本發(fā)明是關于一種球焊用鈀(Pd)被覆銅線，其適合半導體裝置用IC晶片電極與外部引線等的基板的連接；特別關于一種即使線徑在10～25μm范圍的極細線，亦可得到穩(wěn)定熔融焊球的鈀(Pd)被覆銅線。

背景技術：

一般而言，針對被覆銅接合線與電極的第一接合，是使用稱為焊球接合的方法；針對被覆銅接合線與半導體用電路配線基板上的配線的第二接合，是使用稱為楔型接合的方法。該第一接合之中，通過放電結球(electronic frame off,EFO)方式的放電電流，對被覆銅接合線的前端施予電弧加熱。EFO法，一般而言接合線的前端與電弧炬的前端所形成的角度，是從線材長邊方向起算60度以內(nèi)。其是在該電弧炬與線材前端之間形成電弧放電，并于接合線的前端形成熔融焊球部，而將該焊球部連接于電極上的鋁墊的方法。

使接合線的前端部熔融而形成焊球之后，利用表面張力使該熔融物凝固。亦即，使熔融接合線的前端形成稱為焊球(free air ball,FAB)的正球體。接著，在150～300℃的范圍內(nèi)，一邊將該初期焊球與該電極加熱，一邊施加超音波以進行壓接，以將其接合于晶片上的鋁墊。

此處，F(xiàn)AB，是指一邊對于從接合工具前端延伸出來的被覆銅接合線的前端，吹附氮或氮-氫等的非氧化性氣體或還原性氣體，一邊使接合線的前端火花放電，以形成于接合線前端的熔融焊球。再者，鋁墊的材質，除了99.99質量％以上的純鋁(Al)以外，亦具有鋁(Al)-1質量％硅(Si)合金、鋁(Al)-0.5質量％銅(Cu)合金、鋁(Al)-1質量％硅(Si)-0.5質量％銅(Cu)合金等。

以往，可使用鈀(Pd)被覆銅線作為將半導體裝置的IC晶片電極與外部引線連接的接合線。例如，日本實開昭60-160554號公報中，提出一種半導體用接合細線，其是在Cu或是Cu合金的芯線的外周，直接設置或是隔著中間層設置Pd或是Pd合金的被覆層。之后，日本特開2004-014884號公報中，開發(fā)了一種以作為實用的鈀(Pd)被覆銅線，其具有芯材與形成于芯材上的被覆層，其中，該芯材，是以顯微維式硬度在80Hv以下的、金以外的材料所構成；該被覆層是以融點高于芯材熔點300℃以上、且抗氧化性優(yōu)于銅的金屬所構成。

再者，2006年7月號的SEI Technical Review雜志169號47頁以下，改森信吾等人所發(fā)表的題目為“混合接合線的開發(fā)”的論文中，介紹了被覆抗氧化性金屬0.1μm的、線徑25μm的鍍覆被覆線材。亦具有解析該芯材與被覆層界面的專利申請案(日本特開2010-272884號公報)。

該等的鈀(Pd)被覆銅線，如非專利文獻“混合接合線的開發(fā)”第50頁影像5所示，鈀(Pd)粒子分散于熔融焊球的根部附近的表面，而接線回路穩(wěn)定者。再者，鈀(Pd)被覆銅線中，來自鈀(Pd)延伸層的鈀(Pd)微粒子分散于熔融焊球之中。因此，即使在熔融焊球與鋁墊的界面產(chǎn)生鋁(Al)與銅(Cu)的金屬間化合物，該金屬間化合物的成長速度亦比金接合線的情況更慢。

然而，因為以往的鈀(Pd)延伸層相對于芯材的銅(Cu)較薄，故大部分的鈀(Pd)粒子埋入熔融焊球中而合金化。因此，雖然已知鈀(Pd)微粒子在與鋁墊的界面妨礙AlCu金屬間化合物形成的行為，但該鈀(Pd)微粒子在界面中僅有些微貢獻。

于是，日本特開2013-42105號公報中，提出了一種接合線，其在銅及不可避免的雜質所構成的芯材上形成Pd被覆層；該Pd被覆層的剖面積，相對于線材的總剖面積為0.1～1.0％。同該公報的第二圖a(c)的熔融焊球的表面影像中顯示“Pd(黑點)散布于FAB(焊球b)整體”。

