一种铜合金键合丝及其制造方法技术

一种铜合金键合丝，其特征在于按重量计含有Ag 0.3‑5%，微量添加元素 1‑450ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Be和Ge中的一种或其中两种以上的组合。本发明专利技术还提供上述铜合金键合丝的一种制造方法。本发明专利技术的铜合金键合丝具有以下有益效果：（1）具有优异的作业性和可靠性；（2）抗老化性能好；（3）有较适合的线材硬度，极大地降低了打线的弧高；（4）IC打线时，对一焊电极没有造成破裂和损伤；（5）能提供良好的接合性；（6）成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种铜合金键合丝及其制造方法
本专利技术涉及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。
技术介绍
键合丝（bondingwire，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（floorlife）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(Waferthinning)、封装采用芯片堆栈(Diestacking)、倒装芯片(flipchip)、晶圆级封装（waferlevelpackaging）、2.5D和3D封装等方法来应对，然而传统的键合封装（wirebonding）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。
技术实现思路
本专利技术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Ag0.3-5%，微量添加元素1-450ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Be和Ge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微量添加元素的含量为10-450ppm。一种优选方案中，上述微量添加元素的组成为In10-150ppm、Ge10-150ppm和Ca10-150ppm。另一种优选方案中，上述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm、Be10-150ppm和Ge10-150ppm。另一种优选方案中，上述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和Ge10-150ppm。另一种优选方案中，上述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和Be10-150ppm。另一种优选方案中，上述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和In10-150ppm。优选上述铜合金键合丝的直径为15-40um。本专利技术的铜合金键合丝中，芯线中加入含量0.3-5%的Ag（银），能够将铜合金的晶粒细化，改变线材的结晶结构，进而提升线材强度及抗老化能力；适量的微量添加元素用以改进线材的机械性能，其中Ca（钙）、In（铟）能有效提升铜合金的焊线作业性，能增强线材与芯片及基板的粘附性能，提升信赖性能；Be（铍）能提高铜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；Ge（锗）有助于提升铜合金键合丝的抗氧化能力和抗硫化能力，并提高焊点的接合强度。本专利技术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Ag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；（4）对经步骤（3）中间退火处理的铜合金线继续进行拉丝，获得直径为15-40um的铜合金线；（5）最后退火：对步骤（4）得到的铜合金线进行最后退火，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300-700℃，退火速率为60-120m/min；（6）冷却：最后退火结束后，将铜合金线冷却至20-30℃，得到所需的铜合金键合丝。优选上述步骤（3）和步骤（5）采用的氮氢混合气由5%(体积)的H2和95%(体积)的N2组成。本专利技术的铜合金键合丝与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）具有优异的作业性（CUP(CircuitUnderPad)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(能经受400以上回合的热冲击)；（3）有较适合的线材硬度，HAZ（热影响区）长度可低至50um，极大地降低了打线的弧高；（4）IC打线时，对一焊电极没有造成破裂和损伤；（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（balllift）问题；（6）成本较低，相对于镀钯镀金铜线可降低成本20-30%，且因为没有电镀制程，所以除了降低成本外，不造成污染排放，对环境极友善。具体实施方式实施例1本实施例的铜合金键合丝按重量计含有Ag3%，In100ppm，Ge100ppm，Ca100ppm，余量为铜。上述铜合金键合丝的制造方法包括下述步骤：（1）熔铸：按比例将Ag、In、Ge和Ca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200um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来做为退火气氛，退火炉有效长度为800mm，退火温度为550℃，退火速率为80m/min；（4）对经步骤（3）中间退火处理的铜合金线继续进行拉丝，获得直径为15-40um（如18um）的铜合金线；（5）最后退火：对步骤（4）得到的铜合金线进行最后退火，在退火过程中采用N2来做为退火气氛，退火炉有效长度为800mm，退火温度为625℃，退火速率为80m/min；（6）冷却：最后退火结束后，将铜合金线冷却至25℃，得到所需的铜合金键合丝。实施例2本实施例的铜合金键合丝按重量计含有Ag5%，Ca50ppm，Be80ppm，Ge50ppm，余量为铜。上述铜合金键合丝的制造方法包括下述步骤：（1）熔铸：按比例将Ag、Ca、Be和Ge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150um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，在退火过程中采用氮氢混合气来做为退火气氛，退火炉有效长度为900mm，退火温度为600℃，退火速率为60m/min；（4）对经步骤（3）中间退火处理的铜合金线继续进行拉丝，获得直径为15-40um（如18um）的铜合金线；（5）最后退火：对步骤（4）得到的铜合金线进行最后退火，在退火过程中采用氮氢混合气来做为退火气氛，退火炉有效长度为900mm，退火温度为675℃，退火速率为60m/min；（6）冷却：最后退火结束后，将铜合金线冷却至20℃，得到所需的铜合金键合丝。上述步骤（3）和步骤（5）采用的氮氢混合气由5%(体积)的H2和95%(体积)的N2组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜合金键合丝，其特征在于按重量计含有Ag 0.3‑5% ，微量添加元素 1‑450ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Be和Ge中的一种或其中两种以上的组合。

【技术特征摘要】
1.一种铜合金键合丝，其特征在于按重量计含有Ag0.3-5%，微量添加元素1-450ppm，余量为铜；所述微量添加元素是Ca、In、Be和Ge中的一种或其中两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的铜合金键合丝，其特征是：所述铜合金键合丝中微量添加元素的含量为10-450ppm。3.根据权利要求2所述的铜合金键合丝，其特征是：所述微量添加元素的组成为In10-150ppm、Ge10-150ppm和Ca10-150ppm。4.根据权利要求2所述的铜合金键合丝，其特征是：所述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm、Be10-150ppm和Ge10-150ppm。5.根据权利要求2所述的铜合金键合丝，其特征是：所述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和Ge10-150ppm。6.根据权利要求2所述的铜合金键合丝，其特征是：所述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和Be10-150ppm。7.根据权利要求2所述的铜合金键合丝，其特征是：所述微量添加元素的组成为Ca10-150ppm和In10-150ppm。8.权利要求1-7任一项所述的铜合金键合丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：周振基，周博轩，麦宏全，于锋波，彭政展，王贤铭，
申请(专利权)人：汕头市骏码凯撒有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44