[发明专利]一种高强度键合铜丝的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，特别涉及一种高强度键合铜丝的制备方法及应用。

背景技术

键合丝作为一个产品族是半导体封装的关键材料之一，它的功能是实现半导体芯片与引脚的电连接，起着芯片与外界的电流导入及导出作用。键合铜线以其优良的力学性能、电学性能和低成本因素，在微电子封装上被逐步采用，现有的键合铜丝以高纯单晶铜为原材料，单晶铜键合丝在拉制过程中，由于拉丝受力不均匀造成拉丝过程中铜晶粒破碎，形成不规则的半连续柱状晶，受热后其晶界容易迁移，致使再结晶温度较低，热影响区长度较长，不适合高密度、低弧度及多层封装，从而严重影响了产品的质量。因此，键合铜丝至今也没有得到大批量应用，尤其是在集成电路方面没有得到大面积推广。

铌是灰白色金属，熔点2468℃，沸点4742℃，密度8.57克/立方厘米。铌是一种带光泽的灰色金属，具有顺磁性，属于元素周期表上的5族。高纯度铌金属的延展性较高，但会随杂质含量的增加而变硬。世界上很大一部份铌以纯金属态或以高纯度铌铁和铌镍合金的形态，用于生产镍、铬和铁基高温合金。这些合金可用于喷射引擎、燃气涡轮发动机、火箭组件、涡轮增压器和耐热燃烧器材。铌在高温合金的晶粒结构中会形成γ”相态。这类合金一般含有最高6.5％的铌。在钢的各种微合金化元素中，废铌是最有效的微合金化元素，铌的作用如此之大，以至于铁原子中含有丰富的铌原子，就能达到改善钢性能的目的。实际上钢中加入0.001％～0.1％的铌，就足以改变钢的力学性能。铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布。在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此，加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性、降低钢脆性转变温度，获得好的焊接性能和成型性能。

铬是银白色有光泽的金属，纯铬有延展性，含杂质的铬硬而脆。密度7.20g/cm³，可溶于强碱溶液。铬具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在赤热的状态下，氧化也很慢。不溶于水。镀在金属上可起保护作用。铬用于制不锈钢，汽车零件，工具，磁带和录像带等。铬镀在金属上可以防锈，坚固美观。由于铬合金性脆，作为金属材料使用还在研究中，铬主要以铁合金(如铬铁)形式用于生产不锈钢及各种合金钢。金属铬用作铝合金、钴合金、钛合金及高温合金、电阻发热合金等的添加剂。氧化铬用作耐光、耐热的涂料，也可用作磨料，玻璃、陶瓷的着色剂，化学合成的催化剂。碱式硫酸铬(三价铬盐)用作皮革的鞣剂。铬矾、重铬酸盐用作织物染色的媒染剂、浸渍剂及各种颜料。镀铬和渗铬可使钢铁和铜、铝等金属形成抗腐蚀的表层，并且光亮美观，大量用于家具、汽车、建筑等工业。此外，铬矿石还大量用于制作耐火材料。

二硼化钛粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB2)的晶体结构。它的熔点是2980℃，有很高的硬度。二硼化钛在空气中抗氧化温度可达1000℃，在HCl和HF酸中稳定。二硼化钛主要用于制备复合陶瓷制品。由于其可抗熔融金属的腐蚀，可用于熔融金属坩锅和电解池电极的制造。

邻甲酚醛环氧树脂(EOCN)是由邻甲酚醛树脂(O-CN)和环氧氯丙烷(ECH)反应而得的一种线型酚醛耐热性多官能团的环氧树脂，广泛用作半导体器材、集成电路等电子元件的塑封材料，以保护电子元件免受环境腐蚀，保持产品性能与使用寿命。因此要求树脂性能好、纯度高,即残留的氯、钠离子与可水解氯含量要低。随着电子工业的飞速发展，对(ECH)树脂的需求量日益增加，对产品纯度要求更高，可水解氯含量越低越好。

基于目前通过微合金化提高键合铜丝性能这一研究方向，开发出一种新型键合铜丝以增强其强度，从而促进键合铜丝在集成电路中的大规模应用就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高强度键合铜丝的制备方法，该高强度键合铜丝的制备方法先将电解铜提纯、金属单晶水平连铸制得单晶铜，接着将单晶铜熔化后加入一定量的铌、铬、二硼化钛粉和邻甲酚醛环氧树脂，得到混合铜液，随后将混合铜液在保温炉中经凝结、牵引形成无氧铜杆，最后拉丝、退火并喷涂防护膜涂覆液后得到成品。利用该方法制备而成的高强度键合铜丝具有优异的机械强度，并且成本较低，能够满足行业的要求，具有良好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高强度键合铜丝的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电解提纯所得纯度为99.999wt％的提纯铜经金属单晶水平连铸得到纯度为99.9999wt％的单晶铜；