔融球至铝 (Al) 电极的第 一结合上的结合性质稳定化, 并且进一步, 可以增强结合之后的耐高温性。更优选, 钯在 2 至 4 质量的范围内。 0031 在本发明中, 凸点。

24、制作线的维氏硬度必须是 80 至 100Hv。在其中凸点制作线的组 成是本发明的组成的情况下, 在不进行任何精制热处理的情况下通过拉伸完成的线的维氏 硬度是约100至120Hv。 刚好在连续线拉伸之后的银-金-钯合金的熔融球变形上的静态强 度和动态强度过高, 从而在熔融球至铝 (Al) 电极的第一结合上的结合过程中导致铝 (Al) 电极的芯片断裂。 另一方面, 在其中对本发明的凸点制作线进行理想退火的情况下, 凸点制 作线的维氏硬度是约 50 至 70Hv。在本发明中, 通过下列方法有效地获得预定维氏硬度 : 通 过连续线拉伸获得的最终的线直径并且之后使线相继通过热处理炉。 所考虑的是维氏硬度。

25、 的范围显示在回收区域中并且刚好在重结晶开始之前的结晶结构。 凸点制作线的维氏硬度 可以优选是 85 至 95Hv。 0032 连续线拉伸可以优选是在连续线拉伸之前的线直径的 90以上, 更优选 99以 上的冷加工。连续线拉伸可以优选是通过模具的线拉伸, 特别优选是通过钻石模具的线拉 伸。可以通过拉伸容易地形成以同心图案安置的伸长的细再结晶结构。银 - 金 - 钯合金的 内部结晶结构在连续线拉伸之后和精制热处理之后不改变, 其通过用扫描电子显微镜观察 证实。 0033 铝 (Al) 电极是普通高纯度铝 (Al) 金属的焊垫, 含有几个百分点的铜 (Cu) 或硅 (Si) 的铝合金的焊垫, 可以。

26、使用涂布有贵金属或涂布有软金属或合金的单层或多层涂层, 如镀银 (Ag) 或钯镀 (Pd) 的以上合金的每一种的焊垫。 0034 在本发明中, 1至30质量ppm的钙(Ca)、 铍(Be)、 镧(La)、 钇(Y)和铕(Eu)中的至 少一种可以优选以 10 至 100 质量 ppm 的总量含有。所述元素等同地能够减小银 - 金 - 钯 合金中熔融球的热影响区域。在以 1 至 30 质量 ppm 的量和少于 10ppm 的总量含有所述元 素中的至少一种的情况下, 银 - 金 - 钯合金凸点的颈高度 (neck heights) 上的波动增加。 另一方面, 在这些元素中的至少一种以 1 至 30 。

27、质量 ppm 的量和超过 100 质量 ppm 的总量含 有时, 凸点制作线的机械强度变得过高, 从而在第一结合的过程中导致铝 (Al) 电极的芯片 断裂。从加入元素用于减少银 - 金 - 钯合金凸点的凸点高度上的波动的角度, 钙 (Ca) 和铕 (Eu) 是更优选的, 并且从添加量的角度, 可以优选以 20 至 50 质量 ppm 的量含有它们。 0035 在本发明中, 凸点制作线的线直径可以更优选是15至25m, 因为存在银-金-钯 合金凸点的尾长度上的波动由非常小的温度差别而增加的倾向, 并且本发明的组成和维氏 硬度的效果随着凸点制作线的线直径减小更显著地展现。 0036 发明的有益效果。

28、 0037 本发明的凸点制作线能够通过缩短银 - 金 - 钯合金凸点的凸点高度而稳定化波 动。具体地, 当含有痕量添加元素时, 可以获得更短的高度作为银 - 金 - 钯合金凸点的凸点 高度。 0038 因为在本发明的凸点制作线中钯 (Pd) 的比例小, 熔融球的球形性和第一结合中 的结合性质是有益的。 说 明 书 CN 103409654 A 6 5/7 页 7 附图说明 0039 图 1 是显示通常的柱凸点安装状态的截面图。 0040 图 2 是相继显示根据传统技术的垂直拉伸 - 切割凸点形成处理步骤的截面图。 0041 附图标记列举 0042 1 : 毛细管 0043 2 : 凸点制作线 。

