CN111524811B - 一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 - Google Patents
一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111524811B CN111524811B CN202010326667.6A CN202010326667A CN111524811B CN 111524811 B CN111524811 B CN 111524811B CN 202010326667 A CN202010326667 A CN 202010326667A CN 111524811 B CN111524811 B CN 111524811B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gold
- graphene
- bonding wire
- cerium
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H10W72/50—
-
- H10W20/40—
-
- H10W99/00—
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
本发明提供一种石墨烯‑金键合丝及其制备方法和应用，石墨烯‑金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.05％～1.0％，镧0.0005％～0.001％，铈0.0005％～0.010％，金60％～80％，银19％～39.94％，余量为不可避免的杂质。本发明的石墨烯‑金键合丝用于集成电路封装中，可作为键合金丝的替代品，成本低，焊线效果好。
Description
技术领域
本发明涉及封装用键合丝技术领域，具体是涉及一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用。
背景技术
微电子引线键合，是一种使用微细金属线，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。在理想控制条件下，引线和基板间会发生电子共享或原子的相互扩散，从而使两种金属间实现原子量级上的键合。
目前在中高端LED、COB及多引脚IC集成电路封装中，键合线多用键合金丝及金合金丝。其中，键合金丝中金的含量达到99.99％以上，是所有键合线中最顶端的产品，但是键合金丝价格偏高，导致封装成本增加。金合金丝价格相对较低，但在高端LED、COB及多引脚IC集成电路封装技术中，会出现键合氧化、推拉力不足、焊点共晶不好等缺陷。
为了解决上述技术问题，公开号为CN107768338A的中国发明专利申请文件公开了一种银-锡-石墨烯复合键合丝及其制备方法，其中，银-锡-石墨烯复合键合丝，以重量百分比计，包括：石墨烯0.05％～1.5％、锡5％～10％、银88.5～94.95％及不可避免的杂质。
然而，上述银-锡-石墨烯复合键合丝中银的含量高达88.5～94.95％，由于银容易被氧化，该银-锡-石墨烯复合键合丝在焊线过程中很容易产烧小球、滑球现象，严重影响了其键合性能。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种键合性能优良，在焊线过程中不会产烧小球、滑球现象的石墨烯-金键合丝。
本发明的第二目的是提供一种上述石墨烯-金键合丝的制备方法。
本发明的第三目的是提供一种上述石墨烯-金键合丝的应用。
为了实现上述的第一目的，本发明提供石墨烯-金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.05％～1.0％，镧0.0005％～0.001％，铈0.0005％～0.010％，金60％～80％，银19％～39.94％，余量为不可避免的杂质。
优选地，石墨烯0.05％，镧0.0005％，铈0.0005％，金60％，银39.947％，余量为不可避免的杂质；
优选地，石墨烯0.1％，镧0.0008％，铈0.0010％，金70％，银29.898％，余量为不可避免的杂质；
优选地，石墨烯0.90％，镧0.0010％，铈0.0100％，金80％，银19.086％，余量为不可避免的杂质；
优选地，将石墨烯-金键合丝进行复绕分装。
为了实现上述的第二目的，本发明提供石墨烯-金键合丝的制备方法：采用化学沉积方法获得石墨烯-金复合粉末材料，通过金属熔铸的方法获得金-镧、金-铈的合金材料，将金、石墨烯-金复合粉末材料、合金材料、银通过金属熔铸和定向凝固法获得复合材料棒材，最后通过对复合材料棒材拉伸获得石墨烯-金键合丝。
