TWI509089B - Sectional Structure of Pure Copper Alloy Wire for Ultrasonic Jointing - Google Patents

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Description

超音波接合用純銅合金線的剖面構造
本發明係關於一種超音波接合用純銅合金線，適用於將半導體裝置中所使用的IC晶片電極與外部引線等的基板連接，特別關於一種車用或功率半導體及高速裝置用等的高溫環境下所使用的直徑為100~700μm的超音波連接用接合線以及相同剖面積的平角狀線材，或是在80μm以下的極細線中所使用的焊球(FAB)、超音波接合用銅接合線。
過去，因為在純度99.99質量%以上的金(Au)之中僅有未滿100質量ppm%之含其他金屬元素的純金線的可靠度優良，故大多將其作為使半導體裝置的IC晶片電極與外部引線連接的球狀接合用線材。此種純金線，其一端在形成熔融球體之後，藉由超音波並用熱壓接合法(第一接合)，球狀連接於IC晶片電極上的鋁焊墊，而另一端則以超音波法(第二接合)與印刷基板上的外部引線等超音波連接。接著，之後藉由模型樹脂將連接線封閉，而形成半導體裝置。又，此種線材，亦有不製作球體而是直接以超音波接合法進行粗線的第一接合與第二接合的方法。此外，鋁焊墊係將純鋁(Al)與0.2~2質量%的Si、Cu、Ni等合金化的鋁合金所構成，一般係以真空蒸鍍及磁控濺鍍等的乾式鍍敷所形成。
作為該純金線的代替品，以往即考慮使用微量添加鈦(Ti)、鋯(Zr)等卑金屬元素的純銅合金線。例如，日本特開昭61-99646號公報(後述 「專利文獻1」)之申請專利範圍中揭示一種半導體元件的接合用銅線，其特徵為「在99.99%以上的高純度銅(Cu)中，以5~150ppm含有第五周期元素中的鋯(Zr)5~50ppm、銀(Ag)10~100ppm、錫(Sn)10~100ppm等的1種或2種以上」；日本特開昭64-3903號公報的申請專利範圍中揭示一種用於電子設備的銅細線，其特徵為「包含Ti、Zr等的任1種或2種以上共0.05~10ppm以及氧1~30ppm，而剩餘部分由Cu所構成」；日本特開平6-168974號公報的申請專利範圍第1項中揭示一種連接線，其特徵為「在重量(wt)ppm中，含有選自Zr、Hf、Ti、Cr以及Mn的1種或2種以上的元素為20~560ppm...，而剩餘部分實際上由Cu所構成」；日本特開2008-85320號公報(後述「專利文獻2」)的申請專利範圍第3項揭示一種半導體裝置用銅合金連接線，其特徵為「含有：10~700質量ppm範圍的P、6~300質量ppm的範圍的Ti、6~30質量ppm的範圍的氧」；日本特開2012-89685號公報(後述「專利文獻3」)的申請專利範圍第2項中揭示一種銅連接線，「其係包含2mass ppm以上、12mass ppm以下的硫、超過2mass ppm、30mass ppm以下的氧以及4mass ppm以上55mass ppm以下的鈦，且剩餘部分為不可避免之雜質的銅連接線；該銅連接線，具有其加工前的結晶組織為從該表面往內部50μm之深度為止的平均晶粒尺寸在20μm以下的表層」；日本特開2013-26475號公報(後述「專利文獻4」)的申請專利範圍第2項中揭示一種銅連接線，其特徵為「含有超過2mass ppm的氧、含有2mass ppm以上12mass ppm以下的硫，且含有從以Ti、Zr等所形成的群組中選出的添加元素，而剩餘部分為銅的軟質稀薄銅合金材料所構成，其結晶組織為從該表面往內部至少深度為線徑之20%為止的平均晶粒尺寸在20μm以下」。該等的純銅合金線，相較於純金線較為便宜，故在線徑 較大的車用或功率半導體及高速裝置用等的在高溫環境下使用的超音波連接用接合線中，亦討論使用該材料。