另外，芯線或被覆芯線的表面形狀會因為鉆石拉線模的磨耗不斷變形，再者，在第二接合中，被覆銅線拉斷時的前端的剖面形狀亦會不斷變形。因此，在形成FAB時，使薄型的鈀(Pd)延伸層中的鈀(Pd)微粒子停留于熔融焊球的表面極為困難。于是要求一種“即使1秒形成10次以上FAB，亦可均勻地將鈀(Pd)粒子分散于熔融銅焊球上而適用于量產(chǎn)化”的接合線構造。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種球焊用鈀被覆銅線。

為達上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種球焊用鈀被覆銅線，其線徑為10～25μm；

在純銅或銅純度98質量％以上的銅合金所構成的芯材上形成有鈀延伸層，其中該鈀延伸層為含有硫、磷、硼或碳的鈀層。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種球焊用鈀被覆銅線，其線徑為10～25μm；

在純銅或銅純度98質量％以上的銅合金所構成的芯材上形成有鈀延伸層及金極薄延伸層，其中該鈀(Pd)延伸層為含有硫、磷、硼或碳的鈀層。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該銅合金，是含有0.1～1.5質量％的鉑或鎳的銅合金。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該鈀延伸層的理論膜厚在30nm以上300nm以下。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該鈀延伸層來自濕式鍍覆浴的鍍覆析出物。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該鈀延伸層是使硫或磷共析的鈀延伸層。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該鈀延伸層中共含有30～700質量ppm的硫、磷、硼或碳中的至少1種或2種以上，其中單獨為磷(P)的情況為0.2～800質量ppm。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該鈀延伸層中含有30～300質量ppm的硫。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該硫被濃縮于該鈀延伸層的表面?zhèn)?，而在芯材側中則是在檢出界限以下。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，相較于該金極薄延伸層在深度方向上的膜厚，該硫在深度方向的膜厚較厚。

根據(jù)本發(fā)明所述的球焊用鈀被覆銅線，優(yōu)選地，該金極薄延伸層的理論膜厚在3nm以下。

本發(fā)明的目的在于提供一種球焊用鈀(Pd)被覆銅線，即使芯線的表面形狀因為鉆石拉線模的磨耗而變形，亦可穩(wěn)定使鈀(Pd)粒子均勻分散于熔融銅焊球上，而適用于量產(chǎn)化。

解決課題的手段

用以解決本發(fā)明課題的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，其為線徑在10～25μm的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，在純銅(Cu)或銅(Cu)的純度為98質量％以上的銅合金所構成的芯材上形成鈀(Pd)延伸層的線材中，該鈀(Pd)延伸層為含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的鈀(Pd)層。

再者，用以解決本發(fā)明課題的另一球焊用鈀(Pd)被覆銅線，其為線徑在10～25μm的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，在純銅(Cu)或銅(Cu)的純度為98質量％以上的銅合金所構成的芯材上形成鈀(Pd)延伸層及金(Au)極薄延伸層的線材中，該鈀(Pd)延伸層，為含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的鈀(Pd)層。

本發(fā)明的較佳實施方式如以下所述。

該銅合金，較佳為含有0.1～1.5質量％的鉑(Pt)或鎳(Ni)的銅合金。再者，該鈀(Pd)延伸層較佳為具有30納米(nm)以上300納米(nm)以下的理論膜厚。再者，該鈀(Pd)延伸層較佳為來自濕式鍍覆浴的鍍覆析出物。再者，該鈀(Pd)延伸層較佳為使硫(S)或磷(P)共析的鈀(Pd)延伸層。再者，該鈀(Pd)延伸層中，較佳為含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的至少1種或2種以上共30～700質量ppm(其中，單獨為磷(P)的情況則為0.2～800質量ppm)。該鈀(Pd)延伸層中，特佳為含有硫(S)30～300質量ppm。再者，較佳系該硫(S)被濃縮于該鈀(Pd)延伸層的表面?zhèn)龋谛静膫葎t在檢出界線以下。再者，較佳系“硫(S)在深度方向上的膜厚”比“該金(Au)極薄延伸層在深度方向上的膜厚”更厚。再者，該金(Au)極薄延伸層的理論厚度較佳為3納米(nm)以下。

