EP4214005B1 - Herstellung von oberflächenmodifizierten cu-bändchen für das laserbonden - Google Patents

Herstellung von oberflächenmodifizierten cu-bändchen für das laserbonden

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EP4214005B1
EP4214005B1 EP21777524.6A EP21777524A EP4214005B1 EP 4214005 B1 EP4214005 B1 EP 4214005B1 EP 21777524 A EP21777524 A EP 21777524A EP 4214005 B1 EP4214005 B1 EP 4214005B1
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EP
European Patent Office
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wire
location
cross
relief
precursor
Prior art date
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EP21777524.6A
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EP4214005C0 (de
EP4214005A2 (de
Inventor
Marcel Neubauer
Frank Krüger
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Heraeus Electronics GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Electronics GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Heraeus Electronics GmbH and Co KG filed Critical Heraeus Electronics GmbH and Co KG
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Publication of EP4214005B1 publication Critical patent/EP4214005B1/de
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    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
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    • B21B—ROLLING OF METAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/12—Forming profiles on internal or external surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
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    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
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    • H01B13/0009—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for forming corrugations on conductors or cables

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a wire, comprising at least the following steps: (i) providing a wire precursor; (ii) impressions of depressions on the wire precursor and optionally forming the wire precursor in the process; and (iii) annealing the wire precursor provided with depressions to form the wire, wherein the wire has a copper content of at least 95 wt.%, based on the total weight of the wire, with further features.
  • the invention further relates to a wire obtainable by said method and to the use of a roller for producing the wire and/or for adjusting the roughness at at least one point on the wire.
  • An object of the present invention is to at least partially overcome one or more of the disadvantages resulting from the prior art.
  • Another object of the invention is a method for producing a wire, wherein no impurities or residues are formed during laser bonding.
  • range specifications also include the values referred to as limits.
  • a specification such as "in the range from X to Y" with respect to a quantity A therefore means that A can assume the values X, Y, and values between X and Y.
  • Unilaterally limited ranges such as "up to Y" for a quantity A correspondingly mean values Y and less than Y.
  • a first aspect of the present invention relates to a method for producing a wire according to the subject matter specified in claim 1.
  • wire precursors In principle, all wires and raw wires known to a person skilled in the art that appear suitable for bonding in microelectronics and power electronics can be considered as wire precursors.
  • the wire precursor like the formed wire, is usually a one-piece article. Numerous shapes are known and suitable. Preferred shapes—in cross-sectional view—are round, ellipsoidal, and rectangular. A bonding wire with an approximately rectangular cross-section is also referred to as a ribbon wire.
  • the wire has a proportion of at least 95 wt.% copper, preferably at least 99.95 or at least 99.9 wt.%, or at least 99.99 wt.% copper, wherein the wt.% is based on the total weight of the wire.
  • the wire therefore contains up to 5 wt.%, e.g., 4 wt.%, or 3 wt.% of further components.
  • All elements familiar to the person skilled in the art and deemed suitable in this case can be considered as further components, in particular metals that can be alloyed with copper, as well as metals, semimetals, and nonmetals that can form intermetallic phases with copper.
  • the following metals are preferably considered as further components: tin (Sn), iron (Fe), nickel (Ni).
  • the following semimetals are preferably considered as further components: Si.
  • the following nonmetals are preferably considered as further components: phosphorus (P).
  • Combinations of two or more metals, semimetals, and nonmetals are also possible, both within one class (metals, semimetals, nonmetals), and components from different classes.
  • the wire may also contain impurities.
  • the wire precursor has the same proportion of copper as the wire formed from the wire precursor by the process according to the invention.
  • the wire precursor is a flat ribbon. This can then be cut lengthwise into several ribbon wires after step (ii) or after step (iii).
  • the wire produced according to the invention is a ribbon.
  • step (i) can, in principle, be carried out in a manner known to any person skilled in the art and deemed suitable.
  • the provision takes place by straightening the wire precursor in a device.
  • step (ii) indentations are pressed into the wire precursor.
  • the wire precursor can be formed simultaneously or subsequently.
  • the forming takes place simultaneously with the indentations.
  • Indentation refers to wire processing that occurs essentially without material removal. This differs from abrasive processing, where material removal is caused by the abrasive process itself. Examples of abrasive processing include brushing and grinding. As a result, a wire is lighter after abrasive processing than before.
  • indentation can be performed by any method known and deemed suitable to any person skilled in the art.
  • indentation is performed by a method selected from the group consisting of punching, notching, embossing, stamping, countersinking, and grooving.
  • Indentation is particularly preferably performed by embossing.
  • the indentation is carried out by rolling.
  • Rolling is understood to be a processing method in which a material, in this case a wire precursor, is processed between two or more rotating tools.
  • a relief is transferred into the wire precursor by rolling.
  • the wire precursor is formed simultaneously during rolling.
  • a ribbon wire can be obtained.
  • Rolling can be carried out as either hot rolling or cold rolling.
  • Rolling is preferably carried out as cold rolling.
  • indentation is carried out by embossing rolling. This means that forming and embossing take place simultaneously and in one step.
  • the rolling is carried out by at least one roller.
  • the roller often has a cylindrical surface, although other roller geometries are also known to those skilled in the art and may be considered suitable.
  • the roller is provided with a relief, wherein the relief is formed by height differences of the cylindrical surface.
  • the relief has a pattern.
  • the height difference (D) of the relief of the roller is in a range from 3 to 9 ⁇ m, for example from 4 to 8 ⁇ m, or 5 to 7 ⁇ m, or 4 to 9 ⁇ m, or 5 to 9 ⁇ m.
  • the depressions form a pattern.
  • a pattern in the present context means a recurring image or design.
  • the pattern formed by the relief on the roller corresponds to the pattern of depressions on a wire processed by rolling with the roller.
  • the wire has a roughness R z in a range from 3 to 9 ⁇ m, for example from 4 to 8 ⁇ m, or 5 to 7 ⁇ m, or 4 to 9 ⁇ m, or 5 to 9 ⁇ m, at least at one point.
  • the wire is a ribbon wire
  • the wire has a roughness R z on a first side in a range from 3 to 9 ⁇ m, for example from 4 to 8 ⁇ m, or 5 to 7 ⁇ m, or 4 to 9 ⁇ m, or 5 to 9 ⁇ m.
  • the roughness is determined according to DIN EN ISO 4287 (2010-07) and DIN EN ISO 4288 (1998-04).
  • At least one further point of the wire is smooth, wherein the at least one further point is located on a point of the wire facing away from the first point of the wire.
  • At least one further side of the wire is smooth, wherein the at least one further side is located on a side of the wire facing away from the first side of the wire.
  • an element selected from the group consisting of the wire and the wire precursor has a cross-sectional area QA in a range of 25,000 to 900,000 ⁇ m 2 , wherein the cross-sectional area QA is arranged perpendicular to a longitudinal direction L of the element. If the cross-sectional area of the element is not the same at all locations, the cross-sectional area QA is calculated as the arithmetic mean of several measurements of the cross-sectional area at at least seven different locations on the element.
