CN109003903A - 一种键合金丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种键合金丝，包括以下质量百分比的成分，1、黄金99～99.5％、铜0.300～0.55％、钯0.190～0.44％、银0.001～0.002％、镍0.0005～0.003％、铋0.0005～0.0015％、铍0.0005～0.001％、铈0.0005～0.001％、锌0.001～0.003％、镁0.001～0.002％、钙0.0005～0.002％、铝0.0002～0.0008％、铅0.0009～0.0035％。本发明生产的键合金丝由于钯与铜的作用，隔离里金铝化合物的产生，该键合金丝改变了传统键合金丝制造的观念，从传统的99.99％含金量键合丝，改进为为99％含金量线材，该键合金丝不仅提高了线材强度，超过4000小时使用，均未形成肯得尔空泡，球焊与电极间连接良好，确保了集成电路的使用寿命。

Description

一种键合金丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及键合金丝加工技术领域，具体是涉及一种键合金丝及其制备方法。
背景技术
键合金丝是用于集成电路或晶体管芯片管芯与引线框架连接的关键引线材料。近年来随着半导体行业的迅速发展，集成电路的集成化程度越来越高，电路板厚度越来越小，器件上的电极数越来越多，电极间距越来越窄，封装密度也相应变得越来越小，而键合丝为半导体中的重要配件，常作为微电子封装用内引线，是集成电路和半导体部件的重要基础材料，客观要求作为引线的键合金丝具有高强度、低长弧度和非常高的弧形稳定性等性能。
现有技术中一般键合金丝为99.99％含量，由于在键合后，芯片电极上的铝金属，会随着时间增加，电流作用及热能影响，与黄金生成金铝化合物，集成块使用时间越长，超过3000h，化合物越多，在球焊底部与电极间形成肯得尔空泡，造成开路，是集成电路失效损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题而提供了一种键合金丝，该键合金丝改变了传统键合金丝制造的观念，从传统的99.99％含金量键合丝，改进为为99％含金量线材，该键合金丝不仅提高了线材强度，同时提高了使用该线材后集成电路的寿命。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
一种键合金丝，包括以下质量百分比的成分，1、黄金99～99.5％、铜0.300～0.55％、钯0.190～0.44％、银0.001～0.002％、镍0.0005～0.003％、铋0.0005～0.0015％、铍0.0005～0.001％、铈0.0005～0.001％、锌0.001～0.003％、镁0.001～0.002％、钙0.0005～0.002％、铝0.0002～0.0008％、铅0.0009～0.0035％。
优选地，黄金99.5％、铜0.300％、钯0.190％、银0.001％、镍0.0005％、铋0.0005％、铍0.0005％、铈0.0008％、锌0.003％、镁0.002％、钙0.0005％、铝0.0002％、铅0.001％。
优选地，黄金99.4772％、铜0.301％、钯0.208％、银0.0015％、镍0.0013％、铋0.0008％、铍0.0008％、铈0.0007％、锌0.0025％、镁0.0014％、钙0.0012％、铝0.0004％、铅0.0032％。
优选地，黄金99.193％、铜0.45％、钯0.34％、银0.002％、镍0.003％、铋0.001％、铍0.001％、铈0.001％、锌0.002％、镁0.0015％、钙0.0015％、铝0.0005％、铅0.0035％。
所述的键合金丝的制备方法，包括以下步骤：
1)使用电弧炉，将所述黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，将黄金与铜熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成铜金合金；
2)使用电弧炉，将黄金与纯钯，放入电弧炉中，使用氩气保护，将黄金与钯熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯金合金；
3)将铜金合金与钯金合金，放入电弧炉中，使用氩气保护，将合金熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯铜金合金；
4)然后将金铜钯合金放入连铸炉里，添加其它微量元素，铸造金棒；
5)其后将合金棒进行拉丝加工，加工目标尺寸线材；
6)将拉丝成品，经连续退火炉退火，达到国标性能要求；
7)将退火线材，按需求绕线加工，最终检验。
优选地，所述步骤1)至3)中黄金与铜、钯溶解以及铜金合金与钯金合金溶解的温度为1200℃。
优选地，所述步骤4)中制成88mm直径金棒。
优选地，所述步骤5)中拉丝过程中的模具延伸率为5％～18％，拉丝速度为3～15m/s。
优选地，所述步骤6)退火温度为300～600℃，退火速度为0.3～1.2m/s。
优选地，所述步骤7)绕丝张力为5～20g，绕丝速度为400～800rpm。