本發(fā)明中，使用鈀(Pd)延伸層，是為了使硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的含有元素均勻分散于鈀(Pd)層中。較佳可通過濕式鍍覆、干式鍍覆或熔融鹽鍍覆，使鈀(Pd)層中含有該等的含有元素。接著，通過鉆石拉線模進行強拉線加工而使得晶粒被拉伸，進而對于晶粒施加機械性的高應變。通過最終熱處理將該高應變狀態(tài)緩和至某個程度，而完成球焊用鈀(Pd)被覆銅線。

再者，本發(fā)明中使用鈀(Pd)延伸層及金(Au)極薄延伸層，是為了將鈀(Pd)層夾入金(Au)層與芯材，而通過強拉線加工，可使鈀(Pd)層中所包含的“含有元素”均勻分散。一般而言，金(Au)層的延展性優(yōu)于鈀(Pd)層。然而，金(Au)層為極薄延伸層的情況，即使理論膜厚在金(Au)的原子半徑以下，金(Au)粒子亦存在，故在強拉線加工中，被認為是跟隨鈀(Pd)層的材料。

此處的“理論膜厚”是指假設強拉線加工前后的接合線的剖面為完整的圓，并假設其線徑的金(Au)或鈀(Pd)均勻地被覆，而算出的膜厚。該“理論膜厚”是因為芯線或被覆芯線的表面形狀會因為鉆石拉線模磨耗而改變，導致最表面的金(Au)極薄延伸層等的膜厚極薄而無法實際測量所衍伸出來的概念。

例如，通過化學分析，以重量分析法求得接合線整體之中金(Au)所占的比例。接著，假設接合線的剖面為正圓，并假設金(Au)均勻地被覆其線徑的最表面，而從該求得的值所算出的膜厚即為理論的膜厚。鈀(Pd)延伸層薄的情況中，亦以相同的方式表示。納米尺寸的等級中，實際接合線的表面為凹凸狀，故亦具有該理論的膜厚值小于Au原子半徑的情況。另外，關于最表面的金(Au)極薄延伸層與鈀(Pd)延伸層的記述，方便上，將金(Au)及鈀(Pd)的微粒子存在的范圍表示為“層”。

本發(fā)明中，將鈀(Pd)延伸層設計為“含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的鈀(Pd)層”，第一點，是為了擴大鈀(Pd)微粒子彼此之間的距離，而形成使鈀(Pd)分散的微粒子狀態(tài)。相較于在氣相中，較佳是使既定的含有元素存在于從液相中析出的鈀(Pd)微粒子。因為化學活性越高，含有元素的熱擴散速度越快，故即使對鈀(Pd)延伸層進行熱處理或是強拉線加工，皆可通過鈀(Pd)微粒子相互的熱擴散，使成長延遲。第二點，該等的含有元素，在FAB形成時，相較于鈀(Pd)，更快與銅(Cu)表面發(fā)生相互作用，而阻礙鈀(Pd)微粒子溶入熔融銅(Cu)之中。結果，可使鈀(Pd)微粒子停留于熔融銅(Cu)表面。

申請人認為其理由如下。經(jīng)強拉線加工的鈀(Pd)延伸層的化學反應性，高于純銅(Cu)或銅(Cu)純度98質量％以上的銅合金所構成的芯材。于是，即使以低于“芯材中的銅(Cu)與延伸層中的鈀(Pd)相互擴散”的溫度進行最終熱處理，包圍鈀(Pd)微粒子的含有元素，會比鈀(Pd)更快熱擴散而使得鈀(Pd)微粒子的形成變得容易。另外，銅合金中的鉑(Pt)或鎳(Ni)在鈀(Pd)延伸層中不會熱擴散。

因此，若從接合線形成熔融焊球，則包圍鈀(Pd)微粒子的含有元素較早流出，而可個別地形成鈀(Pd)微粒子。接著，高融點的鈀(Pd)微粒子分散，而可懸浮在熔融銅焊球之中。另一方面，申請人認為，含有元素存在于銅(Cu)與鈀(Pd)的界面，使該界面朝向化學上非活性的方向改質。含有元素特佳為硫(S)。