  • an element selected from the group consisting of the wire precursor and the wire has a cross-sectional plane QE passing through the element, wherein the cross-sectional plane QE is arranged perpendicular to a longitudinal direction L of the element, wherein the cross-sectional plane QE forms a cross-sectional area QA with the element, wherein the cross-sectional area QA includes two perpendicularly intersecting lines L1 and L2, wherein a shortest possible section A L1 of the line L1 is defined by an intersection with the edge of QA, and wherein a longest possible section A L2 of the line L2 is defined by an intersection with the edge of QA, wherein the quotient of A L2 and A L1 is a number of 2 or more, for example in a range from 2 to 30, or from 5 to 20, or from 5 to 10.
  • the wire is a ribbon, it can optionally be divided into several ribbons after embossing by suitable cutting processes, so that the longest possible section of the ribbon A L2 while maintaining the shortest possible Section A L1 is shortened.
  • the cutting process can optionally be performed before or after annealing the ribbon.
  • a preferred tool is a roller.
  • a roller is generally understood to be an essentially cylindrical body.
  • the roller can, in principle, have any diameter. Rollers with a diameter of 50–150 mm are preferred for the intended application.
  • the roller should be made of a material that, under operating conditions, is harder than the object being formed. Rollers are often made of forged steel, hard metal, or cast steel.
  • the forming of an object with rollers, wherein at least one first roller has a relief that is transferred to the object during forming, is also referred to as “embossing rolling.”
  • the (first) roller is accordingly referred to as the “embossing roller.”
  • the impression is made by stamping.
  • a stamp is a surface provided with a relief.
  • the relief has a height difference (D).
  • D height difference
  • all materials known to a person skilled in the art and deemed suitable are suitable for a stamp, but in particular the same materials as for the rollers.
  • a stamp is lowered onto an object to be processed.
  • the relief is pressed into the object until the desired depth of the indentations is formed. This often corresponds to the height difference (D) of the relief, but sometimes the depth of the indentations is less than the height difference (D) of the relief.
  • the introduced height difference (D) of the transferred pattern is referred to as roughness R z or stamp depth.
  • the continuous furnace can be heated and maintained conventionally using a heating device located in the furnace wall or acting externally on the furnace wall.
  • An electric heater is suitable for this purpose.
  • the annealing temperature T G in the continuous furnace can be generated by a plasma.
  • a nitrogen plasma can be used for this purpose, e.g., at a typical power of 750 W and a process gas pressure (N 2 ) of 25 mbar.
  • the wire according to the second aspect of the invention is preferably obtainable by the process according to the first aspect of the invention or one of its embodiments.
  • the wire can be electrically connected to one or more additional contact surfaces.
  • Figure 1 shows a schematic view of a wire 2 or a wire precursor 1 characterized by its length L and a cross-sectional plane Q E .
  • Figure 2 shows a view of a cross-sectional area Q A , as part of the Figure 1 shown cross-sectional plane Q E .
  • Two perpendicular lines L1, L2 are drawn through the cross-sectional area Q A . These intersect the cross-sectional area Q A at the edges of the wire 2 and the wire precursor 1, respectively. This forms the sections A L1 and A L2 of the lines L1 and L2 .
  • Figure 3 schematically shows a method for creating depressions 3 in a wire 2 using a roller with a relief (upper roller, no reference numeral).
  • the lower roller is optional and can be replaced by a different counter surface.
  • Figure 4 shows the surface topography a) of a ribbon 2 with an incorporated pattern 6 of depressions 3; b) of a brushed ribbon.
  • Figure 5 schematically shows a device 10 comprising a wire 2 which connects a first contact surface 12 to a second contact surface 13.
  • a metallographic section was made and measured using an optical microscope.
  • Copper round wires with a diameter of 0.78 mm and a purity of 99.98 wt.% Cu were used as starting material.
  • the wires were passed through a forming machine with two hard metal rollers in the Figure 3 outlined arrangement.
  • Roll No. 1 (in the figure below) was a smooth cylinder with a diameter of 96 mm.
  • Roll No. 2 (in the figure above) also had a cylindrical basic shape with a diameter of 96 mm.
  • the surface of roll No. 2 had a relief with a relief height D (D max ).
  • D max relief height
  • the surface of roll No. 2 was smooth and had no relief structure whatsoever.
  • the wires were passed between rolls No. 1 and No.
  • the formed wires (1) - (3) and (A) and (B) were heated in a 2.5 m long continuous furnace at Annealed in a hydrogen atmosphere at a feed rate of 10 m/min and an annealing temperature T G of 650°C. After annealing, the formed wires were cooled to ambient temperature.
  • the formed comparison wires (A) and (B) were brushed after the annealing process according to the characteristics in Table 2.
  • the characteristics of the formed wires (1) - (3) are given in Table 1. ⁇ b>Table 1 ⁇ /b> Example No.
  • Example No. (1) (2) (3) (A) (B) Residues on the formed wire surface + + + + - - - - Spatter occurring during the laser bonding process + + - - - - - -
  • the behavior of the formed wires during laser bonding was investigated with regard to any spatter behavior.
  • the formed wires were bonded into identically constructed electronic components using the same laser bonder settings. Any spatter was counted using an optical microscope: +: no splashes, -: few splashes, - -: many splashes.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes, beinhaltend zumindest folgende Schritte: (i) Bereitstellen eines Drahtvorläufers; (ii) Eindrücken von Vertiefungen auf dem Drahtvorläufer und optional dabei Umformen des Drahtvorläufers; und (iii) Glühen des mit Vertiefungen versehenen Drahtvorläufers zum Draht, wobei der Draht einen Anteil von mindestens 95 Gew.-% Kupfer aufweist, den Anteil bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, mit weiteren Merkmalen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen nach dem genannten Verfahren erhältlichen Draht sowie die Verwendung einer Walze zum Herstellen des Drahtes und/oder zum Einstellen der Rauigkeit an mindestens einer Stelle des Drahtes.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Bonddrähte werden bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet, um eine integrierte Schaltung und eine Leiterplatte während der Herstellung von Halbleiterbauelementen elektrisch miteinander zu verbinden. Darüber hinaus werden Bonddrähte in der Leistungselektronik verwendet, um Transistoren, Dioden und dergleichen mit den Kontaktflächen des Gehäuses, auch Pads oder Pins genannt, elektrisch zu verbinden. Während Bonddrähte früher aus Gold hergestellt wurden, werden heute kostengünstigere Materialien wie Kupfer verwendet. Kupferdraht weist eine sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Allerdings sind Kupferdrähte anfällig für Oxidation.
  • Hinsichtlich der Drahtgeometrie sind Bonddrähte mit kreisförmigem Querschnitt und sogenannte Bändchen, die einen mehr oder weniger rechteckigen Querschnitt haben, am gebräuchlichsten. Beide Arten von Drahtgeometrien haben ihre Vorteile, die sie für spezifische Anwendungen nützlich machen. Somit haben beide Geometriearten ihren Anteil am Markt. Bändchen haben eine größere Kontaktfläche für eine gegebene Querschnittsfläche, da sie flach auf einem Element aufliegen können. Die Biegbarkeit der Bändchen ist jedoch begrenzt. Ferner muss die Ausrichtung eines Bändchens beim Bonden beachtet werden, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen dem Bändchen und dem Element, mit dem es verbunden wird, zu erreichen. Was die Bonddrähte anbelangt, so sind diese biegeflexibler. Allerdings beinhaltet das Bonden entweder ein Schweißen und/oder eine größere Verformung des Drahtes im Bondprozess, was zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Bondpads und der darunter liegenden elektrischen Strukturen des damit verbundenen Elements bedeuten kann.