进一步的方案是，本发明的石墨烯-金键合丝的制备方法具体包括以下步骤：S1、制备石墨烯-金复合粉末材料：配制一定浓度的AuCl3水溶液，将一定量的石墨烯置于AuCl3水溶液中，搅拌、分散后，调节溶液的PH值为10～15，在反应温度为60℃～90℃的条件下，滴入还原剂，反应完毕后用去离子水冲洗并过滤,将收集的反应产物置于干燥箱烘干,得到石墨烯-金复合粉末材料；S2、制备金-镧合金片材：按重量百分比，将0.1％～0.5％的镧和99.9％～99.5％的金通过金属熔铸的方法得到块状的金-镧合金铸锭，再将金-镧合金铸锭轧制成金-镧合金片材；S3、制备金-铈合金片材：按重量百分比，将0.1％～0.5％的铈和99.9％～99.5％的金通过金属熔铸的方法得到块状的金-铈合金铸锭，再将金-铈合金铸锭轧制成金-铈合金片材片材；S4、制备石墨烯-金复合棒材：将一定量的金、石墨烯-金复合材料粉末、金-镧合金片材、金-铈合金片材、银完全熔化后，经过保温、搅拌、精炼后，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材；S5、制备石墨烯-金键合丝：将石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到石墨烯-金键合丝。
进一步的方案是，步骤S1中AuCl3水溶液的浓度为0.12mol/L至0.15mol/L，体积为5L至10L，石墨烯的添加量为8g至15g，还原剂为甲醛或水合联氨。
进一步的方案是，步骤S2具体为：将镧和金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-镧合金铸锭，分道次将金-镧合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-镧合金片材。
优选地，金为纯度≥99.99％金锭。
进一步的方案是，步骤S3具体为：将铈和金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-铈合金铸锭，分道次将金-铈合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-铈片材。
优选地，步骤S4具体为：将金、石墨烯-金复合材料粉末、金-镧合金片材、金-铈合金片材、银，放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材；
优选地，银为纯度≥99.99％的银粉。
进一步的方案是，步骤S5具体为：粗拉伸：将石墨烯-金复合棒材粗拉伸成直径φ1.5mm的线材；表面清洗：将经过粗拉的直径φ1.5mm的线材先用浓度为5％～10％氢氧化纳溶液清洗，再用去离子水冲清洗并烘干；中拉伸：将表面清洗后的直径φ1.5mm的线材中拉伸成直径φ0.2mm的线材；细拉伸：将直径φ0.2mm的线材细拉伸成直径φ0.08mm～φ0.10mm的丝材；去应力退火：将φ0.08mm～φ0.1mm的丝材置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度400℃～750℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理，去除内应力；微拉伸：将退火处理后的丝材进行微拉伸，拉伸成直径φ0.015mm～φ0.050mm的石墨烯-金键合丝；热处理：将φ0.015mm～φ0.05mm的石墨烯-金键合丝置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度300℃～600℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理。
更进一步的方案是，本发明的石墨烯-金键合丝的制备方法还包括复绕分装：将石墨烯-金键合丝单卷定尺，控制张力0.8g～8.0g，单卷500m或1000m定尺。
为了实现上述的第三目的，本发明提供一种上述石墨烯-金键合丝在集成电路封装中的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明的石墨烯-金键合丝用于集成电路封装中，其焊线参数与键合金丝接近，可作为键合金丝的替代品实用，用于高端LED、COB及多引脚IC集成电路封装，无烧小球、滑球现象，使用本发明的石墨烯-金键合丝成本仅为键合金线的3/5至4/5。
2、本明的石墨烯-金键合丝电阻率低，25℃室温条件下，直径为25um的丝材样品电阻率仅为2.6Ω·cm至3.0Ω·cm，比普通的金合金键合丝低了0.80Ω·cm至1.2Ω·cm，与键合金丝的电阻率相近。
3、本发明的石墨烯-金键合丝抗拉强度高，25℃室温条件下，直径为25um的丝材样品断裂力达到10cN至12cN,而同等直径的普通键合金丝的断裂力为9.0cN左右,普通金合金键合丝的断裂力为9.5cN左右。
4、本发明的石墨烯-金键合丝内部晶体结构，组织排列均匀一致，材料中石墨烯呈点片状分布且均匀，未见界面脱粘和孔洞，这使得材料密度相对较高，同时材料中的银含量较低，焊线时避免了烧小球、滑球等现象，从而了改善键合性能。
5、本发明的石墨烯-金键合丝进行封装后线材与芯片、线材与引线框架镀层共晶得到保障，在封装后进行破坏性耐冷热冲击实验，表明本发明的石墨烯-金键合丝耐热冷冲击性能好。
附图说明
图1是本发明实施例一与对比例一的石墨烯-金键合丝的IC封装对比图。
图2是本发明实施例一与对比例一的石墨烯-金键合丝的高端LED封装的焊点对比图。
图3是本发明实施例一的石墨烯-金键合丝在扫描电镜下的微观组织图。
图4是本发明实施例一的石墨烯-金键合丝在扫描电镜下的表面相貌图。
