RU2670631C1 - Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection - Google Patents

Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection Download PDF

Info

Publication number
RU2670631C1
RU2670631C1 RU2017123108A RU2017123108A RU2670631C1 RU 2670631 C1 RU2670631 C1 RU 2670631C1 RU 2017123108 A RU2017123108 A RU 2017123108A RU 2017123108 A RU2017123108 A RU 2017123108A RU 2670631 C1 RU2670631 C1 RU 2670631C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwires
glass shell
microwire
etching
microns
Prior art date
Application number
RU2017123108A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Анатольевич Баутин
Александр Гарегинович Сеферян
Никита Сергеевич Холодков
Николай Александрович Усов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2017123108A priority Critical patent/RU2670631C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2670631C1 publication Critical patent/RU2670631C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06Wires; Strips; Foils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the field of electroplating and can be used in microelectronics for the manufacture of high-quality electrical contacts on microwires with a diameter of up to 40 microns with a glass shell of up to 15 microns, including variable cross-section, used for the manufacture of HMI, stress-sensitive sensors and magnetic labels. Method includes the complete local removal of the glass shell in the places of electrical contact creation without damaging the microwire cores by etching the glass shell of microwires with an etching gel, followed by washing with running water and electrochemical deposition of a copper sublayer with a thickness of 0.3–1 mcm on the etched contact areas using a pyrophosphate electrolyte, the following composition CuSO⋅5HO 1.0–2.5 g/l, KRO80–100 g/l, at a temperature of 15–30 °C, cathode current density of 1–2 A/dm, of time of 0.5–2 minutes.EFFECT: microwires are prepared for subsequent soldering at a temperature of 190±5 °C POS61 soldering alloy, containing 39 % lead and 61 % tin, they have high wettability to molten solder alloy, adhesion, and provide reliable electrical contact with butt joints, lap joints and telescopic joints.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки материалов для микроэлектроники и может быть использована для изготовления качественных электрических контактов на микропроводах диаметром до 40 мкм со стеклянной оболочкой до 15 мкм, в том числе переменного сечения, использующихся для изготовления ГМИ, стресс-чувствительных датчиков и магнитных меток.The invention relates to the field of materials processing for microelectronics and can be used for the manufacture of high-quality electrical contacts on microwires with a diameter of up to 40 microns with a glass shell of up to 15 microns, including variable cross-section used for the manufacture of GMI, stress-sensitive sensors and magnetic labels.

Известен способ соединения микропроводов [US 8348137 В1]. Способ, заключается в: 1) размещении удлиненной цилиндрической пружины, имеющей первый и второй концы, и изготовленной из паяемого материала на проксимальном конце микропровода, так что проксимальный конец микропровода соединен с первым концом цилиндрической пружины; 2) подаче расплавленного припоя к проксимальному концу микропровода и к первому концу пружины, при этом материал припоя должен эффективно связываться с пружиной, оболочкой и металлическим проводником микропровода после охлаждения без влияния на оболочку микропровода. В результате остывания припоя, проводник микропровода соединяется с первым концом пружины через колпачок припоя, проходящим вдоль части длины первого конца пружины, в то время как микропровод выходит из второго конца пружины. Недостатками способа являются: недостаточная адгезия свинцово-оловянных припоев к жилам микропроводов; малая площадь контакта припоя к жиле микропровода, фактически ограничена площадью сечения микропровода, что при наличии тонкой окисной пленки увеличивает омическую составляющую в спае; существенное увеличение длины микропровода для датчиков и магнитных меток из-за необходимости размещения на концевых частях микропровода контактных пружин, а также ограничения на использование микропроводов для чувствительных датчиков из-за влияния контактных пружин на магнитные свойства системы «микропровод-катушка» использующихся в датчиках, например в ГМИ-сканерах.A known method of connecting microwires [US 8348137 B1]. The method consists in: 1) placing an elongated coil spring having first and second ends, and made of brazed material at the proximal end of the microwire, so that the proximal end of the microwire is connected to the first end of the coil spring; 2) the supply of molten solder to the proximal end of the microwire and to the first end of the spring, while the material of the solder should be effectively connected with the spring, the shell and the metal conductor of the microwire after cooling without affecting the shell of the microwire. As the solder cools, the microwire conductor connects to the first end of the spring through a solder cap extending along part of the length of the first end of the spring, while the microwire exits the second end of the spring. The disadvantages of the method are: insufficient adhesion of lead-tin solders to the conductors of microwires; the small contact area of solder to the core of the microwire is actually limited by the cross-sectional area of the microwire, which in the presence of a thin oxide film increases the ohmic component in the junction; a significant increase in the length of the microwire for sensors and magnetic labels due to the need to place contact springs on the end parts of the microwire, as well as restrictions on the use of microwires for sensitive sensors due to the influence of contact springs on the magnetic properties of the microwire-coil system used in sensors, for example in gmi scanners.

