一种抗氧化键合铜丝及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及键合丝技术领域，具体涉及一种抗氧化键合铜丝及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 键合金丝是用于集成电路或分立器件及LED连接的关键引线材料。近年来随着半 导体行业的迅速发展，以及黄金价格的飙涨，给生产和使用公司都带来成本压力。集成电路 的集成化程度越来越高，电路板厚度越来越小，器件上的电极数越来越多，电极间距越来越 窄，封装密度也相应变得越来越小，键合金丝已经不能满足日益提高的封装要求，键合铜丝 是替代键合金丝的理想材料，但是铜线容易氧化的特性阻碍了铜线的应用和发展。这就要 求对铜线的储存和应用时的抗氧化性提出了要求。而且，在现有的键合铜丝在制备过程中 包装和储存中也要加惰性气体保护；裸铜线的储存和使用寿命都很短，这也增加了生产和 储存的成本，也进一步影响最终产品的使用效果。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有铜线技术的上述不足，提供一种高抗氧化性的键合铜丝及其制备 方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种抗氧化键合铜丝，其特 征在于：它包括抗氧化键合铜丝，所述铜丝的纯度多99. 99wt%，所述铜丝表面涂覆有厚度 为5-60纳米的有机物层。该有机物覆层能够有效阻断铜和大气或腐蚀气体的接触，并且该 覆层耐200°C以上的高温，起到防氧化的作用。
[0005] 本发明所要解决的另一技术问题是，提供上述抗氧化键合铜丝的制备方法，用该 方法制备的抗氧化键合铜丝产品成材率高，抗氧化性好，成本低。
[0006] 该抗氧化键合铜丝的制备方法，包括以下工艺步骤： 1、 提纯-纯度为99. 99wt%的铜电解提纯出纯度为99. 999wt%的高纯铜； 2、 中间合金-制作中间合金，所述中间合金指钙-铜中间合金、银-铜中间合金、锗-铜 中间合金； 3、 所述制作中间合金，包括以下顺序的工艺步骤： a. 按重量百分比称取步骤2得到的高纯铜98%~99%，称取钙或银或锗1%~2% ; b. 投料，高纯铜和钙或银或锗放入坩埚中； c. 真空恪炼：真空恪炼的温度达到铜的恪点后，待完全恪化后保持温度精炼； d. 浇铸，合金液倒入石墨锭模中； 以上步骤制作出一种中间合金，按同样的工艺步骤制作出另外几种中间合金； 4、 竖式熔炼：将步骤3得到的中间合金在惰性气体氩气的保护下进行熔炼，拉铸，形成 金棒；熔炼温度为900~1300°C; 5、 拉丝：将熔铸的铜棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径；其拉丝过程中的模具 延伸率为5%~18%，拉丝速度为3~15m/s; 6、 退火：退火温度为300~600°C，退火速度为0. 3~2m/s，退火后进行表面处理； 7、 覆层：覆层为本发明的关键工序，退火后的表面处理指在键合铜丝表面涂覆有机物 层，该有机物层由表面活性剂、溶剂、凝固剂及高分子化合物组成； 8、 包装。
[0007] 与现有技术相比，本发明的键合铜丝具有以下显著优点和有益效果： 1.本发明的微量元素选用钙、银或锗，铜能提高金属延伸率，提高材料的高温强度；钙 主要是降低键合铜丝的弧度；银元素和锗元素的添加与合理配比使制备出的键合铜丝具有 较好的低长弧度，满足半导体行业对键合铜丝的高需要。
[0008] 2.本发明的键合铜丝的制备方法中在退火后进行一个覆层处理，即在键合铜丝表 面附上一层有机物层，能在键合铜丝表面形成一层很薄很致密的保护层，这层保护层有效 防止了键合铜丝的氧化，使制备出的键合铜丝在储存和运输中保证不产生氧化，并且该覆 层材料可以耐受200°C以上的高温，从而有效解决铜线氧化问题。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不仅限于以下实施例。
[0010] 实施例1 本发明键合铜丝按以下工艺步骤制备： 1 )、纯度为99. 99wt%的铜电解提纯出纯度为99. 999wt%的高纯铜；原料纯度为 99. 99wt%的铜为市售的普通纯度的金材料，将此原料通过电解的方式提纯到99. 999wt%， 具体方法为：将市售的铜作为阳极，挂于阳极导电棒上，惰性碳材料作为阴极，挂于阴极导 电棒上，保持阳极和阴极平行；在电解槽中加入硫酸铜溶液作为电解液，电解过程中控制槽 压在0. 6-1. 2V，保证电解液液面高度。电解析出的铜用纯水洗净，洗至中性，最后放入保护 气体烘箱中烘干得到99. 999wt%的高纯铜； 2) 、将高纯铜放入中频感应炉内进行熔炼，使之化成铜液，保温继续精，之后倒入石墨 坩埚内进行铸锭； 3) 、制作中间合金，本实施例的中间合金包括钙-铜中间合金、锗-铜中间合金和 银-铜中间合金，各种中间合金的制作方法及过程完全相同，下面仅以钙_铜中间合金为 例： 钙-铜中间合金的制作过程包括以下工艺步骤： a. 按重量百分比称取步骤2)得到的高纯铜98%~99%，钙1%~2% ; b. 将高纯铜和钙放入坩埚中； c. 