单晶铜键合丝开发

单晶铜键合丝开发

1、单晶铜杆生产过程中的工艺参数匹备

单晶铜杆生产过程中的工艺参数主要包括：铜液温度、铸型温度、拉铸速度、冷却水量等,具体参数如下： (1)铜液温度为1135℃左右;

(2)铸型的温度(Tm)温度控制在1100～1130℃;

(3)冷却水的流量为100ml/min,冷却距离为20～30mm;

(4)连铸速度R为20～40mm/min;

(5)液位高度为3mm;

(6)单晶铜杆直径Φ6mm。

采用该工艺参数得到组织稳定,内部无缩孔、气孔等铸造缺陷,表面光洁的单晶铜键合线坯料。

2、单晶铜键合丝生产

(1)拉丝速度的确定单晶铜在冷加工过程中较易产生加工硬化,在拉丝过程中,拉丝速度过快引起线材变形不均从而导致线材性能的不稳定,并引起一些严重的表面缺陷,拉丝速度过慢生产效率的降低;通过该项目研究确定了单晶铜键合丝拉制速度为400～600m/min。

(2)单晶铜拉丝时的配模在键合丝生产过程中,拉丝模的配模对成品质量有至关重要的影响,合理配模是保证线材具有良好表面质量的前提,配模不当将导致键合线表面严重缺陷、模具的加速磨损和拉丝过程中的断线;该项目通过试验分析,确定了单晶铜键合丝拉制的配模表。(3)单晶铜拉丝时润滑液的选取拉丝用润滑液有油性和水性之分,油性润滑液有较好的润滑效果,但容易残留在线材表面不易清理,水性润滑液不宜残留在线材表面且较易清理,但润滑效果不佳,易引起断线。单晶铜键合丝采用水性润滑剂,润滑剂的浓度在0.4～0.8%,润滑剂的稀释采用去离子水。

(4)单晶铜生产过程中的热处理工艺参数确定单晶铜在冷加工过程中较易产生加工硬化,合理的热处理对消除加工硬化、提高可加工性有着重要的作用。

3、键合丝退火复绕和包装

(1)单晶铜键合丝退火工艺参数确定单晶铜退火工艺参数主要包括：退火温度、退火速度等,合理退火工艺参数能够保证单晶铜键合丝具有良好的机械性能;获得了单晶铜热处理退火温度与时间和键合丝线径之间的函数关系。单晶铜键合丝线径与退火温度之间的函数关系方程为(X为线径Mil,Y为退火温度℃)：Y=397.93+24.55X-4.22X2 单晶铜键合丝线径与退火时间之间的函数关系方程为(X为线径,Z为退火时间)：Z=-2.41+5.76X-1.08X2

(2)单晶铜键合丝复绕方法退火后单晶铜键合线复绕方法的合理与否,直接影响到键合丝使用过程中顺畅放线,放线不顺畅将导致线材的报废;节距不能过小,节距过小键合丝之间近乎平行排列,易于压线和粘丝,而节距过大则会单层的排线疏松,从而引起压线。对于0.025mm的单晶铜键合丝,通过试验节距设定为0.0255mm。

(3)单晶铜键合丝退火过程中的保护铜属于活泼金属,在高温时较易氧化,进而影响到键合丝的性能,退火复绕时对键合线的保护也是键合线生产过程中的一个关键技术。本项目设计开发了单晶铜键合丝热处理保护装置,并申请了发明专利。

通过上述内容的研究,在解决了设备、模具、润滑、退火等方面的问题之后,制定了下述单晶铜键合丝生产工艺：

①、采用高真空炉(真空度达到10～2MPa)将高纯铜(纯度高于99.995%)熔化,而后升温

1100℃,精炼60分钟,整个熔炼过程采用高纯氩气(99.9%)保护,采用定向凝固方式拉制φ8mm单晶铜杆;

②、将φ8mm高纯度单晶铜杆冷加工至0.95mm,每道次拉拔加工率为15%,拉拔速度控制在

40m/min;然后采用表 3.2所列道次和加工率将单晶铜杆拉制0.05mm;拉制速度为600m/min;0.5mm以上模具表面粗糙度Ra达到0.025,0.5mm以下模具表面粗糙度Ra高于

0.025;保持拉丝塔轮、导向轮、收线盘等部件高度光洁,表面粗糙度Ra高于0.025;拉丝

润滑剂采用水溶性润滑剂,浓度为0.8%,拉丝时温度为35℃;

③、将0.05mm单晶铜键合丝表面清洗采用超声波清洗,清洗介质采用无水酒精,超声波功率

80W,频率40KHz。

④、将0.05mm的单晶铜丝在退火复绕设备上进行热处理,热处理过程中采用H_2+Ar2保护,

其热处理温度425℃,热处理时间为20s,保护气体流量为H_2 0.3L/min、Ar2 0.6L/min;

退火复绕时的张力为2.8g;

⑤、将单晶铜键合丝采用真空吸塑包装,真空度达到10～3MPa。