本發(fā)明屬于封裝材料技術(shù)領域，尤其涉及一種強度高、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，是集成電路和半導體分立器件的制造過程中必不可少的基礎材料之一，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)異的化學穩(wěn)定性和導電導熱性能，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，鍵合金絲的抗拉強度較低，例如直徑20微米的金線，在焊接后，其最高抗拉強度不足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用與發(fā)展的瓶頸。為降低封裝成本，同時也為了適應各種鍵合需求，鍵合銀絲、鍵合金銀合金絲應運而生。在所有的金屬元素中，銀的導電性能最好，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域。例如，中國專利文獻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)一種強度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲，是本領域亟待解決的一個技術(shù)難題。

技術(shù)實現(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度低、難以滿足高速鍵合需求的缺陷，進而提供一種強度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲及其制備方法與應用。為此，本發(fā)明實現(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行真空熔煉，并制成合金棒材；(2)對所述合金棒材進行拉絲加工，形成預定線徑的合金線材；(3)對所述合金線材進行退火處理，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。進一步地，還包括在所述退火處理之后依次設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)中的應用。本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：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)同促進作用，從而能夠獲得一種強度高、適于高速鍵合的高性能鍵合合金絲。經(jīng)試驗證明，本發(fā)明的鍵合合金絲具有良好的導熱性和機械性能，其抗拉強度優(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行真空熔煉、拉絲及退火處理，即可制得高強度的鍵合合金絲，具有工藝簡單、易于生產(chǎn)的優(yōu)勢。具體實施方式下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(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施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實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。在下述實施例中，5N指的是純度為99.999wt％，6N指的是純度為99.9999wt％。實施例1本實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中，在下真空度為10-4Pa、溫度為1200℃的條件下進行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進行拉絲加工，使用各種拉絲機由粗到細將合金棒材拉制成預定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細伸線機(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細伸線機(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細伸線機拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進一步拉伸為線徑為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。本實施例制得的鍵合合金絲呈淡黃色，其熱傳導率為3.15W/cm·K，電阻率為4.2μΩ·cm。實施例2本實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中，在下真空度為10-3Pa、溫度為1100℃的條件下進行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進行拉絲加工，使用各種拉絲機由粗到細將合金棒材拉制成預定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細伸線機(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細伸線機(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細伸線機拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進一步拉伸為線徑為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。實施例3本實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中，在下真空度為10-2Pa、溫度為1150℃的條件下進行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進行拉絲加工，使用各種拉絲機由粗到細將合金棒材拉制成預定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細伸線機(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細伸線機(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細伸線機拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進一步拉伸為線徑為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。實施例4本實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中，在下真空度為10-4Pa、溫度為1200℃的條件下進行真空熔煉，并制成的合金棒材；(2)對所述合金棒材進行拉絲加工，使用各種拉絲機由粗到細將合金棒材拉制成預定線徑的合金線材，具體為：首先經(jīng)過第一粗伸線機拉伸，將線徑由8mm拉伸至1mm，拉伸速度為0.1m/s，再依序經(jīng)過第二細伸線機(例如日本SKAWA公司生產(chǎn)的SS21BC)以0.5m/s的速率拉伸至0.1mm、極細伸線機(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以1m/s的速率拉伸至0.05mm、及超極細伸線機拉伸(例如日本SKAWA生產(chǎn)的WSS21BC)以3m/s的速率進一步拉伸為線徑為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％；其制備工藝同實施例2。實驗例1采用本發(fā)明實施例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。實驗例2對本發(fā)明實施例1-2及對比例1制得的鍵合合金絲的機械性能進行了測試，結(jié)果如表2所示。表2不同鍵合合金絲的機械性能從表2可以看出，在同一線徑下，實施例1-2的鍵合合金絲的機械性能均優(yōu)于對比例1，特別是實施例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的鍵合合金絲相當或更優(yōu)的機械性能，這充分說明，在實際鍵合生產(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，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎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)造的保護范圍之中。