专利名称：焊线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体器件中的焊线，特别是在半导体元件和一外引线之间的连接中。
作为一种用于将半导体元件的电极和外部引线进行电连接的方法，至今，已广泛地实践着一种引线焊接方法，该方法使用了一种很好的具有几微米到几十个微米量级直径的金线，铝线或类似金属的线。特别是在该种焊接方法中已最通常地采用了具有99.99%量级纯度的高纯金线。这是由于其极好的抗腐蚀性，可延伸性和线的握裹力。采用这种金线的引线焊接方法通常是通过热压焊接工艺进行的。在热压焊接工艺中，金线丝被切下来是用电的手段或用氢火焰熔融而在金丝的尖端形成一球形区，这样所形成的球形区通过热压连接在半导体元件的一电极上，而金丝的另一端部也通过热压法连接到外引线。这些连续的步骤全部是在高温200到300℃的条件下进行的。
最近一些年来，着手进行了高速和自动焊接操作的尝试。然而，当一通常的纯金丝被用在高速焊接工艺中，由于操作过程中的热，金丝遭到断裂或软化，因而反映出失效，因此，对于高可靠焊丝的改进有了很大的要求，特别是在如下性能方面。
(1)它们应具有高的机械强度，特别在高温下有足够高的拉力强度，从而在焊接过程期间不会遭到断裂。
(2)连接到半导体元件的电极上的焊丝圈和外部引线不能由于热变软而下垂。
(3)在用树脂铸模操作中他们不会由于软化而受到变形。
(4)在丝的尖端所形成的球的形状几乎完全是球状并在尺寸上是均匀的，因此在焊接强度上的耗散降至最低。
到目前为止，为了改善如上面所述的性能已经进行过用附加一些元素到高纯度的金丝中的许多尝试。例如，日本专利(公布号为57-34659和58-26662)描述了用附加非常小量的钙或铍能提高强度。还提出了，利用其他许多附加剂，例如，铂、钯、银、钛、镁等金属。
本发明的目的是找到一种元素能有效地改善上面所述的性能，从而给出具有一新组分的焊线，特别是适合用于高速焊接的具有高拉力强度的金焊丝。
发明家已对各种元素进行多种广泛的研究并发现把钡加入到金里，根据本发明在予期的性能方面有着相当的效果。进一步，发现当把钡与从铝、钙、银和钯所组成的组族中所选出的元素一起加入金里，能获得协同的效果，同时附加的钡量可以降低。
根据本发明，提供了一种用于在半导体器件中的焊丝，主要是由0.0003到0.01重量百分比的钡和其余为金所组成，上述焊接丝的金纯度至少是99.99%。
上面所确定的本发明的焊丝可进一步至少含有从0.0005到0.005重量百分比的铝，0.0001到0.003重量百分比的钙，0.0005到0.005重量百分比的银和0.0005到0.005重量百分比的钯所组成的组族中选出一种元素，在此情况下，按焊丝重量的重量百分比元素和钡的总重量不应该超过0.01，因而焊丝中金的纯度至少是99.99%。
本发明含有钡的金焊丝，在具有或不具有附加元素情况下，显示出特别优良的性能，特别是在室温或升高温度时增加了机械强度，而且焊接小球和丝圈能以均匀的和所希望的结构形成。因此，在半导体元件的引线焊接的使用中是高度可靠并得以有高的生产率。如此理想的联合的性能使得焊丝特别适用于高速焊接。
根据本发明的含钡的金丝在室温和高温情况下与通常不含钡的纯金丝相比较有着高的机械强度，并能用高速焊接成功把焊接到要被连结的部分而不会引起引线的断裂，焊线圈的下垂和由于软化而变形。因为所发明的金丝的尖端所形成的球的形状是球面状并且在尺寸上的不均匀性减到最低，所以能得到特别高的可靠性。更进一步，在丝的制造过程中，由于丝的高强度，当丝在拉伸操作时的断裂可降至最低程度从而获得了好的加工工艺性。除此，当从上文所确定的元素中选出一个或更多个除钡以外的金焊丝含有的附加物到金焊丝中，在降低钡含量的情况下，可以得到同样优良的性能。特别是，当钡和钙或铝一起结合加进去时，由于钡和铝或钙的协同效果。作为杂质的附加物的总含量实际上是降低了。