Также известен способ соединения микропроводов [US 20150194236 А1]. Способ, заключается в применении специальных подкладных шайб различной конструкции, в зависимости от типоразмеров присоединяемых электрических контактов. Недостатками способа являются: 1) компрессионная фиксация микропровода в канале подкладной шайбы, что может привести к преждевременному разрушению стеклянной оболочки микропровода и как следствие выходу из строя датчика на его основе; 2) увеличение массогабаритных характеристик датчиков и магнитных меток на основе микропроводов в связи со значительными размерами подкладных шайб, что ограничивает их применение.Also known is a method of connecting microwires [US 20150194236 A1]. The method consists in the use of special back washers of various designs, depending on the sizes of the attached electrical contacts. The disadvantages of the method are: 1) compression fixation of the microwire in the channel of the washer, which can lead to premature destruction of the glass shell of the microwire and as a result of the failure of the sensor based on it; 2) an increase in the weight and size characteristics of the sensors and magnetic tags on the basis of microwires due to the considerable size of the washers, which limits their use.

Создание надежных и прочных электрических соединений с тонкими проволоками, проводниками и микропроводами из аморфных материалов, представляет собой серьезную техническую проблему. Технический результат при использовании способа заключается в подготовке к качественному электрическому соединению микропровода с проводником методом пайки, для следующих типов соединений: а - стыковое; б - нахлесточное; в - телескопическое, с использованием припоев, содержащих свинец (39-50%), олово (50-61%) и обладающих температурой плавления не выше 183°С.Creating reliable and durable electrical connections with thin wires, conductors and microwires of amorphous materials is a serious technical problem. The technical result when using the method is to prepare for high-quality electrical connection of the microwire with the conductor by the soldering method, for the following types of connections: a - butt; b - overlapping; c - telescopic, using solders containing lead (39-50%), tin (50-61%) and having a melting point not higher than 183 ° С.

Технический результат достигается после полного локального удаления стеклянной оболочки в местах создания электрического контакта без повреждения жилы микропровода путем травления стеклянной оболочки микропроводов с помощью геля для травления, последующей промывки водой и электрохимического осаждения медного подслоя на протравленные контактные участки с использованием пирофосфатного электролита.The technical result is achieved after complete local removal of the glass shell at the points where the electrical contact is made without damaging the microwire core by etching the glass shell of the microwires with a pickling gel, followed by washing with water and electrochemical deposition of the copper sublayer on the etched contact areas using pyrophosphate electrolyte.

Изобретение поясняется чертежом, где: на фиг. 1 показаны типы электрических соединений: а - стыковое; б - нахлесточное; в - телескопическое, на фиг. 2 показано полное локальное травление стеклянной оболочки; на фиг. 3 показан результат электрохимического осаждения медного подслоя на оголенный участок жилы микропровода после полного локального травления стеклянной оболочки.The invention is illustrated in the drawing, where: in FIG. 1 shows the types of electrical connections: a - butt; b - overlapping; in - telescopic, in FIG. 2 shows the complete local etching of the glass shell; in fig. 3 shows the result of electrochemical deposition of the copper sublayer on the bare portion of the microwire core after complete local etching of the glass envelope.

