专利名称：一种由集成电路组成的半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造方法，尤其涉及一种由具有引线支架的集成电路组成的半导体器件的制造方法。
背景技术：
目前，电子信息产业已经成为我国的一个重要支柱产业，半导体器件作为这个支柱产业的基石，其包括外部封装和内部集成电路；集成电路(IC)包括芯片、引线和引线支架、粘接材料、封装材料等。其中，引线支架的主要功能是为芯片提供机械支撑载体，同时也具有连接外部电路、传送电信号以及散热等功能。因此IC封装需要具备高强度、高导电、高
导热性及良好的可焊性、耐蚀性、塑封性、抗氧化性等综合性能。我国引线支架材料的研究、试制、生产起步较晚，引线支架铜带生产规模小、品种规格少，目前只有少数企业可以进行批量生产很少型号的合金，而且存在质量精度差，质量不稳定、软化点低、内应力不均匀、宽度与厚度公差超差、外观要求不合格等问题。目前铜铁合金作为制造引线支架的主要材料，已占到市场总额的80%，合金牌号具有100多种。其中我国生产的C194合金是其中具有代表性的一种。但是，目前生产的C194引线支架铜铁合金的质量还不能满足要求，精度差，品种规格少，性能不稳定，铜带成品率不到50%，在板型状况、残余内应力、表面光洁度、边部毛刺等方面存有较大缺陷。
发明内容
本发明提供了一种半导体器件的制造方法，其中包括了制造集成电路，其中制造集成电路的引线支架的铜铁合金的制造方法可以有效解决引线支架用铜铁合金综合性能不满足生产要求、合金组织不均匀、析出相细小弥散化等问题，采用本发明的制造方法制备的铜铁合金的抗拉强度、硬度、延伸率、电导率及软化温度等特性均能较好地满足电子工业领域对引线支架材料性能的诸多要求。本发明的半导体器件的制造方法包括制造集成电路，并将集成电路封装；其中制造集成电路包括如下步骤(一)提供芯片；(二)制造引线支架，其中制造引线支架包括如下步骤(I)首先将主料及辅料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相线温度至380°C的温度范围内以80°C /min以上的冷却速度进行冷却，在制造过程中控制合金成分及含量Fe 为 2. 0 2. 6wt%,Ti 为 0. 05 0. lwt%,B 为 0. 01 0. 03wt%,Na 为 0 0. 05wt%,Mo为0. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质；(2)将得到的铸坯在1000°C以下的加热温度进行热轧压延，在制造过程中控制成分含量 Fe 为 2. 0 2. 6wt%, Ti 为 0. 05 0. Iwt B 为 0. 01 0. 03wt%, Na 为 0 0. 05wt%,Mo为0. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质；(3)将热轧带材反复进行冷轧压延和300°C 600°C双级连续退火，在制造过程中控制成分含量 Fe 为 2. O 2. 6wt%, Ti 为 0. 05 0. Iwt B 为 0. 01 0. 03wt%, Na 为0 0. 05wt%,Mo为0. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质；(4)进行冷轧压延加工使其厚度变化量达到40%以上，再进行420°C以下的低温退火，得到带材成 品，在制造过程中控制成分含量Fe为2.0 2. 6wt%, Ti为0. 05 0. IwtB 为 0. 01 0. 03wt%, Na 为 0 0. 05wt%, Mo 为 0. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质。(5)采用上述带材制成引线支架；(三)将芯片固定在引线支架上，在芯片上引出引线，用封装材料将其封装。优选地，步骤(I)中的主料为I号电解铜，辅料为铜铁中间合金、铜硼中间合金、单质钛、单质钠和混合稀土。优选地，在步骤(2)热轧压延加工过程中控制带材的晶粒直径小于50 y m ;优选地，在步骤(3)中冷轧退火加工过程中控制带材的晶粒直径小于50 Pm。优选地，经步骤(4)制得的铜铁合金还含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少一种以上的元素且总量小于0. 05wt%。优选地，所述铜合金的抗拉强度为600MBa以上、硬度180Hv以上、电导率66%IACS以上、延伸率7. 0%以上。本发明的引线支架铜铁合金的制备方法的有益效果是(I)本发明铜铁合金综合性能优越、合金组织均匀、析出相细小弥散，且合金价格相对较低，生产效率高；(2)成品的抗拉强度达到600MBa以上、硬度180Hv以上、电导率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上，能较好地满足电子工业领域对引线框架材料性能的诸多要求；(3)本发明引线支架用铜铁合金还具有优良的热加工性，有利于生产制造，是生产弓I线支架等电气电子部件的最佳材料。