  • Ein besonderes Interesse gilt dem sogenannten Laserbonden. Dies ist ein Verfahren, bei dem die zum Bonden benötigte Energie mittels Laserstrahlen auf den Bonddraht übertragen wird. Hier werden gerne Metallbändchen anstelle von Drähten eingesetzt, da das Bändchen eine größere Oberfläche für die Einkopplung des Lasers bietet. Ein Vorteil beim Bonden von Bändchen ist, dass diese im Vergleich zu Runddrähten einfach in Position gebracht und gehalten werden können. Dadurch steigt die Zuverlässigkeit des Bondens erheblich. Aufgrund der größeren Verbindung beim Bonden von Bändchen können über solche Verbindungen höhere Ströme geführt werden. Nichtsdestotrotz besteht ein ständiger Bedarf an einer weiteren Verbesserung der Technologie in Bezug auf den Bonddraht selbst und die Bondprozesse.
  • Es ist bekannt, dass aufgeraute Oberflächen auf Grund ihrer vergrößerten Oberfläche eine höhere Absorption von elektromagnetischer Strahlung zeigen. Somit sollte ebenfalls eine vergrößerte Oberfläche von Bonddrähten eine höhere Absorption von Laserstrahlung in einem Laserbondprozess ermöglichen. Die Aufrauhung von Oberflächen kann durch mechanische oder chemische Verfahren (wie beispielsweise Bürsten, Ätzen) erfolgen. Diese Verfahren führen jedoch oftmals zu Rückständen auf den Drahtoberflächen, welche einen negativen Einfluss auf die Bondverbindung haben können. Bei diesen Rückständen kann es sich im Falle mechanischer Verfahren um Abrieb der Bürsten sowie um Partikelabtrag des Drahtmaterials handeln, welches sich an einer anderen Stelle des Drahtes wieder während des Bürstprozesses ablagern kann. Diese Rückstände können beim Bondprozess zu fehlerhaftem Aufschmelzen des Drahtes beim Bondprozess und somit zu weniger zuverlässigen Bondverbindungen führen. Zudem kann es bei den genannten alternativen Verfahren zur Entstehung von Überlappungen von Drahtmaterial kommen. Diese Überlappungen können beim Laserbonden dazu führen, dass das Drahtmaterial infolge der starken Erwärmung und plötzlichen Ausdehnung des darunter eingeschlossenen Luftvolumens spritzt. Die Spritzer des Drahtmaterials können einerseits zu einem unzuverlässigen Bondergebnis aufgrund des Materialverlusts und andererseits zu einer schadhaften Verunreinigung anderer elektronischer Komponenten führen. Darüber hinaus haben chemische Verfahren den Nachteil, dass die Dimension der Vertiefungen in ihrer Tiefe als auch Lokalisierung schwerer einstellbar ist. So kann zum Beispiel einseitiges Ätzen eines Bändchens nur mit aufwendigen Maskierungsschritten bewerkstelligt werden. Auch das Einbringen von Mustern an Vertiefungen ist nur mit erhöhtem Aufwand zu bewerkstelligen.
  • Die Druckschrift JP H04 46604 A bildet die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Aufgaben
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.
  • Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, mittels dessen eine für das Laserbondverfahren optimierte Drahtoberfläche hergestellt werden kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, mittels dessen ein Draht hergestellt werden kann, dessen mindestens eine Oberfläche eine definierte Rauigkeit aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Draht mit einer Rauigkeit anzugeben, der frei von Verunreinigungen, Rückständen und Lunkern ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes, dessen Drahtoberfläche den Anteil an einfallender Laserstrahlung beim Laserbonden möglichst umfangreich absorbiert.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes, wobei der Draht bei der gleichen Intensität des einfallenden Laserlichts im Vergleich zu anderen Bonddrähten stärker erhitzt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes, wobei beim Laserbonden keine Verunreinigungen oder Rückstände gebildet werden.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, den Produktionsprozess zum Herstellen der erfindungsgemäßen Bonddrähte zu vereinfachen, z.B. durch Verringern der erforderlichen Schritte. Somit kann zusätzlich zu den technischen Vorteilen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kosten- und Zeiteinsparung in der Produktion der erfindungsgemäßen Drähte erreicht werden.
  • Es ist bekannt, für das sogenannte Laserbonden Bonddrähte zu verwenden, die auf einer, der elektrischen Kontaktfläche abgewandten Seite, aufgeraut sind. Dabei wurde beobachtet, dass bei derselben emittierten Laserstrahlung bei aufgerauten Bonddrähten ein höherer Energieübertrag auf den Bonddraht erfolgt als bei glatten Bonddrähten. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass die eintreffende Laserstrahlung infolge der aufgerauten Seite zu einem höheren Grad von dem Bonddraht absorbiert wird bzw. dass weniger Laserstrahlung reflektiert wird. Gleichwohl besteht weiterhin Verbesserungsbedarf, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Bondverbindung weiter zu erhöhen.
  • Es wurde nun gefunden, dass die Qualität der Bondverbindung in Hinsicht auf Verunreinigungen/Ausbeute gesteigert werden kann, wenn das Aufrauen des Bonddrahtes nicht durch ein Abtragen von Material, also einem Bürsten oder Fräsen, sondern durch das Einbringen von Vertiefungen, zum Beispiel durch ein Prägen erfolgt.
    • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch den unabhängigen Anspruch 1 geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen.
    • Allgemeines
  • In der vorliegenden Beschreibung beinhalten Bereichsangaben auch die als Grenzen genannten Werte. Eine Angabe der Art "im Bereich von X bis Y" in Bezug auf eine Größe A bedeutet folglich, dass A die Werte X, Y und Werte zwischen X und Y annehmen kann. Einseitig begrenzte Bereiche der Art "bis zu Y" für eine Größe A bedeuten entsprechend als Werte Y und kleiner als Y.
    • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes gemäß dem in Anspruch 1 angegebenen Gegenstand.
  • Als Drahtvorläufer kommen prinzipiell alle dem Fachmann bekannten für den Einsatz zum Bonden in der Mikro- und Leistungselektronik geeignet erscheinenden Drähte und Rohdrähte in Betracht. Der Drahtvorläufer ist wie der gebildete Draht üblicherweise ein einteiliger Gegenstand. Zahlreiche Formen sind bekannt und geeignet. Bevorzugte Formen sind - in der Querschnittsansicht - runde, ellipsoide und rechteckige Formen. Ein Draht zum Bonden mit einem ungefähr rechteckigen Querschnitt wird auch als Bändchendraht bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß weist der Draht einen Anteil von mindestens 95 Gew.-% Kupfer, bevorzugt mindestens 99,95 oder mindestens 99,9 Gew.-%, oder mindestens 99,99 Gew.-% Kupfer auf, wobei die Gew.-% auf das Gesamtgewicht des Drahtes bezogen sind.