图5是普通金合金键合丝在扫描电镜下的表面相貌图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
【实施例一】
一种石墨烯-金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.05％，镧0.0005％，铈0.0005％，金60％，银39.947％，余量为不可避免的杂质。
上述石墨烯-金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
S11、制备石墨烯-金复合粉末材料：
配制浓度为0.12mol/L的AuCl3水溶液5L。
将质量为8g的石墨烯置于配制好的AuCl3水溶液中，同时施以电磁搅拌和超声波分散，用浓度为20wt％的氨水调节溶液的PH值为13，在反应温度为60℃～90℃的条件下，滴入浓度为15wt％的甲醛还原剂进行还原，反应完毕后用去离子水冲洗并过滤,将收集的反应产物置于干燥箱烘干,得到石墨烯的含量为3％的石墨烯-金复合粉末材料。
S12、制备金-镧合金片材：
按重量百分比，将0.1％的镧和99.9％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-镧合金铸锭，分道次将金-镧合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-镧合金片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S13、制备金-铈合金片材：
按重量百分比，将0.1％的铈和99.9％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-铈合金铸锭，分道次将金-铈合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-铈片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S14、制备石墨烯-金复合棒材：
将573.843g的金、16.667g的石墨烯-金复合材料粉末、5g的金-镧合金片材、5g的金-铈合金片材、399.49g的银放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材。
优选地，上述高纯石墨坩锅中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
优选地，该步骤中使用的金为纯度≥99.99％金锭，银为纯度≥99.99％的银粉。
优选地，石墨烯-金复合棒材的直径为φ8mm。
S15、制备石墨烯-金键合丝：
将石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到石墨烯-金键合丝。
粗拉伸：将石墨烯-金复合棒材粗拉伸成直径φ1.5mm的线材；
表面清洗：将经过粗拉的直径φ1.5mm的线材先用浓度为5％～10％氢氧化纳溶液清洗，再用去离子水冲清洗并烘干；
中拉伸：将表面清洗后的直径φ1.5mm的线材中拉伸成直径φ0.2mm的线材；
细拉伸：将直径φ0.2mm的线材细拉伸成直径φ0.08mm～φ0.10mm的丝材；
去应力退火：将φ0.08mm～φ0.1mm的丝材置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度400℃～750℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理，去除内应力；
微拉伸：将退火处理后的丝材进行微拉伸，拉伸成直径φ0.015mm～φ0.050mm的石墨烯-金键合丝；
热处理：将φ0.015mm～φ0.05mm的石墨烯-金键合丝置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度300℃～600℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理。
最后，将制备的石墨烯-金键合丝进行复绕分装：将石墨烯-金键合丝单卷定尺，控制张力0.8g～8.0g，单卷500m或1000m定尺。
【实施例二】
一种石墨烯-金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.1％，镧0.0008％，铈0.0010％，金70％，银29.898％，余量为不可避免的杂质。
上述石墨烯-金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
S21、制备石墨烯-金复合粉末材料：
配制浓度为0.13mol/L的AuCl3水溶液8L。
将质量为10g的石墨烯置于配制好的AuCl3水溶液中，同时施以电磁搅拌和超声波分散，用浓度为30wt％的氨水调节溶液的PH值为14，在反应温度为60℃～90℃的条件下，滴入浓度为30wt％的甲醛还原剂进行还原，反应完毕后用去离子水冲洗并过滤,将收集的反应产物置于干燥箱烘干,得到石墨烯的含量为5％的石墨烯-金复合粉末材料。
在其他实施方式中，上述甲醛还原剂可用水合联氨替代。
