TW201010819A - Copper bonding wire, wire bonding structure and method for bonding a wire - Google Patents

Description

201010819 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種銅製銲線，更特別有關於一種鲜 線接合結構，其之塊狀部為中間材料所覆蓋且該中間材 料接合於該塊狀部及一接墊。 【先前技術】 參考第1圖’在半導體封裝構造製程中，銲線接合方法 •的技術廣泛地將銲線14應用於晶片1〇之接塾u與基板 12之接墊13間的電性連接。打線接合製程是以金線為主， 但銅線具有低成本的優勢。相較於金，銅具有較佳的導電 性及導熱性，可使銅製銲線之線徑較細及散熱效率較佳。 然而，銅具有延性不足及易氧化的缺點，使銅製銲線在應 用上仍有所限制。 目則’銅製銲線只能應用在大尺寸之晶片接塾或低介電 值材料（low-K)晶圓之晶片接墊，其原因在於銅製銲線接合 籲製程之成功將取決於晶片接藝之結構強度。為了避免銅製 銲線接合製程之失敗，小尺寸晶片接墊將被限制。 參考第2至4圖’其顯示習知銅製銲線接合方法。參考 第2圖，藉由一打線機’提供一銅製銲線2〇，其包含一銅 線22及一銅球24 »該銅球24是利用放電的方法或氫焰燒 結成球而連接於該銅線22之一端》參考第3圖，將該銅球 24施壓而變形。參考第4圖，藉由一振動製程，將該銅球 24接合於一鋁製接墊32。然而，在施壓製程時，由於銅之 硬度較大，因此施壓時銅製銲線20所造成之力將可能損壞 〇1346-TW/ASE213i5 5 201010819 鋁製接墊32之結構。再者，先前技術之鋁製接墊32與銅 輝線〇之間的介金屬化合物（intermetallic compound; MC)所形成之數量不足，因此先前技術之銲線接合結構具 有較小的鍵結力，進而只具有較低的可靠度。 因此，便有需要提供一種銅製銲線，能夠解決前述的缺 點。 【發明内容】 φ 本發月< 目的在於提供一種銅製銲線，其之塊狀部為 中間材料所覆蓋。 本發明之另一目的在於提供一種銲線接合結構，其之中 間材料接合於一鋼製銲線及一接墊之間〆 為達上述目的，本發明提供一種銲線接合結構，其包含 -銅製銲線、—中間材料及—接塾。該銅製銲線包含一線 狀邛及塊狀部，其中該塊狀部連接於該線狀部，且該塊 狀部之剖面面積大於該線狀部之剖面面積。該中間材料覆 • 蓋一部份之該塊狀部，並接合於該塊狀部。該接墊接合於 該中間材料。 根據本發明之銲線接合方法，在施壓製程時，銅製銲線 所造成之力將不會損壞接墊之結構。再者，相較於先前技 術本發明之銲線接合結構具有較大的鍵結力，進而具有 較高的可靠度。 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。 01346-TW/ASE2135 201010819 【實施方式】 參考第5至8圖，其顯示本發明之第_實施例之銅製銲 線接合方法。參考第5圖，藉由一打線機m，提供—銅 製銲線120,其包含一線狀部122及一塊狀部124，其中該 塊狀部m連接於該線狀部122之一端，且該塊狀部124 之剖面面積大於該線狀部122之剖面面積。