TWI726836B

TWI726836B - 銅微合金導線及其製備方法

Info

Publication number: TWI726836B
Application number: TW109147137A
Authority: TW
Inventors: 洪飛義; 博軒周; 振基周
Original assignee: 大陸商汕頭市駿碼凱撒有限公司
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-01
Also published as: TW202228157A

Abstract

本發明係關於一種銅微合金導線及其製備方法，包含準備一銅合金材料，並加溫銅合金材料以均質熔解，其中銅合金材料含有0.2-0.7 wt.%鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%金(Au)、0.1-0.3 wt.%銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%鉑(Pt)以及剩餘重量百分比的銅(Cu)；於均質化的銅合金材料內添加一均質化的磷銅母合金材料，作用後以獲得一含有磷化銅(Cu ₃P)之第一中間產物；於第一中間產物中添加一銅矽母合金材料，作用後以獲得一含有矽化銅(Cu ₃Si)的銅微合金；以及，進一步執行拉線步驟，以將銅微合金成型為銅微合金線材；本發明之銅微合金具有接近純銅線的電熱性質，但是比純銅線更耐腐蝕且擁有優異機械強度與電疲勞特性。

Description

銅微合金導線及其製備方法

本發明關於一種銅微合金導線及其製備方法，製得的銅微合金具有耐腐蝕的特性及優異機械強度與電疲勞特性。

銅線因導電性佳且便宜，所以是用於製備電線的主要材料，但是因為銅線容易氧化且容易被腐蝕，進而影響其導電功效；為了降低銅線的氧化情形，目前會在銅線外表面包覆一披覆層，以降低銅線的氧化與腐蝕速度。

舉例而言，中國第CN 103745963 (B)號專利揭露一種銅基引線及載有銅基引線的半導體封裝結構，其係以電解鍍金、無電解鍍金或是蒸鍍的方法在作為芯材的銅線外包覆一被覆層，被覆層材質為金、鈀或鉑中的任意一種或多種組合，以獲得一銅基引線，最後再於銅基引線的外表面進行等離子蝕刻處理，以提高其表面光潔度。又，中國第CN 108122877(B)號專利揭露一種薄金銅合金線及其製造方法，係在銅線芯線外依序包覆鈀預鍍層以及金包覆層。然而，此類銅線因為內外層的材質不同，會因為熱膨脹差異導致耐電熱疲勞性不佳。再者，也因為材質不同，在腐蝕環境中更容易發生電位差腐蝕，大幅降低應用可靠度。

今，發明人有鑑於現有具有鍍層的導電銅線於實際使用時仍有多處缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明關於一種銅微合金導線及其製備方法，製得的銅微合金外表沒有經過電鍍處理，且具有耐腐蝕性質及優異機械強度與電疲勞特性。

本發明之銅微合金係含有0.2-0.7wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)、0.05-0.1 wt.%的磷、0.05-0.1 wt.%的矽以及剩餘重量百分比的銅(Cu)，使用其所製備的線材，其拉伸強度介於5~7 gf，且通電疲勞壽命大於300次。

本發明銅微合金的製備方法，包含步驟一：準備一銅合金材料，並對該銅合金材料進行加溫至1100~1500℃，以將該銅合金材料均質化，其中該銅合金材料含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)以及剩餘重量百分比的銅(Cu)；步驟二：於該均質化的銅合金材料內添加一均質化的磷銅母合金材料，於1000~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有磷化銅(Cu ₃P)之第一中間產物；步驟三：於該第一中間產物中添加一銅矽母合金材料，於1100~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有矽化銅(Cu ₃Si)的一銅微合金。

