CN115012010B - 一种铜丝表面电镀钯的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜丝表面电镀钯的工艺，属于电镀技术领域。一种铜丝表面电镀钯的工艺，包括备料、放线及电镀工艺步骤，其特殊之处在于，所述工艺步骤具体如下：步骤1，备料；步骤2，放线：把预镀铜丝装到前端收放丝装置的放线轴上，通过张力系统放线，张力范围10g±0.2g；牵引预镀铜丝依次经过碱洗除油槽、水洗槽A、酸洗活化槽、水洗槽B、电镀槽A、电镀槽B、钯液回收槽和水洗槽C，最后由末端的收放丝装置收线；步骤3，开启溶液循环；步骤4，设定电极的电流及速度；步骤5，补充钯浓缩液；步骤6，开启电镀；步骤7，收线。本申请的技术方案，具有铜表面电镀钯的效果好，镀膜均匀，便于钯液回收等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜丝表面电镀钯的工艺，属于电镀技术领域。
背景技术
为了降低集成电路的封装成本，企业越来越多地使用铜丝键合来代替金丝键合，因为键合使用的铜丝，其细度都小于0.1mm，铜又是一种容易氧化的材料，为了保护铜丝的表面不会氧化腐蚀，延长铜丝的寿命，会在铜丝表面电镀一层保护层。使用钯进行电镀是常用的一种保护铜丝的手段，现有的电镀工艺多是采用一次电镀在铜丝表面电镀钯，这样做出的铜丝表面的钯层致密性差，保护效果也不好。本领域的技术人员都在研究，如何能够更好地将钯电镀到铜丝表面，并提高电镀材料的利用率，以降低生产的成本。
发明内容
为了能够提高铜丝表面镀钯层的均匀性和致密性，提供一种铜丝表面电镀钯的工艺。
本发明是通过如下的技术方案，解决上述技术问题：
一种铜丝表面电镀钯的工艺，包括备料、放线及电镀工艺步骤，其特殊之处在于，所述工艺步骤具体如下：
步骤1，备料：准备0.082mm～0.086mm预镀铜丝、电镀液、除油剂、活化剂、纯水；
步骤2，放线：把预镀铜丝装到前端收放丝装置的放线轴上，通过张力系统放线，张力范围10g±0.2g；牵引预镀铜丝依次经过碱洗除油槽、水洗槽A、酸洗活化槽、水洗槽B、电镀槽A、电镀槽B、钯液回收槽和水洗槽C，最后由末端的收放丝装置收线；
步骤3，开启溶液循环：依次开启碱洗除油槽、水洗槽A、酸洗活化槽、水洗槽B、电镀槽A、电镀槽B、钯液回收槽、水洗槽C的作业槽和各自母液槽之间的循环系统，使溶液循环；
步骤4，设定电极的电流及速度：电镀槽A的电镀电流9mA，电镀槽B的电镀电流50mA-150 mA；电镀速度6m/min；
步骤5，补充钯浓缩液：分别开启电镀槽A和电镀槽B的蠕动补液泵，调整流量0.015mL/min～0.04mL/min；
步骤6，开启电镀；
步骤7，收线。
上述电镀工艺的有益效果是：选取0.082mm～0.086mm预镀铜丝，在经过碱洗除油去除铜丝表面的污染物、酸洗活化后，在电镀槽A和电镀槽B经过两次电镀，电镀槽A第一次电镀采用较低的电流使铜丝表面初镀，电镀槽B第二次电镀采用高的电流在一次电镀基础上，进一步对镀层完善，形成更为致密和均匀的镀层，对铜丝提供更完善的保护；同时，工艺中，还设置了钯液回收槽，铜丝在经过电镀槽A和电镀槽B后，铜丝表面附着有部分钯电镀液，钯液回收槽用于对钯液进行回收，钯液会从铜丝上滴落，回收钯液可以提高钯液的利用，降低生产成本。
上述方案中的铜丝，是通过如下的方式进行加工的：
1，熔炼：采用铜芯为4N5高纯铜棒材，添加50-200ppm P基体；使用高频熔炼炉进行熔炼，熔炼过程中，使用氩气进行保护，棒材出口吹氮气降温以防止棒材氧化，制成棒材φ8mm；
