本發(fā)明涉及為了將半導(dǎo)體元件上的電極和外部引線等電路布線基板的布線連接而被使用的半導(dǎo)體裝置用接合線。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在，作為將半導(dǎo)體元件上的電極與外部引線之間接合的半導(dǎo)體裝置用接合線(以下稱為接合線)，主要使用線徑15～50μm左右的細(xì)線。接合線的接合方法一般為并用超聲波的熱壓接方式，可使用通用接合裝置、將接合線通到其內(nèi)部而用于連接的毛細(xì)管工具等。接合線的接合工藝通過下述過程來完成：通過電弧熱輸入將線尖端加熱熔融，利用表面張力形成球(fab：freeairball，無空氣的球)后，使該球部壓接接合于在150℃～300℃的范圍內(nèi)加熱了的半導(dǎo)體元件的電極上(以下稱為球接合)，接著，形成環(huán)路(loop)之后，將線部壓接接合于外部引線側(cè)的電極(以下稱為楔接合)。作為接合線的接合對象的半導(dǎo)體元件上的電極可以使用在si基板上形成了以al為主體的合金膜的電極結(jié)構(gòu)，而外部引線側(cè)的電極可以使用施加了鍍ag層、鍍pd層的電極結(jié)構(gòu)等。

迄今為止，接合線的材料中au是主流，但以lsi用途為中心，替代為cu的工作正在推進(jìn)。另一方面，以近年來的電動汽車、混合動力汽車的普及為背景，在車載用裝置用途中，對于從au替代為cu的需求也在提高。

關(guān)于cu接合線，曾提出了使用高純度cu(純度：99.99質(zhì)量％以上)的cu接合線(例如，專利文獻(xiàn)1)。cu與au相比具有易氧化的缺點(diǎn)，存在接合可靠性、球形成性、楔接合性等較差的問題。作為防止cu接合線的表面氧化的方法，曾提出了用au、ag、pt、pd、ni、co、cr、ti等金屬被覆cu芯材表面的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)2)。另外，曾提出了在cu芯材的表面被覆pd，再將pd被覆層表面用au、ag、cu或它們的合金被覆的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)3)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開昭61-48543號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-167020號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2012-36490號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

車載用裝置與一般的電子設(shè)備相比，要求在嚴(yán)酷的高溫高濕環(huán)境下的接合可靠性。特別是將線的球部與電極接合的球接合部的接合壽命成為最大的問題。曾提出了好幾種評價(jià)高溫高濕環(huán)境下的接合可靠性的方法，作為代表性的評價(jià)方法，有hast(highlyacceleratedtemperatureandhumiditystresstest)(高溫高濕環(huán)境暴露試驗(yàn))。在采用hast來評價(jià)球接合部的接合可靠性的情況下，將評價(jià)用的球接合部暴露于溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環(huán)境中，測定接合部的電阻值的經(jīng)時(shí)變化、或測定球接合部的剪切強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)變化，由此評價(jià)球接合部的接合壽命。最近，在這樣的條件下的hast中開始要求100小時(shí)以上的接合壽命。

使用以往的具有pd被覆層的cu接合線與純al電極進(jìn)行接合，1st接合設(shè)為球接合，2nd接合設(shè)為楔接合，用塑模樹脂封裝后，進(jìn)行了上述hast條件下的評價(jià)，結(jié)果可知有時(shí)球接合部的接合壽命低于100小時(shí)，車載用裝置所要求的接合可靠性不充分。

本發(fā)明的目的是提供一種接合線，其是在表面具有pd被覆層的cu接合線，改善了高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合可靠性，適合于車載用裝置。

即，本發(fā)明的要旨如下。

(1)一種半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，具有cu合金芯材和在上述cu合金芯材的表面形成的pd被覆層，上述接合線包含in，相對于線整體，in的濃度為0.011～1.2質(zhì)量％，上述pd被覆層的厚度為0.015～0.150μm。

(2)根據(jù)上述(1)所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，上述cu合金芯材包含選自pt、pd、rh、ni中的至少1種以上的元素，上述cu合金芯材中包含的上述元素的濃度分別為0.05～1.2質(zhì)量％。

(3)根據(jù)上述(1)或(2)所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，在上述pd被覆層上還具有au表皮層。

(4)根據(jù)上述(3)所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，上述au表皮層的厚度為0.0005～0.050μm。

(5)根據(jù)上述(1)～(4)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，上述接合線還包含選自b、p、mg、ga、ge中的至少1種以上的元素，相對于線整體，上述元素的濃度分別為1～100質(zhì)量ppm。

(6)根據(jù)上述(1)～(5)的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置用接合線，其特征在于，在測定上述接合線表面的晶體取向所得到的測定結(jié)果中，相對于上述接合線長度方向角度差為15度以下的晶體取向<111>的存在比率以面積率計(jì)為30～100％。

