[发明专利]一种具有石墨烯薄膜的键合铜丝的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及微电子封装用键合铜丝，特别涉及一种具有石墨烯薄膜的键 合铜丝的制备方法。

【背景技术】

键合丝作为将半导体元件上的电极与外部端子之间进行接合的电性连接 线，主要采用线径为20μm－50μm左右的4N系(纯度>99.99％(重量))黄金及 其它微量元素合金化制成的金线，然而由于黄金价格昂贵且近年来价格持续 上涨，寻找替代金线的材料一直是电子封装领域的研究热点。

铜以其优异的热学、电学性能以及较低的价格，被认为是取代金的合适 键合丝材料，然而铜线相比金线具有一些列的缺点：线材表面易氧化导致键 合强度降低，在进行树脂封装时易引起线材表面腐蚀，较高的硬度易造成打 线时对基板造成损伤等等。为了解决上述问题，铜线的研发思路主要有两种： 表面涂层和合金化。

表面涂层，目前较多采用的是铜线表面镀钯和镀金，应用最多的是铜丝 表面镀钯。中国专利文献CN102130067B公布了一种表面镀钯键合铜丝，包括 铜为主组分的铜芯材，以及在所述铜芯材上镀覆形成的钯层。该表面镀钯键 合铜丝镀钯层表面均匀，致密完整，有利于焊接键合时充分变形，提高拉断 力和可靠性。还有的是在铜丝表面镀金。中国专利CN102332439B提供一种键 合铜丝的防氧化层加工工艺，由基础材料铜添加La、Ce、Pt微量金属元素构 成母合金基材，并在母合金基材制成的微细金属丝表面镀金层而构成该键合 铜丝，铜和金的纯度都高于99.99％。该键合铜丝具有良好抗氧化性、导电性 以及低弧度特点。

合金化，即通过添加合金元素改善铜线性能。中国专利CN104299954A公 开了一种用于半导体焊接的铜线，其合金成分及重量百分比为：Ag0－0.002％， Fe0－0.001％，Pb0－0.0005％，Ni0－0.0005％，Mg0－0.0005％，Si0－0.002％， 其余为铜。采用这种合金成分的铜线，不仅克服了纯铜线硬度高、焊接性能 差的问题，而且导电性和延伸率高，焊接性好，成本低。

近年来受到下游半导体行业的影响，键合丝的发展趋势是尽量减少贵金 属用量并且保持性能不变，这就对技术提出了更高的要求。无论是表面镀钯 还是镀金都需要用到贵金属，合金化由于需要保证铜的导电性不能添加过多， 对铜的抗氧化性提高不是很显著。

【发明内容】

为了克服上述传统键合丝应用中存在的问题，本发明提出一种节约贵金 属、降低成本、抗氧化性好、导电性能好的具有石墨烯薄膜的键合铜丝的制 备方法。

本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种具有石墨烯 薄膜的键合铜丝的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：将高纯度铜进行真空 熔炼，连铸成直径为6mm－10mm的纯铜棒材；步骤S2：对纯铜棒材进行拉 拔，得到直径为0.5mm－1.0mm的铜丝；步骤S3：对步骤S2得到的直径为 0.5mm－1.0mm的铜丝进行中间退火，中间退火的退火温度为400℃～800℃， 退火时间为2h－6h，保护气氛为95％N2+5％H2；步骤S4：将中间退火后的 铜丝继续拉拔，得到直径为0.01mm－0.03mm的超细铜丝；步骤S5：对直径 为0.01mm－0.03mm的超细铜丝进行成品退火，成品退火在管式在线退火炉 内进行，退火温度为400℃～600℃，退火时间为0.2S－0.6S，保护气氛为95％ N2+5％H2，退火完成后，得到微电子封装用键合铜丝；步骤S6：配置 1.0mg/mL～10.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，将氧化石墨烯水溶液倒入第一长 条形水槽中，施加第一阶段超声波震荡，将键合铜丝连续经过氧化石墨烯水 溶液制得表面附着有氧化石墨烯的键合铜丝，材料干燥，得表面具有氧化石 墨烯薄膜的键合铜丝；步骤S7：配置抗坏血酸水溶液，放入第二长条形水槽 中，施加第二阶段超声波震荡，将表面具有氧化石墨烯薄膜的键合铜丝连续 经过抗坏血酸水溶液还原制得表面附着有石墨烯的键合铜丝，材料干燥，得 表面具有石墨烯薄膜的键合铜丝。

优选地，所述步骤S6中第一阶段超声波震荡的工作温度为30℃～80℃，超 声波的频率为40KHz-60KHz，反复超声静止，超声10min-30min，静止1min-5min，总计超声静止时间1h～5h。

优选地，所述步骤S6中材料干燥的条件为：升温至400℃～500℃，保温2h， 升温速率为3℃/min～5℃/min。