專利名稱：鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子后道封裝工序用金屬鍵合絲及其制造方法，尤其涉及一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲及其制造方法。
背景技術：
微電子器件芯片的鍵合工序，是指在一定溫度下采用超聲波加壓的方法將鍵合絲兩端分別焊接在芯片盤和引線框架引腳上，實現(xiàn)芯片內部電路與外部電路的連接。早期的鍵合絲多由純金制成，直至現(xiàn)今大多廠家用的鍵合絲也是純金制成。隨著黃金貴重金屬資源的日益稀缺，價格持續(xù)攀升，微電子封裝成本大幅上升，給生產廠家、用戶帶來難以承受的成本壓力。因此，業(yè)界正在積極尋求、研發(fā)成本相對低廉、性能穩(wěn)定可靠、加工方便可靠的新型鍵合引線材料。目前用于替代黃金鍵合絲的研究應用大多集中于銅基鍵合絲，但這類鍵合絲也有它的不足之處:①銅絲在拉制過程中因加工硬化，使得難以拉制與黃金鍵合絲一樣細的微細線徑；②由于銅絲過硬，會導致第一焊點容易逃絲，使得鍵合操作頻繁中斷，給下道工序的集成電路封裝造成較大的困難；③由于銅絲具有易氧化的特性，在保存及焊接過程中容易產生氧化，打開包裝后必須盡快用完，而且使用時必須加氮氫混合氣體加以保護，使得操作危險性增加。由本公司研發(fā)的銅鈀合金單晶鍵合絲(專利號:ZL201110156014.9)其成本要比鍵合金絲便宜得多，且鈀在高溫、高濕或硫化物含量高的空氣中性能穩(wěn)定，能耐酸的侵蝕，并具有良好的延展性和可塑性，但又比金硬，能承受彎曲和摩擦，可長期保持良好的外觀和光澤。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲及其制造方法。本發(fā)明鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲克服了銅基鍵合絲的不足，既具備了銅鈀合金單晶鍵合絲的優(yōu)點，又集中了黃金鍵合絲的優(yōu)點，采用的鍍金工藝可大大降低材料成本，是一種比較經濟實用的新型鍵合絲。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，其方法為:
①提取高純銅:將硝酸銅溶液按1:4比例加入高純水進行稀釋，配制成電解液；以國家標準I號純銅作為陽極浸入電解液中，并確保有95%體積比的純銅浸入電解液中；以高純銅箔作為陰極浸入電解液中，同樣確保有95%體積比的高純銅箔浸入電解液中；在陽極、陰極之間輸入(7 — 9) V、(2.5—3.5) A的直流電，以補充新鮮電解液方式維持電解液溫度不超過60°C ;待陰極積聚一定重量的純度大于99.9995%的高純銅時，及時更換高純銅箔，再以清洗、烘干備用。②制備成銅合金鑄錠:提取純度大于99.9995%的高純銅，然后加入鈀、鈣、稀土，含量按照重量百分比分別為Pd0.03%—0.08%,Ca0.0001%—0.0003%,Re0.0002%—0.0008%、其余為銅。鈀的純度大于99.999%，鈣的純度99.0% — 99.5%，Re為混合型稀土。這些金屬經機械混合后放入高純石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，為保證化學成份的穩(wěn)定性和一致性，制備成銅合金鑄錠。③連鑄成鑄態(tài)單晶母線:將制備好的銅合金鑄錠加入有氮氣保護的水平連鑄金屬單晶連鑄室，應用中頻感應加熱至(1150—1220) V，待完全熔化、精煉和除氣后，將熔液注入連鑄室中間的儲液池保溫，在維持(2 — 5) L/min凈化氮氣流量的連鑄室中，完成對銅合金熔液的水平單晶連鑄，得到縱向和橫向晶粒數(shù)均為I個的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線。④粗拔:采用常規(guī)拉絲設備和工藝、工裝，將的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線經多道次過模拉拔工序，拉拔成Φ0.20mm左右的銅鈀合金單晶絲。⑤熱處理:將Φ0.20mm左右的銅鈀合金單晶絲置于退火爐中，在(420— 460) V溫度下保溫25min，保溫期間通以氮氣保護氣體，然后隨爐冷卻。⑥表面鍍金:應用常規(guī)電鍍設備和工藝，對退火后的Φ 0.20mm左右的銅鈀合金單晶絲電鍍純金防氧化保護層，電鍍用金的純度要求大于99.99% ;電流密度(4一4.5)A/dm%銅鈀合金單晶絲的收線速度為(4一5)m/min，鍍層厚度控制在10 μ m— 20 μ m之間；經鍍金后的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，其金的質量(重量)百分比在4% — 8%之間。⑦精拔:將表面已鍍金的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲經多道次過模拉拔工序，拉拔成不同規(guī)格的(0.013mm—0.050mm)成品鍵合絲。⑧熱處理:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲置于退火爐中，在(400— 420) °C溫度下保溫25min，保溫期間通以氮氣保護氣體，然后隨爐冷卻。⑨表面清洗:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲先用酸液清洗、然后經超聲波清洗，再由高純水清洗、烘干。⑩分卷:將成品鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行復繞、分卷、包裝。備注:(參考值)①Φ 0.20mm的合金絲電鍍層厚度為2μπι時，Au的重量百分比含量為8.25%。②Φ0.20mm的合金絲拉拔至Φ 0.018mm時，鍍層厚度為0.057 μ m。③Φ 0.20mm的合金絲拉拔至Φ 0.050mm時，鍍層厚度為0.159 μ m。本發(fā)明的技術效果是:可以有效提升鍵合絲的抗氧化性能，使其抗氧化性與鍵合金絲相當，大大延長鍵合絲產品拆封后的保質期；內部加入鈀、鈣、稀土等元素使得該產品比其它方式生產的同類型產品機械強度更高，有利于進一步縮小鍵合絲的線徑、縮短焊接間距，更加適用于高密度、多引腳集成電路封裝。
