專利名稱：：鍵合銅線制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電子器件封裝引線材料。
背景技術(shù)：
：在半導體IC封裝中，芯片和引線框架(基板)的連接要靠引線來實現(xiàn)，這種引線材料通常按照焊接方法的不同，可以分為二種一種是球焊用高純金線，另一種是超聲波楔形焊鋁線。前者焊接速度高，無方向性，可靠性好。因而樹脂封裝的半導體器件中95%是采用高純金線作引線。我國2006年用金線(直徑25Mffl)量為12.25噸，預計2007年為13.87噸，2008年15.4噸，2009年為16.9噸。即每年以10%的速度增長。金是貴金屬，金價不斷上漲，金線的制造成本隨之增加，它極大地影響著半導體器件制造成本。同時，用金線作引線，金線壓焊在硅片的鋁膜上，在金與鋁的界面上，由于AuAl2等脆性化合物的生成并成長快，形成卡肯多爾空穴而脆化，使高溫長時間可靠性降低。另外，金線的耐熱性差，容易在金球上端斷裂。因此，為了降低引線的成本和緩解焊接表面在升溫過程中的變化，已經(jīng)展開了用A1，Ag，Pd，Cu代替Au的研究?，F(xiàn)在，用銅代替金，銅與金相比，不僅制造成本低，而且導電性好(銅比金高30%)，強度高(銅比金高40%)，接觸電阻小，金屬間相生長慢，顯示出比其它材料更優(yōu)良的性能。但是，用一般的銅代替作球焊線，由于銅比金硬，即使用5NCu，在焊接過程中也會使鋁膜下的Si片損壞。為了降低銅的硬度，須將含50-100ppm雜質(zhì)的銅提純，使其雜質(zhì)含量降到lppm以下(6NCu，Cu%>99.9999%)，但是，即是采用重電解的更高純度的銅(6NCu)，也由于其S含量較多，為0.6ppm，它對高純度銅的硬度和變形抗力產(chǎn)生大的影響，通過添加脫S元素后的區(qū)熔精煉得到的DHPCu,(S〈0.1ppm)這種銅具有低的硬度和低的再結(jié)晶溫度，此時銅線坯的硬度Hv在32-43之間，與金的硬度Hv(30-40)接近，用這種銅制成的線，高速球焊時避免了Si的損傷。但是這種純DHPCu，線，在3(TC以下的室溫就會發(fā)生再結(jié)晶，其破斷力會隨存放時間而下降，延伸率會增加，性能改變，而且，在球焊時靠近銅球上端的晶粒易粗大，尺寸幾乎接近線徑，造成焊弧形狀穩(wěn)定性不好。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種半導體器件鍵合銅線的制造方法，即以外購6NCu為原料，經(jīng)過獨有的區(qū)域熔煉工藝得到超高純度銅，再添加微量元素并經(jīng)特殊的加工方法制得新型的鍵合銅線，使之既能控制晶粒粗大，又能改善焊弧的性能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將6NCu，經(jīng)脫S區(qū)熔精煉制得DHPCu錠。再加Be,Ge，In,Ag,Ca等元素之中的一個以上的成分配料，熔化、鑄錠，經(jīng)軋制、退火，扒皮、拉伸加工、再退火，反復進行直到C25pm，最后在保護氣氛下退火，制得本發(fā)明線材，所用原料組分6Ncu99.9999-99.99999%、添加高純Be，Ge，In，Ag，Ca和La中的1種或2種以上，含量在0.00001-0.0001%之間。其制備工藝1、區(qū)熔精煉以高純銅(6NCu)為原料，在高頻真空感應電爐中，熔煉出含(0.1-lppm)La脫S元素鑄錠，放入自制的透明石英管中，抽真空保持1.3X10"Pa，再置于高頻線圈加熱，功率18-22kw頻率235-260kHz。熔融寬度30土10咖，熔融區(qū)移動速度為1.3-1.8mm/min，進行3次精煉，制得脫S區(qū)熔精煉DHPCu錠。2、摻雜用區(qū)熔精煉純銅(DHPCu)摻加(0.1-lppm)Be，Ge，In，Ag,Ca等元素之中的一個以上，在高頻真空感應爐熔化，鑄錠。3、軋制按道次加工率7%-9%軋制到<27.5mm,經(jīng)350-450。C真空退火。4、拉伸加工扒皮到C7咖，進一步經(jīng)90-99.5%的拉伸加工，350-450。C真空退火，反復進行直到C25ym。5、保護氣氛下退火處理最后在Ar氣保護下經(jīng)250-40(TC退火，達到所要求的性能，制成本發(fā)明線。6、成品檢驗、包裝、入庫。