專利名稱：金合金焊線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于半導體元件引線焊接的金合金焊線，其用于實現(xiàn)電路板的外部引線與半導體集成電路元件上的電極之間的連接，更具體地涉及使得第一焊接和第二焊接的焊接性得到改善的金合金焊線以及使得熔融球球形度和壓接球圓形度得到改善的金合金焊線。
背景技術：
通常，作為用于實現(xiàn)外部引線與半導體裝置中使用的半導體芯片電極之間的連接的直徑約為25-35μm的線，含有純度不低于99.99質量％的高純金的金合金焊線得到了廣泛應用。在金合金焊線的連接方法中，對于第一焊接，一般主要采用超聲波-熱壓粘接聯(lián)用法。采用該方法時，通過電弧加熱線的一端使其熔化，并在表面張力作用下形成熔融球，緊接著將球體部分壓貼到已經加熱到150-300℃溫度范圍內的半導體元件電極上面。而對于隨后的第二焊接，則通過超聲波壓接將焊線直接楔形連接到外部引線的側面。
為了得到能夠使用的半導體元件例如晶體管或IC，采用上述方法用焊線進行焊接后，還要在半導體芯片相附著的部分用環(huán)氧樹脂進行密封來對半導體芯片、焊線和引線框等進行保護。
近來，不斷要求將半導體元件制造得更加簡潔和精密，并要求不斷改善其性能和可靠性。其中，金焊線所需具備的性能已經變得更加多樣化，并且已經形成這種情況，也就是，即使將金焊線制備得更加精細以應對半導體芯片管腳數(shù)量的不斷增加和隨之出現(xiàn)的腳距的減小，但關于必要強度、第一焊接的球的圓形度和第二焊接的焊接可靠性等性能仍要求焊接具有更好的長期可靠性。
特別是由于將半導體元件制備得更加簡潔和精密的同時還要求其具有更高的性能，所以降低了半導體元件的尺度。伴隨之，單位面積上的輸入/輸出終端數(shù)量增加，同時Al焊盤腳距(焊盤中心的間距)也從100μm降至80μm，并進一步降至60μm。因此焊線的直徑也開始從25μm降至23μm或更低，在某些情況下，已經進行了10μm級的線直徑的試驗。
然而，由于焊線直徑的降低，使線自身的絕對剛性也降低，因此已經開始產生一些對于直徑為25μm的線而言則不會產生的問題。
例如，如果線直徑降低造成剛性的降低，則會發(fā)生所謂的“傾斜”問題并最終發(fā)生接觸，在所述“傾斜”問題中，第一焊接與第二焊接之間的架線倒向一邊并由此降低了鄰線間隙。
另外，由于密度的增加，焊接點處產生的熱量會增加。如果在高溫環(huán)境中長時間使用，Au線和第一焊接上的Al焊盤之間的界面上的金屬間化合物的生長則會快速進行，其結果是，由于生成的金屬間化合物所造成的球形焊接性降低的問題變得明顯。
而且，在模塑樹脂中包含的組分的影響下，腐蝕也會成為問題。
為了解決這些問題，已經進行了添加了不同比例的各種元素的試驗。通過向Au中添加貴金屬元素例如Pd來提高剛性，已經從純金線引出金合金線，并且已經嘗試通過添加一種或多種痕量元素來改善各種性能。在一個例子中，通過延遲焊線(球)和與焊線相連接的Al合金之間界面上的Au-Al相互擴散，已經抑制了金屬間化合物的生長。
對于向金合金線中添加痕量元素的情況，痕量元素相對于金合金線的濃度越高，則金合金線的絕對剛性也會變得越高，同時各種性能也會變得越好，但另一方面，也出現(xiàn)了不良性能。一個例子是，當環(huán)成型性能提高時，由于加入到金合金基質中的元素惡化了金球的成形性。楔形接合性也會惡化。此外，也會出現(xiàn)由添加到金合金基質中的元素所造成的金合金球硬度增加這一缺陷。
因此會出現(xiàn)諸如熔融球或壓接球變成畸形的問題，從而造成難以在窄腳距下進行球形焊接，或者造成芯片開裂增加；所以痕量元素的添加量不能大。例如，對于單獨加入Ca元素來確保強度的情況，部分Ca會在細線的表面沉積，然后沉積的Ca被氧化而形成表面氧化膜，并造成第一焊接的球形和焊接性一直不穩(wěn)定的問題，因此壓接球的圓形度變差，同時第二焊接的楔形接合性也變差。
另外，在向金合金中加入了多種類型元素的復雜情況下，這些元素在金合金中的作用方式會比較復雜，并可能會沉積在熔融球表面上，因此不能得到良好的初始焊接，同時還存在一種不斷增加的趨勢，即不再可能實現(xiàn)可靠的第一焊接和良好的第二焊接焊接性。