該等的銅合金線材，純銅母材中所含的溶解氧(O)及硫(S)等的氣體成分使得接合特性變差，基於這樣的理解，意圖使用鈦(Ti)等的卑金屬元素，將溶解氧(O)及硫(S)等的氣體成分固定化。亦即，記載了下述內容：「2~12質量ppm的硫、2~30質量ppm的氧...及鈦(Ti)，成為TiO、TiO2 、TiS或具有Ti-O-S鍵結的化合物，或是TiO、TiO2 、TiS或具有Ti-O-S鍵結之化合物的凝集物，而包含於銅連接線，剩餘部分的Ti及S，則作為固溶體包含於銅連接線(後述「專利文獻3」的段落【0022】)」；或是「假設所有的氧為表面的氧化膜(Cu2 O)...30質量ppm的氧，(線徑25μm)中成為4.8nm。實際上，亦必須考慮銅中固溶的氧，故推定從氧濃度推算的Cu氧化膜之實際厚度變得更薄(日本特開2008-85320號公報的段落【0042】)」。
如此，即使藉由微量卑金屬元素的合金化，使得軟化溫度與純度99.9999質量%的純銅合金線一起下降，亦可在避免第一接合時之熔融球體變硬的情況下維持焊球接合時的接合特性，且亦可藉由超音波進行第二接合。
此處，焊球係指一邊對於從接合工具前端延伸出來的線材前端噴附氮等的非氧化性氣體及/或還原氣體，一邊藉由火花放電在線材前端形成的熔融球體。在焊球的情況中，因為連接線的熔融球體在第一接合之前被保持於氣體氛圍之中，故具有「純銅合金線未被氧化、即使在線材與焊墊的接合界面亦不會形成氧化膜」的優點。
然而，上述的純銅合金連接線，在試驗階段中，雖可得到滿 足焊球接合的接合條件，但在量產階段，以超音波接合所進行之第二接合的接合不均較大，故上述純銅合金連接線的實用化僅限於此。又，在以較大能量對粗線進行超音波接合的情況中，因為未將經接合之基板加熱，故相同地，第二接合的接合不均亦較大。
又，即使是在無微量添加元素的純度99.9999質量%以上的純銅合金中溶解氧為數質量ppm以下的純銅連接線，在將其試作為接合線的過程中，於第一接合時熔融球體變硬而引起鋁飛濺。
又，亦考慮下述方法：「將Au、Al、Cu的任一者作為主要元素，並進行伸線加工，以形成10~50μm左右的極細線，在將既定長度捲入捲軸的狀態下，安裝於線材接合器以進行使用(日本特開平6-151497號公報(後述「專利文獻5」)段落【0002】)」，並在對接合線進行熔解鑄造之後，對於金屬錠進行酸洗等，使其成為「特徵係表面之總有機碳量為50~1500μg/m2 的半導體元件的接合用線材(同公報申請專利範圍第1項)」。該方法中，「係製造表面之總有機碳量為50~1500μg/m2 之線材的一種方法，因為經由一般步驟，即熔解、鑄造、伸線、退火、捲繞步驟所製造的線材表面被認為總有機碳已超過1500μg/m2 ，故將其以...酸洗淨...等的方法洗淨，而使表面的總有機碳量在50~1500μg/m2 的範圍內(相同公報申請專利範圍第2項)。該方法只要在一般步驟中的退火步驟之前或是之後設置洗淨步驟即可，其具有容易實施的特徵(相同公報段落【0010】)」。接著，其記載下述內容：「作為潤滑劑成分，可列舉：石蠟系碳化氫、環烷系碳化氫、芳香族系碳化氫等礦油系、聚烯烴、烷基苯、脂肪酸、高級醇、脂肪酸肥皂、聚乙二醇、聚苯醚、脂肪酸二酯、多元醇酯、聚氧乙烯烷基醚、磺酸 鹽、胺、胺鹽、矽、磷酸酯、氟碳、氟聚醚、氟醇等的合成油系；牛油、豬油、棕櫚油、大豆油、菜籽油、蓖麻油、松根油等的天然油脂系，使用任一者皆可。又，亦可為該等數個成分的混合系列。(相同公報段落【0012】)」。
然而，即使將該方法應用於純銅線，在進行以超音波接合所進行的第二接合時，由於接合條件並不均勻，導致有時可進行牢固的接合，有時則無法。在特別高溫下使用的功率半導體等的情況中，如上所述，因為接合之基板(被接合材料)未被加熱，故對於接合線的表面狀態有很大的影響，即便是粗線，亦無法避免接合條件的不均勻。因此，若第二接合的接合強度弱，則加速在第二接合中氧化膜於接合界面發展，結果導致接合界面的接合強度變得更弱，此為先前技術所留下的課題。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開昭61-99646號公報
