專利名稱：單晶銅鍵合引線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子材料生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種單晶銅鍵合引線及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展，集成電路電子封裝業(yè)正快速的向體積小，高性能，高密集，多芯片方向推進(jìn)，從而對集成電路封裝引線材料的要求特細(xì)沙0.016_)，而超細(xì)的鍵合金絲在鍵合工藝中已不能勝任窄間距、長距離鍵合技術(shù)指標(biāo)的要求。在超細(xì)間距球形鍵合工藝中，由于封裝引腳數(shù)的增多，引腳間距的減小，超細(xì)的鍵合金絲在鍵合過程中常常造成鍵合引線的擺動、鍵合斷裂和踏絲現(xiàn)象；對器件包封密度的強(qiáng)度也越來越差；成弧能力的穩(wěn)定性也隨之下降，從而加大了操作難度。另外，近幾年來，黃金市值一路飚升，十年時間黃金價格增長了 200%多，給使用鍵合金絲的廠家，增加了沉重的原材料成本，同時也加大了生產(chǎn)及流動成本，生產(chǎn)廠商的毛利潤由20%降到了 6%，從而導(dǎo)致了資金周轉(zhuǎn)緩慢，制約了整個行業(yè)的技術(shù)提升及規(guī)模發(fā)展。由此表明，傳統(tǒng)的鍵合金絲根據(jù)自身的特點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到了其能力極限，再也不能滿足細(xì)線徑、高強(qiáng)度、低弧度、長弧形、并保持良好導(dǎo)電性的要求。因此，隨著半導(dǎo)體集成電路和分立器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鍵合金絲無論從質(zhì)量上、數(shù)量上和成本上都不能滿足國內(nèi)市場的發(fā)展要求。特別是低弧度超細(xì)金絲，大部份主要依賴于進(jìn)口，占總進(jìn)口量的45%以上。所以國家在新的五年計(jì)劃期間，提出把提高新型電子器件創(chuàng)新技術(shù)和工藝研發(fā)水平納入國家專項(xiàng)實(shí)施重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目來抓，大力開發(fā)高科技、高尖端、節(jié)能降耗、綠色環(huán)保型半導(dǎo)體集成電路封裝新材料。電子信息時代的飛速發(fā)展，其應(yīng)用基礎(chǔ)與核心的大規(guī)模集成電路、超大集成電路和甚大規(guī)模集成電路的特征間距尺寸已走過了 0. 18 u m、0. 13 u m、0. IOum的路程，直至當(dāng)今的0. 07 y m生產(chǎn)水平。其集成度也達(dá)到數(shù)千萬只晶體管至數(shù)億只晶體管，布線層數(shù)由幾層發(fā)展至10層，布線總長度可高達(dá)I. 4Km。這樣一來，硅芯片上原由鋁布線實(shí)現(xiàn)多層互連，由于鋁的高電阻率制約，顯然難以得到發(fā)揮。所以在芯片特征間距尺寸達(dá)到0. 18 或更小時，根據(jù)研究我們采用了電阻率低、電氣性能和機(jī)械性能俱佳，以及價格低廉的單晶銅絲進(jìn)行了多次的鍵合試驗(yàn)，結(jié)果解決了多層布線多年要解決的難題。同樣情況，由于芯片輸入已高達(dá)數(shù)千輸入引腳的大量增加，使原來的金、鋁鍵合絲的數(shù)量及長度也大大增加，致使引線電感、電阻很高，從而也難以適應(yīng)高頻高速性能的要求，在這種情況下，我們同樣采取了性價比都優(yōu)于金絲的單晶銅鍵合引線(00.018mm)進(jìn)行了引線鍵合，可賀的是鍵合后結(jié)果取得了預(yù)想不到的成功。從此改變了傳統(tǒng)鍵合金絲的市場壟斷，實(shí)現(xiàn)了單晶銅絲鍵合引線在我國集成電路微電子封裝產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用未來發(fā)展前景十分廣闊。同時也填補(bǔ)了我國在這一領(lǐng)域的空白，節(jié)省了貨幣金屬黃金消耗，對增加我國黃金戰(zhàn)略儲備具有一定重大的意義
