本發(fā)明涉及鍵合絲，具體是一種高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

1、鍵合絲是半導(dǎo)體封裝中的關(guān)鍵組件之一，主要用于連接半導(dǎo)體芯片上的焊盤和外部的引腳或封裝基座，以實(shí)現(xiàn)電氣連接，并且由于目前電子元件的高度集中化，其發(fā)熱量也更為巨大，而發(fā)熱量的上升往往也對(duì)鍵合絲的導(dǎo)電能力造成了巨大影響，并且由于應(yīng)用范圍廣，鍵合絲還需要在各種環(huán)境條件下，如溫度、濕度等各種外界因素影響下保持穩(wěn)定，防止在高溫、高濕環(huán)境下發(fā)生氧化，影響其導(dǎo)電性和可靠性；

2、因此，目前為了實(shí)現(xiàn)以上目的，當(dāng)前主流技術(shù)多使用無氧銅作為芯材，通過電鍍或化學(xué)鍍的方式，在芯材表面沉積一層均勻的鈀層，從而避免銅線在焊接作業(yè)時(shí)候出現(xiàn)氧化等現(xiàn)象，改善芯材的焊接性能與焊接后的穩(wěn)定性；但是在涂層出現(xiàn)破損后，鈀層與銅芯之間易出現(xiàn)原電池反應(yīng)，反而進(jìn)一步造成產(chǎn)品可靠性的下降，影響產(chǎn)品使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲及其生產(chǎn)工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲，具有以下技術(shù)特征：所述高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲由石墨烯銅合金芯以及包覆在石墨烯銅合金芯外側(cè)的復(fù)合鍍層組成；

3、所述高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲直徑尺寸為15-500μm，所述復(fù)合鍍層厚度為51-185nm；

4、其中，所述復(fù)合鍍層自下至上由第一鈀層、中間金層、第二鈀層以及頂層金層組成。

5、進(jìn)一步的，所述石墨烯銅合金芯界面內(nèi)晶粒尺寸為0.1-200μm；

6、所述石墨烯銅合金芯中，含有100-10000ppm比例石墨烯與5-5000ppm的增強(qiáng)金屬材料；

7、其中，所述增強(qiáng)金屬材料為ag、pd、au、pt、li、p、ca、ni、be、y、la、ce、zr、in、ge、sc中的任意一種或多種。

8、進(jìn)一步的，所述石墨烯銅合金芯中，含有300-3000ppm比例石墨烯與0-3000ppm的增強(qiáng)金屬材料；

9、所述增強(qiáng)金屬材料為au、pd、in、p、ni、ca、li、sc中的任意一種或多種；

10、其中，當(dāng)增強(qiáng)金屬材料中含有p、li、sc中任一組分時(shí)，p、li、sc的單組分添加量為0-300ppm。

11、進(jìn)一步的，所述復(fù)合鍍層中，第一鈀層厚度為10-20nm，中間金層厚度為20-80nm，第二鈀層厚度為20-80nm，頂層金層厚度為1-5nm。

12、進(jìn)一步的，一種高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲的制備方法，包括以下步驟：

13、s1.?制備石墨烯銅合金芯；

14、s11.?將石墨烯銅混原料氮?dú)夥諊Ｗo(hù)，置于40-80℃環(huán)境中干燥1-12h后，將其壓制成坯，置于sps燒結(jié)爐中，氬氣氛圍保護(hù)，對(duì)坯體施加100-1000kn壓力后，以90-110℃/min的速率升溫至900-1200℃，燒結(jié)成塊后，隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯銅合金原錠；

15、s12.?將石墨烯銅合金原錠與增強(qiáng)金屬材料混合，氬氣氛圍保護(hù)，電磁感應(yīng)升溫至1050-1250℃熔煉，攪拌混合10s-15min后，將熔煉金屬液連鑄為直徑8mm的母桿；

16、s13.對(duì)母桿進(jìn)行多道拉絲延長(zhǎng)處理，直至其直徑為15-500μm，得到石墨烯銅合金芯；

17、s2.?制備復(fù)合鍍層；

18、s21.?制備第一鈀層；

19、將清洗后的石墨烯銅合金芯置于溫度為70-75℃的第一電鍍鈀液中，設(shè)置脈沖電流為3-5ma/cm2，每個(gè)脈沖導(dǎo)通時(shí)間為0.5-1s，關(guān)斷時(shí)間為0.5-2s，電鍍至所需第一鈀層厚度后，停止脈沖，取出石墨烯銅合金芯，洗滌干燥后，形成第一鈀層；

20、s22.制備中間金層；

21、將經(jīng)步驟s21處理后的石墨烯銅合金芯置于溫度為70-80℃中間鍍金液中，設(shè)置電鍍脈沖電流為5-15ma/cm2，每個(gè)脈沖導(dǎo)通時(shí)間為1.5-3s，關(guān)斷時(shí)間為0.5-2s，電鍍至所需厚度后，停止脈沖，取出石墨烯銅合金芯，洗滌干燥后，形成中間金層；

22、s23.?將經(jīng)步驟s22處理后的石墨烯銅合金芯置于溫度為70-80℃的第二電鍍鈀液中，設(shè)置電流為10-60ma/cm2，電鍍至所需厚度后，取出石墨烯銅合金芯，洗滌干燥后，形成第二鈀層；

23、s24.?將經(jīng)步驟s23處理后的石墨烯銅合金芯置于溫度為70-80℃的頂層鍍金液中，設(shè)置電流為10-60ma/cm2，電鍍至所需厚度后，取出石墨烯銅合金芯，洗滌干燥后，形成頂層金層，得到帶有復(fù)合鍍層的石墨烯銅合金芯；

24、s3.?對(duì)帶有復(fù)合鍍層的石墨烯銅合金芯進(jìn)行退火處理，退火溫度為400-700℃，爐膛長(zhǎng)度為600-1000mm，退火速度為40-140m/min，退火結(jié)束后，得到高抗腐蝕高導(dǎo)電鍍鈀/鍍金鈀銅鍵合絲。

25、進(jìn)一步的，所述石墨烯銅混原料的制備方法，包括以下步驟：

26、a1.?配置電解液；

27、將硫酸銅、硫酸與去離子水混合，配置為硫酸濃度為10-200g/l、銅離子濃度為10-100g/l的混合液，向電解液中加入1-20g/l的石墨烯，電磁攪拌和超聲分散使石墨烯分散均勻后，得到電解液；

28、b1.?以雜質(zhì)元素含量為0-10ppm的高純銅為陽極，以純銅板為陰極，通電沉積，通電電壓為2-10v，電流密度為1-10ma/cm2，通電沉積10-60min后，取出陰極后，使用去離子水洗滌后，收集陰極表面石墨烯銅粉，干燥后，對(duì)其進(jìn)行xps檢測(cè)，確定其碳銅鍵比例為35-45%后，將其與無氧銅粉混合后，氬氣氛圍下，將其熔煉均勻，冷卻，再次對(duì)其進(jìn)行xps檢測(cè)，確定其碳銅鍵比例為3-5%后，再次將其與純銅粉混合，熔煉均勻后，球磨粉碎，得到石墨烯銅混原料。

29、進(jìn)一步的，所述石墨烯銅混原料的制備方法，包括以下步驟：

30、a2.?將石墨烯分散至超純水中，電磁攪拌并超聲分散清洗0.5-1h后，抽濾過濾，重復(fù)2-3次后，檢測(cè)濾液ph值，確認(rèn)ph值范圍在6.3-7為清洗合格，否則重復(fù)上述步驟使用超純水對(duì)石墨烯洗滌，直至濾液ph值合格后，將清洗后石墨烯氮?dú)夥諊娓?，冷卻后備用；

31、b2.?將清洗后的石墨烯與高純無氧銅粉混合后，低溫等離子球磨3-24h，球磨時(shí)轉(zhuǎn)速為100-1200rpm，保護(hù)氣體為氮?dú)猓入x子工作功率為10-400w，球磨結(jié)束后，得到石墨烯銅混原料。

32、進(jìn)一步的，所述第一電鍍鈀液包括四氨基乙酸鈀、對(duì)羧基苯磺酰胺與復(fù)合填孔劑；

33、其中，第一電鍍鈀液中，四氨基乙酸鈀濃度為3-5g/l、對(duì)羧基苯磺酰胺濃度為5-15mg/l、復(fù)合填孔劑濃度為25-55mg/l；

34、所述復(fù)合填孔劑為二乙基二硫代磷酸銨鹽與l-丙氨酸芐酯對(duì)甲苯磺酸鹽質(zhì)量比1:1的組合物；

35、所述第二電鍍鈀液包括四氨基二氯化鈀、對(duì)羧基苯磺酰胺和β-氰基丙氨酸；

36、其中，第二電鍍鈀液中，四氨基二氯化鈀濃度為5-10g/l，對(duì)羧基苯磺酰胺濃度為5-10mg/l，β-氰基丙氨酸濃度為10-20mg/l；

37、所述中間鍍金液包括氰化亞金與復(fù)合填孔劑；

38、其中，中間鍍金液中，氰化亞金濃度為4-8g/l，復(fù)合填孔劑濃度為50-80mg/l；

39、所述頂層鍍金液中，包括氰化亞金，氰化亞金濃度為5-15g/l；

40、其中，所述中間鍍金液與頂層鍍金液使用時(shí)，均由氨水調(diào)節(jié)ph值至10-12。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

42、本發(fā)明為了提升鍵合絲的抗腐蝕性能，通過對(duì)芯材改性以及制備復(fù)合涂層的方式對(duì)鍵合絲進(jìn)行了改進(jìn)；

43、本發(fā)明首先對(duì)芯層進(jìn)行了改進(jìn)處理，通過在芯層中添加石墨烯的方式，煅燒制成芯材，通過此方式使石墨烯與銅基材之間形成的金屬共價(jià)鍵均勻分布，從而大幅提升了芯材的腐蝕電位，并降低腐蝕電流，減少鹵素腐蝕失重，并且同樣由于石墨烯與銅基材之間形成的金屬共價(jià)鍵均勻分布，可以使得銅芯具有良好的散熱性能以及高溫電導(dǎo)率，使得本發(fā)明制備的鍵合絲在150℃時(shí)電導(dǎo)率比傳統(tǒng)無氧銅高30%以上；

44、并且，石墨烯本身具有極高的導(dǎo)熱性能，可以加速熱量的傳導(dǎo)，避免熱量在鍵合絲中的積累升溫，使得產(chǎn)品的高溫可靠性更進(jìn)一步，并且同樣由于石墨烯的添加，改善了銅芯中的晶粒結(jié)構(gòu)，可以有效抑制金屬間化合物的生長(zhǎng)，提升鍵合絲的工作性能；

45、在這一基礎(chǔ)上，本發(fā)明還針對(duì)涂層進(jìn)行了改進(jìn)處理；

46、本發(fā)明在電鍍復(fù)合涂層前，首先對(duì)石墨烯銅合金芯拉絲細(xì)化處理，避免后續(xù)制備鍍層后拉絲對(duì)電鍍層造成應(yīng)力破壞，影響涂層與石墨烯銅合金芯之間的結(jié)合強(qiáng)度，并且本技術(shù)所制備涂層為復(fù)合涂層，在制備底層涂層，即第一鈀層與中間金層時(shí)，本技術(shù)在對(duì)其電鍍液及其電鍍方式均進(jìn)行了限定，通過降低電鍍液中金屬離子濃度、增加填孔劑以及脈沖電流電鍍的方式，使得底層電鍍層可以有效的對(duì)拉絲處理后的石墨烯銅合金芯表面進(jìn)行電鍍并平整其表面，復(fù)合填孔劑的加入可以有效改善避免由于拉絲后粗糙表面的尖端放電現(xiàn)象，造成電鍍層中出現(xiàn)微小孔洞，而較低的金屬離子濃度與脈沖電流則可有效改善電鍍時(shí)金屬層的沉積速率，減少鍍層沉積時(shí)出現(xiàn)缺陷；在經(jīng)過第一鈀層、中間金層的平整后，再次對(duì)其表面使用大電流進(jìn)行電鍍，可以有效提高電鍍效率，加速生產(chǎn)速度，并且本發(fā)明還在制備電鍍層后對(duì)鍵合絲進(jìn)行了進(jìn)一步的退火處理，使得線材消除加工應(yīng)力，并重組晶粒，且該工序可使得石墨烯銅合金芯和不同電鍍層之間形成擴(kuò)散層，改善相互之間的結(jié)合強(qiáng)度，避免涂層的剝離，改善鍵合絲的使用性能。