[发明专利]具有埃厚的表面氧化物层的铜键合丝

说明书

具有10至80微米的直径的铜丝，其中铜丝本体材料是≥99.99重量%纯铜或由10至1000重量ppm银和/或0.1至3重量%钯及补足100重量%的作为余量的铜构成的铜合金，其特征在于所述铜丝具有0.5至<6纳米的氧化铜薄周向表面层。

本发明涉及具有仅0.5至&lt;6纳米的氧化铜薄周向表面层的铜丝。

键合丝在电子和微电子应用中的使用是公知的现有技术状况。尽管键合丝一开始由金制成，但现今使用更便宜的材料，如铜。尽管铜丝提供非常好的电导率和热导率，但铜丝的键合具有其挑战性。此外，铜丝容易受丝的氧化的影响。

存在各种手段来防止铜键合丝发生表面氧化。实例包括用抗氧化贵金属的涂层、玻璃涂层或聚合物涂层涂覆铜丝。

用于引线键合（wire bonding）应用的未经涂覆的铜丝通常具有氧化铜表面层，其层厚度通常在例如6至20纳米的范围内。

在本文中使用术语“氧化铜”。其应该表示CuO和/或Cu₂O。

由于大量的研发努力，申请人已经开发出具有10至80微米，优选15至50微米的直径和0.5至&lt; 6纳米，优选0.5至4纳米，特别是0.5至3.5纳米的氧化铜薄周向表面层的铜丝。该铜丝本体材料（bulk material）是≥ 99.99 wt.-%（重量%）纯铜或由10至1000 wt.-ppm（重量ppm），优选100至300 wt.-ppm，特别是200至250 wt.-ppm银和/或0.1至3 wt.-%，优选0.5至2 wt.-%，特别是1.2至1.3 wt.-%钯及补足100 wt.-%的作为余量的铜构成的铜合金。

在本文中使用术语“铜丝”。为避免误解，其应该表示任何形式的铜丝，即作为未经加工的铜丝和已经加工的、即球形或楔形键合的（wedge-bonded）铜丝。

在本文中使用术语“0.5至&lt; 6纳米的氧化铜薄周向表面层”。其应该表示该0.5至&lt;6纳米的氧化铜薄周向表面层是氧化铜或其包含氧化铜。换言之，该0.5至&lt; 6纳米的氧化铜薄周向表面层可以由氧化铜构成或其可包含例如在50至100重量%范围内的浓度的氧化铜。在一个实施方案中，其表现出在从丝外表面向丝中心的垂直方向上经所述0.5至&lt; 6纳米的深度的氧化铜浓度梯度。这样的氧化铜浓度可以在丝外表面处高，例如90至100重量%氧化铜并经所述深度迅速下降到0重量%。

在下文中，“由10至100重量ppm银和/或0.1至3重量%钯及补足100重量%的作为余量的铜构成的铜合金”也简称为“铜合金”。

在本文中使用短语“补足100重量%的作为余量的铜”。其应该表示铜是该铜合金中的主要组分。为避免误解，这不应被理解为排除没有明确提到和由于现行技术条件而可能以某种方式进入铜合金中（例如由于在制造过程中的无意但不可避免的并入）的其它元素。换言之，这样的其它元素可能作为不可避免的杂质存在于合金中，但仅以例如&gt; 0至100重量ppm的极微总量。在任何情况下，此类不可避免的杂质不是被有意添加或引入形成铜合金的组合物中。就此而言，短语“补足100重量%的作为余量的铜”表示补足100重量%的铜合金所缺失的重量%比例由铜加上所述不可避免的杂质（如果后者存在）构成。

该铜合金可通过金属合金领域的技术人员已知的常规方法制备，例如通过将铜和银和/或钯以所需比率熔融在一起。在该情况下，可以使用常规铜-银或铜-钯母合金（master alloy）。可以例如使用感应炉进行熔融过程并且在真空下或在惰性气体气氛下工作是有利的。所用材料可具有例如99.99重量%和更高的纯度级。通常将该铜合金熔体在室温模具中铸造，在其中所述熔体冷却并凝固。

可以通过飞行时间-二次离子质谱（ToF-SIMS；使用铋离子分析处于正极性的分子）测定或表征铜或铜合金丝的氧化铜表面层的性质和厚度。

也可以通过下列等效方法测量铜或铜合金丝的氧化铜表面层的厚度：