【專利文獻2】日本特開2008-85320號公報
【專利文獻3】日本特開2012-89685號公報
【專利文獻4】日本特開2013-26475號公報
【專利文獻5】日本特開平6-151497號公報
本發明係為了解決上述課題而完成者，目的在於提供一種線材的剖面構造，其可實現具有下述特性的純銅合金連接線：即使是純銅合金連接線，亦可在一定的期間內抑制大氣中的氧造成線材表面的銅氧化物 發展，在穩定以焊球進行的球狀接合的同時，使比焊球更難控制的超音波接合時的製程容許度更廣。
純銅合金連接線的情況中，相較於純金線材，線材表面容易與大氣中的氧反應，而容易形成穩定的氧化物(Cu2 O)膜，此已為人所知。本案發明人，詳細解析該氧化物(Cu2 O)的形成過程。首先，因為固相、氣相反應，使得純銅合金的線材表面與大氣中的氧結合，而在線材剖面的最外層形成不穩定的銅氧化物(Cu2-x O)。之後，暫時放置於室溫大氣中，從不穩定的銅氧化物(Cu2-x O)成長為穩定的銅氧化物(Cu2 O)，而線材表面最終變質成為斑狀(線材剖面為波紋模樣)。而本案發明人發現，該斑狀的銅氧化物(Cu2 O)層在進行超音波接合時，導致接合特性不穩定的現象。
亦得知，藉由酸洗淨去除該線材表面的銅氧化物(Cu2 O)層，使得伸線加工面的氧化物層脫落，則在銅合金線材表面形成新的活性面。與純金線不同，因為銅合金線的新活性面富有反應性，即使製造之後的接合線因銅合金的成分組成而使得接合特性良好，只要放置在大氣中就會再次覆蓋斑狀銅氧化物(Cu2 O)膜，導致來自銅合金成分組成的接合特性消失，結果使得超音波接合的接合條件變得不均。此現象，無論是純度99.9999質量%以上的無雜質的純銅合金線，或是銅(Cu)以外之金屬成分為0.02質量%以下的純銅合金連接線的情況，皆為相同。
又，與純金線的比較中，純銅合金連接線的情況，因為純銅(Cu)母材具有使氧穿透的性質，故其具有「只要將純銅合金線放置於大氣中，微量的卑金屬元素就會被內部氧化」的這種特徵。於是，本案發明人， 為了抑制純銅合金線材表面的銅氧化物變質成為斑狀，而使純銅(Cu)母材中含有易氧化的卑金屬元素，進而使得線材表面的氧優先與純銅(Cu)母材中的卑金屬元素反應。亦即，藉由使純銅(Cu)母材中存在易氧化的卑金屬元素，相較於大氣中的氧原子在線材表面從不穩定的銅氧化物(Cu2-x O)形成穩定的銅氧化物(Cu2 O)層，係大氣中的氧原子使純銅(Cu)母材中的卑金屬元素進行內部氧化。接著，在線材表面的銅氧化物層大部分為未飽和之銅氧化物(Cu2-x O)的期間，藉由形成其厚度不使該氧化物層還原之程度的有機碳層，而取得銅氧化物層的氧化還原的平衡，進而阻止斑狀的銅氧化物(Cu2 O)層在線材表面發展。結果，可使在進行超音波接合時的製程容許之範圍變寬，即使是直徑15μm以下的極細線，亦可穩定進行超音波接合，而能夠充分發揮來自銅合金之成分組成的良好接合特性。
用於解決本發明之課題的球狀接合用純銅合金連接線的剖面構造，係由銅(Cu)以外之金屬成分0.02質量%以下以及剩餘部分為銅(Cu)所構成的純銅合金線的剖面構造，其特徵為：該線材的成分組成，係由40質量ppm以上、未滿100質量ppm(以下簡記為「40~100質量ppm」)的鈦(Ti)、鋯(Zr)、鋅(Zn)以及錫(Sn)中至少1種卑金屬，以及剩餘部分為純度99.990~99.996質量%的銅(Cu)所構成，該線材的剖面構造，係藉由鑽石拉伸模使該線材表面縮徑的伸線加工面，在該線材表面的整個面上，形成由總有機碳量(TOC值)為(200~2,000或20~200程度)μg/m2 所構成的有機碳層，該線材剖面的最外層，形成由氧未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)所構成的2~20奈米厚銅氧化物層，而存在於該銅氧 化物層內側的上述卑金屬係尚未內部氧化的狀態。
