TW201816803A - 接合線 - Google Patents
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Abstract
本發明的接合線包括：線心材，將銀的含量設為85重量%至99.99重量%，剩餘部分包括金、銅、鎳、鈀及鉑中的至少一種以上的元素；被覆層，包括金及鈀中的至少一種以上的元素；及防擴散層，位於線心材與被覆層之間，包括鈷、銥及鎳中的至少一種以上的元素。
Description
本發明是有關於一種接合線，更具體而言，有關於一種形成至接合線的前端的無空氣焊球的特性得到改善且電阻率優異的接合線。
於用以安裝半導體元件的半導體封裝體中存在各種構造，為了連接基板與半導體元件或連接半導體元件之間而仍廣泛地使用接合線。多用金（Au）接合線作為接合線，但上述金接合線不僅價格較高，而且最近金價急遽地上升，故而要求一種可替代上述金接合線的接合線。作為金的替代材料而受到青睞的銅（Cu）線因銅固有的高硬度而於接合時頻繁地產生墊龜裂（pad crack）現象，高積體封裝體所需的凸塊縫合（stitch-on-bump，SOB）接合因銅的高硬度與強氧化性而未得到解決。作為解決上述問題的對策，活躍地對以價格相對較價的銀（Ag）為主成分的接合線進行研究。正在努力藉由將銀與其他金屬元素製成合金而開發一種性質優異的接合線，但仍需進一步改善。
[發明欲解決的課題]
本發明的技術思想欲解決的課題在於提供一種於在大氣中形成無空氣焊球時，形成至接合線前端的無空氣焊球的特性得到改善且電阻率優異的接合線。
[解決課題的手段]
本發明的技術思想的一實施例的接合線包括：線心材，將銀（Ag）的含量設為85重量%至99.99重量%，剩餘部分包括金（Au）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鈀（Pd）及鉑（Pt）中的至少一種以上的元素；被覆層，包括金（Au）及鈀（Pd）中的至少一種以上的元素；及防擴散層，位於上述線心材與上述被覆層之間，包括鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的至少一種以上的元素。
[發明效果]
本發明提供一種於在大氣中形成無空氣焊球時，形成至線前端的無空氣焊球的特性得到改善且電阻率優異的接合線。
以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明概念的較佳的實施例進行說明。然而，本發明概念的實施例可變形為多種不同的形態，本發明概念的範圍不應解釋為限定於下述實施例。本發明概念的實施例較佳為解釋為是為了向於本技術領域內具有常識者更完整地說明本發明概念而提供。相同的符號始終表示相同的要素。進而，概略性地描繪圖中的各種要素與區域。因此，本發明概念並不限制於隨附圖式中所描繪的相對性的尺寸或間隔。
於本發明的實施例中，重量%是以百分比表示相應的成分於合金的整體重量中佔據的重量，莫耳%是以百分比表示相應的成分於合金的整體莫耳（mole）中佔據的莫耳。
第1、第2等用語可用於說明各種構成要素，但上述構成要素並不限定於上述用語。上述用語僅以將一個構成要素區分於其他構成要素為目的而使用。例如，可不脫離本發明概念的申請專利範圍而將第1構成要素命名為第2構成要素，相反地，可將第2構成要素命名為第1構成要素。
使用於本申請案的用語僅用於說明特定的實施例，並非意欲限定本發明概念。只要未於文中明確地表示其他含義，則單數的表達包括複數的表達。於本申請案中，｢包括」或｢具有」等表達應理解為表示存在說明書中所記載的特徵、個數、步驟、動作、構成要素、零件或其等的組合，並不預先排除一個或一個以上的其他特徵、個數、動作、構成要素、零件或其等的組合的存在可能性或附加可能性。
只要未不同地定義，則此處所使用的所有用語包括技術用語與科學用語而具有與於本發明概念所屬的技術領域內具有常識者共同理解的含義相同的含義。並且，應解釋為通常使用的與字典中所定義的含義相同的用語在相關的技術段落中具有與其所指的含義一致的含義，且應理解只要未於此處明確地定義，則不可過度地解釋為形式上的含義。
本發明揭示一種以銀（Ag）為主成分且更包括微量成分的接合線。此處，主成分（main component）是指相應的元素的含量相對於整體成分而超過50重量%。即，以銀為主成分是指銀的含量相對於銀與其他元素的合計而超過50重量%。
