TW201639972A - 銀合金接合線及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種銀合金接合線包含：約1重量%（wt %）至約20重量%（wt %）的第一附加元素；約3 wt ppm至約100 wt ppm的第二附加元素；以及其餘為銀（Ag），其中所述第一附加元素包括金（Au）、鈀（Pd）或其合金，所述第二附加元素包括選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一者，所述銀合金接合線的伸長率介於約15%至約25%範圍內，且所述銀合金接合線的楊氏模量介於約60 GPa至約80 GPa範圍內。

Description

銀合金接合線及其製造方法
本發明實施例是有關於一種銀（Ag）合金接合線及其製造方法，且更具體而言，是有關於一種具有極佳接合特性的銀合金接合線及其製造方法。
用於安裝半導體元件的封裝包括包含接合線在內的各種類型的結構。接合線已廣泛用於連接基板與半導體元件或連接多個半導體元件。金接合線已廣泛用作接合線。然而，由於金是昂貴的材料且其價格近來攀升，因此需要可代替金接合線的接合線。
在使用銅（Cu）（其替代金作為主要組分）的接合線的情形中，晶片極有可能會因銅固有的高硬度而在打線接合（wire bonding）期間開裂（即，墊開裂現象）。因此，用於高積體度封裝的凸塊上針腳（stitch-on-bump，SOB）接合因銅的高硬度及強氧化而難以執行。
作為解決方案，已積極開展開發含有價格相對低的銀（Ag）作為主要組分的接合線的研究。儘管已努力開發一種藉由將銀與其他金屬元素進行合金而表現出優異性質的接合線，然而仍存在諸多改良空間。
本發明概念的實施例提供一種銀（Ag）合金接合線，所述銀合金接合線所具有的接合特性，在製造過程中藉由改變銀（Ag）合金接合線的機械特性（例如，伸長率）而得到改良。
本發明概念的實施例並非僅限於上述目標，而是藉由閱讀以下說明，此項技術中具有通常知識者將清楚地理解根據本發明概念的其他目標。
其他態樣將在以下說明中予以部分闡述，且該些態樣將藉由所述說明而部分地變得顯而易見，抑或可藉由實踐所提供的示例性實施例而得知。
根據本發明概念實施例的一種銀合金接合線包含：約1重量%（wt%）至約20重量%（wt%）的第一附加元素；約3 wt ppm至約100 wt ppm的第二附加元素；以及其餘為銀（Ag），其中所述第一附加元素包括金（Au）、鈀（Pd）或其合金，所述第二附加元素包括選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一者，所述銀合金接合線的伸長率介於約15%至約25%範圍內，且所述銀合金接合線的楊氏模量（Young’s modulus）介於約60 GPa至約80 GPa範圍內。
如申請專利範圍第1項所述的銀合金接合線，其中所述銀合金接合線的所述伸長率介於約18%至約22%範圍內。
在示例性實施例中，所述銀合金接合線的所述楊氏模量可介於約65 GPa至約80 GPa範圍內。
在示例性實施例中，當在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球（free air ball，FAB）時，所述無空氣焊球具有約50 Hv至約80 Hv的橫截面硬度。
在示例性實施例中，在所述銀合金接合線接合至接合墊後，所述銀合金接合線的接合部分可具有約80 Hv至約120 Hv的橫截面硬度。
在示例性實施例中，當可在空氣氣氛中在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球時墊開裂的機率實質上相同於當在氣體氣氛中在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球時墊開裂的機率。
根據本發明概念實施例的一種製造銀合金接合線的方法包括：製備第一線，所述第一線包含：約1wt%至約20wt%的第一附加元素；約3 wt ppm至約100 wt ppm的第二附加元素；以及其餘為銀（Ag），其中所述第一附加元素包括金（Au）、鈀（Pd）或其合金，所述第二附加元素包括選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一者；以及將所述第一線在約500℃至約700℃範圍內在氮氣氣氛中退火，以獲得約15%至約25%的伸長率及約60 GPa至約80 GPa的楊氏模量。
