[发明专利]一种低阻抗的复合钯钌铜线及其制造方法

说明书

一种低阻抗、高可靠性的复合钯钌铜线，其特征在于包括芯线、包覆在芯线外面的钯层以及包覆在钯层外面的钯钌复合膜；所述芯线为纯铜线；所述钯钌复合膜主要由纳米钯钌合金和高分子稳定剂组成，其中高分子稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺和聚丙烯酸中的一种；所述钯层的厚度为0‑15纳米，所述钯钌复合膜的厚度为11‑18纳米。本发明还提供上述复合钯钌铜线的一种制造方法。本发明的复合钯钌铜线可用于半导体封装，具有低阻抗、高可靠性的优点。

技术领域

本发明涉及键合丝，具体涉及一种低阻抗的复合钯钌铜线及其制造方法。

背景技术

键合丝（bonding wire）是连接芯片与外部封装基板（substrate）和/或多层线路板（PCB）的主要连接方式。键合丝发展趋势，从应用方向上主要是线径细微化、高车间寿命（floor life）以及高线轴长度的产品；从化学成分上，主要有铜线（包括裸铜线、镀钯铜线、闪金镀钯铜线）在半导体领域大幅度取代金线，而银线和银合金线在LED以及部分IC封装应用上取代金线。

相对于金线来说，铜线主要的优势是：1.产品成本低；2.线材机械强度高，在形成线弧loop后的灌胶的过程中抗冲击能力强，减少了线材的晃动（wire sweep），更适合于细间距封装；3.导电性高（电阻率：铜1.69*10^-6Ωcm ；金 2.2 *10^-6Ωcm）；4.与Al-Au共晶相比较，Al-Cu共晶相的生长速率低许多，所以可靠性大幅度提升。但是，铜线（铜键合丝）有以下问题：1.线材容易氧化；2.线材硬度高，在打线时容易对IC造成损伤；3.容易腐蚀；4. 在塑封后的热循环过程中，球颈部容易产生疲劳失效。

为了克服铜线的上述问题，目前业界主要采用的方法是使用镀钯铜线，有些还在镀钯铜线的表面再闪镀一层薄金。目前镀钯闪金铜线产品中钯层的厚度大多在40-110纳米附近，金层的厚度则在2-5纳米之间，钯的重量比率在1.7-2.3%之间。

镀钯闪金铜线技术解决了铜线氧化的问题，第二点的键合性能得到了很大的提升，但同时由于钯的大量引入，使得铜线更加硬了，球焊中需要更高的超声能量才能获得好的键合强度，增加了打坏芯片的几率，并且大量的研究表明在第一点球焊时，镀钯铜线上的钯并不会自动分布在变形球（deformed Free air ball）底部以增加焊点的可靠性，因此，如何让钯富集在该位置和FAB (Free air ball)的外表面，以增加焊点的可靠性，是行业研究热点之一。

目前在键合丝的应用上的另外一个主要趋势是，线材在汽车电子上的应用增速在加快，相应地对线材的可靠性的要求也在提升，传统的镀钯铜线也面临应用上的严重调整，例如新日铁最新的研究表明其常规的EX1镀钯铜线在汽车领域出现可靠性问题，需要结合特殊的合金技术来解决。

键合丝在连接芯片和基板后所起到的主要作用是电连接和热传导。在电连接方面分别为功率线（power line）和信号线（signal line），这两种作用都希望线材有低的电阻率。对于信号线来讲，尤其需要注意在传输高频信号时的阻抗，因为在传输高频信号时存在趋肤效应，电信号主要是通过导体的表面来传导，信号频率越高，其经由的表面厚度越薄。例如，当信号的频率为10GHz时，对于铜线其趋肤厚度大约是660纳米；当信号的频率达到100GHz时，对于铜线其趋肤厚度则为134纳米。显然，如果能将目前的镀钯铜线的钯层厚度从40-110纳米降低到10纳米以下，则有利于高频信号的传输，因为钯的电阻率（钯的电阻率为9.93*10^-6Ωcm）远高于铜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合钯钌铜线以及这种复合钯钌铜线的制造方法，这种复合钯钌铜线用于半导体封装，具有低阻抗、高可靠性的优点。采用的技术方案如下：