本發明之純銅合金連接線的剖面構造中，使該線材表面為經由鑽石拉伸模而縮徑的伸線加工面，係因為鑽石拉伸模相對於純銅合金線的平滑性良好，故在經由連續伸線的加工階段，不會在線材表面出現新的活性面。由鑽石拉伸模所進行的一般縮徑，係由在水中或藉由沖淋的濕式連續伸線來進行，故不會因為該縮徑而在線材表面出現新的活性面，而不會在線材表面形成新的氧化膜。
本發明之純銅合金連接線的剖面構造中，使上述純銅合金線的成分組成為剩餘部分係純度99.990~99.996質量%的銅(Cu)，其原因之一，係避免因為銅(Cu)以外的氧化性金屬成分導致線材表面最外層的極薄氧化膜層發展。亦即，即使在純度99.990~99.996質量%的99.99質量%左右的純銅合金之範圍中，亦可優先使微量添加元素與大氣中的氧反應而進行內部氧化。而另一原因，係藉由所添加的本發明之微量卑金屬成分，可使得純銅合金連接線具有來自銅合金之成分組成的接合特性。亦即，藉由適當選擇該微量添加元素，利用在最外層的極薄氧化膜層，開發之前純銅合金連接線本身的硬度變軟的範圍，而可進行超音波連接。又，在製作焊球時，於熔融球體連接於純鋁(Al)焊墊或與0.2~2質量%的Si、Cu、Ni等合金化的Al合金焊墊等連接時，亦可避免產生鋁飛濺。
此處，在上述純銅合金線的成分組成中，使銅(Cu)以外的氧化性卑金屬成分為40~100質量ppm。使下限為40質量ppm，係即使最初在純銅母材中存在溶解氧或硫，該等的卑金屬亦可將所有的溶解氧或溶解硫固定，更進一步，該等卑金屬的一部分，在純銅母材內，與從線材表面入侵 的大氣中氧原子結合，而剩餘的卑金屬則為依然可進行內部氧化的未氧化狀態。藉由使純銅母材處於這種缺乏氧的狀態下，可延遲線材表面的未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層變質為飽和之銅氧化物(Cu2 O)層。
另一方面，使上限未滿100質量ppm，係因為若超過100質量ppm，即使是銀(Ag)及磷(P)，亦會使銅(Cu)母材變硬。又，在不具有銀(Ag)及磷(P)的情況中，配合純金合金連接線，亦具有「99.99%銅線」這樣的表示方法。根據使用接合線的半導體之規格，適當調整接合線的成分組成。此外，只要該等卑金屬未滿100質量ppm，則卑金屬添加元素並不會作為合金化元素而於純銅合金連接線的表面層附近表面偏析(surface segregation)。
本發明中的純銅合金線之具體的成分組成，在習知適當組合的純銅合金組成而進行實驗的結果，藉由可強烈表現線材表面之斑狀的銅氧化物(Cu2 O)層之影響的超音波接合試驗來進行選擇。本發明之純銅合金的情況中，線材表面的最外層係因為固相、氣相反應而發展的數奈米(nm)左右的銅氧化物(Cu2 O)層，但其正下方的純銅母材中，存在未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)層，亦存在銅(Cu)以外的卑金屬。因此，若不具有本發明的碳層，則線材表面的最外層，從未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)層形成斑狀的銅氧化物(Cu2 O)層，其反應機制如下。
純銅母材中的微量卑金屬，優先與侵入銅(Cu)母材中的氧原子結合，而在表層正下方形成卑金屬氧化物。若該卑金屬氧化物形成，則僅以附加於卑金屬的氧量，使銅(Cu)母材中的體積增加。因此，僅以銅(Cu)母材之晶格體積膨脹的量應變，而形成楔形的態樣，導致新的氧原子容易更往銅(Cu)母材內部深處行進。因為往內部行進的新的氧，而形成新的卑金 屬氧化物，再次使氧往內部行進。如此，銅(Cu)以外的卑金屬被內部氧化。此外，若該卑金屬的內部氧化進行到某種程度，則線材表面之未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)層因為大氣中的氧而成為飽和的銅氧化物(Cu2 O)層，而該銅氧化物(Cu2 O)層則在銅(Cu)母材內部，朝向容易成長的方向發展。結果，線材表面形成斑狀的飽和銅氧化物(Cu2 O)層。
