專利名稱：接合線的制作方法
接合線
本發(fā)明涉及金接合線和適合用于這些接合線的、高強(qiáng)度的金基合金。
在半導(dǎo)體部件不斷小型化的過程中以及在與之相關(guān)的降低金接 合線直徑的目標(biāo)中，人們對(duì)引線強(qiáng)度和引線連接(回路)的可靠性的 要求越來越高。具體而言，已知方法包括根據(jù)文獻(xiàn)C. W. Conti, GoW 5w〃"/", 32(2): 39(1999)或Yuantao Ning， GoW B"〃"/w, 34(3): 77(2001)，用周期表中的第二主族元素(堿土金屬)進(jìn)行摻雜，例如 用鈹和鈣進(jìn)行摻雜。鑭系元素(如銪和鐿)也作為摻雜元素而加入。 使用鑭系元素的問題在于它們?cè)诮鸹|(zhì)中的溶解性。鑭系元素在金基 質(zhì)中的溶解性差會(huì)導(dǎo)致不均勻，在最不利的情況下甚至?xí)诮疰溨挟a(chǎn) 生粗的沉積物，特別是銪和鐿更是如此。由于這種摻雜會(huì)導(dǎo)致變脆或 引線的延展性受到破壞，所以，不會(huì)使強(qiáng)度得到提高，而是會(huì)產(chǎn)生相 反的效果。對(duì)于第二主族的元素(如鈣)而言，隨著摻雜濃度的增加 可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的提高。與之相關(guān)的是，在回路制備過程中卻表現(xiàn)出不利 的成球性(所謂的"形成凹陷")。
本發(fā)明要解決的問題包括提供強(qiáng)度得到進(jìn)一步改善的金基合金， 該金基合金基本上保留了金的其它有利的性能，特別是惰性和高導(dǎo)電 性。
為了解決這一問題，將金與ppm范圍內(nèi)的至少一種鑭系元素(鐿 或銪)合金化，從而不必同時(shí)考慮回路制備過程中的不利的成球性 ("形成凹陷")。為了該目的，要使金基合金形成為均相混合晶體， 即，避免形成附加相，特別是基于銪或鐿的附加相。
通過無金中間合金化方法將銪或鐿(尤其是與鈣一起)引入金中， 可以得到具有這些鑭系元素的均相金基合金。按照這種方式，又可提 供金含量超過99重量％、優(yōu)選超過99.9重量％的金基合金，其物理 和機(jī)械性能特別適合于接合線應(yīng)用。
在此，決定性因素是借助于具有摻雜元素(特別是鈣與銪、或者 鈣與鐿)的均相中間合金使得銪或鐿(其作為金中的摻雜元素)達(dá)到 均勻分布(之前是不可能達(dá)到的)的能力。根據(jù)文獻(xiàn)H. Okomoto和 T. B. Massalski， 5z'鹿ry爿〃o"尸/zowe D/agrams, Metal Park, Ohio, 44073(1987)，銪和鐿可完全溶解于鈣中，這與所有其它的鑭系元素形 成了對(duì)比。具有鈣和銪的二元中間合金以及具有鈣和鐿的二元中間合 金己經(jīng)證明是有效的。
根據(jù)本發(fā)明，金基合金由此形成為均相混合晶體。根據(jù)本發(fā)明， 可避免引入基于銪或鐿的至少一種附加相(之前是無法避免的)。lppm 至1000ppm、優(yōu)選2ppm至500ppm、特別是10ppm至100ppm的摻 雜元素完全溶解于金中。
按照這種方式，又可制備金線和由這些金線拉制成的金接合線， 其中所述金接合線的強(qiáng)度值顯著高于相應(yīng)的參照引線的強(qiáng)度值。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，金接合線含有l(wèi)ppm至100ppm的鈰或 含鈰的稀土元素合金作為額外的摻雜添加劑。更優(yōu)選的是使用lppm 至10ppm的鈹。
根據(jù)文獻(xiàn)C. W. Conti， GoWBW/e"", 32(2): 39(1999)，這些元素允 許在保持或改善針對(duì)形成回路和成球而言的有利的接合條件的同時(shí)， 另外提高接合線的強(qiáng)度。
這種新型引線的性能如下在相對(duì)斷裂伸長率值為4%時(shí)，抗拉 強(qiáng)度值為約2卯N/mm2，接合后的引線回路的拉伸試驗(yàn)值為約20cN(直 徑為30,)。
在所有情況下，在接合過程中均觀察到無凹陷的燒球(FAB-無 空氣球)。(凹陷可能會(huì)對(duì)該球與基板間的連接性能產(chǎn)生不利影響)。
實(shí)施例
基于金并且摻雜有鈣、鐿、含鈰的稀土元素合金和鈹?shù)闹虚g合金的制
開始時(shí)，在真空下，由分別為50重量％的鈣和鐿熔合成均相二 元中間合金。隨后將該中間合金(I )稀釋，從而形成另一中間合金