在中频感应炉内进行真空熔炼，待完全熔化后保持温度精炼，使高纯铜与添加元素 充分混合均勾； d. 浇铸，将铜液缓慢倒入石墨锭模中，保持真空。待炉内完全冷却下来后，开启注气阀 门，并打开炉盖； e. 将生成的中间合金用纯水冷却，再用压缩空气吹干； 然后，再按同样的重量百分比及同样的工艺步骤制作出锗-铜中间合金和银-铜中间 合金； 4) 、采用竖式熔炼对步骤3)获得的中间合金进行进一步的熔炼： 将部分高纯金放入坩埚内，将中间合金放入合金槽内，装好石英罩加上盖，用密封胶将 石英罩及上盖密封好； 开启真空泵，打开抽气阀门，开始抽真空，当压力表显示为-〇.IPa，往炉内充氩气； 设定加热温度为900~1000°C，开始升温，待高纯金完全熔化后，投入中间合金； 启动按钮开始拉铸，形成金棒； 5) 、将熔铸的金棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径。拉丝过程中的模具延伸率为 5%~18%，拉丝速度为3~15m/s; 6) 、拉丝的成品线传到退火工序退火，根据性能要求设定合适的温度进行退火； 7) 、打开覆层液开关使覆层液缓慢流出，根据直径要求设定相应的覆层速度，速度为 l~10m/s;即在键合铜丝表面附上一层有机物层，有机物层由10%表面活性剂、10%溶剂、10% 凝固剂及70%高分子化合物组成；具体方式为使键合铜丝从退火炉出线后浸入注满涂敷液 体的槽子，依靠液体表面张力的作用使铜线浸润在液面以下，使有机物层均匀涂布于键合 铜丝表面； 8) 、涂敷了有机物层的铜线直接进入烘烤箱，在150-300°C下进行在线烘干； 9) 、将贴好标签的铜丝，低轴每10轴、高轴每6轴放入塑料袋中进行包装，用塑封封口 机封好袋口，封口应平整、牢固，放入包装盒内。
[0011] 实施例2 按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法： 表1实施例1-2产品组分含量以及产品性能指标
【主权项】
1. 一种抗氧化键合铜丝，其特征在于：它包括抗氧化键合铜丝，所述铜丝的纯度 多99. 99wt%，所述铜丝表面涂覆有厚度为5-60纳米的有机物层。
2. 根据权利要求1所述一种抗氧化键合铜丝的制备方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1)提纯-纯度为99. 99wt%的铜电解提纯出纯度为99. 999wt%的高纯铜； 2冲间合金-制作中间合金，所述中间合金指钙-铜中间合金、银-铜中间合金、锗-铜 中间合金； 3) 所述制作中间合金，包括以下顺序的工艺步骤： a. 按重量百分比称取步骤2)得到的高纯铜98%-99%，称取钙或银或锗1%-2% ; b. 投料，将高纯铜和钙或银或锗放入坩埚中； c. 真空恪炼：真空恪炼的温度达到铜的恪点后，待完全恪化后保持温度精炼； d. 浇铸，将合金液倒入石墨锭模中； 以上步骤制作出一种中间合金，按同样的工艺步骤制作出另外几种中间合金； 4) 、竖式熔炼：将步骤3)得到的中间合金在惰性气体氩气的保护下进行熔炼，拉铸，形 成铜棒；熔炼温度为900-1300°C ; 5) 、拉丝：将熔铸的铜棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径；其拉丝过程中的模具 延伸率为5%-18%，拉丝速度为3-15m/s ; 6) 、退火：退火温度为300-600°C，退火速度为0. 3-2m/s，退火后进行表面处理； 7 )、覆层：覆层为本发明的关键工序，退火后的表面处理指在键合铜丝表面涂覆有机物 层，该有机物层由10-12%聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂、10-20%异丙醇/正硅酸四乙酯/氨 水溶剂、10-15%聚合氯化铝凝固剂其余为有机硅绝缘漆； 8)、包装。
3. 根据权利要求2所述一种抗氧化键合铜丝的制备方法，其特征在于：所述有机物层 由10%聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂、10%异丙醇/正硅酸四乙酯/氨水溶剂、10%聚合氯化 铝凝固剂其余为有机硅绝缘漆。
4. 根据权利要求2所述一种抗氧化键合铜丝的制备方法，其特征在于：所述有机物层 由10%油烯醇聚氧乙烯醚表面活性剂、20%异丙醇/正硅酸四乙酯/氨水溶剂、15%的聚丙 烯酰胺凝固剂其余有机硅绝缘漆。
【专利摘要】本发明公开了一种抗氧化键合铜丝，该铜丝表面涂覆有厚度为5-60纳米的有机物层；本发明还公开一种该抗氧化键合铜丝的制备方法，它包括以下步骤：提纯、制作合金、竖式熔炼、拉丝、退火、覆层、包装，通过该方法制作的抗氧化键合铜丝具有较好的低长弧度，可以有效防止了键合铜丝的氧化，使制备出的键合铜丝在储存和运输中保证不产生氧化，并且该覆层材料可以耐受200℃以上的高温，从而有效解决铜线氧化问题。
【IPC分类】H01L21-48, H01L23-49
【公开号】CN104835798
【申请号】CN201510143530
【发明人】李天祥
【申请人】山东科大鼎新电子科技有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月30日