用于激光键合的表面改性的铜带的生产

本发明涉及一种用于生产线材的方法，该方法包括至少以下步骤：(i)提供线材前体；(ii)在线材前体上压制凹陷部并且任选地在该过程中使线材前体再成形，以及(iii)使设置有凹陷部的线材前体退火以形成线材；其中该线材具有至少95重量％的铜含量，该含量是基于线材的总重量的。本发明还涉及一种能够通过上述方法获得的线材，并且涉及辊的用途，以生产该线材和/或以便设定在该线材的至少一个位置处的粗糙度。

背景技术

在生产半导体部件中使用键合线材，以在生产半导体部件期间电连接集成电路和印刷电路板。此外，在电力电子器件中使用键合线材以将晶体管、二极管等与壳体的接触表面(也称为焊盘或引脚)电连接。尽管键合线材以前由金制成，但如今使用更具成本效益的材料，诸如铜。铜线材具有非常好的导电性和导热性。然而，铜线材易受氧化的影响。

在线材的几何形状方面，具有圆形横截面的键合线材以及具有或多或少矩形横截面的所谓的带状物是最常见的。两种类型的线材几何形状都具有它们的优点，这使得它们可用于特定应用。因此，两种类型的几何形状都有它们的市场份额。对于给定的横截面积，带状物具有更大的接触表面，因为它们可以平坦地放置在元件上。然而，带状物的弯曲性受到限制。此外，在键合期间必须考虑带状物的取向，以实现带状物与其将连接到的元件之间的充分电接触。键合线材更具柔性。然而，键合包括键合过程中的线材的焊接和/或更大变形，这可能意味着键合焊盘和与其连接的元件的下层电结构的损坏或甚至破坏。

所谓的激光键合尤其令人感兴趣。这是一种借助于激光束将键合所需的能量转移到键合线材的方法。在这种情况下，使用金属带状物代替线材，因为带状物提供了用于在激光中耦合的更大的表面积。键合带的优点在于，与圆形线材相比，它们可以容易地被带到适当位置并保持在那里。这显著增加了键合的可靠性。在带状物键合中的更大连接意味着通过此类连接可以传导更高的电流。然而，在键合线材本身和键合工艺方面存在对技术的进一步改进的持续需求。

已知的是，粗糙化表面由于其增加的表面积而表现出更大的电磁辐射吸收。因此，键合线材的扩大的表面积还应当使得能够在激光键合过程中更大地吸收激光辐射。可通过机械或化学方法(诸如，例如刷涂或蚀刻)使表面粗糙化。然而，这些方法经常导致线材表面上的残留物，该残留物可能对键合连接具有负面影响。就机械方法而言，这些残留物可以是来自刷子的磨损产物以及从线材材料去除的颗粒，其可以在刷涂过程期间在线材的另一位置处再次聚积。在键合过程中，这些残留物可能导致键合过程中线材的不完全熔化，从而导致较不可靠的键合连接。此外，在所提及的替代方法中可能出现线材材料的重叠。在激光键合期间，由于强烈加热和包围在下面的空气体积的突然膨胀，这些重叠会导致线材材料飞溅。线材材料的飞溅一方面可由于材料损失而导致不可靠的键合结果，另一方面可导致其它电子部件的有害污染。此外，化学方法具有以下缺点：凹陷部的尺寸在深度和定位方面更难以配置。例如，带状物的单面蚀刻只能用复杂的掩膜步骤完成。此外，将图案引入凹陷部仅可以通过增加作用力来实现。

发明目的

本发明的目的是至少部分地克服由现有技术产生的缺点中的一个或多个缺点。

具体地，本发明的目的是详细说明一种方法，借助于该方法可以生产对于激光键合方法优化的线材表面。

本发明的另一目的是详细说明一种方法，借助于该方法可以生产一种线材，该线材的至少一个表面具有限定的粗糙度。

本发明的另一目的是详细说明一种具有无杂质、残留物和空腔的粗糙度的线材。

本发明的另一目的是一种用于生产线材的方法，该线材的线材表面在激光键合期间尽可能广泛地吸收入射激光辐射的比例。

本发明的另一个目的是一种用于生产线材的方法，其中与其它键合线材相比，在相同强度的入射激光下，线材被更强地加热。

本发明的另一目的是一种用于生产线材的方法，其中在激光键合期间无杂质或残留物形成。

另一个目的是简化用于生产根据本发明的键合线材的生产工艺，例如通过减少所需步骤。因此，除了根据本发明的方法的技术优点之外，在根据本发明的线材的生产中可以实现成本和时间的节省。

