本发明涉及熔炼领域，具体涉及一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法。
背景技术：
目前，高纯4n(99.99％)铜磷合金(磷含量400-700ppm)是制造半导体用铜磷合金阳极的原材料，主要用于集成电路芯片布线，是高品质芯片生产中不可或缺的原材料。
cn102268567a公开了一种铜磷合金的制备方法，针对现有的铜磷合金的制备方法所存在的生产过程复杂、能耗高、污染环境的缺陷，提供一种工艺简单、产品成分均匀、能耗低、生产过程无污染的铜磷合金的制备方法。制备铜磷合金包括以下步骤：称出赤磷和纯铜；将称出的赤磷放入坩埚中；在赤磷上铺一层隔层材料，在隔层材料上插入纯铜棒；将称出的纯铜放入坩埚中，进行加热熔炼，待赤磷完全反应后用棒子捣破隔层材料，待隔层材料浮起后从熔体中去除，继续熔炼至合金成份均匀后停止熔炼，在熔炼过程中加入覆盖剂；将熔炼好的合金熔液表面的覆盖剂及剩余的隔层材料去除，合金熔液经出坩埚、冷却后即得到铜磷合金产品。
cn106381410a公开了一种集成电路用磷铜阳极的制备方法和熔炼炉及其系统，该方法包括原材料采用铜含量达到99.99％以上的a级电解铜以及单项杂质不大于0.003％的高磷铜合金；真空熔炼与连铸：选用真空的熔炼炉对所述a级电解铜以及高磷铜合金进行铜、磷的合成以及牵引，获取磷铜合金铸锭；微晶处理：在真空状态下对所述磷铜合金铸锭进行微晶处理；冷态加工成形：在常温下对微晶处理后的所述磷铜合金铸锭进行加工成形，获得集成电路用磷铜阳极。通过对原材料真空熔炼与连铸，在真空状态下微晶处理，常温下加工成形，实现制造工艺简单，制备的集成电路用磷铜阳极具有很高的填充能力，且具有更高的延展性，铜的纯度高与晶粒度小且均匀。
当前国内外企业大多采用真空感应熔炼工艺生产铜磷合金铸锭。由于磷的比重比铜的比重轻，有些企业采用添加铜磷中间合金的方法。这样能改善磷的均匀性，但磷的均匀性还是不能完全满足芯片生产要求。另外，由于磷在真空熔炼时易挥发，磷的含量很难控制。而铜阳极中磷含量的均匀性，对产品的质量有直接的影响。然而铜磷合金在熔炼铸造的过程中，由于磷的比重比铜的比重轻，而且磷易挥发，磷的含量很容易偏析。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，解决了铜磷合金制备过程中磷的偏析问题，进而改善磷在铜磷铸锭中的均匀性，控制总的磷含量，提升铜磷阳极的品质，满足芯片生产要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入保护气体，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸。
本发明提供的方法通过对铜磷中间合金加入的时机及条件的特定选择，同时在后续采用倾斜的方式，利用二者间的协同耦合作用解决了铜磷合金制备过程中磷的偏析问题，同时也改善了磷在铜磷铸锭中的均匀性，控制总的磷含量，提升铜磷阳极的品质，满足芯片生产要求。
作为本发明优选的技术方案，所述熔化在真空度p为0.005pa≤p≤0.015pa下进行，例如可以是0.005pa、0.006pa、0.007pa、0.008pa、0.009pa、0.01pa、0.011pa、0.012pa、0.013pa、0.014pa或0.015pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一静置的时间为20-40min，例如可以是20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min或40min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述保护气体包括氮气和/或惰性气体。
本发明中惰性气体可以是氦气、氖气或氩气等，但不限于所列举的气体，其他符合的气体也可以。
作为本发明优选的技术方案，所述保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.07mpa≤pt≤-0.04mpa，例如可以是-0.07mpa、-0.065mpa、-0.06mpa、-0.055mpa、-0.05mpa、-0.045mpa或-0.04mpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14-15％，例如可以是14％、14.1％、14.2％、14.3％、14.4％、14.5％、14.6％、14.7％、14.8％、14.9％或15％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，铜磷中间合金的添加量要根据最终铸锭中的磷含量要求添加。一般最终铸锭中的磷含量在400ppm至700ppm。
作为本发明优选的技术方案，所述倾斜熔化装置至少进行3次，例如可以是3次、4次、5次或6次等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述熔化装置的倾斜角度为45-55°，例如可以是45°、45.5°、46°、46.5°、47°、47.5°、48°、48.5°、49°、49.5°、50°、50.5°、51°、51.5°、52°、52.5°、53°、53.5°、54°、54.5°或55°等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第二静置的时间为25-38min，例如可以是25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min或38min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入保护气体，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
所述第一静置的时间为20-40min；所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14-15％；所述倾斜熔化装置至少进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为45-55°；所述第二静置的时间为25-38min。
与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的方法通过对铜磷中间合金加入的时机及条件的特定选择，同时在后续采用倾斜的方式，利用二者间的协同耦合作用解决了铜磷合金制备过程中磷的偏析问题，同时也改善了磷在铜磷铸锭中的均匀性，控制总的磷含量，提升铜磷阳极的品质，满足芯片生产要求。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氮气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.01pa下进行；