  • Der Draht weist also bis zu 5 Gew.-%, z.B. 4 Gew.-%, oder 3 Gew.-% an weiteren Bestandteilen auf. Als weitere Bestandteile kommen alle dem Fachmann geläufigen und vorliegend geeignet erscheinenden Elemente in Betracht, insbesondere mit Kupfer legierbare Metalle, sowie Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle, die mit Kupfer intermetallische Phasen bilden können. Als weitere Bestandteile kommen vorzugsweise folgende Metalle in Betracht: Zinn (Sn), Eisen (Fe), Nickel (Ni). Als weitere Bestandteile kommen vorzugsweise folgende Halbmetalle in Betracht: Si. Als weitere Bestandteile kommen vorzugsweise folgende Nichtmetalle in Betracht: Phosphor (P). Es können auch Kombinationen von jeweils zwei oder mehreren Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen, sowohl innerhalb einer Klasse (Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle), als auch Bestandteile aus unterschiedlichen Klassen. Neben der gezielten Zugabe von weiteren Bestandteilen kann der Draht ebenfalls Verunreinigungen aufweisen.
  • Üblicherweise weist der Drahtvorläufer denselben Anteil an Kupfer auf wie der durch das erfindungsgemäße Verfahren aus dem Drahtvorläufer gebildete Draht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drahtvorläufer ein Flachband. Dieses kann dann nach Schritt (ii), oder nach Schritt (iii) der Länge nach in mehrere Bändchendrähte geschnitten werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäß hergestellte Draht ein Bändchen.
  • Das Bereitstellen in Schritt (i) kann prinzipiell auf jedem Fachmann bekannte und geeignet erscheinende Weise geschehen. Bevorzugt erfolgt das Bereitstellen als Richten des Drahtvorläufers in einer Vorrichtung.
  • In Schritt (ii) werden Vertiefungen auf dem Drahtvorläufer eingedrückt. Gleichzeitig oder im Anschluss kann der Drahtvorläufer umgeformt werden. Bevorzugt erfolgt das Umformen gleichzeitig mit dem Eindrücken von Vertiefungen.
  • Unter Eindrücken wird eine Bearbeitung des Drahtes verstanden, die im Wesentlichen ohne Materialabtrag erfolgt. Dies ist ein Unterschied zu abrasiven Bearbeitungen, bei denen ein Materialabtrag durch die abrasive Bearbeitung selbst bedingt ist. Beispiele für abrasive Bearbeitungen sind Bürsten und Schleifen. Im Ergebnis ist ein Draht infolge einer abrasiven Bearbeitung leichter als vor der Bearbeitung.
  • Das Eindrücken kann prinzipiell auf jedem Fachmann bekannte und geeignet erscheinende Art und Weise durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt das Eindrücken durch eine Maßnahme ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Körnen, Kerben, Prägen, Stempeln, Senken und Furchen. Besonders bevorzugt wird das Eindrücken durch ein Prägen bewirkt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Eindrücken durch Walzen. Unter Walzen wird ein Bearbeitungsverfahren verstanden, bei dem ein Werkstoff, hier ein Drahtvorläufer, zwischen zwei oder mehreren rotierenden Werkzeugen bearbeitet wird. Erfindungsgemäß wird durch das Walzen in den Drahtvorläufer ein Relief übertragen. Bevorzugt wird beim Walzen gleichzeitig der Drahtvorläufer umgeformt. Dabei kann ein Bändchendraht erhalten werden. Das Walzen kann sowohl als Warmwalzen als auch Kaltwalzen durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt das Walzen als Kaltwalzen. Besonders bevorzugt erfolgt das Eindrücken durch ein Prägewalzen. Das bedeutet, dass ein Umformen und das Prägen gleichzeitig und in einem Schritt erfolgt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Walzen durch mindestens eine Walze. Die Walze weist oftmals eine zylindrische Oberfläche auf, wobei dem Fachmann auch andere Geometrien einer Walze bekannt sind und eventuell geeignet erscheinen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Walze mit einem Relief ausgestattet, wobei das Relief durch Höhenunterschiede der zylindrischen Oberfläche gebildet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Relief ein Muster auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Höhenunterschied (D) des Reliefs der Walze in einem Bereich von 3 bis 9 µm, zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9µm, oder 5 bis 9 µm.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Vertiefungen ein Muster. Ein Muster bedeutet im vorliegenden Kontext ein wiederkehrendes Bild oder eine wiederkehrende Gestaltung. Das Muster, welches von dem Relief auf der Walze gebildet wird, entspricht dem Muster der Vertiefungen auf einem durch das Walzen mit der Walze bearbeiteten Draht.
  • Erfindungsgemäß weist der Draht mehrere Stellen auf, wobei die Vertiefungen nur an einer ersten Stelle eingebracht sind. Bevorzugt weist der Draht, insbesondere wenn es ein Bändchendraht ist, mehrere Seiten auf, wobei die Vertiefungen nur an einer ersten Seite eingebracht sind.
  • Erfindungsgemäß weist der Draht an mindestens einer Stelle eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 3 bis 9 µm, zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9µm, oder 5 bis 9 µm auf. Bevorzugt weist der Draht, wenn es ein Bändchendraht ist, auf einer ersten Seite eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 3 bis 9 µm, zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9µm, oder 5 bis 9 µm auf. Die Rauigkeit wird bestimmt gemäß DIN EN ISO 4287 (2010-07) sowie DIN EN ISO 4288 (1998-04) .
  • Erfindungsgemäß ist mindestens eine weitere Stelle des Drahtes glatt, wobei die mindestens eine weitere Stelle sich auf einer zur ersten Stelle des Drahtes abgewandten Stelle des Drahtes befindet.
  • Unter glatt wird im vorliegenden Kontext eine Stelle oder eine Oberfläche, oder ein Teil davon verstanden, wenn diese eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 0,1 bis 1 µm, zum Beispiel von 0,2 bis 0,6 µm, oder von 0,2 bis 0,4 µm, aufweist.
  • Ist der Draht ein Bändchen, so kann anstelle einer ersten Stelle und einer weiteren Stelle des Bändchens auch ein Teil einer ersten Seite, oder eine gesamte erste Seite, und anstelle der weiteren Stelle ein Teil einer weiteren Seite des Bändchens, oder eine gesamte weitere Seite die hier beschriebenen Eigenschaften aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Falle eines Bändchens mindestens eine weitere Seite des Drahtes glatt, wobei die mindestens eine weitere Seite sich auf einer zur ersten Seite des Drahtes abgewandten Seite des Drahtes befindet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Draht und dem Drahtvorläufer eine Querschnittsfläche QA in einem Bereich von 25000 bis 900000 µm2 auf, wobei die Querschnittsfläche QA senkrecht zu einer Längsrichtung L des Elements angeordnet ist. Sollte die Querschnittsfläche des Elements nicht an allen Stellen gleich sein, so wird die Querschnittsfläche QA als arithmetischer Mittelwert von mehreren Messungen der Querschnittsfläche an mindestens sieben verschiedenen Stellen des Elements berechnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Drahtvorläufer und dem Draht eine Querschnittsebene QE auf, die durch das Element gelegt ist, wobei die Querschnittsebene QE senkrecht zu einer Längsrichtung L des Elements angeordnet ist, wobei die Querschnittsebene QE eine Querschnittsfläche QA mit dem Element bildet, wobei die Querschnittsfläche QA zwei sich senkrecht kreuzende Linien L 1 und L2 beinhaltet, wobei ein kürzest möglicher Abschnitt AL1 der Linie L1 durch einen Schnitt mit dem Rand von QA definiert ist, und wobei ein längst möglicher Abschnitt AL2 der Linie L2 durch einen Schnitt mit dem Rand von QA definiert ist, wobei der Quotient aus AL2 und AL1 eine Zahl von 2 oder mehr, zum Beispiel in einem Bereich von 2 bis 30, oder von 5 bis 20, oder von 5 bis 10 beträgt. Die Bestimmung der Querschnittsebene QE und der weiteren in diesem Absatz genannten Merkmale erfolgt wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Sollte die Geometrie des Elements, dessen Querschnittsebene QE und deren weitere Merkmale bestimmt werden sollen, von der in den Figuren 1 und 2 schematisch gezeigten Form abweichen, wird der Fachmann eine dem gezeigten Schema unter Berücksichtigung der abweichenden Geometrie am nächsten kommende Bestimmungsweise erkennen und auswählen. Es ist durchaus möglich, dass ein Drahtvorläufer eine andere Geometrie aufweist, z.B. dass der Quotient aus AL2 und AL1 eine Zahl von 1 beträgt. In diesem Fall ist der Drahtvorläufer rund. Er wird durch das Verfahren dann so umgeformt, dass der Draht den zuvor genannten Quotienten von 2 oder mehr aufweist.
