耐腐蚀及耐湿性的基于铜的含镍接合线的制作方法

文档序号:11446326阅读:169来源:国知局
本发明涉及一种包括铜芯、粗度为8μm到80μm的线,所述铜芯包括:铜;镍,其量处于从0.005wt.-%(重量-%、重量%)到5wt.-%的范围中;及任选地,银,其量处于从0.005wt.-%到1wt.-%的范围中,其中以wt.-%计的所有量均基于所述芯的总重量;其中所述铜芯具有处于从1.5μm到30μm的范围中的平均晶粒大小。本发明进一步涉及一种用于制造此种线的方法。接合线在电子应用及微电子应用中的使用是众所周知的当前技术水平。尽管在开始接合线是由金制成,但当今使用较不昂贵的材料,例如铜。尽管铜线提供非常良好的导电性及导热性,但铜线接合仍具有挑战。此外,铜线易于受到腐蚀及氧化。就线几何形状来说,最常用者是具有圆形横截面的接合线及具有大致矩形横截面的接合带。两种类型的线几何形状均具有使其可用于特定应用的优点。一些最新研发针对于具有铜芯的接合线。作为芯材料,因高导电性而选择铜。已寻找铜材料的不同掺杂剂以使接合性质优化。举例来说,us7,952,028b2描述若干具有大量不同掺杂剂及浓度的基于铜的不同测试线。然而,就接合线本身及接合工艺来说,持续需要进一步改进接合线技术。因此,本发明的目标是提供改进的接合线。本发明的另一目标是提供就针脚式接合来说展现极佳可接合性的接合线。本发明的另一目标是提供具有改进的可靠性以及改进的耐腐蚀性及耐湿性的接合线。本发明的另一目标是提供就球接合来说展现改进的可靠性及可接合性的接合线。本发明的另一目标是提供就球楔接合来说展现改进的经接合球圆度及同心度的接合线。已发现本发明的线至少解决改进耐腐蚀性及耐湿性的目标。此外,已找到用于制造这些线的方法。类别形成技术方案的标的物促成了上述目标的解决方案。类别形成技术方案的附属子技术方案代表本发明的优选实施例,所述附属子技术方案的标的物也促进解决上文所提及的目标。本发明的第一方面是一种包括芯的线,所述芯包括以下各项或由以下各项组成(a)镍,其量处于从0.005wt.-%到5wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(b)任选地,银,其量处于从0.005wt.-%到1wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(c)铜,其量处于从94wt.-%到99.98wt.-%、优选地98.5wt.-%到99.6wt.-%或甚至99.4wt.-%到99.6wt.-%的范围中,及(d)0wt.-ppm(重量-ppm、重量ppm)到100wt.-ppm的其它组分,其中以wt.-%及wt.-ppm计的所有量均基于所述芯的总重量,其中所述芯具有处于从1.5μm到30μm的范围中的平均晶粒大小,所述平均大小是根据线截取方法而确定,其中所述线具有处于从8μm到80μm或甚至12μm到55μm的范围中的平均直径。所述线优选地是用于微电子装置中的接合的接合线。所述线优选地是一体式物件。已知且出现了众多适用于本发明的线的形状。在横截面图中,优选形状是圆形、椭圆形及矩形形状。平均直径是通过“大小测定方法”来获得。根据此种方法,确定所界定长度的线的物理重量。基于此重量,使用线材料的密度(铜的密度:ρcu=8.92g/cm3)来计算线的直径。将平均直径作为在五次切割特定线时所得的五个测量值的算术平均值来计算。对于本发明来说,术语“接合线”包括所有形状的横截面及所有常用线直径,但具有圆形横截面及细直径的接合线是优选的。用于确定平均晶粒大小的线截取方法是标准金相实践。此处,垂直于线的方向对线进行切割,且蚀刻由此产生的横截面。在本发明上下文中,晶粒的大小被界定为可通过晶粒的所有直线部分中的最长者。