铜接合导线以及其制造方法_4

文档序号:9635267阅读:来源:国知局
109] 在退火曲线的最大值的高溫度侧处的运样的退火意指工作在材料的在工艺参数 方面的相当敏感的范围内。为了具有结果的良好再现性,必须仔细监视全部的参数集。
[0110] W下表5示出来自表3的发明的导线的进一步机械和电性质的测量结果:
(表5 :机械和电性质)。
[01U] 来自表5的结果示出发明的导线具有与从4N铜导线典型所知的一样低的电阻率 的值。
[0112] 如期望的那样,屈服强度与导线直径无关。发明的导线的值在每个情况下远低于 120MPa、并且甚至远低于80MPa。
[0113] 在延伸值的最大值周围退火的典型的现有技术的4N铜导线具有大于160MPa的 屈服强度。
[0114] 杨氏模量也独立于导线直径并且具有远低于100GPa的值。典型的现有技术的4N 铜导线具有大约125GPa的杨氏模量。
[0115] 如期望的那样也独立于导线直径的拉伸强度是大约225MPa。注意的是典型的现 有技术的4N铜导线被测量为具有大约245MPa的拉伸强度。根据本发明的导线的拉伸强 度典型地低于标准导线的值几个百分点。运将是期望的,由于发明的导线的柔软度。总之, 在拉伸强度中的运样小的下降将不导致对标准接合过程和/或与标准接合设备一起使用 的负面影响。
[0116] 使用Instron-5300仪器来测试导线的拉伸性质。对于10英寸计量长度,W1(-) 英寸/分钟的速度测试导线。按照ASTM标准F219-96获得断裂载荷与延伸。通过由制造 者建立的方法来得到细导线的杨氏模量和屈服载荷(屈服强度):沿着拉伸图的弹性区段绘 制切线。测量所述线的斜率,其代表导线的杨氏模量。在塑性区段的开始处测量的载荷定 义屈服强度。由制造者开发的"Bluehill软件"能够直接从拉伸图得到屈服载荷和杨氏模 量。使用公式屈服强度=屈服载荷/导线横截面的面积来计算屈服强度(工程强度)。按照 ASTM标准F205通过称重方法来测量直径。
[0117] 第一示例的导线的进一步的结果和比较示出在图7、8和9中。
[011引在图7中,25ym导线的针拉比较示出,当与现有技术导线相比时根据本发明的 导线具有甚至更大的针拉值。根据示例1的发明的导线的结果示出在右边并且标记为"软 铜"。
[011引在图8中,示出了 20ym导线和25ym导线的硬度比较。在每个情况下,显示了现 有技术导线CM专统的")和示例1的发明的导线("软铜")的测量的维氏硬度l0mN/5s。明 显的是发明的导线具有显著更低的维氏硬度,所述维氏硬度对于运些直径是在低于90HV 10mN/5s的范围内。
[0120] 在图9中,对于现有技术导线("传统的")和根据示例1的发明的导线("软铜")显 示了球形接合的接合工艺窗口。导线直径被选择为20ym并且测试接合在侣接合焊盘上 执行。明显的是对于发明的导线的工艺窗口显著大于传统导线的窗口。
[0121] 图13a示出25ym4N化导线样品的热老化实验。球形接合的样品的球拉值被测 量,其中样品在175 °C处的热暴露下老化高达1000小时。结果示出导线的非常良好的老化 行为。结果还证明根据本发明的导线适于高溫和/或高能量应用。
[0122] 尽管W上示例设及由纯铜(4N纯度)制成的导线,但是本发明不限于运样纯度的导 线。在更大的颗粒的受控生长和更低的延伸值的调整下的高溫退火的基本发明的概念能够 被转移到基于铜的任何合适的导线系统。特别优选的,但是不限制本发明的范围,是W下表 6的系统:
(表6 :对于根据本发明的铜导线的优选的系统)。
[0123]列举的元素的所有份额被理解为存在于导线忍中。表6的系统与导线忍的可选涂 层无关,所述涂层可W在每个情况中附加地提供。
[0124] 如果没有给出元素的份额("-"),则元素不应该高于可容忍的痕迹量级而存在。理 解的是除了在表6中给出的那些之外的元素的进一步组合是可能的。特别地,能够想到表 6的元素的份额的进一步组合,例如与金的份额组合的银的份额等。此外,添加除了在表6 中指定的那些之外的进一步元素能够是有利的。
[0125] 通常优选的,在导线忍中的铜的总量不比97%低得多,运提供本发明的良好的适 用性。
[0126] 在下面,具体描述了发明的导线的进一步示例。运些示例包括在忍中的小量的银 并且因此与在表6中的建议的3号系统相关,尽管不受限于在表6中对于运个系统给出的 元素的份额的特定集合。
[0127]示例 2 至少99. 99%纯度的一些铜材料("4N铜")在相蜗中烙化。小量的银(Ag)被添加到烙 化物并且添加的成分在铜烙化物中的均匀分布被提供。然后导线忍前驱体由烙化物铸成。