總之，目前的情況是，通過選擇合金化元素的種類和用量能夠使其達到一個平衡從而來實現(xiàn)細線所需的線性能；由于對細線的線性能要求變得更高，所以對元素組合的探索是無止境的。
下面是對幾份現(xiàn)有技術文獻公開的焊線合金中添加的元素的簡述。
日本專利3064692號公開了“半導體元件焊線，其中向高純金中添加了1重量％的高純Pd，另外還添加了總量為0.0001-0.005重量％的選自Fe、Si、Be、Ca、Ge、Y、Sc和其他稀土元素中的至少一種”。其中，舉出“直徑為25μm的焊線”作為實施例。
日本專利特開平9-321075號公報公開了“焊線，其特征在于含有0.0003-0.003重量％的Ca、0.0005-0.01重量％的Mg和總量為0.01-2.0重量％的選自Pt、Pd和Cu中的至少一種，以及余量的Au和不可避免的雜質”。其中，舉出“直徑為0.025mm的合金線”作為實施例。
日本專利特開平11-222639號公報公開了“用于將半導體元件彼此相連接的含有金合金的細線，其特征在于金合金含有0.5-0.9重量％的銅、0.05-0.95重量％的鉑和余量的金”，并進一步公開了其中添加有“0.0001-0.1重量％的選自堿土金屬和稀土金屬中的至少一種”的金合金。其中，“堿土金屬是鈹、鎂和/或鈣”，而“稀土金屬是鈰”。在該公報中，舉出“30μm的直徑”作為實施例。
日本專利特開平11-87396號公報公開了“用于將半導體結構元件彼此相連接的含有金合金的細線，該細線含有含鈰混合稀土的金合金，其特征在于該金合金含有0.05-0.95重量％的鉑、0.001-0.1重量％的鈰混合稀土、0-0.1重量％的堿土金屬和余量的金，其中至少50重量％的稀土金屬是鈰”，此外還述及“堿土金屬含有鈹與鈣的混合物”及“鈀部分地或全部地替代鉑”。其中關于現(xiàn)有技術，述及“線的直徑能夠為約10到200μm，通常為約20到60μm。該直徑是依據(jù)使用目的進行的選擇”和“直徑為30μm的線”，并舉出“直徑為25μm的線和直徑為30μm的線”作為實施例。
日本專利特開平11-214425號公報公開了“用于半導體元件引線焊接的金合金線，其特征在于向高純金中添加了0.1-3.0重量％的選自Zn、Co、Mo和Cr中的至少一種和1-100重量ppm的選自La、Eu、Be、Y和Ca中的至少一種”，并述及可以進一步“加入1-500ppm的選自Bi、Yb、Sb、Mg、In、Ru和Ir中的至少一種”，以及“進一步加入0.01-2.0重量％的選自Pd、Pt、Cu和Ag中的至少一種”。其中，舉出“30μm的直徑”作為實施例。
日本專利特開2003-133362號公報公開了“金合金焊線”，在下述情況下，“模塑樹脂是含有濃度不超過0.1質量％的溴和總濃度(Rp)為0.01質量％或更高的選自P、Mg和Al中的至少一種”，所述金合金焊線包括具有“C1＝0.005-1.5質量％”的“金合金焊線”，或具有“C1＝0.005-1.5質量％”、“C2＝0.001-0.06質量％”和“C3＝0.001-0.05質量％”的“金合金焊線”，假定“C1為選自Cu、Pd、Pt、Zn和Ag中的至少一種元素的總濃度”、“C2為選自Ca、Ce、Eu、Dy和Y中的至少一種元素的總濃度”和“C3為選自La、Gd、Tb、Mg和Ni中的至少一種元素的總濃度”。其中述及“小于18μm的線直徑”，但舉出“20μm的最終線直徑”作為實施例。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種焊線，根據(jù)該焊線盡管該焊線是直徑不超過23μm的細線，但是Au-Pd等金合金基質中的痕量元素能夠均勻分散開而不偏析，Au-Al相互擴散能被延緩，不發(fā)生傾斜，熔融球的球形度得以保持，而且壓接球具有良好的圓形度。另外，本發(fā)明的另一目的是提供一種焊線，根據(jù)該焊線，由于痕量元素的含量適當，即使在空氣中進行球形焊接，細線或熔融球的表面也不會形成氧化膜且焊接性良好，金屬間化合物隨時間的生成趨勢也很小。本發(fā)明進一步的目的是提供一種焊線，根據(jù)該焊線，通過超聲波進行壓接的第二焊接的楔形焊接性得到改善，其中至今尚未過多考慮采用球形焊接。甚至在所添加的痕量元素的總量不大于100ppm的情況下，所述目的也是有效的。
