表面改質(zhì)銀鈀合金線的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及適于半導體裝置中使用的IC忍片電極與外部引線等的基板連接的表 面改質(zhì)銀鈕合金接合線，尤其是設及車載用途、功率半導體、高速設備用途等在高溫環(huán)境下 使用的超聲波連接用接合及凸塊線、或者即使W15ymW下的極細線也可使用的無空氣焊 球（FAB)用表面改質(zhì)銀接合線。
【背景技術(shù)】
[0002] 自W往W來，已開發(fā)出各種各樣的種類的將半導體裝置的IC忍片電極與外部引 線相連接的銀鈕合金接合線。例如為"使Ag含有1~30重量％的？(1而成"的接合線（日 本特開昭57-021830號公報）、"在Ag中添加合計為500~3000重量ppm的Pd等中的至 少1種而成"的接合線（日本特開昭64-087736號公報）、"W0. 005~7質(zhì)量％的范圍包 含Pd等中的至少1種且剩余部分由銀及銀的不可避免雜質(zhì)構(gòu)成的銀合金"（日本特開平 9-275120號公報）、"Pd為10質(zhì)量％ ^下、…、進一步含有40質(zhì)量％W下的Au且剩余部分 由Ag及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成"的接合線（日本特開平11-288962號公報）、"由純度99. 99 質(zhì)量％W上的銀（Ag)、純度99. 999質(zhì)量％W上的金（Au)、及純度99. 99質(zhì)量％W上的鈕 (Pd)構(gòu)成的立元合金系接合線，其中，金（Au)為4~10質(zhì)量％、鈕（Pd)為2~5質(zhì)量％、 氧化性非貴金屬添加元素為15~70質(zhì)量卵m及剩余部分由銀（Ag)構(gòu)成"，"作為氧化性 非貴金屬添加元素，有巧（Ca)、稀±元素燈、La、Ce、化、GtNd及Sm)、被度e)、儀（Mg)、錫 (Sn)、銅（In)、祕度i)。優(yōu)選為巧（Ca)及稀±元素，尤其W銅化a)、被度e)為佳（0013段 落）"的接合線（（日本特開2012-169374號公報）后述的專利文獻1)、"復合銀線含有該金 4質(zhì)量％W上且8質(zhì)量％W下并且含有鈕2~4質(zhì)量％ "的接合線（日本特開2013-21280 號公報）等。
[0003] 此外，作為涂覆銀接合線，有被覆有金（Au)的接合線（日本特公昭54-23794號公 報、日本特開昭56-021354號公報）、被覆有鈕（Pd)、銷（Pt)或儀（Ni)的接合線（日本特開 2004-14884號公報）、被覆有金（Au)、鈕（Pd)、銷（Pt)等的接合線（日本特開2007-123597 號公報）、"在忍材的外側(cè)具有：W銀、金、鈕、銷、侶中的一種W上為主成分元素的忍材、及W 與該主成分元素不同的導電性金屬為主成分的外皮層的接合線，其中，所述外皮層的厚度 為0.001~0.09ym的范圍"的接合線（（日本特開2007-123597號公報）后述的專利文獻 2)等。
[0004] 另外，涂覆銀接合線還已知有："通過AES分析得到的有機被膜的厚度經(jīng)Si〇2換算 為0. 5~3皿"，"金屬制線的材質(zhì)為Au、Au合金、Au-Ag合金、Ag、化中的任一者"的接合線 ((日本特開2012-109356號公報）后述的專利文獻3)。 陽0化]運些銀接合線的線徑，若為無空氣焊球（FAB)用銀接合線的情形，則一般為十數(shù)ym至數(shù)十ym的線徑，若為功率系半導體用粗線的情形，則一般為數(shù)十ym至數(shù)百ym。
[0006] 在此，F(xiàn)AB是指通過一邊將氮氣或氮氣-氨氣等非氧化性氣體或還原氣體朝由接 合工具前端延伸的接合線的前端噴吹一邊進行火花放電而形成在接合線的前端的烙融球。 若為FAB,則保持不活潑氣體環(huán)境或還原性氣體環(huán)境，至接合線的烙融球被第一接合為止， 因此不會有銀鈕合金接合線本身在第一接合時也硫化的情形。
[0007] 另外，即使為如上所示的接合線，也有如下所示的接合法：不制作烙融球，直接通 過超聲波將第一接合及第二接合僅W超聲波法相連接的模形接合法；或利用夾具化掉該經(jīng) 模形接合的涂覆銀線的柱形凸塊法等利用超聲波的接合法。另外，為了使超聲波接合更加 容易，將銀線壓毀而形成為平坦的矩形剖面形狀的帶式線也可進行超聲波接合。接著，W運 些方法進行超聲波接合后的線在之后利用壓模樹脂進行密封而形成半導體裝置。需要說明 的是，侶墊大多使用純侶（Al)金屬或在該侶（Al)金屬添加有0. 3~2. 0質(zhì)量％的銅（化）、 娃（Si)、儀（Ni)等的合金，通常通過真空蒸鍛等干式鍛覆而形成。