以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明的技術思想的實施例進行說明。
圖1是表示本發明的實施例的接合線的立體圖。
圖2是沿圖1的接合線的A-A觀察的剖面圖。
如圖1及圖2所示，接合線100包括內側的線心材120、外側的被覆層140及位於上述線心材120與上述被覆層140之間的防擴散層130。
內側的線心材120構成為具有固定的直徑的圓桿狀，其材質是由以銀為主成分的合金製造。即，線心材120可將銀（Ag）的含量設為85重量%至99.99重量%，剩餘部分包括金（Au）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鈀（Pd）及鉑（Pt）中的至少一種以上的元素。
防擴散層130構成為包覆內側的線心材120的外表面的實質上具有固定厚度且呈環狀剖面的管狀，其材質由鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的至少一種以上的元素或其等的合金形成。
外側的被覆層140構成為包覆防擴散層130的外表面的實質上具有固定厚度且呈環狀剖面的管狀，其材質由金（Au）及鈀（Pd）中的至少一種以上的元素或其等的合金形成。
如上所述，本發明的實施例的接合線100形成為於銀合金的線心材120形成防擴散層130，將金及/或鈀作為被覆層140而包覆防擴散層130的構造，故而可與僅由金構成接合線的情形相同或相似地具有可相對於接合線的外表面保持相同的硬度及強度的特性。因此，於進行接合製程時，可如由金製作的接合線般實現如下製程：即便對基板上的接合墊施加規定的衝擊，亦不對上述接合墊造成損傷。並且，可藉由以金及/或鈀包覆銀合金的形狀而防止銀合金氧化。並且，本發明的接合線100形成為由金及/或鈀包覆銀合金的構造，故而可保持與僅由金構成的接合線相同或相似的耐蝕性、軟性、彈性及導電性優異的特性。
進而，本發明的接合線100中僅銀合金的被覆層140由金及/或鈀形成，故而可較整體由金構成的接合線明顯地降低製造單價。
並且，於為了將於普通的銀合金線心材形成有金被覆層的接合線接合至基板上的接合墊而產生無空氣焊球（Free Air Ball，FAB）時，只有使用氮氣環境（僅使用氮氣、或使用氮氣與氫氣的混合氣體）才可形成接近真球的FAB。其原因在於：於進行形成FAB的製程時，接合線因場發射溶解而形成FAB，於在大氣中形成FAB時，因接合線的表面急遽地氧化而不穩定地製成FAB。
因此，於在普通的銀合金的線心材形成有金被覆層的接合線中，在氮氣環境下，FAB的形狀穩定地呈真球形態，但為了製造氮氣環境而產生因設置氣體套組及消耗氣體產生的費用。並且，於FAB的形狀條件下，產生各種與氣體流量對應的變形條件，因此，為了將上述FAB應用至接合線而需要較多的時間與努力。
然而，本發明的實施例的接合線100是以2 nm至150 nm的厚度於銀合金的線心材120形成金及/或鈀的被覆層140，而實質上以固定的厚度於銀合金的線心材120的外表面被覆金及/或鈀，藉此可具有如下優點：於大氣中亦能夠以真球形或接近真球形的形狀形成FAB，穩定地接合至基板上的接合墊。於上述被覆層140的厚度未滿2 nm或超過150 nm的情形時，FAB的特性會不優異，製造單價會上升。
並且，本發明的實施例的接合線100於銀合金的線心材120與金及/或鈀的被覆層140之間更包括防擴散層130作為可充分地阻斷原子的擴散移動的中間層。
防擴散層130可位於線心材120與被覆層140之間，包括鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的至少一種以上的元素，以2 nm至150 nm的厚度形成。於在大氣中於包括被覆層140的接合線100的前端形成FAB的情形時，上述防擴散層130可減少因原子擴散引起的表面張力不均勻。因此，可防止形成自接合線100的中心軸向一側傾斜或較長地形成為橢圓形的FAB。於上述防擴散層130的厚度未滿2 nm或超過50 nm的情形時，FAB的特性會不優異。
並且，於在此種原子擴散得到抑制的接合線100形成FAB的情形時，沿FAB的外表面形成金及/或鈀的富集（rich）區域，從而於將FAB接合至基板上的接合墊時，可提高接合可靠性。