為了實現(xiàn)上述目的，發(fā)明人進行了大量的研究并實現(xiàn)了本發(fā)明。
即本發(fā)明提供了如下金合金焊線。
(1)含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％，其中，痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-100質量ppm的Ce和5-100質量ppm的選自Be、Y、Gd、La、Eu和Si中的至少一種，Be、Y、Gd、La、Eu和Si的總量為5-100質量ppm。
(2)含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％，其中，痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-100質量ppm的Be和選自Y、La、Eu和Si中的至少一種，Y、La、Eu和Si中每種元素的含量為5-100質量ppm，Y、La、Eu和Si的總含量量不超過100質量ppm。
(3)含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％，其中，痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和5-30質量ppm的Ca和Sn的任一個。
(4)含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％，其中，痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和每種元素含量為5-30質量ppm且總含量為10-60質量ppm的選自Ca、Ce和Sn中的兩種。
(5)含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％，其中，痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和每種元素含量為5-30質量ppm且總含量為15-90質量ppm的Ca、Ce和Sn的三種。
(6)根據(jù)(1)至(5)中任一項的金合金焊線，其中痕量元素的總含量不超過100質量ppm。
(7)根據(jù)(1)到(5)中任一項的金合金焊線，其具有不超過23μm的直徑。
依據(jù)本發(fā)明的金合金，即使對于直徑不超過23μm的細焊線，但和直徑大于23μm的金合金線一樣，也能達到延緩Au-Al的相互擴散的效果、改善楔形焊接性的效果、抑制傾斜的效果、改善熔融球球形度的效果和提高壓接球圓形度的效果。本發(fā)明中，不需要像通常那樣加入超過300質量ppm的微量元素，因此可以得到本發(fā)明的焊線，即使在空氣中進行球形焊接，熔融球上細線的表面也從不會形成氧化膜。
具體實施例方式
本發(fā)明的金合金焊線含有作為基質合金的(i)Au和(ii)Pd和/或Pt；通過選擇并調節(jié)包含在該基質合金中的痕量元素來實現(xiàn)所需的性能。根據(jù)想要實現(xiàn)的性質，金合金焊線大致分為兩組。
對于第一組，第一焊接和第二焊接的焊接性和持久穩(wěn)定性(長期可靠性)是主要目標，規(guī)定為第一和第二發(fā)明。
對于第二組，改善壓接球圓形度和改善對壓接球圓形度有很大影響的熔融球球形度是主要目標，規(guī)定為第三到第五發(fā)明。
在屬于第一組的第一發(fā)明(權利要求1)中，作為包含在基質合金中添加的痕量元素，(iii)Mg和Ce作為必要添加的痕量元素，這些元素和(iv)選自Be、Y、Gd、La、Eu和Si中的至少一種結合添加。在屬于第一組的第二發(fā)明(權利要求2)中，作為包含在基質合金中添加的痕量元素，(v)Mg和Be作為必要添加的痕量元素，這些元素與不包含鈰的(vi)選自Y、La、Eu和Si中的至少一種結合添加。
