專利名稱：：?jiǎn)尉с~鍵合絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及單晶銅材料的加工制備。
背景技術(shù)：
：引線鍵合以工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉、適用多種封裝形式而在芯片連接方式中占主導(dǎo)地位，目前所有封裝管腳的90%以上都釆用引線鍵合連接。銅鍵合絲與金絲、鋁絲相比具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電學(xué)性能、熱學(xué)性能和低的金屬間化合物增長，在很大程度上提高了芯片頻率和可靠性，適應(yīng)了低成本、細(xì)間距、高引出端元器件封裝的發(fā)展。此外晶片鋁金屬化向銅金屬化的轉(zhuǎn)變，使得對(duì)于高速器件的新型封裝設(shè)計(jì)來說，選擇短銅絲鍵合并且間距小于50ijm的銅焊區(qū)將在封裝巿場(chǎng)上成為倒裝焊接工藝強(qiáng)有力的竟?fàn)帉?duì)手。并且通過釆用新工藝如新型EFO(Electronicflameoff)電子滅火、OP2(Oxidationpreventionprocess)抗氧化工藝和MRP(ModulusReductionProcess)降低模量工藝的改進(jìn)后，使銅絲鍵合比金絲鍵合更牢固、更穩(wěn)定，尤其在大批量的高引出端、細(xì)間距、小焊區(qū)的IC封裝工藝中，成為替代金絲的最佳鍵合材料。但對(duì)于銅鍵合絲的坯料無氧銅桿，由于其內(nèi)部組織中存在大量晶界，在拉制超細(xì)微絲時(shí)，在晶界會(huì)出現(xiàn)斷裂，將其加工至0.03mm以下且保證具有良好的性能一致性將存在較多困難。因此，晶界問題成為妨害銅材電學(xué)性能及鍵合絲性能提高的主要因素。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種單晶銅鍵合絲的制備方法。本發(fā)明是一種單晶銅鍵合絲的制備方法，所述的單晶銅鍵合絲的原材料為銅，其步驟為A、釆用真空度為10、10^MPa高真空爐將純度高于99.995。/。高純銅熔化，升溫到1100~1180°C，精煉60~120分鐘，整個(gè)熔煉過程釆用純度為過于99.99%高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制cp4cp8mm單晶銅桿；3B、將拉制成的高純度單晶銅桿冷加工至cp0.95cp1.102mm,每道次拉拔加工率為15-25%,拉拔速度控制在4060m/min;然后分為47~70個(gè)道次，釆用每道次加工率為7.59~17.82%將單晶銅桿拉制0.020~0.05mm;拉制速度為400~600m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra為0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑釆用水溶性潤滑劑，濃度為0.4~0.8%，拉絲時(shí)溫度為35~45°C;C、將上步驟拉制成的單晶銅鍵合絲表面清洗釆用超聲波清洗，清洗介質(zhì)釆用無水酒精，超聲波功率4080W,頻率2040KHz;D、將清洗后的單晶銅鍵合絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ai"2保護(hù)，其熱處理溫度為410425。C，熱處理時(shí)間為0.7~2.0s，保護(hù)氣體流量為H20.3~0.6L/min、Ar20.4~0.65L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為0.6~2.8g;E、將熱處理后的單晶銅鍵合絲釆用真空吸塑包裝，真空度為1(^10^Mpa。本發(fā)明的有益效果是所述的單晶銅鍵合絲及其制備工藝，其釆用的純度高于99.995%高純單晶銅桿作為坯料，并釆用真空熔煉氬氣保護(hù)熱型連鑄設(shè)備進(jìn)行單晶銅桿生產(chǎn)。單晶銅材具有致密的凝固組織，消除了橫向晶界，避免了縮孔、氣孔等鑄造缺陷，使得其塑性加工性能、機(jī)械性能、電學(xué)性能等都明顯高于普通無氧銅，克服了傳統(tǒng)銅線拉絲加工的斷頭多、質(zhì)量低和生產(chǎn)率低的缺點(diǎn)，能夠制備出線徑小至0.015mm，高強(qiáng)度、高延伸率、性能穩(wěn)定的電子封裝用鍵合絲。該鍵合絲用于高集成度和小型化IC元器件鍵合引線，還可用于大功率分離器件的引線鍵合，并且可代替鍵合金絲用于一般電子元器件的引線鍵合等。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①采用高真空爐(真空度達(dá)到10、10^MPa)將高純銅(純度為99.995。/。)熔化，而后升溫110CTC，精煉60分鐘，整個(gè)熔煉過程釆用高純氬氣(99.9%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制cp8mm單晶銅桿；②將cp8mm高純度單晶銅桿冷加工至0:95mm，每道次拉拔加工率為15%,拉拔速度控制在40m/min;然后釆用表1所列道次和加工率將單晶銅桿拉制0.05mm;拉制速度為600m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為0.8%，拉絲時(shí)溫度為35。C;表1單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率道次加工率％道次加工率％道次加工率％道次加工率％117.781415.432713.644011.96217.741515.412813.524111.77317.571615.252913.264211.56417.5017153013.194311.38517.291814.623112.864411.21617.21914.333212.794511.05716.912013.943312.654610.88816.932113.823412.444710.71916.772213.773512.361016.442313.723612.511116.42413.673712.561216.242513.633812.341315.942613.653912.15③將0.05mm單晶銅鍵合絲表面清洗釆用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率80W,頻率40KHz。④將0.05mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+A("2保護(hù)，其熱處理溫度425'C,熱處理時(shí)間為2.0s,保護(hù)氣體流量為H20.3L/min、Ar20.6L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為2.8g;⑤將單晶銅鍵合絲采用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到1CT、10iVIpa。實(shí)施例二單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①采用高真空爐(真空度達(dá)到10—^10^MPa)將高純銅(純度99.999%)熔化,而后升溫112(TC,精煉70分鐘，整個(gè)熔煉過程采用高純氬氣(99.995%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制單晶銅桿；②將6mm高純度單晶銅桿冷加工至1.001mm，每道次拉拔加工率為18%，拉拔速度控制在45m/min;然后采用表2所列道次和延伸率配模將單晶銅桿拉制50.042mm;拉制速度為450m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025，0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑釆用水溶性潤滑劑，濃度為0.4%,拉絲時(shí)溫度為38。C;表2單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率道次加工率％道次加工率％道次加工率％道次加工率％117.751415.452713.634011.94217.721515.442813.554111.77317.591615.272913.264211.56417.541715.23013.194311.39517.291814.533112.864411.21617.21914.313212.794511.05716.962013.943312.654610.87816.932113.793412.444710.75916.772213.753512.364810.421016.452313.713612.544910.241116.412413.663712.565010.111216.242513.623812.341315.942613.653912.15③將0.042mm單晶銅鍵合絲表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率70W,頻率35KHz。④將0.042mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中釆用H2+A「2保護(hù)，其熱處理溫度42(TC，熱處理時(shí)間為1.6s,保護(hù)氣體流量為H20.4L/min、Ar20.4L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為2.5g;⑤將單晶銅鍵合絲釆用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到10—s10^Mpa。實(shí)施例三單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①釆用高真空爐(真空度達(dá)到10-、1(^MPa)將高純銅(純度99.999%)熔化，而后升溫114CTC，精煉80分鐘，整個(gè)熔煉過程釆用高純氬氣(99.999%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制單晶銅桿；②將4mm高純度單晶銅桿冷加工至1.040mm,每道次拉拔加工率為20。/。，拉拔速度控制在50m/min;然后釆用表3所列道次和延伸率配模將單晶銅桿拉制0.038mm;拉制速度為500m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑釆用水溶性潤滑劑，濃度為0.5%,拉絲時(shí)溫度為40。C;表3單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>③將0.038mm單晶銅鍵合絲表面清洗釆用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率60W,頻率30KHz。④將0.038mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ai"2保護(hù)，其熱處理溫度418。C,熱處理時(shí)間為1.2s，保護(hù)氣體流量為H20.5L/min、Ar20.5L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為2.0g;⑤將單晶銅鍵合絲采用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到10—、10^Mpa。實(shí)施例四單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①采用高真空爐(真空度達(dá)到10'10^MPa)將高純銅(純度99.999°/。)熔化，而后升溫116(TC，精煉90分鐘，整個(gè)熔煉過程釆用高純氬氣(99.999%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制單晶銅桿；②將6mm高純度單晶銅桿冷加工至1.10mm,每道次拉拔加工率為22%，拉拔速度控制在55m/min;然后釆用表4所列道次和延伸率配模將單晶銅桿拉制0.025mm;拉制速度為450m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑釆用水溶性潤滑劑，濃度為0.5%，拉絲時(shí)溫度為42。C;表4單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>③將0.025mm單晶銅鍵合絲表面清洗釆用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率50W，頻率25KHz。④將0.025mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中釆用H2+A「2保護(hù)，其熱處理溫度415。C,熱處理時(shí)間為1.0s,保護(hù)氣體流量為H20.6L/min、Ar20.4L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為1.8g;⑤將單晶銅鍵合絲釆用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到1(^10^Mpa。實(shí)施例五單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①采用高真空爐(真空度達(dá)到10—乙10iVIPa)將高純銅(純度99.999%)熔化，而后升溫1180。C,精煉100分鐘，整個(gè)熔煉過程釆用高純氬氣(99.999%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制單晶銅桿；②將8mm高純度單晶銅桿冷加工至0.974mm，每道次拉拔加工率為22%,拉拔速度控制在60m/min;然后釆用表5所列道次和延伸率配模將單晶銅桿拉制0.022mm;拉制速度為420m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為0.4%,拉絲時(shí)溫度為45。