[发明专利]半导体装置用接合线

说明书

本申请是申请日为2008年7月24日、申请号为200880023088.1、发明名称为“半导体装置用接合线”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及为连接半导体元件上的电极与线路板（引线框、基板、带等）的配线而使用的半导体装置用接合线及其接合线的连接方法。

背景技术

现在，作为将半导体元件上的电极与外部端子之间进行接合的半导体装置用接合线（以下称为接合线），主要使用线径20～50μm左右的细线（接合线）。接合线的接合一般是超声波并用热压接方式，可使用通用接合装置、使接合线在其内部通过而用于连接的毛细管夹具等。在由电弧热输入将线端头加热熔融，借助于表面张力使之形成球后，使该球部压接接合于在150～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上，然后，通过超声波压接使线直接接合在外部引线侧。

近年，半导体组装的结构、材料、连接技术等在急速地多样化，例如，组装结构除了使用现行的引线框的QFP（Quad Flat Packaging）以外，使用基板、聚酰亚胺带等的BGA（Ball Grid Array）、CSP(Chip Scale Packaging)等的新形态也已实用化，需求进一步提高了环性、接合性、大批量生产使用性等的接合线。即使是这样的接合线的连接技术，除了现在主流的球/楔接合以外，在适合于窄间距化的楔/楔接合方面，为了在2处的部位直接将接合线接合，要求细线的接合性提高。

成为接合线的接合对方的材质也在多样化，硅基板上的配线、电极材料，除了以往的铝合金以外，适合于更微细配线的铜也已实用化。另外，在引线框上施加Ag镀层、Pd镀层等，或在树脂基板、带等上施加铜配线，并在其上施加金等贵金属元素及其合金的膜的情形较多。要求相应于这样的种种的接合对方来提高线的接合性、接合部可靠性。

迄今为止接合线的材料主要使用高纯度4N系（纯度>99.99质量%）的金。然而，由于金价格高，因此期望得到材料费价廉的其他种类金属的接合线。

在来自接合线技术的要求上，重要的是在进行球形成时形成圆球性良好的球，在其球部与电极的接合部得到充分的接合强度。另外，为了对应于接合温度的低温化、接合线的细线化等，也需要在线路板上的配线部楔形连接接合线的部位的接合强度、抗拉强度等。

在高速注入高粘性的热固化环氧树脂的树脂封装工序中，接合线发生变形而与相邻线接触成为问题，而且，窄间距化、长线化、细线化也在发展中，要求尽管少也能够抑制树脂封装时的线变形。随着线强度的增加，虽然能够某种程度地控制这样的变形，但难以控制环，或不能解决接合时的强度降低等的问题，难以实用化。

此外，连接接合线而组装出的半导体元件实际使用时的长期可靠性也很重要。尤其是装载在汽车上的半导体元件等，为了确保严格的安全性，要求在高温、高湿、热循环等苛刻的环境下的高的可靠性。即使是在这样的以往没有的苛刻的环境下，连接接合线的接合部也不劣化而必须维持高的可靠性。

作为满足上述要求的线的特性，期望在接合工序中的环控制容易，而且对电极部、引线部的接合性也提高，抑制接合以后的树脂封装工序中的过剩的线变形，而且满足连接部的长期可靠性和在苛刻环境下的接合部稳定性等的综合特性。

为了材料费廉价、导电性优异、球接合、楔接合等也提高，以铜为材料的接合线被开发，专利文献1等曾进行了公开。然而，对于铜接合线而言，由于线表面的氧化而导致接合强度降低、或树脂封装时容易发生线表面的腐蚀等，这些情况成为问题。这些问题也成为铜接合线的实用化未进行的原因。

铜系接合线，在将线端头熔融形成球部时，为了抑制氧化，一边对线端头喷射气体一边进行接合。现在，作为形成铜系接合线的球时的气氛气体，一般使用含有5体积%的氢的氮气。专利文献2公开了在将铜线与铜或铜合金引线框连接时，在5体积%H₂+N₂的气氛下进行连接的方法。另外，非专利文献1报道了：在形成铜接合线的球时，5体积%H₂+N₂气能够抑制球表面的氧化，因此相比于N₂气是优选的。现在，作为在使用铜系接合线时所使用的气体，5体积%H₂+N₂气体已被标准化。