[发明专利]高纯度金合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元件、齿科构件和装饰构件。

电子元件是指连接半导体元件上的电极和外部导线的耐热性良好的高纯度金合金元件，更具体是不论金合金变得如何细小，都能够维持与以前同样，甚至更好的电特性和接合特性。本发明的高纯度金合金的电特性良好，特别是具有较高的机械强度和置于热中的破坏强度。

齿科构件几乎都使用金合金。金的纯度为Au 42～95质量％(mass％)，较低。本发明以高纯度金合金的成分组成提高机械特性，并保留金特有的耐腐蚀性和色泽，可作为齿科用高纯度金合金使用。

金合金因是很纯的金黄色，所以色泽很鲜艳。利用本发明的硬化方法能够获得纯金色高纯度金合金。

背景技术

半导体元件上的电极和外部导线间的连接主要使用金合金细线作为接合线。接合(焊接)技术采用的是热压法。合金细线的端部通过电焊枪加热熔融，形成球状，然后在150～300℃的温度下，将该球状部分压着粘接在经过加热的半导体元件的电极上。最后通过超声波压合与外部导线侧接合。

随着半导体元件的高集成化，要求电极间距离短间隔化、球径小型化、长通化等，所以，希望导线能够更细。由于传统高纯度金合金的细线化会造成机械强度的破坏特性降低，所以，很难进行细线化。希望能获得具有较强机械强度和耐热性的金合金细线。

传统高纯度金合金中，为了达到细线化目的而添加了过量的合金元素，在形成球状时由于所添加元素的氧化，会在球体表面形成氧化物层，这样在与电极进行热压时就不能够充分接合，使接合强度降低。而且，使球部的硬度增加，压合时的变形率降低，共用强度降低，严重时甚至会破坏半导体元件。由于球体端部易生成收缩孔而使接合面积减少，这样就会使热压后的接合强度降低。

齿科用金合金分为铸造用和加工用两种。根据用途的不同有适当条件，其硬度和拉伸强度也可有高有低。金合金用一般家庭使用的煤气就可熔化，很容易铸造，且适应性很好，所以是一种理想的材料。然而，虽然使用了高价的金合金，但不能够以高纯度获得足够的强度，而且也不能充分具备金所具有的耐腐蚀性和色泽特性。  

在机械性硬度为80～280Hv、拉伸强度为350～1100MPa的范围内分别使用，合金的添加材料主要是使用体积％较大、可改变色泽的材料。但需要的是体积％较小、显现鲜艳的纯金色的添加材料。

传统金合金中为了利用标准的时效硬化提高硬度添加了Cu，为使结晶粒子微细化添加了铟和铼，为提高耐腐蚀性添加了钯，获得了各自均衡的特性。

发明的揭示

通过在接合用高纯度金中添加钆Gd或复合添加极微量的硼B，显著提高了机械性质、硬度和破坏强度，使形成球体时的重结晶区域扩大。由于微量的硼B和钆Gd，以及第二周期和第三周期元素共存，所以获得了很好的效果(参考表1)。

获得了适合细线化的球颈部和结粒较小的接合高纯度金合金细线。

为了弥补高纯度金线的缺陷，提出了添加微量Ca、Be和B等的金合金线(日本专利公开公报昭53-105968号、日本专利公开公报昭53-112059、日本专利公开公报昭59-65440号)。今后，为了制造极细的金线，还有许多需要解决的问题。    

本发明的接合高纯度金合金(Au 99.985％以上)中钆含量以重量％计在1ppm～49.9ppm或lppm～99.9ppm的范围内，累计添加量是前者在300ppm范围内，后者在199ppm范围内。任何范围都比国际申请号为PCT/JP96/00510的权利要求范围大。

硼B在金中的固溶度虽小，但提高了机械强度。通过添加微量的硼，虽然能够提高加工硬度和拉伸强度，但不能够提高耐热性。通过添加钆Gd，则能够改善耐热性，并使时效硬化性、加工硬化性和破坏强度显著提高，获得协同效果(参考表1)。

如果大量添加硼B，则合金变硬，球体的组成变形量减少，难以获得充分的接合强度，在半导体上生成微细的裂缝。而且，具有难以形成新球体的缺点。如果添加少量硼B，则金中的硼分布不均匀，机械强度也不均，所以，接合强度不稳定，所得的合金制品存在缺陷。

钆Gd的添加量如果较少，则热处理效果不佳。即使添加大量钆，如果不配合添加其他元素，也不能够明显显现可获得充分平衡的强度。

如果大量添加钙Ca，则在球体端部生成收缩孔，使球体不能够真正形成，导致熔接的接合力下降。如果添加量少，则不能够充分体现协同效果和复合效果。如果添加铍Be、铝Al、锑Sb、硅Si和钐Sm也显现出与钙同样的倾向。