DE1608161C - Verwendung einer Goldlegierung fur warm und kriechfeste Gegenstande - Google Patents

Description

1 , 2

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer üblicherweise nicht als wesentliche Verunreinigungen

Goldlegierung zur Herstellung von Gegenständen mit im Gold auf. In größeren Konzentrationen reagieren

hoher Warm- und Kriechfestigkeit bis 500⁰C. diese Elemente alle mit Gold und verspröden es.

Feine Drähte aus Gold mit Durchmessern zwischen Um so erstaunlicher war daher die Festsellung, daß

etwa 5 und 100 μίτι werden in großem Maße bei der 5 derart geringe Zusätze von Seltenen Erdmetallen oder

Herstellung elektronischer Bauteile verwendet. Eine Yttrium zu Gold einen so außerordentlich günstigen

der Voraussetzungen hierbei ist eine bestimmte Rein- Einfluß auf die Rekristallisaton bewirken, ohne dabei

heit des Goldes, die je nach Anwendung z. B. zwischen die elektrischen Eigenshaften bzw. die Verarbeitungs-

99,8 und 99,999°/₀ liegt. eigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Die erfin-

Da beim Aufbau und beim Betrieb von elektro- io dungsgemäß zu verwendenden Goldlegicrungen lassen· nischen Schaltungen auch höhere Temperaturen z. B. sich gut verarbeiten, insbesondere ziehen,
bis 4(M)⁰C auf treten können, müssen die beispielsweise So ändert z.B. ein hartgezogener Draht von bei integrierten Schaltungen verwendeten Zuführungs- 25 μηι Durchmesser aus einer Legierung mit 99,99°/₀ drähte aus Gold auch bei diesen Temperaturen ihre Gold und 0,01 °/₀ Mischmetall, dessen Hauptbestand-Festigkeit beibehalten. Es ist eine bekannte Er- 15 teil Cer und der Rest andere Seltene Erdmetalle sind, scheinimg, daß die Erholungs- bzw. Rekristallisations- nach einer Erwärmung von 24 Stunden Dauer bei temperature!! der Metalle mit zunehmender Reinheit 200°C und einer danach erfolgenden Erwärmung von sinken. So kann z. B. ein hart gezogener Feindraht 15 Minuten Dauer bei 35O⁰C seine ursprünglichen aus Gold mit einer Reinheit von 99,999% schon bei Festigkeits- bzw. Dehnungswerte nur unwesentlich. Temperaluren um 50° C eine Abnahme seiner Festig- 20 Im Gegensatz hierzu weist ein Draht aus Gold von keit und eine Zunahme seiner Dehnung erleiden, von 99,99°/₀ Feinheit und den üblichen technischen denen er sich nicht mehr erholt. Diese Tatsache ist für Verunreinigungen, zu denen die Elemente 57 bis 71 des die Bearbeitung wie auch für die Lagerung und den Periodischen Systems gewöhnlich nicht gehören, als Transport von großem Nachteil, weil nur durch eine Rest nach der gleichen Wärmebehandlung eine sehr sorgfältige Behandlung vermieden werden kann, 25 Dehnung von etwa 40 °/₀ auf, d. h., er ist weichgeglüht, daß ein solcher Draht derart schädlichen Temperatur- Die Vorteile der erfmdungsgemäß zu verwendenden einflüssen ausgesetzt wird. hochreinem Goldlegierung gegenüber herkömmlichem

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochreinem Gold werden an Hand zweier Vergleichs-

Goldlegierung von verhältnismäßig hoher Reinheit diagramme näher dargelegt.