平均晶粒大小是芯/块体材料中的至少七个晶粒测量值的算术平均值。测试是根据astme112-96标准(第16.3章,第13页)来执行。如已提及,线芯包括(a)0.005wt.-%到5wt.-%的镍及(c)94wt.-%到99.98wt.-%的铜。线芯可或可不包括组分(b),即银。如果线芯包括银,那么银的量处于从0.005wt.-%到1wt.-%的范围中。本发明的线芯包括(d)0wt.-ppm到100wt.-ppm的其它组分。这些其它组分的低量确保线性质的良好再现性。在本发明上下文中,所述其它组分(常常也称作“不可避免的杂质”)是源自用于或来自线制造工艺的原始材料中存在的杂质的微量化学元素及/或化合物。此些其它组分的实例是:mn、pt、cr、ca、ce、mg、la、al、b、zr、ti、s、fe。换句话说,所述芯包括以下各项或由以下各项组成(a)镍,其量处于从0.005wt.-%到5wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(b)银,其量处于从0.005wt.-%到1wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(c)铜,其量处于从94wt.-%到99.98wt.-%、优选地98.5wt.-%到99.6wt.-%或甚至99.4wt.-%到99.6wt.-%的范围中,及(d)0wt.-ppm到100wt.-ppm的其它组分,或(a)镍,其量处于从0.005wt.-%到5wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(b)无银,(c)铜,其量处于从94wt.-%到99.98wt.-%、优选地98.5wt.-%到99.6wt.-%或甚至99.4wt.-%到99.6wt.-%的范围中,及(d)0wt.-ppm到100wt.-ppm的其它组分,其中以wt.-%及wt.-ppm计的所有量均基于芯的总重量。根据上述,本发明的实施例是一种包括以下各项的线:(a)镍,(b)任选地,银;及(c)铜,如上文所揭示。芯中存在的其它组分通常并非是单独添加的。其它组分的存在源自镍、银及铜中的一或多者中存在的杂质。在一实施例中,本发明的线芯包括少于以下量的其它组分:(i)mn,其<15wt.-ppm;(ii)pt、cr、ca、ce、mg、la、al、b、zr、ti中的任一者,其各自<2wt.-ppm;(iii)s、fe中的任一者,其各自<10wt.-ppm。形成芯的材料更优选地满足上述限值中的至少两者,形成芯的材料最优选地满足所有限值。在一实施例中,线芯包括元素磷作为掺杂剂,基于芯的总重量,所述元素磷的量处于从40wt.-ppm到80wt.-ppm的范围中。在本发明上下文中,线芯被界定为块体材料的同质区域。因任一块体材料始终具有可在一定程度上展现不同性质的表面区域,故线芯的性质应理解为块体材料的同质区域的性质。块体材料区域的表面可在形态、组成(例如,氧含量)及其它特征方面有所不同。所述表面可为线芯的外表面。在替代方案中,其可为线芯与叠置于线芯上的涂层之间的界面区域。在本发明的上下文中,术语“叠置”用于描述第一物项(例如,铜芯)相对于第二物项(例如,涂层)的相对位置。“叠置”表征,其它物项(例如中间层)可(但无需)布置于第一物项与第二物项之间。优选地,第二物项至少部分地叠置于第一物项上,例如,至少30%、50%、70%或至少90%(其各自是相对于第一物项的总表面来说)。最优选地,第二物项完全叠置于第一物项上。在本发明的上下文中,术语“中间层”是指芯与涂层之间的线区域。在此区域中,存在芯及涂层两者的材料的组合。在本发明的上下文中,术语“厚度”用于界定层在垂直于芯的纵轴的方向上的大小,所述层至少部分地叠置于芯的表面上。