本案發明人發現，該斑狀的銅氧化物(Cu2 O)層，係造成超音波接合之接合特性變差的原因。
本發明中，卑金屬係鈦(Ti)、鋯(Zr)、鋅(Zn)及錫(Sn)中的至少一種卑金屬。因為該等元素皆為易氧化的金屬，藉由該等元素的存在，使得線材表面之未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)層難以形成飽和的銅氧化物(Cu2 O)層。較宜為鈦(Ti)或鋯(Zr)。特別宜為鈦(Ti)。這是因為，如專利文獻3所記載，其在銅(Cu)母材中，不僅與氧形成穩定的化合物，亦與硫(S)形成穩定的化合物。
又，本發明中的金屬成分，亦可包含1~30質量ppm的銀(Ag)或1~100質量ppm的磷(P)。銀(Ag)在銅(Cu)母材中發揮延遲上述卑金屬凝集的作用。磷(P)具有在焊球的氮氣氛圍中，從熔融球體中將卑金屬氧化物還原的作用。又，銀(Ag)及磷(P)在銅(Cu)母材中並不會與上述卑金屬元素相互作用。因此，因為銀(Ag)或磷(P)對於銅(Cu)母材之卑金屬的作用不同，故宜與上述卑金屬元素共用。更佳的態樣，係銀(Ag)及磷(P)的總含量多於鈦(Ti)、鋯(Zr)、鋅(Zn)及錫(Sn)的總含量。特別是，銀(Ag)或磷(P)的總含量多於鈦(Ti)或鋯(Zr)的總含量為最佳。
在氧化物層的整個面中，使總有機碳量(TOC值)為 50~3,000μg/m2 ，係因為極薄的碳層無法直接測定。若碳層存在，則會汙染毛細管等的接合工具，而成為錯誤動作的原因，故碳層宜盡可能變薄。於是，使上限為3,000μg/m2 。較宜未滿1,000μg/m2 。另一方面，若太薄，則線材表面的未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層與大氣中的氧反應，故使下限為50μg/m2 左右。較宜為200μg/m2 以上。
有機碳層，係在純銅合金連接線的整個面上設置極薄的有機碳層。這是為了使大氣中的氧難以與線材表面的未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層接觸，而成為自然在純銅合金連接線表面形成之線材表面的未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層之極薄氧化膜層殘留的態樣，以避免其發展。雖可藉由以純水進行的溫水洗淨或超音波洗淨，或是有機高分子化合物的超稀薄溶液浸漬，將其控制在50~3,000μg/m2 的範圍內，但宜使用稀薄溶液進行浸漬。這是因為接合線材表面上，總有機碳量(TOC值)的變動較少。
有機碳層，可使用專利文獻5的段落【0012】之潤滑油成分，但較佳為對於純銅合金具有還原作用的來自水溶性醇類的有機碳層。因為有機碳層非常薄，故其亦可為來自界面活性劑的有機碳層。作為來自水溶性醇類的有機碳層，係因為醇類相對於純銅合金具有緩慢的還原性。又因為其可藉由之後的熱處理完全分解。因此，將純銅合金連接線浸漬於極低濃度的醇類水溶液，可在殘留有線材表面最外層之未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)的狀態下，於其整個面上設置極薄的有機碳層。此外，在線材表面無未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層之態樣下即形成有機碳層，會因為線材表面活性化而導致大氣中的氧與線材表面的銅(Cu)直接反應，最終形成飽和的銅氧化物(Cu2 O)層，故為不佳。
作為水溶性醇類，具有乙醇、甲醇、1-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、丙三醇等。較佳為來自乙醇、甲醇或異丙醇者。
