DE3530736A1 - Leitermaterial auf kupferbasis fuer anschluesse von halbleitervorrichtungen - Google Patents

Leitermaterial auf kupferbasis fuer anschluesse von halbleitervorrichtungen

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DE3530736A1
DE3530736A1 DE19853530736 DE3530736A DE3530736A1 DE 3530736 A1 DE3530736 A1 DE 3530736A1 DE 19853530736 DE19853530736 DE 19853530736 DE 3530736 A DE3530736 A DE 3530736A DE 3530736 A1 DE3530736 A1 DE 3530736A1
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Mitsubishi Shindoh Co Ltd
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Description

Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen und insbesondere ein solches Leitermaterial mit ausgezeichneter Wärmeabstrahlung oder Wärmeleitfähigkeit, welche besonders gefordert ist von einem Material aus Metall für Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen mit hohen Verdrahtungsdichten.
Eine Halbleitervorrichtung, wie eine integrierte Schaltung (hiernach 11IC11 genannt) wird im allgemeinen beispielsweise durch die folgenden hauptsächlichen Verfahrensschritte a) bis f) hergestellt:
a) Herstellung eines Anschlußblechstreifens mit einer Dicke von 0,1 bis 0,3 mm als Metallmaterial für Anschlüsse;
b) Ausstanzen des Leiterblechstreifens zu einem Anschlußrahmen mit einer Form, die für die herzustellende Halbleitervorrichtung geeignet ist;
c) Montieren von IC-Chips auf dem Anschlußrahmen an dessen vorbestimmten Oberflächenbereichen, entweder durch Heißverbinden unter Verwendung eines leitenden Harzes, wie Ag-Paste, oder durch Thermokompressionsverbindung durch eine oder mehrere Plattierungsschichten von wenigstens einem der aus der Gruppe Au, Ag und Ni ausgewählten Metalle, welches bzw. welche zuvor auf der Oberfläche des Blechstreifens oder Anschlußrahmens abgeschieden wurden;
d) Verbinden der Elemente des IC-Chips mit dem Ansc&lußrahmen durch Drahtverbindung unter Verwendung von Au-Drähten oder dergleichen;
e) Verkapseln der IC-Chips, der Drahtverbindungsteile, der Oberflächenbereiche des Anschlußrahmens, auf dem die IC-Chips montiert wurden usw., durch ein Kunststoffharz oder dergleichen zum Schutz derselben; und
f) Zerschneiden des Anschlußrahmens längs Grenzlinien zwischen benachbarten Bereichen der Oberfläche, wo die IC-Chips montiert sind, um Anschlüsse der Halbleitervorrichtung zu bilden.
Ein Metallmaterial für Anschlüsse einer Halbleitervorrichtung muß daher unter anderem folgende Eigenschaften aufweisen: ausgezeichnete Stanzbarkeit; genügende Wärmebeständigkeit, so daß weder Wärmespannungen noch Erweichungen durch Erhitzen auftreten, wenn IC-Chips mit dem aus dem Anschlußmaterial gestanzten Anschlußrahmen verbunden werden; ausgezeichnete Wärmeabstrahlung, d.h. Wärmeleitfähigkeit (da die Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Leitfähigkeit proportional ist, kann die Wärmeabstrahlung durch die elektrische Leitfähigkeit bestimmt werden), und hinreichende mechanische Festigkeit, damit kein Bruch während des Transports der Halbleitervorrichtung oder bei wiederholtem Biegen der Anschlüsse auftritt, wenn diese während der Montage der Halbleitervorrichtung in einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung mit Verdrahtungsplatten verbunden werden. D.h., ein Metallmaterial für Anschlüsse einer Halbleitervorrichtung, ein sogenanntes Leitermaterial muß die folgenden Mindestbedingungen erfüllen:
Zugfestigkeit (als Maß der Festigkeit): nicht unter 500 N/mm2;
Dehnung: nicht weniger als 5 %i
Elektrische Leitfähigkeit (als Maß der Wärmeabstrahlung und elektrischen Leitfähigkeit): nicht weniger als 3 % I.A.C.S. (international Annealed Copper Standard = Internationaler Standard Getempertes Kupfer); und
Erweichungspunkt (als Maß der Wärmebeständigkeit): nicht
unter 35O°C.