在示例性實施例中，所述第一線的所述伸長率可介於約18%至約22%範圍內。
在示例性實施例中，所述第一線的所述楊氏模量可介於約65 GPa至約80 GPa範圍內。
現在將藉由參照其中示出本發明概念的示例性實施例的附圖來更充分地闡述本發明概念。然而，本發明概念可實施為諸多不同形式，而不應被視為僅限於本文所述的示例性實施例；確切而言，提供該些實施例是為了使此揭露內容將透徹及完整，並將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的概念。圖式中相同的參考編號指示相同的元件，且因此將不再對其予以贅述。此外，圖式中示出的各種元件及區僅為實例。因此，本發明概念並非僅限於附圖中示出的相對大小或間隔。在實施例中，wt%（重量%）代表基於合金的總重量的100%的組分的重量。
儘管可能使用例如「第一」、「第二」等用語來闡述各種組件，然而該些組件不必僅限於以上用語。以上用語僅用以區分各個組件。舉例而言，只要處於本發明概念的範圍內，第一組件可被稱為第二組件，且第二組件可被稱為第一組件。
本文所用用語僅用以闡釋特定實施例，而並非旨在限制本發明概念。除非表達在上下文中具有明確不同的含義，否則以單數形式使用的所述表達亦涵蓋複數形式的表達。在本說明書中，應理解，例如「包含」、「具有」、及「包括」等用語旨在指示本說明書中所揭露的特徵、數目、步驟、動作、組件、部件或其組合的存在，而並非旨在排除可存在或可添加一或多個其他特徵、數目、步驟、動作、組件、部件或其組合的可能性。
除非另外定義，否則本文所用所有用語（包括技術或科學用語）的含義皆與本發明概念可屬於的技術中具有通常知識者所通常理解的含義相同。所述用語（例如在常用字典中所定義的用語）被解釋為具有與其在相關技術上下文中的含義一致的含義，且除非清楚地另外定義，否則不將其解釋為具有理想化或過於正式的含義。
根據實施例，為獲得與金接合線相同的高回路特性（loop characteristic）及球形狀均勻性（ball-shaped uniformity）以及為防止當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時墊開裂，在製造製程中改變例如伸長率等機械特性以改良接合特性。藉此，獲得具有與半導體元件墊的高黏合強度的銀合金接合線。
接合線的楊氏模量與接合線的伸長率的增大成比例地增大。因針腳接合（stitch bonding）改良後的接合線的彈性、線性，而不會發生無空氣焊球的傾斜。因此，接合後的接合線的球形狀可具有高水準的均勻性。
為測試根據實施例的銀合金接合線的接合特性，可在氣體氣氛中及在空氣氣氛中執行在線的尖端處形成無空氣焊球（FAB）。
在銀合金接合線的情形中，當在氣體氣氛中形成時，無空氣焊球的內部可如圖1A中所示；當在空氣氣氛中形成時，無空氣焊球的內部可如圖1B中所示，包括線部分。由於線部分的存在，所形成的無空氣焊球可具有高硬度，且當進行打線接合時，半導體墊可能開裂。
銀合金接合的伸長率越高，則構成銀合金接合線的合金的粒度（grain size）越大。因此，保持於無空氣焊球內部的線部分的硬度可減小30%或30%以上。
即使當無空氣焊球形成於空氣氣氛中並接合至墊時，根據實施例的銀合金接合線仍可有助於降低半導體墊開裂的可能性。
本文所用用語‘氣體氣氛’指代氮氣（N2 ）氣體氣氛或包含氫氣（H2 ）及氮氣（N2 ）的氣體氣氛，其中氫氣（H2 ）對氮氣（N2 ）的比率為約1:99至10:90。本文所用用語‘在空氣氣氛中’並非指代氣體氣氛，而是周圍環境氣氛條件。
一般而言，在氣體氣氛中，無空氣焊球的形狀是均一的。然而，為製成氣體氣氛，氣體套件及氣體會帶來額外的成本。此外，無空氣焊球的形狀可根據氣體的流入量而變化。亦即，當在氣體氣氛中製造接合線時，需要長的時間及諸多努力。           1. 樣品的製備
根據實施例的銀合金接合線（在下文中，亦稱作接合線）包含約80wt%至99wt%的銀（Ag）及附加元素。銀（Ag）在金屬中具有相對高的導電性，例如，具有較金高約至少30%的水準。銀（Ag）較金廉價，藉此使得製造成本降低。銀（Ag）具有與金的機械特性相似的機械特性，且因此，即使是對銀（Ag），亦可使用傳統金打線接合製程。
