一种超细铝合金导体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超微细铝合金导体及其制备方法。本发明专利技术与现有技术相比，根据本发明专利技术实施例的超细铝合金导体，采用多元素进行合金化，进行中间合金颗粒化制备添加，综合运用高温快速熔铝、电磁搅拌等技术，分区控温定向凝固、连铸连轧、多道次拉制与热处理工艺，能够制备耐腐蚀性能优异、蠕变抗力大，并且在长度方向上具有优异的强度和导电性能的铝合金导体；在提高键合可靠性的同时，显著降低封装成本。

Superfine aluminum alloy conductor and preparation method thereof

The invention relates to a super fine aluminum alloy conductor and a preparation method thereof. Compared with the prior art, the superfine Aluminum Alloy conductor according to embodiments of the present invention, using multi elements alloying, adding intermediate alloy particles were prepared, using high temperature rapid melting and electromagnetic stirring technology, temperature controlling method of directional solidification, casting and rolling, a plurality of drawing and heat treatment can be used preparation of excellent corrosion resistance, creep resistance, Aluminum Alloy conductor and has excellent strength and conductivity in the length direction; in improving the bonding reliability at the same time, significantly reduce the packaging cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，涉及一种铝合金导体及其制备方法，尤其涉及一种超细铝合金导体及其制备方法。
技术介绍
键合丝常用于连接如射频功率晶体管等微电子器件的芯片，是半导体分立器件和集成电路封装必须的基础材料，广泛应用于半导体分立器件(晶体管、二极管、三极管、发光二极管、LED等)和集成电路的封装。作为芯片与框架之间的引线，为实现稳定、可靠的连接，键合丝须具备以下主要特性：键合丝应具有较大的单位体积导电率，焊接点电阻应尽量小，焊接点在芯片和晶片中所占用的空间和焊接所需要的间隙也应尽量小；键合丝应具有良好的强度、延展性和抗蠕变特性、焊接性能和抗腐蚀性能。现有键合丝主要有金丝、铜丝和铝丝三种。金丝化学性能稳定；焊性能好，键合工艺简单，但是其机械性能差，在高端封装日趋高密度、小体积的情况下，易出现歪丝、塌丝等问题。耐温度冲击性能差，且对表面清洁度很敏感，温度高时，会由于硬而脆的金铝中间相化合物发生合金裂化的问题引起脱键，易造成元件劣化；同时高昂的价格大幅提高了封装成本。铜丝的导电性能和导热性能好；Cu/Al金属间化合物的生长速率也比Au/Al金属间化合物的生长速率慢很多，由金属间化合物生长引起的焊点失效等可靠性问题较轻，但是Cu-Al合金层的生长会从下部切开键合点导致线断裂。铜丝硬度高，需要很高的焊接力，在配合过程中易对芯片形成损伤；在形球过程中铜球表面易形成铜氧化物，氧化后焊接难度大；在塑料封装中铜铝连接处于潮湿的空气中有腐蚀倾向，在封装后铜丝易收到塑料材料中卤化物的腐蚀。