專利名稱：一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及鍵合絲制造工藝技術，特別是一種銅基母合金鍵合絲的制備工藝技術。
背景技術：
鍵合絲(Bonding Wires)是集成電路半導體封裝過程中需要用到一種關鍵材料， 電子行業的快速發展，促進了鍵合絲制造技術的快速發展。鍵合絲是一種直徑精細的高拉伸強度金屬絲，廣泛應用于集成電路、半導體分立器件和LED發光管的封裝內引線。目前在鍵合絲應用技術中，應用較多的有合金鍵合絲、銅鍵合絲、鋁鍵合絲、金鍵合絲等，最常見的是鍵合金絲、鍵合鋁絲和銅鍵合絲幾種。鍵合金絲是大多為直徑15微米至75微米的高純度黃金精細絲，是目前比較成熟的鍵合絲產品，在鍵合絲使用中占主導地位，具有化學穩定等優點，但也存在其自身無法克服的缺點價格昂貴，受市場金件大幅上漲影響較大，制約了封裝成本的控制，導致終端產品的價格過高，不利于企業提高競爭力；另外，作為連接引線，其導電性能欠佳，并且焊接后的可靠性較差；集成電路規模大、厚度小、功能復雜化，使得封裝密度不斷提高，鍵合金絲已很難滿足高強度、低長弧度、高弧形穩定方面的要求。鍵合銅絲可以在一定程度上彌補鍵合金絲硬度的問題，具有一點的抗拉性，價格優勢明顯，但是單一的鍵合銅絲還存在一些缺點如銅絲過硬引起的第二焊點容易縮絲，致使鍵合操作中斷，給后續封裝工序造成困難，嚴重影響生成效率和成品率；銅的氧化溫度低，鍵合銅絲的高氧化性，使得鍵合銅絲在開包后必須在較短時間內用完，鍵合絲成品長度受限，并且保存需要真空或保護氣體。
發明內容
基于上述原因，申請人針對上述金鍵合絲和銅鍵合絲制造技術及在實際應用中的具體問題，提供一種銅基鍵合絲，解決鍵合金絲絲價格高、鍵合銅絲硬度、防氧化，鍵合絲包裝、儲運等問題。為達到上述目的，本發明所采取的解決方案是一種銅基鍵合絲，基礎材料為銅， 并添加Pt、Ce、Pd微量金屬元素，構成母合金基材，在母合金基材制成的金屬絲表面鍍金層而制成該鍵合絲。所述鍵合絲的基礎材料為銅，銅和鍍層金的純度均高于99. 99%，并且所述銅來料包括成品的銅線。所述鍵合絲基材是以銅為基礎材料添加種微量金屬元素Pt、Ce、Pd而構成，其功能是改善單一銅材過硬的問題。所述鍵合絲表面鍍金的厚度為0. 1微米-2. 0微米。所述鍵合絲材料中各金屬成分質量比重分別是Cu為88-97%，微量金屬元素Pt 為 0. 0006-0. 010%, Ce 為 0. 001-0. 005%, Pd 為 0. 003-0. 005%，鍍層金 2-10%。
所述銅基鍵合絲的制備工藝包括如下步驟步驟一，混合金屬基材，將純度高于99. 99 %的Cu，添加選定的微量金屬材料Pt、 Ce、Pd，混合為母合金基材，做好混合熔煉前期準備；步驟二，熔煉母合金胚材，將上述混合金屬材料在真空度為10_2-10_3Mpa的熔爐內高溫融化，保持熔煉溫度為1800°C，精煉時間50分鐘以上，熔煉過程中采用高純度氬氣保護，最后采用凝固方式制備直徑為8-10毫米的母合金銅棒胚料；步驟三，拉制微細絲，將上述直徑為8-10毫米的母合金銅棒胚料進行冷加工，加工至直徑為1. 0毫米左右的母合金絲，然后進行拉拔處理，每次加工率為15%至20%，每次拉拔速度控制在50米/分鐘左右，速度波動控制在10%以內；再經過以下相似過程多次， 采用每次加工率為6%至20%，將前述金屬細絲加工至直徑15微米-75微米，拉制速度控制在500米/分鐘，速度變化控制在10%以內；步驟四，清洗金屬絲，將上述微細金屬絲進行表面清洗，采用超聲波技術清洗，清洗介質采用無水酒精；步驟五，表面鍍金，將上述清洗后的微細金屬絲進行電鍍處理，電鍍液為軟金電鍍液，金的純度高于99. 