具體實施例方式實施例1
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，該鍵合絲的基體材料由下列重量百分比的原材料組成:金(Au ) 4%，鈀(Pa) 0.03%,鈣(Ca) 0.0001%,混合型稀土( Re )0.0002%，其余為銅，之和等于100%。要求金的純度大于99.99%、銅的純度大于99.9995%、鈀的純度大于99.999%、鈣的純度為99.0%—99.5%，Re為混合型稀土。鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲的制造方法，方法如下: ①提取高純銅:以國家標準I號純銅為原料，提取純度大于99.9995%的高純銅，經清洗、烘干備用。②制備成銅合金鑄錠:按實施例1前述相關規(guī)定要求，在高純銅內分別加入高純鈀、鈣、稀土，這些金屬經機械混合后放入高純石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，制備成銅金合鑄錠。③連鑄成鑄態(tài)單晶母線:將制備好的銅合金鑄錠加入有氮氣保護的水平連鑄金屬單晶連鑄室，應用中頻感應加熱、熔化、精煉和除氣后，完成對銅合金熔液的水平單晶連鑄，得到Φ 3mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為I個的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線。④粗拔:將φ 3mm的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線拉拔成直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲。⑤熱處理:將直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲退火。⑥表面鍍金:對銅鈀合金單晶絲電鍍純金保護層，電鍍用金的純度要求大于99.99%，表面鍍金層控制在I μ m—2 μ m的厚度。⑦精拔:將前述鍍有純金保護層的0.20mm的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，精密拉拔成直徑分別為Φ 13 μ m— 50 μ m的成品鍵合絲。⑧熱處理:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行退火處理。⑨表面清洗:先用酸液清洗，然后經超聲波清洗，再由高純水清洗、烘干。⑩分卷:將成品鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行復繞、分卷、包裝。實施例2
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，該鍵合絲的基體材料由下列重量百分比的原材料組成:金(Au ) 8%，鈀(Pa) 0.08%,鈣(Ca) 0.0003%,混合型稀土( Re )0.0008%，其余為銅，之和等于100%。要求金的純度大于99.99%、銅的純度大于99.9995%、鈀的純度大于99.999%、鈣的純度為99.0%—99.5%，Re為混合型稀土。鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲的制造方法，方法如下:
①提取高純銅:以國家標準I號純銅為原料，提取純度大于99.9995%的高純銅，經清洗、烘干備用。②制備成銅合金鑄錠:按實施例2前述相關規(guī)定要求，在高純銅內分別加入高純鈀、鈣、稀土，這些金屬經機械混合后放入高純石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，制備成銅金合鑄錠。③連鑄成鑄態(tài)單晶母線:將制備好的銅合金鑄錠加入有氮氣保護的水平連鑄金屬單晶連鑄室，應用中頻感應加熱、熔化、精煉和除氣后，完成對銅合金熔液的水平單晶連鑄，得到Φ 3mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為I個的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線。④粗拔:將Φ 3mm的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線拉拔成直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲。⑤熱處理:將直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲退火。⑥表面鍍金:對銅鈀合金單晶絲電鍍純金保護層，電鍍用金的純度要求大于99.99%，表面鍍金層控制在I μ m—2 μ m的厚度。⑦精拔:將前述鍍有純金保護層的0.20mm的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，精密拉拔成直徑分別為Φ 13 μ m— 50 μ m的成品鍵合絲。
⑧熱處理:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行退火處理。⑨表面清洗:先用酸液清洗，然后經超聲波清洗，再由高純水清洗、烘干。⑩分卷:將成品鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行復繞、分卷、包裝。實施例3
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，該鍵合絲的基體材料由下列重量百分比的原材料組成:金(Au ) 5%，鈀(Pa) 0.06%,鈣(Ca) 0.0002%,混合型稀土( Re )
0.0005%，其余為銅，之和等于100%。要求金的純度大于99.99%、銅的純度大于99.9995%、鈀的純度大于99.999%、鈣的純度為99.0%—99.5%，Re為混合型稀土。鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲的制造方法，方法如下:
