本發(fā)明涉及電工用銅技術領域，尤其涉及一種半導體焊接用銅線的加工方法。
背景技術：
在半導體IC封裝中，芯片和引線框架(基板)的連接要靠引線來實現(xiàn)，這種引線大多采用純金線。然而金是貴金屬，隨著金價不斷上漲，使半導體器件的制造成本不斷增加，為此需要尋找其他更適合的金屬來替代金線材料。由于銅線具有導電性能好、低成本、最大允許電流高、高溫下穩(wěn)定性高等優(yōu)點，人們采用銅線替代金線以降低材料成本。但銅線的延伸性及抗氧化性沒有金線好，而且銅線的質量對焊接效率及效果影響較大，造成銅線與半導體器件金層或銀層結合不好，難結合，拉力不夠等問題。
現(xiàn)有技術中，為了改善銅線的性能而采用金和銅的合金材料，但金的含量大于15％，其雖然提高了銅線的延伸性，但可焊性能差，而且成本高。
技術實現(xiàn)要素：
基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種半導體焊接用銅線的加工方法，其加工得到的銅線具有延伸性高、抗氧化性強，可焊性好的優(yōu)點。
本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，包括如下步驟：
S1、按重量百分含量將Ag 0.01-0.03％，F(xiàn)e 0.01-0.03％，Ni 0.005-0.01％，P 0.003-0.008％，B 0.001-0.003％，Pd 0.003-0.006％，Nb 0.001-0.003％，余量為純度≥99.99％的無氧銅混合后，在氮氣保護下加入高頻爐中進行熔煉，升溫至1220-1250℃，保溫至熔化完全得到熔液，精煉20-40min后，經(jīng)定向凝固得到直徑為10-15mm的銅桿坯；
S2、將S1中得到的銅桿坯加熱到950-980℃后進行熱軋加工，得到直徑為2-4mm的銅母線，終軋溫度為730-750℃，將所述銅母線銑面去除氧化皮后進行截面收縮率為35-45％的冷軋加工，在570-600℃的退火溫度下退火處理2-6min，再進行截面收縮率為15-25％的冷軋加工，在530-550℃的退火溫度下退火處理1-5min，再進行截面收縮率為5-10％的冷軋加工；
S3、將S2中得到的銅母線進行多道次拉拔，得到直徑為0.01-0.05mm的銅線，并在不同道次拉拔之間進行中間連續(xù)退火，退火溫度為480-510℃，退火速度為130-180rpm，得到所述半導體焊接用銅線。
優(yōu)選地，S1中，([Fe]+[Ni]):[P]＝5-6，[Fe]為Fe在熔液的中的重量百分含量，[Ni]為Ni在熔液的中的重量百分含量，[P]為P在熔液的中的重量百分含量。
優(yōu)選地，S1中，所述稀土元素為鑭La、鈰Ce、釔Y、釓Gd中的一種或者多種的組合。
優(yōu)選地，S1中，升溫至1220-1250℃過程中，升溫過程中符合T＝et-5，T為升溫溫度，T的單位為℃，t為升溫時間，t的單位為min。
優(yōu)選地，S2中，熱軋采用Y250-8型三輥連軋機列，軋制過程中，將所述銅桿坯先軋至直徑為7-8mm，再軋至直徑為5-6mm，最后軋至直徑為2-4mm。
優(yōu)選地，S2中，先在580℃的退火溫度下退火處理4min，再在540℃的退火溫度下退火處理3min。
優(yōu)選地，S3中，在進行中間連續(xù)退火時通入氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣的流量為6-8L/min，氫氣的流量為0.5-1L/min。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，一方面，在高純氮氣保護的條件下，向高純無氧銅中加入合金進行熔煉，通過控制合理的配比，在銅熔液中引入了合金元素Ag、Fe、Ni、P、Mg、B、Nb和稀土，其中，Ag的加入除了利用本身優(yōu)異的導電性來提高銅線的電導率以外，還利用Ag對銅的強化作用，從而使銅合金的強度和韌性性能同時得到提高，由此獲得好的延伸性能，除此之外，Ag還可使得銅基體處于飽和狀態(tài)，促使銅基體中的Fe及P的合金元素進一步析出，即增加了銅線合金中第二顆粒析出相的數(shù)量，后者除了能提高銅線合金韌性，對銅的電導性能影響較??