CN106757281B - 一种保护剂组合物和抗腐蚀键合丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种保护剂组合物，包括：Cr3+盐；导电盐，所述导电盐选自碱金属的硫酸盐、碱金属的硝酸盐和碱金属的氯酸盐中的一种或几种；溶剂，所述溶剂选自甲酸、乙酸、甲醇、氨基乙酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种。与现有技术相比，本发明提供的保护剂组合物中含有Cr3+盐，采用无毒环保的Cr3+盐作为镀膜溶液进行阴极钝化工艺操作，能够在键合丝表面形成Cr3+盐含量较低的透明保护膜，这种保护剂组合物在键合丝表面形成保护膜，既能防止键合丝受到氧化物和硫化物的腐蚀而变色，同时也不会降低键合丝原有的反光率和导电性，而且成本较低。本发明还提供了一种抗腐蚀键合丝及其制备方法。

Description

一种保护剂组合物和抗腐蚀键合丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及键合丝技术领域，尤其涉及一种保护剂组合物和抗腐蚀键合丝及其制备方法。
背景技术
键合丝主要是由金丝、铜丝、铝丝、银丝以及贵/贱金属复合(如镀钯铜丝)等丝材组成。其中铝丝、铜丝主要用于中低档电路，贵金属丝材由于成本的原因主要应用在中高档产品或者军工产品中。
银键合丝作为一种贵金属键合丝，具有金属银洁白光亮的外表，优良的导电性、延展性以及高反光性。基于银的这些特性，银键合丝被广泛的用于LED灯、手机元器件、半导体封装等精密连接技术领域。与其他金属相比，银具有良好的综合性能以及较高的稳定性。但直接暴露在空气中的银很容易与硫化氢、氧气等发生反应形成硫化银。这不仅大大降低了金属银的反光性，同时也会影响金属银的导电性以及焊接性能，成为制约银键合丝大规模应用的主要因素。
当前，国内外普遍采用的防止银键合丝变色的主要方法为：在银键合丝表面镀贵金属、镀光亮银、铬酸化学钝化、浸涂有机防银变色剂等，但是这些方法处理后的银键合丝不仅导电性会降低，而且还会使反光性下降，反应率可下降5～15％，严重影响银键合丝的使用。
因此，寻求一种新的工艺方法对银键合丝进行保护，使银键合丝既不降低原有的反光率、导电性，又具有较好的防腐性能，是本领域技术人员研发的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保护剂组合物和抗腐蚀键合丝及其制备方法，本发明提供的保护剂组合物用于键合丝不会降低键合丝的反光率和导电性。
本发明提供了一种保护剂组合物，包括：
Cr3+盐；
导电盐，所述导电盐选自碱金属的硫酸盐、碱金属的硝酸盐和碱金属的氯酸盐中的一种或几种。
溶剂，所述溶剂选自甲酸、乙酸、甲醇、氨基乙酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种。
优选的，所述Cr3+盐为吡啶甲酸铬、CrCl3、Cr2(SO4)3和硫酸铬钾中的一种或几种。
优选的，所述Cr3+盐在保护剂组合物中的质量浓度为1～99％。
优选的，所述导电盐选自硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵、氯酸钾、氯酸钠和氯酸铵中的一种或几种。
本发明提供了一种抗腐蚀键合丝，包括：
键合丝；
附着在所述键合丝表面的保护膜，所述保护膜由上述技术方案所述的保护剂组合物形成。
优选的，所述键合丝为银键合丝、铜键合丝、铝键合丝、银镀金键合丝或铜镀钯键合丝。
本发明提供了一种抗腐蚀键合丝的制备方法，包括：
以上述技术方案所述的保护剂组合物作为电解液，以键合丝为阴极进行阴极钝化，得到抗腐蚀键合丝。
优选的，所述阴极钝化的温度为10～99℃。
优选的，所述阴极钝化的电压为1～220V。
优选的，所述阴极钝化的时间为1～300s。
与现有技术相比，本发明提供的保护剂组合物中含有Cr3+盐，采用Cr3+盐作为镀膜溶液，能够在银键合丝表面形成Cr3+盐含量较低的透明保护膜，这种保护膜对键合丝的导电性能以及反光性能均不会产生不利的影响，这种保护剂组合物在键合丝表面形成保护膜，既能防止键合丝受到氧化物和硫化物的腐蚀而变色，同时也不会降低键合丝原有的反光率和导电性，而且成本较低。
本发明首次将阴极钝化工艺应用于键合丝领域中，采用阴极钝化工艺制备抗腐蚀键合丝工艺简单、操作简便，成本较低。另外，本发明采用Cr3+盐制备抗腐蚀键合丝，与Cr6+相比，Cr3+具有良好的无毒性以及环保性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的键合丝表面EDX检测结果；
