一种电子封装用铜合金键合丝及其制备方法和应用与流程
本发明属于铜合金键合丝，具体涉及一种电子封装用铜合金键合丝及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着集成电路及半导体器件封装技术向多引线化、高集成度和小型化发展，封装材料要求采用线径更细、电学性能更好的键合丝进行窄间距、长距离的键合。传统的金丝和银丝已经在导电和导热性能上逐步趋近于极限。因而业界急需成本相对低廉、性能稳定可靠的新型键合丝材料用以取代黄金和银键合丝。近几年，键合铜丝以其低廉的成本及较好的综合性能已经开始占领电子封装行业的中低端市场，主要用于二极管、三极管、集成电路、大规模集成电路等各种半导体器件中作为内引线。在无引脚封装、小间距焊盘等高端产品领域，键合铜丝也表现出良好的使用潜力。
2、尽管铜丝键合时具有优良的力、热、电学性能，但键合铜丝的发展也面临着挑战。现有技术中通常为了改善铜丝键合过程中面临易氧化问题，向铜丝中添加一些微量元素，但这种做法又会使铜丝的硬度上升，铜丝硬度过高，容易造成基板断裂、虚焊等问题。如果通过提高铜丝纯度使其自身硬度降低，但又会存在铜丝纯度过高，使得自身强度下降，成型难以控制，形弧高度不均匀的问题；此外也会使铜丝再结晶温度降低，破断力、伸长率也会随着使用时间的延长而下降。以上问题导致生产综合性能优异的铜合金键合丝具有非常大的难度。dip封装，全称为：双列直插封装，是一种电子元器件封装形式。它的特点是具有两排平行的金属引脚，可以通过这些引脚直接插入到电路板上进行焊接。dip封装也可以插入到dip插座上，以便于更换元件。这种封装的优点包括结构简单和成本低，因此它适合用于中小规模的集成电路。dip封装的应用非常广泛，可以在许多电子设备中找到，如计算机、游戏机、音响等。dip封装具有体积小、易于安装的优点。中科科化新材料公司的环氧塑封料：kh9200-3t是一款适用于双列直插封装(dip)的产品，具有部分熔融+部分结晶硅粉，较高导热和较低应力的平衡的特点，低成本和良好的成膜性，该款产品占市场份额大，但是客户普遍反应此款环氧塑封料与市售的铜合金键合丝配合封装，可靠性不理想，影响后续产品的品质及长期的使用效果。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种电子封装用铜合金键合丝及其制备方法和应用，具有优良的拉伸力、延伸率，硬度适中，抗氧化效果显著，与环氧塑封料kh9200-3t配合进行封装，产品的可靠性高。
2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种电子封装用铜合金键合丝，包括以下质量分数的原料：pd0.06-0.13％、ru0.12-0.17％、nb0.14-0.18％、ca0.09-0.15％、sc0.002-0.004％、mg 0.004-0.008％、b0.003-0.006％、in0.001-0.003％、al0.003-0.005％、li0.002-0.005％，余量为cu。
4、进一步地，cu的纯度大于99.9995％。
5、进一步地，pd、ru、nb、ca任一种的纯度均大于99.999％。
6、进一步地，sc、mg、b、in、al、li任一种的纯度均大于99.9％。
7、本发明在铜中加入特定含量的pd、ru、nb、ca，制得的铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t进行封装，耐老化性能显著优于市售产品。分析是环氧塑封料kh9200-3t主要包括树脂基体、固化剂、填料以及其他添加剂等，环境的变化导致其释放的物质或者对环境应力的影响会间接或直接影响铜合金键合丝的性能，本发明的铜合金键合丝的组分可以和kh9200-3t形成较稳定的界面，降低铜键合丝与环氧塑封料之间的反应活性。
8、环氧塑封料kh9200-3t与该公司大部分同系列产品不同的是kh9200-3t属于有卤产品，同时还可能含有硫等其他物质，市面上的铜合金键合丝与其搭配进行封装的耐腐蚀效果不佳。本发明通过进一步添加适量的微量元素，可以改善铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t封装的耐腐蚀性。分析是此条件下可以提升键合铜丝的抗氧化性进而降低氧化铜与卤素离子之间发生反应，同时添加微量元素可以改善铜的晶体结构，从而影响其与焊接到的金属化层之间的化学反应活性，改善焊丝与金属化层之间的金属间化合物的增长速度，提升键合强度，进而提高焊接可靠性。
9、本发明还提供了所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
10、(1)将原料混合均匀后，在氩气保护条件下1300-1350℃精炼25-40min，浇铸成锭，得到铜合金铸锭；
11、(2)将铜合金铸锭在氮气环境下，加热熔化，保温精炼和除气后，连续拉铸造成直径4-6mm的铜合金棒材；
12、(3)将铜合金棒材进行均匀化退火后，冷却至室温，得到均匀化退火的铜合金棒材；
13、(4)将均匀化退火的铜合金棒材经多次拉拔成直径为0.4-0.8mm的铜合金键合丝；
14、(5)将铜合金键合丝进行中间退火，退火炉有效长度为1000mm,退火温度为450-500℃，退火速率为80-100m/min；