根據(jù)本發(fā)明，對于具有cu合金芯材和在cu合金芯材的表面形成的pd被覆層的半導(dǎo)體裝置用接合線，通過使接合線包含0.011～1.2質(zhì)量％的in，能夠提高高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合壽命并改善接合可靠性。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的接合線，首先，是具有cu合金芯材和在上述cu合金芯材的表面形成的pd被覆層的半導(dǎo)體裝置用接合線，接合線包含in，相對于線整體，in的濃度為0.011～1.2質(zhì)量％，上述pd被覆層的厚度為0.015～0.150μm。由此，接合線能夠改善車載用裝置所要求的高溫高濕環(huán)境中的球接合部的接合可靠性。

如果使用本發(fā)明的接合線，通過電弧放電形成球，則在接合線熔融、凝固的過程中，在球的表面形成pd濃度比球的內(nèi)部高的合金層。如果使用該球與al電極進(jìn)行接合，實(shí)施高溫高濕試驗(yàn)，則成為在接合界面pd濃化了的狀態(tài)。該pd濃化而形成的濃化層，能夠抑制高溫高濕試驗(yàn)中的接合界面中的cu、al的擴(kuò)散、并使易腐蝕性化合物的生長速度降低。由此，接合線能夠提高接合可靠性。另一方面，在pd被覆層的厚度小于0.015μm的情況下，上述濃化層未充分形成，不能提高接合可靠性。如果pd被覆層的厚度為0.02μm以上，則是更優(yōu)選的。另一方面，如果pd被覆層厚度超過0.150μm，則fab形狀惡化的傾向變得顯著，因此將上限設(shè)為0.150μm。

在球的表面形成的pd濃度高的合金層，抗氧化性優(yōu)異，因此在球形成時(shí)能夠減少球的形成位置相對于接合線的中心發(fā)生偏移等的不良。

本發(fā)明進(jìn)而通過使接合線包含in，相對于線整體，in的濃度為0.011質(zhì)量％以上，能夠進(jìn)一步提高在溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合壽命。

使用含有in的被覆有pd的cu接合線形成球部，用掃描型電子顯微鏡(sem：scanningelectronmicroscope)觀察fab，結(jié)果在fab的表面觀察到較多的直徑(ф)為數(shù)十nm左右的析出物。如果通過能量色散型x射線分析(eds：energydispersivex-rayspectroscopy)來分析析出物，則確認(rèn)到in濃化了。從以上的狀況來看，詳細(xì)的機(jī)理尚不明確，但是可認(rèn)為由于fab中觀察到的該析出物存在于球部與電極的接合界面，因此在溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環(huán)境中的球接合部的接合可靠性提高。如果相對于線整體，in的濃度為0.031質(zhì)量％以上，則是更加優(yōu)選的。如果in的濃度為0.031質(zhì)量％以上，則能夠更加提高高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合壽命。另外，如果in含量為0.100質(zhì)量％以上，則是進(jìn)一步優(yōu)選的。當(dāng)in的濃度為0.100質(zhì)量％以上時(shí)，能夠進(jìn)一步提高高溫高濕環(huán)境下的球接合部的接合壽命，能夠應(yīng)對更嚴(yán)格的對接合可靠性的要求。

在作為半導(dǎo)體裝置的封裝包(package)的塑模樹脂(環(huán)氧樹脂)中，分子骨架中含有氯(cl)。在hast評價(jià)條件即130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環(huán)境下，分子骨架中的cl水解而以氯離子(cl^-)的形式溶出(洗脫)。在將cu接合線與al電極接合了的情況下，如果cu/al接合界面被置于高溫下，則cu和al相互擴(kuò)散，最終會形成金屬間化合物cu9al4。cu9al4容易受到cl等鹵素的腐蝕，由于從塑模樹脂溶出的cl而進(jìn)行腐蝕，導(dǎo)致接合可靠性的降低。在cu線具有pd被覆層的情況下，被覆有pd的cu線與al電極的接合界面成為cu/pd濃化層/al這樣的結(jié)構(gòu)，因此與cu線相比，雖然cu9al4金屬間化合物的生成被抑制，但車載用裝置所要求的高溫高濕環(huán)境下的接合可靠性不充分。

與此相對，可以認(rèn)為，如果如本發(fā)明那樣使被覆有pd的cu線含有in，則有接合部中的cu9al4金屬間化合物的生成被進(jìn)一步抑制的傾向。在球接合部的fab形成時(shí)，線中的in也向pd被覆層擴(kuò)散。可以認(rèn)為，在球接合部中的cu與al界面的pd濃化層中存在的in具有抑制cu和al的相互擴(kuò)散的效果，結(jié)果，抑制了cu9al4的生成。另外，也有線中包含的in具有直接阻礙cu9al4形成的效果的可能性。

作為in的存在部位，優(yōu)選是cu芯材中，但即使是包含于pd被覆層、au表皮層中，也能夠獲得充分的作用效果。向cu芯材中添加in的方法，容易進(jìn)行正確的濃度管理，線生產(chǎn)率、品質(zhì)穩(wěn)定性提高。另外，由于熱處理引起的擴(kuò)散等，pd被覆層、au表皮層中也含有一部分in，因此各層界面的密著(密合)性優(yōu)良化，能夠進(jìn)一步提高線生產(chǎn)率。

另一方面，如果線中的in含量變得過量，相對于線整體，in的濃度大于1.2質(zhì)量％，則fab形狀惡化，并且接合線硬質(zhì)化，線接合部的變形變得不充分，存在楔接合性下降的問題。

順便說一下，有時(shí)在pd被覆層的最表面存在cu。如果cu的濃度變?yōu)?0原子％以上，則線表面的耐硫化性下降，接合線的使用壽命下降，因此有時(shí)會不適于實(shí)用。因此，在pd被覆層的最表面存在cu的情況下，優(yōu)選cu的濃度小于30原子％。在此，所謂最表面，是指在不實(shí)施濺射等的狀態(tài)下，利用俄歇電子能譜裝置測定到的接合線表面的區(qū)域。

在作為半導(dǎo)體裝置的封裝包的塑模樹脂(環(huán)氧樹脂)中包含硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑具有提高有機(jī)物(樹脂)與無機(jī)物(硅、金屬)的密著性的作用，因此能夠提高與硅基板、金屬的密著性。進(jìn)而，在要求在更高溫下的可靠性的面向車載的半導(dǎo)體等要求高的密著性的情況下，會添加“含硫的硅烷偶聯(lián)劑”。塑模樹脂中所含的硫，在hast中的溫度條件即130℃左右時(shí)不會游離，但如果在175℃～200℃以上的條件下使用則會游離出來。而且，如果在175℃以上的高溫下游離出的硫與cu接觸，則cu的腐蝕變得劇烈，生成硫化物(cu2s)、氧化物(cuo)。如果在使用cu接合線的半導(dǎo)體裝置中發(fā)生cu的腐蝕，則特別是球接合部的接合可靠性會降低。

作為評價(jià)在175℃以上的高溫環(huán)境下的球接合部的接合可靠性的方法，可采用hts(hightemperaturestoragetest)(高溫放置試驗(yàn))。對暴露于高溫環(huán)境中的評價(jià)用的樣品，測定球接合部的電阻值的經(jīng)時(shí)變化、或測定球接合部的剪切強(qiáng)度的經(jīng)時(shí)變化，由此評價(jià)球接合部的接合壽命。近年來，在車載用的半導(dǎo)體裝置中，要求在175℃～200℃的hts中的球接合部的可靠性提高。

本發(fā)明的接合線，優(yōu)選：cu合金芯材包含選自pt、pd、rh、ni中的至少1種以上的元素，cu合金芯材中包含的上述元素的濃度分別為0.05～1.2質(zhì)量％。通過cu合金芯材含有這些元素，球接合部在高溫環(huán)境中的接合可靠性之中，在175℃以上的hts中的成績改善。當(dāng)cu合金芯材中包含的這些成分的濃度分別小于0.05質(zhì)量％時(shí)，不能獲得上述的效果，當(dāng)高于1.2質(zhì)量％時(shí)，fab形狀惡化，并且接合線硬質(zhì)化，線接合部的變形變得不充分，楔接合性的下降成為問題。進(jìn)而，通過以上述含量范圍含有上述元素，能夠提高環(huán)路形成性、即能夠減少在高密度安裝中成為問題的傾斜(leaning)。這是因?yàn)?，通過cu合金芯材包含pt、pd、rh、ni，接合線的屈服強(qiáng)度提高，能夠抑制接合線的變形。cu合金芯材中包含的上述元素的濃度，更優(yōu)選為0.1質(zhì)量％以上、0.2質(zhì)量％以上、0.3質(zhì)量％以上、或0.5質(zhì)量％以上。另外，cu合金芯材中包含的上述元素的濃度，更優(yōu)選為1質(zhì)量％以下、或0.8質(zhì)量％以下。再者，作為從接合線制品求出cu合金芯材中包含的上述元素的濃度的方法，例如可舉出使接合線的截面露出，對cu合金芯材的區(qū)域進(jìn)行濃度分析的方法；一邊從接合線的表面向深度方向通過濺射等進(jìn)行削除，一邊對cu合金芯材的區(qū)域進(jìn)行濃度分析的方法。例如，在cu合金芯材包含具有pd濃度梯度的區(qū)域的情況下，對接合線的截面進(jìn)行線分析，對不具有pd濃度梯度的區(qū)域(例如，向深度方向的pd濃度變化的程度是每0.1μm小于10mol％的區(qū)域)進(jìn)行濃度分析即可。關(guān)于濃度分析的方法在后面進(jìn)行描述。