图2为本发明实施例1制备的抗腐蚀键合丝表面EDX检测结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种保护剂组合物，包括：
Cr3+盐；
导电盐，所述导电盐选自碱金属的硫酸盐、碱金属的硝酸盐和碱金属的氯酸盐中的一种或几种。
溶剂，所述溶剂选自甲酸、乙酸、甲醇、氨基乙酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种。
在本发明中，所述Cr3+盐优选选自吡啶甲酸铬、CrCl3、Cr2(SO4)3和硫酸铬钾中的一种或几种。在本发明中，所述Cr3+盐在保护剂组合物中的质量浓度优选为1～99％，更优选为1～90％，更优选为1～60％，最优选为1～50％。
在本发明中，所述导电盐优选选自硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵、氯酸钾、氯酸钠和氯酸铵中的一种或几种，更优选为硫酸钠、硝酸钠或氯化钠。在本发明中，所述导电盐在保护剂组合物中的质量浓度优选为1～50％，更优选为5～45％，更优选为10～40％，最优选为15～30％。
本发明对所述保护剂组合物的制备方法没有特殊的限制，将保护剂组合物中的各个成分混合即可。
本发明提供了一种抗腐蚀键合丝，包括：
键合丝；
附着在所述键合丝表面的保护膜，所述保护膜由上述技术方案所述的保护剂组合物形成。
本发明对所述键合丝的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的银键合丝、铜键合丝、铝键合丝、银镀金键合丝或铜镀钯键合丝即可。
本发明提供的保护剂组合物形成的保护膜是无毒害的，符合ROHS标准。用于键合丝的保护后，能够显著提高键合丝的抗腐蚀性。因形成的保护膜本身透明，所以在LED等需要键合丝具有高反光性的领域，钝化镀层并不会影响银丝、镀钯铜丝以及镀金银丝的反光性能，对各种键合丝的导电性能也不会有任何影响。在热处理和键合过程中，电子灭焰(Electronic flame-off，EFO)处理后的FAB(键合丝成球)也拥有良好的成球外观，这也使得在半导体封装领域，金属键合丝在200℃左右的键合环境下同样能够拥有很好的键合外观及键合形状。
本发明提供了上述技术方案所述的抗腐蚀键合丝的制备方法，包括：
以上述技术方案所述的保护剂组合物作为电解液，以键合丝为阴极进行阴极钝化，得到抗腐蚀键合丝。
在本发明中，所述保护剂组合物与上述技术方案所述的保护剂组合物一致，在此不再赘述。本发明对所述键合丝的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到键合丝即可，本发明在以键合丝为阴极进行阴极钝化时所采用的键合丝可以为经过粗拉丝后精拉丝前的键合丝、精拉丝成型后退火前的键合丝、退火后的键合丝以及退火后的键合丝。
在本发明中，所述阴极钝化过程中的温度优选为10～99℃，更优选为10～70℃，更优选为10～50℃，最优选为10～40℃。在本发明中，所述阴极钝化过程中的电压优选为1～220V，更优选为10～200V，更优选为50～150V，最优选为80～120V。在本发明中，所述阴极钝化过程中的电压优选为1～100V，更优选为10～90V，更优选为20～80V，更优选为30～60V，最优选为40～50V。在本发明中，所述阴极钝化过程中的电压优选为100～220V，更优选为100～200V，更优选为100～180V，最优选为150～160V。在本发明中，所述阴极钝化的时间优选为1～300s，更优选为100～280s，更优选为100～250s，更优选为1～200s，最优选为100～160s。在本发明中，所述阴极钝化的时间优选为1～100s，更优选为1～90s，更优选为2～80s，更优选为3～60s，最优选为4～50 s。在本发明中，所述阴极钝化的时间优选为100～300s，更优选为150～250s，最优选为180～220s。
本发明中采用电解池阴极钝化镀膜的方法可用于挂镀、滚镀及中速卷对卷电镀制备键合丝。采用本发明提供的保护剂组合物作为各类金属键合丝生产工艺的保护剂，能够有效解决其他键合丝保护工艺存在的反光率低、成本高的问题，因制作工艺的简化和这种保护剂组合物的价格实惠，从而能够大大降低生产成本，给企业带来可观的经济增长效益。
本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。
实施例1
将10g的吡啶甲酸铬盐、20g的氯化钠导电盐和20g的甲酸溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的银丝(纯度为99.99％)在拉丝机上进行粗拉，得到直径为80μm的银键合丝。