在實施例中，所述接合線可更包含金（Au）。在此種情形中，金的量可介於接合線的總重量的約1wt%至20wt%範圍內。當金量過少時，在接合線的尖端處形成的球的形狀可十分不同於完整球體的形狀，進而導致差的接合特性。另一方面，當金量過大時，在打線接合期間在接合線的尖端處形成的球的硬度可能會過多的增大，因而損壞接合墊及/或位於接合墊之下的基板。
在實施例中，所述接合線可更包含鈀（Pd）。在此種情形中，鈀的量可介於接合線的總重量的約1wt%至20wt%範圍內。當鈀量過小時，接合線的耐酸性可降低，因此使得當接合線被暴露至硝酸或硫酸時可易於腐蝕或短路。當根本不包含鈀時，銀合金接合線的抗氧化性質可降低。另一方面，當鈀量過高時，在打線接合期間在接合線的尖端處形成的球的硬度可過多得增大，因而損壞接合墊及/或位於接合墊之下的基板。
在實施例中，所述接合線可同時包含金（Au）及鈀（Pd），且金的量及鈀的量皆可介於接合線的總重量的約1wt%至20wt%範圍內。當金對鈀的比率過低時，在接合線的尖端處形成的球的形狀可十分不同於完整球體的形狀，進而導致差的接合特性。此外，接合線的表面可易於氧化、並褪色。另一方面，當金對鈀的比率過低高時，在接合線的尖端處形成的球的形狀可十分不同於完整球體。此外，在接合線的尖端處形成的球的硬度可過多得增大，因而損壞接合墊及/或位於接合墊之下的基板。
在實施例中，所述接合線可以約3重量（wt）ppm至100 wt ppm的量包含選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一種元素。鈣（Ca）、鑭（La）及釔（Y）可形成均勻精細的組織。然而，當鈣（Ca）、鑭（La）或釔（Y）的量小於約3 wt ppm時，不會產生此效果。當鈣（Ca）、鑭（La）或釔（Y）的量大於約100 wt ppm時，粒度可減小至微小級，以造成硬度增大。錫（Sn）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）可改良接合線的可加工性（processability）。然而，當錫（Sn）、鐵（Fe）、銅（Cu）或鎂（Mg）的量小於約3 wt ppm時，不會產生此效果。當錫（Sn）、鐵（Fe）、銅（Cu）或鎂（Mg）的量大於約100 wt ppm時，接合線的硬度可增大且可能會發生偏析（segregation）。鈹（Be）、鎳（Ni）及鈦（Ti）可提高接合線的可靠性。然而，當鈹（Be）、鎳（Ni）或鈦（Ti）的量小於約3 wt ppm時，不會產生此效果。當鈹（Be）、鎳（Ni）或鈦（Ti）的量大於約100 wt ppm時，加工硬化所形成的硬度（work hardening-induced hardness）可增大且在所形成的合金的表面上可發生沈澱。鉍（Bi）、錳（Mn）及鍺（Ge）可改良球形狀均勻性。然而，當鉍（Bi）、錳（Mn）或鍺（Ge）的量小於約3 wt ppm時，不會產生此效果。當鉍（Bi）、錳（Mn）或鍺（Ge）的量大於約100 wt ppm時，在所形成的合金中可能會發生偏析。
在實施例中，當接合線的伸長率及楊氏模量過小時，接合特性可劣化：舉例而言，回路特性及球形狀均勻性可劣化，且可發生墊開裂。另一方面，當伸長率及楊氏模量過大時，可能不會形成接合線。
在實施例中，當接合線具有過高的無空氣焊球橫截面硬度及過高的接合球橫截面硬度時，接合特性可劣化：舉例而言，回路特性及球形狀均勻性可劣化，且可發生墊開裂。另一方面，當無空氣焊球具有過低的橫截面硬度且接合球具有過低的橫截面硬度時，可能無法發生打線接合。
2. 製造方法
圖2A是說明根據實施例的一種製造銀合金接合線的方法的方塊圖。
處理S100：可使用高純度的銀、或者藉由熔化及連續澆鑄來製備包含銀（其為主要組分）、及量為約1wt%至20wt%的金（Au）及鈀（Pd）的合金。可使高純度的銀或合金經歷包括若干步驟的持續拉延製程（drawing process）以形成直徑約200µm 或小於200µm 的線。
