CN111254311B - 一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法 - Google Patents

一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于键合金丝加工技术领域，尤其涉及一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法，包括金及合金添加剂，所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成；本发明制备的键合金丝，添加特定组分和含量的合金添加剂，合金添加剂能提高金丝拉伸强度，低键合金丝的弧度；添加剂的添加与合理配比使制备出的键合金丝在保证高强度的同时具有较好的低长弧度；本发明制得金丝的具有良好的拉伸强度、热传导率、电阻率及低长弧长；同时，采用单晶连铸法铸造后形成轴长晶，具有高的纯度和连续柱状晶组织，消除了横向晶界，避免了铸造缺陷，制得的金丝可以加工到6微米。

Description

一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法
技术领域
本发明属于键合金丝加工技术领域，尤其涉及一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法。
背景技术
键合是集成电路生产中的一步重要工序，是把电路芯片与引线框架连接起来的操作，键合金丝是半导体器件和集成电路组装时为使芯片内电路的输入/输出键合点与引线框架的内接触点之间实现电气链接而使用的微细金属丝内引线，键合效果的好坏直接影响集成电路的性能。
一般键合金丝，拉丝加工可拉性基本尚可，但目前国内、国际上能够实现批量化生产的键合金丝，最细为φ13微米，再细，也许实验室里有，但无法实现规模化生产。其主要是因为金丝配方不合理，金线在微细状态下无法保持的强度，造成拉丝断线。
随着电子技术的发展，芯片布丝越来越小，目前已经向3-5纳米进发。芯片小型化大计算量是发展趋势。但随着芯片的微细化，其芯片上焊盘尺寸也会相对缩小。键合金丝，其键合时，其焊球尺寸是线径的2.5倍，也就是说，当焊盘为15微米时，金线最大直径为φ6微米。因此，生产制造微细键合金丝势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的之一为提供一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.99-99.9985wt%，铜：0.0002-0.0010wt%,钒：0.0002-0.0008wt%，镁0.0001-0.0008wt%，钯：0.0001-0.0010wt%，银：0.0001-0.0010wt%，镍：0.00008-0.0007wt%，铋：0.00008-0.0007wt%，铍：0.00006-0.0005wt%，铈：0.00006-0.0005wt%，锌：0.00005-0.0005wt%，钇：0.00005-0.0005wt%，钙：0.00004-0.0005wt%，钆：0.00004-0.0005wt%，铝：0.00002-0.0005wt%，铅0.00002-0.0005wt%。
进一步地，所述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.99wt%，铜： 0.0010wt%,钒：0.0008wt%，镁0.0008wt%，钯： 0.0010wt%，银：0.0010wt%，镍：0.0007wt%，铋：0.0007wt%，铍：0.0005wt%，铈：0.0005wt%，锌：0.0005wt%，钇：0.0005wt%，钙：0.0005wt%，钆：0.0005wt%，铝：0.0005wt%，铅：0.0005wt%。
进一步地，所述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.995wt%，铜：0.0005wt%,钒：0.0004wt%，镁0.0004wt%，钯： 0.0005wt%，银：0.0005wt%，镍：0.0004wt%，铋：0.0004wt%，铍：0.0003wt%，铈：0.0003wt%，锌：0.0003wt%，钇：0.0002wt%，钙：0.0002wt%，钆：0.0002wt%，铝：0.0002wt%，铅：0.0002wt%。
