CN109881040A - 一种含金的键合镀锡合金线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属键合丝技术领域，特别涉及一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，在制备合金线本体时，以铜元素为基体，往其中合理的加入了金，银，铝，锰和镧元素，并采用科学的合金线制备方法，使金，银，铝，锰和镧元素均匀分布到铜基体中，从而改善铜基体的综合性能，并通过纳米硅粉和氮化钛粉体提高其形核率，强化其力学性能；使本发明的合金线不仅具有更高的破断力和伸长率，键合性能更好，而且具有更低的电阻率，导电性能更佳；同时，本发明还改善了铜合金线的镀锡工艺，优化了浸镀锡液，以浸镀锡技术代替常规的化学镀锡技术，使本发明的合金线的表面平整光滑，镀层均匀、致密，几乎没有瑕疵。

Description

一种含金的键合镀锡合金线

技术领域

本发明涉及金属键合丝技术领域，具体涉及一种含金的键合镀锡合金线。

背景技术

键合线是一种使用细金属线，利用热、压力、超声波能量使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通，是微电子领域常用的封装材料。早期的键合线多由纯金制成，但这种键合线价格昂贵，成本高，为降低成本，键合线逐渐被各种键合合金线取代，如纯银镀金键合线、各种铜合金键合线等。铜线由于价格低、导电率好、硬度大等优势使铜合金键合线成为当下应用最广泛的键合线。但现有的铜合金键合线大多具有表面易氧化，力学性能差、易出现拉拔断线等问题。因此，研发能够满足键合材料各方面力学性能并能提供更好表面抗氧化性的键合铜线显得尤为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种含金的键合镀锡合金线，该合金线不仅具有更高的破断力和伸长率，键合性能更好，而且具有更低的电阻率，导电性能更佳。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在所述合金线本体外表面的镀锡层，所述合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金0.5％～1.5％，银0.003％～0.009％，铝0.001％～0.005％，纳米硅粉0.1％～0.8％，氮化钛粉体0.8％～1.5％，锰0.3％～0.5％，镧0.05％～0.1％，余量为铜。

优选的，所述镀锡层的厚度为50～80nm。

优选的，所述金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均大于99.99％。

本发明还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.5～0.8MPa，接着以30～40℃/min的升温速度升温至800～1000℃，再以50～60℃/min的升温速度升温至1300～1500℃，保温20～30min，保温期间每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液冷却，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至300～500℃保温2～3h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至800～1000℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.5～0.8MPa，并将温度提升至1300～1500℃，保温20～30min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.0～1.2MPa，随即通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为8～12mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1300～1500℃的退火温度下退火6～12h，再于500～700℃的退火温度下退火10～24h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于400～450℃条件下保温6～8h，然后再通过拉丝机拉制成3～5mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于500～550℃条件下保温4～6h，然后再通过拉丝机拉制成0.8～1.3mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于600～650℃条件下保温2～4h，然后再通过拉丝机拉制成0.1～0.3mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于700～750℃条件下保温1～2h，然后再通过拉丝机拉制成0.018～0.030mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为8％～15％的硫酸清洗20～30s，第二次用乙醇-水混合溶液清洗15～25s，第三次用去离子水清洗10～20s，清洗后置于180～200℃的环境下烘干；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以13-15μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于180～200℃的环境下烘干12～14h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

所述镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.0％～2.0％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为15％～20％；

所述助镀液包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂2.0％～3.0％，松香2.0％～3.0％，苯酚0.1％～0.3％，余量为醇溶剂；

S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，得到含金的键合镀锡合金线。

优选的，S4步骤中所述的粗拉制的拉拔速度为350～400m/min。

优选的，S5步骤中所述的中拉制的拉拔速度为250～300m/min。

优选的，S6步骤中所述的细拉制的拉拔速度为150～200m/min。

优选的，S7步骤中所述的细拉制的拉拔速度为70～100m/min。

优选的，所述乙醇-水混合溶液由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成。

优选的，所述表面活性剂由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成，所述醇溶剂为乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:3的体积比混合而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种含金的键合镀锡合金线，以铜元素为基体，往其中合理的加入了金，银，铝，锰，镧元素以及纳米硅粉和氮化钛粉体，采用科学的合金线制备方法，利用金属在熔融液态时由激烈运动的原子集团和空穴组成的特性，通过合理的铸造工艺使金，银，铝，锰，镧元素均匀分布到铜基体中，从而改善铜基体的综合性能。其中，金，银和铝元素的加入(金元素的重量百分比为0.5％～1.5％，银元素的重量百分比为0.003％～0.009％，铝元素的重量百分比为0.001％～0.005％)可以改善铜合金线的电学性能；锰和镧元素的加入(锰元素的重量百分比为0.3％～0.5％，镧元素的重量百分比为0.05％～0.1％)增强了铜合金线的抗氧化性，避免铜合金在铸造过程中发生剧烈的氧化作用而加大表面清洗的难度；此外，在铜合金的凝固过程中，其晶粒的形成包括异质形核和长大两个过程，纳米硅粉和氮化钛粉体的加入在晶粒的形成过程中可以充当异质形核的核心，提高了形核率，细化晶粒，从而对铜合金的力学性能起到强化作用；通过力学性能和电学性能的测试发现，与常规铜合金线的制备方法相比，本发明的合金线不仅具有更高的破断力和伸长率，键合性能更好，而且具有更低的电阻率，导电性能更佳。

此外，本发明还改善了铜合金线的镀锡工艺，优化了浸镀锡液，以浸镀锡技术代替常规的化学镀锡技术，使本发明的合金线的表面平整光滑，镀层均匀、致密，几乎没有瑕疵，优于化学镀锡的效果，从而不仅保证了合金线具有较好的抗氧化性、耐腐蚀性和屏蔽性(抗干扰性)，而且均匀、致密的镀层也有利于降低合金线的电阻率，提高其导电性能。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

本实施例提供了一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，其中，镀锡层的厚度为50nm，合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金0.5％，银0.003％，铝0.001％，纳米硅粉0.1％，氮化钛粉体(平均粒径20nm)0.8％，锰0.3％，镧0.05％，余量为铜。

上述配方中的金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均要求大于99.99％。

与此同时，本实施例还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入K-DHM-600型真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.5MPa，接着以30℃/min的升温速度升温至800℃，再以50℃/min的升温速度升温至1300℃，保温20min，保温期间用氮化硼棒每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液置于零下30℃环境下进行冷却处理，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入CXM-CVV型真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至300℃保温3h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至800℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.5MPa，并将温度提升至1300℃，保温30min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.0MPa，随即利用真空连续铸造设备通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为8mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1500℃的退火温度下退火6h，再于700℃的退火温度下退火10h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于450℃条件下保温6h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以350m/min的拉拔速度拉制成3mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于550℃条件下保温4h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以250m/min的拉拔速度拉制成0.8mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于650℃条件下保温2h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以150m/min的拉拔速度拉制成0.1mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于750℃条件下保温1h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以70m/min的拉拔速度拉制成0.018mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为8％的硫酸清洗30s，第二次用乙醇-水混合溶液(由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成)清洗15s，第三次用去离子水清洗10s，清洗后置于180℃的环境下烘干，烘干后的合金拉丝表面氧化皮清理彻底，无腐蚀现象；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以13μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于180℃的环境下烘干14h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

其中，镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉(细度50nm，纯度99.9)和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.0％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为15％；浸镀液在使用前需要先用震动器震动10min；

助镀液则包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂(由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成)2.0％，松香2.0％，苯酚0.1％，余量为醇溶剂(乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:1的体积比混合而成)；

此步骤模具的清洗至关重要，因此在镀锡前需先用清水将长管形模具清洗干净，清洗后，需用高倍显微镜观察，确保没有残留的污渍堵在模孔内，以免影响镀层的厚度和镀膜质量。

S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装，得到含金的键合镀锡合金线。

实施例2：

本实施例提供了一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，其中，镀锡层的厚度为65nm，合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金1.2％，银0.006％，铝0.0025％，纳米硅粉0.5％，氮化钛粉体(平均粒径20nm)1.2％，锰0.4％，镧0.08％，余量为铜。