2，拉铸：将φ8mm棒材经过粗拉至φ1.55mm，然后再中拉至φ0.32mm，最后细拉至φ0.082mm；
3，电镀：φ0.082mm铜丝电镀，采用小电流预镀+正常电镀，两次电镀的方式，按照重量百分比控制Pd含量0.9%-3.0%；
4，φ0.082mm铜丝电镀后半成品退火；
5，半成品在进行超细拉制成成品，将电镀后的铜丝由φ0.082mm先拉至φ0.049mm，再拉至φ0.029mm，最后拉至成品的0.025mm、0.023mm、0.020mm或0.018mm；
6，成品退火。
铜丝作为键合用的核心材料，通过上述方法加工出来的铜丝具有纤度均匀的优点。
在上述铜丝表面电镀钯的工艺的基础上，本申请做出如下的完善及改进：
进一步，所述除油剂采用NaOH水溶液，该NaOH水溶液是由NaOH和纯水混合而成，质量浓度为2%-10%。
上述技术特征的优点是：在经过长时间的调试和研究的过程中，基于本申请方法所使用铜丝的直径，选择了该质量浓度的碱溶液除油，具有良好的除油效果。
进一步，所述除油剂的pH值控制在10-14，温度控制在40±2℃。
上述技术特征的优点是：通过对pH值和温度的控制，根据铜丝在碱液中滞留的时间，以能够全面彻底的清除铜丝表面的油。
进一步，所述活化剂为硫酸，该硫酸是由浓度为98%的H2SO4和纯水混合而成，质量浓度为1%-5%。
进一步，所述活化剂的pH值控制在2-5，温度控制在40±2℃。
上述技术特征的优点是：酸洗活化作用是，在进入电镀工序之前的活化处理，是为了进一步去除线材表面的氧化层薄膜，使机体晶格暴露，处于活化状态，促进镀层附着性，保证镀层和基体金属的良好结合，提高电镀的效果。通过长期的实验，根据本申请的预镀铜丝的直径，使用上述质量浓度的硫酸作为活化剂，并控制工作状态下的温度，铜丝的电镀效果更好。
进一步，所述收放丝装置包括工作箱和线轴，所述工作箱的一个侧壁上开有进出口，所述工作箱的内部安装有固定杆和两个连接杆，所述连接杆的外部转动连接有转动轮A，所述工作箱的内部设置有调节机构，所述调节机构包括活动块，所述活动块活动设置在所述固定杆的外部；
所述活动块的外部转动连接有转动轮B，所述工作箱的外部设置有预紧机构，所述预紧机构包括双向丝杆，所述双向丝杆的外部螺纹连接有两个螺纹滑杆，所述螺纹滑杆的外部转动连接有定位辊。
上述收放丝装置在本申请中起到的作用是：收放丝装置是电镀钯过程中重要的组成设备，其承担着实现铜丝运行速度以及铜丝张紧度的重要功能，电镀效果的好坏与铜丝的的张紧度和在电镀液中滞留的时间有着息息相关的联系，铜丝在运行过程的稳定性，是否能保持在电镀电极的中心，也是需要收放丝装置来控制，上述设计的收放丝装置，通过活动块与转动轮A的配合，调整铜丝的张紧度，通过定位辊来调整铜丝在工作箱进出口的位置，并控制铜丝减小颤动幅度，提高铜丝行进的稳定性。
进一步，所述电镀槽A包括组件主体、传感器以及结构胶板，所述组件主体的内侧活动连接有内槽，所述内槽的内侧设置有浓度监控机构，所述浓度监控机构包括有传感器，所述组件主体的前侧固定连接有存液箱；所述内槽的内侧活动连接有下电极，所述结构胶板的上侧胶结连接有上电极，所述上电极的下侧设置有稳固机构，所述稳固机构包括有凸块，所述下电极的上侧开设有凹槽。
进一步，所述组件主体的上侧活动连接有活动盖，所述组件主体的前后侧均固定连接有安装板，所述内槽的内侧开设有通孔，且通孔的数量为若干组并呈对称排布，所述组件主体的内侧开设有回流口。