在一实施例中,芯直径与芯中的平均晶粒大小之间的比率处于从2到14或甚至2到7的范围中。在一实施例中,线的平均直径处于从15μm到28μm的范围中。在此情形中,芯中的平均晶粒大小优选地处于从1.5μm到6μm的范围中。在另一实施例中,线的平均直径处于从>28μm到38μm的范围中。在此情形中,芯中的平均晶粒大小优选地处于从2μm到10μm的范围中。在另一实施例中,线的平均直径处于从>38μm到50μm的范围中。在此情形中,芯中的平均晶粒大小优选地处于从5μm到15μm的范围中。在另一实施例中,线的平均直径处于从>50μm到80μm的范围中。在此情形中,芯中的平均晶粒大小优选地处于从7μm到30μm的范围中。在一实施例中,芯具有表面,其中涂层叠置于芯的表面上。在一实施例中,涂层的质量不大于2.5wt.-%、优选地不大于2wt.-%或更小(其各自是相对于芯的总质量来说)。当存在涂层时,其通常具有0.1wt.-%或更大或者0.5wt.-%或更大的最小质量(其各自是相对于芯的总质量来说)。应用低量的材料作为涂层保存了由线芯的材料所界定的特性。另一方面,涂层为线表面赋予特定特性,例如对环境呈惰性、耐腐蚀性、改进的可接合性等。举例来说,对于平均直径为18μm的线,涂层的厚度处于从60nm到70nm的范围中。举例来说,对于具有25μm的平均直径的线,涂层可具有处于从90nm到100nm的范围中的厚度。在一实施例中,涂层是由选自由钯、铂及银组成的群组的元素制成。所述涂层可为所述元素中的一者的单层。在另一实施例中,所述涂层可为若干个经叠置邻近层的多层,其中每一层是由选自由钯、铂及银组成的群组的一种元素制成。作为涂层一部分的每一层是从上述纯金属元素中的一者个别地沉积。用于在芯上沉积这些元素的常见技术是镀覆(例如电镀及无电极镀覆)、从气相沉积材料(例如溅镀、离子镀覆、真空蒸镀及物理气相沉积)以及从熔融沉积材料。在一实施例中,另一涂层叠置于所述涂层上。在一实施例中,另一涂层的质量不大于0.2wt.-%、优选地不大于0.1wt.-%(其各自是相对于芯的总质量来说)。举例来说,对于具有18μm的平均直径的线,所述另一涂层的厚度处于从2nm到4nm的范围中。举例来说,对于具有25μm的平均直径的线,所述另一涂层可具有从3.5nm到5.5nm的厚度。在一实施例中,所述另一涂层是金层。在一实施例中,本发明的线的特征至少在于以下特征中的一者:α)耐腐蚀性具有至多0%经接合球剥离的值;参见如下文所述的“测试方法g”。β)耐湿性具有至多0%经接合球剥离的值;参见如下文所述的“测试方法i”。γ)线芯的硬度不大于120hv、优选地不大于115hv或不大于110hv;参见如下文所述的“测试方法j”。δ)针脚式接合的工艺窗面积具有至少40μm·g或至少90μm·g或至少120μm·g的值,每一值均是在线具有18μm的平均直径的前提下提供;参见如下文所述的章节“测试方法c”。ε)线的电阻率不大于1.80μω·cm。ζ)平均经接合球圆度具有至多0.0025μm或至多0.002μm或至多0.0018μm的值,每一值均是在线具有18μm的平均直径的前提下提供;参见如下文所述的章节“测试方法e”。η)平均经接合球同心度具有至多0.00056μm或至多0.0005μm或至多0.0004μm的值,每一值均是在线具有18μm的平均直径的前提下提供;参见如下文所述的章节“测试方法e”。本发明的第二方面是一种用于制造上文所揭示实施例中的任一者中的线的方法。在其最一般实施例中,所述方法至少包括以下工艺步骤(1)提供前驱物项,所述前驱物项包括以下各项或由以下各项组成:(a)镍,其量处于从0.005wt.-%到5wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(b)任选地,银,其量处于从0.005wt.