99%,電鍍電流密度0. 25A/dm2-5. OA/dm2,電鍍速度控制在20m/min 內；步驟六，退火處理，將表面鍍金的微細銅絲進行退火處理，采用氮氣保護環境下熱處理，熱處理溫度為415°C —425°C，處理時間控制在1. OS-2. 1S，控制退火時張力大小3. Og 以內；步驟七，繞線，使用專用繞線機，將鍵合絲定長繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在50m/min-100m/min，線間距約為5毫米，分卷長度為50米至1000米；步驟八，包裝，采用普通包裝，常溫保存。本發明有益的技術效果銅添加微量金屬元素構成母合金基材，改善了成品鍵合絲的硬度，并且在母合金基礎材料表面鍍金，增加了鍵合絲的防氧化功能，鍵合絲兼具銅絲和金絲的雙重優點具體表現在1、成本優勢。鍵合絲主要材料為銅，較鍵合金絲成本大大降低，在50微米級市場占有率優勢明顯，可替代鍵合金絲，為企業生成創造利潤空間，提高其競爭力。2、改善了鍵合絲硬度。在銅材中添加微量金屬成分，降低了鍵合絲硬度，特別是成球硬度，減少對芯片的沖擊力和破壞，降低鍵合能量。3、電導、熱導優勢。銅基鍵合絲的高導電性，較金絲高約23%，在高品質器件中具有更廣闊的應用前景，適用于高性能電氣電路。在精細鍵合技術領域有助于提高功率器件性能和可靠性。導熱性比鍵合金絲高約20%，使得封裝體內的熱量可以很快且更有效的散發出來，從而使鍵合絲可以更快的冷卻下來，應力被盡快釋放。在成球的過程中，高導熱性還有一個優點就是影響鍵合絲機械性能的熱影響區變得更短，因而保證更高的鍵合性能。4、金屬間化合物生長緩慢。采用銅鍵合絲其機械性能的穩定性要高于金鍵合絲， 標準穩定性測試表明銅鍵合絲要比金鍵合絲高出25% -30%。5、儲運、包裝保護優勢。銅基鍵合絲鍍金使得鍵合絲具有良好的抗氧化性能，常溫下在空氣中不會氧化，因此便于包裝、儲運。省去了真空包裝的較高技術成本，普通包裝，并且對運輸、存儲條件要求不高；在鍵合過程中，傳統銅線避免氧化的發生需要在無空氣保護條件性進行，本發明鍵合絲不需要無空氣保護；傳統鍵合絲因為使用過程中氧化，因此其長度受限制，而本發明鍵合絲可以設計為長度不等的多種類型，其長度不受化學變化的限制。
具體實施例方式實施例1一種銅基鍵合絲，基礎材料為銅，并添加Pt、Ce、Pd微量金屬元素，構成母合金基材，母合金基材制成的金屬絲表面鍍有一層金。其中，銅和鍍層金的純度均高于99. 99%。所述鍵合絲材料中各金屬成分質量比重分別是Cu為94. 9933%，微量金屬元素 Pt為0. 0007 %，Ce為0. 002 %，Pd為0. 004%，鍍層金5 %，鍵合絲直徑為50微米，金層厚度為0. 6微米。銅基鍵合絲的制備包括如下步驟步驟一，混合金屬基材。將純度高于99. 99%的Cu，加選定的微量金屬材料Pt、Ce、 Pd，混合為母合金基材，做好混合熔煉前期準備。步驟二，熔煉母合金胚材。將上述混合金屬材料在真空度0. 005Mpa的熔爐內高溫融化，保持熔煉溫度為1800°C，精煉時間55分鐘，熔煉過程中采用高純度氬氣保護，最后采用凝固方式制備直徑為8毫米左右的母合金銅棒胚料。步驟三，拉制微細絲。將上述直徑為8毫米的母合金銅棒胚料進行冷加工，加工至直徑1. 0毫米左右的母合金絲，然后進行拉拔處理，每次加工率為15%至20%，每次拉拔速度控制在50米/分鐘左右，速度波動控制在10% ；然后經過以下相似過程多次，采用每次加工率為6 %至20%，將前述銅絲加工至直徑0. 050毫米，拉制速度控制在500米/分鐘， 速度變化控制在10%以內。