专利名称：键合铜丝在生产过程中的表面处理技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子材料生产领域，尤其涉及一种键合铜丝在生产过程中的表面处理技术。
背景技术：
随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的向体积小，高性能，高密集，多芯片方向推进，从而对集成电路封装引线材料的要求特细(Φ0. 016mm)，而超细的键合金丝在键合工艺中已不能胜任窄间距、长距离键合技术指标的要求。在超细间距球形键合工艺中，由于封装引脚数的增多，引脚间距的减小，超细的键合金丝在键合过程中常常造成键合引线的摆动、键合断裂和踏丝现象；对器件包封密度的强度也越来越差；成弧能力的稳定性也随之下降，从而加大了操作难度。另外，近几年来，黄金市值一路飚升，十年时间黄金价格增长了 200%多，给使用键合金丝的厂家，增加了沉重的原材料成本，同时也加大了生产及流动成本，生产厂商的毛利润由20%降到了 6%，从而导致了资金周转缓慢， 制约了整个行业的技术提升及规模发展。由此表明，传统的键合金丝根据自身的特点已经达到了其能力极限，再也不能满足细线径、高强度、低弧度、长弧形、并保持良好导电性的要求。因此，随着半导体集成电路和分立器件产业的发展，键合金丝无论从质量上、数量上和成本上都不能满足国内市场的发展要求。特别是低弧度超细金丝，大部份主要依赖于进口， 占总进口量的45%以上。所以国家在新的五年计划期间，提出把提高新型电子器件创新技术和工艺研发水平纳入国家专项实施重点规划项目来抓，大力开发高科技、高尖端、节能降耗、绿色环保型半导体集成电路封装新材料。电子信息时代的飞速发展，其应用基础与核心的大规模集成电路、超大集成电路和甚大规模集成电路的特征间距尺寸已走过了 0. 18 μ m、 0. 13μπι、0. 10 μ m的路程，直至当今的0.07 μ m生产水平。其集成度也达到数千万只晶体管至数亿只晶体管，布线层数由几层发展至10层，布线总长度可高达1. 4Km。这样一来，硅芯片上原由铝布线实现多层互连，由于铝的高电阻率制约，显然难以得到发挥。所以在芯片特征间距尺寸达到0. 18 μ m或更小时，根据研究我们采用了电阻率低、电气性能和机械性能俱佳，以及价格低廉的单晶铜丝进行了多次的键合试验，结果解决了多层布线多年要解决的难题。同样情况，由于芯片输入已高达数千输入引脚的大量增加，使原来的金、铝键合丝的数量及长度也大大增加，致使引线电感、电阻很高，从而也难以适应高频高速性能的要求，在这种情况下，我们同样采取了性价比都优于金丝的单晶铜键合引线(Φ0.018πιπι)进行了引线键合，可贺的是键合后结果取得了预想不到的成功。从此改变了传统键合金丝的市场垄断，实现了单晶铜丝键合引线在我国集成电路微电子封装产业系统中的应用未来发展前景十分广阔。同时也填补了我国在这一领域的空白，节省了货币金属黄金消耗，对增加我国黄金战略储备具有一定重大的意义。但是键合铜丝在生产过程中的表面处理一直是一种比较难以掌握的技术，传统工艺中采用在退火工序中采用气体保护，例如Ν2 95%,Η2 5%，这样提高了产品在键合过程中焊接性能和防氧化性能，但生产成本太高，生产条件太苛刻很难达到。
发明内容
根据以上不足，本发明提供一种键合铜丝在生产过程中的表面处理技术，生产成本大幅降低，经过本技术处理的键合铜丝完全可以取代键合金丝，是一种具有良好的拉伸、 剪切强度和延展性，其导电性、导热性好的健合引线。本发明采用的技术方案是在键合铜丝表面处理过程中，重点是采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性，保证焊接时镀层易打开，焊接后电子扩散对称，不产生偏移。键合铜丝的具体生产工艺流程为，第一步采用真空度为10_104MPa高真空炉将纯度高于99. 995%高纯铜熔化，升温到1100 1180°C，精炼60 120分钟，采用定向凝固方式拉制Φ4 Φ8πιπι单晶铜杆；第二步将拉制成的高纯度单晶铜杆冷加工至Φ0. 95 Φ 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%将单晶铜杆拉至Φ0. 018 Φ0. 02mm ；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 ；第三步将上步骤拉制成的单晶铜键合引线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 ；第四步将清洗后的单晶铜键合引线在退火复绕设备上进行热处理，其热处理温度为410 425°C，热处理时间为0. 7 2. Os，退火复绕时的张力为0. 6 2. 8g 第五步采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性，保证焊接时镀层易打开，焊接后电子扩散对称，不产生偏移；第六步复绕成品、包装，将热处理后的单晶铜键合引线采用真空吸塑包装，真空度为 10-3 10-4Mpao本发明的有益效果是单晶铜材具有致密的凝固组织，经过本技术处理后，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，是一种具有良好的拉伸、剪切强度和延展性，其导电性、导热性好的健合引线，键合铜丝可在很大程度上可以取代键合金丝，节省了货币金属黄金消耗，对增加我国黄金战略储备具有一定重大的意义。
