本發(fā)明涉及一種電線，其包含銅芯，該銅芯包含：銅；和以下組分之一：a1.銀，其量在0.05wt.％至1.3wt.％范圍內(nèi)；或a2.鈀，以及還有選自銀和金的至少一種元素，其中銀的量在100ppm至1.3wt.％范圍內(nèi)，其中金的量在100ppm至1500ppm范圍內(nèi)，且其中鈀的量在0.5wt.％至1.5wt.％范圍內(nèi)；其中以wt.％和ppm計(jì)的所有量是基于所述芯的總重量；其中所述銅芯具有在3μm至30μm范圍內(nèi)的晶粒平均尺寸，該平均尺寸根據(jù)截線法(lineinterceptmethod)確定。該銅芯可進(jìn)一步包含0至100ppm的不同于元素銀、金、鈀和銅的其它組分。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于制造如前所述的電線的方法，以及涉及一種包含本發(fā)明的電線的電裝置。

在半導(dǎo)體裝置制造期間，在半導(dǎo)體裝置的制造中使用接合電線用于電互連集成電路與印刷電路板。此外，接合電線用于動(dòng)力電子應(yīng)用中以將晶體管、二極管等與外殼的襯墊或接腳電連接。雖然接合電線在起初由金制造，但當(dāng)今使用更廉價(jià)的材料如銅。雖然銅線提供非常良好的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性，但銅線的球接合以及楔式接合具有其困難。此外，銅線易受氧化。

關(guān)于電線幾何形狀，最常見的為圓形橫截面的接合電線和具有一定程度上為矩形的橫截面的接合帶。兩個(gè)類型的電線幾何形狀都具有使它們適用于特定應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。因此，兩個(gè)類型的幾何形狀都具有其市場(chǎng)份額。例如，對(duì)于給定橫截面積，接合帶具有更大接觸面積。然而，帶的彎曲受到限制，且當(dāng)接合時(shí)必須遵守帶的取向，以實(shí)現(xiàn)該帶和與其接合的元件之間的可接受的電接觸。就接合電線而言，它們可更靈活地彎曲。然而，接合涉及電線在接合過程中的焊接和/或更大變形，這可造成損傷或甚至破壞接合墊和與其接合的元件的下方電結(jié)構(gòu)。

最近的一些發(fā)展方向是具有銅芯的接合電線。作為芯材料，銅因高電導(dǎo)率而被選擇。已尋找銅材料的不同摻雜劑以便優(yōu)化接合性質(zhì)。例如，us7,952,028b2描述了若干不同的銅基測(cè)試電線，以及大量不同摻雜劑和濃度。

然而，對(duì)于進(jìn)一步就接合電線自身和接合方法而言改進(jìn)接合電線技術(shù)仍有需求。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供改進(jìn)的接合電線。

本發(fā)明的再一目的是提供一種相對(duì)于針腳式接合顯示出優(yōu)異接合能力的接合電線。

本發(fā)明的另一目的是提供一種具有改進(jìn)的耐腐蝕性和/或可靠性的接合電線。

本發(fā)明的又一目的是提供一種相對(duì)于球接合顯示出改進(jìn)的可靠性和接合能力的接合電線。

已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的電線解決了以上提到的目的中的至少一個(gè)。另外，已發(fā)現(xiàn)了克服制造電線的難題中的至少一個(gè)的用于制造這些電線的方法。此外，發(fā)現(xiàn)了包含本發(fā)明的電線的電裝置在根據(jù)本發(fā)明的電線與其它電元件(例如，印刷電路板、接觸墊、接觸接腳等)之間的界面處和已經(jīng)在電裝置內(nèi)的界面處更可靠，其中接合電線連接至其它電或電子零件，由此構(gòu)成電裝置。

獨(dú)立權(quán)利要求的主題對(duì)以上目的中的至少一個(gè)的解決提供了貢獻(xiàn)。所述獨(dú)立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求代表了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其主題對(duì)解決以上提到的目的中的至少一個(gè)也有貢獻(xiàn)。

本發(fā)明的第一方面為包含芯的電線，該芯包含：

a1.銀，其量在0.05wt.％至1.3wt.％、優(yōu)選0.1wt.％至1.0wt.％或0.2wt.％至0.8wt.％范圍內(nèi)；或

a2.鈀，和選自銀和金的至少一種元素，

其中銀的量在100ppm至1.3wt.％范圍內(nèi)，

其中金的量在100ppm至1500ppm范圍內(nèi)，和

其中鈀的量在0.5wt.％至1.5wt.％范圍內(nèi)；和

b.在98wt.％至99.95wt.％、優(yōu)選98.5wt.％至99.6wt.％、最優(yōu)選99.4wt.％至99.6wt.％范圍內(nèi)的銅；

c.0至100ppm的不同于所述元素銀、金、鈀和銅的其它組分；

其中以wt.％和ppm計(jì)的所有量是基于所述芯的總重量；

其中所述芯具有在3至30μm或3至20μm或5至15μm范圍內(nèi)的晶粒平均尺寸，該平均尺寸根據(jù)截線法確定；

其中所述電線具有在8至80μm范圍內(nèi)或在12至55μm范圍內(nèi)的平均直徑。

所述電線優(yōu)選為在微電子器件中用于接合的接合電線。所述電線優(yōu)選為單件式物件。很多形狀是已知的且適用于本發(fā)明的電線。優(yōu)選形狀(以橫截面視角)為圓形、橢圓形和矩形形狀。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的電線的芯包含0至100ppm的其它組分。這些其它組分的低量確保了電線性質(zhì)的良好再現(xiàn)性。在本文上下文中，也常被稱作“不可避免的雜質(zhì)”的其它組分為源自存在于使用的原材料中或來自生產(chǎn)電線的制造過程中的雜質(zhì)的少量化學(xué)元素和/或化合物。這些其它組分的實(shí)例為：ni、mn、pt、cr、ca、ce、mg、la、al、b、zr、ti、s、fe。

與前述內(nèi)容一致，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案為包含芯的電線，該芯包含選自a1和a2的組分，以及還有作為其余部分的銅(即，組分b)。存在于芯中的其它組分通常并不單獨(dú)添加。其它組分的存在源自組分a1、a2和b中的一種或多種中存在的雜質(zhì)。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的電線的芯包含小于以下量的其它組分：

a)ni、mn中的任一種，各自<15ppm；

b)pt、cr、ca、ce、mg、la、al、b、zr、ti中的任一種，各自<2ppm；

c)s、fe中的任一種，各自<10ppm。

更優(yōu)選的，形成芯的材料符合前述條件中的至少兩個(gè)，最優(yōu)選的，形成芯的材料符合所有條件。

本文上下文中的電線的芯定義為本體材料的均質(zhì)區(qū)域。由于任何本體材料總是具有可在一定程度上顯示出不同性質(zhì)的表面區(qū)域，因此將電線的芯的性質(zhì)理解為本體材料的均質(zhì)區(qū)域的性質(zhì)。本體材料區(qū)域的表面可在形態(tài)、組成(例如，氧含量)和其它特征方面不同。在優(yōu)選實(shí)施方案中，表面可為本發(fā)明電線的外表面。在另外的實(shí)施方案中，電線芯的表面可為電線芯與疊加于電線芯上的涂層之間的界面區(qū)域。

在本發(fā)明的上下文中的術(shù)語(yǔ)“疊加(superimposed)”用來描述第一對(duì)象(例如，銅芯)相對(duì)于第二對(duì)象(例如，涂層)的相對(duì)位置。“疊加”表征的是在第一對(duì)象與第二對(duì)象之間可以(但并不必要)設(shè)置其它對(duì)象如中間層。優(yōu)選地，第二對(duì)象至少部分疊加于第一對(duì)象上，例如疊加至少30％、50％、70％，或至少90％，各自相對(duì)于第一對(duì)象的總表面。最優(yōu)選地，第二對(duì)象完全疊加于第一對(duì)象上。

在本發(fā)明的上下文中的術(shù)語(yǔ)“中間層”指電線的銅芯與涂層之間的區(qū)域。在此區(qū)域中，存在芯與涂層兩者的材料的組合。

在本發(fā)明的上下文中的術(shù)語(yǔ)“厚度”用來定義層在垂直于銅芯的縱軸的方向上的尺寸，該層至少部分疊加于銅芯的表面上。

平均直徑通過“定徑方法(sizingmethod)”獲得。根據(jù)該方法，確定對(duì)于限定長(zhǎng)度的電線的物理重量?；谠撝亓?，利用電線材料的密度(銅的密度：ρcu＝8.92g/cm³)計(jì)算電線的直徑。基于特定銅線的五段切樣的五個(gè)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值計(jì)算平均直徑。

對(duì)于本發(fā)明，術(shù)語(yǔ)接合電線包括所有橫截面形狀和所有通常電線直徑，但優(yōu)選的是具有圓形橫截面且細(xì)直徑的接合電線。

用于確定晶粒平均尺寸的截線法為標(biāo)準(zhǔn)冶金實(shí)踐方法。其中，垂直于電線的方向切割電線，并蝕刻由此產(chǎn)生的橫截面。將本文上下文中的晶粒尺寸定義為遍布晶粒的可被穿過的直線中的所有區(qū)段中的最長(zhǎng)尺寸。晶粒平均尺寸為芯/本體材料中的晶粒的至少七個(gè)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值。根據(jù)astme112-96標(biāo)準(zhǔn)，第16.3節(jié)，第13頁(yè)進(jìn)行測(cè)試。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，電線芯包含基于芯的總重量在40ppm至80ppm范圍內(nèi)的元素磷。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，芯中的銀的量在0.475wt.％至0.525wt.％范圍內(nèi)，元素磷的量在40ppm至80ppm范圍內(nèi)，wt.％和ppm是基于芯的總重量。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，芯的直徑與芯中的晶粒平均尺寸之間的比率在2至10范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在2.5與5之間。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，電線的平均直徑在15μm至28μm范圍內(nèi)。在此情況下，晶粒平均尺寸優(yōu)選地在3μm至6μm范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，電線的平均直徑在28μm至38μm范圍內(nèi)。在此情況下，晶粒平均尺寸優(yōu)選地在4μm至10μm范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，電線的平均直徑在38μm至50μm范圍內(nèi)。在此情況下，晶粒平均尺寸優(yōu)選地在8μm至15μm范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，芯具有表面，其中在芯的該表面上疊加有涂層。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，涂層的質(zhì)量不大于2.5wt.％，優(yōu)選2wt.％或更低，各自相對(duì)于芯的總質(zhì)量。當(dāng)存在涂層時(shí)，其常具有約0.1wt.％或更高或0.5wt.％或更高的最小質(zhì)量，各自相對(duì)于芯的總質(zhì)量。將少量材料以涂層施加保持了由電線的芯材料決定的特性。另一方面，涂層對(duì)電線表面賦予特定特性，如，對(duì)環(huán)境的惰性、耐腐蝕性、改進(jìn)的接合能力等。例如，對(duì)于直徑18μm的銅線，涂層的厚度在60nm至70nm范圍內(nèi)。對(duì)于直徑25μm的電線，涂層具有90nm至100nm的厚度。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，涂層由選自由鈀、鉑和銀組成的組的元素制成。涂層可為前述元素之一的單層。在另一實(shí)施方案中，涂層可為具有多個(gè)疊加層的多層，其中每一層由前述元素之一制成。構(gòu)成涂層的一部分的各層各自由前述純金屬元素之一沉積。用于在芯上沉積這些元素的常用技術(shù)為鍍覆(如，電鍍和無(wú)電鍍覆)、由氣相沉積材料(如，濺射、離子電鍍、真空蒸發(fā)和物理氣相沉積)、以及由熔體沉積材料。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，在所述涂層上疊加另外涂層。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述另外涂層的質(zhì)量不大于0.2wt.％，優(yōu)選不大于0.1wt.％，各自相對(duì)于芯的總質(zhì)量。

例如，對(duì)于直徑18μm的銅線，所述另外涂層的厚度在2nm至4nm范圍內(nèi)。對(duì)于直徑25μm的電線，所述另外涂層具有3.5nm至5.5nm的厚度。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，金為所述另外涂層的組分。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的電線的特征至少在于以下特征之一：

α)在退火曲線(示出了作為溫度的函數(shù)的以％計(jì)的伸長(zhǎng)率的圖)中，伸長(zhǎng)率值△l不大于95％，優(yōu)選地不大于80％，各自相對(duì)于在電線的退火曲線中觀察到的最大伸長(zhǎng)率△lmax；

β)電線芯的硬度不大于105hv(0.01n/5s)，優(yōu)選地不大于100hv(0.010n/5s)，或不大于95hv(0.010n/5s)。

γ)用于針腳式接合的工藝窗區(qū)具有至少90μm*g、或至少160μm*g或至少200μm*g的值，每種情況下假定電線具有18μm的直徑。

本發(fā)明的第二方面為一種用于制造電線(優(yōu)選接合電線，優(yōu)選可在微電子器件中用于接合的接合電線)的方法，所述電線優(yōu)選地具有所需直徑，所述電線優(yōu)選為如根據(jù)本發(fā)明的第一方面所定義的電線，該方法至少包括以下步驟：

i.提供包含以下組分的前體產(chǎn)品：

a1.銀，其量在0.05wt.％至1.3wt.％范圍內(nèi)；或

a2.鈀，以及還有銀和金中的至少一種，

其中銀的量在100ppm至1.3wt.％范圍內(nèi)，

其中金的量在100ppm至1500ppm范圍內(nèi)，和

其中鈀的量在0.5wt.％至1.5wt.％范圍內(nèi)；

b.在98wt.％至99.95wt.％、優(yōu)選98.5wt.％至99.6wt.％、最優(yōu)選99.4wt.％至99.6wt.％范圍內(nèi)的銅；

c.0至100ppm的不同于所述元素銀、金、鈀和銅的其它組分；

ii.拉伸所述前體產(chǎn)品以形成電線前體，直至獲得所述電線芯的所需直徑；

iii.將電線前體退火，優(yōu)選地，在管式爐中進(jìn)行；

由此獲得所述電線。

本發(fā)明的第二方面的優(yōu)選實(shí)施方案為已在上文針對(duì)本發(fā)明的第一方面描述的那些。如在步驟a1和a2中的前體產(chǎn)品可通過用列舉的量的以下組分對(duì)銅摻雜：a1：銀；或a2：鈀，以及銀和金中的至少一種。通過生成所述組分和銅的熔體并冷卻該熔體以形成基于銅的前體產(chǎn)品的均質(zhì)工件來實(shí)現(xiàn)摻雜。

若在如對(duì)本發(fā)明的第一方面的一些實(shí)施方案中所描述的電線上存在一個(gè)或多個(gè)涂層，則優(yōu)選地將這些涂層涂覆至電線前體。技術(shù)人員知曉如何計(jì)算在前體產(chǎn)品上的這些涂層的厚度以獲得具有對(duì)電線實(shí)施方案所描述的(即，在將具有所述涂層的前體拉伸成電線后的)厚度的涂層。已知眾多用于根據(jù)所述實(shí)施方案在銅表面上形成材料的涂層的技術(shù)。優(yōu)選技術(shù)為鍍覆(如，電鍍和無(wú)電鍍覆)、由氣相沉積材料(如，濺鍍、離子電鍍、真空蒸發(fā)和物理氣相沉積)和由熔體沉積材料。

已知眾多用來拉伸前體產(chǎn)品以形成電線前體的技術(shù)，且這些技術(shù)可用于本發(fā)明的上下文中。優(yōu)選技術(shù)為輥壓、鍛造、拉模等，其中尤其優(yōu)選拉模。更優(yōu)選地，按8個(gè)主要階段牽拉前體產(chǎn)品，且每一階段具有15至25個(gè)步驟，其中在每一牽拉步驟中，實(shí)施前體產(chǎn)品在長(zhǎng)度上6％至18％范圍內(nèi)的伸長(zhǎng)。對(duì)于每一牽拉步驟，伸長(zhǎng)的％可相同或不同?？墒褂迷龌瑒?。合適的增滑劑為數(shù)眾多且是技術(shù)人員已知的。

在本發(fā)明的第二方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，前體產(chǎn)品進(jìn)一步包含在40ppm至80ppm范圍內(nèi)的磷。

本領(lǐng)域中已知眾多程序來使電線退火，例如，可在連續(xù)方法中或在不連續(xù)方法中進(jìn)行電線的退火。在特殊應(yīng)用中，甚至可組合使用連續(xù)和不連續(xù)方法。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，選擇在4至30米/分鐘或14至16米/分鐘范圍內(nèi)的退火速度。

在本發(fā)明的第二方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，退火步驟iii.為線材退火(strandannealing)。線材退火為能夠以高再現(xiàn)性快速生產(chǎn)電線的連續(xù)方法。線材退火是指在使電線移動(dòng)通過管式退火爐并在已離開爐后纏繞至卷軸上的同時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行退火。

在本發(fā)明的第二方面的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟iii.在以下條件中的至少一個(gè)下進(jìn)行：

aa.在570℃至740℃范圍內(nèi)的溫度，或

bb.在0.1s至0.4s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間，

cc.在570℃至740℃范圍內(nèi)的溫度和在0.1s至0.4s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。

在發(fā)明的第二方面的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，在至少570℃的溫度下使電線前體退火至少0.1s的時(shí)間。這是確保足夠退火且實(shí)現(xiàn)需要的晶粒尺寸(特別是在細(xì)電線的情況下)的一個(gè)方式。甚至更優(yōu)選地，退火時(shí)間為至少0.2s，最優(yōu)選0.25s。在步驟iii.中的退火溫度能夠調(diào)整平均晶粒尺寸。在最優(yōu)選的情況下，選擇高于600℃的退火溫度。

在本發(fā)明的第二方面的又一優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟iii.在比最大伸長(zhǎng)率的溫度t△l(max)高至少10℃、優(yōu)選至少50℃或至少80℃的溫度下進(jìn)行。通常，步驟iii.中的溫度比t△l(max)高不大于120℃。

通過測(cè)試試樣(電線)在不同溫度下的斷裂伸長(zhǎng)率來確定最大伸長(zhǎng)率的溫度t△l(max)。數(shù)據(jù)點(diǎn)收集在曲線圖中，其示出了作為溫度(℃)的函數(shù)的伸長(zhǎng)率(以％計(jì))。所得曲線圖常被稱作“退火曲線”。在基于銅的電線的情況下，觀測(cè)伸長(zhǎng)率(以％計(jì))達(dá)到最大值時(shí)的溫度。此為最大伸長(zhǎng)率的溫度t△l(max)。圖6中示出了一個(gè)實(shí)例。

迄今為止，通常在最大伸長(zhǎng)率的溫度下使電線退火，這是因?yàn)樵谔囟囟认碌木植孔畲笾档拇嬖谔峁┝颂貏e穩(wěn)定的制造條件。

就本發(fā)明的該實(shí)施方案而言，發(fā)現(xiàn)在低于最大伸長(zhǎng)率值的伸長(zhǎng)率值下的退火可導(dǎo)致有益的電線性質(zhì)，這是因?yàn)殡娋€形態(tài)可以積極方式被影響。此外，已發(fā)現(xiàn)，在維持退火時(shí)間不變的同時(shí)選擇退火溫度高于最大伸長(zhǎng)率的溫度具有另外的優(yōu)勢(shì)。例如，該制造原理可用于將電線的平均晶粒尺寸調(diào)整(例如)至更大晶粒尺寸。通過該調(diào)整，可以積極方式影響其它性質(zhì)如(例如)電線柔軟度、球接合行為等。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，在管式爐中的退火可在惰性氣氛或還原性氣氛中進(jìn)行。這適用于連續(xù)和不連續(xù)加工中的這兩種退火。在本領(lǐng)域已知眾多類型的惰性氣氛和還原性氣氛。在已知惰性氣氛中，優(yōu)選氮?dú)?。在已知還原性氣氛中，優(yōu)選氫氣。另一優(yōu)選還原性氣氛為氫氣與氮?dú)獾幕旌衔?。氫氣與氮?dú)獾膬?yōu)選混合物由在90體積％至98體積％范圍內(nèi)的氮?dú)夂驮?體積％至10體積％范圍內(nèi)的氫氣構(gòu)成，各自均相對(duì)于混合物的總體積。氮?dú)?氫氣的優(yōu)選混合物等于93/7、95/5和97/3體積％/體積％，各自基于混合物的總體積。若電線的表面的一些部分對(duì)由空氣中的氧氣造成的氧化敏感(例如，若將電線的銅暴露于其表面)，則在退火中應(yīng)用還原性氣氛是尤其優(yōu)選的。

本發(fā)明的第三方面為可通過根據(jù)本發(fā)明或其實(shí)施方案的第二方面的方法獲得的電線。

本發(fā)明的第四方面為一種電裝置，其至少包括：

(1)第一接合墊；

(2)第二接合墊；和

(3)根據(jù)本發(fā)明的第一或第三方面的電線，或可通過根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法獲得的電線；

其中所述電線電連接至所述接合墊中的至少一個(gè)。

優(yōu)選地，電線通過球接合連接至第一接合墊。對(duì)于與第二接合墊的接合，優(yōu)選針腳式接合。

在本發(fā)明的第四方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，電裝置包含至少一個(gè)模塊，其包含第一接合墊、第二接合墊和至少一個(gè)本發(fā)明的電線，其中所述電線通過球接合連接至所述接合墊之一。電裝置可為集成電路、發(fā)光二極管(led)、顯示裝置等。

本發(fā)明的第五方面為一種推進(jìn)裝置，其包含至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第四方面的電裝置。推進(jìn)裝置的實(shí)例為飛機(jī)、機(jī)動(dòng)車輛(如汽車、卡車、坦克、船、潛艇)、風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)。

本發(fā)明的第六方面為一種用于制造電裝置的方法：

1)提供如上所提到的至少兩個(gè)元件，

2)經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的第一或第三方面的電線連接所述兩個(gè)元件，其中所述連接中的至少一個(gè)通過球接合進(jìn)行。優(yōu)選地，第一接合為球接合。第二接合可通過楔式接合形成。

楔式接合和球接合技術(shù)都是本領(lǐng)域已知的且詳盡地描述于文獻(xiàn)中，例如描述于shankarak.prasad,“advancedwirebondinterconnectiontechnology”,kluweracademicpublishers,2004,isbn1-4020-7762-9，特別是第i章(引言)和第iv章(工藝技術(shù))中。

附圖說明

本發(fā)明的主題示例性描述于附圖中。然而，這些附圖不以任何方式限制本發(fā)明的范圍或權(quán)利要求的范圍。

在圖1中，描繪電線1。

圖2示出了電線1的橫截面視圖。在該橫截面視圖中，銅芯2位于橫截面視圖的中間。芯2被涂層3環(huán)繞。涂層3被薄閃光涂層41環(huán)繞。芯2面向涂層3的界限為表面15。涂層3面向閃光涂層41的界限為表面42。在經(jīng)過電線1的中心23的線l上，示出了芯2的直徑，其為線l與表面15的相交點(diǎn)之間的端至端距離。電線1的直徑為經(jīng)過中心23的線l與電線1的外界限(此處為表面42)的交叉點(diǎn)之間的端至端距離。此外，描繪了涂層3和閃光涂層41的厚度。在圖2中，涂層3的厚度相對(duì)芯并不是成比例的。典型地，與芯直徑相比，涂層3的厚度非常小，例如，小于芯直徑的1％。類似地，閃光涂層41的厚度也不是成比例的。指出，電線1的涂層3、涂層41是本發(fā)明的實(shí)施方案。這些層并不是本發(fā)明的必要部分。本發(fā)明的最優(yōu)選方面為在電線芯上不具有涂層的電線芯。

圖3示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的電線的方法。

圖4描繪電裝置10，其包含兩個(gè)元件11和電線1。電線1電連接所述兩個(gè)元件11。虛線是指將元件11與包圍元件11的封裝裝置的外部布線連接的其它連接或電路。元件11可包含接合墊、集成電路、引線指(leadfingers)、led等。

圖5示出了銀合金化的18μm銅線(樣本2(表1))的例示性退火曲線。退火溫度為x軸的可變參數(shù)。該圖示出了電線的斷裂負(fù)荷(bl，以克計(jì))和伸長(zhǎng)率(el，以％計(jì))的測(cè)量值。通過抗拉測(cè)試確定伸長(zhǎng)率。在所展示的實(shí)例中，伸長(zhǎng)率測(cè)量顯示出典型的局部最大值，約11.5％，其在大約610℃的退火溫度下實(shí)現(xiàn)。根據(jù)樣本2的本發(fā)明的電線未在該最大伸長(zhǎng)率的溫度下退火，而是在650℃(樣本2)，該溫度比根據(jù)圖6的最大伸長(zhǎng)率的溫度高40℃。這導(dǎo)致約9.3％的伸長(zhǎng)率值，該值比最大伸長(zhǎng)率值低大于10％。

圖6描繪電線拉動(dòng)測(cè)試的概略圖。電線1以45°的角度19在接合部21處接合至基板20。拉鉤17拉動(dòng)電線1。當(dāng)拉鉤17拉動(dòng)電線1時(shí)形成的角度22為90°。

圖7示出了本發(fā)明電線與參考電線之間的第2接合窗對(duì)比。

圖8示出了線材退火裝置的示意圖。電線1由卷軸25展開，經(jīng)由輪26穿過退火爐24，接著導(dǎo)引經(jīng)過另一輪26，卷繞在存儲(chǔ)卷軸23上。

圖9說明的是在本發(fā)明中按照astm標(biāo)準(zhǔn)e112-96第16.3節(jié)第13頁(yè)進(jìn)行的晶粒尺寸測(cè)量。gfab為fab的晶粒尺寸，gw為電線的晶粒尺寸，lfab為在fab中標(biāo)記的截線的長(zhǎng)度，lw為在電線中標(biāo)記的截線的長(zhǎng)度，nfab為與該線相交的晶粒的數(shù)目，nw為與該線相交的晶粒的數(shù)目。

實(shí)施例

本發(fā)明進(jìn)一步通過實(shí)施例舉例說明。這些實(shí)施例用于本發(fā)明的例示性描述，不以任何方式限制本發(fā)明或權(quán)利要求的范圍。

實(shí)施例1

在坩堝中熔化具有至少99.99％純度(“4n銅”)的一定量的銅(cu)材料。將少量母合金添加至銅熔體，并通過攪拌確保添加的組分的均勻分布。母合金包含所限定比率的cu和另一元素。使用以下母合金。

例如，將cu-15wt％ag添加至樣本1至3，將cu-15wt％ag和cu-0.5wt％p添加至方法樣本4和5，將cu-15wt％pd和cu-1wt％au添加至方法樣本7至9，將cu-15wt％ag和cu-15wt％pd添加至方法樣本10至11，將cu-15wt％ag、cu-1wt％au和cu-15wt％pd添加至方法樣本12至13，將cu-15wt％ag、cu-0.5wt％p和cu-15wt％pd添加至方法樣本14至17。接著，由熔體連續(xù)鑄造電線芯前體。

使用perkinelmericp-oes7100dv型，使用感應(yīng)耦合等離子體(icp)設(shè)備來控制cu線的化學(xué)組成。將cu線溶解于濃硝酸中，將溶液用于icp分析。測(cè)試高純度cu線的方法由設(shè)備制造商按照對(duì)本體cu采用的熟知技術(shù)來建立。還使用icp分析來控制母合金的組成。其它組分的量，即，在表1、3和5中的大約0.1ppmmn、1ppmp和/或ni、≤2ppmfe和<5ppm的量的s)源自銅和/或母合金中存在的雜質(zhì)。

接著在6個(gè)主要牽拉階段(其中每一階段中有22個(gè)步驟)中牽拉電線芯前體以形成具有18μm平均直徑的電線芯，其中在每一步驟中實(shí)施在長(zhǎng)度上6％至18％的前體產(chǎn)品的伸長(zhǎng)。在本文給出的實(shí)施例中，對(duì)于階段1實(shí)行17％伸長(zhǎng)率，對(duì)于階段2至階段5實(shí)行11％伸長(zhǎng)率，對(duì)于階段6實(shí)行8％伸長(zhǎng)率。在牽拉期間使用增滑劑。

電線芯的橫截面具有圓形形狀。電線具有18μm的平均直徑。平均直徑通過在電線的不同位點(diǎn)的直徑的各測(cè)量結(jié)果確定，這得到在17.5μm至18.5μm范圍內(nèi)的測(cè)量結(jié)果。

通過該程序，制造本發(fā)明的電線的若干樣本和對(duì)比電線(ref)。

表1:銅合金的化學(xué)組成，電線平均直徑18μm，數(shù)值以ppm計(jì)

表1示出了平均直徑18μm的本發(fā)明電線的編號(hào)為1至5的不同樣本的組成。電線的銀含量如所示出的那樣是變化的，磷的量也如此。添加由4n純度(純度：cu≥99.99wt.％)和3n純度(純度：cu≥99.9wt.％)(非本發(fā)明)的銅組成的對(duì)比(ref1和ref2)電線作為參照。

接著在最終退火步驟中使電線退火。通過以1m/s的速度使電線1行進(jìn)穿過長(zhǎng)度＝30cm且退火溫度為650℃的退火爐(參見圖8)，以線材退火動(dòng)態(tài)地進(jìn)行退火。在離開爐后，將電線纏繞于卷軸上以用于封裝。

在這些實(shí)施例中，退火時(shí)間為移動(dòng)電線的給定段保持處于經(jīng)加熱的爐內(nèi)的曝露時(shí)間，其為0.3s。在爐區(qū)內(nèi)，調(diào)整恒定溫度。

圖5示出了銀合金化的18μm銅線(樣本2(表1))的一個(gè)例示性退火曲線。退火溫度為x軸的可變參數(shù)。該圖示出了電線的斷裂負(fù)荷(bl，以克計(jì))和伸長(zhǎng)率(el，以％計(jì))的測(cè)量值。通過抗拉測(cè)試確定伸長(zhǎng)率。在所展示的實(shí)例中，伸長(zhǎng)率測(cè)量結(jié)果顯示出典型的局部最大值，約11.5％，其在大約610℃的退火溫度(最大伸長(zhǎng)率的溫度)下實(shí)現(xiàn)。根據(jù)樣本2的本發(fā)明的電線未在該最大伸長(zhǎng)率的溫度下退火，而是在650℃(樣本2)，該溫度比最大伸長(zhǎng)率的溫度高40℃。這導(dǎo)致約9.3％的伸長(zhǎng)率值，其比最大伸長(zhǎng)率值低大于10％。在高于最大伸長(zhǎng)率的溫度(t△l(max))的溫度下的退火意味著在材料的就工藝參數(shù)而言相當(dāng)敏感的范圍內(nèi)工作。為了具有良好的結(jié)果再現(xiàn)性，小心監(jiān)視參數(shù)的整體設(shè)置。對(duì)于樣本no.2，平均晶粒尺寸為4μm。

此外，實(shí)驗(yàn)已表明，對(duì)于具有在15μm至28μm范圍內(nèi)的直徑的電線，對(duì)于添加的銀含量的整個(gè)范圍，即0.1wt％至1.3wt％，實(shí)現(xiàn)了在3μm至6μm范圍內(nèi)的平均晶粒尺寸。

下表2示出了對(duì)針腳式接合性能的評(píng)價(jià)的結(jié)果(如圖6中所示的針腳式拉動(dòng)接合的電線)。針對(duì)針腳式接合，測(cè)試以上電線樣本1至5以及對(duì)比例純cu線、摻雜的cu線和au閃光pd涂覆的cu線(afpc)，如在下文“測(cè)試方法”下所描述進(jìn)行測(cè)試。

表2:第二接合(針腳式接合)工藝窗

++++優(yōu)異，+++非常好，++好，+尚可

fab表示無(wú)空氣球。在項(xiàng)目中，評(píng)價(jià)在針腳式接合之前掛在電線末端的電線材料熔化液滴的形狀和對(duì)稱性。當(dāng)電線的熔化液滴以球體且以軸對(duì)稱球形狀凝固時(shí)，fab是優(yōu)異的。尚可描述的是電線的熔化液滴固化，但是球尺寸小于規(guī)范和/或是斜的。

工藝窗區(qū)定義為擦拭幅度的上限與下限之間的相應(yīng)差值與所施加力的乘積。

所有電線1至5呈現(xiàn)良好地適合于工業(yè)應(yīng)用的工藝窗。具體而言，本發(fā)明的電線樣本3和5顯示出大于200μm.g的值，這是與4ncu線相比的顯著改進(jìn)。

圖7示出了電線樣本4和5的第2接合工藝窗與對(duì)比電線樣本的比較。樣本4和5的電線呈現(xiàn)比兩個(gè)對(duì)比樣本(ref1和ref2)寬的第2接合工藝窗區(qū)。樣本3和5也呈現(xiàn)了為afpc電線的工藝窗(就第2接合窗而言是行業(yè)內(nèi)最好的)的71％的第2接合工藝窗。達(dá)到合金化銅的接近afpc的如此寬的工藝窗是對(duì)未涂覆裸/合金化銅線系列的實(shí)質(zhì)改進(jìn)。

實(shí)施例2：

制備具有金和鈀含量的電線(表3)。對(duì)于具有金和鈀添加的電線，發(fā)現(xiàn)700℃的退火溫度是最佳的。與實(shí)施例1的電線相比，制造電線的其它參數(shù)和方法保持不變。

表3:銅合金的化學(xué)組成，線直徑18μm，數(shù)值以ppm計(jì)

以上表3提供了18μm直徑的電線的編號(hào)為7至13的不同樣本的組成。包括由純度4n(純度：cu>＝99.99wt.％)和1n(純度：cu>＝90wt.％)的銅組成的對(duì)比電線。

表4:第二接合(針腳式接合)工藝窗

++++優(yōu)異，+++非常好，++好，+尚可

所有本發(fā)明的電線呈現(xiàn)良好適合于工業(yè)應(yīng)用的工藝窗，即，電線顯示出大于120μm.g的值。這證明與4n和1ncu對(duì)比電線相比的特定改進(jìn)。

實(shí)施例3：

參照以上實(shí)施例1的結(jié)果，制備類似電線，但具有在4500ppm至10500ppm范圍內(nèi)的銀含量、在4500ppm至10500ppm范圍內(nèi)的鈀含量和在40ppm至80ppm范圍內(nèi)的磷含量。

對(duì)于具有銀、鈀和磷添加的電線，發(fā)現(xiàn)710℃的退火溫度是最佳的。與實(shí)施例1的電線相比，制造電線的其它參數(shù)和方法已保持不變。

表5:銅合金的化學(xué)組成，線直徑18μm，數(shù)值以ppm計(jì)

以上表5提供了18μm直徑的本發(fā)明的電線的編號(hào)為14至17的不同樣本的組成。添加由具有1n、3n和4n純度的銅組成的對(duì)比電線。

表6:第二接合(針腳式接合)工藝窗

++++優(yōu)異，+++非常好，++好，+尚可

所有本發(fā)明的電線呈現(xiàn)良好適合于工業(yè)應(yīng)用的工藝窗。具體而言，本發(fā)明的電線樣本14顯示出大于160μm.g的值。這證明與對(duì)比電線相比的顯著改進(jìn)。

測(cè)試方法

在t＝20℃和相對(duì)濕度rh＝50％下進(jìn)行所有測(cè)試和測(cè)量。

a.通過截線法的晶粒平均尺寸

使用標(biāo)準(zhǔn)金相技術(shù)astme112-96第16.3節(jié)第13頁(yè)確定晶粒的尺寸。將電線芯的樣本橫切，接著蝕刻。在該情況下，將2gfecl3與6ml濃hcl在200ml去離子水中的溶液用于蝕刻。根據(jù)截線原理確定晶粒尺寸。將在本文上下文中的晶粒的尺寸定義為穿過晶粒的直線中的所有區(qū)段中的最長(zhǎng)值。晶粒的測(cè)量平均尺寸為芯材料中的晶粒的至少七個(gè)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值。圖9中的示意圖舉例說明了在本發(fā)明中按照以上所提到的astm標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的晶粒尺寸測(cè)量，其中g(shù)fab為fab的晶粒尺寸，gw為電線的晶粒尺寸，lfab為在fab中標(biāo)記的截線的長(zhǎng)度，lw為在電線中標(biāo)記的截線的長(zhǎng)度，nfab為與該線相交的晶粒的數(shù)目，且nw為與該線相交的晶粒的數(shù)目。

b.伸長(zhǎng)率(el)

使用instron-5300設(shè)備測(cè)試電線的抗拉性質(zhì)。以1(一)英寸/分鐘速度、10英寸標(biāo)距長(zhǎng)度測(cè)試電線。按照astm標(biāo)準(zhǔn)f219-96獲取破裂(斷裂)負(fù)荷和伸長(zhǎng)率。伸長(zhǎng)率為在抗拉測(cè)試之前與之后的電線的長(zhǎng)度差，由記錄的負(fù)荷vs.延伸的抗拉曲線計(jì)算。

c.維氏(vickers)硬度

使用具有維氏壓頭的fischerscopeh110c測(cè)試設(shè)備測(cè)量硬度。將10mn的力施加至電線的測(cè)試試樣達(dá)5s的停留時(shí)間。在未涂覆的經(jīng)退火的電線芯的中心上進(jìn)行測(cè)試。

d.涂層厚度

為了確定涂層的厚度和芯的平均直徑，垂直于電線的最大伸長(zhǎng)切割電線。將切割的電線認(rèn)真地研磨和拋光以避免軟材料的涂污。經(jīng)由光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡(sem)記錄圖片，其中選擇放大率從而觀測(cè)到電線的完全橫截面。將該程序重復(fù)至少5次。所有值以5個(gè)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值給出。

e.工藝窗區(qū)

通過標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行球接合工藝窗區(qū)的測(cè)量。使用kns-iconn接合機(jī)工具(kulicke&soffaindustriesinc，fortwashington，pa，美國(guó))接合測(cè)試電線。用于接合電線的第2接合工藝窗區(qū)的定義在本領(lǐng)域已知且廣泛地用以比較不同電線。原則上，其為擦拭幅度與在接合中使用的力的乘積，其中所得接合必須符合某些拉動(dòng)測(cè)試規(guī)范，例如，2.5克的拉力、無(wú)引線不粘等。給定電線的第2接合工藝窗區(qū)的實(shí)際值進(jìn)一步取決于電線直徑和引線指鍍覆材料。為了給出本發(fā)明的電線的性質(zhì)的特定定義，工藝窗值是基于18μm＝0.7密耳的電線直徑，其中引線指由銀組成。

工藝窗的四個(gè)角通過克服兩個(gè)主要故障模式而導(dǎo)出：

(1)過低力的供應(yīng)和擦拭幅度導(dǎo)致電線的引線不粘(nsol)，和

(2)過高力的供應(yīng)和擦拭幅度導(dǎo)致短尾(shtl)。

本發(fā)明的系統(tǒng)的范圍不限于此直徑的電線和由銀制成的引線指，而僅為了定義目的而指明該數(shù)據(jù)。

f.無(wú)空氣球

電火焰熄滅(electricflameoff，efo)電流和時(shí)間定義fab的規(guī)格。在efo燒制后，破裂的cu線的尖端熔化且形成軸對(duì)稱球形fab，進(jìn)一步將電線針腳式接合到引線框上使得fab立于空氣中(standonair)。該接合模式被稱作cherrypits。該程序描述于對(duì)無(wú)空氣球的kns方法用戶指南(kulicke&soffaindustriesinc，fortwashington，pa，美國(guó)，2002，2009年5月31日)中。使用光學(xué)顯微鏡在200x至500x放大率下以微米級(jí)測(cè)量fab直徑。使用掃描電子顯微鏡(sem)觀測(cè)fab的形態(tài)。

本發(fā)明的實(shí)施方案

本發(fā)明的第1方面為包含芯(2)的電線(1)，該芯包含：

a1.銀，其量在0.05wt.％至1.3wt.％范圍內(nèi)；或

a2.鈀，以及還有選自銀和金的至少一種元素，

其中銀的量在100ppm至1.3wt.％范圍內(nèi)，

其中金的量在100ppm至1500ppm范圍內(nèi)，且

其中鈀的量在0.5wt.％至1.5wt.％范圍內(nèi)；

b.在98wt.％至99.95wt.％范圍內(nèi)的銅；

c.0至100ppm的不同于所述元素銀、金、鈀和銅的其它組分；

其中以wt.％和ppm計(jì)的所有量是基于所述芯(2)的總重量；

其中所述芯(2)具有在3μm至30μm范圍內(nèi)的晶粒(5)平均尺寸，該平均尺寸根據(jù)截線法確定；

其中所述電線具有在8μm至80μm范圍內(nèi)的平均直徑。

本發(fā)明的第1方面的第1實(shí)施方案為電線(1)，其中所述芯(2)包含基于所述芯(2)的總重量在40ppm至80ppm范圍內(nèi)的磷。

本發(fā)明的第1方面的第2實(shí)施方案或第一實(shí)施方案為電線(1)，其中所述芯(2)的該直徑與該芯中的晶粒的該平均尺寸之間的比率在2μm至10μm范圍內(nèi)。

本發(fā)明的第1方面的第3實(shí)施方案或前述實(shí)施方案之一為電線(1)，其中所述芯(2)具有表面(15)，其中在芯(2)的表面(15)上疊加涂層(3)。

本發(fā)明的第1方面的第4實(shí)施方案或前述實(shí)施方案之一為電線(1)，其中所述涂層(3)的質(zhì)量不大于所述芯(2)的總質(zhì)量的2.5wt.％。

本發(fā)明的第1方面的第5實(shí)施方案為根據(jù)實(shí)施方案三或四的電線(1)，其中所述涂層(3)由選自由鈀、鉑和銀組成的組的至少一種元素構(gòu)成。

本發(fā)明的第1方面的第6實(shí)施方案為實(shí)施方案三至五中的任一個(gè)的電線(1)，其中在所述涂層(3)上疊加另外涂層(41)。

本發(fā)明的第1方面的第7實(shí)施方案為實(shí)施方案六的電線(1)，其中所述另外涂層(41)的質(zhì)量不大于所述芯(2)的總質(zhì)量的0.2wt.％。

本發(fā)明的第1方面的第8實(shí)施方案為實(shí)施方案六或七的電線(1)，其中金為所述另外涂層(41)的組分。

本發(fā)明的第1方面的第9實(shí)施方案為前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的電線(1)，其特征至少在于以下特征之一：

α)所述電線(1)的伸長(zhǎng)率值△l不大于最大伸長(zhǎng)率△lmax的95％；

β)所述電線芯(2)的硬度不大于105hv(0.01n/5s)；

γ)若所述電線(1)具有18μm的直徑，則用于針腳式接合的工藝窗區(qū)具有至少200μm*g的值。

本發(fā)明的第2方面為一種用于制造電線(1)的方法，其至少包括以下步驟

i.提供包含以下組分的前體產(chǎn)品：

a1.銀，其量在0.05wt.％至1.3wt.％范圍內(nèi)；或

a2.鈀，以及還有銀和金中的至少一種，

其中銀的量在100ppm至1.3wt.％范圍內(nèi)，

其中金的量在100ppm至1500ppm范圍內(nèi)，和

其中鈀的量在0.5wt.％至1.5wt.％范圍內(nèi)；

其中以wt.％和ppm計(jì)的所有量是基于所述芯(2)的總重量；

b.在98wt.％至99.95wt.％范圍內(nèi)的銅；

c.0至100ppm的不同于所述元素銀、金、鈀和銅的其它組分；

ii.將所述前體產(chǎn)品拉伸成電線前體(1a)；

iii.使所述電線前體(1a)退火；

由此獲得所述電線(1)。

本發(fā)明的第2方面的第1實(shí)施方案為本發(fā)明的第2方面的方法，其中所述前體產(chǎn)品進(jìn)一步包含在40ppm至80ppm范圍內(nèi)的磷。

本發(fā)明的第2方面的第2實(shí)施方案為根據(jù)本發(fā)明的第2方面或根據(jù)第2方面的第1實(shí)施方案的方法，其中所述退火為線材退火。

本發(fā)明的第2方面的第3實(shí)施方案為根據(jù)本發(fā)明的第2方面或根據(jù)第2方面的第1或第2實(shí)施方案的方法，其中步驟iii.在以下條件中的至少一個(gè)下進(jìn)行：

aa.在570℃至740℃范圍內(nèi)的溫度，或

bb.在0.1s至0.4s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間，

cc.在570℃至740℃范圍內(nèi)的溫度和在0.1s至0.4s范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。

本發(fā)明的第2方面的第3實(shí)施方案為根據(jù)本發(fā)明的第2方面或根據(jù)第2方面的第1或第2實(shí)施方案的方法，其中步驟iii.在比t△l(max)高至少10℃的溫度下進(jìn)行。

本發(fā)明的第3方面為一種可通過根據(jù)本發(fā)明第2方面或其實(shí)施方案之一的方法獲得的電線。

本發(fā)明的第3方面為一種電裝置(10)，其至少包含：

(1)第一接合墊(11)；

(2)第二接合墊(11)；和

(3)根據(jù)本發(fā)明的第1方面或其實(shí)施方案之一的電線(1)，或可通過本發(fā)明的第2方面或其實(shí)施方案之一獲得的電線；

其中所述電線(1)電連接至所述接合墊(11)中的至少一個(gè)。

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