專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬絲接合的合金復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電合金復(fù)合材料。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種可被成形為綜合性能十分理想的小直徑金屬絲的高導(dǎo)電合金復(fù)合材料。
先描述本發(fā)明與金金屬絲和銅金屬絲在形成電連接中的應(yīng)用方面的關(guān)聯(lián)，例如應(yīng)用中涉及半導(dǎo)體模具的電接觸墊(electricalcontact pads)與導(dǎo)線(xiàn)框插頭(pins of a lead frame)的偶聯(lián)。但應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的各方面均具有更廣泛的適用性，如下所述。
金與銅是廣泛用于電線(xiàn)連接的金屬，例如用于半導(dǎo)體或其它要求高導(dǎo)電、高強(qiáng)度及高穩(wěn)定性應(yīng)用的場(chǎng)合。金與銅屬于這種應(yīng)用選擇的金屬，因?yàn)榻鹋c銅具有理想的綜合性質(zhì)。例如金是高導(dǎo)電(在3微歐姆-厘米以下)、易延展及很穩(wěn)定的。金耐受氧化，換句話(huà)說(shuō)，它是很耐腐蝕的。銅也是高導(dǎo)電的，具有所需強(qiáng)度和彈性模數(shù)的性質(zhì)。
典形的半導(dǎo)體應(yīng)用涉及使用連接傳導(dǎo)終端的導(dǎo)線(xiàn)，例如處于半導(dǎo)體上的傳導(dǎo)終端和處于外引導(dǎo)部件(outside lead member)的傳導(dǎo)終端，例如托架、外殼或其它襯底。一般，這種場(chǎng)合所用金屬絲非常細(xì)，例如約20-35微米。但是，金的機(jī)械強(qiáng)度低于這種場(chǎng)合下有效使用所應(yīng)具備的機(jī)械強(qiáng)度。銅用于這種場(chǎng)合的缺點(diǎn)是其耐腐蝕性較低，例如它易于氧化。
現(xiàn)已知，用一種或多種其它金屬與金形成合金及與銅形成合金，可改善它們的性能，使之更適用于半導(dǎo)體和其它要求高導(dǎo)電、高強(qiáng)度及高穩(wěn)定性的場(chǎng)合。
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電的合金，包括主要量的高導(dǎo)電金屬，并具有理想的綜合性質(zhì)，包括提高強(qiáng)度和其它對(duì)合金有效用于半導(dǎo)體和其它電應(yīng)用所必需的理想性質(zhì)。
文獻(xiàn)概述
US 4,775,512披露了一種接合了金屬絲的金絲，其特征在于機(jī)械強(qiáng)度高和電阻低。這種金線(xiàn)是一種金合金，包括鍺或鍺與鈹?shù)幕旌衔镒鳛槌珊铣山?alloying)成分。
采用其它一些金屬作為成合金成分來(lái)提高金絲的強(qiáng)度也是已知的。這些金屬的實(shí)例有鈣、鑭系元素金屬如鑭及釹和過(guò)渡金屬元素如銅、銀、鈦及鉑。對(duì)這些金屬一般都是以較次要量(例如＜0.1體積％)加入合金中的。
US 4,676,827披露了非常細(xì)的銅合金絲，用于連接半導(dǎo)體芯片(Chips)。這種銅合金包括高純銅及(A)至少一種稀土元素或(B)鎂、鈣、鈦、鋯、鉿、鋰、鈉、鉀、銣或銫中的至少一種元素，或(A)與(B)元素的混合物。該專(zhuān)利還披露了一種包括前述(B)元素及釔的銅合金絲。此外該專(zhuān)利還披露了一種包括硫、硒或碲的銅合金絲。在該專(zhuān)利中披露的還有另外一種銅合金絲包括釔和稀土元素。
前述“成合金”的金屬的性質(zhì)和用量要與金或銅，即基底金屬與成合金的金屬，彼此是可充分互混的，也就是說(shuō)，成合金的金屬基本完全溶解于熔融基底金屬溶液中，從而形成基底金屬合金。因此，所得基底金屬合金包括基底金屬與合金金屬的一種固體溶液。
