耐磨抗蚀无镀层铜线及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关于一种耐磨抗蚀无镀层铜线及其制造方法，尤其是指一种适用于半导 体封装、IC封装或发光二极管封装的耐磨抗蚀无镀层铜线及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 半导体封装在打线接合（Wire-Bonding，WB)工艺中，常因铜线的硬度较高且易氧 化的问题造成封装工艺上的缺陷；而针对此缺陷，已有业者针对封装用的接合铜线改良，请 参阅中国台湾发明专利公开第201207129号所揭露的"封装用之接合铜线及其制造方法"， 其中揭露一种封装用的接合铜线，成分包括有银（Ag)、添加物、以及铜（Cu);其中，银含量 为0. l-3wt% ;添加物至少一选自由镍（Ni)、钼（Pt)、钯（Pd)、锡（Sn)、及金（Au)所组成的 群组，且添加物的含量为0. l_3wt% ;再者，铜与银共晶相体积率占全部体积的0. 1-8%，且接 合铜线抗拉强度在250MPa以上，导电率在70%IACS以上；由此，不仅使得阻抗和传统金线 相当或甚至更低（>70%IACS)，可达到更佳导电率，且硬度适中并易于焊接，更能进行球型焊 接，于耐热循环的严苛条件下亦能使用。
[0003] 然而，上述的接合铜线虽能满足成本与焊接的要求，但却有易氧化、低耐磨性和低 抗蚀的缺陷，为解决上述铜导线的缺陷，有业者于导线基材表面形成有一铬镀层，利用铬金 属本身具耐磨和耐蚀的特性，达到良好的耐磨和抗蚀性；举例而言，请参阅中国台湾发明专 利公告第1411373号、第1378533号、第1347655号、第1255528号、第169454号等；而由于 六价铬离子是具高毒性，对人体有致癌作用以及对环境有严重威胁，因此上述铬镀层于实 际实施时，是以三价铬为主，但三价铬离子粒径过大，难以扩散至铜芯线的基地组织中，导 致电镀沉积效率不佳及造成铜芯线表面起泡或内部剥离的缺陷产生。
[0004] 此外，亦有业者进一步通过一表面涂层，其能为集成电路封装，提供更佳的引线接 合性能；请参阅中国台湾发明专利公告第480292号所揭露的"适用于引线接合的钯表面涂 层及形成钯表面涂层的方法"，其表面涂层形成于一基板之上，包含一钯层与一种或多种材 料层；该一种或多种材料层夹在基板与钯层之间；当至少一种材料的硬度少于250 (KHN50) 时，该钯层的硬度少于大约500 (KHN50);其中该钯层的厚度最好大于0. 075微米，以避免 氧化物在其下材料层上形成；上述的基板材料可包含有铜或铜合金，通过镀钯铜线来取代 金线，不但可以节省约七成的材料成本，而且镀钯铜线被使用时的可靠度（如耐高温、高湿 能力）也能符合要求；此外，亦请一并参阅新日铁高新材料股份有限公司与日铁微金属股 份有限公司所申请一系列有关半导体装置用合接线的中国台湾发明专利，公告第1342809 号、第 1364806 号、第 1364806 号、第 201107499 号、第 20114071 号以及第 201230903 号等； 上述案件的接合线结构大多皆是于一芯材（可为铜、金、银等金属所构成）表面设有一表皮 层（可为钯、钌、铑、钼，以及银所构成），导致上述的接合线于实际实施使用时常产生下述 缺陷：(a)因镀钯铜线（芯材）的表面具有一钯层（表皮层），使得硬度偏高，且工艺电流 控制不易，常导致镀钯层厚度不均，造成封装过程整体产出率差、良率偏低；(b)铜或铜合 金镀上IE层于烧球成型（electric frame off,EF0)时，因表面的钮层使得成球（free air ball, FAB)的球心硬度过硬，造成焊球上方颈部的强度不足，于打线（wire bonding, WB) 后，常发生颈部断裂问题，进而导致接合界面剥离的问题发生；（c)铜或铜合金上形成的表 面涂层在高温下（160°C，24小时）的保存试验不佳，易导致表面起泡的现象，造成接合强度 降低，由可靠性的观点来看，存有问题；(d)成球后，钯元素几乎于颈部区域偏析，对抑制界 面金属间化合物（Intermetallic Compound, IMC)成长不彰；以及（e)不具有抗氧化、耐氯 阻抗的功效，线材容易因高温、氯离子的腐蚀等降低其导电性，甚至造成断线情形。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术问题，本发明主要目的为提供一种耐磨抗蚀无镀层铜线及其制造 方法。本发明的制造方法不仅可增加铜芯线的表面硬度与表层纳米硬度，亦能提升线材的 抗氧化性与耐腐蚀性。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供一种耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法，其包括以下 步骤：
[0007] 步骤一：准备一铜芯线；
[0008] 步骤二：将一镀碳层形成于该铜芯线的表面，该镀碳层的厚度不超过30nm ;
[0009] 步骤三：于该镀碳层的表面形成一镀铬层，该镀铬层的厚度为30nm-100nm ;以及
[0010] 步骤四：进行真空热处理，使该镀碳层以及该镀铬层完全扩散至该铜芯线的基地 组织中，该铜芯线的表面无残留镀层，并于该铜芯线的基地组织表面形成一具耐磨抗蚀特 性的碳化铬铜相渗透组织，其中，该碳化铬铜相包括（CrCu) 3C7与（CrCu) 3C2。
[0011] 在上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法中，优选地，所述镀碳层的厚度为 3nm_28nm〇
[0012] 在上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法中，优选地，所述镀碳层与所述镀铬层分 别以溅镀、蒸镀或沉积的方式形成。
[0013] 在上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法中，优选地，所述真空热处理的温度为 400°C _600°C，且处理时间为30-90分钟。
[0014] 在上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法中，优选地，所述真空热处理是以温度 520°C，时间60分钟的方式处理。
[0015] 在上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法中，优选地，所述镀铬层为三价铬镀铬层。
[0016] 本发明的制造方法是于一铜芯线的表面先形成一厚度不超过30nm(优选为 3nm-28nm)的镀碳层，其中镀铬层为三价铬镀铬层；接着，于镀碳层的表面再形成一镀铬 层，而镀铬层的厚度可为30nm-100nm ;最后，进行真空热处理，使镀碳层以及镀铬层完全 扩散至铜芯线的基地组织中，亦即铜芯线的表面无残留镀层，并于铜芯线的基地组织表面 形成一具耐磨抗蚀特性的含碳化铬铜相渗透组织，其中碳化铬铜相包括有（CrCu) 3C7与 (CrCu) 3C2 ;由此，于铜芯线基地组织表面形成的碳化铬铜相表面层，不仅可增加铜芯线的表 面硬度与表层纳米硬度，亦能提升线材的抗氧化性与耐腐蚀性，解决传统于半导体封装及 发光二极管封装工艺中，线材因环境氧化、氯离子腐蚀与打线受瓷嘴磨耗断线等所产生的 可靠度降低问题。
[0017] 在本发明的一个实施例中，其中真空热处理的温度范围优选为400°C -600°C，且 处理时间为30-90分钟；更优选是以温度520°C，时间60分钟的方式处理。
[0018] 本发明还提供一种通过上述的耐磨抗蚀无镀层铜线制造方法制备得到的耐磨抗 蚀无镀层铜线。
[0019] 根据本发明的【具体实施方式】，优选地，上述