步驟四，清洗金屬絲。將上述微細金屬絲進行表面清洗，采用超聲波技術清洗，清洗介質采用無水酒精。步驟五，表面鍍金。將上述清洗后的微細金屬絲進行電鍍處理，電鍍液為軟金電鍍液，金的純度高于99. 99%,電鍍電流密度4. OA/dm2,電鍍速度控制在ISm/min，鍍層厚度為 0.6微米。步驟六，退火處理。將表面鍍金的微細銅絲進行退火處理，采用氮氣保護環境下熱處理，熱處理溫度為415°C，處理時間控制在1. 8S，控制退火張力大小2. 5g，。步驟七，繞線。使用專用繞線機，將鍵合絲定長繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在75m/min，線間距約為5毫米，分卷長度為500米。步驟八，包裝。采用普通包裝，常溫保存。實施例2一種銅基鍵合絲，基礎材料為銅，并添加Pt、Ce、Pd微量金屬元素，構成母合金基材，母合金基材制成的金屬絲表面鍍有一層金。其中，銅和鍍層金的純度均高于99. 99%。所述鍵合絲材料中各金屬成分質量比重分別是Cu為95. 9923%，微量金屬元素 Pt為0. 0007 %，Ce為0. 004 %，Pd為0. 003 %，金鍍層金4 %，鍵合絲直徑為50微米，金層厚度為0.5微米。所述銅基鍵合絲的制備工藝包括如下步驟
步驟一，混合金屬基材。將純度高于99. 99%的Cu，加選定的微量金屬材料Pt、Ce、 Pd，混合為母合金基材，做好混合熔煉前期準備。步驟二，熔煉母合金胚材。將上述混合金屬材料在真空度0. 002Mpa的熔爐內高溫融化，保持熔煉溫度為1800°C，精煉時間60分鐘，熔煉過程中采用高純度氬氣保護，最后采用凝固方式制備直徑為8毫米左右的母合金銅棒胚料。步驟三，拉制微細絲。將上述直徑為8毫米的母合金銅棒胚料進行冷加工，加工至直徑1. 0毫米左右的母合金絲，然后進行拉拔處理，每次加工率為15%至20%，每次拉拔速度控制在50米/分鐘左右，速度波動控制在10% ；然后經過以下相似過程多次，采用每次加工率為6 %至20 %，將前述銅絲加工至直徑50微米，拉制速度控制在500米/分鐘，速度變化控制在10%以內。步驟四，清洗金屬絲。將上述微細金屬絲進行表面清洗，采用超聲波技術清洗，清洗介質采用無水酒精。步驟五，表面鍍金。將上述清洗后的微細金屬絲進行電鍍處理，電鍍液為軟金電鍍液，金的純度高于99. 99%，電鍍電流密度0. 40/dm2,電鍍速度控制在15m/min，，鍍層厚度為0. 5微米。步驟六，退火處理。將表面鍍金的微細銅絲進行退火處理，采用氮氣保護環境下熱處理，熱處理溫度為420°C，處理時間控制在1. 7S，控制退火時張力大小2. 5g。步驟七，繞線。使用專用繞線機，將鍵合絲定長繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在65m/min，線間距約為5毫米，分卷長度為500米。步驟八，包裝。采用普通包裝，常溫保存。實施例產品如表1所示為檢測報告，與傳統鍵合銅絲比較，新的銅基鍵合絲抗氧化性能強，機械穩定性，，抗拉強度大、延伸特性好，成球小，焊接后無氧化現象。表1焊線設備調整參數及接力檢測結果
權利要求
1.一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝，其特征在于鍵合絲包括基礎材料銅，并添加Pt、Ce、Pd微量金屬元素，構成基材，基材金屬絲表面鍍防氧化金層，構成所述銅基鍵合絲，基礎材料銅、鍍層金的純度均高于99. 99%，鍵合絲中各成分的質量占比Cu為88-97%， 微量金屬元素 La 為 0. 0006-0. 010%, Ce 為 0. 001-0. 005%, Pd 為 0. 003-0. 005%，鍍層金為 2-10%。