29、0044 5 : 线钳 0045 32 : 半导体器件 0046 33 : 电路基板 0047 34 : 电极垫 0048 36 : 凸出电极 ( 线凸起 ) 0049 50 : 毛细管 0050 51 : 线 0051 51a : 初始球 具体实施方式 0052 实施例 0053 关于具有表1中所示的组成的实施例1至20和比较例1至4, 制备合金, 其每一个 含有预定量的金 (Au) 和钯 (Pd) 和预定量的钙 (Ca)、 铍 (Be)、 镧 (La)、 钇 (Y) 和铕 (Eu) 中 的至少一种, 余量是预定量的具有99.995质量的纯度的银(不包括上述含有元素), 并且 将组分作为固溶。

30、物。 0054 使用其中银 (Ag) 和金 (Au) 的每一个的纯度是 99.999 质量以上并且钯 (Pd) 的 纯度是 99.99 质量以上的线材料。 0055 将每个合金熔化并且进行连续模铸以制造具有 8mm 的直径的银 - 金 - 钯元素线。 在那之后, 进行线拉伸处理以获得 20 至 25m 的直径。在那之后, 通过进行用于精制的热 处理制造银 - 金 - 钯合金元素线。 说 明 书 CN 103409654 A 7 6/7 页 8 0056 0057 ( 维氏硬度 ) 0058 表中所示的维氏硬度通过下列方法获得 : 在连续线拉伸至 25m 之后保持凸点制 作线的线直径并且使用能够。

31、测量高达小数点后第一位的温度计控制精制热处理温度, 对于 实施例和比较例两者进行。使用维氏硬度计 ( 型号 MWK-G3 ; Akashi Co.Ltd. 的产品 ) 用于 维氏硬度的测量。 0059 HAZ( 热影响区域 ) 长度 0060 获得通过使用凸点接合器(UTC-3000 ; Shinkawa, Ltd.的产品)将凸点制作线的线 直径保持至 25m 并且在 N2 气氛中将熔融球的直径调节至线直径的两倍产生的 10 个样品 的平均值。 说 明 书 CN 103409654 A 8 7/7 页 9 0061 ( 颈高度 ) 0062 通过 100(10 行 10 列 ) 的单元通过将凸。

32、点制作线的线直径保持至 25m 形成 线凸起, 并且通过使用凸点接合器 (UTC-3000 ; Shinkawa, Ltd. 的产品 ) 并且使用各自具 有线直径的两倍的直径的熔融球以及各自具有线直径的 2.5 倍的直径的压力结合球进行 Al-0.5 Cu 合金膜至 Si 芯片的热压结合辅助的超声结合。检测线凸起的颈高度的平均值 和波动作为表中所示的结果。 0063 在该表中, 表示具有 5m 以下的波动 () 的那些, 表示具有 8m 以下的波 动 () 的那些, 并且 表示具有超过 5m 的波动 () 的那些。 0064 通过组装回流进行加热测试。 0065 为了再现倒装法结合, 通过在其。

33、中每个 Au 合金与每个焊料彼此面对的状态下、 在 比Sn焊料的熔点高20的温度加热30秒而进行结合。 在那之后, 为了再现回流, 将加热处 理总计重复 10 次。在高于焊料的熔点 20温度的温度条件下和 40 秒的保留时间进行加 热处理。通过使用示差热分析装置 (DSC-3100 ; MAC Science Corporation 的产品 ) 并且在 Ar 气氛 ( 流速 : 50ml/ 分钟 ) 下进行加热处理。 0066 实施例和比较例的线凸起和测试结果在表中给出。 0067 实施例和比较例的表中所示的结果的线组成范围、 用于维氏硬度的条件, 以及颈 高度的平均值和波动的比较如下。 00。

34、68 在比较例 1 中, 因为金 (Au) 含量低于下限, 因此颈高度上的波动大得难以进行焊 料侵蚀测试。 0069 在比较例 2 中, 因为金 (Au) 含量和钯 (Pd) 含量高于上限, 因此颈高度上的波动大 得难以进行焊料侵蚀测试。 0070 在比较例3中, 因为钯(Pd)含量低于下限, 痕量添加元素的总量低于下限, 并且维 氏硬度低于下限, 因此颈高度上的波动大得难以进行焊料侵蚀测试。 0071 在比较例 4 中, 因为痕迹添加元素的总量高于上限, 因此颈高度上的波动大得不 能进行焊料侵蚀测试。 0072 从以上结果证实的是, 重要的是在本发明的线的组成范围内获得预定维氏硬度。 0073 工业实用性 0074 因为本发明使得能够具有短凸点高度和降低的波动, 因此它可用作用于高密度高 速度凸点的连接线, 尤其是, 作为具有 25m 以下的线直径的凸点制作线。 说 明 书 CN 103409654 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103409654 A 10 。

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