專利名稱：一種貴金屬復合鍵合絲材制備新方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料技術領域，特別是提供了一種半導體封裝用貴金屬復合鍵合絲材方法。可用于貴/貴復合鍵合絲材、貴/賤復合鍵合絲材的制備，也可推廣應用于其它復合金屬絲材的制備。
背景技術：
隨著集成電路及半導體器件封裝技術向多引線化、高集成度和小型化發(fā)展，封裝材料要求采用線徑更細、電化學性能更好的鍵合絲材進行窄間距、長距離的鍵合。同時，為了降低生產成本，希望通過采用賤金屬代替貴金屬。到目前為止，將兩種或兩種以上材料復合成一體，適合規(guī)?；a的方法主要有機械法、塑形變形法、冶金法。機械法分為鑲套、液壓擴管、拉拔等方法，其特點為各復合層界面為機械結合、界面結合強度低。塑形變形法雖可實現冶金結合，但要獲得無氧化皮、無夾雜、完全清潔的復合界面很困難。冶金法有反向凝固法、包覆層連鑄法、充芯連鑄法、多層復合材料一次鑄造成形法。此類方法有利于凝固補縮和軋制加工，一般是外層金屬液附在芯材上凝固或芯材金屬液在外層金屬管內凝固，但均存在一定的局限性，如均只能制備厚壁的包覆復合材料，充芯連鑄只適合于外層金屬熔點高于芯材熔點復合材料等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種操作簡單、通用性強、包覆層厚度可控、界面冶金結合層厚度可控、界面清潔、界面結合良好，易于后續(xù)加工的貴/貴復合絲材、貴/賤復合絲材制備方法。本發(fā)明的工藝過程為(I)將高純外層金屬經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑與水冷模內徑相同，圓管壁厚按產品設計要求；(2)將貴金屬圓管內壁進行清洗；(3)貴金屬圓管置于水冷模內；(4)將水冷模置于真空爐內，并通冷卻水，芯材原材放置于真空感應熔煉爐內，調整好澆鑄位置；(5)預抽真空并充氬氣反復清洗，抽高真空達lX10_2Pa以下，再充入氬氣達O. 05Mpa，升溫熔煉；(6)澆鑄將芯材金屬液澆入水冷模內，進行快速凝固，制得復合棒材；(7)鍛壓加工；(8)中間熱處理；(9)拉拔將圓棒通過拉絲機拉成絲線；(10)退火；(11)機械性能檢測分析。
(12)繞線將絲線分繞成不同長度的小軸。所述高純外層金屬為Au、Ag、Pt或Pd,芯材金屬為Ag、Cu或Al。所述高純外層金屬純度彡99. 999%，芯材金屬純度彡99. 95%。所述貴金屬圓管長度與水冷模深度相等，圓管內壁用丙酮或汽油擦拭。所述水冷模的進水管和出水管各有一控制閥，用于調節(jié)進水、出水量大小，水流量在 l-20L/min，水壓 O. l_2MPa，水溫彡 20°C。所述鍛壓為旋鍛加工，每道次變形量控制在10%_20%。通過調節(jié)水冷模內徑大小、水冷模水量大小、貴金屬管壁厚度，改變芯材金屬液的冷卻速度，從而制得包覆材料與芯材結合層(過渡層)厚度可控，包覆層厚度均勻，界面結合良好，復合棒材。復合棒材后經旋鍛加工，中間熱處理，拉絲，熱處理，獲得客戶需求產品尺寸。本發(fā)明的優(yōu)點(I)通過調節(jié)水冷模內徑大小、水冷模水量大小、貴金屬管壁厚度，改變芯材金屬液的冷卻速度，從而制得包覆材料與芯材結合層(過渡層)厚度可控，有利于后續(xù)加工。(2)對包覆材料和芯材熔點無要求?？梢灾苽涓呷埸c材料包覆低熔點材料，也可以制備低熔點包覆高熔點材料。(3)對貴金屬管壁厚度無要求，可以根據需要制備不同包覆層厚度的復合材料。