上述配方中的金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均要求大于99.99％。

与此同时，本实施例还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入K-DHM-600型真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.65MPa，接着以35℃/min的升温速度升温至900℃，再以55℃/min的升温速度升温至1400℃，保温25min，保温期间用氮化硼棒每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液置于零下30℃环境下进行冷却处理，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入CXM-CVV型真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至400℃保温2.5h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至900℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.65MPa，并将温度提升至1400℃，保温25min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.1MPa，随即利用真空连续铸造设备通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为10mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1400℃的退火温度下退火8h，再于600℃的退火温度下退火18h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于400℃条件下保温8h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以380m/min的拉拔速度拉制成4mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于500℃条件下保温6h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以280m/min的拉拔速度拉制成1.0mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于600℃条件下保温4h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以180m/min的拉拔速度拉制成0.2mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于700℃条件下保温2h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以85m/min的拉拔速度拉制成0.025mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为12％的硫酸清洗25s，第二次用乙醇-水混合溶液(由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成)清洗20s，第三次用去离子水清洗15s，清洗后置于190℃的环境下烘干，烘干后的合金拉丝表面氧化皮清理彻底，无腐蚀现象；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以14μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于190℃的环境下烘干13h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

其中，镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉(细度50nm，纯度99.9)和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.5％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为18％；浸镀液在使用前需要先用震动器震动10min；

助镀液则包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂(由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成)2.5％，松香2.5％，苯酚0.2％，余量为醇溶剂(乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:1的体积比混合而成)；

此步骤模具的清洗至关重要，因此在镀锡前需先用清水将长管形模具清洗干净，清洗后，需用高倍显微镜观察，确保没有残留的污渍堵在模孔内，以免影响镀层的厚度和镀膜质量。

S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装，得到含金的键合镀锡合金线。

实施例3：

本实施例提供了一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，其中，镀锡层的厚度为80nm，合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金1.5％，银0.009％～0.009％，铝0.005％，纳米硅粉0.8％，氮化钛粉体(平均粒径20nm)1.5％，锰0.5％，镧0.1％，余量为铜。

上述配方中的金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均要求大于99.99％。

与此同时，本实施例还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入K-DHM-600型真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.8MPa，接着以40℃/min的升温速度升温至1000℃，再以60℃/min的升温速度升温至1500℃，保温30min，保温期间用氮化硼棒每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液置于零下30℃环境下进行冷却处理，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入CXM-CVV型真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至500℃保温2h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至1000℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.8MPa，并将温度提升至1500℃，保温30min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.2MPa，随即利用真空连续铸造设备通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为12mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1300℃的退火温度下退火12h，再于500℃的退火温度下退火24h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于450℃条件下保温7h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以400m/min的拉拔速度拉制成5mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于530℃条件下保温5h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以300m/min的拉拔速度拉制成1.3mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于630℃条件下保温3h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以200m/min的拉拔速度拉制成0.3mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于730℃条件下保温1.5h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以100m/min的拉拔速度拉制成0.030mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为15％的硫酸清洗20s，第二次用乙醇-水混合溶液(由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成)清洗25s，第三次用去离子水清洗20s，清洗后置于200℃的环境下烘干，烘干后的合金拉丝表面氧化皮清理彻底，无腐蚀现象；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以15μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于200℃的环境下烘干12h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

其中，镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉(细度50nm，纯度99.9)和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为2.0％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为20％；浸镀液在使用前需要先用震动器震动10min；

助镀液则包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂(由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成)3.0％，松香3.0％，苯酚0.3％，余量为醇溶剂(乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:1的体积比混合而成)；

