用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年11月21日、申請(qǐng)?zhí)枮?01210475429.7、名稱(chēng)為〃用于半導(dǎo) 體器件的接合線(xiàn)"的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及接合線(xiàn)，更具體地，涉及用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)以及使用接合線(xiàn)的 發(fā)光二極管(LED)封裝，其中用銀(Ag)作主要成分。
【背景技術(shù)】
[0003] 接合線(xiàn)是用于電連接IC芯片或者LED芯片和引線(xiàn)框的金屬線(xiàn)，并且一般地由金 (Au)構(gòu)成。
[0004] 為了減少制造接合線(xiàn)時(shí)的成本，因?yàn)樽罱澜绶秶鷥?nèi)金(Au)價(jià)的突然升高，嘗試 使用銅(Cu)線(xiàn)或者其上涂敷鈀(Pd)的銅(Cu)線(xiàn)用于接合線(xiàn)。一些制造商大量生產(chǎn)銅(Cu) 線(xiàn)，但是對(duì)基于金(Au)的合金線(xiàn)進(jìn)行了持續(xù)研究，因?yàn)殂~(Cu)的特性與金(Au)的特性不相 近。對(duì)作為基于金(Au)的合金線(xiàn)的金(Au)-銀(Ag)合金線(xiàn)進(jìn)行了研究。金(Au)-銀(Ag)合金 線(xiàn)具有可以降低成本的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殂y(Ag)(即，合金元素)具有極好的電導(dǎo)率并和金(Au)形 成完全固溶體。
[0005] 然而，在減少成本上有限制，因?yàn)樵诮穑ˋu)-銀（Ag)合金線(xiàn)中包含了大量的金 (Au)。另外，銅線(xiàn)和涂敷有鈀(Pd)的銅線(xiàn)不能用于LED封裝，因?yàn)榉瓷渎始碙ED的最重要的功 能被劣化。
[0006] 因此，迫切需要發(fā)展由具有優(yōu)良可靠性和反射率特性同時(shí)具有降低成本效果的新 材料構(gòu)成的接合線(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明努力提供用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)以及使用其的LED封裝，其中銀(Ag)被 用作主要成分，具有提供可靠的并且能夠替代常規(guī)金(Au)合金線(xiàn)的合金接合線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。本 發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種LED封裝，對(duì)其應(yīng)用了能夠防止在銀(Au)合金線(xiàn)中固有的表 面污染(discoloration)以及在制造后的高虧空比（short ratio)的銀(Ag)合金接合線(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明的示范性實(shí)施例提供了種用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)，包括5ppm到10wt%的 選自鋅(Zn)、錫(Sn)和鎳(Ni)組成的組中的至少一種；以及剩余物，包括銀(Ag)和其他不可 避免的雜質(zhì)。
[0009] 接合線(xiàn)還包括0.03wt%到10wt%的選自銅(Cu)、鉑(Pt)、銠(Rh)、鋨(0s)、金(Au) 和鈀(Pd)組成的組中的至少一種。
[0010] 接合線(xiàn)還包括3ppm到5wt %的選自鈹(Be)、鈣（Ca)、鎂(Mg)、鋇（Ba)、鑭（La)、鈰 (Ce)和釔(Y)組成的組中的至少一種。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例的一種發(fā)光二極管(LED)封裝，包括LED芯片、 用于向所述LED芯片提供功率的引線(xiàn)框以及用于連接所述LED芯片和所述引線(xiàn)框的接合線(xiàn)， 其中所述接合線(xiàn)是所述用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例的一種制造用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的方法， 包括以下步驟:將銀(Ag)合金澆鑄到模中并且熔化所述銀(Ag)合金，所述銀(Ag)合金包括 5ppm到IOwt%的選自鋅(Zn)、錫(Sn)和鎳(Ni)組成的組中的至少一種和包括銀(Ag)和其它 不可避免的雜質(zhì)的剩余物;連續(xù)鑄造所述熔化的銀(Ag)合金；以及拉拔連續(xù)鑄造的銀(Ag) 合金。
