钯覆盖铜接合线及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种钯覆盖铜接合线，其在第一接合时不产生缩孔，接合可靠性高，即使是在高温、高湿的环境中也能够长时间维持优异的接合可靠性。一种钯覆盖铜接合线，其中，相对于铜与钯与硫族元素的合计，钯的浓度为1.0质量％～4.0质量％，硫族元素浓度合计为50质量ppm以下，硫浓度为5质量ppm～12质量ppm、或硒浓度为5质量ppm～20质量ppm或碲浓度为15质量ppm～50质量ppm，在形成于引线前端的无空气球的距离前端部表面为5.0nm～100.0nm的范围内，具有钯的浓度相对于铜与钯的合计成为平均6.5原子％～30.0原子％的钯富集区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钯覆盖铜接合线及其制造方法
本专利技术涉及适于半导体元件的电极与外部电极的球焊的钯覆盖铜接合线及其制造方法。
技术介绍
一般而言，半导体元件的电极与半导体用电路布线基板上的外部电极通过引线接合来连接。在该引线接合中，通过被称为球接合的方式使半导体元件的电极与接合线的一端被接合(第一接合)，通过被称为楔形接合的方式，使接合线的另一端与外部电极被接合(第二接合)。在球接合中，在接合线的前端形成熔融球，通过该熔融球将接合线连接于例如半导体元件上的铝电极表面。在熔融球的形成中，首先，将接合线的前端设定为铅直方向，通过放电结球(EFO)方式在与放电焊枪之间形成电弧放电，通过该放电电流对引线前端给予热量输入。通过该热量输入，接合线的前端被加热而熔融。熔融金属通过其表面张力在引线中传递而上升，在引线前端形成真球状的熔融球，通过凝固而形成无空气球(FAB)。然后，通过在一边将半导体元件的电极加热至140～300℃左右一边施加超声波的状态下在电极上压接无空气球，从而将接合线的一端接合于铝电极上。在引线接合中，使用了线径为10～30μm左右的金线，但由于金非常高价，因此在一部分可代替的部位使用了铜线。但是，由于铜线存在容易氧化的问题，因此为了消除氧化的问题，变得使用在表面覆盖有钯的钯覆盖铜引线。然而，就钯覆盖铜引线而言，例如存在因球表面的氧化而引起的与铝电极的接合稳定性和环路稳定性的兼顾的课题。针对该课题，例如提出了使铜的芯材中含有硫的钯覆盖铜引线(例如参照专利文献1)。钯覆盖铜引线虽然存在铜其自身所具有的引线或无空气球的氧化的问题、和容易因覆盖而受损的特性改良的问题，但由于比金廉价，因此在个人计算机和其周边设备、通信用设备等民生设备等在比较温和的条件下的使用中急速地普及。进而，近年来，钯覆盖铜引线的改良取得进展，关于车载用设备等在严酷的条件下使用的接合线，向钯覆盖铜引线的过渡也取得进展。因此，对于钯覆盖铜引线，为了适于车载用设备，变得要求可耐受极其严酷并且变化剧烈的条件。具体而言，要求可耐受从热带地方或沙漠等高温、高湿的地域至寒冷地、另外从山岳地域至临海地域的宽幅的自然环境或其变化，进而可耐受因道路事件或交通事件而产生的冲击或振动。进而，近年来，不仅研究了搭载于汽车的发动机室内而且还研究了在搭载于飞机中的半导体制品中的应用。因此，关于接合可靠性，至于要求满足可耐受从民生用途的比较温和的条件至严酷的条件下的使用为止的比以往高的水平的可靠性的要求的钯覆盖铜接合线。在满足这样的高可靠性的要求的钯覆盖铜引线的开发的过程中，进行了通过在无空气球表面形成钯浓度高的合金层或富集层来提高接合寿命的尝试(例如参照专利文献2、3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-156307号公报专利文献2：国际公开2016/189758号专利文献3：日本特开2017-92078号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，获知虽然通过提高无空气球表面的钯浓度，与比较温和的条件的用途中使用的以往的引线(未提高钯浓度的引线)相比接合寿命提高，但在以严酷的条件下的使用为目标时，经常存在接合寿命不那么延长的情况。本专利技术人等推定：就这样的接合寿命未延长的钯覆盖铜引线而言，由于观察到在无空气球的表面产生大的缩孔，因此其成为阻碍接合寿命的延长的要因。即认为：若以在无空气球中具有缩孔的状态被接合于铝电极上，则在接合界面中产生间隙，该间隙成为起点而进行腐蚀，结果是使接合寿命降低。对于其原因，专利技术人们进行了深入研究，结果得出结论：在第二接合后在撕裂的引线的端部附着镀覆于外部电极表面的金或银的一部分，该金或银成为起点而在无空气球中产生缩孔。本专利技术是为了解决上述的课题而进行的，目的是提供在球形成时的球表面不产生成为问题的大的缩孔、即使在高温、高湿的环境中也能够维持球焊的接合可靠性的钯覆盖铜接合线。另外，本专利技术的目的是提供即使是在高温、高湿的环境中也能够较高地维持接合可靠性的钯覆盖铜接合线的制造方法。用于解决课题的手段本专利技术的钯覆盖铜接合线的特征在于，其是具有以铜作为主要成分的芯材和上述芯材上的钯层、且含有硫族元素的钯覆盖铜接合线，相对于上述钯覆盖铜接合线的铜与钯与硫族元素的合计，钯的浓度为1.0质量％～4.0质量％，硫族元素浓度合计为50质量ppm以下，硫(S)浓度为5质量ppm～12质量ppm、或硒(Se)浓度为5质量ppm～20质量ppm或碲(Te)浓度为15质量ppm～50质量ppm，在形成于引线前端的无空气球的距离前端部表面为5.0nm～100.0nm的范围内具有钯的浓度相对于铜与钯的合计成为平均6.5原子％～30.0原子％的钯富集区域。