制造用于接合应用的粗铜线材的方法技术

一种制造接合线的方法，所述接合线包括具有表面的芯，其中所述芯包含≥98.0%的铜，并具有7500至600000 µm2范围内的横截面积和40至95 N/mm2范围内的弹性极限RP0.2（屈服强度），该方法包括以下步骤：（a）提供铜芯前体；（b）拉制该前体直到达到线芯的最终直径；（c）在650至1000℃范围内的最低退火温度下在其整个横截面上使拉制的线材退火4秒至2小时的最小退火时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于制造粗铜接合线的方法。接合线用于制造在半导体器件制造过程中用于电互联集成电路和印刷电路板的半导体器件。此外，接合线用于电力电子应用以便使晶体管、二极管等与外壳的垫或引脚（pin）电连接。虽然一开始用金来制造接合线，但现在使用不那么昂贵的材料，例如铜。尽管铜线提供非常好的导电性和导热性，但是铜线的球形接合以及楔形接合具有其挑战。此外，铜线易受氧化的影响。就线材几何形状而言，最常见的是具有圆形横截面的接合线和具有大致矩形横截面的接合带。这两种类型的线材几何形状都具有它们的优点，使其可用于特定的应用。因此，这两种类型的几何形状都具有其市场份额。例如，接合带对于给定的横截面积具有更大的接触面积。但是，带材的弯曲受限，并且当接合时必须观察带材的取向以便在带材与其所接合的元件之间达到可接受的电接触。至于接合线，则这些弯曲起来更灵活。但是，接合涉及在接合过程中线材的焊接和更大的形变，这可能造成危害或甚至破坏接合垫以及在下方的与之接合的元件的电结构。对本专利技术而言，术语接合线包括所有横截面形状。通过本专利技术的方法制得的接合线的尺寸关系到粗接合线。在本专利技术的接合线含义中，粗线被认为是横截面积为7500至600000µm2或12000至600000µm2的线材。在具有圆形横截面的线材的实例中，此类线材可以具有98至510µm或125至510µm的直径。为了实现足够的生产量和可靠性，粗接合线的机械性能和接合行为与细接合线相比包括特定的要求。一些近来的发展涉及具有铜芯的接合线。由于高导电性，选择铜作为芯材料。已经找寻了铜材料的不同掺杂剂以优化接合性能。例如，US7,952,028B2描述了几种具有大量不同的掺杂剂和浓度的不同的铜基测试线。然而，就接合线本身和接合工艺而言，仍然需要进一步改进接合线技术。因此，本专利技术的一个目的是提供制造改进的接合线的方法。因此，本专利技术的另一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线具有良好的加工性能，并且其在互连时没有特殊要求，由此节约了成本。本专利技术的目的还在于提供制造接合线的方法，所述接合线具有优异的导电性和导热性。本专利技术的再一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线表现出改善的可靠性。本专利技术的再一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线表现出优异的可接合性。本专利技术的另一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线对于楔形接合显示出改善的可接合性。本专利技术的另一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线在接合之前显示出提高的线芯柔软度。本专利技术的另一目的是提供制造接合线的方法，所述接合线具有改进的抗腐蚀性和/或抗氧化性。令人惊讶地，已经发现通过本专利技术的方法制得的线材解决了上述目的中的至少一个。此外，发现包括通过本专利技术的方法制得的线材的系统和模块在线材与其它电元件（例如印刷电路板、垫/引脚等）之间的界面处更可靠。本专利技术涉及制造接合线的方法，所述接合线包括具有表面的芯，其中所述芯包含≥98.0%的铜，并具有7500至600000µm2范围内的横截面积和40至95N/mm2范围内的弹性极限RP0.2（屈服强度），该方法包括以下步骤：（a）提供铜芯前体；（b）拉制该前体直到达到线芯的最终直径；（c）在650至1000℃范围内的最低退火温度下在其整个横截面上使拉制的线材退火4秒至2小时、优选4秒至1小时的最小退火时间。在一个实施方案中，退火可以作为固定式或静态退火过程来实施，最小退火时间则可以为4秒至2小时、优选4秒至1小时，而在退火动态进行（即采用移动的线材）的情况下，最小退火时间可以为4至30秒。如果不提供其它特殊限定，组分的所有含量或份额目前均以重量份额的形式给出。特别地，以百分比给出的份额理解为重量%。以ppm（每百万份的份数）给出的份额理解为重量ppm。通过本专利技术的方法制得的此类线材在其机械与接合性能方面得到优化。在本专利技术的一个更优选的实施方案中，线芯或线材的弹性极限RP0.2为≤90N/mm2，最优选≤85N/mm2。弹性极限RP0.2的下限优选≥40N/mm2且最优选≥50N/mm2。这特别导致通过本专利技术的方法制得的接合线的屈服强度的优选和有利的范围。