本發明中，因為線材表面之未飽和的銅氧化物(Cu2-x O)層與有機碳層皆非常地薄，故在超音波接合時，與純銅合金連接線材表面鍵結較弱的銅氧化物(Cu2-x O)層與有機碳層，因為超音波能量而熱分解消失。另一方面，即使作為球狀接合線使用，第一接合的焊球接合時，因為比超音波能量更強的熔融球體的熱能，導致其在熔融球體形成階段蒸發，進而往球體內部分散消失。
在本發明之伸線加工面的整個面形成有機碳層，係因為若具有一部分未形成之處，則從該處與大氣中的氧(O)結合，而形成斑狀的完全銅氧化物(Cu2 O)層。
又，有機碳層的厚度，係使總有機碳量(TOC值)為50~3,000μg/m2 ，這是因為球狀接合用線的線徑一般而言為15~50μm，從總有機碳量(TOC值)可輕易地計算並求得有機碳層的理論厚度。
根據本發明之超音波接合用純銅合金連接線的剖面構造，因為在縮徑之不活潑的伸線加工面形成有機碳層，故可延遲線材表面的未飽和銅氧化物(Cu2-x O)層變質為飽和的銅氧化物(CuO)層。又，因為不具有形成由飽和銅氧化物(CuO)層構成之斑狀的完全氧化膜的情形，故可放寬超音波的設定條件(製程容許度)。藉此可進行細線化。又，本發明之球狀接合用純銅合金連接線的氧化性金屬成分，如同目前為止所知，其接合特性亦為 良好。又，本發明的球狀接合用純銅合金連接線，可保證到開始使用之前作為連接線的製品壽命。又，根據本發明之純銅合金連接線的剖面構造，即使反覆接合，亦不會造成毛細管的汙染。
將具有表1所示之成分組成的純銅合金線(銅(Cu)，其純度為99.9999質量%以上，其他合金化成分各為純度99.99質量%以上)均勻熔融鑄造及連續伸線，藉此得到直徑2mm的粗線。不對該粗線進行熱處理，而是以濕式藉由鑽石伸線膜進行連續伸線，得到直徑20μm的線材。之後，在連續浸漬於如表1所示之各種濃度的有機化合物溶液之後，進行調質熱處理，而得到本發明之球狀接合用純銅合金連接線(實施例1~實施例19)。
(總有機碳量(TOC)的測定)
以下述方式進行總有機碳量(TOC)的測定。
總有機碳量的測定，分別對於10,000m的純銅合金連接線進行秤重，加入200g的0.1N-NaOH水溶液，並在水浴中煮沸30分鐘以進行萃取，冷卻後加入2.5ml的8N-HCl稍微振盪，再以高純度空氣打氣15分鐘。將其供給至島津製作所製TOC-5000型有機碳測定機，以測定有機碳濃度，從該值計算 總有機碳重量，除以20μm徑的純銅合金連接線的表面積，以作為表面醇類及非離子性界面活性劑的總有機碳量。
接著，將上述本發明之球體接合用純銅合金連接線(實施例1~實施例19)維持於溫度20℃、濕度30%的無塵室內48小時之後，進行如表2所示之第二容許試驗，而得到表3的結果。
(第二容許試驗)
以超音波裝置所進行的第二容許試驗，係在X軸將超音波電流從10mA至130mA，以每階段10mA的方式設置13階段，而在Y軸，係將加壓力從10gf至100gf，以每階段10gf的方式設置10階段，並在所有130個區域中，求得可接合之區域的個數的試驗。表2所示的例中，對於具有實施例1之成分組成的製造後的直徑30μm的接合線，使用K&S公司製的全自動Ribbon bonder ICONN型超音波裝置，在鍍銀的引線框架(QFP-200)上，以120kHz的頻率，對於各容許度，進行1,000條的第二容許試驗。表2所示之例子的情況中，可接合區域(白色格子)的個數為65個。無法附著或停止接合的區域(網點狀的格子)之個數亦為65個。從此試驗結果可得知，線徑較粗且超音波輸出較大的接合線的情況中，只要將縮徑前的波紋模樣之溝槽的間隔及深度等適當變形即可。
(實施例的第二容許試驗)
對於本發明之球狀接合用純銅合金連接線(實施例1~實施例19)的優劣判斷，係在所有130個區域中，可進行超音波接合之製程容許數目的區域若為20個以上則標記為○，10~20個則標記為●，5~9個則標記為△，而4個以下則標記為×。
此外，超音波裝置的輸出，係因應接合線的線徑，適當決定最佳頻率(40~120kHz左右)與最佳輸出(0.1~5W左右)。