自接合線100的中心向外表面方向測定線心材120與防擴散層130的交界而定為構成線心材120的物質的含量成為50莫耳%的部位。自接合線100的外表面向中心方向測定防擴散層130與被覆層140的交界而定為構成被覆層140的物質的含量成為50莫耳%的部位。換言之，被覆層140是指金及/或鈀的含量為50莫耳%以上的區間。可利用下文敍述的歐傑電子分光器測定此種交界處的物質的含量。
＜製造方法＞ 圖3是表示本發明的一實施例的接合線100的製造方法的方塊圖。
步驟S200：可使用高純度的銀（Ag）、或按照以銀為主成分而將金（Au）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鈀（Pd）及鉑（Pt）中的至少一種以上的元素設為約0.01重量%至約15重量%的方式進行溶解及連續鑄造來製作合金而成的鑄造材料。可經由多個步驟的連續伸線過程而將高純度的銀或合金而成的鑄造材料加工成具有約200 μm以下的直徑的第1線。
參照圖4的第1線的製造方法，為了具有所期望的組成而於溶解爐中溶解鑄造包括銀（Ag）作為主成分的金屬原料，藉此可製造金屬原料的合金液（步驟S210）。此時，可更添加1重量ppm至100重量ppm的除銀（Ag）以外的作為性能控制成分的鈹（Be）、鈣（Ca）、鈰（Ce）、鍺（Ge）、鑭（La）及鎂（Mg）中的至少一種以上的元素。僅添加微量的性能控制成分，於添加超過100重量ppm的上述性能控制成分的情形時，會對主元素的物性產生影響。
此後，可將上述金屬原料的合金液冷卻及凝固而藉由鍛造、軋製等獲得合金片（piece）（步驟S220）。接著，能夠以具有約6 mm至約9 mm的直徑的方式對上述合金片進行1次細線化（步驟S230）。
對以具有約6 mm至約9 mm的直徑的方式進行細線化的1次細線進行伸線及熱處理（步驟S240）。於上述伸線及熱處理步驟中，可包括將1次細線逐漸地細線化並進行熱處理的過程。為了對上述1次細線進行細線化，可使上述1次細線通過多層模具（dice）而減小細線的截面面積。
於上述細線的直徑為約0.5 mm至約5 mm時，可包括執行1次熱處理的步驟。例如，上述1次熱處理可於約550℃至約700℃下執行約0.5秒至約5秒。更佳為上述1次熱處理可於約600℃至約650℃下執行約2秒至約4秒。
可選地，於上述細線的直徑為約0.05 mm至約0.4 mm時，可更包括執行2次熱處理的步驟。例如，上述2次熱處理可於約550℃至約700℃下執行約0.5秒至約5秒。更佳為上述2次熱處理可於約600℃至約650℃下執行約2秒至約4秒。
於本技術領域內具有常識者應可理解，上述細線藉由依序通過多個模具而直徑減小。換言之，上述細線依序通過以孔的尺寸逐漸減小的方式排列的多個模具而直徑減小。
於上述細線的直徑屬於相應的範圍內時，可於任意的模具與模具之間執行上述熱處理。換言之，於上述細線的直徑為約0.5 mm至約5 mm時，可於任意的兩個模具之間執行上述1次熱處理。於上述細線的直徑為約0.1 mm至約0.5 mm時，可於任意的兩個模具之間執行上述2次熱處理。
繼而，藉由伸線加工對上述細線進行伸線直至製造出所期望的直徑的接合線為止，藉此減小線的截面。此時，可將模具處理前後的接合線的截面減小率調節為約7%至約15%。即，能夠以如下方式構成製程：於伸線中的線通過一個模具時，通過後的截面面積較通過前的截面面積減小約7%至約15%左右。特別是，於伸線成50 μm以下的範圍的直徑的製程中的接合線的截面減小率較佳為調節為約7%至約15%。
若接合線的截面減小率過高，則接合線內的晶粒的散佈會變得過大。並且，若接合線的截面減小率過低，則獲得所期望的直徑的接合線所需的伸線加工次數變得過多而會於經濟方面不利。
可選地，為了調節延伸率（elongation），可於伸線結束後更執行退火（annealing）（步驟S250）。用以調節延伸率的退火條件可根據細線的組成、減縮率、熱處理條件等而不同，但可於大致400℃至600℃的溫度下執行約1秒至約20分鐘，於本技術領域內具有常識者可適當地選擇具體的退火條件。
若上述退火溫度過低，則會無法確保接合時所需的軟性與展性，相反地，若上述退火溫度過高，則晶粒的尺寸會變得過大，接合時會發生如環圈（loop）坍塌的不良，因此欠佳。
並且，若上述退火時間過短，則會無法確保加工所需的軟性與展性，相反地，若上述退火時間過長，則晶粒的尺寸會變得過大，於經濟方面不利，因此欠佳。
