[发明专利]一种超高品质单晶铜水平连铸制备工艺

说明书

本发明涉及一种单晶铜制备工艺，具体涉及一种超高品质单晶铜水平连铸制备工艺，包括如下步骤：S1：制备具有(001)取向的单晶铜棒；S2：将制备得到的具有(001)取向的单晶铜棒制成单晶铜水平连铸牵引杆；S3：利用制得的单晶铜水平连铸牵引杆配合热型水平连铸机进行单晶铜的制备。与现有技术相比，本发明基于外延生长提供一种高品质单晶铜棒/线材制备方法，特别涉及单晶铜棒/线材取向控制方法，不仅可以杜绝单晶铜棒/线材水平连铸制备过程中的柱状晶现象，提高单晶铜水平连铸制备合格率，还可以严格控制水平连铸单晶铜棒/线材的晶体取向，获得(001)取向与轴向完全重合的单晶铜棒/线材，大幅度提高单晶铜的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种单晶铜制备工艺，具体涉及一种超高品质单晶铜水平连铸制备工艺。

背景技术

由于消除了电阻产生源和信号衰减源的晶界，单晶铜具有优异的电学和信号学传输性能，优良的抗腐蚀性能和良好的塑性加工性能，在通讯(主要集中在音响喇叭、电源线、音频连接线、麦克风线、HDMI线缆以及各种接插件等)、电子封装(大规模集成电路中芯片与外部引线的连接)等领域得到了广泛的应用。近年来，伴随着我国半导体行业的迅猛发展，国内对高品质单晶铜的需求呈爆发式的增长。

目前，单晶铜线主要是通过热型连铸方法(OCC)制备，该方法最早是由日本的大野笃美教授发明，是对传统水平连铸工艺的一种改进(用加热的铸型替代了水平连铸的水冷结晶器，通过降低了铸型径向的温度梯度，相对增大其轴向的温度梯度，从而避免了侧向晶粒形成，促进了轴向的晶粒生长)。因此，从本质上讲，热型连铸法制备单晶铜是一个连续的定向凝固过程，当牵引杆把铜熔体引入铸型后，铜熔体在牵引杆的端面迅速形核，形成拥有自由取向的晶体，此后随着牵引杆的不断抽拉，在竞争生长的作用下，其它晶粒逐渐被淘汰，最终具有择优方向的某一个晶粒被保留下来，并逐渐长大成为单晶。根据晶体竞争生长的研究结果我们可以获得：1)如果在自由形核过程过有2个或者2个以上的(001)晶体形成，由于动力学和热力学的一致性，这几个取向一致的晶粒就会保持“齐头并进”的生长态势，最终获得柱状晶组织；2)如果在自由形核过程中没有获得与单晶棒/线轴向重合的晶粒(即铜晶体的(001)方向与单晶棒/线的轴向存在一定的夹角)，经过竞争生长后，拥有最小夹角的铜晶粒就会成长为单晶，最终获得的取向偏离的单晶组织。很明显，上述两种情况的发生，都会对铜单晶棒/线的组织和最终性能产生较大的影响，破坏高品质单晶铜线的质量一致性和可靠性。

发明内容

外延生长(epitaxy)的概念来自于希腊语，其核心思想是当熔体在具有特定取向(一般是惯习面)的基体上形核的时候，凝固组织就会获得特定的取向，近两个世纪以来，外延法被广泛的应用在半导体镀膜领域，包括CVD、PVD、MED、以及化学外延等等。本发明的目的是基于外延生长提供一种高品质单晶铜棒/线材制备方法，特别涉及单晶铜棒/线材取向控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超高品质单晶铜水平连铸制备工艺，包括如下步骤：

S1：制备具有(001)取向的单晶铜棒；

S2：将步骤S1制备得到的具有(001)取向的单晶铜棒制成单晶铜水平连铸牵引杆；

S3：利用步骤S2制得的单晶铜水平连铸牵引杆配合热型水平连铸机进行单晶铜的制备。

优选地，步骤S1中，包括如下步骤：

S11：单晶铜棒的定向凝固；

S12：具有(001)取向的单晶铜棒的切取；

步骤S11中，所述的定向凝固采用HRS法；

步骤S12中，所述的切取为：通过劳埃衍射仪对单晶铜棒进行(001)取向的标定，随后通过线切割切取。

优选地，步骤S11中，定向凝固过程中选用带有螺旋选晶器的石墨模具或者氧化铝模具。