-%到1wt.-%、优选地0.1wt.-%到0.6wt.-%或甚至0.45wt.-%到0.55wt.-%的范围中,(c)铜,其量处于从94wt.-%到99.98wt.-%、优选地98.5wt.-%到99.6wt.-%或甚至99.4wt.-%到99.6wt.-%的范围中,及(d)0wt.-ppm到100wt.-ppm的其它组分,其中以wt.-%及wt.-ppm计的所有量均基于所述前驱物项的总重量,(2)将所述前驱物项伸长以形成线前驱物,直到获得线芯的所要直径为止;以及(3)对在完成工艺步骤(2)之后获得的所述经伸长线前驱物进行退火。如在工艺步骤(1)中所提供的前驱物项可是通过用所要量的镍及任选地银对铜进行合金化及/或掺杂而获得。通过产生所述组分与铜的熔体并使所述熔体冷却以形成一块基于铜的同质前驱物项来实现合金化及掺杂。通常,此种前驱物项是呈直径例如为2mm到25mm且长度例如为5m到100m的杆的形式。此种杆可是通过在具有室温的适当模具中铸造包括以下各项或由以下各项组成的铜合金熔体、后续接着进行冷却及凝固来制成:(a)镍,其量处于从0.005wt.-%到5wt.-%的范围中,(b)任选地,银,其量处于从0.005wt.-%到1wt.-%的范围中,(c)铜,其量处于从94wt.-%到99.98wt.-%的范围中,及(d)0wt.-ppm到100wt.-ppm的其它组分,其中以wt.-%及wt.-ppm计的所有量均基于铜合金熔体的总重量。可通过金属合金
技术领域
的技术人员已知的常规工艺来制备铜合金本身,举例来说,通过将铜、镍及任选地银以所要比率熔融在一起。如此一来,可利用常规铜-镍及铜-银母合金。举例来说,可利用感应炉来执行熔融工艺,且在真空下或在惰性气体气氛下工作是有利的。所使用材料可具有例如99.99wt.-%及更高的纯度级。如果如针对本发明第一方面的实施例中的一些实施例所揭示在线上存在一或多个涂层,那么这些涂层优选地是施加到线前驱物。所属领域的技术人员知晓如何以针对线实施例所揭示的厚度(即,在将前驱物项与一或多个涂层一起伸长为线前驱物之后)来计算前驱物项上的此些涂层的厚度以获得所述涂层。如上文已揭示,已知用于根据所述实施例在铜或铜合金表面上形成材料的涂层的众多技术。优选技术是镀覆(例如电镀及无电极镀覆)、从气相沉积材料(例如溅镀、离子镀覆、真空蒸镀及物理气相沉积)以及从熔融沉积材料。如针对本发明第一方面的实施例中的一些实施例所揭示,为给线芯叠置单层或多层金属涂层,一旦达到处于例如80μm到200μm的范围中的某一前驱物直径,中断工艺步骤(2)即为有利的。接着,可例如通过一或多个电镀工艺步骤来施加单层或多层金属涂层。此后,继续工艺步骤(2),直到获得线芯的所要及最终直径为止。在工艺步骤(2)中,将前驱物项伸长以形成线前驱物,直到获得线芯的所要直径为止。已知用以将前驱物项伸长以形成线前驱物的众多技术且其在本发明的上下文中显现为有用的。优选技术是轧延、型锻、模拉等,其中模拉是尤其优选的。在后一情形中,以数个工艺步骤拉制前驱物项,直到达到线芯的所要及最终直径为止。线芯的所要及最终直径可处于从8μm到80μm的范围中或优选地处于从12μm到55μm的范围中。此种线模拉工艺是所属领域的技术人员众所周知的。可采用常规碳化钨及金刚石拉模,且可采用常规拉制润滑剂来支持拉制。举例来说,可以8个主要阶段来拉制前驱物项,且每一阶段具有15到25个工艺步骤,其中在每一拉制工艺步骤中,执行将前驱物项的长度伸长从6%到18%的范围。对于每一拉制工艺步骤,伸长%可相同或不同。在工艺步骤(3)中,优选地在管式炉中将在完成工艺步骤(2)之后获得的经伸长线前驱物退火。优选地,所述退火是股线退火(最终退火),其为一种用于允许以高再现性快速生产线的连续工艺。股线退火意指,在使线前驱物移动穿过优选地管式退火炉并在离开所述炉之后缠绕于卷轴上的同时以动态方式进行退火。