本發(fā)明的接合線，也可以在pd被覆層上進(jìn)一步具有au表皮層。例如，本發(fā)明的接合線，可以在pd被覆層的表面進(jìn)一步形成0.0005～0.050μm厚的au表皮層。由此，能夠改善接合線的楔接合性。

au表皮層，與pd被覆層反應(yīng)，提高au表皮層、pd被覆層、cu合金芯材間的密著強(qiáng)度，能夠抑制楔接合時(shí)的pd被覆層、au表皮層的剝離。由此，能夠改善接合線的楔接合性。當(dāng)au表皮層的厚度小于0.0005μm時(shí)，不能獲得上述的效果，當(dāng)比0.050μm厚時(shí)，fab形狀發(fā)生偏芯。au表皮層的厚度，優(yōu)選為0.0005μm以上，更優(yōu)選為0.001μm以上、0.003μm以上、或0.005μm以上。另外，au表皮層的厚度優(yōu)選為0.050μm以下。再者，au表皮層能夠采用與pd被覆層的形成方法同樣的方法形成。

順便說一下，有時(shí)在au表皮層的最表面存在cu。如果cu的濃度變?yōu)?5原子％以上，則線表面的耐硫化性下降，接合線的使用壽命下降，因此有時(shí)會不適于實(shí)用。因此，在au表皮層的最表面存在cu的情況下，優(yōu)選cu的濃度小于35原子％。在此，所謂最表面，是指在不實(shí)施濺射等的狀態(tài)下，利用俄歇電子能譜裝置測定到的接合線表面的區(qū)域。

通過接合線進(jìn)一步包含選自b、p、mg、ga、ge中的至少1種以上的元素，相對于線整體，上述元素的濃度分別為1～100質(zhì)量ppm，由此能夠改善高密度安裝中所要求的球接合部的壓潰形狀，即能夠改善球接合部形狀的圓形性。這是因?yàn)?，通過添加上述元素，能夠?qū)⑶虻慕Y(jié)晶粒徑微細(xì)化，能夠抑制球的變形。如果相對于線整體，上述元素的濃度小于1質(zhì)量ppm，則不能獲得上述的效果，如果大于100質(zhì)量ppm，則球硬質(zhì)化，球接合時(shí)的芯片損傷成為問題，因此不適于實(shí)用。相對于線整體，上述元素的濃度分別更優(yōu)選為3質(zhì)量ppm以上、或5質(zhì)量ppm以上。相對于線整體，上述元素的濃度分別更優(yōu)選為95質(zhì)量ppm以下、90質(zhì)量ppm以下、85質(zhì)量ppm以下、或80質(zhì)量ppm以下。

再者，在接合線的cu合金芯材、pd被覆層、au表皮層的界面，由于制造工序中的熱處理等，原子進(jìn)行擴(kuò)散，有時(shí)形成具有濃度梯度的合金層。在上述那樣的情況下，cu合金芯材與pd被覆層的邊界，以pd濃度為基準(zhǔn)來判定，將pd濃度為50原子％的位置作為邊界，將pd濃度為50原子％以上的區(qū)域判定為pd被覆層，將pd濃度小于50原子％的區(qū)域判定為cu合金芯材。其根據(jù)是因?yàn)?，如果pd濃度為50原子％以上，則能夠由pd被覆層的結(jié)構(gòu)期待改善特性的效果。另外，pd被覆層與au表皮層的邊界，以au濃度為基準(zhǔn)來判定。將au濃度為10原子％的位置作為邊界，將au濃度為10原子％以上的區(qū)域判定為au表皮層，將au濃度小于10原子％的區(qū)域判定為pd被覆層。其根據(jù)是因?yàn)椋绻鸻u濃度為10原子％以上，則能夠由au表皮層的結(jié)構(gòu)期待改善特性的效果。

對于pd被覆層、au表皮層的濃度分析，cu合金芯材中的pt、pd、rh、ni的濃度分析，一邊從接合線的表面向深度方向通過濺射等削去一邊進(jìn)行分析的方法、或者使線截面露出而進(jìn)行線分析、點(diǎn)分析等的方法是有效的。用于這些濃度分析的解析裝置，可以使用在掃描型電子顯微鏡或透射型電子顯微鏡中裝備的俄歇電子能譜分析裝置、能量色散型x射線分析裝置、電子射線顯微分析儀等。作為使線截面露出的方法，可以利用機(jī)械研磨、離子蝕刻法等。另外，關(guān)于in、b、p、mg、ga、ge等微量成分，能夠利用icp發(fā)射光譜分析裝置、icp質(zhì)量分析裝置，作為接合線整體中包含的元素的濃度來進(jìn)行分析。

