CN106244844A - 一种半导体用的铜线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：Cu 77～88份、镁1.2～1.8份、银0.4～0.7份、铁0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍0.10～0.38份、钼1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈3.3～3.5份、碳2～4份、稀土元素1～5份。本发明由Cu、镁、银、铁等，且镧、铈、镨、钕、钷经过熔炼、拉伸加工、退火热处理等工序制成直径为18～25μm的铜线。由于铜线的成分中铜含量大于99.99%，并控制其他微量元素的含量，采用这种合金成分的铜线，既可以提升铜线的延伸率，从而改善焊接效果，又具有比金线成本更低的优点。

Description

一种半导体用的铜线及其制备方法

技术领域

本发明涉及铜线材加工领域，具体涉及一种半导体用的铜线及其制备方法。

背景技术

现有的晶体管、IC 等半导体，或集成电路等组件，其连结电极与外部导线一般是以高纯度 4N 系 ( 纯度＞ 99.99mass( 质量 )％ ) 的黄金与其它微量金属元素制成的金线作为电性连接的接合线 ；然而，随着金价不断地飙涨，封装业者对金线的替代品需求更形强烈 ；因此，在考虑材料成本下，有业者采用铜制成的导线，然使用铜导线时，由于封装用树脂与导线的热膨胀系数差异过大，随着半导体启动后温度上升，因热形成的体积膨胀对形成回路的铜接合线产生外部应力，特别是对暴露于严酷的热循环条件下的半导体组件，容易使铜接合线发生断线问题 ；因此，针对上述缺失，有业者针对封装用的接合铜线改良，请参阅中国台湾发明专利公开第 201207129 号所揭露的“封装用的接合铜线及其制造方法”，其中揭露一种封装用的接合铜线，成分包括有银 (Ag)、添加物、以及铜 (Cu) ；其中，银含量为0.1-3wt％ ；添加物为至少一选自由镍 (Ni)、铂 (Pt)、钯 (Pd)、锡 (Sn)、及金 (Au) 所组成的群组，且添加物的含量为 0.1-3wt％ ；再者，铜与银共晶相体积率占全部体积的 0.1-8％，且接合铜线抗拉强度 250MPa 以上，导电率在 70％ IACS 以上 ；藉此，不仅使得阻抗和传统金线相当或甚至更低 ( ＞ 70％ IACS)，可达到更佳导电率，且硬度适中并易于焊接，更能进行球型焊接，于耐热循环的严苛条件下亦能使用

在半导体 IC 封装中，芯片和引线框架（基板）的连接要靠引线来实现，这种引线大多采用纯金线。然而金是贵金属，随着金价不断上涨，使半导体器件的制造成本不断增加，为此需要寻找其他更适合的金属来替代金线材料。由于铜线具有导电性能好、低成本、最大允许电流高、高温下稳定性高等优点，人们采用铜线替代金线以降低材料成本。但铜线发延伸性及抗氧化性没有金线好，而且铜线的质量对焊接效率及效果影响较大，造成铜线与半导体器件金层或银层结合不好，难结合，拉力不够等问题。

现有技术中，为了改善铜线的性能而采用金和铜的合金材料，但金的含量大于15%，其虽然提高了铜线的延伸性，但可焊性能差，而且成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种半导体用的铜线及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 77～88份、镁 1.2～1.8份、银 0.4～0.7份、铁 0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍 0.10～0.38份、钼 1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈 3.3～3.5份、碳2～4份、稀土元素 1～5份;

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度800-1000℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为 18 ～ 25μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为280 ～ 420℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

进一步地，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷任意二种。

进一步地，所述述贵金属包含有钌、铑、钯。

进一步地，一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 79～87份、镁 1.3～1.7份、银 0.5～0.6份、铁 0.08～0.12份、铬2.2～5.1份、铝2.5～3.9份、镍 0.15～0.28份、钼 1.9～2.1份、钕1.3～4.1份、铈 3.4～3.48份、碳2.5～3.5份、稀土元素 2～4份。

进一步地，所述步骤2中的拉伸速度为800～1500m/min。

进一步地，所述步骤3中退火处理时间0.5～1小时。

进一步地，一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 85份、镁 1.5份、银 0.55份、铁 0.09份、铬2.6份、铝2.9份、镍 0.18份、钼 2份、钕1.8份、铈 3.45份、碳2.9份、稀土元素 3份。