此步骤模具的清洗至关重要，因此在镀锡前需先用清水将长管形模具清洗干净，清洗后，需用高倍显微镜观察，确保没有残留的污渍堵在模孔内，以免影响镀层的厚度和镀膜质量。

S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装，得到含金的键合镀锡合金线。

对比例：

对比例1～3是提高铜合金线力学性能和表面抗氧化性的常规改良方法，采用该方法分别拉制直径为0.018mm，0.025mm和0.030mm的铜合金线，具体如下：

对比例1：

该铜合金线包括以下重量百分比的成分：

钙0.0005％，铈0.0003％，锑0.0001％，余量为铜

(1)、按铜、钙、铈和锑按照上述质量百分比投入熔化炉中熔化，得到合金铜液，最后将合金铜液冷却，得合金坯料；

(2)、将合金坯料加入熔化炉中，升温至730℃下保温20min，然后再升温至1380℃熔化，得到合金铜液；

(3)、保温：将步骤2所得合金铜液在720℃下保温15min；

(4)、连铸连轧成铜合金杆、拉丝机拉制成铜合金单线，控制润滑温度不高于90℃；

(5)、时效热处理，将铜合金单线送入350℃热处理炉中，处理4h，再送入250℃热处理炉中，保温处理3h；最后，送入沸水中处理2h；

(6)、镀锡：将铜合金单线置于化学镀液中进行化学镀锡处理，化学镀液的温度为65℃，处理时间15min后置于150℃的环境下烘干；

其中，化学镀液的配方为：甲基磺酸亚锡19g/L，乙二胺四乙酸钠180g/L，甘油9g/L，适量水，加一定量的硫酸使镀液的pH值为2。

(7)、将镀锡后的铜合金单线绕制成捆后包装，得到直径为0.018mm的铜合金线。

对比例2：

该铜合金线包括以下重量百分比的成分：

钙0.0008％，铈0.0005％，锑0.00015％，余量为铜

(1)、按铜、钙、铈和锑按照上述质量百分比投入熔化炉中熔化，得到合金铜液，最后将合金铜液冷却，得合金坯料；

(2)、将合金坯料加入熔化炉中，升温至730℃下保温20min，然后再升温至1380℃熔化，得到合金铜液；

(3)、保温：将步骤2所得合金铜液在720℃下保温15min；

(4)、连铸连轧成铜合金杆、拉丝机拉制成铜合金单线，控制润滑温度不高于90℃；

(5)、时效热处理，将铜合金单线送入350℃热处理炉中，处理4h，再送入250℃热处理炉中，保温处理3h；最后，送入沸水中处理2h；

(6)、镀锡：将铜合金单线置于化学镀液中进行化学镀锡处理，化学镀液的温度为65℃，处理时间15min后置于150℃的环境下烘干；

其中，化学镀液的配方为：甲基磺酸亚锡19g/L，乙二胺四乙酸钠180g/L，甘油9g/L，适量水，加一定量的硫酸使镀液的pH值为2。

(7)、将镀锡后的铜合金单线绕制成捆后包装，得到直径为0.025mm的铜合金线。

对比例3：

该铜合金线包括以下重量百分比的成分：

钙0.001％，铈0.0007％，锑0.0002％，余量为铜

(1)、按铜、钙、铈和锑按照上述质量百分比投入熔化炉中熔化，得到合金铜液，最后将合金铜液冷却，得合金坯料；

(2)、将合金坯料加入熔化炉中，升温至730℃下保温20min，然后再升温至1380℃熔化，得到合金铜液；

(3)、保温：将步骤2所得合金铜液在720℃下保温15min；

(4)、连铸连轧成铜合金杆、拉丝机拉制成铜合金单线，控制润滑温度不高于90℃；

(5)、时效热处理，将铜合金单线送入350℃热处理炉中，处理4h，再送入250℃热处理炉中，保温处理3h；最后，送入沸水中处理2h；

(6)、镀锡：将铜合金单线置于化学镀液中进行化学镀锡处理，化学镀液的温度为65℃，处理时间15min后置于150℃的环境下烘干；

其中，化学镀液的配方为：甲基磺酸亚锡19g/L，乙二胺四乙酸钠180g/L，甘油9g/L，适量水，加一定量的硫酸使镀液的pH值为2。

(7)、将镀锡后的铜合金单线绕制成捆后包装，得到直径为0.030mm的铜合金线。

对比例4：

对比例4是根据实施例2设计的方案，与实施例2相比，对比例4的合金线本体配方中不添加氮化钛粉体，其他成分、添加量以及制备方法均与实施例2相同，具体方案如下为：

对比例4提供一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，其中，镀锡层的厚度为65nm，合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金1.2％，银0.006％，铝0.0025％，纳米硅粉1.7％，锰0.4％，镧0.08％，余量为铜。

