高纯度铜焊接引线制造技术

提供一种高纯度铜合金球焊接引线，其重结晶温度高，易于室温下的拉丝加工，并且初始焊球的硬度小，不产生IC芯片破裂。通过向纯度为99.9985质量％以上的高纯度铜中添加微量的磷(P)，使其重结晶温度比纯度为99.9999质量％以上的高纯度铜高的重结晶温度还高，并且球焊接的初始焊球的硬度降低。通过向纯度为99.9985质量％以上的高纯度铜中添加0.5至15质量ppm的磷(P)，并且使所含有的其他杂质的总含量低于磷(P)的上述含量，来实现上述特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高纯度铜焊接引线
本专利技术涉及通过采用引线焊接机的球焊接法连接IC芯片电极和导线等的基板的铜合金引线，尤其涉及初始焊球(FAB)的室温硬度柔软的焊接引线。
技术介绍
以往，作为连接IC芯片的电极和基板上的导线等的方法，已知代替金引线而使用高纯度的铜合金引线通过球焊接法进行布线的方法。在通过球焊接法进行布线的方法中通常是采取以下方法：从卷线机伸出的高纯度的铜合金引线被导入作为焊接工具的焊管中，接着，通过与电极焊枪之间的微放电，使导入到该工具的出口侧的铜合金引线顶端在惰性气氛或还原性气氛下熔融形成初始焊球(FAB)，然后，将该熔融焊球边进行超声波振动边将其热压焊接到加热后的IC芯片的电极上。此后，让焊管沿XYZ(前后、左右、上下)移动，将安装于IC芯片的电极上的铜合金引线按照规定的形状形成回路，楔焊接于外部布线引线框架上后，切断高纯度铜合金引线从而进行引线焊接。但是，由于高纯度铜合金引线容易被大气中所存在的氧氧化，所以在形成上述初始焊球(FAB)时，在大气中其表面被氧化膜所覆盖，并且通过扩散到焊球内部的氧使存在于熔融铜金属中的杂质也被氧化。为此，在存在有氧的气氛中，高纯度铜合金引线的熔融焊球会变硬，在往上述IC芯片的电极上热压焊接时，会产生焊接性变差且IC芯片破裂的问题。目前为止，IC芯片的破裂被认为是起因于高纯度铜合金的氧化膜，为防止这种氧化膜的形成，设成仅使用惰性气体的完全密闭气氛，或使用向惰性气体气氛中混入具有还原效果的氢气来形成上述初始焊球(FAB)，从而防止铜合金引线的初始焊球(FAB)的氧化(专利文献1、2、3)。另一方面，也有一些学术性研究，试图通过将铜金属引线的纯度从99.99％提高到99.999％甚至99.9999％来尽可能地减少形成杂质或氧化物的元素。这是因为，铜金属引线的纯度越高，形成熔融焊球时的球形状越接近圆球，越接近圆球，由热压焊接形成的焊接面上的变形越接近圆形。但是，随着铜金属引线的纯度变高，重结晶温度将会变低，铜金属引线自身将会变软。因此，即使预先进行加工硬化处理，也会发生时效软化，从而使软化了的高纯度的铜金属引线的使用变得极为困难。特别是焊接引线用的铜金属引线，因为是通过拉丝加工大量生产的，所以若提高铜金属引线的纯度，会在拉丝加工过程中因铜金属引线与拉丝模具间的摩擦热使高纯度的铜金属引线自身软化，导致引线切断。另外，虽然只要花些功夫也能试作出这种高纯度的铜金属引线，但即使使用这种高纯度的铜金属引线在上述IC芯片的电极上并用超声波与热进行焊接，从焊接在IC芯片电极上的铜金属引线形成规定的回路时，约99.999质量％以上的高纯度铜金属引线的性能会下降。作为这些问题的对策，有几个关于向高纯度的铜金属中添加各种微量元素的铜合金引线的报道(专利文献1、2、3)。不过，当球焊接气氛中存在氧时，即使高纯度的铜合金引线，也会出现初始焊球(FAB)形成不了圆球状，或初始焊球(FAB)变得过硬从而导致半导体的IC芯片破裂的问题。由于这个缘故，无法进行焊接强度高、令人满意的利用初始焊球(FAB)的热压焊接，或者不能描画令人满意的回路，到目前为止，利用高纯度的铜合金引线未能达到经得起实用的水平。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本特开2003-133364号公报[专利文献2]日本特开2008-085320号公报[专利文献3]日本特公平05-20493号公报
技术实现思路
