铜接合导线以及其制造方法_2

文档序号:9635267阅读:来源:国知局
,并且最 优选地在1. 2%与2. 0%之间。在特别优选的实施例中,钮份额是在1. 2%与1. 3%之间。实 验示出了钮的小份额不减少本发明的有益效果,然而运样的钮含量通常有助于导线对侵蚀 的稳定性并且具有进一步的有益的效果。
[0041] 进一步优选的,本发明的运样的含有Pd的导线示出在85至95HV(0.010N/ 5 S)的范围内导线忍的微硬度。在甚至更优化的实施例中,在导线忍的硬度与钮含量之间的 比率是在60与120HV(0.010N/ 5S)/ Wt.-%之间的范围内。理解的是导线忍的硬度 例如能够通过退火过程的方式独立于在某些范围之内选择的钮含量而被调整。
[0042] 在又一个优选的实施例中,导线忍W在45ppm与900ppm之间的量含有银。在优 选的实施例中,银含量是在100ppm与900ppm之间,甚至更优选地是在100ppm与700ppm 之间。在非常优选的实施例中,当导线的显著有利的性质被得到时,银含量是在100ppm至 400ppm的范围中。在又一个优化的实施例中,忍的银含量是在100ppm与300ppm之间, 最优选地是在200ppm与250ppm之间。通常,在导线忍中具有小份额银的运样的实施例 对于球形接合示出良好的FAB(无空气焊球)形成W及大的接合窗口。
[0043] 对于含有银的导线通常优选的,导线忍的除了化和Ag的成分的总量是小于1000 ppm,甚至更优选地小于100ppm。运提供导线性质的良好的再现性。
[0044] 在发明的导线的进一步优选的实施例中,AuW在45ppm与900ppm之间的量被 提供为份额。更优选地,Au的量是在100ppm与700ppm之间,最优选地是在100ppm与 300ppm之间。
[004引注意的是,PtAu、Ag、P和B的W上提到的份额中的两个或多个能够同时被提供在 发明的导线中。最优选的,在W上提到的量中之一中的Pd的份额分别与从W如W上提到的 量的Au、Ag、P或B的组选择的一个份额组合。
[0046] 通常优选的,对于特定元素在发明导线的导线忍中的不想要的污染物等级的有益 上阔值是如下: A邑:<35ppm; Ni:<15ppm; 在每个情况下Pd、Au、Pt、化、Ca、Ce、Mg、La、A1、B、Zr、Ti:<2ppm; P:〈6ppm; Fe:〈10ppm; S、Mn:〈15ppm。
[0047] 指出的是对于元素Pd、Ag、Au、B和P的W上通常的阔值仅仅对于在其中运些元素 没有W其他定义的量被明确含有的本发明的实施例而言是有效的。
[004引 W上特定的污染物限制中的每个意指是本发明的单独的特征。
[0049] 本发明特别地设及细接合导线。特别地关于颗粒大小的控制,观察的效果对细导 线尤其有益。在本情况下,术语"细导线"被定义为具有在8ym至80ym的范围内的直 径的导线。特别优选的,根据本发明的细导线具有在12ym至55ym的范围内的直径。在 运样的细导线中,发明的组分和退火特别地有助于获得有益的性质。
[0050] 在发明的导线的优选的实施例中,在接合步骤之前,导线忍在至少58(TC的溫度下 退火达至少0.1S的时间。特别是在细导线的情况下,运保证足够的退火和要求的颗粒大 小的获得。甚至更优选的,退火时间是至少0.2S并且最优选地是0.25S。发明的导线的 特别高的退火溫度通常允许大的平均颗粒大小的调整。在最优选的情况下,在600°C之上选 择退火溫度。
[0051] 特别地,在考虑导线直径下能够优化导线的退火。在运样的优化的实施例中,最小 退火溫度被选择如下: 直径[化] 最小退火溫度[°c] 15-28 600 28-38 610 38-50 625 50-80 635 在本发明的通常优选的方面中,导线在退火之后的延伸值不大于最大延伸值的92%。更 优选的,延伸值不大于85%,并且最优选地不大于最大延伸值的80%。在又一个优选的情况 下,导线在高于在其处通过退火获得最大延伸值的溫度至少l〇°C的溫度处退火。更优选地, 所述溫度高于最大延伸的溫度至少50°C,并且最优选的,所述溫度高于最大延伸的溫度至 少 8(TC。
[0052] 最大延伸值被定义如下:在基于铜的接合导线的通常情况下,能够通过最终退火 步骤来调整导线的延伸。在运个方面中的"最终"意指,此后没有建立具有对导线的形态的 主要影响的生成步骤。当选择退火参数时,经常选择一组参数。在对导线退火的简单的情 况下,在给定长度的烘箱中调整恒定的溫度,其中导线W恒定的速度通过所述烘箱。运将导 线的每一个点暴露到所述溫度达给定的时间,运个溫度和运个退火时间是退火过程的两个 相关的参数。在其他情况下,可能使用烘箱的特定溫度分布,因此将进一步的参数添加到系 统。