具体实施例方式为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的半导体器件的制造方法，下面通过具体实施方式
详细描述其技术方案。为满足半导体器件中引线支架等电气电子部件用材料所要求的种种特性，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，其中采用的引线支架用铜铁合金的制造方法选择最佳的Ti、B、Na、Mo的组分含量，以最合适的铸坯冷却条件、铸坯的轧制加工条件和热处理条件等先进的工艺手段进行生产制造。本发明中所有含量、配比或百分比均为质量比。半导体器件中引线支架用铜铁合金中的Fe :2. 0 2. 6wt%、Ti :0. 05 0. Iwt%、B :0. 01 0. 03wt%,Na 0 0. 05wt%,Mo :0. 01 I. 5wt%，铜合金中还含有 As、Sb、Bi、Bb,Co,Ni元素中至少一种以上的元素且总量小于0. 05wt%，并且S含量在25BBm以下；该铜铁合金的抗拉强度600MBa以上、硬度180Hv以上、电导率66% IACS以上、延伸率7.0%以上。本发明铜铁合金的各成分含量Fe是合金中的主要强化元素，合金经过合适的时效处理后，Fe元素以弥散分布的质点形式分布于铜基体中而起到时效强化作用。由于常温下Fe在Cu中的饱和溶解度极小(在300°C以下仅为0. 0004% )，合金可以实现较高的电导率；通过添加少量的Fe可以细化晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高其强度及硬度，但Fe元素过量会降低铜的塑性、电导率与导热率，Fe元素的添加量控制在2. 0 2. 6的范围。Ti的加入可以防止在金属基体与镀层中间出现脆性第二相等作用，可以改善合金的焊接性能，但过量添加Ti元素会降低合金的导电性能，将Ti元素的含量限制在0. 05 0. I的范围。在室温时，B在铜中的溶解度几乎为零，会降低铜的电导率及导热率，但其对铜的力学性能及焊接性能有良好的影响，B还能提高铜铁合金熔体的流动性，B在冶炼铜铁合金时是以脱氧剂的形式加入，多余的B固溶在铜基体中能防止氢脆；在合金的时效过程中，B还与Fe结合，形成Fe3B的析出物而起到一定的时效强化作用。B的加入是为了脱氧，固溶在铜基体中防止氢脆，而不是通过析出Fe3B来强化。在充分发挥B元素的有利作用的同 时，应尽量降低B含量，以保证合金的高导电性能，将B元素的含量限定在0. 01 0. 03的范围。加入微量的Na使铜的电导率下降，但能提高铜的抗高温氧化能力，且对铜有脱氧作用。与限定B元素的原则相同，Na元素的含量限制在0 0. 05的范围。混合稀土元素Mo的作用主要是(I)脱氧去氢稀土的化学活性很强，与氧的亲和力远大于铜与氧的亲和力，且生成熔点比铜高、密度比铜小的稀土氧化物，收到良好的脱氧作用；稀土与氢结合成密度小的氢化物，上浮至铜液表面，在高温下重新分解，排出氢气，或被氧化进入熔渣而被除去；(2)熔体净化稀土对其它有害元素的脱除作用也很明显，这些高熔点的稀土化合物将保持固体状态与熔渣一起从液体铜中排出，从而达到脱除有害杂质的作用，稀土尤其可以明显地去除晶界杂质元素，杂质元素去除后增加了 Fe、B等元素的有效量，可大幅度提闻合金的强度；(3)细化晶粒在合金中添加Mo，熔铸过程中可明显细化晶粒，使合金经后续形变热处理后合金塑性提高；(4)促进第二相粒子析出在合金中添加Mo后，带材中析出的第二相粒子(单质铁)细小、弥散，尺寸大概在5 20nm ;此外，添加Mo后可以提高合金的再结晶温度，从而改善合金的抗高温软化性能，本发明中合金的软化温度均在480°C以上，添加适量的混合稀土 Mo，成分范围控制在0.01 1.5。