一种封装用键合金丝及其制备方法与应用与流程

本发明属于键合金丝加工，尤其涉及一种可应用于高端封装的键合金丝，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术：

1、键合引线是半导体封装的关键基础材料之一，其作为芯片与外部电路的主要连接材料进行信号传输，起着芯片与外部电路之间的电流传导作用。键合引线按照其线材的材质成分不同，通常可以分为键合金丝、键合银丝、键合铜丝、键合铝丝和合金丝等。但是，从应用稳定性以及高可靠性角度而言，键合金丝一直是高端封装市场的青睐对象。目前，高端封装用键合金丝仍处于受制于人的阶段，大部分市场份额仍被日本田中、德国贺利氏、韩国明凯益等键合丝生产商所垄断，国内企业份额较低。

2、另外，随着最近几年半导体元器件应用场景条件的日益恶劣化和多样化，对键合金丝能承受键合过程中机械应力和温度影响的要求越来越苛刻。尤其是随着电子产品功能的日益复杂化，各类电子产品除了在功能上需要大幅度提升，在成本的驱动下，超薄化、微小化也是近年来主流的发展趋势。因此，具有高强度且能实现长跨度、低弧度的高可靠性键合金丝的研制备受关注。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可应用于高端封装的键合金丝，所述键合金丝具有较高的拉断力和较长的延伸率，并具有优异的机械性能，较短的热影响区，应用性能更优；

2、本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述键合金丝的制备方法及其应用。

3、为解决上述技术问题，本发明所述的一种封装用键合金丝，所述键合金丝以其总量计，主体au含量为99.9-99.99wt％，并添加60-180ppm的微量元素；

4、所述微量元素包括ca、la、mg、pd、cu和gd元素的混合物。

5、具体的，所述封装用键合金丝，所述微量元素中，所述ca、la、mg、pd、cu和gd元素的添加量彼此独立的为10-30ppm。

6、具体的，所述封装用键合金丝，所述微量元素中：

7、所述ca元素的添加量为15-25ppm；和/或，

8、所述la元素的添加量为15-25ppm；和/或，

9、所述mg元素的添加量为10-15ppm；和/或，

10、所述pd元素的添加量为20-25ppm；和/或，

11、所述cu元素的添加量为10-15ppm；和/或，

12、所述gd元素的添加量为15-25ppm。

13、本发明还公开了一种制备所述封装用键合金丝的方法，包括如下步骤：

14、(1)中间合金加工：分别取选定的所述微量元素与部分所述金原料进行第一次混合熔炼，分别得到不同元素的母合金；继续将所述母合金与所述金原料混合并进行第二次混合熔炼，得到中间合金；

15、(2)熔铸工艺：按照选定的配比量，将所述中间合金与所述金原料进行第三次混合熔炼，并经拉铸工艺得到金铸棒材；

16、(3)拉拔工艺：将所述金铸棒材进行拉拔处理，得到所需直径的键合金丝；

17、(4)退火工艺：将所述键合金丝进行退火处理；

18、(5)复绕工艺：将处理后的所述键合金丝进行复绕至线轴，即得。

19、具体的，所述封装用键合金丝的制备方法，所述步骤(1)中，所述中间合金加工步骤还包括将所述母合金经加工-轧制-剪裁得到母合金片的步骤，和/或，将所述中间合金经加工-轧制-剪裁得到中间合金片的步骤；

20、优选的，所述第一次混合熔炼步骤中，控制所述微量元素占所述母合金量的1-3wt％；

21、优选的，所述第二次混合熔炼步骤中，控制所述微量元素占所述中间合金量的0.8-1.2wt％。

22、具体的，所述封装用键合金丝的制备方法，所述步骤(2)中，所述第三次混合熔炼步骤为真空熔炼，优选进行真空熔炼1-3次；

23、优选的，所述拉铸工艺包括下拉式连续拉铸工艺；

24、优选的，所述金铸棒材的直径为6-10mm。

25、具体的，所述封装用键合金丝的制备方法，所述步骤(3)中，所述拉拔处理步骤还包括将所述金铸棒材进行拉拔表面剥皮处理的步骤；

26、优选的，所述拉拔处理步骤为多道拉拔工艺。

27、具体的，所述封装用键合金丝的制备方法，所述步骤(4)中，所述退火处理步骤的温度为480-550℃、收线速度为60-80m/min、张力值为0.8-1.7g。

