一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲及其制備方法。該鍵合絲的元素質(zhì)量百分比為：銅的質(zhì)量百分比大于99.95％，磷的質(zhì)量百分比為0.003％-0.04％，錳的質(zhì)量百分比為0.003％-0.01％，余量為不可避免的雜質(zhì)。本方法通過熔鑄和拉絲、成品退火前化學(xué)鍍鈀、退火、清洗、復(fù)繞等步驟完成制備，在制備過程中合理使用各種參數(shù)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)鍍鈀銅絲生產(chǎn)和性能的諸多問題，是鍍鈀鍵合銅絲在生產(chǎn)過程中安全、環(huán)保、節(jié)能、簡(jiǎn)單，極大程度上的提高了絲材的生產(chǎn)效率，而生產(chǎn)出的絲材性能十分良好、穩(wěn)定，可以滿足高端封裝領(lǐng)域?qū)z材性能質(zhì)量的要求。
【專利說明】一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及金屬鍵合絲領(lǐng)域，尤其涉及一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年隨著金價(jià)不斷攀升，封裝領(lǐng)域的成本越來越高，目前鍍鈀銅鍵合絲代替金絲已經(jīng)日趨成熟，但是目前國(guó)產(chǎn)鍍鈀銅絲只能應(yīng)用在低端封裝中，而高端封裝仍然被國(guó)外的鍍鈀銅絲壟斷，而目前世界上的鍍鈀方法絕大部分為電化學(xué)鍍鈀，工藝繁瑣，成本大，污染大。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲的制備方法，該方法制備的鍍鈀銅鍵合絲性能優(yōu)秀，并且生產(chǎn)方法安全、節(jié)能、環(huán)保、簡(jiǎn)單，極大程度上提高了絲材的生產(chǎn)效率。
上述目的是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的:
一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲，其特征在于，所述鍵合絲的元素質(zhì)量百分比為:銅的質(zhì)量百分比大于99.95 %，磷的質(zhì)量百分比為0.003 % -0.04%，錳的質(zhì)量百分比為
0.003% -0.01%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
一種制備上述鍍鈀銅鍵合絲的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
(1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.003% -0.04%的磷和0.003% -0.01%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1100-1300°C，真空度1.0*I(T5Mpa,精煉時(shí)間20-40分鐘，連鑄速度150-300mm/分鐘，形成的銅還直徑為4-10mm,拉絲速度為70-120m/min ；
(2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液的鈀離子濃度為5-20克每升，鍍鈀條件為鍍鈀液的pH值控制在9.5-10.3，鍍鈀液的溫度控制在40-60攝氏度；
(3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)；退火溫度為250?500°C ；
(4)清洗:利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆炸力打掉絲上的臟物；
(5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞。
根據(jù)上述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中使用的鍍鈀液中各成分的濃度為6.67 ?27.67g/L PdClUO ?20g/L NaH2P02、100 ?160ml/L NH40HU0 ?60g/L NH4C1。
根據(jù)上述的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明將磷和錳元素微量合金運(yùn)用在鍵合銅絲領(lǐng)域中，磷元素微量在銅基體可以提高熔體的流動(dòng)性，改善銅及合金的焊接性能、耐蝕性能，錳可以提高銅的強(qiáng)度和耐蝕性能。本發(fā)明的工藝解決了傳統(tǒng)鍍鈀銅絲生產(chǎn)和性能的諸多問題，使鍍鈀鍵合銅絲在生產(chǎn)過程中安全、環(huán)保、節(jié)能、簡(jiǎn)單，極大程度上的提高了絲材的生產(chǎn)效率，而生產(chǎn)出的絲材性能十分良好、穩(wěn)定，可以滿足高端封裝領(lǐng)域?qū)z材性能質(zhì)量的要求。
【具體實(shí)施方式】
本發(fā)明的化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲，其元素質(zhì)量百分比為:銅的質(zhì)量百分比大于99.95%,磷的質(zhì)量百分比為0.003% -0.04%，錳的質(zhì)量百分比為0.003% -0.01%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明將磷和錳元素微量合金第一次運(yùn)用在鍵合銅絲領(lǐng)域中，磷元素微量在銅基體可以提高熔體的流動(dòng)性，改善銅及合金的焊接性能、耐蝕性能，錳可以提高銅的強(qiáng)度和耐蝕性能。使銅基體在均勻合金化過程中提高了強(qiáng)度和抗氧化性。
本發(fā)明的制備方法包括以下步驟:
(1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.003% -0.04%的磷和0.003% -0.01%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1100-1300°C，真空度1.0*I(T5Mpa,精煉時(shí)間20-40分鐘，連鑄速度150-300mm/min (即毫米/分鐘)，形成的銅還直徑為4-10mm(即毫米)，拉絲速度為70-120m/min(即米/分鐘);
(2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液的鈀離子濃度為5-20克每升，鍍鈀條件為鍍鈀液的pH值控制在9.5-10.3，鍍鈀液的溫度控制在40-60攝氏度；化學(xué)還原鈀法中使用的鍍鈀液為弱堿性，使用后為中性，較為環(huán)保。成品化學(xué)鍍鈀法的鍍后鈀層均勻，并且鈀層厚度可控。另外傳統(tǒng)工藝是在半成品時(shí)鍍鈀，這樣絲材變硬，在后道加工時(shí)模具消耗量極大，本專利的化學(xué)鍍鈀方法可以最大程度的減小模具用量，節(jié)省資源。
(3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)，比氫氣還原安全；退火溫度為250?500°C ；
(4)清洗:利用無水乙醇(無水乙醇在突然達(dá)到它的沸點(diǎn)以上的溫度時(shí)它會(huì)輕微無危害的爆炸的原理)在高溫蒸發(fā)時(shí)的爆炸力打掉絲上的臟物；利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆力打掉絲上的臟東西，代替去離子水清洗的步驟，可以節(jié)省用水量，節(jié)約用水。
(5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞?；瘜W(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
實(shí)施例1
(1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.003%的磷和0.003%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1100°C，真空度1.0*10_5Mpa，精煉時(shí)間20分鐘，連鑄速度150mm/min，形成的銅坯直徑為4mm，拉絲速度為 70m/min ；
(2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液的，鍍鈀液成分為 6g/L PdClU0g/L NaH2P02、100ml/L NH40H、10g/L NH4C1，鍍鈀液的 pH 值控制在9.5附近，鍍鈀液的溫度控制在40攝氏度；化學(xué)還原鈀法中使用的包鈀液為弱堿性，使用后為中性，較為環(huán)保。成品化學(xué)鍍鈀法的鍍后鈀層均勻，并且鈀層厚度可控。另外傳統(tǒng)工藝是在半成品時(shí)鍍鈀，這樣絲材變硬，在后道加工時(shí)模具消耗量極大，本專利的化學(xué)鍍鈀方法可以最大程度的減小模具用量，節(jié)省資源。(3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)，比氫氣還原安全；退火溫度為250°C ；
(4)清洗:利用無水乙醇，在高溫蒸發(fā)時(shí)爆炸力打掉絲上的臟物；利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆力打掉絲上的臟東西，代替去離子水清洗的步驟，可以節(jié)省用水量，節(jié)約用水。
(5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞?；瘜W(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
實(shí)施例3 (1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.04%的磷和0.01%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1300°C，真空度1.0*IO^5Mpa,精煉時(shí)間40分鐘，連鑄速度300mm每分鐘，形成的銅坯直徑為10mm，拉絲速度為 120m/min ；
(2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液成分為 6.67g/LPdCl (對(duì)應(yīng)鈀離子濃度為 5 克每升)、10g/LNaH2P02、100ml/LNH40H、10g/LNH4Cl，鍍鈀液的PH值控制在9.5附近，鍍鈀液的溫度控制在40攝氏度；化學(xué)還原鈀法中使用的包鈀液為弱堿性，使用后為中性，較為環(huán)保。成品化學(xué)鍍鈀法的鍍后鈀層均勻，并且鈀層厚度可控。另外傳統(tǒng)工藝是在半成品時(shí)鍍鈀，這樣絲材變硬，在后道加工時(shí)模具消耗量極大，本專利的化學(xué)鍍鈀方法可以最大程度的減小模具用量，節(jié)省資源。
(3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)，比氫氣還原安全；退火溫度為500°C ；
(4)清洗:利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆炸力打掉絲上的臟物；利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆力打掉絲上的臟東西，代替去離子水清洗的步驟，可以節(jié)省用水量，節(jié)約用水。
(5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞?；瘜W(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
實(shí)施例4
(1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.04%的磷和0.01%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1300°C，真空度1.0*IO^5Mpa,精煉時(shí)間40分鐘，連鑄速度300mm每分鐘，形成的銅坯直徑為10mm，拉絲速度為 120m/min ；
(2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液成分為 26.67g/L PdCl (對(duì)應(yīng)鈀離子濃度為 20 克每升)、20g/L NaH2P02、160ml/L NH40H、60g/LNH4C1，鍍鈀液的pH值控制在10.3附近，鍍鈀液的溫度控制在60攝氏度；化學(xué)還原鈀法中使用的鍍鈀液為弱堿性，使用后為中性，較為環(huán)保。成品化學(xué)鍍鈀法的鍍后鈀層均勻，并且鈀層厚度可控。另外傳統(tǒng)工藝是在半成品時(shí)鍍鈀，這樣絲材變硬，在后道加工時(shí)模具消耗量極大，本專利的化學(xué)鍍鈀方法可以最大程度的減小模具用量，節(jié)省資源。
(3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)，比氫氣還原安全；退火溫度為500°C ；
(4)清洗:利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆炸力打掉絲上的臟物；利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆力打掉絲上的臟東西，代替去離子水清洗的步驟，可以節(jié)省用水量，節(jié)約用水。
(5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞?；瘜W(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)法鍍鈀銅鍵合絲，其特征在于，所述鍵合絲的元素質(zhì)量百分比為:銅的質(zhì)量百分比大于99.95%，磷的質(zhì)量百分比為0.003 % -0.04%，錳的質(zhì)量百分比為0.003% -0.01%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述鍍鈀銅鍵合絲的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:(1)熔鑄和拉絲:在熔鑄過程中加入0.003% -0.04%的磷和0.003% -0.01%的錳，加熱方式采用中頻加熱，連鑄方式采用下引式真空連鑄，并控制熔鑄和拉絲條件為:熔鑄溫度為1100-1300°C，真空度1.0*10_5Mpa，精煉時(shí)間20-40分鐘，連鑄速度150-300mm/分鐘，形成的銅還直徑為4-10mm,拉絲速度為70-120m/min ； (2)化學(xué)鍍鈀:將銅鍵合絲成品在退火后單根放入鍍鈀液進(jìn)行化學(xué)鍍鈀，鍍鈀液的鈀離子濃度為5-20克每升，鍍鈀條件為鍍鈀液的pH值控制在9.5-10.3，鍍鈀液的溫度控制在40-60攝氏度； (3)退火:利用無水乙醇還原氧化銅的特性(Cu0+CH3CH20H-CH3CH0+Cu+H20)，用氮?dú)饧訜o水乙醇代替氮?dú)浠旌蠚膺M(jìn)行退火保護(hù)；退火溫度為250?500°C ； (4)清洗:利用無水乙醇在高溫蒸發(fā)時(shí)爆炸力打掉絲上的臟物； (5)對(duì)清洗后的鍵合絲進(jìn)行復(fù)繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中使用的鍍鈀液中各成分的濃度為 6.67 ?27.67g/L PdClUO ?20g/L NaH2P02、100 ?160ml/L NH40HU0 ?60g/L NH4C1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍鈀、退火、清洗和復(fù)繞一體完成，鍍鈀退火復(fù)繞速度為50米每分鐘。
【文檔編號(hào)】H01L21/48GK103560120SQ201310559415
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】周曉光, 杜連民, 向翠華, 蘇宏福, 陳彪 申請(qǐng)人:北京達(dá)博有色金屬焊料有限責(zé)任公司