[發明專利]一種抗氧化的銅基鍵合絲及其制備方法

在審

• 申請號: 201811332474.0
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109473413A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 王娟;曹凱;劉實;瞿曉春;陳洲;劉新寬;陳小紅
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H01L23/49
• 分類號: H01L23/49;H01L21/48;B22D11/00;C21D9/52;C22C9/04;C22F1/08
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 袁步蘭

本發明提出了一種抗氧化的銅基鍵合絲，包括以下組分：鋯、鋅、稀土及銅；其中，上述組分含量按照以下重量比：鋯0.0008％～0.0025％，鋅0.001％～0.015％，稀土0.0002％～0.0010％，余量為銅。本發明通過微量元素的添加，可以提高銅的再結晶溫度、力學性能和鍵合工藝性能，從而可以有效提升銅的抗氧化性能；同時由于Zn的選擇性氧化抑制了銅的氧化，因而提高了銅絲的抗氧化性能，并且可以保證銅絲強度與電導率。本發明還有提出了一種抗氧化的銅基鍵合絲的制備方法。

技術領域

本發明屬于微電子后道封裝工序技術領域，尤其涉及一種抗氧化的銅基鍵合絲及其制備方法。

背景技術

鍵合絲是半導體分立器件和集成電路封裝業四大必需基礎材料之一，作為芯片與框架之間內絲，實現穩定、可靠的電連接，廣泛應用于半導體分立器件(晶體管、二極管、三極管、發光二極管LED)和集成電路的封裝。鍵合絲多由純金制成，隨著黃金貴重金屬資源的日益稀缺，價格持續攀升，微電子封裝成本大幅上升，給生產廠家、用戶帶來難以承受的成本壓力，因此，業界正在積極尋求，研發成本相對低廉、性能穩定可靠、加工方便的新型鍵合絲材料。

目前用于替代黃金鍵合絲的研宄應用大多集中于銅基鍵合絲，但這類鍵合絲也有它的不足之處:1、銅絲在拉制過程中因加工硬化，使得難以拉制與黃金鍵合絲一樣細的微細線徑；2、由于銅絲過硬，會導致第一焊點容易逃絲，使得鍵合操作頻繁中斷，給下道工序的集成電路封裝造成較大的困難。3、由于銅絲具有易氧化的特性，在保存及焊接過程中容易產生氧化，打開包裝后必須盡快用完，而且使用時必須加氮氫混合氣體加以保護，使得操作危險性增加。其中最主要的問題是銅易于氧化，如果在銅鍵合絲表面形成大量氧化物，則銅鍵合絲很難鍵合，并且很難熔成球(FAB)。因而，在FAB的過程中，銅鍵合絲必須處于無氧的環境中，銅FAB時一般要采用惰性氣體保護，同時摻入少量氫氣還原。但是，這將給封裝添加新的復雜度，比如對氮氣氫氣的控制等。為解決鍵合銅絲在鍵合過程中易氧化的問題，可以采用鍍層的方法，如專利US2004/0245320A1和US2007/0235887A1提出的鍍層防護方法。通常選用的是抗氧化能力強且熔點比銅高的金屬元素作為鍍層，如Pt、Pd或Ni。鈀在高溫、高濕或硫化物含量高的空氣中性能穩定，能耐酸的侵蝕，同時鈀具有良好的延展塑性，能承受彎曲和摩擦，可長期保持良好的外部光澤，并且鈀的成本要比金便宜，這使得鍍鈀鍵合銅絲在市場上已得到了相當的應用。但是電鍍Pd增加了工藝復雜性，尤其是帶來了環保的問題。

因此，現有技術中，急需一種能夠代替鍵合金絲且抗氧化性能好的鍵合絲。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抗氧化的銅基鍵合絲及其制備方法，通過將銅合金化，即添加微量元素、活潑金屬來提高抗氧化性能。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種抗氧化的銅基鍵合絲，包括以下組分：鋯、鋅、稀土及銅；其中，上述組分含量按照以下重量比：鋯0.0008％～0.0025％，鋅0.001％～0.015％，稀土0.0002％～0.0010％，余量為銅。

優選地，所述銅的純度≥99.996，鋯的純度>99.9％。

優選地，所述稀土為混合稀土。

優選地，所述銅基鍵合絲為單晶結構。

本發明還提出了一種抗氧化的銅基鍵合絲的制備方法，包括以下步驟：

1)制備銅合金鑄錠；

按照質量百分比將鋯、鋅、稀土及銅混合后放入石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，獲取銅合金鑄錠；

2)制備鑄態單晶母線；