上述配方中的金，银，铝，纳米硅粉，锰，镧和铜的纯度均要求大于99.99％。

与此同时，本实施例还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，锰，镧和铜放入K-DHM-600型真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.65MPa，接着以35℃/min的升温速度升温至900℃，再以55℃/min的升温速度升温至1400℃，保温25min，保温期间用氮化硼棒每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液置于零下30℃环境下进行冷却处理，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入CXM-CVV型真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至400℃保温2.5h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至900℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.65MPa，并将温度提升至1400℃，保温25min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.1MPa，随即利用真空连续铸造设备通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为10mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1400℃的退火温度下退火8h，再于600℃的退火温度下退火18h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于400℃条件下保温8h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以380m/min的拉拔速度拉制成4mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于500℃条件下保温6h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以280m/min的拉拔速度拉制成1.0mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于600℃条件下保温4h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以180m/min的拉拔速度拉制成0.2mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于700℃条件下保温2h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以85m/min的拉拔速度拉制成0.025mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为12％的硫酸清洗25s，第二次用乙醇-水混合溶液(由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成)清洗20s，第三次用去离子水清洗15s，清洗后置于190℃的环境下烘干，烘干后的合金拉丝表面氧化皮清理彻底，无腐蚀现象；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以14μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于190℃的环境下烘干13h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

其中，镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉(细度50nm，纯度99.9)和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.5％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为18％；浸镀液在使用前需要先用震动器震动10min；

助镀液则包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂(由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成)2.5％，松香2.5％，苯酚0.2％，余量为醇溶剂(乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:1的体积比混合而成)；

此步骤模具的清洗至关重要，因此在镀锡前需先用清水将长管形模具清洗干净，清洗后，需用高倍显微镜观察，确保没有残留的污渍堵在模孔内，以免影响镀层的厚度和镀膜质量。S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装，得到含金的键合镀锡合金线。

对比例5：

对比例5是根据实施例2设计的方案，与实施例2相比，对比例5的合金线本体配方中不添加纳米硅粉，其他成分、添加量以及制备方法均与实施例2相同，具体方案如下为：

对比例5提供一种含金的键合镀锡合金线，该合金线包括合金线本体以及包裹在合金线本体外表面的镀锡层，其中，镀锡层的厚度为65nm，合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金1.2％，银0.006％，铝0.0025％，氮化钛粉体(平均粒径20nm)1.7％，锰0.4％，镧0.08％，余量为铜。

上述配方中的金，银，铝，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均要求大于99.99％。

与此同时，本实施例还提供了一种制备上述含金的键合镀锡合金线的方法，该方法包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入K-DHM-600型真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.65MPa，接着以35℃/min的升温速度升温至900℃，再以55℃/min的升温速度升温至1400℃，保温25min，保温期间用氮化硼棒每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液置于零下30℃环境下进行冷却处理，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入CXM-CVV型真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至400℃保温2.5h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至900℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.65MPa，并将温度提升至1400℃，保温25min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.1MPa，随即利用真空连续铸造设备通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为10mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1400℃的退火温度下退火8h，再于600℃的退火温度下退火18h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于400℃条件下保温8h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以380m/min的拉拔速度拉制成4mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于500℃条件下保温6h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以280m/min的拉拔速度拉制成1.0mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于600℃条件下保温4h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以180m/min的拉拔速度拉制成0.2mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于700℃条件下保温2h，然后再通过BF-6WDM型拉丝机以85m/min的拉拔速度拉制成0.025mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为12％的硫酸清洗25s，第二次用乙醇-水混合溶液(由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成)清洗20s，第三次用去离子水清洗15s，清洗后置于190℃的环境下烘干，烘干后的合金拉丝表面氧化皮清理彻底，无腐蚀现象；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以14μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于190℃的环境下烘干13h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

其中，镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉(细度50nm，纯度99.9)和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.5％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为18％；浸镀液在使用前需要先用震动器震动10min；

助镀液则包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂(由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成)2.5％，松香2.5％，苯酚0.2％，余量为醇溶剂(乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:1的体积比混合而成)；

此步骤模具的清洗至关重要，因此在镀锡前需先用清水将长管形模具清洗干净，清洗后，需用高倍显微镜观察，确保没有残留的污渍堵在模孔内，以免影响镀层的厚度和镀膜质量。S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装，得到含金的键合镀锡合金线。

性能测试：

为验证本发明的技术效果，分别以实施例1～3和对比例1～5为试验对象，对它们进行表面形貌观察、力学性能和电学性能测试：

1、表面形貌观察

用扫描电镜(SEM，S4700，Hitachi,Japan)分别观察实施例1～3和对比例1～5中的合金线的表面形貌，结果发现，实施例1～3、对比例4～5中合金线的表面平整光滑，镀层均匀、致密，几乎没有瑕疵；而对比例1～3中的合金线的表面有较多凸凹不平，镀层的均匀性和致密性均比实施例1～3、对比例4～5的差。可见，本发明的浸镀锡技术明显优于化学镀锡技术。

2、力学性能测试：

由于在键合线键合过程中，键合线的工作条件非常复杂，尤其对于高速自动键合机上的键合线，因此，要求键合线具有更高的破断力和伸长率。对于键合线来说，其破断力和延伸率对键合线键合的质量起关键作用，具有高的破断力和延伸率的键合线更有利于键合。

为了解实施例1～3和对比例1～5中的合金线的破断力和延伸率，以判断它们的键合性能。本试验采用YG001B型单纤维电子强力仪，分别测量实施例1～3和对比例1～5中的合金线的破断力和延伸率，测量结果如表1所示。

由表1可以看出，实施例1～3、对比例4～5中的合金线的破断力、伸长率均超过对比例1～3中的合金线，力学性能更好，对于键合线来说，具有高的破断力和伸长率更有利于键合，因此，实施例1～3、对比例4～5中的合金线具有更加优异的键合性能，其力学性能指标更满足应用需求。

此外，通过实施例2和对比例4～5中的合金线的破断力和延伸率可以看出，纳米硅粉和氮化钛粉体的共同存在对合金线的力学性能起到协同强化的作用，比纳米硅粉或氮化钛粉体的单独使用起到更好的改性效果，可以大大增强合金线的力学性能。

表1实施例1～3和对比例1～3中的合金线的力学性能和电学性能测试结果

3、电学性能测试

依照JB/T8134-1997和JB/T8640-1997标准，对实施例1～3和对比例1～5中的合金线的电阻性能进行测试，试样的标距应为1000mm，试验温度为20℃。采用QJ-44型直流双臂电桥进行电阻测量，并通过以下公式计算出电阻率，测量结果如表1所示。

p＝RL/S＝4RL/πd²

其中，p为合金线的电阻率，单位为Ω·m；R是所测合金线的电阻，单位为Ω；L为所测合金线的长度，单位为m；d为合金线直径，单位为m。

由表1可以看出，实施例1～3、对比例4～5中的合金线的电阻率均低于对比例1～3中的合金线，电学性能更佳，可见实施例1～3、对比例4～5中的合金线具有更好的导电性能。

此外，通过实施例2和对比例4～5中的合金线的电阻率可以看出，纳米硅粉和氮化钛粉体共同使用与纳米硅粉或氮化钛粉体的单独使用对合金线导电性能的改性效果影响不大。

以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含金的键合镀锡合金线，其特征在于：包括合金线本体以及包裹在所述合金线本体外表面的镀锡层，所述合金线本体由以下重量百分比的原料制成：

金0.5％～1.5％，银0.003％～0.009％，铝0.001％～0.005％，纳米硅粉0.1％～0.8％，氮化钛粉体0.8％～1.5％，锰0.3％～0.5％，镧0.05％～0.1％，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的一种含金的键合镀锡合金线，其特征在于：所述镀锡层的厚度为50～80nm。

3.根据权利要求1所述的一种含金的键合镀锡合金线，其特征在于：所述金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜的纯度均大于99.99％。

