一种高强度金丝材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度金丝材料及制备方法，所述材料中各组分的重量百分含量为：强化元素＜0.5％，其余为金，所述强化元素为锆、钪、铍、镍、铝、铜中的至少三种。本发明专利技术所述高强度金丝材料，具有可靠性高、强度高、塑性好、缺陷少和加工性能好等优点，可应用于电子封装领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度金丝材料及制备方法


[0001]本专利技术属于金属制备领域，特别涉及一种高强度金丝材料及制备方法。

技术介绍

[0002]在微电子工业中，金丝主要用作电连接引线，在各类半导体元器件、集成电路或大规模集成电路等的一级电子封装中将内部芯片焊区与外部引线框架连接起来，其可靠性是器件使用寿命的决定因素之一。
[0003]金是最稳定的金属之一，它不氧化和不吸附气体，具有好的延性，但普通金丝由于质地较软，不能满足现代键合工艺性能要求。对金丝进行微量元素合金化，是提高金丝的机械及键合性能的有效途径之一，但微量合金元素对金丝性能的影响有利也有弊。例如：微量的铍可以强化金丝，提高强度，但超过0.05％的铍会使金丝脆化，细丝拉拔过程变得困难。由此可见，正确选择微量元素并控制合适的添加量，是实现键合金丝力学性能优化组合的关键之一。
[0004]高强度金丝的制备，通过在纯金中添加微量元素锆、钪、铍、镍、铝、铜中的多种，采用真空熔炼技术制备成金合金棒，再经过拉拔变形和连续退火，消除金丝内应力、析出弥散相、调整强度及延伸率。与现有技术相比，本专利技术优点在于具有优异的强度、良好的塑性和可靠性，性能优于普通金丝，能够适应电子元器件小型化、集成化、模块化发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种高强度金丝材料及其制备方法，所述材料具有可靠性高、强度高、塑性好、缺陷少和加工性能好的特点。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种高强度金丝材料，其材料中各组分的重量百分含量为：强化元素＜0.5％，其余为金。
[0008]所述强化元素为锆、钪、铍、镍、铝、铜中的几种。
[0009]上述材料的制备方法，有以下步骤：
[0010]1)按照上述的配比取原料，氩气保护下真空熔炼，原料完全融化后，充分搅拌；
[0011]2)通过结晶器引锭成金合金棒；
[0012]3)金合金棒均匀化处理1～5h，经冷加工变形，最后进行退火工艺，得到高强度金丝。
[0013]步骤1)中所述真空度＜10
‑2Pa，通入氩气后，压强为1～10Pa。
[0014]步骤1)所述真空熔炼采用阶梯式熔炼电流，每次调节电流间隔时间为1～2min，至原料完全熔化。
[0015]步骤1)金属溶液采用电磁搅拌，搅拌时间为1～2min。
[0016]步骤3)中所述采用真空退火炉或带有保护气氛的退火炉，真空度＜10
‑1Pa，惰性保护气体采用氩气或氮气，均匀化处理温度为500～800℃。
[0017]步骤3)所述冷加工变形采用拉拔变形。
[0018]步骤3)所述退火工艺，在连续退火炉中，200～500℃下进行连续退火处理，制得高强度金丝。
[0019]本专利技术所述方法，通过在金中添加少量的微量合金化元素，即金的质量占比不低于99.5％，能够大幅度提高金丝材料的强度和加工性能。熔炼过程采用真空熔炼技术，摒弃了传统的感应熔炼方式，有利于除去合金中的低熔点杂质元素，极大地降低了铸锭中的凝固缩孔，也减少了元素的氧化挥发。
[0020]本专利技术所述方法基于真空技术，结合固溶强化、细晶强化等方式，极大地改善了金丝材料的晶粒组织、强度和微细加工能力，提高了金丝材料的机械性能。
[0021]轻金属Be与金具有较大的原子数比和原子尺寸差，微量的铍就能对金产生固溶强化效应，过量的铍会导致金脆化；稀土元素钪对金具有固溶强化效果和时效强化作用；锆在金中的固溶度随温度变化而变化，随着温度降低，形成第二相强化粒子Au5Zr，金丝在拉伸变形过程溶质原子阻碍位错滑移产生“柯氏气团”效应，大幅度提高抗拉强度；高温下，镍、铝、铜在金中溶解度较高，对金具有很强的固溶强化效果。
