超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供即使變更鍍覆銅絲的鍍覆材料或者芯材種類和線徑也可以不單獨設定鍵合條件就穩(wěn)定地進行超聲波鍵合、且超聲波鍵合時的工藝窗口范圍廣的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在于，其表面形態(tài)為該芯材表面成型有沿該鍵合絲長度方向的多條卷云狀槽，該芯材上鍍覆了由抗氧化性比芯材好的貴金屬或合金(以下稱“貴金屬等”)構(gòu)成的鍍覆材料。
【專利說明】超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于半導體裝置中使用的1C芯片電極與外部引線等電路板連接的 超聲波鍵合（超音波接合）用鍍覆銅合金絲，特別是車載用途、功率半導體、高速設備用途 等高溫環(huán)境下使用的超聲波鍵合用鍵合撞擊絲、或者連15 μ m以下的極細絲都使用的無空 氣焊球（FAB)用鍍覆銅鍵合絲。

【背景技術(shù)】
[0002] -直以來，連接半導體裝置的1C芯片電極與外部引線的銅絲不斷被開發(fā)出各種 各樣的種類來。例如，純銅合金絲有添加鈦（Ti)或鋯（Zr)的（特開昭62-102551)、添加硼 (B)的（特開昭62-102552)、添加鎂（Mg)的（特開昭62-130248)、添加稀土類元素（包括釔 (Y))的（特開昭62-1 93254)、添加鈣（Ca)的（特開昭62-102552)、添加磷（P)等的（特開 平01-291435)、添加銥（Ir)的（特開平04-184946)、添加鈕（Pd)等的（特開2012-222194) 銅絲等。
[0003] 此外，銅合金絲有含鈀（Pd)的（特開昭59-139663)、含鎂（Mg)的（特開昭 60-236253)、含銀（Ag)的（特開昭61-019158)、含鎳（Ni)等的（特開平04-218632)、含鉑 (Pt)等的（特開平〇 7_〇7〇673)、含金（Au)的（特開2011-003745)銅絲等。
[0004]另外，鍍覆銅合金絲有鍍貴金屬的（特開昭61-285743)、鍍鈀（Pd)的（特開 2004-006740)、鍍金（Au)與鈀（Pd)的（特開 2010-225722)、具有 Au-Pd 混合層與鈀（Pd) 鍍層的（專利5088981)銅絲等。
[0005] 無空氣焊球（FAB)用鍍覆銅鍵合絲時，這些鍍覆銅絲的線徑一般都為十幾μ "!到 幾十μ m;功率半導體用粗絲時，則線徑一般為幾十μ m到幾百μ m。
[0006] 此外，出于成分組成觀點的鍍覆銅絲方面，在純銅合金絲、質(zhì)量百分比純度 99. 999%以上的銅（Cu)或銅合金芯材上鍍覆了亞微米級鈀（Pd)的鍵合絲與1C芯片 電極上的鋁焊盤的鍵合可靠性卓越，因此，作為FAB用鍵合絲，探討了實際應用（特開 2004-006740號公報（后述的"專利文獻1"））。最初，試驗性地嘗試了球焊法，即在該鍍鈀 銅絲的一端形成熔球后，采用熱壓超聲波鍵合法（第一次鍵合）球焊至1C芯片電極上的鋁 焊盤上，采用超聲波法（第二次鍵合）將另一端針腳焊至印刷電路板上的外部引線等。
[0007] 然后，經(jīng)過各種各樣的改良，提出了采用無空氣焊球（FAB)的第一次鍵合特性卓 越的鍍無垢純銅或銅合金的鍍覆銅絲等若干方案。
[0008] 此處，F(xiàn)AB指的是通過一邊對鍵合工具頂端延伸出的鍵合絲頂端噴氮氣、氨氣等非 氧化性氣體或還原性氣體一邊進行火花放電而在鍵合絲頂端形成的熔球。FAB時，鍵合絲的 熔球在第一次鍵合之前始終保持惰性環(huán)境或還原性環(huán)境，因此，純銅合金絲本身在第一次 鍵合時也不會發(fā)生氧化。
[0009] 此外，即使是這種鍵合絲，還有不形成熔球，只采用超聲波法，直接利用超聲波進 行第一次鍵合和第二次鍵合的楔焊法；以及用夾具將該實施了楔焊的鍍覆銅絲扯斷的柱形 凸起焊接法等利用超聲波的鍵合法。另外,為了使超聲波鍵合更加容易，還可以將鍍覆銅絲 壓扁，對變平的矩形截面狀帶狀絲實施超聲波鍵合。然后，采用這些方法實施了超聲波鍵合 的鍵合絲再被模制樹脂密封，形成半導體裝置。此外，鋁焊盤常采用純鋁（A1)金屬、以及在 該鋁（A1)金屬中添加了質(zhì)量百分比0.3?2.0%的銅（Cu)、硅（Si)、鎮(zhèn)（Ni)等的合金，一 般采用真空蒸鍍等干式鍍覆成形。