本发明由Cu 77～88份、镁 1.2～1.8份、银 0.4～0.7份、铁 0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍 0.10～0.38份、钼 1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈 3.3～3.5份、碳2～4份，且镧、铈、镨、钕、钷 1～5份经过熔炼、拉伸加工、退火热处理等工序制成直径为 18～ 25μm的铜线。由于铜线的成分中铜含量大于 99.99%，并控制其他微量元素的含量，采用这种合金成分的铜线，既可以提升铜线的延伸率，从而改善焊接效果，又具有比金线成本更低的优点。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明由以下重量份的原料制备而成：

Cu 77～88份、镁 1.2～1.8份、银 0.4～0.7份、铁 0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍 0.10～0.38份、钼 1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈 3.3～3.5份、碳2～4份、稀土元素 1～5份;

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度800-1000℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为 18 ～ 25μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为280 ～ 420℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷任意二种。

所述述贵金属包含有钌、铑、钯。

一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 79～87份、镁 1.3～1.7份、银 0.5～0.6份、铁 0.08～0.12份、铬2.2～5.1份、铝2.5～3.9份、镍 0.15～0.28份、钼 1.9～2.1份、钕1.3～4.1份、铈 3.4～3.48份、碳2.5～3.5份、稀土元素 2～4份。

所述步骤2中的拉伸速度为800～1500m/min。

所述步骤3中退火处理时间0.5～1小时。

一种半导体用的铜线及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 85份、镁 1.5份、银 0.55份、铁 0.09份、铬2.6份、铝2.9份、镍 0.18份、钼 2份、钕1.8份、铈 3.45份、碳2.9份、稀土元素 3份。

实施例1：

Cu 77份、镁1.8份、银 0.4份、铁0.15份、铬2.1份、铝2份、镍 0.38份、钼 2.5份、钕1.2份、铈 3.5份、碳2份、稀土元素 5份;

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度800℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为 18μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为320℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

实施例2：

Cu 77份、镁 1.2份、银 0.4份、铁 0.05份、铬2.1份、铝2份、镍 0.10份、钼 1.8份、钕1.2份、铈 3.3份、碳2份、稀土元素 1份;

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度1000℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为25μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为280℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

实施例3：

Cu 85份、镁 1.5份、银 0.55份、铁 0.09份、铬2.6份、铝2.9份、镍 0.18份、钼 2份、钕1.8份、铈 3.45份、碳2.9份、稀土元素 3份；

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度900℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为 22μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为300℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

本发明由Cu 77～88份、镁 1.2～1.8份、银 0.4～0.7份、铁 0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍 0.10～0.38份、钼 1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈 3.3～3.5份、碳2～4份，且镧、铈、镨、钕、钷 1～5份经过熔炼、拉伸加工、退火热处理等工序制成直径为 18～ 25μm的铜线。由于铜线的成分中铜含量大于 99.99%，并控制其他微量元素的含量，采用这种合金成分的铜线，既可以提升铜线的延伸率，从而改善焊接效果，又具有比金线成本更低的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 77～88份、镁 1.2～1.8份、银 0.4～0.7份、铁 0.05～0.15份、铬2.1～5.2份、铝2～4份、镍 0.10～0.38份、钼 1.8～2.5份、钕1.2～4.4份、铈 3.3～3.5份、碳2～4份、稀土元素 1～5份;

上述原料按照以下步骤制备而成 ：

1）熔炼 ：将原料按照配比投入到真空熔炼炉中在温度800-1000℃下进行熔炼，得到铜液后倒入浇注容器内浇注成锭 ；

2）拉伸：将步骤1制得的锭料加入到拉伸机内，先粗拉制成直径为 9mm 的铜线，然后进行中度拉伸为直径 1.1mm 的铜线，再进一步细度拉伸制成直径为 18 ～ 25μm 的铜线 ；

3）退火处理 ：将铜线缠绕在复绕机上，至于真空退火容器内，往内部通入氩气，在温度为280 ～ 420℃下进行真空退火，达到所要求的性能，制成所述的铜线；

4）成品检验、分卷、入库。

2.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钷任意二种。

3.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，所述述贵金属包含有钌、铑、钯。

4.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 79～87份、镁 1.3～1.7份、银 0.5～0.6份、铁 0.08～0.12份、铬2.2～5.1份、铝2.5～3.9份、镍 0.15～0.28份、钼 1.9～2.1份、钕1.3～4.1份、铈 3.4～3.48份、碳2.5～3.5份、稀土元素 2～4份。

5.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，所述步骤2中的拉伸速度为800～1500m/min。

6.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，所述步骤3中退火处理时间0.5～1小时。

7.根据权利要求1所述的一种半导体用的铜线及其制备方法，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：

Cu 85份、镁 1.5份、银 0.55份、铁 0.09份、铬2.6份、铝2.9份、镍 0.18份、钼 2份、钕1.8份、铈 3.45份、碳2.9份、稀土元素 3份。