盡管這樣的基底金屬合金固體“溶液”被廣泛使用，但仍然存在一些有關(guān)使用的問(wèn)題。例如，這種基底金屬合金的導(dǎo)電系數(shù)一般低于純基底金屬的導(dǎo)電系數(shù)。在構(gòu)成半導(dǎo)體器件長(zhǎng)距離互連接中(例如約250密爾)，最好金屬絲細(xì)一些或不發(fā)生偏向，以避免由于相鄰金屬絲接觸引起短路。已知增大包括金屬絲材料的彈性模數(shù)(韌性)可減弱金屬絲發(fā)生偏向的趨勢(shì)。另一個(gè)與采用前述類(lèi)型金合金相關(guān)的問(wèn)題是，既若不是不可能，也是難以形成彈性模數(shù)令人滿(mǎn)意的極細(xì)金屬絲。
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電性的金屬合金絲，相對(duì)于已有技術(shù)的金屬絲，它的強(qiáng)度、彈性模數(shù)及其它一些對(duì)金屬絲用于半導(dǎo)體和包括利用這些金屬絲的半導(dǎo)體應(yīng)用所希望的性質(zhì)均有所改善。
發(fā)明綜述按照本發(fā)明，這里提供一種金屬合金復(fù)合材料，包括一基質(zhì)形態(tài)的高電導(dǎo)基底金屬相和一處于基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相，基底金屬含量為主要量，另一金屬含量為次要量，該金屬合金復(fù)合材料能被成形為用于半導(dǎo)體場(chǎng)合的非常細(xì)的金屬絲?！傲硪弧苯饘倏梢愿鞣N形式存在于基底金屬基質(zhì)中，例如呈樹(shù)枝形狀。預(yù)計(jì)本發(fā)明金屬合金復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用金屬絲形式，尤其用于半導(dǎo)體中。在優(yōu)選形式中，金屬絲可包括延伸形態(tài)的例如平行軸向排列纖維的“另一”金屬(這里也指“成合金成分”)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種終端組件，包括一個(gè)與傳導(dǎo)部件接觸的導(dǎo)電終端和另一個(gè)與半導(dǎo)體傳導(dǎo)接觸的導(dǎo)電終端，所述這些終端均通過(guò)包括金屬合金復(fù)合材料的金屬絲連接，該金屬合金復(fù)合材料包含一基質(zhì)形態(tài)的高電導(dǎo)基底金屬相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相，該基底金屬含量為主，另一金屬含量為次。
在優(yōu)選形式中，用于這種組件的金屬絲可包括一種金合金或一種銅合金，其直徑不超過(guò)30微米，最大抗拉強(qiáng)度至少約300Mpa和拉伸延伸率至少約1％。
本發(fā)明還有另一方面是，提供一種金屬合金復(fù)合材料，包括一基質(zhì)形態(tài)的金相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相，金的含量為主，另一金屬含量為次。“另一”金屬可以各種形式存在于金基質(zhì)中，例如呈樹(shù)枝狀形。
用于本發(fā)明金合金的優(yōu)選成合金成分包括銥、銠、鉬、一種鐵與釩的混合物、一種鎳與鈮的混合物和一種鐵與硅的混合物。
本發(fā)明的另一方面是，提供一種制備金合金復(fù)合材料的方法，包括(A)、形成一種含主要量熔融金和次要量另一金屬的混合物，該另一金屬是處于熔融態(tài)并與熔融態(tài)金不混溶的，或是處于固態(tài)并且不溶于所述熔融態(tài)金，和(B)、在可有效形成包括一基質(zhì)形態(tài)的金相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相的固態(tài)金合金復(fù)合材料條件下，冷卻該混合物。
在優(yōu)選形中，可采用熔爐熔化或可熔電弧熔化形成前述混合物，并在包括進(jìn)行冷鑄或模鑄如定向鑄、連續(xù)鑄和熔融紡絲的條件下冷卻該混合物。