将上述粗拉丝后的键合丝在30℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整为10V，钝化时间为2s，根据表作业线速度的不同在电流密度达到了7.5～10A/dm2传递约3～4C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝，而后再进行细拉丝至直径为20μm。
实施例2
将10g的CrCl3盐、20g的硫酸钠和20g的柠檬酸溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的铜丝(纯度为99.99％)在拉丝机上进行拉细，得到直径为80μm的粗丝后的铜键合丝。
将上述粗拉丝后的键合丝在15℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整在30V，钝化时间为35s，根据表作业线速度的不同在电流密度达8～12A/dm2传递约4～6C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝，而后再进行细拉丝至20μm。
实施例3
将15g的Cr2(SO4)3盐、15g的硫酸钾导电盐和25g的草酸溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的铝键合丝(纯度为99.99％)在拉丝机上进行粗拉丝和细拉丝后，得到直径为80μm的铝键合丝。
将上述粗拉丝后的键合丝在35℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整在40V，钝化时间为80s，根据表作业线速度的不同在电流密度达10～12A/dm2传递约5～7C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝，而后再进行细拉丝至20μm。
实施例4
将10g的硫酸铬钾盐、45g的硝酸钾导电盐和45g的乙酸溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的银丝(纯度为99.99％)在拉丝机上进行拉细，得到直径为80μm的粗拉丝后的银键合丝。
将粗拉丝后的银键合丝进行精拉丝，得到直径为20μm的精拉丝后的银键合丝。
将上述精拉丝后的键合丝在25℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整在60V，钝化时间为40s，根据表作业线速度的不同在电流密度达10～15A/dm2传递约6～8C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝。
实施例5
将20g的吡啶甲酸铬盐、10g的氯酸钾导电盐和20g的甲酸溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的铜镀钯丝(铜纯度为99.99％)在拉丝机上进行拉细，得到直径为80μm的粗拉丝后的铜镀钯键合丝。
将粗拉丝后的铜镀钯键合丝进行精拉丝，得到直径为20μm的精拉丝后的铜镀钯键合丝。
将精拉丝后的铜镀钯键合丝在200～250℃退火处理2小时，得到退火后的铜镀钯键合丝。
将上述退火后的键合丝在80℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整在120V，钝化时间为8s，根据表作业线速度的不同在电流密度达30～45A/dm2传递约15～20C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝。
实施例6
将30g的吡啶甲酸铬盐、20g的硝酸钠导电盐和50g的甲醇溶剂混合，得到保护剂组合物。
将直径为360μm的银镀金丝(银纯度为99.99％)在拉丝机上进行拉细，得到直径为80μm的粗拉丝后的银镀金键合丝。
将粗拉丝后的银镀金键合丝进行精拉丝，得到直径为20μm的精拉丝后的银镀金键合丝。
将精拉丝后的银镀金键合丝在200～250℃退火处理2小时，得到退火后的银镀金键合丝。
将上述退火后的键合丝在60℃下作阴极浸入上述保护剂组合物中，电压调整在200V，钝化时间为3s，根据表作业线速度的不同在电流密度达50～75A/dm2传递约25～30C/dm2电量，得到抗腐蚀键合丝。
实施例7
对本发明实施例1～6制备得到的抗腐蚀键合丝的保护膜进行观察，观察结果为，本发明制备得到的抗腐蚀键合丝上的保护膜镀层致密，100％覆盖键合丝表面，膜体呈透明状。