[0010] 但是，上述的鍍鈀銅絲到目前為止尚未作為鍵合絲實現(xiàn)大規(guī)模的實際應用。鍍鈀 銅絲未實現(xiàn)實際應用的原因如下所示。
[0011] 首先，無垢高純度銅絲存在鍵合前表面氧化，形成氧化銅膜的致命缺點。因此，如 上所述，過去或采用各種合金元素、或加厚貴金屬等的鍍層、或采用多層，或者在芯材與鍍 層界面設置擴散層，企圖防止氧化銅膜的形成。然而，采用鍍覆了較厚的鈀（Pd)等的鍍覆 銅絲時，就會難以形成穩(wěn)定的FAB，突然發(fā)生熔球變形或變硬、或者芯片損傷等原因不明的 問題。基于這些原因，鍍鈀銅絲未作為FAB用鍵合絲普及。
[0012] 不久后，開發(fā)出了具有金（Au)表層和鈀（Pd)鍍層的鍍覆銅絲（特開2012-89685 號公報（后述的"專利文獻2"），通過微量卑金屬元素的合金化，使軟化溫度降低到質(zhì)量百 分比純度99. 9999%的純銅絲的水平，但第一次鍵合時的熔球卻不會變硬，從而能夠維持形 成FAB時的鍵合特性，開始正式實現(xiàn)實際應用。
[0013] 具有金（Au)表層和鈀（Pd)鍍層的鍍鈀銅絲時，鈀（Pd)層和金（Au)層的總鍍層 厚度不到l〇〇nm。因此，難以實現(xiàn)兩層的平衡，且相關(guān)調(diào)整非常困難。例如，變更芯材的成 分組成、或?qū)⒕€徑從25 μ m變更為20 μ m、繼而變更為18 μ m，每次都需要尋求最佳的鍍層平 衡。由于需要使第一次鍵合的FAB為正球形，因此，鍍鈀銅絲不僅成本高昂，而且量產(chǎn)階段 必須重新尋求最佳的鍍層平衡。
[0014] 然而，鍵合絲在從20 μ m到18 μ m、以及從18 μ m到15 μ m的細線化處理后，采用鍍 鈀銅絲時，存在第二次鍵合的超聲波鍵合區(qū)變少、有時甚至完全沒有可以鍵合的鍵合區(qū)等 利用超聲波的第二次鍵合變得不穩(wěn)定的課題。這類課題在利用超聲波的第一次鍵合、柱形 凸起焊接時也同樣是涉及超聲波鍵合的課題。
[0015] 這是因為，利用超聲波裝置的細絲用鍵合絲的鍵合條件是根據(jù)頻率（幾十?幾百 kHz左右）、輸出（最大幾 W左右）及焊接壓力（幾?幾十gf左右）決定的，因此，除了芯 材的成分組成以外，最佳超聲波條件還受鍍層膜厚的影響。
[0016] 一方面，高溫下使用的粗線用功率半導體等時也存在課題，即減少高價貴金屬的 用量，使鍍層的膜厚變薄后，會大范圍形成銅氧化膜，其結(jié)果，因該銅氧化膜的影響，第二次 鍵合的鍵合強度變低，第二次鍵合的鍵合面的氧化膜加速擴大，從而進一步降低鍵合面的 鍵合強度。
[0017] 另一方面，雖然目的各不相同，但都提出了直接在銅絲上鍍覆碳層的方案。
[0018] 例如，也考慮過對于"以Au、Al、Cu中的任意一種為主要元素，拉絲加工成10? 50 μ m左右的極細絲，在線軸上卷繞規(guī)定長度后，以這種狀態(tài)安裝在鍵合機上使用（特開平 6-151497號公報（后述的"專利文獻3"）0002段落）"的鍵合絲，在熔鑄后對鑄塊進行酸 洗等，制成"特征為表面總有機碳量為50?1500 μ g/m2的半導體器件鍵合絲（該公報權(quán)利 要求1)"。關(guān)于該方法，記載如下："經(jīng)一般工藝，即溶解、鑄造、拉絲、退火、卷繞工藝制造的 鍵合絲表面已可以看到超過1500 μ g/m2的總有機碳量，因此，制造表面總有機碳量為50? 1500 μ g/m2的鍵合絲的方法之一就是采用…酸洗…等方法對其進行沖洗，使表面總有機碳 量在50?1500 μ g/m2范圍內(nèi)（該公報權(quán)利要求2)。該方法的特征在于，只要在一般工藝 的退火工藝前或后設置沖洗工藝就可以了，容易實施。（該公報0010段落）"，而且，"潤滑 劑成分有石蠟烴、環(huán)烷烴、芳烴等礦物油類；聚烯烴、烷基苯、脂肪酸、高級醇、脂肪酸皂、聚 乙二醇、聚苯醚、脂肪酸二酯、多元醇酯、聚氧乙烯烷基醚、磺酸鹽、胺、胺鹽、硅酮、磷酸酯、 碳氟化合物、氟聚醚、氟乙二醇等合成油類；牛油、豬油、棕櫚油、豆油、菜油、蓖麻油、松油 等天然油脂類，可以使用任意一種。此外，也可以使用上述多種成分的混合（該公報〇〇12 段落）"。此外，還有使用表面活性劑的（特開2002-241782號公報等）。