  • Ist der Draht ein Bändchen, kann er nach Prägen optional auch in mehrere Bändchen durch geeignete Schneidprozesse geteilt werden, so dass der längst mögliche Abschnitt des Bändchens AL2 unter Beibehaltung des kürzest möglichen Abschnitts AL1 verkürzt wird. Der Schneidprozess kann optional vor oder nach dem Glühen des Bändchens erfolgen.
  • Zum Eindrücken wird ein sogenanntes Werkzeug verwendet. Als Werkzeug eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Vorrichtungen.
  • Ein bevorzugtes Werkzeug ist eine Walze. Unter einer Walze wird im Allgemeinen ein im Wesentlichen zylindrischer Körper verstanden. Die Walze kann prinzipiell jeden beliebigen Durchmesser haben. Für den vorgesehenen Einsatzzweck eignen sich bevorzugt Walzen mit einem Durchmesser von 50-150 mm. Ferner sollte die Walze aus einem Material gebildet sein, dass unter Einsatzbedingungen härter ist als ein umzuformender Gegenstand. Oftmals sind Walzen aus geschmiedetem Stahl, Hartmetall oder Stahlguss gebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Werkzeug als eine Anordnung beinhaltend mindestens eine Walze ausgebildet. Es sind auch Anordnungen mit mehreren Walzen, zum Beispiel zwei oder mehr Walzen, möglich. Geeignet ist zum Beispiel eine Anordnung, bei der mindestens zwei Walzen gegenläufig rotieren und der umzuformende Gegenstand zwischen den zwei gegenläufigen Walzen durchgeführt wird. Die zwei gegenläufigen Walzen sind so angeordnet, dass zwischen den beiden Walzen ein Abstand vorgesehen ist. Dieser Abstand ist bevorzugt gleich der Dicke des umgeformten Drahtes.
  • Im vorliegenden Fall weist zumindest eine erste Walze ein Relief auf ihrer Oberfläche auf. Die Höhenunterschiede des Reliefs auf der ersten Walze können in einer Ausführungsform ein Muster bilden. Das Relief (auch in Form eines Musters) wird beim Durchlaufen eines umzuformenden Gegenstands durch das Werkzeug in den Gegenstand eingebracht. Dabei hängt die Tiefe der in den Draht eingebrachten Vertiefungen von der Eindringtiefe des Reliefs der ersten Walze in den Gegenstand ab. Es ist durchaus möglich, dass der Höhenunterschied (D) des Reliefs größer ist als die in den Gegenstand eingebrachten Vertiefungen. In Bezug auf die Vertiefungen im umgeformten Gegenstand wird der eingebrachte Höhenunterschied (D) des übertragenen Reliefs als Rauigkeit Rz oder auch als Prägetiefe bezeichnet. Das Umformen eines Gegenstands mit Walzen, wobei mindestens eine erste Walze ein Relief aufweist, das beim Umformen auf den Gegenstand übertragen wird, wird auch als "Prägewalzen" bezeichnet. Die (erste) Walze entsprechend als "Prägewalze".
  • In einer anderen Ausführungsform wird das Eindrücken durch ein Stempeln bewirkt. Ein Stempel ist eine mit einem Relief versehene Oberfläche. Das Relief weist einen Höhenunterschied (D) auf. Für einen Stempel eignen sich prinzipiell alle dem Fachmann bekannten und geeignet erscheinenden Materialien, insbesondere jedoch dieselben wie für die Walzen. Beim Stempeln wird ein Stempel auf einen zu bearbeitenden Gegenstand abgesenkt. Dabei wird das Relief soweit in den Gegenstand gedrückt, bis die gewünschte Tiefe der Vertiefungen gebildet ist. Diese entspricht oftmals dem Höhenunterschied (D) des Reliefs, manchmal ist die Tiefe der Vertiefungen jedoch geringer als der Höhenunterschied (D) des Reliefs. In Bezug auf die Vertiefungen im umgeformten Gegenstand wird der eingebrachte Höhenunterschied (D) des übertragenen Musters als Rauigkeit Rz oder auch als Stempeltiefe bezeichnet. In der Regel ist beim Stempeln eines Gegenstands auf der dem Stempel abgewandten Seite des Gegenstands ein weiteres Werkzeug oder eine Platte oder ähnliches vorgesehen, die so ausgebildet ist, dass der umzuformende Gegenstand nicht etwa durch ein sich Verbiegen dem Stempel ausweichen kann. Vielmehr wird der umzuformende Gegenstand durch das weitere Werkzeug in Bezug auf die Stempelrichtung in Position gehalten.
  • In Schritt (iii) wird der mit Vertiefungen versehene Drahtvorläufer zu einem Draht geglüht. Das Glühen erfolgt unterhalb der Schmelztemperatur von Kupfer, bevorzugt bei Temperaturen TG in einem Bereich von 500 bis 900 °C, zum Beispiel in einem Bereich von 550 bis 650 °C, oder von 750 bis 850 °C. Die angegebene Glühtemperatur TG ist die Temperatur, die ein Werkstück, hier der Draht, über eine angegebene Zeit hat. Das Glühen des Drahtes dauert etwa 10 Sekunden bis 6 Minuten.
  • Das Glühen kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bevorzugt wird das Glühen kontinuierlich durchgeführt. Dazu eignet sich ein Durchlaufofen. Dabei wird eine Durchlaufstrecke im Durchlaufofen und eine Temperatur TO des Durchlaufofens so gewählt, dass ein die Durchlaufstrecke durchlaufender Draht für die oben angegebene Dauer die Temperatur TG aufweist. In allen Fällen kann die Ofentemperatur, zum Beispiel des Durchlaufofens TO höher sein als die Glühtemperatur TG. Auch kann die Durchlaufstrecke des Durchlaufofens länger sein und an den Ein- und Auslässen einen Temperaturgradienten aufweisen. Ferner ist es möglich, einen Durchlaufofen mit einer Mehrzonenheizung einzusetzen. Damit können bestimmte Temperaturprofile auf einen durchlaufenden Draht angewendet werden.
