权利要求
1.一种高可靠性球焊金丝，其特征在于，包括以下原料及其重量份：Be 2~10ppm、Ca 0~30ppm、Pd 5~20ppm、Pt 5~20ppm、Al 5~20ppm、Mg 0~20ppm、Ce 5~30ppm、La 0~20ppm、Y 0~30ppm、Gd 0~30ppm和Bi 2~30ppm，且添加总量含量≤100ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au;
所述高可靠性球焊金丝通过将原料组成依次经真空熔炼、热挤压、轧制、中间退火、中-细-微拉及退火制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性球焊金丝，其特征在于，包括以下原料及其重量份：Be 6ppm、Pd 10ppm、Pt 15ppm、Al 10ppm、铈Ce 18ppm、Gd 5ppm和Bi 8ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au。
3.一种权利要求1或2所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、组份均匀的金锭制备：按照上述原料目标重量将掺杂元素和金元素通过真空熔炼形成组份均匀的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：将步骤S1的组份均匀的金锭通过热挤压制备成组织致密、晶粒细小的粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：将步骤S2的粗金棒通过轧制进一步细化晶粒形成细金棒;
S4、细金棒中间退火处理：将步骤S3的细金棒经中间退火形成组织一致性更好的细金棒：
S5、中-细-微拉制备金丝：将步骤S4的细金棒依次经中拉、细拉、微拉，形成金丝：
S6、金丝退火处理：将步骤S5的金丝经退火，得到金丝成品。
4.根据权利要求3所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，具体制备过程如下：
S1、组份均匀的金锭制备
S1.1、备料：金粒纯度99.999wt%，钯粒纯度99.95wt%，铂粒99.95 wt %，铍粒纯度99.95wt%，钙粒纯度99.95wt%，铝粒纯度99.99wt%，镁粒纯度99.95wt%，铈粒纯度99.5wt%，钇粒纯度99.9 wt %，镧粒纯度99.9wt%和钆粒纯度99.9wt%;
S1.2、金锭精炼：使用中频感应熔炼炉，真空条件下精炼去除非气体元素，浇铸成空心金套;
S1.3、母合金的熔炼：根据目标重量称取重量比例为99.20~99.60wt%的高纯金原料(纯度99.999wt%)，以及重量比例为0.40~0.80wt%的添加元素，制备Au-Pt-Pd、Au-Be、Au-Ca、Au-Al、Au-Mg、Au-Ce、Au-Y、Au-La以及Au-Gd母合金，各母合金熔炼时将添加元素放入空心金套中，放入坩埚进行真空精炼，熔化后，搅拌30~50次，静置5~30min，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，形成不同的母合金锭，备用;
S1.4、真空熔炼：将母合金锭按照掺杂元素含量称取各母合金，掺杂元素总量含量≤100ppm，余量金≥99.99 wt%进行投料，将母合金放入空心金套中，再放入坩埚中进行真空精炼，物料熔化后，搅拌20~50次，静置5~30min后，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，获得组份均匀的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：
热挤压：将上述步骤S1.4的组份均匀的金锭使用热挤压机进行加热并热挤压，将金锭直接减径至9~11mm，获得粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：
轧制：将上述步骤S2的粗金棒轧制至1.54~1.56mm，获得细金棒;
S4、细金棒中间退火处理：
中间退火：将上述步骤S3的细金棒在200~500℃退火2~4h，随炉冷却，得到中间退火后的细金棒;
S5、中-细-微拉制备金丝：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.54~1.56mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度60~100m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度200~250m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至目标直径，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度300~400m/min;
S6、金丝退火处理：
成品退火：将上述步骤S5的金丝进行退火处理，退火温度400~600℃，退火速度30~50m/min。
5.根据权利要求4所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热挤压的加热条件：模具预热400~600℃，金锭加热温度500~700℃，保温时间1~2h;热挤压条件：
热挤压速度10~20mm/s。
6.根据权利要求4所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述轧制为连续冷轧制。
7.根据权利要求4所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述轧制的每道次的变形量为5~20%。
8.根据权利要求6所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S5.3中，金丝的目标直径为15~50μm。
9.根据权利要求6所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S1.3和S1.4中，所述金锭精炼的条件：真空度1×10-3Pa，精炼功率16~24kw，熔炼温度1200~1400℃，精炼时间1~2h。
10.根据权利要求6所述的一种高可靠性球焊金丝的制备方法，其特征在于，步骤S1.2中，所述空心金套的大小为内径10~50mm、外径15~55mm，厚度2~5mm和高50~100mm;步骤S1.4中，金锭的大小均为直径50~90mm和高度20~100mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种高可靠性球焊金丝及制备方法，属于键合丝加工技术领域。
背景技术
[0002]电子组装需要芯片与基板、芯片与芯片之间建立电气连接，引线键合作为最传统的键合方式，其较长引线的寄生电容、电感大，所需空间大的局限性已很难满足电子产品微型化、薄型化、智能化、高可靠性的发展需求。与引线键合方式不同，倒装焊无需使用金属芯线就能实现芯片与外部之间的电连接，缩短了互连距离，实现小型化封装。倒装焊采用凸点连接，减少了芯片与基板之间的互连距离，从而降低电阻和电感，提高信号传输速度和完整性，同时凸点连接提升了I/O端连接密度，实现更多功能集成。另外，芯片正面与基板接触，为热量提供了更直接的传导路径，增强散热功能，改善了电性能，这使得倒装焊成为最有发展前途的一种芯片互连技术。
[0003]传统的倒装芯片封装采用含铅焊料凸点实现互连，其中铅锡焊料凸点最为常用。随着绿色制造的倡导实施，无铅焊料替代了含铅焊料，但已有的无铅焊料其导电、导热性能都很差。而金材料在导电率及热传导率上的优势，使得金凸点互连技术逐渐成为倒装芯片封装的一种较好的解决方案。金凸点互连不仅流程短，且可提供一种清洁的、无污染的界面，避免了因助焊剂对器件造成污染，提高了键合的可靠性;而且金凸点减少了热膨胀系数不匹配的问题，降低了因长期使用出现的老化失效情况。
[0004]现有的2N金线中1%Pd的添加可使得凸点形状容易控制，凸点尾状物的高度一致性好，但生产制作凸点时因所需压力较大，导致球焊过程中凸点共面的一致性差，容易损伤芯片焊接区，特别是一些结构特殊对压力敏感的芯片更容易引起损坏;现有4N金线可焊性好，能够在较低的压力程度下仍保持较大的焊合窗口，避免对芯片的损伤，但是键合强度不足，可靠性降低。
[0005]为此，本发明提供了一种高可靠性球焊金丝及制备方法，通过对其成分配方及制备方法的改进，在保证键合金丝高纯(99.99wt%)的基础上制备出高可靠性球焊的金丝。
发明内容
[0006]至少针对上述现有技术存在的一个问题，本发明提供一种高可靠性球焊金丝及制备方法，通过优化合金元素的含量并采用熔炼-热挤压-轧制的方法制备纯度99.99%的金丝，制备的金丝，晶粒度好，凸点晶粒均匀，且热影响区长度稳定，能够提高球焊时金凸点共面的一致性，具有高强度、高可靠性。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份：铍(Be)2~10ppm、钙(Ca)0~30ppm、钯(Pd)5~20ppm、铂(Pt)5~20ppm、铝(Al)5~20ppm、镁(Mg)0~20ppm、铈(Ce)5~30ppm、镧(La)0~20ppm、钇(Y)0~30ppm、钆(Gd)0~30ppm及铋(Bi)2~30ppm，且添加总量含量≤100ppm，其余含量为纯度99.999wt%的金(Au)。
