導讀：鍵合線作為集成電路半導體封裝用的核心材料，是連接引線框架引腳和硅片、傳達電信號的關鍵零件。隨著5G通信用芯片的高度集成化和微小化，鍵合線的布線也更加密集，要求直徑更細、結構穩(wěn)定性更好、高保真、高傳輸速率、高柔性，對鍵合線材料連續(xù)超細成形能力及高強高導性能提出更高要求。與鍵合線的傳統(tǒng)材料——金線和銀基合金線相比，銅銀合金材料在保持優(yōu)良導電導熱性能的同時，具有高強度、低成本等優(yōu)點，在5G通信鍵合線領域具有廣闊的應用前景。

目前，國內外學者在銅銀合金的基礎上采用微合金化手段進一步研究了多組元合金的組織和力學性能。劉月等發(fā)現(xiàn)形變熱處理可以顯著提高Cu-0.13Cr-0.074Ag合金綜合力學性能，合金在870℃×1h固溶，冷軋40％，480℃×2h時效后能夠實現(xiàn)力學性能和電學性能的良好匹配；徐高磊等采用了上引連鑄制備了Cu-Cr-Ag合金經過軋制和熱處理之后合金具有良好的綜合性能；李紅衛(wèi)等對Cu-Ag-Cr合金強化機制進行了定量探討，發(fā)現(xiàn)Cu-0.1Ag-0.5Cr合金強化機制是Ag的固溶強化、預冷變形引入的亞結構強化以及Cr粒子的析出強化。以上研究結果表明，Cu-Ag-Cr合金經過高溫處理后Ag和Cr會溶入到銅基體中形成過飽和固溶體，隨后時效過程將過飽和固溶體分解產生顯著的彌散強化效果。而為了進一步提高材料的綜合性能，通常在熱處理的同時加入冷變形。冷變形通常可以在晶體內部產生高密度位錯，并為析出相析出提供能量，同時能夠細化組織。固溶強化，彌散強化和形變強化等綜合作用可以使合金在獲得良好抗拉強度的同時，又具有良好的導電性能。因此，在熱處理過程中加入形變是重要的研究方向，而上述研究對形變和熱處理兩種強化方式的組合不夠系統(tǒng)。所以本課題設計了3種熱處理和形變的組合方案，研究了形變和熱處理對合金組織和性能的影響，為Cu-Ag-Cr合金性能優(yōu)化提供了一種新的思路。

1.試驗方法 試驗材料為熱型水平連鑄Cu-0.52Ag-0.22Cr合金棒材。首先，在真空熔煉爐中分別制備Cu-3.5Ag和Cu-1.0Cr合金。然后放入熱型水平連鑄熔煉爐中熔煉，直接制備出Φ16mm的Cu-0.52Ag-0.22Cr合金棒料。對合金進行以下3種工藝處理：工藝A：拉拔變形（85.9%）→固溶（950℃×1h）→時效（450℃×2h）；工藝B：固溶（950℃×1h）→拉拔變形（85.9%）→時效（450℃×2h）；工藝C：拉拔變形（85.9%）→時效（450℃×2h）。

2.結果與討論 2.1合金性能 圖1為Cu-0.52Ag-0.22Cr合金經3種不同工藝處理后的性能對比。

（a）電導率；（b）顯微硬度；（c）抗拉強度；（d）伸長率 圖1Cu-0.52Ag-0.22Cr合金經3種工藝處理后的性能對比 2.2合金顯微組織和斷口形貌變化 經過不同工藝處理后合金橫截面顯微組織見圖2，3種工藝下組織存在較大差異。工藝A處理后，合金表現(xiàn)為明顯的等軸晶，晶粒較為細小，拉拔對組織變化影響較小。因為工藝A拉拔后進行固溶處理極大消減了加工硬化，使得合金硬度和抗拉強度較工藝B和工藝C明顯下降，同時，沿拉拔方向的取向性消失，電子在傳輸?shù)倪^程中穿過的晶界界面增多，受到的阻礙增大，因此電導率會降低。工藝B的合金晶粒更加細小，具有明顯變形痕跡，細小的晶粒可以對性能起到改善作用；工藝C中合金變形痕跡較為嚴重，且沒有很多細小晶粒形成。

（a）工藝A；（b）工藝B；（c）工藝C 圖2不同工藝處理后合金顯微組織 （a）工藝A；（b）工藝B；（c）工藝C 圖3不同工藝處理后合金的斷口形貌 時效對合金強度和硬度的提升具有一定的影響，且時效過程中有第二相析出，可以使合金電導率顯著提升。工藝A、B和C最終都經過時效處理，所以強度和硬度的影響因素與時效前工藝有關，為此針對拉拔變形在上述過程中起到加工硬化的作用，并探究其性能改善的作用機理，對拉拔變形后合金進行了檢測。圖4為拉拔后合金再結晶情況。可以看出，再結晶含量只有0.35%，且較為細小分布彌散；形變晶粒占99.6%，此時合金強化方式主要是晶粒不斷碎化分解的過程；晶粒長大過程較弱，亞結構的含量也只有0.05%。

圖4拉拔后合金再結晶情況 綜上，分析工藝A發(fā)現(xiàn)，在拉拔變形后固溶消減了形變引起的加工硬化程度使得顯微硬度和抗拉強度顯著降低，再通過時效處理后合金電導率保持在了較高水平，但力學性能并不突出，且時效過程再結晶細化效果不顯著；分析工藝B發(fā)現(xiàn)，在固溶后、時效前施加大變形量的拉拔變形，可以充分發(fā)揮冷作強化效應，并使時效過程中細晶強化效果變得顯著，所得Cu-Ag-Cr合金晶粒細小，且具有拉拔造成的方向性，同時為后續(xù)時效析出強化儲備能量，使得合金綜合性能得到提升；而工藝C在省略固溶處理后，合金仍具有良好的綜合性能，但是，因為沒有發(fā)生回火再結晶，以及析出強化效果的弱化，合金整體性能略低于工藝B，所以在固溶和時效之間進行拉拔變形合金會具有更優(yōu)良的性能，針對工藝C的研究結果能夠表明固溶過程中引起的固溶強化能在一定程度上改善合金性能。

3.結論 （1）合金經過950℃×1h固溶→85.9%的拉拔變形→450℃×2h時效處理后具有更優(yōu)良的性能，電導率、顯微硬度（HV0.1）和抗拉強度分別達到了51.91MS/m、169.7和541.6MPa，伸長率為15.5%。

（2）電導率的提升主要受固溶和時效的影響，而拉拔變形引起的加工硬化對合金電導率的影響并不大，但是對顯微硬度和抗拉強度的提升效果顯著。

（3）拉拔變形的強化方式主要是晶粒不斷碎化分解的過程，且在固溶和時效之間施加冷變形對Cu-Ag-Cr合金綜合性能的提升作用顯著。

來源：2020年第40卷第10期孔令寶拉拔變形和熱處理對銅銀合金組織性能的影響

以上是《5G通信鍵合線的生產工藝研究》的介紹，原文鏈接：http://www.mykashi.cn/txljjg/198.html