  • Der Durchlaufofen kann konventionell über eine in der Ofenwand liegende oder eine auf die Ofenwand von außen wirkende Heizvorrichtung auf Temperatur gebracht und gehalten werden. Dazu eignet sich eine elektrische Heizung. In einer anderen Ausführungsform kann die Glühtemperatur TG im Durchlaufofen durch ein Plasma erzeugt werden. Dazu kann ein Stickstoff-Plasma verwendet werden, z.B. bei einer typischen Leistung von 750 W und einem Prozessgasdruck (N2) von 25 mbar.
  • Bevorzugt wird das Glühen des Drahtes in einer Atmosphäre, zum Beispiel Stickstoff (N2), durchgeführt. Dies wird auch als Schutzgasatmosphäre bezeichnet. Dabei wird möglichst die Gegenwart von Sauerstoff (O2) ausgeschlossen, um eine oberflächliche Oxidation des Drahtes zu vermeiden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Atmosphäre einen Anteil von bis zu 10 Vol.-%, zum Beispiel in einem Bereich von 2 bis 8 Vol.-%, oder etwa 5 Vol.-% Wasserstoff (H2) auf. Der Wasserstoff wirkt in der Schutzgasatmosphäre reduzierend. Das bewirkt, dass an dem Draht etwaig oberflächlich zu Kupferoxiden (CuO oder Cu2O) oxidiertes Kupfer zu elementarem Kupfer reduziert wird.
  • Der Draht kann mindestens gekennzeichnet durch mindestens folgende Merkmale aufweisen:
    1. (a) Eine erste Stelle des Drahtes, im Falle eines Bändchens eine erste Seite, weist eine Rauigkeit Rz von 3 bis 9 µm, zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9µm, oder 5 bis 9 µm auf;
    2. (b) Einen Quotienten von AL2 und AL1 von 2 oder mehr, bestimmt nach der im Zusammenhang mit dem ersten Gegenstand der Erfindung beschriebenen Methode;
    3. (c) Einen Anteil von mindestens 95 Gew.-% Kupfer, den Anteil bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes (2).
  • Bevorzugt ist der Draht durch mindestens eines der folgenden, weiteren Merkmale gekennzeichnet:
    • (d) mindestens eine weitere Stelle des Drahtes ist glatt; im Falle eines Bändchens ist mindestens eine weitere Seite des Bändchens glatt;
    • (e) der Draht weist eine Querschnittsfläche QA in einem Bereich von 25000 bis 900000 µm2 auf.
  • Weiterhin bevorzugt weist der Draht die Merkmale (a) bis (c), und zusätzlich mindestens eines der weiteren Merkmale (d) oder (e), weiter bevorzugt beide Merkmale auf.
  • Ein zweiter Gegenstand ist ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung beinhaltend mindestens eine elektrisch leitende Verbindung, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:
    1. (I) Herstellen eines Drahtes nach einem Verfahren entsprechend dem ersten Gegenstand der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen;
    2. (II) Bereitstellen eines Substrats mit mindestens einer ersten Kontaktfläche und des Drahtes;
    3. (III) Positionieren des Drahtes in einer mechanischen Verbindung mit der ersten Kontaktfläche;
    4. (IV) Erhitzen einer ersten Stelle des Drahtes mittels elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 nm,
      • unter Erhalt einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem Draht,
      • wobei die erste Stelle des Drahtes eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 3 bis 9 µm, zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9 µm, oder 5 bis 9 µm aufweist,
      • wobei eine von der ersten Stelle des Drahtes abgewandte weitere Stelle des Drahtes, die der Kontaktfläche zugewandt ist, eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 0,1 bis 1 µm.
  • Als elektromagnetische Strahlung werden bevorzugt Laserstrahlen ausgewählt. Laserstrahlen sind elektromagnetischer Wellen, oft eines sehr engen Frequenzbereiches und die eine hohe Strahlungsintensität aufweisen. Besonders bevorzugt sind Laserstrahlen mit einer Wellenlänge im Bereich von 700 bis 1100 nm. Zum Erhitzen eines Drahts wie in Schritt (IV) wird beispielsweise ein 400 W Faserlaser mit einem Fokusdurchmesser von 25 µm verwendet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Draht ein Bändchen. Die erste und weitere Stelle des Bändchens sind dann jeweils ein Teil einer ersten bzw. einer weiteren Seite, oder einer ersten bzw. einer weiteren Seite als Ganzes.
  • Unter einer elektrisch leitenden Verbindung wird im vorliegenden Kontext ein Kontakt zwischen zwei elektrisch leitfähigen Elementen, zum Beispiel einem Draht mit einer Kontaktfläche (beispielsweise eines Leistungshalbleiters oder einer Substratoberfläche (beispielsweise DCB oder Leadframe) verstanden.
  • Der Draht gemäß dem zweiten Gegenstand der Erfindung ist bevorzugt erhältlich nach dem Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen.
  • Die Rauigkeit Rz gemäß zweiten Gegenstand der Erfindung wurde bevorzugt an mindestens der ersten Stelle des Drahtes durch ein Eindrücken erzeugt. Als Eindrücken wurde bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Körnen, Kerben, Prägen, Stempeln, Senken und Furchen, oder einer Kombination von zwei oder mehr davon.
  • Zum Beispiel wurde die Rauigkeit Rz an mindestens der ersten Stelle des Drahtes durch ein Walzen herbeigeführt, zum Beispiel ein Prägewalzen.
  • Zum Walzen konnte zum Beispiel eine Walze ein Relief zum Herstellen eines Drahtes beinhalten. Das Relief wies bevorzugt einen Höhenunterschied (D) in einem Bereich von 3 bis 9 µm auf. Damit konnten durch die Walze an mindestens einer Stelle des Drahtes Vertiefungen eingebracht werden.
  • Ebenfalls kann eine Vorrichtung, beinhaltend mindestens folgende Bestandteile, gebildet werden:
    1. (1) Eine erste Kontaktfläche,
    2. (2) Einen Draht gemäß dem zweiten oder dritten Gegenstand der Erfindung, oder einen Draht erhältlich nach einem Verfahren gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung, oder gemäß einer oder mehrerer der jeweils dazu beschriebenen Ausführungsformen;
      wobei der Draht elektrisch leitend mit der ersten Kontaktfläche verbunden ist.
  • Optional kann der Draht mit einer oder mehreren weiteren Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden sein.
  • Ebenfalls in Betracht gezogen werden kann eine Verwendung einer Walze beinhaltend ein Relief zum Herstellen eines Drahtes, wobei die Walze eine - bevorzugt zylindrische - Oberfläche aufweist, und das Relief durch einen Höhenunterschied (D) der Oberfläche in einem Bereich von 3 bis 9 µm - zum Beispiel von 4 bis 8 µm,
    oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9µm, oder 5 bis 9 µm - gekennzeichnet ist, wobei durch die Walze auf mindestens einer Stelle des Drahtes Vertiefungen eingebracht werden. Bevorzugt werden die Vertiefungen, wenn der Draht ein Bändchen ist, auf einer Seite des Drahtes eingebracht.
  • Ebenfalls in Betracht gezogen werden kann eine Verwendung einer Walze beinhaltend ein Relief zum Einstellen der Rauigkeit Rz an mindestens einer Stelle eines Drahtes in einem Bereich von 3 bis 9 µm - zum Beispiel von 4 bis 8 µm, oder 5 bis 7 µm, oder 4 bis 9 µm, oder 5 bis 9 µm -, wobei die Walze eine - bevorzugt zylindrische - Oberfläche aufweist, und das Relief durch einen Höhenunterschied (D) der Oberfläche gekennzeichnet ist. Bevorzugt wird die Rauigkeit Rz, wenn der Draht ein Bändchen ist, auf einer Seite des Drahtes eingebracht. Bevorzugte Ausführungsformen des ersten Gegenstands der Erfindung sind auch hier bevorzugt, soweit sie auf die Walze, das Einstellen der Rauigkeit Rz, die Rauigkeit Rz und den Höhenunterschied (D) Bezug nehmen.
    • Figuren
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren und Beispielen weiter exemplarisch illustriert.
  • Weder die Figuren, noch die Beispiele bedeuten eine Einschränkung der beanspruchten Gegenstände.
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Drahtes oder eines Drahtvorläufers.
    • Fig. 2 zeigt einen Blick auf eine Querschnittsfläche QA des in Figur 1 gezeigten Objekts.
    • Fig. 3 zeigt schematisch ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in einen Draht.
    • Fig. 4 zeigt ein Bändchen a) mit Relief, b) mit Bürstung.
    • Fig. 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit einem Draht und einer Kontaktfläche.
    Beschreibung der Figuren
  • Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Drahtes 2 oder eines Drahtvorläufers 1 gekennzeichnet durch seine Länge L und eine Querschnittsebene QE.
  • Figur 2 zeigt einen Blick auf eine Querschnittsfläche QA, als Teil der in Figur 1 gezeigten Querschnittsebene QE. Durch die Querschnittsfläche QA sind zwei senkrecht aufeinander stehende Linien L1, L2, gelegt. Diese schneiden die Querschnittsfläche QA in den Rändern des Drahtes 2 bzw. des Drahtvorläufers 1. Dadurch werden die Abschnitte AL1 und AL2 der Linien L1 und L2 gebildet.
  • Figur 3 zeigt schematisch ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen 3 in einen Draht 2 mittels einer Walze mit einem Relief (obere Walze, ohne Bezugszeichen). Die untere Walze ist optional und kann durch eine andere Gegenoberfläche ersetzt werden.
  • Figur 4 zeigt die Oberflächentopographie a) eines Bändchens 2 mit eingebrachtem Muster 6 aus Vertiefungen 3; b) eines gebürsteten Bändchens.
  • Figur 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 beinhaltend einen Draht 2, der eine erste Kontaktfläche 12 mit einer zweiten Kontaktfläche 13 verbindet.
    • Testmethoden a. Bestimmung der Reliefhöhe und Rauigkeit
  • Die Bestimmung der Reliefhöhe D als auch der Rauigkeit Rz des Drahtes erfolgte in Anlehnung an die Normen DIN EN ISO 4287 (2010-07) (Definition und Kenngrößen) und DIN EN ISO 4288 (1998-04) (Regeln und Verfahren)., wobei die Reliefhöhe der Walze sowie die Rauigkeit des Drahtes quer zur Walzrichtung bestimmt wurde. Abweichend von der Norm DIN EN ISO 4288 wurde auf Grund der geometrischen Gegebenheiten der Bändchen über eine kürze Einzel- als auch Gesamtmessstrecke gemessen. Als ausreichend lange Einzelmessstrecke wurde mindestens ein Drittel der Bändchen- bzw. der effektiv genutzten Walzenbreite definiert. Es wurde ein Mahr Perthometer PCV mit einer 2 µm großen Diamantspitze verwendet. Die Bestimmung erfolge an mindestens zwei verschiedenen Stellen des Drahtes bzw. der Walze. Die Auswertung der gemessenen Daten erfolgte in Anlehnung an die DIN EN ISO 4287 mit dem Programm MahrSurface XCR20 V1.20-4.
    • b. Bestimmung der Querschnittsfläche eines Drahtes oder Bändchens
  • Zur Bestimmung der Querschnittsfläche wurde ein metallografischer Schliff angefertigt und mit Hilfe eines optischen Mikroskops ausgemessen.
    • Beispiele
  • Die Erfindung wird im Folgenden durch Beispiele weiter illustriert. Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele und darin gezeigte Merkmalskombinationen oder Parameter beschränkt.
    • 1. Herstellen von Kupferbändchen
  • Als Ausgangmaterial wurden Kupferrunddrähte mit einem Durchmesser von 0,78 mm und einer Reinheit von 99,98 Gew.% Cu verwendet. Die Drähte wurden durch eine Umformanlage mit zwei Walzen aus Hartmetall in der in Figur 3 skizzierten Anordnung geführt. Die Walze Nr. 1 (in der Figur unten) war ein glatter Zylinder mit einem Durchmesser von 96 mm. Die Walze Nr. 2 (in der Figur oben) hatte ebenfalls eine zylindrische Grundform mit einem Durchmesser von 96 mm. Im Falle der umgeformten Drähte (1) - (3) wies die Oberfläche der Walze Nr. 2 ein Relief mit einer Reliefhöhe D (Dmax) auf. Im Falle der umgeformten Drähte (A) und (B) war die Oberfläche der Walze Nr. 2 glatt und wies keinerlei Reliefstruktur auf. Die Drähte wurden zwischen den gegenläufig, aber in Transportrichtung der Drähte, rotierenden Walzen Nr. 1 und Nr. 2 hindurchgeführt. Die Walzen Nr. 1 und Nr. 2 wiesen zwischen sich einen Walzspalt S auf. Dieser wurde als kürzeste Entfernung zwischen der Oberfläche von Walze Nr. 1 und der Oberfläche der zylindrischen Grundform von Walze Nr. 2, also an einer Stelle ohne Relief, eingestellt und bestimmt. Die Auslaufgeschwindigkeit der Drähte in Transportrichtung war identisch mit der Rotationsgeschwindigkeit v der Walzen an der Kontaktfläche mit dem Draht. Als Walzöl wurde ein schnell verflüchtigendes Walzöl B-Clean 62S verwendet. Nach dem Walzschritt, wurden die umgeformten Drähte (1) - (3) und (A) und (B) in einem 2,5 m langen Durchlaufofen bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 10 m/min und einer Glühtemperatur TG von 650°C in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht. Nach dem Glühen wurden die umgeformten Drähte an Umgebungstemperatur abgekühlt. Die umgeformten Vergleichsdrähte (A) und (B) wurden nach dem Glühprozess gemäß den Kenndaten in Tabelle 2 gebürstet. Die Kenndaten der umgeformten Drähte (1) - (3) sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
    Bsp. Nr. (1) (2) (3)
    Reliefhöhe D (µm) 4,88 8,63 20,85
    Dmax-Walze (µm) 5,99 11,41 22,38
    Walzspaltgröße S 0,2
    Rotationsgeschwindigkeit v 45 m/min
    Abmaße des Bändchens / Querschnittsfläche des Bändchens nach dem Umformen 0,20 x 2,05
    Rmax (µm) 3,88 9,15 19,19
    Rauigkeit Rz (µm) 3,32 6,824 18,612
    Tabelle 2
    Bsp. Nr. (A) (B)
    Abmaße des Bändchens / Querschnittsfläche des Bändchens nach dem Umformen 0,20 x 2,05
    Rauigkeit Rmax vor dem Bürsten(µm) 0,87
    Rauigkeit Rz vor dem Bürsten (µm) 0,679
    Bürstenmaterial Walzenbürsten aus hochfestem Stahl
    Bürstendrahtdurchmesser [µm] 1x 200 + 1x 100 1x 200
    Bürstendrehgeschwindigkeit [U/min] 900
    Bändchengeschwindigkeit [m/min] 3 1
    Rauigkeit Rmax nach dem Bürsten(µm) 4,55 10,96
    Rauigkeit Rz nach dem Bürsten (µm) 3,16 6,24
    • 2. Beurteilung der Qualität der umgeformten Drähte
  • Bsp. Nr. (1) (2) (3) (A) (B)
    Rückstände auf der umgeformten Drahtoberfläche + + + - - -
    Auftretende Spritzer beim Laserbondprozess + + - - - - -
  • Die Qualität der umgeformten Drähte wurde einerseits optisch in Hinblick auf unerwünschte Rückstände auf der Oberfläche mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen beurteilt:
    +: keine Rückstände, -: wenig Rückstände, - - : viel Rückstände
  • Im nächsten Schritt wurde das Verhalten der umgeformten Drähte beim Laserbonden in Hinblick auf eventuell auftretendes Spritzverhalten untersucht. Hierzu wurden die umgeformten Drähte in identisch aufgebauten elektronischen Komponenten unter den gleichen Einstellungen des Laserbonders gebondet. Auftretende Spritzer wurden mit Hilfe eines optischen Mikroskops ausgezählt:
    +: keine Spritzer, -: wenig Spritzer, - -: viele Spritzer.
