專利名稱：一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
: 本發(fā)明屬于集成電路電子封裝領(lǐng)域，涉及一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
:隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，封裝的小型化和組裝的高密度化以及各種新型封裝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對電子組裝質(zhì)量的要求也越來越高。由此，電子封裝技術(shù)在現(xiàn)代電子工業(yè)中的地位也越來越重要，焊接技術(shù)作為電子封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，其重要性不言而喻。未來焊接技術(shù)的發(fā)展主要有兩個方向:研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料；提高焊接機械化和自動化水平。其中新焊接金屬材料的研制是焊接技術(shù)發(fā)展的一個非常重要的方面。傳統(tǒng)的焊接金屬材料主要有鋁絲，金絲和銅絲。鋁絲是早期的重要焊接金屬材料；但是隨著電子封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，由于其固有的缺點，鋁絲無法繼續(xù)滿足當(dāng)前電子封裝質(zhì)量所提出的越來越嚴(yán)苛的要求，而逐漸被淘汰不用。取而代之的金絲，因為其穩(wěn)定的物理化學(xué)特性，成為電子封裝的主流焊接金屬材料；但是金絲也有缺點，因為金是貴重金屬，金絲的制作成本非常的高，這就直接的提高了電子封裝的成本。制作成本相對較低的銅焊絲在性能上比較接近金焊絲，是替代金焊絲的一個不錯的選擇；但是銅絲存在緩慢氧化，以及在焊接的高溫條件下容易被氧 化從而影響焊接質(zhì)量的問題。鍍鈀的銅焊絲很大程度上可解決這一問題。但是鍍鈀銅焊絲制作工藝相對復(fù)雜，且鈀為貴金屬，其成本也較高
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲及其制備方法，避免銅焊絲在運輸，存儲及使用過程中氧化。特別是在焊接的高溫環(huán)境下，石墨烯首先被氧化以避免內(nèi)部的銅被氧化而導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降，同時石墨烯氧化生成的二氧化碳也可以形成保護氣，進一步避免銅被氧化。此外，石墨烯的良好導(dǎo)熱性能也有利于焊接熱量的散發(fā)。由于石墨烯薄膜的存在，很好的保證了銅焊絲的焊接質(zhì)量，有利于提高電子封裝質(zhì)量和成品率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲，包括銅焊絲以及石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜包覆在銅焊絲表面。所述銅焊絲為純銅焊絲或銅合金焊絲，所述銅合金為黃銅焊絲GMT-⑶、紫磷銅焊絲S201、硅青銅焊絲S211、錫青銅焊絲S212、錫青銅焊絲S213、鋁青銅焊絲A1S214、鋁青銅焊絲A2S215、鋁青銅焊絲(A3)、錫黃銅焊絲S221、鐵黃銅焊絲S222、鎳鋁青銅焊絲-1、鎳鋁青銅焊絲-2、鋅白銅焊絲S225、鋅白銅焊絲S225F、鋅白銅焊絲S226、鋅白銅焊絲S227、鋅白銅焊絲S229中的一種。所述石墨烯薄膜為原位生長或移植包裹形成。
一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲的制備方法，將電子封裝用銅焊絲清洗處理后在其表面生長一層石墨烯薄膜。制備所述石墨烯薄膜所用的碳源氣體為甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、甲醇中的一種。所述形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反映腔室內(nèi)，保證腔室真空壓強低于KT1Pa后，在氫氣保護氛圍下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 1080°C時，保持10 40min，然后通入碳源氣體，所述碳源氣體與氫氣的流量比值為0.1 1，1，0 35min后停止通入碳源氣體，同時使腔室快速冷卻，當(dāng)腔室溫度環(huán)境降至100 150°C時，停止通入氫氣，當(dāng)溫度下降至室溫時，使腔室與外部環(huán)境相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，打開真空泵，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 IOSO0C以后，保持恒溫10 30min，然后通入碳源氣體，碳源氣體與氫氣的流量比值為
0.1 1，同時，打開滾動開關(guān)，勻速緩慢地傳送銅焊絲，當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，關(guān)閉碳源氣體進氣閥，停止加熱并開始快速降溫，待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，關(guān)閉氫氣進氣閥，當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)停真空泵，使反應(yīng)腔室與外界相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，打開真空泵，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，關(guān)停真空泵，通入氫氣，當(dāng)腔室壓強恢復(fù)為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，打開排氣管道的閥門，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 1080°C后，保持恒溫10 40min，然后通入碳源氣體，碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，生長10 35min后停止通入碳源氣體，停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，打開腔室。