[发明专利]用于金属线焊接的金合金细线

说明书

本发明涉及一种适用于将半导体元件上的电极连接到外部引线上的金合金细线，更确切地说，涉及一种改进接合强度并防止弯线高度降低的焊接用金合金细线。

用于将半导体元件上的电极连接到外部引线上的焊接金属线通常是一种金合金的细线，因为它具有良好的导电性、抗腐蚀或其它可靠的特性。

细金合金线的焊接典型的是通过热压焊接法进行，在该方法中利用电焊炬加热使金合金细线的顶端熔化，由于被熔化的金属的表面张力作用而成球状，然后小球被加压贴靠在被加热到150到300℃的半导体元件的电极上，利用施加到其上的超声波振形成焊接接头，在此之后，以同样的方式，利用超声波压力焊接法焊接到外部引线上。

近年来，半导体元件的高度集成化使半导体元件上的电极数量增加。半导体元件的小型化要求减少电极的面积和缩短电极间的间距，因此要求焊接金属线应当达到减小小球的尺寸并应当具有减小的直径。降低小球尺寸就要减少从电焊炬向形成小球的焊接线的热量输入，以此缩短在小球形成过程中的焊接线的再结晶区的长度。已经公知，在焊接线的再结晶区长度和线的弯线高度之间存在密切的关系，例如，具有长的再结晶区的焊接线则具有高的弯线，反之亦然。即在降低小球尺寸的情况下，如果不通过降低在金合金焊接线中控制再结晶的合金元素的含量来增加再结晶区长度，就不可能得到常规的弯线高度。这些控制再结晶的合金元素一般也提高线的机械强度，因此降低上述的合金元素的含量会引起线的机械强度的降低。

通过使焊接线变细还会降低弯线高度。特别是通常将小球尺寸控制在线径的2.5到3.0倍的范围内的一个固定值，以便减小线径带来与通过减小小球尺寸所得到的相同效果，因此，将焊接线变细会引起弯线高度降低。

因此，小球尺寸的减小或焊接线的变细会导致弯线高度降低，并由此导致由焊接线与半导体元件接触和与引线框架的小岛接触引起的半导体装置不良的缺点，以及由弯线高度降低而引起的抗拉强度降低，或者因半导体元件的树脂密封时的树脂流动阻力引起的焊接线变形而产生的焊接线塑变导致焊接线之间的接触等，这些都成为半导体装置的可靠性和成品率降低的原因。

为了防止这些问题的产生，一种普通的方法是降低控制再结晶区长度的元素的含量。然而，这会引起机械强度的降低和容易使形成小球时的紧接小球的上部中的金属线的再结晶晶粒的粗化，以致在焊接以后的搬运过程中由于振动使紧接小球上方的部分很容易发生断线，使半导体装置的可靠性变差和产品合格率下降。

为了解决这一问题，已经提出很多种细金合金线，例如：按重量计含钙为5-100ppm的金焊接线(特开昭53-105968)、按重量计含钙为3-5ppm、含铍为1-8ppm、和/或含锗为5-50ppm的金焊接线(特开昭53-112060)，以及按重量计含铍为1-8ppm的金焊接线(特开昭53-112059)。

然而，由于增加了用于防止紧接小球上方的部分的晶粒粗化的合金元素的含量，使这些金焊接线存在在焊接以后弯线高度被降低的问题。此外，合金成分包含仅作为附加合金元素加入到金基体中的铍实现高的弯线，但存在的问题是，线的机械强度下降并且树脂模塑之后与其它合金成分相比较，线的塑变更明显。

目前利用焊接器的弯线形状控制系统进行弯线高度的控制，以保证必要的变线高度，但是这需要长的焊接持续时间，并且给生产率多少带来影响。常规的焊接线在防止紧接小球上方部分的晶粒粗化的同时，在实现大的弯线高度方面并不成功。因此强烈需要一种能可靠地提供大的弯线高度和高焊接强度的用于金属线焊接的金合金细线。

本发明人研究了很多提出的常规金属线焊接用金合金细线，结果发现如下的事实。这些常规的金属线焊接用金合金细线比不含有附加元素的纯金线具有较大的抗拉强度，但是当必须形成高的弯线时，合金元素的含量必须降低，其结果使抗拉强度不够并容易引起在紧接小球上方的线部分中的再结晶的晶粒变粗，由此，在焊接操作过程中使小球颈部受到损伤。减小线径会使抗拉强度随线截面减小而降低。因此，为了保证足够的抗拉强度，合金元素的含量必须增加，从而不能实现大的弯路高度。

本发明的目的是提供一种金属线焊接用金合金细线，在该金合金细线中，对于相同的线径，小球尺寸已减小，虽然减小线径也提供大的弯线高度，维持高焊接度以及线塑变被降低。

为了解决上述问题，本发明人对能够改进抗拉强度而不会引起耐热性或再结晶温度的过分增加，同时保证大的弯线高度的各种合金元素进行了研究。