阅读说明：本技术 一种键合金带及其制备方法 (Bonding gold belt and preparation method thereof ) 是由 周钢 范传勇 张知行 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种键合金带及其制备方法,所述键合金带包括如下重量百分含量的成分：99.99％≤Au＜100％、0＜Be≤0.001％、0＜Cu≤0.003％、0＜Fe≤0.001％、0＜Mg≤0.001％和0＜Ag≤0.003％。本发明对键合金带的配方进行了优化,显著提升了键合金带的机械性能,使其具有适宜的拉伸强度和延伸率,满足键合要求。本发明制备的键合金带传输稳定可靠,耐电流高,连接牢固,尺寸精确度高,宽度公差为±1％,厚度公差为±0.0002mm,属于高精度产品。(The invention discloses a bonding gold belt and a preparation method thereof, wherein the bonding gold belt comprises the following components in percentage by weight: more than 99.99 percent and less than 100 percent of Au, more than 0 and less than 0.001 percent of Be, more than 0 and less than 0.003 percent of Cu, more than 0 and less than 0.001 percent of Fe, more than 0 and less than 0.001 percent of Mg, and more than 0 and less than 0.003 percent of Ag. The formula of the bonding alloy belt is optimized, the mechanical property of the bonding alloy belt is obviously improved, the bonding alloy belt has proper tensile strength and elongation, and the bonding requirement is met. The bonding gold belt prepared by the invention has stable and reliable transmission, high current resistance, firm connection and high dimensional accuracy, has a width tolerance of +/-1 percent and a thickness tolerance of +/-0.0002 mm, and belongs to a high-precision product.)

一种键合金带及其制备方法

技术领域

本发明属于键合材料技术领域，尤其涉及一种键合金带及其制备方法。

背景技术

键合是集成电路生产中的一步重要工序，是将电路芯片与引线框架连接起来的操作。键合金带和键合金丝均是半导体器件和集成电路组装时为使芯片内电路的输入/输出键合点与引线框架的内接触点之间实现电气链接而使用的内引线。但键合金带与键合金丝的使用效果不同。由于电流趋肤效应，同样截面积的金线和金带所承受电流的大小不同，金带的最多承受电流远远高于金线。尤其是在军工行业，战场环境特殊，可靠性及传输要求比民用产品高很多，金线往往无法满足要求，所以，目前金带主要应用在军工行业。键合金带较键合金丝的加工难度更大，目前对键合金带的研究较少。指标要求金带的宽度方向尺寸公差为±5％以内，厚度方向尺寸公差为±10％以内。而现有市售金带的公差大多超范围，如宽度要求尺寸为500微米的金带，实际宽度却不到450微米，导致影响产品的焊接性及产品尺寸。

键合效果的好坏将直接影响集成电路的性能，因此键合金带需满足键合要求，其尺寸精度要高且均匀、不弯曲，表面光洁，没有沾污，没有划痕，同时应具备适当的拉伸强度和延伸率。而只使用纯金加工成的金带非常柔软，强度较低，可焊性差，无法满足键合要求。因此，需提供一种能满足键合要求的金带。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种键合金带及其制备方法。

为实现其目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种键合金带，其包括如下重量百分含量的成分：99.99％≤Au＜100％、0＜Be≤0.001％、0＜Cu≤0.003％、0＜Fe≤0.001％、0＜Mg≤0.001％和0＜Ag≤0.003％。

不同的微量元素对金带的机械性质、焊球的形状、弓丝弧度、尾丝余量等都会有不同程度的影响。本发明依据各项基础试验，即单一元素对母材的影响，及各元素间相互影响的结果，优选出上述金带配方。其中，Be可提高黄金的加工抗疲劳性，同时增加部分强度。Cu和Fe可大范围提高黄金的强度，增加拉力。Mg可增强焊接时的浸润性能，增强推力。Ag可增加黄金的强度及可加工性能。

进一步优选地，所述键合金带包括如下重量百分含量的成分：99.99％≤Au＜100％、0.0003％≤Be≤0.001％、0.0003％≤Cu≤0.003％、0.0003％≤Fe≤0.001％、0.0003％≤Mg≤0.001％和0.0003％≤Ag≤0.003％。微量元素的添加总量不能超过90ppm，所以添加元素的种类不能过多，并且元素间的相互影响，造成需要一种平衡状态。本发明经过反复试验，确认此范围内的各元素添加量，相对合适。

如果过多地调整单一元素，会造成破坏平衡，形成不良产品，焊线断线，滑球及线弧不良等。因此，本发明进一步优选出下列配方。

所述键合金带由如下重量百分含量的成分组成：Au 99.9984％、Be 0.0003％、Cu0.0003％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％和Ag 0.0003％。

所述键合金带包括如下重量百分含量的成分：Au 99.9979％、Be 0.0006％、Cu0.0004％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％和Ag 0.0005％。

所述键合金带包括如下重量百分含量的成分：Au 99.9971％、Be 0.0009％、Cu0.0005％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％和Ag 0.0009％。

优选地，所述键合金带的杂质总含量≤0.01％。

本发明还提供了一种键合金带的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将黄金放入连铸炉中，然后加入微量元素Be、Cu、Fe、Mg和Ag，铸造合金棒；

(2)将合金棒进行拉丝，加工成目标尺寸线材；

(3)将线材进行轧制，加工成目标尺寸的金带；

(4)将金带进行退火处理；

(5)将退火后的金带进行定长绕线，制得所述键合金带。

优选地，所述步骤(1)的连铸温度为1150～1250℃。在该温度范围内进行连铸，黄金熔液的流动性好，利于铸造，且微量元素不会出现烧结现象，利于准确控制微量元素的含量，同时，该温度范围对设备要求不高，一般连铸炉设备都可达到。若连铸温度过低，会导致黄金熔液的流动性不足，从而造成铸造缺陷。若连铸温度过高，会导致添加的微量元素出现烧结现象，从而无法准确控制微量元素的含量，且温度过高，对设备的要求也高，一般连铸炉设备的额定温度为1400℃。

优选地，所述步骤(2)中，拉丝过程模具的延伸率为8％～15％，拉丝速度为7～10m/s。

优选地，所述步骤(4)中，退火温度为350～500℃，退火速度为0.5～1.0m/s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明对键合金带的配方进行了优化，显著提升了键合金带的机械性能，使其具有适宜的拉伸强度和延伸率，满足键合要求。本发明制备的键合金带传输稳定可靠，耐电流高，连接牢固，尺寸精确度高，宽度公差为±1％，厚度公差为±0.0002mm，属于高精度产品。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，本发明通过下列实施例进一步说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。

实施例1

一种键合金带，其成分和含量(重量百分比)如下：Au 99.9984％、Be 0.0003％、Cu0.0003％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％、Ag 0.0003％和其它杂质0.001％。

该键合金带的制备方法为，目标尺寸为：0.125mm(宽)×0.0125mm(厚)：

(1)将黄金放入连铸炉中，然后加入微量元素Be、Cu、Fe、Mg和Ag，1200℃(1150～1250℃均可)熔解，铸造金棒。

(2)用拉丝机将金棒进行拉丝，加工成φ0.0453mm的金线，控制金线的直径公差为±0.0003mm；拉丝过程模具的延伸率为8％～15％，拉丝速度为7～10m/s。

(3)用金带专用精密轧机(金带压延机KPS-Y4)将金线进行轧制，加工成目标尺寸的金带，控制金带的宽度公差为±1％，厚度公差为±0.0002mm。具体操作为：将金线放在精密轧机的放线端，自动放线，人工引导金线经过各张力轮及导线轮，穿过轧辊，再经检测探头，固定在收线轴上。在精密轧机上书写轧制程序，输入最终金带尺寸为0.125×0.0125(mm)。检测各导线轮运作正常，启动轧机，设备自动轧制金带，同时设备上显示金带宽厚加工尺寸，前10m左右为设备调整压轧状态试验带，后道工序废丝处理。待设备稳定后，轧制3m左右，停机，截取金带，进行尺寸精度检测。宽度采用0.0001mm精度的千分尺测量，厚度采用厚度仪测量。确认金带尺寸在公差范围内后，继续加工。如果超出范围，调整轧机程序参数，直至轧出合格金带为止。在金带加工过程中，每轧制100m左右，即可停机检测金带尺寸，确保产品合格稳定。

(4)用金带专用退火炉(四线金带水平退火炉MKIK1D601095D)对金带进行退火处理，与键合金丝类似，采用直线式退火，消除应力，使金带达到键合金带机械性能标准要求；退火温度为350～500℃，退火速度为0.5～1.0m/s。

(5)将退火后的金带进行定长绕线，制得所述键合金带。

实施例2

一种键合金带，其成分和含量(重量百分比)如下：Au 99.9979％、Be 0.0006％、Cu0.0004％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％、Ag 0.0005％和其它杂质0.001％。

该键合金带的制备方法与实施例1的制备方法相同。

实施例3

一种键合金带，其成分和含量(重量百分比)如下：Au 99.9971％、Be 0.0009％、Cu0.0005％、Fe 0.0003％、Mg 0.0003％、Ag 0.0009％和其它杂质0.001％。

该键合金带的制备方法与实施例1的制备方法相同。

质量检测

1、金带表面质量检测：

参照GB/T 8750-2014附录B，用体视显微镜直接观察检测实施例1～3制备的键合金带。

指标要求：金带表面应清洁，无指印，附着物等沾污；金带表面应无超过金带厚度允许偏差的典型缺陷，如划痕、条痕、亮点、凹坑等。

检测结果：实施例1～3的键合金带均符合指标要求。

2、扭曲检测：

参照GB/T 8750-2014附录E，将实施例1～3制备的键合金带直接从线轴上垂直放下1m，目视直接观察是否存在扭曲等缺陷。

指标要求：金带从轴上自由放下时应无明显的卷曲，允许金带有不降低其使用功能的轻微卷曲；金带应无扭曲。

检测结果：实施例1～3的键合金带均符合指标要求。

3、尺寸规格(参照GB/T 15077)：

4、性能测试(参照GB/T 10573、GJB 548B-2015方法2011.1、GJB 548B-2015方法2023.2)

对实施例1～3制备的键合金带和现有市售键合金带进行性能测试，测试结果如下表所示。该市售键合金带的Au含量≥99.99％，所添加的微量元素为银和铜。

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	市售键合金带
					断裂载荷(≥25gf)	26.3	27.5	30.1	25.4
延伸率(1％～4％)	2.8	2.9	2.7	3.3
					破坏性键合拉力(≥7.6gf)	8.1	8.4	9.2	7.4
非破坏性键合拉力(≥6gf)	7.1	7.9	8.5	6.0

从上表结果可看出，本发明实施例1～3制备的金带均能满足键合要求，且相比于市售金带，本发明金带的力学性能和键合性能明显更优，其中实施例3最优。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。