TWI679290B - 接合線 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種接合線，其係以Ag為主成分之接合線，且光反射率較高，伸線加工性、FAB形成性、或耐熱性優異。
選自Au及Pd之1種或2種元素之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下，Ca之含量為50質量ppm以上且100質量ppm以下，並且其餘部分主要由Ag組成。

Description

接合線
本發明係關於一種以Ag(銀)為主成分之接合線。
用於半導體元件上之電極與基板之電極之接線的接合線一般非常細，故藉由導電性良好且加工性優異之金屬材料而製造。尤其就化學穩定性或於大氣中之操作容易度而言，一直以來廣泛使用以Au(金)為主成分之接合線。然而，先前之以Au為主成分之接合線之質量之99%以上為Au，價格非常高。因此，提出以價格較Au低之Ag為主成分之接合線(例如，下述專利文獻1及2)。Ag較Au之光反射率高，若將以Ag為主成分之接合線用於LED等發光元件之接線，則亦具有可使發光效率提高之優點。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2012-151350號公報
專利文獻2：日本專利特開2014-96403號公報
於上述專利文獻1及2之接合線中，為了使藉由放電加熱等而形成於接合線之前端之無空氣焊球(以下，簡記為FAB)之形成性、伸線加工性、或耐熱性良好而添加有Au、Pd(鈀)、Ca(鈣)、或稀土類元素等元素。
然而，上述專利文獻1及2之接合線與僅由Ag組成之接合線相比，光 反射率較低，並未達到充分地滿足近來對於發光效率提高之要求。
本發明係鑒於上述情形而完成者，其目的在於提供一種接合線，該接合線係以Ag為主成分，且一方面抑制光反射率之降低，一方面使伸線加工性、FAB形成性、或耐熱性良好。
為了解決上述問題，本發明之接合線係選自Au及Pd之1種或2種元素之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下，Ca之含量為50質量ppm以上且100質量ppm以下，並且其餘部分主要由Ag組成，Au之含量大於Pd之含量，相對於導線直徑為20μm之導線，於氮氣環境下製作導線直徑之2.0倍大小之FAB時所產生之HAZ之長度為100μm以下。
本發明之接合線可不含Pd。又，相對於利用純銀導線接線之LED元件之光量，用於LED之接線所製作之LED元件之光量之比率可為99.5%以上。且本發明之接合線之Au之含量可為0.5質量%以上且1.0質量%以下。
本發明之接合線之Ca之含量可為60質量ppm以上且90質量ppm以下。
根據本發明，於以Ag為主成分之接合線中，可一方面抑制光反射率之降低，一方面使伸線加工性、FAB形成性、或耐熱性良好。
1‧‧‧FAB
C‧‧‧重心位置
D‧‧‧距離
L‧‧‧中心軸
P‧‧‧導線垂直方向
R‧‧‧區域
W‧‧‧導線
Figure TWI679290B_D0001
w‧‧‧導線直徑
圖1係產生有HAZ(Heat Affect Zone，熱影響區)之接合線之表面結晶組織之顯微鏡照片。
圖2係將製作有FAB之導線W放大表示之圖。
以下，對本發明之一實施形態之接合線進行說明。
本實施形態之接合線係含有選自0.5質量%以上且1.0質量%以下之Au(金)及Pd(鈀)之1種或2種元素、及50質量ppm以上且100質量ppm以下之Ca(鈣)，並且其餘部分主要由Ag(銀)組成者。接合線之線徑可根據用途而設為 各種尺寸。例如，可使接合線之線徑為5μm以上且150μm以下。
具體而言，構成接合線之Ag亦可含有於精製方面不可避免地存在之雜質，例如Pd、Bi(鉍)、Cu(銅)、Fe(鐵)等。又，接合線之固有電阻較佳為2N(純度99%)Au製接合線之固有電阻(3.0μΩ．cm)以下。根據該觀點，較佳為使用純度99.9質量%以上之Ag製作構成接合線之Ag合金。
由於含有Au及Pd而可使FAB形成性及伸線加工性提高。通常，若使用包含高純度之Ag之接合線而製作FAB，則難以穩定地獲得真球度較高之FAB。又，高純度之Ag於將棒狀鑄錠伸線加工成導線時容易斷線。然而，若Au及Pd之含量之合計(於單獨添加Au或Pd之情形時，為Au或Pd之量，於複合添加Au與Pd之情形時，為Au與Pd之合計量)為0.5質量%以上，則可使FAB形成性提高，形成真球度較高之FAB，並且於伸線加工時不易引起斷線。