本发明的有益效果：现有技术一般键合金丝为99.99％含量，由于在键合后，芯片电极上的铝金属，会随着时间增加，电流作用及热能影响，与黄金生成金铝化合物，集成块使用时间越长，超过3000h，化合物越多，在球焊底部与电极间形成肯得尔空泡，造成开路，是集成电路失效损坏。而采用此发明生产的键合金丝由于钯与铜的作用，隔离里金铝化合物的产生，即使超过4000小时使用，均未形成肯得尔空泡，球焊与电极间连接良好，确保了集成电路的使用寿命。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明公开了一种键合金丝，包括以下质量百分比的成分，黄金99～99.5％、铜0.300～0.55％、钯0.190～0.44％、银0.001～0.002％、镍0.0005～0.003％、铋0.0005～0.0015％、铍0.0005～0.001％、铈0.0005～0.001％、锌0.001～0.003％、镁0.001～0.002％、钙0.0005～0.002％、铝0.0002～0.0008％、铅0.0009～0.0035％。
该键合金丝的制备工艺包括以下步骤：
1)使用电弧炉，按上述质量百分比的黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，将黄金与铜熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成铜金合金；
2)使用电弧炉，按上述质量百分比的黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，黄金与钯熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯金合金；
3)将上述铜金合金与钯金合金，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，将合金熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成：钯铜金合金；
4)将金铜钯合金放入连铸炉里，添加微量元素铜、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、镁、钙、铝，铸造金棒，制成8mm直径金棒，
5)将熔铸的金棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径。拉丝过程中的模具延伸率为5％～18％，拉丝速度为3～15m/s。
6)拉丝的成品线传到退火工序退火，根据炉温参考值设定退火炉加热温度，打开润湿液开关使润湿液缓慢滴出，根据直径要求设定相应的退火速度，退火温度为300～600℃，退火速度为0.3～1.2m/s。将拉丝成品，经连续退火炉退火，达到国标性能要求；
7)将退火后的键合金丝缠绕于收线轴进行分卷，根据不同客户的要求选择不用绕线的程序，设置相应的张力，其中绕丝张力为5～20g，绕丝速度为400～800rpm。最终经检验后作为产品销售。
实施例1
本实施例的键合金丝，包括以下质量百分比的成分，黄金99％、铜0.55％、钯0.44％、银0.0012％、镍0.0006％、铋0.0015％、铍0.0005％、铈0.0005％、锌0.001％、镁0.001％、钙0.002％、铝0.0008％、铅0.0009％。
该键合金丝的制备工艺，包括以下步骤：
1)使用电弧炉，按上述质量百分比的黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，将黄金与铜熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成铜金合金；
2)使用电弧炉，按上述质量百分比的黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，黄金与钯熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯金合金；
3)将上述铜金合金与钯金合金，放入电弧炉中，使用氩气保护，在1200℃下，将合金熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成：钯铜金合金；
4)将金铜钯合金放入连铸炉里，添加微量元素铜、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、镁、钙、铝，铸造金棒，制成8mm直径金棒，
5)将熔铸的金棒在拉丝机上逐步拉细，直至要求的直径。至50-16微米线材，拉丝过程中的模具延伸率为5％～18％，拉丝速度为3～15m/s。
6)拉丝的成品线传到退火工序退火，根据炉温参考值设定退火炉加热温度，打开润湿液开关使润湿液缓慢滴出，根据直径要求设定相应的退火速度，退火温度为300～600℃，退火速度为0.3～1.2m/s。将拉丝成品，经连续退火炉退火，达到国标性能要求；
7)将退火后的键合金丝缠绕于收线轴进行分卷，单轴长度可分为500m，1000m,2000m，5000m，根据不同客户的要求选择不用绕线的程序，设置相应的张力，其中绕丝张力为5～20g，绕丝速度为400～800rpm。最终经检验后作为产品销售。
实施例2
本发明公开了一种键合金丝，包括以下质量百分比的成分，黄金99.5％、铜0.300％、钯0.190％、银0.001％、镍0.0005％、铋0.0005％、铍0.0005％、铈0.0008％、锌0.003％、镁0.002％、钙0.0005％、铝0.0002％、铅0.001％。
本实施例的键合金丝的制备方法与实施例1相同，在此不做描述。
实施例3
本实施例的键合金丝，包括以下质量百分比的成分，黄金99.193％、铜0.45％、钯0.34％、银0.002％、镍0.003％、铋0.001％、铍0.001％、铈0.001％、锌0.002％、镁0.0015％、钙0.0015％、铝0.0005％、铅0.0035％。
本实施例的键合金丝的制备方法与实施例1相同，在此不做描述。
实施例4
本实施例的键合金丝，包括以下质量百分比的成分，黄金99.4772％、铜0.301％、钯0.208％、银0.0015％、镍0.0013％、铋0.0008％、铍0.0008％、铈0.0007％、锌0.0025％、镁0.0014％、钙0.0012％、铝0.0004％、铅0.0032％。
本实施例的键合金丝的制备方法与实施例1相同，在此不做描述。
性能测试
将本实施例1至4制备的键合金丝与常规18μm直径线材进行性能测试，结果如表1所示：
从表1可知，由本发明制备的键合金丝的性能具有高强度、低长弧长的优点，且优于普通的键合金丝。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种键合金丝，其特征在于，包括以下质量百分比的成分，黄金99～99.5％、铜0.300～0.55％、钯0.190～0.44％、银0.001～0.002％、镍0.0005～0.003％、铋0.0005～0.0015％、铍0.0005～0.001％、铈0.0005～0.001％、锌0.001～0.003％、镁0.001～0.002％、钙0.0005～0.002％、铝0.0002～0.0008％、铅0.0009～0.0035％。
2.根据权利要求1所述的键合金丝，其特征在于，包括以下质量百分比的成分，黄金99.5％、铜0.300％、钯0.190％、银0.001％、镍0.0005％、铋0.0005％、铍0.0005％、铈0.0008％、锌0.003％、镁0.002％、钙0.0005％、铝0.0002％、铅0.001％。
3.根据权利要求1所述的键合金丝，其特征在于，包括以下质量百分比的成分，黄金99.4772％、铜0.301％、钯0.208％、银0.0015％、镍0.0013％、铋0.0008％、铍0.0008％、铈0.0007％、锌0.0025％、镁0.0014％、钙0.0012％、铝0.0004％、铅0.0032％。
4.根据权利要求1所述的键合金丝，其特征在于，包括以下质量百分比的成分，黄金99.193％、铜0.45％、钯0.34％、银0.002％、镍0.003％、铋0.001％、铍0.001％、铈0.001％、锌0.002％、镁0.0015％、钙0.0015％、铝0.0005％、铅0.0035％。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用电弧炉，所述黄金与纯铜，放入电弧炉中，使用氩气保护，将黄金与铜熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成铜金合金；
2)使用电弧炉，将黄金与纯钯，放入电弧炉中，使用氩气保护，将黄金与钯熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯金合金；
3)将铜金合金与钯金合金，放入电弧炉中，使用氩气保护，将合金熔解，充分搅拌后，在保护气体状态下，关闭加热系统，使其自然冷却，固化后制作成钯铜金合金；
4)然后将金铜钯合金放入连铸炉里，添加其它微量元素，铸造金棒；
5)其后将合金棒进行拉丝加工，加工目标尺寸线材；
6)将拉丝成品，经连续退火炉退火，达到国标性能要求；
7)将退火线材，按需求绕线加工，最终检验。
6.根据权利要求5所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1)至3)中黄金与铜、钯溶解以及铜金合金与钯金合金溶解的温度为1200℃。
7.根据权利要求5所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中制成88mm直径金棒。
8.根据权利要求5所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中拉丝过程中的模具延伸率为5％～18％，拉丝速度为3～15m/s。
9.根据权利要求5所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤6)退火温度为300～600℃，退火速度为0.3～1.2m/s。
10.根据权利要求5所述的键合金丝的制备方法，其特征在于，所述步骤7)绕丝张力为5～20g，绕丝速度为400～800rpm。
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