本發(fā)明的另一方面還包括一種制備金合金絲的方法，包括(A)、提供一種包括一基質(zhì)形態(tài)的金相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相的固態(tài)組合物，在該組合物中金含量為主，另一金屬含量為次；和(B)、在使該組合物可成形為包括其它金屬的多根平行軸向排列纖維或延伸微粒的金屬絲形態(tài)條件下，對(duì)該組合物進(jìn)行變形處理。在優(yōu)選形式中，用于本發(fā)明成形金屬絲的變形處理包括擠壓、鍛造及金屬絲拉絲操作。
本發(fā)明研制的金合金不同于傳統(tǒng)的金合金，其中通過(guò)形成固體溶液或沉淀硬化機(jī)理提高了該合金的強(qiáng)度。本發(fā)明的金合金是基于采用一種在常壓金熔點(diǎn)下不混溶(不溶)于熔融(液態(tài))金中的成合金成分。相反，傳統(tǒng)金合金的成合金成分在金熔點(diǎn)下是可混溶(可溶)于熔融(液態(tài))金的。因此，已有技術(shù)的金合金一般都是均勻型的，即由單一相組成，因?yàn)樗鼈兪浅珊辖鸪煞秩苡诮鹬械墓腆w溶液。相反，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案，則可看到是包括兩相的，其中成合金成分是分散于或分布于連續(xù)金相中的。
發(fā)明詳述用于本發(fā)明合金復(fù)合材料中的高電導(dǎo)基底金屬(例如金或銅)成分應(yīng)當(dāng)是很純的?；捉饘俚募兌热Q于所用合金復(fù)合材料的具體場(chǎng)合。可以認(rèn)為，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，基底金屬純度為至少98％是會(huì)令人滿(mǎn)意的。對(duì)于涉及電子及半導(dǎo)體組件的應(yīng)用，建議對(duì)基底金屬的純度采用至少約99.9％的。
術(shù)語(yǔ)“高電導(dǎo)基底金屬”指的是其導(dǎo)電系數(shù)在小于約3微歐姆-厘米的金屬。采用金是很優(yōu)選的，因?yàn)樗刑貏e好的綜合性質(zhì)。銅及鋁都是優(yōu)選的基底金屬，銅是選擇用于比鋁應(yīng)用范圍更廣的金屬。其它高電導(dǎo)基底金屬的實(shí)例包括鎳、鈀及銀，它們可用于某些特殊選擇的場(chǎng)合。
用于本發(fā)明合金復(fù)合材料中的成合金成分可為以下任何金屬，即(A)在基底金屬與成合金成分的熔融混合物中與基底金屬不混溶的；(B)在固體形態(tài)的該混合物中能以獨(dú)立相存在；(C)賦予該復(fù)合材料所需的性質(zhì)。應(yīng)當(dāng)明白，成合金成分可以是一種可部分與熔融基底金屬互溶(互混)的金屬，在此種情況下，所用成合金成分要過(guò)量到能被基底金屬所溶解的程度。例如，在固態(tài)銅中鉻是部分可溶的?；捉饘僦谐珊辖鸪煞值钠胶?25℃)溶解度優(yōu)選不超過(guò)約1重量％及優(yōu)選不超過(guò)約0.1重量％。本發(fā)明包括在其范圍內(nèi)的實(shí)施方案，其中基底金屬基質(zhì)包括一個(gè)部分成合金成分溶于該基底金屬中的固體溶液相和一個(gè)包括不溶于該固體溶液中的部分成合金成分。
還應(yīng)當(dāng)明白，該成合金成分可以是一種在熔融基底金屬中為固態(tài)(不互溶)的金屬，例如以固體不溶微粒的形式分散其中。
成合金成分是一種可賦予本發(fā)明基底金屬?gòu)?fù)合材料理想性質(zhì)的材料。因此，成合金成分的選擇取決于構(gòu)成該合金的基底金屬，及欲改善的性質(zhì)。這些性質(zhì)的實(shí)例包括強(qiáng)度提高、彈性模數(shù)提高及對(duì)電特性例如導(dǎo)電系數(shù)及自感系數(shù)的影響最小。
對(duì)于用金作為基底金屬，成合金成分的選擇應(yīng)以欲改善的金的性質(zhì)為根據(jù)。一般說(shuō)來(lái)，可以采用其性質(zhì)“比金好”的金屬。例如可用比金強(qiáng)度高的金屬來(lái)提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。同樣，要提高彈性模數(shù)，則可采用彈性模數(shù)比金高的金屬。也可采用兩種或兩種以上的在熔融金混合物中不混溶的成合金成分，以賦予該復(fù)合材料理想的性質(zhì)。
