用于金属线焊接的金合金细线制造技术

一种用于引线焊接的金合金细线，其组成为： 第一组成分的组成为：按重量计钪的百万分率为２到１０，按重量计铍的百万分率为３到２０，按重量计铟的百万分率为２到５０；以及 金和不可避免的杂质组成的其余部分。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于引线焊接的金合金细线，它适用于将半导体器件的电极连接到外部引线端上，更确切地说，涉及这样一种用于引线焊接的金合金细线，它改进了焊接强度并防止弯线高度降低。用于将半导体器件上的电极连接到外部引线端的焊接引线通常是一种金合金的细线，因为它具有良好的导电性、抗腐蚀或其它可靠的特性。一般利用热压焊接法进行细金合金线的焊接，在进行过程中利用电弧装置加热使细金合金线的顶端熔化，由于被熔化的金属的表面张力作用而成球状，然后小球被加压贴靠在被加热到150到300℃的半导体器件的电极上以便形成焊点，这种加热作用是利用施加到其上的超声波振动引起的，在此之后，以同样的方式，利用超声波压力焊接法焊接到外部引线端上。半导体器件的高度集成化使半导体器件上的电极数量增加。半导体器件的小型化要求减少电极的面积和缩短电极间的间距，因此要求焊接引线应当形成降低尺寸的小球并应当减小直径。降低小球尺寸就要减少从电弧装置向形成小球的焊接线的热量输入，以此降低在小球形成过程中发生再结晶的细线区域的长度。已经公知，在再结晶区长度和线的弯线高度之间存在密切的相互关系，具有长的再结晶区的焊接线则具有高的弯线，反之亦然。即在降低小球尺寸的情况下，除非通过降低在焊接线金合金中一些合金元素的含量来增加再结晶区长度，否则不可能得到常规的弯线高度，该含量控制再结晶。这些控制再结晶的合金元素一般也提高线的机械强度，使得降低这样一些合金元素会引起线的机械强度的降低。通过使焊接线变细还会降低弯线高度。特别是一般将小球尺寸控制在线径的2.5到3.0倍的范围内的一个固定值，使得降低线径会带来与通过降低小球尺寸所形成的相同效果，因此，将焊接线变细会引起弯线高度降低。因此，小球尺寸的降低或焊接线的变细会导致弯线高度降低，并因此，会引起半导体器件的可靠性和产量的降低，这是因为不希望使焊接线与半导体器件或引线座的冲模垫产生接触，引起器件失效或不良，因为降低弯线高度会降低拉伸强度，并且因为对用于密封半导体器件的树脂的抗塑变性影响，由细线变形而产生细线塑变，使各焊接线彼此之间产生接触。为了防止这些问题的产生，要常测量以降低那些控制再结晶区长度的元素的含量。然而，这会引起机械强度的降低和在正在成形的小球的最接近的上部中的细线的再结晶晶粒的粗化，使得在焊接以后在操作过程中由于振动使在小球上方最接近的部分很容易断裂，使半导体器件的可靠性变差和产量下降。为了解决这一问题，已经提出很多种细金合金线，例如按重量计含钙为百万分之5到100(ppm)的金焊接线(53-105968号的未经审查的日本专利公开文件(kokai))、按重量计含钙为3到5ppm、按重量计含铍为1到8ppm、和/或按重量计含锗为5到50ppm的金合金线(53-112060号未经审查的日本专利公开文件(kokai))，以及按重量计含铍为1到8ppm的金合金线(53-112059号未经审查的日本专利公开文件(kokai))。然而，由于增加了用于防止在小球上方最接近处的晶粒粗化的合金元素的含量，使这些金焊接线存在的问题是在焊接以后弯线高度被降低了。此外，包含仅作为加入到金基质中的附加合金元素铍的合金成分实现高弯线，但存在的问题是，线的机械强度下降并且树脂模塑之后与其它合金成分相比较，线的塑变更明显。现时利用焊接器的弯线形状控制系统进行弯线高度的控制，以保证必要的变线高度，但是这需要长的焊接持续时间，给生产率多少带来影响。常规的焊接线在小球上方最接近的线部分处防止晶粒粗化的同时，在实现大的弯线高度方面并不成功。因此强烈需要一种能可靠地提供大的弯线高度和高焊接强度的用于线焊接的金合金细线。研究了很多常规提出的用于线焊接的金合金细线的本专利技术人发现如下的事实。