根据本发明，焊接丝中所含有的钡量应该是在0.0003到0.01重量百分比的范围内。当钡含量小于0.0003重量百分比时，上述的优点很难获得。另一方面，因为超过0.01重量百分比的钡含量导致电阻率不利的增加，并使其不可能形成精确球面状的小球，因此过分的含量是不理想的，当钡和其他附加元素一起加入时，钡和其他附加物的总含量应该控制在不超过上限为0.01重量百分比。当铝的含量超过0.005重量百分比时，不可能在焊丝的顶部形成球面形的小球而且拉伸性能也受到损坏。当钙、银和钯的含量超过相应的上限，即0.003重量百分比，0.005重量百分比和0.005重量百分比时，其拉伸性能受到不利的影响，因此这样的过程也是不利的。
进而，从可靠性的观点看，事实上本发明的金焊丝具有的金纯度最后至少应为99.99%。换句话说，在焊丝中金的含量应至少为99.99重量百分比。为了保证形成金丝的理想的质量，最好是将作为原材料的金精炼到至少99.99%的纯度水平。钡及若必要时将更多附加物元素加入到如此高纯度的金里去。
可以用至今已知的任何方法来制备本发明的焊线，例如，以予定量的钡加入到金中，可具有或不具有其它附加一种元素或多种元素，然后相继用熔炼、铸造、锻造或滚轧，拉伸等步骤形成一直径为几个到几十个微米的线。
参照如下例和比较例更具体地阐述本发明。
例1将根据金和钡的总量以占0.0005其重量百分比的钡加到纯度至少为99.999%的金中而形成的混合物熔融。熔化的材料被铸造、锻造和拉伸为直径是25μm的焊线。
如此而得的焊线被热处理使在室温下的总延伸率为4%，然后，其拉伸强度在室温下和引线在250℃经历25秒后都进行了测量，测量结果与延伸率一起在表1中给出。
例2-4除了加入的钡根据其金和钡总重量所占的量分别为0.002重量百分比，0.006重量百分比和0.001重量百分比外，更进一步的焊线以在举例1中所述的同样的工艺被制备出来，拉力强度在室温下和高温度(250℃)下对以上那些焊线以与例1所述的同样方式进行测量，其结果与延伸率一起在表1中给出。
例5-13除了钡和其它的附加一种元素或多种元素以表1所示的含量加入外，焊线以例1所述的同样工艺被制备出，并如例1那样对其拉力强度进行同样的测量。其结果与延伸率一起示于表1中。所有示出的附加含量都是基于金和附加元素的总量的。
除了前述高拉力强度外，在例中所得到的焊线在焊接工艺期间在园球形或眼孔状的成形中全部都显示出好的结果。
比较例为比较目的，用通常的纯金线其纯度至少为99.99%，直径为25μm而不含有钡和进行了同样测量，其结果在表1中给出。
在表1中也示出了焊线金的纯度。
从表1，很清楚，本发明的焊线在室温和高温两种情况下，在保证有所希望的延伸率水平时，在机械强度上是有了很大地改善。
权利要求
1.用于半继迤骷械囊缓赶撸旧鲜怯 .0003到0.01重量百分比的钡，其余为金所组成，上述焊线的金纯度至少为99.99%。
2.如在权利要求1中的焊线，其中上述焊线进一步含有至少一种元素，该元素是从包括0.0005到0.005重量百分比的铝，0.0001到0.003重量百分比的钙，0.0005到0.005重量百分比的银和0.0005到0.005重量百分比的钯的组族中选取的，上述元素和钡一起的总含量，在上述焊线中的最大值是0.01重量百分比。
全文摘要
用于半导体器件中的一种焊线是由0.0003到0.01重量％的钡和其余为金所组成，该焊线的金纯度至少为99.99％。焊线可进一步含有至少一种从铝、钙、银和钯的组族中选取的元素，该元素和钡在焊线中的总含量不应超过焊线的重量％的0.01，这样焊线的金纯度至少为99.99％，附加元素的采用改善了机械强度和线的握裹力使能焊线更适用于半导体元件的引线焊接，特别适用于高速焊接。
文档编号H01B1/02GK1032091SQ8710524
公开日1989年3月29日 申请日期1987年7月30日 优先权日1987年7月30日
发明者浅田荣一, 横山和夫, 矢田昌宏, 平野贤一 申请人:昭荣化学工业株式会社