本發(fā)明屬于封裝材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種強(qiáng)度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：
鍵合絲作為封裝用內(nèi)引線，是集成電路和半導(dǎo)體分立器件的制造過程中必不可少的基礎(chǔ)材料之一，起聯(lián)接硅片電極與引線框架的外部引出端子、傳遞芯片電信號、散發(fā)芯片熱量的作用。鍵合絲材質(zhì)的好壞將直接影響焊接質(zhì)量，從而決定封裝器件的可靠性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的鍵合絲主要是由純金材質(zhì)制成，稱為鍵合金絲，其具備優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，因而被廣泛用作IC內(nèi)引線。但隨著國際金價的不斷上漲，鍵合金絲的價格也一路攀升，導(dǎo)致終端產(chǎn)品的成本過高，不利于企業(yè)提高競爭力。除此之外，鍵合金絲的抗拉強(qiáng)度較低，例如直徑20微米的金線，在焊接后，其最高抗拉強(qiáng)度不足5克力，延伸率一般不超過6％，以上兩方面因素成為阻礙鍵合金絲應(yīng)用與發(fā)展的瓶頸。為降低封裝成本，同時也為了適應(yīng)各種鍵合需求，鍵合銀絲、鍵合金銀合金絲應(yīng)運(yùn)而生。在所有的金屬元素中，銀的導(dǎo)電性能最好，但使用純銀絲所存在的最大挑戰(zhàn)就是成球不穩(wěn)定、易氧化的問題，因此人們將注意力轉(zhuǎn)向金銀合金絲的研制領(lǐng)域。例如，中國專利文獻(xiàn)CN102776405A公開了一種鍵合金銀合金絲，其由以下重量比的金屬材料組成：銀20-30％，鈀、鈣、鈹和鈰均為5-1000ppm，其余含量為金。但上述技術(shù)制得的鍵合合金絲的抗拉強(qiáng)度依然較差，在高速鍵合條件下易斷線，造成生產(chǎn)效率低下、焊接效果不理想，而必須使用粗線才能鍵合，這無疑提高了生產(chǎn)成本。鑒于此，開發(fā)一種強(qiáng)度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲，是本領(lǐng)域亟待解決的一個技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的鍵合合金絲所存在的強(qiáng)度低、難以滿足高速鍵合需求的缺陷，進(jìn)而提供一種強(qiáng)度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲及其制備方法與應(yīng)用。為此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：一種高性能鍵合合金絲，以所述鍵合合金絲的總重量計，包括以下重量百分含量的組分：金70～85％、銀10～25％、鈀3～6％、鈣0.02～0.08％、鐵0.05～0.1％、鉭0.05～0.1％、鈮0.03～0.08％、錸0.02～0.06％。優(yōu)選地，所述鍵合合金絲包括如下組分：金75～80％、銀17～20％、鈀3～5％、鈣0.02～0.05％、鐵0.07～0.1％、鉭0.05～0.1％、鈮0.05～0.08％、錸0.02～0.05％。優(yōu)選地，所述鍵合合金絲包括如下組分：金70～75％、銀20～25％、鈀3～5％、鈣0.05～0.06％、鐵0.07～0.08％、鉭0.06～0.1％、鈮0.07～0.1％、錸0.04～0.05％。優(yōu)選地，所述金的純度不小于99.999wt％；所述銀的純度不小于99.99wt％；所述鈀的純度不小于99.99wt％。一種制備上述鍵合合金絲的方法，包括如下步驟：(1)將上述各組分混合后進(jìn)行真空熔煉，并制成合金棒材；(2)對所述合金棒材進(jìn)行拉絲加工，形成預(yù)定線徑的合金線材；(3)對所述合金線材進(jìn)行退火處理，即制得所述鍵合合金絲。優(yōu)選地，所述真空熔煉的溫度為1100～1200℃、真空度為10-2～10-4Pa。優(yōu)選地，所述退火的溫度為500-700℃，退火速度為50-65m/min。進(jìn)一步地，還包括在所述退火處理之后依次設(shè)置的繞線工藝和封裝工藝。優(yōu)選地，在所述退火處理的過程中還包括性能測試環(huán)節(jié)。上述鍵合合金絲在分立器件和集成電路封裝技術(shù)中的應(yīng)用。本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明所述的高性能鍵合合金絲，通過采用高純金為基材，添加次要元素銀、鈀及微量元素鈣、鐵、鉭、鈮、錸等，并在合理分析和大量研究的基材上確定上述各組分的最適宜用量，使得合金中的各元素間產(chǎn)生協(xié)同促進(jìn)作用，從而能夠獲得一種強(qiáng)度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明的鍵合合金絲具有良好的導(dǎo)熱性和機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度優(yōu)于同等線徑的傳統(tǒng)鍵合合金絲，且本發(fā)明的鍵合合金絲的材料成本僅為黃金線材的3/4，總體銷售價格僅為同規(guī)格金線的4/5，大幅降低了LED及IC封裝的制造成本，因而使得本發(fā)明的鍵合合金絲有望成為分立器件和集成電路封裝領(lǐng)域的首選材料。2、本發(fā)明所述的制備鍵合合金絲的方法，通過將金、銀、鈀、鈣、鐵、鉭、鈮、錸等材料混合后依次進(jìn)行真空熔煉、拉絲及退火處理，即可制得高強(qiáng)度的鍵合合金絲，具有工藝簡單、易于生產(chǎn)的優(yōu)勢。具體實(shí)施方式下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。在下述實(shí)施例中，5N指的是純度為99.999wt％，6N指的是純度為99.9999wt％。實(shí)施例1本實(shí)施例所述的鍵合合金絲，以其總重量計，由如下重量百分含量的組分組成：5N銀10％、5N鈀6％、鈣0.08％、鐵0.05％、鉭0.075％、鈮0.055％、錸0.02％，余量為5N金。