S22、制备金-镧合金片材：
按重量百分比，将0.3％的镧和99.7％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-镧合金铸锭，分道次将金-镧合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-镧合金片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S23、制备金-铈合金片材：
按重量百分比，将0.3％的铈和99.7％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-铈合金铸锭，分道次将金-铈合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-铈片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S24、制备石墨烯-金复合棒材：
将675.018g的金、20g的石墨烯-金复合材料粉末、2.667g的金-镧合金片材、3.333g的金-铈合金片材、298.982g的银放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材。
优选地，上述高纯石墨坩锅中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
优选地，该步骤中使用的金为纯度≥99.99％金锭，银为纯度≥99.99％的银粉。
优选地，石墨烯-金复合棒材的直径为φ8mm。
S25、制备石墨烯-金键合丝：
将石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到石墨烯-金键合丝。
粗拉伸：将石墨烯-金复合棒材粗拉伸成直径φ1.5mm的线材；
表面清洗：将经过粗拉的直径φ1.5mm的线材先用浓度为5％～10％氢氧化纳溶液清洗，再用去离子水冲清洗并烘干；
中拉伸：将表面清洗后的直径φ1.5mm的线材中拉伸成直径φ0.2mm的线材；
细拉伸：将直径φ0.2mm的线材细拉伸成直径φ0.08mm～φ0.10mm的丝材；
去应力退火：将φ0.08mm～φ0.1mm的丝材置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度400℃～750℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理，去除内应力；
微拉伸：将退火处理后的丝材进行微拉伸，拉伸成直径φ0.015mm～φ0.050mm的石墨烯-金键合丝；
热处理：将φ0.015mm～φ0.05mm的石墨烯-金键合丝置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度300℃～600℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理。
最后，将制备的石墨烯-金键合丝进行复绕分装：将石墨烯-金键合丝单卷定尺，控制张力0.8g～8.0g，单卷500m或1000m定尺。
【实施例三】
一种石墨烯-金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.90％，镧0.0010％，铈0.0100％，金80％，银19.086％，余量为不可避免的杂质。
上述石墨烯-金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
S31、制备石墨烯-金复合粉末材料：
配制浓度为0.15mol/L的AuCl3水溶液10L。
将质量为15g的石墨烯置于配制好的AuCl3水溶液中，同时施以电磁搅拌和超声波分散，用浓度为20wt％的氨水调节溶液的PH值为13，在反应温度为60℃～90℃的条件下，滴入浓度为40wt％的甲醛还原剂进行还原，反应完毕后用去离子水冲洗并过滤,将收集的反应产物置于干燥箱烘干,得到石墨烯的含量为8％的石墨烯-金复合粉末材料。
S32、制备金-镧合金片材：
按重量百分比，将0.5％的镧和99.5％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-镧合金铸锭，分道次将金-镧合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-镧合金片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S33、制备金-铈合金片材：
按重量百分比，将0.5％的铈和99.5％的金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-铈合金铸锭，分道次将金-铈合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-铈片材。
优选地，上述高纯石墨坩锅和石墨铸型中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
S34、制备石墨烯-金复合棒材：