对于所谓的激光键合，已知使用在背离电接触表面的一侧上粗糙化的键合线材。在这种情况下，观察到在相同的发射激光辐射下，相较于平滑键合线材的情况，在粗糙化键合线材的情况下，更多的能量被转移到键合线材。不受理论的约束，假设由于粗糙化侧，入射激光辐射被键合线材吸收到更大程度或更少激光辐射被反射。然而，为了进一步增加键合连接的质量和可靠性，仍不断需要改进。

现已发现，如果不是通过去除材料(即通过刷涂或铣削)而是通过引入凹陷部(例如借助于压花)来粗糙化键合线材，则可以提高相对于杂质/产量的键合连接的质量。

本发明的优选实施方案

独立权利要求促成至少部分地满足前述目标中的至少一个目标。从属权利要求提供促成至少部分地满足这些目标中的至少一个目标的优选实施方案。

|1|一种用于生产线材的方法，该方法包括至少以下步骤：

(i)提供线材前体；

(ii)在该线材前体上压制凹陷部；以及

(iii)使设置有凹陷部的该线材前体退火以获得该线材；

其中该线材具有至少95重量％的铜比例，该含量是基于该线材的总重量的。

|2|根据实施方案|1|所述的方法，其中该压制选自由以下组成的组：冲压标记、刻痕、压花、压印、沟流和开槽或它们中的两种或更多种的组合。

|3|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该压制通过辊进行，优选地通过压花辊进行。

|4|根据实施方案|3|所述的方法，其中轧制通过至少一个辊进行，其中该辊具有包括凸纹的圆柱形表面，其中该凸纹由该圆柱形表面的高度差(D)形成。

|5|根据实施方案|4|所述的方法，其中该高度差(D)在3μm至9μm的范围内。

|6|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中通过该方法压制在该线材上的该凹陷部形成图案。

|7|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该方法仅在该线材的第一位置处压制凹陷部，并且所使用的该线材包括多个位置。

|8|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该线材在至少一个位置处具有在3μm至9μm范围内的粗糙度R

|9|根据实施方案7所述的方法，其中该线材的至少一个另一位置是平滑的，其中该至少一个另一位置位于该线材的背离该第一位置的位置上。

|10|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该线材是键合线材，优选地是带状物。

|11|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中选自由该线材和该线材前体组成的组的元件具有在25,000μm

|12|根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中横截平面Q

其中该横截平面Q

其中该横截平面Q

其中该横截面积Q

其中该线L1的最短可能区段A

其中该线L2的最长可能区段A

其中A

|13|一种线材，该线材能够通过根据实施方案|1|至|12|中至少一项所述的方法获得。

|14|一种装置，该装置至少包括：

(1)第一接触表面；

(2)根据实施方案|13|中至少一项所述的线材或能够通过根据实施方案|1|至|12|中任一项所述的方法获得的线材；

其中该线材与该第一接触表面导电连接。

|15|包括凸纹的辊用于生产线材的用途，其中该凸纹的特征在于在3μm至9μm范围内的高度差(D)，其中通过该辊在该线材的至少一个位置上引入凹陷部。

|16|包括凸纹的辊用于将在线材的至少一个位置处的粗糙度R

|17|一种用于生产包括至少一个导电连接的装置的方法，其中该方法包括以下步骤：

(I)提供具有至少第一接触表面的基材以及线材；

(II)将该线材定位成与该第一接触表面机械连接；

(III)借助于波长范围为700nm至1,100nm的电磁辐射加热该线材的第一位置，

以获得该基材的该第一接触表面与该线材之间的导电连接，

其中该线材的该第一位置具有在3μm至9μm范围内的粗糙度R

其中该线材的背离该线材的该第一位置的另一位置(面向该接触表面)具有在0.1μm至1μm范围内的粗糙度R

其中在该线材的至少该第一位置处的粗糙度R

|18|根据实施方案|17|所述的方法，其中该线材优选地能够通过根据实施方案|1|至|12|中任一项所述的方法获得。

|19|根据实施方案|17|所述的方法，其中选择激光束作为电磁辐射。

|20|根据实施方案|17|至|19|中任一项所述的方法，其中该线材是带状物。然后，该线材的第一位置和另一位置是该带状物的第一侧或另一侧的各自部分或者作为整体的该带状物的第一侧或另一侧。