形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，啟動機械泵閥，開始抽真空，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，關(guān)停機械泵閥，啟動分子泵，當(dāng)腔室壓強小于I X KT4Pa時，關(guān)停分子泵，打開機械泵閥并通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到450 600°C時，保持恒溫并啟動射頻源，待射頻源穩(wěn)定工作后開始通碳源氣體，碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，當(dāng)射頻功率達(dá)到800W以上時，打開傳動開關(guān)，開始勻速緩慢地傳送銅焊絲；當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，關(guān)閉射頻源并停止通入碳源氣體，同時停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)機械泵，使腔室與外界相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，啟動機械泵，開始抽真空，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，關(guān)閉機械泵閥，啟動分子泵；當(dāng)腔室壓強小于(I X IO-4Pa時，關(guān)停分子泵，打開機械泵，同時通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱；當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 1080°C后，保持恒溫10 40min，然后通入碳源氣體，所述碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，同時打開滾動開關(guān)，開始勻速緩慢地傳送銅焊絲，當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，停止通入碳源氣體，停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)機械泵，使腔室內(nèi)外相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明在銅焊絲表面生長有石墨烯薄膜，石墨烯薄膜將銅焊絲表面包覆，從而起到保護膜的作用。石墨烯本身具有很好的導(dǎo)電性，而且由于石墨烯具有穩(wěn)定的物理化學(xué)特性，可以保護銅絲避免在使用過程中被氧化。特別是在焊接過程中，石墨烯被氧化形成二氧化碳保護氣，避免銅被氧化從而保證了焊接質(zhì)量，如此可知，石墨烯包覆銅焊絲不亞于鍍鈀銅焊絲，甚至有可能優(yōu)于鍍鈀銅焊絲。并且，石墨烯的導(dǎo)熱性能比任何金屬都要強，有利于焊接過程中的散熱。另一方面，石墨烯包覆銅箔的制作成本相比鍍鈀銅箔還要低。


:圖1本發(fā)明的石墨烯包覆銅焊絲的示意圖；圖2CVD法生長石墨烯裝置示意圖；圖3傳動法生長石墨烯裝置示意圖； 圖4RFPECVD法生長石墨烯裝置示意圖；其中:1為銅焊絲；2為石墨烯薄膜；3為電加熱圓筒；
具體實施方式
:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述:參考附圖1-4，本發(fā)明的具體實施方案如下:本專利提出在普通銅焊絲I表面原位生長連續(xù)的石墨烯薄膜2，石墨烯薄膜將銅焊絲表面包覆，從而起到保護膜的作用。石墨烯本身具有很好的導(dǎo)電性，而且由于石墨烯具有穩(wěn)定的物理化學(xué)特性，可以保護銅絲避免在使用過程中被氧化。特別是在焊接過程中，石墨烯被氧化形成二氧化碳保護氣，避免銅被氧化從而保證了焊接質(zhì)量，從這一點上來說，石墨烯包覆銅焊絲不亞于鍍鈀 銅焊絲，甚至有可能優(yōu)于鍍鈀銅焊絲。并且，石墨烯的導(dǎo)熱性能比任何金屬都要強，這有利于焊接過程中的散熱。另一方面，石墨烯包覆銅箔的制作成本相比鍍鈀銅箔還要低。所述的銅焊絲可以是純銅焊絲，也可以是銅合金焊絲。所述的銅焊絲可以是實芯銅焊絲，也可以是藥芯焊絲。所述銅合金焊絲包括以下各種中的一種:
權(quán)利要求
1.一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲，其特征在于:包括銅焊絲以及石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜包覆在銅焊絲表面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲，其特征在于:所述銅焊絲為純銅焊絲或銅合金焊絲，所述銅合金為黃銅焊絲GMT-⑶、紫磷銅焊絲S201、硅青銅焊絲S211、錫青銅焊絲S212、錫青銅焊絲S213、鋁青銅焊絲A1S214、鋁青銅焊絲A2S215、鋁青銅焊絲(A3)、錫黃銅焊絲S221、鐵黃銅焊絲S222、鎳鋁青銅焊絲-1、鎳鋁青銅焊絲_2、鋅白銅焊絲S225、鋅白銅焊絲S225F、鋅白銅焊絲S226、鋅白銅焊絲S227、鋅白銅焊絲S229中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲，其特征在于:所述石墨烯薄膜為原位生長或移植包覆形成。
4.一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲的制備方法，其特征在于:將電子封裝用銅焊絲清洗處理后在其表面生長或移植一層石墨烯薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:制備所述石墨烯薄膜所用的碳源氣體為甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、甲醇中的一種。
