一种铜微合金键合线及其制备方法与流程

本发明涉及一种用在微电子封装中的键合线，具体是一种铜微合金键合线。

背景技术：

随着集成电路及分立器件向封装多引线化、高集成度和小型化发展，高端半导体封装要求用更细、强度更高的键合线进行窄间距、长距离的引线键合，半导体封装企业对键合线提出了弧度到时更低，弧长更长，直径更细，高温性能等越来越高的要求，同时要求降低键合线的成本。

目前市面上高端封装大部分采用键合金线进行封装。键合铜线具有比键合金线更优异的导热、导电性能，断裂负荷及刚性更强，在封装过程中可以得到更优异的焊接球和较低的弧线，金属间化合物(imc)生长缓慢，与基底结合稳定牢固，成本低，但铜线极易氧化，长期使用会降低元器件的可靠性。

目前市面上用来解决键合铜线氧化问题主要是在铜线表面镀银，利用镀银层来隔绝铜与空气的接触，降低铜线的氧化速度。但在烧球键合过程中，由于银与铜分别以单独金属存在，银与铜的再结晶温度不同，容易发生歪球等不良现象；且银的硬度高，键合时易对芯片造成伤害，导致弹坑和开裂；且铜镀银工艺有污染，加工工艺复杂，因此，研究一种新型的性能阶于纯铜线与镀银铜线之间的铜微合金键合线相当有必要，具有广阔的市场前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铜微合金键合线，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铜微合金键合线，包括银、稀土元素和高纯铜，所述银和稀土元素的重量之和占总重量的0.1％，其余均为高纯铜。

作为本发明进一步的方案：高纯铜的纯度不低于99.9999％，银和稀土元素的纯度均不低于99.999％。

所述铜微合金键合线的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，称取原料：称取纯度99.9999％以上的高纯铜、纯度99.999％以上的高纯银和纯度99.999％以上的稀土元素；

步骤二，制备合金：将部分高纯铜和稀土元素制成合金；

步骤三，熔铸：采用真空熔炼和连续定向拉铸工艺，将剩余高纯铜、合金以及高纯银熔铸成6mm合金棒；

步骤四，拉丝：采用单模和多模拉丝工艺，使用带连续退火的拉丝设备，将6mm合金棒拉制成我们需要的成品直径；

步骤五，退火：根据技术要求，对线材进行退火处理，利用合理的退火温度和时间，得到我们需要的机械性能；

步骤六，复绕：根据客户要求，将线材复绕成一定长度一轴的成品线。

作为本发明进一步的方案：步骤二中制备合金采用真空度不大于1*10^-3pa的中频真空熔炼炉，在1200-1600℃下精炼20-30分钟。

作为本发明进一步的方案：步骤三中熔铸采用真空度不大于1*10^-3pa的中频真空熔炼炉，在1200-1300℃下精炼20-30分钟。

作为本发明进一步的方案：步骤五中退火温度为350-450℃并且采用氮气保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的铜微合金键合线强度高，导电和导热性能好，抗氧化和耐腐蚀性能好，而且本产品具有更好的成球性能和更好的键合性能。

附图说明

图1为铜微合金键合线的生产流程图。

图2为铜微合金键合线与纯铜线和镀钯铜线的抗氧化性能对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种直径为20μm的铜微合金键合线，包括银、稀土元素和高纯铜，组成键合线的金属重量百分比为：银加稀土元素为0.1％，余量为纯度99.9999％以上的高纯铜。

该铜微合金键合线的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，称取原料：称取纯度99.9999％以上的高纯铜、纯度99.999％以上的高纯银和纯度99.999％以上的稀土元素；

步骤二，制备合金：在真空度不大于1*10^-3pa的中频真空熔炼炉中，在1200℃下精炼25分钟，将部分高纯铜和稀土元素制成铜的质量分数为99％的合金，在高纯铜中加入稀土元素，可以提高高纯铜的室温与高温机械性能，并对铜金属起到精炼作用，保证合金的均匀性和抗氧化性，保证了铜的高纯度；

步骤三，熔铸：采用采用真空度不大于1*10^-3pa的中频真空熔炼炉，在1300℃下精炼30分钟并且采用定向拉铸速度150mm/min的连续定向拉铸工艺，将剩余高纯铜、合金以及高纯银熔铸成6mm合金棒，连续定向拉铸工艺可以保证后面合金线有优良的拉丝性能；

步骤四，拉丝：采用单模和多模拉丝工艺，使用带连续退火的拉丝设备，将6mm合金棒拉制成直径20μm的铜微合金键合线成品；

步骤五，退火：根据技术要求，在退火温度为400℃和速度300rpm下，对20μm的铜微合金键合线进行退火处理，消除铜微合金键合线的内应力，使之不产生轴向扭曲、弯曲，调整合适的机械性能，断裂力大于5gf，延伸率为10-18％；

步骤六，复绕：根据客户要求，将线材复绕成500米一轴的成品线。

该产品的主材料为铜，成本低，强度高，导电、导热性能好；合金的主成份为银加稀土元素，抗氧化性，耐腐蚀性好，降低了铜微合金键合线的氧化速率，提高了耐腐蚀性能；微量的稀土合金掺杂，细化了晶粒，增强了铜金属晶粒之间的结合力，提高了拉丝性能；定向凝固技术，进一步细化晶粒，增强了合金金属之间的结合力，增强了拉线过程中的加工性能；该产品强度高，能够适应窄间距、低弧度、长弧长、耐高温、细直径的键合发展趋势要求。铜和银加稀土形成合金，不用电镀，减小污染与损耗，在键合烧球时成球均匀，不会因为不同金属结晶温度不同而导致歪球现象。

对实施例1制备的产品进行性能测试，并且与纯铜线和镀钯铜线20μm(0.8mil)进行技术数据对比，结果见表1。

表1

实施例1的产品可以达到如下技术指标：20μm(0.8mil)铜微合金键合线的断裂力bl为9.3gf，延伸率el为13.2％。

图2中可以看出，纯铜线在24小时后就开始发生氧化，重量明显增加，且增加速度较快，72小时增重25％，重量不再增加，实施例1的铜微合金键合线的氧化速度接近于纯铜线，但比纯铜线的氧化速度慢，而镀钯铜线由于有银的保护，氧化并不明显。综合以上，铜微合金键合线生产中增加银和稀土的含量到适当程度，可大大提高铜微合金键合线的抗氧化性能和室温及高温机械性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。