[0008]优选地，所述高可靠性球焊金丝通过将原料组成依次经真空熔炼、热挤压、轧制、中间退火、中-细-微拉及退火制备得到。
[0009]优选地，所述高可靠性球焊金丝包括以下原料及其重量份：Be 6ppm、Pd 10ppm、Pt15ppm、Al 10ppm、铈Ce 18ppm和Gd 5ppm和Bi 8ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au。
[0010]本发明还提供了一种高可靠性球焊金丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、组份均匀的金锭制备：按照上述原料目标重量将掺杂元素和金元素通过真空熔炼形成组份均匀的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：将步骤S1的组份均匀的金锭通过热挤压制备成组织致密、晶粒细小的粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：将步骤S2的粗金棒通过轧制进一步细化晶粒形成细金棒;
S4、细金棒中间退火处理：将步骤S3的细金棒经中间退火形成组织一致性更好的细金棒：
S5、中-细-微拉制备金丝：将步骤S4的细金棒依次经中拉、细拉、微拉，形成金丝：
S6、金丝退火处理：将步骤S5的金丝经退火，得到金丝成品。
[0011]优选地，一种高可靠性球焊金丝的制备方法，具体制备过程如下：
S1、组份均匀的金锭制备
S1.1、备料：金粒纯度99.999wt%，钯粒纯度99.95wt%，铂粒99.95 wt %，铍粒纯度99.95wt%，钙粒纯度99.95wt%，铝粒纯度99.99wt%，镁粒纯度99.95wt%，铈粒纯度99.5wt%，钇粒纯度99.9 wt %，镧粒纯度99.9wt%、钆粒纯度99.9wt%和铋粒纯度99.9 wt%;
S1.2、金锭精炼：使用中频感应熔炼炉，真空条件下精炼去除非气体元素，浇铸成空心金套;
S1.3、母合金的熔炼：根据目标重量称取重量比例为99.20~99.60wt%的高纯金原料(纯度99.999wt%)，以及重量比例为0.40~0.80wt%的添加元素，制备Au-Pt-Pd、Au-Be、Au-Ca、Au-Al、Au-Mg、Au-Ce、Au-Y、Au-La、Au-Bi以及Au-Gd母合金，各母合金熔炼时将添加元素放入空心金套中，放入坩埚进行真空精炼，熔化后，搅拌30~50次，静置5~30min，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，形成不同的母合金锭，备用;
S1.4、真空熔炼：将母合金锭按照掺杂元素含量称取各母合金，掺杂元素总量含量≤100ppm，余量金≥99.99 wt%进行投料，将母合金放入空心金套中，再放入坩埚中进行真空精炼，物料熔化后，搅拌20~50次，静置5~30min后，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，获得组份均匀的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：
热挤压：将上述步骤S1.4的组份均匀的金锭使用热挤压机进行加热并热挤压，将金锭直接减径至9~11mm，获得组织致密、晶粒细小、性能优良的粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：
轧制：将上述步骤S2的粗金棒轧制至1.54~1.56mm，继续细化晶粒，获得细金棒，提高韧性，省去大拉，提高工作效率;
S4、细金棒中间退火处理：
中间退火：将上述步骤S3的细金棒在200~500℃退火2~4h，随炉冷却，1.54~1.6mm金棒退火后，金粒组织一致性更好，键合时打球更圆，一致性好;
S5、中-细-微拉制备金丝：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.54~1.56mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度60~100m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度200~250m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至目标直径，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度300~400m/min;
S6、金丝退火处理：
成品退火：将上述步骤S5的金丝使用管式炉退火，退火温度400~600℃，退火速度30~50m/min。
