CN114318051B - 一种不同材质的多层环状键合丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及键合丝技术领域，公开了一种不同材质的多层环状键合丝，该多层环状键合丝由丝芯和环丝芯设置的若干合金层组成，丝芯含有Cu、Au、Ag和Pt，合金层含有Cu、Au、Ag、Pt、Al、Ti、Pd、Si和B。相比于现有单一结构的键合丝，本发明的合金层由内向外各层中各元素之间的占比差距变小，合金化程度越来越高，强度逐层增加，但丝芯的占比远高于所有合金层之和，合金层相当于丝芯的增强覆层，不影响键合丝的拉伸，在拉伸时合金层强度高，丝芯延展性好，这两个因素共同作用，能够制备出内外均一度好，表面微观缺陷少，性能稳定的键合丝。

Description

一种不同材质的多层环状键合丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及键合丝技术领域，尤其涉及一种不同材质的多层环状键合丝及其制备方法。

背景技术

键合丝作为一种重要的封装材料，对其各项指标的精度要求很高。键合丝的成型要经过多级拉铸工艺，比如将棒材经单模粗拉从8mm拉到1mm需要经过25-30个模具，每批次持续时间2.5-3.5小时，属于冷加工，对合金的要求既要保证足够的强度还需具备足够的延展性。

现有键合丝多为单一合金的均相结构，拉伸特性接近主元素金属，在前期的成分设计时可预估拉伸性能，但由于长时间的拉铸过程中无法保证坯材在设备上处处受力均一，总会不可避免地出现应力集中或者受力偏移的情况，出现上述异常拉伸情况时，坯材外部和内部的受力不均匀，由于坯材内外均一的合金结构，会出现局部过拉的情况，从而产生微裂痕，影响键合丝的性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种不同材质的多层环状键合丝，该键合丝由键合丝丝芯和以丝芯圆心为共同圆心的多层环状合金层组成，丝芯由Cu、Au、Ag和Pt四种元素组成，合金层由Cu、Au、Ag、Pt、Al、Ti、Pd、Si和B组成。按重量百分比计，丝芯的各元素组成为：Cu 5-95％、Au 2-10％、Ag 2-90％和Pt 1-5％，合金层的的各元素组成为Cu 5-95％、Au 2-10％、Ag 2-90％、Pt 1-5％、Al 0.2-5％、Ti 0.1-3％、Pd 0.5-2％、Si 0.1-1％和B 0.1-0.5％。

本发明多层环状键合丝以丝芯的核心元素可以分为铜键合丝或者银键合丝。作为铜键合丝时，丝芯各元素的组成为：Cu 70-95％、Au 2-10％、Ag 2-8％和Pt 1-5％，由丝芯向外的合金层，Cu的含量逐层降低，Au和Ag含量逐层增加；作为银键合丝时，丝芯各元素的组成为：Cu 5-30％、Au 2-10％、Ag 45-90％和Pt 1-5％，由丝芯向外的合金层，Au和Ag含量逐层增加。

本发明多层环状键合丝的合金层为2-5层，越外层的占比越低，具体地：

合金层为2层，丝芯的重量占比为88-92％，内层合金层的重量占比为5-9％，外层合金层的重量占比为1-5％；

合金层为3层，丝芯的重量占比为76-84％，内层合金层的重量占比为7-15％，中间层合金层的重量占比为2-10％，外层合金层的重量占比为1-5％；

合金层为4层，丝芯的重量占比为65-70％，内层合金层的重量占比为12-18％，次内层合金层的重量占比为5-10％，次外层合金层的重量占比为3-7％，外层合金层的重量占比为1-3％；

合金层为5层，丝芯的重量占比为58-62％，内层合金层的重量占比为16-20％，次内层合金层的重量占比为10-15％，中间层合金层的重量占比为2-10％，次外层合金层的重量占比为2-4％，外层合金层的重量占比为1-2％。

现有单一结构的键合丝在较长时间的细拉过程中，由于内部和外部所受拉力的区别，键合丝内部和表面拉伸的线速度是不同步的，并且键合丝表面和设备之间的摩擦力使得表面容易出现微观缺陷。相比于现有单一结构的键合丝，本发明的合金层由内向外各层中各元素之间的占比差距变小，合金化程度越来越高，强度逐层增加，但丝芯的占比远高于所有合金层之和，合金层相当于丝芯的增强覆层，不影响键合丝的拉伸，在拉伸时合金层强度高，丝芯延展性好，这两个因素共同作用，能够制备出内外均一度好，表面微观缺陷少，性能稳定的键合丝。

本发明多层环状键合丝的制备方包括以下步骤：1)按丝芯和合金层的合金配比分别配制合金原材料混合物，60-80℃烘干2-4h后分别置入真空熔融炉中熔融，备用；2)分别将各熔融炉链接到带有环状出料口的注塑机，注塑成型制得具有多层环状结构的合金柱坯件；3)将步骤2)所得合金柱坯件在惰性气体保护下200℃-450℃以20-100mm/min的速度挤压成直径为40-80mm、长度为200-300mm的圆柱锭；4)将步骤3)所得圆柱锭冷拉至所需细度。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种二层环状铜芯键合丝，由内部的丝芯和外部的2层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)和外层合金层(标记2)各元素组成以及每部分的重量占比如下所示：

实施例2

一种三层环状铜芯键合丝，由内部的丝芯和外部的3层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、中间层层合金层(标记2)和外层合金层(标记3)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例3

一种四层环状铜芯键合丝，由内部的丝芯和外部的4层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、次内层合金层(标记2)、次外层合金层(标记3)和外层合金层(标记4)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例4

一种五层环状铜芯键合丝，由内部的丝芯和外部的5层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、次内层合金层(标记2)、中间层合金层(标记3)、次外层合金层(标记4)和外层合金层(标记5)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例5

一种二层环状银芯键合丝，由内部的丝芯和外部的2层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)和外层合金层(标记2)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例6

一种三层环状银芯键合丝，由内部的丝芯和外部的3层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、中间层层合金层(标记2)和外层合金层(标记3)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例7

一种四层环状银芯键合丝，由内部的丝芯和外部的4层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、次内层合金层(标记2)、次外层合金层(标记3)和外层合金层(标记4)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例8

一种五层环状银芯键合丝，由内部的丝芯和外部的5层环状合金层组成，按重量百分比计，丝芯(标记0)、内层合金层(标记1)、次内层合金层(标记2)、中间层合金层(标记3)、次外层合金层(标记4)和外层合金层(标记5)各元素组成以及每部分的占比如下所示：

实施例1-8的多层环状键合丝的制备方包括以下步骤：1)按丝芯和合金层的合金配比分别配制合金原材料混合物，60-80℃烘干2-4h后分别置入真空熔融炉中熔融，备用；2)分别将各熔融炉链接到带有环状出料口的注塑机，注塑成型制得具有多层环状结构的合金柱坯件；3)将步骤2)所得合金柱坯件在惰性气体保护下200℃-450℃以20-100mm/min的速度挤压成直径为40-80mm、长度为200-300mm的圆柱锭；4)将步骤3)所得圆柱锭冷拉至所需细度。

对比例1-8分别为实施例1-8的丝芯，制备方法为：按配比配制合金原材料混合物，60-80℃烘干2-4h后置入真空熔融炉中熔融，备用；2)将熔融炉链接注塑机，注塑成型制得合金柱坯件；3)将步骤2)所得合金柱坯件在惰性气体保护下200℃-450℃以20-100mm/min的速度挤压成直径为40-80mm、长度为200-300mm的圆柱锭；4)将步骤3)所得圆柱锭冷拉至所需细度。

将实施例1-8和对比例1-8所得键合丝进行拉伸实验，检测结果如表1所示。

表1.实施例1-8和对比例1-8所得键合丝的机械性能检测结果

从表1中的数据可以看出，相比于丝芯，多层环状的键合丝拉断力提升明显，且层数越多拉断力提升幅度越大，但延伸率降低程度有限。因此本发明多层环状键合丝在拉铸成型时，具有稳定的拉伸性，并且表面强度高，降低了拉铸成型时表面异常拉伸出现微裂痕的概率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种五层环状银芯键合丝，其特征在于，所述五层环状银芯键合丝由 内到外分别为丝芯、内层合金层、次内层合金层、中间层合金层、次外层合金层和外层合金层；

丝芯、内层合金层、次内层合金层、中间层合金层、次外层合金层和外层合金层的各元素重量百分比如下：

丝芯：Cu 10%、Au 2%、Ag 87%、Pt 1%；

内层合金层：Cu 16%、Au 4%、Ag 76%、Pt 1.5%、Al 1%、Ti 0.5%、Pd 0.5%、Si 0.3%、B0.2%；

次内层合金层：Cu 19%、Au 6%、Ag 68%、Pt 2%、Al 2%、Ti 1%、Pd 1%、Si 0.5%、B 0.5%；

中间层合金层：Cu 24%、Au 7%、Ag 60%、Pt 3%、Al 2.5%、Ti 1.5%、Pd 1%、Si 0.6%、B0.4%；

次外层合金层：Cu 27%、Au 8%、Ag 53%、Pt 4%、Al 3%、Ti 2.5%、Pd 1.5%、Si 0.7%、B0.3%；

外层合金层：Cu 30%、Au 10%、Ag 45%、Pt 5%、Al 4%、Ti 3%、Pd 2%、Si 0.5%、B 0.5%；

丝芯、内层合金层、次内层合金层、中间层合金层、次外层合金层和外层合金层在所述五层环状银芯键合丝中的重量占比分别为：丝芯60%、内层合金层17%、次内层合金层12%、中间层合金层7%、次外层合金层3%、外层合金层1%；

所述五层环状银芯键合丝的制备方法为：

1）按丝芯和合金层的合金配比分别配制合金原材料混合物，60-80℃烘 干2-4h后分别置入真空熔融炉中熔融，备用；

2）分别将各熔融炉链接到带有环状出料口的注塑机，注塑成型制得具 有多层环状结构的合金柱坯件；

3）将步骤 2）所得合金柱坯件在惰性气体保护下200℃-450℃以20-100mm/min 的速度挤压成直径为 40-80mm 、长度为200-300mm 的圆柱锭；

4） 将步骤 3）所得圆柱锭冷拉至所需细度。

2.一种如权利要求 1 所述的五层环状银芯键合丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按丝芯和合金层的合金配比分别配制合金原材料混合物，60-80℃烘 干2-4h后分别置入真空熔融炉中熔融，备用；

2）分别将各熔融炉链接到带有环状出料口的注塑机，注塑成型制得具 有多层环状结构的合金柱坯件；

3）将步骤 2）所得合金柱坯件在惰性气体保护下200℃-450℃以20-100mm/min 的速度挤压成直径为 40-80mm 、长度为200-300mm 的圆柱锭；

4） 将步骤 3）所得圆柱锭冷拉至所需细度。