；Fe、Ni、P三者的同時加入，有利于在銅線材料中形成復合強化相，后者可以大幅度提高銅線材料的強度和延伸性能，但由于Fe、Ni相對P過量將會使得合金的加工性能和導電性能的惡化，而過少將難以達到沉淀強化的目的，因此控制Fe、Ni、P的含量及適宜的比例對于銅線的綜合性能改善具有明顯的效果；此外，由于稀土元素與銅的原子大小及價電子的差別，因此合金化后對銅線導體的電導率基本沒有影響，確保了導電用銅線的導電率，并且稀土元素同時使得熔體晶粒得到細化，從而較好地提高銅線的延伸性能，提高了銅線塑性加工能力，并在一定程度上降低了硬度性能；而B與氧的親和力雖然不及稀土，但B在銅和銅合金中有比稀土更顯著的細化晶粒作用，因此可以更好地提高銅線的力學性能以及導電性能，并且稀土和B復配合金化能夠更加有效的發(fā)揮凈化、微晶化等的作用，使銅中雜質減少，晶格畸變減弱，電子散射幾率減少，對于改善銅線合金的塑性加工以及電導性能效果顯著；還有，微量Nb、Pd的復配加入可以明顯提高銅的抗氧化能力，對銅有脫氧作用，因此所得到銅線合金的防氧化性能顯著。
另一方面，為了進一步改善銅線合金的力學和導電性能，本發(fā)明中除了對銅線的合金化元素進行選擇以外，還對其加工工藝進行了嚴格的控制，首先在對銅線合金進行熔煉中，選擇在高純氮氣保護下進行，使得熔煉過程中不與空氣接觸，因此能夠獲含氧和其他氣體極少的銅線合金，與此同時，在熔煉過程中還限定合金熔融過程中的升溫速率，以適配各合金元素的溶解度規(guī)律，從而可以調(diào)整銅基體中的溶質分布，對改善合金力學以及導電性具有顯著效果；此后采用定向凝固的工藝制成銅桿坯，這種工藝使得鑄坯的凝固組織取向一致，表現(xiàn)出比普通上引銅桿更優(yōu)異的塑性加工性能；還有在對桿坯進行多級軋制，并逐級開展退火處理時，熱軋工藝的控制使得銅線合金中的固溶體能夠均勻、彌散分布在基體中，再進行多級冷軋工藝時，固溶顆粒的被逐漸壓扁、拉長，形成一些短條帶狀以及部分長線狀分布，而熱軋和冷軋工藝同時還使得合金中的氣孔、微裂紋等鑄造缺陷消失，并由粗大的柱狀晶變?yōu)榧毿【鶆虻牡容S晶，同時通過對逐級冷軋后的合金分別進行退火處理，可以有效控制銅線合金加工過程中的析出相的尺寸、形態(tài)及其分布，因此，經(jīng)過上述軋制后的銅線合金，其形變強化、固溶強化以及細晶強化效果明顯，對于提高銅線的綜合性能具有顯著的效果，有助于獲得一種高塑性的銅線合金制品；最后為了得到合適直徑大小的銅線，還對線材進行多道次拉拔并退火，可以進一步將合金轉變?yōu)榧毿【鶆?、致密的再結晶組織，并在惰性氣體保護下進行退火時，消除殘余應力，降低位錯、空位等缺陷，銅線的導電性能亦得到改善，從而解決傳統(tǒng)銅線易斷裂、易氧化、及不易焊接的影響，并由此加工得到一種適宜半導體焊接用的銅線。
綜合上述，本發(fā)明從銅線的導電、延伸性、抗氧化性能出發(fā)，對生產(chǎn)銅線的合金元素種類含量進行合理設計，明顯改善銅線的延伸率、抗氧化以及電阻率，使其綜合性能顯著提高；與此同時，采用合理的加工工藝來進一步改善銅線的塑性、導電和抗氧化性能，對熔煉，熱軋，冷軋，退火，拉拔過程中的溫度以及工藝參數(shù)進行優(yōu)化，使得銅線的導電、塑性、焊接等性能都得到良好控制，整個加工方法形成相互配合的整體。
具體實施方式
下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
實施例1
本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，包括如下步驟：
S1、按重量百分含量將Ag 0.01％，F(xiàn)e 0.03％，Ni 0.005％，P 0.008％，B 0.001％，Pd 0.006％，Nb 0.001％，La 0.012％，余量為純度≥99.99％的無氧銅混合后，在氮氣保護下加入高頻爐中進行熔煉，升溫至1220℃，保溫至熔化完全得到熔液，精煉40min后，經(jīng)定向凝固得到直徑為10mm的銅桿坯；
S2、將S1中得到的銅桿坯加熱到950℃后進行熱軋加工，得到直徑為4mm的銅母線，終軋溫度為730℃，將所述銅母線銑面去除氧化皮后進行截面收縮率為45％的冷軋加工，在570℃的退火溫度下退火處理6min，再進行截面收縮率為15％的冷軋加工，在550℃的退火溫度下退火處理1min，再進行截面收縮率為10％的冷軋加工；
S3、將S2中得到的銅母線進行多道次拉拔，得到直徑為0.01mm的銅線，并在不同道次拉拔之間進行中間連續(xù)退火，并通入氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣的流量為8L/min，氫氣的流量為0.5L/min，退火溫度為510℃，退火速度為130rpm，得到所述半導體焊接用銅線。