Результат достигается путем выполнения последовательных стадий: 1) полное локальное удаление стеклянной оболочки в местах создания электрического контакта без повреждения жилы микропровода путем травления стеклянной оболочки микропроводов с помощью геля для травления; 2) промывка в проточной воде; 3) электрохимическое осаждение медного подслоя на протравленные контактные участки с использованием пирофосфатного электролита.The result is achieved by performing successive stages: 1) complete local removal of the glass shell at the points of creating electrical contact without damaging the microwire core by etching the glass shell of the microwires using etching gel; 2) rinsing in running water; 3) electrochemical deposition of the copper sublayer on the etched contact areas using a pyrophosphate electrolyte.

Для достижения результата необходимо выполнение следующих условий:To achieve the result, the following conditions must be met:

- используемый состав геля для травления должен обеспечивать полное снятие стеклянной оболочки без образования язв и неравномерного травления жилы микропровода;- the used composition of the etching gel must ensure complete removal of the glass shell without the formation of ulcers and uneven etching of the microwire core;

- состав электролита для нанесения медного подслоя CuSO4⋅5H20 - 1,0-2,5 г/л, K4Р2О7 - 80-100 г/л;- electrolyte composition for deposition of CuSO 4 ⋅5H 2 0 copper underlayer - 1.0-2.5 g / l, K 4 P 2 O 7 - 80-100 g / l;

- режим нанесения медного подслоя - температура (Т) - 15-30°С, плотность тока катодная 1-2 А/дм2, время (t) 0,5-2 мин.- mode of deposition of the copper sublayer - temperature (T) - 15-30 ° C, cathode current density 1-2 A / dm 2 , time (t) 0.5-2 min.

Изобретение предназначено для обработки поверхности аморфных магнитомягких микропроводов диаметром до 40 мкм со стеклянной оболочкой до 15 мкм, в том числе переменного сечения, использующихся для изготовления ГМИ, стресс - чувствительных датчиков и магнитных меток, в частности к созданию надежных электрических контактов.The invention is intended for surface treatment of amorphous magnetically soft microwires with a diameter of up to 40 microns with a glass shell of up to 15 microns, including variable sections used for the manufacture of GMI, stress sensitive sensors and magnetic labels, in particular, to create reliable electrical contacts.

Принцип работы способа заключается в деликатном локальном удалении стеклянной оболочки микропровода при использовании геля для травления и последующего нанесения медного подслоя толщиной 0,3-1 мкм.The principle of operation of the method consists in the delicate local removal of the glass shell of the microwire when using a gel for etching and subsequent deposition of a copper underlayer with a thickness of 0.3-1 μm.

Предлагаемым способом провели подготовку электрических контактов путем локального удаления стеклянных оболочек с поверхности микропроводов и электрохимического нанесения медного подслоя в местах последующей пайки:The proposed method carried out the preparation of electrical contacts by local removal of glass shells from the surface of the microwires and the electrochemical deposition of the copper sublayer in the places of subsequent soldering:

Пример 1. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 16,04 мкм и толщиной стеклянной оболочки 8,56 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 15 часов 51 минуты, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO4⋅5H2O - 1,75 г/л, K4Р2О7 - 90 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 22,5°С, плотность тока катодная 1,5 А/дм2, время (t) 1 мин 15 сек. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 370 до 810 нм.Example 1. Microwire Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 with a core diameter of 16.04 microns and a glass shell thickness of 8.56 microns. Conducted successive operations for the complete local etching of the glass shell to the microwire cores in the etching gel for 15 hours 51 minutes, washing in water and air drying. After drying, electrochemical deposition of the copper sublayer from the CuSO 4 ⋅ 5H 2 O electrolyte - 1.75 g / l, K 4 P 2 O 7 - 90 g / l was carried out according to the following mode: temperature (T) - 22.5 ° С, density cathode current 1.5 A / dm 2 , time (t) 1 min 15 sec. As a result of deposition, a copper sublayer was obtained with a thickness from 370 to 810 nm.