[0013] 在該制造用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的方法中，銀（Ag)合金還包括0.03wt%到 10wt%的選自銅(Cu)、鉑(Pt)、銠(Rh)、鋨(Os)、金(Au)和鈀(Pd)組成的組中的至少一種。 [0014]在該制造用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的方法中，銀(Ag)合金還包括3ppm到5wt%的 選自鈹(Be)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)和釔(Y)組成的組中的至少一種。
[0015] 在該制造用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的方法中，還包括對(duì)拉拔的銀(Ag)合金進(jìn)行軟 化熱處理的步驟。根據(jù)如上所述的本發(fā)明的用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)，可以提供這樣的銀 (Au)合金接合線(xiàn)，其使用比金(Au)便宜的銀(Ag)作為主要成分并且能夠提供高生產(chǎn)率的銀 (Ag)，防止了表面污染并且通過(guò)向銀(Ag)添加合金原子而具有極好的可靠性和機(jī)械特性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1示出了其中使用了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的銀(Ag)合金接合線(xiàn)的LED封 裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 根據(jù)聯(lián)結(jié)合圖的隨后的實(shí)施例，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特性及獲得它們的方法將更加顯 而易見(jiàn)。然而，本發(fā)明不限于公開(kāi)的實(shí)施例并且可以以各種方法是實(shí)施。提供實(shí)施例以完成 本發(fā)明的公開(kāi)并且允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全理解本發(fā)明的范圍。本發(fā)明由權(quán)利要求限 定。在整個(gè)附圖中相同的標(biāo)號(hào)指相同或者類(lèi)似的部分。
[0018] 下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)。為了 參考，在本發(fā)明的描述中，如果其被認(rèn)為使得本發(fā)明的主旨不必要的模糊，那么將省略已公 知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)。包括5PPm到10wt%的選 自鋅(Zn)、錫(Sn)和鎳(Ni)組成的組中的至少一種;并且剩余物包括銀(Ag)和其它不可避 免的雜質(zhì)。
[0020]用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)還包括0.03wt %到IOwt %的選自銅（Cu)、鉑（Pt)、銠 (Rh)、鋨(Os)、金(Au)和鈀(Pd)組成的組中的至少一種：。
[0021 ]用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)還包括3ppm到5wt%的選自鈹(Be)、|丐(Ca)、鎂(Mg)、鋇 (Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)和釔(Y)組成的組中的至少一種：。
[0022]銀(Ag)是形成根據(jù)本發(fā)明的接合線(xiàn)的基礎(chǔ)材料，并且其可以具有99.99wt% (四個(gè) 九量級(jí))或者更高的純度等級(jí)。銀(Ag)具有極好的電導(dǎo)率以及面心立方(FCC)結(jié)構(gòu)。銀(Ag) 可以導(dǎo)致制造接合線(xiàn)時(shí)的成本降低效果，因?yàn)槠淇梢蕴娲ǔＴ诔Ｒ?guī)接合線(xiàn)中使用的金 (Au) 〇
[0023]根據(jù)本發(fā)明的使用銀(Ag)作為主要成分的接合線(xiàn)的合金原子的合金比率以及原 子的特性如下。
[0024] 第一組原子
[0025] 第一組原子包括鋅(Zn)、錫(Sn)和鎳(Ni)。在半導(dǎo)體器件中，銀(Ag)接合線(xiàn)或者銀 (Ag)合金接合線(xiàn)被連接到半導(dǎo)體芯片的襯墊。在接合時(shí)，因?yàn)橥獠凯h(huán)境的影響，銀(Ag)接合 線(xiàn)或者銀(Ag)合金接合線(xiàn)可以被容易地被污染(discolor)。根據(jù)本發(fā)明的第一組原子具有 防止表面污染的功能。
[0026]各種實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)包括小于5ppm的第一組原子時(shí)，第一組原子具有表面污染、低拉 伸性和低可靠性并且當(dāng)包括在0.01到l〇wt%的第一組原子時(shí)，沒(méi)有表面污染并且具有極好 的拉伸性和可靠性。因此，第一元素的合適的含量是5ppm到IOwt %。
[0027] 第二組原子
[0028] 第二組原子包括銅(Cu)、鉑(Pt)、銠(Rh)、鋨(Os)、金(Au)和鈀(Pd)。