Zu den üblicherweise als Leitermaterialien für Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen verwendeten Legierungen gehören Legierung 42 (typische chemische Zusammensetzung: Fe-42/ΟΝϊ); CDA-Legierung 725 (Legierung 725 der Copper Development Association Inc. - typische chemische Zusammensetzung: Ca-3%Ni-2,4%Sn) und Phosphorbronze (typische chemische Zusammensetzung: Cu-6%Sn-0,2%P), welche die oben geforderten Eigenschaften in hinreichendem Ausmaß aufweisen.
. if.
Diese üblichen Leitermaterialien für Anschlüsse zeigen jedoch den Nachteil einer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit, die nur bis zu 1 5 % I.A.C.S. geht (die elektrische Leitfähigkeit wird im folgenden durchgehend als % I.A.C.S. angegeben). Wenn diese Leitermaterialien daher als Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen mit hohen Verdrahtungsdichten verwendet werden, für welche neuerdings ein steigender Bedarf besteht, strahlen sie die in den Halbleitervorrichtungen erzeugte Wärme nicht vollständig ab, was zum Überhitzen der IC-Chips und weiteren Schwierigkeiten führt.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leitermaterial auf
Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen.zu schaffen, welches gute Eigenschaften, wie Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Stanzbarkeit,und außerdem ausgezeichnete Wärmeabstrahlung, wenn es für Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen mit hoher Verdrahtungsdichte verwendet wird, aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen, welches erfindungsgemäß im wesentlichen besteht aus:
Zinn: 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent;
Silber: 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent;
Phosphor: 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent;
Magnesium: 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent und
Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe haben die Erfinder
der vorliegenden Anmeldung Untersuchungen durchgeführt, um
ein Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen zu finden, welches die von einem solchen Material geforderten Eigenschaften in befriedigendem Maße aufweist und außerdem ausgezeichnete Wärmeabstrahlung zeigt, d.h. eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit von nicht weniger als 70 %, vorzugsweise nicht weniger als 80.% I.A.C.S. aufweist, wenn es als Anschluß in Halbleitervorrichtungen mit hohen Verdrahtungsdichten verwendet wird. Als Ergebnis der ünter-
suchungen wurde das folgende Leitermaterial gefunden:
Eine Legierung auf Kupferbasis im wesentlichen bestehend aus:
Zinn: 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent; Silber: 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent; Phosphor: 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent; Magnesium: 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent; und Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen. Diese Legierung erfüllt die folgenden Bedingungen: Zugfestigkeit:nicht unter 500 N/mm ; Dehnung: nicht weniger als 6 %;
Elektrische Leitfähigkeit: nicht weniger als 72 % I.A.C.S. und
Erweichungspunkt: nicht unter 4O5°C, und kann daher in der Praxis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen mit hohen Verdrahtungsdichten verwendet werden.
Die Erfindung beruht auf den oben genannten Untersuchungsergebnissen. Die Mengenanteile der Komponenten der Legierung auf Kupferbasis als Leitermaterial für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung wurden aus den folgenden Gründen in der oben angegebenen Weise festgelegt: a) Zinn und Silber:
Diese Bestandteile erhöhen nicht nur erheblich die Festigkeit des Leitermaterials, sondern verbessern auch seine Stanzbarkeit, Diese Wirkung tritt jedoch nicht in gewünschtem Ausmaß ein, wenn der Zinngehalt unter 0,05 Gewichtsprozent oder der Silbergehalt unter 0,01 Gewichtsprozent liegt. Wenn andererseits der Zinngehalt 0,5 Gewichtsprozent übersteigt, kann eine Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit der Anschlüsse eintreten, wodurch der gewünschte Grad von Wärmeabstrahlung nicht mehr erreicht wird, während, wenn der Silbergehalt 0,2 Gewichtsprozent übersteigt, keine weitere Verbesserung erhalten wird. Daher wurden der Zinngehalt auf einen Bereich von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent und der Silbergehalt auf einen Bereich von 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent festgelegt.