當(dāng)接合線的表面中的、線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向<111>的存在比率以面積率計(jì)為30～100％時(shí)，能夠提高環(huán)路形成性，即能夠降低在高密度安裝中成為問題的傾斜。這是因?yàn)?，如果表面晶體取向一致，則對橫向的變形的抗力變強(qiáng)，抑制了橫向的變形，因此能夠抑制傾斜不良。因此，在一個實(shí)施方式中，在測定接合線表面的晶體取向所得到的測定結(jié)果中，相對于上述接合線長度方向角度差為15度以下的晶體取向<111>的存在比率以面積率計(jì)為30～100％。從抑制傾斜不良的觀點(diǎn)出發(fā)，上述晶體取向<111>的存在比率以面積率計(jì)，更優(yōu)選為35％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為40％以上、45％以上、50％以上、或55％以上。

(制造方法)

接著，說明本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的接合線的制造方法。接合線是通過制造出用于芯材的cu合金后，加工成細(xì)線狀，形成pd被覆層、au表皮層，進(jìn)行熱處理而得到的。也有時(shí)在形成pd被覆層、au表皮層后，進(jìn)行再次拉絲和熱處理。對cu合金芯材的制造方法、pd被覆層、au表皮層的形成方法、熱處理方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

用于芯材的cu合金，是通過將成為原料的cu和添加的元素一起熔化，使其凝固而得到的。對于熔化，可以利用電弧加熱爐、高頻加熱爐、電阻加熱爐等。為了防止從大氣中混入o2、h2等氣體，優(yōu)選在真空氣氛或ar、n2等惰性氣氛中進(jìn)行熔化。

在cu合金芯材的表面形成pd被覆層、au表皮層的方法，有鍍敷法、蒸鍍法、熔融法等。關(guān)于鍍敷法，可以應(yīng)用電解鍍敷法、無電解鍍敷法中的任何方法。被稱為觸擊鍍、閃鍍的電解鍍敷，其鍍敷速度快，與基底的密著性也良好。用于無電解鍍敷的溶液，可分類為置換型和還原型，在厚度薄的情況下僅采用置換型鍍敷就足夠了，但在厚度厚的情況下，在置換型鍍敷之后階段性地實(shí)施還原型鍍敷是有效的。

在蒸鍍法中，可以利用濺射法、離子鍍法、真空蒸鍍等物理吸附、和等離子體cvd等化學(xué)吸附。都是干式方法，不需要形成pd被覆層、au表皮層之后的清洗，不用擔(dān)心洗滌時(shí)的表面污染等。

對于pd被覆層、au表皮層的形成，在拉絲到最終線徑為止然后進(jìn)行形成的方法、和在形成于粗徑的cu合金芯材上后數(shù)次拉絲直到目標(biāo)線徑為止的方法中的任何方法都是有效的。在前者的在最終線徑下形成pd被覆層、au表皮層的情況下，制造、品質(zhì)管理等很簡便。在后者的將pd被覆層、au表皮層與拉絲組合的情況下，在提高與cu合金芯材的密著性方面是有利的。作為各形成法的具體例，可舉出：對于最終線徑的cu合金芯材，一邊使線在電解鍍敷溶液中連續(xù)地掃掠通過一邊形成pd被覆層、au表皮層的方法；或者，將粗的cu合金芯材浸漬在電解鍍浴或無電解鍍浴中來形成pd被覆層、au表皮層，然后將線進(jìn)行拉絲而達(dá)到最終線徑的方法；等等。

形成pd被覆層、au表皮層后，有時(shí)會進(jìn)行熱處理。通過進(jìn)行熱處理，在au表皮層、pd被覆層、cu合金芯材之間原子進(jìn)行擴(kuò)散，密著強(qiáng)度提高，因此能夠抑制加工中的au表皮層、pd被覆層的剝離，在生產(chǎn)率提高方面是有效的。為了防止來自大氣中的o2的混入，優(yōu)選在真空氣氛或ar、n2等惰性氣氛中進(jìn)行熱處理。

使接合線表面中的線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向＜111＞的存在比率以面積率計(jì)成為30～100％的方法如下。即，可通過增大pd被覆層形成之后或形成pd被覆層和au表皮層之后的加工率，來使線表面上的具有方向性的織構(gòu)(在拉絲方向上晶體取向一致的織構(gòu))發(fā)達(dá)。具體而言，通過使pd被覆層形成之后或形成pd被覆層和au表皮層之后的加工率為90％以上，能夠使接合線表面中的線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向＜111＞的存在比率以面積率計(jì)為30％以上。在此，用“加工率(％)＝(加工前的線截面積-加工后的線截面積)/加工前的線截面積×100”表示。

為了求出線表面中的、線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向<111>的存在比率(面積率)，以線表面為觀察面進(jìn)行結(jié)晶組織的評價(jià)。作為評價(jià)方法，可以使用電子射線背散射衍射法(ebsd，electronbackscattereddiffraction)。ebsd法具有能夠觀察觀察面的晶體取向、并圖示相鄰測定點(diǎn)間的晶體取向的角度差這樣的特征，即使是如接合線那樣的細(xì)線，也能夠比較簡便且高精度地觀察晶體取向。