退火是在例如440℃到700℃的范围中的目标温度下执行达0.1秒到0.4秒,优选地在470℃到650℃的范围中的目标温度下执行达0.1秒到0.3秒;这些温度/时间条件允许实现或调整线芯的所要平均晶粒大小。退火通常是通过将经伸长线前驱物拉动穿过常规退火炉来执行,所述退火炉通常呈具有给定长度的圆柱形管的形式且在给定退火速度下具有所界定温度分布曲线,所述给定退火速度可是在例如从4米/分钟到30米/分钟或从14米/分钟到16米/分钟的范围中选择。如此一来,可界定并设定退火时间/目标温度参数。关于本发明的实施例,已发现,在低于最大伸长率温度的温度下进行的退火可产生有益线性质,这是因为可以积极方式影响线形态。此外,已发现,将退火温度选择为高于最大伸长率温度同时维持退火时间常数具有进一步优点。举例来说,可使用此制造原理将线的平均晶粒大小调整到(例如)较大平均晶粒大小。通过此调整,可以积极方式影响其它性质,例如,线硬度、球接合行为等。因此,在一实施例中,退火是在高于最大伸长率温度的温度下执行,其中线在退火之后的伸长率值不大于最大伸长率值的98%。举例来说,工艺步骤(3)可是在比最大伸长率温度tδl(max)至少高10℃、优选地至少高50℃或至少高80℃的温度下执行。通常,工艺步骤(3)中的温度比tδl(max)高不超过200℃。最大伸长率温度tδl(max)是通过测试试样(线)在不同温度下断裂时的伸长率来确定。以曲线图来收集数据点,其展示随温度(℃)而变的伸长率(以%计)。所得曲线图通常称为“退火曲线”。在基于铜的线的情形中,观察伸长率(以%计)达到最大值时的温度。此即为最大伸长率温度tδl(max)。图1中展示实例,其展示根据样品3(表1)的以镍合金化的18μm铜线的示范性退火曲线。退火温度是x轴的变量参数。所述曲线图展示线的断裂负荷(bl,以克计)及伸长率(el,以%计)的所测量值。通过拉伸测试来确定伸长率。在所显示实例中,伸长率测量值展现约10%的典型局部最大值,此是在大约470℃的退火温度下实现。如果根据样品3的线并非是在此最大伸长率温度下而是在560℃(其比最大伸长率温度高90℃)下退火,那么结果是约9.8%的伸长率值,其比最大伸长率值低超过2%。所述退火可是在惰性或还原气氛中执行。众多类型的惰性气氛以及还原气氛在此项技术中是已知的且用于清扫退火炉,所述退火炉通常是管式退火炉。在已知惰性气氛中,氮是优选的。在已知还原气氛中,氢是优选的。另一优选还原气氛是氢氮混合物。优选氢氮混合物是90vol.-%到98vol.-%氮及因此2vol.-%到10vol.-%氢,其中总vol.-%是100vol.-%。优选氮/氢混合物等于93/7、95/5及97/3vol.-%/vol.-%,其各自是基于混合物的总体积。如果线表面的一些部分易于被空气中的氧进行氧化(例如,如果线的铜被暴露于其表面),那么在退火中应用还原气氛是尤其优选的。以所述类型的惰性气体或还原气体进行清扫优选地以处于43min-1到125min-1、更优选地43min-1到75min-1、最优选地50min-1到63min-1的范围中的气体交换速率(=气体流率[升/分钟]:内炉体积[升])执行。据信,前驱物项材料的组成(其与成品线芯的组成相同)与在工艺步骤(3)期间占主导的工艺参数的独特组合对于获得本发明的线是必不可少的。所述工艺参数的优选组合是:目标温度500℃到650℃,达0.1秒到0.3秒,优选地进一步结合使用90vol.-%到98vol.-%氮/2vol.-%到10vol.-%氢混合物作为清扫气体,以处于50min-1到63min-1的范围中的气体交换速率。在完成工艺步骤(3)之后,即完成本发明的线。为了充分地从其性质获益,将所述线立即用于线接合应用(即,无延迟地,例如,在完成工艺步骤(3)之后不超过7天内)是有利的。