  • Es wurde beobachtet, dass die gebürsteten, umgeformten Drähte (A) und (B) Rückstände auf der Oberfläche zeigten. Dabei wurden im Falle der größer eingebrachten Vertiefungen mehr Rückstände auf der Oberfläche identifiziert. Diese Rückstände führten zu Spritzverhalten der gebürsteten, umgeformten Drähte (A) und (B) beim Laserbondprozess. Hingegen konnten keine Rückstände auf den Oberflächen der umgeformten Drähte (1) - (3) festgestellt werden.
  • Die umgeformten Drähte (1) und (2) mit einer Rauigkeit von Rz kleiner als 9 µm zeigten kein Spritzverhalten im Laserbondprozess. Hingegen zeigte der umgeformte (3) mit einer erhöhten Rauigkeit von Rz von 18,6 µm ein deutliches Spritzverhalten im Laserbondprozess.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drahtvorläufer
    2
    Draht
    3
    Vertiefung
    4
    Walze
    5
    Oberfläche der Walze
    6
    Relief
    7
    Erste Seite
    8
    Weitere Seite
    10
    Vorrichtung
    11
    Substrat
    12
    Erste Kontaktfläche
    D
    Höhenunterschied
    QE
    Querschnittsebene
    QA
    Querschnittsfläche
    L
    Länge
    L1, L2
    Linie
    AL1, AL2
    Abschnitt

Claims (12)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Drahtes (2), beinhaltend zumindest folgende Schritte:
    (i) Bereitstellen eines Drahtvorläufers (1);
    (ii) Eindrücken von Vertiefungen (3) auf dem Drahtvorläufer (1); und
    (iii) Glühen des mit Vertiefungen (3) versehenen Drahtvorläufers (1) unter Erhalt des Drahtes (2);
    wobei der Draht (2) einen Anteil von mindestens 95 Gew.-% Kupfer aufweist, den Anteil bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes (2); dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vertiefungen (3) nur an einer ersten Stelle (7) eingebracht sind
    wobei der Draht (2) an mindestens der ersten Stelle eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 3 bis 9 µm aufweist;
    wobei mindestens eine weitere Stelle (8) des Drahtes (2) glatt ist und eine Rauigkeit Rz in einem Bereich von 0,1 bis 1 µm aufweist,
    wobei die mindestens eine weitere Stelle (8) sich auf der der ersten Stelle (7) abgewandten Stelle des Drahtes (2) befindet.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eindrücken ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Körnen, Kerben, Prägen, Stempeln, Senken, Furchen.
  3. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eindrücken durch Walzen erfolgt.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Walzen durch mindestens eine Walze (4) erfolgt, wobei die Walze (4) eine zylindrische Oberfläche (5) mit einem Relief (6) aufweist, wobei das Relief (6) durch Höhenunterschiede (D) der zylindrischen Oberfläche (5) gebildet ist.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Höhenunterschied (D) in einem Bereich von 3 bis 9 µm beträgt.
  6. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (3) ein Muster bilden.
  7. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht (2) ein Bonddraht, bevorzugt ein Bändchen ist.
  8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Draht (2) und dem Drahtvorläufer (1) eine Querschnittsfläche QA in einem Bereich von 25000 bis 900000 µm2 aufweist, wobei die Querschnittsfläche QA senkrecht zu einer Längsrichtung L des Elements angeordnet ist.
  9. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei eine Querschnittsebene QE durch ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Drahtvorläufer (1b) und dem Draht (2) gelegt ist,
    wobei die Querschnittsebene QE senkrecht zu einer Längsrichtung L des Elements angeordnet ist,
    wobei die Querschnittsebene QE eine Querschnittsfläche QA mit dem Element bildet,
    wobei die Querschnittsfläche QA zwei sich senkrecht kreuzende Linien L1 und L2 beinhaltet,
    wobei ein kürzest möglicher Abschnitt AL1 der Linie L1 durch einen Schnitt mit dem Rand von QA definiert ist, und
    wobei ein längst möglicher Abschnitt AL2 der Linie L2 durch einen Schnitt mit dem Rand von QA definiert ist,
    wobei der Quotient aus AL2 und AL1 eine Zahl von 2 oder mehr beträgt.
  10. Ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung beinhaltend mindestens eine elektrisch leitende Verbindung, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:
    (I) Herstellen eines Drahtes nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9;
    (II) Bereitstellen eines Substrats mit mindestens einer ersten Kontaktfläche und des Drahtes,
    (III) Positionieren des Drahtes in einer mechanischen Verbindung mit der ersten Kontaktfläche,
    (IV) Erhitzen der ersten Stelle des Drahtes mittels elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 nm, unter Erhalt einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche des Substrats und dem Draht,
    wobei die von der ersten Stelle des Drahtes abgewandte weitere Stelle des Drahtes der Kontaktfläche zugewandt ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Stelle des Drahtes oder die erste Seite des Drahtes auf der von der ersten Kontaktfläche des Substrats abgewandten Seite des Drahtes angeordnet ist.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Rauigkeit Rz an mindestens der ersten Stelle des Drahtes durch ein Walzen herbeigeführt wurde, wobei zum Walzen bevorzugt eine Walze beinhaltend ein Relief zum Herstellen eines Drahtes eingesetzt wurde, durch die auf mindestens eine Stelle des Drahtes Vertiefungen eingebracht worden sind, wobei das Relief durch einen Höhenunterschied (D) in einem Bereich von 3 bis 9 µm gekennzeichnet ist.
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