例如，可藉由使接合線以適當的速度通過爐（furnace）而執行上述退火製程。並且，可根據退火時間與爐的尺寸而確定接合線通過爐的速度。
步驟S300：能夠以規定的厚度於第1線形成防擴散層而製作第2線。形成上述防擴散層的方法可藉由電鍍、無電解鍍覆、濺鍍方式等進行。於藉由鍍覆形成鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的至少一種以上的元素層的情形時，在進行鍍覆製程時，可將鍍覆液的pH值設為大致5（弱酸性）至7（中性），鍍覆液的溫度保持為約50℃。於本技術領域內具有常識者可適當地選擇具體的鍍覆條件，並不限定於此。
步驟S400：能夠以規定的厚度於第2線形成被覆層而製作第3線。與於步驟S300中形成防擴散層的方法相比，僅是被覆物質不同地為金（Au）及/或鈀（Pd），其他製造條件相同或相似，因此此處省略詳細的說明。於本技術領域內具有常識者可適當地選擇具體的鍍覆條件。
步驟S500：可對上述第3線進行作為預處理的電解脫脂及活化處理，於各製程後實施水洗與鼓風（air blowing）。於對上述第3線進行預處理製程後，完成本發明的實施例的接合線。
以下，根據具體的比較例及實驗例而更詳細地對本發明的構成及效果進行說明，但這些實驗例僅用以更明確地理解本發明，並非意欲限定本發明的範圍。於比較例及實驗例中，藉由如下所述的方法對物性進行評估。
1.試驗方法
（1）被覆層的平均銀（Ag）含量 利用使用歐傑電子分光器（Auger Electron Spectroscopy）的深度分佈測定方式（depth profiling）分析被覆層的平均銀（Ag）含量。歐傑電子分光器為可自接合線的表面向中心方向進行蝕刻而確認包括哪種成分及該成分的量的設備，可實現與深度對應的成分分析，從而可確認被覆層的平均銀（Ag）含量。於作為線心材的成分的銀擴散至被覆層的情形時，作為被覆層的功能會下降，因此被覆層的銀含量越少則越佳。因此，本發明的技術思想的接合線是指被覆層的平均銀（Ag）含量為20莫耳%以下的情形。於此情形時，可評估為可靠性優異的接合線。
將被覆層的平均銀（Ag）含量為10莫耳%以下的情形評估為◎，將超過10莫耳%且20莫耳%以下的情形評估為○，將超過20莫耳%且40莫耳%以下的情形評估為△，將超過40莫耳%的情形評估為×。於本說明書中，◎表示非常好，○表示良好，△表示一般，×表示不良。
（2）被覆層外表面的銀（Ag）含量及結晶方位
①被覆層外表面的銀（Ag）含量 利用使用歐傑電子分光器（Auger Electron Spectroscopy）的深度分佈測定方式（depth profiling）分析被覆層外表面的銀（Ag）含量。此種方式與上述內容相同。於作為線心材的成分的銀擴散至被覆層的外表面的情形時，作為被覆層的功能會明顯下降，因此被覆層外表面的銀（Ag）含量越少則越佳。因此，本發明的技術思想的接合線是指被覆層外表面的銀（Ag）含量為10莫耳%以下的情形。於此情形時，可評估為可靠性優異的接合線。
將被覆層外表面的銀（Ag）含量為5莫耳%以下的情形評估為◎，將超過5莫耳%且10莫耳%以下的情形評估為○，將超過10莫耳%且50莫耳%以下的情形評估為△，將超過50莫耳%的情形評估為×。
②被覆層外表面的結晶方位 被覆層外表面的結晶方位分析可利用電子繞射圖案（electron backscatter diffraction，EBSD）設備沿接合線的長度方向對表面結晶方位進行分析。
如圖5（a）所示，可知於無防擴散層的情形時，若對被覆層外表面的結晶方位進行分析，則電子繞射圖案顯示為紅色，大部分為＜100＞結晶方位。如圖5（b）所示，可知於具有本發明的防擴散層的情形時，若對被覆層外表面的結晶方位進行分析，則電子繞射圖案顯示為藍色，大部分為＜111＞結晶方位。因此，可根據被覆層外表面的結晶方位為＜111＞的比率而推斷是否適當地形成防擴散層。因此，本發明的技術思想的接合線是指被覆層外表面的＜111＞結晶方位分佈於整體表面積中佔據的比率為50%以上的情形。於此情形時，可評估為可靠性優異的接合線。
將被覆層外表面的＜111＞結晶方位分佈於整體表面積中佔據的比率為75%以上的情形評估為◎，將50%以上且未滿75%的情形評估為○，將35%以上且未滿50%的情形評估為△，將未滿35%的情形評估為×。