對(duì)于用銅作為基底金屬，可用其性質(zhì)“比銅好”的金屬。例如，可用比銅彈性模數(shù)高、機(jī)械強(qiáng)度高或耐腐蝕性好的金屬，來(lái)改善合金復(fù)合材料的性質(zhì)。可采用兩種或兩種以上的在銅熔融混合物中不混溶的成合金成分，賦予該復(fù)合材料理想的性質(zhì)。
在高導(dǎo)電性基底金屬合金復(fù)合材料中，也可包括一種在熔融基底金屬混合物中可混溶的(可溶的)金屬，而且在該復(fù)合材料中這種金屬可與該基底金屬形成固體溶液，如同混合物固化一樣?？梢赃x擇這種“可混溶”成合金成分來(lái)賦予該復(fù)合材料理想的性質(zhì)。包含“可混溶”成合金成分的基底金屬合金復(fù)合材料包括一種基底金屬與“可混溶”成合金成分的固體溶液的基質(zhì)和一處于該基質(zhì)內(nèi)的“不可混溶”成合金成分相。
可用于金合金復(fù)合材料中“可混溶”合金主要金屬實(shí)例為鈮和鉭?？捎糜阢~合金復(fù)合材料中“可混溶”合金主要金屬實(shí)例為鈷和鐵。
包含在復(fù)合材料中成合金成分量要足以賦予該復(fù)合材料理想性質(zhì)。最低用量視所用金屬而變。一般說(shuō)來(lái)，用量不大?？梢哉J(rèn)為，采用約2體積％的成合金成分，大多數(shù)場(chǎng)合下均有明顯性質(zhì)改善。(除非另有說(shuō)明，構(gòu)成合金的成合金成分比例均以按復(fù)合材料總體積計(jì)的體積百分?jǐn)?shù)表示(體積％)。所用成合金成分的最主要量由最大機(jī)械強(qiáng)度對(duì)電性能要求來(lái)決定。
建議成合金成分可包括約3-40體積％的復(fù)合材料，優(yōu)選約7-15體積％。任選“可混溶”成合金成分可構(gòu)成約3-40體積％的該復(fù)合材料，優(yōu)選約7-15體積％。
用于本發(fā)明金合金復(fù)合材料的優(yōu)選“不混溶”成合金成分是銥和鉬。特別地，本發(fā)明優(yōu)選金合金復(fù)合材料包括約90％的金和以下所示比例的“不混溶”成合金成分10％銥10％銠7.5％鉬10％鉬8.0％鐵和2％釩8.0％鈮和2％鉬9.5％鐵和0.5％鉬9.5％鎳和0.5％鈮9.5％鐵和0.5％硅。
用于本發(fā)明銅合金復(fù)合材料中的“不混溶”成合金成分為鉻、鉬、釩、鈮、鉭和銥，以鈮為優(yōu)選。特別地，本發(fā)明優(yōu)選銅合金復(fù)合材料包括按以下所示比例的“不混溶”成合金成分3％鈮5％鈮10％鈮3％鉻5％鉻10％鉻5％鉭5％釩。
本發(fā)明復(fù)合材料是能夠被成形為具有理想綜合性質(zhì)的金屬絲，例如，直徑不大于約50微米，強(qiáng)度至少約300Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率至少約1％。本發(fā)明優(yōu)選金屬絲直徑為約10-40微米，強(qiáng)度為約300-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率約1-15％。特別優(yōu)選的金屬絲直徑約15-30微米，強(qiáng)度約500-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率約2-8％
本發(fā)明高電導(dǎo)基底金屬合金復(fù)合材料可采用任何適宜方法制備。方法選擇取決于復(fù)合材料所用場(chǎng)合。一般說(shuō)來(lái)，可將包括該復(fù)合材料的成分混合物先成形為坯料。然后，再將坯料加以成形或變換為所需形式。
一般，粉末成合金成分是與高電導(dǎo)基底金屬相結(jié)合的?？赏ㄟ^(guò)熔化金屬成合金成分的坯料，然后利用例如氬氣霧化該液體，使之成為粒度適宜的粉末，例如約0.5-50微米，來(lái)形成這種粉末。
優(yōu)選地是，該坯料包括一種在基底金屬基質(zhì)中分布很均勻的細(xì)微粒狀如約0.1-10微米的成合金成分。制備該合金復(fù)合材料坯料的典形方法包括采用傳統(tǒng)熔體處理方法和粉末冶金方法。熔體處理包括熔爐熔化，或可熔電弧熔化，或非可熔電弧焊，或等離子體/電子束熔化。采用熔體處理過(guò)程的一個(gè)最主要好處是能夠在基底金屬基質(zhì)中均勻分散成合金成分。粉末冶金包括混合粉狀基底金屬及粉狀成合金成分，形成一種可進(jìn)行處理、燒結(jié)或熱勻壓制的混合物。采用粉末冶金方法的主要好處是在成形復(fù)合材料中能夠使用高不可溶的成合金成分。
該成合金成分可以各種形式存在于基底金屬基質(zhì)中，這取決于成形該復(fù)合材料的方法。例如，成合金成分可為分散于基底金屬基質(zhì)中的固體微粒，或?yàn)榈诙鄻?shù)枝狀物，或亞穩(wěn)固體溶液。
對(duì)包括本發(fā)明合金復(fù)合材料的金屬絲成形優(yōu)選方法，涉及采用變形處理(冷拉絲)，冷拉絲對(duì)于基底金屬基質(zhì)中成合金成分變形為延伸纖維、延伸帶條或微粒都是有效的。變形處理用于成形其它金屬的合金是已知的，如美國(guó)金屬協(xié)會(huì)手冊(cè)(American Society of MetalsHandbook)中所述。這種金屬絲成形方法一般涉及擠壓或鍛壓，然后拉絲。要求施加于各復(fù)合材料上的剪切力要足以使成合金成分的微粒變形為延伸纖維或條帶。為此目的，剪切量應(yīng)超過(guò)該成合金成分的屈服極限或流動(dòng)剪切力。所需剪切量取決于各種因素，包括如所用具體成合金成分、該成分的粒度及雜質(zhì)含量。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，已發(fā)現(xiàn)的是，變形過(guò)程中分散于基底金屬基質(zhì)中的成合金成分的球粒變平和被延伸為條帶狀。這種條帶厚度接近納相(nanophase)材料。進(jìn)一步變形會(huì)迫使條帶本身折疊，以適應(yīng)周?chē)捉饘倩|(zhì)的應(yīng)變。據(jù)測(cè)定，部分微粒能保持不變形。例如約1體積％。較多未變形微粒的存在會(huì)產(chǎn)生一些由合金復(fù)合材料成形金屬絲的問(wèn)題。
實(shí)施例下述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明范圍內(nèi)高電導(dǎo)基底金屬合金復(fù)合材料的說(shuō)明。
在第一組實(shí)施例中，在室溫下對(duì)金合金坯料(1.5厘米直徑)進(jìn)行鍛壓，制得250微米的條狀物，然后拉絲使之變成直徑25微米的金合金絲。鍛壓操作在室溫下進(jìn)行，并在雙錘旋轉(zhuǎn)磨中每次通過(guò)使橫截面積減少15％，至直徑250微米。拉絲操作采用一系列模具，每一模具公稱(chēng)尺寸減小8-15％，并包括采用礦物油浸浴或水基潤(rùn)滑劑浴潤(rùn)滑。
前述被轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳z的各條狀物，是用包括含金及成合金成分的金合金混合物的坯料制備的，其成分測(cè)定列于下表1中。成形為條狀物的各坯料都是通過(guò)熔體處理或粉末冶金技術(shù)制備的，如表1所示。熔體處理法涉及采用非可熔電弧鑄或可熔電弧鑄進(jìn)行共熔，然后進(jìn)行冷鑄。粉末冶金法涉及對(duì)粒徑約100微米以下的粉末進(jìn)行混合；和在200Mpa壓力下進(jìn)行冷勻壓制，接著在200Mpa及700℃下熱勻壓制。注意，下表1所述的某些典形金屬絲包括一種以上的金屬絲樣品，因?yàn)樵谥苽溆善涑尚谓饘俳z樣品的金基坯料中采用了不同的制備方法，如表1所示(見(jiàn)實(shí)施例1、4、10、11及12)。下表2包括表1所示的一些典形金屬絲的性能數(shù)據(jù)。這些由不同方法制備的金基坯料所構(gòu)成的金屬絲具有同樣的性質(zhì)。這解釋了表2中的數(shù)據(jù)，但不包括各拉伸強(qiáng)度及拉伸伸長(zhǎng)性質(zhì)的數(shù)值。
所制備金合金復(fù)合材料的成合金成分及其量均列于表1。各復(fù)合材料的其余部份包括純度99.99重量％的金。