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上不足，本發(fā)明提出一種單晶銅鍵合引線及其制備方法，其生產(chǎn)的單晶銅健合引線具有良好的拉伸、剪切強(qiáng)度和延展性，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好的健合引線。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的生產(chǎn)工藝融合了金屬材料制備工藝、熱處理工藝、金剛石模具工藝，保證了生產(chǎn)一致性、可靠性，解決了規(guī)?；a(chǎn)問題。所述的單晶銅鍵合引線的原材料為銅，其步驟為第一步修模和氣體保護(hù)設(shè)備。根據(jù)需要修整模具，在制線和退火復(fù)繞成品過程中，。采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)設(shè)備；第二步采用真空度為10_104MPa高真空爐將純度高于99. 995%高純銅熔化，升溫到1100 1180°C，精煉60 120分鐘，整個熔煉過程采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制04 OSmm單晶銅桿；第三步將拉制成的高純度單晶銅桿冷加工至OO. 95 Ol. 102mm，每道次拉拔加工率為15 25%，拉拔速度控制在40 60m/min ;然后分為47 70個道次，采用每道次加工率為7. 59 17. 82%將單晶銅桿拉至OO. 018 OO. 02mm ;拉制速度為400 600m/min ；0. 5mm以上模具表面粗糙度Ra為0. 025,0. 5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0. 025 ;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0. 025 ;拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為0. 4 0. 8%，拉絲時溫度為35 45°C ；第四步將上步驟拉制成的單晶銅鍵合引線表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率40 80W，頻率20 40KHz ；第五步將清洗后的單晶銅鍵合引線在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ar2保護(hù)，其熱處理溫度為410 425°C，熱處理時間為0. 7 2. Os，保護(hù)氣體流量為H2O. 3 0. 6L/min、Ar20. 4 0. 65L/min ;退火復(fù)繞時的張力為0. 6 2. 8g :第六步復(fù)繞成品、包裝，將熱處理后的單晶銅鍵合引線采用真空吸塑包裝，真空度為 1(T3 I(T4Mpa。第七步，對成品進(jìn)行測試。本發(fā)明的有益效果是所述的單晶銅鍵合引線及其制備工藝，其采用的純度高于99. 995%高純單晶銅桿作為坯料，并采用真空熔煉氬氣保護(hù)熱型連鑄設(shè)備進(jìn)行單晶銅桿生產(chǎn)。單晶銅材具有致密的凝固組織，消除了橫向晶界，避免了縮孔、氣孔等鑄造缺陷，使得其塑性加工性能、機(jī)械性能、電學(xué)性能等都明顯高于普通無氧銅，克服了傳統(tǒng)銅線拉絲加工的斷頭多、質(zhì)量低和生產(chǎn)率低的缺點(diǎn)，能夠制備出線徑小至0. 015mm,高強(qiáng)度、高延伸率、性能穩(wěn)定的電子封裝用鍵合絲。該鍵合絲用于高集成度和小型化IC元器件鍵合引線，還可用于大功率分離器件的弓I線鍵合，并且可代替鍵合金絲用于一般電子元器件的引線鍵合等。


圖I是本發(fā)明的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明 實(shí)施例第一步采用超聲波修模設(shè)備，根據(jù)需要修整模具，在制線和退火復(fù)繞成品過程中，采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)設(shè)備；第二步設(shè)備為鍵合引線大拉機(jī)，真空度為10-104MPa高真空爐將純度高于99. 995 %高純銅熔化，升溫到1100 11800C，精煉60 120分鐘，整個熔煉過程采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制04 C>8mm單晶銅桿；第三步設(shè)備為鍵合引線中拉機(jī)、小拉機(jī)、細(xì)拉機(jī)、微拉機(jī)。將拉制成的高純度單晶銅桿冷加工至00. 95 Ol. 102mm，每道次拉拔加工率為15 25%，拉拔速度控制在40 60m/min ;然后分為47 70個道次，采用每道次加工率為7. 