[0012]优选地，步骤S2中，热挤压的加热条件：模具预热400~600℃，金锭加热温度500~700℃，保温时间1~2h。
[0013]优选地，步骤S2中，热挤压的热挤压条件：热挤压速度10~20mm/s;
挤压后棒材进纯水进行冷却，冷却水温度<30℃，纯水导电率≥3.0MΩ·cm。
[0014]优选地，步骤S3中，所述轧制为连续冷轧制;轧制方式不限于两辊、三辊或多辊。
[0015]优选地，步骤S3中，所述轧制的每道次的变形量为5~20%。
[0016]优选地，步骤S5.3中，金丝的目标直径为15~50μm。
[0017]优选地，步骤S1.2中，所述金锭精炼的条件：真空度1×10-3Pa，精炼功率16~24kw，精炼时间1~2h。
[0018]优选地，步骤S1.3和S1.4中，所述金锭精炼的条件：真空度1×10-3Pa，精炼功率16~24kw，熔炼温度1200~1400℃，精炼时间1~2h。
[0019]优选地，步骤S1.2中，所述空心金套的大小为内径10~50mm、外径15~55mm，厚度2~5mm和高50~100mm。
[0020]优选地，步骤S1.4中，金锭的大小均为直径50~90mm和高度20~100mm。
[0021]优选地，还包括复绕包装：将上述S6的金丝成品按所需长度复绕于成品线轴上，线轴盒密封包装。
[0022]本发明的有益效果：
1、本发明的高可靠性球焊金丝通过选取不同的掺杂元素，优化合金元素的含量，通过熔炼、热挤压、轧制、中间退火、中-细-微拉等工艺步骤生产的金丝，晶粒度好，凸点晶粒均匀，且热影响区长度稳定，提高了球焊时金凸点共面的一致性，并能够控制整个芯片上金凸点的高度差±5μm。
[0023]2、本发明的高可靠性球焊金丝具有高强度和高可靠性，能够满足产品微型化、高密度的需求。
[0024]3、本发明的高可靠性球焊金丝的制备方法中采用了熔炼-热挤压-轧制的方法，代替了传统连铸-拉丝工艺，不仅简化工艺流程，提高生产效率，还能够改善金丝的组织结构。
[0025]4、本发明的高可靠性球焊金丝的制备方法通过热挤压和轧制，有效改善了棒材内部晶粒大小，使得线材强度、延伸率大大提高。
[0026]5、本发明的高可靠性球焊金丝的制备方法还使用了真空熔炼快速浇铸冷，却改善了传统连铸过程掺杂元素可能造成分布不均匀的情况，提高了线材的稳定性。
附图说明
[0027]图1为本发明实施例1的晶粒扫描电子图。
[0028]图2为本发明对比例1的晶粒扫描电子图。
[0029]图3为本发明的IMC生长趋势图。
具体实施方式
[0030]下面是对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
[0031]实施例1
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份：Be 5ppm、Ca 10ppm、Pd10ppm、Pt 10ppm、Al 10ppm、Mg 10ppm、Ce 10ppm、La 10ppm、Y 10ppm、Gd 10ppm及Bi 5ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au;
该高可靠性球焊金丝的具体制备方法如下：
S1、组份均匀的金锭制备
S1.1、备料：金粒纯度99.999wt%，钯粒纯度99.95wt%，铂粒99.95 wt %，铍粒纯度99.95wt%，钙粒纯度99.95wt%，铝粒纯度99.99wt%，镁粒纯度99.95wt%，铈粒纯度99.5wt%，钇粒纯度99.9 wt %，镧粒纯度99.9wt%、钆粒纯度99.9wt%和铋粒纯度99.9 wt%;
S1.2、金锭精炼：使用中频感应熔炼炉，在真空度1×10-3Pa、功率20kw真空条件下精炼2h，去除非气体元素，浇铸成大小为内径10mm、外径20mm，厚度2mm和高100mm的空心金套;
S1.3、母合金的熔炼：根据目标重量称取重量比例为99.20~99.60wt%的高纯金原料(纯度99.999wt%)，以及重量比例为0.40~0.80wt%的添加元素，制备Au-Pt-Pd、Au-Be、Au-Ca、Au-Al、Au-Mg、Au-Ce、Au-Y、Au-La、Au-Bi以及Au-Gd母合金，各母合金熔炼时将添加元素放入空心金套中，放入坩埚中并在真空度1×10-3Pa、功率20kw、温度1200℃下进行真空精炼2h，熔炼方式为添加元素放入空心金套中再放入坩埚中，可确保熔液每个水平面上成分一致，熔化后，搅拌30次，静置5min，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，形成不同的母合金锭，备用;