所述鍵合合金絲的制備方法包括如下步驟：(1)將上述各組分混合均勻后置于真空熔煉機(jī)中，在下真空度為10-4Pa、溫度為1200℃的條件下進(jìn)行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進(jìn)行拉絲加工，使用各種拉絲機(jī)由粗到細(xì)將合金棒材拉制成預(yù)定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機(jī)拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細(xì)伸線機(jī)拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進(jìn)一步拉伸為線徑為23μm、25μm的兩種鍵合合金絲；(3)在500℃、以65m/min的速度對所述合金線材進(jìn)行退火處理，成品經(jīng)性能測試合格后即為所述鍵合合金絲。本實(shí)施例制得的鍵合合金絲呈淡黃色，其熱傳導(dǎo)率為3.15W/cm·K，電阻率為4.2μΩ·cm。實(shí)施例2本實(shí)施例所述的鍵合合金絲，以其總重量計，由如下重量百分比的組分組成：5N銀17％、5N鈀4.5％、鈣0.05％、鐵0.07％、鉭0.05％、鈮0.08％、錸0.04％，余量為5N金。所述鍵合合金絲的制備方法包括如下步驟：(1)將上述各組分混合均勻后置于真空熔煉機(jī)中，在下真空度為10-3Pa、溫度為1100℃的條件下進(jìn)行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進(jìn)行拉絲加工，使用各種拉絲機(jī)由粗到細(xì)將合金棒材拉制成預(yù)定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機(jī)拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細(xì)伸線機(jī)拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進(jìn)一步拉伸為線徑為23μm、25μm的兩種鍵合合金絲；(3)在600℃、以5.75m/min的速度對所述合金線材進(jìn)行退火處理，成品經(jīng)性能測試合格后即為所述鍵合合金絲。實(shí)施例3本實(shí)施例所述的鍵合合金絲，以其總重量計，由如下重量百分比的組分組成：5N銀25％、5N鈀3％、鈣0.02％、鐵0.1％、鉭0.1％、鈮0.03％、錸0.06％，余量為5N金。所述鍵合合金絲的制備方法包括如下步驟：(1)將上述各組分混合均勻后置于真空熔煉機(jī)中，在下真空度為10-2Pa、溫度為1150℃的條件下進(jìn)行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進(jìn)行拉絲加工，使用各種拉絲機(jī)由粗到細(xì)將合金棒材拉制成預(yù)定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機(jī)拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細(xì)伸線機(jī)拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進(jìn)一步拉伸為線徑為23μm、25μm的兩種鍵合合金絲；(3)在700℃、以50m/min的速度對所述合金線材進(jìn)行退火處理，成品經(jīng)性能測試合格后再經(jīng)繞線和封裝處理，即制得所述鍵合合金絲。實(shí)施例4本實(shí)施例所述的鍵合合金絲，以其總重量計，由如下重量百分比的組分組成：5N銀20％、5N鈀5％、鈣0.06％、鐵0.08％、鉭0.06％、鈮0.07％、錸0.05％，余量為5N金。所述鍵合合金絲的制備方法包括如下步驟：(1)將上述各組分混合均勻后置于真空熔煉機(jī)中，在下真空度為10-4Pa、溫度為1200℃的條件下進(jìn)行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進(jìn)行拉絲加工，使用各種拉絲機(jī)由粗到細(xì)將合金棒材拉制成預(yù)定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機(jī)拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細(xì)伸線機(jī)(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細(xì)伸線機(jī)拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進(jìn)一步拉伸為線徑為23μm、25μm的兩種鍵合合金絲；(3)在550℃、以60℃/min的速度對所述合金線材進(jìn)行退火處理，成品經(jīng)性能測試合格后再經(jīng)繞線和封裝處理，即制得所述鍵合合金絲。對比例1在本對比例中，傳統(tǒng)鍵合合金絲是由如下重量百分比的組分組成：金78％、銀17％、鈀0.6％、鈣0.05％；其制備工藝同實(shí)施例2。實(shí)驗(yàn)例1采用本發(fā)明實(shí)施例1的鍵合合金絲完成對LED燈珠的鍵合，通過測試封裝好的LED燈珠在高溫及低溫下的缺亮情況，反映鍵合合金絲的耐冷熱沖擊性能，具體測試條件為：選擇220個相同型號的LED燈珠，將其隨機(jī)分為10組，每組22個；高溫存儲：100℃，5分鐘；轉(zhuǎn)換時間：10秒；低溫存儲：－10℃，5分鐘。測試結(jié)果見表1。表1實(shí)施例1的鍵合合金絲的耐冷熱沖擊性能(亮燈數(shù)/樣品數(shù))表1清楚地顯示了，在上述測試條件下，無一燈珠出現(xiàn)缺亮情況，這充分說明本發(fā)明的鍵合合金絲能夠抵抗冷熱沖擊，具有良好的韌性。實(shí)驗(yàn)例2對本發(fā)明實(shí)施例1-2及對比例1制得的鍵合合金絲的機(jī)械性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如表2所示。表2不同鍵合合金絲的機(jī)械性能從表2可以看出，在同一線徑下，實(shí)施例1-2的鍵合合金絲的機(jī)械性能均優(yōu)于對比例1，特別是實(shí)施例1-2中線徑為23μm的鍵合合金絲具有與對比例1中線徑為25μm的鍵合合金絲相當(dāng)或更優(yōu)的機(jī)械性能，這充分說明，在實(shí)際鍵合生產(chǎn)中，本發(fā)明線徑為23μm的鍵合合金絲完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線徑為25μm的鍵合合金絲使用，由此足以降低15％的線材成本。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。