參照圖2B，在熔爐中將包含銀作為主要組分的金屬源材料熔化並進行澆鑄，以使得構成所述金屬源材料的組分具有目標組成比（composition ratio），以製備金屬源材料的合金溶液（S110）。就此而言，可對其添加除銀以外的材料。
接著，使金屬源材料的合金溶液冷卻並固化、且接著經歷鍛造及滾壓（rolling），藉此形成合金件（S120）。接著，將合金件打薄成直徑約6 mm至約9 mm的線（S130）。
在實施例中，可執行使金屬源材料的合金溶液變薄的步驟，以使合金溶液經歷連續澆鑄而形成直徑約6 mm至約9 mm的線（S115）。
使藉由打薄而獲得的直徑約6 mm至約9 mm的線經歷拉延及熱處理（S140）。所述拉延及熱處理可包括對線進行逐漸打薄及熱處理。可容許線通過多個模具，以減小線的橫截面面積。
當線的直徑介於約0.5 mm至約5 mm範圍內時，可執行第一熱處理。可在例如約550℃至約700℃的溫度下執行第一熱處理約0.5秒至5秒。舉例而言，可在約600℃至650℃的溫度下執行第一熱處理約2秒至約4秒。
視需要，當線的直徑介於約0.05 mm至約0.5 mm範圍內時，可進一步執行第二熱處理。可在例如約550℃至約700℃的溫度下執行第二熱處理約0.5秒至5秒。舉例而言，可在約600℃至650℃的溫度下執行第二熱處理約2秒至約4秒。
此項技術中具有通常知識者可理解當線被容許依序通過多個模具時線的直徑是如何減小。換言之，線的直徑是藉由使線通過多個模具而減小，所述多個模具以首先排列具有較大孔的方式被排列。
當線的直徑處於特定範圍時，可在模具之間執行該些熱處理。換言之，當線的直徑介於約0.5 mm至約5 mm範圍內時，可在兩個模具之間執行第一熱處理。當線的直徑介於約0.05 mm至約0.5 mm範圍內時，可在兩個模具之間執行第二熱處理。
隨後，藉由拉延製程，使線的橫截面減小直至線具有目標直徑為止。就此而言，在線通過模具之前與之後之間，將線的橫截面減小比率調整成介於約7%至約15%範圍內。亦即，所述拉延製程可被構造成使通過模具之後的線的橫截面面積較通過模具之前的線的橫截面面積小約7%至約15%。舉例而言，在用於獲得約50µm 或小於50µm 的直徑的拉延製程的情形中，線的橫截面面積可被調整成介於約7%至約15%範圍內。
當線的橫截面面積的減小比率過高時，線中的晶體晶粒（crystal grain）可能過度地分散。另一方面，當線的橫截面面積的減小比率過低時，需要執行拉延製程太多次以獲得目標直徑，進而導致高的製造成本。
一旦拉延完全執行，便可藉由執行退火來控制伸長率（S150）。調整伸長率的退火條件可根據線的組成、線的橫截面面積的減小比率、熱處理條件而變化。舉例而言，可在約500℃至700℃的溫度下執行退火約1秒至20分鐘。
當退火溫度過低時，延性（ductility）及展性（malleability）可能不適宜用於打線接合。另一方面，當退火溫度過高時，晶體晶粒的大小可能過大，且回路可能偏轉。
在實施例中，可藉由以適宜的速度使線通過爐來執行退火製程。線通過爐的速度可相依於退火時間及爐的大小。
在本文中的比較例及實例中，藉由打薄而獲得的線在約400℃至約850℃的溫度下在氮氣（N2 ）氣氛中退火以具有各種不同的伸長率。
為製造具有約5%至約10%的伸長率的接合線，退火溫度可介於約400℃至約500℃範圍內；為製造具有約11%至約15%的伸長率的接合線，退火溫度可介於約500℃至約600℃範圍內；且為製造具有約16%至25%的伸長率的接合線，退火溫度可介於約600℃至850℃範圍內。
處理S200：藉由電解脫脂（electrolytic degreasing）或活化對接合線進行預處理，且在每一處理之後，可執行清洗及吹氣（air blowing）。因此，獲得了根據比較例及實例具有表1及表2所示組成比的銀合金接合線。
3. 測試方法                     （1）打線接合
圖3A是用以闡釋凸塊上針腳（SOB）接合的側視圖，且圖3B是圖3A所示部分B的平面圖。參照圖3A，將第一接合墊10及第二接合墊20設置成彼此電性連接，且將凸塊30設置於第二接合墊20上。凸塊30可為球凸塊（ball bump）或柱凸塊（stud bump）。本文中，將針對凸塊30為柱凸塊的情形來闡述實施例。
將凸塊30設置於第一接合墊10及第二接合墊20中的第二接合墊20上。對於此項技術中具有通常知識者而言，如何設置凸塊30為眾所習知，且因此，本文中將不再對其予以贅述。
