[发明专利]一种铜基键合丝及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及键合丝制备技术，特别是一种防氧化铜基键合丝及其制备方法。 

背景技术

电子行业中集成电路的生产需要用到一种基础材料，半导体封装用材料--键合丝(Bonding Wires)。键合丝是一种直径精细的高拉伸强度金属丝，是集成电路、半导体分立器件和LED发光管制造过程中必不可少的封装内引线。电子封装正在朝高性能、多功能、小型化、便携式方向发展，这一发展趋势对集成电路的性能要求在不断提升，并且对电子封装密度有了更高的要求，具体表现为：封装的引脚数越来越多，布线节距越来越小，封装厚度越来越薄，封装体在基板是所占的面积比例越来越大，这些都需要依靠低弧度、高性能的键合丝来实现。 

常见的有合金键合丝、铜键合丝、铝键合丝、金键合丝等。键合丝需具备的特质是耐腐蚀、传导性、连接性好，键合速度快。 

在现有键合丝应用技术中，键合金丝是一种传统的键合丝。电子器件封装的内引线大多采用直径15至75微米的高纯度黄金制成的金键合丝，金属基黄金的纯度大于99.99％，再配以钯、镍、铈等微量元素，经熔炼、拉丝、退火等程序制成。键合金丝因具有良好的导电性、抗氧化性和卓越的成弧稳定、键合快速性，目前在键合丝使用中占主导地位，但其价格昂贵、强度偏低，这些缺点已经在目前企业追求利润空间，降低生存压力方面形成制约瓶颈。 

还有一种具有应用前景的的键合丝是键合铜丝，其价格优势较键合金丝明显，抗拉强度也有所提升，但是传统键合铜丝还存在一些不足之处，主要问题 为物理硬度高，化学氧化活泼，具体表现为： 

一、在大规模集成电路封装中，键合铜线烧球后瞬间氧化，硬度较高，与铝基粘合时需要很大的键合力才能完整粘连，易砸伤铝基，造成基板损伤，降低了电气元器件的可靠性，此对芯片及铝基要求非常苛刻。 

二、键合铜线很容易氧化，在储存时，条件受限。传统铜线采用真空包装，但大量的包装，偶尔会有个别泄漏现象，同时运输搬运过程也是造成泄漏的因素。包装一旦泄漏，若短时间内不使用，铜线就会因氧化而失效。同时，在设备上使用时，铜线已经开始氧化，单轴长度只能使用最长200m的铜线，若超过200m，后部份铜线就会因氧化而失效。因为线短，所以增加了换线次数，致使键合生产效率低。 

发明内容

基于上述原因，本发明针对上述电子封装的发展需求以及金键合丝成本很高的问题，提供一种以铜作为基材的且具备金键合丝性能的铜键合丝，以降低制造成本。 

本发明针对铜键合丝易氧化，长度受限的不足，提供一种防氧化铜基键合丝的制备方法，解决铜键合丝防氧化的难题。 

本发明的铜基键合丝通过以下技术方案解决上述问题： 

所述键合丝为铜表面镀金的复合材料。 

所述键合丝基材为铜丝，铜的纯度高于99.99％。 

所述键合丝的特点是：所述铜丝表面镀有金层，金的质量占比为2％-10％，金的纯度高于99.99％。 

所述键合丝表面镀金金层的厚度为0.1微米-2.5微米。 

所述键合丝长度为50米至1000米不等。 

所述铜基键合丝的制备方法包括如下步骤： 

步骤一，预制铜棒胚料，将纯度99.99％以上的铜料，在真空度10^-2-10^-4Mpa的熔炉内高温融化，保持熔炼温度为1100℃，精炼时间50分钟以上，熔炼过程中采用高纯度氩气保护，最后采用凝固方式制备直径为8-10毫米的铜棒胚料； 

步骤二，预制细铜丝，将上述直径为8毫米-10毫米的铜棒胚料进行粗拔处理，拉伸后加工成直径为1毫米的铜丝，进一步拉伸铜丝至直径为90-100微米，然后进行固定退火处理； 

步骤三，清洗，将上述直径为90-100微米的微细铜丝进行表面清洗，清洗采用超声波技术，清洗介质采用无水酒精； 

步骤四，微细铜丝表层镀金，将上述微细铜丝进行电镀处理，电镀液为软金电镀液，金的纯度高于99.99％，电镀电流密度0.25A/dm²-5.0A/dm²，电镀速度控制在20m/min内； 

步骤五，退火处理，将表面镀金的微细铜丝进行退火处理，采用氮气保护环境下热处理，热处理温度为415℃-425℃，处理时间控制在1.0S-2.1S，控制退火时张力大小3.0g以内； 

步骤六，精制键合丝，将表面镀金处理的微细铜丝进行精细拉拔处理，拉伸至直径为15微米至75微米，拉伸速度控制在450米/分钟至600米/分钟；