[发明专利]一种具有石墨烯薄膜的键合银丝的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及微电子封装用键合银丝，特别涉及一种具有石墨烯薄膜的键 合银丝的制备方法。

【背景技术】

键合丝作为将半导体元件上的电极与外部端子之间进行接合的电性连接 线，主要采用线径为20μm－50μm左右的4N系(纯度>99.99％(重量))黄金及 其它微量元素合金化制成的金线，然而由于黄金价格昂贵且近年来价格持续 上涨，寻找替代金线的材料一直是电子封装领域的研究热点。

银以其优异的热学、电学性能以及较低的价格，被认为是取代金的合适 键合丝材料，然而银线相比金线具有一些列的缺点：线材表面易氧化导致键 合强度降低，在进行树脂封装时易引起线材表面腐蚀，较高的硬度易造成打 线时对基板造成损伤等等。为了解决上述问题，银线的研发思路主要有两种： 表面涂层和合金化。

表面涂层，目前较多采用的是银线表面镀金。中国专利文献CN104377185 A公布了镀金银钯合金单晶键合丝及其制造方法，本发明所述镀金银钯合金单 晶键合丝是一种具有黄金类键合丝的优点、又具有银基类键合丝的优点、且 价格相对低廉的一种新型键合丝。该表面镀钯键合银丝镀钯层表面均匀，致 密完整，有利于焊接键合时充分变形，提高拉断力和可靠性。

合金化，即通过添加合金元素改善银线性能。中国专利CN101626005B公 开了一种键合银丝及其制备方法，由以下组分组成：Cu 0.30％-0.80％， Ce0.20％-0.50％，Pd0.05％-0.09％，余量为Ag。本发明在高纯银材料的基础 上，采取多元掺杂合金，加入其他成分，减少金属化合物的形成，同时阻止 了界面氧化物和裂纹的产生，降低了结合性能的退化，使结合性能和金丝一 样稳定，从而提高了结合性能、导电性和抗氧化性。

近年来受到下游半导体行业的影响，键合丝的发展趋势是尽量减少贵金 属用量并且保持性能不变，这就对技术提出了更高的要求。表面镀金都需要 用到昂贵的黄金，合金化由于需要保证银的导电性不能添加过多，对银的抗 氧化性提高不是很显著。

【发明内容】

为了克服上述传统键合丝应用中存在的问题，本发明提出一种节约贵金 属、降低成本、抗氧化性好、导电性能好的具有石墨烯薄膜的键合银丝的制 备方法。

本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种具有石墨烯 薄膜的键合银丝的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将高纯度银添加微量 金属元素进行真空熔炼，连铸成直径为6mm－10mm的银合金棒材；步骤S2： 对银合金棒材进行拉拔，得到直径为0.5mm－1.0mm的银合金丝；步骤S3： 对步骤S2得到的直径为0.5mm－1.0mm的银合金丝进行中间退火，中间退火 的退火温度为400℃～800℃，退火时间为2h－6h，保护气氛为95％N2+5％ H2；步骤S4：将中间退火后的银合金丝继续拉拔，得到直径为0.01mm－ 0.03mm的超细银合金丝；步骤S5：对直径为0.01mm－0.03mm的超细银合 金丝进行成品退火，成品退火在管式在线退火炉内进行，退火温度为400℃ ～600℃，退火时间为0.2S－0.6S，保护气氛为95％N2+5％H2，退火完成后， 得到微电子封装用键合银丝；步骤S6：配置1.0mg/mL～10.0mg/mL的氧化石 墨烯水溶液，将氧化石墨烯水溶液倒入第一长条形水槽中，施加第一阶段超 声波震荡，将键合银丝连续经过氧化石墨烯水溶液制得表面附着有氧化石墨 烯的键合银丝，材料干燥，得表面具有氧化石墨烯薄膜的键合银丝；步骤S7： 配置抗坏血酸水溶液，放入第二长条形水槽中，施加第二阶段超声波震荡， 将表面具有氧化石墨烯薄膜的键合银丝连续经过抗坏血酸水溶液还原制得表 面附着有石墨烯的键合银丝，材料干燥，得表面具有石墨烯薄膜的键合银丝。

优选地，所述步骤S6中第一阶段超声波震荡的工作温度为30℃～80℃，超 声波的频率为40KHz-60KHz，反复超声静止，超声10min-30min，静止 1min-5min，总计超声静止时间1h～5h。

优选地，所述步骤S6中材料干燥的条件为：升温至400℃～500℃，保温2h， 升温速率为3℃/min～5℃/min。

优选地，所述步骤S7中第二阶段超声波震荡的工作温度为30℃～60℃，时 间为2h～4h。经过第二阶段超声波震荡，键合银丝表面的氧化石墨烯被均匀还 原为石墨烯，使得键合银丝表面均匀附着一层石墨烯薄膜。

优选地，所述步骤S7中抗坏血酸水溶液的浓度为3mg/mL～8mg/mL。