本专利技术的钯覆盖铜接合线若在上述组成的引线中形成无空气球，则由于能够在其前端部表面形成上述的组成的钯富集区域，因此能够提高第一接合的接合可靠性，并且抑制无空气球的缩孔的产生。在本专利技术的钯覆盖铜接合线中，相对于铜与钯与硫族元素的合计，上述钯层来源的钯浓度优选为1.0质量％～2.5质量％。本专利技术的钯覆盖铜接合线特别是若钯层来源的钯浓度为上述的范围，则容易形成上述组成的钯富集区域，因此，变得容易兼顾第一接合的接合可靠性的提高和无空气球的缩孔产生的抑制。在本专利技术的钯覆盖铜接合线中，检测上述钯富集区域时的无空气球的形成条件优选为放电电流值为65mA、球径为引线线径的1.8倍、氮与氢的混合气体的存在下。在对钯富集区域进行检测时，在球接合中可采用的全部的形成条件下进行分析是非常困难的，代表性而言如果以上述条件来检测钯富集区域，则即使是其他的条件也可检测同等的钯富集区域。因此，能够提高第一接合的接合可靠性，并且抑制无空气球的缩孔的产生。需要说明的是，在本专利技术中，上述钯富集区域的钯浓度的测定条件只要是俄歇电子分光分析条件作为装置的设定条件，一次电子射线的加速电压为10kV、由设定值算出的测定区域为15μm2～20μm2、氩离子溅射的加速电压为1kV、溅射速度为2.5nm/分钟(SiO2换算)即可。需要说明的是，钯覆盖铜接合线的线径优选为10μm～30μm。在本专利技术的钯覆盖铜接合线中，上述硫族元素的50.0％以上优选包含于上述钯层内。在本专利技术的钯覆盖铜接合线中，上述硫族元素的50.0％以上优选含有于从上述钯覆盖铜接合线的表面至钯相对于钯与铜的合计成为50.0原子％的部位之间。本专利技术的钯覆盖铜接合线通过在钯层内含有硫族元素，变得容易形成上述的钯富集区域。在本专利技术的钯覆盖铜接合线中，优选在上述钯层的表面具有金的层。本专利技术的钯覆盖铜接合线即使在钯层的表面具有金的层，也能够与不具有金的层的接合线同样地形成钯富集区域，能够提高第一接合的接合可靠性，并且能够抑制无空气球的缩孔的产生。本专利技术的钯覆盖铜接合线的制造方法的特征在于，其是下述钯覆盖铜接合线的制造方法：钯覆盖铜接合线具有以铜作为主要成分的芯材和上述芯材上的钯层，且含有硫族元素，相对于铜与钯与硫族元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钯覆盖铜接合线，其特征在于，其是具有以铜作为主要成分的芯材和所述芯材上的钯层、且含有硫族元素的钯覆盖铜接合线，该硫族元素为硫、硒或碲，其中，/n相对于所述钯覆盖铜接合线的铜与钯与硫族元素的合计，钯的浓度为1.0质量％～4.0质量％，硫族元素浓度合计为50质量ppm以下，/n硫(S)浓度为5质量ppm～12质量ppm、或硒(Se)浓度为5质量ppm～20质量ppm或碲(Te)浓度为15质量ppm～50质量ppm，/n在形成于引线前端的无空气球的距离前端部表面为5.0nm～100.0nm的范围内，具有钯的浓度相对于铜与钯的合计成为平均6.5原子％～30.0原子％的钯富集区域。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181126 JP 2018-2205701.一种钯覆盖铜接合线，其特征在于，其是具有以铜作为主要成分的芯材和所述芯材上的钯层、且含有硫族元素的钯覆盖铜接合线，该硫族元素为硫、硒或碲，其中，
相对于所述钯覆盖铜接合线的铜与钯与硫族元素的合计，钯的浓度为1.0质量％～4.0质量％，硫族元素浓度合计为50质量ppm以下，
硫(S)浓度为5质量ppm～12质量ppm、或硒(Se)浓度为5质量ppm～20质量ppm或碲(Te)浓度为15质量ppm～50质量ppm，
在形成于引线前端的无空气球的距离前端部表面为5.0nm～100.0nm的范围内，具有钯的浓度相对于铜与钯的合计成为平均6.5原子％～30.0原子％的钯富集区域。


2.根据权利要求1所述的钯覆盖铜接合线，其中，所述钯覆盖铜接合线的所述钯层来源的钯浓度相对于铜与钯与硫族元素的合计为1.0质量％～2.5质量％。


3.根据权利要求1或2所述的钯覆盖铜接合线，其中，所述钯覆盖铜接合线的线径为10μm～30μm。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的钯覆盖铜接合线，其中，检测所述钯富集区域时的无空气球的形成条件为放电电流值为65mA、球径为引线线径的1.8倍、氮与氢的混合气体的存在下。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的钯覆盖铜接合线，其中，所述钯富集区域的钯浓度是俄歇电子分光分析条件作为装置的设定条件以一次电子射线的加速电压为10kV、由设定值算出的测定区域为15μm2～20μm2、氩离子溅射的加速电压为1kV、溅射速度以SiO2换算计为...

【专利技术属性】
技术研发人员：天野裕之，安德优希，桑原岳，
申请(专利权)人：田中电子工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP