鍵合線及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于通過球焊法將集成電路元件的電極（a）與電路配線基板的導(dǎo)體配線（c）連接的線徑L在50.8μm以下的鍵合線（W）。其中，芯材（1）含有10～50質(zhì)量ppm的P，其余部分由銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，在該芯材（1）外周的整個面上形成由Pd構(gòu)成的厚度t2為0.010～0.090μm的被覆層（2），再在其表面上形成厚度t3為0.0001～0.0005μm的碳濃縮層（3）。此外，使通過室溫下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度（TSR）與250℃下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度（TSH）之比（HR＝TSH/TSR×100）為50～70％，該碳濃縮層（3）通過拉絲時(shí)的潤滑劑的清洗程度而形成，從而形成滿足集成電路間縮小化要求的、具有穩(wěn)定鍵合強(qiáng)度的在純銅上鍍覆有Pd的鍵合線。
【專利說明】鍵合線及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過球焊法將1C、LS1、晶體管等集成電路元件的電極與引線框、陶瓷基板、印刷基板等電路配線基板的導(dǎo)體配線連接的鍵合線及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]這種利用球焊法的連接方法通常為圖4 Ca)?(h)所示的方式，從圖4 Ca)中所示的鍵合線W插入毛細(xì)管劈刀(capillary) IOa中、劈刀IOa前端上形成有焊球(FAB:FreeAir Ball,自由空氣球)b的狀態(tài)起，線夾IOb打開，毛細(xì)管IOa向著集成電路元件上的電極a下降。此時(shí)，焊球(FAB) b被捕捉在毛細(xì)管劈刀IOa內(nèi)，鍵合在電極a上。
[0003]當(dāng)焊球b接觸到用作對電極的電極a (毛細(xì)管劈刀IOa到達(dá)電極a)時(shí)，毛細(xì)管劈刀IOa會夾住焊球b,向焊球b提供熱、負(fù)荷、超聲,這樣,焊球b被壓接(變成壓接焊球b’ ),與電極a固相鍵合，形成第I鍵合部，與電極a鍵合(圖4 (b))。
[0004]形成第I鍵合部后，毛細(xì)管劈刀IOa會上升至一定高度(圖4(c))，之后，移動到導(dǎo)體配線c的正上方(圖4 (d)?(e))。此時(shí)，為了形成穩(wěn)定的線弧(loop)，有時(shí)會進(jìn)行使毛細(xì)管劈刀IOa作特殊移動、在鍵合線W上形成“趨勢”(reforming)的動作(可參見圖4 Cd)中的點(diǎn)劃線至實(shí)線)。
[0005]到達(dá)導(dǎo)體配線c正上方的毛細(xì)管劈刀IOa向著導(dǎo)體配線c下降，將鍵合線W按壓在導(dǎo)體配線(第2目標(biāo))c上(圖4 (e)?(f))。與此同時(shí)，向該按壓部位提供熱、負(fù)荷、超聲，這樣，使鍵合線W變形，形成用于將鍵合線W鍵合在導(dǎo)體配線c上的針腳部(stitch bond)和用于在下一步驟中固定尾絲(tail)的尾絲部(tail bond)(圖4 (f))。
[0006]形成上述二個部(bond)后，毛細(xì)管劈刀IOa在留有鍵合線W的狀態(tài)下上升，在毛細(xì)管劈刀IOa的前端固定一定長度的尾絲后，閉合線夾IOb (夾住線W)，從尾絲部的部分扯斷線W (圖4 (g))。
[0007]毛細(xì)管劈刀IOa上升到所要求的高度后停止，對固定在該毛細(xì)管劈刀IOa前端的鍵合線W的前端部分通過放電棒g施加高電壓，迸出火花(放電)，用該熱量熔化鍵合線W，該熔化的鍵合線材料通過表面張力形成接近球狀的焊球b，固化(圖4 (h))。
[0008]通過以上作用，一個循環(huán)結(jié)束，以后通過同樣的作用完成電極a與配線導(dǎo)體c的利用球焊法的連接。
[0009]在利用該球焊法的連接中，鍵合線W主要使用金線，但由于金價(jià)格高，近年來，使用銅純度在99.99質(zhì)量％以上的廉價(jià)的銅線。此時(shí)，銅在裸露的狀態(tài)下表面容易氧化，因此，如圖5所示，使用在銅線構(gòu)成的芯線I上被覆耐氧化金屬2而成的鍵合線。
[0010]作為該被覆金屬(被覆層)2,采用金(Au)、鉬(Pt)、|fi(Pd)、銀(Ag)、鎳(Ni)等(專利文獻(xiàn)I?5)。
[0011]專利文獻(xiàn):
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-133361號公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-64033號公報(bào)[0014]專利文獻(xiàn)3:日本特開2007-12776號公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)4:日本專利第4542203號公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)5:日本專利第4349641號公報(bào)
[0017]對于由該金屬被覆的銅線構(gòu)成的鍵合線W，隨著近年來電子部件的小型化等導(dǎo)致的集成電路元件間的極小化，需要使上述焊球b更小，由此，要求鍵合線W的直徑也要小，因此，優(yōu)選使鍵合線W的直徑L在50 μ m以下(專利文獻(xiàn)I的0009段)。
[0018]此外，在與集成電路元件的電極a的連接中，若焊球b為向下的矛狀(倒圓錐狀)，則將上述焊球b壓向電極a時(shí)，該焊球b的尖端有可能損壞電極a，因此，優(yōu)選焊球b盡可能地為圓球狀。為了提高該焊球b的圓球度，已知有以下方法:使上述被覆層2的厚度〖2在芯線(芯材I)直徑的0.001以下(專利文獻(xiàn)I的權(quán)利要求1)、或者同樣地使被覆層2的厚度t2為0.001~0.2 μ m (專利文獻(xiàn)3的權(quán)利要求1)、或者同樣地使被覆層2的厚度t2為0.021~0.12 μ m(專利文獻(xiàn)4的權(quán)利要求1)、或者用比芯材I的銅的熔點(diǎn)高的耐氧化金屬形成被覆層2 (專利文獻(xiàn)2的0014段)。此外，還有人提出，通過在被覆層2的Pd或者Pt的周圍再設(shè)置Au表皮 層，提高圓球度(專利文獻(xiàn)5的0011段)。
[0019]此外，使用以有機(jī)基板為基底的BGA (球柵陣列，Ball Grid Array)等時(shí)，若提高加熱溫度(加熱臺溫度)，則有機(jī)基板會翹曲，鍵合性顯著惡化。因此，即使降低上述鍵合線W與電極a或者導(dǎo)體配線c鍵合時(shí)的加熱溫度(加熱臺溫度)，例如即使降低到150°C左右，也要進(jìn)行用于保證充分鍵合強(qiáng)度的各種處理，例如在熱處理后進(jìn)行拉絲的加工等(專利文獻(xiàn)3中的0020、0054段等)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]如上述那樣，用耐氧化金屬被覆銅線而形成的鍵合線W迄今進(jìn)行了各種處理，得到一定的好評。但是，近年來，為了降低成本，要求操作高速化，還需要進(jìn)一步提高鍵合強(qiáng)度。
[0021]此外，隨著電子部件的小型化，為了降低線弧高度(圖6的h)或者在有限的空間內(nèi)進(jìn)行配線，需要鍵合在多級層積的電極a上。在該多級層積的情況下，進(jìn)行第一層的鍵合時(shí)，需要盡可能地降低線弧，進(jìn)行第二層及以后的鍵合時(shí)，就得越過該第一層及以后的鍵合線W進(jìn)行鍵合，因此，要求線弧的高度大于以往(線弧高度h)。增加線弧高度時(shí)，通常進(jìn)行圖4 Cd)的點(diǎn)劃線所示的“趨勢形成”(reforming)，為此，要求鍵合線W能夠柔性地進(jìn)行這種趨勢形成。
[0022]此外，專利文獻(xiàn)4、5公開了使由純銅構(gòu)成的芯材I含有P等、并在其外周的整個面上被覆了 Pd等的鍵合線(專利文獻(xiàn)4、5的權(quán)利要求1 )，但實(shí)際情況是，上述進(jìn)一步提高鍵合強(qiáng)度和電子部件小型化的要求尚未得到充分滿足。
[0023]在這種情況下，本發(fā)明旨在滿足上述要求。
[0024]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于通過球焊法將集成電路元件的電極a與電路配線基板的導(dǎo)體配線c連接的線徑L在50.8 μ m以下的鍵合線(bonding wire) W,其中，芯材I由純度為99.99質(zhì)量％以上的銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該芯材I的外周的整個面上形成有由Pd構(gòu)成的厚度t2為0.010~0.090 μ m的被覆層2，且在調(diào)質(zhì)熱處理中，使由室溫下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度TSk和由250°C下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度TSh之比(HR = TSH/TSEX100)為 50 ~70%。
[0025]使鍵合線W的線徑L在50.8μπι以下的原因在于，雖然在上述專利文獻(xiàn)I中使該直徑L在50 μ m以下，但是，只要在50.8 μ m以下，即使是與50 μ m以下相同的程度，也能使上述焊球b更小(可參見表1中的實(shí)施例4、表2中的實(shí)施例8)。
[0026]此外，對線徑L的下限無特殊規(guī)定，但在小于12 μ m的情況下，鍵合前，操作者難以使線W穿過毛細(xì)管劈刀10a，操作性差。
[0027]使芯材I的銅純度在99.99質(zhì)量％以上(其余為不可避免的雜質(zhì))是為了保證高導(dǎo)電性。
[0028]被覆層2的厚度t2越薄，焊球b的硬度就越低，Si芯片(電極a)受損的可能性越低，但若過薄，則進(jìn)行針腳部鍵合時(shí)，芯材I的銅露出的程度增大，僅能顯現(xiàn)與不具有被覆層2的銅鍵合線同等程度的針腳部鍵合性。例如，由后述實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知，可能發(fā)生2次以上機(jī)器停機(jī)。因此，根據(jù)這些實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將被覆層2的厚度t2設(shè)在0.010 μ m以上。
[0029]另外，在加熱臺溫度為150°C左右的低溫下進(jìn)行球焊時(shí)，根據(jù)連續(xù)鍵合性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將被覆層2的厚度t2設(shè)在0.040 μ m以上。其理由是，若降低加熱臺溫度，則進(jìn)行針腳部鍵合所需的負(fù)載變大，當(dāng)被覆層2的厚度t2在0.010 μ m以上、小于0.040 μ m的范圍時(shí)，芯材I的銅露出的程度增大，連續(xù)鍵合性有可能受損。
[0030]另一方面，若被覆層2厚，則焊球b的硬度高，由Si芯片(電極a)的損傷引起不良的可能性增加。因此，根據(jù)后述的實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將被覆層2的厚度t2設(shè)在
0.090 μ m 以下。
[0031]將被覆金屬選為Pd是因?yàn)檫@些貴金屬通常被作為電子材料的被覆材料，比較容易獲得。此外，Pd的熔點(diǎn)為1554°C，比銅的熔點(diǎn)(1083°C)高，因此，在為了制作焊球b而用放電棒g放電時(shí)，Pd不會先熔化，而是銅融化，通過表面張力而順著鍵合線向正上方上升，從而能得到良好的圓球狀的焊球b。關(guān)于Pd的純度，純度越高，越能降低焊球b的硬度，因此，優(yōu)選與芯材I的純銅一樣，純度在99.99質(zhì)量％以上(其余部分為不可避免的雜質(zhì))。
[0032]此外，在形成上述FAB時(shí)，如果被覆層2的表面發(fā)生氧化，F(xiàn)AB就不能形成圓球狀，因此，在用放電棒g放電時(shí)，通常將氮?dú)饣蛘叩獨(dú)庵谢旌嫌形⒘繗涠纬傻臍怏w吹到鍵合線W的前端附近。只要這些氣體完全覆蓋鍵合線W的前端、氧被完全排除在外，就不會存在問題，但是，由于需要在高速下操作，放電棒g的放電有時(shí)會在向下一鍵合位置的移動過程中進(jìn)行，以及因鍵合裝置的結(jié)構(gòu)原因，氣體的吹入方法存在制約，難以將氧完全排除在外，等等，因此，有時(shí)需要除去混入的氧的影響。
[0033]作為除去該混入的氧的一種手段，在鍵合線W的芯材I中添加10~50質(zhì)量ppm的P。即，如果對芯材I添加P，則如圖4 (h)所示，在用放電棒g放電而使鍵合線W的前端熔化時(shí)，如下述化學(xué)式所示，P和氧(O2)反應(yīng)，生成P2O5而飛散，其結(jié)果，能除去氧，在被覆層2、芯材I未氧化的情況下，F(xiàn)AB穩(wěn)定地形成圓球狀。
[0034]4Cu3P + 502 — 12Cu + 2Ρ205 ?
[0035]此時(shí)，若該P(yáng)的添加量小于10質(zhì)量ppm，則上述那樣的除去氧的效果不充分，而若P的添加量超過50質(zhì)量ppm，則會生成大量的P2O5并飛散到空氣中，因此會在FAB表面產(chǎn)生大量微細(xì)空孔，這種空孔可能成為第I鍵合部的可靠性變差的原因。此外，添加大量的P會使FAB的硬度提高，可能出現(xiàn)由Si芯片(電極a)的損傷引起的不良。
[0036]另外，即使P的添加量小于10質(zhì)量ppm，在將上述氮?dú)獾却档芥I合線W的前端附近時(shí)，如果能通過使該氣體的調(diào)節(jié)最適化、抑制氧的混入，就能防止被覆層2、芯材I的氧化，得到圓球狀的FAB。
[0037]在這種構(gòu)成的鍵合線W的制造方法中，可以采用各種形式，例如可以采用以下形式:在由純度為99.99質(zhì)量％以上的銅構(gòu)成的芯材I的外周的整個面上形成由Pd構(gòu)成的被覆層2，在對該被覆線進(jìn)行擴(kuò)散熱處理、提高芯材與被覆層的密著性之后，拉絲至線徑在50.8 μ m以下，進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使被覆層2的厚度t2為0.010?0.090 μ m。
[0038]上述被覆層2可通過電鍍、無電鍍、蒸鍍法等公知的手段而形成，通常，鍵合線W通過使大線徑的銅棒依次通過被稱作絲模(dies)的模具而最終形成規(guī)定的線徑，因此，以該工序途中的適宜的線徑，通過上述手段而形成被覆層2。此時(shí)，進(jìn)行被覆時(shí)的芯材I的線徑取決于操作性和成本，但由于制造裝置的限制，通常為0.2?0.8_。對外周的整個面上被覆有Pd的被覆線在200?500°C下實(shí)施擴(kuò)散熱處理、提高上述芯材I與被覆層2的密著性后，拉絲至線徑50.8 μ m以下，由此可以使被覆層2的厚度t2為0.010?0.090 μ m。之后，對線W實(shí)施調(diào)質(zhì)熱處理。
[0039]該調(diào)質(zhì)熱處理通過對拉絲至規(guī)定線徑并卷繞到卷盤(reel)上的鍵合線W進(jìn)行倒卷，使其在管狀熱處理爐中行進(jìn)，再用卷取用卷盤卷取，由此進(jìn)行連續(xù)熱處理。向管狀的熱處理爐中注入氮?dú)饣蛘叩谢旌狭宋⒘康臍涠纬傻臍怏w。
[0040]在該調(diào)質(zhì)熱處理中，根據(jù)后述的實(shí)施例與比較例的對比進(jìn)行調(diào)整，使鍵合線W在室溫(20?25°C)下的拉伸試驗(yàn)中的拉伸強(qiáng)度TSk和在250°C下的拉伸試驗(yàn)中的拉伸強(qiáng)度TSh 的比 HR (TSH/TSE X 100 )為 50 ?70 %。
[0041]通常，HR受調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)間及處理溫度影響，要使其小于50%，需要提高室溫下的拉伸強(qiáng)度TSK，因此，在低溫下或以短時(shí)間進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。這種情況下，由于為低溫、短時(shí)間，鍵合線W的銅結(jié)晶組織為殘留有加工形變的微細(xì)組織。另一方面，在上述圖4 (h)的通過放電棒g放電而在鍵合線W上形成焊球b時(shí)，從該焊球b向著毛細(xì)管劈刀10a，在某一長度的鍵合線W中會出現(xiàn)由熔化后重結(jié)晶的結(jié)晶組織粗大化而形成的熱影響部(可參見圖6的e)。因此，在與該焊球b相距一定的距離處會形成結(jié)晶組織的邊界。若該結(jié)晶組織的邊界位于線弧的中途，則會成為該部分出現(xiàn)龜裂、有時(shí)出現(xiàn)破裂等不良狀況的原因，導(dǎo)致無法以高的線弧形狀(線弧高度)將鍵合線鍵合。
[0042]此外，要使HR超過70%，需要降低室溫下的拉伸強(qiáng)度TSK，因此，在高溫下或以長時(shí)間進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。這種情況下，由于為高溫、長時(shí)間，鍵合線W的銅結(jié)晶組織會粗大化而變得脆弱，成為鍵合時(shí)在形成趨勢(彎曲)的部分從晶界發(fā)生龜裂或破裂之類不良狀況的原因。
[0043]由以上可知，如果使本發(fā)明的鍵合線W的HR在50?70%，則根據(jù)后述實(shí)施例與比較例的對比，由于未出現(xiàn)微細(xì)組織與粗大化的重結(jié)晶組織的邊界，因此，不會在線弧的中途發(fā)生龜裂，而且，由于鍵合線W的結(jié)晶組織未粗大化，因此，可以認(rèn)為，形成趨勢時(shí)也不會從晶界發(fā)生龜裂。因此，可在不發(fā)生龜裂的情況下在鍵合線W上軟性形成趨勢。
[0044]HR為50?70%可通過實(shí)驗(yàn)等適當(dāng)設(shè)定調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)間和處理溫度而得到。例如，爐長為50cm時(shí)，將該爐溫度設(shè)為400°C以上、800°C以下，在鍵合線行進(jìn)速度為30?90m/分的條件下進(jìn)行熱處理。此時(shí)，調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)間為0.33?I秒。
[0045]將制成的鍵合線W進(jìn)行細(xì)分，卷繞在規(guī)定的線軸上，再將該線軸安裝到鍵合裝置上，抽出(拉出)鍵合線W，就可用于進(jìn)行鍵合，但由于被覆層2的表面狀態(tài)，存在鍵合線W之間密著(緊密附著)、無法拉出的可能性。專利文獻(xiàn)4中記載，通過在被覆層2的表面設(shè)置氧化層來提高鍵合線的抽出性(可拉出性)，但是，要控制Pd表面的氧化層，實(shí)際上很難。
[0046]為了防止該鍵合線W的密著，優(yōu)選在被覆層2的表面設(shè)置碳濃縮層。將該碳濃縮層的碳濃度設(shè)為I?80質(zhì)量％。該碳濃度小于I質(zhì)量％時(shí)，不能發(fā)揮防止密著的效果，而超過80質(zhì)量％時(shí)，針腳部鍵合性下降，可能會損壞連續(xù)鍵合性。
[0047]要形成碳濃縮層，有將鍵合線浸潰到金屬密著防止劑中、在鍵合線上吹涂金屬密著防止劑等各種方法，但是，以下方法較為經(jīng)濟(jì):調(diào)整拉絲潤滑劑的濃度，以使拉絲后的鍵合線W表面殘留一部分潤滑劑的方式進(jìn)行清洗，以除去多余的拉絲潤滑劑和異物等，之后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，由此設(shè)置由上述殘留的部分潤滑劑構(gòu)成的碳濃縮層。此時(shí)，若調(diào)質(zhì)熱處理在空氣中進(jìn)行，則殘留在鍵合線W上的拉絲潤滑劑會與氧反應(yīng)而飛散，因此，調(diào)質(zhì)熱處理在氮?dú)庵谢蛘邭?氮混合氣體中等阻斷了氧的狀態(tài)下進(jìn)行。
[0048]根據(jù)后述實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將碳濃縮層的厚度設(shè)為0.0001?