b) Phosphor und Magnesium:
Diese Bestandteile wirken zusammen, um die elektrische Leitfähigkeit der Anschlüsse stark zu erhöhen, und sie wirken auch als Desoxidationsmittel, wenn beide Bestandteile zusammen vorliegen. Wenn jedoch der Phosphorgehalt unter 0,01 Gewichtsprozent und gleichzeitig der Magnesiumgehalt unter 0,05 Gewichtsprozent liegt, tritt die genannte Wirkung nicht im gewünschten Ausmaß ein. Wenn andererseits der Phosphorgehalt 0.1 Gewichtsprozent übersteigt und gleichzeitig der Magnesiumgehalt 0,3 Prozent übersteigt, kann das Leitermaterial verschlechterte elektrische Leitfähigkeit bei den Anschlüssen aufweisen. Daher wurden der Phosphorgehalt auf 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent und der Magnesiumgehalt auf 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent festgelegt.
Übrigens kann bei der Herstellung des Leitermaterials auf Kupferbasis für Anschlüsse gemäß der Erfindung ein Desoxidans, das aus wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe Al, Mn, Ca und B ausgewählt ist, dem geschmolzenen Metall zugesetzt werden. Wenn diese desoxidierenden Elemente jeweils in einer Menge von nicht mehr als 0,01 Gewichtsprozent zugesetzt werden, können die Eigenschaften der Anschlüsse von ihnen nicht nachteilig beeinflußt werden.
Die Erfindung wird weiter erläutert mit Bezug auf die folgenden Ausführungsbeispiele.
Beispiele
Legierungen auf Kupferbasis mit einer chemischen Zusammensetzung/wie in Tabelle 1 angegeben;wurden in einem üblichen Niederfrequenz-Induktionsschmelzofen vom Kanaltyp erschmolzen, und die geschmolzenen Metalle wurden anschließend nach einem üblichen halbkontinuierlichen Gußverfahren zu Kupferlegierungsblöcken mit den Abmessungen 150 mm Dicke, 400 mm Breite und 1500 mm Länge gegossen. Die Blöcke wurden mit einer anfänglichen Warmwalztemperatur von 8000C zu warmgewalzten Blechen von jeweils 11 mm Dicke warmgewalzt. Nach dem Abschrecken wurden
die warmgewalzten Bleche jeweils auf beiden Seiten geschält auf eine Dicke von 10 mm und anschließend wiederholt abwechselnd kaltgewalzt und bei normaler Temperatur vergütet (ausgehärtet) , und dann einem abschließenden Kaltwalzen mit einem Reduktionsverhältnis von 70 % unterworfen, um Leiterblechstreifen von jeweils 0,25 mm Dicke zu erhalten. Diese Leiterblechstreifen wurden bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 350 C 15 Minuten gehalten, um innere Spannungen aufzuheben, und es wurden so die in Tabelle 1 angegebenen Leiterblechstreifen auf Kupferbasis Nr. 1 bis 6 als die erfindungsgemäßen Leitermaterialien auf Kupferbasis für Anschlüsse erhalten. Zum Vergleich wurden ein üblicher Leiterblechstreifen Nr. 7 mit einer chemischen Zusammensetzung entsprechend der von Phosphorbronze und ein üblicher Leiterblechstreifen Nr. .8 5 mit einer chemischen Zusammensetzung entsprechend der von Legierung CDA 725 hergestellt, wie ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Diese Legierungen sind ebenfalls Leitermaterialien auf Kupferbasis für Anschlüsse.
