CN104835797A - 一种铜钯银合金键合引线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铜钯银合金键合引线及其制备方法，其特点是该铜钯银合金键合引线的表面设置有镀钯保护层，铜钯银合金键合引线直径为0.015mm～0.05mm，镀钯层厚度为0.2um～0.6um；其制备方法为：选取铜锭钯锭及银锭清洗烘干备用，制备铜钯银合金铸锭，制备铜钯银合金棒，铜钯银合金棒均匀化退火，粗拉伸，晶粒细化退火，中拉伸，细拉伸，表面清洗，表面镀钯，细微拉伸，热处理，复绕分装。本发明采用铜钯银合金键合引线取代纯银镀金键合引线，克服了纯银镀金键合引线的不足，其材料推拉力、抗氧化性能、键合性能均能达到纯银镀金键合引线的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金键合引线及其制备方法，尤其涉及一种铜钯银合金键合引线及其制备方法，属于微电子封装用金属键合丝技术领域。
背景技术
微电子引线键合，是一种使用微细金属线，可利用热、压力、超声波能量使其与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。在理想控制条件下，引线和基板间会发生电子共享或原子的相互扩散，从而使两种金属间实现原子量级上的键合。
目前在LED、COB及多引脚集成电路封装，键合线多采用金线及纯银镀金线。例如本申请人的早期专利申请，公开号为CN103474408A 给出的《一种表面有镀金层的金银合金键合丝及其制备方法》，包括有金银合金丝，其特征在于金银合金丝表面镀有金保护层；所述金银合金丝含有铍、碲、钴；所述金银合金丝金和银的纯度均≥99.99%，金保护层金的纯度≥99.99%；所述表面有镀金层的金银合金键合丝各组分的重量份数为：金银合金丝金含量7.0～10.0, 银含量82～90；金保护层金含量3.0～8.0；铍含量0.0001～0.0007；碲含量0.0001～0.0008,钴含量 0.0001～0.0007；所述金银合金丝直径为0.015mm～0.05mm，金保护层厚度为0.2um～0.6um。由于键合金丝价格偏高，导致封装成本增加；纯银镀金键合丝价格相对较低，但在LED、COB及多引脚集成电路封装技术中，需要有惰性气体保护，但还是会出现氧化、材料偏硬、一焊点滑球、二焊点线尾过长等问题。因此，键合金丝和纯银镀金键合丝并不能完全适合LED、COB及多引脚集成电路的封装。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述问题，提供一种推拉力、抗氧化性能、键合性能好且成本低的铜钯银合金键合引线及其制备方法。
为实现上述目的，本发明给出的技术方案是，一种铜钯银合金键合引线，其特点是所述铜钯银合金键合引线的表面设置有镀钯保护层，所述铜钯银合金键合引线直径为0.015mm～0.05mm，镀钯层厚度为0.2um～0.6um。
本发明所述铜钯银合金键合引线中的铜和银纯度均≥99.9999%，内部钯和保护层钯的纯度≥99.9999%。铜钯银合金键合引线各组分的重量份数为：铜含量（78-83），银含量（10-15），钯含量（1-10），稀土含量（0.0001-0.0008），钙含量（0.0001-0.0005）。
作为一种优选方案，本发明所述铜钯银合金键合引线各组分的重量份数之和等于100，其中的银含量12，钯含量8，钙含量0.0004，稀土含量0.0006，其余为铜。铜钯银合金键合引线直径为ф0.0325mm，钯保护层厚度为0.4um。
本发明给出的一种铜钯银合金键合引线制备方法，包括以下步骤。
1) 选取铜锭钯锭及银锭，清洗，烘干备用。
2) 制备铜钯银合金铸锭：铜锭，钯锭，银锭，钙及稀土置于真空熔铸炉中，得到铜钯银合金铸锭。
3) 制备铜钯银合金棒：将铜钯银合金铸锭放入真空下拉连铸炉中，抽真空加热，采用定向凝固方法，下拉连铸得到铜钯银合金棒。
4) 铜钯银合金棒均匀化退火：将铜钯银合金棒置于热处理炉中，进行合金均匀化退火处理。
5) 粗拉伸：将铜钯银合金棒粗拉伸得到合金线材。
