一种铜银合金键合丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用在微电子封装工序中的合金键合丝，具体涉及一种铜银合金键合丝。本发明还涉及所述铜银合金键合丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]
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，半导体封装要求用更细的键合丝进行窄间距、长距离的键合，半导体封装企业对键合丝的技术指标提出了低长弧、耐高温、超细高强等越来越高的要求。同时，为降低键合金丝高成本带来的影响，各生产厂商加快了对低成本键合丝的研发步伐。
[0003]铜丝具有比金丝更优异的导热、导电性能，断裂负荷及刚性更强，在模压和封装过程中可以得到更优异的球颈强度和较高的弧线稳定性，金属间化合物(IMC)生长缓慢，与基底间的结合稳定，成本低;但铜丝易氧化，长期使用降低了器件的可靠性。
[0004]目前常规用来解决铜丝氧化问题的是制备镀钯铜键合丝，利用镀钯层隔绝铜丝与空气的接触，降低其氧化速率，但在烧球键合过程中，由于镀钯层与基材铜丝的再结晶温度不同，容易发生歪球等不良；且镀钯铜丝硬度高，键合时易对芯片造成伤害，导致硅弹坑和芯片开裂。因此，发明一种可以解决铜丝氧化问题的铜银合金键合丝是十分必要的。
【发明内容】
[0005]
本发明所要解决的技术问题是，提供一种铜银合金键合丝及其制备方法，所制备的键合丝强度高，导电、导热性能好;硬度低，抗氧化性好;且具有更好的拉丝加工性能。
[0006]解决现本发明的技术问题所采用的技术方案如下:
一种铜银合金键合丝，其特征在于:作为主合金的银含量0.1?5 wt %，作为微量合金的稀土元素含量< 15ppm，余量为作为基底材料的铜。
[0007]作为微量合金的稀土元素含量优选为3?15ppm。
[0008]所述的铜银合金键合丝的制备方法，其特征在于按照以下步骤制备而成:
1)、原料:选择99.999%以上的原料;或利用提纯工艺，使原料的纯度达到99.999%以上；
2)、合金:将高纯铜和高纯银，或者将高纯铜、银和微量合金元素混合，经过预合金和母合金，制备合金锭材料；
3)、拉铸:经过真空连续拉铸工艺，将合金锭材料熔铸成铜银合金棒；
4)、拉丝:将铜银合金棒通过拉丝机拉成所需线径的丝线；
5)、退火。
[0009]其中步骤2)合金中，合金温度为1100?1600°C，两步真空中频合金，以保证合金的均匀性和产品稳定性。
[0010]其中步骤3)拉铸中，拉铸温度为1080?1300°C，采用连续拉铸方式，以保证后道合金丝的良好加工性能。
[0011]其中步骤5)的退火中，成品线径合金丝的退火温度为450?650°C。
[0012]本发明具有以下优点:
第一、键合丝基底材料为高纯铜，强度高，导电、导热性能好;合金主成分为银，硬度低，抗氧化性好，降低了铜丝的氧化速率;微量合金掺杂，表面偏析钝化，进一步降低铜丝氧化速率，且细化晶粒，增强了拉丝过程中的加工性能。
[0013]第二、铜银合金键合丝强度高，能够很好地适应窄间距、低长弧、耐高温和超细高强的键合趋势要求。
[0014]第三、与镀钯防氧化相比，铜银合金键合丝在使用过程中烧球更均匀，不会因内外层金属间结晶温度不同导致歪球现象，且硬度低，降低了键合过程中对芯片的损伤，使用性能更稳定，适用范围更广泛。
【附图说明】
[0015]图1本发明实施例1、实施例2制备的铜银合金键合丝与纯铜丝的抗氧化性能对比效果图。
【具体实施方式】
[0016]
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
[0017]实施例1: 一种直径为20ym(0.8mil)的铜银合金键合丝，组成键合丝的材料各成分重量百分比为:
主合金Ag(银)用量为0.5%，微量合金Ce(铈)用量为5ppm，余量为基底材料Cu(铜)。
[0018]其制备方法包括以下步骤:
第一步，原料:选择达到99.999%以上高纯度的铜、银、铈原料；
第二步，合金:根据合金成分，在1250 ± 5°C下以氮气为保护气体，制备预合金、母合金；第三步，拉铸:1200 土 5°C下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为8 土 0.3mm的铜银合金棒；
第四步，拉丝:将铜银合金棒先通过粗拉设备拉制成直径为1.55mm的合金丝，再通过中拉设备拉制成直径为0.26mm的合金丝，最终利用细拉、超细拉设备拉制成直径为20μηι的铜银合金丝；
第五步，退火:在温度为600 土 10°C的退火设备上对银合金线进行退火处理，以消除合金丝的内应力，使之不产生扭曲、弯曲，调整机械性能，断裂力BL>7gf、延伸率E/L 13?17%;第六步，绕线:根据产品长度要求，分绕成不同长度的小轴；
