一种镀钯键合铜丝及其制备工艺

技术领域

本发明属于键合铜丝的技术领域，具体涉及一种镀钯键合铜丝及其制备工艺。

背景技术

近几年，随着集成电路封装行业的快速发展，对键合丝材料的性能要求越来越高，一直以来，键合金线具有电导率大、耐腐蚀、韧性好等优点，在集成电路封装中，得到广泛应用，但因资源的缺乏，随着材料价格的攀升和电子产品价格下降的双重压力下，无形推动着业内专业机构和单位不断寻求新的廉价代替材料，成为市场发展规律。键合铜丝与金丝相比具有明显的优势，采用键合铜丝不仅可以在很大程度上降低器件的制造成本、提高竞争优势，而且键合铜丝优良的材料性能也加速了在电子封装业中的应用，主要优点表现为，材料成本低、优良的力学性能、电热性能以及键合性能，但键合铜丝也存在着部分缺陷，如硬度高，容易造成基板断裂和虚焊等问题，以及易氧化，影响产品的质量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种镀钯键合铜丝及其制备工艺。

本发明的技术内容如下：

本发明提供了一种镀钯键合铜丝的制备工艺，包括如下步骤：

1）原材料预处理：将所用原材料采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；

2）键合铜丝的合成：将金属铜、铂、钴、锆、镁、锶、稀土金属元素和硅混合，进行真空熔炼和连铸得到键合铜丝；

按质量分数计，所述金属铜占93~96%、铂占0.004~0.006%、钴占0.005~0.008%、锆占0.003~0.005%、镁占0.005~0.007%、锶占0.003~0.005%、稀土金属元素占0.002~0.004%和硅占0.03~0.05%；

所述稀土元素包括金属铈、钆和钇；

所述真空熔炼时，真空度为10

所得到的键合铜丝的直径为0.08~0.1 mm；

3）键合铜丝的表面活性处理：键合铜丝冷却至100~120℃之后，采用表面活性溶液进行气雾均匀喷涂处理，静置，之后烘干；

所述表面活性溶液的组分包括硫酸、磷酸二氢钾和乙基丙二酸的混合物，混合体积比为（2~3）：（3~5）：（1~2）；

所述硫酸的浓度为5~10 mol/L；

所述磷酸二氢钾的浓度为30~40 mol/L；

所述乙基丙二酸的浓度为20~30 mol/L；

4）一次镀钯处理：将经过表面活性处理的键合铜丝表面电镀钯层，采用碱性钯电镀液；

所述碱性钯电镀液中钯的浓度为30~40 g/L，钯层厚度为0.001~0.003 mm；

5）粗拉丝和中拉丝：将镀钯的键合铜丝升温至500~600℃，进行粗拉丝，降温至400~500℃，进行中拉丝；

所述键合铜丝经粗拉丝后的直径为0.06~0.08 mm；

所述键合铜丝经中拉丝后直径为0.04~0.06 mm；

6）二次镀钯处理：将经过粗拉丝和中拉丝处理的镀钯键合铜丝表面二次电镀钯层；

所述电镀为采用含抗氧化剂的碱性钯电镀液；

所述碱性钯电镀液中钯的浓度为30~40 g/L，钯层厚度为0.001~0.003 mm；

所述抗氧化剂包括吡咯-2-磺酸或者吡咯-3-磺酸，浓度为150~200 g/L；

7）精拉丝；

所述键合铜丝经精拉丝后直径为0.01~0.03 mm；

8）退火：采用氮气作为退火气氛，流速为5~8 L/min，退火温度为400~600℃，退火速率为1~2 m/s；

步骤4）和步骤6）所述电镀的条件，电镀液pH为7~8，电镀的电流密度为2~5 A/dm

本发明还提供了一种上述制备工艺得到的镀钯键合铜丝。

本发明的有益效果如下：

本发明的镀钯键合铜丝的制备工艺，采用铜、铂、钴、锆、镁、锶、稀土金属元素和硅混合，形成铜基键合丝材料，所采用的金属铂、钴和锆以及结合硅的作用有助于提高铜丝的内部晶粒分布结构，提高铜丝的抗拉力等力学性能、成球度以及抗氧化性能；所采用的镁、锶以及稀土金属元素有助于提高键合铜丝的键合性能，采用一次、二次的镀钯工艺，使得键合铜丝具有优良的拉伸性能、键合性能以及抗氧化性能，本发明所制备的镀钯键合铜丝，相比传统铜基键合丝，解决了铜丝硬度强、键合能力差以及抗氧化性差等缺陷，综合提高键合铜丝的使用性能，达到高标准，适用于实际的生产应用。