6) 晶粒细化退火：将合金线材置于热处理炉中，进行合金晶粒细化热处理。
7) 中拉伸：将晶粒细化退火处理的合金线材中拉伸得到中丝。
8) 细拉伸：将中丝拉伸得到细丝。
9) 表面清洗：将细丝先用酸液清洗，再用去离子水冲洗，烘干。
10) 表面镀钯：采用在线电镀设备，对清洗后的细丝表面在线镀钯。
11) 细微拉伸：将镀钯后的细丝进行微细拉伸得到微细丝。
12) 热处理:将微细丝置于连续退火系统中，进行连续退火处理。
13) 复绕分装：将微细丝单卷定尺。
首先，本发明所述步骤1）先用氢氧化纳清洗，再用去离子水冲洗,放入烘箱烘干。
步骤2）将铜锭，钯锭，银锭，钙及稀土放入高纯石墨坩锅中，置于真空熔铸炉中，进行中频感应加热，在加热过程中，抽真空处理。待材料完全熔化，充入高纯氮气保温，将液态铜钯银合金倒入高纯石墨槽中，得到铜钯银合金铸锭。
步骤3）将铜钯银合金铸锭放入高纯石墨坩锅，置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热铜钯银合金铸锭，待完全熔化后保温，充高纯氮气继续加热，待温度稳定后精炼，采用定向凝固方法，下拉连铸得到铜钯银合金棒。
步骤9）酸液采用硝酸及乙酸溶液。
步骤12）退火期间，采用高纯氮气保护气保护。
其次，本发明所述步骤1）氢氧化纳的摩尔浓度为10%～25%。
步骤2）中频感应加热至1000℃～1200℃，保温30min～90min，得到宽度5cm～10cm、厚度1 cm的铜钯银合金铸锭。
步骤3）抽真空加热铜钯银合金铸锭，加热至1000℃～1200℃，待完全熔化后，保温15min～60min；充高纯氮气继续加热至1100℃～1350℃，精炼30min～90min，得到直径为6mm或8mm的铜钯银合金棒。
步骤4）热处理温度800℃～900℃，保温时间8h～20h。
步骤5）合金线材直径为1mm。
步骤6）热处理温度500℃～650℃，保温时间1h～8h。
步骤7）中丝直径为0.5mm。
步骤8）细丝直径为0.08mm～0.10mm。
步骤9）硝酸及乙酸溶液摩尔浓度为5%～15%。
步骤10）在线镀钯收线速度为5m/min～8m/min，电流密度为6A/dm2～10A/dm2。
步骤11）微细丝直径为0.015mm～0.05mm。
步骤12）连续退火温度300℃～450℃，速度40m/min～80m/min。
步骤13）单卷定尺控制张力0.8g～8.0g ,单卷500m定尺。
作为优选方案，本发明所述步骤1）氢氧化纳摩尔浓度为17.5%。
步骤2）中频感应加热至1200℃，保温60min，得到宽度7.5cm、厚度1cm的铜钯银合金铸锭。
步骤3）抽真空加热铜钯银合金铸锭，加热至1100℃，待完全熔化后，保温37.5min。充高纯氮气继续加热至1225℃，精炼60min，得到直径为6mm或8mm的铜钯银合金棒。
步骤4）热处理温度850℃，保温时间14h。
步骤6）热处理温度650℃，保温时间4.5h。
步骤8）细丝直径为0.09mm。
步骤9）硝酸及乙酸溶液摩尔浓度为10%。
步骤11）微细丝直径为0.0325mm。
步骤12）连续退火温度375℃，速度60m/min。
步骤13）单卷定尺控制张力4.4g。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
本发明采用铜钯银合金取代纯银镀金键合丝，克服了纯银镀金键合丝的不足，其材料推拉力、抗氧化性能、键合性能均能达到纯银镀金键合丝的性能要求。而且，本发明表面有镀钯层的铜钯银合金键合丝的价格比纯银镀金键合丝的低很多，大幅度降低了键合线封装成本。其次本发明在微细拉伸过程中，镀层材质更致密、表面光滑、线型一致，基体表面与镀层之间金属分子相互渗透，确保镀层的附着力，增加了产品保质期限与抗氧化力。另外，本发明采用铜钯银合金铸锭连铸制成铜钯银合金棒的方式，使各组分分布更均匀、颗粒更小、产品性能更加优越。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
实施例1。