表面<111>取向比率，通過將能夠利用專用軟件鑒定的全部晶體取向作為總體(母集合)，算出線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向<111>的存在比率(面積率)而求出。

本發(fā)明并不被上述實(shí)施方式限定，可以在本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)變更。

實(shí)施例

以下示出實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的接合線進(jìn)行具體說明。

(樣品)

首先，對樣品的制作方法進(jìn)行說明。成為芯材的原材料的cu使用純度為99.99質(zhì)量％以上且其余量由不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的cu。in、pt、pd、rh、ni、b、p、mg、ga、ge使用純度為99質(zhì)量％以上且其余量由不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的材料。調(diào)合添加元素即in、pt、pd、rh、ni、b、p、mg、ga、ge，以使得芯材的cu合金組成成為目標(biāo)組成。關(guān)于in、pt、pd、rh、ni、b、p、mg、ga、ge的添加，可以采用單質(zhì)來進(jìn)行調(diào)合，但在為單質(zhì)具有高熔點(diǎn)的元素和/或添加量為極微量的情況下，也可以預(yù)先制作包含添加元素的cu母合金，再進(jìn)行調(diào)合使得成為目標(biāo)添加量。

芯材的cu合金，是通過向加工成直徑為ф3～8mm的圓柱形的碳坩堝中填裝原料，使用高頻爐，在真空中或n2、ar氣體等惰性氣氛中加熱到1090～1300℃使其熔化，然后進(jìn)行爐冷而制造的。對于所得到的ф3～8mm的合金，進(jìn)行拉拔加工，制作出ф0.3～1.4mm的線。在拉絲中使用市售的潤滑液，將拉絲速度設(shè)為20～400m/分鐘。為了除去線表面的氧化膜，利用硫酸進(jìn)行酸洗處理，然后以覆蓋芯材的cu合金的整個表面的方式形成1～15μm厚的pd被覆層。進(jìn)而，一部分的線在pd被覆層上形成了0.01～1.5μm厚的au表皮層。pd被覆層、在au表皮層的形成中采用了電解鍍敷法。鍍液使用市售的半導(dǎo)體用鍍液。然后，通過反復(fù)進(jìn)行200～700℃的熱處理和拉絲加工，加工至直徑20μm。加工后，一邊使n2或ar氣體流通一邊進(jìn)行熱處理，使得最終斷裂伸長率成為約7～15％。熱處理方法是一邊使線連續(xù)地掃掠通過，一邊使n2或ar氣體流通來進(jìn)行。將送線速度設(shè)為10～200m/分鐘，熱處理溫度設(shè)為200～700℃，熱處理時(shí)間設(shè)為0.05～1.5秒。

通過調(diào)整pd被覆層形成后或形成pd被覆層和au表皮層后的加工率，來調(diào)整了接合線的表面中的、線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向<111>的存在比率(面積率)。

關(guān)于in、b、p、mg、ga、ge，利用icp發(fā)射光譜分析裝置，以接合線整體中包含的元素的濃度的形式進(jìn)行了分析。

對于pd被覆層、au表皮層的濃度分析、cu合金芯材中的pt、pd、rh、ni的濃度分析，利用濺射法等一邊從接合線的表面向深度方向削除一邊實(shí)施俄歇電子能譜分析。從所得到的深度方向的濃度廓線，求出pd被覆層厚、au表皮層厚、cu合金芯材中的pt、pd、rh、ni的濃度。

將采用上述的步驟制作出的各樣品的構(gòu)成示于表1。在表1中，脫離本發(fā)明的范圍的項(xiàng)目附帶有下劃線。

(評價(jià)方法)

以線表面為觀察面，進(jìn)行結(jié)晶組織的評價(jià)。作為評價(jià)方法，使用了電子射線背散射衍射法(ebsd，electronbackscattereddiffraction)。ebsd法具有能夠觀察觀察面的晶體取向、圖示相鄰測定點(diǎn)間的晶體取向的角度差這樣的特征，即使是如接合線那樣的細(xì)線，也能夠比較簡便且高精度地觀察晶體取向。

以線表面之類的曲面為對象來實(shí)施ebsd法時(shí)需要注意。如果測定曲率大的部位，則難以進(jìn)行精度高的測定。然而，通過將供測定的接合線在平面上固定成直線狀，測定該接合線的中心附近的平坦部，能夠進(jìn)行精度高的測定。具體而言，可以設(shè)為以下那樣的測定區(qū)域。周向的尺寸，以線長度方向的中心為軸線，設(shè)在線徑的50％以下，線長度方向的尺寸設(shè)為100μm以下。優(yōu)選周向的尺寸設(shè)為線徑的40％以下，線長度方向的尺寸設(shè)為40μm以下，如果這樣的話，則由于縮短測定時(shí)間因而能夠提高測定效率。為了進(jìn)一步提高精度，優(yōu)選測定3個以上位置，獲得考慮了波動的平均信息。測定位置可以距離1mm以上以避免接近。