因此，要求得到一种这样的焊接引线，即，虽然是由高纯度的铜合金构成的球焊用铜合金引线，但能够容易地进行室温下的拉丝模具加工，而且不会产生起因于初始焊球(FAB)的IC芯片的破裂。本专利技术是鉴于以上情况而提出的，目的在于提供一种焊接引线，其重结晶温度高，虽然是由可以进行拉丝加工的高纯度的铜合金构成的铜合金引线，但铜合金引线的初始焊球(FAB)或熔融焊球的室温硬度低于由不添加微量的高纯度金属构成的铜金属引线的情况。具体而言，就是通过添加微量的磷(P)来得到提高了重结晶温度的高纯度合金引线。一加入磷(P)，高纯度的铜金属的重结晶温度便会急剧上升。因此，即便加入微量的磷(P)，铜合金引线在室温下通过模具拉丝进行的拉丝加工也会变得可能。而且，如果将铜(Cu)金属的纯度和磷(P)的添加量控制为适度，会出现添加磷(P)之后的铜合金引线的初始焊球(FAB)的室温硬度低于不添加磷磷(P)的铜金属引线的情况的范围。本专利技术的目的就在于提供这样一种高纯度的铜合金引线。初始焊球(FAB)或熔融焊球的室温硬度是导致IC芯片破裂的原因，本专利技术人基于这一点，对降低初始焊球(FAB)或熔融焊球的室温硬度的添加元素进行了探索。结果发现，规定量的磷(P)可降低高纯度铜金属的初始焊球(FAB)或熔融焊球的室温硬度。对于高纯度铜金属所产生的磷(P)的添加效果，虽然铜(Cu)的纯度越高越明显，但也受铜(Cu)金属中所含杂质元素的影响。本专利技术人发现，向约99.9999质量％的高纯度铜金属引线中添加微量磷(P)后的铜合金引线，尽管重结晶温度上升，但与不添加磷(P)的高纯度的铜金属引线相比，初始焊球(FAB)或熔融焊球的室温硬度是下降的。以前也已知，当向99.999质量％以上的高纯度铜金属中添加某些元素时，铜合金引线的重结晶温度会上升，铜合金引线本身的室温硬度会增加。即，高纯度铜合金引线的室温硬度增加这一认识，被认为是随着微量添加元素的添加量而增加的。事实上，对于磷(P)的情况，随着向99.9999质量％以上的高纯度铜金属引线中将添加量从0质量ppm增加20质量ppm、50质量ppm、100质量ppm、200质量ppm及400质量ppm，高纯度铜金属引线的结晶粒度不断细微化，从表面上看，似乎随着重结晶温度的上升，材料强度本身也在上升，室温硬度也在增加。因此，在学术上，添加10质量ppm左右的磷(P)的铜合金引线的室温硬度与不添加磷(P)的高纯度铜金属引线之间没有较大差别，此种程度的差异通常是被作为实验误差范围内的差异来处理的。关于这方面的情况，根据上述专利文献1：在磷(P)含量为40至400质量ppm的范围，能防止熔融焊球形成时的氧化物的形成，并降低焊球的硬度从而防止IC芯片的破裂。专利文献2所记载的是包含Mg和P中的至少一种合计量为10至700质量ppm、氧6至20质量ppm范围的焊接引线，Mg及磷(P)的添加，在上述范围之内，虽然可以作为可避免芯片的破裂，但却是提高硬度的元素。另外，专利文献3所记载了一种含有0.001至2重量％的选自Ti、Hf、V、Nb、Ta、Ni、Pd、Pt、Au、Cd、B、Al、In、Si、Ge、P、Sb、Bi、Se及Te中的一种或两种以上的元素，其余的实质上为铜的焊接引线。可以认为这些成分元素使硬度提高。但是，根据本专利技术人的研究，在20质量ppm以下的范围，将磷(P)的含量细分化并添加到高纯度铜(Cu)中，结果发现，尽管高纯度的铜合金引线的重结晶温度上升，铜合金引线的初始焊球(FAB)或熔融焊球形成后的室温硬度，与不含磷(P)的高纯度铜合金引线的室温硬度相比有下降的范围。因此，将超过此范围及20质量ppm的磷(P)添加到高纯度铜(Cu)进行了精确的研究，结果发现，虽然铜合金引线的重结晶温度随着磷(P)的增加而上升，但铜合金引线的初始焊球(FAB)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高纯度球焊接用无包覆铜合金引线，其特征在于：所述铜合金引线包括：0.5至15质量ppm的磷，及不足15质量ppm的杂质，其余部分为铜，且，所述杂质包含金属元素和Si，所述杂质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下勉，桑原岳，冈崎纯一，
申请(专利权)人：田中电子工业株式会社，
类型：
国别省市：