[0019] 不過，迄今為止的鍍覆銅絲往往采用以微米級為標準的足夠厚的鍍層來完全隔離 芯材與大氣，因此，并不需要鍍覆碳層。
[0020] 例如，就有涂布含有粒徑100nm以下的貴金屬粒子的液態(tài)組分后進行加熱，藉此 "在卑金屬絲上形成均勻且薄的貴金屬涂層的制造"法，"在降低成本方面，貴金屬涂層的膜 厚應為1 μ m以下"（特開2006-210642號公報0011、0010段落）。此外，即使是以納米級為 標準的膜厚，"如果外層厚度不到20mn，抑制氧化的效果就小，因此，楔焊時也會發(fā)生鍵合不 良，難以改善第二次鍵合時的可靠性評估"（特開2009-140953號公報的權(quán)利要求1及0053 段落）等，迄今為止的鍍覆銅絲都是通過鍍層來完全隔離芯材與大氣的。
[0021] [在先技術(shù)文獻]
[0022] [專利文獻]
[0023] [專利文獻1]特開2〇04-006740號公報
[0024] [專利文獻2]特開2〇12-89685號公報
[0025] [專利文獻3]特開平6-151497號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)明所要解決的課題
[0027] 本發(fā)明是為了解決對鍍覆銅絲進行細線化處理后利用超聲波的鍵合性變得不穩(wěn) 定的上述課題而實施的，旨在提供即使變更鍵合時使用的純銅合金或銅合金中的芯材成分 組成及線徑也可以原樣維持鍍覆材料結(jié)構(gòu)的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)。即，旨在提供即使變更鍍覆銅 絲的鍍覆材料或者芯材種類和線徑也可以不單獨設定鍵合條件就穩(wěn)定地進行超聲波鍵 合、超聲波鍵合時的工藝窗口范圍廣、且又廉價的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)。
[0028] 解決課題的方法
[0029] 本發(fā)明人等采用即使超聲波鍵合時鍵合絲發(fā)生變形，沿該鍵合絲長度方向的多條 卷云狀槽以大致相等的間隔擴大，在上下方向上形成一對U形槽和倒U形槽，由此使超聲波 鍵合性穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，完成了本發(fā)明。換言之，在盡可能降低鍍層厚度，使得在形成第一次鍵 合的FAB時也可以無視包住芯材周圍的鍍覆材料的影響的同時，利用第二次鍵合的超聲波 鍵合時鍵合絲變形，以及鍍覆材料的卷云狀槽大致均等地橫向擴大，多條槽在按壓方向上 形成楔形結(jié)構(gòu)，可以有助于超聲波鍵合這一點，完成了本發(fā)明。
[0030] 用以解決本發(fā)明課題的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)之一就是由鍍層和質(zhì)量百分 比純度的· 99%以上的純銅合金或銅合金的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯材 表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合絲長度方向的卷云狀槽，且該芯材上鍍覆了由抗氧化性比 芯材好的貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成的鍍覆材料的表面形態(tài)。
[0031] 用以解決本發(fā)明課題的超聲波鍵合用鍍覆銅絲的另一種結(jié)構(gòu)就是由鍍層和質(zhì)量 百分比純度99. 以上的純銅合金或銅合金的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合絲長度方向的卷云狀槽，且該芯材上鍍覆了由貴金屬 或貴金屬合金（以下稱"貴金屬等"）構(gòu)成的鍍覆材料的表面形態(tài)，且該鍍覆銅絲的表面存 在總有機碳量（T0C值）為50?3, 000 μ g/m2的有機碳層。