将674.61g的金、112.5g的石墨烯-金复合材料粉末、2g的金-镧合金片材、20g的金-铈合金片材、190.89g的银放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材。
优选地，上述高纯石墨坩锅中，石墨密度度≥1.65g/cm3,灰粉≤100ppm。
优选地，该步骤中使用的金为纯度≥99.99％金锭，银为纯度≥99.99％的银粉。
优选地，石墨烯-金复合棒材的直径为φ8mm。
S35、制备石墨烯-金键合丝：
将石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到石墨烯-金键合丝。
粗拉伸：将石墨烯-金复合棒材粗拉伸成直径φ1.5mm的线材；
表面清洗：将经过粗拉的直径φ1.5mm的线材先用浓度为5％～10％氢氧化纳溶液清洗，再用去离子水冲清洗并烘干；
中拉伸：将表面清洗后的直径φ1.5mm的线材中拉伸成直径φ0.2mm的线材；
细拉伸：将直径φ0.2mm的线材细拉伸成直径φ0.08mm～φ0.10mm的丝材；
去应力退火：将φ0.08mm～φ0.1mm的丝材置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度400℃～750℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理，去除内应力；
微拉伸：将退火处理后的丝材进行微拉伸，拉伸成直径φ0.015mm～φ0.050mm的石墨烯-金键合丝；
热处理：将φ0.015mm～φ0.05mm的石墨烯-金键合丝置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度300℃～600℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理。
最后，将制备的石墨烯-金键合丝进行复绕分装：将石墨烯-金键合丝单卷定尺，控制张力0.8g～8.0g，单卷500m或1000m定尺。
【对比例一】
一种石墨烯-金键合丝，以质量百分比计包含：石墨烯0.05％，金60％，银39.947％，余量为不可避免的杂质。
上述石墨烯-金键合丝的制备方法，包括以下步骤：
S41、制备石墨烯-金复合粉末材料：参照实施例一的方法。
S42、制备石墨烯-金复合棒材：
将573.843g的金、16.667g的石墨烯-金复合材料粉末、399.49g的银放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到石墨烯-金复合棒材。
优选地，该步骤中使用的金为纯度≥99.99％金锭，银为纯度≥99.99％的银粉。
优选地，石墨烯-金复合棒材的直径为φ8mm。
S43、制备石墨烯-金键合丝：
将石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到石墨烯-金键合丝，具体方法参照实施例一。
参见图1，图1是本发明实施例一与对比例一的石墨烯-金键合丝的IC封装对比图，图1a为对比例一的封装图，图1b为实施例一的封装图。图1a的圈内的芯片表面的焊点超出了芯片的区域，出现了高尔夫球现象；图1b的芯片表面的焊点均处于芯片的区域内，无高尔夫球现象。由此可以看出，采用本发明实施例一的石墨烯-金键合丝进行焊线，焊点表面光滑，球形规则，无高尔夫球现象。本发明的石墨烯-金键合丝中添加了稀土元素镧和铈后，材料在超声焊线时，材料原子介入更均匀和顺畅，特别是在IC封装焊线时改善了键合性能，使焊点表面光滑，球形规则，无高尔夫球现象。
参见图2，图2是本发明实施例一与对比例一的石墨烯-金键合丝的高端LED封装的焊点对比图，图2a为对比例一的焊点图，图2b为实施例一的焊点图。图2a的焊点出现滑球现象，焊点不规则，焊点附近出现烧小球；图2b的焊点无滑球现象，焊点规则。可见，本发明的实施例一添加稀土元素镧和铈后有效解决了焊点滑球现象。采用本发明的石墨烯-金键合丝进行高端LED封装焊线时，本发明的石墨烯-金键合丝与芯片镀金层或芯片镀银层能更好的材料共晶，有效消除了焊点烧小球、滑球现象，使焊点球形更规则，从而提高了焊点的推拉力。
参见图3，图3是本发明实施例一的石墨烯-金键合丝在扫描电镜下的微观组织图，从图3可以看出，材料中石墨烯呈点状分布且均匀，未见界面脱粘和孔洞，这使得材料密度相对较高，材料组织均匀。
参见图4和图5，图4是本发明实施例一的石墨烯-金键合丝在扫描电镜下的表面相貌图，图5是普通金合金键合丝在扫描电镜下的表面相貌图。从图4和图5对比可以看出，本发明的石墨烯-金键合丝的表面光滑，表面光洁度高，可以避免焊线时虚焊、假焊等键合缺陷。
【焊接实验】
材料：直径φ0.023mm的三种键合线；
焊线方式：三晶串联；
芯片为：三安10*28，PN PAD：70um；
支架：良友PCT308/60um；
焊线机：ASM AB380；
瓷嘴：1520-12-T52-CZ3；
实验结果参见表1
表1
从表1的数据可以看出，本发明的石墨烯-金键合丝的焊线参数接近于键合金丝，优于普通金合金键合丝，本发明的石墨烯-金键合丝可作为键合金丝替代品使用，成本仅为键合金线的3/5至4/5。
