[发明专利]一种微电子封装用铜合金单晶键合丝及其制备方法

说明书

一种微电子封装用铜合金单晶键合丝及其制备方法，该键合丝是以高纯铜为主体材料，包括银、钪、铁、钛微量金属材料。其组成键合丝的材料各成分重量百分比为：铜含量为：99.9%‑99.95%、银含量为0.01%‑0.02%、钪含量为0.01%‑0.02%、铁含量为：0.001%‑0.015%、钛含量为0.001%‑0.01%；其制造方法包括：提取纯度大于99.99%的高纯铜，制备成铜合金铸锭，再制成铸态铜合金单晶母线，将单晶母线拉制成1mm的单晶丝经热处理后，再经精密拉拔、热处理、清洗后制成不同规格的铜合金单晶键合丝。

技术领域

本发明涉及微电子后道封装工序用金属键合丝及其制备方法，尤其涉及一种微电子封装用铜合金单晶键合丝及其制备方法。

背景技术

目前用于集成电路、半导体分立器件等领域的引线封装键合丝最为广泛采用的是黄金和白银类键合丝。由于黄金和白银属贵重金属，价格昂贵且日益上涨，给用量最大的中低端LED、IC封装用户带来沉重的成本压力。同时，随着集成电路及半导体器件封装技术向多引线化、高集成度和小型化发展，封装材料要求采用线径更细、电学性能更好的键合丝进行窄间距、长距离的键合。传统的金丝和银丝已经在导电和导热性能上逐步趋近于极限。因而业界急需成本相对低廉、性能稳定可靠的新型键合丝材料用以取代黄金和银键合丝。

铜丝作为内引线，具有比金丝高的导电和导热性能，可以用于制造对电流负载要求更高的功率器件，而且可以使高密度封装时的散热更为容易。铜丝较强的抗拉强度可以使丝线直径变得更细，焊盘尺寸和焊盘间距也能相应减小，价格比贵金属键合丝材便宜很多。但铜的易氧化、高硬度、成球差以及进行树脂封装时易引起线材表面腐蚀是人们最为关注的缺点。尤其在键合铜成球工艺的加热环境下，铜表面极易氧化，形成的氧化膜降低了铜线的键合性能。为了解决上述问题，研发铜键合丝的主要方法有两种：高纯铜丝表面涂层和合金化。

表面涂层主要采用铜线表面镀钯，铜丝芯材为99.9999％铜，镀钯工艺为真空镀膜，多出一道工序，成本过于高昂，而且镀钯的目的是隔绝铜丝与空气的接触，降低其氧化速率，但在烧球键合过程中，由于镀钯层与基材铜丝的再结晶温度不同，容易发生歪球等不良工艺。合金化则是通过添加合金元素形成均匀的铜合金来改善铜线的抗氧化性、耐腐蚀性和成球性，降低硬度等，但又不损失铜的导电导热性，这是目前研发高质量铜合金键合丝的主要方向。然而，目前报道的铜合金键合丝，没有一种能够改善铜键合丝的所有缺点，有的只是改善了其抗氧气性，但其导电性降低；有的改善其抗氧化性和耐腐蚀性，但其硬度较高，塑性较差，不能连续拉成细丝。究其原因，主要是这些铜合金键合丝只考虑添加合金元素来改善抗氧化性，细化晶粒，但这些增加的晶界会降低导电性和和耐腐蚀性，增加了硬度，没有从微观结构和合金成分综合考虑。

发明内容

本发明的目的是克服以上现有技术不足，提供一种微电子封装用铜合金单晶键合丝及其制备方法，它克服现有铜合金类键合丝表面易氧化、耐腐蚀性差、导电性降低、硬度高和拉拔断线等问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微电子封装用铜合金单晶键合丝，组成键合丝的材料各成分重量百分比为：银(Ag)含量为0.01％-0.02％、钪(Sc)含量为0.01％-0.02％、铁(Fe)含量为：0.001％-0.015％、钛(Ti)含量为0.001％-0.01％，其余为铜和不可避免的杂质，之和等于100％。要求铜的纯度大于99.99％、银的纯度大于99.999％、钪的纯度大于99.999％、铁、钛的纯度大于99.999％。

本发明的技术方案通过以下制备方法或工艺予以解决：

①提取高纯铜：将TU00铜(99.99％铜)作为阳极浸入电解液中，以高纯铜箔作为阴极浸入电解液中；在阳极、阴极之间输入(7-9)V、(2.5-3.5)A的直流电，以补充新鲜电解液方式维持电解液温度不超过60℃，待阴极积聚一定重量的纯度大于99.9999％的高纯铜时及时更换高纯铜箔，再经清洗、烘干备用。