S1.4、真空熔炼：将母合金锭按照掺杂元素含量称取各母合金，掺杂元素总量含量≤100ppm，余量金≥99.99 wt%进行投料，将母合金放入空心金套中，再放入坩埚中并在真空度1×10-3Pa、功率24kw、温度1300℃下进行真空精炼1~2h，熔炼方式为母合金放入空心金套中再放入坩埚中，可确保熔液每个水平面上成分一致，物料熔化后，搅拌50次，静置10min后，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，获得组份均匀的大小为直径90mm和高度80mm的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：
热挤压：将上述步骤S1.4的组份均匀的金锭使用热挤压机进行加热，加热条件：模具预热500℃、金锭加热温度700℃、氩气保护，保温时间1h，开始热挤压，热挤压条件：热挤压速度10mm/s，将金锭直接减径至10mm，挤压后棒材进纯水进行冷却，冷却水温度<30℃，纯水导电率≥3.0MΩ·cm，获得组织致密、晶粒细小、性能优良的粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：
轧制：将上述步骤S2的粗金棒通过连续冷轧制进行轧制，使用多辊轧制机将轧制10mm的粗金棒至1.55mm，并且每道次的变形量为5%，继续细化晶粒，获得细金棒，提高韧性，省去大拉，提高工作效率;
S4、细金棒中间退火处理：
中间退火：将上述步骤S3的细金棒在300℃退火4h，随炉冷却，1.55mm细金棒退火后，如图1所示，金粒组织一致性更好，键合时打球更圆，一致性好;
S5、中-细-微拉制备金丝：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.55mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度60m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度200m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至目标直径：18μm、20μm、23μm、25μm、30μm、35μm和40μm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度400m/min;
S6、金丝退火处理：
成品退火：将上述步骤S5的金丝使用管式炉退火，退火温度500℃，退火速度30m/min;
S7、复绕包装：将上述S6的金丝成品按所需长度复绕于成品线轴上，线轴盒密封包装。
[0032]实施例2
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份：Be 5ppm、Ca 15ppm、Pd10ppm、Pt 10ppm、Al 5ppm、Mg 5ppm、Ce 10ppm、La 10ppm、Y 10ppm、Gd 10ppm及Bi 10ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au;
高可靠性球焊金丝的制备步骤与实施例1不同之处在于：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.55mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度80m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度240m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至目标直径：18μm、20μm、23μm、25μm、30μm、35μm和40μm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度350m/min。
[0033]实施例3
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份：Be 5ppm、Ca 10ppm、Pd10ppm、Pt 10ppm、Al 5ppm、Mg 5ppm、Ce 10ppm、La 10ppm、Y 5ppm、Gd 10ppm及Bi 20ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au;
高可靠性球焊金丝的制备步骤与实施例1不同之处在于：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.55mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度100m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度200m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至目标直径：18μm、20μm、23μm、25μm、30μm、35μm和40μm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度300m/min。
