一种led封装用超细键合铜合金丝及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED封装用的键合丝材料，尤其涉及一种LED封装用键合铜合金丝及 其制造方法。
【背景技术】
[0002] 键合丝（bonding wire)是不仅在1C工业中作为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。也广泛地应用于LED的封装制程 中，近来LED的封装也出现了小型化趋势，当前对键合铜丝提出的要求达到了 0.6mil (约15 微米）。当铜线的直径达到〇. 6mil时，对线材的拉丝工序提出了更高的要求，另外线径越 细，铜线表面容易氧化问题和封装后产品的可靠性问题都面临更大的挑战。
[0003] 另外LED产业对于成本比1C更敏感，普遍希望在N2气氛下进行球焊作业，从而降 低由于使用氮氢混合气（95%N 2+5%H2)而造成的生产成本上升和消除安全生产的隐患。另 一个方面对于铜线，在球焊过程中容易出现偏心球，球焊点焊接不牢，焊点导电性能下降， 可靠性低等问题，因此在现实的使用过程中必须采用氮氢混合气作保护，从而增加了焊接 过程的成本和安全生产的难度。为克服上述问题，目前出现了表面镀钯的铜线，以改善抗氧 化问题，并提高成球性能和第二焊点的工艺窗口。然而，采用镀钯工艺，增加了产品成本，并 导致铜线的硬度进一步增加；因此如何在球焊接时得到优良的焊点才是解决上述问题的关 键所在。
[0004] 如图1A、图1B所示，球焊接过程大致可以分为两个过程：1?在冲击力（impact force)下，变形球（Free air ball，FAB)变形并部分挤出焊盘上的错层；2.在超声和键合 力（bonding force)的作用下，线材与焊盘进行剧烈摩擦，去除变形球表面和焊盘铝层上杂 物和氧化层1，露出新鲜的金属层（铜和铝），从而完成焊接结合。在实务中通常会考察变 形球的真圆度，高的真圆度是牢固焊点结合的必要条件。在图1A中，变形球变形前，电弧放 电熔化的变形球2的表面含有一层氧化膜3 ;在图1B中，在超声波的帮助下，与焊盘接触的 变形球底端的氧化膜被挤出从而产生焊接作用。
[0005] 如同在1C行业中细间距的应用要求一样，球焊点变形球的真圆度（roundness of deformed ball)越高表明球焊时的变形越均勾，则相应的焊球与LED焊面Pad所形成焊接 面（welding area)覆盖率高，结合更紧密，产品可靠性高。
【发明内容】
[0006] 本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或 者可通过实践本发明而学习。
[0007] 为克服现有技术的问题，本发明提供一种LED封装用键合铜合金丝及其制造方 法，通过控制键合铜合金丝中总氧含量，有效提升键合铜合金丝的拉丝能力，且在纯氮的气 氛下进行球焊接时，能得到优良的焊点。
[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种LED封装用超细键合铜合金丝，其特征在于，总 氧含量为150~370ppm，磷含量为0~60ppm，余量为高纯铜；其中当该磷含量为Oppm时， 该总氧含量为200~370ppm ;当该磷含量大于Oppm时，该总氧含量为150~250ppm。
[0010] 根据本发明的一个实施例，当该磷含量大于Oppm时，优选为5~60ppm。
[0011] 根据本发明的一个实施例，该总氧含量中的表面氧含量不高于150ppm。
[0012] 根据本发明的一个实施例，该高纯铜的纯度为4N以上。
[0013] 根据本发明的另一个方面，提供一种LED封装用超细键合铜合金丝的制造方法， 其特征在于，包括：
[0014] S1、将含氧量高的高纯铜与含氧量低的高纯铜按预定的比例进行熔炼，得到总氧 含量为150~370ppm的铜材；
[0015] S2、当该铜材的总氧含量为150~250ppm时，加入磷，且磷含量为60ppm以下，制 成直径为2~8mm的线材；或当该铜材的总氧含量为200~370ppm时，直接将该铜材制成 直径为2~8mm的线材；
[0016] S3、将步骤S2中获取的该线材行多道次拉拔，得到直径为15~50um的键合丝；在 拉拔过程中对线材进行至少一次退火处理，并且在拉拔完成后对键合丝进行最后一次退火 处理。
[0017] 根据本发明的一个实施例，在该步骤S2中，该磷含量为5~60ppm。
[0018] 根据本发明的一个实施例，该总氧含量中的表面氧含量不高于150ppm。
[0019] 根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，在拉拔过程中，在0.05~1mm处对线 材退火处理。
[0020] 根据本发明的一个实施例，该退火处理采取电退火，且电退火的时间为0.4~2 秒。
[0021] 根据本发明的一个实施例，在步骤S1中，该含氧量高的高纯铜与含氧量低的高纯 铜的纯度为4N以上。
[0022] 本发明一种LED封装用键合铜合金丝及其制造方法，通过控制总氧体含量，有效 提升键合铜合金丝的拉丝能力，获得量产水平的细键合铜合金丝。且该线材球焊时得到的 变形球的真圆度高，产品可靠性高；还可以在纯氮的气氛下进行球焊，得到优良的焊点。
[0023] 通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内 容。
【附图说明】
[0024] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会 更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义 上的限制，在附图中：
[0025] 图1A为现有技术中的球焊接时的变形球未变形前的结构示意图。
[0026] 图1B为现有技术中的球焊接时的变形球未变形后的结构示意图。
[0027] 图2为本发明实施例的键合铜合金丝的总氧含量的测定结果示意图。
[0028] 图3为本发明实施例的键合铜合金丝制造方法的流程示意图。
[0029] 图4为本发明实施例的键合铜合金丝的微孔结构示意图。
[0030] 图5为本发明实施例的键合铜合金丝的SEM晶格大小示意图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提供一种LED封装用键合铜合金丝，其特征在于，总氧含量为150~ 370ppm，磷含量为0~60ppm，余量为高纯铜；其中当该磷含量为Oppm时，该总氧含量为 200~370ppm;当该磷含量大于Oppm时，该总氧含量为150~250ppm。可见当总氧含量为 200~250ppm时，可以自由选择是否添加磷。
[0032] 如图2所示，在本发明中，键合铜合金丝中氧的含量利用IGA方法，采用LEC0 SOOseries仪器测定。按照该方法，在样品室温度上升到700°C时，测得的氧是表面氧，而当 温度上升到2KKTC时所测得的氧气为主体氧，两者之和为总氧含量。
[0033] 在本实施例中，余量为高纯铜，纯度为4N以上；且该总氧含量中的表面氧含量不 高于 150ppm〇
[0034] 在具体实施时，当键合铜合金丝中的磷含量为Oppm，即不含有磷时，总氧含量为 200~370ppm。这种超细键合铜合金丝在队或者氮氢混合气下进行球焊接