於本發明之一實施例中，於步驟三之後進一步執行一拉線步驟，以將該銅微合金成型為該銅微合金線材

於本發明之一實施例中，磷銅母合金材料含有4-6 wt.%的磷與94-96 wt.%的銅，以及銅矽母合金材料含有1-3 wt.%的矽以及97-99 wt.%的銅。

藉此，本發明之銅微合金所製造的線材，具有接近純銅線的電熱性質，但是比純銅線更耐腐蝕。

為令本發明之技術手段其所能達成之效果，能夠有更完整且清楚的揭露，茲藉由下述具體實施例，詳細說明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍，請一併參閱揭露之圖式。

本發明關於一種銅微合金及其製備方法，所製得的銅微合金可應用於線材的製作；本發明之銅微合金及製作的線材具有良好的導電性以及高耐蝕性。

本發明之銅微合金含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)、0.05-0.1 wt.%的磷、0.05-0.1 wt.%的矽以及剩餘重量百分比的銅(Cu)，其製備方法包含步驟一，準備一銅合金材料，並對該銅合金材料進行加溫至1100~1500℃，以將該銅合金材料均質化，其中該銅合金材料含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)以及剩餘重量百分比的銅(Cu)；步驟二，於該均質化的銅合金材料內添加一均質化的磷銅母合金材料，於1000~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有磷化銅(Cu ₃P)之第一中間產物；以及步驟三，於該第一中間產物中添加一銅矽母合金材料，於1100~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有矽化銅(Cu ₃Si)的該銅微合金；進一步的，本發明步驟三後執行一拉線步驟，以將該銅微合金成型為一銅微合金線材。

於本案的較佳實施例中，步驟一是將銅合金材料於1250℃作用，步驟二於添加磷銅合金材料後，於1200℃作用30分鐘，又步驟三添加銅矽合金材料後，是於1200℃作用30分鐘，且使用的磷銅合金材料含有4-6 wt.%的磷與94-96 wt.%的銅，銅矽合金含有1-3 wt.%的矽以及97-99 wt.%的銅。

請參見第一圖(A)，為本發明步驟一中所使用的銅合金材料組織的顯微鏡觀察照片，第一圖(B)則為本發明製備的銅微合金材料組織的顯微鏡觀察照片；又進一步分析二者的平均粒徑，銅合金材料的平均粒徑為1.91 μm，而本發明製備的銅微合金平均粒徑則為1.89 μm。

接著，取市售的鍍鈀銅線、以上述步驟一使用的銅合金材料(Cu, Pd, Au, Ag, Pt)製備的銅合金導線、以上述製程中的第一中間產物(Cu,Pd, Au, Ag, Pt, P)製備的第一導電線、以及使用上述製得的銅微合金(Cu, Pd, Au, Ag, Pt, P, Si)製備的銅微合金導線，分別測試其熔斷電流、電阻、抗硫性、耐熱疲勞、拉伸強度、氯化鈉浸漬抗腐蝕性、與通電疲勞壽命；上述所使用的各導電線的直徑皆為18 μm。

抗硫性是將待測物放置於200℃的硫蒸氣中烘烤1小時，烘烤後再測試其拉伸強度，若烘烤後拉伸強度仍大於4 gf，則表示其具有優秀的抗硫性。

耐熱疲勞是將待測物加熱到175℃、再降溫到常溫、並重複此「加熱-降溫」的處理步驟至少500次，使待測物反覆疲勞，之後再測量待測物的線性材質，若線性材質沒有變化，則表示待測物具有優異的耐熱疲勞。

氯化鈉浸漬抗腐蝕性的測量，是將待測物浸泡於25度的飽和食鹽水中6小時，再測量其拉伸強度，若浸泡後拉伸強度小於2 gf，則表示其不具有氯化鈉浸漬抗腐蝕性。

通電疲勞壽命的測量，是將待測物用其熔斷電流的80%通電，並以「通電60秒、斷電5秒」的週期反覆通電，以計算疲勞熔斷壽命，也就是其通電疲勞壽命。

請參見表一，為各待測物的測量結果。

表一

	鍍鈀銅線	銅合金導線	第一導電線	本發明銅微合金導線
熔斷電流(A)	0.34	0.35	0.35	0.35
電阻(Ω)	8.35	9.36	9.72	10.4
抗硫性(30分鐘)	優	優	優	優
耐熱疲勞(500次)	差	優	優	優
拉伸強度(gf)	4-5	4-5	5-6	5-7
氯化鈉浸漬腐蝕	差	優	優	優
通電疲勞壽命(次數)	140	286	300	320

