本發(fā)明涉及電子封裝材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電子封裝用銅基鍵合引線的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

引線鍵合是封裝工藝中半導(dǎo)體芯片和外界實(shí)現(xiàn)電氣連接的關(guān)鍵性工藝，通過(guò)超聲或熱超聲壓焊工藝將芯片與框架引腳互聯(lián)的連接線稱為鍵合引線，常用的鍵合引線有金、銀、銅等。無(wú)論是集成電路封裝還是分立器件封裝，用于芯片和框架引腳互聯(lián)的鍵合引線都是至關(guān)重要的材料，半導(dǎo)體技術(shù)向小體積，高性能，高密集，多芯片方向推進(jìn)，對(duì)集成電路封裝引線材料的要求越來(lái)越細(xì)，要求引線具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，符合以上要求有金、銀、銅、鋁四種金屬。由于金具有較好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、延展性，易于加工到鍵合所需要的直徑，傳統(tǒng)的鍵合引線為金線。但是隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，半導(dǎo)體封裝業(yè)正快速地向小體積，高性能，高密集，多芯片方向推進(jìn)，從而對(duì)封裝引線材料的要求越來(lái)越細(xì)，而超細(xì)的鍵合金線在鍵合工藝中已不能勝任窄間距、長(zhǎng)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，由于金的再結(jié)晶溫度較低等因素的影響，超細(xì)的鍵合金線在鍵合過(guò)程中常常造成鍵合引線的擺動(dòng)、鍵合斷裂和塌絲現(xiàn)象，對(duì)器件包封密度的強(qiáng)度也越來(lái)越差，成弧能力的穩(wěn)定性也隨之下降，從而加大了鍵合難度。另外，近幾年來(lái)，黃金價(jià)格一路爬升，給使用鍵合金線的廠商增加了沉重的成本壓力，加大了生產(chǎn)及流動(dòng)成本，制約了整個(gè)行業(yè)的技術(shù)提升及規(guī)模發(fā)展。傳統(tǒng)的鍵合金絲已經(jīng)達(dá)到了其能力極限，難以滿足小線徑、高強(qiáng)度、低弧度、長(zhǎng)弧形、并保持良好導(dǎo)電導(dǎo)熱性的要求。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鍵合金絲無(wú)論從質(zhì)量上、數(shù)量上和成本上都難以滿足市場(chǎng)的發(fā)展需求。所以國(guó)家把提高新型電子器件創(chuàng)新技術(shù)和工藝研發(fā)納入國(guó)家專項(xiàng)實(shí)施重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)高科技、節(jié)能降耗、綠色環(huán)保型半導(dǎo)體封裝新材料。

國(guó)外主要鍵合引線生產(chǎn)廠商都在積極開(kāi)發(fā)新型鍵合線材料，研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)熱型連鑄連鍛的生產(chǎn)工藝金屬能加工成晶粒在整根金屬棒上按一個(gè)線性方向呈柱狀排列的金屬材料，單方向柱狀晶體材料亦即所謂的“單晶”材料，單晶金屬材料并非真正意義的單晶體物質(zhì)。由于其晶粒按同一線性方向呈柱狀有序排列，信號(hào)通過(guò)“晶界”的衰減小，具有更好更穩(wěn)定的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，極好的高保真信號(hào)傳愉能力和超常的物理機(jī)械加工性能，是極好的半導(dǎo)體封裝鍵合線材料。實(shí)驗(yàn)證明單方向結(jié)晶線材導(dǎo)電率比同直徑普通線材提高10%左右，目前已工業(yè)化生產(chǎn)的主要有單晶銅鍵合引線。

單方向結(jié)晶銅用于鍵合引線的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）晶粒呈單方向柱狀排列：相對(duì)普通銅材晶粒在同一線性方向呈柱狀排列，銅桿有致密的定向凝固組織，“晶界”間信號(hào)衰減小，極少有縮孔、氣孔等鑄造缺陷；且結(jié)晶方向與拉絲方向相同能承受更大的塑性變形，是拉制鍵合引線的理想材料。