該塊狀部124 可為球形》舉例而言，該塊狀部124是利用放電的方法或 鲁 氫焰燒結成球而連接於該線狀部1 22之一端。 參考第6圖’可藉由一沾黏製程，將一中間材料覆 蓋一部份之該塊狀部124。舉例而言，首先該中間材料14〇 可為粉末固體或液體型態，其置放於一容器142内。然後， 將該塊狀部124插人該容器142内，使粉末固體或液體塑 態之中間材料14〇沾黏於該塊狀部124上如此以覆蓋一 部份之該塊狀部124、較佳地，該塊散部124被該中間材 料140所覆蓋之面積大於30%之該塊狀部124的整個面 積。參考第7®，藉由-施壓製程，將該塊狀部124及該 雩中間材料140接觸於一接墊132，並施壓而變形。由於該 中間材料14〇介於該塊狀部124與詩132之間作為施壓 緩衝之用’因此施壓時該塊狀部124所造成之力將不會損 壞接塾132之結構。參考第8圖，可藉由一振動製程，將 該塊狀部124接合於該中間材料14〇，且同時將該中間材 料140接合於該接墊132，如此以形成本發明之銲 A1- Lit 卜 TtC 口 結構。 另外，本發明之銲線接合結構可應用於一半導體封裝構 01346-TW/ASE2135 7 201010819 造之晶片’亦即該接墊i 32可為一晶片接墊，且該銅製銲 線之一端電性連接於該晶片接墊，該銅製銲線之另一端電 f生連接於一基板接塾（如第1圖所示該晶片接塾電性連 接於該晶片之線路（圖未示）。 在本實施例中，該接墊132為鋁所製，且該中間材料 140 選自錫（Sn)、金（Au)、辞（Zn)' 鉑（Pt)、鈀（Pd)、錳（Μη)、 鎮（Mg)、銦（in)、鍺（Ge)及銀（Ag)所構成之群組。該中間材 料140與銅製銲線12〇之間的介金屬化合物所形成之數量 ® 大於該鋁製接墊與銅製銲線之間的介金屬化合物所形成之 數量’且該中間材料14〇與鋁製接墊132之間的介金屬化 合物所形成之數量大於該鋁製接墊132與銅製銲線12〇之 間的介金屬化合物所形成之數量。因此，該中間材料140 與鋼製銲線120之間的鍵結力大於該鋁製接墊132與銅製 銲線120之間的鍵結力，且該中間材料14〇與鋁製接墊 之間的鍵結力大於該鋁製接墊132與銅製銲線12〇之間的 鍵結力。 瘳 根據本發明之銲線接合方法，在施壓製程時，由於該中 間材料介於該塊狀部與接墊之間作為施壓緩衝之用因此 銅製銲線所造成之力將不會損壞接墊之結構。再者，相較 於先前技術’本發明之銲線接合結構具有較大的鍵結力， 進而具有較高的可靠度。 參考第9a及9b至11圖，其顯示本發明之第二實施例 之銅製銲線接合方法。參考第9a及9b圖，藉由一打線機 202，提供一銅製銲線22〇，其包含一線狀部222及一塊狀 01346-TW/ASE2135 8 201010819 部224，其中該塊狀部224連接於該線狀部222之-端， 且該塊㈣224之剖面面積大於該線狀冑222之剖面面 積。該塊狀部224可為非球形》舉例而言，在本實施例中， 該塊狀部224先利用放電的方法或氫焰燒結成球而連接於 該線狀部2 2 2之一^娃 αν /λ , 鳊。…、後，藉由一施壓製程，將該塊狀 β