zu verwenden, deren mechanische Eigenschaften, wie 30 F i g. L und 2 zeigen in Diagrammen die Dehnung beispielsweise Dehnung und Festigkeit, gegenüber den bzw. die Zerreißfestigkeit von Gold verschiedener Eigenschaften von Gold gleichen Reinheitsgrades im Reinheit in Abhängigkeit von der Erwärmungstempe-Temperaturbereich von 0 bis 500⁰C wesentlich gün- ratur, gemessen an Draht von 1 mm Durchmesser und stiger sind. Es wurde überraschenderweise gefunden, 75°/_oiger Verformung im Ausgangszustand. Hierbei daß durch Zugabe bekannter Legierungsbestandteile 35 sind ein Draht aus undotiertem Gold von 99,999 °/o zum Gold dessen Festigkeit, vor allem die Kriech- Reinheit und ein Draht aus einem gemäß der Erfindung festigkeit, bei höheren Temperaturen wesentlich ver- dotierten Gold mit 99,985 °/₀ Gold und 0,015 °/₀ bessert und auch die Dehnung des kaltgezogenen Cer-Mischmetall einander gegenübergestellt. Diese Materials erhalten bleibt, ohne daß sich andere Legierung mit 99,985°/„ Gold und 0,015% Cer-Eigenschaften wie Härte, chemische Beständigkeit oder 40 Mischmetall hat sich für Feindrähte aus Gold beelektrischer Widerstand im Vergleich zu den Eigen- sonders bewährt,
schäften von höchst reinem Gold wesentlich ändern. Aus F i g. I ist zu ersehen, daß die Dehnung des

Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung Drahtes aus undotiertem Gold bei 0⁰C etwa 2% einer Goldlegierung aus wenigstens 99,9% Gold und beträgt, daß sie bis zu einer Erwärmungstemperatur 0,001 bis 0,1% Seltene Erdmetalle, einzeln oder zu 45 von rund 100°C ,langsam auf etwa 3% ansteigt, mehreren, oder Yttrium für Gegenstände, wie Zu- zwischen 100 und 150⁰C etwa gleichbleibt und fiilmingsdrähte in integrierten Schaltungen, die bis zwischen 150 und 200⁰C sprunghaft auf etwa 40% 500⁰C eine erhöhte Warm- und Kriechfestigkeit ansteigt. Die Dehnung bleibt dann bei Erwärmungsaufweisen müssen. Für die Herstellung feiner Drähte tempcraturen bis etwa 300⁰C in dieser Höhe, bis etwa hat sicli besonders eine Goldlegierung bewährt, die 50 35O°C steigt sie noch bis auf etwa 41% weiter an aus wenigstens 99,95% Gold und 0,005 bis 0,05% und bleibt dann bis etwa 400⁰C auf dieser Höhe, eines oder mehrerer der Seltenen Erdmetalle oder Der Draht aus der dotierten Goldlegierung mit Yttrium besteht. Die Seltenen Erdmetalle können in 99,985% Gold und 0,015% Cer-Mischmetall zeigt der Form von handelsüblichem Mischmetall zulegiert demgegenüber ein völlig anderes Dehnungsverhalten, sein. Es ist vorteilhaft, ein Mischmetall zu verwenden, 55 Bei Erwärmungstemperaturen bis etwa 200⁰C bleibt dessen Hauptbestandteil Cer ist. In vorteilhafter Weise die Dehnung bei ihrem Ausgangswert von 2% bei werden die Legierungsbestandteile in der Schmelze 0⁰C oder steigt auf etwa unter 3% an, zwischen zulegiert. Auch die Zulegicriing von Yttrium in den 200 und 300⁰C steigt sie mäßig auf 3 bis 4% und angegebenen geringen Prozentsätzen bewirkt eine zwischen 300 und 400⁰C stärker auf 9 bis 11% an. Verbesserung der Warmfestigkeit. 60 Am hervorstechendsten ist die Tatssche, daß die