在第一接合墊10上執行球接合，即，在銀合金接合線100的尖端處形成球，且接著，朝在第二接合墊20上的凸塊30引導銀合金接合線100，以對凸塊30執行針腳接合。
參照圖3B，針腳接合形狀可實質上對稱於中心線C。在針腳接合期間，當對銀合金接合線100的整個寬度均勻地施加力（power）且銀合金接合線100的性質在整個寬度上幾乎均勻時，針腳接觸表面的形狀及大小可實質上對稱於中心線C。
為進一步改良銀合金接合線100的接合特性，可藉由退火製程來改變機械特性，例如，伸長率。當伸長率改變時，楊氏模量相應地改變，且因此，第一接合墊10及第二接合墊20可具有極佳的接合特性且可不開裂。
（2）球形狀均勻性
在評估球形狀均勻性中：直徑約20µm 的接合線的尖端是以使形成於墊上的接合球具有約42µm 的直徑的方式接合至墊，且接著確認接合球的水平長度對接合球的垂直長度的比率是否接近1、接合線是否位於接合球的中心、接合球的邊緣是否如完整球體般平滑、或接合球的邊緣是否具有花葉狀曲線。
評估結果表示如下：
◎-接合球的水平長度對垂直長度的比率為0.99或大於0.99，接合線位於接合球的中心，且接合球的邊緣不具有花葉狀曲線；
○-當接合球的水平長度對垂直長度的比率介於0.96或大於0.96且小於0.99範圍內時，接合線位於接合球的中心，且接合球的邊緣具有花葉狀曲線；
△-當接合球的水平長度對垂直長度的比率為0.9或大於0.9時，接合球的邊緣具有花葉狀曲線，且不滿足◎及○的條件；以及
´-其他情形。
（3）回路特性
對以約3000µm 的間隔排列的2列接合墊中的一列接合墊執行球接合以形成凸塊，且對另一列接合墊執行球接合。接著，在形成回路的同時對凸塊執行針腳接合。
接著，從各對回路的間隔中，最小間隔被確定為代表所述各對回路的間隔的值。藉此，回路的線性得到評估。
◎表示回路的代表性間隔介於111µm 至125µm 範圍內的情形；○表示回路的代表性間隔介於105µm 或大於105µm 與111µm 或小於111µm 範圍內的情形；且△表示回路的代表性間隔小於105µm 的情形。
（4）墊開裂
對一列接合墊執行球接合以形成凸塊，且接著，移除球接合，並確認接合墊是否開裂。
分析了共計100個接合墊。分析結果評估如下：◎表示所有接合墊皆不開裂的情形，○表示1至5個接合墊開裂的情形，△表示6至10個接合墊開裂的情形，且´表示11個接合墊開裂的情形。
4. 測試結果
[表1]
[表2] （1）結果分析
為評估比較例及實例的機械特性，在應用時間為10秒、潛變（creep）時間為5秒、且被施加的負載為20 mN的條件下，使用費希爾公司（Fisher Company）生產的HM2000設備對維氏硬度（hardness vickers，Hv）進行了量測。
為評估比較例及實例的接合特性，在氣體氣氛中及在空氣氣氛中執行了在銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球的製程。當在氣體氣氛中在銀合金接合線上形成無空氣焊球時，結果示出於表1中，且當在空氣氣氛中在具有與在氣體氣氛中所使用者相同的組成物的銀合金接合線上形成無空氣焊球時，結果示出於表2中。
（2-A）比較例1A及比較例2A
當含銀量小於約80wt%的銀合金接合線被形成為使銀合金接合線的伸長率為約22%時，楊氏模量的值為約73 GPa至78 GPa。當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，回路特性及球形狀均勻性非常好，且墊開裂情況適中。亦即，在比較例1A及比較例2A的情形中，即使當伸長率及楊氏模量被調整為等於實例的情形中的伸長率及楊氏模量時，在銀的含量低（約小於80wt%）的情況下，所形成的銀合金接合線的接合特性仍不好。
（2-B）比較例1B及比較例2B
當含銀量小於約80wt%的銀合金接合線被形成為使銀合金接合線的伸長率為約22%時，楊氏模量的值為約73 GPa至78 GPa。當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，回路特性及球形狀均勻性非常好，且墊開裂情況差。亦即，在比較例1B及比較例2B的情形中，即使當伸長率及楊氏模量被調整為等於實例的情形中的伸長率及楊氏模量時，在銀的含量低（約小於80wt%）的情況下，所形成的銀合金接合線的接合特性仍不好。
