銅基引線及載有銅基引線的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅基引線，包括芯材和包覆于所述芯材外表面上的被覆層，其中，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體，該微量合金元素可以為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，也可以為Al和Mg中的任意一種或兩種組合；所述被覆層的材質(zhì)為Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，另位于同一方向上的所述被覆層的截面積為占該銅基引線截面積的0.04%～0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at%～70at%，所述被覆層的RMS表面光潔度為1.0nm～4.0nm，從而使該銅基引線不僅具有良好的高溫高濕可靠性、粘合性，而且還能夠有效防止芯片損壞現(xiàn)象，大大提高了銅基引線以及半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品良率。
【專利說明】銅基引線及載有銅基引線的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體提供一種關(guān)于粘合特性及高濕可靠性得以顯著提高的銅基弓I線及載有銅基弓I線的半導(dǎo)體封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]通常而言，半導(dǎo)體封裝是指利用引線，將包含于封裝內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片電氣連接于印制電路板上。所述引線的主要材料多采用黃金，但由于使用黃金的引線價格過于昂貴，因此迫切需要研發(fā)出一種能夠取代黃金引線的廉價引線。據(jù)此，出現(xiàn)了利用相對廉價的銅制成的引線，但由于銅會產(chǎn)生表面氧化現(xiàn)象，故難長期使用和儲藏，且在進行粘合時，還會出現(xiàn)源自基板的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致引線氧化，最終導(dǎo)致粘合特性下降。為了解決所述問題，又研發(fā)出表面被覆耐蝕性金屬的銅線，但銅線線端上的結(jié)球(free air ball:無空氣球、自由球)形狀不均衡，不適合進行粘合處理，且會導(dǎo)致粘合性能及高濕可靠性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服所述缺陷，本發(fā)明提供了一種銅基引線及載有銅基引線的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，該銅基引線不僅具有良好的高溫高濕可靠性、粘合性，而且還能夠有效防止芯片損壞現(xiàn)象，大大提聞了銅基引線以及半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的廣品良率。
[0004]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種銅基引線，包括芯材，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體；按重量百分比計，該微量合金元素為0.lwt%?3.5wt%的A組合金元素和0.03wt%?0.7wt%的B組合金元素中的一種，其中，該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合。
[0005]作為本發(fā)明的進一步改進，所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.3wt%?2.0wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.5wt%?1.5wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.8wt%?1.2wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，該A組合金元素為Pd元素。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，按重量百分比計，該A組合金元素為0.3wt%Ag、
0.3wt%Au、0.3wt%Pd 和 0.3wt%Pt 的組合。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:B組合金元素0.05wt%?0.5wt%,該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合；銅余量。[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，在所述芯材的外表面上還包覆有一層被覆層，所述被覆層的材質(zhì)為Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；另位于同一方向上的所述被覆層的截面積占該銅基引線截面積的0.04%?0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at% ?70at%。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進,所述被覆層的RMS (root mean square)表面光潔度為
1.0nm?4.0nm ;所述被覆層的材質(zhì)為Pd。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，位于該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中的銅基引線包括芯材和包覆于所述芯材外表面上的被覆層，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體，按重量百分比計，該微量合金元素為0.lwt%?3.5wt%的A組合金元素和0.03wt%?0.7wt%的B組合金元素中的一種，其中，該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合；
[0014]另所述被覆層的材質(zhì)為Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，位于同一方向上的所述被覆層的截面積占該銅基引線截面積的0.04%?0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at%?70at%,所述被覆層的RMS (root mean square)表面光潔度為1.0nm?