根據表一的實驗結果，市售的鍍鈀銅線耐熱疲勞度與抗氯化鈉浸漬腐蝕的能力都差，且通電疲勞壽命為四個組別中最低的；而以本發明製備的銅微合金所製備的導線，具有良好的抗硫性、耐熱疲勞特性以及抗氯化鈉浸漬腐蝕的能力，其拉伸強度以及通電疲勞特性也是四組最高，顯示以本發明製備含有微量磷與微量矽的銅微合金的導電線材，具有良好的導電性與抗腐蝕性。

此外，本發明製備的銅微合金，其使用了帶有該些元素母合金的方式，將磷與矽成功的添加到銅合金材料中，磷元素的添加可以提高產物的耐腐蝕性與耐酸鹼性，矽元素的添加則提高銅微合金的拉伸強度以避免製備的線材易斷裂；又本案銅微合金中的鈀元素是抑制界面IMC(intermetallic compound)的成長、金元素提高靠氧化能力、銀元素提高耐疲勞特性以及鉑元素則是增加球型以及球徑的穩定度。

再者，以本發明銅微合金所製備的線材，因為不具有外層的鍍層，因此改善了以往鍍鈀銅線因為內外層材料不同導致因熱膨脹差異而造成的耐熱疲勞性不佳，或因為內外層材料不同導致的電位差腐蝕，以及因內外層材料不同產生的界面焦耳熱而使得通電疲勞壽命不佳的缺點。

綜上所述，本發明銅微合金及其製備方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；其；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

無

第一圖：本發明銅合金材料與銅微合金材料組織顯微鏡照片。

無

Claims

一種銅微合金的製備方法，包含：步驟一：準備一銅合金材料，並對該銅合金材料進行加溫至1100~1500℃，以將該銅合金材料均質化，其中該銅合金材料含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)以及剩餘重量百分比的銅(Cu)；步驟二：於該均質化的銅合金材料內添加一均質化的磷銅合金材料，於1000~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有磷化亞銅(Cu ₃P)之第一中間產物；以及步驟三：於該第一中間產物中添加一銅矽合金材料，於1100~1300℃作用10~60分鐘，以獲得一含有矽化亞銅(Cu ₃Si)該銅微合金。
如請求項1所述之銅微合金的製備方法，係於步驟三後進一步執行一拉線步驟，以將該銅微合金成型為一銅微合金線材。
如請求項1所述之銅微合金的製備方法，其中該磷銅合金材料含有4-6 wt.%的磷與94-96 wt.%的銅，以及該銅矽合金含有1-3 wt.%的矽以及97-99 wt.%的銅。
如請求項1所述之銅微合金的製備方法，其中該銅微合金含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)、0.05-0.1 wt.%的磷、0.05-0.1 wt.%的矽以及剩餘重量百分比的銅(Cu)。
如請求項2所述之銅微合金的製備方法，其中該銅微合金線材的拉伸強度介於5~7 gf。
一種以請求項1之方法製備的銅微合金，係含有0.2-0.7 wt.%的鈀(Pd)、0.1-0.5 wt.%的金(Au)、0.1-0.3 wt.%的銀(Ag)、0.05-0.3 wt.%的鉑(Pt)、0.05-0.1 wt.%的磷、0.05-0.1 wt.%的矽以及剩餘重量百分比的銅(Cu)。
如請求項6所述之銅微合金，係可進一步製作一銅微合金線材
如請求項7所述之銅微合金，該銅微合金線材的拉伸強度介於5~7 gf。
如請求項7所述之銅微合金，該銅微合金線材通電疲勞壽命大於300次。