專利名稱：用三元素合金制作半導體器件的基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含三元素合金的基板，具體地說，涉及一種基板，其中把包含Au/Ag/微量元素的三元素合金加到鎳層上，所述鎳層被加在銅或銅合金，或者鎳或鎳合金上，以給出所需的改善結合能力、耐腐蝕性、對模型樹脂的粘附力，以及成本效率特性。
背景技術：
一般地說，半導體器件的基板使電子器件之間電連接，所述器件包括比如半導體芯片和印刷電路板(“PCB”)等器件。此外，良好的基板材料特性包括對連接導線的結合能力、耐腐蝕的性能、對模型樹脂(通常起覆蓋作用)的粘附力、和耐用性。
為實現(xiàn)這些特性，普通半導體器的基板都采用在還包括銅層和鎳層之多層電鍍結構的最外層是Sn-Pb。不過，鉛普遍被認為是對健康有害的物質。鉛對人體是有毒性的，它有很長的有關人和環(huán)境的不利影響的記錄史。
按照慣例，作為最外層，可以代替Sn-Pb層的是鈀層或金層。但鈀層或金層在與導線的結合能力、對模型樹脂的粘附力以及對PCB的附著特性等方面表現(xiàn)出很多問題。相應地，使用鈀的成本和使用金的成本歷來是相當高的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種無鉛基板，同時，由此還順便對環(huán)境提供所需要的改善結合能力、耐腐蝕性、對模型樹脂的粘附力和成本效率等特性。
為實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明采用包含金、銀和選自硒、銻、鉍、鎳、INO1645鈷和銦的微量元素的三元素合金。


以下的描述將參照

本發(fā)明的上述各方面和其它特征，其中圖1是本發(fā)明應用三元素合金層的基板的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基板包括制有圖樣的銅層；厚度為10-300微吋鎳層，它被沉積所述制有圖樣的銅層上；包含金/銀/微量元素、厚度為3-160微吋的三元素合金，它沉積在所述鎳層上。
所述三元素合金層包含重量百分比50-95％的銀、重量百分比4-49％金，以及重量百分比1％或更少的一種微量元素。所述微量元素選自一組硒、銻、鉍、鎳、鈷和銦，最好為硒。加入微量元素有助于改善微粒的外形并減少沉積金屬的多孔性。
對于本發(fā)明而言，鎳層防止銅的擴散，并改善將半導體芯片的封裝安裝于印刷電路板上的焊料浸潤性。鎳層的厚度最好在10-300微吋范圍?？可厦娴娜睾辖饘臃乐瓜聦咏饘僖蚴軣岫鴶U散，避免上層氧化，并在導線與硅芯片結合的過程中，提高與金導線的結合能力。三元素合金層的厚度最好在3-160微吋范圍。
本發(fā)明的基板具有無需電鍍Pb/Sn合金即可安裝用電器件或電子器件的特性。此外，正如以前所報道的那樣，銀存在的問題在于，由于吸濕性的緣故而使對模型樹脂的粘附力下降；而由于本發(fā)明，則避免了這種問題。
可將本發(fā)明用于制作引線框架、球柵陣列、座、印刷電路板、簧片開關、連接器和各種電子元件。例有如下面所詳述的那樣使本發(fā)明得到測試。采用金/銀/硒合金進行所述測試，這是最佳的合金。準備樣品用酸除去銅或銅合金線圈的表面的油脂，并使之活化。依次將Ni和Au/Ag/硒合金電鍍到整個銅或銅合金基材的表面上。結合能力的測試評估在用導線焊接機實現(xiàn)導線的焊接之后，利用連接牽引測試計測量拉伸強度。焊料浸潤性的測試評估在175℃條件下經7.5小時的熱處理后，使樣品在95℃、相對濕度95％的條件下強制老化8小時。然后參照MIL-STD-883D進行對焊料浸潤性的評估。對模型樹脂粘附力的測試評估在170℃模鑄溫度下以模型樹脂密封樣品90秒鐘之后，再在175℃條件下加熱處理6小時，參照MRT(防濕測試)利用SAT(掃描聲學層析X射線攝影機)評估半導體器件與模型樹脂之間的粘附力。例1和比較例1關于結合能力的評估測試表1和2中示出每次評估測試的結果。該二表中，將每個樣品的制備條件標記為“·”。表1表示對按照本發(fā)明電鍍的層評估測試的結果，而表2表示對其上只沉積Au或Ag或Au/Ag合金的層評估測試的結果，用以比較。表2中的樣品12-18只對Ag，樣品19-24只對Au，而樣品25-30對Au/Ag合金。表1