本發(fā)明中可設置最表面的金(Au)極薄延伸層。本發(fā)明中具有金(Au)極薄延伸層的情況，該金(Au)極薄延伸層，可使(EFO)方式的放電電流穩(wěn)定。再者，硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)，因為最終熱處理，亦會熱擴散至化學反應性高的金(Au)極薄延伸層，而被認為將鈀(Pd)被覆銅線的表面朝向化學上非活性的方向改質。因此，含有元素在深度方向上的膜厚，較佳是比金(Au)極薄延伸層在深度方向上的膜厚更厚。特佳為硫(S)。如此，通過使金(Au)極薄延伸層為非活性，而可使鈀(Pd)微粒子停留在銅(Cu)的表面。

含有元素影響鈀(Pd)微粒子能力的強度，依序為硫(S)>磷(P)>硼(B)及碳(C)。低熔點的硫(S)乃至磷(P)，其將銅(Cu)表面改質、防止銅(Cu)原子移動的能力較強。特別是，表面活性高的硫(S)，可最佳地改質芯材的銅(Cu)的表面。

根據(jù)下述內(nèi)容，可理解該等含有元素影響鈀(Pd)微粒子的效果。鍍覆浴中的鈀(Pd)以2價的離子狀態(tài)存在，而在銅(Cu)芯材的表面，經(jīng)過零價的狀態(tài)而析出為鈀(Pd)金屬。接著，該析出的鈀(Pd)金屬凝聚，形成鈀(Pd)微粒子。此一連串的過程中，若含有元素離子共存于鍍覆浴中，則因為鈀(Pd)從2價的離子狀態(tài)經(jīng)過零價的狀態(tài)時，含有元素同時從離子狀態(tài)經(jīng)過零價的狀態(tài)，故本發(fā)明的鈀(Pd)微粒子具有容易分散的效果。再者，本發(fā)明的含有元素較快移動至銅(Cu)芯材的表面，而具有抑制鈀(Pd)微粒子擴散至銅(Cu)芯材中的效果。例如，即使將碳粉分散于鍍覆浴中，亦無法得到本發(fā)明的效果。

該等含有元素的含有量，較佳是在鈀(Pd)延伸層中，含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的至少一種或兩種以上共30～700質量ppm(其中，單獨為磷(P)的情況為0.2～800質量ppm)。雖可根據(jù)鈀(Pd)延伸層的厚度或形成方法適當選擇該等含有元素，但較佳為鈀(Pd)延伸層中含有硫(S)30～300質量ppm。特佳為含有硫(S)80～200質量ppm。

該等含有元素的含量系通過下述方法所求得的濃度：

從線材整體的含有元素在“在鍍覆浴加入添加劑的情況”以及“未在鍍覆浴中加入添加劑的情況”中的ICP分析值的差值，求得含有元素的含量，并視為該含有元素的總量均勻分布于鈀(Pd)的理論膜厚中以進行計算，以此求得的濃度。

再者，本發(fā)明中，“被覆”層是從氣相或液相中所析出的層體。從液相析出的層體可通過濕式鍍覆或干式鍍覆形成。從液相中析出的鈀(Pd)微粒子，其析出溫度低于從氣相析出者，因而較佳。再者，濕式鍍覆是以室溫～90℃的較低溫度，使鈀(Pd)微粒子析出，因而較佳。濕式鍍覆中具有電解鍍覆與無電鍍覆，兩者皆可。為了細微地分散鈀(Pd)微粒子，亦可在鍍覆浴中添加習知的添加劑。這是因為，結晶粒徑較佳為致密的非晶狀態(tài)。

含有元素可作為一般的化合物而與鈀(Pd)電解鍍覆浴或鈀(Pd)無電鍍覆浴并用。因此可進行共析鍍覆，而得到含有元素均勻分散在析出的鈀(Pd)上的微粒子。再者，通過濕式鍍覆析出的這種具有“含有元素”的鈀(Pd)微粒子，因為內(nèi)含有氫，故變得更難移動，因而較佳。