4.一种制备权利要求1所述的含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、合金坯料的制备：将金，银，铝，纳米硅粉，氮化钛粉体，锰，镧和铜放入真空电弧炉中，先抽真空，使真空电弧炉内的真空度大于1×10^-2Pa，然后往其中通入氩气使真空电弧炉内的气压到达0.5～0.8MPa，接着以30～40℃/min的升温速度升温至800～1000℃，再以50～60℃/min的升温速度升温至1300～1500℃，保温20～30min，保温期间每隔10min搅拌一次，得到合金金属液，最后将合金金属液冷却，得合金坯料；

S2、合金金属杆的制备：将合金坯料放入真空连续铸造设备的氮化硼坩埚内，先升温至300～500℃保温2～3h，然后抽真空使坩埚内的真空度高于3×10^-2Pa，继续升温，使温度升至800～1000℃后停止抽真空，接着往坩埚内通入氩气使坩埚内的气压到达0.5～0.8MPa，并将温度提升至1300～1500℃，保温20～30min后得到合金金属液，最后继续通入氩气使坩埚内的气压到达1.0～1.2MPa，随即通过间歇拉铸的方式拉制形成直径为8～12mm大小的合金金属杆；

S3、退火处理：在真空条件下对S2步骤中制备得到的合金金属杆进行退火处理，先在1300～1500℃的退火温度下退火6～12h，再于500～700℃的退火温度下退火10～24h；

S4、粗拉制：先将退火处理后的合金金属杆置于400～450℃条件下保温6～8h，然后再通过拉丝机拉制成3～5mm的合金拉丝；

S5、中拉制：先将S4步骤中制得的合金拉丝置于500～550℃条件下保温4～6h，然后再通过拉丝机拉制成0.8～1.3mm的合金拉丝；

S6、细拉制：先将S5步骤中制得的合金拉丝置于600～650℃条件下保温2～4h，然后再通过拉丝机拉制成0.1～0.3mm的合金拉丝；

S7、微细拉制：先将S6步骤中制得的合金拉丝置于700～750℃条件下保温1～2h，然后再通过拉丝机拉制成0.018～0.030mm的合金拉丝；

S8、表面清洗：微细拉制结束后立即对S7步骤中制得的合金拉丝进行三次清洗，第一次用体积分数为8％～15％的硫酸清洗20～30s，第二次用乙醇-水混合溶液清洗15～25s，第三次用去离子水清洗10～20s，清洗后置于180～200℃的环境下烘干；

S9、镀锡处理：根据镀锡层的厚度选择合适孔径的长管形模具，将清洗烘干后的待镀合金拉丝穿插在长管形模具内，然后用医用针管以13-15μL/min的速度将镀锡液注入长管形模具内，注满后将长管形模具，置于180～200℃的环境下烘干12～14h，烘干拆模后得到镀锡合金拉丝；

所述镀锡液的配制方法为：将锡纳米粉和辛烷基酚聚氧乙烯醚相继溶解于助镀液中，使锡纳米粉的质量分数为1.0％～2.0％，并且使辛烷基酚聚氧乙烯醚的体积分数为15％～20％；

所述助镀液包括以下体积百分比的成分：

表面活性剂2.0％～3.0％，松香2.0％～3.0％，苯酚0.1％～0.3％，余量为醇溶剂；

S10、包装：将镀锡后的合金拉丝绕制成捆后进行真空包装，得到含金的键合镀锡合金线。

5.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：S4步骤中所述的粗拉制的拉拔速度为350～400m/min。

6.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：S5步骤中所述的中拉制的拉拔速度为250～300m/min。

7.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：S6步骤中所述的细拉制的拉拔速度为150～200m/min。

8.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：S7步骤中所述的细拉制的拉拔速度为70～100m/min。

9.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：所述乙醇-水混合溶液由无水乙醇和去离子水按照无水乙醇：去离子水＝1:2的体积比混合而成。

10.根据权利要求4所述的一种制备含金的键合镀锡合金线的方法，其特征在于：所述表面活性剂由脂肪族二元酸、芳香酸和丁二酸按照脂肪族二元酸：芳香酸：丁二酸＝1:1:2的体积比混合而成，所述醇溶剂为乙醇和异丙醇按照乙醇：异丙醇＝1:3的体积比混合而成。