上述电镀槽A的优点在于：通过传感器、输送装置以及导管，在进行电镀时，如果电镀液浓度变低，内槽内部的传感器会监测到，接收到信号的控制面板发出警告，即可以通过控制面板，使输送装置运转，将存液箱内部提前存有的电镀液原材料通过导管通入内槽内部，从而控制内槽内部电镀液的浓度，使电镀能完整进行，提高实用性；在电极安装时，通过结构胶板、凸块以及凹槽进行安装，将结构胶板粘在下电极上，再将下电极上的凸块对准上电极内部的凹槽，在通过结构胶板将上电极粘住，即可实现两块电极板的固定，不需要用到螺钉，便于电极穿丝，更加实用。
附图说明
图1为本申请的铜丝表面电镀钯的工艺的工艺流程图；
图2为本申请铜丝表面电镀钯的电镀线的流程图；
图3为收放丝装置的结构示意图；
图4为图3中的线轴处的离散结构示意图；
图5为图3的A处放大图；
图6为图3中工作箱进出口外侧设置的结构示意图；
图7为电镀槽A的结构示意图；
图8为电镀槽A的内槽结构示意图；
图9为图8的B处结构示意图；
图10为下电极和上电极的安装结构示意图；
图11为图10中的C处结构示意图；
图12为采用一次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在500倍显微镜下效果图；
图13为采用二次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在500倍显微镜下效果图；
图14为采用一次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在500倍显微镜下效果图；
图15为采用二次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在500倍显微镜下效果图；
图16为采用一次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在扫描电镜下效果图；
图17为采用二次电镀的方式在铜丝上电镀钯后的电镀层在扫描电镜下效果图；
图18为溶液配置表。
附图标记记录如下：收放丝装置-1，碱洗除油槽-2，电镀槽A-3，电镀槽B-4，水洗槽A-5，酸洗活化槽-6，钯液回收槽-7，水洗槽B-8，水洗槽C-9；
工作箱-1.1，箱盖-1.2，把手-1.3，伺服电机-1.4，线轴-1.5，连接杆-1.6，进出口-1.7，铜丝-1.8，转动轮A-1.9，固定杆-1.10，活动块-1.11，定位螺栓-1.12，转动轮B-1.13，丝辊-1.14，螺纹套-1.15，调节盒-1.16，定位盒-1.17，伸缩杆-1.18，转动把手-1.19，双向丝杆-1.20，螺纹滑杆-1.21，定位辊-1.22；
组件主体-3.1，内槽-3.2，传感器-3.3，存液箱-3.4，顶盖-3.5，通孔-3.6，回流口-3.7，控制面板-3.8，下电极-3.9，上电极-3.10，凸块-3.11，凹槽-3.12，结构胶板-3.13，活动盖-3.14，安装板-3.15。
具体实施方式
以下实施例结合附图，仅是为了对权利要求书中所记载的技术方案加以说明，并非是对权利要求保护范围的限制。
结合附图1-2，一种铜丝表面电镀钯的工艺，工艺步骤具体如下：
步骤1，备料：准备0.082mm～0.086mm预镀铜丝、电镀液、除油剂、活化剂、纯水，溶液的具体配置，参见附图18，溶液配置表，
除油剂可以通过上表的方式进行配置，配置的浓度为2%-10%；活化剂按照商标的配置方法，配置浓度为1%-5%。
步骤2，放线：把预镀铜丝装到前端收放丝装置1的放线轴上，通过张力系统放线，张力范围10g±0.2g；牵引预镀铜丝依次经过碱洗除油槽2、水洗槽A5、酸洗活化槽6、水洗槽B8、电镀槽A3、电镀槽B4、钯液回收槽7和水洗槽C9，最后由末端的收放丝装置收线；