在屬于第二組的第三發(fā)明(權利要求3)中，基質合金與屬于第一組的發(fā)明的基質合金相同，作為包含在基質合金中的添加的痕量元素，(vii)Mg、Si和Be作為必要添加的痕量元素，這些元素與(viii)Ca和Sn的任一個結合。在屬于第二組的第四發(fā)明(權利要求4)中，作為包含在基質合金中添加的痕量元素，(vii)Mg、Si和Be是必要添加的痕量元素，這些元素與(viii)選自Ca、Ce和Sn中的兩種結合。在屬于第二組的第五發(fā)明(權利要求5)中，作為包含在基質合金中添加的痕量元素，(vii)Mg、Si和Be作為必要添加的痕量元素，這些元素與(ix)中的Ca、Ce和Sn三種元素結合。
本發(fā)明所采用的基質合金中，金是高純金，其純度至少為99.99質量％，優(yōu)選為99.999質量％。另外，Pd和/或Pt也是高純的，其純度至少為99.9質量％，優(yōu)選為99.99質量％。
如果合金中含有大量的Pd和/或Pt，則球會變硬，且芯片傾向于發(fā)生開裂。因此基質合金中Pd和Pt的總含量不超過基質合金的2質量％，優(yōu)選不超過基質合金的1.5質量％。另外，為了達到穩(wěn)定效果，該含量的下限為0.08質量％，優(yōu)選為0.2質量％。
此外，Pd和Pt也影響第一焊接的長期可靠性。175℃下的高溫存放所示持續(xù)時間為在0.2質量％或更大的含量下至少2000小時；在0.08質量％或更大的含量下至少1500小時；和在0.05質量％或更大的含量下至少1000小時。
對于向基質合金中同時加入Pd和Pt的情況，加入的Pd和加入的Pt的量之比沒有特別的限定。這是由于Pd和Pt對Au表現(xiàn)出基本相同的基質作用。
分散在基質合金(金合金)中的痕量元素中的Mg的純度應至少為99.9質量％，優(yōu)選至少為99.99質量％。對于屬于第一組的發(fā)明和屬于第二組的發(fā)明，基質合金中Mg的含量均為10-100質量ppm，優(yōu)選為40-80質量ppm。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)金合金基質中的元素Mg能夠改善第一焊接的圓形度和通過超聲波壓接形成的第二焊接的楔形焊接性。如果包含10-100質量ppm的Mg，則可表現(xiàn)出上述改善圓形度和楔形焊接性的效果。當Mg的量低于10質量ppm時，則不能改善圓形度和楔形焊接性，并且當Mg的量高于100質量ppm時，Mg則會在球表面析出并被氧化，從而第一焊接的焊接性惡化。40質量ppm或更高的Mg還改善了第二焊接的焊接性，當Mg的量為80質量ppm或更低時，則熔融球的球形度更穩(wěn)定。
本發(fā)明的熔融球球形度定義為“橫向直徑與豎向直徑”之比，從熔融球沒有線的一端的看分別測量所述相應直徑。球形度的值在0.99-1.01范圍內，優(yōu)選在0.995-1.005范圍內。此外，壓接球環(huán)形度定義為“垂直方向上的壓接直徑與平行方向上的壓接直徑”之比，在與超聲波施加方向平行和垂直方向分別測量所述壓接直徑。圓形度的值在0.98-1.02范圍內，優(yōu)選在0.99-1.01范圍內。
包含在基質合金(金合金)中的痕量元素中的Ce的純度應至少為99.9質量％，優(yōu)選至少為99.99質量％。
對于第一組，基質合金中Ce的含量為5-100質量ppm，對于第二組，Ce的含量則為5-30質量ppm。
包含在金合金基質中的痕量元素中的Be的純度應至少為98.5質量％，優(yōu)選至少為99.9質量％。
對于第一組，基質合金中Be的含量為5-100質量ppm，對于第二組，Be的含量則為5-30質量ppm。
金合金基質中的Be改善了第一焊接的圓形度。如果Be的含量低于5質量ppm，則不能夠實現(xiàn)上述對圓形度的改善效果，然而，如果Be的含量大于30質量ppm，則會造成熔融球表面形成的氧化物的量增加，從而惡化了第一焊接的焊接性。
包含在金合金基質中的痕量元素中的Si的純度應至少為99.99質量％，優(yōu)選至少為99.999質量％。
對于第一組，基質合金中Si的含量為5-100質量ppm，對于第二組Si的含量則為5-30質量ppm。