C;表5單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率道次加工率%道次加工率%道次加工率%道次加工率。/。道次加工率%117.781515.412913.264311.38579.22217.761615.273013.194411.21589.14317.5917153112.864511.05599.19417.521814.533212.794610.87608.93517.291914.293312.654710.71618.62617.22013.873412.444810.42628.42716.962113.823512.364910.24638.18816.932213.753612.515010.11647.99916.772313.723712.56519.98657.761016.442413.663812.34529.82667.591116.42513.623912.15539.721216.242613.654011.96549.591315.942713.644111.77559.481415.52813.5542".56569.34③將0.022mm單晶銅鍵合絲表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率40W,頻率25KHz。④將0.022mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+A「2保護(hù)，其熱處理溫度415'C，熱處理時(shí)間為0.8s，保護(hù)氣體流量為H20.55L/min、Ar20.65L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為1.2g;⑤將單晶銅鍵合絲采用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到1(^10^Mpa。實(shí)施例六單晶銅鍵合絲的具體制備方法為①采用高真空爐(真空度達(dá)到10々10^MPa)將高純銅(純度99.999%)熔化，而后升溫118(TC,精煉120分鐘，整個(gè)熔煉過程采用高純氬氣(99.995%)保護(hù)，釆用定向凝固方式拉制單晶銅桿；②將8mm高純度單晶銅桿冷加工至1.06mm,每道次拉拔加工率為25%,拉拔速度控制在40m/min;然后采用表6所列道次和延伸率配模將單晶銅桿拉制0.020mm;拉制速度為400m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra達(dá)到0.025,90.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025;拉絲潤滑劑釆用水溶性潤滑劑，濃度為0.4%,拉絲時(shí)溫度為42。C;表6單晶銅鍵合絲拉拔道次和加工率<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>③將0.020mm單晶銅鍵合絲表面清洗釆用超聲波清洗，清洗介質(zhì)釆用無水酒精，超聲波功率30W,頻率20KHz。④將0.020mm的單晶銅絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中釆用H2+Ai"2保護(hù)，其熱處理溫度41CTC，熱處理時(shí)間為0.7s，保護(hù)氣體流量為H20.55L/min、Ar20.5L/min;退火復(fù)繞時(shí)的張力為0.6g;⑤將單晶銅鍵合絲采用真空吸塑包裝，真空度達(dá)到10—s10^MP。權(quán)利要求1、單晶銅鍵合絲的制備方法，所述的單晶銅鍵合絲的原材料為銅，其步驟為A、采用真空度為10-210-4MPa高真空爐將純度高于99.995％高純銅熔化，升溫到1100～1180℃，精煉60～120分鐘，整個(gè)熔煉過程采用純度為過于99.99％高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制φ4～φ8mm單晶銅桿；B、將拉制成的高純度單晶銅桿冷加工至φ0.95～φ1.102mm，每道次拉拔加工率為15～25％，拉拔速度控制在40～60m/min；然后分為47～70個(gè)道次，采用每道次加工率為7.59～17.82％將單晶銅桿拉制0.020～0.05mm；拉制速度為400～600m/min；0.5mm以上模具表面粗糙度Ra為0.025，0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0.025；保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0.025；拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為0.4～0.8％，拉絲時(shí)溫度為35～45℃；C、將上步驟拉制成的單晶銅鍵合絲表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率40～80W，頻率20～40KHz；D、將清洗后的單晶銅鍵合絲在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ar2保護(hù)，其熱處理溫度為410～425℃，熱處理時(shí)間為0.7～2.0s，保護(hù)氣體流量為H20.3～0.6L/min、Ar20.4～0.65L/min；退火復(fù)繞時(shí)的張力為0.6～2.8g；E、將熱處理后的單晶銅鍵合絲采用真空吸塑包裝，真空度為10-3～10-4Mpa。全文摘要單晶銅鍵合絲的制備方法，所述的單晶銅鍵合絲的原材料為銅，其步驟為采用高真空爐將純度高于99.995％高純銅熔化，升溫到1100～1180℃，精煉60～120分鐘，整個(gè)熔煉過程采用高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制φ4～φ8mm單晶銅桿，然后冷加工至φ0.95～φ1.102mm，每道次拉拔加工率為15～25％，然后分為47～70個(gè)道次，采用每道次加工率為7.59～17.82％將單晶銅桿拉制0.020～0.05mm，拉絲時(shí)溫度為35～45℃，將單晶銅鍵合絲表面采用超聲波清洗，將清洗后的單晶銅鍵合絲進(jìn)行熱處理，采用H₂+Ar₂保護(hù)，溫度為410～425℃，時(shí)間為0.7～2.0s，退火復(fù)繞時(shí)的張力為0.6～2.8g。文檔編號(hào)B21C1/00GK101524721SQ20081001781公開日2009年9月9日申請(qǐng)日期2008年3月19日優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日發(fā)明者丁雨田,寇生中,軍曹,勇胡,許廣濟(jì)申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)