2）高純度：目前可以做到99. 9999%的純度。

3）機(jī)械性能好：與金鍵合線相比具有良好的拉伸、剪切強(qiáng)度。銅線相對(duì)于金線具有更高的球剪切力、線弧拉力值，銅線鍵合球剪切力比金線高15%-25%，拉力值比金線高10%-20%，且在塑封料包封時(shí)線弧抗重彎率更強(qiáng)。

4）導(dǎo)電性好：20℃時(shí)銅的電阻率為比金低，在直徑相同的條件下銅絲可以承載更大的電流，使得銅引線不僅用于功率器件，也應(yīng)用于需要更小直徑引線的高密度IC封裝和LED封裝。

5）導(dǎo)熱性好：銅的導(dǎo)熱性好，傳熱效率更高，300K時(shí)金為317W/(m·k)，銅為401 W/(m·k)。

6）低成本：銅線成本只有金線的1/10-1/20，可節(jié)約鍵合線成本90%以上。

不過(guò)，相對(duì)于金線，銅線化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易被氧化，銅的硬度、屈服強(qiáng)度等物理參數(shù)高于金線，這意味著鍵合時(shí)需要施加更大的超聲能量和鍵合壓力，因此容易對(duì)芯片造成損傷甚至破壞，這是銅線封裝鍵合工藝的瓶頸。銅鍵合線代替金鍵合線是未來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但由于銅的化學(xué)穩(wěn)定性較差，易于氧化，在生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸以及焊接工藝上都受到一定的制約，也不太適合用于功率高、發(fā)熱大的高端半導(dǎo)體封裝（例如超大規(guī)模IC、高亮LED等）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝存在的不足，本發(fā)明通過(guò)向銅中添加銀等微量元素，并且在鍵合引線表面鍍上一定厚度的高純鈀，制備高性能的銅基鍵合引線。本發(fā)明制備的銅基鍵合引線有效提升銅鍵合引線的抗氧化性能，使其抗氧化性與鍵合金絲相當(dāng)，大大延長(zhǎng)銅基鍵合引線產(chǎn)品拆封后的保質(zhì)期；通過(guò)銅基體中添加微量的銀等金屬使得銅基鍵合引線的力學(xué)性能更加優(yōu)異，有利于進(jìn)一步縮小鍵合絲的線徑，縮短焊接間距；同時(shí)又保證了鍵合引線的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，更加適用于高密度、多引腳集成電路封裝。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種銅基鍵合引線，其特征在于銅基鍵合引線以高純銅基合金為基體，所述的銅基鍵合引線基體表面鍍有高純鈀保護(hù)層；所述的基體材料的各組分的重量百分比為：銀含量為0.005-0.01%，銦含量為0.005-0.01%，磷含量為0.005-0.01%，釔含量0.005-0.01%，其它不可避免的雜質(zhì)元素總含量小于0.0001%，余量為銅；所述的高純鈀的純度大于99.9999%；所述的高純鈀保護(hù)層的厚度為0.3μm-0.5μm。

所述的銅基鍵合引線，其特征在于銅基鍵合引線直徑為0.011-0.015mm，直徑允許偏差小于±0.001mm，抗拉強(qiáng)度大于220MPa，伸長(zhǎng)率大于20%，電阻率小于0.017241Ω·m。

所述的銅基鍵合引線的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下制備步驟：高純銅熔煉—單晶銅基合金鑄造—粗拉—中拉—鍍鈀—細(xì)拉—微拉—清洗鈍化—復(fù)繞—包裝。

（1）高純銅熔煉：以1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅為原料，采用真空電子束熔煉、凝固，去除雜質(zhì)元素。

所述步驟（1）中將陰極銅裝入真空電子束熔煉爐內(nèi)熔煉、凝固。其中電子槍工作真空度小于5×10^-3Pa，熔煉室真空度小于5×10^-3Pa，加速電壓100KV。牽引速度為10mm/min。制備的高純銅鑄錠的銅含量大于99.9999%。

（2）單晶銅基合金鑄造：以步驟（1）中制備的高純銅為原料，分別添加重量百分比為0.005-0.01%的純銦、純磷、純釔等金屬，采用熱型鑄造單晶設(shè)備和技術(shù)，制備單晶銅基合金桿材。