Пример 2. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 11,62 мкм и толщиной стеклянной оболочки 10,03 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 18 часов 34 минут, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO4⋅5H2O - 1 г/л, K4Р2О7 - 80 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 15°С, плотность тока катодная 1 А/дм2, время (t) 2 мин. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 430 до 580 нм.Example 2. Microwire Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 with a core diameter of 11.62 microns and a glass shell thickness of 10.03 microns. Conducted successive operations for the complete local etching of the glass shell to the microwire cores in the etching gel for 18 hours and 34 minutes, washing in water and air drying. After drying, electrochemical deposition of the copper sublayer from the CuSO 4 ⋅ 5H 2 O electrolyte - 1 g / l, K 4 P 2 O 7 - 80 g / l was carried out according to the following mode: temperature (T) - 15 ° C, cathode current density 1 A / dm 2 , time (t) 2 min. As a result of deposition, a copper sublayer was obtained with a thickness from 430 to 580 nm.

Пример 2. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 16,61 мкм и толщиной стеклянной оболочки 11,65 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 21 часа 34 минут, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO4⋅5H2O - 2,5 г/л, K4Р2О7 - 100 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 30°С, плотность тока катодная 2 А/дм2, время (t) 0,5 мин. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 290 до 950 нм.Example 2. Microwire Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 with a core diameter of 16.61 microns and a glass shell thickness of 11.65 microns. Conducted successive operations for the complete local etching of the glass shell to the microwire cores in the etching gel for 21 hours and 34 minutes, washing in water and air drying. After drying, electrochemical deposition of the copper sublayer from the CuSO 4 ⋅ 5H 2 O electrolyte — 2.5 g / l, K 4 P 2 O 7 — 100 g / l was carried out according to the following mode: temperature (T) —30 ° C, cathode current density 2 A / dm 2 , time (t) 0.5 min. As a result of deposition, a copper sublayer was obtained with a thickness from 290 to 950 nm.

Поверхности жил микропроводов после полного локального травления стеклянной оболочки и осаждения медного подслоя с последующей пайкой при температуре 190±5°С припоем ПОС61, содержащим свинец 39% и олово 61% обладают высокой смачиваемостью к расплавленному припою, адгезией и обеспечивают надежный электрический контакт стыковыми, нахлесточными и телескопическими соединениями.The cores of the microwires after complete local etching of the glass shell and deposition of the copper sublayer followed by soldering at a temperature of 190 ± 5 ° C with POS61 solder, containing 39% lead and 61% tin, have a high wettability to molten solder, adhesion and provide reliable electrical contact butt and overlap and telescopic connections.

Claims (1)

Способ подготовки микропроводов со стеклянной оболочкой для электрического соединения, включающий полное локальное удаление стеклянной оболочки в местах создания электрического контакта без повреждения жилы микропровода путем травления стеклянной оболочки микропроводов с помощью геля для травления, последующую промывку проточной водой и электрохимическое осаждение медного подслоя толщиной 0,3-1,0 мкм на протравленные контактные участки с использованием пирофосфатного электролита, имеющего состав CuSO4⋅5H2O - 1,0-2,5 г/л, К4Р2О7 - 80-100 г/л, при температуре 15-30°С, катодной плотности тока 1-2 А/дм2, времени 0,5-2,0 мин.The method of preparing microwires with a glass shell for electrical connection, including complete local removal of the glass shell at the points of making electrical contact without damaging the microwire core by etching the glass shell of microwires with a pickling gel, subsequent washing with running water and electrochemical deposition of copper sublayer 0.3- 1.0 μm for pickled contact areas using a pyrophosphate electrolyte having the composition CuSO 4 ⋅ 5H 2 O - 1.0-2.5 g / l, K 4 P 2 O 7 - 80-100 g / l, at a temperature of 15-30 ° C, a cathode current density of 1-2 A / dm 2 , time 0.5-2.0 min.
RU2017123108A 2017-06-30 2017-06-30 Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection RU2670631C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123108A RU2670631C1 (en) 2017-06-30 2017-06-30 Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017123108A RU2670631C1 (en) 2017-06-30 2017-06-30 Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2670631C1 true RU2670631C1 (en) 2018-10-24

