CN109055800A - 一种键合金线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种键合金线，由质量百分含量的以下各组分组成：铍0.0001％‑0.010％、铁0.0001％‑0.0010％、硅0.0001％‑0.001％，不可避免的其它杂质元素总量0.0001％‑0.01％，余量为金；制备方法为：(1)熔炼；(2)粗中拉；(3)细拉；(4)退火；(5)复绕；(6)包装。本发明制备工艺能够满足键合材料各方面力学性能并能提供更好键合性能，且操作简便，使加工材料获得优良力学性能的键合金线的制备工艺，满足实际使用要求。

Description

一种键合金线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种键合金线及其制备方法，属于半导体封装的引线材料及其生产工艺技术领域。
背景技术
键合金线条是一种具备优异电气、导热、机械性能以及化学稳定性极好的内引线材料，主要作为半导体关键的封装材料(键合金丝、框架、塑封料、焊锡球、高密度封装基板、导电胶等)。在LED封装中起到一个导线连接的作用，将芯片表面电极和支架连接起来，当导通电流时，电流通过金线进入芯片，使芯片发光。目前，现有技术中键合金线及金线的制备工艺存在如下缺陷：由于小晶片LED封装用键合金线线径较细，对于微细线材加工而言，原材料的致密性和一致性是影响微细拉丝的关键，拉丝过程的中间热处理及拉丝模具是影响微细线材加工的重要因素；因此，优化金键合线的组份，提高金键合线的强度及抗腐蚀性能，改善熔炼键合金线技术，确保金组织及性能一致，采用适当中间热处理并优化拉丝模具、完善微细金线制造方法，对于加快金线在小晶片LED封装中的应用具有重要意义。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种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金线，且操作简便，能使加工材料获得优良力学性能的键合金线的制备工艺，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种键合金线，由质量百分含量的以下各组分组成：铍0.0001％-0.010％、铁0.0001％-0.0010％、硅0.0001％-0.001％，不可避免的其它杂质元素总量0.0001％-0.01％，余量为金。
具体地，所述键合金线的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)熔炼：通过将微量元素铍Be、铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，进行加温混合，做出8mm的金棒；
步骤(2)粗中拉：
(2.1)粗拉工序：通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；
(2.2)中拉工序：通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率；
步骤(5)复绕：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度；
步骤(6)包装：通过真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)中所述进行加温混合的温度控制在1200-2200℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中所述退火温度为850-1050℃，退火时间为12-32小时。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中所述退火还包括一个中间去应力退火，所述中间去应力退火的温度为150-650℃，时间为8-12小时。
作为上述技术方案的改进，经过中间去应力退火处理的键合金线在随后的复绕过程中的保证其不发生任何变形量。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
(1)本发明的键合金线在组分中加入了铍、铁、硅元素，改善了合金的综合性能；具体包括：硬度、刚性、电导率、热导率、延展性、导热性及可调节金合金的力学性能和封装性能及可塑性。
(2)本发明的键合金线的制备方法，通过模具挤压实现粗拉和细拉两道工序，极大提高了金合金的成型质量，使得键合性能几乎接近纯金线，降低了经济成本。
(3)在制备好金合金之后通过均匀退火工艺，可使得金合金中的各元素均匀分布，从而提高产品的力学性能。
(4)本发明的键合金线的制备方法，在拉制过程中根据实际需要进行中间去应力退火，可进一步消除在产品内部存在的应力集中，提高产品的成品率并最终提高产品的力学性能。
附图说明
图1为本发明所述键合金线制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
实施例1(以制备直径20μm的键合金线为准)：
键合金线各组分质量百分比含量如下：铍0.0001％、铁0.0001％、硅0.0001％，不可避免的其它杂质元素总量0.0001％，余量为金。
制备工艺如下：步骤(1)熔炼：称量好各微量元素，将微量元素铍Be、铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，置入真空炉熔炼坩埚中，抽真空至10ˉ3Pa后回充氩气至真空炉内微正压，进行加温混合(所述进行加温混合的温度控制在1200℃)，制得金液浇注入模具，做出8mm的金棒；步骤(2)粗中拉：(2.1)粗拉工序：将8mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；(2.2)中拉工序：将1mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：对金合金制成的0.1mm金棒进行真空环状水幕方式迅速冷却，再通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm(具体地，所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准)；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率，所述退火温度为850℃，退火时间为12小时(由金的化学性质很稳定，退火处理过程中不需要采用真空或保护气)；其中，所述退火还包括一个中间去应力退火(经过中间去应力退火处理的键合金线在随后复绕过程中保证其不发生任何变形量)，中间去应力退火的温度为150℃，时间为8小时；
步骤(5)复绕和包装：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度，其以500+5m米为单轴键合金线长度，进行复绕分装，分装好的金线置入塑料包装盒内，并连同塑料包装盒(包装盒内放置有干燥剂)一起放入封装塑料袋中。
下述表格1为实施例1的元素组分含量及相关的工艺条件制得的键合金线的性能实验数据：
实施例2(以制备直径20μm的键合金线为准)：
键合金线各组分质量百分比含量如下：铍0.00505％、铁0.00055％、硅0.00055％，不可避免的其它杂质元素总量0.00505％，余量为金。
制备工艺如下：步骤(1)熔炼：称量好各微量元素，将微量元素铍Be、铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，置入真空炉熔炼坩埚中，抽真空至10ˉ3Pa后回充氩气至真空炉内微正压，进行加温混合(所述进行加温混合的温度控制在1700℃)，制得金液浇注入模具，做出8mm的金棒；步骤(2)粗中拉：(2.1)粗拉工序：将8mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；(2.2)中拉工序：将1mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：对金合金制成的0.1mm金棒进行真空环状水幕方式迅速冷却，再通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm(具体地，所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准)；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率，所述退火温度为1000℃，退火时间为22小时(由金的化学性质很稳定，退火处理过程中不需要采用真空或保护气)；其中，所述退火还包括一个中间去应力退火(经过中间去应力退火处理的键合金线在随后的复绕过程中的保证其不发生任何变形量)，中间去应力退火的温度为400℃，时间为10小时；
步骤(5)复绕和包装：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度，其以500+5m米为单轴键合金线长度，进行复绕分装，分装好的金线置入塑料包装盒内，并连同塑料包装盒(包装盒内放置有干燥剂)一起放入封装塑料袋中。
下述表格2为实施例2的元素组分含量及相关的工艺条件制得的键合金线的性能实验数据：
实施例3(以制备直径20μm的键合金线为准)：
键合金线各组分质量百分比含量如下：铍0.010％、铁0.0010％、硅0.001％，不可避免的其它杂质元素总量0.01％，余量为金。
制备工艺如下：步骤(1)熔炼：称量好各微量元素，将微量元素铍Be、铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，置入真空炉熔炼坩埚中，抽真空至10ˉ3Pa后回充氩气至真空炉内微正压，进行加温混合(所述进行加温混合的温度控制在2200℃)，制得金液浇注入模具，做出8mm的金棒；步骤(2)粗中拉：(2.1)粗拉工序：将8mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；(2.2)中拉工序：将1mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：对金合金制成的0.1mm金棒进行真空环状水幕方式迅速冷却，再通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm(具体地，所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准)；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率，所述退火温度为2200℃，退火时间为32小时(由金的化学性质很稳定，退火处理过程中不需要采用真空或保护气)；其中，所述退火还包括一个中间去应力退火(经过中间去应力退火处理的键合金线在随后的复绕过程中的保证其不发生任何变形量)，中间去应力退火的温度为650℃，时间为12小时；
步骤(5)复绕和包装：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度，其以500+5m米为单轴键合金线长度，进行复绕分装，分装好的金线置入塑料包装盒内，并连同塑料包装盒(包装盒内放置有干燥剂)一起放入封装塑料袋中。
下述表格3为实施例3的元素组分含量及相关的工艺条件制得的键合金线的性能实验数据：
实施例4(以制备直径20μm的键合金线为准，缺少微量元素铍)：
键合金线各组分质量百分比含量如下：铍0.00505％、铁0.00055％、硅0.00055％，不可避免的其它杂质元素总量0.00505％，余量为金。
制备工艺如下：步骤(1)熔炼：称量好各微量元素，将微量元素铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，置入真空炉熔炼坩埚中，抽真空至10ˉ3Pa后回充氩气至真空炉内微正压，进行加温混合(所述进行加温混合的温度控制在1700℃)，制得金液浇注入模具，做出8mm的金棒；步骤(2)粗中拉：(2.1)粗拉工序：将8mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；(2.2)中拉工序：将1mm的金棒继续置入真空炉熔炼坩埚中进行加温(抽真空至10ˉ3Pa回充氩气至真空炉内微正压)至熔融状态，通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：对金合金制成的0.1mm金棒进行真空环状水幕方式迅速冷却，再通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm(具体地，所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准)；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率，所述退火温度为900℃，退火时间为20小时(由金的化学性质很稳定，退火处理过程中不需要采用真空或保护气)；其中，所述退火还包括一个中间去应力退火(经过中间去应力退火处理的键合金线在随后的复绕过程中的保证其不发生任何变形量)，中间去应力退火的温度为370℃，时间为8.5小时；
步骤(5)复绕和包装：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度，其以500+5m米为单轴键合金线长度，进行复绕分装，分装好的金线置入塑料包装盒内，并连同塑料包装盒(包装盒内放置有干燥剂)一起放入封装塑料袋中。
下述表格4为实施例4的元素组分含量及相关的工艺条件制得的键合金线的性能实验数据(缺少其它微量元素同理)：
将上述实施例1、实施例2、实施例3与实施例4对比，可看出：上述微量元素的加入，是影响键合金线性能的关键因素之一。
此外，从表1、表2、表3中的实测性能数据可以看出，在本发明的键合金线的成分和含量的范围之内，配合其制备工艺，所制备的键合金线的相关性能达到一个最佳的状态，完全能满足大规模及超大规模集成电路封装的要求。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种键合金线，其特征在于：由质量百分含量的以下各组分组成：铍0.0001％-0.010％、铁0.0001％-0.0010％、硅0.0001％-0.001％，不可避免的其它杂质元素总量0.0001％-0.01％，余量为金。
2.根据权利要求1所述一种键合金线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)熔炼：通过将微量元素铍Be、铁Fe、硅Si、不可避免的其它杂质元素加至原料金中(添加元素在10PPM以下)，进行加温混合，做出8mm的金棒；
步骤(2)粗中拉：
(2.1)粗拉工序：通过模具挤压将8mm金棒拉伸成1mm；
(2.2)中拉工序：通过模具挤压将1mm金棒拉伸成0.1mm；
步骤(3)细拉：通过模具挤压将0.1mm金棒拉伸成0.018mm-0.050mm；
步骤(4)退火：通过热处理达到客户要求的断裂负荷和延伸率；
步骤(5)复绕：通过绕线设备将线材绕成客户要求的长度；
步骤(6)包装：通过真空包装，配合包装盒、干燥剂进行包装。
3.根据权利要求2所述一种键合金线的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述进行加温混合的温度控制在1200-2200℃。
4.根据权利要求2所述一种键合金线的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述细拉工序是以达到客户要求的直径为准。
5.根据权利要求2所述一种键合金线的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述退火温度为850-1050℃，退火时间为12-32小时。
6.根据权利要求5所述一种键合金线的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述退火还包括一个中间去应力退火，所述中间去应力退火的温度为150-650℃，时间为8-12小时。
7.根据权利要求6所述一键合金线的制备方法，其特征在于：经过中间去应力退火处理的键合金线在随后的复绕过程中的保证其不发生任何变形量。
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