[0032] 本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)的理想實施狀態(tài)如下所示。
[0033]在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該鍍覆材料的表面形態(tài)優(yōu)選沿著該芯 材的晶粒邊界形成。
[0034] 此外，在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該鍍覆材料的表面形態(tài)優(yōu)選形 成為海島結(jié)構(gòu)中的球體狀島嶼。
[0035] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該鍍覆材料的表面形態(tài)優(yōu)選采用可以 看見該芯材的金屬色的部分與可以看見該鍍覆材料的貴金屬等的金屬色的部分的馬賽克 紋樣形成。
[0036] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該總有機碳量（T0C值）優(yōu)選為200? 1，000 μ g/m2。
[0037] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該鍍覆材料優(yōu)選是由質(zhì)量百分比純度 99.99%以上的金咖)、銀^)、鈀（?(1)、怕（?1:)、銠（他）或銥（1 1*)、或者這些的合金構(gòu)成 的高純度貴金屬。該高純度貴金屬含有貴金屬占質(zhì)量百分比1?40%，且其余部分由質(zhì)量 百分比純度99. 99%以上的銅（Cu)構(gòu)成的銅合金。
[0038] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該芯材優(yōu)選是含有質(zhì)量百分比純度 99.99%以上的金仏11)、銀仏 §)、鈀（?(1)、鉑屮1:)、銠〇?1)或銥（11*)、或者這些的合金構(gòu)成 的高純度貴金屬，且其余部分由質(zhì)量百分比純度99. 99%以上的銅（Cu)構(gòu)成的銅合金。
[0039] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該芯材優(yōu)選是由質(zhì)量百分比純度 99. 99%以上的金（Au)、銀（Ag)、鈀（Pd)、鉑（Pt)、銠（Rh)或銥（Ir)、或者這些的合金構(gòu)成 的高純度貴金屬占質(zhì)量百分比〇. 5?5%，且其余部分由質(zhì)量百分比純度99. 99%以上的銅 (Cu)構(gòu)成的銅合金。
[0040] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該超聲波鍵合用鍍覆銅絲優(yōu)選為無空 氣焊球用鍵合絲。
[0041] 在本發(fā)明的純銅合金鍵合絲結(jié)構(gòu)中，上述芯材的成分組成采用由質(zhì)量百分比純度 99. 99%以上的純銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材，是為了在形成第一次鍵合的FAB時可以形 成正球體的球。此外，也是為了選擇連接純鋁（A1)焊盤及A1-0. 5% Cu(質(zhì)量百分比）合金 等焊盤時可以防止發(fā)生鋁液飛濺的已知的純銅合金或銅合金的成分組成。
[0042] 此外，純銅合金絲時，可以使銅（Cu)以外的氧化性金屬成分的下限為40質(zhì)量ppm。 使下限為40質(zhì)量ppm，是為了事先形成即使純銅合金基質(zhì)中溶解有氧和硫，這些金屬成分 也可以固定所有的氧和硫，并與大氣中的氧結(jié)合，進行內(nèi)部氧化的狀態(tài)。通過事先使純銅合 金基質(zhì)變成這種缺氧狀態(tài)，可以延遲鍵合絲表面納米層中的不飽和銅氧化物（Cu 2-x〇)層變 成飽和銅氧化物（Cu20)層的過程。