|21|根据实施方案|17|至|20|中任一项所述的方法，其中该线材的该第一位置或该线材的该第一侧布置在该线材的背离该基材的该第一接触表面的一侧上。

|22|根据实施方案|17|至|21|中任一项所述的方法，其中该线材的至少该第一位置处的粗糙度R

|23|根据实施方案|22|所述的方法，其中针对轧制，包括凸纹的辊用于生产线材，其中该凸纹的特征在于在3μm至9μm范围内的高度差(D)，其中凹陷部由该辊在该线材的至少一个位置上引入。

通用

在本说明书中，范围规格还包括指定为极限的值。相对于变量A的类型的指示“在X至Y的范围内”意指A可假设X值、Y值以及在X与Y之间的值。因此，变量A的类型的在一侧上划定的范围“多达Y”对应地意指Y以及小于Y的值。

具体实施方式

本发明的第一主题涉及一种用于生产线材的方法，该方法包括至少以下步骤：

(i)提供线材前体；

(ii)在该线材前体上压制凹陷部；以及

(iii)使设置有凹陷部的该线材前体退火以获得该线材；

其中该线材具有至少95重量％的铜含量，该含量是基于该线材的总重量的。

原则上，线材前体被认为是本领域技术人员已知且看起来合适的用于微电子器件和电力电子器件中的键合的所有线材和原始线材。与所形成的线材一样，线材前体通常是单件物体。许多形式是已知且合适的。优选的形式是横截面为圆形、椭圆形和矩形。具有近似矩形横截面的用于键合的线材也被称为带状线材。

根据本发明，线材包括含量为至少95重量％的铜，优选至少99.95重量％、或至少99.9重量％、或至少99.99重量％的铜，其中重量％是基于线材的总重量。

因此，线材包含至多5重量％，例如4重量％或3重量％的另外的组分。在这种情况下，另外的组分被认为是本领域技术人员熟悉且看起来合适的所有元件，特别是可与铜合金化的金属，以及可与铜形成金属间相的金属、准金属和非金属。优选地认为以下金属为另外的组分：锡(Sn)、铁(Fe)、镍(Ni)。优选地认为以下准金属为另外的组分：Si。优选地认为以下非金属为另外的组分：磷(P)。还可以使用在一类(金属、准金属、非金属)内的两种或更多种金属、准金属和非金属的组合以及来自不同类的组分。除了有针对性地添加另外的组分之外，线材还可能具有杂质。

线材前体通常具有与通过根据本发明的方法由线材前体形成的线材相同的铜含量。

在一个优选的实施方案中，线材前体是扁平带状物。然后可以在步骤(ii)之后或在步骤(iii)之后将其纵向切割成多个带状线材。根据另一个优选的实施方案，根据本发明生产的线材是带状物。

原则上，步骤(i)中的规定可以以本领域任何技术人员已知且看起来合适的方式进行。优选地，规定是在装置中对准线材前体。

在步骤(ii)中，在线材前体上压制凹陷部。线材前体可同时或随后再成形。再成形优选地在压制凹陷部的同时进行。

术语“压制”被理解为意指基本上在没有材料去除的情况下进行的对线材的加工。这不同于研磨加工，在研磨加工中，材料去除是由研磨加工本身引起的。研磨加工的示例是刷涂和抛光。因此，与加工前相比，研磨加工后的线材更轻。

原则上，压制可以以本领域的任何技术人员已知且看起来合适的方式进行。优选地，压制是通过选自由以下组成的组的措施进行的：冲孔标记、刻痕、压花、压印、沟流和开槽。特别优选地是通过压花进行压制。

