[發明專利]一種半導體器件銅焊線及其制備工藝

無效

• 申請號: 200910014692.4
• 申請日: 2009-03-08
• 公開（公告）號: CN101525703A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 門廣才
• 申請（專利權）人: 聊城北科電子信息材料有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;B22D19/16;C21D9/56;C21D1/26;C21D1/74;H01L21/60
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技術領域

本發明涉及一種半導體器件銅焊線及其制備工藝。

背景技術

以往在IC、LSI或混合型IC半導體中，為實現Si片半導體元件上形成的電極墊片與引線框架之間的內部電連接，一直采用直徑15-60μm的Au線和Al-Si合金線。Au線可以采用生產性高的熱壓焊或超聲熱壓焊，耐蝕性也好，因此被廣泛應用，但Au原料昂貴，Al-Si合金線與Au線相比，價格便宜，但不能在大氣中進行熱融壓焊，而且由于容易腐蝕，所以半導體在使用時易發生斷線故障，特別是在環氧樹脂等常用的樹脂型半導體中，由于該樹脂的透濕性和氯氣污染，Al-Si合金細線的腐蝕將更嚴重。

Cu線既便宜又耐腐蝕，如果采用Cu及Cu合金細線作引線，不僅避免了Si上鍍片與Au線之間的結合部產生脆性相的問題，而且與Au和Ag鍍片部接觸良好。特別是最近采用鍍Cu或Cu合金引線框架，Cu引線直接焊接時，同種金屬結合，接觸性能穩定，而且樹脂封裝后耐濕性優良。

對Cu焊線要求的特性主要有：球的形狀良好，球的硬度與Au接近，不造成半導體元件的損傷，另外與引線框架的內引線部分的接合性要好等。

無氧Cu絲，其鑄錠狀態Hv高達50-60，焊接時容易使Si片損傷，為了降低硬度，通常將含50-100ppm雜質的Cu提純，使其雜質含量降低到4ppm以下，此時Cu線坯的硬度變為34-43，與Au線坯的硬度30-40大致相同，但如此純的Cu線在30℃以下的室溫就發生再結晶，其破斷強度隨著存放時間而逐漸下降，延伸率增大，性能不穩定。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種半導體器件銅焊線，其硬度與Au線接近，不會造成Si片損傷，焊弧高度、焊接強度、焊線的高溫性能都比Au線高；同時避免了Si片與Au線結合部脆性相的形成，提高了器件的穩定性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種半導體器件銅焊線，是由以下質量百分比的組分組成的：至少99.99％的銅，0.0005～0.002％的鈦，余量為銀、鋅、鈣、鎂中的一種或任意幾種，每一種含量為0.0003～0.0020％。

一種半導體器件銅焊線的制備工藝，步驟如下：

(1)取純度在99.99％以上的銅，備用；

(2)熔鑄：添加Ti及Ag，Zn，Ca，Mg等中的一種或2種以上，用熱型連鑄爐制成￠6.0mm線坯；

(3)將上述線坯制成￠0.02mm的成品線；

(4)成品連續退火，條件為：Ar氣保護，溫度250～500℃，速度10～100m/min。

所述步驟(3)具體為：將上述線坯粗拉或細拉，此過程中可300℃真空退火，反復操作，直至制成￠0.02mm的成品線。

本發明采用99.99％以上的高純Cu原料，添加Ti(0.0005～0.02％)起到降低Cu線硬度的效果，再加入Ag、Zn、Ca、Mg等中的一種或兩種以上，每一種含量在0.0003～0.0020％之間，不僅不會提高Cu球的硬度，還提高Cu線的高溫強度和焊接性能。

采用本發明的半導體、集成電路封裝Cu焊線，能保證良好的焊球形狀，焊接時球形圓，球的硬度與Au線接近，不會造成Si片損傷，焊弧高度，焊接強度，焊線的高溫性能都比Au線高。而且Cu焊線便宜，降低了封裝成本。同時避免了Si片與Au線結合部脆性相的形成，提高了器件的穩定性。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明：

實施例：生產￠0.025mm?Cu焊線，步驟如下：

(1)用99.99％以上的高純Cu原料，按表1所示成份配料。

表1Cu焊料化學成分

(2)用熱型連鑄爐鑄成￠6.0mm線坯。

(3)粗拉或細拉或300℃真空退火，反復操作最后制成￠0.025mm成品線。

(4)成品連續退火，Ar氣保護，溫度250～500℃，速度10～100m/min。

(5)測定￠0.025mm?Cu線的常溫和250℃高溫性能，并觀察在5％H₂+95％N₂氣氛中焊接時球的形狀，研究在50gf超聲波功率0.1w，焊接時間0.1秒條件下的焊接情況，焊弧高度，焊接強度等。結果如表2所示。

表2本發明Cu焊線的機械性能和焊接性能

注：○-未造成Si片損傷的球的硬度。

×-造成Si片損傷的球的硬度。

由表2可知，本發明的半導體、集成電路封裝Cu焊線的球的硬度與Au線接近，不會造成Si片損傷，焊弧高度，焊接強度，焊線的高溫性能都比Au線高。