[0043] 另外，純銅合金絲的上限應不到100質(zhì)量ppm。純銅合金絲時，使上限不到1〇〇質(zhì) 量ppm,是因為已與表示"9999金"的純金合金鍵合絲混合。此外，如果金屬成分不到1〇〇 質(zhì)量ppm，則純銅合金鍵合絲的表層附近金屬雜質(zhì)就不會發(fā)生偏析。
[0044]在本發(fā)明的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，決定在該芯材周圍環(huán)狀成型沿該鍵合絲長度方向的 多條卷云狀槽，是基于鍵合絲因超聲波鍵合時的按壓力而在任意位置發(fā)生變形時，鍵合絲 變形部位的上下方向上可以形成多個一對U形/倒U形結(jié)構(gòu)的情況。其結(jié)果，由于相關(guān)的 各U形與倒U形結(jié)構(gòu)與位于非變形部位的卷云狀環(huán)狀槽是相連的，因此，鍍覆銅絲的超聲波 鍵合強度就會穩(wěn)定。由于相關(guān)的多條卷云狀槽與線徑無關(guān)，因此,不只是細線徑，粗線徑時 也可以利用。
[0045] 此外，在本發(fā)明的鍍覆銅絲中，即使是在通過FAB形成第一次鍵合的熔球時，多條 卷云狀槽也會變成洋蔥狀結(jié)構(gòu)，因此，鍍覆銅絲的熔球可能會變成正球形。
[0046] 在本發(fā)明中，為了成型沿鍵合絲長度方向的多條卷云狀槽，在芯材的外周成型寬 大的波紋，在波紋上鍍覆貴金屬等鍍覆材料，并對層狀結(jié)構(gòu)縮徑，直到理論膜厚達到幾納米 (nm)為止，藉此，通過芯材與鍍覆材料的界面形狀效果及縮徑阻力的差異來實現(xiàn)。此外，如 果事先這樣適當?shù)貙π静牡耐庑芜M行成型加工，之后通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)一般的拉絲速度和縮 徑率就能簡單地制造了。
[0047] 理想的測量10處時卷云狀槽的平均粗糙度（Rz)應為最終線徑的3?15%， 5?11%則更佳。只有芯材時，即使縮徑，也不會形成卷云狀槽。此外，理論膜厚為幾埃米 (0. lnm)時，會形成多條卷云狀槽，但為次埃米（< 0. Olnm)時，鍍覆材料過薄，不會形成卷 云狀槽。此處，"理論膜厚"指的是根據(jù)鍵合絲線徑的縮徑率對膜厚的實測值進行比例計算 時的膜厚推測值。
[0048] 在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，使該鍍覆材料的表面形態(tài)沿該芯材的 晶粒邊界形成，是因為如果在顯微鏡下看不到沿芯材的晶粒邊界形成的情況了，則鍍覆材 料過厚，在通過FAB形成第一次鍵合的熔球時，會難以形成正球形的FAB。此外，由于呈海島 結(jié)構(gòu)之島的鍍覆材料稀稀拉拉地分散在芯材的表面，因此，可能會不能防止芯材內(nèi)部的氧 化。
[0049] 此外，在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，以馬賽克紋樣形成該鍍覆材料 的表面形態(tài)，是因為如果該馬賽克紋樣看不見了，就知道鍍覆材料過薄了，超聲波鍵合時的 工藝窗口范圍就會變小。
[0050] 此外，在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，使該總有機碳量（TOC值）為 200?1，000 μ g/m2,是為了盡可能減小包住芯材周圍的鍍覆材料的厚度。雖然為了防止銅 絲氧化，總有機碳量越多越好，但在形成FAB時，會作為碳粉殘留，并不理想。因此，作為從 厚鍍層時（海島結(jié)構(gòu)）的最佳值到薄鍍層時（馬賽克紋樣）的最佳值的理想范圍，選擇了 200 μ g/m2 到 1，000 μ g/m2 的范圍。
[0051] 使鍍覆銅絲表面的總有機碳量（TOC值）為5〇?3, 000 μ g/m2,是因為不能直接測 量極薄的碳層。如果存在碳層，則會污染毛細管等鍵和工具，造成誤動作，因此，碳層應盡可 能薄。因此，應為200?1，000 μ g/m2?？梢愿鶕?jù)芯材與鍍覆材料的種類及使用的超聲波鍵 合的半導體用途適當?shù)剡x擇。