进一步地，所述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.9985wt%，铜：0.0004wt%,钒：0.0003wt%，镁0.0001wt%，钯：0.0001wt%，银：0.0001wt%，镍：0.00008wt%，铋：0.00008wt%，铍：0.00006wt%，铈：0.00006wt%，锌：0.00005wt%，钇：0.00005wt%，钙：0.00004wt%，钆：0.00004wt%，铝：0.00002wt%，铅0.00002wt%。
本发明的目的之二为提供一种上述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝的制备方法，包括以下步骤：
（1）在惰性气体气氛下，将块状5N金原料及合金添加剂投入到电弧炉中进行加热熔化，得到金熔体，加热温度为1100-1300℃，其中合金添加剂的添加量≤90ppm；
（2）连铸：采用连铸设备，对步骤（1）中得到的金熔体进行连续铸造，得到金棒坯；
（3）拉丝：采用拉丝机对金棒坯依次进行粗拉丝、中拉丝、细拉丝、微拉丝、超细微拉丝，得到所需直径的键合金丝；
（4）退火：对拉丝后的键合金丝进行退火处理；
（5）绕线：将退火线材，按需求绕线加工；
（6）包装：将键合金丝放入包装盒内，抽真空，充入氮气保护性气体，完成包装并密封处理。
进一步地，所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成。
进一步地，所述合金添加剂中各组分的添加量为：铜1-50ppm、钒1-50ppm、镁1-50ppm、钯1-50ppm、银1-50ppm、镍0.3-10ppm、铋0.1-50ppm、铍0.3-50ppm、铈0.3-50ppm、锌0.5-50ppm、钇0.2-50ppm、钙0.4-50ppm、钆0.2-50ppm、铝0.22-50ppm、铅0.2-50ppm。
进一步地，所述步骤（2）中采用单晶连铸法，连续拉铸速度为 8mm/min-15mm/min。
进一步地，所述步骤（1）中的惰性气体为氩气。
进一步地，所述步骤（4）中退火温度为 300-600℃，退火速度为 0.5-1.5m/s。
本发明的技术效果和优点：
本发明制备的键合金丝，添加特定组分和含量的合金添加剂，本发明的合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成，合金添加剂能提高金丝拉伸强度，低键合金丝的弧度 ；添加剂的添加与合理配比使制备出的键合金丝在保证高强度的同时具有较好的低长弧度；本发明制得金丝的具有良好的拉伸强度、热传导率、电阻率及低长弧长；同时，采用单晶连铸法铸造后形成轴长晶，具有高的纯度和连续柱状晶组织，消除了横向晶界，避免了铸造缺陷，制得的金丝可以加工到6微米。
附图说明
图1为本发明采用间隙快速铸造法铸造后晶粒状态示意图；
图2为本发明单晶连铸法铸造后晶粒状态示意图；
图3为本发明金线拉丝加工至φ6微米时晶粒状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.99wt%，铜：0.0010wt%,钒：0.0008wt%，镁0.0008wt%，钯： 0.0010wt%，银：0.0010wt%，镍：0.0007wt%，铋：0.0007wt%，铍：0.0005wt%，铈：0.0005wt%，锌：0.0005wt%，钇：0.0005wt%，钙：0.0005wt%，钆：0.0005wt%，铝：0.0005wt%，铅：0.0005wt%。
上述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝的制备方法，包括以下步骤：
（1）在惰性气体气氛下，将块状5N金原料及合金添加剂投入到电弧炉中进行加热熔化，得到金熔体，加热温度为1100℃，其中合金添加剂的添加量≤90ppm；
（2）连铸：采用连铸设备，对步骤（1）中得到的金熔体进行连续铸造，得到金棒坯；
（3）拉丝：采用拉丝机对金棒坯依次进行粗拉丝、中拉丝、细拉丝、微拉丝、超细微拉丝，得到所需直径的键合金丝；
（4）退火：对拉丝后的键合金丝进行退火处理；
（5）绕线：将退火线材，按需求绕线加工；
（6）包装：将键合金丝放入包装盒内，抽真空，充入氮气保护性气体，完成包装并密封处理。
所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成。
所述步骤（2）中采用单晶连铸法，连续拉铸速度为 8mm/min。
所述步骤（1）中的惰性气体为氩气。
所述步骤（4）中退火温度为 300℃，退火速度为 0.5m/s
实施例2
一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，包括如下组分，金：99.995wt%，铜：0.0005wt%,钒：0.0004wt%，镁0.0004wt%，钯： 0.0005wt%，银：0.0005wt%，镍：0.0004wt%，铋：0.0004wt%，铍：0.0003wt%，铈：0.0003wt%，锌：0.0003wt%，钇：0.0002wt%，钙：0.0002wt%，钆：0.0002wt%，铝：0.0002wt%，铅：0.0002wt%。
上述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝的制备方法，包括以下步骤：
（1）在惰性气体气氛下，将块状5N金原料及合金添加剂投入到电弧炉中进行加热熔化，得到金熔体，加热温度为1200℃，其中合金添加剂的添加量≤90ppm；
（2）连铸：采用连铸设备，对步骤（1）中得到的金熔体进行连续铸造，得到金棒坯；
（3）拉丝：采用拉丝机对金棒坯依次进行粗拉丝、中拉丝、细拉丝、微拉丝、超细微拉丝，得到所需直径的键合金丝；
（4）退火：对拉丝后的键合金丝进行退火处理；
（5）绕线：将退火线材，按需求绕线加工；
（6）包装：将键合金丝放入包装盒内，抽真空，充入氮气保护性气体，完成包装并密封处理。
所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成。
所述步骤（2）中采用单晶连铸法，连续拉铸速度为 12mm/min。
所述步骤（1）中的惰性气体为氩气。
所述步骤（4）中退火温度为 450℃，退火速度为 1m/s
实施例3
一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，其特征在于：包括如下组分，金：99.9985wt%，铜：0.0004wt%,钒：0.0003wt%，镁0.0001wt%，钯：0.0001wt%，银：0.0001wt%，镍：0.00008wt%，铋：0.00008wt%，铍：0.00006wt%，铈：0.00006wt%，锌：0.00005wt%，钇：0.00005wt%，钙：0.00004wt%，钆：0.00004wt%，铝：0.00002wt%，铅0.00002wt%。
上述可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝的制备方法，包括以下步骤：
（1）在惰性气体气氛下，将块状5N金原料及合金添加剂投入到电弧炉中进行加热熔化，得到金熔体，加热温度为1300℃，其中合金添加剂的添加量≤90ppm；
（2）连铸：采用连铸设备，对步骤（1）中得到的金熔体进行连续铸造，得到金棒坯；
（3）拉丝：采用拉丝机对金棒坯依次进行粗拉丝、中拉丝、细拉丝、微拉丝、超细微拉丝，得到所需直径的键合金丝；
（4）退火：对拉丝后的键合金丝进行退火处理；
（5）绕线：将退火线材，按需求绕线加工；
（6）包装：将键合金丝放入包装盒内，抽真空，充入氮气保护性气体，完成包装并密封处理。
所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成。
所述步骤（2）中采用单晶连铸法，连续拉铸速度为15mm/min。
所述步骤（1）中的惰性气体为氩气。
所述步骤（4）中退火温度为600℃，退火速度为1.5m/s
对比例1
对比例1所用的原料与实施例1相同，但其制备过程中采用的是间隙快速铸造法，而非单晶连铸法；
图1为本发明采用间隙快速铸造法铸造后晶粒状态示意图，从图1可以看出，采用该铸造结晶方式易形成气孔，晶界上带有微观缺陷，内部有裂纹、凹坑、断裂等现象，如果用外力拉丝的话很容易拉断，不能生产足够长的键合丝产品，采用对比例1制得的金丝最多加工到18微米
图2为本发明单晶连铸法铸造后晶粒状态示意图，从图2可以看出，采用单晶连铸法铸造后形成轴长晶，具有高的纯度和连续柱状晶组织，消除了横向晶界，避免了铸造缺陷，此款金线显然比图1中的金线更利于拉丝加工；采用实施例1-3制得的金丝可以加工到6微米，图3为本发明金线拉丝加工至φ6微米时晶粒状态示意图。
对比例2
对比例2对实施例2的区别在于添加剂中不含钒；
对比例3
对比例3对实施例2的区别在于添加剂中钒的含量为0.0010wt%；
对比例4
对比例4对实施例2的区别在于添加剂中不含铋；
对比例5
对比例5对实施例2的区别在于添加剂中铋的含量为0.0008wt%；
对比例6
对比例6对实施例2的区别在于添加剂中不含钇；
对比例7
对比例7对实施例2的区别在于添加剂中钇的含量为0.0007wt%；
对比例8
对比例8对实施例2的区别在于添加剂中不含钆；
对比例9
对比例9对实施例2的区别在于添加剂中钆的含量为0.0007wt%；
本发明实施例1-3的键合金丝与对比例1-9的键合金丝性能比较（表1）
Figure 47039DEST_PATH_IMAGE002
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，且优于对比例1-9制备的键合金丝。可见，本发明的制备工艺单晶连铸法，明显优于采用间隙快速铸造法；并且添加剂中的组分种类（如钒、铋、钇、钆等）添加量都会对金丝的性能产生影响。

Claims (5)

1.一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，其特征在于：包括如下组分，金：99.99-99.9985wt%，铜：0.0002-0.0010wt%,钒：0.0002-0.0008wt%，镁0.0001-0.0008wt%，钯：0.0001-0.0010wt%，银：0.0001-0.0010wt%，镍：0.00008-0.0007wt%，铋：0.00008-0.0007wt%，铍：0.00006-0.0005wt%，铈：0.00006-0.0005wt%，锌：0.00005-0.0005wt%，钇：0.00005-0.0005wt%，钙：0.00004-0.0005wt%，钆：0.00004-0.0005wt%，铝：0.00002-0.0005wt%，铅0.00002-0.0005wt%。
2.根据权利要求1所述的一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，其特征在于：包括如下组分，金：99.99wt%，铜： 0.0010wt%,钒：0.0008wt%，镁0.0008wt%，钯： 0.0010wt%，银：0.0010wt%，镍：0.0007wt%，铋：0.0007wt%，铍：0.0005wt%，铈：0.0005wt%，锌：0.0005wt%，钇：0.0005wt%，钙：0.0005wt%，钆：0.0005wt%，铝：0.0005wt%，铅：0.0005wt%。
3.根据权利要求1所述的一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，其特征在于：包括如下组分，金：99.995wt%，铜：0.0005wt%,钒：0.0004wt%，镁0.0004wt%，钯： 0.0005wt%，银：0.0005wt%，镍：0.0004wt%，铋：0.0004wt%，铍：0.0003wt%，铈：0.0003wt%，锌：0.0003wt%，钇：0.0002wt%，钙：0.0002wt%，钆：0.0002wt%，铝：0.0002wt%，铅：0.0002wt%。
4.根据权利要求1所述的一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝，其特征在于：包括如下组分，金：99.9985wt%，铜：0.0004wt%,钒：0.0003wt%，镁0.0001wt%，钯：0.0001wt%，银：0.0001wt%，镍：0.00008wt%，铋：0.00008wt%，铍：0.00006wt%，铈：0.00006wt%，锌：0.00005wt%，钇：0.00005wt%，钙：0.00004wt%，钆：0.00004wt%，铝：0.00002wt%，铅0.00002wt%。
5.一种如权利要求1所述的一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在惰性气体气氛下，将块状5N金原料及合金添加剂投入到电弧炉中进行加热熔化，得到金熔体，加热温度为1100-1300℃，其中合金添加剂的添加量≤90ppm；
（2）连铸：采用连铸设备，对步骤（1）中得到的金熔体进行连续铸造，得到金棒坯；
（3）拉丝：采用拉丝机对金棒坯依次进行粗拉丝、中拉丝、细拉丝、微拉丝、超细微拉丝，得到所需直径的键合金丝；
（4）退火：对拉丝后的键合金丝进行退火处理；
（5）绕线：将退火线材，按需求绕线加工；
（6）包装：将键合金丝放入包装盒内，抽真空，充入氮气保护性气体，完成包装并密封处理；
所述合金添加剂由铜、钒、镁、钯、银、镍、铋、铍、铈、锌、钇、钙、钆、铝、铅组成；
所述步骤（2）中采用单晶连铸法，连续拉铸速度为 8mm/min-15mm/min；
所述步骤（1）中的惰性气体为氩气；
所述步骤（4）中退火温度为 300-600℃，退火速度为 0.5-1.5m/s。
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