表1實(shí)施例號(hào) 成合金成分 成合金成分量 金基坯料的制備方法體積％1鉬 10 熔爐熔化/冷鑄；非可熔電弧鑄；粉末冶金2銠 10 非可熔電弧鑄3錸 10 非可熔電弧鑄
4銥 10 熔爐熔化/冷鑄；非可熔電弧鑄；粉末冶金5鈷 10 非可熔電弧鑄6鉑 10 非可熔電弧鑄7鉑5 非可熔電弧鑄8鎳 10 非可熔電弧鑄9鎳5 非可熔電弧鑄；熔爐熔化/冷鑄10 鎳及 5 非可熔電弧鑄；熔爐熔硅 0.5 化/冷鑄11 鎳及 5 非可熔電弧鑄；熔爐熔硅 0.1 化/冷鑄12 鎳及 5 非可熔電弧鑄；熔爐熔硅1 化/冷鑄評(píng)價(jià)了上述表1中所測(cè)定的各種金合金復(fù)合材料的性質(zhì)。為對(duì)照，也評(píng)價(jià)了用于電互連接器中傳統(tǒng)合金(合金C-1)的性質(zhì)。這些評(píng)價(jià)包括拉絲硬度(Hard as Drawn，“HAD”)，和“退火”(在500℃下在線(xiàn)連續(xù))，如表2所示。
表2合金 最大拉伸強(qiáng)度拉伸伸長(zhǎng)率MPa％C-1，金及7ppm Be及20ppm Ca(HAD)4002.0C-1，金及7ppm Be及20ppm Ca(退火) 2504.0實(shí)施例1，金及10％鉬6002.4實(shí)施例9，金及5％鎳)(HAD) 7561.6實(shí)施例9，金及5％鎳(退火) 4977.6實(shí)施例12，金，5％鎳及1％Si(HAD)8232.3實(shí)施例12，金，5％鎳及1％Si(退火) 5762.3表2數(shù)據(jù)清楚表明，相對(duì)于已有技術(shù)的由金合金溶液組成的合金，本發(fā)明的金合金復(fù)合材料的強(qiáng)度提高。強(qiáng)度提高對(duì)HAD及退火二種評(píng)價(jià)都很重要。至于拉伸延展性，對(duì)金屬絲接合方法保持合金極限延展性的能力是必須遵循的。但是延展性應(yīng)當(dāng)高于0.5％，以防止金屬絲在其極限使用中斷裂。表2表明本發(fā)明合金強(qiáng)度提高，拉伸延展性合格。
在第二組實(shí)施例中，用室溫鍛壓方法，由銅合金坯料(5厘米)制成250微米的條狀物，然后經(jīng)拉絲使之成為直徑25微米的銅合金絲。鍛壓操作在室溫下進(jìn)行，并涉及在雙錘旋轉(zhuǎn)磨中每次通過(guò)使橫截面積減少15％，至直徑250微米。拉絲操作采用一系列模具，每模具公稱(chēng)尺寸減小8-15％，并包括采用礦物油浸浴或水基潤(rùn)滑劑浴潤(rùn)滑。
前述被轉(zhuǎn)化為金屬絲的各條狀物都是通過(guò)包括含銅及成合金成分的銅合金混合物坯料制備的，其成分測(cè)定列于下表3中。被成形為條狀物的各坯料都是通過(guò)熔體處理或粉末冶金技術(shù)制備的，如表3所示。熔體處理采用非可熔電弧鑄或可熔電弧鑄法進(jìn)行共熔，然后進(jìn)行冷鑄或可熔電弧熔化。粉末冶金法包括對(duì)粒徑約100微米以下的粉末進(jìn)行混合；和在250Mpa壓力下冷勻壓制，接著在250Mpa及900℃下熱勻壓制。注意，下表3所述的典形金屬絲包括一種以上的金屬絲樣品，因?yàn)樵谥苽溆善涑尚螢榻饘俳z樣品的銅基坯料中采用了不同的制備方法，如表3所示。
所制備的銅合金復(fù)合材料的成合金成分及其數(shù)量測(cè)定列于表1。各復(fù)合材料其余部分包括純度99.9重量％的銅。
表3實(shí)施例成合金成合金成分的量銅基坯料的制備方法成分體積％13鈮 3 熔爐熔化/冷鑄；非可熔電弧鑄；粉末冶金14鈮 7.5 熔爐熔化/冷鑄；非可熔電弧鑄；粉末冶金15鈮 15 熔爐熔化/冷鑄；非可熔電弧鑄；粉末冶金16鉻 3 熔爐熔化/冷鑄；17鉻 5 熔爐熔化/冷鑄18 鉻 10熔爐熔化/冷鑄19 鉭 5 可熔電弧熔化20 釩 5 可熔電弧熔化評(píng)價(jià)上表3中所測(cè)定的各種銅合金復(fù)合材料性質(zhì)。該評(píng)價(jià)包括拉絲硬度(Hard as Drawn，“HAD”)和“退火”(在500℃下在線(xiàn)連續(xù))，如表4所示。