[0034]实施例4
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份：Be 6ppm、Pd 10ppm、Pt15ppm、Al 10ppm、铈Ce 18ppm、Gd 5ppm和Bi 8ppm，其余含量为纯度99.999wt%的Au;
该高可靠性球焊金丝的具体制备方法如下：
S1、组份均匀的金锭制备
S1.1、备料：金粒纯度99.999wt%，钯粒纯度99.95wt%，铂粒99.95 wt %，铍粒纯度99.95wt%，铝粒纯度99.99wt%、铈粒纯度99.5wt%、钆粒纯度99.9wt%和铋粒纯度99.9 wt%;
S1.2、金锭精炼：使用中频感应熔炼炉，在真空度1×10-3Pa、精炼功率16~24kw真空条件下精炼1~2h，去除非气体元素，浇铸成大小为内径10~50mm、外径15~55mm，厚度2~5mm和高50~100mm的空心金套;
S1.3、母合金的熔炼：根据目标重量称取重量比例为99.20~99.60wt%的高纯金原料(纯度99.999wt%)，以及重量比例为0.40~0.80wt%的添加元素，制备Au-Pt-Pd、Au-Be、Au-Al、Au-Ce及Au-Gd 母合金，各母合金熔炼时将添加元素放入空心金套中，放入坩埚中并在真空度1×10-3Pa、功率16kw、温度1200℃下进行真空精炼2h，熔炼方式为添加元素放入空心金套中再放入坩埚中，可确保熔液每个水平面上成分一致，熔化后，搅拌40次，静置15min，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，形成不同的母合金锭，备用;
S1.4、真空熔炼：将母合金锭按照掺杂元素含量称取各母合金，掺杂元素总量含量≤100ppm，余量金≥99.99 wt%进行投料，将母合金放入空心金套中，再放入坩埚中并在真空度1×10-3Pa、功率20kw、温度1200℃下进行真空精炼2h，熔炼方式为母合金放入空心金套中再放入坩埚中，可确保熔液每个水平面上成分一致，物料熔化后，搅拌20次，静置25min后，浇铸成锭，重复铸锭2~3次，获得组份均匀的大小为直径90mm和高度100mm的金锭;
S2、热挤压制备粗金棒：
热挤压：将上述步骤S1.4的组份均匀的金锭使用热挤压机进行加热并热挤压，将金锭直接减径至10mm，加热条件：模具预热400℃、金锭加热温度500℃、保温时间2h，热挤压条件：热挤压速度20mm/s，挤压后棒材进纯水进行冷却，冷却水温度<30℃，纯水导电率≥3.0MΩ·cm，获得组织致密、晶粒细小、性能优良的粗金棒;
S3、轧制制备细金棒：
轧制：将上述步骤S2的粗金棒通过连续冷轧制进行轧制，使用多辊轧制机将轧制10mm的粗金棒至1.55mm，并且每道次的变形量为8%，继续细化晶粒，获得细金棒，提高韧性，省去大拉，提高工作效率;
S4、细金棒中间退火处理：
中间退火：将上述步骤S3的细金棒在500℃退火2h，随炉冷却，1.55mm金棒退火后，金粒组织一致性更好，键合时打球更圆，一致性好;
S5、中-细-微拉制备金丝：
S5.1、将步骤S4的细金棒先经中拉处理：由1.55mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度35℃，拉丝速度70m/min;
S5.2、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度35℃，拉丝速度220m/min;
S5.3、最后经微拉处理：由0.07mm变径至0.025mm，减面率13%，拉丝液温度35℃，拉丝速度380m/min;
S6、金丝退火处理：
成品退火：将上述步骤S5的金丝使用管式炉退火，退火温度400℃，退火速度40m/min;
S7、复绕包装：将上述S6的金丝成品按所需长度复绕于成品线轴上，线轴盒密封包装。
[0035]对比例1
一种高可靠性球焊金丝及其制备方法，与实施例1的不同之处在于：原料组成中Bi的添加量为0ppm;如图2所示的退火后的晶粒扫描图。
[0036]通过图1和图2对比发现，实施例1通过掺杂适量的铋元素，细化晶粒，尺寸降低，成球后，球圆度好，金粒组织一致性更好。
[0037]对比例2
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份与实施例1相同;
该高可靠性球焊金丝的具体制备方法与实施例1不同之处：
S1、组份均匀的母合金制备
