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CN110219029A - 一种键合丝阴极钝化保护处理工艺 - Google Patents

一种键合丝阴极钝化保护处理工艺 Download PDF

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杨斌
崔成强
周章桥
张昱
杨冠南
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Guangdong Homoo Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及键合丝生产技术领域，具体公开了一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，所述键合丝阴极钝化保护处理工艺包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝进行退火、对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝在清洗箱内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝在干燥箱内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝通过收线轮进行复绕与包装；所述的键合丝阴极钝化保护处理工艺能够提供平整的钝化层，在外加电流控制下，通过电化学的转变促使形成一层稳定且光滑的纳米级固相膜覆盖于金属基体表面。

Description

一种键合丝阴极钝化保护处理工艺
技术领域
本发明涉及键合丝生产技术领域，具体是一种键合丝阴极钝化保护处理工艺。
背景技术
在高密度、高集成度和微型化趋势的驱动下，广泛应用于军工产品、智能手机及无人驾驶汽车等领域的半导体元器件对封装工艺、材料以及产品质量的要求越来越高，引线键合技术需要适应窄间距、长距离等越来越严苛的条件。键合丝作为微电子封装领域四大关键基础材料之一，是实现芯片与引线框架之间电气互连的内引线，微电子元器件的互连80%以上都采用引线键合技术。键合丝品质优劣直接决定了IC封装产品的性能。
银作为一种贵金属材料，具有洁白光亮的外表、优异的导电性、延展性以及高反光性。银合金丝作为非传统键合丝，性能表现卓越，是未来取代传统键合丝的主要发展方向。然而，高银含量键合丝在潮湿工况下易发生银离子迁移，且易被空气中的硫化物和氧气等腐蚀使表面变色，严重影响银丝反光率、长期可靠性和使用寿命。
当前，国内外普遍采用的防止银键合丝变色的主要方法为：在银键合丝表面镀贵金属、镀光亮银、铬酸化学钝化、浸涂有机防银变色剂等，但是这些方法处理后的银键合丝不仅导电性会降低，而且还会使反光性下降，反应率可下降5～15%，极大的影响了银丝的使用。 同时，当前市场上的铬酸化学钝化方法采用的为六价铬，对环境影响巨大，废液处理不方便，且采用化学钝化法目前依然还存在着钝化后表面粗糙度较大，影响表面光亮度等技术缺陷。
针对上述背景技术中的问题，本发明旨在提供一种键合丝阴极钝化保护处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝进行退火、对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝在清洗箱内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝在干燥箱内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝通过收线轮进行复绕与包装。
作为本发明进一步的方案：所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在1μm～100μm。
作为本发明进一步的方案：所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
作为本发明进一步的方案：所述对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮将键合丝原丝传输至钝化保护液箱内，在钝化保护液箱内，设有阳极金属网以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝为阴极，外加阳极金属网为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流或恒定电压、在一定卷速下对退火后的键合丝原丝进行阴极钝化操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
所述的键合丝阴极钝化保护处理工艺主要是基于电化学钝化原理，在键合丝的生产过程中创新性的引入阴极钝化处理工艺，采用环保无毒的三价铬钝化液；
所述键合丝阴极钝化保护处理工艺相较于化学钝化法，基于电化学钝化法的三价铬阴极钝化技术能够提供平整的钝化层，在外加电流控制下，钝化液中的三价铬离子与添加剂作用同时移向被保护金属所在的阴极，而后在电化学的转变促使下形成一层稳定且光滑的纳米级固相膜覆盖于金属基体表面，从而实现对金属基体的保护，具有不影响银的表面形貌及外观、防腐蚀效果好、能维持金属银的光亮性等优势，值得在键合丝生产技术领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为一种键合丝阴极钝化保护处理工艺的作用原理示意图。
图2为使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺与未经过钝化处理的银片腐蚀周期后的反光率对比图1。
图3为使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺与未经过钝化处理的银片腐蚀周期后的反光率对比图2。
图4为使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺处理当天与处理40天后的银片反光率测试数据对比处理图。
图5为未使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺处理当天与未处理40天后的银片反光率测试数据对比处理图。
图6为使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺与未经过钝化处理的银片的银基键合丝拉断力实验数据图。
图7为使用银基键合丝阴极钝化保护液对银片进行阴极钝化工艺前后的银丝拉断力对比图。
图中：1-放线轮、2-钝化保护液箱、3-阳极金属网、4-清洗箱、5-干燥箱、6-键合丝原丝、7-收线轮。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例1中，一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝6进行退火、对退火后的键合丝原丝6使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝6在清洗箱4内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝6在干燥箱5内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝6通过收线轮7进行复绕与包装。
进一步地，所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在25μm。
进一步地，所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝6在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
进一步地，所述对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮1将键合丝原丝传输至钝化保护液箱2内，在钝化保护液箱2内，设有阳极金属网3以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝6为阴极，外加阳极金属网3为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流20mA、在60m/min的卷速下对退火后的键合丝原丝6进行阴极钝化操作。
具体地，所述三价铬阴极钝化溶液的原料组成包括：5份三氧化二铬、10份柠檬酸钠、10份氯化钠、5份抗坏血酸、10份氢氧化钠调节溶液PH =12、5份十二烷基硫酸钠以及55份去离子水。
实施例2
请参阅图1，本发明实施例2中，一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝6进行退火、对退火后的键合丝原丝6使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝6在清洗箱4内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝6在干燥箱5内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝6通过收线轮7进行复绕与包装。
进一步地，所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在25μm。
进一步地，所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝6在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
进一步地，所述对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮1将键合丝原丝传输至钝化保护液箱2内，在钝化保护液箱2内，设有阳极金属网3以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝6为阴极，外加阳极金属网3为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流50mA、在60m/min的卷速下对退火后的键合丝原丝6进行阴极钝化操作。
具体地，所述三价铬阴极钝化溶液的原料组成包括：5份三氧化二铬、10份柠檬酸钠、10份氯化钠、5份抗坏血酸、10份氢氧化钠调节溶液PH =12、5份十二烷基硫酸钠以及55份去离子水。
实施例3
请参阅图1，本发明实施例3中，一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝6进行退火、对退火后的键合丝原丝6使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝6在清洗箱4内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝6在干燥箱5内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝6通过收线轮7进行复绕与包装。
进一步地，所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在20μm。
进一步地，所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝6在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
进一步地，所述对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮1将键合丝原丝传输至钝化保护液箱2内，在钝化保护液箱2内，设有阳极金属网3以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝6为阴极，外加阳极金属网3为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流20mA、在20m/min的卷速下对退火后的键合丝原丝6进行阴极钝化操作。
具体地，所述三价铬阴极钝化溶液的原料组成包括：5份三氧化二铬、10份柠檬酸钠、10份氯化钠、5份抗坏血酸、10份氢氧化钠调节溶液PH =12、5份十二烷基硫酸钠以及55份去离子水。
实施例4
请参阅图1，本发明实施例1中，一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝6进行退火、对退火后的键合丝原丝6使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝6在清洗箱4内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝6在干燥箱5内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝6通过收线轮7进行复绕与包装。
进一步地，所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在20μm。
进一步地，所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝6在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
进一步地，所述对退火后的键合丝原丝使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮1将键合丝原丝传输至钝化保护液箱2内，在钝化保护液箱2内，设有阳极金属网3以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝6为阴极，外加阳极金属网3为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流100mA、在500m/min的卷速下对退火后的键合丝原丝6进行阴极钝化操作。
具体地，所述三价铬阴极钝化溶液的原料组成包括：5份三氧化二铬、10份柠檬酸钠、10份氯化钠、5份抗坏血酸、10份氢氧化钠调节溶液PH =12、5份十二烷基硫酸钠以及55份去离子水。
请参阅图2和图3，选用实施例1中所述配方配制成银基键合丝钝化液，经过阴极钝化工艺处理后与未经过钝化处理的键合丝反光率对比如图1所示，经三价铬阴极钝化处理后的银片反光率要高于未处理银片。由于银片在打磨抛光过程中，粗糙度无法降到绝对零值，因此导致银片表面光线为漫反射，而银片在钝化后形成的固相膜会优先填充到因磨抛存在的细微划痕中，降低漫反射的程度。因此钝化后银片的反光率要更高。经统计，钝化后银片的反光率要比未处理银片平均高3%。
请参阅图4和图5，钝化前后银片在腐蚀前后反光率的纵向对比结果如图3和图4所示。图3为钝化后银片腐蚀前后反光率对比，经过40天大气腐蚀后，反光率仅在波长范围为400nm～650nm范围内略低于腐蚀前银片，而波长在650nm以上时则近乎相同。图4是未钝化银片腐蚀前后反光率，经40天大气腐蚀后，反光率在400nm～750nm波长范围内下降明显，平均数值下降在20%以上。
请参阅图6，未处理银丝的平均拉断力值为9.64gf，处理后银丝的平均拉断力为9.33gf，为标准拉断力4.5gf的两倍以上；处理前后拉断力标准差为0.16196和0.74753，拉断力数据变化不大，表明焊线强度均匀；根据总样本统计结果，未处理线90%断裂点在C点、10%断裂在B点，处理线66%断裂在C点、34%断裂在B点，强度与C点相近。
请参阅图7，钝化前后银丝拉断力对比，结果显示二者平均拉断力近似，表明本发明一种银基键合丝钝化液并不会影响银丝的键合性能。
在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种键合丝阴极钝化保护处理工艺，其特征在于包括以下步骤：对键合丝原料芯进行原丝拉制、对拉制后的键合丝原丝（6）进行退火、对退火后的键合丝原丝（6）使用三价铬阴极钝化溶液钝化、对使用三价铬阴极钝化溶液钝化后的键合丝原丝（6）在清洗箱（4）内使用去离子水进行清洗、对清洗后的键合丝原丝（6）在干燥箱（5）内进行烘干以及对烘干后的键合丝原丝（6）通过收线轮（7）进行复绕与包装。
2.根据权利要求1所述的键合丝阴极钝化保护处理工艺，其特征在于：所述对键合丝原料芯进行原丝拉制的具体实施方式为：将直径为2000μm～2500μm的键合丝原料芯进行粗拉丝、精拉丝，拉制到直径在1μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的键合丝阴极钝化保护处理工艺，其特征在于：所述拉制后的键合丝原丝进行退火的具体实施方式为：将拉制后的键合丝原丝（6）在保护性气体氛围下进行热处理退火，以消除丝在拉制过程中的残余应力和拉制缺陷。
4.根据权利要求1所述的键合丝阴极钝化保护处理工艺，其特征在于：所述对退火后的键合丝原丝（6）使用三价铬阴极钝化溶液钝化的具体实施方式为：通过放线轮（1）将键合丝原丝传输至钝化保护液箱（2）内，在钝化保护液箱（2）内，设有阳极金属网（3）以及三价铬阴极钝化溶液，以键合丝原丝（6）为阴极，外加阳极金属网（3）为阳极构成回路，在三价铬阴极钝化溶液中，接通恒定电流、在恒定卷速下对退火后的键合丝原丝（6）进行阴极钝化操作。
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