[0029]第二組原子用于改善室溫和高溫下的拉張強(qiáng)度并且在回路（loop)形成后，防止回 路的如下垂或者傾斜的彎曲或者變形。另外，第二組原子用于改善可拉伸性，從而改善生產(chǎn) 率。當(dāng)形成超低回路時(shí)，第二組原子用于通過(guò)改善球頸部分處的屈服強(qiáng)度而改善韌性。因 此，存在減少或者消除球頸部分處的損壞的效果。特別是，雖然接合線(xiàn)具有小的直徑，還是 可以抑制球頸的破壞。
[0030]銅(Cu)具有與銀(Ag)相同的FCC晶體結(jié)構(gòu)并且用于改善室溫和高溫下的強(qiáng)度以及 特別是剪切強(qiáng)度并且改善重結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
[0031]另外，銅(Cu)在高溫度和高濕度下具有比銠(Ru)和鈀(Pd)更高的可靠性并且少量 的銅(Cu)可以改善銠(Ru)和鈀(Pd)的效果。然而，如果添加大量的銅(Cu)，就會(huì)產(chǎn)生氧化問(wèn) 題并因接合線(xiàn)變強(qiáng)而破壞襯墊。
[0032] 添加銠(Ru)和鈀(Pd)以改善接合線(xiàn)的可靠性和MTBA。如果添加大量的銠(Ru)和鈀 (Pd)，那么電阻會(huì)增加，襯墊會(huì)因接合線(xiàn)變強(qiáng)而被破壞，并且MTBA被縮短。
[0033]鉑(Pt)和銀(Ag)-起形成完全固溶體并且可以防止壓縮球和鋁襯墊的粘接強(qiáng)度 的劣化。
[0034] 如果添加的第二組原子小于0.03wt%，那么沒(méi)有效果。如果添加的第二組原子超 過(guò)10wt%，當(dāng)形成無(wú)空氣球(free air ball)時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面凹陷現(xiàn)象，使得難以形成完美的 球。因此，第二組原子的適宜含量為0.03wt %到IOwt %。
[0035] 第三組原子
[0036] 第三組原子包括鈹(Be)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)和釔(Y)
[0037]第三組原子均勻分布在銀(Ag)上并且在其中固溶并且在晶格中產(chǎn)生應(yīng)力的相互 作用，從而改善室溫下的強(qiáng)度。因此，第三組原子用于改善接合線(xiàn)的拉張強(qiáng)度并且在穩(wěn)定回 路的形狀和減少回路高度的偏離上具有極好的效果。
[0038]鋇(Ba)和鈣(Ca)通過(guò)增強(qiáng)的固溶體使銀(Ag)晶格變形。因此，鋇(Ba)和鈣(Ca)可 以增加接合線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度、降低接合線(xiàn)的重結(jié)晶溫度并且增加回路的高度。
[0039] 如果添加的第三組原子小于3ppm，就很難獲得上述效果。如果添加的第三組原子 超過(guò)5wt%，因?yàn)榻档土死瓘垙?qiáng)度，就有在球頸部分出現(xiàn)破裂的危險(xiǎn)。因此，第三組原子的適 宜含量為3ppm到5wt%。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)可以包括除了銀(Ag)和合金元素之外的 不可避免的雜質(zhì)。然而，雜質(zhì)不限制本發(fā)明的范圍。
[0041]使用包括第一組原子到第三組原子的接合線(xiàn)可以制造根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范 性實(shí)施例的LED封裝。
[0042] 即，根據(jù)本發(fā)明的LED封裝100包括LED芯片10、用于向LED芯片提供功率的引線(xiàn)框 20以及用于連接LED芯片10和引線(xiàn)框20的接合線(xiàn)50。
[0043]更具體地，參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的LED封裝100包括引線(xiàn)框20和安裝到在引線(xiàn)框20 中形成的腔30的底部上的LED芯片10。在LED芯片10的頂表面上的電極40和電極襯墊通過(guò)接 合線(xiàn)50接合。熒光物質(zhì)60涂敷在腔30的內(nèi)部上并且硬化以完成LED封裝100。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的使用銀(Ag)做主要成分的銀(Au)接合線(xiàn)被用作接合線(xiàn)50。
[0045] -種根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例的制造用于半導(dǎo)體器件的接合線(xiàn)的方法 包括步驟：將銀(Ag)合金澆鑄到模中并且熔化所述銀(Ag)合金，所述銀合金包括5ppm到 10wt%的選自由鋅(Zn)、錫(Sn)和鎳(Ni)組成的組中的至少一種以及包括銀(Ag)和其它不 可避免的雜質(zhì)的剩余物，連續(xù)鑄造所述熔化的銀(Ag)合金并且隨后拉拔連續(xù)鑄造的銀(Ag) 合金。
[0046] 銀(Ag)合金還包括0.03wt%到10