（3）接合線的電阻率 電阻率能夠以與電阻、接合線的截面面積及接合線的長度相關的下述算式表示。
求出接合線的電阻，利用直徑與長度求出電阻率。接合線的電阻是使用4點電阻測定機（4 point probe）求出接合線的長度為300 mm時的電阻，利用重量測定法求出直徑。
重量測定法為如下方法：切割固定長度的接合線而測定重量，可利用重量、長度及密度計算直徑。
於上述算式中，可藉由截面面積計算直徑。可判斷為接合線的電阻率越低，則接合線的電特性越優異。並且，於接合線的電阻率過低的情形時，會難以控制電特性。因此，本發明的技術思想的接合線是指電阻率為1.8 μΩ∙cm至6.0 μΩ∙cm的情形。於此情形時，可評估為電特性優異的接合線。
將接合線的電阻率為1.8 μΩ∙cm以上且3.6 μΩ∙cm以下的情形評估為◎，將超過3.6 μΩ∙cm且6.0 μΩ∙cm以下的情形評估為○，將超過6.0 μΩ∙cm且10.0 μΩ∙cm以下的情形評估為△，將超過10.0 μΩ∙cm的情形評估為×。
（4）FAB的特性
①FAB的真圓度 利用掃描式電子顯微鏡（SEM）觀察FAB而確保如圖6所示的圖像來判斷FAB的真圓度。
如圖6（a）所示，若FAB的形狀保持圓形且任意測定3處的長度時無差異，則FAB的真圓度為100%。如圖6（b）所示，於分別描繪與FAB外切的圓及與FAB內切的圓時，根據上述兩個圓的直徑差計算FAB的真圓度。
若利用上述算式求出圖6（b）中的FAB的真圓度，則真圓度為80.1%。如圖6（c）所示，若於FAB的一部分存在皺癟的形態、突出的形態或凹陷的形態，則與FAB的真圓度無關而將此種FAB視為不良。可判斷為FAB的真圓度越接近100%，則越呈優異的形狀。因此，本發明的技術思想的接合線是指FAB的真圓度為85%以上的情形。於此情形時，可評估為FAB的特性優異的接合線。
將FAB的真圓度為90%以上的情形評估為◎，將85%以上且未滿90%的情形評估為○，將75%以上且未滿85%的情形評估為△，將未滿75%的情形評估為×。
②FAB的硬度 FAB的硬度測定是使用作為可測定微硬度（microhardness）的設備的費雪（Fisher）公司的微硬度計進行測定。首先，於在接合線的前端形成FAB後，利用環氧樹脂（epoxy）進行模塑。於環氧樹脂完全凝固的狀態下，以切割FAB的約一半的方式進行研磨（grinding）及/或拋光（polishing），使用1/4 μm的粉末進行拋光作業。測定對切割約一半的上述FAB的中心部施加20 mN的力時的維氏硬度（Hv）而確定FAB的硬度。FAB的維氏硬度越高，則越會於接合時產生墊龜裂等問題。並且，於FAB的維氏硬度未滿40 Hv的情形時，會產生接合形狀不均勻的問題。因此，本發明的技術思想的接合線是指FAB的硬度為40 Hv至80 Hv的情形。於此情形時，可評估為FAB的特性優異的接合線。
將FAB的硬度為40 Hv以上且60 Hv以下的情形評估為◎，將超過60 Hv且80 Hv以下的情形評估為○，將超過80 Hv且100 Hv以下的情形評估為△，將超過100 Hv的情形評估為×。
③FAB的晶粒尺寸 FAB的晶粒尺寸（grain size）的測定是於利用環氧樹脂對FAB進行模塑後，在充分凝固的狀態下使用日立公司及/或日本電子株式會社的離子拋光機（Ion polisher）沿接合線的長度方向與水平方向切割FAB的中心部。於切割後的上述FAB中測定晶粒的尺寸。測定晶粒的橫向尺寸及縱向尺寸而計算大致的尺寸。可判斷為FAB的晶粒尺寸越大，則FAB的強度越低而不產生墊龜裂。因此，本發明的技術思想的接合線是指FAB的晶粒尺寸為10 μm2
以上的情形。於此情形時，可評估為FAB的特性優異的接合線。
將FAB的晶粒尺寸為15 μm2
以上的情形評估為◎，將10 μm2
以上且未滿15 μm2
的情形評估為○，將5 μm2
以上且未滿10 μm2
的情形評估為△，將未滿5 μm2
的情形評估為×。
2.試驗結果 藉由上述製造方法而準備的試樣如下述表1，以所準備的上述試樣為對象而藉由上述試驗方法進行測定所得的試驗結果如下述表2。
關於本實驗中所使用的比較例及實驗例的接合線，使線心材的銀（Ag）含量及合金元素不同、使防擴散層的元素及厚度不同、使被覆層的元素及厚度不同。
[表1]
[表2]