步骤3，开启溶液循环：依次开启碱洗除油槽2、水洗槽A5、酸洗活化槽6、水洗槽B8、电镀槽A3、电镀槽B4、钯液回收槽7以及水洗槽C9的作业槽和各自母液槽之间的循环系统，并开启加温，以实现各个作业槽内的溶液具有均衡的温度，并且保证各个作业槽内的溶液成分的浓度均匀，电镀槽的pH值控制参见表1，电镀工艺中的各个作业槽的温度控制参见表2；
表1电镀作业槽pH控制范围表
| 作业槽 | 碱洗除油槽 | 水洗槽A | 酸洗活化槽 | 水洗槽B | 电镀槽A | 电镀槽B | 钯液回收槽 | 水洗槽C |
| pH范围 | 10-14 | 7-9 | 2-5 | 5-7 | 8-9 | 8-9 | - | 6-8 |
| 调整方式 | 补加或更换 | 更换 | 补加或更换 | 更换 | 补加 | 补加 | 回收 | 更换 |
表2电镀作业槽温度控制范围表
| 作业槽 | 碱洗除油槽 | 水洗槽A | 酸洗活化槽 | 水洗槽B | 电镀槽A | 电镀槽B | 钯液回收槽 | 水洗槽C |
| 温度范围（℃） | 40±2 | 40±2 | 40±2 | - | 40±2 | 40±2 | - | - |
| 控制方式 | 温控 | 温控 | 温控 | - | 温控 | 温控 | - | - |
步骤4，设定电极的电流及速度：电镀槽A的电镀电流9mA，电镀槽B的电镀电流50mA～150mA；电镀速度6m/min；
步骤5，补充钯浓缩液：分别开启电镀槽A和电镀槽B的蠕动补液泵，调整流量0.015mL/min～0.04mL/min；
步骤6，开启电镀；
步骤7，收线。
为了配合上述的电镀工艺，还配合设计了一个电镀线：
一种铜丝表面电镀钯工艺的电镀线，包括安装在生产线前端和后端的收放丝装置1，沿生产线运行方向设置的碱洗除油槽2、水洗槽A5、酸洗活化槽6、电镀槽A3、电镀槽B4、钯液回收槽7、水洗槽B8；电镀槽A3和电镀槽B4具有相同的结构；各槽都配备有相应的母液箱，以及用于提升原料的泵，使用的时候，依次开启碱洗除油槽、水洗槽A、酸洗活化槽、水洗槽B、电镀槽A3、电镀槽B4、钯液回收槽、水洗槽C9的作业槽与各自母液槽之间的循环系统；溶液循环过程中观察母液槽内液面高度，不得低于work线；通过流量计和溢流阀将流量调整到1±0.5L/min，确保流量稳定，且正常溢流不会憋泵；观察水道内无憋气现象，母液槽回流液体不明显飞溅；检查各接口无渗液漏液现象；
具体的，参见附图3-6，所述收放丝装置1包括工作箱1.1和线轴1.5，所述工作箱1.1的一个侧壁上开有进出口1.7，所述工作箱1.1的内部安装有固定杆1.10和两个连接杆1.6，所述连接杆1.6的外部转动连接有转动轮A1.9，所述工作箱1.1的内部设置有调节机构，所述调节机构包括活动块1.11，所述活动块1.11活动设置在所述固定杆1.10的外部，且活动块1.11的外部活动设置有定位螺栓1.12；所述工作箱1.1的内部安装有伺服电机1.4，所述伺服电机1.4的外部安装有丝辊1.14，所述丝辊1.14的外部安装有线轴1.5，所述丝辊1.14的外部活动设置有螺纹套1.15；工作箱1.1的外部安装有调节盒1.16和定位盒1.17，所述双向丝杆1.20转动连接在所述调节盒1.16的内部；所述定位盒1.17的内部固定安装有两个伸缩杆1.18，所述伸缩杆1.18远离所述定位盒1.17的一端固定连接在所述螺纹滑杆1.21的外部；所述双向丝杆1.20远离所述调节盒1.16的一端安装有转动把手1.19，所述螺纹滑杆1.21远离所述双向丝杆1.20的一端滑动连接在所述定位盒1.17的内部，所述工作箱1.1的外部还安装有箱盖1.2和把手1.3；