59 17. 82%將單晶銅桿拉至OO. 018 OO. 02mm ;拉制速度為400 600m/min ；0. 5mm以上模具表面粗糙度Ra為0. 025,0. 5mm以下模具表面粗糙度Ra高于0. 025 ;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于0. 025 ;拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為0. 4 0. 8%，拉絲時溫度為35 45°C ;第四步將上步驟拉制成的單晶銅鍵合引線表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率40 80W，頻率20 40KHz ;第五步設(shè)備為退火裝置，將清洗后的單晶銅鍵合引線在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ar2保護(hù)，其熱處理溫度為410 425°C，熱處理時間為0. 7 2. Os，保護(hù)氣體流量為H2O. 3 0. 6L/min、Ar2O. 4 0. 65L/min ;退火復(fù)繞時的張力為0. 6 2. Sg ;第六步設(shè)備為復(fù)繞裝置和真空包裝機(jī)，復(fù)繞成品、包裝，將熱處理后的單晶銅鍵合引線采用真空吸塑包裝，真空度為10_3 10_4Mpa。第七步，測試成品。權(quán)利要求
1.單晶銅鍵合引線及其制備方法，其特征是生產(chǎn)工藝步驟為第一步修模和氣體保護(hù)設(shè)備，根據(jù)需要修整模具，在制線和退火復(fù)繞成品過程中，采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)設(shè)備；第二步采用真空度為10-104MPa高真空爐將純度高于99. 995%高純銅熔化，升溫到1100 1180°C，精煉60 120分鐘，整個熔煉過程采用純度為過于99. 99%的高純氬氣保護(hù)，并采用定向凝固方式拉制Φ4 Φ8πιπι單晶銅桿；第三步將拉制成的高純度單晶銅桿冷加工至Φ0. 95 Φ1. 102mm，每道次拉拔加工率為15 25%，拉拔速度控制在40 60m/min ;然后分為47 70個道次，采用每道次加工率為7. 59 17. 82%將單晶銅桿拉至Φ0. 018 Φ0. 02mm ;拉制速度為400 600m/min ；0. 5mm以上模具表面粗糙度Ra為O. 025，O. 5mm以下模具表面粗糙度Ra高于O. 025 ;保持拉絲塔輪、導(dǎo)向輪、收線盤等部件高度光潔，表面粗糙度Ra高于O. 025 ;拉絲潤滑劑采用水溶性潤滑劑，濃度為O. 4 .O.8%，拉絲時溫度為35 45°C;第四步將上步驟拉制成的單晶銅鍵合引線表面清洗采用超聲波清洗，清洗介質(zhì)采用無水酒精，超聲波功率40 80W，頻率20 40KHz ;第五步將清洗后的單晶銅鍵合引線在退火復(fù)繞設(shè)備上進(jìn)行熱處理，熱處理過程中采用H2+Ar2保護(hù)，其熱處理溫度為410 425°C，熱處理時間為O. 7 2. Os，保護(hù)氣體流量為H2 O. 3 O. 61/min、Ar2 O. 4 O. 65L/min ;退火復(fù)繞時的張力為O. 6 2. 8g :第六步復(fù)繞成品、包裝，將熱處理后的單晶銅鍵合引線采用真空吸塑包裝，真空度為10_3 10_4Mpa，第七步，對成品進(jìn)行測試。
全文摘要
單晶銅鍵合引線及其制備方法，涉及微電子材料生產(chǎn)領(lǐng)域，生產(chǎn)工藝融合了金屬材料制備工藝、熱處理工藝、金剛石模具工藝，保證了生產(chǎn)一致性、可靠性，解決了規(guī)模化生產(chǎn)問題。采用的生產(chǎn)過程有修模和氣體保護(hù)設(shè)備，熔煉，拉絲，清洗，復(fù)繞成品、包裝以及對成品進(jìn)行測試。本發(fā)明的有益效果是單晶銅材具有致密的凝固組織，消除了橫向晶界，避免了縮孔、氣孔等鑄造缺陷，使得其塑性加工性能、機(jī)械性能、電學(xué)性能等都明顯高于普通無氧銅，克服了傳統(tǒng)銅線拉絲加工的斷頭多、質(zhì)量低和生產(chǎn)率低的缺點(diǎn)，能夠制備出線徑小至0.015mm，高強(qiáng)度、高延伸率、性能穩(wěn)定的電子封裝用鍵合絲。
文檔編號H01B1/02GK102637657SQ201110037758
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者宋東升 申請人:宋東升