表4合金最大拉伸強(qiáng)度，MPa 拉伸伸長(zhǎng)率，％實(shí)施例13Cu及3％Nb退火 275 4.0HAD325 3.0實(shí)施例14Cu及7.5％Nb退火 315 4.0HAD485 2.5實(shí)施例15Cu及15％Nb退火 405 2.0HAD900 1.0實(shí)施例16Cu及3％Cr退火 310 3.0HAD435 1.5實(shí)施例17Cu及5％Cr退火 320 3.0HAD445 1.5實(shí)施例18Cu及10％Cr退火 400 2.6HAD515 1.1實(shí)施例19Cu及5％Ta退火 324 3.3HAD466 2.7實(shí)施例20Cu及5％V退火 297 3.8HAD344 2.9
評(píng)價(jià)表明，表4合金性質(zhì)比銅基金屬的性質(zhì)好。評(píng)價(jià)還表明，包括成合金成分如鉻、鈮及鉭的合金耐腐蝕性比銅基金屬的好。
應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明提供以經(jīng)濟(jì)及實(shí)際的方式改善高電導(dǎo)金屬性質(zhì)的改良方法，由本發(fā)明合金復(fù)合材料成形的細(xì)金屬絲能非常好地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，包括尤其半導(dǎo)體應(yīng)用場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種金屬合金復(fù)合材料，包括一相為基質(zhì)形態(tài)的金和一相處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬，金含量為主要量，另一金屬含量為次要量。
2.按照權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中另一金屬呈微粒形。
3.按照權(quán)利要求2的復(fù)合材料，其中的微粒為細(xì)長(zhǎng)形的。
4.按照權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其呈金屬絲形。
5.按照權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其呈金屬絲形，這種絲包括該另一金屬的多根平行軸向排列的纖維。
6.按照權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其中所述金屬絲直徑為不大于約50微米，拉伸強(qiáng)度至少約300Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率至少約1％。
7.按照權(quán)利要求6的復(fù)合材料，其中所述金屬絲直徑為約10-40微米，拉伸強(qiáng)度為約300-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率為約1-15％。
8.按照權(quán)利要求7的復(fù)合材料，其中所述金屬絲直徑為約15-30微米，拉伸強(qiáng)度約500-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率為約2-8％。
9.一種制備金合金絲的方法，包括(A)、提供一種包括一基質(zhì)形態(tài)的金相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相的固體組合物，在該組合物中金為主要量和另一金屬為次要量；和(B)、使該組合物處在可成形為包括另一金屬的多根平行軸向排列纖維的金屬絲的條件下，對(duì)該組合物進(jìn)行變形處理。
10.一種制備金合金復(fù)合材料的方法，包括(A)、構(gòu)成一種含主要量的熔融金和次要量的另一金屬的混合物，該另一金屬是處于熔融態(tài)并與熔融金不互混的，或是處于固態(tài)并且不溶于所述熔融金；(B)、冷卻該混合物，條件是可有效形成包括一基質(zhì)形態(tài)的金相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相的固態(tài)金合金復(fù)合材料。