通过本专利技术的方法制得的接合线优选具有在范围40-95N/mm2、50-95N/mm2、40-90N/mm2或50-90N/mm2中的一个或多个内的弹性极限RP0.2。在非常优选的实施方案中，所述芯或线材的弹性极限RP0.2在65-90N/mm2或65-85N/mm2范围内。所述线材或所述芯的弹性极限与屈服强度相同。对于弹性极限或屈服强度的定义，参照公知的理解。材料的“屈服强度”在工程和材料科学中定义为材料开始塑性形变时的应力。在塑性形变开始之前，材料将弹性形变，并在移除施加的应力时将返回其初始形状。目前，通过使用塑性形变的0.2%-偏移屈服点（RP0.2）来定义弹性极限或屈服强度。弹性极限理解为以完成并包装的产品形式提供的接合线的性质。此外，要理解的是，未对该线材施加过长的储存时间、环境影响等。接合线的弹性极限以其进料至接合工具前的状态给出。要指出的是，任何机械应力、弯曲、加热、长储存时间等可能影响线材的微观结构及其弹性极限。例如，在刚刚离开退火炉的线材与包装状态下的成品形式的相同线材的弹性极限之间通常存在显著的差异。要理解的是，可以特别地通过相应地选择退火程序的参数来调节线材的弹性极限。根据本专利技术，这不一定意味着如现有技术中常见的那样使线材退火至最大伸长率值。相反，选择退火程序和线材的其它参数（铜纯度、添加剂等）以实现根据本专利技术的弹性极限值。线材的芯定义为在表面下方的本体材料（bulkmaterial）的均匀区域。由于任何本体材料从根本上具有在一定程度上性质不同的表面区域，线材的芯的性质被理解为该本体材料区域的性质。本体材料区域的表面在形貌、组成（例如氧含量）或其它特征方面可能不同。在优选的实施方案中，该表面可以是线材的外表面。在进一步的实施方案中，线芯的表面可以作为线芯与叠置在线芯上的涂层之间的界面区域来提供。该线材是特别用于微电子学中的接合的接合线。该线材优选是一件式物体。如果一种组分的份额超出参比材料的所有其它组分，则该组分是“主要组分”。优选地，主要组分占材料总重量的≥50%。所述芯的铜含量为≥98.0%。甚至更优选地，铜含量为≥99%。进一步优选地，线芯由纯度≥99.9%的铜（3N-铜）组成。最优选地，线芯由纯度≥99.99%的铜（4N-铜）组成。纯铜线材通常表现出良好的传导性和良好的接合性能。在替代实施方案中，可以在线芯中提供少量附加元素。此类元素的实例包括Pd、Ag或B。在本专利技术通常优选的方面中，退火后线材的伸长率值在最大伸长率值的40至92%范围内。更优选地，该伸长率值在最大伸长率值的45至85%、最优选50至80%范围内。在又一优选的情况下，线材在比通过退火实现最大伸长率值时的温度高≥10℃的温度下退火。更优选地，该温度为比最大伸长率的温度高≥50℃，且最优选地，该温度比最大伸长率的温度高≥80℃。通常，该温度比最大伸长率的温度高≤150℃。因此，线材可以在比最大伸长率的温度高10至150℃、或50至150℃、或80至150℃的温度下退火。最大伸长率值定义如下：在铜基接合线的一般情况下，可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造接合线的方法，所述接合线包括具有表面的芯，其中所述芯包含≥98.0%的铜，并具有7500至600000 µm2范围内的横截面积和40至95 N/mm2范围内的弹性极限RP0.2（屈服强度），所述方法包括以下步骤：（a）提供铜芯前体；（b）拉制所述前体直到达到线芯的最终直径；（c）在650至1000℃范围内的最低退火温度下在其整个横截面上使拉制的线材退火4秒至2小时的最小退火时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.11 EP 14176650.11.制造接合线的方法，所述接合线包括具有表面的芯，其中所述芯包含≥98.0%的铜，并具有7500至600000µm2范围内的横截面积和40至95N/mm2范围内的弹性极限RP0.2（屈服强度），所述方法包括以下步骤：（a）提供铜芯前体；（b）拉制所述前体直到达到线芯的最终直径；（c）在650至1000℃范围内的最低退火温度下在其整个横截面上使拉制的线材退火4秒至2小时的最小退火时间。2.权利要求1的方法，其中所述退火是分股退火。3.权利要求1或2的方法，其中所述线材在比最大伸长率的温度高10℃至150℃的温度下退火。4.权利要求1、2或3的方法，在步骤（c）之后进一步包括步骤（d）输送和包装所述线材，其中所述线材以曲率半径Rc弯曲，其中Rc等于0.25∙Dr/E，其中Dr定义为在曲率半径方向上测得的所述线材的直径；其中E是由弯曲造成的所述线材的外部细丝的相对伸长率；并且其中E为0.0002至0.006。5.前述权利要求中任一项的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：（e）在步骤（b）之前或之后，用涂层材料涂覆所述铜芯，以便在所述芯的表面上叠置涂层。6.权利要求5的方法，其中所述涂层具有20nm至0.5µ...

【专利技术属性】
技术研发人员：E米尔克，L艾努茨，P普雷诺西尔，
申请(专利权)人：贺利氏德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE