[发明专利]一种抗氧化的铜基键合丝及其制备方法

说明书

本发明提出了一种抗氧化的铜基键合丝，包括以下组分：锆、锌、稀土及铜；其中，上述组分含量按照以下重量比：锆0.0008％～0.0025％，锌0.001％～0.015％，稀土0.0002％～0.0010％，余量为铜。本发明通过微量元素的添加，可以提高铜的再结晶温度、力学性能和键合工艺性能，从而可以有效提升铜的抗氧化性能；同时由于Zn的选择性氧化抑制了铜的氧化，因而提高了铜丝的抗氧化性能，并且可以保证铜丝强度与电导率。本发明还有提出了一种抗氧化的铜基键合丝的制备方法。

技术领域

本发明属于微电子后道封装工序技术领域，尤其涉及一种抗氧化的铜基键合丝及其制备方法。

背景技术

键合丝是半导体分立器件和集成电路封装业四大必需基础材料之一，作为芯片与框架之间内丝，实现稳定、可靠的电连接，广泛应用于半导体分立器件(晶体管、二极管、三极管、发光二极管LED)和集成电路的封装。键合丝多由纯金制成，随着黄金贵重金属资源的日益稀缺，价格持续攀升，微电子封装成本大幅上升，给生产厂家、用户带来难以承受的成本压力，因此，业界正在积极寻求，研发成本相对低廉、性能稳定可靠、加工方便的新型键合丝材料。

目前用于替代黄金键合丝的研宄应用大多集中于铜基键合丝，但这类键合丝也有它的不足之处:1、铜丝在拉制过程中因加工硬化，使得难以拉制与黄金键合丝一样细的微细线径；2、由于铜丝过硬，会导致第一焊点容易逃丝，使得键合操作频繁中断，给下道工序的集成电路封装造成较大的困难。3、由于铜丝具有易氧化的特性，在保存及焊接过程中容易产生氧化，打开包装后必须尽快用完，而且使用时必须加氮氢混合气体加以保护，使得操作危险性增加。其中最主要的问题是铜易于氧化，如果在铜键合丝表面形成大量氧化物，则铜键合丝很难键合，并且很难熔成球(FAB)。因而，在FAB的过程中，铜键合丝必须处于无氧的环境中，铜FAB时一般要采用惰性气体保护，同时掺入少量氢气还原。但是，这将给封装添加新的复杂度，比如对氮气氢气的控制等。为解决键合铜丝在键合过程中易氧化的问题，可以采用镀层的方法，如专利US2004/0245320A1和US2007/0235887A1提出的镀层防护方法。通常选用的是抗氧化能力强且熔点比铜高的金属元素作为镀层，如Pt、Pd或Ni。钯在高温、高湿或硫化物含量高的空气中性能稳定，能耐酸的侵蚀，同时钯具有良好的延展塑性，能承受弯曲和摩擦，可长期保持良好的外部光泽，并且钯的成本要比金便宜，这使得镀钯键合铜丝在市场上已得到了相当的应用。但是电镀Pd增加了工艺复杂性，尤其是带来了环保的问题。

因此，现有技术中，急需一种能够代替键合金丝且抗氧化性能好的键合丝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗氧化的铜基键合丝及其制备方法，通过将铜合金化，即添加微量元素、活泼金属来提高抗氧化性能。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种抗氧化的铜基键合丝，包括以下组分：锆、锌、稀土及铜；其中，上述组分含量按照以下重量比：锆0.0008％～0.0025％，锌0.001％～0.015％，稀土0.0002％～0.0010％，余量为铜。

优选地，所述铜的纯度≥99.996，锆的纯度>99.9％。

优选地，所述稀土为混合稀土。

优选地，所述铜基键合丝为单晶结构。

本发明还提出了一种抗氧化的铜基键合丝的制备方法，包括以下步骤：

1)制备铜合金铸锭；

按照质量百分比将锆、锌、稀土及铜混合后放入石墨坩埚中，在惰性气体保护条件下使用感应电炉熔化，获取铜合金铸锭；

2)制备铸态单晶母线；