[0052] 有機碳層應在純銅合金鍵合絲的整個面上設置極薄的有機碳層。這是為了使大氣 中的氧難以與鍵合絲表面的納米級不飽和銅氧化物（Cu 2-x〇)層相觸，在純銅合金鍵合絲表 面保留自然形成的鍵合絲表面的不飽和銅氧化物（Cu 2-x〇)層的極薄氧化膜層的狀態(tài)下不再 擴大。200?1，000 μ g/m2的范圍可以通過純水高溫燙洗及超聲波沖洗、或者有機高分子化 合物超稀溶液浸漬來控制，稀溶液浸潰更佳。因為總有機碳量（T0C值）的變化小。
[0053] 有機碳層可以使用專利文獻5第0012段的潤滑油成分，雖然這些對純銅合金都具 有還原作用，但水溶性醇衍生的有機碳層最理想。采用水溶性醇衍生的有機碳層，是因為醇 對純銅合金具有更強的還原性。因此，可以將純銅合金鍵合絲浸漬于極低濃度的乙醇水溶 液中，在保留鍵合絲表面的不飽和銅氧化物（Cu 2_x0)層的狀態(tài)下，在鍵合絲的整個面上設置 極薄的有機碳層。此外，對鍵合絲表面進行酸洗，在沒有不飽和銅氧化物（Cu 2_x0)層的狀態(tài) 下，即使形成了有機碳層，但由于鍵合絲表面是有活性的，因此，大氣中的氧會與鍵合絲表 面的銅（Cu)直接反應，形成飽和的銅氧化物（Cu 20)層。因此，鍵合絲表面不應進行酸洗。
[0054] 水溶性醇有乙醇、甲醇、1-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙 醇、乙二醇、甘油等。乙醇、甲醇或異丙醇衍生物更佳。
[0055] 本發(fā)明的鍵合絲表面的不飽和銅氧化物（Cu2_x0)層、有機碳層及鍍覆材料均極薄， 因此，在第一次鍵合的FAB鍵合時會蒸發(fā)或向球內(nèi)分散并消失。但是，槽部相對較厚，因此， 可能膨脹成洋蔥狀并消失。此外，第二次鍵合的超聲波鍵合時，與純銅合金鍵合絲表面松散 結(jié)合的銅氧化物（Cu 2_x0)層及有機碳層也會因超聲能量而發(fā)生熱分解，這也會消失。但是， 槽部比較抗變形，因此，可能向與鍵合絲長度方向垂直的方向逐漸擴大并消失。
[0056] 使本發(fā)明的拉絲加工面的整個面上形成有機碳層，是因為如果存在未形成有機碳 層的部位，即使只有一部分，也存在大氣中的氧（〇)經(jīng)此結(jié)合的危險。
[0057] 此外，使有機碳層的厚度為總有機碳量（T0C值）50?3, 000 μ g/m2,是因為球焊用 鍵合絲的線徑一般為15?25 μ m，可以根據(jù)總有機碳量（T0C值）通過計算簡單地算出有機 碳層的理論厚度。
[0058] 此外，在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該鍍覆材料采用規(guī)定的高純度 貴金屬，是因為對于芯材銅合金的抗氧化效果高。
[0059] 另外，該芯材采用質(zhì)量百分比純度99. 99%以上的金（Au)、銀（Ag)、鈀（Pd)、鉑 (Pt)、銠（Rh)或銥（II·)、或者這些的合金構(gòu)成的高純度貴金屬占質(zhì)量百分比0.5?5%、且 其余部分由質(zhì)量百分比純度 99·99%以上的銅（Cu)構(gòu)成的銅合金，是因為這些貴金屬合金 元素會延遲銅（Cu)的氧化，同時，當芯材具有貴金屬表面偏析層時，與貴金屬等鍍覆材料 的鍵合性會變得更好。
[0060] 此外，在本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)中，該貴金屬等為金（Au)、銀（Ag) 或鉬（Pt)占質(zhì)量百分比5?20%、且其余部分由質(zhì)量百分比純度 99· 99%以上的鈀（Pd) 構(gòu)成的鈀合金，則更佳。
[0061] 鍍覆材料厚度上限的狀態(tài)應是鍍覆材料球狀體在該卷云狀槽中排列的海島結(jié)構(gòu)。 因為如果更厚，則該卷云狀槽將被鍍覆材料覆蓋，形成"鍍層"，使用貴金屬時，則會提高價 格。此外，還因為球焊時，"鍍層"材質(zhì)和厚度的影響會變強，難以形成正球形的熔球，同時， 超聲波鍵合時的工藝窗口范圍會變小。另外，鍍覆材料也可以是不同貴金屬的層狀結(jié)構(gòu)。