对本发明实施例1制备得到的键合丝和抗腐蚀键合丝表面进行能量色散X射线光谱(EDX)检测，检测结果如图1和图2所示，图1为本发明实施例1制备的键合丝表面EDX检测结果，图2为本发明实施例1制备的抗腐蚀键合丝表面EDX检测结果。由图1和图2可知，本发明提供的保护剂组合物钝化处理后的键合丝表面几乎检测不到铬的存在，只检测到银元素。
实施例8
对本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝进行镀层光亮度(GAM)检测，检测结果如表1所示，表1为本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝GAM检测结果。
表1本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝GAM检测结果
从表1可以看出，通过保护剂组合物的处理后，经过200℃下2小时的烘烤，银丝的表面亮度没有明显的变化。
实施例9
对本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝采用破坏性键合拉力测试(Bond PullTest,BPT)进行键合丝的破坏性实验，测试键合后抗拉能力。
检测结果如表2所示，表2为本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝键合后抗拉性能检测结果。
表2本发明实施例制备得到的抗腐蚀键合丝键合后抗拉性能检测结果
从表2可以看出，在保护剂组合物处理后，经过200℃下2小时的烘烤，对键合丝的焊接性能无不良影响。
实施例10
分别将本发明实施例1～6制备得到的键合丝以及抗腐蚀键合丝浸入到质量浓度为5％的硫酸钾水溶液中。五分钟后取出观察，可以很明显的看出键合丝表面颜色已经变黑，显得暗淡无光，而抗腐蚀键合丝表面与浸入前无异，反光度高，几乎无颜色变化。
由此可知，使用保护剂组合物处理后的键合丝具有很好的防腐蚀和防硫化的性能。能够显著的防止键合丝变色。
由以上实施例可知，本发明提供了一种保护剂组合物，包括：Cr3+盐；导电盐，所述导电盐选自碱金属的硫酸盐、碱金属的硝酸盐和碱金属的氯酸盐 中的一种或几种；溶剂，所述溶剂选自甲酸、乙酸、甲醇、氨基乙酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种。与现有技术相比，本发明提供的保护剂组合物中含有Cr3+盐，采用Cr3+盐作为镀膜溶液，能够在键合丝表面形成Cr3+盐含量较低的透明保护膜，这种保护膜对键合丝的导电性能以及反光性能均不会产生不利的影响，这种保护剂组合物在键合丝表面形成保护膜，既能防止键合丝受到氧化物和硫化物的腐蚀而变色，同时也不会降低键合丝原有的反光率和导电性，而且成本较低。
以上的测试结果和结论仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴。

Claims (9)

1.一种抗腐蚀键合丝的制备方法，包括：
以保护剂组合物作为电解液，以键合丝为阴极进行阴极钝化，得到抗腐蚀键合丝；
所述保护剂组合物，包括：
Cr3+盐；
导电盐，所述导电盐选自碱金属的硫酸盐、碱金属的硝酸盐和碱金属的氯酸盐中的一种或几种；
溶剂，所述溶剂选自甲酸、乙酸和甲醇中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Cr3+盐为吡啶甲酸铬、CrCl3、Cr2(SO4)3和硫酸铬钾中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Cr3+盐在保护剂组合物中的质量浓度为1~99%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电盐选自硫酸钾、硫酸钠、硝酸钾、硝酸钠、氯酸钾和氯酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极钝化的温度为10~99℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极钝化的电压为1~220V。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极钝化的时间为1~300s 。
8.一种权利要求1所述的方法制备得到的抗腐蚀键合丝，包括：
键合丝；
附着在所述键合丝表面的保护膜，所述保护膜由权利要求1所述的保护剂组合物形成。
9.根据权利要求8所述的抗腐蚀键合丝，其特征在于，所述键合丝为银键合丝、铜键合丝、铝键合丝、银镀金键合丝或铜镀钯键合丝。
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