Ρ 224接觸於外部工具252之非黏性表面25〇，並施壓 而變形成該非球形塊狀部224，如第1〇圖所示。該非球形 塊狀部22:具有一平坦或粗糙之底面226，如第圖所示。 或者另藉由-夾擠製程，利用_夾擠卫具254將該非球 形塊狀4 224 左右方向（如箭頭所示）夾擠而變形成另一 種非球形塊狀部224，第11圖所示。該非球形塊狀部224 具有兩個或四個平坦之側面228,如第处圖所示。 參考第12圖，可藉由一沾黏製程，將一中間材料24〇 覆蓋一部份之該塊狀部224 〇舉例而言，首先該中間材料 240可為粉末固體或液體型態，其置放於一容器242内。 然後，將該塊狀部224插入該容器242内，使粉末固體或 液體型態之中間材料240沾黏於該塊狀部224上，如此以 覆蓋一部份之該塊狀部224。較佳地，該塊狀部224被該 中間材料240所覆蓋之面積大於3〇%之該塊狀部224的整 個面積〇參考第13圖，可藉由一振動製程，將該塊狀部 224接合於該中間材料240，且同時將該中間材料24〇接合 於一接墊232，如此以形成本發明之銲線接合結構。 在本實施例中’該接墊232為鋁所製，且該中間材料 240 選自錫（Sn)、金（Au)、鋅（Ζη)、鉑（pt)、鈀（Pd)、錳（Μη)、 鎂（Mg)、銦（In)、鍺（Ge)及銀（Ag)所構成之群組。該中間材 01346-TW/ASE2135 9 201010819 料240與銅製銲線22〇之間的介金屬化合物所形成之數量 大於該鋁製接墊與銅製銲線之間的介金屬化合物所形成之 數量，且該中間材料24〇與鋁製接墊232之間的介金屬化 合物所形成之數量大於該鋁製接墊232與銅製銲線22〇之 間的介金屬化合物所形成之數量。因此，該中間材料24〇 與銅製銲線220之間的鍵結力大於該鋁製接墊232與銅製 銲線220之間的鍵結力，且該中間材料240與鋁製接墊232 之間的鍵結力大於該鋁製接墊232與銅製銲線22〇之間的 φ 鍵結力。 根據本發明之銲線接合方法，在施壓製程時，銅製銲線 所造成之力乃作用於一外部工具之非黏性表面因此將不 會損壞接墊之結構》再者，相較於先前技術，本發明之銲 線接合結構具有較大的鍵結力，進而具有較高的可靠度口 雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本 發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與修改。 ❹因此本發明之保護範®當視後附之巾請專利範圍所 為準。 【圖式簡單說明】 第1圖為先前技術之銲線接合方法之剖面示意圖。 第2至4圖為先前技術之銅製銲線接合方法之剖面示 圖。 °不意 第5至8圖為本發明之第一實施例之銅製銲線接合方法 之剖面示意圖。 α 01346-TW/ASE2135 10 201010819 第9a及9b至13圖為本發明之第二實施例之銅製銲線 接合方法之剖面示意圖。 【主要元件符號說明】