或者,为了保持线的宽线接合工艺窗性质且为了防止其受氧化或其它化学侵蚀,通常在完成工艺步骤(3)之后立即(即,无延迟地,例如,在完成工艺步骤(3)之后<1小时到5小时内)将成品线进行缠绕及真空密封且随后储存以供进一步用作接合线。以真空密封条件进行储存不应超过6个月。在开启真空密封之后,线应在不超过7天内用于线接合。优选地,所有工艺步骤(1)到(3)以及缠绕及真空密封是在洁净室条件(usfedstd209e洁净室标准,1k标准)下执行。本发明的第三方面是一种可通过根据本发明第二方面或其实施例的方法而获得的线。已发现,所述线非常适合用作线接合应用中的接合线。线接合技术是所属领域的技术人员众所周知的。在线接合过程中,通常形成球接合(第一接合)及针脚式接合(第二接合,楔接合)。在接合形成期间,在所施加擦洗幅度(通常以μm为单位来测量)的支持下,施加某一力(通常以克为单位来测量)。在线接合工艺中所施加力的上限与下限间的差与所施加擦洗幅度的上限与下限间的差的数学乘积界定线接合工艺窗:(所施加力的上限-所施加力的下限)·(所施加擦洗幅度的上限-所施加擦洗幅度的下限)=线接合工艺窗。线接合工艺窗界定允许形成满足规范(即,通过常规测试(如常规拉力测试、球剪力测试及球拉力测试,此处仅列出几个))的线接合的力/擦洗幅度组合的面积。对于工业应用,出于线接合工艺稳健性的原因,期望具有宽线接合工艺窗(以g为单位的力对以μm为单位的擦洗幅度)。本发明的线展现相当宽的线接合工艺窗。举例来说,对于针脚式接合,本发明直径为18μm的线展现处于例如40μm到120μm的范围中的线接合工艺窗。以下非限制性实例说明本发明。实例测试方法a.到j.所有测试及测量均是在t=20℃及相对湿度rh=50%下进行。a.通过线截取方法得出平均晶粒大小:使用标准金相技术(astme112-96,第16.3章,第13页)来确定晶粒大小。对线芯的样品进行剖切且接着进行蚀刻。在本发明情形中,使用2gfecl3及6ml浓hcl在200ml去离子水中的溶液来进行蚀刻。根据线截取原理来确定晶粒大小。在本发明上下文中,晶粒的大小被界定为通过晶粒的所有直线部分中的最长者。所测量平均晶粒大小是芯材料中的晶粒的至少七个测量值的算术平均值。b.伸长率(el):使用instron-5300仪器测试线的拉伸性质。以1英寸/分钟速度在10英寸标距长度内对线进行测试。根据astm标准f219-96来获取折断(断裂)时的负荷及伸长率。伸长率是线长度在拉伸测试之前及之后的差(△l/l),其是根据所记录负荷对延伸拉伸曲线图而计算出。c.针脚式接合工艺窗面积:通过标准程序来进行对接合工艺窗面积的测量。测试线是使用kns-iconn接合器工具(库力索法工业公司,华盛顿堡,美国宾夕法尼亚州(kulicke&soffaindustriesinc,fortwashington,pa,usa))而接合。第二接合(针脚式接合)工艺窗面积是在接合时所使用的力的上限与下限间的差与所施加擦洗幅度的上限与下限间的差的乘积,其中所得接合必须满足某些拉力测试规范,例如2.5克的拉力、引线上无非黏处等。工艺窗值基于具有18μm的平均直径的线,其中线被接合到的引线指由银组成。通过克服以下两种主要故障模式来导出工艺窗的四个拐角:(1)供应太低力及擦洗幅度会导致线的引线上非黏处(nsol),及(2)供应太高力及擦洗幅度会导致短尾(shtl)。d.自由空气球(fab):通过以如下2种不同模式执行常规电火炬(efo)点火来评估fab:(a)标准点火-单个步骤,及(b)先进点火-两个步骤,参见下表:所述表是根据自由空气球kns工艺用户指南(库力索法工业公司,华盛顿堡,美国宾夕法尼亚州,2002,2009年5月31日)中所述的程序而得出。