根据另一个优选的实施方案，通过轧制进行压制。轧制被理解为意指一种加工方法，在该加工方法中，在两个或更多个旋转工具之间加工材料(在这种情况下为线材前体)。根据本发明，通过轧制将凸纹转移到线材前体中。优选地，线材前体在轧制期间同时再成形。在这种情况下，可以获得带状线材。轧制既可以作为热轧制也可以作为冷轧制来进行。轧制优选地作为冷轧制进行。特别优选地，通过压花辊进行压制。这意味着再成形和压花同时且在一个步骤中进行。

根据另一个优选的实施方案，通过至少一个辊进行轧制。辊通常具有圆柱形表面，其中辊的其它几何形状对本领域技术人员也是已知且可能看起来合适的。根据另一个优选的实施方案，辊配备有凸纹，其中该凸纹由圆柱形表面的高度差形成。根据另一个优选的实施方案，凸纹具有图案。

根据另一个优选的实施方案，辊的凸纹的高度差(D)在3μm至9μm的范围内，例如4μm至8μm、或5μm至7μm、或4μm至9μm、或5μm至9μm。

根据另一个优选的实施方案，凹陷部形成图案。在本发明的上下文中，图案意指重复出现的图像或重复出现的设计。由辊上的凸纹形成的图案对应于通过用辊轧制加工的线材上的凹陷部的图案。

根据另一个优选的实施方案，线材具有多个位置，其中仅在第一位置处引入凹陷部。线材，特别是当其为带状线材时，优选地具有多个侧，其中仅在第一侧上引入凹陷部。

根据另一个优选的实施方案，线材在至少一个位置处具有在3μm至9μm，例如4μm至8μm、或5μm至7μm、或4μm至9μm、或5μm至9μm范围内的粗糙度R

根据另一个优选的实施方案，线材的至少一个另一位置是平滑的，其中该至少一个另一位置位于线材的背离该线材的第一点的位置上。

在本发明的上下文中，平滑被理解为意指位置或平面或其一部分，如果其具有的粗糙度R

如果线材是带状物，则第一侧的一部分或整个第一侧而不是带状物的第一位置和另一位置可具有本文所述的特性，并且带状物的另一侧的一部分或整个另一侧而不是另一位置可具有本文所述的特性。

根据另一个优选的实施方案，在带状物的情况下，线材的至少一个另一侧是平滑的，其中该至少一个另一侧位于该线材的背离该线材的第一侧的一侧上。

根据另一个优选的实施方案，选自由线材和线材前体组成的组的元件具有在25,000μm

根据另一个优选的实施方案，选自由线材前体和线材组成的组的元件具有铺设穿过该元件的横截平面QE，其中横截平面QE垂直于该元件的纵向L布置，其中横截平面QE与该元件形成横截面积QA，其中横截面积QA包括两条垂直相交的线L1和L2，其中线L1的最短可能区段A

如果线材是带状物，则在压花之后，其也可任选地通过合适的切割工艺被分成多个带状物，使得带状物的最长可能区段A

使用所谓的工具进行压制。合适的工具原则上是本领域技术人员已知且看起来合适的所有装置。

优选的工具是辊。辊通常被理解为意指大体柱状体。辊原则上可以具有任何直径。优选地，直径为50mm-150mm的辊适用于预期目的。此外，辊应当由在操作条件下比待再成形的物体更硬的材料形成。辊通常由锻钢、硬质合金或铸钢制成。

在一个优选的实施方案中，工具被设计为包括至少一个辊的布置。具有多个辊(例如两个或更多个辊)的布置也是可能的。例如，其中至少两个辊沿相反方向旋转并且待再成形的物体在两个反向旋转的辊之间被引导的布置是合适的。两个反向旋转的辊被布置成使得在两个辊之间提供一定距离。该距离优选等于再成形的线材的厚度。

在这种情况下，至少一个第一辊在其表面上具有凸纹。在一个实施方案中，第一辊上的凸纹的高度差可形成图案。当待成形的物体通过时，通过工具将凸纹(也以图案的形式)引入到物体中。在这种情况下，引入到线材中的凹陷部的深度取决于第一辊的凸纹到物体中的穿透深度。非常可能的是，凸纹的高度差(D)大于引入到物体中的凹陷部。关于再成形物体中的凹陷部，所转移的凸纹的所引入的高度差(D)被称为粗糙度R