金合金基質中的Si是保持環(huán)成形性以及壓接球的圓形度的元素。如果Si的含量低于5質量ppm，則不能夠保持環(huán)成形性，然而，如果Si的含量大于30質量ppm，則難以得到良好的圓形度。
包含在金合金基質中的痕量元素中的Gd的純度應至少為99質量％，優(yōu)選至少為99.5質量％。
對于第一組，基質合金中Gd的含量為5-100質量ppm。
金合金基質中的元素Gd是保持環(huán)成形性和壓接球的圓形度的元素。如果Gd的含量低于5質量ppm，則不能夠保持環(huán)成形性，然而，如果Gd的含量大于30質量ppm，則難以得到優(yōu)良的圓形度。
包含在金合金基質中的痕量元素中的Ca的純度應至少為99質量％，優(yōu)選至少為99.5質量％。基質合金中Ca的含量為5-30質量ppm。
金合金基質中的元素Ca改善了線的強度?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，即使對于直徑不超過23μm的細線，由于Ca增加了細線自身的剛性，因而保持了環(huán)成形性，進而保持了第一焊接中壓接球的圓形度。如果Ca的含量低于5質量ppm，則不能實現(xiàn)上述改善圓形度的效果。如果Ca的含量大于30質量ppm，則在熔融球的底部傾向于形成凹陷，因此，對于通過形成熔融球并隨后連接到半導體元件的電極上的球形焊接所使用的焊線，基質合金中Ca的含量優(yōu)選在5-30質量ppm范圍內。
另外，如果加入預定量的Ca，則能夠得到同時實現(xiàn)良好的環(huán)成形性和圓形度的線。
此外，如果金合金基質中的痕量元素的總含量大于100質量ppm，則熔融球的表面易于生成氧化物，從而惡化了第一焊接的焊接性。
包含在基質合金(金合金)中的痕量元素中的Ce、Y、Eu、La和Sn中每種元素的純度應至少為99.9質量％，優(yōu)選為99.99質量％。
基質合金中每種痕量元素的含量為5-100質量ppm，對于La優(yōu)選為5-80質量ppm，對于其他元素則優(yōu)選為5-30質量ppm。
如上所述，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，即使對于直徑不超過23μm的細線，由于金合金基質中的Ce、Y、Gd、Be、La、Si和Eu是增加細線自身的剛性的元素，因而保持了環(huán)成形性，進而保持了第一焊接中的壓接球的圓形度。
如果Ce、Y、Gd、Be、La、Si和Eu中每種元素的量小于5質量ppm，則不可能保持Au-Pd等的合金線的環(huán)成形性，進而難以保持第一焊接中的壓接球的圓形度。另外，如果上述元素中每種的量大于100質量ppm，或者上述元素的總量大于100質量ppm，則熔融球會變成畸形或者細線自身的剛性會變得太高，從而使半導體芯片變得易于開裂。如果上述元素中每種的量不超過30質量ppm，壓接球的圓形度仍會更穩(wěn)定。
另外，痕量元素會在Au-Pd等的金合金基質的熔融球的表面析出并被氧化，從而惡化了第一焊接的焊接性或者惡化了壓接球的圓形度。已經發(fā)現(xiàn)改善圓形度的能力順序，從最好到最差的順序是Si、Be、La、Ce、Ca、Eu、Y和Gd。另外，與Ce相組合后，順序是Ce-Si、Ce-Be、Ce-La、Ce-Y、Ce-Gd。進一步，與Be相組合后，該能力順序為Be-Si、Be-Ca、Be-Eu和Be-Y。
添加到高純Au-Pd等的合金中的本發(fā)明所用的痕量元素Mg、Ce、Y、Gd、Be、Ca、Eu、La和Si的量是痕量的，并且是以適當?shù)慕Y合方式添加的，從而能夠在金合金中均勻地含有而不發(fā)生偏析；因此在單獨添加了Zn或大量Ca的金合金的表面不會出現(xiàn)無意圖的析出而形成的氧化膜。所以，通過結合在上述適當含量范圍的Mg、Ce、Y、Gd、Be、Ca、Eu、La和Si，除了能夠達到抑制金合金焊線中的相互擴散外的效果外，還能夠達到改善楔形焊接性的效果、改善熔融球球形度的效果、改善細線的環(huán)成形性的效果和改善壓接球圓形度的效果。