附图说明

图1为本发明所制备的键合铜丝的横切面电镜图。

具体实施方式

以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。

实施例1

一种镀钯键合铜丝的制备工艺

1）原材料预处理：将所用原材料采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；

2）键合铜丝的合成：将99.404%金属铜、0.06%铂、0.08%钴、0.05%锆、0.07%镁、0.03%锶、0.6%稀土金属元素和0.3%硅混合，进行真空熔炼，真空度为10

所述稀土元素包括金属铈、钆和钇，质量比为1:1:1；

3）键合铜丝的表面活性处理：键合铜丝冷却至110℃之后，采用表面活性溶液进行气雾均匀喷涂处理，静置，烘干；

所述表面活性溶液的组分包括硫酸、磷酸二氢钾和乙基丙二酸的混合物，混合体积比为3:4:2；

所述硫酸的浓度为8 mol/L；

所述磷酸二氢钾的浓度为35 mol/L；

所述乙基丙二酸的浓度为25 mol/L；

4）一次镀钯处理：将经过表面活性处理的键合铜丝表面电镀钯层0.002 mm，采用碱性钯电镀液，钯的浓度为35 g/L，pH为8，电镀的电流密度为3 A/dm

5）粗拉丝和中拉丝：将镀钯的键合铜丝升温至550℃，进行粗拉丝至铜丝直径为0.07 mm，降温至450℃，进行中拉丝至铜丝直径为0.05 mm；

6）二次镀钯处理：将经过粗拉丝和中拉丝处理的镀钯键合铜丝冷却之后表面二次电镀钯层0.002 mm，采用含浓度为18 g/L吡咯-2-磺酸的碱性钯电镀液，pH为8，钯的浓度为35 g/L，电镀的电流密度为3 A/dm

7）将键合铜丝经精拉丝后直径为0.02 mm；

8）退火：采用氮气作为退火气氛，流速为6 L/min，退火温度为500℃，退火速率为1.5 m/s。

实施例2

一种镀钯键合铜丝的制备工艺

1）原材料预处理：将所用原材料采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；

2）键合铜丝的合成：将99.335%金属铜、0.05%铂、0.06%钴、0.04%锆、0.06%镁、0.05%锶、0.005%稀土金属元素和0.4%硅混合，进行真空熔炼，真空度为10

所述稀土元素包括金属铈、钆和钇，质量比为1:1:1；

3）键合铜丝的表面活性处理：键合铜丝冷却至100℃之后，采用表面活性溶液进行气雾均匀喷涂处理，静置，之后烘干；

所述表面活性溶液的组分包括硫酸、磷酸二氢钾和乙基丙二酸的混合物，混合体积比为2:3:1；

所述硫酸的浓度为5 mol/L；

所述磷酸二氢钾的浓度为30 mol/L；

所述乙基丙二酸的浓度为30 mol/L；

4）一次镀钯处理：将经过表面活性处理的键合铜丝表面电镀钯层0.001 mm，采用碱性钯电镀液，钯的浓度为30 g/L，pH为7，电镀的电流密度为2 A/dm

5）粗拉丝和中拉丝：将镀钯的键合铜丝升温至500℃，进行粗拉丝至铜丝直径为0.06 mm，降温至400℃，进行中拉丝至铜丝直径为0.04 mm；

6）二次镀钯处理：将经过粗拉丝和中拉丝处理的镀钯键合铜丝冷却之后表面二次电镀钯层0.001 mm，采用含浓度为150 g/L吡咯-3-磺酸的碱性钯电镀液，pH为7，钯的浓度为30 g/L，电镀的电流密度为2 A/dm

7）将键合铜丝经精拉丝后直径为0.01~0.03 mm；

8）退火：采用氮气作为退火气氛，流速为5 L/min，退火温度为400℃，退火速率为1m/s。

实施例3

一种镀钯键合铜丝的制备工艺

1）原材料预处理：将所用原材料采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；

2）键合铜丝的合成：将99.215%金属铜、0.06%铂、0.07%钴、0.04%锆、0.07%镁、0.04%锶、0.005%稀土金属元素和0.5%硅混合，进行真空熔炼，真空度为10