15、(6)对经第一次中间退火的铜合金键合丝拉拔成直径15μm-50μm的铜合金键合丝；
16、(7)将15μm-50μm的铜合金键合丝进行终退火，退火炉有效长度为1000mm，退火温度为550-600℃，退火速率为110-120m/min；
17、(8)表面清洗，烘干，得铜合金键合丝。
18、进一步地，所述步骤(3)中均匀化退火的条件为：以13-15℃/min的升温速率升至600-650℃，保温5-7h后，以10-12℃/min的降温速率降温至450-500℃，保温10-12h。
19、进一步地，所述步骤(2)加热熔化是使用中频感应加热。
20、进一步地，所述步骤(2)拉铸温度为1100-1200℃。
21、进一步地，所述步骤(3)、(5)和(7)采用的保护气氛为95％n2+5％h2，气体的流速为5-8l/min。
22、本发明通过均匀化处理和多次退火，进一步改善了本发明特定元素配比条件下铜合金键合丝力学性能。同时本发明的铜合金键合丝的硬度适中，有助于有效降低了打线的弧高。
23、本发明第三方面提供了所述电子封装用铜合金键合丝的应用。
24、进一步地，所述铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t同时用于dip封装。
25、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
26、1、本发明提供一种电子封装用铜合金键合丝及其制备方法和应用，具有优良的拉伸力、延伸率，硬度适中，耐老化、耐腐蚀效果显著，与环氧塑封料kh9200-3t配合进行封装，产品的可靠性高，本发明提供的铜合金键合丝对于国产环氧塑封料的应用和发展具有助力作用。
27、2、本发明在铜中加入特定含量的pd、ru、nb、ca，制得的铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t进行封装，耐老化性能显著优于市售产品。通过进一步添加适量的微量元素，可以改善铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t封装的耐腐蚀性。
28、3、本发明通过均匀化处理和多次退火，进一步改善了本发明特定元素配比条件下铜合金键合丝力学性能。同时本发明的铜合金键合丝的硬度适中，有助于有效降低了打线的弧高。
技术特征：
1.一种电子封装用铜合金键合丝，其特征在于，包括以下质量分数的原料：pd 0.06-0.13％、ru0.12-0.17％、nb0.14-0.18％、ca0.09-0.15％、sc0.002-0.004％、mg 0.004-0.008％、b0.003-0.006％、in0.001-0.003％、al0.003-0.005％、li0.002-0.005％，余量为cu。
2.根据权利要求1所述的电子封装用铜合金键合丝，其特征在于，cu的纯度大于99.9995％。
3.根据权利要求2所述的电子封装用铜合金键合丝，其特征在于，pd、ru、nb、ca任一种的纯度均大于99.999％。
4.根据权利要求3所述的电子封装用铜合金键合丝，其特征在于，sc、mg、b、in、al、li任一种的纯度均大于99.9％。
5.权利要求1所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中均匀化退火的条件为：以13-15℃/min的升温速率升至600-650℃，保温5-7h后，以10-12℃/min的降温速率降温至450-500℃，保温10-12h。
7.根据权利要求5所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)加热熔化是使用中频感应加热。
8.根据权利要求5所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)拉铸温度为1100-1200℃。
9.根据权利要求5所述电子封装用铜合金键合丝的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)、(5)和(7)采用的保护气氛为95％n2+5％h2。
10.权利要求1-9任一项所述的电子封装用铜合金键合丝的应用，其特征在于，所述铜合金键合丝与环氧塑封料kh9200-3t同时用于dip封装。
技术总结
本发明提供了一种电子封装用铜合金键合丝及其制备方法和应用，所述铜合金键合丝包括以下质量分数的原料：Pd 0.06‑0.13％、Ru0.12‑0.17％、Nb0.14‑0.18％、Ca0.09‑0.15％、Sc0.002‑0.004％、Mg0.004‑0.008％、B0.003‑0.006％、In0.001‑0.003％、Al0.003‑0.005％、Li0.002‑0.005％，余量为Cu。本发明提供的铜合金键合丝具有优良的拉伸力、延伸率，硬度适中，耐老化、耐腐蚀效果显著，与环氧塑封料KH9200‑3T配合进行封装，产品的可靠性高，对于国产环氧塑封料的应用和发展具有助力作用。
技术研发人员：李盛伟,李妍琼
受保护的技术使用者：深圳中宝新材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23