另一方面，若Au及Pd之含量之合計超過1.0質量%，則高價之貴金屬之使用量變多，此外，接合線之光反射率降低。若Au及Pd之含量之合計為1.0質量%以下，則貴金屬之含量較低，從而可抑制接合線之製造成本，並且可抑制光反射率之降低。
由此，可使Au及Pd之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下，但由於Au以少量之添加便可形成真球度較高之FAB、以及FAB相對於接合線不易偏芯，故較佳為較Pd更多地添加Au。更佳為Au之含量為0.5質量%以上且1.0質量%以下。
Ca可使導線之耐熱性提高。接合線因FAB形成時之熱而於最靠近FAB之導線部分產生被稱為HAZ之晶粒較大之區域R(參照圖1)。包含高純度之Ag之接合線之耐熱性較低，容易受到熱之影響，故HAZ變長。因 此，包含高純度之Ag之接合線於將電極間接線時所形成之環(loop)變大。若環變大，則容易產生導線之彎曲，環形狀容易變得異常。然而，即便微量但仍含有Ca，藉此，耐熱性提高，於FAB形成時不易產生HAZ，可使接線時之環形成良好之形狀。
於以Ag為主成分之接合線中，於Au及Pd之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下之情形時，Ca之含量較佳為50質量ppm以上且100質量ppm以下，更佳為60質量ppm以上且90質量ppm以下。若Ca之含量為50質量ppm以上，則耐熱性提高且於FAB形成時產生之HAZ之長度較短，不易產生導線彎曲之環形狀之異常。若Ca之含量為60質量ppm以上，則可更進一步縮短HAZ之長度。又，若Ca之含量未達100質量ppm，則可穩定地獲得真球度較高之FAB。若Ca之含量為90質量ppm以下，則於形成於電極之柱形凸塊上進行針腳式接合時可確實地連接。
其次，說明此種構成之接合線之製造方法之一例。
首先，於純度99.9質量%以上之Ag中，以Au及Pd之合計量成為0.5質量%以上且1.0質量%以下之方式添加Au及Pd之至少一元素，進而添加50質量ppm以上且100質量ppm以下之Ca而獲得Ag合金，鑄造該Ag合金之後，利用連續鑄造法製作特定之直徑之棒狀鑄錠。
其次，將棒狀鑄錠進行伸線加工，縮徑至達到特定之直徑而製成接合線。再者，亦可視需要於伸線加工之中途進行軟化熱處理。
繼而，於進行伸線加工至特定之直徑之後，於熱處理爐中移行而進行調質熱處理。
本實施形態之接合線係Au及Pd之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下，Ca之含量為50質量ppm以上且100質量ppm以下，並且其餘 部分包含Ag，故可一面確保關於伸線加工性、FAB形成性、或耐熱性之必要之性能，一面抑制除Ag以外之元素之添加量，從而可抑制光反射率之降低。
於上述實施形態中，已對選自Au及Pd之1種或2種元素之含量之合計為0.5質量%以上且1.0質量%以下，Ca之含量為50質量ppm以上且100質量ppm以下，並且其餘部分主要由Ag及Ag之不可避免之雜質組成的接合線進行了說明，但除Ca之外，亦可含有選自由Ge、Cu、Bi、Y、La、及Sm所組成之群中之1種或2種以上之元素100質量ppm以下，較佳為含有50質量ppm。藉由含有選自由Ge、Cu、Bi、Y、La、及Sm所組成之群中之1種或2種以上之元素100質量ppm以下，亦可不使光反射率、FAB形成性、或伸線加工性惡化而使接合線之耐熱性提高。
以上，說明了本發明之實施形態，但該等實施形態係作為示例而提出，並非意欲限定發明之範圍。該等實施形態能夠以其他各種形態而實施，於不脫離發明之主旨之範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨，同樣亦包含於申請專利範圍中記載之發明及其均等之範圍。
實施例
以下，藉由實施例更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。
使用純度99.9質量%以上之Ag原料，使如下述表1所示之組成之Ag合金熔解，以連續鑄造法製作棒狀鑄錠。對所製作之棒狀鑄錠實施伸線加工使其縮徑至達到直徑20μm，其後，實施調質熱處理，獲得實施例1~12及比較例1~8之接合線。