铝丝所用铝材料成本低、价格低廉、资源丰富；采用焊法可在常温下键合，对元件热影响小；与裸芯片铝膜电极键合是形成Al-Al系统，无金属间化合物和腐蚀问题；但是铝丝在大功率器件和焊接面积较小的区域不能满足要求，且生产效率低、成品率低。集成电路及半导体器件向封装多引线化、高集成度和小型化发展，因此要求采用线径更细、电学性能更好的键合丝进行窄间距、长距离的键合，研制同时具有优良导电性能、焊接性能、机械性能、耐腐蚀性能、抗蠕变性能和装配性能的超细键合丝意义重大。在本专利技术完成之前，尚未见到用与本专利技术制备方法相同的超细铝合金导体产品，也未见到有与本专利技术相同的超细铝合金导体的制备方法在文献中有记载。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种超细铝合金导体以及超细铝合金导体的制备方法。本专利技术的实施例的具体设计思路如下：采用多元素进行合金化，形成多组元共同作用的铝合金成分配比体系；进行铝中间合金颗粒化制备添加，综合运用高温快速熔铝、电磁搅拌、在线精炼等技术，实现铝中间合金的快速熔化、合金化元素均匀分布；对结晶器分区加热，并在结晶器中加装电磁装置来驱动铝合金熔体产生涡流，实现震荡细化晶核和晶粒，快速形成具有轴向连续柱状晶粒组织的坯料，采用连铸连轧法制得铝合金杆；通过多道次大变形量的拉制与热处理工艺，使合金组织中晶粒取向沿成型方向高度集中，在成型方向上形成织构；Sc、Ce等元素吸附其它合金元素，形成复合析出相，降低各元素在铝中的固溶度。生成的纳米级复合第二相与铝基体高度共格，沿导体长度方向均匀弥散分布，在大量高弥散分布的纳米第二相的作用下，可以显著细化晶粒，抑制再结晶，减小晶界与晶内的电极电位差，提高合金强度，改善塑性和耐腐蚀性能，并同时提高蠕变门槛应力值，显著提高铝合金导体的抗蠕变性能。采用Sc和Ce元素，细化焊接熔化区的晶粒和化合物，抑制热影响区的再结晶，使其由基体的亚晶组织直接过渡到焊接处的铸态区，使本应具有再结晶组织的焊接过渡区或热影响区不具有再结晶组织，显著降低铝合金导体的热裂缝敏感性，提高铝合金可焊性与焊缝强度以及抗应力腐蚀性。由于合金元素以纳米尺度第二相分布，而非固溶在铝晶格中，显著降低由于合金元素的加入而引起的铝晶格畸变，显著降低了晶格缺陷对电子的散射。同时纳米级的第二相弥散分布基本不会降低铝的有效导电截面。获得耐腐蚀性能优异、蠕变抗力大，并且在长度方向上具有优异的强度和导电性能的铝合金导体。根据本专利技术的一方面，一种超细铝合金导体，所述铝合金导体按重量百分比包含如下元素：铁Fe0.13％-0.60％，硅Si0.10％-0.50％，铜Cu0.16％-0.40％，钪Sc0.001％-0.5％，铈Ce0.001％-0.15％，镁Mg0.01％-0.1％，硼B0.001％-0.04％，余量为铝Al。根据本专利技术的示例性实施例，所述超细铝合金导体的直径为0.005mm-0.08mm；所述超细铝合金导体的强度为150MPa-250MPa，延伸率≥2.5％，导电率≥61.5％IACS。根据本专利技术的另一方面，一种超细铝合金导体的制备方法，包括：步骤一：铝中间颗粒制备将铝中间合金锭熔化，连铸得到铝中间合金杆，然后切断制成直径为8mm-12mm、长度为30mm的圆柱体颗粒，颗粒重量为6g-14g；步骤二：配料按重量百分比：铁Fe0.13％-0.60％，硅Si0.10％-0.50％，铜Cu0.16％-0.40％，钪Sc0.001％-0.5％，铈Ce0.001％-0.15％，镁Mg0.01％-0.1％，硼B0.001％-0.04％，余量为铝Al，进行配料，以制备铝锭和铝中间合金颗粒；步骤三：铝锭快速熔化采用快速熔铝子母炉，利用1200℃的高温炉气和前炉铝熔体浸没所述铝锭，实现快速熔化，得到750℃铝熔体；步骤四：保温、精炼转移所述铝熔体至倾动式保温炉，电磁搅拌处理10min-12min；然后静置30min，除渣并将铝熔体升温至780℃；步骤五：合金化采用气动加料射枪将中间合金颗粒均匀射到保温炉内铝熔体中，实