在另一个实施方案中，压制通过压印进行。压模是设置有凸纹的表面。凸纹具有高度差(D)。用于压模的合适材料原则上是本领域技术人员已知且看起来合适的所有材料，但特别是与用于辊的材料相同的材料。在压印过程中，压模被降低到待加工的物体上。在这种情况下，凸纹被压制到物体中，直到形成凹陷部的期望深度。这通常对应于凸纹的高度差(D)，但有时凹陷部的深度小于凸纹的高度差(D)。关于再成形物体中的凹陷部，所转移的图案的所引入的高度差(D)被称为粗糙度R

在步骤(iii)中，将设置有凹陷部的线材前体退火以形成线材。退火在低于铜的熔融温度下进行，优选地在500℃至900℃范围内，例如550℃至650℃或750℃至850℃范围内的温度T

退火可以不连续或连续地进行。优选地，退火连续进行。连续式加热炉适用于该目的。在这种情况下，选择连续式加热炉中的吞吐路径和连续式加热炉的温度T

可通过位于炉壁中或从外部作用在炉壁上的加热装置以常规方式使连续式加热炉升温并保持该温度。电加热适用于该目的。在另一个实施方案中，连续式加热炉中的退火温度T

线材的退火优选地在气氛中进行，例如氮气(N

在本发明的另一个实施方案中，气氛具有至多10体积％，例如2体积％至8体积％范围内或约5体积％的氢气(H

本发明的第二主题是能够通过根据本发明的第一主题或在这方面描述的实施方案中的一个实施方案或在这方面描述的多个实施方案的组合的方法获得的线材。

优选能够通过根据第一主题或作为第二主题的实施方案的方法获得的第三主题是至少特征在于至少以下特征的线材：

(a)在带状物的第一侧的情况下，线材的第一位置具有3μm至9μm，例如4μm至8μm、或5μm至7μm、或4μm至9μm、或5μm至9μm的粗糙度R

(b)AL2和AL1的商为2或更大，根据结合本发明的第一主题所述的方法确定；

(c)至少95重量％的铜含量，该含量是基于线材(2)的总重量的。

优选地，该线材的特征在于以下另外的特征中的至少一个特征：

(d)该线材的至少一个另一位置是平滑的；带状物的情况下，带状物的至少一个另一侧是平滑的；

(e)该线材具有在25,000μm

更优选地，该线材具有特征(a)至(c)，以及另外的特征(d)或(e)中的至少一个特征，更优选地具有两个特征。

第四主题是一种用于生产包括至少一个导电连接的装置的方法，其中该方法包括以下步骤：

(I)提供具有至少第一接触表面的基材以及线材；

(II)将该线材定位成与该第一接触表面机械连接；

(III)借助于波长范围为700nm至1,100nm的电磁辐射加热该线材的第一位置，

以获得该第一接触表面与该线材之间的导电连接，

其中该线材的该第一位置具有在3μm至9μm范围内，例如4μm至8μm、或5μm至7μm、或4μm至9μm、或5μm至9μm的粗糙度R

其中该线材的背离该线材的该第一位置的另一位置(面向该接触表面)具有在0.1μm至1μm范围内的粗糙度R

优选地选择激光束作为电磁辐射。激光束是电磁波，通常具有非常窄的频率范围并且具有高辐射强度。特别优选波长在700nm至1,100nm范围内的激光束。例如，如步骤(III)中，使用具有25μm的聚焦直径的400W光纤激光来加热线材。

在另一个优选的实施方案中，线材为带状物。带状物的第一位置和另一位置是第一侧或另一侧的各自部分或者作为整体的第一侧或另一侧。

根据另一个优选的实施方案，在第四主题中提及的线材可以通过如本发明的第一主题所描述的方法来生产或为根据本发明的第二主题或第三主题的线材。涉及线材的本发明第一主题、第二主题和第三主题的优选实施方案在针对线材的第四主题中也是优选的。

