专利名称：接合线的制作方法
接合线
本发明涉及金接合线和适合用于这些接合线的、高强度的金基合金。
在半导体部件不断小型化的过程中以及在与之相关的降低金接 合线直径的目标中，人们对引线强度和引线连接(回路)的可靠性的 要求越来越高。具体而言，已知方法包括根据文献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(碱土金属)进行掺杂，例如 用铍和钙进行掺杂。镧系元素(如铕和镱)也作为掺杂元素而加入。 使用镧系元素的问题在于它们在金基质中的溶解性。镧系元素在金基 质中的溶解性差会导致不均匀，在最不利的情况下甚至会在金链中产 生粗的沉积物，特别是铕和镱更是如此。由于这种掺杂会导致变脆或 引线的延展性受到破坏，所以，不会使强度得到提高，而是会产生相 反的效果。对于第二主族的元素(如钙)而言，随着掺杂浓度的增加 可实现强度的提高。与之相关的是，在回路制备过程中却表现出不利 的成球性(所谓的"形成凹陷")。
本发明要解决的问题包括提供强度得到进一步改善的金基合金， 该金基合金基本上保留了金的其它有利的性能，特别是惰性和高导电 性。
为了解决这一问题，将金与ppm范围内的至少一种镧系元素(镱 或铕)合金化，从而不必同时考虑回路制备过程中的不利的成球性 ("形成凹陷")。为了该目的，要使金基合金形成为均相混合晶体， 即，避免形成附加相，特别是基于铕或镱的附加相。
通过无金中间合金化方法将铕或镱(尤其是与钙一起)引入金中， 可以得到具有这些镧系元素的均相金基合金。按照这种方式，又可提 供金含量超过99重量％、优选超过99.9重量％的金基合金，其物理 和机械性能特别适合于接合线应用。
在此，决定性因素是借助于具有掺杂元素(特别是钙与铕、或者 钙与镱)的均相中间合金使得铕或镱(其作为金中的掺杂元素)达到 均匀分布(之前是不可能达到的)的能力。根据文献H. Okomoto和 T. B. Massalski， 5z'鹿ry爿〃o"尸/zowe D/agrams, Metal Park, Ohio, 44073(1987)，铕和镱可完全溶解于钙中，这与所有其它的镧系元素形 成了对比。具有钙和铕的二元中间合金以及具有钙和镱的二元中间合 金己经证明是有效的。
根据本发明，金基合金由此形成为均相混合晶体。根据本发明， 可避免引入基于铕或镱的至少一种附加相(之前是无法避免的)。lppm 至1000ppm、优选2ppm至500ppm、特别是10ppm至100ppm的掺 杂元素完全溶解于金中。
按照这种方式，又可制备金线和由这些金线拉制成的金接合线， 其中所述金接合线的强度值显著高于相应的参照引线的强度值。
在一个优选实施方案中，金接合线含有lppm至100ppm的铈或 含铈的稀土元素合金作为额外的掺杂添加剂。更优选的是使用lppm 至10ppm的铍。
根据文献C. W. Conti， GoWBW/e"", 32(2): 39(1999)，这些元素允 许在保持或改善针对形成回路和成球而言的有利的接合条件的同时， 另外提高接合线的强度。
这种新型引线的性能如下在相对断裂伸长率值为4%时，抗拉 强度值为约2卯N/mm2，接合后的引线回路的拉伸试验值为约20cN(直 径为30,)。
在所有情况下，在接合过程中均观察到无凹陷的烧球(FAB-无 空气球)。(凹陷可能会对该球与基板间的连接性能产生不利影响)。
实施例
基于金并且掺杂有钙、镱、含铈的稀土元素合金和铍的中间合金的制
开始时，在真空下，由分别为50重量％的钙和镱熔合成均相二 元中间合金。随后将该中间合金(I )稀释，从而形成另一中间合金
(II)，该中间合金(II)具有主要成分金、以及0.5重量％的钙和