【电阻率】
25℃室温条件下，取直径为25um的普通金合金键合丝、键合金丝、实施例一至三的石墨烯-金键合丝，测量电阻率，结果见表2。
表2
从表2可以看出，本发明的石墨烯-金键合丝的电阻率为2.6Ω·cm至3.0Ω·cm，小于普通金合金键合丝的电阻率，接近于键合金丝的电阻率，电阻率越小，导电性能越好。
【抗拉强度】
25℃室温条件下，取直径为25um的普通金合金键合丝、键合金丝、实施例一至三的石墨烯-金键合丝，进行抗拉强度实验，结果见表3。
表3
| 材料 | 断裂力 |
| 普通金合金键合丝 | 9.5cN |
| 键合金丝 | 9.0cN |
| 实施例一的石墨烯-金键合丝 | 12.0cN |
| 实施例二的石墨烯-金键合丝 | 11.0cN |
| 实施例三的石墨烯-金键合丝 | 10.0cN |
从表3可以看出，本发明的石墨烯-金键合丝的抗拉强度优于普通金合金键合丝和键合金丝。
【耐冷热冲击实验】
取直径为25um的普通金合金键合丝、键合金丝、实施例一至三的石墨烯-金键合丝封装后，耐冷热冲击实验，结果见表4。
实验条件：在-40℃～100℃，间隔时间为20min。
表4
| 材料 | 冲击次数 |
| 普通金合金键合丝 | 500 |
| 键合金丝 | 800 |
| 实施例一的石墨烯-金键合丝 | 650 |
| 实施例二的石墨烯-金键合丝 | 800 |
| 实施例三的石墨烯-金键合丝 | 1100 |
从表4可以看出，本发明的石墨烯-金键合丝在20min内从-40℃升温至100℃的条件下经受冷热冲击次数达到650-1100次，高于普通金合金键合丝的耐冷热冲击次数，实施例三的石墨烯-金键合丝耐冷热冲击次数还远高于键合金丝。
由上述焊接实验、电阻率、抗拉强度和耐冷热冲击实验情况来看，本发明的石墨烯-金键合丝完全可以作为键合金丝的替代品来使用，且成本大大降低。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种石墨烯-金键合丝的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-金键合丝以质量百分比计包含：石墨烯0.05％～1.0％，镧0.0005％～0.001％，铈0.0005％～0.010％，金60％～80％，银19％～39.94％，余量为不可避免的杂质；采用化学沉积方法获得石墨烯-金复合粉末材料，通过金属熔铸的方法获得金-镧、金-铈的合金材料，将金、所述石墨烯-金复合粉末材料、所述合金材料、银通过金属熔铸和定向凝固法获得复合材料棒材，最后通过对所述复合材料棒材拉伸获得所述石墨烯-金键合丝；
具体包括以下步骤：
S1、制备石墨烯-金复合粉末材料：配制一定浓度的AuCl3水溶液，将一定量的石墨烯置于所述AuCl3水溶液中，搅拌、分散后，调节溶液的PH值为10～15，在反应温度为60℃～90℃的条件下，滴入还原剂，反应完毕后用去离子水冲洗并过滤,将收集的反应产物置于干燥箱烘干,得到石墨烯-金复合粉末材料；
S2、制备金-镧合金片材：按重量百分比，将0.1％～0.5％的镧和99.9％～99.5％的金通过金属熔铸的方法得到块状的金-镧合金铸锭，再将所述金-镧合金铸锭轧制成金-镧合金片材；
S3、制备金-铈合金片材：按重量百分比，将0.1％～0.5％的铈和99.9％～99.5％的金通过金属熔铸的方法得到块状的金-铈合金铸锭，再将所述金-铈合金铸锭轧制成金-铈合金片材；
S4、制备石墨烯-金复合棒材：将一定量的金、所述石墨烯-金复合材料粉末、所述金-镧合金片材、所述金-铈合金片材、银完全熔化后，经过保温、搅拌、精炼后，采用定向凝固法，下拉连铸得到所述石墨烯-金复合棒材；
S5、制备石墨烯-金键合丝：将所述石墨烯-金复合棒材经多次拉伸得到所述石墨烯-金键合丝。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤S1中AuCl3水溶液的浓度为0.12mol/L至0.15mol/L，体积为5L至10L，所述石墨烯的添加量为8g至15g，所述还原剂为甲醛或水合联氨。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤S2具体为：将所述镧和所述金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-镧合金铸锭，分道次将所述金-镧合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-镧合金片材；
其中，所述金为纯度≥99.99％金锭。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤S3具体为：将所述铈和所述金放入高纯石墨坩锅内，并置于真空合金炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，充入高纯氩气保护，保温30min～90min，将合金熔体倒入石墨铸型中，得到块状的金-铈合金铸锭，分道次将所述金-铈合金铸锭轧制成厚度0.2mm～0.5mm的金-铈片材；