2.根據權利要求1所述的一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝，其特征在于所述鍵合絲的基礎材料為銅，銅來料包括成品銅線。
3.根據權利要求1所述的一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝，其特征在于所述鍵合絲基材是以銅為基礎材料添加幾種微量金屬元素。
4.根據權利要求1所述的一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝，其特征在于所述鍵合絲表面鍍金的厚度為0. 1微米-2. 0微米。
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種防氧化的銅基鍵合絲的制備工藝，其特征在于所述鍵合絲的制備工藝包括如下步驟步驟一，混合金屬基材，將純度高于99. 99%的Cu，添加選定的微量金屬材料Pt、Ce、 Pd，混合為母合金基材，做好混合熔煉前期準備；步驟二，熔煉母合金胚材，將上述混合金屬材料在真空度為KT2-IO-3Mpa的熔爐內高溫融化，保持熔煉溫度為1800°C，精煉時間50分鐘以上，熔煉過程中采用高純度氬氣保護，最后采用凝固方式制備直徑為8-10毫米的母合金銅棒胚料；步驟三，拉制微細絲，將上述直徑為8-10毫米的母合金銅棒胚料進行冷加工，加工至直徑為1. 0毫米左右的母合金絲，然后進行拉拔處理，每次加工率為15%至20%，每次拉拔速度控制在50米/分鐘左右，速度波動控制在10%以內；再經過以下相似過程多次，采用每次加工率為6%至20%，將前述金屬細絲加工至直徑15微米-75微米，拉制速度控制在 500米/分鐘，速度變化控制在10%以內；步驟四，清洗金屬絲，將上述微細金屬絲進行表面清洗，采用超聲波技術清洗，清洗介質采用無水酒精；步驟五，表面鍍金，將上述清洗后的微細金屬絲進行電鍍處理，電鍍液為軟金電鍍液， 金的純度高于99. 99%，電鍍電流密度0. 25A/dm2-5. OA/dm2,電鍍速度控制在20m/min內；步驟六，退火處理，將表面鍍金的微細銅絲進行退火處理，采用氮氣保護環境下熱處理，熱處理溫度為415°C _425°C，處理時間控制在1. OS-2. 1S，控制退火時張力大小3. Og以內；步驟七，繞線，使用專用繞線機，將鍵合絲定長繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在50m/min-100m/min，線間距約為5毫米，分卷長度為50米至1000米；步驟八，包裝，采用普通包裝，常溫保存。
全文摘要
本發明提供一種防氧化的銅基鍵合絲，其鍵合絲包括基礎材料為銅，銅中添加微量金屬元素Pt、Ce、Pd，組成母合金基材，母合金基材制成細絲，并在其表面鍍金層，構成所述鍵合絲，銅和金的純度都高于99.99％。本發明還提供了所述鍵合絲的制備工藝，包括母合金熔煉、拉制、清洗、鍍金、退火、繞線、包裝等步驟。該銅基鍵合絲兼具銅鍵合絲和金鍵合絲的雙重優點，具有良好抗氧化性、導電性以及低弧穩定的特點，改善了單一銅材的硬度，價格低等優點，銅基鍵合絲包裝簡便，在常溫下可以長期保存，能夠適應電子封裝高端發展的需求。
文檔編號H01L21/48GK102324392SQ201110317098
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者周鋼, 薛子夜, 趙碎孟 申請人:廣東佳博電子科技有限公司