[0128]导线忍前驱体然后W数个牵引步骤被牵引W形成具有目前20ym的规定的直径 的导线忍2。导线忍2的横截面是基本上圆形的。将理解的是导线直径不被认为是高度准 确的值,由于在横截面的形状等中的浮动。在本意义下,如果导线被定义成具有例如20ym 的直径,则直径被理解成在19. 5至20. 5ym的范围内。
[0129] 借助于运个过程,发明的导线和比较的导线的数个不同的样品被制造。

(表7 :导线直径20Jim,值的单位是ppm)。
[0130]W上的表7示出20ym直径的发明的导线的编号1.. 5的不同样品的组分。导线 的银含量分别是45ppm、110ppm、225ppm、350ppm和900ppm。添加了由4N纯度的铜组 成的比较的导线。
[0131] 导线然后在最终退火步骤中退火W便进一步调整像延伸、硬度、晶体结构等的参 数。通过W定义的速度将导线1运转通过定义的长度和溫度的退火烘箱24来如连续退火 那样动态地执行退火(参见图15)。导线从第一卷轴25退绕并且通过滑轮26引导。在离开 烘箱24之后,导线被卷缆在第二卷轴上用于封装。
[0132] 在本示例中,是移动导线的给定的片保留在加热烘箱24之内的暴露时间的退火 时间是大约0.3S。退火溫度在20ym直径导线的情况下被选择为640 °C。在烘箱区之内, 恒定的溫度被调整。
[0133] 图10示出银渗杂的20ym铜导线的示例性退火曲线。通过调整移动导线的速度 来将退火时间选择为恒定的值。退火溫度是X轴的可变参数。运些图示出对于导线的断裂 载荷(BL)W及延伸(EU测量的值。
[0134] 延伸在显示的示例中展示大约14. 5%的典型的局部最大值,所述最大值在大约 460°C的退火溫度处得到。
[0135] 现在根据样品1. . 5的发明的导线不在最大延伸的运个溫度处而在640 °C处退 火,所述640 °C高于根据图10的最大延伸的溫度180 °C。运导致大约10%的延伸值,其低 于最大延伸值大于30%。
[0136] 如在示例1中,在退火曲线的高溫度侧处的运样的退火意指工作在材料的在工艺 参数方面的相当敏感的范围内。为了具有结果的良好再现性,必须仔细监视全部的参数集。
[0137] 测量了 1-5号导线样品的平均颗粒大小。结果是在每个情况下在3ym至6ym的 范围内。对于3号样品,平均颗粒大小是5ym。
[0138] 导线忍的平均颗粒大小大量地受退火步骤影响,并且存在由银含量的进一步影 响。
[0139] 进一步的实验示出了对于具有在15. . 28Jim的范围内的直径的导线,在3. . 6Jim 范围内的平均颗粒大小能够被获得并且对于银含量的全部范围(即从45ppm至900ppm) 是优选的。
[0140]W下的表8示出对球形接合性能的评估的结果。W上定义的发明的导线样品1. . 5 W及纯铜导线的比较的示例针对球形接合如W上在"测试方法"下所描述的那样被测试。
(表8 :对于球形接合的工艺窗口)。
[0141] 工艺窗口面积被定义为在超声能量和施加的力的上和下边界之间的分别的差异 的乘积。
[0142] 所有发明的导线导致很好地适合于工业应用的工艺窗口。特别地,发明的导线样 品2、3和4示出大于120mA*gW及W上的值,运与4N化导线相比是特别的改进。因此球 形接合工艺窗口的改进至少存在于Ag含量的100. . 350ppm的范围内。
[0143] 理解的是根据本发明的导线的有益性质不限于像球形接合工艺窗口的单一的参 数。其他性质例如是FAB形状和再现性、FAB硬度、在接合之前的导线的柔软度、在接合之后 的在接合区域(球形和颈)中的导线的柔软度、导线的电传导性、针拉强度、老化行为等等。
[0144] 图11示出3号导线样品(225ppm银含量)与比较的4N铜样品的针拉值的比较。 发明的导线示出改进的针拉值。根据图5进行测量。
[014引图12示出3号导线样品与发明的示例1的4N铜样品(标记为"软4N化")的硬度 值(HV15mN/10s)的比较。第二示例的发明的导线比来自第一示例的导线具有甚至更低的 硬度,尽管存在测量的误差条的一些重叠。
[014引图13b示出3号导线样品的热老化实验。巧慢了球形接合的样品的球拉值,其中 样品在热暴露下老化高达1000小时。结果示出导线的非常良好的老化行为。
[0147] 图14示出本发明的示例2的3号样品Ag渗杂的导线与20ym4N化导线的测量 的平均颗粒大小的比较。如W上在"示例1"下描述的那样,4N化导线根据本发明被退火。 4N化导线被标记为"软4N化"。存在测量的误差条的强烈重叠,但是能够估计在Ag渗杂 的导线的情况下更大的颗粒大小的趋势。
[0148] 参考W上对于20ym直径导线所描述的示例2的结果,发明的导线的优选的和优 化的版本具有在45.. 900ppm的范围内的银含量。运对于接合导线的所有
当前第4页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1