第七步，产品检验:用放大倍数为250倍的光学显微镜检验合金键合丝表面情况，观察有无裂纹和杂质；用放线设备检验键合丝的放线和应力情况；用万能材料试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，其要求为:断裂力B/L>7gf、延伸率E/L 13?17%;
第八步，成品制备:将检验合格的铜银合金键合丝产品按照要求进行包装，检验不合格的广品粘贴不合格标签后报废入库。
[0019]实施例2:—种直径为30ym(1.2mil)的铜银合金键合丝，组成键合丝的材料各成分重量百分比为:
主合金Ag(银)用量为4.0%，余量为基底材料Cu(铜)。
[0020]其制备方法包括以下步骤:
第一步，原料:选择达到99.999%以上高纯度的铜、银原料；
第二步，合金:根据合金成分，在1200 ± 5°C下以氮气为保护气体，制备预合金、母合金；第三步，拉铸:1150 土 5°C下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为8 土 0.3mm的铜银合金棒；
第四步，拉丝:将铜银合金棒先通过粗拉设备拉制成直径为1.55mm的合金丝，再通过中拉设备拉制成直径为0.26mm的合金丝，最终利用细拉、超细拉设备拉制成直径为20μηι的铜银合金丝；
第五步，退火:在温度为550 土 10°C的退火设备上对银合金线进行退火处理，以消除合金丝的内应力，使之不产生扭曲、弯曲，调整机械性能，断裂力BL>17gf、延伸率E/L 18-22%；
第六步，绕线:根据产品长度要求，分绕成不同长度的小轴；
第七步，产品检验:用放大倍数为250倍的光学显微镜检验合金键合丝表面情况，观察有无裂纹和杂质；用放线设备检验键合丝的放线和应力情况；用万能材料试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，其要求为:断裂力B/L>17gf、延伸率E/L 18?22%;
第八步，成品制备:将检验合格的铜银合金键合丝产品按照要求进行包装，检验不合格的广品粘贴不合格标签后报废入库。
[0021]本发明制备的铜银合金键合丝，可以达到如下技术指标:
实施例1中，铜银合金键合丝BL平均值可以达到9.8gf，EL平均值可以达到15.6% ；实施例2中，铜银合金键合丝BL平均值可达18.3gf，EL平均值可以达到21.1%。在150°C，100%湿度下测试相同线径键合丝的抗氧化性能如附图1所示。由图1可知，纯铜丝在12小时后开始发生氧化反应，铜丝的重量明显增加，反应速度较快，72小时后反应完全，重量不再增加。实施例1和实施例2在84小时以后开始发生氧化反应，反应速率明显比纯铜丝慢，168小时后铜丝的氧化比例约占50%，抗氧化性良好。
[0022]所述的熔铸炉、拉丝机、退火炉、键合丝放线设备、万能材料试验机等设备，皆为常规键合丝生产制备和检验设备，其使用方法也为本领域普通技术人员所知悉。
【主权项】
1.一种铜银合金键合丝，其特征在于:作为主合金的银含量0.1?5wt %，作为微量合金的稀土元素含量< 15ppm，余量为作为基底材料的铜。2.如权利要求1所述的铜银合金键合丝，其特征在于:作为微量合金的稀土元素含量3?15ppm03.如权利要求1或2所述的铜银合金键合丝的制备方法，其特征在于按照以下步骤制备而成: 1)、原料:选择99.999%以上的原料;或利用提纯工艺，使原料的纯度达到99.999%以上； 2)、合金:将高纯铜和高纯银，或者将高纯铜、银和微量合金元素混合，经过预合金和母合金，制备合金锭材料； 3)、拉铸:经过真空连续拉铸工艺，将合金锭材料熔铸成铜银合金棒； 4)、拉丝:将铜银合金棒通过拉丝机拉成所需线径的丝线； 5)、退火。4.如权利要求3所述的铜银合金键合丝的制备方法，其特征在于:其中步骤2)合金中，合金温度为1100?1600°C，两步真空中频合金，以保证合金的均勾性和产品稳定性。5.如权利要求3所述的铜银合金键合丝的制备方法，其特征在于:其中步骤3)拉铸中，拉铸温度为1080?1300°C，采用连续拉铸方式，以保证后道合金丝的良好加工性能。6.权利要求3所述的铜银合金键合丝的制备方法，其特征在于:其中步骤5)的退火中，成品线径合金丝的退火温度为450?650°C。
【专利摘要】本发明是一种铜银合金键合丝，作为主合金的银含量0.1～5wt%，作为微量合金的稀土元素含量≤15ppm，余量为作为基底材料的铜。键合丝基底材料为高纯铜，强度高，导电、导热性能好；合金主成分为银，硬度低，抗氧化性好，降低了铜丝的氧化速率；微量合金掺杂，表面偏析钝化，进一步降低铜丝氧化速率，且细化晶粒，增强了拉丝过程中的加工性能。
【IPC分类】C22C9/00, C22C1/02
【公开号】CN105463237
【申请号】CN201510880814
【发明人】林良
【申请人】烟台一诺电子材料有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月5日