4.0nm0
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中的銅基弓I線包括芯材和包覆于所述芯材外表面上的被覆層，其中，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體，該微量合金元素可以為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，也可以為Al和Mg中的任意一種或兩種組合；所述被覆層的材質(zhì)為AiuPd和Pt中的任意一種或多種組合，另位于同一方向上的所述被覆層的截面積為占該銅基引線截面積的0.04%?0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at%?70at%，所述被覆層的RMS表面光潔度為1.0nm?4.0nm，從而使該銅基引線不僅具有良好的高溫高濕可靠性、粘合性，而且還能夠有效防止芯片損壞現(xiàn)象，大大提聞了銅基引線以及半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的廣品良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述銅基引線的制造方法流程圖；
[0017]圖2 (a?d)為本發(fā)明所述銅基引線的結(jié)球表面在掃描電子顯微鏡下的形狀圖片;
[0018]圖3 (a?d)為本發(fā)明所列舉的部分實施例中的銅基引線的特性變化圖表?！揪唧w實施方式】
[0019]下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本發(fā)明的實施例旨在更全面地為在該【技術(shù)領(lǐng)域】中擁有常規(guī)知識的技術(shù)人員詳解本發(fā)明的技術(shù)思想，且本發(fā)明的實施例可以變形為多種不同形態(tài)，并不局限于如下實施例。
[0020]一、制作銅基引線
[0021]圖1示出了本發(fā)明所述銅基引線的制造方法流程；表I示出了本發(fā)明實施例1?30和對比例I?5中所述芯材的組份；表2示出了本發(fā)明實施例31?53和對比例6?7中包覆有被覆層的銅基弓丨線的結(jié)構(gòu)。
[0022]所述銅基引線的制造方法由如下幾個階段組成:S卩，SlO:準備芯材的階段；S12:對所述芯材的外表面進行預(yù)處理的階段；S14:在所述芯材的外表面上形成被覆層的階段；S16:對形成有所述被覆層的所述芯材進行拉絲處理，以形成引線的階段。
[0023]SlO:準備芯材的階段，所述芯材可選用為純度為99.999%的銅材；也可選用為本發(fā)明中所述的由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體，其中，所述合金元素可以是銀(Ag)、黃金(Au)、鈀(Pd)和白金(Pt)中的至少一種元素，也可以是鋁(Al)和鎂(Mg)中的至少一種元素。當所述合金元素為銀(Ag)、黃金(Au)、鈀(Pd)和白金(Pt)中的至少一種元素時，其含量可占整個芯材的約0.lwt%?3.5wt%范圍內(nèi)；當所述合金元素為鋁(Al)和鎂(Mg)中的至少一種元素時，其含量可占整個芯材的約0.03wt%?0.7wt%范圍內(nèi)。
[0024]S12:對所述芯材的外表面進行預(yù)處理的階段，可利用等離子清洗所述芯材的外表面，而上述等離子則可利用真空等離子裝置或利用大氣壓等離子裝置得以形成，且為了生成這種等離子所使用的電力范圍約在5W?100W范圍內(nèi)。
[0025]除利用等離子清洗外，所述芯材也可通過脫脂工序或酸洗工序予以清洗。
[0026]在本發(fā)明所列舉的實施例和對比例中，對所述芯材的外表面進行預(yù)處理的階段，當所述芯材外表面上包覆有被覆層時，所述被覆層中可含有一定濃度的銅元素。例如:利用大氣壓等離子裝置在所述芯材的外表面上實施等離子蝕刻處理，以去除所述芯材外表面上存留的氧化膜或不純物質(zhì)，便于調(diào)整被覆層與芯材之間的擴散，并調(diào)整銅元素在被覆層表面上的擴散程度。所述被覆層外表面上的銅濃度可通過此后說明的熱處理工序效果的上升作用達到20at%?70at%。當所述被覆層的外表面具有一定的銅濃度時,可誘導(dǎo)銅及所述合金元素與被覆層之間的完全固溶，以在形成結(jié)球時便于熔融，進而使熔融的結(jié)球形狀具有突出的陳舊性能，并在I次粘合時，與芯片之間具有均勻的接觸面，以提高粘合性能的均衡性。
[0027]S14:在所述芯材的外表面上形成被覆層的階段，所述被覆層可環(huán)繞包覆在所述芯材的外表面上。
[0028]所述被覆層可通過電解鍍金、無電解鍍金、蒸發(fā)(evaporation)或蒸鍍(deposition)等方法得以形成。在此，所述被覆層中可具有黃金(Au)、|fi(Pd)和白金(Pt)中的至少一種元素和不可避免的雜質(zhì)。例如:被覆層中可僅含有鈀(Pd)元素。再如，還可采用含有鈀元素的弱堿性鍍金溶液實施鍍金工序，在芯材外表面上形成一定厚度的被覆層。在本發(fā)明所列舉的實施例中，所述被覆層的厚度可達5nm?15nm。
[0029]S16:對形成有所述被覆層的所述芯材進行拉絲處理，以形成引線的階段，可利用拉絲裝置對形成有所述被覆層的所述芯材進行拉絲處理，以減少所述芯材及所述被覆層的截面積。據(jù)此，最終形成的銅基弓I線直徑可達12 μ m?25 μ m，而被覆層則可占銅基引線截面積的0.04%?0.2%ο
[0030]S18:對所述引線的表面進行預(yù)處理的階段，可增加引線的表面光潔度。利用大氣壓等離子裝置在所述引線的表面實施等離子蝕刻處理，以增加所述引線表面的光潔度，使所述引線可擁有約1.0nm?4.0nm的RMS表面光潔度。當所述銅基引線具有一定的表面光潔度時，與具有光滑表面的引線相比，可提供更大的表面面積，故在將引線粘合于印制電路板等機板上的2次粘合工序中，能夠增加引線與印制電路板之間的摩擦力，進而能夠減少2次粘合不良率，并能夠提高2次粘合的作業(yè)效率。