含有元素可單獨使用，或作為鈀(Pd)母合金而在磁控濺鍍等的干式鍍覆中使用。干式鍍覆中，磁控濺鍍及離子鍍敷優(yōu)于真空蒸鍍，但鍍覆浴更佳。

再者，本發(fā)明中，含硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的鈀(Pd)層，亦可為鈀(Pd)─硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)合金層。這是因為，以多層鍍覆形成交互層雖亦可得到含有層，但合金層在形成熔融焊球時，可得到微細的鈀(Pd)微粒子。

再者，本發(fā)明中，若使用含有0.1～1.5質量％的鉑(Pt)或鎳(Ni)的銅合金，則可抑制銅(Cu)與鈀(Pd)彼此擴散，并使鈀(Pd)延伸層更薄。

再者，使該鈀(Pd)延伸層的理論膜厚為30納米(nm)以上300納米(nm)以下較佳，是因為該范圍是使鈀(Pd)微粒子均勻分散至熔融焊球上的較佳范圍。亦即，若過厚則可能導致芯材表面過度改質，若過薄則可能導致芯材表面未改質。

另外，若金(Au)的膜厚增加數(shù)百納米，而能夠以歐杰分光分析裝置在深度方向的分析進行實測，則可觀察到所謂的匍匐現(xiàn)象；該匍匐現(xiàn)象，是熔融焊球浸潤位于熔融焊球根部的線材表面的金(Au)膜，而因為熔融焊球的表面張力，導致其在未熔融的線材表面爬升。然而，若金(Au)的膜厚的實測值在50納米(nm)以下，則成為理論膜厚的區(qū)域，而不會觀察到這樣的現(xiàn)象。另一方面，若金(Au)的理論膜厚在50納米(nm)以下的范圍，則難以控制金(Au)的膜厚。于是，使金(Au)的膜厚極薄，以穩(wěn)定含有元素的熱擴散。

使金(Au)極薄延伸層的理論膜厚為3納米(nm)以下，是因為即使該金(Au)層在化學上為活性，亦具有鈀(Pb)延伸層中的含有元素移動而抑制活性的效果。若金(Au)層極薄，則被消耗的含有元素的量亦變少。即便使金(Au)極薄延伸層的理論膜厚在3納米(nm)以下，亦不會導致在FAB成形時，火花放電到達之處不均勻而使得FAB不穩(wěn)定。理論膜厚更佳為2納米(nm)以下。即使理論膜厚在2納米(nm)以下，金(Au)微粒子亦以點狀存在于鈀(Pd)延伸層。申請人認為，因為金(Au)的導電性優(yōu)于鈀(Pd)，故火花放電到達金(Au)微粒子，而使得FAB穩(wěn)定。另外，金(Au)極薄延伸層的下限，較佳為0.1納米(nm)以上。

再者，在本發(fā)明的球焊用鈀(Pd)被覆銅線中，由鈀(Pd)延伸層或是鈀(Pd)延伸層與金(Au)極薄延伸層所構成的貴金屬被覆層，一般在0.5微米(μm)以下，較佳在0.1μm以下，更佳在0.05μm以下。特佳是上述鈀(Pd)延伸層的理論膜厚在30納米(nm)以上300納米(nm)以下，金(Au)極薄延伸層的理論膜厚在3納米(nm)以下。這種貴金屬被覆層的膜厚，相對于接合線的線徑10～25μm，是幾乎可無視的厚度。因此，即使以FAB形成熔融焊球，亦不會影響被覆層的膜厚。

再者，因為存在該抗氧化性的鈀(Pd)延伸層，使得芯材不會因為大氣中的硫或氯等而被硫化等。因此，與習知的銅(Cu)純度99.9質量％以上的銅合金所構成的芯材組成相同，本發(fā)明的接合線用鈀(Pd)被覆銅線，其熔融焊球可形成正球形，并且與鋁墊接合。

芯材的銅合金，一般是由純度為99.9質量％以上的銅(Cu)所構成的銅合金。純度99.9質量％的銅(Cu)所構成的銅合金，在選擇磷(P)的情況中，其以外的剩余金屬成分，可參酌現(xiàn)有的現(xiàn)有技術，適當選定選擇元素。然而，銅合金母材，更佳為含有0.1～1.5質量％的鉑(Pt)或鎳(Ni)的銅合金。這是因為，通過使鈀(Pd)延伸層中含有硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)，可使鈀(Pd)微粒子分散于溶融焊球表面。