（3-A）比較例3A至比較例5A
使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約8%變為約14%。較大的伸長率造成了介於約51 GPa至54 GPa範圍內的較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，在比較實3A的情形中，回路特性適中，球形狀均勻性差，且墊開裂情況適中。在比較例4A的情形中，回路特性適中，球形狀均勻性差，且墊開裂情況良好。在比較例5A的情形中，回路特性及球形狀均勻性適中，且墊開裂情況非常好。亦即，當伸長率自約8%增大至約14%時，楊氏模量增大且接合特性提高。然而，接合特性並不好。
（3-B）比較例3B至比較例5B
使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約8%變為約14%。較大的伸長率造成了介於約51 GPa至54 GPa範圍內的較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，在比較例3B的情形中，回路特性適中，球形狀均勻性差，且墊開裂情況差。在比較例4B的情形中，回路特性適中，球形狀均勻性差，且墊開裂情況差。在比較例5B的情形中，回路特性及球形狀均勻性適中，且墊開裂情況皆適中。亦即，當伸長率自約8%增大至約14%時，楊氏模量增大且接合特性提高。然而，接合特性並不好。
（4）比較例6A及比較例6B
在比較例6A及比較例6B的情形中，未在機械特性及接合特性方面對伸長率約28%或大於28%的銀合金接合線進行評估。
（5-A）實例1A
相較於比較例1A及比較例2A，當銀量為約80wt%且伸長率為約22%時，楊氏模量為約76 GPa。當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，回路特性及球形狀均勻性非常好且墊開裂情況良好。亦即，認為當銀量為約80wt%或大於80wt%時，銀合金接合線的接合特性較當銀量小於約80wt%時佳。
（5-B）實例1B
相較於比較例1B及比較例2B，當銀量為約80wt%且伸長率為約22%時，楊氏模量為約76 GPa。當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，回路特性及球形狀均勻性非常好且墊開裂情況良好。亦即，認為當銀量為約80wt%或大於80wt%時，銀合金接合線的接合特性較當銀量小於約80wt%時佳。
（6-A）實例2A及實例3A
相較於比較例3A至比較例5A，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約15%或大於15%變為小於約18%。較大的伸長率造成了較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，在實例2A的情形中，回路特性及球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。在實例3A的情形中，回路特性及球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。
亦即，在具有約15%或大於15%的伸長率的銀合金接合線的情形中，甚至當銀合金接合線的接合特性並不非常好時，由於接合特性處於在製造製程中發生的錯誤餘裕（margin of errors）內，因此確定銀合金接合線具有良好的接合特性。
（6-B）實例2B及實例3B
相較於比較例3B至比較例5B，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約15%或大於15%變為小於約18%。較大的伸長率造成了較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，在實例2B的情形中，回路特性及球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。在比較實例3B的情形中，回路特性非常好，球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。