10 晶片 11 接墊 12 基板 13 接墊 14 銲線 20 銲線 22 銅線 24 銅球 32 接墊 102 打線機 120 銲線 122 線狀部 124 塊狀部 132 接墊 140 中間材料 142 容器 202 打線機 220 銲線 222 線狀部 224 塊狀部 226 底面 228 側面 232 接墊 240 中間材料 242 容器 250 表面 252 工具 254 工具 01346-TW/ASE2135 11

Claims (1)

1. 201010819 十、申請專利範圍： 、一種銅製銲線，包含： 一線狀部； -塊狀部，連接於該線狀部’其中該塊狀部之剖面面 積大於該線狀部之剖面面積；以及

   一中間材料，覆蓋一部份之該塊狀部。 依申請專利範圍第1項之銅製銲線，其中該中間材料選 自錫（Sn)、金（Au)、鋅（Zn) ' 鉑（pt)、鈀（pd)、錳 、 鎂（Mg)、銦（In)、鍺（Ge)及銀（Ag)所構成之群組。 依申請專利範圍第1項之銅製銲線，其中該中間材料為 粉末固體。 4、 依申請專利範圍第1項之銅製銲線，其中該中間材料為 液體》 , 5、 依申請專利範圍第i項之銅製銲線，其中該塊狀部被該 中間材料所覆蓋之面積大於30%之該塊狀部的整個面 積。 01346-TW/ASE2135 12 201010819 依申請專利範圍第6項之銅製銲線，其中該非球形塊狀 部具有兩個平坦之侧面。 10、 依申請專利範圍第6項之銅製銲線，其中該非球形塊 狀部具有四個平坦之側面。 11、 一種銲線接合結構，包含： 一鋼製銲線，包含一線狀部及一塊狀部，其中該塊狀 邛連接於該線狀部，且該塊狀部之刮面面積大於該線狀 部之剖面面積； p 一中間材料，覆蓋一部份之該塊狀部，並接合於該塊 狀部；以及 一接墊’接合於該t間材料。 12 '依申請專利範圍第11項之銲線接合結構，其中該接 塾為一晶片接塾。 13、 依申請專利範圍第1項之銲線接合結構，其中該中間 材料選自錫（Sn)、金（Au)、鋅（Zn)、鉑（Pt)、鈀（Pd)、錳 I (Μη)、鎂(Mg)、銦（In)、鍺（Ge)及銀（Ag)所構成之群組。 14、 依申請專利範圍第13項之銲線接舍結構，其中該接 墊為鋁所製。 15'依申請專利範圍第14項之銲線接合結構，其中該中 間材料與銅製銲線之間的介金屬化合物所形成之數量 大於該銘製接墊與銅製銲線之間的介金屬化合物所形 成之數量，且該中間材料與鋁製接墊之間的介金屬化合 物所形成之數量大於該鋁製接墊與銅製銲線之間的介 01346-TW/ASE2135 13 201010819 金屬化合物所形成之數量β 16、依申請專利範圍第15項之銲線接合結構，其中該中 間材料與銅製銲線之間的鍵結力大於該鋁製接墊與銅 製鲜線之間的鍵結力，且該中間材料與鋁製接墊之間的 鍵結力大於該鋁製接墊與銅製銲線之間的鍵結力。 17'依申請專利範圍第11項之銲線接合結構，其中該塊 狀。卩被該中間材料所覆蓋之面積大於3〇%之該塊狀部 的整個面積。 依申請專利範圍第11項之録線接合結構，其中該塊 狀部為一非球形。 19 '依申請專利範圍第18項之銲線接合結構，其中該非 球形塊狀部具有一平坦之底面。 20、 依申請專利範圍第18項之銲線接合結構，其中該非 球形塊狀部具有一粗糙之底面。 21、 依申請專利範圍第18項之銲線接合結構，其中該非 φ 球形塊狀部具有兩個平坦之侧面。 22、 依申請專利範圍第18項之銲線接合結構，其中該非 球形塊狀部具有四個平坦之側面。 23、 一種銲線接合方法，包含下列步驟： 提供一鋼製銲線，其包含一線狀部及一塊狀部，其中 該塊狀部連接於該線狀部，且該塊狀部之剖面面積大於 該線狀部之剖面面積； 以及 將一中間材料覆蓋一部份之該塊狀部； 01346-TW/ASE2135 14 201010819 將該塊狀部接合於該中間材料，且同時將該中間材料 接合於一接墊。 24、 依申請專利範圍第23項之銲線接合方法，其中藉由 一沾黏製程，將該中間材料覆蓋一部份之該塊狀部。 25、 依申請專利範圍第23項之銲線接合方法，其中該中 間材料為粉末固體。 26、依申請專利範圍第23項之銲線接合方法，其中該中 間材料為液體。 27 '依申請專利範圍第23項之銲線接合方法，其中該中 間材料選自錫（Sn)、金（Au)、鋅（Zn)、鉑（Pt)、鈀（pd)、 錳（Μη)、鎂（Mg)、銦（in)、鍺（Ge)及銀（Ag)所構成之群 組》 28、依申請專利範圍第27項之銲線接合方法，其中該接 墊為鋁所製。 29、依申請專利範圍帛28狀銲線接合方法其中該中 • 間材料與銅製銲線之間的介金屬化合物所形成之數量 大於該銘製接塾與銅製鲜線之間的介金屬化合物所形 成之數量，且該中間材料與銘製接塾之間的介金屬化合 物所形成之數量大於該銘製接墊與銅製辉線之間的介 金屬化合物所形成之數量。 3〇、依申請專利範圍第29項之鲜線接合方法立中該 間材料與銅製銲線之間的鍵結與 :銲線之間的鍵結力，且該中間材料與銘製 鍵結力大於該_純與銅製料之間的鍵結力。 01346-TW/ASE2135 15 201010819 3 1 32 、依申請專利範圍第23項之銲線接合 狀部為球形。 方法’其中該塊 依申請專利範圍第31項之銲線接合方 列步驟： 法，另包含下 形 將該塊狀部及中間材料接觸於該接墊， 並施壓而變 33 34 35 36 參 37 38 依申請專利範圍第23項之銲線接合方法，其中該塊 狀部為非球形。 依申請專利範圍第33項之銲線接合方法，另包含下 列步驟： 將該塊狀部接觸於一外部工具之非黏性表面，並施壓 而變形。 依申請專利範圍第34項之銲線接合方法，其中該非 球形塊狀部具有一平坦之底面。 ’依申請專利範圍第34項之銲線接合方法，其中該非 球形塊狀部具有一粗糙之底面。 ’依申請專利範圍第33項之銲線接合方法，其中該非 球形塊狀部具有兩個平坦之側面。 依申請專利範圍第33項之銲線接合方法，其中該非 球形塊狀部具有四個平坦之側面。 01346-TW/ASE2135 16