芯材的銅合金，可因應所需半導體的種類及用途，適當選擇添加元素的種類，并因應作為接合線所必需的熱性質、機械性質，而適當決定添加元素的組合及其添加量。

若芯材的銅(Cu)中存在磷(P)，則可形成穩(wěn)定的FAB，此已為人所知(日本特開2010-225722號公報及國際公開WO2011/129256號公報)。因此，該銅合金中可含有20質量ppm以上200質量ppm以下的磷(P)。

另外，本發(fā)明中，位于線材表面的極薄的鈀(Pd)延伸層或極薄的鈀(Pd)延伸層及金(Au)極薄延伸層，在第一接合之中，將FAB接合至鋁墊時皆消失。再者，在第二接合的超音波接合時，亦在接合處消失。

發(fā)明的效果若根據(jù)本發(fā)明的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，可將鈀(Pd)微粒子均勻分散至FAB的表面上。因此，即便是量產(chǎn)的接合線，亦可使以FAB進行的第一接合相對于鋁墊穩(wěn)定。再者，因為鈀(Pd)微粒子必定微分散于鋁墊與銅焊球的接合界面，故可延遲AlCu的金屬間化合物形成。再者，因為鈀(Pd)延伸層很薄，故即使鈀(Pd)延伸層中含有硫(S)，接合線中的全硫(S)量，與芯材中所含的硫(S)量幾乎相同。再者，在第二接合的楔型接合時，因為是在“因含有元素的存在使得鈀(Pd)微粒子分散”的狀態(tài)下與引線接合，故楔型接合亦穩(wěn)定。

再者，根據(jù)本發(fā)明的鈀(Pd)被覆銅線，可通過含硫(S)、磷(P)、硼(B)或碳(C)的鈀(Pd)層遮斷從線材表面侵入的氧。該鈀(Pd)延伸層越致密，相較于至今的純鈀(Pd)層，越能得到“不會在芯材的銅合金上形成銅氧化物之氧化膜”的效果。再者，本發(fā)明的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，因為其被覆層極薄，故亦可良好地形成回路等。

再者，線材最表面形成金(Au)極薄延伸層的情況下，除了放電電流穩(wěn)定之外，即使線材彼此卷繞多層，線材彼此亦不會互相粘附。結果，線材的解繞性變得良好。作為附加的效果，線材表面對于焊針的平滑性變得良好。再者，根據(jù)本發(fā)明的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，線材最表面的金(Au)極薄延伸層不會從鈀(Pd)的被覆層剝離。因此，即使反復接合多次，銅(Cu)的氧化物亦不會附著于焊針，故不會造成焊針的污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的接合線的剖面中的鈀(Pd)分布影像；

圖2為現(xiàn)有技術(對比例1)接合線剖面中的鈀(Pd)分布影像。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)結合以下具體實施例及說明書附圖對本發(fā)明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例

芯材是使用在純度為99.9999質量％以上的銅(Cu)之中添加鉑(Pt)、鎳(Ni)或磷(P)的材料或是未添加的材料，對其進行連續(xù)鑄造，一邊進行前熱處理一邊壓延，之后進行一次拉線，得到粗線(直徑1.0mm)。

接著，準備表1所示的鈀(Pd)的延伸層及金(Au)的極薄延伸層，被覆于該粗線的外周。極薄延伸層的金(Au)的純度在99.99質量％以上，鈀(Pd)的純度在99.9質量％以上。

實施例1～3

以下述方法，形成鈀(Pd)-硫(S)非晶質合金的被覆層。在市售的鈀(Pd)電鍍浴(EEJA股份有限公司制ADP700)，分別加入同公司制造的ADP700添加劑0.1g/L、0.005g/L及0.15g/L，而使電鍍浴中的硫(S)濃度為中濃度、低濃度及高濃度。在該浴中，以電流密度0.75A/dm²對直徑1.0mm的銅線流入電流，而形成鈀(Pd)-硫(S)非晶質合金的被覆層。通過磁控濺鍍，在此三種被覆銅線上以既定的厚度被覆金(Au)。