所述步驟（2）中熱型鑄造時(shí)的真空度小于3×10^-3Pa，采用氬氣作為保護(hù)氣氛，熱型鑄造單晶設(shè)備包括熔煉室、保溫室、熱型鑄造室組成。保溫室銅液的液面高于熱型鑄造室結(jié)晶器5-8mm，單晶銅基合金桿的牽引速度為11-15mm/min，熔煉室、保溫室、熱型鑄造室的溫度分別是1120℃、1110℃、1105℃。

所述步驟（2）中制備單晶銅基合金桿材橫向晶粒和縱向晶粒的均為1個(gè)。

（3）粗拉：將Φ12mm的單晶銅基合金桿材拉制成Φ2mm的線材。粗拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.02μm，模具工作區(qū)模角為6°-8°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為8mm。粗拉工序中采用乳液潤(rùn)滑，乳液的濃度為10%～12%，溫度為30℃～35℃，速度為200～500m/min。

（4）中拉：將Φ2mm的線材拉制成Φ0.2mm的線材。粗拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.015μm，模具工作區(qū)模角為5°-6°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為6mm。中拉工序中采用乳化潤(rùn)滑，乳液的濃度為15%～20%，溫度為28℃～32℃，速度為500～800m/min。中拉時(shí)采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為50 V～55V。

（5）鍍鈀：對(duì)Φ0.2mm銅基合金線鍍純鈀保護(hù)層，鍍鈀的純度要求大于99.9999%，表面鍍鈀層控制在5μm-15μm的厚度。

（6）細(xì)拉：將Φ0.2mm的線材拉制成Φ0.02mm的絲材。細(xì)拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.01μm，模具工作區(qū)模角為3°-5°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為5mm。細(xì)拉工序中采用拉絲油潤(rùn)滑，拉絲油含有粒徑為110-150nm的納米石墨粉，溫度為25℃～30℃，速度為1200～1500m/min。細(xì)拉采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為30 V～37V，速度為1500m/min。

（7）微拉：將Φ0.02mm的絲材拉制成Φ0.011-0.015mm的絲材。微拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.01μm，模具工作區(qū)模角為3°-5°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為3mm。微拉工序中采用拉絲油潤(rùn)滑，拉絲油含有粒徑為110-150nm的納米石墨粉，溫度為25℃～30℃，速度為1600～2000m/min。微拉采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為20 V～23V。

（8）清洗鈍化：采用1%NaOH的堿液對(duì)鍵合引線進(jìn)行清洗，再采用超聲波清洗設(shè)備對(duì)銅基鍵合引線進(jìn)行清洗，超聲波頻率為100W，清洗介質(zhì)采用無(wú)水酒精。銅基鍵合引線清洗后經(jīng)70-80℃、0.30%-0.35%的苯丙三氮唑水溶液鈍化處理，鈍化后再進(jìn)行烘干。

（9）復(fù)繞：采用繞線機(jī)，將鍵合引線定長(zhǎng)繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在150m/min-200m/min，線間距約為5毫米，分卷長(zhǎng)度為50米至1000米。

（10）包裝：采用真空吸塑包裝，真空度為5×10^-3Pa。

采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.本發(fā)明通過(guò)向銅中添加銀、銦、磷、釔等元素，使得銅基鍵合引線的力學(xué)性能更加優(yōu)異，有利于進(jìn)一步縮小鍵合引線的線徑，縮短焊接間距；同時(shí)又保證了鍵合引線的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，更加適用于高密度、多引腳集成電路封裝。

2.鍵合引線表面鍍上一定厚度的鈀，有效提升銅鍵合引線的抗氧化性能，使其抗氧化性與鍵合金絲相當(dāng)，大大延長(zhǎng)銅鍵合引線產(chǎn)品拆封后的保質(zhì)期。

3.鍵合引線在拉絲過(guò)程中采用在線退火，節(jié)省的能耗，提高了生產(chǎn)效率。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例1