[0008] 但是，上述銀鈕合金接合線至目前為止并未被實用化作為接合線。銀鈕合金接合 線未被實用化的理由如下所示。
[0009] 首先，純的高純度銀接合線具有在接合連接前，表面硫化而形成硫化銀膜運樣的 致命性的缺點，因此考慮利用銀鈕合金接合線。但是，鈕（Pd)的含量為5質(zhì)量％W下的銀 鈕合金接合線在耐硫化性方面與高純度銀接合線沒有太大的差別，需要進行涂覆。但是，經(jīng) 涂覆的銀鈕合金接合線，F(xiàn)AB的烙融球形狀不均，接合性不穩(wěn)定。
[0010] 另一方面，開發(fā)原料金屬價格比銀更為廉價的銅接合線，即使為在高溫環(huán)境下使 用的超聲波連接用接合及凸塊線，也使用廉價的銅接合線。 W11]另外，若金價沉滯化，則將比銅接合線更為昂貴的鈕（Pd)的含量超過5質(zhì)量％的 銀鈕合金接合線置換成接合性能良好的金接合線。結(jié)果，由于不需要銀鈕合金接合線，因 此，其尚未被開發(fā)為實際情況。
[0012] 而且，接合線從20ym變細為18ym、接著從18ym變細為15ym時，銀鈕合金接合 線會變得較硬而難W進行拉線加工。因此，若進行涂覆，雖然不會對第一接合的接合條件造 成影響，但是通過第二接合的超聲波產(chǎn)生的接合區(qū)域會變少。另外，依照超聲波的條件，具 有完全可接合的接合區(qū)域消失等利用超聲波的第二接合越來越不穩(wěn)定的技術(shù)上的問題。該 問題無論是利用超聲波的第一接合還是柱形接合，大多是與超聲波接合有關(guān)的問題。
[0013] 運是因為，基于超聲波裝置的細線用接合線的接合條件依頻率（數(shù)十~數(shù)百曲Z 左右）、輸出（最大數(shù)W左右）及加壓力（數(shù)~數(shù)十奸左右）而定，因此，相較于第一接合 的接合條件，限制較多。第二接合的最適的超聲波條件除了忍材的成分組成W外，認為還受 到忍材的表面形態(tài)及表面被覆層的材質(zhì)或膜厚所影響。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0015] 專利文獻
[0016] 專利文獻1 :日本特開2012-169374號公報
[0017] 專利文獻2 :日本特開2007-123597號公報 陽01引專利文獻3 :日本特開2012-109356號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 發(fā)明所要解決的問題
[0020] 本發(fā)明是為了解決利用超聲波的接合性變得不穩(wěn)定的上述問題而完成的，目的在 于提供通過使利用成形模形成的表面改質(zhì)銀鈕合金線的剖面形狀接近正圓而使超聲波接 合時的工藝窗口寬度寬的、廉價的表面改質(zhì)銀鈕合金線，尤其是提供車載用途、功率半導體 或高速設備用途等在高溫環(huán)境下使用的超聲波連接用接合線的結(jié)構(gòu)。
[0021] 用于解決問題的手段
[0022] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若將通過純度99. 99質(zhì)量％W上的銀（Ag)及純度99. 9質(zhì)量％W 上的鈕（Pd)所得的銀鈕合金進行縮徑，則該線的結(jié)晶粒徑會變細，在該線的長邊方向W數(shù) 十ym寬度的間隔形成交叉的深色環(huán)。目P，用掃描電子顯微鏡觀察線時，將在線上看起來環(huán) 狀深色的部位稱為深色環(huán)。該深色環(huán)在批間為不均，但是若在銀鈕合金中添加微量元素，貝U 深色環(huán)會有變深的傾向。另外，若在銀鈕合金中含有金（Au)元素，則該深色環(huán)會有變淺的 傾向。由狀態(tài)圖來看，銀鈕合金或銀鈕金合金完全固溶，但是在一連串連續(xù)拉線步驟中的線 的強加工中，銀鈕合金的晶格內(nèi)部的無法跟隨的線狀轉(zhuǎn)移網(wǎng)等的變形被認為明顯存在于合 金表面。
[0023] 本發(fā)明人認為，深色環(huán)在批間呈不均的原因是因拉線模的不均勻性所致。旨P，一連 串拉線模因摩損等而形成為不均勻的形狀，在線表面的長邊方向形成大小的縱長的溝。成