JP5165810B1 - 銀金パラジウム系合金バンプワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 垂直プルカット方式の銀金パラジウム系合金バンプワイヤにおいて、
当該銀金パラジウム系合金が、金(Au)が1〜9質量%、パラジウム(Pd)が0.5〜5質量%、および残部純度99.995質量%(上記含有元素を除く)以上のが銀(Ag)からなり、かつ、溶融ボール形成前の当該バンプワイヤのビッカース硬さが80〜100Hvである。
【選択図】 図2
Description
半導体装置32と回路基板33とは、半導体装置32の電極パッドに予め形成された突起電極(ワイヤバンプ)36を介して、電気的および機械的に接続され、回路基板33と突起電極36とはPb−Sn系合金やSn−Ag系合金に代表されるハンダを介してフリップチップ接続される。フリップチップ接続では、基板電極上に形成されているこれらのハンダ層の上に、スタッドバンプ形成後のチップを載せ、熱を与えてハンダを溶融する事によりワイヤバンプとハンダを金属接合させる。
フリップチップ接続後、パワー半導体や電気自動車等の高温用途で、ワイヤバンプはハンダ中へ拡散し、「ハンダ食われ」といわれる現象を起こす。さらに、チップ電極のアルミニウム(Al)中にも拡散するため、脆いAu−Al金属間化合物を形成し、拡散が進むとともに、接合界面にクラックが進行し、結果として電気的導通不良が発生するという問題があった。
特に、銀金パラジウム系合金バンプワイヤの場合は、調質熱処理を施すと純銀バンプワイヤよりも内部組織の変化割合が大きい。このため、銀金パラジウム系合金バンプのテール長さは、内部組織が変化しないでもテール長さのバラツキが大きく変化していた。これまでは銀金パラジウム系合金バンプワイヤのテール長さのバラツキ原因がわからなかったため、銀金パラジウム系合金の成分組成だけを調整しても、銀金パラジウム系合金バンプのテール長さを一様に短くすることが困難であった。
そのため、特開平11−251350号公報(後述する特許文献2)では、キャピラリに一対の刃状突起を設けてバンプワイヤに切れ目を入れたり、特開平09−283526号公報(後述する特許文献3)では、溶融ボールによる熱影響部は長いままにしてこの熱影響を受け結晶粒が粗大化した金属ボールの直上の金属ワイヤ部分が前記金属ワイヤの引き千切るべき位置以内となるように金属ボール径を調整するにより、銀金パラジウム系合金バンプのテール長さを調整していた。
銀(Ag)の純度は99.995質量%以上であることが必要であり、この純度には、金(Au)とパラジウム(Pd)、そして、カルシウム(Ca)、ベリリウム(Be)、ランタン(La)、イットリウム(Y)およびユーロビウム(Eu)の各元素は除かれる。好ましくは、銀(Ag)の純度が99.999質量%以上である。本発明における純度99.99質量%以上の銀(Ag)中の不純元素としては、Al・Mg・In・Ni・Fe・Cu・Si・Crが挙げられる。
金(Au)は、銀(Ag)よりも含有量が一桁低いので、金(Au)の純度は99.99質量%以上であればよい。好ましくは、金(Au)の純度が99.995質量%以上である。
パラジウム(Pd)は金(Au)よりもさらに含有量が少ないので、パラジウム(Pd)の純度は99.9質量%以上であればよい。好ましくは、パラジウム(Pd)の純度が99.99質量%以上である。
この連続伸線は、連続伸線前の線径に対して90%以上の冷間加工されたものであることが好ましく、より好ましくは99%以上の冷間加工されたものである。連続伸線加工は、ダイス伸線することが好ましく、ダイヤモンドダイスが特に好ましい。これにより、同心円状に配置された細長の微細再結晶組織ができやすいためである。なお、銀金パラジウム系合金の内部結晶組織は、連続伸線直後も調質熱処理後も走査電子顕微鏡観察のもとでは変化が見られない。
アルミニウム(Al)電極は、一般的な高純度のアルミニウム(Al)金属のパッド銅(Cu)やシリコン(Si)を数パーセント含有させたアルミ合金のパッド、あるいは、これらの合金に貴金属を被覆したパッド、金(Au)めっき、銀(Ag)めっきまたはパラジウム(Pd)めっき等の軟質金属または合金を単層または複層コーティングしたものが用いられる。
なお、本発明のバンプワイヤは、パラジウム(Pd)の割合が少ないことから、溶融ボールの真円性、第一ボンドの接合性は良好である。
表1に示す成分組成の実施例1〜20、比較例1〜4として、金(Au)およびパラジウム(Pd)を所定量含有し、さらに、必要に応じてカルシウム(Ca)、ベリリウム(Be)、ランタン(La)、イットリウム(Y)およびユーロビウム(Eu)のうちの少なくとも1種を所定量含有し、残部が純度99.995質量%(上記含有元素を除く)を所定量固溶した合金を用意した。
ここで、銀(Ag)および金(Au)の純度は99.999質量%以上の純度の線材を用い、パラジウム(Pd)の純度は99.99質量%以上の純度の線材を用いた。
これらの合金を溶融し、連続鋳造して直径8mmの銀金パラジウム素線を作製した。その後、20μmから25μm径になるまで伸線加工をおこなった。その後、調質のための熱処理をおこなう事で、銀金パラジウム系合金素線を作製した。
連続伸線後のバンプワイヤの線径は25μmとし、調質熱処理温度は、実施例、比較例共に小数点一桁まで測定できる温度計で管理して行い、表に示すビッカース硬さを得た。ビッカース硬さの測定にはビッカース硬度計(アカシ社製型式MWK−G3)を使用した。
バンプワイヤの線径は25μmとし、(株)新川社製UTC−3000型バンプボンダーを用いて、N2ガス雰囲気中で溶融ボールの直径が線径の2倍になるように調整をおこない、各サンプル毎10個を作製し、その平均値を求めた。
