[发明专利]一种具有防氧化功能的铜基键合丝

说明书

技术领域

本发明涉及键合丝技术，具体涉及一种具有防氧化功能的铜基键合丝。 

背景技术

集成电路中半导体封装需要用到一种关键的材料：键合丝(Bonding Wires)，电子行业的快速发展，促进了键合丝制造技术的快速发展。键合丝是一种直径精细的高拉伸强度金属丝，是集成电路、半导体分立器件和LED发光管制造过程中必不可少的封装内引线。常见的有合金键合丝、铜键合丝、铝键合丝、金键合丝等。键合丝需具备的特质是耐腐蚀、传导性、连接性好，键合速度快。 

在现有键合丝应用技术中，比较有代表性的键合丝是键合金丝和键合铜丝两种。其中，键合金丝是一种传统的键合丝，LED发光封装的内引线大多采用直径15至75微米的高纯度黄金制成的金键合丝，金属基黄金的纯度大于99.999％，再配以钯、镍、铈等微量元素，经熔炼、拉丝、退火等程序制成。键合金丝因具有良好的导电性、抗氧化性和卓越的成弧稳定、键合快速性，目前在键合丝使用中占主导地位，但其价格昂贵、强度偏低，这些缺点已经在目前企业追求利润空间，降低生存压力方面形成制约瓶颈。 

另外一种键合丝是键合铜丝，其价格优势较键合金丝明显，抗拉强度也有所提升，但是键合铜丝还存在很多不足之处，主要问题为： 

其一、键合铜线烧球后瞬间氧化，硬度较高，与铝基粘合时需要很大的键合力才能完整粘连，易砸伤铝基，对芯片及铝基要求非常高。 

其二、铜的氧化温度低，键合铜线很容易氧化，在储存时，条件受限。传统铜线采用真空包装，但大量的包装，偶尔会有个别泄漏现象，同时运输搬运 过程也是造成泄漏的因素。包装一旦泄漏，若短时间内不使用，铜线就会因氧化而失效。同时，在设备上使用时，铜线已经开始氧化，单轴长度只能使用最长200m的铜线，若超过200m，后部份铜线就会因氧化而失效。因为线短，所以增加了换线次数，致使键合生产效率低。 

实际应用中，如果在铜键合丝表面形成大量氧化物，则铜键合丝很难键合，并且很难成球，因而，在成球的过程中，铜键合丝必须存储在无氧的环境中。因此，铜成球时一般采用民有性气体保护。由于铜的硬度、屈服强度等物理参数都高于金，因而键合南非要施加更大的键合力和能量，容易出现焊盘出坑，对芯片造成损伤甚至破坏。 

发明内容

基于上述原因，申请人针对上述金键合丝和铜键合丝在实际应用中存在的问题，通过试验研究得到了一种新的铜基键合丝，该铜基键合丝包括材料铜，并并添加La、Ce、Pd微量金属元素，构成基材，基材金属丝表面镀金层，键合丝中各成分的质量占比Cu为88-97％，微量金属元素La为0.0006-0.010％，Ce为0.001-0.005％，Pd为0.003-0.005％，金镀层2-10％，具有价格低廉、键合丝硬度适合以及防氧化优点。 

本发明通过下述技术方案时限的。 

一种铜基键合丝，铜为主要基础材料，并添加La、Ce、Pd微量金属元素，构成基材，在基材金属丝表面镀防氧化金层构成该铜基键合丝。 

所述键合丝的基础材料为铜，铜的纯度高于99.99％，并且铜包括成品的铜线材料。 

所述键合丝材料是以铜为基础材料添加几种微量金属元素，而构成基材，改善单一铜材过硬的问题。 

所述键合丝表面镀金的厚度为0.1微米-2.5微米，其纯度高于99.99％。 

所述键合丝材料中各成分质量比重Cu为88-97％，微量金属元素La为0.0006-0.010％，Ce为0.001-0.005％，Pd为0.003-0.005％，金镀层2-10％。 

所述铜基键合丝的制备步骤如下： 

步骤一，制作母合金基材。将纯度高于99.99％的Cu，加选定的微量金属材料La、Ce、Pd，混合为母合金基材。 

步骤二，熔铸母合金胚材。将上述材料在真空度10^-2-10^-3Mpa的熔炉内高温融化，保持熔炼温度为1600℃，精炼时间50分钟以上，熔炼过程中采用高纯度氩气保护，最后采用凝固方式制备直径为8毫米左右的铜棒胚料熔铸成母合金铜棒胚料。 

步骤三，预制细铜丝。将上述直径为8毫米左右的母合金铜棒胚料进行粗拔处理，拉伸后加工成直径为1毫米左右的铜丝，进一步拉伸铜丝至直径为100微米左右，然后进行固定退火处理。 

步骤四，清洗金属丝。将上述直径为100微米左右的微细金属丝进行表面清洗，清洗采用超声波技术，清洗介质采用无水酒精。