第一静置的时间为30min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.055mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14％；所述倾斜熔化装置进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为50°；
所述第二静置的时间为32min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为522+/-40ppm。
实施例2
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氩气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.005pa下进行；
第一静置的时间为20min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.07mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14.3％；所述倾斜熔化装置进行4次；所述熔化装置的倾斜角度为55°；
所述第二静置的时间为25min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为545+/-50ppm。
实施例3
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氮气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.015pa下进行；
第一静置的时间为40min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.04mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14.5％；所述倾斜熔化装置进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为45°；
所述第二静置的时间为38min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为535+/-30ppm。
实施例4
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氮气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.013pa下进行；
第一静置的时间为25min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.06mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14.7％；所述倾斜熔化装置进行5次；所述熔化装置的倾斜角度为47°；
所述第二静置的时间为27min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为511+/-40ppm。
实施例5
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氮气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.008pa下进行；
第一静置的时间为33min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.054mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14.2％；所述倾斜熔化装置进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为53°；
所述第二静置的时间为36min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为481+/-43ppm。
实施例6
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氮气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.008pa下进行；
第一静置的时间为22min；保护气体的通入终点为熔化装置中的压强pt为-0.066mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为14.6％；所述倾斜熔化装置进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为55°；
所述第二静置的时间为29min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为565+/-35ppm。
实施例7
本实施例提供了一种利用铜磷中间合金制备铜磷合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括：将铜原料在真空条件下熔化并进行第一静置，之后通入氦气，然后加入铜磷中间合金，倾斜熔化装置，之后进行第二静置并浇铸；
熔化在真空度p为0.011pa下进行；
第一静置的时间为35min；保护气体的通入终点为熔化装置中的表压pt为-0.044mpa；
所述铜磷中间合金中磷的质量百分含量为15％；所述倾斜熔化装置进行3次；所述熔化装置的倾斜角度为45°；
所述第二静置的时间为33min。
所得铜磷合金不存在磷偏析，磷的含量为466+/-32ppm。
对比例1
与实施例1的区别仅在于铜磷中间合金在熔化和第一静置之间加入，所得铜磷合金存在磷偏析，磷的含量为482+/-100ppm。
对比例2
与实施例1的区别仅在于铜磷中间合金在第二静置和浇铸之间加入，所得铜磷合金存在磷偏析，磷的含量为502+/-120ppm。
对比例3
与实施例1的区别仅在于加入铜磷中间合金前不通入氮气，所得铜磷合金存在磷偏析，磷的含量为522+/-110ppm。
对比例4
与实施例1的区别仅在于第二静置前不倾斜熔化装置，所得铜磷合金存在磷偏析，磷的含量为477+/-130ppm。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的方法通过对铜磷中间合金加入的时机及条件的特定选择，同时在后续采用倾斜的方式，利用二者间的协同耦合作用解决了铜磷合金制备过程中磷的偏析问题，同时也改善了磷在铜磷铸锭中的均匀性，控制总的磷含量，提升铜磷阳极的品质，满足芯片生产要求。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。