【比較例】
與實施例相同，得到直徑1mm的粗線，將其連續浸漬於表1所示之各種濃度的有機化合物溶液(其中，比較例1使用純水；比較例2使用稀硝酸對表面進行酸洗之後連續浸漬於乙醇溶液；比較例3係使用高濃度的非離子系界面活性劑；比較例4及5係使用超稀薄之1-丙醇及超稀薄的非離子 系界面活性劑)，而得到比較例的球狀接合用純銅合金連接線(比較例1~比較例5)。
接著，對於該純銅合金連接線以及保管於溫度20℃、濕度30%的無塵室內48小時後的純銅合金連接線，進行表2所示之第二容許試驗，而得到表3的結果。
如同從超音波之第二容許試驗明確可知，球狀接合用純銅合金連接線(實施例1~實施例19)，在製造後的線材中，可接合的製程容許的區域共11個以上，即使在製造之後，於溫度20℃、濕度30%的無塵室中保管48小時，可接合的區域亦共具有10個以上，即使接合條件多少有變化，亦可得到穩定的超音波接合。另一方面可得知，比較例的球狀接合用純銅合金連接線(比較例1~比較例5)，即使是製造之後的接合線，皆僅為5個以下。而且，在製造之後於溫度20℃、濕度30%的無塵室中保管48小時者，共僅為3個以下，只要稍微變動接合條件，就離開可接合的區域，而無法得到良好的接合。
又可得知，本發明的球狀接合用純銅合金連接線(實施例1~實施例19)，即使超過5000m而持續進行線材接合，以焊球進行的第一接合皆為良好，毛細管並無阻塞，作為球狀接合線係為優良。
【產業上的可利用性】
本發明之球狀接合用純銅合金連接線，除了通用IC、離散式積體電路(Discrete IC)、記憶體IC之外，亦具有用於高溫高濕且要求低成本之LED用的IC封裝、汽車半導體用IC封裝等的半導體用途。

Claims (7)

  1. 一種純銅合金連接線的剖面構造，係由銅(Cu)以外的金屬成分0.02質量%以下及剩餘部分為銅(Cu)所構成的純銅合金線之剖面構造，其特徵為：該線材的成分組成，係由40質量ppm以上、未滿100質量ppm(以下簡記為「40~100質量ppm」)鈦(Ti)、鋯(Zr)、鋅(Zn)及錫(Sn)中的至少1種卑金屬，以及剩餘部分由純度99.990~99.996質量%的銅(Cu)所構成；該線材的剖面構造，係該線材表面因鑽石伸線模而縮徑的伸線加工面；該線材表面的整個面上，形成由總有機碳量(TOC值)為50~3,000μg/m2 所構成的有機碳層；該線材剖面的最外層，形成氧未飽和之銅氧化物(Cu2-x O)所構成的厚度2~20奈米的銅氧化物層，存在該銅氧化物層之內側的上述卑金屬，係未被內部氧化的狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，上述銅(Cu)以外的金屬成分，包含1~30質量ppm的銀(Ag)或1~100質量ppm的磷(P)。
  3. 如申請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，該金屬成分之中，銀(Ag)及磷(P)的總含量多於鈦(Ti)、鋯(Zr)、鋅(Zn)及錫(Sn)的總含量。
  4. 如申請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，該卑金屬為鈦(Ti)或鋯(Zr)。
  5. 如申請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，該金屬成分之中，銀(Ag)或磷(P)的總含量多於鈦(Ti)或鋯(Zr)的總含量。
  6. 如請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，該連接線為超音波接合用連接線。
  7. 如申請專利範圍第1項之純銅合金連接線的剖面構造，其中，該連接線為焊球用接合線。
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