[发明专利]一种铜合金键合丝及其制造方法

说明书

一种铜合金键合丝，其特征在于按重量计含有Pd 0.1‑4%，微量添加元素1‑300 ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Co、Be、Ga、Mg、Ni、Pt和Al中的一种或其中两种以上的组合。本发明还提供上述铜合金键合丝的一种制造方法。本发明的铜合金键合丝具有以下有益效果：（1）具有优异的作业性（CUP电极下层电路不会打裂或击穿）和可靠性；（2）抗老化性能好，改善封装产品在热冲击试验中的可靠性；（3）有较低的线材硬度，HAZ长度可低至50 um，极大地降低了打线的弧高；（4）对铜‑铝介金属化合物抑制较好；（5）能提供良好的接合性，有效阻止水气浸入接口处，可以改善IC高温高湿环境下金球脱落问题；（6）成本较低，且没有电镀制程，不造成污染排放。

技术领域

本发明涉及IC、LED封装用的键合丝，具体涉及一种铜合金键合丝及其制造方法。

背景技术

键合丝（bonding wire，又称键合线）是连接芯片与外部封装基板（substrate）和/或多层线路板（PCB）的主要连接方式。键合丝的发展趋势，从产品方向上，主要是线径细微化、高车间寿命（floor life）以及高线轴长度；从化学成分上，主要有铜线（包括裸铜线、镀钯铜线、闪金镀钯铜线）在半导体领域大幅度取代金线，而银线和银合金线在LED以及部分IC封装应用上取代金线。由于电子产品小型化和细薄化的发展要求，半导体行业通过芯片厚度减薄(Wafer thinning)、封装采用芯片堆栈(Die stacking)、倒装芯片(flip chip)、晶圆级封装（wafer level packaging）、2.5D和3D封装等方法来应对，然而传统的键合封装（wire bonding）仍然是主流封装形式。

现有的以铜作为主要成分的键合丝主要有纯铜线和镀钯镀金铜线。纯铜线具有良好的作业性和较低的成本，但抗老化性能和耐高温高湿的能力较差，可靠性较低。镀钯镀金铜线包括芯线、包覆在芯线外面的钯预镀层以及包覆在钯预镀层外面的金包覆层，芯线采用纯铜制成；镀钯镀金铜线为了保证良好的作业性和可靠性，需要包覆厚度较厚的钯预镀层和金包覆层，原料成本高，制造工艺也较为复杂，以致制造成本过高，缺乏市场竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铜合金键合丝以及这种铜合金键合丝的制造方法，这种铜合金键合丝具有优异的作业性和可靠性，且成本较低。采用的技术方案如下：

一种铜合金键合丝，其特征在于按重量计含有Pd 0.1-4%，微量添加元素1-300ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Co、Be、Ga、Mg、Ni、Pt和Al中的一种或其中两种以上的组合。

优选上述铜合金键合丝中Pd的重量百分比含量为0.5-2%。

优选上述铜合金键合丝的直径为15-40um。

本发明的铜合金键合丝中，芯线中加入含量0.1-4%的钯（Pd），能有效地改善线材的抗老化性能，改善封装产品在热冲击试验中的可靠性。适量的微量添加元素用以改进线材的机械性能，其中Ca、In、Ga、Mg、Ni能有效提升金合金的焊线作业性，能增强线材与芯片及基板的粘附性能，提升信赖性能；Co、Be、Pt、Al等能提高金合金线材的再结晶温度，提升线材在高温环境下的耐疲劳性，有效降低颈部断线的几率。

本发明还提供上述铜合金键合丝的一种制造方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）熔铸：按比例将Pd和微量添加元素加入到铜原料中，经过真空熔炼和定向连续引铸工艺，获得直径为6-8毫米的线材；

（2）拉丝：对步骤（1）得到的线材进行拉丝，获得直径为50-280um的铜合金线；

（3）中间退火：步骤（2）拉丝完成后，对铜合金线进行中间退火，在退火过程中采用N₂或者氮氢混合气来做为退火气氛，退火炉有效长度为600-1000mm，退火温度为300-600℃，退火速率为60-120m/min；