對所獲得之實施例1~12及比較例1~8之接合線，進行(1)光反射率之測定、(2)伸線加工時之斷線次數、(3)FAB形成性、(4)因FAB形成時之熱而於最靠近FAB之導線部分產生之HAZ之長度、及(5)偏芯產生率的評價。具體之評價方法如下。
(1)光反射率
將實施例1~12、比較例1~8及純銀之接合線與同種LED接線，進行樹脂密封，製作藉由各實施例、比較例及純銀之接合線而接線之LED元件。對所製作之元件以JIS C8152所規定之方法進行總光通量測定。測定結果係將使利用純銀導線接線之LED之光量為100%時之各實施例、比較例之光量換算為指數而表示。
(2)伸線加工時之斷線次數(伸線加工性)
對於實施例1~12及比較例1~8之接合線，對使1kg之導線自直徑50μm伸線至直徑20μm時產生之斷線次數進行計數。
(3)FAB形成性
對實施例1~12及比較例1~8之接合線，利用焊線機(K & S公司製造，IConn)於氮氣環境下製作導線直徑之2.0倍大小之FAB。作為FAB形成性之評價，針對實施例1~12及比較例1~8之每一接合線各製作500個FAB之後，利用通用型電子顯微鏡(日本電子(股)製造，JSM-6510LA)進行外觀觀察，分別測定所製作之FAB之導線平行方向與垂直方向之長度。將FAB之導線平行方向之長度X與垂直方向之長度Y之比(X/Y)作為真球性之指標，若為95%~100%，則判斷為「有真球性」，且對判斷為有真球性之FAB之個數進行計數。結果表示判斷為有真球性之FAB之個數相對於所製作之500個FAB之比率。
(4)HAZ長度
利用上述通用型電子顯微鏡對上述(3)中製作有FAB之導線進行外觀觀察，測定於最靠近FAB之導線部分所產生之HAZ之長度，算出其平均值。
(5)偏芯產生率
利用上述通用型電子顯微鏡對上述(3)中製作有FAB1之導線W進行外觀觀察，測量自FAB1之重心位置C至導線W之中心軸L為止之沿著導線垂直方向(導線之短邊方向)P之距離D(參照圖2)。將測量所得之距離D偏離導線直徑
Figure TWI679290B_D0002
w之0.1倍以上之導線W判斷為存在偏芯。偏芯產生率表示偏芯產生之個數相對於所製作之500個FAB1之比率。
結果如表1所示，於實施例1~12中，光反射率為99.5%以上，伸線加工時之斷線次數為5次以下，FAB形成性為100%，HAZ長度為100μm以下，獲得任一評價項目均良好之結果。
又，於Au之含量為0.5質量%以上之實施例1、3~6、8、9中，偏芯產生率小於10%，所製作之FAB不易偏芯。
另一方面，於Ca之含量未達50質量ppm之比較例1及2中，HAZ之長度較100μm長，耐熱性存在問題。
於Au及Pd之合計量未達0.5質量%之比較例3、4及5中，斷線次數超過5次，伸線加工性較差，FAB形成性亦較低。
於Au及Pd之合計量超過1.0質量%之比較例6及7中，光反射率未達99.5%，光反射率大幅降低。
於Ca之含量超過100質量ppm之比較例8中，FAB形成性較低。

Claims (7)

  1. 一種接合線，其中選自Au及Pd之1種或2種元素之含量之合計為0.5質量%以上且小於1.0質量%，Ca之含量為50質量ppm以上且100質量ppm以下，並且其餘部分主要由Ag所組成，Au之含量大於Pd之含量，相對於導線直徑為20μm之導線，於氮氣環境下製作導線直徑之2.0倍大小之FAB時所產生之HAZ之長度為100μm以下。
  2. 如請求項1之接合線，其中不含Pd。
  3. 如請求項1之接合線，其中相對於利用純銀導線接線之LED元件之光量，用於LED之接線所製作之LED元件之光量之比率為99.5%以上。
  4. 如請求項2之接合線，其中相對於利用純銀導線接線之LED元件之光量，用於LED之接線所製作之LED元件之光量之比率為99.5%以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之接合線，其中Au之含量為0.5質量%以上且小於1.0質量%。
  6. 如請求項1至4中任一項之接合線，其中Ca之含量為60質量ppm以上且90質量ppm以下。
  7. 如請求項5之接合線，其中Ca之含量為60質量ppm以上且90質量ppm以下。
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