0.0005 μ m。該碳濃縮層的厚度小于0.0001 μ m時(shí)，達(dá)不到提高上述可抽出性的效果，而超過0.0005 μ m時(shí)，針腳部鍵合性下降，可能會損害連續(xù)鍵合性。
[0049]由于本發(fā)明具有以上構(gòu)成，因此，能得到具有穩(wěn)定鍵合強(qiáng)度、純銅上被覆有Pd的鍵合線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1是本發(fā)明的鍵合線的截面圖。
[0051]圖2a是實(shí)施方式I中的HR為50?70%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0052]圖2b是實(shí)施方式I中的HR小于50%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0053]圖2c是實(shí)施方式I中的HR超過70%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0054]圖3a是實(shí)施方式2中的HR為50?70%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0055]圖3b是實(shí)施方式2中的HR小于50%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0056]圖3c是實(shí)施方式2中的HR超過70%的鍵合線的表面結(jié)晶組織的顯微照片。
[0057]圖4是球鍵合連接法的說明圖，Ca)?(h)為其中間過程圖。
[0058]圖5是其他鍵合線的截面圖。
[0059]圖6是電極a與導(dǎo)體配線c的鍵合連接狀態(tài)的擴(kuò)大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]實(shí)施方式I
[0061]準(zhǔn)備純度在99.99質(zhì)量％以上、直徑為0.2?0.8mm的銅線，用電鍍法在該銅線上鍍覆Pd，對該被覆線實(shí)施擴(kuò)散熱處理以提高銅線(芯材)1與被覆層2的密著性后，在水溶性拉絲潤滑劑的存在下拉絲至線徑為12?50.8 μ m，進(jìn)一步在氮?dú)庵羞M(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使拉伸強(qiáng)度比HR為45?78%，得到被覆層2的厚度丨2為0.002?0.12 μ m的鍵合線W。此時(shí)，調(diào)整拉絲時(shí)的潤滑劑濃度，并在拉絲后進(jìn)行的清洗中以使鍵合線W的表面殘留一部分潤滑劑的方式除去多余的潤滑劑和異物等，之后，在爐長為50cm的隔氧狀態(tài)下，在爐溫為400°C以上、800°C以下、線行進(jìn)速度為30~90m/分的條件下熱處理，由此進(jìn)行上述調(diào)質(zhì)熱處理，設(shè)置厚度t3在0.0009 μ m以下的碳濃縮層3。
[0062]用該方法制作了表1所示的實(shí)施例1~16和比較例I~9的各鍵合線W，并通過下述方法對這些鍵合線W的連續(xù)鍵合性、第I鍵合部的Si芯片(電極a)損傷程度、鍵合線的抽出性和線弧形狀(有無龜裂)進(jìn)行了評價(jià)。評價(jià)結(jié)果示于表1。
[0063]“被覆層(皮膜層)2的厚度t2”
[0064]使用熒光X射線膜厚計(jì)，照射X射線，將產(chǎn)生的熒光X射線的強(qiáng)度換算成皮膜厚度，以此作為皮膜厚度。
[0065]“碳濃縮層3的厚度t3”
[0066]用Ar離子在深度方向上進(jìn)行單位時(shí)間的濺射，每次用俄歇電子分光分析法(AES)測定碳濃度，將達(dá)到最外層的碳濃度的1/2濃度之前所得到的厚度作為碳濃縮層3的厚度。厚度的換算采用通常的SiO2換算。[0067]“室溫下的拉伸強(qiáng)度TSK、250°C下的拉伸強(qiáng)度TSH”
[0068]在室溫(23°C)下，對IOOmm的鍵合線以IOmm/分的拉伸速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，將斷裂時(shí)的負(fù)載除以拉伸試驗(yàn)前的鍵合線W的截面積而得到的值作為拉伸強(qiáng)度。
[0069]此外，在250°C下也進(jìn)行相同的試驗(yàn)，但將樣品放置在250°C的環(huán)境中后，在下降的溫度回復(fù)到250°C后的20秒后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。
[0070]“HR”
[0071]從上述TSe和TSh,求出HR = TSH/TSEX 100。例如，表1中，實(shí)施例1的線徑2為2(^111的鍵合線1的了51；為 234]\0^，了511為 143MPa，HR 為 143/234X100 = 61%。
[0072]“線弧高度h”
[0073]在第I鍵合部和第2鍵合部的高度相同的平焊(flat bond)中，以第I鍵合部和第2鍵合部的接地點(diǎn)為基準(zhǔn)，示出到最高地點(diǎn)的鍵合線之間的高度h (可參見圖6)。線弧高度h為鍵合線直徑L的3倍~5倍時(shí)稱為低線弧，10倍以上時(shí)稱為高線弧，在表1中分別用“低”、“高”表示。
