[发明专利]球焊用铜合金线

说明书

技术领域

本发明关于球焊用铜合金线，特别关于球焊用铜合金线的第一接合的改良，其通过焊球(FAB；free air ball)接合对于半导体组件上的垫片电极进行第一接合之后，再通过订合式接合(stitch bonding)，对于引线框架上的外部电极进行第二接合。

背景技术

至今为止，几乎未考虑将铜镍等合金作为接合线。若添加镍(Ni)、铂(Pt)或钯(Pd)，则铜(Cu)的电阻上升。因此，若将铜镍等合金作为接合线，则具有丧失“代替金接合线、以低电阻为特征的铜接合线”的优越性这样的缺点。以下示例与铜镍等合金相关的接合线。

日本特开平01-291435号公报(后述专利文献1)的请求项1中，揭示一种半导体装置用铜合金极细线所构成的发明，其中：“在S、Se以及Te的总含量为1.0ppm以下的高纯度无氧铜中，以总计1.0～500ppm，添加Al、Cr、Fe、Mn、Ni、P、Sn、Zn的1种或2种以上，而第一表的实施例6中，揭示一种半导体装置用铜合金极细线，其由“在高纯度无氧铜中添加Ni：376ppm的材料”所构成。

另外，日本特开平01-290231号公报(后述专利文献2)的请求项2中，揭示一种由半导体装置用铜合金极细线所构成的发明，其中：“在S、Se以及Te的总含量为1.0ppm以下的高纯度无氧铜中，至少添加1.0ppm的Si，更以与Si总计为1.0～500ppm的量，添加Al、Cr、Fe、Mn、Ni、P、Sn、Zn的1种或2种以上”。而第二表的实施例9揭示一种半导体装置用铜合金极细线，其中：“在纯度无氧铜中添加Si：54ppm以及Ni：46ppm”。

然而，同公报的第2表的比较例2中记载，在高纯度无氧铜中添加Si：89ppm以及Ni：660ppm的材料，其球体硬度变高，而无法避免被膜损伤及微裂缝。这被认为是因为，若镍(Ni)的浓度变高，则在表层中的铜(Cu)母体之中固溶的镍(Ni)会与大气中的氧结合，而形成氧化镍粒子。因此，将此比较例2的材料应用在半导体装置用接合线的情况下，呈现“无法在高温下作为铜合金极细线使用”的情形。

在这样的状况下，在日本特开2014-165272号公报(d3)的发明中，揭示一种半导体装置接合用铜稀薄镍合金线的构造，其中：“在剖面减少率99％以上、且经连续拉线、由表层与内部氧化层及铜稀薄镍合金层所构成的半导体装置接合用铜镍稀薄合金线之中，该表层由氧化物的成长层所构成；该内部氧化层由氧化镍粒子细微地分散于金属不足型氧化铜母体之中的层体所构成；该铜稀薄镍合金层是0.1～1.5质量％的镍(Ni)均匀固溶于纯度99.995质量％以上的铜(Cu)母体之中的合金层；该内部氧化层的厚度，相对于上述表面层的厚度，为60倍以上。其是利用“使铜(Cu)母体中的氧固溶的镍(Ni)固定”以及“纯铜层容易形成于铜稀薄镍合金的表面层”。

结果，此接合线中，表层的Cu₂O膜的速度远超过“因为周围温度的成长”，金属不足型铜氧化物(Cu_2-xO)母体中自由的氧可在Cu_2-xO母体中快速移动。因此，金属不足型铜氧化物(Cu_2-xO)母体发挥缓冲层的功能，而不会在表层形成半球状的氧化膜，使得表层的Cu₂O膜稳定。因此，此接合线中，得到均匀的再结晶组织，而不会有线材蛇行、倾倒的情形。亦即，可消除至今为止熔融球体不规则展开，及称为“倾倒”的接合线弯曲及弯折等。另外，亦可得到“第二接合中的接合线的订合式接合性提高”等的效果。

然而，示例的铜镍稀薄合金的接合线中，皆具有“线材表面上容易形成不稳定的氧化膜”这样致命的缺点。因此，若长时间放置现有的铜镍稀薄合金线，线材表面的氧浓度增加，而导致不稳定的氧化物在线材中增殖。如此，即使以焊球(FAB)方式在接合在线形成熔融球体，再从垂直方向将熔融球体按压于铝垫上，压接球体也不会展开成圆盘状，而具有压接球体向外延伸的部分以“歪斜花瓣状的形状”凝固的倾向。

此处，铝垫是纯铝(Al)或铝(Al)为主成分的合金所构成的垫片电极。此外，花瓣状这样的叙述，如图5所示，是压接球体的中心与线的轴心虽为一致，但压接球体向外延伸的部分的形状并非呈现圆形的状态。亦即，压接球体变成花瓣状的现象，不会在制作熔融球体的阶段发生，而是在对于铝垫从垂直方向按压熔融球体的阶段，压接球体所出现的异常形状。花瓣状的测量方法于后段中叙述。