(4)界面清潔。由于芯材由下而上凝固，界面雜質可以順利上浮。(5)在粗加工階段，采用旋鍛加工，能保證包覆層與芯材均勻變形，包覆層厚度均勻一致。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做詳細說明。實施例一Ag/Cu復合絲材的制備制備方法(I)選擇純度大于99. 999%的Ag經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑為20mm，壁厚2mm,長度為100mm。(2)將Ag管內壁丙酮擦拭清洗。(3) Ag管置于內徑為20mm的水冷模內。(4)將水冷模置于真空爐內，并通冷卻水，進水量為10L/min，水壓O. 5MPa，水溫
<20°C。純度彡99. 95%的Cu放置于真空感應熔煉爐內，調整好澆鑄位置。(5)預抽真空并充氬氣反復清洗2次，抽高真空至6X10_3Pa,再充入氬氣達O. 05Mpa，升溫熔煉。(6)澆鑄將芯材金屬液澆入水冷模內，進行快速凝固，制得Ag包Cu復合棒材。(7)旋鍛加工從Φ20mm-Φ6mm,每道次變形量控制在10%_15%。(8)中間熱處理Φ6πιπι復合棒材真空退火，600°C，Ih。(9)拉拔將Ag/Cu復合棒通過拉絲機拉成不同直徑的絲線。(10)退火根據客戶的不同要求，設定不同的退火參數，消除應力，并得到滿足要求的機械性能(11)機械性能檢測分析檢查產品是否符合要求。(12)繞線根據客戶的不同要求將Ag包Cu復合絲材繞成不同長度的小軸。(13)最終檢驗表面、線徑、放線、應力、機械性能、長度、包覆情況等檢測。(14)包裝實施例二Au/Ag復合絲材的制備制備方法(I)選擇純度大于99. 999%的Au經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑為18mm，壁厚1. 5mm,長度為100mm。(2)將Au管內壁丙酮擦拭清洗。(3) Au管置于內徑為18mm的水冷模內。(4)將水冷模置于真空爐內，并通冷卻水，進水量為15L/min，水壓O. 5MPa，水溫彡20°C。純度彡99. 99%的Ag放置于真空感應熔煉爐內，調整好澆鑄位置。(5)預抽真空并充氬氣反復清洗2次，抽高真空至6X10_3Pa,再充入氬氣達
O.05Mpa，升溫熔煉。(6)澆鑄將芯材金屬液澆入水冷模內，進行快速凝固，制得Au包Ag復合棒材。(7)旋鍛加工從Φ 18mm-Φ5mm,每道次變形量控制在15%_20%。(8)中間熱處理Φ5mm復合棒材真空退火,600°C , Ih。(9)拉拔將Au/Ag復合棒通過拉絲機拉成不同直徑的絲線。(10)退火根據客戶的不同要求，設定不同的退火參數，消除應力，并得到滿足要求的機械性能(11)機械性能檢測分析檢查產品是否符合要求。(12)繞線根據客戶的不同要求將Au包Ag復合絲材繞成不同長度的小軸。(13)最終檢驗表面、線徑、放線、應力、機械性能、長度、包覆情況等檢測。(14)包裝實施例三Pd/Cu復合絲材的制備制備方法(I)選擇純度大于99. 999%的Pd經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑為15mm，壁厚1. 5mm,長度為100mm。

(2)將Pd管內壁用汽油擦拭清洗。(3) Pd管置于內徑為15mm的水冷模內。(4)將水冷模置于真空爐內，并通冷卻水，進水量為8L/min，水壓O. 4MPa，水溫
<20°C。純度彡99. 99%的Cu放置于真空感應熔煉爐內，調整好澆鑄位置。(5)預抽真空并充氬氣反復清洗2次，抽高真空至6X10_3Pa,再充入氬氣達
O.05Mpa，升溫熔煉。(6)燒鑄將芯材金屬液燒入水冷模內，進行快速凝固，制得Pd包Cu復合棒材。(7)旋鍛加工從Φ15πιπι-Φ7πιπι，每道次變形量控制在10%左右。
(8)中間熱處理Φ 7mm復合棒材真空退火，750°C，1. 5h。(9)拉拔將Pd/Cu復合棒通過拉絲機拉成不同直徑的絲線。(10)退火根據客戶的不同要求，設定不同的退火參數，消除應力，并得到滿足要求的機械性能(11)機械性能檢測分析檢查產品是否符合要求。(12)繞線根據客戶的不同要求將Pd包Cu復合絲材繞成不同長度的小軸。(13)最終檢驗表面、線徑、放線、應力、機械性能、長度、包覆情況等檢測。(14)包裝。`