28、具体的，所述封装用键合金丝的制备方法，所述步骤(5)中，所述复绕工艺的速度为600-700rpm、张力值为1.0-1.5g。

29、本发明还公开了所述封装用键合金丝或所述方法制备得到的封装用键合金丝用于键合引线的用途。

30、本发明所述封装用键合金丝，其中金主体含量为：99.9-99.99wt％，通过添加适量的ca、la、mg、pd、cu和gd微量元素，并通过调整上述微量元素的不同添加量，有效增强了键合金丝的机械性能，提高了拉断力的同时延伸率也有一定提高，实现高强度、长跨度的键合金丝性能；并且在烧球键合过程中，有效缩短键合金丝的热影响区，实现低弧度的封装需求。另外，通过冷热冲击测试显示，所述键合金丝的可靠性有效提高，可广泛应用于闪存、高端射频、车载封装等领域，尤其为应用在车载用品等恶劣环境中奠定了良好基础。

31、本发明所述封装用键合金丝，在进行原料优化的实验中，充分考虑了各微量元素的原子半径、电负性、固溶度等因素，尤其是着重调研了合金元素对键合金丝加工工艺性能及使用性能的影响，利用各微量元素之间的协同作用，在提高了机械性能的同时更有效提高键合金丝的再结晶温度，较高的再结晶温度可以保证金属材料不易在高温情况下发生晶粒的再生长和重组，更能保证金属丝的稳定性，也使得在高温键合时，可以拥有更短的热影响区，从而实现低弧封装。

32、本发明所述封装用键合金丝，在高纯金中添加ca元素，能够改变金的晶格，可以实现固溶强化和沉淀强化，从而提高金的强度；添加的la元素可抑制再结晶形核长大，可与mg元素配合作用，促进晶粒组织得到细化，增强键合金丝成品的机械性能，另外，la元素可以有效提高键合过程中的成球性；而pd元素的添加可与金形成无限互溶固溶体，主要发挥固溶强化作用，提高金的强度，同时可以保证金的耐蚀性和耐热性；cu元素可与金完全固溶，同样可以发挥固溶强化的作用，从宏观上可以提高键合金丝的强度；gd元素可偏聚在晶界，钉扎晶界，阻止晶粒的长大，提高强度，在宏观上可以提高金的再结晶温度，促使键合金丝热影响区的变短。

33、本发明提供的高端封装用键合金丝通过对键合金丝配方的探索与尝试，在保证键合金丝原料高纯度(99.999wt％)的基础上，通过加入多元少量的元素研制出了强度明显提高、热影响区短的高可靠性键合金丝，提高键合金丝拉断力的同时实现较长的延伸率。与市面上售卖的大部分键合金丝相比，具有更好的抗拉强度，同时具有更高的延伸率，在键合应用过程中，具有较短的热影响区，可以实现低弧、长跨度封装，应用性能更优。本发明所述键合金丝可应用于高端封装领域，包括但不限于闪存、高端射频以及车载用品等，打破了国内依赖进口产品的封锁。

34、本发明提供的高端封装用键合金丝的加工方法，包括中间合金的制备、熔铸工艺、拉拔工艺、退火工艺、复绕工艺及后续的成品包装；其中，

35、所述中间合金的加工步骤，将上述微量元素分别与金混合熔炼，经过车加工→轧制→清洗剪裁至母合金片，将不同元素的母合金片与金混合再次熔炼制成中间合金铸锭，对中间合金铸锭进行车加工→轧制→清洗剪裁成中间合金片。通过此种方式制备的中间合金，可有效减少元素的偏析，提高合金含量的均匀性，利用多遍车加工和清洗可有效去除制作过程中带入的杂质；

36、所述熔铸成金铸棒的步骤，可以将不同元素的中间合金片与5n金混合进行真空熔炼1-3遍、通过下拉式连续拉铸工艺获得成分均匀，直径为8mm的金铸棒材；

37、所述拉拔工艺，不仅可以将制的金铸棒材经大拉处理，在拉拔过程中使用表面剥皮装置，除去有缺陷和脏污的表层，得到表面光洁无划痕的金线坯；并且进一步将经过表面处理后的丝材进行多道拉拔，直至拉拔到所需直径的键合金丝；

38、所述退火工艺，将拉至所需线径的键合金丝在一定张力、温度和速度下进行退火处理，消除硬化，恢复塑性；

39、所述复绕工艺，将退火处理后的键合金丝以一定的张力和速度定尺绕至成品线轴。

40、本发明所述键合金丝的制备方法，通过在中间合金制作过程中加入了车加工→轧制→清洗相关步骤，有效减少了元素的偏析，提高合金含量的均匀性，有效去除制作过程中带入的杂质，保证了键合金丝产品的批次间稳定性。

41、本发明所述键合金丝的制备方法，通过在拉拔过程中加入了扒皮装置，可在最大程度上去除金铸坯的表面缺陷，如皮下气孔、夹杂、机械损伤等，获得光洁一致的表面质量，提高可加工性能，使键合金丝产品的拉断力和延伸率更加稳定。