到目前為止，已有文獻公開了向Au-Pd合金焊線中共同添力Mg和稀土元素(日本專利特開平11-222639號公告，日本專利特開平11-87396號公告，日本專利特開平11-214425號公告和日本專利特開2003-133362號)，并且的確已經存在采取同時添加的情況(日本專利特開2003-133362號)。然而，對于日本專利特開11-222639號公開的含有Zn的金合金，細線的表面則容易形成氧化膜，因此細線越細，則越難使壓接球為圓形。另外，對于含有超過30質量ppm的Ca的金合金，無論是否存在其他加入元素，Ca都會在表面無規(guī)律地析出并發(fā)生氧化，因此該金合金基質存在不能夠實現(xiàn)優(yōu)良的第一焊接可靠性和優(yōu)良的壓接球圓形度的問題。
至今未知Mg等是在高純Au-Pd等的金合金基質中具有良好的分散性且不會在線的表面形成氧化物膜的元素，并且是即使在空氣中進行球形焊接也不會在細線或熔融球的表面形成氧化膜的痕量元素。在過去，沒有預知到組合添加本發(fā)明的在適當含量范圍內的適當種類的選自Mg、Ce、Y、Gd、Be、La、Si、Ca和Eu的元素，這些痕量元素在金合金基質中均具有良好的分散度，且不會發(fā)生在表面上析出，因此能夠實現(xiàn)作為焊線的穩(wěn)定性的品質。
下面通過實施例和對比例對本發(fā)明進行更為詳細的描述。
對應于第一組實施例(實施例1-57)的表1和對應于第二組實施例(實施例58-81)的表2示出了每種樣品的組成。按照表1或表2中的量(質量ppm)向純度為99.999質量％或更高的高純金和純度為99.99質量％或更高的高純Pd和/或Pt的合金中添加痕量元素，并在真空熔化爐中進行熔鑄。然后進行拉成線，接著在25μm、20μm或15μm的線直徑下進行最終熱處理并將延伸率調為4％。將每根焊線剪成10cm長，取10根線進行拉伸測試，然后計算平均值，從而評估出每根線的最終延伸率和拉伸強度。
在空氣中采用超聲波-熱壓聯(lián)用焊接法進行球形焊接，由此，將細線連接到Si芯片上50μm方形大小的Al焊盤(Al膜厚度約為1μm)上，在該連接中，每種類型的細線都進行了第一焊接，然后采用超聲波-熱壓聯(lián)用焊接法進行楔形焊接，通過采用該楔形焊接的第二焊接將所述細線焊接到鍍Ag42的合金引線上。此時，將環(huán)形跨距設為5mm，將環(huán)形高度設為200μm，并采用具有200個Al焊盤的“200針QFP(封裝)”。在第一焊接中，所有的球均形成在50μm方形的Al焊盤內。另外，在第二焊接中，所有的線都牢固地連接在引線上。從所述按照上述方法進行了連接的線中，任選40根線來進行各項評估。對應于第一組實施例的表4和對應于第二組實施例的表5示出了評估結果。
這些對比例中樣品的組成，具有與表3所示的實施例中樣品不同的痕量元素配比。注意的是，對比例1-17是對應于第一組的對比例，對比例18-23是對應于第二組的對比例。
對金合金細線采用與實施例相同的方式在25μm、20μm或15μm的線直徑下進行最終熱處理，以將延伸率調為4％，并采用與實施例1相同的方式來進行評估。表6示出了評估結果。
實施例和對比例的各個焊接線的特性評價如下。
對于第一焊接與第二焊接“焊接質量”的評估，形成5000個環(huán)線，對于沒有諸如開裂的缺陷的情況，認為是良好并表示為“◎”，對于只有一根線出現(xiàn)缺陷的情況，表示為“○”，對于兩根或兩根以上的線出現(xiàn)缺陷的情況，表示為“△”。
為了得到“形成的Au-Al的量”，將Al焊盤溶于10％NaOH水溶液中，用掃描電子顯微鏡觀測焊接表面，從而測定出焊接表面上形成了Au-Al合金的區(qū)域所占的比例。對于焊接表面上至少70％的部分形成了Au-Al的情況，認為是非常良好并表示為“◎”，對于焊接表面上至少50％但低于70％的部分形成了Au-Al的情況，認為是良好并表示為“○”，對于焊接表面上低于50％的部分形成了Au-Al的情況，認為是一般并表示為“△”。
為了評估“熔融球的球形度”，對熔融球底面(線在上面)的橫向直徑與豎向直徑進行了測量，對于橫向直徑與縱向直徑之比在0.995到1.005范圍內的情況，表示為“◎”，對于橫向直徑與縱向直徑之比在0.99到1.01范圍內但不在上述范圍內的情況，表示為“○”。對于橫向直徑與縱向直徑之比不在上述這些范圍內的情況，表示為“△”。每次選取10個樣品進行測量；平均值已經示出。然而，對于實施例58、62和72，抽樣數(shù)量增加到了50個，因此對第二組偏差幅度的測量會更加精確。