表面<111>取向比率，通過將能夠利用專用軟件鑒定的全部晶體取向作為總體(母集合)，算出線長度方向的晶體取向之中、相對于線長度方向角度差為15度以內(nèi)都包括在內(nèi)的晶體取向<111>的存在比率(面積率)而求出。

高溫高濕環(huán)境或高溫環(huán)境中的球接合部的接合可靠性，是制作接合可靠性評價(jià)用的樣品，進(jìn)行hast和hts評價(jià)，采用各試驗(yàn)中的球接合部的接合壽命來判定的。接合可靠性評價(jià)用的樣品，是使用市售的線焊接機(jī)，對一般的金屬框上的在si基板上形成厚度0.8μm的al-1.0％si-0.5％cu的合金膜而成的電極進(jìn)行球接合，利用市售的塑模樹脂進(jìn)行封裝而制作的。球是一邊使n2+5％h2氣體以0.4～0.6l/min的流量流動一邊形成的，其大小設(shè)為ф34μm。

關(guān)于hast評價(jià)，將制作的接合可靠性評價(jià)用的樣品，使用不飽和型壓力鍋蒸煮試驗(yàn)機(jī)，暴露在溫度130℃、相對濕度85％的高溫高濕環(huán)境中，并施加了5v的偏電壓。將球接合部的接合壽命設(shè)為，每隔48小時(shí)實(shí)施球接合部的剪切試驗(yàn)，剪切強(qiáng)度的值變?yōu)槌跏妓@得的剪切強(qiáng)度的1/2的時(shí)間。高溫高濕試驗(yàn)后的剪切試驗(yàn)，是通過酸處理來除去樹脂，使球接合部露出后進(jìn)行的。

hast評價(jià)的剪切試驗(yàn)機(jī)使用dage公司制的試驗(yàn)機(jī)。剪切強(qiáng)度的值使用隨機(jī)選擇的球接合部的10個位置的測定值的平均值。在上述的評價(jià)中，如果接合壽命小于96小時(shí)，則判斷為實(shí)用上有問題，記為×符號；如果接合壽命為96～144小時(shí)，則判斷為能夠?qū)嵱玫杂袉栴}，記為△符號；如果接合壽命為144～288小時(shí)，則判斷為實(shí)用上無問題，記為○符號；如果接合壽命為288小時(shí)以上，則判斷為特別優(yōu)異，記為◎符號，都標(biāo)記在表1的“hast”欄中。

關(guān)于hts評價(jià)，將所制作的接合可靠性評價(jià)用的樣品，使用高溫恒溫器，暴露在溫度200℃的高溫環(huán)境中。球接合部的接合壽命設(shè)為，每隔500小時(shí)實(shí)施球接合部的剪切試驗(yàn)，剪切強(qiáng)度的值變?yōu)槌跏妓@得的剪切強(qiáng)度的1/2的時(shí)間。高溫高濕試驗(yàn)后的剪切試驗(yàn)，是通過酸處理來除去樹脂，使球接合部露出后進(jìn)行的。

hts評價(jià)的剪切試驗(yàn)機(jī)使用dage公司制的試驗(yàn)機(jī)。剪切強(qiáng)度的值使用隨機(jī)選擇的球接合部的10個位置的測定值的平均值。在上述的評價(jià)中，如果接合壽命為500～1000小時(shí)，則判斷為能夠?qū)嵱茫懈纳频囊?，記為△符號；如果接合壽命?000～3000小時(shí)，則判斷為實(shí)用上無問題，記為○符號；如果接合壽命為3000小時(shí)以上，則判斷為特別優(yōu)異，記為◎符號。

球形成性(fab形狀)的評價(jià)，是采取進(jìn)行接合前的球來進(jìn)行觀察，判定球表面有無氣泡、本來為圓球的球有無變形。發(fā)生了上述任一現(xiàn)象的情況都判斷為不良。關(guān)于球的形成，為了抑制熔融工序中的氧化，一邊以0.5l/min的流量吹n2氣體一邊進(jìn)行。球的大小設(shè)為34μm。對于1個條件觀察了50個球。在觀察中使用sem。在球形成性的評價(jià)中，在不良發(fā)生了5個以上的情況下，判斷為有問題，記為×符號；如果不良為3～4個，則判為能夠?qū)嵱玫杂袉栴}，記為△符號；在不良為1～2個的情況下判斷為無問題，記為○符號；在沒有發(fā)生不良的情況下判斷為優(yōu)異，記為◎符號，都標(biāo)記在表1的“fab形狀”欄中。

