[发明专利]单晶铜键合丝的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶铜材料的加工制备。

背景技术

引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式而在芯片连接方式中占主导地位，目前所有封装管脚的90％以上都采用引线键合连接。铜键合丝与金丝、铝丝相比具有优良的机械性能、电学性能、热学性能和低的金属间化合物增长，在很大程度上提高了芯片频率和可靠性，适应了低成本、细间距、高引出端元器件封装的发展。此外晶片铝金属化向铜金属化的转变，使得对于高速器件的新型封装设计来说，选择短铜丝键合并且间距小于50μm的铜焊区将在封装市场上成为倒装焊接工艺强有力的竟争对手。并且通过采用新工艺如新型EFO(Electronic flame off)电子灭火、OP2(Oxidation prevention process)抗氧化工艺和MRP(Modulus Reduction Process)降低模量工艺的改进后，使铜丝键合比金丝键合更牢固、更稳定，尤其在大批量的高引出端、细间距、小焊区的IC封装工艺中，成为替代金丝的最佳键合材料。但对于铜键合丝的坯料无氧铜杆，由于其内部组织中存在大量晶界，在拉制超细微丝时，在晶界会出现断裂，将其加工至0.03mm以下且保证具有良好的性能一致性将存在较多困难。因此，晶界问题成为妨害铜材电学性能及键合丝性能提高的主要因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶铜键合丝的制备方法。

本发明是一种单晶铜键合丝的制备方法，所述的单晶铜键合丝的原材料为铜，其步骤为：

A、采用真空度为10^-2～10^-4MPa高真空炉将纯度高于99.995％高纯铜熔化，升温到1100～1180℃，精炼60～120分钟，整个熔炼过程采用纯度为过于99.99％高纯氩气保护，并采用定向凝固方式拉制4～8mm单晶铜杆；

B、将拉制成的高纯度单晶铜杆冷加工至0.95～1.102mm，每道次拉拔加工率为15～25％，拉拔速度控制在40～60m/min；然后分为47～70个道次，采用每道次加工率为7.59～17.82％将单晶铜杆拉制0.020～0.05mm；拉制速度为400～600m/min；0.5mm以上模具表面粗糙度Ra为0.025，0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025；保持拉丝塔轮、导向轮、收线盘等部件高度光洁，表面粗糙度Ra高于0.025；拉丝润滑剂采用水溶性润滑剂，浓度为0.4～0.8％，拉丝时温度为35～45℃；

C、将上步骤拉制成的单晶铜键合丝表面清洗采用超声波清洗，清洗介质采用无水酒精，超声波功率40～80W，频率20～40KHz；

D、将清洗后的单晶铜键合丝在退火复绕设备上进行热处理，热处理过程中采用H₂+Ar₂保护，其热处理温度为410～425℃，热处理时间为0.7～2.0s，保护气体流量为H₂0.3～0.6L/min、Ar₂0.4～0.65L/min；退火复绕时的张力为0.6～2.8g；

E、将热处理后的单晶铜键合丝采用真空吸塑包装，真空度为10^-3～10^-4Mpa。

本发明的有益效果是：所述的单晶铜键合丝及其制备工艺，其采用的纯度高于99.995％高纯单晶铜杆作为坯料，并采用真空熔炼氩气保护热型连铸设备进行单晶铜杆生产。单晶铜材具有致密的凝固组织，消除了横向晶界，避免了缩孔、气孔等铸造缺陷，使得其塑性加工性能、机械性能、电学性能等都明显高于普通无氧铜，克服了传统铜线拉丝加工的断头多、质量低和生产率低的缺点，能够制备出线径小至0.015mm，高强度、高延伸率、性能稳定的电子封装用键合丝。

该键合丝用于高集成度和小型化IC元器件键合引线，还可用于大功率分离器件的引线键合，并且可代替键合金丝用于一般电子元器件的引线键合等。

具体实施方式

实施例1，单晶铜键合丝的具体制备方法为：

①采用高真空炉(真空度达到10^-2～10^-4MPa)将高纯铜(纯度为99.995％)熔化，而后升温1100℃，精炼60分钟，整个熔炼过程采用高纯氩气(99.9％)保护，采用定向凝固方式拉制8mm单晶铜杆；