常规的用于线焊接的金合金细线比不含有附加元素的纯金具有较大的拉伸强度，但是当必须形成高的弯线时，合金元素的含量必须降低，由此结果使得拉伸特性变差和在小球上方最接近的线部分中的再结晶的晶粒很容易变粗。因此，使得在焊接操作过程中使小球颈部受到损害。降低线径会使拉伸强度按照降低的线截面而降低。因此，为了保证良好的拉伸强度，合金元素的含量必须增加，从而不能实现大的弯路高度。本专利技术的目的是提供一种用于线焊接的金合金细线，对于相同的线径小球尺寸被降低，在减小线径的情况下，提供高弯线，维持高焊接度以及线塑变被减轻。为了解决上述问题，本专利技术人对各种合金元素进行了研究，它们能够改进拉伸强度而不会引起热阻或再结晶温度的过分增加，同时保证大的弯线高度。因此，本专利技术人已经发现由具有钪、铍和铟各合金元素的金合金组成的焊接线。他们还发现除了钪、铍和铟之外，少量的钙、钇和一些稀土金属，或者少量的锗都优先用作合金元素，以增强本专利技术的上述效果，以及银、铜和钯也可用作合金元素，以便与利用常规焊接线比较有利于改进将金合金细线焊接到半导体器件上的焊接力。具体是，本专利技术提供如下(1)到(3)项。(1)一种用于线焊接的金合金细线，它由如下组成第一组成份由按重量计钪为2到10ppm、铍为3到20ppm和铟为2到50ppm；以及金和不可避免的杂质组成的其余部分。(2)一种用于线焊接的金合金的细线，它由如下组成第一组为按重量计，钪为2到10ppm，铍为3到20ppm和铟为2到50ppm。由第二组如下成分组成中所选择的至少一种成分，计有按重量计钙为1到5ppm、镱为1到5ppm，至少一种稀土金属为1到5ppm，锗为10到50ppm；以及金和不可避免的杂质组成的其余部分。(3)一种用于线焊接的金合金细线，它由如下组成按上述第一组和第二组中的至少一组；按重量计银为5到50ppm；钯为5到30ppm；铜为5到40ppm；以及金和不可避免的杂质组成的其余部分。下面更详细地介绍本专利技术的构成。在本专利技术中适合使用的金为按重量计具有99.995％或其以上纯度的金和其余部分的不可避免的杂质。当纯度按重量计小于99.995％时，该杂质呈现明显的影响并使合金元素的预期作用模糊不清，特别是当合金元素的总量很小时。钪在金中具有相对大的溶解度限值并且有效地提高再结晶温度，但是当它单独用作合金元素时，它的效果比钙弱，并不明显。经过各种研究发现，通过与钪一起同时添加铍和铟到高纯金中，改进了小球颈部强度，改进了拉伸强度并产生高的弯线。这是因为钪、铍和铟三种元素的同时存在，与在常规的金合金细线中所遇到的波动相比，它降低了在小球形成过程中由于热影响而产生的再结晶晶粒尺寸的波动。确认这种现象是根据这样的事实，即在高纯度金中的三种元素之间的相互作用形成了均匀的固体熔解，抑制了在焊接过程中由于输入热量而产生的再结晶晶粒的生长。还已经发现，向金中添加钪还改善了杨式模量，在树脂模塑的过程中抑制了线的塑变。还发现，与钪一起同时添加铟和铍进一步改善了杨式模量。然而，其效果随这三种元素的比例不同而变化波动。相信这点是因为由于在这三种元素之间的不同的相互作用的强度，使材料的晶体结构变化所致，尽管细节还没有澄清。由于后面介绍的稀土金属的存在，还可使杨式模量得到某种程度改善。同时存在上述三种元素还会使这种效果增强，明显地减轻了线的塑变。当钪的含量按重量计小于2ppm时，在小球形成的过程中由于热量输入产生的再结晶晶粒含有不同的晶粒尺寸，即细的和粗的，引起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于引线焊接的金合金细线，其组成为第一组成分的组成为按重量计钪的百万分率为2到10，按重量计铍的百万分率为3到20，按重量计铟的百万分率为2到50；以及金和不可避免的杂质组成的其余部分。2.一种用于引线焊接的金合金细线，其组成为如权利要求1所限定的所述第一组成分；由第二组成分中所选择的至少一种成分，第二组成分的组成为按重量计钙的百万分率为1到5、按重量计镱的百万分率为1到5、...

【专利技术属性】
技术研发人员：北村修，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：