一种半导体器件铜焊线及其制备工艺.pdf

本发明公开了一种半导体器件铜焊线及其制备工艺，是由以下质量百分比的组分组成的：至少99.99％的铜，0.0005～0.002％的钛，余量为银、锌、钙、镁中的一种或任意几种，每一种含量为0.0003～0.0020％。其制备工艺为：用99.99％以上的高纯Cu原料，再添加Ti，Ag，Zn，Ca，Mg等元素中的一种以上，经热型连铸炉铸成Φ6.0mm线坯，再制成Φ0.025mm线，最后连续退火，Ar气保护，温度250～500℃，速度10～100m/min。本发明的Cu焊线焊弧高度，焊接强度，焊线的高温强度等都优于Au线，线价低廉，提高了半导体器件的稳定性。

1.  一种半导体器件铜焊线，其特征在于，是由以下质量百分比的组分组成的：
至少99.99％的铜，0.0005～0.002％的钛，余量为银、锌、钙、镁中的一种或任意几种，每一种含量为0.0003～0.0020％。

2.  权利要求1所述的一种半导体器件铜焊线的制备工艺，其特征在于，步骤为：
(1)取纯度在99.99％以上的铜，备用；
(2)熔铸：添加Ti及Ag，Zn，Ca，Mg等中的一种或2种以上，用热型连铸炉制成￠6.0mm线坯；
(3)将上述线坯制成￠0.02mm的成品线；
(4)成品连续退火，条件为：Ar气保护，温度250～500℃，速度10～100m/min。

3.  根据权利要求2所述的一种半导体器件铜焊线的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)具体为：将上述线坯粗拉或细拉，此过程中可或300℃真空退火，反复操作，直至制成￠0.02mm的成品线。

一种半导体器件铜焊线及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种半导体器件铜焊线及其制备工艺。
背景技术
以往在IC、LSI或混合型IC半导体中，为实现Si片半导体元件上形成的电极垫片与引线框架之间的内部电连接，一直采用直径15-60μm的Au线和Al-Si合金线。Au线可以采用生产性高的热压焊或超声热压焊，耐蚀性也好，因此被广泛应用，但Au原料昂贵，Al-Si合金线与Au线相比，价格便宜，但不能在大气中进行热融压焊，而且由于容易腐蚀，所以半导体在使用时易发生断线故障，特别是在环氧树脂等常用的树脂型半导体中，由于该树脂的透湿性和氯气污染，Al-Si合金细线的腐蚀将更严重。
Cu线既便宜又耐腐蚀，如果采用Cu及Cu合金细线作引线，不仅避免了Si上镀片与Au线之间的结合部产生脆性相的问题，而且与Au和Ag镀片部接触良好。特别是最近采用镀Cu或Cu合金引线框架，Cu引线直接焊接时，同种金属结合，接触性能稳定，而且树脂封装后耐湿性优良。
对Cu焊线要求的特性主要有：球的形状良好，球的硬度与Au接近，不造成半导体元件的损伤，另外与引线框架的内引线部分的接合性要好等。
无氧Cu丝，其铸锭状态Hv高达50-60，焊接时容易使Si片损伤，为了降低硬度，通常将含50-100ppm杂质的Cu提纯，使其杂质含量降低到4ppm以下，此时Cu线坯的硬度变为34-43，与Au线坯的硬度30-40大致相同，但如此纯的Cu线在30℃以下的室温就发生再结晶，其破断强度随着存放时间而逐渐下降，延伸率增大，性能不稳定。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种半导体器件铜焊线，其硬度与Au线接近，不会造成Si片损伤，焊弧高度、焊接强度、焊线的高温性能都比Au线高；同时避免了Si片与Au线结合部脆性相的形成，提高了器件的稳定性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种半导体器件铜焊线，是由以下质量百分比的组分组成的：至少99.99％的铜，0.0005～0.002％的钛，余量为银、锌、钙、镁中的一种或任意几种，每一种含量为0.0003～0.0020％。
一种半导体器件铜焊线的制备工艺，步骤如下：
(1)取纯度在99.99％以上的铜，备用；
(2)熔铸：添加Ti及Ag，Zn，Ca，Mg等中的一种或2种以上，用热型连铸炉制成￠6.0mm线坯；
(3)将上述线坯制成￠0.02mm的成品线；
(4)成品连续退火，条件为：Ar气保护，温度250～500℃，速度10～100m/min。
所述步骤(3)具体为：将上述线坯粗拉或细拉，此过程中可300℃真空退火，反复操作，直至制成￠0.02mm的成品线。
本发明采用99.99％以上的高纯Cu原料，添加Ti(0.0005～0.02％)起到降低Cu线硬度的效果，再加入Ag、Zn、Ca、Mg等中的一种或两种以上，每一种含量在0.0003～0.0020％之间，不仅不会提高Cu球的硬度，还提高Cu线的高温强度和焊接性能。
采用本发明的半导体、集成电路封装Cu焊线，能保证良好的焊球形状，焊接时球形圆，球的硬度与Au线接近，不会造成Si片损伤，焊弧高度，焊接强度，焊线的高温性能都比Au线高。而且Cu焊线便宜，降低了封装成本。同时避免了Si片与Au线结合部脆性相的形成，提高了器件的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例：生产￠0.025mm Cu焊线，步骤如下：
(1)用99.99％以上的高纯Cu原料，按表1所示成份配料。
表1Cu焊料化学成分


(2)用热型连铸炉铸成￠6.0mm线坯。
(3)粗拉或细拉或300℃真空退火，反复操作最后制成￠0.025mm成品线。
(4)成品连续退火，Ar气保护，温度250～500℃，速度10～100m/min。
(5)测定￠0.025mm Cu线的常温和250℃高温性能，并观察在5％H₂+95％N₂气氛中焊接时球的形状，研究在50gf超声波功率0.1w，焊接时间0.1秒条件下的焊接情况，焊弧高度，焊接强度等。结果如表2所示。
表2本发明Cu焊线的机械性能和焊接性能


注：○-未造成Si片损伤的球的硬度。
×-造成Si片损伤的球的硬度。
由表2可知，本发明的半导体、集成电路封装Cu焊线的球的硬度与Au线接近，不会造成Si片损伤，焊弧高度，焊接强度，焊线的高温性能都比Au线高。