Family

ID=63923423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017123108A RU2670631C1 (en) 2017-06-30 2017-06-30 Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2670631C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100517A (en) * 1991-04-08 1992-03-31 The Goodyear Tire & Rubber Company Process for applying a copper layer to steel wire
RU94020464A (en) * 1994-06-01 1996-04-20 Б.А. Александров Ohmic contact for silicon solar element
MD753Y (en) * 2013-07-02 2014-03-31 Institutul De Fizică Aplicată Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei Method for producing microwire contact in glass insulation
RU2621336C1 (en) * 2016-09-28 2017-06-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Gel for thinning of glass shell of microwires

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100517A (en) * 1991-04-08 1992-03-31 The Goodyear Tire & Rubber Company Process for applying a copper layer to steel wire
RU94020464A (en) * 1994-06-01 1996-04-20 Б.А. Александров Ohmic contact for silicon solar element
MD753Y (en) * 2013-07-02 2014-03-31 Institutul De Fizică Aplicată Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei Method for producing microwire contact in glass insulation
RU2621336C1 (en) * 2016-09-28 2017-06-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Gel for thinning of glass shell of microwires

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI391525B (en) Stranded copper-plated aluminum cable, and method for its fabrication
US5281326A (en) Method for coating a dielectric ceramic piece
JPH09148508A (en) Lead frame for semiconductor device and plastic molded type semiconductor device using the same
CN104152959A (en) Plating film manufacturing method
RU2670631C1 (en) Method of preparing microwires with glass shell for electrical connection
JP2006127939A (en) Electric conductor and its manufacturing method
JPH07157893A (en) Sn plated wire for electrical contact point and production thereof
CN104299719A (en) Single crystal copper-silver composite conductor and preparation method thereof
JP2005105307A (en) REFLOW-Sn-PLATED MEMBER, METHOD FOR MANUFACTURING THE MEMBER, AND COMPONENT FOR ELECTRICAL AND ELECTRONIC EQUIPMENT USING THE MEMBER
WO2019188654A1 (en) Method for manufacturing insulating superconductive wire rod
CN210245928U (en) Production system of conductive magnetic part
JP2007154260A (en) Method of depositing lead-free plating film
WO2019188711A1 (en) Method for manufacturing insulating superconductive wire rod
US9202946B2 (en) Methods for metallizing an aluminum paste
JP5302139B2 (en) Removal method of displacement plating layer
JPH02204919A (en) Conductor for coil
CN108231718A (en) The compound bonding wire of gold and silver aluminium copper and its manufacturing method with golden clad
JP5302140B2 (en) Removal method of displacement plating layer
CN107059074A (en) A kind of efficient gold plating liquid and gold-plated handling process
JPH0221508A (en) Conductor for minute wire winding
KR100460699B1 (en) An electrode production method for a coating wire
JP2000026988A (en) Au-Sn WELDING MEMBER AND ITS PRODUCTION
JPS6035477A (en) Improved aluminum bus bar
JPH08508788A (en) Method for producing silver-plated aluminum conductor, apparatus for carrying out this method, and conductor obtained thereby
BRPI1103105A2 (en) bimetallic joint fabrication process used in the bonding of electrolytic cells to the busbars, for the reduction of aluminum