[發明專利]一種銅合金鍵合絲及其制造方法

有效

• 申請號: 201711393484.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108598058B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 周振基;周博軒;麥宏全;于鋒波;彭政展;王賢銘
• 申請（專利權）人: 汕頭市駿碼凱撒有限公司
• 主分類號: H01L23/49
• 分類號: H01L23/49;H01L21/48
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務有限公司 44230
• 代理人: 林天普;俞詩永

一種銅合金鍵合絲，其特征在于按重量計含有Pd 0.1?4%，微量添加元素1?300 ppm，余量為銅；所述微量添加元素是Ca、In、Co、Be、Ga、Mg、Ni、Pt和Al中的一種或其中兩種以上的組合。本發明還提供上述銅合金鍵合絲的一種制造方法。本發明的銅合金鍵合絲具有以下有益效果：（1）具有優異的作業性（CUP電極下層電路不會打裂或擊穿）和可靠性；（2）抗老化性能好，改善封裝產品在熱沖擊試驗中的可靠性；（3）有較低的線材硬度，HAZ長度可低至50 um，極大地降低了打線的弧高；（4）對銅?鋁介金屬化合物抑制較好；（5）能提供良好的接合性，有效阻止水氣浸入接口處，可以改善IC高溫高濕環境下金球脫落問題；（6）成本較低，且沒有電鍍制程，不造成污染排放。

技術領域

本發明涉及IC、LED封裝用的鍵合絲，具體涉及一種銅合金鍵合絲及其制造方法。

背景技術

鍵合絲（bonding wire，又稱鍵合線）是連接芯片與外部封裝基板（substrate）和/或多層線路板（PCB）的主要連接方式。鍵合絲的發展趨勢，從產品方向上，主要是線徑細微化、高車間壽命（floor life）以及高線軸長度；從化學成分上，主要有銅線（包括裸銅線、鍍鈀銅線、閃金鍍鈀銅線）在半導體領域大幅度取代金線，而銀線和銀合金線在LED以及部分IC封裝應用上取代金線。由于電子產品小型化和細薄化的發展要求，半導體行業通過芯片厚度減薄(Wafer thinning)、封裝采用芯片堆棧(Die stacking)、倒裝芯片(flip chip)、晶圓級封裝（wafer level packaging）、2.5D和3D封裝等方法來應對，然而傳統的鍵合封裝（wire bonding）仍然是主流封裝形式。

現有的以銅作為主要成分的鍵合絲主要有純銅線和鍍鈀鍍金銅線。純銅線具有良好的作業性和較低的成本，但抗老化性能和耐高溫高濕的能力較差，可靠性較低。鍍鈀鍍金銅線包括芯線、包覆在芯線外面的鈀預鍍層以及包覆在鈀預鍍層外面的金包覆層，芯線采用純銅制成；鍍鈀鍍金銅線為了保證良好的作業性和可靠性，需要包覆厚度較厚的鈀預鍍層和金包覆層，原料成本高，制造工藝也較為復雜，以致制造成本過高，缺乏市場競爭力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種銅合金鍵合絲以及這種銅合金鍵合絲的制造方法，這種銅合金鍵合絲具有優異的作業性和可靠性，且成本較低。采用的技術方案如下：

一種銅合金鍵合絲，其特征在于按重量計含有Pd 0.1-4%，微量添加元素1-300ppm，余量為銅；所述微量添加元素是Ca、In、Co、Be、Ga、Mg、Ni、Pt和Al中的一種或其中兩種以上的組合。

優選上述銅合金鍵合絲中Pd的重量百分比含量為0.5-2%。

優選上述銅合金鍵合絲的直徑為15-40um。

本發明的銅合金鍵合絲中，芯線中加入含量0.1-4%的鈀（Pd），能有效地改善線材的抗老化性能，改善封裝產品在熱沖擊試驗中的可靠性。適量的微量添加元素用以改進線材的機械性能，其中Ca、In、Ga、Mg、Ni能有效提升金合金的焊線作業性，能增強線材與芯片及基板的粘附性能，提升信賴性能；Co、Be、Pt、Al等能提高金合金線材的再結晶溫度，提升線材在高溫環境下的耐疲勞性，有效降低頸部斷線的幾率。

本發明還提供上述銅合金鍵合絲的一種制造方法，其特征在于包括下述步驟：

（1）熔鑄：按比例將Pd和微量添加元素加入到銅原料中，經過真空熔煉和定向連續引鑄工藝，獲得直徑為6-8毫米的線材；

（2）拉絲：對步驟（1）得到的線材進行拉絲，獲得直徑為50-280um的銅合金線；

（3）中間退火：步驟（2）拉絲完成后，對銅合金線進行中間退火，在退火過程中采用N₂或者氮氫混合氣來做為退火氣氛，退火爐有效長度為600-1000mm，退火溫度為300-600℃，退火速率為60-120m/min；