以μm标度使用光学显微镜在200x到500x放大率下来测量fab直径。使用扫描电子显微镜(sem)来观察fab的形态。评估在针脚式接合之前悬挂于线端处的线材料熔融液滴的形状及对称性。对fab构形的性能的评估:+,线熔融液滴凝固,但球大小小于规范及/或是尖状的++,线熔融液滴以球体形状凝固,但球大小不符合规范及/或是倾斜的+++,线熔融液滴以球体形状且在规范内凝固,但略微倾斜++++,线熔融液滴以球体及轴对称球状形状凝固e.平均经接合球圆度及同心度:通过测量平均圆度及同心度来量化经接合球(第一接合)形态。使用标准点火模式或先进点火模式而对线进行接合。4n裸露的以铜及镍合金化的铜线是使用标准点火模式而接合,而以银-镍合金化的铜线是使用先进点火模式而接合。在高倍率尼康显微镜mm40中以500x放大率来观察经接合球。与显微镜互连的e-max软件版本5.3针对16个所测量边缘点通过最小平方法来预测理论圆。求出每一边缘与理论圆半径的偏差。最大偏差值与最小偏差值间的差被界定为deve,即经接合球的平均圆度。圆度良好的球展示出0.001μm平均圆度且较差球展露0.003μm平均圆度。在平均经接合球同心度的情形中,沿着外圆标记12个边缘。e-max软件通过最小平方法来预测理论圆且求出外圆的中心。类似地,其预测内圆及其中心。计算外圆与内圆间在x方向及y方向两者上的中心差,根据此中心差按照来计算同心度。同心度良好的经接合球展示出0.0001μm,且最差球展露出0.0009μm。f.对连续铸造杆的盐溶液浸泡测试:分出长度为10mm的连续铸造8mm杆并在85℃下将其浸泡于盐溶液中达4天,使用di水冲洗且稍后用丙酮冲洗。所述盐溶液含有溶于去离子(di)水中的20wt.-%nacl。在较低倍率镜(立体镜-szx16)下以10x到100x放大率观察所述杆的表面变色。从原始铜红色变换到暗黑色的杆表面表明若干处缝隙腐蚀。对暗黑色表面进行的sem-edx展露氯峰、氧峰及铜峰。评估:+,100%铸造杆表面从原始铜红色变换到暗黑色,表明若干处缝隙腐蚀++,<70%铸造杆表面从原始铜红色变换到黑色,表明缝隙腐蚀+++,<40%铸造杆表面从原始铜红色变换到黑色,表明轻微缝隙腐蚀++++,<10%铸造杆表面从原始铜红色变换到暗黑色,表明缝隙腐蚀较不显著或不存在g.对经接合球的盐溶液浸泡测试:将线球接合到al-0.5wt.-%cu接合垫。将带有如此接合的线的测试装置在25℃下浸泡于盐溶液中达2、4、6、8及10分钟,用di水冲洗且稍后用丙酮冲洗。所述盐溶液含有去离子(di)水中的30wt.-ppmnacl。在较低倍率镜(立体镜-szx16)下以10x到100x放大率检查经剥离球的数目。观察到较高数目个经剥离球表明若干处界面电化腐蚀。h.对连续铸造杆的耐湿性测试:分出长度为10mm的连续铸造8mm杆并将其在130℃温度、85%相对湿度(rh)下储存于高度加速的应力测试(hast)室中达4天。在低倍率镜(立体镜-szx16)下以10x到100x放大率检查经hast测试样品以查看表面变色。类似于盐溶液浸泡测试,从原始铜红色变换到暗黑色的杆表面表明若干处缝隙腐蚀。对暗黑色表面进行的sem-edx展露氧峰及铜峰。评估:+,100%铸造杆表面从原始铜红色变换到暗黑色,表明若干处缝隙腐蚀++,<70%铸造杆表面从原始铜红色变换到黑色,表明缝隙腐蚀+++,<40%铸造杆表面从原始铜红色变换到黑色,表明轻微缝隙腐蚀++++,<10%铸造杆表面从原始铜红色变换到暗黑色,表明缝隙腐蚀较不显著或不存在i.对经接合球的耐湿性测试:将线球接合到al-0.5wt.-%cu接合垫。将带有如此接合的线的测试装置在130℃温度、85%相对湿度(rh)下储存于高度加速的应力测试(hast)室中达20小时,且稍后在较低镜(立体镜-szx16)下以10x到100x放大率检查经剥离球的数目。