在本发明技术方案中，基于主料不纯物中硫对工艺及产品的影响，其主料选用I号电解铜，不纯物里要尽可能少地含硫，而且要防止冲压加工时由于机油污染而混入S，即使少量的S也会使热轧加工时的变形性能急剧下降，控制S的含量，可以避免热轧时工件开裂。通常，S的含量必须小于0. 0025wt%，理想值是小于0. 0015wt%。本发明的半导体器件的制造方法包括制造集成电路，并将集成电路封装；其中，制造集成电路包括如下步骤(一)提供半导体芯片；(二)制造引线支架，其中制造引线支架包括如下步骤(I)首先将I号电解铜在1250 1350°C熔化，加入铜铁中间合金、铜硼中间合金、钠单质、钛单质和混合稀土等熔融后进行小型立式半连续铸造，利用坯模进行一次冷却和利用水淋进行二次冷却，使液相线至380°C的温度范围内的冷却速度在80°C /min以上，在制造过程中控制成分含量Fe为2. O 2. 6wt%、Ti为0. 05 0. lwt%、B为0. 01 0. 03wt%,Na 为 0 0. 05wt%,Mo 为 0. 01 I. 5wt% ；(2)铸坯在900 1000°C的温度范围内加热后，经热轧压延使其厚度达到6mm，热轧压延的结束温度为700°C，通过急冷使晶粒尺寸小于50 ym，在制造过程中控制成分含量Fe 为 2. 0 2. 6wt%,Ti 为 0. 05 0. lwt%,B 为 0. 01 0. 03wt%,Na 为 0 0. 05wt%,Mo 为 0. 01 I. 5wt% ；(3)将热轧带材反复进行冷轧压延使其厚度为1mm，在300°C 600°C的温度范围内进行双级退火，使退火后的压延带材的晶粒直径小于50 y m，在制造过程中控制成分含量Fe 为 2. 0 2. 6wt%,Ti 为 0. 05 0. lwt%,B 为 0. 01 0. 03wt%,Na 为 0 0. 05wt%,Mo 为 0. 01 I. 5wt% ；(4)冷轧压延使厚度达到0. 5mm，再进行低温退火，得到带材成品；在制造过程中 控制成分含量 Fe 为 2. 0 2. 6wt%, Ti 为 0. 05 0. Iwt B 为 0. 01 0. 03wt%, Na 为
0 0. 05wt%,Mo 为 0. 01 I. 5wt%。(5)采用上述带材制成引线支架。(三)将芯片固定在引线支架上，在芯片上引出引线，用封装材料将其封装。本发明的制造工艺中合金原料为I号电解铜、铜铁中间合金、铜硼中间合金、钠单质、钛单质和混合稀土，采用中频感应炉熔炼。原料熔化后的铸造工艺以连续铸造为最好，半连续铸造也可。铸造过程中在液相线至380°C的温度范围内，以80°C /min以上的冷却速度进行冷却，冷却速度低于80°C /min时，将会发生元素的偏析，对以后的热轧加工性带来不利的影响，并引起生产效率的降低；控制冷却速度，优选液相线温度至380°C的温度范围；在380°C以下，铸造时冷却时间的长短变化不会发生合金元素的过度偏析。熔化铸造后，进行热加工。热加工的加热温度应在900 1000°C的范围，如果温度超过上限温度，将会发生过热，并引发热轧开裂，降低生产效率。在900 1000°C的温度范围内进行热轧加工时，微小偏析及铸造组织将会消失，在本发明的Fe、Ti、B等元素含量范围内，能得到组织均匀的轧制带材，更理想的热轧加工温度为950°C左右。热轧加工后晶粒直径在50 iim以下，晶粒直径大于50 iim，其后的冷轧加工率、退火的条件范围就会变窄，使特性劣化。热轧加工后，根据需要进行表面切削，其后反复进行冷轧加工和300 600°C的温度范围内的退火。采用先高温后低温的双级连续退火，达到控制晶粒尺寸和析出相的目的(晶粒直径小于50i!m)。温度低于300°C时，进行组织性能控制所需的时间较长；超过6000C，短时间内晶粒就会变得粗大。如果退火后的结晶晶粒大于50 u m,会使抗拉强度等机械特性和加工性能降低。因此使晶粒直径小于50 u m,更理想晶粒直径小于25 u m。所得到的退火材料，进行冷轧压延加工使其厚度变化量达到40%以上，还进行420°C以下的低温退火，得到抗拉强度600MBa以上、硬度180Hv以上、电导率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上的铜铁合金。冷轧加工率不满40%时，因加工硬化而产生的强度不够，不能完全提高机械特性。因此理想的加工率在50%以上。为了进一步提高合金的抗拉强度、硬度、延伸率，尤其电导率等特性，低温退火工艺十分必要，高于420°C的温度下，因热容量过大，使得材料在短时间内发生软化，并且无论采用间歇式或连续式，都容易产生材料内部的特性不均。因此，低温退火的条件应在420°C以下。实施例如表I所示组成(wt% )的铜铁合金Ns I 6,表I-------