0.5重量％的镱。将这种中间合金II和另 一 种具有B e和含铈的稀土元 素合金添加剂的金基中间合金一起加入到金熔体中。
按照这种方式产生的接合线起始材料具有掺杂浓度为25ppm的 钙、掺杂浓度为25ppm的镱、掺杂浓度为40ppm的含铈的稀土元素 合金(Ce-M)、以及惨杂浓度为5ppm的铍。
强度特性
由上述起始材料拉制成的30pm的引线(l)在经历45(TC至525X: 温度范围内的连续退火后，进行抗拉强度试验，并且与按照相应方式 制得的、具有不同掺杂浓度的引线Au-Ca-Yb-Ce(M)-Be5 (2)禾口 Au-Ca-Yb-Ce(M) (3)进行比较，此外还与常规制得的标准参照引线 Au-Ca-Ce(M) (4)进行比较。
图1示出了相对于参照引线(4)，根据新方法制得的接合线(1) 至(3)在断裂伸长率为4%时的抗拉强度显著增加。
在接合线(1)至(3)的情况中，抗拉强度为约290N/mm2，在 引线(4)的情况中，抗拉强度为260N/mm2。
接合性能
根据文献ASTM, 100 Barr， Harbor Drive, West Conshohocken, Pennsylvania 19428-2959 禾口 G. G. Harman, 肌re 細c/z'wg /" Mz'c簡/e"腦/",第67页及之后几页，McGraw-Hill ( 1997)，使4% 退火的引线进行球-楔接合过程。根据文献MIL STD 883F, Microcircuits, Method 2011.7，通过所谓的拉伸试验或挂钩试验来测 定回路的接合性能或稳定性能。图2示出了相对于参照引线(4)， 根据新方法制得的接合线(1)至(3)的拉力显著提高。
在接合线(1)至(3)的情况中，拉力为17cN至22cN (在该 实施例中，接合线(1)的拉力为22cN)，而参照引线(4)的拉力 为16cN。本发明的新型引线表现出最不利的线脚断裂模式(其严重 地限制接合连接的可靠性)的比率也发生了显著的降低。对于本实施
例的引线(1)而言，线脚断裂模式的比率为约32%，而对于参照引 线(4)而言，线脚断裂模式的比率为97%。
权利要求
1. 一种金基合金，其含有99重量％、优选99.9重量％的金，1ppm至1000ppm、优选10ppm至100ppm的钙，以及1ppm至1000ppm、优选10ppm至100ppm的镱或者铕或者由镱和铕构成的混合物，其特征在于所述金基合金形成为均相混合晶体。
2. —种制备含有铕和/或镱的均一单相金基合金的方法，其特征 在于将铕或镱、或者将铕和镱作为仅由掺杂元素构成的均相中间合金 而溶解于金中。
3. 根据权利要求2的方法，其特征在于所述均相中间合金为钙 基中间合金。
4. 一种钙掺杂型接合线，其含有99.9重量％的金，lppm至 1000ppm、优选10ppm至100ppm的钙，以及lppm至1000ppm、优 选10ppm至100卯m的镱或者铕或者由镱和铕构成的混合物，其特征 在于所述金基合金形成为均相混合晶体。
全文摘要
本发明涉及一种金基合金，所述金基合金含有99重量％、优选99.9重量％的金，1ppm至1000ppm、优选10ppm至100ppm的钙，以及1ppm至1000ppm、优选10ppm至100ppm的镱或者铕或者由镱和铕构成的混合物，本发明还涉及含有铕和/或镱的均相金基合金的制备方法。
文档编号C22C1/02GK101384738SQ200780005294
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月13日 优先权日2006年2月13日
发明者卢茨·施雷普勒, 阿尔布雷希特·比朔夫, 霍尔格·青格 申请人:W.C.贺利氏有限公司