亦即，在具有約15%或大於15%的伸長率的銀合金接合線的情形中，甚至當銀合金接合線的接合特性並不非常好時，由於接合特性處於在製造製程中發生的錯誤餘裕內，因此確定銀合金接合線具有良好的接合特性。
（7-A）實例4A至實例6A
在本文所用所有實例中，該些實例所具有的機械特性示出適宜的結果。
相較於比較例3A至比較例5A，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約18%變為約22%。當伸長率增大時，楊氏模量與增大的伸長率成比例地自約73 GPa增大至76 GPa，無空氣焊球橫截面硬度自約58 Hv減小至55 Hv，且接合球橫截面硬度自約94 Hv減小至93 Hv。
當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，在實例4A至實例6A的情形中，回路特性、球形狀均勻性及墊開裂情況皆非常好。亦即，在與實例4A至實例6A對應的伸長率範圍內，獲得了適宜的接合特性。
（7-B）實例4B至實例6B
在本文所用所有實例中，該些實例所具有的機械特性示出適宜的結果。
相較於比較例3B至比較例5B，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約18%變為約22%。當伸長率增大時，楊氏模量與增大的伸長率成比例地自約73 GPa增大至76 GPa，無空氣焊球橫截面硬度自約63 Hv減小至60 Hv，且接合球橫截面硬度自約101 Hv減小至100 Hv。
當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，在實例4B至實例6B的情形中，回路特性、球形狀均勻性及墊開裂情況皆非常好。亦即，在與實例4A至實例6A對應的伸長率範圍內獲得了適宜的接合特性。
（8-A）實例7A及實例8A
相較於比較例3A至比較例6A，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約23.5%或大於23.5%變為小於約25%。較大的伸長率造成了較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在氣體氣氛中形成無空氣焊球時，在實例7A至實例8A的情形中，回路特性非常好，球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。亦即，在具有大於約22%至25%或小於25%的伸長率的銀合金接合線的情形中，甚至當銀合金接合線的接合特性並不非常好時，由於接合特性處於在製造製程中發生的錯誤餘裕內，因此確定銀合金接合線具有良好的接合特性。
（8-B）實例7B及實例8B
相較於比較例3B至比較例6B，使用了具有約90wt%的銀、約8wt%的金、約2wt%的鈀、約10 wt ppm的鈣、約50 wt ppm的銅、約5 wt ppm的鈹及約15 wt ppm的鍺的銀合金接合線。銀合金接合線的伸長率自約23.5%變為約25%。較大的伸長率造成了較大的楊氏模量、以及較低的無空氣焊球橫截面硬度及較低的接合球橫截面硬度。
當在空氣氣氛中形成無空氣焊球時，在實例7B及實例8B的情形中，回路特性非常好，球形狀均勻性良好，且墊開裂情況非常好。亦即，在具有大於約22%至25%或小於25%的伸長率的銀合金接合線的情形中，甚至當銀合金接合線的接合特性並不非常好時，由於接合特性處於在製造製程中發生的錯誤餘裕內，因此確定銀合金接合線具有良好的接合特性。
5. 結論
根據實施例，當藉由改變合金組成及機械特性（例如，其伸長率、楊氏模量或橫截面硬度）而獲得的具有特定範圍的機械特性的銀合金接合線，在氣體氣氛中或在空氣氣氛中形成無空氣焊球並藉由打線接合而接合至半導體元件墊時，銀合金接合線可具有相對於半導體元件墊的極佳的接合特性，且亦提供高的產品可靠性。
根據本發明概念，即使當在氣氛中在接合線的尖端處形成無空氣焊球時，例如球形狀及高濕度可靠性等特性亦為良好的，而無需形成氮氣氣氛，因而使得製造成本可被降低。
應理解，本文所述示例性實施例應被視為僅具有說明性意義，而非用以限制目的。在每一示例性實施例內對特徵或態樣的說明通常應被視為可用於其他示例性實施例中的其他類似特徵或態樣。