於比較例1及實驗例1中，比較例1是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：於含有金（Au）及鈀（Pd）且具有銀（Ag）含量為84重量%的合金比率的線心材形成有防擴散層及被覆層。於此情形時，可知接合線的電阻率及FAB的硬度不良，FAB的晶粒尺寸為一般。與上述比較例1進行比較可知，實驗例1為除使用具有銀（Ag）含量為90重量%的合金比率的線心材以外其他條件相同的情形，接合線的電阻率非常好，FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸良好。
於比較例2及實驗例2中，比較例2是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：不於含有金（Au）、鈀（Pd）及鉑（Pt）且具有銀含量為95重量%的合金比率的線心材形成防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度及FAB的硬度為一般。與上述比較例2進行比較可知，實驗例2為除按照25 nm的厚度形成防擴散層以外其他條件相同的情形，FAB的真圓度及FAB的硬度非常好。
於比較例3及實驗例3中，比較例3是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：以52 nm的厚度於含有金（Au）及鈀（Pd）且具有銀含量為97重量%的合金比率的線心材形成防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。與上述比較例3進行比較可知，實驗例3為除按照20 nm的厚度形成防擴散層以外其他條件相同的情形，FAB的真圓度及FAB的硬度良好，FAB的晶粒尺寸非常好。
於比較例4及實驗例4中，比較例4是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：於含有金（Au）、鈀（Pd）及銅（Cu）且具有銀含量為96重量%的合金比率的線心材形成防擴散層，且不形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。與上述比較例4進行比較可知，實驗例4為除按照100 nm的厚度形成被覆層以外其他條件相同的情形，FAB的真圓度及FAB的硬度非常好，FAB的晶粒尺寸良好。
於比較例5及實驗例5中，比較例5是以如下接合線為對象而於大氣中形成FAB：於含有金（Au）、鈀（Pd）及鎳（Ni）且具有銀含量為98重量%的合金比率的線心材形成防擴散層，且以170 nm的厚度形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。與上述比較例5進行比較可知，實驗例5為除按照100 nm的厚度形成被覆層以外，其他條件相同的情形，FAB的真圓度良好，FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好。
於比較例6及實驗例6中，比較例6是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：於含有金（Au）、鉑（Pt）及銅（Cu）且具有銀含量為96重量%的合金比率的線心材形成包括鉑（Pt）的防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。與上述比較例6進行比較可知，實驗例6為除形成有包括銥（Ir）的防擴散層以外其他條件相同的情形，FAB的真圓度及FAB的硬度非常好，FAB的晶粒尺寸良好。
於比較例7及實驗例7中，比較例7是以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：於含有鈀（Pd）及鉑（Pt）且具有銀含量為94重量%的合金比率的線心材形成防擴散層，且形成包括鉑（Pt）的被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度為一般，FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。與上述比較例7進行比較可知，實驗例7為除形成有包括鈀（Pd）的被覆層以外其他條件相同的情形，FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸良好。