(II)，該中間合金(II)具有主要成分金、以及0.5重量％的鈣和
0.5重量％的鐿。將這種中間合金II和另 一 種具有B e和含鈰的稀土元 素合金添加劑的金基中間合金一起加入到金熔體中。
按照這種方式產(chǎn)生的接合線起始材料具有摻雜濃度為25ppm的 鈣、摻雜濃度為25ppm的鐿、摻雜濃度為40ppm的含鈰的稀土元素 合金(Ce-M)、以及慘雜濃度為5ppm的鈹。
強(qiáng)度特性
由上述起始材料拉制成的30pm的引線(l)在經(jīng)歷45(TC至525X: 溫度范圍內(nèi)的連續(xù)退火后，進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，并且與按照相應(yīng)方式 制得的、具有不同摻雜濃度的引線Au-Ca-Yb-Ce(M)-Be5 (2)禾口 Au-Ca-Yb-Ce(M) (3)進(jìn)行比較，此外還與常規(guī)制得的標(biāo)準(zhǔn)參照引線 Au-Ca-Ce(M) (4)進(jìn)行比較。


圖1示出了相對(duì)于參照引線(4)，根據(jù)新方法制得的接合線(1) 至(3)在斷裂伸長率為4%時(shí)的抗拉強(qiáng)度顯著增加。
在接合線(1)至(3)的情況中，抗拉強(qiáng)度為約290N/mm2，在 引線(4)的情況中，抗拉強(qiáng)度為260N/mm2。
接合性能
根據(jù)文獻(xiàn)ASTM, 100 Barr， Harbor Drive, West Conshohocken, Pennsylvania 19428-2959 禾口 G. G. Harman, 肌re 細(xì)c/z'wg /" Mz'c簡/e"腦/",第67頁及之后幾頁，McGraw-Hill ( 1997)，使4% 退火的引線進(jìn)行球-楔接合過程。根據(jù)文獻(xiàn)MIL STD 883F, Microcircuits, Method 2011.7，通過所謂的拉伸試驗(yàn)或掛鉤試驗(yàn)來測(cè) 定回路的接合性能或穩(wěn)定性能。圖2示出了相對(duì)于參照引線(4)， 根據(jù)新方法制得的接合線(1)至(3)的拉力顯著提高。
在接合線(1)至(3)的情況中，拉力為17cN至22cN (在該 實(shí)施例中，接合線(1)的拉力為22cN)，而參照引線(4)的拉力 為16cN。本發(fā)明的新型引線表現(xiàn)出最不利的線腳斷裂模式(其嚴(yán)重 地限制接合連接的可靠性)的比率也發(fā)生了顯著的降低。對(duì)于本實(shí)施
例的引線(1)而言，線腳斷裂模式的比率為約32%，而對(duì)于參照引 線(4)而言，線腳斷裂模式的比率為97%。
權(quán)利要求
1. 一種金基合金，其含有99重量％、優(yōu)選99.9重量％的金，1ppm至1000ppm、優(yōu)選10ppm至100ppm的鈣，以及1ppm至1000ppm、優(yōu)選10ppm至100ppm的鐿或者銪或者由鐿和銪構(gòu)成的混合物，其特征在于所述金基合金形成為均相混合晶體。
2. —種制備含有銪和/或鐿的均一單相金基合金的方法，其特征 在于將銪或鐿、或者將銪和鐿作為僅由摻雜元素構(gòu)成的均相中間合金 而溶解于金中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述均相中間合金為鈣 基中間合金。
4. 一種鈣摻雜型接合線，其含有99.9重量％的金，lppm至 1000ppm、優(yōu)選10ppm至100ppm的鈣，以及l(fā)ppm至1000ppm、優(yōu) 選10ppm至100卯m的鐿或者銪或者由鐿和銪構(gòu)成的混合物，其特征 在于所述金基合金形成為均相混合晶體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金基合金，所述金基合金含有99重量％、優(yōu)選99.9重量％的金，1ppm至1000ppm、優(yōu)選10ppm至100ppm的鈣，以及1ppm至1000ppm、優(yōu)選10ppm至100ppm的鐿或者銪或者由鐿和銪構(gòu)成的混合物，本發(fā)明還涉及含有銪和/或鐿的均相金基合金的制備方法。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101384738SQ200780005294
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者盧茨·施雷普勒, 阿爾布雷希特·比朔夫, 霍爾格·青格 申請(qǐng)人:W.C.賀利氏有限公司