11.一種終端組件，包括與傳導(dǎo)部件傳導(dǎo)接觸的導(dǎo)電終端和另一與半導(dǎo)體傳導(dǎo)接觸的導(dǎo)電終端，所述終端均通過(guò)包括金屬合金復(fù)合材料的金屬絲連接，該金屬合金復(fù)合材料包含一基質(zhì)形態(tài)的高電導(dǎo)基底金屬相和一的處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬基本相，所述基底金屬為主要量，另一金屬為次要量。
12.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量銅。
13.按照權(quán)利要求12的組件，其中所述金屬絲直徑不大于約50微米，拉伸強(qiáng)度至少約300Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率至少約1％。
14.按照權(quán)利要求12的組件，其中所述金屬絲直徑約10-40微米，拉伸強(qiáng)度約300-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率約1-15％。
15.按照權(quán)利要求12的組件，其中所述金屬絲直徑約15-30微米，拉伸強(qiáng)度約500-1000Mpa，拉伸伸長(zhǎng)率約2-8％。
16.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的銅和次要量的鈮。
17.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的銅和次要量的鉻。
18.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的銅和次要量的鉭。
19.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的銅和次要量的釩。
20.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括次要量的銥。
21.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括次要量的銠。
22.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括次要量的鉬。
23.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括各次要量的鐵及鉬。
24.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括各次要量的鎳及鈮。
25.按照權(quán)利要求1的合金復(fù)合材料，其中包括各次要量的鐵及硅。
26.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的金。
27.按照權(quán)利要求11的組件，其中所述合金復(fù)合材料包括主要量的鋁。
全文摘要
一種金屬合金復(fù)合材料包括一基質(zhì)形態(tài)的高電導(dǎo)基底金屬相和一處于該基質(zhì)內(nèi)的另一金屬相,所述基底金屬以主要量存在,另一金屬以次要量存在,該合金復(fù)合材料可被成形為非常細(xì)的金屬絲,用于半導(dǎo)體場(chǎng)合,包括終端組件,所述組件包括一個(gè)與傳導(dǎo)部件傳導(dǎo)接觸的導(dǎo)電終端和另一個(gè)與半導(dǎo)體傳導(dǎo)接觸的導(dǎo)電終端,所述終端均通過(guò)所述合金復(fù)合材料金屬絲連接,基底金屬的實(shí)例有金、銅和鋁。
文檔編號(hào)C22C9/00GK1326516SQ99813254
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期1999年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月14日
發(fā)明者T·W·艾利斯 申請(qǐng)人:庫(kù)利克及索發(fā)投資有限公司