於實驗例8至實驗例12中，以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：以3 nm至40 nm的厚度於含有合金元素且具有銀含量為90重量%以上的合金比率的線心材形成包括鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的一種元素的防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好或良好。
即，構成防擴散層的鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）可與貴金屬、例如構成線心材的銀（Ag）或構成被覆層的金（Au）及/或鈀（Pd）形成混合物（mixture），但不形成金屬間化合物（intermetallic compound）。其原因在於：觀察構成上述防擴散層的元素與上述各貴金屬的相圖（phase diagram），其等的化合物不形成於接合線的實際使用區域。
於實驗例11至實驗例16中，以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：以3 nm至50 nm的厚度於含有合金元素且具有銀含量為90重量%以上的合金比率的線心材形成包括鎳（Ni）的防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好或良好。與上述實驗例進行比較可知，比較例3於以52 nm的厚度形成包括鎳（Ni）的防擴散層時，FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸不良。
即，可知包括規定的厚度的鎳（Ni）的防擴散層可使FAB的特性優異。然而，若防擴散層厚至固定範圍以上，則判斷為構成防擴散層的原子於形成FAB的過程中對被覆層產生影響而導致FAB的特性下降。
於實驗例17至實驗例19中，以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：以7 nm至15 nm的厚度於含有合金元素且具有銀含量為90重量%以上的合金比率的線心材形成包括鈷（Co）的防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好或良好。
即，可知包括規定的厚度的鈷（Co）的防擴散層可使FAB的特性優異。並且，可知構成防擴散層的元素可選擇不與貴金屬形成金屬間化合物的元素。
於實驗例20至實驗例23中，以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：以5 nm至20 nm的厚度於含有合金元素且具有銀含量為90重量%以上的合金比率的線心材形成包括銥（Ir）的防擴散層，且形成被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好或良好。
即，可知包括規定的厚度的銥（Ir）的防擴散層可使FAB的特性優異。並且，可知構成防擴散層的元素可選擇不與貴金屬形成金屬間化合物的元素。
於實驗例16及實驗例25中，以如下接合線試樣為對象而於大氣中形成FAB進行觀察：於含有合金元素且具有銀含量為85重量%以上的合金比率的線心材形成包括鎳（Ni）的防擴散層，且形成包括金（Au）或鈀（Pd）的被覆層。於此情形時，可知FAB的真圓度、FAB的硬度及FAB的晶粒尺寸非常好或良好。
即，可知於將鈀作為被覆層的情形時，亦表現出與將金作為被覆層的情形相同或相似的FAB的特性改善效果。
如上述試驗結果所示，可知於在線心材形成防擴散層及被覆層的情形時，於大氣中在接合線的前端形成FAB時，接合線的電阻率及FAB的特性亦優異。
於不形成防擴散層及被覆層中的任一者的情形時，表現出FAB的特性欠佳的結果，於使防擴散層及被覆層的厚度厚至規定的厚度以上的情形時，亦表現出FAB的特性欠佳的結果。並且，於不使用鈷（Co）、銥（Ir）及鎳（Ni）中的至少一種作為防擴散層的情形時，亦表現出FAB的特性欠佳的結果。可知於將形成有此種特性欠佳的FAB的接合線接合至基板上的接合墊時，如圖7的（a）所示般被覆層所包括的金（Au）擴散至內部整體而分佈。即，可知FAB的外表面未由金（Au）被覆。