之后，不進行烘烤處理，通過鉆石拉線模以濕式連續(xù)拉線兩次，再進行480℃×1秒的調質熱處理，最后得到直徑18μm的球焊用鈀(Pd)被覆銅線。將該等銅線作為實施例1～3。再者，平均的縮徑率為6～20％，最終線速為100～1000m/分。

實施例4

以下述方法，形成鈀(Pd)-磷(P)非晶質合金的被覆層。在市售的鈀(Pd)無電鍍覆浴(EEJA股份有限公司制ADP700)中，添加亞磷酸(H₃PO₃)0.2g/L。在該浴中，以電流密度0.75A/dm²對直徑1.0mm銅線流入電流，形成鈀(Pd)-磷(P)非晶質合金的被覆層。之后，以與實施例1相同的方式，制造實施例4的球焊用鈀(Pd)被覆銅線。

實施例5

以下述方法，形成含有鈀(Pd)-碳(C)-硼(B)的合金的被覆層。在市售的鈀(Pd)電鍍浴(EEJA股份有限公司制ADP700)中，加入界面活性劑(EEJA股份有限公司制JS-WETTER)2mL/L，并以既定量添加硼無機化合物。該浴中，以電流密度0.75A/dm²，對直徑1.0mm銅線流入電流，而形成鈀(Pd)-碳(C)-硼(B)非晶質合金的被覆層。之后，以與實施例1相同的方式，制造實施例5的球焊用鈀(Pd)被覆銅線。

此處，表1所示的延伸層的鈀與極薄延伸層的金的值，是以王水溶解1000m左右的直徑18μm的線材，并使用高頻感應耦合電漿發(fā)光分光分析法(島津制作所股份有限公司的ICPS-8100)，求得該溶液中的金(Au)與鈀(Pd)的濃度，再從該濃度算出接合線線徑中的均勻膜厚。亦即，其是以ICP的化學分析所求得的換算值。

實施例1～3的線材中所含的硫(S)，是以王水分別溶解100m左右的線材，再以感應耦合電漿質量分析計(Agilent Technologies股份有限公司制Agilent 8800)，求得溶液中的硫(S)濃度。

再者，以下述方式求得鈀(Pd)延伸層中的硫(S)濃度。亦即，實施例1的市售鈀(Pd)電鍍浴中未添加ADP700添加劑的情況下，其硫(S)的ICP分析值，如實施例4及5所示，為0.5質量ppm。另一方面，實施例1中，添加ADP700添加劑的硫(S)的ICP分析值為3質量ppm。因為鈀(Pd)延伸層的膜厚為50nm，若來自實施例1的添加劑的硫(S)的實際增加量2.5質量ppm完全均勻地包含于鈀(Pd)延伸層之中，則硫(S)的理論濃度為170質量ppm。

再者，以王水溶解100m左右的實施例4的線材，并以感應耦合電漿質量分析計(Agilent Technologies股份有限公司制Agilent 8800)，求得該溶液中的磷(P)濃度。再者，取500m、約1g的實施例5的線材，以燃燒法(LECO公司制CS844)求得碳(C)濃度。該等的結果顯示于表1中欄。

以掃描式歐杰分析裝置(VG公司制MICROLAB-310D)，對于實施例1的接合線，在深度方向上，針對鈀(Pd)、銅(Cu)、金(Au)及硫(S)的各元素進行元素分析；硫(S)層相較于金(Au)層被檢測出較長的距離，但小于鈀(Pd)層的長度。亦即，通過電鍍浴析出的鈀(Pd)層，可被理解為“硫(S)容易被去除”的鈀(Pd)粒子群的延伸層。

接著，針對實施例1的接合線，在K&S公司制全自動焊線機ICONN ProCu型超音波裝置中，使電弧放電電壓為6000伏特，以形成1000個34μm的熔融焊球。以掃描式歐杰分析裝置(VG公司制MICROLAB-310D)，對于其最表面進行定性分析，鈀(Pd)均勻地分布于焊球表面。該熔融焊球的剖面影像顯示于圖1。從圖1中明確得知，根據(jù)本發(fā)明的鈀(Pd)-硫(S)電鍍合金層，可使鈀(Pd)均勻分散至熔融焊球上。