所述活动块1.11的外部转动连接有转动轮B1.13，所述工作箱1.1的外部设置有预紧机构，所述预紧机构包括双向丝杆1.20，所述双向丝杆1.20的外部螺纹连接有两个螺纹滑杆1.21，所述螺纹滑杆1.21的外部转动连接有定位辊1.22；
其中，参见附图7-11，所述电镀槽A3包括组件主体3.1、传感器3.3以及结构胶板3.13，所述组件主体3.1的内侧活动连接有内槽3.2，组件主体3.1的前侧设置有控制面板3.8，所述内槽3.2的内侧设置有浓度监控机构，所述浓度监控机构包括有传感器3.3，所述组件主体3.1的前侧固定连接有存液箱3.4，存液箱3.4的顶部设置有顶盖3.5，存液箱3.4配置有泵，存液箱3.4通过泵与内槽3.2连通，存液箱3.4内预存有钯电镀液，当内槽中电镀液的浓度降低，通过泵输送钯电镀液到内槽3.2中，调节内槽中电镀液浓度；所述内槽3.2的内侧活动连接有下电极3.9，所述结构胶板3.13的上侧胶结连接有上电极3.10，所述上电极3.10的下侧设置有稳固机构，所述稳固机构包括有凸块3.11，所述下电极3.9的上侧开设有凹槽3.12；所述组件主体3.1的上侧活动连接有活动盖3.14，所述组件主体3.1的前后侧均固定连接有安装板3.15，所述内槽3.2的内侧开设有通孔3.6，且通孔3.6的数量为若干组并呈对称排布，所述组件主体3.1的内侧开设有回流口3.7；结构胶板3.13、凸块3.11、凹槽3.12的数量均为若干组并呈对称排布。
对本申请的电镀工艺，是通过两次电镀在铜丝表面形成钯的电镀层，该方法形成的电镀层，与现有的采用一次电镀成型的效果进行对比：
一、500倍显微镜下观察镀后的线材表面，参见图12、13：
图11为一次电镀工艺的电镀效果，镀层表面的颗粒大；
图12为本申请的二次电镀工艺的电镀效果，可以看到镀层致密，均匀性好。
总结：在一次电镀的工艺中，由于一次电镀电流过大，电流密度较大导致的结果就是镀层颗粒大，大颗粒镀层堆积导致镀层致密度差、空隙率较高，从500倍下观察线材表面粗糙。
本申请的工艺通过两次电镀工艺，降低电流密度，使铜芯表面形成致密层，表面得到较好的改善。
二、500倍显微镜下观察，参见图14、15：
在相同的镀层厚度下，镀后的线材制作成20μm成品线材，进行FAB烧球和引线键合，500倍显微镜下观察。
图13为一次电镀工艺的FAB烧球和引线键合图片，烧球歪球、焊点滑球、钯覆盖差，说明电镀过程电流密度大导致应力过大。
图14为本申请的工艺通过两次电镀工艺的FAB烧球和引线键合图片，降低电流密度，从而降低钯层应力，解决了键合过程中的覆盖差及滑球问题。
三、扫描电镜下观察：
在相同的镀层厚度下，镀后的线材制作成20μm成品线材，进行FAB烧球和引线键合，对线材进行腐蚀处理，扫描电镜下观察：
从腐蚀后的线材表面来看，结合图16，一根电镀铜丝在电镜下观察的图像，一次电镀由于不致密，腐蚀后线材表面出现很多黑点，
结合图17，两根电镀铜丝在电镜下观察的图像，两次电镀的线材表面的钯层没有被腐蚀液腐蚀，表面无明显异常。
通过上述对比，可以看到，本申请的铜丝表面电镀钯的工艺，电镀出来的钯镀层致密度高、空隙率小，电镀效果相比于现有技术，有明显的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铜丝表面电镀钯的工艺，包括备料、放线及电镀工艺步骤，其特征在于，所述工艺步骤具体如下：
步骤1，备料：准备0.082mm～0.086mm预镀铜丝、电镀液、除油剂、活化剂、纯水；