①提取高純銅:以國家標準I號純銅為原料，提取純度大于99.9995%的高純銅，經清洗、烘干備用。②制備成銅合金鑄錠:按實施例3前述相關規(guī)定要求，在高純銅內分別加入高純鈀、鈣、稀土，這些金屬經機械混合后放入高純石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，制備成銅金合鑄錠。③連鑄成鑄態(tài)單晶母線:將制備好的銅合金鑄錠加入有氮氣保護的水平連鑄金屬單晶連鑄室，應用中頻感應加熱、熔化、精煉和除氣后，完成對銅合金熔液的水平單晶連鑄，得到Φ 3mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為I個的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線。④粗拔:將φ 3mm的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線拉拔成直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲。⑤熱處理:將直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲退火。⑥表面鍍金:對銅鈀合金單晶絲電鍍純金保護層，電鍍用金的純度要求大于99.99%，表面鍍金層控制在I μ m—2 μ m的厚度。⑦精拔:將前述鍍有純金保護層的0.20mm的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，精密拉拔成直徑分別為Φ 13 μ m— 50 μ m的成品鍵合絲。⑧熱處理:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行退火處理。⑨表面清洗:先用酸液清洗，然后經超聲波清洗，再由高純水清洗、烘干。⑩分卷:將成品鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行復繞、分卷、包裝。
權利要求
1.一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，其特征是該鍵合絲的基體材料由下列重量百分比的原材料組成:金(Au) 4% — 8%，鈀(Pa) 0.03%—0.08%，鈣(Ca) 0.0001%—0.0003%，混合型稀土(Re)0.0002%—0.0008%，其余為銅，之和等于100%，要求金的純度大于99.99%、銅的純度大于99.9995%、鈀的純度大于99.999%、鈣的純度為99.0%—99.5%，Re為混合型稀土。
2.—種權利要求1所述的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲的制造方法，其特征是制作的工藝步驟和方法如下: ①提取高純銅:以國家標準I號純銅為原料，提取純度大于99.9995%的高純銅，經清洗、烘干備用； ②制備成銅合金鑄錠:在高純銅內分別加入高純鈀、鈣、稀土，含量按照重量百分比分別為:鈀占 0.03%-0.08%、鈣占 0.0001%-0.0003%、稀土占 0.0002%_0.0008%，其余為銅，之和等于100% ;要求銅的純度大于99.9995%、鈀的純度大于99.999%、鈣的純度99.0%_99.5%，Re為混合型稀土 ；這些金屬經機械混合后放入高純石墨坩堝中，在惰性氣體保護條件下使用感應電爐熔化，制備成銅金合鑄錠； ③制備成鑄態(tài)單晶母線:將制備好的銅合金鑄錠加入有氮氣保護的水平連鑄金屬單晶連鑄室，應用中頻感應加熱、熔化、精煉和除氣后，將熔液注入儲液池保溫，完成對銅合金熔液的水平單晶連鑄，得到Φ 3mm、縱向和橫向晶粒數(shù)均為I個的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線； ④粗拔:將Φ3mm的銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線拉拔成直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲； ⑤熱處理:將直徑為0.20mm的銅鈀合金單晶絲退火； ⑥表面鍍金:對銅鈀合金單晶絲電鍍純金保護層，電鍍用金的純度要求大于99.99%，表面鍍金層控制在I μ m—2 μ m的厚度； ⑦精拔:將前述鍍有純金保護層的0.20mm的鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲，精密拉拔成直徑分別為Φ 13 μ m一50 μ m的成品鍵合絲； ⑧熱處理:將鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行退火處理； ⑨表面清洗:先用酸液清洗，然后經超聲波清洗，再由高純水清洗、烘干； ⑩分卷:將成品鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲進行復繞、分卷、包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲及其制造方法，鍍金銅鈀合金單晶鍵合絲的基體材料由下列重量百分比的原材料組成金(Au)4%—8%、鈀(Pa)0.03%—0.08%、鈣(Ca)0.0001%—0.0003%、混合型稀土(Re)0.0002%—0.0008%，其余為銅。其制造方法包括提取純度大于99.9995%的高純銅，制備成銅合金鑄錠，再制備成銅鈀合金鑄態(tài)單晶母線，經粗拔和熱處理后，在其表面鍍金，再經精拔、熱處理、表面清洗、分卷定尺。本產品可以有效提升鍵合絲的抗氧化性能，使其抗氧化性與鍵合金絲相當，大大延長鍵合絲產品拆封后的保質期；內部加入鈀、鈣、稀土等元素使得該產品比其它方式生產的同類型產品機械強度更高，有利于進一步縮小鍵合絲的線徑、縮短焊接間距，更加適用于高密度、多引腳集成電路封裝。
文檔編號H01L21/48GK103199072SQ201310081430
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權日2013年3月14日
發(fā)明者徐云管, 彭庶瑤, 梁建華 申請人:江西藍微電子科技有限公司