一种极微细镀钯铜键合丝及其制作方法 |
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| 申请号 | CN201510092824.0 | 申请日 | 2015-03-02 | 公开(公告)号 | CN104716118B | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 安徽华晶微电子材料科技有限公司; | 发明人 | 程平; 李明; 郑东风; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种极微细 镀 钯 铜 键合丝及其制作方法，选取极微细铜或者铜 合金 丝，所述极微细铜或 铜合金 丝是以高纯铜为主体或添加一定量 合金元素 一起熔铸 拉拔 而成，并连续穿过极微细 电镀 装置中的除油、第一清洗、活化、第二清洗、 阳极 、第三清洗和烘干槽，并由烘干槽烘干后收于 收线 系统的收线盘上，从而得到极微细镀钯铜键合丝。本发明以高纯铜为主体及或添加一定量合金元素熔铸拉拔成0.03mm以下极微细铜或铜合金丝，在极微细层面直接对丝线进行表面电镀钯膜层处理，以满足 半导体 集成 电路 及LED封装领域键合丝线所需。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种极微细镀钯铜键合丝的制作方法，其特征在于，其具体步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种极微细镀钯铜键合丝及其制作方法技术领域背景技术[0002] 键合丝（bonding wire）是连接芯片与外部封装基板（substrate）和/或多层线路板（PCB）的主要连接方式。键合丝发展趋势，从应用方向上主要是线径细微化、高车间寿命（floor life）以及高线轴长度。 [0003] 典型的半导体器件及LED芯片的键合引线主体是金线、银线或其合金线，由于金的价格高昂，不利于降低产品的成本，同时金的冷拔细度是有限的，不利于大规模集成电路发展；而银或铜及银合金、铜合金虽可降低成本，但因其容易硫化、氧化影响使用性能；铜的导电性仅次于银，比金好，且易冷拔、细拔，只是极易氧化，如果在铜或铜合金丝的表面镀覆钯膜层可有效防止氧化现象，既可保有铜的高导电性能，又不影响使用效果，是替代金、银等贵金属的最佳选择。现有的铜或铜合金丝镀钯技术，都是在较大丝径如0.1mm—0.05mm之间进行镀覆钯膜层，然后，再根据需要拉拔成较细丝径的成品；因为10几微米线径的丝线张力只有不到几个cN，非常不利于进行连续的表面热处理。 [0005] 1、中国专利一种表面镀钯键合铜丝，公开号CN 102130067 B，该专利公开了一种表面镀钯键合铜丝，包括铜为主组分的铜芯材，以及在所述铜芯材上镀覆形成的钯层，由铜为主组分的铜芯材添加改善延伸性能的微量金属，经过单晶熔炼拉伸成铜合金芯线并在表面镀钯后再超细拉伸为表面镀钯键合铜丝。所述镀覆形成的钯层，是在真空镀膜设备中进行动态连续磁控溅射真空镀膜形成的钯层，其实施方式所述：单晶熔炼拉伸而成的直径为Φ0. IOmm的单晶铜合金芯线卷绕在不锈钢卷轴上，传送至真空镀膜设备中进行动态连续磁控真空溅射，在单晶铜丝表面镀覆形成厚度为40-36 μm的钯层。 [0006] 2、中国专利一种镀钯键合铜丝及其制造方法，公开号CN 101707194 A，该发明公开了一种以高纯铜丝为基体、表面覆有纯钯保护层的键合铜丝产品；按照重量百分比，钯为1.35％-8.19％，其余为铜；其制造方法包括：提取高纯铜、制备单晶铜棒、粗拔、热处理、表面镀钯、精拔、热处理、表面清洗和分卷步骤。该发明也是先制成线径小于1mm的铜丝，再电镀纯钯层，最后精密拉拔成镀钯键合铜丝成品。该专利说明中有以下叙述：粗拔：将cp5mm单晶铜棒拉拔成直径小于lmm的铜丝；热处理：将直径小于lmm的铜丝退火；表面镀钯：对退火后的铜丝电镀纯钯保护层，电镀用钯的纯度要求大于 99. 999%，按照纯铜密度为8. 92g/cm^纯钯密度为12. 0g/cm3，镀钯层的重量百分比控制在 1. 35% -8. 