バンプワイヤの線径は25μmとし、(株)新川社製UTC−3000型バンプボンダーを用いて線径の2倍の溶融ボールと、線径の2.5倍の圧着ボールで、100個単位(10列×10行)で、Al−0.5%Cu合金膜のSiチップへ熱圧着併用超音波接合し、ワイヤバンプを作製した。このワイヤバンプのネック高さの平均値とバラツキを求めたところ、表の結果を得た。
表中、○印はバラツキ(σ)が5μm以下のものを、△印はバラツキ(σ)が8μm以下のものを、×印はバラツキ(σ)が8μmを超えるものを、それぞれ示す。
フリップチップ接合を再現すべく、各種Au合金と各種はんだを対峙させた状態で、Sn系はんだの融点+20℃の温度で30秒間加熱させ、接合させた。その後、リフローを再現させるべく、加熱処理を合計10回まで繰り返し実施した。このときの温度条件は、はんだの融点+20℃の温度で40秒間保持される条件でおこなった。なお、全ての加熱処理は、示唆熱分析装置(DSC−3100/(株)マックサイエンス製)を使用し、Arガス雰囲気(流量:50ml/min)で実施した。
以上の結果について、実施例及び比較例を挙げた表において、ワイヤ組成範囲、ビッカース硬さの条件とネック高さの平均値・バラツキとを対比すると、次のとおりであった。
比較例1は、金(Au)の含有量が下限値を下回るため、ネック高さのバラツキが大きく、はんだ食われ試験が実施できなかった。
比較例2は、金(Au)とパラジウム(Pd)の含有量が上限値を超えるため、ネック高さのバラツキが大きく、はんだ食われ試験が実施できなかった。
比較例3は、パラジウム(Pd)の含有量が下限値を下回り、かつ、微量添加元素の合計量も下限値を下回り、ビッカース硬さも下限値を下回るため、ネック高さのバラツキが大きく、はんだ食われ試験が実施できなかった。
比較例4は、微量添加元素の合計量が上限値を超えるため、ネック高さのバラツキが大きく、はんだ食われ試験が実施できなかった。
以上の結果から、本発明のワイヤはその成分組成範囲において、所定のビッカース硬さのあることが必須であることが解る。
2:バンプワイヤ
5:ワイヤクランプ
32:半導体装置
33:回路基板
34:電極パッド
36:突起電極(ワイヤバンプ)
50:キャピラリ
51:ワイヤ
51a:イニシャルボール
Claims (8)
- 垂直プルカット方式の銀金パラジウム系合金バンプワイヤにおいて、
当該銀金パラジウム系合金が、金(Au)が1〜9質量%、パラジウム(Pd)が0.5〜5質量%、および残部が純度99.995質量%以上の銀(Ag)からなり、かつ、溶融ボール形成前の当該バンプワイヤのビッカース硬さが80〜100Hvであることを特徴とする銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。 - 垂直プルカット方式の銀金パラジウム系合金バンプワイヤにおいて、
当該銀金パラジウム系合金が、金(Au)が6〜9質量%、パラジウム(Pd)が2〜4質量%、および残部が純度99.995質量%以上の銀(Ag)からなり、かつ、溶融ボール形成前の当該バンプワイヤのビッカース硬さが80〜100Hvであることを特徴とする銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。 - 垂直プルカット方式の銀金パラジウム系合金バンプワイヤにおいて、
当該銀金パラジウム系合金が、金(Au)が1〜9質量%、パラジウム(Pd)が0.5〜5質量%、カルシウム(Ca)、ベリリウム(Be)、ランタン(La)、イットリウム(Y)およびユーロビウム(Eu)のうちの少なくとも1種が1〜30質量ppm、合計で10〜100質量ppm、および残部が純度99.995質量%(上記微量の含有元素を除く)以上の銀(Ag)からなり、かつ、溶融ボール形成前の当該バンプワイヤのビッカース硬さが80〜100Hvであることを特徴とする銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。 - 垂直プルカット方式の銀金パラジウム系合金バンプワイヤにおいて、
当該銀金パラジウム系合金が、金(Au)が6〜9質量%、パラジウム(Pd)が2〜4質量%、カルシウム(Ca)、ベリリウム(Be)、ランタン(La)、イットリウム(Y)およびユーロビウム(Eu)のうちの少なくとも1種が1〜30質量ppm、合計で10〜100質量ppm、および残部が純度99.995質量%(上記微量の含有元素を除く)以上の銀(Ag)からなり、かつ、溶融ボール形成前の当該バンプワイヤのビッカース硬さが80〜100Hvであることを特徴とする銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。 - 上記銀(Ag)の純度が99.999質量%以上である請求項1〜請求項4のいずれかに記載の銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。
- 上記金(Au)の含有量が上記パラジウム(Pd)の含有量よりも多い請求項1〜請求項4のいずれかに記載の銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。
- 当該バンプワイヤのビッカース硬さが85〜95Hvである請求項1〜請求項4のいずれかに記載の銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。
- 当該バンプワイヤの線径が15〜25μmである請求項1〜請求項4のいずれかに記載の銀金パラジウム系合金バンプワイヤ。
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