表2

從表1和2的結果清楚，具有Au/Ag/Se合金層的樣品比只具有Au或Ag或Au/Ag合金的層表現(xiàn)出更高的導線焊接拉伸強度值。再有，作為只存在Ag的最外層，不能將金導線焊接在Ag層的表面上。雖然金導線能焊接在Au/Ag合金的表面上，但本發(fā)明的Au/Ag/Se合金層比Au/Ag合金表現(xiàn)出非常高的導線焊接拉伸強度值。表1中，由于只含少量的Se，所以不能通過能量分布能譜(EDS)分析測定Se的含量。例2和比較例2焊料浸潤性的評估對樣品做關于焊料浸潤性的評估。樣品的條件與例1和比較例1相同。對本發(fā)明樣品的評估結果示于表3中，而對其它樣品的結果示于表4中。像表1中那樣，不能通過EDS分析測定Se的含量。表3

表4

按照表4的結果，通過EDS分析只在Au或Ag的表面上，或者只在樣品13到24中的Au/Ag合金測定Ni和Cu。另外，在關于焊料浸潤性的評估中，焊料的含量(％)受到限制，達不到超過95％。于是，Ni或Cu的擴散使基板在焊料的浸潤性方面變差。另一方面，按照表3的結果，具有不受所有通過的Ni或Cu擴散污染的Au/Ag/Se合金最外層的樣品，在關于焊料浸潤性的評估中全部合格，表現(xiàn)出超過99％的覆蓋率。例3和比較例3對模型樹脂粘附力的評估對樣品評估關于其對模型樹脂的粘附力。樣品的條件與例1和比較例1相同。對本發(fā)明樣品的評估結果示于表5中，而對其它樣品的結果示于表6中。在比較例3中，不用Au/Ag合金層。表5

表6

按照表5和6的結果，沉積在Ni鍍層上的Au或Au/Ag/Se合金作為最外層，比起只有Ag沉積在Ni鍍層上作為最外層的樣品來，達到更好的對模型樹脂的粘附力。如果在基板與模型樹脂之間沒有被檢測的SAT系統(tǒng)，或者有空隙，則這樣的樣品被認為是不合格的。
可以理解，此前已經詳細描述了所設定的各種特定的實施例，但這種描述只是為了說明的目的而給出的，而且將能理解，可以作出多種改變和改型，而不致脫離后附各權利要求的精髓或范圍。
權利要求
1.一種半導體器件的基板，它包括制有圖樣的銅層；厚度為10-300微吋鎳層，它被沉積所述制有圖樣的銅層上；包含金/銀/微量元素、厚度為3-160微吋的三元素合金，它沉積在所述鎳層上。
2.如權利要求1所述的基板，其特征在于，所述微量元素選自Se、At、Bi、Ni、Co和In。
3.如權利要求1或2所述的基板，其特征在于，所述三元素合金包含重量百分比50-96％的Ag，重量百分比4-49％的Au和小于重量百分比1％的微量元素。
4.如權利要求1至3任一項所述的基板，其特征在于，用于制作電子元件、印刷電路板、球柵陣列和引線框架。
全文摘要
一種基板,它包括銀/金/微量元素的合金層,其中所述合金形成制品的外層。所述微量元素選自一組硒、銻、鉍、鎳、鈷、銦及其混合物。本發(fā)明特別用于形成各種元件的外層,包括引線框架、球柵陣列、座、印刷電路板、簧片開關和連接器。
文檔編號C22C5/06GK1339822SQ01124210
公開日2002年3月13日 申請日期2001年8月15日 優(yōu)先權日2000年8月23日
發(fā)明者洪淳盛, 李志溶, 樸炳俊 申請人:株式會社Acqutek半導體技術, 權赫元