具体实施例方式下面根据具体实施方式
进一步对本发明加以说明实施例本发明提供的键合铜丝生产工艺流程为第一步采用真空度为 10-104MPa高真空炉将纯度高于99. 995 %高纯铜熔化，升温到1100 1180°C，精炼60 120分钟，采用定向凝固方式拉制Φ4 Φ8πιπι单晶铜杆；第二步将拉制成的高纯度单晶铜杆冷加工至Φ 0. 95 Φ 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%将单晶铜杆拉至Φ0. 018 Φ0. 02mm ；拉制速度为400 600m/min ；0. 5mm以上模具表面粗糙度为 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;第三步将上步骤拉制成的单晶铜键合引线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 ；第四步将清洗后的单晶铜键合引线在退火复绕设备上进行热处理，其热处理温度为410 425°C，热处理时间为 0. 7 2. Os，退火复绕时的张力为0. 6 2. 8g 第五步采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性。保证焊接时镀层易打开，焊接后电子扩散对称，不产生偏移。第六步复绕成品、包装，将热处理后的单晶铜键合引线采用真空吸塑包装，真空度为10-3 10-4Mpa。
权利要求
1.键合铜丝在生产过程中的表面处理技术，特征是是在键合铜丝表面处理过程中，采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性。
2.根据权利要求1所述的键合铜丝在生产过程中的表面处理技术，其特征键合铜丝生产工艺流程为第一步，采用真空度为10-104MPa高真空炉将纯度高于99. 995%高纯铜熔化，升温到1100 1180°C，精炼60 120分钟，采用定向凝固方式拉制Φ4 Φ8πιπι单晶铜杆；第二步，将拉制成的高纯度单晶铜杆冷加工至Φ0. 95 Φ1. 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%将单晶铜杆拉至Φ0. 018 Φ0. 02mm ；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 ；第三步，将上步骤拉制成的单晶铜键合引线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 ；第四步，将清洗后的单晶铜键合引线在退火复绕设备上进行热处理，其热处理温度为410 425°C，热处理时间为0. 7 2. Os，退火复绕时的张力为0. 6 2. Sg ；第五步，采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性；保证焊接时镀层易打开，焊接后电子扩散对称，不产生偏移；第六步，复绕成品、包装，将热处理后的单晶铜键合引线采用真空吸塑包装，真空度为10_3 10_4Mpa。
全文摘要
键合铜丝在生产过程中的表面处理技术，涉及微电子材料生产领域，本发明采用的技术方案是在键合铜丝表面处理过程中，采用电子脉冲在铜丝的表面上浸镀一层薄而密的钯金复合镀层，提高其防氧化性和焊接性。保证焊接时镀层易打开，焊接后电子扩散对称，不产生偏移。本发明的有益效果是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，是一种具有良好的拉伸、剪切强度和延展性，其导电性、导热性好的健合引线，键合铜丝可在很大程度上可以取代键合金丝，节省了货币金属黄金消耗，对增加我国黄金战略储备具有一定重大的意义。
文档编号H01L21/48GK102263038SQ20111023890
公开日2011年11月30日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者宋东升, 张富尧, 张若京 申请人:张若京