键合丝生产重点和工序控制分析 周钢

发表时间:2019/7/19   来源:《新材料.新装饰》2019年3月上   作者:周钢
[导读] 随着科技水平的不断进步,键合丝的生产成本不断降低。现阶段市场上有许多种键合丝,虽然其类型不同,但其生产流程大致相似,只是各道流程的工序其细节之处有所不同。在本文中,将围绕键合丝的拉丝、退火等工序进行分
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摘要:随着科技水平的不断进步,键合丝的生产成本不断降低。现阶段市场上有许多种键合丝,虽然其类型不同,但其生产流程大致相似,只是各道流程的工序其细节之处有所不同。在本文中,将围绕键合丝的拉丝、退火等工序进行分析,阐明不同的键合丝的生产重点以及工序的控制,并说明了其在生产过程中的注意事项。
关键词:键合丝;生产重点;工序控制

 
        近些年来,黄金的价格发生了较大的变化,使得半导体封装企业为控制生产成本不得不寻找能够取代键合金丝的新材料。键合金丝凭借其稳定的化学性质和优秀的延展性多应用与半导体键合的高级产品中。而在中低档的产品中,多应用的是键合铜丝、金合金丝以及银合金丝等。并且随着研究力度的加大,其产品的发展已经趋于成熟。镀层键合金丝在制备的工艺上与其他材料相比稍显复杂,不过最大不同之处在于电镀工艺,剩下工艺基本一致。由于键合金丝最主要的原材料还是金,所以成本仅能在一定范围内有所降低。现在,市场正处在一个由键合金丝向键合银丝过渡发展的时期,所以键合丝的生产厂家开始逐渐加大键合铜丝和键合银丝等键合丝的有关研究,现阶段我国和许多国家都已经研制出发展成熟的产品,例如日本、德国和韩国等回家,并分别占据了相应的市场。
        一、拉丝工序分析
        按照键合丝拉制直径的不同,其工序也有所区别,可分成粗拉、中拉、细拉和超细拉,并有与之相对应的设备。国外某些发达国家现已开始采用一种拉丝更为快速的设备,一台快速拉丝设备的工作量是普通拉丝设备的四倍,并且拉力和加工率不会对设备有任何影响,仅需要进行模具的更换即可。其次,若是按照润滑剂的浸泡程度可将拉丝设备分成干式和湿式。前者的润滑剂仅用于模具的位置,而后者的模具和丝材都需要浸泡于润滑剂中,由于考虑润滑因素的影响,在大多数生产中,通常使用湿式拉丝机。
        不考虑设备的影响,拉丝过程中最关键的是模具的表面质量。因为模具和键合丝会产生直接接触,所以生产单位都有一套完善且严格的模具管理的制度,由专业人员定期检测和抛光模具。不同种类的键合丝,其对模具的磨损程度和加工率有所不同。以键合丝为例,高硬度的键合铜丝特别是镀钯铜丝磨损模具的情况非常明显,为保证模具表面质量,其模具的检验和更换应及时进行。对于硬度相对较低的键合银丝和银合金丝来讲,其磨损程度相对较低。模具的加工率若是以键合丝为例,在超细拉工艺中,键合丝模具加工率在百分之六左右,键合铜丝的模具加工率在百分之四左右。
        为了保证设备能够始终在正常状态下工作,尽量减少断线问题的出现,应控制好拉丝的速度。以键合金丝拉丝为例,在进行超细拉丝时,键合金丝的拉丝速度尽量保持在八毫米每秒左右,而键合铜丝的速度要相对较慢,大约在四毫米每秒左右,键合银丝的拉丝速度控制在三毫米到八毫米每秒之间即可。其原因主要是不同材料的延展性能不同,与黄金相比其他材料的延展性稍差,所以拉丝的变形量不应过大,拉丝的速度不能过快。
        除此之外,润滑剂的相关事项也非常重要。拉丝过程中由于键合丝的线径在逐渐降低,其润滑油浓度也随之减小,最终残留在键合丝表面的润滑液相对较少。若是其残留过多,在高温的环境下很容易出现沾线的问题,使其性能有所降低。所以,结合润滑剂的特点,应在不同的阶段使用不同的润滑剂。按照键合丝的类型选择不同的润滑剂。比如说键合银丝的润滑剂就是其专用的具有抗氧化能力的润滑剂。
        二、退火工序
        现阶段的退火炉主要有两种,即横式和竖式。后者由于可以让键合丝不会受到重力作用的影响,不产生变形,因此是键合丝生产中常用的退火炉。


        退火工序中,核心的因素就是退火的温度。退火温度对键合丝的力学性能产生直接的影响,并且与收线的速度一起决定的拉丝时剩余应力的大小。剩余应力也直接影响其放线性能以及键合丝是否完全垂直。
        其次,对应用气体保护的键合丝,应当事先确定其气体类别和流量等具体参数。保护气体通常是绝大部分的氮气和小部分氢气的混合气体,其中应用了氢气具备的还原能力,若是全部采用氮气,当键合丝表面出现氧化,氮气无法将其去除。不过要严格控制氢气的含量,防止因氢气浓度过大而出现爆炸的情况。其气体的路径保证其能够充满退火管即可。
        设计退火炉的过程中,应做好张力的控制。键合丝的丝直径减小的同时,控制其张力也要随之降低,绕制微细键合丝。最后应考虑好退火液产生的影响。退火液在键合丝的表面形成一层薄膜,退火液的浓度不同其放线性能也有一定差异,所以对不同种类的键合丝,应该使用不同的退火液。
        三、绕线工序
        当前的绕线机主要有一体式和分体式两种,也具有同样的功能。传统的绕线机收线系统的收线架是被固定住的,因此就造成了在绕线的过程中,特别是在绕制高轴键合丝是,线轴和键合丝之间产生了倾角,处在线轴两边的键合丝此时会收到相对较高的拉力,极易被拉伸,最终造成绕线之后的张力分布的不均匀并产生放线问题。所以,现代的绕线机特别改良了这个缺点,将绕线机收线系统的收线架改为可以横向运动的形式,能够保证无论在什么时候都能让键合丝和线轴保持始终垂直的位置关系。
        其次,绕线机的张力控制系统也需要引起足够的重视。例如,键合银丝和银合金丝以及细线径键合丝在绕制是必须保持较低的张力进行。
        无论是拉丝、退火还是绕线的环节,都需要用到导向轮,其作用主要是支撑和导向。一般情况下导向轮主要有两种规格,即五十毫米和三十毫米。直径大的导向轮的材料一般以聚四氟乙烯为主,直径小的导向轮主要以聚甲醛材质为主。导向轮的表面质量直接关系到键合丝的表面质量,即便产生的划伤并不严重,但容易造成润滑液或者退火液在划伤的位置产生残留,若是在显微镜下可以观察到较为密集的亮点。所以,在生产过程中使用导向轮需要格外注意,并定期对其做清洗和抛光的处理。
        结束语:
        综上所述,在进行拉丝期间,应注意好几个问题,即监控线材表面质量、拉丝速度控制以及使用的润滑剂的种类和浓度。此外注意银合金丝进行额外的退火处理。在退火时,应该控制好退火的温度和收线的速度控制以及退火液浓度若需要进行气体保护,则要控制气体的流量。最后在绕线时,尽可能的让收线架横向移动,以此来避免对键合丝产生拉伸。还要注意导轮表面质量,防止键合丝的表面出现损坏。
参考文献
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