本發(fā)明專利技術(shù)提供一種用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲，該鍵合銅絲由純度為4N以上且主體氧含量≤5ppm（重量）的銅制成，該鍵合銅絲的晶體大小呈正態(tài)分布，晶體平均粒徑為1.6－1.8微米。優(yōu)選鍵合銅絲內(nèi)的孿晶密度小于35%。本發(fā)明專利技術(shù)還提供上述用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲的制造方法。本發(fā)明專利技術(shù)的鍵合銅絲硬度極低，并且球焊時(shí)得到的變形球的真圓度高，可靠性高，適合于芯片細(xì)間距封裝的需要。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及IC封裝用的鍵合絲，具體涉及一種用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲及 其制造方法。
技術(shù)介紹
鍵合絲（bonding wire)是在IC工業(yè)中作為連接芯片與外部封裝基板 (substrate)和/或多層線路板（PCB)的主要連接方式。當(dāng)芯片中的晶體管尺寸在不斷降 低（現(xiàn)在最尖端的logic芯片，其最小特征尺寸為14、16nm)時(shí)，自然其芯片上焊盤的尺寸 也會(huì)縮小，而通常鍵合絲的直徑是焊盤尺寸的1/3,鍵合絲燒球FAB (free air ball，自由空 氣球）的直徑為焊線直徑的I. 8 - 2. 0倍，變形球（Squashed FAB)直徑是鍵合絲直徑的 2. 5 - 2. 8倍。為滿足高端芯片細(xì)間距的鍵合封裝要求，顯然鍵合絲的直徑也要下降，目前 IC封裝中最細(xì)的銅絲為0. 6mil (約15微米）。 銅線與金線和銀合金線不同，在球焊接過程中，即使得到真圓度高的FAB，后續(xù)壓 球過程中形成的變形球比其它線材（鍵合絲）更容易出現(xiàn)變形球不圓的情況，容易導(dǎo)致變 形不圓的變形球的邊緣超出IC焊盤（Pad)的范圍，在細(xì)間距的封裝中（如0. 9mil以下）容 易導(dǎo)致相鄰的兩個(gè)變形球接觸而發(fā)生短路。為克服該問題，日本Nippon Steel Materials 公司的專利（US20110011618A1)提出了加入攙雜磷元素（P)借以細(xì)化晶粒，從而起到增加 變形球圓度的作用，然而增加攙雜磷元素同時(shí)也會(huì)增加銅線的硬度，加之銅線本身固有的 問題之一就是硬度高，因而會(huì)引起IC焊盤之下的非介電層破裂。因此行業(yè)內(nèi)急需一種變形 球圓度高，同時(shí)硬度低的鍵合銅絲。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲以及這種 鍵合銅絲的制造方法，這種鍵合銅絲硬度極低，并且球焊時(shí)得到的變形球的真圓度高，可靠 性高，適合于芯片細(xì)間距封裝的需要。采用的技術(shù)方案如下： -種用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲，其特征在于所述鍵合銅絲由純度為4N以上 且主體氧含量< 5ppm(重量）的銅制成，該鍵合銅絲的晶體大小呈正態(tài)分布，晶體平均粒徑 為1. 6 - 1. 8微米。 上述主體氧含量是總氧含量減去表面氧含量后，其內(nèi)部主體組織的含氧量。 優(yōu)選上述鍵合銅絲的中心區(qū)域（即1/2半徑范圍內(nèi)）主要由長軸晶和球形度高的 小晶體組成，其中長軸晶是指縱橫比大于3. 5、折算直徑在5. 5微米以上的晶體，球形度高 的小晶體是指折算直徑在3微米以下、縱橫比小于2. 5的晶體。 優(yōu)選上述鍵合銅絲內(nèi)的孿晶密度小于35%。 優(yōu)選上述鍵合銅絲的直徑為15 - 25微米（um)。 上述鍵合銅絲用于細(xì)間距IC封裝時(shí)，通常在N2或者Forming gas下進(jìn)行球焊。 本專利技術(shù)還提供上述用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲的一種制造方法，其特征在于 包括以下步驟： (1)熔鑄：將純度為4N以上且主體氧含量彡5ppm(重量）的銅，經(jīng)過真空熔煉和 定向連續(xù)拉工藝，獲得直徑為6 - 8毫米（mm)的線材； (2)拉絲：對步驟⑴得到的線材進(jìn)行拉絲，獲得直徑為15 - 25微米（um)的鍵 合銅絲； 在拉絲過程中，對線材進(jìn)行一次中間退火，中間退火在拉絲至直徑為0. 1100 - 0. 0384毫米（mm)時(shí)進(jìn)行，在退火過程中采用N2(氮?dú)猓┳鰹橥嘶饸夥眨嘶馉t有效長度為 500 - 800毫米（mm)，退火溫度480 - 5 KTC，退火速度為50 - 100米/分鐘（m/min); (3)最后退火：拉絲完成后，對鍵合銅絲進(jìn)行最后退火，在退火過程中采用N2(氮 氣）做為退火氣氛，退火爐有效長度為500 - 800毫米（mm)，退火溫度為510 - 530°C，退 火速度為60 - 110米/分鐘（m/min); (4)冷卻：最后退火結(jié)束后，將鍵合銅絲置入水中冷卻至20 - 30°C，得到所需的鍵 合銅絲。 