步骤S4具体为：将所述金、石墨烯-金复合材料粉末、金-镧合金片材、金-铈合金片材、银，放于高纯石墨坩锅内，并置于真空下拉连铸炉中，抽真空加热至1100℃～1300℃，待材料完全熔化后，保温15min～60min，并进行搅拌，搅拌后精炼30min～60min，采用定向凝固法，下拉连铸得到所述石墨烯-金复合棒材；
其中，所述银为纯度≥99.99％的银粉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤S5具体为：
粗拉伸：将所述石墨烯-金复合棒材粗拉伸成直径φ1.5mm的线材；
表面清洗：将经过粗拉的直径φ1.5mm的线材先用浓度为5％～10％氢氧化纳溶液清洗，再用去离子水冲清洗并烘干；
中拉伸：将表面清洗后的直径φ1.5mm的线材中拉伸成直径φ0.2mm的线材；
细拉伸：将直径φ0.2mm的线材细拉伸成直径φ0.08mm～φ0.10mm的丝材；
去应力退火：将φ0.08mm～φ0.1mm的丝材置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度400℃～750℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理，去除内应力；
微拉伸：将退火处理后的丝材进行微拉伸，拉伸成直径φ0.015mm～φ0.050mm的石墨烯-金键合丝；
热处理：将φ0.015mm～φ0.05mm的石墨烯-金键合丝置于连续退火系统中，采用高纯氮气做为保护气体，温度300℃～600℃，速度40m/min～80m/min进行连续退火处理。
6.根据权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于：
还包括复绕分装：将石墨烯-金键合丝单卷定尺，控制张力0.8g～8.0g，单卷500m或1000m定尺。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-金键合丝以质量百分比计包含：
石墨烯0.05％，镧0.0005％，铈0.0005％，金60％，银39.947％，余量为不可避免的杂质。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-金键合丝以质量百分比计包含：
石墨烯0.1％，镧0.0008％，铈0.0010％，金70％，银29.898％，余量为不可避免的杂质。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯-金键合丝以质量百分比计包含：
石墨烯0.90％，镧0.0010％，铈0.0100％，金80％，银19.086％，余量为不可避免的杂质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010326667.6A CN111524811B (zh) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | 一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010326667.6A CN111524811B (zh) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | 一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111524811A CN111524811A (zh) | 2020-08-11 |
| CN111524811B true CN111524811B (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=71903670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010326667.6A Expired - Fee Related CN111524811B (zh) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | 一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111524811B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112503494B (zh) * | 2020-10-30 | 2023-05-23 | 裕鑫丰(广东)照明科技有限公司 | 一种led散热器用散热片及其制备方法 |
| CN115673007B (zh) * | 2022-02-22 | 2023-04-18 | 深圳中宝新材科技有限公司 | 一种用于集成电路双层叠加封装的绝缘键合金丝制造方法 |
| CN115846453B (zh) * | 2022-12-09 | 2025-11-07 | 烟台一诺电子材料有限公司 | 一种掺杂石墨烯的铜键合丝的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105950895A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-09-21 | 河南优克电子材料有限公司 | 一种小晶片led封装用微细银合金键合线的制造方法 |