19%，其余为铜；精拔：将前述电镀有纯钯保护层的铜丝，精密拉拔成cpl8^im-5(^m的镀钯键合 铜丝；表面镀钯：应用常规电镀设备和工艺，对退火后的cp0.2mm铜丝电镀纯钯防氧 化保护层。 [0007] 3、中国专利封装用镀钯键合丝及其制备方法，公开号CN 103681570 A，该专利涉及一种封装用键合丝，包括中心母线，所述中心母线的外表面镀有钯膜。其制备方法，包括：A.制备中心母线；B.采用真空镀的方式，在所述中心母线的外表面镀有钯膜；C.将镀有所述钯膜的所述中心母线进行多次拉伸；D.清洗；E.退火得成品。其实施例中有如下说明： [0008] 如图1，中心母线为金银合金线202，镀有钯膜102，膜厚为0.25微米，键合丝的横截面直径为120微米。 [0009] 如图2，中心母线为金银合金线203，镀有钯膜103，膜厚为0.18微米，键合丝的横截面直径为100微米。 [0010] 如图3，中心母线为金银合金线204，镀有钯膜304，钯膜上又镀有金膜104，钯膜304的膜厚为0.10微米，金膜104的膜厚为0.08微米，键合丝的横截面直径为130微米。 [0011] 如图4，中心母线为铜线205，镀有钯膜305，钯膜305上又镀有金膜105，钯膜305的膜厚为0.09微米，金膜105的膜厚为0.10微米，键合丝的横截面直径为90微米。 [0012] 上述专利，不论是电镀或真空离子镀，都是在丝径大于0.05mm以上的粗线径上镀覆，然后再经多道次微细拉拔至所需成品。 [0013] 本发明是在丝径0.03mm以下的铜或铜合金丝表面直接电镀钯膜层，可以有效防止先镀后拔时，由于内外成分硬度、塑性不同而致拉拔后膜层不均、线材不匀及表面皲裂等现象，影响使用性能。 发明内容[0014] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种以高纯铜为主体及或添加一定量合金元素熔铸拉拔成0.03mm以下极微细铜或铜合金丝，在极微细层面直接对丝线进行表面电镀钯膜层处理，以满足半导体集成电路及LED封装领域键合丝线所需的极微细镀钯铜键合丝及其制作方法。 [0015] 本发明是通过以下技术方案实现的： [0016] 一种极微细镀钯铜键合丝，其特征在于：选取极微细铜或者铜合金丝，所述极微细铜或铜合金丝是以高纯铜为主体或添加一定量合金元素一起熔铸拉拔而成；所述极微细铜或铜合金丝表面直接电镀有一层钯膜层。 [0017] 进一步，所述极微细铜或者铜合金丝的直径为0.01mm-0.03mm之间。 [0018] 进一步，所述钯膜层的厚度为80-200nm之间。 [0019] 进一步，所述高纯铜的纯度为99.99%以上。 [0020] 本发明还公开了一种极微细镀钯铜键合丝的制作方法，其特征在于，其具体步骤如下： [0022] （2）拉拔丝材：将步骤（2）得到的8mm铜或铜合金棒经过粗拉、中拉、细拉、微细拉、极微细拉，拉拔成 0.01mm-0.03mm的极微细铜或铜合金丝； [0024] （4）采用极微细电镀装置进行镀覆钯膜层，在镀覆钯膜层时，将退火后的极微细铜或铜合金丝绕于6英寸铝轴上，每卷2-3万米，置于极微细电镀装置的放线系统轴上，丝线经带电导轮装置系统形成阴极，连续穿过除油、第一清洗、活化、第二清洗、阳极、第三清洗和烘干槽，并由烘干槽烘干后收于收线系统的收线盘上，从而得到极微细镀钯铜键合丝； [0025] （5）复绕分卷：根据不同用途复绕分巻，包装成品。 [0027] 上述步骤（4）中所采用的极微细电镀装置它包括槽体，在所述的槽体内置有数块隔板，并通过这些隔板将所述的槽体分隔成七组密闭的槽室，在所述的槽体最左端放置有放线系统，在其右端放置有收线系统，所述七组密闭的槽室下方分别设有一个缸体，该缸体内置有一个泵或机，所述的泵或机通过管道分别与对应的密闭的槽室相连。 [0028] 进一步，所述的七组密闭的槽室从左至右依次为：除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽。 [0029] 进一步，所述每组隔板上开有若干组通孔。 [0030] 进一步，所述除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽内分别设有若干组导轮装置。 [0031] 进一步，所述缸体分别为除油剂缸、第一清洗剂缸、活化剂缸、第二清洗剂缸、镀液缸、第三清洗剂缸和烘干缸。 [0032] 进一步，所述的放线系统内设有若干组放线盘，在所述的收线系统内设有若干组收线盘。 [0033] 进一步，在本发明中，所述放线系统、收线系统、除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽可分别为两组或多组，其中，每组的第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽分别供用一个相应的缸体。 [0035] 进一步，所述的导轮装置为带电导轮装置。 [0036] 本发明的有益效果：以高纯铜为主体及或添加一定量合金元素熔铸拉拔成0.03mm以下极微细铜或铜合金丝，在极微细层面直接对丝线进行表面电镀钯膜层处理，以满足半导体集成电路及LED封装领域键合丝线所需；由于丝线极微细且在净化环境制作，而极微细电镀装置采用微型化、密闭化设计，液、剂循环使用，不对环境造成污染。附图说明 [0037] 图1为背景技术中对比文件3中的实施例2中封装用键合丝的结构示意图； [0038] 图2为背景技术中对比文件3中的实施例3中封装用键合丝的结构示意图； [0039] 图3为背景技术中对比文件3中的实施例4中封装用键合丝的结构示意图； [0040] 图4为背景技术中对比文件3中的实施例5中封装用键合丝的结构示意图； [0041] 图5为极微细电镀装置侧面剖视图； [0042] 图6为图5中放线系统的A-A方向剖视图； [0043] 图7为图5中收线系统的B-B方向剖视图； [0044] 图8为图5中槽体的C-C方向剖视图； [0045] 图9为隔板结构示意图。 具体实施方式[0046] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 [0047] 实施例一 [0048] 本发明的具体制作步骤如下： [0049] （1）熔铸铜棒：取纯度为99.99%以上的6N高纯铜放置于连铸炉内，经真空熔炼、定向凝固、拉铸成8mm铜棒； [0050] （2）拉拔丝材：将步骤（1）得到的8mm铜棒经过粗拉、中拉、细拉、微细拉、极微细拉拉拔成 0.02mm的极微细铜丝； [0051] （3）清洗退火：将步骤（3）得到的极微细铜丝进行清洗、退火、风干，备镀覆用； [0052] （4）采用极微细电镀装置进行镀覆钯膜层，在镀覆钯膜层时，将退火后的极微细铜或铜合金丝绕于6英寸铝轴上，每卷3万米，置于极微细电镀装置的放线系统轴上，丝线经带电导轮装置后形成阴极，连续穿过除油、第一清洗、活化、第二清洗、阳极、第三清洗和烘干槽，并由烘干槽烘干后收于收线系统的收线盘上，通过收放线系统的张力、速度及电流控制，使丝线表面的电镀钯膜层厚度控制在120nm； [0053] （5）复绕分卷：根据不同用途复绕分巻，包装成品。 [0054] 实施例二 [0055] 本发明的具体制作步骤如下： [0056] （1）熔铸铜棒：取纯度为99.99%以上的5N高纯铜放置于连铸炉内，经真空熔炼、定向凝固、拉铸成8mm铜棒； [0057] （2）拉拔丝材：将步骤（1）得到的8mm铜棒经过粗拉、中拉、细拉、微细拉、极微细拉拉拔成 0.023mm的极微细铜丝； [0058] （3）清洗退火：将步骤（3）得到的极微细铜丝进行清洗、退火、风干，备镀覆用； [0059] （4）采用极微细电镀装置进行镀覆钯膜层，在镀覆钯膜层时，将退火后的极微细铜或铜合金丝绕于6英寸铝轴上，每卷2万米，置于极微细电镀装置的放线系统轴上，丝线经带电导轮装置后形成阴极，连续穿过除油、第一清洗、活化、第二清洗、阳极、第三清洗和烘干槽，并由烘干槽烘干后收于收线系统的收线盘上，通过收放线系统的张力、速度及电流控制，使丝线表面的电镀钯膜层厚度控制在160nm； [0060] （5）复绕分卷：根据不同用途复绕分巻，包装成品。 [0061] 实施例三 [0062] 本发明的具体制作步骤如下： [0063] （1）熔铸铜合金棒：取纯度为99.99%以上的4N高纯铜及一定量合金元素一起放置于连铸炉内，经真空熔炼、定向凝固、拉铸成8mm铜合金棒； [0064] （2）拉拔丝材：将步骤（1）得到的8mm铜合金棒经过粗拉、中拉、细拉、微细拉、极微细拉拉拔成 0.025mm的极微细铜合金丝； [0065] （3）清洗退火：将步骤（3）得到的极微细铜丝进行清洗、退火、风干，备镀覆用； [0066] （4）采用极微细电镀装置进行镀覆钯膜层，在镀覆钯膜层时，将退火后的极微细铜或铜合金丝绕于6英寸铝轴上，每卷2万米，置于极微细电镀装置的放线系统轴上，丝线经带电导轮装置后形成阴极，连续穿过除油、第一清洗、活化、第二清洗、阳极、第三清洗和烘干槽，并由烘干槽烘干后收于收线系统的收线盘上，通过收放线系统的张力、速度及电流控制，使丝线表面的电镀钯膜层厚度控制在180nm； [0067] （5）复绕分卷：根据不同用途复绕分巻，包装成品。 [0068] 如图5-9所示，在上述三个实施例中的步骤（4）中所采用的极微细电镀装置它包括槽体1，在槽体1内置有数块隔板2，并通过这些隔板2将所述的槽体1分隔成七组密闭的槽室（100、101、102、103、104、105、106），在槽体1最左端放置有放线系统3，在其右端放置有收线系统4，七组密闭的槽室（100、101、102、103、104、105、106）下方分别设有一个缸体5（500、501、502、503、504、505、506），每组缸体（500、501、502、503、504、505、506）内置有一个泵或机6，泵或机6通过管道7分别与对应的密闭的槽室（100、101、102、103、104、105、106）相连。 [0069] 七组密闭的槽室（100、101、102、103、104、105、106）从左至右依次为：除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽。 [0070] 除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽内分别设有四组导轮装置8。导轮装置8为带电导轮装置。每组隔板2上开有四组通孔20。 [0071] 缸体（500、501、502、503、504、505、506）从左至右依次为：除油剂缸、第一清洗剂缸、活化剂缸、第二清洗剂缸、镀液缸、第三清洗剂缸、烘干缸。放线系统3内设有四组放线盘30，在收线系统4内设有四组收线盘40。 [0072] 放线系统3、收线系统4、除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽分别为两组或多组，其中，每组的第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、阳极槽、第三清洗槽和烘干槽分别供用一个缸体。 [0073] 在槽体1上方还设有一个精密电流控制系统9，该系统9包括用于控制每个缸体（500、501、502、503、504、505、506）内的泵或机6启动的控制开关900、用于控制阴极和阳极电流大小的整流器901和精密毫安计902。 [0075]线径 断裂负荷 延伸率 电阻率 0.020mm ＞9cN ＞10% 75.14 0.023mm ＞11cN ＞12% 66.38 0.025mm ＞13cN ＞14% 54.06 [0076] 从上表可以看出，本发明制造的极微细镀钯铜键合丝完全满足半导体器件、LED芯片封装用键合引线的性能要求，且不易氧化，耐高温腐蚀，其导电性优于金线、成本远低于金银线。 [0077] 本发明不同于现有工艺技术无法直接在极微细金属丝材上进行表面电镀处理，须先粗拉、中镀、再细拔，而是先将高纯铜熔铸成铜或铜合金棒，再拉拔成0.01mm-0.03mm的极小线径，直接进行表面电镀钯膜层，无需再拉拔。本发明与现有技术相比，可以防止先镀后拔时，由于内外成分硬度、塑性不同而致拉拔后膜层不均、线材不匀及表面皲裂现象，影响使用性能；同时表面镀覆钯膜层后，不仅可有效防止铜或铜合金丝的氧化，而且不影响铜线的导电性能，丝材的力学性能优于金线、银线及银合金线。 |
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