专利名称：柔性键合铜丝及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种键合铜丝及其制备方法。
(二) 、背景技术键合丝(Bonding Wires)作为一个产品族(Product Family)是半导体封装的关键材料之一，它的功能是实现半导体芯片与引脚的电 连接，起着芯片与外界的电流导入及导出作用。键合丝目前主要包括金丝、铝 丝及铜丝，其中铝丝仅限于低档的玩具电路，金丝则占有中高产品，超过总的 80%的份额，而铜丝则是近年来随着黄金价格的持续走高为替代金丝刚发展的新 产品。铜丝存在易氧化和硬度较大的问题，由于键合技术的改进氧化问题基本 得到解决，但因为硬度过大造成的芯裂是在某种程度上是造成键合失效的主要 原因，故现在铜线的大批量应用还只限于低档产品。
(三) 、发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种柔性键合铜丝 及其制备方法，通过多元合金解决铜丝过硬的问题，同时大大提高其抗氧化性， 并使其可以真正应用于集成电路等高级封装中，以部分或全部取代金丝。
本发明的技术方案如下。
一种柔性键合铜丝，其特征在于由以下组分组成Ce 0.001%-0.005%， Pd 0.003%-0.005%， PtO.005%-0.009%,余量为Cu。
所述的柔性键合铜丝的制备方法，其特征在于经过以下步骤制备而成
1) 、制作预合金和母合金选定要加入的合金元素，用99.999%以上的高
纯铜制作预合金和母合金；
2) 、熔铸将99.999%的高纯铜，加入各种合金，熔铸成圆棒；
) 、拉丝将金棒通过拉丝机拉成丝线；4) 、退火;
5) 、机械性能检测检査产品是否符合要求的强度和延展性；
6) 、绕线将金丝分绕成不同长度的小轴。
作为连接导线，要求键合丝具有良好的导电性能，适宜的硬度和力学性能， 以保证合适的成球和成弧性能；并要求有好的抗氧化性，通常情况下基本不氧 化，以保证结合的可靠性。
在导电性方面，铜比金的电阻率都低，导电更好；在力学性能上，铜的刚 性(强度)比金好，由于以上两点，可在高密度封装中用更细的铜丝代替金丝， 如20um代替25um;但是，铜的抗氧化性不如金，硬度高于金丝，在压焊过程中 可能造成成球和结合失效以及芯片开裂，这是存在的主要问题，不过根据材料 学原理，这两点完全可以通过材料技术来解决，成分、结构和组织的综合作用 决定了硬度等指标，其中化学成分是基础，即通过改善铜基材料的配比，可以 完全解决这个问题。
本发明的积极效果在于，通过采取多元掺杂合金，加入其他成分，降低铜 的硬度，特别是成球硬度，减少对芯片的冲击力和破坏，降低键合能量，阻止 了界面氧化物和裂纹的产生，保持其结合性能的稳定，从而提高了结合性能、 导电性和抗氧化性；并通过控制熔铸、加工、热处理条件，进一步优化组织结 构，保证得到合适的机械性能，能够满足不同的需要。
具体实施方式
下面结合附图
和具体实施例进一步说明本发明。
实施例一
原料配比Ce 0.001%, Pd 0.005%， Pt 0.005%，以01配至100%。 制备方法 .1) 、合金选定要加入的合金元素，用99.999%以上的高纯铜制作预合金
和母合金。
2) 、熔铸根据不同型号及客户的要求将99.999%的高纯铜，加入各种合 金，熔铸成圆棒，并通过调整拉铸的速度、加热和冷却的温度等参数，以得到 晶体尺寸合适、结构均匀的棒材；
3) 、拉丝将金棒通过拉丝机拉成不同直径的丝线，选择合适的加工变形， 防止回复和再结晶软化。
4) 、退火根据客户的不同要求，设定不同的退火参数，消除应力，选择 再结晶区域，并得到满足要求的机械性能；并通过氮氢保护，以防止和减少氧 化。
5) 、机械性能检测检査产品是否符合要求的强度和延展性；
6) 、绕线根据客户的不同要求将丝线分绕成不同长度的小轴；
7) 、最终检验表面、直径、放线、应力、机械性能、长度等检测。 实施例二
原料配比Ce 0.005%, Pd 0.003%， Pt 0.009%，以Cu配至1000/。。
制备方法同实施例一。 实施例三
原料配比Ce 0.003%, Pd 0.004%, Pt 0.007%,以01配至100%。
制备方法同实施例一。
对实施例三成品进行检测，检测数据如表l、表2。
由表1可知，本发明的合金丝拉伸强度高于普通铜丝，接近金键合丝；本发 明的合金丝球硬度低于普通铜丝，接近金键合丝。
由表2可知，本发明合金丝的各项机械性能，明显优于普通铜丝，能够满足集成电路等高级封装的键合要求。 表1主要性能对比
抗拉强度TS/5%N/mm2球硬度HV
金丝4N200-30040-65
普通铜丝250-35070-75
本发明柔性铜丝280-28559—62
表2机械性能参数
直径(Uffl)断裂负;荷(g)延伸率(％)普通铜丝(4N)柔性铜丝普通铜丝(4N)柔性铜丝
184-53.8-4.12-52.8-5.6
205-64.74.92-52.6-5.2
236-86.5-6.82-62.7-5.5
259-119.2-9.42-83.9-7.6
3217-1917.5-17.92-83.9-7.9
3822-2523.3-24.13-106.2-15.3
5037-4539.5-40.13-107,5-16.3
其中，表l球硬度的检测条件是Dia: 25um ; Pressure: 3g; Pressure Time: 12s; M/C: Mitutoyo MVK画H3。
表1抗拉强度和表2断裂负荷和延伸率的检测条件是Sample Length: 10mm; Pull Speed: lOmm/min; M/C: Istron 4301。
权利要求
1、一种柔性键合铜丝，其特征在于由以下组分组成Ce 0.001％-0.005％，Pd 0.003％-0.005％，Pt 0.005％-0.009％，余量为Cu。
2、 如权利要求1所述的柔性键合铜丝的制备方法，其特征在于经过以下步骤制备而成1) 、.制作预合金和母合金选定要加入的合金元素，用99.999%以上的高 纯铜制作预合金和母合金；2) 、熔铸将99.999%的高纯铜，加入各种合金，熔铸成圆棒；3) 、拉丝将金棒通过拉丝机拉成丝线；4) 、退火;5) 、机械性能检测检查产品是否符合要求的强度和延展性；6) 、绕线将金丝分绕成不同长度的小轴。
全文摘要
本发明是一种柔性键合铜丝及其制备方法，由以下组分组成Ce0.001％-0.005％，Pd 0.003％-0.005％，Pt 0.005％-0.009％，余量为Cu。通过采取多元掺杂合金，加入其他成分，降低铜的硬度，特别是成球硬度，减少对芯片的冲击力和破坏，降低键合能量，阻止了界面氧化物和裂纹的产生，保持其结合性能的稳定，从而提高了结合性能、导电性和抗氧化性；并通过控制熔铸、加工、热处理条件，进一步优化组织结构，保证得到合适的机械性能，能够满足不同的需要。
文档编号H01L23/49GK101626006SQ200910017010
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者良 林 申请人:烟台一诺电子材料有限公司