采用本發(fā)明的積極效果是采用本發(fā)明制造方法所制成的鍵合銅線既克服了工業(yè)純銅線硬度高，焊接時易壓碎硅片；又避免了高純銅線受熱時晶粒粗大，球焊時易產(chǎn)生球頸斷裂，焊弧不穩(wěn)定等缺陷。與目前廣泛使用的Au線相比，提高了焊接強度和焊接可靠性，大大地降低了成本。經(jīng)批量焊接、塑封，老化，測試，其機械性能與金線相比，強度大，導電性高，延伸率高，有較寬的良好焊接區(qū)域，并且其球頸強度比金線高，保證了焊接的穩(wěn)定性，為長弧焊接、多層板布線、多引腳高密度線球焊封裝技術(shù)提供了重要條件。具體實施例方式以生產(chǎn)C25ym鍵合銅線為例1、區(qū)熔精煉以高純銅(6NCu)為原料，先在功率30kw頻率10kHz高頻真空電爐中，用6NCu熔煉出含lppmLa脫S元素鑄錠，尺寸為19ramX20咖X250mm。放入自制的透明石英管中，抽真空保持1.3X10—3Pa，再置于高頻線圈加熱，功率20kw頻率250kHz。熔融寬度30土10mm，熔融區(qū)移動速度為1.5imn/min，進行3次精煉，制得脫S區(qū)熔精煉DHPCu錠。2、摻雜用脫S區(qū)熔精煉高純銅(DHPCu)摻雜如下表l成分，在高頻真空感應爐熔化，鑄錠。表l化學成分及性能<table><table>權(quán)利要求1、一種鍵合銅線制造方法，其特征是將6NCu，經(jīng)脫S區(qū)熔精煉制得DHPCu錠。再添加Ga，Mg，Be，Ge，In，Ag，Ca等元素之中的一個以上，分別熔化、鑄錠，經(jīng)軋制、退火，扒皮、拉伸加工、再退火，反復進行直到￠25μm，最后在保護氣氛下退火，制得本發(fā)明線。所用原料組分6Ncu99.9999-99.99999％、添加高純Be，Ge，In，Ag，Ca和La中的1種或2種以上，含量在0.00001-0.0001％之間；其制備工藝1、區(qū)熔精煉以高純銅(6NCu)為原料，在高真空電爐中，熔煉出含(0.1-1ppm)La脫S元素鑄錠，放入自制的透明石英管中，抽真空保持1.3×10-3Pa，再置于高頻線圈加熱，功率18-22kw頻率235-260kHz。熔融寬度30±10mm，熔融區(qū)移動速度為1.3-1.8mm/min，進行3次精煉，制得脫S區(qū)熔精煉DHPCu錠；2、摻雜用脫S區(qū)熔精煉高純銅(DHPCu)摻加(0.1-1ppm)Ga，Mg，Be，Ge，In，Ag，Ca等元素之中的一個以上，在高頻真空感應爐熔化，鑄錠；3、軋制按道次加工率7％-9％軋制到￠7.5mm，經(jīng)350-450℃真空退火；2、摻雜用脫S區(qū)熔精煉高純銅(DHPCu)摻加(0.1-lppm)Ga，Mg，Be,Ge，In，Ag，Ca等元素之中的一個以上，在高頻真空感應爐熔化，鑄錠；3、軋制按道次加工率7%-9%軋制到7.5咖，經(jīng)350-45(TC真空退火；4、拉伸加工扒皮到<7rran，進一步經(jīng)90-99.5%的拉伸加工，350-450。C真空退火，反復進行直到C25pm;5、保護氣氛下退火處理最后在Ar氣保護下經(jīng)250-40(TC退火，達到所要求的性能，制成本發(fā)明線；6、成品檢驗、包裝、入庫。全文摘要一種半導體器件鍵合銅線制造方法，它涉及一種電子器件封裝引線材料。是一種為代替高成本鍵合金線而發(fā)明的半導體器件鍵合銅線制造方法，該方法是將6NCu，經(jīng)區(qū)熔精煉制得脫S區(qū)熔精煉DHPCu錠。再加Be，Ge，In，Ag，Ca等元素之中的一個以上，分別熔化、鑄錠，再經(jīng)軋制、退火，扒皮、拉伸加工、退火，反復進行直到φ25μm，最后在保護氣氛下退火，制得本發(fā)明線。具體工藝方法6NCu脫S區(qū)域精煉—摻雜—軋制—拉伸加工—保護氣氛下退火處理—成品檢驗、包裝、入庫。本發(fā)明克服了工業(yè)純銅線硬度高，焊接時易壓碎硅片；高純銅線受熱時晶粒粗大，球焊時易產(chǎn)生球頸斷裂，焊弧不穩(wěn)定等缺陷，提高了焊接強度和焊接可靠性。為長弧焊接、多層板布線、多引腳高密度線球焊封裝技術(shù)提供了重要條件。文檔編號H01B1/02GK101386930SQ20071011300公開日2009年3月18日申請日期2007年9月15日優(yōu)先權(quán)日2007年9月15日發(fā)明者曹顏順,超王,程壽明,高士龍申請人:山東華宏微電子材料科技有限公司