[发明专利]一种极微细镀镍铜合金丝及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光能、微电子产业用材料技术领域，尤其涉及到一种极微细镀镍铜合金丝及其制作方法。 

背景技术

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。 

典型的半导体器件及LED芯片的键合引线主体是金线、银线、铜线、镀金线、镀钯线或其合金线，除铜线外，使用的都是贵金属，而单纯的铜线极易氧化；通行的太阳能光伏电池都是采用丝网印刷银浆作为栅线极，也是贵金属；贵金属因其价格昂贵，成本自是居高不下，不利于产品的普及推广。而镍、铜相比于上述金、钯等贵金属，有天壤之别；镀镍铜丝不仅价格极其低廉，而且其导电、焊接性能非常优越，是替代贵金属，降低产品成本的最佳选择。但是10几微米线径的铜丝张力只有不到几个g，非常不利于进行连续的表面热处理；而铜导电率虽高但极易氧化，必须要经过表面处理才能满足微电子领域的键合所需。镍自身具有很高的化学稳定性，在空气中与氧作用形成钝化膜，使镍镀层具有良好的抗大气腐蚀性；但镍离子间空隙大，膜层处理不好，无法包裹母线，起不到抗氧化的作用。 

中国专利 201410333092.5公开了一种半导体器件用键合铜合金丝，含有下述重量配比的成分 ：铜 100 份，钯 0.5 － 1.5 份，氢0.0005 － 0.002 份。该发明还提供上述合铜合金丝的一种制造方法，包括下述步骤：（1）将铜和钯熔合成铜钯合金熔体，再经过拉丝处理，获得铜钯合金线材 ；（2）对铜钯合金线材进行多道次拉拔，得到铜钯合金丝 ；在拉拔过程中及拉拔完成后进行退火处理，最后一次退火处理采用氮氢混合气作为退火气氛 ；（3）最后一次退火处理结束后，将铜钯合金丝通入乙醇水溶液中进行冷却，得到键合铜合金丝。该发明的键合铜合金丝具有较强的抗氧化能力，在 N₂气氛下球焊时有较大的结合面积和较高的结合强度，导电能力强，可靠性高，且制造工艺简单易行。但是该发明使用钯比较昂贵，成本自是居高不下，不利于产品的普及推广。 

  

发明内容

本发明的目的在于提供一种极微细镀镍铜合金丝及其制作方法，以高纯铜丝为主体，添加微量改性元素，在极微细层面进行真空离子镀镍表面处理，以满足微电子领域键合线及光伏电池电极线所需。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种极微细镀镍铜合金丝，包括极微细铜丝，所述极微细铜丝外设有一层镍膜层，所述极微细铜丝是以高纯铜为主体，添加改性元素熔炼而成。

进一步的，所述改性元素包括以下含量的原料：5-300ppm Ca，10-100ppm P，10-500ppm Ag，10-500ppm Au，5-100ppm Y，5-100ppm Zr，10-100ppm In。 

进一步的，所述改性元素包括以下含量的原料：100ppm Ca，50ppm P，20ppm Ag，20ppm Au，10ppm Y，10ppmZr，5ppm In。 

进一步的，所述极微细铜丝的直径为0.016mm-0.018mm，所述镍膜层的厚度为120-180nm。 

进一步的，所述高纯铜的纯度为99. 9999%。 

本发明还公开了一种极微细镀镍铜合金丝的制作方法，包括以下步骤： 

（1）铜材提纯：以市售1号纯铜为原料，使用电解-熔炼，再电解-再熔炼的反复提纯工艺，使铜的S、Ag、Se、Si、Mg、Te等杂质总含量控制在50ppm以下，得到纯度达为99. 9999%的高纯铜；

（2）制备中间合金体：取步骤（1）得到的高纯铜1000克，加入1000ppmCa、500ppmP、200ppmAg、200ppmAu、100ppmY、100ppmZr、50ppmIn的改性元素，分别放入熔炼炉中熔炼成相应的中间合金体；

（3）连铸单晶铜棒：将步骤（1）得到的高纯铜和步骤（2）得到的中间合金体按各种成分的最终含量计算所需的量一起放置于连铸炉内，经真空熔炼、定向凝固、拉铸成8mm单晶铜棒；

（4）拉拔丝材：将步骤（3）得到的8mm单晶铜棒经过粗拉、中拉、细拉、微细拉、极微细拉拉拔成 0.016mm-0.018mm的极微细铜丝；

（5）清洗退火：将步骤（4）得到的极微细铜丝进行清洗、退火、风干，备镀覆用；