為了評估“壓接球的圓形度”，在與超聲波施加方向平行和垂直方向分別測量所述壓接直徑，對于二者之比在0.99到1.01范圍內的情況，表示為“◎”，對于二者之比在0.98到1.02范圍內但不在上述范圍內的情況，表示為“○”。對于二者之比不在上述所有范圍內的情況，表示為“△”。對于第一組，選取200個樣品進行測量，對于第二組，選取5000個樣品進行測量；平均值已經示出。
為了評估“拉力試驗”，在環(huán)形跨距的近似中點向上方鉤起，測量破斷負荷。當線直徑為25μm時，負荷是6×10mN或更大，此種情況表示為“◎”，對于負荷在4×10mN到6×10mN的范圍內的情況，表示為“○”，對于負荷小于4×10mN的情況，表示為“△”。
此外，當線直徑為20μm時，負荷是6×10mN或更大，此種情況表示為“◎”，對于負荷在2.5×10mN到4×10mN的范圍內的情況，表示為“○”，對于負荷小于2.5×10mN的情況，表示為“△”。進一步，當線直徑為15μm時，負荷是2×10mN或更大，此種情況表示為“◎”，對于負荷在1×10mN到2×10mN的范圍內的情況，表示為“○”，對于負荷小于1×10mN的情況，表示為“△”。
對于上述六項評估之外的“整體評估”，有三個或更多“◎”標記而沒有“△”標記的情況被認為是非常良好，表示為“◎”，有兩個或更少“◎”標記而沒有“△”標記的情況被認為是良好，表示為“○”，有一個或多個“△”標記的情況被認為是一般，表示為“△”。
表1
表2 表3
表4

表5

表6

根據(jù)上述結果清楚可知，對于本發(fā)明的金合金焊線，當添加的痕量元素的量在特定范圍內時，即使在線直徑為23μm或更小的情況下也能得到令人滿意的結果。
與此相對比的是，對比實施例由于下述原因沒有實現(xiàn)預期的性質。
對于相對應于第一組的對比例對于對比例1，是因為金合金焊線中包含了本發(fā)明中所不包含的痕量元素Ca；對于對比例2，是因為金合金焊線中包含了本發(fā)明中所不包含的痕量元素Zn；對于對比例3，是因為痕量元素Ce的含量超過了規(guī)定量；對于對比例4，是因為金合金焊線中包含了本發(fā)明中所不包含的痕量元素Zn，以及不包含本發(fā)明中所包含的痕量元素Mg；對于對比例5，是因為金合金焊線中包含了本發(fā)明中所不包含的痕量元素Ca；對于對比例6，是因為金合金焊線中包含了本發(fā)明中所不包含的痕量元素Zn；對于對比例7，是因為金合金焊線中沒包含本發(fā)明中所包含的除了痕量元素Mg和Ce外的其他痕量元素；對于對比例8，是因為金合金焊線中不包含本發(fā)明中所包含的Mg；對于對比例9，是因為金合金焊線中不包含本發(fā)明中所包含的Ce與Be的組合；對于對比例10，是因為金合金焊線中不包含本發(fā)明中所包含的除了Mg和Be外的痕量元素；對于對比例11，是因為痕量元素Be的含量超過了規(guī)定量；對于對比例12，是因為痕量元素Si的含量超過了規(guī)定量；對于對比例13，是因為痕量元素Ce的含量超過了規(guī)定量；對于對比例14，是因為痕量元素Mg的含量超過了規(guī)定量；對于對比例15，是因為痕量元素的總含量超過了規(guī)定量；對于對比例16，是因為痕量元素的總含量超過了規(guī)定量；
對于對比例17，是因為合金元素Pt不足規(guī)定量；對于相對應于第二組的對比例對于對比例18，是因為痕量元素Ce不足規(guī)定量；對于對比例19，是因為痕量元素Ca的含量超過了規(guī)定量；對于對比例20，是因為痕量元素Mg的含量超過了規(guī)定量；對于對比例21，是因為痕量元素的總含量超過了規(guī)定量，痕量元素ca的含量超過了上限值，以及沒有組合含有作為本發(fā)明目的Be和Si；對于對比例22，是因為合金元素Pd的含量不足規(guī)定量；對于對比例23，是因為合金元素Pd和Pt的總含量不足規(guī)定量；本發(fā)明的合金適用于汽車半導體元件中所用的焊線，更具體地適用于在于經常變熱的環(huán)境中工作的半導體中所用的焊線。