观察到较高数目个经剥离球表明若干处界面电化腐蚀。j.维氏硬度:使用具有维氏压头(vickersindenter)的费氏(fischer)镜h110c测试设备来测量硬度。对测试线试样施加10mn的力达5s的停留时间。所述测试是对经退火线芯的中心执行。实例1-10将一定量的至少99.99%纯度的铜材料(“4n铜”)在坩埚中熔融。将少量母合金添加到铜熔体并通过搅拌来确定所添加组分的均匀分布。使用以下母合金。对于表1及表2的合金,添加母合金cu-5wt.-%ni、cu-15wt.-%ag及cu-0.5wt.-%p的对应组合。接着,从熔体连续铸造呈8mm杆形式的线前驱物。以6个主要拉制阶段(每一阶段中具有22个工艺步骤)拉制所述8mm杆,以形成圆形形状且平均直径为18μm的线,其中在每一工艺步骤中对前驱物执行从6%到18%的长度伸长。在本文中所呈现的实例中,针对阶段1实践17%伸长,针对阶段2到阶段5实践11%伸长,且针对阶段6实践8%伸长。在拉制期间采用增滑剂。借助于此种程序,制造铜-镍及铜-镍-银合金线及一个比较性线(ref)的样品。使用帕金埃尔默(perkinelmer)icp-oes7100dv型号通过icp(电感耦合等离子体)分析来控制铜、铜-镍及铜-镍-银合金线的化学组成。将线溶于浓硝酸中且将溶液用于icp分析。表1展示平均直径为18μm的发明性铜-镍合金线的样品1到6的组成。线的镍含量如所指示的那样而变化,磷的量也如所指示的那样变化。比较性线(ref)由4n铜组成。表1:平均直径为18μm的铜线及铜-镍合金线的化学组成,值以wt.-ppm计样品niagppdsfemn4ncu(ref)5121.11.21.81.90.2150121.11.21.81.90.22500121.11.21.81.90.235000121.11.21.81.90.2410000121.11.21.81.90.2550000121.11.21.81.90.26500012501.21.81.90.2表2展示各自具有18μm平均直径的样品线7到10的组成。所述线的银、镍及磷含量如所指示的那样而变化。比较性线(ref)由4n铜组成。表2:平均直径为18μm的铜线及铜-镍-银合金线的化学组成,值以wt.-ppm计样品niagppdsfemn4ncu(ref)5121.11.21.81.90.27100010001.11.21.81.90.28100050001.11.21.81.90.29500010001.11.21.81.90.21025002500501.21.81.90.2所述线是在最终退火工艺步骤中被退火。所述退火是通过使所述线以1m/s的速度通过长度为30cm且退火温度为560℃(线1-6)或650℃(线7-10)的管式退火炉而作为股线退火被动态地执行。在离开所述炉之后,将所述线缠绕于卷轴上以供封装。在本发明实例中,退火时间是一段给定移动线在经加热炉内的暴露时间,其为0.3s。在炉区内,调整恒定温度。测量线样品1到10的平均晶粒大小。对于样品1到6,结果处于3μm到6μm的范围中,且对于样品7到10,结果处于1.5μm到6μm的范围中。以下表3展示以8mm杆及样品1到6的经接合线获得的测试结果。表3以下表4展示以8mm杆及样品7到10的经接合线获得的测试结果。表4线1-6及7-10产生非常适合于工业应用的工艺窗。至少对于处于0.5wt.-%到5wt.-%的范围中的镍含量或对于处于0.1wt.-%到0.5wt.-%的范围中的银与处于0.1wt.-%到0.5wt.-%的范围中的镍的组合,会观察到所铸造杆及经接合球的耐腐蚀性及耐湿性的显著改进。当前第1页12
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