所述稀土元素包括金属铈、钆和钇，质量比为1:1:1；

3）键合铜丝的表面活性处理：键合铜丝冷却至120℃之后，采用表面活性溶液进行气雾均匀喷涂处理，静置，之后烘干；

所述表面活性溶液的组分包括硫酸、磷酸二氢钾和乙基丙二酸的混合物，混合体积比为3:5:2；

所述硫酸的浓度为10 mol/L；

所述磷酸二氢钾的浓度为40 mol/L；

所述乙基丙二酸的浓度为20 mol/L；

4）一次镀钯处理：将经过表面活性处理的键合铜丝表面电镀钯层0.003 mm，采用碱性钯电镀液，钯的浓度为40 g/L，pH为8，电镀的电流密度为5 A/dm

5）粗拉丝和中拉丝：将镀钯的键合铜丝升温至600℃，进行粗拉丝至铜丝直径为0.08 mm，降温至500℃，进行中拉丝至铜丝直径为0.06 mm；

6）二次镀钯处理：将经过粗拉丝和中拉丝处理的镀钯键合铜丝冷却之后表面二次电镀钯层0.003 mm，采用含浓度为200 g/L吡咯-2-磺酸的碱性钯电镀液，pH为8，钯的浓度为40 g/L，电镀的电流密度为5 A/dm

7）将键合铜丝经精拉丝后直径为0.03 mm；

8）退火：采用氮气作为退火气氛，流速为8 L/min，退火温度为600℃，退火速率为2m/s。

实施例4

一种镀钯键合铜丝的制备工艺

1）原材料预处理：将所用原材料采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；

2）键合铜丝的合成：将99.374%金属铜、0.04%铂、0.05%钴、0.03%锆、0.05%镁、0.05%锶、0.006%稀土金属元素和0.4%硅混合，进行真空熔炼，真空度为10

所述稀土元素包括金属铈、钆和钇，质量比为1:1:1；

3）键合铜丝的表面活性处理：键合铜丝冷却至105℃之后，采用表面活性溶液进行气雾均匀喷涂处理，静置，之后烘干；

所述表面活性溶液的组分包括硫酸、磷酸二氢钾和乙基丙二酸的混合物，混合体积比为2:4:1.5；

所述硫酸的浓度为6 mol/L；

所述磷酸二氢钾的浓度为36 mol/L；

所述乙基丙二酸的浓度为28 mol/L；

4）一次镀钯处理：将经过表面活性处理的键合铜丝表面电镀钯层0.002 mm，采用碱性钯电镀液，钯的浓度为35 g/L，pH为7，电镀的电流密度为3 A/dm

5）粗拉丝和中拉丝：将镀钯的键合铜丝升温至500℃，进行粗拉丝至铜丝直径为0.07 mm，降温至400℃，进行中拉丝至铜丝直径为0.05 mm；

6）二次镀钯处理：将经过粗拉丝和中拉丝处理的镀钯键合铜丝冷却之后表面二次电镀钯层0.002 mm，采用含浓度为170 g/L吡咯-3-磺酸的碱性钯电镀液，pH为7，钯的浓度为35 g/L，电镀的电流密度为3 A/dm

7）将键合铜丝经精拉丝后直径为0.015 mm；

8）退火：采用氮气作为退火气氛，流速为6 L/min，退火温度为450℃，退火速率为2m/s。

将实施例1~4所制备的镀钯键合铜丝进行如下性能测试，选取规格为φ0.01 mm、φ0.02 mm和φ0.03mm。

1.力学性能测试

表1 镀钯键合铜丝的力学性能

其中，所述拉力的标准为＞4gf，延伸率标准为10~14%，键合推力的标准为≥25CN。

由表1可见，本发明所制备得到的镀钯键合铜丝在拉力、延伸率以及键合推力方面表现优异，具有优良的力学性能，结合图1可见，为键合铜丝的横截面电镜扫描图，可见内部颗粒结构分布均匀，排布紧密，稳固的结构为优良的力学性能构建好基础。

2.成球度以及抗氧化、硫化测试

表2 镀钯键合铜丝的成球度以及抗氧化、硫化性能

所述成球度为通过烧球成球率计算；

所述抗氧化测试为通过氧化增重实验，将20g键合铜线置于40℃的烘箱中7天，取出称量克重，对比前后差异；

所述硫化测试为将灯珠放置于密闭容器内，容器内部有一定的硫浓度，在85℃的环境下，硫化2个小时之后测试光衰；

由表2可见，本发明所制备得到的镀钯键合铜丝具有优良的成球度、抗氧化性能以及抗硫化性能，线材质量优异，符合封装行业的应用要求。

3.高低温循环试验测试

采用TQFP封装形式进行封装，进行高低温循环试验测试。

表3 镀钯键合铜丝的高低温循环性能

由表3可见，本发明所制备得到的镀钯键合铜丝均能经过超过标准的400个循环，具有优异的耐使用性能。