1）选取纯度≥99.9999%的铜锭，纯度≥99.9999%的钯锭及纯度≥99.9999%的银锭，先用浓度10%氢氧化纳清洗，再用去离子水冲洗,放入烘箱烘干备用。
2）制备铜钯银合金铸锭：按比例将纯度≥99.9999%的铜锭，纯度≥99.9999%的钯锭及纯度≥99.9999%的银锭，以及钙和稀土放入高纯石墨坩锅中，置于真空熔铸炉中，进行中频感应加热，加热至1100℃，在加热过程中，抽真空处理。待材料完全熔化，充入高纯氮气保温30min。将液态铜钯银合金倒入高纯石墨槽中，得到宽度5cm，厚度1cm，含钯量8%的铜钯银合金铸锭。
3）制备铜钯银合金棒：将一定数量宽度5cm，厚度1cm的铜钯银合金铸锭放入高纯石墨坩锅，置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热铜钯银合金铸锭，加热至1100℃，待完全熔化后，保温15min。充高纯氮气继续加热至1250℃，待温度稳定后，精炼30min。采用定向凝固方法，下拉连铸得到直径为6mm或8mm的铜钯银合金棒。
4）铜钯银合金棒均匀化退火：将制备后6mm或8mm的铜钯银合金棒置于热处理炉中，温度750℃，保温时间8h，获取内部合金组织稳定性。
5）粗拉伸：将6mm或8mm的铜钯银合金棒粗拉伸至直径1mm的合金线材。
6）晶粒细化退火：将直径1mm铜钯银合金丝置于热处理炉中，温度600℃，保温时间1h，进行合金晶粒细化热处理。
7）中拉伸：将热处理后的直径1mm铜钯银合金线材中拉伸至直径0.5mm的丝。
8）细拉伸：将直径0.5mm的铜钯银合金丝细拉伸至直径0.08mm的丝。
9）表面清洗：将直径0.08mm的铜钯银合金丝先用浓度为5%硝酸及乙酸溶液清洗，再用去离子水冲洗，烘干。
10）表面镀钯：采用在线电镀设备，对清洗后的铜钯银合金丝表面在线镀钯；电镀用钯的纯度≥99.9999%，收线速度为5m/min, 电流密度为6A/dm2,镀钯层厚度控制在1um。
11）微细拉伸：将镀钯后的直径0.08mm的铜钯银合金丝进行微细拉伸，拉伸至直径0.015mm的键合丝。
12）热处理：将表面镀钯的铜钯银合金键合丝置于连续退火系统中，温度300℃，速度40m/min进行连续退火处理，退火期间，采用高纯氮气保护气保护。
13）复绕分装：将微细键合丝单卷定尺，控制张力0.8g ,单卷500m定尺。
在上述实施例中，按照金属压延加工中体积不变定律,即在任意一个截面，镀钯层面与芯材面积之比始终是相同的。经细拉伸及微细拉伸后，成品线径越小，镀层越薄，但镀层与基体芯线的体积与重量比不变。直径为0.08mm～0.10mm的铜钯银合金丝芯线，表面镀钯层厚度控制在1um～2.0um，经多个道次的微细拉伸后，拉伸直径0.015mm～0.05mm，表面镀钯层厚度为0.2um～0.6um。
按上述实施例1方式制造的带镀钯层的铜钯银合金键合丝，以18um、20um、23um、25um为例，测试仪器为YG001强力仪，其测试结果与纯银镀金键合丝的性能对比如下。
从上述对比结果可以看出,本发明表面有镀钯层的铜钯银合金键合丝在机械性能上与纯银镀金键合丝几乎无区别。
按上述实施例1方式制造的带镀钯层的铜钯银合金键合丝，以25um为例，应用于封装焊线，封装焊线设备为ASM Eagle Xtreme全自动金线球焊机，其推拉力及线弧测试结果与纯银镀金键合丝对比如下。
从上述对比结果可以得知，本发明表面有镀钯层的铜钯银合金键合丝其应用于封装焊线后，拉力值、推球剪切力、弧高均等同于同类型的纯银镀金键合丝。
按上述实施例1方式制造的带镀钯层的铜钯银合金键合丝，同样以25um为例， 焊线设备为ASM Eagle Xtreme全自动金线球焊机，其焊点测试结果与纯银镀金键合丝对比如下。
从上述对比结果可知，本发明专利方法制造的表面镀钯的铜钯银合金丝产品，其用于封装焊线后，一焊点成球及二焊点鱼尾效果与纯银镀金键合丝无明显差异。一焊点成球规则，圆度符合要求，表面光亮无残留物。二焊点鱼尾长度及宽度符合标准，线尾长度合适。