在本上下文中，导电连接被理解为意指两个导电元件之间的接触，例如具有接触表面(例如功率半导体的接触表面)或基材表面(例如DCB或引线框)的线材。

根据本发明的第四主题的线材优选地可通过根据本发明的第一主题或其实施方案中的一个实施方案的方法获得。

根据本发明的第四主题的粗糙度R

例如，在线材的至少第一位置处的粗糙度R

对于轧制，例如，辊可以包括凸纹以用于生产线材。凸纹优选地具有在3μm至9μm范围内的高度差(D)。以这种方式，可以通过辊在线材的至少一个位置处引入凹陷部。

本发明的另一主题是一种装置，该装置至少包括：

(1)第一接触表面；

(2)根据本发明的第二主题或第三主题的线材或能够通过根据本发明的第一主题或根据在每种情况下在这方面描述的实施方案中的一个或多个实施方案的方法获得的线材；

其中该线材与该第一接触表面导电连接。

任选地，线材可以与一个或多个另外的接触表面导电连接。

本发明的第五主题涉及包括凸纹的辊用于生产线材的用途，其中该辊具有优选地为圆柱形的表面，并且该凸纹的特征在于该表面的高度差(D)在3μm至9μm，例如4μm至8μm、或5μm至7μm、或4μm至9μm、或5μm至9μm的范围内，其中通过该辊在该线材的至少一个位置处引入凹陷部。优选地，当线材是带状物时，在线材的一侧引入凹陷部。

本发明的第六主题涉及包括凸纹的辊用于将在线材的至少一个位置处的粗糙度R

附图

在下文中，参考附图和实施例进一步举例说明本发明。附图和实施例均不代表对所要求保护的主题的限制。

图1示出了线材或线材前体的示意图。

图2示出了图1中所示的物体的横截面积Q

图3示意性地示出了用于将凹陷部引入线材中的方法。

图4示出了a)具有凸纹的带状物、b)具有刷涂的带状物。

图5示意性地示出了具有线材和接触表面的装置。

附图说明

图1示出了特征在于其长度L和横截平面Q

图2示出了作为图1中所示的横截平面Q

图3示意性地示出了用于借助于具有凸纹的辊(上辊，无附图标记)将凹陷部3引入线材2中的方法。下辊是任选的并且可以由另一个相对表面代替。

图4示出了a)带状物2的表面形貌，其具有引入的由凹陷部3制成的图案6；以及b)刷涂的带状物的表面形貌。

图5示意性地示出了包括将第一接触表面12连接到第二接触表面13的线材2的装置10。

测试方法

a.确定凸纹高度和粗糙度

线材的凸纹高度D和粗糙度R

b.确定线材或带状物的横截面积

为了测定横截面积，制备金相切片并借助光学显微镜测量。

实施例

在下文中，通过举例进一步说明本发明。本发明不限于其中示出的实施例和特征组合或参数。

1.生产铜带

使用直径为0.78mm且纯度为99.98重量％铜的铜圆线材作为起始材料。在图3中概述的布置中，通过具有两个由硬金属制成的辊的再成形系统引导线材。1号辊(在图中位于底部)是直径为96mm的平滑圆柱体。2号辊(在图中位于顶部)也具有直径为96mm的基本圆柱形形状。在再成形的线材(1)-(3)的情况下，2号辊的表面具有凸纹高度为D(D

表1

表2

2.评估再成形的线材的质量

首先，使用扫描电子显微镜图像来视觉上评估关于表面上不期望的残留物的经再成形的线材的质量：

+：无残留物，-：少量残留物，--：大量残留物

在下一步骤中，就可能发生的飞溅行为来研究激光键合期间再成形的线材的行为。为此目的，在激光键合器的相同设置下，将再成形的线材键合在相同构造的电子部件中。使用光学显微镜对发生的飞溅进行计数。

+：无飞溅，-：少量飞溅，--：大量飞溅。

观察到刷涂的再成形的线材(A)和(B)在表面上显示出残留物。在这种情况下，在引入较大凹陷部的情况下，在表面上鉴定出更多的残留物。这些残留物导致在激光键合过程中刷涂的、再成形的线材(A)和(B)的飞溅行为。相比之下，在再成形的线材(1)-(3)的表面上没有发现残留物。

具有小于9μm的粗糙度R

附图标记的列表

1 线材前体

2 线材

3 凹陷部

4 辊

5 辊的表面

6 凸纹

7 第一侧

8 另一侧

10装置

11基材

12第一接触表面

D 高度差

Q

Q

L 长度

L1、L2 线

A