一种表面镀镍的铜基键合丝及其制备方法技术

本发明专利技术属于铜基键合材料的技术领域，具体涉及一种表面镀镍的铜基键合丝及其制备方法。所述铜基键合丝的原料包括金属铜、镍、锰、钨、硼以及锆，所述金属铜、锰、钨、硼以及锆构成铜基母合金，在铜基母合金表面镀镍层制成该铜基键合丝；通过表面镀镍的方式，大大提高铜基键合丝的防氧化性能以及键合稳定性，掺杂微量元素的铜基键合丝以及表面镀镍的方式能够有效提高键合丝材料的使用性能，成球均一，同时提高焊接性能，在实际使用的焊接中焊球容易控制且形貌优良，焊接较为稳定；采用结合合金法和表面镀层的方式改善键合丝的性能，形成高硬度、高抗氧抗硫、延展性高、塑性好的铜基键合丝，相比镀钯工艺，极大程度上降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种表面镀镍的铜基键合丝及其制备方法
本专利技术属于铜基键合材料的
，具体涉及一种表面镀镍的铜基键合丝及其制备方法。
技术介绍
键合材料是一种可以通过热、压力、超声波能量与基板焊盘紧密焊合的微细连接技术，作为引线键合的关键材料，起到连接半导体芯片与引脚，传递电流及信号的作用，它凭借简单的工艺、低廉的成本、适合多种封装形式等优点而在连接方式中占据主导地位，目前主要应用于集成电路、半导体分立器件、LED等。目前较为普遍使用的由键合铜丝，其相比金丝成本更低，且具有更好的导电导热性能，已逐渐取代金丝键合材料，随着研究发现，铜丝存在着较差的抗氧化性能、较高的硬度及抗拉伸性能等问题，可能会导致器件的稳定性差、工作效率低、键合成品率低的现象，因此，现有技术中，多采用掺杂微量元素的方式提高键合材料的性能，采用不同的微量元素来满足不同的性能要求，有采用金属晶粒混合的方式也有采用镀层的方式，但往往还会因铜基合金与掺杂金属的键合程度较差的问题，键合铜丝依然存在这不耐氧化、高硬度以及焊接不可靠等难题，随着市场对高防氧化、高纯度、键合性能优异、成球性优异等键合材料的需求的增长，研发一种低成本、高性能的键合铜丝材料尤为关键。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种具有高防氧化性能、成球圆润、高键合性能的铜基键合丝，提供一种成本低、条件简单且绿色温和的制备方法。本专利技术的
技术实现思路
如下：本专利技术提供了一种表面镀镍的铜基键合丝，所述铜基键合丝的原料包括金属铜、镍、锰、钨、硼以及锆，所述金属铜、锰、钨、硼以及锆构成铜基母合金，在铜基母合金表面镀镍层制成该铜基键合丝；按质量分数计，所述铜基母合金中金属铜含量≥99.99％，微量添加锰、钨、硼以及锆补足至100％；所述金属铜和镍的纯度均高于99.99％；所述镍层的厚度为50～100nm。本专利技术还提供了一种表面镀镍的铜基键合丝的制备方法，包括如下步骤：1)原料准备以及预处理：将金属采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；2)基材熔铸：将烘干后的金属铜、锰、钨、硼以及锆混合，在高纯氩气的氛围下，先进行真空熔炼，真空度为10-3～10-2MPa，熔炼温度为1050～1250℃，熔炼时间为50～80分钟，之后进行定向连铸，获得直径为50～70μm的铜基母合金线；3)冷拉丝：铜基母合金冷却至150～200℃，进行粗拉丝使得直径为20～30μm，再进行细拉丝使得直径为15～20μm；4)表面活性处理：采用有机溶剂对铜基母合金线的表面进行清洗除氧处理，再将铜基母合金线浸泡于酸性溶液进行活化；5)表面镀镍：将经过表面活性处理的铜基母合金线的表面镀上一层金属镍，电镀液为碱性镍电镀液，其pH为7～8，电镀的电流密度为0.5～5A/dm2，电镀温度为55～75℃，电镀的速度为25～40m/s，镍层的厚度为50～100nm，在此厚度的范围内，制备的键合丝的成球性较好，其烧球状态比较圆润，烧的球，越圆润表明键合丝的性能越好；6)退火：采用线式退火，线材穿过氢氮气保护的炉膛，炉膛温度为400～600℃，速度为0.5～2m/s；7)绕线，包装。步骤3)所述粗拉丝的拉拔速度为280～350m/min，模具延伸率为4～20％；所述细拉丝的拉拔速度为120～180m/min，模具延伸率为4～20％；步骤4)所述酸性溶液包括硫酸、硝酸和丁二酸的混合液，所述硫酸、硝酸与丁二酸的混合比例为(1～2):(1～2):(3～5)，所述硫酸和硝酸的浓度均为5～10mol/L，所述丁二酸的浓度为20～25mol/L；所述铜基键合丝浸泡时的温度为70～90℃，浸泡时间为8～12s，除氧之后的酸化处理可以激活铜基合金表面活性，促进下一步镀镍的结合能力，提高键合材料的键合性能；步骤6)所述氢氮气为氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的混合比例为(4.5～7):(93～95.5)，采用氢氮气的氛围下保护退火，其中氢气起到高温还原的作用，去除线材表面的微量氧化物。本专利技术的有益效果：本专利技术的所制备的铜基键合丝，通过表面镀镍的方式，大大提高铜基键合丝的防氧化性能以及键合稳定性，同时镍元素能够增大键合丝的延展性，还具有抗硫化性能，铜基键合丝中所掺杂的锰元素增强铜丝的抗氧化硫化性能，提高韧性；所掺杂的钨元素和锆元素有助于改善铜合金的内部结晶结构，提高铜丝的强韧性，所掺杂的硼元素有助于改善铜的塑性和韧性，掺杂以上微量元素的铜基键合丝以及表面镀镍的方式能够有效提高键合丝材料的使用性能，成球均一，同时提高焊接性能，在实际使用的焊接中焊球容易控制且形貌优良，焊接较为稳定；本专利技术中表面镀镍的铜基键合丝的制备方法，采用结合合金法和表面镀层的方式改善键合丝的性能，形成高硬度、高抗氧抗硫、延展性高、塑性好的铜基键合丝，相比镀钯工艺，极大程度上降低了制造成本，所得铜基键合丝满足引线键合的要求，能够应用于各类封装用途，如直插式LED封装、分立器件、贴片以及集成电路封装等。附图说明图1为铜基键合丝烧球状态图；图2为铜基键合丝键合状态图。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专利技术作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术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，本专利技术的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。实施例1一种表面镀镍的铜基键合丝的制备方法，包括如下步骤：1)原料准备以及预处理：将所有金属原料采用无水乙醇进行超声波技术清洗并烘干；所述金属铜占99.99％，微量添加锰占0.002％，钨占0.004％，硼占0.002％，锆占0.002％；2)基材熔铸：将烘干后的金属原料混合，在高纯氩气的氛围下，先进行真空熔炼，真空度为0.001MPa，熔炼温度为1050℃，熔炼时间为50分钟，之后进行定向连铸，获得直径为50μm的铜基母合金线；3)冷拉丝：铜基母合金冷却至150℃，进行粗拉丝使得直径为20μm，再进行细拉丝使得直径为15μm；4)表面活性处理：采用有机溶剂对铜基母合金线的表面进行清洗除氧处理，再将铜基母合金线浸泡于酸性溶液进行活化，酸性溶液中硫酸、硝酸与丁二酸的混合比例为1:2:3，铜基键合丝浸泡时的温度为70℃，浸泡时间为8s；5)表面镀镍：将经过表面活性处理的铜基母合金线的表面镀上一层金属镍，电镀液为碱性镍电镀液，其pH为7～8，电镀的电流密度为0.5A/dm2，电镀温度为55℃，电镀的速度为25m/s，镍层的厚度为50nm；6)退火：采用线式退火，线材穿过氢氮气保护的炉膛，温度控制在400℃，速度控制在0.5m/s，所述氢氮气中氢气和氮气的混合比例为4:96；7)绕线，包装：所述绕线为本领域常规操作，可使用专用绕线机，将铜基键合丝定长绕制在两英寸直径的线轴上，以合适的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面镀镍的铜基键合丝，其特征在于，所述铜基键合丝的原料包括金属铜、镍、锰、钨、硼以及锆，所述金属铜、锰、钨、硼以及锆构成铜基母合金，在铜基母合金表面镀镍层制成该铜基键合丝。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面镀镍的铜基键合丝，其特征在于，所述铜基键合丝的原料包括金属铜、镍、锰、钨、硼以及锆，所述金属铜、锰、钨、硼以及锆构成铜基母合金，在铜基母合金表面镀镍层制成该铜基键合丝。


