[发明专利]铜键合丝及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铜键合丝，所述铜键合丝包括铜丝本体以及包覆在铜丝本体表面上的纳米孪晶铜外壳，所述纳米孪晶铜外壳由晶界界面垂直于所述铜丝本体表面的柱状晶组成，所述柱状晶内部包含层叠的纳米孪晶片层结构。所述铜键合丝的制备方法包括：将铜块依次经过真空熔炼、定向连铸以及拉拔工艺制备形成铜丝本体；将所述铜丝本体依次进行热处理和清洗处理；对清洗后的所述铜丝本体进行电镀工艺，在所述铜丝本体的表面上形成所述纳米孪晶铜外壳，获得所述铜键合丝。本发明通过在铜丝本体表面上形成纳米孪晶铜外壳，不仅提升了铜键合丝的抗氧化性，还增强了铜键合丝的抗拉强度，提高了键合丝抵抗断线的能力，满足芯片和外部封装基板的使用要求。

技术领域

本发明属于电子器件封装技术领域，具体涉及一种铜键合丝及其制备方法。

背景技术

集成电路或LED的封装领域中，芯片和基板(或引线框架)之间的电路连接为芯片提供了电源和信号的传递。目前的互连方式中，引线键合技术占据了约90％，这是一种使用细金属线作为键合丝，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。其过程是在键合设备上使键合丝通过专用陶瓷嘴固定住，使之尾部留出一定长度的键合丝，再通过外部电弧放电使键合丝尾部熔融成球状，然后利用陶瓷嘴使球状键合丝挤压连接到电子芯片的电极上，最后通过键合设备的移动使键合丝的另一端连接到外部引线框架上，经塑料树脂封装后完成。

现在大部分的键合丝都以纯度在99.99％以上的黄金作为主材料，这是由于金作为惰性金属具有良好的抗氧化性，同时也具有优良导电性和稳定性。但是由于金作为一种贵金属价格十分高昂，目前仅应用在可靠性要求较高的高端产品中。为了适应降低成本的大趋势，行业内开发出了铜键合丝。铜作为一种高导电、导热以及相对低成本的材料在键合丝领域具有良好的应用前景，但其自身抗氧化性和机械性能较差，容易出现虚焊或断线的情况，导致元器件服役可靠性较差。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种铜键合丝及其制备方法，以解决现有的铜键合丝自身抗氧化性和机械性能较差的问题。

为实现上述发明目的，本发明的一方面是提供了一种铜键合丝，所述铜键合丝包括铜丝本体以及包覆在铜丝本体表面上的纳米孪晶铜外壳，所述纳米孪晶铜外壳由晶界界面垂直于所述铜丝本体表面的柱状晶组成，所述柱状晶内部包含层叠的纳米孪晶片层结构。

具体地，每一所述柱状晶内的纳米孪晶片层的生长方向垂直或近于垂直于对应的柱状晶的晶界界面，同一柱状晶内的纳米孪晶片层的生长方向相同。

具体地，所述铜丝本体的直径为10μm～50μm，所述纳米孪晶铜外壳的厚度为0.2μm～12μm。

具体地，所述纳米孪晶片层的厚度为10nm～50nm，所述柱状晶的宽度为0.5μm～10μm。

具体地，所述铜丝本体的材料为纯度不低于99.99％的铜，所述纳米孪晶铜外壳是经由电化学沉积工艺形成在所述铜丝本体的表面上。

本发明的另一方面是提供了一种如上所述的铜键合丝的制备方法，其包括：

将铜块依次经过真空熔炼、定向连铸以及拉拔工艺制备形成铜丝本体；

将所述铜丝本体依次进行热处理和清洗处理；

对清洗后的所述铜丝本体进行电镀工艺，在所述铜丝本体的表面上形成所述纳米孪晶铜外壳，获得所述铜键合丝；

其中，所述电镀工艺中的电解液中包含有硫酸铜、硫酸、氯化钠以及电镀添加剂和水。

具体地，所述电解液中硫酸铜的浓度为50g/L～200g/L，硫酸的浓度为20g/L～50g/L，氯化钠的含量为30ppm～50ppm，电镀添加剂的含量为20ppm～120ppm。