[0074]“連續(xù)鍵合性”
[0075]用鍵合機(jī)進(jìn)行10，000次連續(xù)鍵合，若不發(fā)生機(jī)器停機(jī)，則評價(jià)為“A”，若發(fā)生I次停機(jī)，則評價(jià)為“B”，若發(fā)生2次以上停機(jī)，則評價(jià)為“D”。此時(shí)，如果加熱臺溫度降低，則該連續(xù)鍵合變得困難，因此，在200°C (±5°C)、150°C (±5°C)的2個水平下進(jìn)行連續(xù)鍵合。
[0076]“第I鍵合部的Si芯片損傷”
[0077]鍵合后，為了評價(jià)第I鍵合部正下方的Si芯片損傷，用王水溶解第I鍵合部和電極膜，用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察Si芯片的裂紋。此時(shí)，觀察100個鍵合部，將可以看見I個或者根本看不見5μπι以下的微小紋孔(pit)的情況評價(jià)為“A”，將能確認(rèn)5 μ m以上的紋孔的情況評價(jià)為“D”。
[0078]“線的抽出性”(鍵合線的可拉出性)
[0079]向用于安裝在鍵合裝置上的線軸上卷繞制成品500m，使該線軸向以與卷繞方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，使鍵合線W自然落下，由此評價(jià)鍵合線的抽出性。將使鍵合線自然落下時(shí)的從線軸到接地點(diǎn)之間的距離設(shè)為lm，在500m長度的鍵合線的自然落下中，將鍵合線的勾掛在2次以下的評價(jià)為“A”，3次以上的則判斷為在使用上存在問題，評價(jià)為“D”。
[0080]“線弧形狀(有無龜裂)”
[0081 ]用掃描電子顯微鏡(SEM)檢查鍵合后的線弧，通過鍵合線表面有無龜裂進(jìn)行判斷。將鍵合線表面平滑地繪出弧線，任何地方均未發(fā)生龜裂的線弧評價(jià)為“A”，將出現(xiàn)鍵合線直徑的3%以上的龜裂的線弧判斷為在使用上存在問題，評價(jià)為“D”。
[0082]“綜合評價(jià)”
[0083]將“連續(xù)鍵合性”的評價(jià)在200°C、150°C均為“A”，且“第I鍵合部的Si芯片損傷”、“線的抽出性”和“線弧形狀”的評價(jià)均為“A”的鍵合線W評價(jià)為“A”，將“連續(xù)鍵合性”的評價(jià)在200°C下為“A”，在150°C下為“B”，且其他評價(jià)均為“A”的鍵合線W評價(jià)為“B”。此外，對于其他評價(jià)中只要有一個為“D”的鍵合線W，由于在實(shí)際使用上存在問題，因而評價(jià)為 “D，，。
[0084]表1
[0085]
【權(quán)利要求】
1.鍵合線，其是用于通過球焊法將集成電路元件的電極(a)與電路配線基板的導(dǎo)體配線(c)連接的線徑L在50.8 μ m以下的鍵合線(W)，其中，芯材(I)由純度為99.99質(zhì)量％以上的銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該芯材(I)外周的整個面上形成有由Pd構(gòu)成的厚度t2為0.010?0.090 μ m的被覆層(2)，且在爐溫度為400°C以上、800°C以下，線行進(jìn)速度為30?90m/分的條件下進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使由室溫下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度TSk與由250°C下的拉伸試驗(yàn)測得的拉伸強(qiáng)度TSh之比即HR = TSH/TSEX 100為50?70%，由所述銅構(gòu)成的芯材(I)的重結(jié)晶組織與粗大化的二次重結(jié)晶組織的邊界難以發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍵合線，其特征在于，所述芯材(I)含有10?50質(zhì)量ppm的P。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍵合線，其特征在于，所述被覆層(2)的外周部上具有碳濃度為I?80質(zhì)量％的碳濃縮層(3)，該碳濃縮層(3)的厚度&為0.0001?0.0005 μ m。
4.鍵合線的制造方法，其是權(quán)利要求3所述的鍵合線(W)的制造方法，在該方法中，在所述芯材(I)上被覆Pd、對該被覆線進(jìn)行擴(kuò)散熱處理、提高芯材(I)與被覆層(2)的密著性后，涂布潤滑劑，拉絲，之后，使該拉絲經(jīng)過清洗工序，在隔氧狀態(tài)下進(jìn)行所述調(diào)質(zhì)熱處理，調(diào)整所述清洗工序的清洗程度，由此在所述被覆層(2)的表面形成由所述潤滑劑構(gòu)成的所述碳濃縮層(3)。
【文檔編號】H01L21/60GK103597590SQ201180068538
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】長谷川剛 申請人:大自達(dá)電線株式會社