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括制造集成电路，并将集成电路封装，其特征在干，所述制造集成电路包括如下步骤 (一)提供芯片； (ニ)制造引线支架，其中制造引线支架包括如下步骤 (O首先将主料及辅料在1250 1350°C熔融后注入坯模，在液相线温度至380°C的温度范围内以80°C /min以上的冷却速度进行冷却，在制造过程中控制合金成分及含量Fe为2.O 2. 6wt%,Ti 为 O. 05 O. lwt%、B 为 O. 01 O. 03wt%,Na 为 O O. 05wt%,Mo 为O.01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质； (2)将得到的铸坯在1000°C以下的加热温度进行热轧压延，在制造过程中控制成分含量Fe 为 2. O 2. 6wt%,Ti 为 O. 05 O. lwt%,B 为 O. 01 O. 03wt%,Na 为 O O. 05wt%,Mo为O. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质； (3)将热轧带材反复进行冷轧压延和300°C 600°C双级连续退火，在制造过程中控制成分含量 Fe 为 2. O 2. 6wt%, Ti 为 O. 05 O. Iwt B 为 O. 01 O. 03wt%, Na 为 O O.05wt%,Mo为O. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质； (4)进行冷轧压延加工使其厚度变化量达到40%以上，再进行420°C以下的低温退火，得到带材成品，在制造过程中控制成分含量Fe为2. O 2. 6wt%、Ti为O. 05 O. Iwt%、B为O. 01 O. 03wt%,Na为O O. 05wt%,Mo为O. 01 I. 5wt%、其余组分为Cu和不可避免的杂质。
(5)采用上述带材制成引线支架； (三)将芯片固定在引线支架上，在芯片上引出引线，用封装材料将其封装。
2.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，步骤(I)中的主料为I号电解铜，辅料为铜铁中间合金、铜硼中间合金、单质钛、单质钠和混合稀土。
3.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)热轧压延加工过程中控制带材的晶粒直径小于50 μ m。
4.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中冷轧退火加工过程中控制带材的晶粒直径小于50 μ m。
5.如权利要求I所述的制造方法，其特征在干，经步骤(4)制得的铜铁合金还含有As、Sb、Bi、Bb、Co、Ni元素中至少ー种以上的元素且总量小于O. 05wt%。
6.如权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述铜合金的抗拉强度为600MBa以上、硬度180Hv以上、电导率66% IACS以上、延伸率7. 0%以上。
全文摘要
本发明公开了一种半导体器件的制造方法，包括制造集成电路，并将集成电路封装；其中制造集成电路包括提供芯片；制造引线支架；固定芯片，引出引线及封装。其中制造引线支架包括熔融，注入坯模，冷却；将铸坯热轧压延；将热轧带材反复进行冷轧压延和双级连续退火；冷轧压延加工使其厚度变化量达到40％以上，再进行低温退火，得到带材成品，制造过程中控制成分含量Fe2.0～2.6wt％、Ti0.05～0.1wt％、B0.01～0.03wt％、Na0～0.05wt％、Mo0.01～1.5wt％、其余为Cu和杂质。本发明的铜铁合金合金组织均匀、析出相细小弥散，抗拉强度高、硬度高、电导率高、延伸率高，能较好地满足电子工业领域对引线框架材料性能的诸多要求。
文档编号C22F1/08GK102983081SQ20121044149
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者虞浩辉, 周宇杭 申请人:江苏威纳德照明科技有限公司