[發(fā)明專利]一種微電子封裝用超細(xì)銅合金鍵合絲及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510519246.4
• 申請日: 2015-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN105132735A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周振基;周博軒;田首夫
• 申請（專利權(quán)）人: 汕頭市駿碼凱撒有限公司
• 主分類號(hào): C22C9/00
• 分類號(hào): C22C9/00;C22C1/03
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務(wù)有限公司 44230
• 代理人: 林天普;丁德軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及封裝用的鍵合絲，具體涉及一種微電子封裝用超細(xì)銅合金鍵合絲及其制備方法。

背景技術(shù)

鍵合絲作為將半導(dǎo)體元件上的電極與外部端子之間進(jìn)行接合的電性連接線，主要采用線徑為20－50μm左右的4N系(純度>99.99％(重量))黃金及其它微量元素合金化制成的金線，然而由于黃金價(jià)格昂貴且近年來價(jià)格持續(xù)上漲，尋找替代金線的材料一直是電子封裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

銅以其優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)性能以及較低的價(jià)格，被認(rèn)為是取代金的合適鍵合絲材料，然而銅線相比金線具有一些列的缺點(diǎn)：線材表面易氧化導(dǎo)致鍵合強(qiáng)度降低，在進(jìn)行樹脂封裝時(shí)易引起線材表面腐蝕，較高的硬度易造成打線時(shí)對(duì)基板造成損傷，等等。為了解決上述問題，銅線的研發(fā)思路主要有兩種：表面涂層和合金化。

表面涂層，目前較多采用的是銅線表面鍍鈀。中國專利文獻(xiàn)CN102130067B公布了一種表面鍍鈀鍵合銅絲，包括銅為主組分的銅芯材，以及在所述銅芯材上鍍覆形成的鈀層。該表面鍍鈀鍵合銅絲在后續(xù)的超細(xì)拉伸過程中不必進(jìn)行中間退火就具有較好的最終塑性變形能力，鍍鈀層表面均勻，致密完整，有利于焊接鍵合時(shí)充分變形，提高拉斷力和可靠性。但是，該表面鍍鈀鍵合銅絲的芯材為99.9999％銅，鍍鈀工藝為真空鍍膜，鑄造工藝為單晶連鑄，整個(gè)流程加起來一方面成本過于高昂，另一方面單晶連鑄的連鑄速度非常慢，無法大規(guī)模量產(chǎn)。

合金化，即通過添加合金元素改善銅線性能。中國專利CN104299954A公開了一種用于半導(dǎo)體焊接的銅線，其合金成分及重量百分比為：Ag0－0.002％，F(xiàn)e0－0.001％，Pb0－0.0005％，Ni0－0.0005％，Mg0－0.0005％，Si0－0.002％，其余為銅。采用這種合金成分的銅線，不僅克服了純銅線硬度高、焊接性能差的問題，而且導(dǎo)電性和延伸率高，焊接性好，成本低，但是仍存在以下兩個(gè)問題：(1)未有控制O和S的含量，O含量如果過高易造成銅線的塑性和韌性變差，同時(shí)會(huì)氧化添加的元素使合金化效果不明顯；(2)鑄造過程采用澆鑄的方式，鑄錠內(nèi)部存在鑄造應(yīng)力，未進(jìn)行相關(guān)熱處理就直接進(jìn)行拉拔，以致產(chǎn)品力學(xué)性能、成分分布不均勻，這將影響產(chǎn)品的品質(zhì)和壽命。

近年來隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，銅線的細(xì)線徑化已經(jīng)發(fā)展成為一種趨勢，一來更細(xì)的線徑可以帶來成本的降低，二來晶元越做越小也對(duì)銅線的直徑提出了更高的要求。中國專利CN102886390公開了一種超微細(xì)銅絲的生產(chǎn)工藝，包括上引無氧銅桿、連續(xù)擠壓、拉拔等步驟，具有工藝流程短、生產(chǎn)效率高，斷線率低等特點(diǎn)。該工藝在拉拔前加了一道連續(xù)擠壓，使得上引銅桿粗大的鑄造組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻、致密的組織。然而，該工藝存在以下一些問題：(1)連續(xù)擠壓過程金屬與工具間的外摩擦大，擠壓工具磨損快，使用壽命短，成本高，且擠壓速度慢，生產(chǎn)效率低；(2)未加入晶粒細(xì)化劑，易造成中間退火過程中晶粒異常長大，造成材料組織不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微電子封裝用超細(xì)銅合金鍵合絲及其制備方法，這種銅合金鍵合絲具有良好的抗氧化性能、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、可焊性、較高的單絲長度等優(yōu)良性能，其制備方法操作簡便。采用的技術(shù)方案如下：

一種微電子封裝用超細(xì)銅合金鍵合絲，其特征在于其各成分及含量為：Ti10－50wt.ppm，Li10－50wt.ppm，Zr10－50wt.ppm，F(xiàn)e10－50wt.ppm，Ag10－50wt.ppm，B10－50wt.ppm，稀土元素10－50wt.ppm，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)，且雜質(zhì)中的O和S在整個(gè)銅合金鍵合絲中的含量≤5wt.ppm；所述稀土元素是Eu、Y和Dy中的一種或其中多種的組合。

本發(fā)明還提供上述微電子封裝用超細(xì)銅合金鍵合絲的一種制備方法，其特征在于依次包括下述步驟：

(1)制備中間合金：配備所需的Ti、Li、Zr、Fe、Ag、B、Eu、Y、Dy，分別用純度為99.9999％以上的銅為原料熔制中間合金；

(2)真空熔煉與鑄造：根據(jù)所要制備的銅合金鍵合絲各成分的含量比例，計(jì)算出純度為99.99％以上的銅和各中間合金的加入量，然后將銅和各中間合金混合并進(jìn)行真空熔煉，再連鑄成直徑為6－10mm的銅合金棒材；

(3)對(duì)銅合金棒材進(jìn)行均勻化退火；均勻化退火在真空條件下進(jìn)行，退火溫度為800－1000℃，退火時(shí)間為6－48小時(shí)；

(4)對(duì)經(jīng)過均勻化退火的銅合金棒材進(jìn)行拉拔，得到線徑為0.5－1.0mm的銅合金絲；