[发明专利]半导体用接合线

说明书

技术领域

本发明涉及为连接半导体元件上的电极和线路板(引线框、基板、带等)的配线而使用的半导体用接合线。

背景技术

现在，作为将半导体元件上的电极与外部端子之间进行接合的半导体用接合线(以下称为接合线)，主要使用线直径20～50μm左右的细线(接合线)。接合线的接合一般是超声波并用热压接方式，可使用通用接合装置、使接合线在其内部通过而用于连接的毛细管夹具等。在由电弧热输入将接合线的端头加热熔融，借助于表面张力使之形成球后，使该球部压接接合于在150～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上，然后，通过超声波压接使接合线直接接合在外部引线侧。

近年，半导体组装的结构、材料和连接技术等在急速地多样化，例如，组装结构除了使用现行的引线框的QFP(Quad Flat Packaging；四侧引脚扁平封装)以外，使用基板、聚酰亚胺带等的BGA(Ball Grid Array；球栅阵列封装)、CSP(Chip Scale Packaging；芯片尺寸封装)等的新形态也已实用化，需求进一步提高了环路(loop)性、接合性、大批量生产使用性等的接合线。即使是这样的接合线的连接技术，除了现在主流的球/楔接合之外，在适用于窄间距化了的楔/楔接合中，为了在2处的部位直接将接合线接合，也要求细线的接合性提高。

成为接合线的接合对方的材质也在多样化，就硅基板上的配线和/或、电极材料而言，除了以往的Al合金之外，适合于更微细配线的铜已被实用化。另外，在引线框上实施镀Ag、镀Pd等，并且，在树脂基板、带等上施加铜配线，再在其上施加金等贵金属元素及其合金的膜的情形较多。要求根据这样的种种的接合对方，提高接合线的接合性、接合部可靠性。

在来自线接合技术的要求中，重要的是：在球形成时形成圆球形且表面清洁的球部，在该球部和电极的接合部得到充分的接合强度。另外，为了适应接合温度的低温化、接合线的细线化等，还要求在线路板上的配线部楔连接了接合线的部位的接合强度、抗拉强度等。

作为满足上述要求的线的特性，希望在接合工序中的环路控制容易，而且向电极部、引线部接合的接合性也提高，抑制接合以后的树脂封装工序中的过剩的线变形，而且满足连接部的长期可靠性和在苛刻环境下的接合部稳定性等的综合特性。

迄今为止接合线的材料主要使用高纯度4N系(纯度＞99.99质量％)的金。为了高强度化、提高高接合等特性，曾进行了微量的合金元素的调整。最近，出于提高接合部可靠性的目的等，使添加元素浓度增加直到1质量％以下的纯度2N(纯度＞99％)的金合金线也实用化了。通过调整添加到金中的合金元素的种类、浓度，能够进行高强度化、可靠性的控制等。另一方面，通过合金化，有时产生接合性降低、电阻增加等弊端，难以综合地满足对接合线所要求的多样的特性。

另外，由于金价格高，因此期望使用材料费廉价的其他种类金属，曾开发了材料费廉价、导电性优异的以铜为原材料的接合线。可是，就铜接合线而言，成问题的是：由于线表面的氧化而导致接合强度降低、在进行了树脂封装时容易引起线表面腐蚀等。这些问题也成为铜接合线未进行实用化的原因。银接合线具有如下优点：价格比金低，导电率在上述3种中为最高，可在大气中形成球，等等，但存在如下问题：高温的接合可靠性比Au稍差，容易受到线表面的硫化的影响，等等。

迄今为止已实用化的接合线其特征是全部是单层结构。即使材料与金、铜等不同，在内部也均匀地含有合金元素，从接合线的线截面来观察，全部为线单层结构。也有时在接合线的线表面形成有薄的自然氧化膜、用于保护表面的有机膜等，但它们也限于最表面的极薄的区域(约数个原子厚的层的水平)。

为了适应对接合线所要求的多样的需求，曾提出了在线表面被覆了别的金属的多层结构的接合线。

为了材料费廉价、导电性优异、球接合、楔接合等也提高，以铜为材料的接合线被开发，专利文献1等曾进行了公开。然而，对于铜接合线而言，成问题的是：由于线表面的氧化而导致接合强度降低、树脂封装时容易发生线表面的腐蚀。这些问题也成为铜接合线的实用化未进行的原因。