2.由权利要求1所述的表面镀镍的铜基键合丝，其特征在于，按质量分数计，所述铜基母合金中金属铜含量≥99.99%，微量添加锰、钨、硼以及锆补足至100%。


3.由权利要求1所述的表面镀镍的铜基键合丝，其特征在于，所述金属铜和镍的纯度均高于99.99%。


4.由权利要求1所述的表面镀镍的铜基键合丝，其特征在于，所述镍层的厚度为50~100nm。


5.一种表面镀镍的铜基键合丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原料准备以及预处理：将金属采用无水乙醇进行超声波清洗并烘干；
2）基材熔铸：将烘干后的金属铜、锰、钨、硼以及锆混合，在高纯氩气的氛围下，先进行真空熔炼，真空度为10-3~10-2MPa，熔炼温度为1050~1250℃，熔炼时间为50~80分钟，之后进行定向连铸，获得直径为50~70μm的铜基母合金线；
3）冷拉丝：铜基母合金冷却至150~200℃，进行粗拉丝使得直径为20~30μm，再进行细拉丝使得直径为15~20μm；
4）表面活性处理：采用有机溶剂对铜基母合金线的表面进行清洗除氧处理，再将铜基母合金线浸泡于酸性溶液进行活化；
5）表面镀镍：将经...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钢，
申请(专利权)人：广东佳博电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44