CN104904000A - 接合线用铜线材及接合线用铜线材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的接合线用铜线材为用于形成接合线的接合线用铜线材，其由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成，线径为0.5mm以上3.5mm以下，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下。

Description

接合线用铜线材及接合线用铜线材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于形成接合线的接合线用铜线材。
本申请主张基于2013年10月10日于日本申请的专利申请第2013-213114号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
通常，在搭载半导体元件的半导体装置中，半导体元件与引线通过接合线连接。以往，出于拉丝性及导电性等观点，作为接合线主要使用Au线。然而由于Au价格较高，因此作为代替Au线的接合线而提供由Cu线构成的接合线。
由Cu线构成的接合线例如通过如下方法制造，即将线径4mm～8mm的铸造材拉丝加工至0.5mm，以作为接合线用铜线材之后，对该接合线用铜线材进一步进行拉丝加工，从线径30μm加工至50μm。例如专利文献1、2中提出由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜(所谓6NCu)的Cu线构成的接合线。该接合线纯度较高而强度较低，容易形成铜丝的环形形状等，且可靠性得到提高。并且，由于纯度较高而夹杂物较少，能够抑制进行拉丝加工时发生断线。
专利文献1：日本专利公开昭62-111455号公报
专利文献2：日本专利公开平04-247630号公报
但是，近年来随着半导体装置的小型化和低成本化要求接合线的细线化，预计将来接合线的线径将细至例如10μm以下。因此，作为用于形成接合线的接合线用铜线材需要具有即便经历细线化也不会在进行拉丝加工时发生断线的加工性。
然而，制造专利文献1、2所示的接合线时，若通过对接合线用铜线材进行拉丝加工来将其加工至例如线径为10μm，则线材的伸展性不够充分，导致频繁出现线材的断线。若如此在对接合线用铜线材进行拉丝加工时发生断线，则会产生导致生产率显著下降的问题。
发明内容
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种加工性良好，且即便经历细线化也不易发生断线的接合线用铜线材。
本发明人等为解决上述课题经研究获得如下见解，即通过对接合线用铜线材进行拉丝加工来制造接合线时，在接合线用铜线材中，将与拉丝方向垂直的剖面中的(001)面的面积率控制在特定范围内，由此能够提高接合线用铜线材的加工性，且抑制进行拉丝加工时的断线。
本发明根据上述见解而完成，其宗旨如下。
即本发明的第一方式所涉及的接合线用铜线材为用于形成接合线的接合线用铜线材，其中，其由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成，线径为0.5mm以上3.5mm以下，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下。
并且，本发明的第二方式所涉及的接合线用铜线材的制造方法具备：热加工工序，对由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成的铸块进行热加工以制作线材；拉丝加工工序，在断面收缩率为80％以上99.6％以下的范围内对所制作的所述线材进行冷拉丝加工；及加热处理工序，对经拉丝加工的所述线材进行200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下范围内的加热处理。
第二方式所涉及的接合铜线材的制造方法中，所述热加工可以是在700℃以上900℃以下的温度下进行热挤压直至断面收缩率达到99％以上99.95％以下的加工。
并且，所述加热处理工序中可以利用间歇式退火炉加热所述线材。
根据本发明的第一方式所涉及的接合线用铜线材，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下，因此能够提高加工性，且能够抑制进行拉丝时发生断线。
当与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率小于15％时，导致以(111)面为首的其他方位增加，强度下降，且容易在进行拉丝加工时发生断裂。并且，当与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率超过30％时，伸展性下降，且容易在进行拉丝加工时发生断裂。因此，(001)面的面积率被设定在上述范围内。
此外，接合线用铜线材由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成，因此能够充分降低使用该接合线用铜线材的接合线的强度，并提高接合线的可靠性。并且，纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜中夹杂物较少，因此在进行拉丝加工时能够抑制由夹杂物引起发生断线。
根据本发明的第二方式所涉及的接合线用铜线材的制造方法，能够将与接合线用铜线材的拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率设为15％以上30％以下。
根据本发明能够提供一种加工性良好，且即便经历细线化也不易发生断线的接合线用铜线材。
附图说明
图1为本发明的实施方式所涉及的接合线用铜线材的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式所涉及的接合线用铜线材及接合线用铜线材的制造方法进行说明。
本实施方式所涉及的接合线用铜线材被用作制造线径为80μm以下，优选为线径5μm以上50μm以下的接合线时的线材。并且，接合线用铜线材的线径为0.5mm以上3.5mm以下。
接合线用铜线材由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜(6NCu)构成。
并且，该接合线用铜线材中，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下。本实施方式中，与拉丝方向垂直的剖面是指包括接合线用铜线材的中心轴，且与该中心轴正交的剖面。并且，本实施方式中，将向与拉丝方向垂直的剖面取向的、相对于(001)面的偏角为15°以内的晶面的总面积率，即＜001＞方向相对于拉丝方向在15°以内取向的区域的面积率设为(001)面的面积率。
其中，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率小于15％时，以(111)面为首的其他方位增加，因此强度下降，且在进行拉丝加工时容易发生断裂。并且，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率超过30％时，伸展性下降，且在进行拉丝加工时容易发生断裂。
鉴于这种理由，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率被设定在上述范围内。(001)面的面积率优选为18％以上28％以下，但并不限于此。
另外，与拉丝方向垂直的剖面的(001)面的面积率，能够通过电子背散射衍射像(Electron Back Scatter Diffraction Patterns)法(EBSD法)来测定。该EBSD法为在SEM(扫描电子显微镜)连接EBSD检测器，对将会聚电子束照射到试样表面时所产生的每个结晶的衍射像(EBSD)的方位进行分析，并根据通过分析获得的方位数据和测定点的位置信息测定材料的结晶方位的方法。
接着，对本实施方式所涉及的接合线用铜线材的制造方法进行说明。例如如图1所示，接合线用铜线材的制造方法具备热加工工序S1、拉丝加工工序S2及加热处理工序S3。以下对各工序进行详细说明。
(热加工工序S1)
首先，准备由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成的直径250mm、长度700mm的钢坯(铸块)。
之后，以700℃以上900℃以下的温度范围加热该钢坯，并以断面收缩率为99％以上99.95％以下的范围进行热挤压加工，以制作线径为6mm以上20mm以下的线材。该热加工工序S1中，为了破坏钢坯(铸块)所具有的铸造组织，并成为与铸造组织相比更微细且均匀的热加工组织，以上述温度范围及断面收缩率进行热挤压加工。
本实施方式中，加热至800℃，并以断面收缩率为99.9％的条件进行热挤压加工，以制作线径为8mm的线材。
(拉丝加工工序S2)
在断面收缩率为80％以上99.6％以下的范围内对上述热加工工序S1中制作的线材进行拉丝加工(冷拉丝加工)，并加工至线径为0.5mm以上3.5mm以下。其中，拉丝加工可以进行1道次，优选分多个道次进行。该拉丝加工工序S2中，在热加工工序S1中形成的热加工组织(晶粒)向拉丝加工方向延伸，成为纤维状的金属组织。
本实施方式中，分15道次进行直径(线径)8mm至1mm的加工，断面收缩率为98％。
另外，拉丝加工工序S2中，也可以进行剥皮拉丝加工。
(加热处理工序S3)
对经上述拉丝加工工序S2中拉丝的线材进行200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下范围内的加热处理。其中，加热处理工序S3在成为还原气氛的间歇式退火炉中进行。该加热处理工序S3中，在拉丝加工工序S2中成为纤维状的金属组织中的一部分经再结晶，而成为纤维状金属组织与等轴再结晶组织混合存在的金属组织。
本实施方式中，通过间歇式退火炉以220℃、60分钟的条件在还原气体气氛中进行线材的加热处理。
如上制造本实施方式所涉及的接合线用铜线材。
另外，将该接合线用铜线材加工成接合线时，例如通过进行断面收缩率为99.96％的拉丝加工来制作20μm的接合线。
根据如上构成的本实施方式所涉及的接合线用铜线材，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率成为15％以上30％以下，因此能够提高加工性，且能够抑制进行拉丝时断线的发生。
此外，接合线用铜线材由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成，因此能够充分降低使用该接合线用铜线材的接合线的强度，并提高接合线的可靠性。并且，纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜中夹杂物较少，因此能够抑制进行拉丝加工时由夹杂物引起的断线的发生。
并且，本实施方式所涉及的接合线用铜线材的制造方法具备：热加工工序S1，对由高纯度铜构成的铸块进行热加工以制作线材；拉丝加工工序S2，在断面收缩率为80％以上99.6％以下范围内对线材进行冷拉丝加工；及加热处理工序S3，对经拉丝加工的该线材进行200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下范围内的加热处理。因此能够制造与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下的接合线用铜线材。
对于在热加工工序S1中制作的线材，若在断面收缩率为80％以上99.6％以下范围内进行拉丝加工工序S2，则成为晶粒向拉丝方向伸展成纤维状的金属组织，与拉丝方向垂直的剖面中(001)面会增加。若对伸展成该纤维状的金属组织进一步进行拉丝加工，则会因伸展量较少(难以伸展)而发生断裂。为此，以上述条件进行加热处理工序S3，由此使伸展成纤维状的金属组织中的一部分进行再结晶，以将(001)面的面积率控制在规定范围内，以改善伸展性，并提高进行拉丝时的加工性。拉丝加工工序S2中的断面收缩率优选为89％以上99.5％以下，但并不限于此。
并且，加热处理工序S3中，对拉丝加工工序S2中被拉丝的线材，通过间歇式退火炉以200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下范围内进行加热处理。因此，能够将与拉丝方向垂直的剖面中的(001)面的面积率可靠地控制在15％以上30％以下。
加热处理工序S3中，当加热温度小于200℃时，不会产生足够的再结晶粒子且难以将(001)面的面积率控制在30％以下，因此伸展性下降，其结果有可能在进行拉丝加工时发生断裂。并且，当加热温度超过260℃时，过于进行再结晶以致难以将(001)面的面积率控制在15％以上，因此强度下降，而导致进行拉丝加工时容易断裂。加热处理工序S3中的加热温度优选为210℃以上250℃以下，但并不限于此。
并且，加热处理工序S3中，当加热时间少于30分钟时，不会产生足够的再结晶粒子，以致难以将(001)面的面积率控制在30％以下。并且，当加热时间超过300分钟时，过于进行再结晶以致难以将(001)面的面积率控制在15％以上。加热温度优选为60分钟以上180分钟以下，但并不限于此。
出于以上理由，加热处理工序的热处理条件在200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下的范围内。
例如，在电流退火这样的高温短时间的加热处理中，无法在通过拉丝加工形成的纤维状的组织中稳定地形成再结晶组织，且难以将与拉丝方向垂直的剖面中的(001)面的面积率控制在上述范围。另一方面，本实施方式中，通过利用间歇式退火炉以上述加热条件进行加热处理，能够稳定地将(001)面的面积率控制在上述范围内。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，在不脱离其发明的技术思想的范围内可进行适当变更。
另外，由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成的铸块的形状和尺寸并没有限制，且并不限于本实施方式。
实施例
以下，对为确认本发明的有效性而进行的确认实验的结果进行说明。
(本发明例1～5)
首先，准备由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成的直径250mm、长度700mm的钢坯。将该钢坯加热成800℃，并进行热挤压加工，以制作直径8mm的线材。
接着，对直径8mm的线材进行包括冷剥皮拉丝在内的拉丝加工直至直径达到1mm。另外，该拉丝加工中将断面收缩率设为98％，道次次数设为15次。
接着，将经拉丝加工的线材装入间歇式退火炉，以表1所示的加热温度、加热时间进行加热处理。另外，将间歇式退火炉的气氛设为还原气氛。
如上制造本发明例1～5的接合线用铜线材。
(比较例1)
比较例1中，不经拉丝加工后的加热处理而制造了接合线用铜线材。即除了不进行拉丝加工后的加热处理之外，以与上述本发明例相同的方式制造出比较例1的接合线用铜线材。
(比较例2)
首先，准备由纯度为99.9999％以上的高纯度铜构成的铸块。将该铸块作为原料而铸造直径8mm的线材。
接着，对直径8mm的线材进行包括冷剥皮拉丝在内的拉丝加工直至直径达到1mm。另外，该拉丝加工中将断面收缩率设为98％，道次次数设为15次。
如此制造出比较例2的接合线用铜线材。另外，比较例2中也没有进行拉丝加工后的加热处理。
如上制造的接合线用铜线材中，进行与拉丝方向垂直的剖面的EBSD测定，并测定(001)面的面积率。
以下对EBSD测定的顺序进行说明。首先，利用耐水砂纸及金刚石磨粒对与接合线用铜线材的拉丝方向垂直的剖面进行机械研磨之后，使用硅酸胶溶液进行精磨。之后，通过EBSD测定装置(HITACHI Co.,Ltd.制造的S4300-SEM、EDAX/TSL Co.,Ltd.制造的OIM Data Collection)和、分析软件(EDAX/TSL Co.,Ltd.制造的OIM Data Analysis ver.5.2)，测定与接合线用铜线材的拉丝方向垂直的剖面的结晶方位。具体而言，向试样表面(与接合线用铜线材的拉丝方向垂直的剖面)的测定范围内的每个测定点照射电子束，且在试样表面2维扫描电子束，以进行基于电子背散射的衍射的方位分析。另外，将测定点间隔设为1.80μm，对600μm×940μm的区域进行EBSD测定。
另外，经EBSD测定的接合线用铜线材的剖面中，将相对于(001)面的偏角在15°以内的结晶面(与(001)面所成之角为15°以内的结晶面)视为(001)面，以评价测定区域中的(001)面的面积率。
并且，对于所制造的接合线用铜线材进一步进行拉丝加工，加工至直径达到5μm。具体而言，从直径1mm(1000μm)拉丝加工至100μm，进一步从100μm拉丝加工至50μm、从50μm拉丝加工至25μm、从25μm拉丝加工至10μm、从10μm拉丝加工至5μm。此时，测定进行从100μm至5μm的各直径加工时的断线次数。另外，实施该拉丝加工，以便能够在加工至5μm的阶段获得总长为100m的铜丝。
另外，关于比较例1，在拉丝加工中频发断线，因此中途中止了铜丝的制造(拉丝加工)。
将上述测定结果示于表1。
[表1]
如表1所示，确认到本发明例1～5中，即便从100μm拉丝加工至5μm，断线次数也较少，加工性良好。即确认到本发明例1～5为即便经历细线化也不易产生断线的接合线用铜线材。
比较例1中，进行拉丝加工至直径达到1mm之后，未进行加热处理，因此(001)面的面积率超过30％，因此断线次数与本发明例相比变多。
并且，比较例2中，铸造直径8mm的线材，并将该线材拉丝加工至直径达到1mm，由于至直径1mm的拉丝加工的断面收缩率与本发明例相比不够充足，因此(001)面的面积率小于15％，且断线次数与本发明例相比变多。
产业上的可利用性
根据本发明所涉及的接合线用铜线材，由于加工性良好且即便经历细线化也不易产生断线，因此可实现接合线的细线化。
符号说明
S1-热加工工序，S2-拉丝加工工序，S3-加热处理工序。

Claims (4)

1.一种接合线用铜线材，其为用于形成接合线的接合线用铜线材，其特征在于，
由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成，
线径为0.5mm以上3.5mm以下，
与拉丝方向垂直的剖面中(001)面的面积率为15％以上30％以下。
2.一种接合线用铜线材的制造方法，该方法具备：
热加工工序，对由纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜构成的铸块进行热加工以制作线材；
拉丝加工工序，在断面收缩率为80％以上99.6％以下的范围内对所制作的所述线材进行冷拉丝加工；及
加热处理工序，对经拉丝加工的所述线材进行200℃以上260℃以下、30分钟以上300分钟以下范围内的加热处理。
3.根据权利要求2所述的接合线用铜线材的制造方法，其中，
所述热加工为在700℃以上900℃以下的温度下进行热挤压直至断面收缩率达到99％以上99.95％以下的加工。
4.根据权利要求2或3所述的接合线用铜线材的制造方法，其中，
所述加热处理工序中利用间歇式退火炉加热所述线材。
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