6.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:所述形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反映腔室內(nèi)，保證腔室真空壓強低于KT1Pa后，在氫氣保護氛圍下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 1080°C時，保持10 40min，然后通入碳源氣體，所述碳源氣體與氫氣的流量比值為0.1 1，I IOOmin后停止通入碳源氣體，同時使腔室快速冷卻，當(dāng)腔室溫度環(huán)境降至100 150°C時，停止通入氫氣，當(dāng)溫度下降至室溫時，使腔室與外部環(huán)境相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。
7.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，開啟真空泵，當(dāng)腔室壓強低于KT1Pa后，通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室環(huán)境 溫度達(dá)到850 1080°C以后，保持恒溫10 30min，然后通入碳源氣體，碳源氣體與氫氣的流量比值為0.1 1，同時，打開滾動開關(guān)，勻速緩慢地傳送銅焊絲，當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，關(guān)閉碳源氣體進氣閥，停止加熱并開始快速降溫，待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，關(guān)閉氫氣進氣閥，當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)停真空泵，使反應(yīng)腔室與外界相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。
8.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，打開真空泵，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，關(guān)停真空泵，通入氫氣或IS氣，或氫氣IS氣混合氣，當(dāng)腔室壓強恢復(fù)為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，打開排氣管道的閥門，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室溫度達(dá)到850 1080°C后，保持恒溫10 40min，然后通入碳源氣體，碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，生長10 35min后停止通入碳源氣體，停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，打開腔室。
9.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，先用機械泵將腔室氣壓抽至低于KT1Pa后，啟動分子泵，當(dāng)腔室壓強小于IX KT4Pa時，關(guān)停分子泵，打開機械泵閥并通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱，當(dāng)腔室溫度達(dá)到450 600°C時，保持恒溫并啟動射頻源，待射頻源穩(wěn)定工作后開始通碳源氣體，碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，當(dāng)射頻功率達(dá)到800W以上時，打開傳動開關(guān)，開始勻速緩慢地傳送銅焊絲；當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，關(guān)閉射頻源并停止通入碳源氣體，同時停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)機械泵，使腔室與外界相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。
10.如權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:形成石墨烯薄膜的方法為:將銅焊絲放置在密閉反應(yīng)腔室，啟動機械泵，開始抽真空，當(dāng)腔室真空壓強低于KT1Pa后，啟動分子泵，當(dāng)腔室壓強小于彡I X IO-4Pa時，關(guān)停分子泵，通入氫氣，在氫氣的保護下開始加熱；當(dāng)腔室環(huán)境溫度達(dá)到850 1080°C后，保持恒溫10 40min，然后通入碳源氣體，所述碳源氣體與氫氣的氣體流量比值為0.1 1，同時打開滾動開關(guān)，開始勻速緩慢地傳送銅焊絲，當(dāng)整卷銅焊絲傳送完畢以后，停止通入碳源氣體，停止加熱并開始快速降溫；待腔室內(nèi)部溫度下降到100 150°C時，停止通入氫氣；當(dāng)溫度下降到接近室溫時，關(guān)機械泵，使腔室內(nèi)外相通直至腔室內(nèi)外壓強一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子封裝用的石墨烯包覆銅焊絲及其制備方法，在普通銅焊絲表面直接生長或移植石墨烯薄膜，所生長或移植的石墨烯薄膜將銅焊絲包覆，從而制成石墨烯包覆銅焊絲。包覆在銅表面的石墨烯薄膜起到保護膜的作用，避免銅焊絲在運輸，存儲及使用過程中氧化。特別是在焊接的高溫環(huán)境下，石墨烯首先被氧化以避免內(nèi)部的銅被氧化而導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降，同時石墨烯氧化生成的二氧化碳也可以形成保護氣，進一步避免銅被氧化。此外，石墨烯的良好導(dǎo)熱性能也有利于焊接熱量的散發(fā)。由于石墨烯薄膜的存在，很好的保證了銅焊絲的焊接質(zhì)量，有利于提高電子封裝質(zhì)量和成品率。
文檔編號B23K35/40GK103212924SQ20131012591
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者劉衛(wèi)華, 李昕, 李全福, 王小力 申請人:西安交通大學(xué)