专利名称：用铜线形成半导体器件内引线的方法
技术领域：
本发明涉及一种用铜线形成半导体器件内引线的方法。
背景技术：
现有的半导体器件中内引线通常采用金线球焊技术和铝线压焊技术。
由于金具有极好的延展性，它很容易被拉伸为均匀的金线，还有金具有较低的电阻率和较好的热稳定性，表面惰性很高极不容易氧化等等的物理特性，所以它一直都是半导体器件首选的内引线材料。这种工艺对内引线焊线机的技术要求较低，对实现内引线焊接比较容易，对应这种工艺的焊线设备也容易被做成高速型的，目前高速焊线机每小时能焊接2.5万线以上。
但是，金线并不是导电性能最好的导体，热稳定性和导热性能也不是最好的，金线的强度也显不足，在树脂封装时很容易引起引线受损。金线球焊后在接触面上由于高温，金原子迅速扩散进入Au/Al化学物中，产生Au5Al2金相生长层，影响了产品的导电导热性能。
最后，使用金线球焊技术的最主要问题就在于它的高成本。也正是我们采用铜线球焊工艺技术代替传统金线球焊技术的最原始动力。因为铜线的材料成本只为金线的1/8左右。
至于铝线压焊技术，它最大的好处就在于它容易实现超大线径的内引线，还有铝引线的线材成本也很低。但是采用铝引线压焊工艺技术存在的主要问题是1、中小线经的铝线电器特性较差，性能远不及金线和铜线。2、铝线焊线机的生产效率很低，现在最快的铝线焊线机的最高速度也只有金线焊线机的1/4～1/3。
发明内容
本发明提供一种用铜线形成半导体器件内引线的方法，采用的技术方案如下
本发明的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其步骤为第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体器件内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头将铜线依次焊接在半导体器件内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体器件的内引线。
粗铜线焊头的示意图见图1。本文中，焊接孔的上端孔径用H表示，粗铜线的直径用φ表示，焊接孔的下端孔径用CD表示，焊接角用CA表示，粗铜线焊头的外径用T表示，粗铜线焊头底边的圆角半径用OR表示，粗铜线焊头底面和横截面的夹角用FA表示。
所述粗铜线焊头焊接孔的上端孔径H比粗铜线的直径φ大5～15微米，焊接孔的下端孔径CD比粗铜线的直径φ大20～40微米，并且焊接孔的焊接角CA为110～130度，粗铜线焊头的外径T为223～233微米，粗铜线焊头底边的圆角半径OR为45～55微米，粗铜线焊头底面和横截面的夹角FA为4～12度。
由于氢气含量太大会危险，氢气含量太低起不到保护作用，所以所述保护气中氢气和氮气的体积比的范围为1∶6～1∶10。可以用一个密闭的充满保护气的焊接室进行保护，也可以采用保护气管对焊点进行局部保护。
为了不影响烧球质量，所述保护气的气体流量在每分钟1～2升。
为了降低保护气的流速，所述保护气由两根保护气管输送，各保护气管的出气口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。也可以采用更多的气管，进一步降低保护气的流速，气管的位置可以根据实际情况安放，同样以不妨碍焊接和打火为准。
所述半导体器件的芯片表面的铝层高度为3.5～4.5微米。
粗铜线焊头在焊接前进行预热的温度为210～230度，主热的温度为220～240度，主热的焊接功率为30～140毫瓦，焊接压力为30～140克，焊接的时间为20～60毫秒。
本申请人用铜线进行试制，在细铜线(φ＜38微米)的生产工艺上很快取得成功。但是，在粗铜线(φ≥38微米)焊接工艺上却遇到很大的问题，主要表现在以下几个方面1、氧化现象。由于铜线是一种物理特性相对活跃的材料，在工艺生产过程中又需要在高温(200度～250度)下，所以生产过程中会出现氧化现象，表现为引线变红或变紫。
2、强度不够。生产出来的产品引线拉力强度达不到要求。
3、芯片焊位焊伤。焊完线的产品通过20％浓度NaOH溶液浸泡20分钟化学处理后，发现芯片表面有损伤。
4、焊脚脱离。内引线和框架焊接不牢而产生脱离。
针对上述问题，本专利提出一系列方案，有效解决了上述问题。其主要内容有下面几个方面1、采用混合气体(氢气和氮气)作为打火烧球的保护气。因为打火烧球是高压瞬间放电在引线末端烧出线球，存在瞬间高温，如果不做保护，就会将引线和焊球氧化。经过反复实验证明1)氢气和氮气的体积比的范围在1∶6～1∶10之间。氢气含量太大会危险，氢气含量太低起不到保护作用。
2)必须使用两根保护气管，以减少焊接和打火位置的气体流速，气管口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。
3)总混合气体的气体流量在每分钟1～2升最好。太大或太小都会影响烧球质量。