步骤2，放线：把预镀铜丝装到前端收放丝装置（1）的放线轴上，通过张力系统放线，张力范围10g±0.2g；牵引预镀铜丝依次经过碱洗除油槽（2）、水洗槽A（5）、酸洗活化槽（6）、水洗槽B（8）、电镀槽A（3）、电镀槽B（4）、钯液回收槽（7）和水洗槽C（9），最后由末端的收放丝装置（1）收线；
所述收放丝装置（1）包括工作箱（1.1）和线轴（1.5），所述工作箱（1.1）的一个侧壁上开有进出口（1.7），所述工作箱（1.1）的内部安装有固定杆（1.10）和两个连接杆（1.6），所述连接杆（1.6）的外部转动连接有转动轮A（1.9），所述工作箱（1.1）的内部设置有调节机构，所述调节机构包括活动块（1.11），所述活动块（1.11）活动设置在所述固定杆（1.10）的外部；
所述活动块（1.11）的外部转动连接有转动轮B（1.13），所述工作箱（1.1）的外部设置有预紧机构，所述预紧机构包括双向丝杆（1.20），所述双向丝杆（1.20）的外部螺纹连接有两个螺纹滑杆（1.21），所述螺纹滑杆（1.21）的外部转动连接有定位辊（1.22）；
步骤3，开启溶液循环：依次开启碱洗除油槽（2）、水洗槽A（5）、酸洗活化槽（6）、水洗槽B（8）、电镀槽A（3）、电镀槽B（4）、钯液回收槽（7）和水洗槽C（9）的作业槽和各自的母液槽的循环系统，使溶液循环；
步骤4，设定电极的电流及速度：电镀槽A的电镀电流9mA，电镀槽B的电镀电流50mA-150mA；电镀速度6m/min；
步骤5，补充钯浓缩液：分别开启电镀槽A和电镀槽B的蠕动补液泵，调整流量0.015mL/min～0.04mL/min；
步骤6，开启电镀；
步骤7，收线。
2.根据权利要求1所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述除油剂为质量浓度为2%-10%的NaOH水溶液。
3.根据权利要求2所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述除油剂的pH值控制在10-14，温度控制在40±2℃。
4.根据权利要求1所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述活化剂为质量浓度1%-5%的稀硫酸。
5.根据权利要求4所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述活化剂的pH值控制在2-5，温度控制在40±2℃。
6.根据权利要求1所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述电镀槽A（3）包括组件主体（3.1）、传感器（3.3）以及结构胶板（3.13），所述组件主体（3.1）的内侧活动连接有内槽（3.2），所述内槽（3.2）的内侧设置有浓度监控机构，所述浓度监控机构包括有传感器（3.3），所述组件主体（3.1）的前侧固定连接有存液箱（3.4）；所述内槽（3.2）的内侧活动连接有下电极（3.9），所述结构胶板（3.13）的上侧胶结连接有上电极（3.10），所述上电极（3.10）的下侧设置有稳固机构，所述稳固机构包括有凸块（3.11），所述下电极（3.9）的上侧开设有凹槽（3.12）。
7.根据权利要求6所述的铜丝表面电镀钯的工艺，其特征在于，所述组件主体（3.1）的上侧活动连接有活动盖（3.14），所述组件主体（3.1）的前后侧均固定连接有安装板（3.15），所述内槽（3.2）的内侧开设有通孔（3.6），且通孔（3.6）的数量为若干组并呈对称排布，所述组件主体（3.1）的内侧开设有回流口（3.7）。
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