10‧‧‧第一接合墊
20‧‧‧第二接合墊
30‧‧‧凸塊
100‧‧‧銀合金接合線
B‧‧‧部分
C‧‧‧中心線
S100、S110、S115、S120、S130、S140、S150、S200‧‧‧處理
結合附圖藉由閱讀對示例性實施例的以下說明，該些及/或其他態樣將變得顯而易見且更易於理解，在附圖中： 圖1A及圖1B是在銀（Ag）合金接合線的尖端處形成的無空氣焊球（FAB）的橫截面的影像。 圖2A及圖2B是說明根據實施例的一種製造銀合金接合線的方法的方塊圖。 圖3A及圖3B分別是根據實施例，進行接合後的銀合金接合線的側視圖及平面圖。
S100、S200‧‧‧處理

Claims (9)

  1. 一種銀合金接合線，包含： 約1重量%（wt%）至約20重量%（wt%）的第一附加元素； 約3 wt ppm至約100 wt ppm的第二附加元素；以及 其餘為銀（Ag）， 其中 所述第一附加元素包括金（Au）、鈀（Pd）或其合金， 所述第二附加元素包括選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一者， 所述銀合金接合線的伸長率介於約15%至約25%範圍內，且 所述銀合金接合線的楊氏模量介於約60 GPa至約80 GPa範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的銀合金接合線，其中 所述銀合金接合線的所述伸長率介於約18%至約22%範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的銀合金接合線，其中 所述銀合金接合線的所述楊氏模量介於約65 GPa至約80 GPa範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的銀合金接合線，其中 當在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球（FAB）時， 所述無空氣焊球具有約50 Hv至約80 Hv的橫截面硬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的銀合金接合線，其中 在所述銀合金接合線接合至接合墊後， 所述銀合金接合線的接合部分具有約80 Hv至約120 Hv的橫截面硬度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的銀合金接合線，其中 當在空氣氣氛中在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球時墊開裂的機率實質上相同於當在氣體氣氛中在所述銀合金接合線的尖端處形成無空氣焊球時墊開裂的機率。
  7. 一種製造銀合金接合線的方法，所述製造銀合金接合線的方法包括： 製備第一線，所述第一線包含： 約1wt%至約20wt%的第一附加元素； 約3 wt ppm至約100 wt ppm的第二附加元素；以及 其餘為銀（Ag）， 其中所述第一附加元素包括金（Au）、鈀（Pd）或其合金， 所述第二附加元素包括選自鈣（Ca）、鑭（La）、鈹（Be）、鍺（Ge）、鎳（Ni）、鉍（Bi）、釔（Y）、錳（Mn）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鐵（Fe）、銅（Cu）及鎂（Mg）中的至少一者；以及 將所述第一線在約500℃至約700℃範圍內在氮氣氣氛中退火，以獲得約15%至約25%的伸長率及約60 GPa至約80 GPa的楊氏模量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的製造銀合金接合線的方法，其中 所述第一線的所述伸長率介於約18%至約22%範圍內。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的製造銀合金接合線的方法，其中 所述第一線的所述楊氏模量介於約65 GPa至約80 GPa範圍內。
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