2、设计粗铜线焊头。粗铜线焊头作为引线焊接的直接完成者，它的外形尺寸参数都有不同意义，不同的数值对焊接的质量起关键作用。在新工艺开发过程中我们发现，不同的焊头焊线的效果完全不同。下面是粗铜线焊头的外形尺寸(图1)。
A)CA的角度直接影响铜线焊球的外形和质量。
通过定做不同角度的焊头在相同条件下生产产品做反复的比较，得出以下的结论CA角度的大小在110～130度之间，最好是120度，其好处主要有不容易焊伤芯片，由于焊球的有效接触面积加大，压强相对减少。可以减少焊接的参数，相对焊头的寿命延长。另外，更大的接触面可以减少电流密度，减少热量的产生。
B)T、OR对第二焊点的影响从图2可以看出，影响第二焊点的主要参数是T和OR。不同参数的T、OR对铜线焊接时第二点的质量起决定性作用。
当参数改变以后，可使第二焊点的接触面积改变。
至此，经最后确定以下粗铜线焊头参数 3、确定工艺条件。
预热的温度为210～230度，主热的温度为220～240度，主热的焊接功率为30～140毫瓦，焊接压力为30～140克，焊接的时间为20～60毫秒。
以上参数是我们摸索出来的较佳工艺条件，在材料一致性较好的情况下都可以进行生产工作。
4、确定芯片铝层高度。要求芯片厂家在芯片焊位表面对铝层加厚，一般芯片铝层高度为2.5～3.5微米，应增加至3.5～5.5微米。
通过采用上面措施，粗铜线球焊工艺基本完善，达到可以生产的程度。
本发明对照现有技术的有益效果是，由于采用粗铜线制造半导体器件内引线，因此提高了半导体器件内引线的导电性能、热稳定性、抗拉强度和导热性能，生产效率高，并且大大降低了成本。
图1是本发明实施例1粗铜线焊头的结构示意图；图2是图1所示实施例1粗铜线焊头焊接半导体器件内引线的第二焊点的状态示意图。
具体实施例方式
实施例1如图1、2所示，本实施例中的用铜线形成半导体器件内引线的方法，第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体器件内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头1将铜线2依次焊接在半导体器件内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体器件的内引线。
所述氢气和氮气的体积比为1∶6。
所述铜线2的直径为38微米。
粗铜线焊头1的示意图见图1，其中，焊接孔3的上端孔径用H表示，铜线2的直径用φ表示，焊接孔3的下端孔径用CD表示，焊接角用CA表示，粗铜线焊头1的外径用T表示，粗铜线焊头1底边的圆角半径用OR表示，粗铜线焊头1底面和横截面的夹角用FA表示。
所述粗铜线焊头焊接孔的上端孔径H比粗铜线的直径φ大5微米，焊接孔的下端孔径CD比铜线2的直径φ大20微米，并且焊接孔的焊接角CA为110度，粗铜线焊头的外径T为223微米，粗铜线焊头底边的圆角半径OR为45微米，粗铜线焊头底面和横截面的夹角FA为4度。
粗铜线焊头1在焊接前进行预热的温度为210度，焊接时主热的温度为220度，焊接功率为30毫瓦，焊接压力为30克，焊接的时间为20毫秒。
所述半导体器件4的芯片表面的铝层高度为3.5微米。
所述保护气的气体流量在每分钟1升。
所述保护气由两根保护气管输送，各保护气管的出气口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。
实施例2本实施例中的用铜线形成半导体器件内引线的方法和实施例1只在参数上有差别，第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体器件内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头1将铜线2依次焊接在半导体器件内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体器件的内引线。
所述氢气和氮气的体积比为1∶10。
所述铜线2的直径为50微米。
所述粗铜线焊头1焊接孔3的上端孔径H比铜线2的直径φ大15微米，焊接孔3的下端孔径CD比铜线2的直径φ大40微米，并且焊接孔3的焊接角CA为130度，粗铜线焊头1的外径T为233微米，粗铜线焊头1底边的圆角半径OR为55微米，粗铜线焊头1底面和横截面的夹角FA为12度。
粗铜线焊头1在焊接前进行预热的温度为230度，焊接时主热的温度为240度，焊接功率为140毫瓦，焊接压力为140克，焊接的时间为60毫秒。
所述半导体器件4的芯片表面的铝层高度为4.5微米。
所述保护气的气体流量在每分钟2升。
所述保护气由两根保护气管输送，各保护气管的出气口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。