[0022]本专利技术有益效果：
[0023]1)真空连铸熔炼的铸锭组织细小均匀、缺陷少，是保证微细化加工的基础；
[0024]2)熔炼过程采用阶梯式熔炼，促使熔炼温度精确控制，合金元素均匀分布；
[0025]3)部分合金化元素固溶于金基体中，形成固溶强化；
[0026]4)稀土元素的加入，凝固时形成高熔点形核粒子促进形核，产生弥散析出相，有利于晶粒细化，同时弥散粒子钉扎在晶界阻止晶粒长大；
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例5中高强度金丝的室温拉伸力
‑
位移曲线图，图中线条1
‑
5表示5个测试样品(以保证测试数据的可靠性)的拉伸力
‑
位移曲线。
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]1)配料
[0030]含量为99.99％金原料，本实施例金原料为1000克。
[0031]2)高强度金丝材料的熔炼
[0032]将金原料放入真空熔炼炉中，封闭炉门，抽真空至1.3
×
10
‑3Pa，通入氩气保护后压强在3Pa；启动真空熔炼设备，逐步调节熔炼电流为：0A
→
3A
→
6A
→
9A
→
12A
→
15A
→
18A
→
21A，调节电流间隔时间为2min，直到完全熔化后，启动电磁搅拌2min，再进行引锭成直径为的金棒。
[0033]3、高强度金丝材料的加工
[0034]直径为金棒，均匀化处理2h，冷拉拔变形至0.02mm，在200℃下进行连续退火处理，制得高强度金丝材料。
[0035]实施例2
[0036]1)配料
[0037]按照各组分重量百分含量，取各组分(原料)：钪0.01％、镍0.1％、铝0.2％组成，余量为金。
[0038]2)高强度金丝材料的熔炼
[0039]将配制好的原料放入真空熔炼炉中，封闭炉门，抽真空至5.1
×
10
‑3Pa，通入氩气保护后压强在3Pa；启动真空熔炼设备，逐步调节熔炼电流为：0A
→
3A
→
6A
→
9A
→
12A
→
15A
→
18A
→
21A，调节电流间隔时间为2min，直到完全熔化后，启动电磁搅拌2min，再进行引锭成直径为的金棒。
[0040]3、高强度金丝材料的加工
[0041]直径为金棒，均匀化处理2h，冷拉拔变形至0.02mm，在200℃下进行连续退火处理，制得高强度金丝材料。
[0042]实施例3
[0043]1)配料
[0044]按照各组分重量百分含量，取各组分(原料)：锆0.05％、镍0.1％、铜0.2％组成，余量为金。
[0045]2)高强度金丝材料的熔炼
[0046]将配制好的原料放入真空熔炼炉中，封闭炉门，抽真空至1.1
×
10
‑3Pa，通入氩气保护后压强在5Pa；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度金丝材料，其特征在于：该材料中各组分的重量百分含量为：强化元素＜0.5％，其余为金。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述强化元素为锆、钪、铍、镍、铝、铜中的至少三种。3.权利要求1
‑
2任一所述材料的制备方法，其特征在于，有以下步骤：1)按照权利要求1
‑
2任一所述的配比取原料，氩气保护下阶梯式真空熔炼，原料完全融化后，充分搅拌；2)通过结晶器引锭成金合金棒；3)金合金棒均匀化处理1～5h，经冷加工变形，得到高强度金丝。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述真空度＜10
‑2Pa，通入氩气后，压强为1～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，肖雨辰，吴保安，唐会毅，曹军，孙玲，王云春，李凤，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：