| CN106011516A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-10-12 | 河北德田半导体材料有限公司 | 一种掺杂金合金键合丝及其深冷处理制备方法 |
| CN107768338A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-03-06 | 四川威纳尔特种电子材料有限公司 | 银‑锡‑石墨烯复合键合丝及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8940403B2 (en) * | 2012-01-02 | 2015-01-27 | Wire Technology Co., Ltd. | Alloy wire and methods for manufacturing the same |
-
2020
- 2020-04-23 CN CN202010326667.6A patent/CN111524811B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105950895A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-09-21 | 河南优克电子材料有限公司 | 一种小晶片led封装用微细银合金键合线的制造方法 |
| CN106011516A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-10-12 | 河北德田半导体材料有限公司 | 一种掺杂金合金键合丝及其深冷处理制备方法 |
| CN107768338A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-03-06 | 四川威纳尔特种电子材料有限公司 | 银‑锡‑石墨烯复合键合丝及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111524811A (zh) | 2020-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111524811B (zh) | 一种石墨烯-金键合丝及其制备方法和应用 | |
| CN102437136B (zh) | 一种键合合金丝及其生产工艺 | |
| CN103474408A (zh) | 一种表面有镀金层的金银合金键合丝及其制备方法 | |
| CN104835797B (zh) | 一种铜钯银合金键合引线及其制备方法 | |
| CN201975388U (zh) | 防氧化铜基键合丝 | |
| CN106011516B (zh) | 一种掺杂金合金键合丝及其深冷处理制备方法 | |
| CN111254311B (zh) | 一种可拉丝加工至φ6微米的4N键合金丝及其制备方法 | |
| CN102418001A (zh) | 一种键合金丝及其制备方法 | |
| CN105132735A (zh) | 一种微电子封装用超细铜合金键合丝及其制备方法 | |
| CN109266874B (zh) | 一种铜合金键合引线的制备方法 | |
| CN107768338B (zh) | 银-锡-石墨烯复合键合丝及其制备方法 | |
| CN106992164A (zh) | 一种微电子封装用铜合金单晶键合丝及其制备方法 | |
| CN110284023B (zh) | 一种铜合金键合丝及其制备方法和应用 | |
| CN109207788B (zh) | 一种高强韧性、低电阻率的银金合金键合丝的制备方法 | |
| CN117737499B (zh) | 一种金-钯包覆超软铜复合键合丝及其制备方法 | |
| CN110699569A (zh) | 一种晶粒分布稳固的键合银丝材料及其制备方法 | |
| CN110699570B (zh) | 一种高成球性的键合银丝材料及其制备方法 | |
| JP2025092438A (ja) | 銀合金ボンディングワイヤー、その調製方法および使用 | |
| JPS63235440A (ja) | 銅細線及びその製造方法 | |
| CN103834832B (zh) | 仿金色键合合金丝及其制备方法 | |
| CN104752235A (zh) | 一种铜钯银合金高精超细键合引线制造方法 | |
| JPH0555580B2 (zh) | ||
| JP4345075B2 (ja) | ワイアーボンディング性およびダイボンディング性に優れた銅及び銅基合金とその製造方法 | |
| JPS63235442A (ja) | 銅細線及びその製造方法 | |
| JPS6286151A (ja) | ピン・グリツト・アレイｉｃリ−ド用線材の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210831 |