Es ergab sich überraschenderweise, daß die Seltenen Dehnung bei der gemäß der Erfindung mit Cer-Erdmetalle, d. h. die Elemente 57 bis 71 des Perio- Mischmetall dotierten Goldlegierung bei Erwärmungsdischen Systems der Elemente, allein oder zu mehreren, tempcraturen bis etwa 200"C gleichbleibt oder allen- oder Yttrium als Legierungspartner der hochreinen falls von 2 auf 3% ansteigt, wogegen die Dehnung des Goldlegierung die geforderten mechanischen Eigen- 65 undotierten Goldes in dem Temperaturbereich zwischaftcn bringen bei gleichzeitiger Erhaltung der sehen 150 und 200⁰C auf das rund 2()fuchc des Ausvorhandenen günstigen Eigenschaften des hochreinen gangswertes von 2% sprunghaft ansteigt.
Goldes. Alle diese Legierungsbestandteile treten Auch bei der Zerreißfestigkeit (F i g. 2) zeigt sich

die Überlegenheit der mit Cer-Mischmetall dotierten Goldlegierung ganz deutlich. Die Zerreißfestigkeit des Drahtes aus undotiertem Gold von 99,999% Reinheit fällt von 23,5 kp/mm² bei 0°C auf etwa 21,5 kp/mm² bei einer Erwärmungstemperatur von rund 150° C ab. Zwischen 150 und 200°C fällt die Festigkeit analog dem Sprung bei der Dehnung stark auf etwa 14 kp/mm² ab und oleibt weiter auf dieser Höhe bis zu Temperaturen von etwa 400° C. Die Zerreißfestigkeit des Drahtes aus der mit 0,015% Cer-Mischmetall dotierten Goldlegierung ist dagegen bereits bei 0°C mit 25 kp/mm² etwas höher und bleibt bis zu Temperaturen von etwa 200⁰C in dieser Höhe. Bei Temperaturen von 200 bis 300°C nimmt die Zerreißfestigkeit nur mäßig auf rund 24 kp/mm² zu, und von 300 bis 400°C fällt sie stärker auf rund 20,5 kp/mm^a ab. Die mit Cer-Mischmetall dotierte Goldlegierung ist also im gesamten Bereich der Erwärmungstemperaturen von 0 bis 400⁰C hinsichtlich ihrer Zerreißfestigkeit dem undotierten Gold deutlich überlegen; selbst im Bereich von 150 bis 200° C, wo die Zerreißfestigkeit des undotierten Goldes sprunghaft abfällt, nimmt ihre Zerreißfestigkeit praktisch nicht ab. So ist bei einer Erwärmungstemperatur von 200⁰C die Zerreißfestigkeit des Drahtes aus der mit Cer-Mischmetall dotierten Goldlegierung mit 25 kp/mm^a um rund 80% und bei 400°C mit 20,5 kp/mm² um rund 46% größer als die Zerreißfestigkeit des Drahtes aus undotiertem Gold.

Dieser Vergleich zeigt deutlich, daß ein Zulegieren von genau bestimmten, erfindungsgemäßen geringen Anteilen an Seltenen Erdmetallen zu hochreinem Gold dessen Festigkeit und Dehnungsverhalten bei Erwärmungstemperaturen · im Bereich bis 400⁰C und darüber hinaus bis 500⁰C wesentlich verbessert, ohne daß sich andere Eigenschaften wie Härte, chemische Beständigkeit oder elektrischer Widerstand von denen eines höchstreinen Goldes wesentlich unterscheiden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus 0,001 bis 0,1 % Seltene Erdmetalle, einzeln oder zu mehreren, oder Yttrium, Rest Gold, zur Herstellung von Gegenständen, wie Zuführungsdrähten in integrierten Schaltungen, die bis 500⁰C eine erhöhte Warm- und Kriechfestigkeit aufweisen müssen.

2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung aus wenigstens 99,95% Gold und 0,005 bis 0,05% eines oder mehrerer der Seltenen Erdmetalle oder Yttrium für den in Anspruch L genannten Zweck.

3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung, der die Seltenen Erdmetalle in Form von handelsüblichem Mischmetall zulegiert sind, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

4. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 3 angegebenen Zusammensetzung, bei der der Hauptbestandteil des zulegiertem Mischmetalles Cer ist, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen