CN111593223A - 一种高含铂金属的银铂键合丝材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于键合丝材料的技术领域，涉及一种高含铂金属的银铂键合丝材及其制备工艺。所述银铂键合丝材的组成成分包括银、铂、铜、钙、铬、以及其它掺杂元素铟、镧、以及铱；采用银金属结合铂金属有助于增强线材的强度和伸长率的增加，拉力和推力方面均能满足相应的要求，具有较为优异的焊接性能以及机械性能，制备工艺过程中，采用合金分别熔铸，并进一步镀上一层铂银合金层，加之工艺上细化丝材以及相应的均匀化退火处理，形成一种弧度高、长跨度、拉力良好、推力大的键合材料，能够满足应用于直插式LED封装、分立器件、贴片封装以及普通集成电路封装的需求。

Description

一种高含铂金属的银铂键合丝材及其制备工艺
技术领域
本发明属于键合丝材料的技术领域，具体涉及一种高含铂金属的银铂键合丝材及其制备工艺。
背景技术
键合合金材料由于其较为优异的化学稳定性能，广泛应用于集成电路封装行业以及LED行业，经过多年的研究与发展，键合金丝材料的开发已趋于极限，现如今，性能优异且价格低廉的合金丝材料成为研发趋势。
而对于集成电路封装行业以及LED行业所用的原材料的要求越来越高，需要具有优异的力学性能、电学性能、抗氧化性能、键合性能等的特点。
键合金丝的价格昂贵，因此发展价格价格更低廉、性能好的新型键合丝来取代传统的键合金丝是键合丝行业目前的发展趋势，铜、银键合丝作为新型键合丝的代表，渗入研究其多元素掺杂、镀层及制备工艺能进一步扩大铜、银键合丝的应用范围。
银丝的成本低于金丝，其键合过程不需要保护气体，所以银丝成为了除铜丝以外替代金丝的另一种键合丝材料，随着电子封装高密度化、高速度化和小型化发展，铜和银键合材料逐渐取代金键合材料，而铜键合材料存在着硬度高、易氧化、工艺复杂等问题，银键合材料存在着抗拉强度低、银离子易迁移、高温抗氧化性能差以及易腐蚀等问题。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种高含铂金属的银铂键合丝材及其制备工艺，采用金属银结合金属铂，并掺杂其它微量元素，形成一种拉力良好、推力大、机械性能优异的键合材料。
本发明的技术内容如下：
本发明提供了一种高含铂金属的银铂键合丝材，所述银铂键合丝材的组成成分按质量分数计，包括银80～99％、铂20～1％、铜0.1～0.2％、钙0.10～0.35％、铬0.006～0.01％、其它掺杂元素0.01～0.02％；
所述其他掺杂元素包括铟0.003～0.008％、镧0.003～0.008％以及铱0.003～0.009％；
所述银的纯度≥99.99％，铂的纯度≥99.99％。
本发明还提供了一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取银和铂金属置于氢气氛围下，掺杂铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1170～1200℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取银、铜和铬金属在氩气氛围下，掺杂铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1700～1850℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取银、钙金属在氩气氛围下，掺杂镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2650～2830℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2240～2465℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为3～5mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
所述真空熔炼的真空压力为10-4～10-2Pa；
所述拉丝包括粗拉丝、中拉丝、细拉丝以及微细拉丝，粗拉丝使得线径为1～2mm，中拉丝使得线径为0.5～0.8mm，细拉丝使得线径为0.1～0.3mm，微细拉丝使得线径为0.01～0.3mm，所述拉丝的拉拔的速度控制在50～500m/min；
所述退火处理的操作包括，采用氢氮混合气作为退火气氛，将银铂键合丝材置于热处理炉中，温度为330～420℃，退火速度为 38～75m/min进行连续地退火处理。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明的高含铂金属的银铂键合丝材，采用银金属结合铂金属有助于增强线材的强度和伸长率的增加，拉力和推力方面均能满足相应的要求，具有较为优异的焊接性能以及机械性能，金属铬Cr有助于提升键合丝材的晶粒化程度，提高键合材料的力学性能以及机械性能，提高键合材料的弹性和强韧性；镧La、以及铱Ir等掺杂元素具有延展性，加入合成键合丝材有助于提高塑性和韧性，有助于键合工艺的稳定性和可靠性，铟In元素的掺杂具有提高银基键合材料的稳定性的作用；
本发明的高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺过程中，采用合金分别熔铸，加之工艺上细化丝材以及相应的均匀化退火处理，形成一种弧度高、长跨度、拉力良好、推力大的键合材料，能够满足应用于直插式LED封装、分立器件、贴片封装以及普通集成电路封装的需求。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取45％银和19.874％铂金属置于氢气氛围下，掺杂0.08％铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1170℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取20％银、0.05％铜和0.007％铬金属在氩气氛围下，掺杂0.003％铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1700℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取15％银、0.06％钙金属在氩气氛围下，掺杂0.003％镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2650℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2240℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为3mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
实施例2
一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取52％银和14.105％铂金属置于氢气氛围下，掺杂0.006％铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1170℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取21％银、0.2％铜和0.01％铬金属在氩气氛围下，掺杂0.007％铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1750℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取12.4％银、0.28％钙金属在氩气氛围下，掺杂0.008％镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2700℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2280℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为4mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
实施例3
一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取54％银和7.99％铂金属置于氢气氛围下，掺杂0.08％铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1180℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取25％银、0.2％铜和0.01％铬金属在氩气氛围下，掺杂0.007％铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1780℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取15.55％银、0.23％钙金属在氩气氛围下，掺杂0.007％镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2750℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2350℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为4mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
实施例4
一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取53％银和3.158％铂金属置于氢气氛围下，掺杂0.007％铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1180℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取24.5％银、0.16％铜和0.15％铬金属在氩气氛围下，掺杂0.005％铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1800℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取18.77％银、0.35％钙金属在氩气氛围下，掺杂0.006％镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2800℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2400℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为5mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
实施例5
一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺：
1)原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2)制备银铂合金：取55.40％银和1％铂金属置于氢气氛围下，掺杂0.08％铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1200℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3)制备银铜铬合金：取24.5％银、0.11％铜和0.006％铬金属在氩气氛围下，掺杂0.004％铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1850℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4)制备银钙合金：取19.87％银0.11％钙金属在氩气氛围下，掺杂0.005％镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2830℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5)拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2465℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为3～5mm的键合线材；
6)拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7)将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
上述实施例1～5的制备工艺过程中，所述真空熔炼的真空压力为 10-2～10-4Pa；
所述拉丝包括粗拉丝、中拉丝、细拉丝以及微细拉丝，粗拉丝使得线径为1～2mm，中拉丝使得线径为0.5～0.8mm，细拉丝使得线径为0.1～0.3mm，微细拉丝使得线径为0.01～0.3mm；
所述拉丝的拉拔的速度控制在50～500m/min；
所述退火处理的操作包括，采用氢氮混合气作为退火气氛，将银铂键合丝材置于热处理炉中，温度为330～420℃，退火速度为 38～75m/min进行连续地退火处理；
所述绕线采用专用绕线机，将键合丝定长绕制在两英寸直径的绕轴上，绕线速度控制在70～80m/min。
以下将实施例1～5得到的银铂键合丝材进行测试：
1.推力测试
将实施例1～5得到的银铂键合丝材进行破坏性推力试验，取线径φ＝0.023mm的合金线进行试验，采用推力器进行测试。
根据要求设定正极推力标准的标准≥30cN，实际正极推力值见表1(单位：cN)。
表1实际正极推力值
Figure RE-GDA0002556177030000081
Figure RE-GDA0002556177030000091
由表1可见，本发明实施例1～5所制得的银铂键合丝材的正极推力远大于标准，能够符合产品的实际应用要求。
根据实际要求设定负极推力标准的标准≥35cN，实际负极推力值见表1(单位：cN)。
表2实际负极推力值
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
第一次 51.74 52.42 49.85 55.42 53.3
第二次 54.46 49.5 57.03 48.82 56.32
第三次 48.49 51.17 50.25 52.03 52.85
由表1可见，本发明实施例1～5所制得的银铂键合丝材的正极推力远大于标准，能够符合产品的实际应用要求。
2.机械性能测试
将实施例1～5的银铂键合丝材进行机械强度以及衍射率的测试，所的结果如下：
表3机械性能数据
Figure RE-GDA0002556177030000092
Figure RE-GDA0002556177030000101
其中，机械强度标准值为≥6cN，延伸率标准为4～12％。
2.产品耐用测试
将合成的银铂键合丝材进行500个回合的冷热冲击，冷热冲击的条件为，首先在高温100℃的环境下保持15min，在常温下保持5min，在低温-40℃的环境下保持15min，LED未出现死灯问题；
合格的标准为300个回合冷热冲击不死灯，若超过300回合冷热冲击后出现死灯，即符合实际应用的使用标准，且在不出现死灯情况下，抗冷热冲击回合数越多，线材质量越好。
综上可知，本发明实施例制备的银铂键合丝材具有推力大、机械性能强、抗氧化性能强、在力学性能上能够适用于LED产品封装的应用，能够满足应用于直插式LED封装、分立器件、贴片封装以及普通集成电路封装的需求，且成本较低。

Claims (8)

1.一种高含铂金属的银铂键合丝材，其特征在于，所述银铂键合丝材的组成成分按质量分数计，包括银80~99%、铂20~1%、铜0.1~0.2%、钙0.10~0.35%、铬0.006~0.01%、其它掺杂元素0.01~0.02%。
2.由权利要求1所述的银铂键合丝材，其特征在于，所述银的纯度≥99.99%。
3.由权利要求1所述的银铂键合丝材，其特征在于，所述铂的纯度≥99.99%。
4.由权利要求1所述的银铂键合丝材，其特征在于，所述其他掺杂元素包括铟0.003~0.008%、镧0.003~0.008%以及铱0.003~0.009%。
5.一种高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺，特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
1）原料预处理：将金属原料清洗，烘干备用；
2）制备银铂合金：取银和铂金属置于氢气氛围下，掺杂铟元素，进行真空熔炼，熔融温度为1170~1200℃，水冷浇铸得到银铂合金；
3）制备银铜铬合金：取银、铜和铬金属在氩气氛围下，掺杂铱元素，进行真空熔炼，熔融温度为1700~1850℃，水冷浇铸得到银铜铬合金；
4）制备银钙合金：取银、钙金属在氩气氛围下，掺杂镧元素，进行真空熔炼，熔融温度为2650~2830℃，水冷浇铸得到银钙合金；
5）拉铸：将上述银铂合金、银铜铬合金、银钙合金在2240~2465℃下进行真空连续拉铸工艺，熔铸成直径为3~5mm的键合线材；
6）拉丝：将键合线材进行拉丝得到银铂键合丝；
7）将得到的银铂键合丝材进行退火处理，绕线，包装。
6.由权利要求5所述的高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺，特征在于，所述真空熔炼的真空压力为10-4~10-2Pa。
7.由权利要求5所述的高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺，特征在于，所述拉丝包括粗拉丝、中拉丝、细拉丝以及微细拉丝，粗拉丝使得线径为1~2 mm，中拉丝使得线径为0.5~0.8 mm，微细拉丝使得线径为0.01~0.3 mm，所述拉丝的拉拔的速度控制在50~500 m/min。
8.由权利要求5所述的高含铂金属的银铂键合丝材的制备工艺，特征在于，所述退火处理的操作包括，采用氢氮混合气作为退火气氛，将银铂键合丝材置于热处理炉中，温度为330~420℃，退火速度为38~75m/min进行连续地退火处理。
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