本實(shí)施例1一種銅基鍵合引線及其生產(chǎn)工藝：

（1）高純銅熔煉：以1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅為原料，采用真空電子束熔煉、凝固，去除雜質(zhì)元素。

所述步驟（1）中將陰極銅裝入真空電子束熔煉爐內(nèi)熔煉、凝固。其中電子槍工作真空度小于5×10^-3Pa，熔煉室真空度小于5×10^-3Pa，加速電壓100KV。牽引速度為10mm/min。制備的高純銅鑄錠的銅含量大于99.9999%。

（2）單晶銅基合金鑄造：以步驟（1）中制備的高純銅為原料，分別添加重量百分比為0.005%的純銦、純磷、純釔等金屬，采用熱型鑄造單晶設(shè)備和技術(shù)，制備單晶銅基合金桿材。

所述步驟（2）中熱型鑄造時(shí)的真空度小于3×10^-3Pa，采用氬氣作為保護(hù)氣氛，熱型鑄造單晶設(shè)備包括熔煉室、保溫室、熱型鑄造室組成。保溫室銅液的液面高于熱型鑄造室結(jié)晶器5-8mm，單晶銅基合金桿的牽引速度為15mm/min，熔煉室、保溫室、熱型鑄造室的溫度分別是1120℃、1110℃、1105℃。

所述步驟（2）中制備單晶銅基合金桿材橫向晶粒和縱向晶粒的均為1個(gè)。

（3）粗拉：將Φ12mm的單晶銅基合金桿材拉制成Φ2mm的線材。粗拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.02μm，模具工作區(qū)模角為8°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為8mm。粗拉工序中采用乳化液潤(rùn)滑，乳化液的濃度為10%，溫度為30℃℃，速度為300m/min。

（4）中拉：將Φ2mm的線材拉制成Φ0.2mm的線材。中拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.015μm，模具工作區(qū)模角為6°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為6mm。中拉工序中采用乳化液潤(rùn)滑，乳化液的濃度為15%，溫度為28℃，速度為600m/min。中拉時(shí)采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為50 V。

（5）鍍鈀：對(duì)Φ0.2mm銅基合金線鍍純鈀保護(hù)層，鍍鈀的純度要求大于99.9999%，表面鍍鈀層控制在5μm-15μm的厚度。

（6）細(xì)拉：將Φ0.2mm的線材拉制成Φ0.02mm的絲材。細(xì)拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.01μm，模具工作區(qū)模角為5°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為5mm。細(xì)拉工序中采用拉絲油潤(rùn)滑，拉絲油含有粒徑為110的納米石墨粉，溫度為25℃，速度為1500m/min。細(xì)拉采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為30 V，速度為1500m/min。

（7）微拉：將Φ0.02mm的絲材拉制成Φ0.011-0.015mm的絲材。微拉時(shí)模具的表面粗糙度Ra為 0.01μm，模具工作區(qū)模角為3°-5°，模具工作區(qū)的定徑帶長(zhǎng)度為3mm。微拉工序中采用拉絲油潤(rùn)滑，拉絲油含有粒徑為110nm的納米石墨粉，溫度為25℃，速度為1600m/min。微拉采用電阻內(nèi)熱式連續(xù)退火，退火的電壓為20 V。

（8）清洗鈍化：采用1%NaOH的堿液對(duì)鍵合引線進(jìn)行清洗，再采用超聲波清洗設(shè)備對(duì)銅基鍵合引線進(jìn)行清洗，超聲波頻率為100W，清洗介質(zhì)采用無(wú)水酒精。銅基鍵合引線清洗后經(jīng)70℃、0.30%的苯丙三氮唑水溶液鈍化處理，鈍化后再進(jìn)行烘干。

（9）復(fù)繞：采用繞線機(jī)，將鍵合引線定長(zhǎng)繞制在兩英寸直徑的線軸上，繞線速度控制在150m/min，線間距約為5毫米，分卷長(zhǎng)度為1000米。

（10）包裝：采用真空吸塑包裝，真空度為5×10^-3Pa。

上述實(shí)施例僅用于解釋說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，而非對(duì)本發(fā)明權(quán)利保護(hù)的限定，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。