本專利技術(shù)的鍵合銅絲與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果： (1)通過控制銅的純度以及鍵合銅絲的主體氧含量，可有效降低鍵合銅絲的硬 度（當(dāng)鍵合銅絲中的主體氧含量< 5ppm且銅的純度多4N時(shí)，該鍵合銅絲表現(xiàn)出很低的硬 度）； ⑵本專利技術(shù)的鍵合銅絲球焊時(shí)得到的變形球的真圓度高，產(chǎn)品可靠性高，適合于高 端芯片細(xì)間距封裝的需要。 (3)通過對拉絲退火工藝的參數(shù)控制，尤其對中間退火次數(shù)以及中間退火點(diǎn)的選 擇，以及對退火溫度的控制，使得獲得的鍵合銅絲有特殊的組織結(jié)構(gòu)，主要是在鍵合絲的中 心部位主要由細(xì)長晶和圓度高的小晶體組成，這種結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理可以簡單地概括為：線 材在拉絲過程中積累了足夠的變形量，借以中間退火的過程中的參數(shù)調(diào)整，使得退火中恢 復(fù)（Recovery)和再結(jié)晶這兩個(gè)子過程得到優(yōu)化，使得兩種子過程得到了合理范圍內(nèi)的進(jìn) 行。這種結(jié)構(gòu)的鍵合銅絲在燒球過程中所形成的FAB的結(jié)構(gòu)具有更好的對稱性和較合適的 晶體數(shù)目，從而保證了好的變形對稱性（圓度）和軟度特性。相對而言，當(dāng)退火過程強(qiáng)度太 大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致中間細(xì)長晶的消失；當(dāng)退火強(qiáng)度不足時(shí)，又無法有效形成數(shù)量合適的直徑小、 圓度高的晶體。【附圖說明】 圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1的鍵合銅絲、對比例1的鍵合銅絲和對比例2的鍵合銅絲 的Vicker硬度測試圖（圖1中Ia為實(shí)施例1鍵合銅絲的Vicker硬度測試圖，Ib為對比 例1鍵合銅絲的Vicker硬度測試圖，Ic為對比例2鍵合銅絲的Vicker硬度測試圖）； 圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1的鍵合銅絲、對比例1的鍵合銅絲和對比例2的鍵合銅絲 的變形球真圓度測試結(jié)果（圖2中2a為實(shí)施例1鍵合銅絲球焊后的變形球，2b為對比例1 鍵合銅絲球焊后的變形球，2c為對比例2鍵合銅絲球焊后的變形球）； 圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例1的鍵合銅絲和對比例2的鍵合銅絲的晶體結(jié)構(gòu)特征的EBSD 圖（圖3中3a為實(shí)施例1鍵合銅絲的晶體結(jié)構(gòu)特征的EBSD圖，3b為對比例2鍵合銅絲的 晶體結(jié)構(gòu)特征的EBSD圖）； 圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例1的鍵合銅絲和對比例2的鍵合銅絲的鍵合銅絲內(nèi)部晶體尺 寸分布圖（后者紅色為實(shí)施例1，前者藍(lán)色為對比例2); 圖5本專利技術(shù)實(shí)施例1的鍵合銅絲和對比例2的鍵合銅絲的FAB剖面內(nèi)部晶體ESBD 圖（圖5中5a為實(shí)施例1鍵合銅絲的FAB內(nèi)部晶體EBSD圖，5b為對比例2鍵合銅絲的FAB 內(nèi)部晶體EBSD圖）。【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例1 本實(shí)施例的用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲的制造方法包括以下步驟： (1)熔鑄：將純度為4N且主體氧含量為4ppm(重量）的銅，經(jīng)過真空熔煉和定向 連續(xù)拉工藝，獲得直徑為8毫米（mm)的線材； (2)拉絲：對步驟（1)得到的線材進(jìn)行拉絲（整個(gè)拉絲過程包括多次拉絲操作，經(jīng) 歷粗拉、小拉、細(xì)拉、微拉等階段），獲得直徑為23微米（um)的鍵合銅絲； 在拉絲過程中，對線材進(jìn)行一次中間退火，中間退火在拉絲至直徑為0. 0556毫 米（_)時(shí)進(jìn)行，在退火過程中采用N2 (氮?dú)猓┳鰹橥嘶饸夥眨嘶馉t有效長度為600毫米 (mm)，退火溫度500°C，退火速度為70米/分鐘（m/min); (3)最后退火：拉絲完成后，對鍵合銅絲進(jìn)行最后退火，在退火過程中采用N2(氮 氣）做為退火氣氛，退火爐有效長度為600毫米（mm)，退火溫度為520°C，退火速度為80米 / 分鐘（m/min)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于細(xì)間距IC封裝的鍵合銅絲，其特征在于所述鍵合銅絲由純度為4N以上且主體氧含量≤5ppm（重量）的銅制成，該鍵合銅絲的晶體大小呈正態(tài)分布，晶體平均粒徑為1.6－1.8微米。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周振基，周博軒，任智，
申請(專利權(quán))人：汕頭市駿碼凱撒有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44
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