其他實施例2～5的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，亦與實施例1相同地，可觀察到鈀(Pd)均勻分散至熔融焊球上。

金屬間化合物的腐蝕試驗

針對實施例1～實施例5的線材，在K&S公司制全自動焊線機ICONN型超音波裝置中，于BGA基板上的厚度400μm的Si晶片上的厚度2μm的Al-1質量％Si-0.5質量％的Cu合金墊上，以EFO電流60mA、EFO時間144μs，制作34μm的熔融焊球，并以壓接徑50μm，回路長2mm，進行1000條接合。此時，晶片上的Al-1質量％Si-0.5質量％的Cu合金墊，僅電性連接相鄰的接合部分，而相鄰的線材彼此電性地形成一個電路，而共形成500個電路。之后，使用市售的轉印模具裝置(第一精工制股份有限公司，GPGP-PRO-LAB80)，以樹脂密封BGA基板上的Si晶片。

針對該試片(實施例1～實施例5)，使用HAST裝置(平山制作所股份有限公司，PC-R8D)，以130℃×85RH(相對濕度)保存200小時。保存前后，測定上述500個電路的電阻值，只要有一個電路其保存后的電阻值超過保存前的電阻值1.1倍則標示為×，500個電路中所有的電阻值皆小于1.1倍的情況則標示為○，結果顯示于表1右欄。

從該HAST試驗的試驗結果明確得知，本發(fā)明的實施例1～實施例5，在500個電路中，電阻值皆小于1.1倍。

比較例

相較于實施例1，從未添加硫(S)的市售的鈀浴形成鈀(Pd)的被覆層。之后，以磁控濺鍍與實施例1相同地被覆金(Au)，并將以與實施例1相同的方式形成的接合線作為比較例1及比較例3。相同地，將未被覆金(Au)、在市售的鈀浴中以既定添加量添加砷(As)無機化合物所形成的接合線作為比較例2。

以王水溶解100m左右的比較例1的線材，并以感應耦合電漿質量分析計(Agilent Technologies股份有限公司制Agilent8800)求得該溶液中的硫(S)濃度。再者，以王水溶解100m左右的比較例2的線材，并以感應耦合電漿質量分析計(Agilent Technologies股份有限公司制Agilent8800)求得該溶液中的磷(P)濃度。再者，取500m、約1g的比較例3的線材，以燃燒法(LECO公司制CS844)求得碳(C)濃度。該等結果顯示于表1中欄。再者，從添加該等添加劑的線材與未添加的線材中的各添加元素的濃度差值，計算鈀膜中的添加元素濃度，所求得的結果顯示于表1中欄。

再者，以與實施例1相同的方式，從比較例1的接合線制作熔融焊球。該熔融焊球的剖面影像顯示于圖2。從圖2可明確得知，比較例1的鈀(Pd)被覆銅線，在線材根部右側產(chǎn)生微小亂流，導致鈀(Pd)微粒子溶入熔融焊球內(nèi)。亦即，根據(jù)條件，微小亂流不會消失而產(chǎn)生變化，其表示鈀(Pd)無法均勻分散至熔融焊球上。

再者，對于比較例1及3的接合線，以與實施例1相同的方式，以掃描式歐杰分析裝置(VG公司制MICROLAB-310D)，在深度方向上，針對鈀(Pd)、銅(Cu)、金(Au)及硫(S)的各元素進行元素分析，僅以金(Au)層的厚度，檢測出硫(S)層。再者，比較例2的無金(Au)層的鈀(Pd)層中，未測出硫(S)。亦即，該鈀(Pd)層，是經(jīng)延伸的鈀(Pd)粒子的延伸層。

金屬間化合物的腐蝕試驗

針對比較例1～3的線材，以與實施例1～5相同的方式，量測電路的電阻值在保存于高溫高濕(130℃×85RH)前后的變化?？芍容^例1～3的線材，電路的電阻值上升，不適合作為接合線。該結果以×的記號顯示于表1右欄。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的球焊用鈀(Pd)被覆銅線，可取代以往的金合金線材，除了通用IC、離散式積體電路(discrete IC)、存儲器IC以外，亦可用于高溫高濕的用途且要求低成本的LED用的IC封裝、車用半導體用IC封裝等的半導體用途。