實施例2
本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，包括如下步驟：
S1、按重量百分含量將Ag 0.03％，F(xiàn)e 0.01％，Ni 0.01％，P 0.003％，B 0.003％，Pd 0.003％，Nb 0.003％，Ce 0.008％，余量為純度≥99.99％的無氧銅混合后，在氮氣保護下加入高頻爐中進行熔煉，升溫至1250℃，保溫至熔化完全得到熔液，精煉20min后，經(jīng)定向凝固得到直徑為15mm的銅桿坯；
S2、將S1中得到的銅桿坯加熱到980℃后進行熱軋加工，得到直徑為2mm的銅母線，終軋溫度為750℃，將所述銅母線銑面去除氧化皮后進行截面收縮率為35％的冷軋加工，在600℃的退火溫度下退火處理2min，再進行截面收縮率為25％的冷軋加工，在530℃的退火溫度下退火處理5min，再進行截面收縮率為5％的冷軋加工；
S3、將S2中得到的銅母線進行多道次拉拔，得到直徑為0.05mm的銅線，并在不同道次拉拔之間進行中間連續(xù)退火，并通入氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣的流量為6L/min，氫氣的流量為1L/min，退火溫度為480℃，退火速度為180rpm，得到所述半導體焊接用銅線。
實施例3
本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，包括如下步驟：
S1、按重量百分含量將Ag 0.02％，F(xiàn)e 0.02％，Ni 0.007％，P 0.005％，B 0.002％，Pd 0.004％，Nb 0.002％，Y 0.001％，余量為純度≥99.99％的無氧銅混合后，在氮氣保護下加入高頻爐中進行熔煉，升溫至1230℃，保溫至熔化完全得到熔液，精煉30min后，經(jīng)定向凝固得到直徑為12mm的銅桿坯；
S2、將S1中得到的銅桿坯加熱到960℃后進行熱軋加工，得到直徑為3mm的銅母線，終軋溫度為740℃，將所述銅母線銑面去除氧化皮后進行截面收縮率為40％的冷軋加工，在580℃的退火溫度下退火處理4min，再進行截面收縮率為20％的冷軋加工，在540℃的退火溫度下退火處理3min，再進行截面收縮率為7％的冷軋加工；
S3、將S2中得到的銅母線進行多道次拉拔，得到直徑為0.03mm的銅線，并在不同道次拉拔之間進行中間連續(xù)退火，并通入氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣的流量為7L/min，氫氣的流量為0.7L/min，退火溫度為500℃，退火速度為150rpm，得到所述半導體焊接用銅線。
實施例4
本發(fā)明提出的一種半導體焊接用銅線的加工方法，包括如下步驟：
S1、按重量百分含量將Ag 0.02％，F(xiàn)e 0.02％，Ni 0.008％，P 0.006％，B 0.002％，Pd 0.005％，Nb 0.002％，稀土元素0.0011％，余量為純度≥99.99％的無氧銅混合后，所述稀土元素為Y和Gd，在氮氣保護下加入高頻爐中進行熔煉，升溫至1240℃，保溫至熔化完全得到熔液，精煉35min后，經(jīng)定向凝固得到直徑為13mm的銅桿坯；
S2、將S1中得到的銅桿坯加熱到970℃后進行熱軋加工，得到直徑為3mm的銅母線，終軋溫度為745℃，將所述銅母線銑面去除氧化皮后進行截面收縮率為42％的冷軋加工，在590℃的退火溫度下退火處理3min，再進行截面收縮率為18％的冷軋加工，在545℃的退火溫度下退火處理4min，再進行截面收縮率為8％的冷軋加工；
S3、將S2中得到的銅母線進行多道次拉拔，得到直徑為0.02mm的銅線，并在不同道次拉拔之間進行中間連續(xù)退火，并通入氮氣和氫氣的混合氣體，氮氣的流量為7L/min，氫氣的流量為0.8L/min，退火溫度為490℃，退火速度為160rpm，得到所述半導體焊接用銅線。
對上述實施例1-4中得到的半導體焊接用銅線進行測試，其半硬態(tài)測試結果滿足抗拉強度≥200MPa，屈服強度≥160MPa，伸長率≥15％，電阻率為0.01691-0.01719Ωmm2/m(電導率≥98％IACS)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。