權利要求
1.一種生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將高純外層金屬經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，圓管的外徑與水冷模內徑相同，圓管壁厚按產品設計要求； (2)將貴金屬圓管內壁進行清洗； (3)貴金屬圓管置于水冷模內； (4)將水冷模置于真空爐內，并通冷卻水，芯材原材放置于真空感應熔煉爐內，調整好澆鑄位置； (5)預抽真空并充氬氣反復清洗，抽高真空達lX10_2Pa以下，再充入氬氣達O.05Mpa,升溫熔煉； (6)澆鑄將芯材金屬液澆入水冷模內，進行快速凝固，制得復合棒材； (7)鍛壓加工； (8)中間熱處理； (9)拉拔將圓棒通過拉絲機拉成絲線； (10)退火； (11)機械性能檢測分析。
(12)繞線將絲線分繞成不同長度的小軸。
2.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于所述高純外層金屬為Au、Ag、Pt或Pd，芯材金屬為Ag、Cu或Al。
3.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于所述高純外層金屬純度彡99. 999%，芯材金屬純度彡99. 95%。
4.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于所述貴金屬圓管長度與水冷模深度相等，圓管內壁用丙酮或汽油擦拭。
5.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于所述水冷模的進水管和出水管各有一控制閥，用于調節(jié)進水、出水量大小，水流量在l_20L/min，水壓O. l-2MPa，水溫彡 20。。。
6.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于通過調節(jié)水冷模內徑大小、水冷模水量大小、貴金屬管壁厚度，改變芯材金屬液的冷卻速度，可以實現包覆材料與芯材結合層即過渡層的厚度可控，提高材料的后續(xù)加工性能。
7.如權利要求1所述的生產貴金屬復合鍵合絲材制備方法，其特征在于所述鍛壓為旋鍛加工，每道次變形量控制在10%-20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種操作簡單，復合層厚度可控，界面清潔、界面結合良好，易于后續(xù)加工的貴/貴復合絲材、貴/賤復合絲材制備方法。其制備過程為，將外層金屬經鑄錠、擠壓、拉拔成圓管，壁厚按產品設計要求。然后將貴金屬圓管置于水冷模內，將芯材金屬置于真空感應熔煉爐內，使芯材金屬熔化，將芯材金屬液澆入水冷模內，快速凝固，調節(jié)水冷模，改變芯材金屬液的冷卻速度，從而制得包覆材料與芯材結合層(過渡層)復合棒材。復合棒材后經旋鍛加工，中間熱處理，拉絲，獲得客戶需求產品尺寸。采用該方法制備的復合絲材，外層金屬包覆均勻，與芯材的協(xié)同變形好，包覆材料與芯材結合緊密，能夠用于集成電路等高級封裝中，部分或全部取代貴金屬鍵合絲材。
文檔編號B21C37/04GK103056191SQ20121056615
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月23日 優(yōu)先權日2012年12月23日
發(fā)明者陳永泰, 謝明, 楊有才, 張吉名, 王塞北, 王松, 杜文佳, 普存繼 申請人:昆明貴金屬研究所