權利要求
1.一種含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該金合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％；其中所述痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-100質量ppm的Ce和每種元素含量為5-100質量ppm的選自Be、Y、Gd、La、Eu和Si中的至少一種，Be、Y、Gd、La、Eu和Si的總含量為5-100質量ppm。
2.一種含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該金合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％；其中所述痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-100質量ppm的Be和選自Y、La、Eu和Si中的至少一種，痕量元素Y、La、Eu和Si中每種元素的含量為5-100質量ppm，Y、La、Eu和Si的總含量為100質量ppm或更低。
3.一種含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該金合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％；其中所述痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和5-30質量ppm的Ca或Sn。
4.一種含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該金合金基質包含在高純金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％；其中所述痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和每種元素含量為5-30質量ppm且總含量為10-60質量ppm的選自Ca、Ce和Sn中的兩種。
5.一種含有金合金的金合金焊線，在所述金合金中，痕量元素包含在金合金基質中，該金合金基質包含在高純度金中總量為0.05-2質量％的至少為99.9質量％的高純度的選自Pd和Pt中的至少一種，所述高純金的純度至少為99.99質量％；其中所述痕量元素包含10-100質量ppm的Mg、5-30質量ppm的Si、5-30質量ppm的Be和每種元素含量為5-30質量ppm且總含量為15-90質量ppm的Ca、Ce和Sn所有這三種。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項的金合金焊線，其中所述痕量元素的總含量為100質量ppm或更低。
全文摘要
提供一種金合金焊接細線，其具有所需的強度、良好的焊接性、長期穩(wěn)定性以及改善了的壓接球圓形度和熔融球球形度。該金合金焊線含有在金合金基質中作為痕量元素的10－100質量ppm的Mg、5－100質量ppm的Ce和每種元素含量為5－100質量ppm的選自Be、Y、Gd、La、Eu和Si中的至少一種，其中Be、Y、Gd、La、Eu和Si的總含量為5－100質量ppm，或者作為痕量元素的Mg、Be和選自Y、La、Eu和Si中的至少一種，或者作為痕量元素的10－100質量ppm的Mg、5－30質量ppm的Si、5－30質量ppm的Be和5－30質量ppm的選自Ca、Ce和Sn中的至少一種，所述金合金基質含有在高純金中總量為0.05－2質量％的選自Pd和Pt中的至少一種的高純元素。
文檔編號C22C5/02GK101040372SQ200580035318
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權日2004年9月30日
發(fā)明者村井博, 千葉淳, 手島聰 申請人:田中電子工業(yè)株式會社