以上多项测试结果表明：本发明表面有镀钯层的铜钯银合金键合丝完全可以满足LED、COB及多引脚集成电路封装要求。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果，只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铜钯银合金键合引线，其特征在于所述铜钯银合金键合引线的表面设置有镀钯层，所述铜钯银合金键合引线直径为0.015mm～0.05mm，镀钯层厚度为0.2um～0.6um。
2.根据权利要求1所述一种铜钯银合金键合引线，其特征在于所述铜钯银合金键合引线中还含有钙、稀土，所述铜钯银合金键合引线中的铜、钯和银的纯度均≥99.9999%，镀钯层中的钯的纯度≥99.9999%。
3.根据权利要求2所述铜钯银合金键合引线，其特征在于表面设置有镀钯层的铜钯银合金键合引线的各组分的重量份数为：
铜含量 78-83份，银含量 10-15份，钯含量1-10份，
稀土含量 0.0001-0.0008份，钙含量0.0001-0.0005份。
4.根据权利要求3所述铜钯银合金键合引线，其特征在于所述铜钯银合金键合引线的各组分的重量份数之和为100份，其中：
银含量12份，钯含量8份，钙含量0.0004份，稀土含量0.0006份，其余为铜，铜钯银合金键合引线直径为ф0.0325mm，钯保护层厚度为0.4um。
5.权利要求1所述一种铜钯银合金键合引线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1） 选取铜锭、钯锭及银锭，清洗，烘干备用：
先用氢氧化纳清洗，再用去离子水冲洗,放入烘箱烘干,其中氢氧化纳的摩尔浓度为10%～25%；
2） 制备铜钯银合金铸锭：
将铜锭、钯锭、银锭、钙及稀土放入高纯石墨坩锅中，置于真空熔铸炉中，进行中频感应加热，在加热过程中，抽真空处理,待材料完全熔化，充入高纯氮气保温，将液态铜钯银合金倒入高纯石墨槽中，得到铜钯银合金铸锭,其中中频感应加热至1000℃～1200℃，保温30min～90min，得到宽度5cm～10cm、厚度1 cm的铜钯银合金铸锭；
3） 制备铜钯银合金棒：
将铜钯银合金铸锭放入高纯石墨坩锅，置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热铜钯银合金铸锭，待完全熔化后保温，充高纯氮气继续加热，待温度稳定后精炼，采用定向凝固方法，下拉连铸得到铜钯银合金棒，其中抽真空加热铜钯银合金铸锭，加热至1000℃～1200℃，待完全熔化后保温15min～60min，充高纯氮气继续加热至1100℃～1350℃，精炼30min～90min，得到直径为6mm或8mm的铜钯银合金棒；
4） 铜钯银合金棒均匀化退火：
将铜钯银合金棒置于热处理炉中，进行合金均匀化退火处理，其中热处理温度800℃～900℃，保温时间8h～20h；
5） 粗拉伸：
将铜钯银合金棒粗拉伸得到合金线材，合金线材直径为1mm；
6） 晶粒细化退火：
将合金线材置于热处理炉中，进行合金晶粒细化热处理，其中热处理温度500℃～650℃，保温时间1h～8h；
7） 中拉伸：
将晶粒细化退火处理的合金线材中拉伸得到中丝，中丝直径为0.5mm；
8） 细拉伸：
将中丝拉伸得到细丝，细丝直径为0.08mm～0.10mm；
9） 表面清洗：
将细丝先用酸液清洗，再用去离子水冲清洗，烘干，酸液采用硝酸及乙酸溶液，硝酸及乙酸溶液摩尔浓度为5%～15%；
10）表面镀钯：
采用在线电镀设备，对清洗后的细丝表面在线镀钯，在线镀钯收线速度为5m/min～8m/min，电流密度为6A/dm2～10A/dm2；
11）细微拉伸：
将镀钯后的细丝进行微细拉伸得到微细丝，微细丝直径为0.015mm～0.05mm；
12）热处理:
将微细丝置于连续退火系统中，进行连续退火处理，退火期间采用高纯氮气保护气保护，连续退火温度300℃～450℃，速度40m/min～80m/min；
13）复绕分装：
将微细丝单卷定尺，单卷定尺控制张力0.8g～8.0g ,单卷500m定尺。
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