实施例3本实施例中的用铜线形成半导体器件内引线的方法和实施例1只在参数上有差别，第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体器件内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头1将铜线2依次焊接在半导体器件内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体器件的内引线。
所述氢气和氮气的体积比为1∶8。
所述铜线2的直径为43微米。
所述粗铜线焊头焊接孔3的上端孔径H比铜线2的直径φ大10微米，焊接孔3的下端孔径CD比铜线2的直径φ大30微米，并且焊接孔3的焊接角CA为120度，粗铜线焊头1的外径T为228微米，粗铜线焊头1底边的圆角半径OR为50微米，粗铜线焊头1底面和横截面的夹角FA为8度。
粗铜线焊头1在焊接前进行预热的温度为220度，焊接时主热的温度为230度，焊接功率为70毫瓦，焊接压力为80克，焊接的时间为30毫秒。
所述半导体器件4的芯片表面的铝层高度为4微米。
所述保护气的气体流量在每分钟1.5升。
所述保护气由两根保护气管输送，各保护气管的出气口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。
以上所述仅为本发明的几个较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本发明的权利要求范围所做的等同变换，均为本发明权利要求范围所覆盖。
权利要求
1.一种用铜线形成半导体器件内引线的方法，其步骤为第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体器件内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头(1)将直径≥38微米的铜线(2)依次焊接在半导体器件内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体器件的内引线。
2.如权利要求1所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于所述粗铜线焊头(1)的焊接孔(3)的上端孔径H比铜线(2)的直径φ大5～15微米，焊接孔(3)的下端孔径CD比铜线(2)的直径φ大20～40微米，并且焊接孔(3)的焊接角CA为110～130度，粗铜线焊头(1)的外径T为223～233微米，粗铜线焊头(1)底边的圆角半径OR为45～55微米，粗铜线焊头(1)底面和横截面的夹角FA为4～12度。
3.如权利要求1所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于所述保护气中氢气和氮气的体积比的范围为1∶6～1∶10。
4.如权利要求3所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于所述保护气的气体流量在每分钟1～2升。
5.如权利要求4所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于所述保护气由两根保护气管输送，各保护气管的出气口对准线尾烧球位置，以不妨碍焊接和打火为准。
6.如权利要求1所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于所述半导体器件(4)的芯片表面的铝层高度为3.5～4.5微米。
7.如权利要求1所述的用铜线形成半导体器件内引线的方法，其特征在于粗铜线焊头(1)在焊接前进行预热的温度为210～230度，主热的温度为220～240度，主热的焊接功率为30～140毫瓦，焊接压力为30～140克，焊接的时间为20～60毫秒。
全文摘要
一种用铜线形成半导体器件内引线的方法，其步骤为第一步，用氢气和氮气混合成的保护气；第二步，用保护气充填半导体内引线的焊接处；第三步，用粗铜线焊头将直径≥38微米的铜线依次焊接在半导体内引线的第一焊点和第二焊点处，形成半导体的内引线。所述粗铜线焊头焊接孔的上端孔径H比铜线的直径φ大5～15微米，焊接孔的下端孔径CD比铜线的直径φ大20～40微米，并且焊接孔的焊接角CA为110～130度，粗铜线焊头的外径T为223～233微米，粗铜线焊头底边的圆角半径OR为45～55微米，粗铜线焊头底面和横截面的夹角FA为4～12度。保护气中氢气和氮气的体积比的范围为1∶6～1∶10。本发明提高了半导体器件内引线的导电性能、热稳定性、抗拉强度和导热性能，生产效率高，降低了成本。
文档编号H01L21/603GK1665010SQ20051003337
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者周少雄, 吴泽伟, 唐穗生, 郭树源, 金森荣, 罗少锋 申请人:汕头华汕电子器件有限公司