[0062] 鍍覆材料厚度下限的狀態(tài)應是該鍍覆材料的表面形態(tài)是以可以看見該芯材的金 屬色的部分與不能看見該金屬色的鍍覆材料的貴金屬等的金屬色部分的馬賽克紋樣形成 的。馬賽克紋樣下有芯材的晶粒邊界，因此，通過馬賽克紋樣，阻礙了大氣中的氧與芯材的 結(jié)合。但是，如果理論膜厚薄到不到次埃米，則馬賽克紋樣會消失，就不能防止芯材氧化了， 因此，應存在馬賽克紋樣。
[0063] 發(fā)明效果
[0064] 如果采用本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，由于芯材上成型有沿該鍵合絲長 度方向的多條卷云狀槽，因此，超聲波鍵合時，這些槽就會變成一對U形/倒U形結(jié)構(gòu)，可以 使超聲波鍵合性穩(wěn)定。即，即使線材變細，但由于芯材上成型有沿該鍵合絲長度方向的多條 卷云狀槽，因此，具有可以更廣泛地采用超聲波設定條件，廉價地獲得穩(wěn)定的鍵合強度的效 果。因此，可以實現(xiàn)超聲波鍵合用鍍覆銅絲的細線化。此外，通過多條卷云狀槽，可以防止 芯材表面形成的不飽和銅氧化物（Cu 2_x〇)的擴大，延遲銅氧化物（Cu20)層的形成。另外，形 成熔球的鍵合絲時，也可以不受鍍覆材料厚度的影響，在鍍覆材料材質(zhì)不限的情況下獲得 比較穩(wěn)定的正球形球。此外，鍍覆銅絲表面形成了有機碳層時，即使存在可以看到芯材的金 屬色的部分，也可以進一步延遲鍵合絲表面的氧化。即，從鍵合絲制造出來到在產(chǎn)品中使用 為止，即使經(jīng)過一定期間，純銅合金鍵合絲表面也不會與大氣中的氧（0)結(jié)合，形成飽和的 銅氧化物（Cu 20)層。此外，如果采用本發(fā)明的純銅合金鍵合絲截面結(jié)構(gòu)，即使反復鍵合，毛 細管也不會發(fā)生污染。另外，如果采用本發(fā)明的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，則不受鍍覆材料的影響，因 此，優(yōu)質(zhì)芯材的金屬成分的第一次鍵合及成環(huán)的鍵合特性都會變好。因此，本發(fā)明的超聲波 鍵合用鍍覆銅絲可以保證鍵合絲在開始使用前的產(chǎn)品壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]圖1顯示本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲的表面狀態(tài)。
[0066]圖2顯示對本發(fā)明的超聲波鍵合用鍍覆銅絲實施超聲波鍵合時坍塌部位的表面 狀態(tài)。

【具體實施方式】
[0067] 實施例
[0068]將具有表1所示芯材和鍍覆材料的成分組成的純銅合金絲（銅（CU)及銀（Ag)為 質(zhì)量百分比純度99· 9999%以上，其他合金成分分別為質(zhì)量百分比純度99. 99%以上）均勻 熔鑄后，一邊進行中間熱處理一邊進行滾軋，得到直徑lmm的粗絲。在該粗絲的外周上形成 次米?幾 um的槽，鍍上鍍覆材料。然后，采用濕式通過金剛石模具連續(xù)拉絲，最后得 到15 μ m的鍵合絲。實施例1?實施例19產(chǎn)品的理論膜厚均為5nm。此外，平均縮徑率為 6?20%，最終線速度為i〇〇 m/分鐘。
[0069] 另外，用于后述的實施例產(chǎn)品的第二窗口試驗與表面形態(tài)拍攝的鍵合絲為另外制 作。
[0070] [表 1]
[0071]

【權(quán)利要求】
1. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由抗氧化性比芯材好的貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成 的鍍覆材料、且鍍覆材料沿該芯材的晶粒邊界形成的表面形態(tài)。
2. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成的鍍覆材料、且鍍覆 材料沿該芯材的晶粒邊界形成的表面形態(tài)，該鍍覆銅絲的表面存在總有機碳量（TOC值）為 50?3, 000 μ g/m2的有機碳層。
3. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由抗氧化性比芯材好的貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成 的鍍覆材料、且鍍覆材料形成海島結(jié)構(gòu)中的球狀體島嶼的表面形態(tài)。
4. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成的鍍覆材料、且鍍覆 材料形成海島結(jié)構(gòu)中的球狀體島嶼的表面形態(tài)，該鍍覆銅絲的表面存在總有機碳量（TOC 值）為50?3, 000 μ g/m2的有機碳層。
5. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由抗氧化性比芯材好的貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成 的鍍覆材料、且鍍覆材料以可以看見該芯材金屬色的部分與可以看見該鍍覆材料的抗氧化 性貴金屬或貴金屬合金的金屬色的部分的馬賽克紋樣形成的表面形態(tài)。
6. 超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由鍍層和純度99. 99質(zhì)量％以上的純 銅合金或銅合金構(gòu)成的芯材構(gòu)成的鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，該芯材表面是環(huán)狀成型有多條沿該鍵合 絲長度方向的卷云狀槽、該芯材上鍍覆了由貴金屬或貴金屬合金構(gòu)成的鍍覆材料、且鍍覆 材料以可以看見該芯材的金屬色的部分與可以看見該鍍覆材料的抗氧化性貴金屬或貴金 屬合金的金屬色的部分的馬賽克紋樣形成的表面形態(tài)，該鍍覆銅絲的表面存在總有機碳量 (TOC值）為50?3, 000 μ g/m2的有機碳層。
7. 如權(quán)利要求2、4或6的任意一項中記載的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該總有機碳量（TOC值）為200?1，000 μ g/m2。
8. 如權(quán)利要求1?6的任意一項中記載的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該鍍覆材料是由純度99. 99質(zhì)量％以上的金（Au)、銀（Ag)、鈀（Pd)、鉬（Pt)、銠（Rh)或銥 (Ir)、或者這些的合金構(gòu)成的高純度貴金屬。
9. 如權(quán)利要求1?6的任意一項中記載的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 芯材為含有純度99. 99質(zhì)量％以上的金（Au)、銀（Ag)、鈀（Pd)、鉬（Pt)、銠（Rh)或銥（Ir)、 或者這些的合金構(gòu)成的高純度貴金屬，且其余部分由純度（質(zhì)量）99. 99%以上的銅（Cu)構(gòu) 成的銅合金。
10. 如權(quán)利要求1?6的任意一項中記載的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該芯材為純度99. 99質(zhì)量％以上的金（Au)、銀（Ag)、鈀（Pd)、鉬（Pt)、銠（Rh)或銥（Ir)、或 者這些的合金構(gòu)成的高純度貴金屬占質(zhì)量百分比0. 5?5%，且其余部分由純度99. 99質(zhì) 量％以上的銅（Cu)構(gòu)成的銅合金。
11.如權(quán)利要求1?6的任意一項中記載的超聲波鍵合用鍍覆銅絲結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該超聲波鍵合用鍍覆銅絲是無空氣焊球用鍵合絲。
【文檔編號】H01L23/49GK104241237SQ201410265987
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】三上道孝, 劉斌, 天野裕之, 濱本拓也, 今泉欣之, 永江祐佳, 山下勉 申請人:田中電子工業(yè)株式會社