相反地，如圖7（b）所示，於以規定的元素及規定的厚度於接合線形成防擴散層及被覆層的情形時，表現出FAB的特性優異的結果。可知於將形成有此種特性優異的FAB的接合線接合至基板上的接合墊時，沿所接合的FAB的外表面形成有被覆層所包括的金（Au）的富集區域。即，被覆層保持整體形狀而提高接合特性，從而可提高接合可靠性。
其結果，可知於如下情形時，FAB的特性不優於本發明的實施例：如比較例般不以規定的元素於線心材形成規定的厚度的防擴散層，且形成被覆層的情形；及於線心材形成防擴散層，且不以規定的元素形成規定的厚度的被覆層的情形。此種FAB的特性會於將FAB接合至基板上的接合墊時對接合線的接合可靠性產生影響。
因此，根據以規定的元素於線心材形成規定的厚度的防擴散層，且以規定的元素於上述防擴散層形成規定的厚度的被覆層的本發明的實施例，即便不形成氮氣環境而於大氣中在接合線前端形成FAB，亦可獲得FAB的特性良好的結果。根據本發明的技術思想，判斷具有如下優點：能夠以相對較低的製造單價製作可靠性等特性優異的接合線。
以上，參照隨附圖式而對本發明的實施例進行了說明，但於本發明所屬的技術領域內具有常識者應可理解，本發明可不變更其技術思想或必須的特徵而以其他具體的形態實施。因此，應理解如上所述的實施例於所有方面均為示例而並無限定性含義。
100‧‧‧接合線
120‧‧‧線心材
130‧‧‧防擴散層
140‧‧‧被覆層
S200、S210、S220、S230、S240、S250、S300、S400、S500‧‧‧步驟
圖1是表示本發明的實施例的接合線的立體圖。 圖2是沿圖1的接合線的A-A觀察的剖面圖。 圖3是表示本發明的一實施例的接合線的製造方法的方塊圖。 圖4是表示圖3的第1線的製造方法的方塊圖。 圖5是對接合線的表面的結晶方位進行分析的電子繞射圖案（EBSD）的照片。 圖6是對無空氣焊球的真圓度進行評估的掃描式電子顯微鏡（SEM）的照片。 圖7是表示將無空氣焊球接合至基板上的接合墊後的被覆層的金（Au）分佈的照片。
Claims (10)
- 一種接合線，包括： 線心材，將銀的含量設為85重量%至99.99重量%，剩餘部分包括金、銅、鎳、鈀及鉑中的至少一種以上的元素； 被覆層，包括金及鈀中的至少一種以上的元素；以及 防擴散層，位於所述線心材與所述被覆層之間，包括鈷、銥及鎳中的至少一種以上的元素。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中所述被覆層包括50莫耳%以上的金及鈀中的至少一種以上的元素。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於所述線心材中更包括1重量ppm至100重量ppm的鈹、鈣、鈰、鍺、鑭及鎂中的至少一種以上的元素。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於所述被覆層中，銀的平均含量為20莫耳%以下。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於所述被覆層的外表面，銀的含量為10莫耳%以下。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中構成所述被覆層的外表面的元素的結晶方位中＜111＞方向為50%以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於在所述接合線的前端形成無空氣焊球時， 所述無空氣焊球的真圓度為85%以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於在所述接合線的前端形成無空氣焊球時， 所述無空氣焊球的截面硬度為40 Hv至80 Hv。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其中於在所述接合線的前端形成無空氣焊球時， 所述無空氣焊球的平均晶粒尺寸為10 μm2 以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的接合線，其電阻率為1.8 μΩ∙cm至6.0 μΩ∙cm。
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