線接合部中的楔接合性的評價(jià)，是在引線框的引線部分進(jìn)行1000根的接合，根據(jù)接合部的剝離發(fā)生頻度來判定的。引線框使用施加有1～3μm厚的鍍ag層的fe-42wt％ni合金引線框。在本評價(jià)中，設(shè)想比通常嚴(yán)格的接合條件，將階段溫度設(shè)定為比一般的設(shè)定溫度區(qū)域低的150℃。在上述的評價(jià)中，在不良發(fā)生了11個以上的情況下判斷為有問題，記為×符號；如果不良為6～10個，則判為能夠?qū)嵱玫杂袉栴}，記為△符號；在不良為1～5個的情況下判斷為無問題，記為○符號；在沒有發(fā)生不良的情況下判斷為優(yōu)異，記為◎符號，都標(biāo)記在表1的“楔接合性”欄中。

球接合部的壓潰形狀的評價(jià)，是從正上方觀察進(jìn)行了接合的球接合部，根據(jù)其圓形性來判定。接合對象使用在si基板上形成厚度1.0μm的al-0.5％cu的合金膜而成的電極。觀察使用光學(xué)顯微鏡，對于1個條件觀察200個位置。將相對于圓形的偏差大的橢圓狀的情況、變形具有異向性的情況判斷為球接合部的壓潰形狀不良。在上述的評價(jià)中，發(fā)生了6個以上的不良的情況下判斷為有問題而標(biāo)記×，如果不良為4～5個則判斷為能夠?qū)嵱玫杂袉栴}而標(biāo)記△，在不良為1～3個的情況下判斷為沒有問題而標(biāo)記○，在全部得到了良好的圓形性的情況下判斷為特別優(yōu)異而標(biāo)記◎，都記載于表1的“壓潰形狀”欄中。

[傾斜]

對評價(jià)用的引線框，以環(huán)路長度5mm、環(huán)路高度0.5mm接合了100根。作為評價(jià)方法，從芯片水平方向觀察線直立部，用通過球接合部的中心的垂線與線直立部的間隔最大時(shí)的間隔(傾斜間隔)進(jìn)行了評價(jià)。在傾斜間隔小于線徑的情況下，對于傾斜判斷為良好，在傾斜間隔大于線徑的情況下，由于直立部傾斜因此對于傾斜判斷為不良。利用光學(xué)顯微鏡觀察100根接合了的線，計(jì)數(shù)傾斜不良的根數(shù)。在發(fā)生了7個以上的不良的情況下判斷為有問題而標(biāo)記×，如果不良為4～6個則判斷為能夠?qū)嵱玫杂袉栴}而標(biāo)記△，在不良為1～3個的情況下判斷為沒有問題而標(biāo)記○，在沒有發(fā)生不良的情況下判斷為優(yōu)異而標(biāo)記◎，都記載于表1的“傾斜”欄中。

(評價(jià)結(jié)果)

本發(fā)明例1～111涉及的接合線，具有cu合金芯材和在cu合金芯材的表面形成的pd被覆層，接合線包含in，相對于線整體，in的濃度為0.011～1.2質(zhì)量％，pd被覆層的厚度為0.015～0.150μm。由此確認(rèn)到，本發(fā)明例1～111涉及的接合線，在溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環(huán)境下施加了5v的偏電壓的hast試驗(yàn)中能夠獲得球接合部可靠性。由本發(fā)明例12、13確認(rèn)到，如果相對于線整體，in的濃度變?yōu)?.031質(zhì)量％以上，則hast試驗(yàn)中的球接合可靠性的判定變?yōu)椤?，是更?yōu)選的濃度范圍。另外，由本發(fā)明例14～24、47～111確認(rèn)到，如果相對于線整體，in的濃度變?yōu)?.100質(zhì)量％以上，則hast試驗(yàn)中的球接合可靠性的判定變?yōu)椤?，是進(jìn)一步優(yōu)選的濃度范圍。

另一方面，比較例1～3、7～9，in濃度偏離出下限，在hast試驗(yàn)中沒有獲得球接合部可靠性。比較例4～6、10～13，in濃度超出上限，fab形狀和楔接合性為不良。比較例1、4、7、19，pd被覆層的厚度偏離出下限，fab形狀為不良。

關(guān)于在pd被覆層上還具有au表皮層的本發(fā)明例，確認(rèn)到通過使au表皮層的層厚為0.0005～0.050μm，能夠獲得優(yōu)異的楔接合性。

還確認(rèn)到：實(shí)施例25～36、47～74、81～111，通過cu合金芯材進(jìn)一步包含pt、pd、rh、ni，線中包含的這些元素的濃度為0.05～1.2質(zhì)量％，hts評價(jià)中的球接合部高溫可靠性良好，并且在傾斜方面為良好。

實(shí)施例37～46、59～106、108、109、111，接合線進(jìn)一步包含選自b、p、mg、ga、ge中的至少1種以上的元素，相對于線整體，上述元素的濃度為1質(zhì)量ppm以上，由此球接合部的壓潰形狀為良好。