现铝中间合金的快速熔化和均匀分布；对保温炉中铝熔体保温30min，进行电磁搅拌10min-12min；利用在线式精炼炉进行精炼处理，除渣处理；静置20min；步骤六：浇注采用120目超细刚玉过滤板对在线式精炼炉处理后的铝合金熔体进行过滤，去除直径10μm以上的杂质，并使其使流入上浇包，通过流量控制器后流入下浇包；步骤七：定向凝固长方体结晶器的外部设有2个电磁线圈，覆盖结晶器外围；结晶器的入口、中部、出口处分别安装3个环状冷却器和测温仪，控制结晶器轴向温度分布为：入口处655℃-665℃，中间640℃-650℃，出口600℃-630℃，对铝合金熔体定向凝固；步骤八：连铸连轧连铸，连铸温度为655℃-665℃，连铸锭温度为450℃-500℃；在线加热：铸锭温度480-520℃；连轧，粗轧温度为460℃-500℃，终轧温度290℃-320℃；得到Φ9.5mm的铝合金杆；步骤九：粗拉制采用碳化物镀层拉丝模具，模具的润滑油入口处采用高压喷射润滑油，润滑油采用压力过滤器，过滤润滑油中的直径在5μm以上的铝颗粒；将轧制得到的杆材拉制成直径为0.9mm-1.8mm的铝合金线；步骤十：中拉制采用碳化物镀层拉丝模具，模具的润滑油入口处采用高压喷射润滑油，润滑油采用压力过滤器，过滤润滑油中的直径在5μm以上的铝颗粒；将1.8mm的铝合金线拉制成0.5mm-0.8mm的铝合金线；步骤十一：热处理在真空状态下对0.5mm-0.8mm的铝合金线进行热处理，热处理温度为350℃，热处理时间为2.5h；步骤十二：小拉制采用金刚石拉丝模具，模具的润滑油入口处采用高压喷射润滑油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体按重量百分比包含如下元素：铁Fe 0.13％‑0.60％，硅Si 0.10％‑0.50％，铜Cu 0.16％‑0.40％，钪Sc 0.001％‑0.5％，铈Ce 0.001％‑0.15％，镁Mg 0.01％‑0.1％，硼B 0.001％‑0.04％，余量为铝Al。

【技术特征摘要】
1.一种超细铝合金导体，其特征在于，所述铝合金导体按重量百分比包含如下元素：铁Fe0.13％-0.60％，硅Si0.10％-0.50％，铜Cu0.16％-0.40％，钪Sc0.001％-0.5％，铈Ce0.001％-0.15％，镁Mg0.01％-0.1％，硼B0.001％-0.04％，余量为铝Al。2.根据权利要求1所述的超细铝合金导体，其特征在于，所述超细铝合金导体的直径为0.005mm-0.08mm；所述超细铝合金导体的强度为150MPa-250MPa，延伸率≥2.5％，导电率≥61.5％IACS。3.一种超细铝合金导体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：制备铝中间合金颗粒；按重量百分比对以下成分进行配料：铁Fe0.13％-0.60％，硅Si0.10％-0.50％，铜Cu0.16％-0.40％，钪Sc0.001％-0.5％，铈Ce0.001％-0.15％，镁Mg0.01％-0.1％，硼B0.001％-0.04％，余量为铝Al，以此制备铝锭和铝中间合金颗粒；采用快速熔铝子母炉将所述铝锭熔化，得到750℃铝熔体；转移所述铝熔体至倾动式保温炉，电磁搅拌处理，时间为10min-12min；然后静置30min，除渣并升温至780℃；采用气动加料射枪将中间合金颗粒均匀射到保温炉内铝熔体中；对保温炉中铝熔体保温30min，进行电磁搅拌，时间为10min-12min；利用在线式精炼炉进行精炼处理，除渣处理；静置20min；采用120目超细刚玉过滤板对在线式精炼炉处理后的铝合金熔体进行过滤，去除直径10μm以上的杂质，并使其使流入上浇包，通过流量控制器后流入下浇包；对铝合金熔体定向凝固；连铸连轧，得到Φ9.5mm的铝合金杆；粗拉制，将轧制得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振江，於国良，黄晓东，黄新民，
申请(专利权)人：吴振江，
类型：发明
国别省市：浙江;33