S1.1、备料：金粒纯度99.999wt%，钯粒纯度99.95wt%，铂粒99.95 wt %，铍粒纯度99.95wt%，钙粒纯度99.95wt%，铝粒纯度99.99wt%，镁粒纯度99.95wt%，铈粒纯度99.5wt%，钇粒纯度99.9 wt %，镧粒纯度99.9wt%、钆粒纯度99.9wt%和铋粒纯度99.9 wt%;
S1.2、母合金的熔炼：采用高频炉熔炼，真空保护，真空度为0.1×10-3Pa，熔炼温度1250℃，多次搅拌，获得成分均匀的母合金;
S2、拉铸金棒：采用竖式连铸炉，在纯度为99.999wt%金的基础上添加微量<100ppm的合金元素拉制成直径为8mm的99.99wt%金棒，速度60mm/min，氩气压力0.01~0.05Pa;
S3、粗拉：将连铸好的金棒进行粗拉，粗拉模具延伸率15%，拉丝速度15m/min，拉制成1.55mm的细金棒;
后依次进行实施例1的S4的细金棒中间退火处理、S5的中-细-微拉制备金丝、S6的金丝退火处理及S7的复绕包装。
[0038]对比例3
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份与实施例1相同;
该高可靠性球焊金丝的具体制备方法与实施例1不同之处：S5、中-细-超细拉制备金丝：
S5.1、将步骤S4的细金棒以模具延伸率15%进行中拉，由1.55mm变径至0.2mm，拉丝液温度30℃，拉丝速度120m/min;
S5.2、接着以模具延伸率9%进行细拉，由0.2mm变径至0.07mm，拉丝液温度30℃，拉丝速度300m/min;
S5.3、最后以模具延伸率6%进行超细拉，由0.07mm变径至目标直径：18μm、20μm、23μm、25μm、30μm、35μm和40μm，拉丝液温度30℃，拉丝速度450m/min。
[0039]对比例4
一种高可靠性球焊金丝，包括以下原料及其重量份与实施例1相同;
该高可靠性球焊金丝的具体制备方法与实施例1不同之处：S2的热挤压制备粗金棒直接进行大-细-微拉制备金丝
步骤S1的组份均匀的金锭制备、S2的热挤压制备粗金棒与实施例1相同，S2的热挤压制备粗金棒进行大-细-微拉制备金丝，即：
S3、大-中-细-微拉制备金丝：
S5.1、将步骤S2的粗金棒先经中拉处理：由10mm变径至2mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度20m/min;
S5.2、接着经中拉处理：由2mm变径至0.2mm，减面率13%，拉丝液温度30℃，拉丝速度60m/min;
S5.3、接着经细拉处理：由0.2mm变径至0.07mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度200m/min;
S5.4、最后经微拉处理：由0.07mm变径至0.025mm，减面率13%，拉丝液温度30~35℃，拉丝速度400m/min;
后依次进行实施例1的S6的金丝退火处理及S7的复绕包装。
[0040]性能测试
1、通过上述实施例1~4和对比例1~4制备的目标直径的金丝进行关于BL (g)和EL(%)力学性能的测试，其中BL (g)和EL(%)力学性能参考标准如表1所示，测试结果如表2所示。
[0041]表1 标准参考
[0042]表2 金丝的性能测试
[0043]通过表1和表2发现，本发明的实施例1~4通过选取不同的掺杂元素，优化合金元素的含量，并采用热挤压、轧制、中间退火、中-细-微拉等工艺制备的金丝，晶粒度好，凸点晶粒均匀，且热影响区长度稳定，提高了球焊时金凸点共面的一致性;并且本实施例1~4将熔炼-热挤压-轧制工艺结合有效地改善了金丝的内部晶粒大小，大大提高线材强度和延伸率;另外，实施例4采用的掺杂元素配比，通过熔炼-热挤压-轧制工艺使得金丝具有更优的强度和延伸率。
[0044]2、将上述实施例1~4和对比例1~4制备的25μm金丝进行键合，键合后测试IMC生长趋势，同时以纯金丝作为对照组，如图3所示。
[0045]从图3中发现，本发明实施例1~4制备的高可靠性球焊金丝的IMC厚度缓慢增加，经过696小时后，仍拥有最佳的IMC厚度，IMC的厚度在3~5.5μm范围，而IMC的厚度对焊接可靠性至关重要，其理想范围通常为 3~5μm，其主要原因是掺杂元素降低了芯片铝的扩散，并优化了IMC厚度，过薄或过厚均会导致焊点可靠性下降，从而达到键合高可靠性，也表现了金丝具有最佳平衡的综合力学性能导电性和热疲劳寿命。其中实施例4的金丝性能更优;本发明实施例1~4制备的高可靠性球焊金丝的可靠性优于现有市场产品水平。
[0046]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0047]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
说明书附图(3)