[0031]此外，所述銅基引線的制造方法還可包括有對選擇性拉絲的引線進行熱處理的階段。該熱處理階段中的溫度可達400°C?700°C。該熱處理工序可緩解通過拉絲工序拉絲的引線加工硬化現(xiàn)象。如上所述，該熱處理工序可徹底地去除殘留在引線表面上的不純物質(zhì)。另在該熱處理工序中被覆層內(nèi)的鈀(Pd)等元素可擴散至芯材內(nèi)部，因此隨著實施該熱處理工序的熱處理時間、周邊氣體及溫度的不同，被覆層外表面上的銅濃度也會有所不同。
[0032]通過上述工序的實施，形成本發(fā)明所述的銅基引線。此外，還可根據(jù)本發(fā)明中所列舉的實施例和對比例條件，選擇性地適用上述工序階段。例如，本發(fā)明對比例2?5中的引線制造工序，可略去在所述芯材的外表面上形成被覆層的階段(S14)。同樣，在本發(fā)明對形成有被覆層的實施例的引線制造工序，也可略去對拉絲引線進行熱處理的階段。
[0033]表I制作所述芯材的各實施例及對比例中的組份
[0034]單位:重量百分比(wt%)
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種銅基引線，包括芯材，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體；其特征在于:按重量百分比計，該微量合金元素為0.lwt%?3.5wt%的A組合金元素和0.03wt%?0.7wt%的B組合金元素中的一種，其中，該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合，該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基引線，其特征在于:所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.3wt%?2.0wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基引線，其特征在于:所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.5wt%?1.5wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅基引線，其特征在于:所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:A組合金元素0.8wt%?1.2wt%,該A組合金元素為Ag、Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；銅余量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的銅基引線，其特征在于:該A組合金元素為Pd元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的銅基引線，其特征在于:按重量百分比計，該A組合金兀素為 0.3wt%Ag、0.3wt%Au、0.3wt%Pd 和 0.3wt%Pt 的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基引線，其特征在于:所述芯材具有以下組份，按重量百分比計:B組合金元素0.05wt%?0.5wt%,該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合；銅余量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的銅基引線，其特征在于:在所述芯材的外表面上還包覆有一層被覆層，所述被覆層的材質(zhì)為Au、Pd和Pt中的任意一種或多種組合；另位于同一方向上的所述被覆層的截面積占該銅基引線截面積的0.04%?0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at%?70at%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的銅基引線，其特征在于:所述被覆層的RMS(root meansquare)表面光潔度為1.0nm?4.0nm ;所述被覆層的材質(zhì)為Pd。
10.一種載有銅基引線的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:位于該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中的銅基引線包括芯材和包覆于所述芯材外表面上的被覆層，所述芯材為由含雜質(zhì)的銅、以及微量合金元素組合制成的合金體，按重量百分比計，該微量合金元素為0.lwt%?3.5wt%的A組合金元素和0.03wt%?0.7wt%的B組合金元素中的一種，其中，該A組合金元素為Ag、Au,Pd和Pt中的任意一種或多種組合，該B組合金元素為Al和Mg中的任意一種或兩種組合； 另所述被覆層的材質(zhì)為AiuPd和Pt中的任意一種或多種組合，位于同一方向上的所述被覆層的截面積占該銅基引線截面積的0.04%?0.2%，且所述被覆層外表面上含有的銅濃度為20at%?70at%,所述被覆層的RMS(root mean square)表面光潔度為1.0nm?4.0nm。
【文檔編號】H01L23/482GK103745963SQ201410040778
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】崔圭南 申請人:銘凱益電子（昆山）有限公司