[发明专利]一种表面镀镍的铜基键合丝及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对以上问题，本发明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。

本发明的技术内容如下：

本发明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。

本发明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；