[0053] 在任何情况下,参数之一能够被选择为变量。然后,依赖于运个变量的接收的导线 的延伸值导致通常具有局部最大值的曲线。运被定义为在本发明的意义上的导线的最大延 伸值。在变量是退火溫度的情况下,运样的曲线经常被称为"退火曲线"。
[0054] 在现有技术下,经常将任何导线退火到关于可变参数的运样的最大延伸值,因为 局部最大值的存在提供特别稳定的制造条件。
[00巧]关于本发明,惊人地证明了退火到在最大延伸值之下的不同值能够导致有益的导 线性质,因为能够W积极的方式来影响导线形貌。如果退火溫度被选择为可变参数并且将 退火时间设置为恒定值,则如果退火溫度被选择在高于最大延伸的退火溫度的值处是特别 有益的。特别地,运个制造原理能够用于例如将导线的平均颗粒大小调整到更大的颗粒大 小。通过运个调整,能够W积极的方式影响其他性质像例如导线柔软度、球形接合行为等。
[0056] 在本发明的可能进一步的发展中,涂层被叠加在忍的表面上方。理解的是,运样的 涂层是可能的但是不是发明的导线的必要特征。为了最小化运样的涂层的材料对接合工艺 的影响,涂层的质量优选地不大于导线忍的质量的3%。最优选地,涂层的质量不大于导线忍 的质量的1%。有利地,涂层包括Pd、Au、Pt和Ag的组中的至少一个作为主要成分。
[0057] 在本发明的上下文中的术语"叠加"用于描述例如铜忍的第一项关于例如涂层的 第二项的相对位置。可能地,进一步的项(诸如中间层)可能被布置在第一和第二项之间。优 选地,第二项至少部分地(例如关于第一项的总表面达至少30%、50%、70%或者达至少90%) 被叠加在第一项的上方。最优选地,第二项被完全叠加在第一项上方。在本发明的上下文 中的术语"中间层"是在铜忍和涂层之间的导线的区段。在运个区段中,如在忍中的材料W 及如在涂层中的材料组合地存在。
[0058] 在本发明的优选的实施例的情况下,在接合之前的导线忍的硬度是不大于95. 00 HV(0. 010N/5S)。更优选的,硬度是不大于93HV(0. 010N/5S)。导线忍的运样的柔软度 有助于防止敏感的衬底在接合的进程中受到损害。实验还示出了根据本发明的运样柔软的 导线展示非常良好的无空气焊球(FAB)性质。导线硬度的运样的限制是特别有帮助的,如 果机械敏感结构排列在接合焊盘之下。运是特别正确的,如果接合焊盘由像侣或金的软材 料组成。敏感结构例如能够包括一个或数个层的特别地具有小于2. 5的介电常数的多孔二 氧化娃。运样多孔的并且因此脆弱的材料正变得日益常见,因为它能够有助于增加装置性 能。因此,发明的接合导线的机械性质被优化W避免脆弱层的破裂或其他损害。
[0059] 使用具有维氏压头的费舍尔范围HlOOC测试器来测量硬度。如果没有给 定不同的值,则使用136。方形金刚石压头压印,施加IOmN力(F)的力达5s停留 时间。硬度测试过程按照基于在横切片的样品的平坦的面上的维氏压痕的基本 良好建立过程的制造者的推荐。使用扫描电子显微镜(SEM)来测量并且使用公式
来计算在导线切片的表面上的压痕对角线(d),其中F的单位 是k奸并且d的单位是mm。
[0060] 本发明的进一步的方面是模块,该模块包括第一接合焊盘、第二接合焊盘和根据 本发明的导线,其中导线通过球形焊接的方式被连接到接合焊盘之一。
[0061] 运样的模块能够包括通过接合导线的方式电连接的任何特别的电子装置。特别 地,所述装置能够是集成电路、发光二极管(LED)、显示装置等。
[0062] 在发明的模块的优选的实施例中,在将20ym直径的导线接合到侣接合焊盘的 情况下,用于球形接合的工艺窗口面积具有至少120g*mA的值。更优选的,值是至少130 g*mA,并且最优选的,值是至少140g*mA。
[0063] 通过标准过程来测量球形接合窗口面积的运些值。使用KNS-iConn接合器工具来 接合测试导线。用于接合导线的工艺窗口面积的定义在本领域中已知并且广泛用于比较不 同的导线。原则上,它是用在接合中的超声能量和用在接合中的力的乘积,其中产生的接合 必须满足某些拉力测试规格例如3克的拉力、无未粘上焊盘(non-stickonpad)等。给定 的导线的工艺窗口面积的实际值进一步取决于导线直径W及接合焊盘材料。为了给出发明 的导线的性质的特定定义,要求的工艺窗口值是基于20化=0.8mil的导线直径,其中接 合焊盘由侣(Al、Al-〇. 5化、A^lSi-O. 5化等)组成。发明的系统的范围不限于运个直径的 导线和由侣制成的接合焊盘,而是仅仅为了定义的目的而指定运个数据。
[0064] 本发明的又一个方面是用于制造根据本发明的接合导线的方法,该方法包括如下 的步骤: a.提供具有要求的组分的铜忍前驱体; b.牵引前驱体直到达到了导线忍的最终直径; C.在定义的溫度处将牵引的导线退火达最小的退火时间。
[0065] 在特别优选的实施例中,通过连续退火(strandanneali
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