Die erfindungsgemäßen Leiterblechstreifen auf Kupferbasis mit den Nummern 1 bis 6 sowie die bekannten Leiterblechstreifen Nr. 7 (Phosphorbronze) und Leiterblechstreifen. Nr. 8 (Legierung CDA 725) wurden hinsichtlich Zugfestigkeit, Dehnung, elektrischer Leitfähigkeit und Erweichungspunkt geprüft. Die Prüfergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
Die in Tabelle 1 angegebenen Untersuchungsergebnisse lassen erkennen, daß jeder der erfindungsgemäßen Leiterblechstreifen auf Kupferbasis mit den Nummern 1 bis 6 die folgenden Bedingungen erfüllt:
Zugfestigkeit: nicht unter 500 N/mm j Dehnung: nicht weniger als 6 %; Elektrische Leitfähigkeit: nicht unter 72 % I.A.C.S. und Erweichungspunkt:nicht unter 405° C.
Daraus folgt, daß sie ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweisen im Vergleich mit der des bekannten Leiterblechstreifens Nr. 7 (Phosphorbronze) sowie des bekannten Leiterblechstreifens Nr. 8 (Legierung CDA 725), und daher aus-
gezeichnete Eigenschaften bei der Verwendung als Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen aufweisen, besonders in Halbleitervorrichtungen mit hoher Verdrahtungsdichte.
Außerdem wurden die erfindungsgemäßen Leiterblechstreifen auf Kupferbasis Nr. 1 bis 6 hinsichtlich weiterer Eigenschaften untersucht, die von einem metallischen Leitermaterial für Anschlüsse in Halbleitervorrichtungen gefordert werden, wie Stanzbarkeit, Ätzbarkeit, Beschichtbarkeit (Plattierbarkeit), Schweißbarkeit, und es wurde gefunden, daß auch diese Eigenschäften in befriedigendem Maß vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen zeigt daher ausgezeichnete Eigenschaften bei seiner Verwendung als Material für Anschlüsse nicht nur in üblichen Halbleitervorrichtungen, sondern auch in Halbleitervorrichtungen mit hohen Verdrahtungsdichten, und es kann auch als Material für Ein- oder Ausgänge und Verbindungselemente von elektrischen und elektronischen Vorrichtungen und Geräten verwendet werden.
Chemische Zusammensetzung (Gewichts-^)
Sn
Mg
Cu
Zugfestigkeit N/mm2
Dehnung Elektrische
(%) Leitfähigkeit I.A.C.S.
Erweichungspunkt
Erfindung
Nr.
1		 0.051 0.013 0.012 0.054 Rest 498 6 86
2 0.142 0.065 0.024 0.110 Rest 513 7 83
3 0.234 0.107 0.048 0.152 Rest 528 7 80
4 0.327 0.128 0.063 0.175 Rest 552 7 74
VJl 0.410 0.161 0.079 0.207 Rest 583 7 73
6 0.496 0.195 0.094 0.298 Rest 600 6 72
405
410
415
415
420 *
420
Vergleich
Nr. 7 Ca-6%Sn-0,2%P (Phosphorbronze)
Nr. 8 Cu-9?£Ni-2,4?£Sn (Legierung CDA 725)
Tabelle
11
15
14
11
390 525

Claims (2)

  1. T-32-P-1/211 5
    AP-447 (WGN)
    München, 28. August 1985 Dr.M/kh
    Tamagawa Kikai Kinzoku Kabushiki Kaisha in Tokyo / Japan
    Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse von Halbleitervorrichtungen
    Patentansprüche
    1 . Leitermaterial auf Kupferbasis für Anschlüsse einer Halbleitervorrichtung bestehend aus im wesentlichen 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Zinn, 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent Silber, 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Phosphor, 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent Magnesium, Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen.
  2. 2. Leitermaterial auf Kupferbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als wenigstens ein Desoxidationsmittel wenigstens ein Element aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Calcium und Bor in einer Menge von jeweils nicht mehr als 0,01 Gewichtsprozent enthält.
DE19853530736 1984-08-31 1985-08-28 Leitermaterial auf kupferbasis fuer anschluesse von halbleitervorrichtungen Granted DE3530736A1 (de)

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